細胞力學主要研究活細胞的行為、力學性能以及它們與細胞功能的關(guān)系。組成細胞的結(jié)構(gòu)包括細胞膜、細胞骨架、細胞器和細胞質(zhì)，它們的力學和動態(tài)行為以及如何相互作用從而影響細胞的整體性質(zhì)是細胞力學研究的重點。研究表明，細胞對于外界刺激的力學響應(yīng)對于細胞的行為有重要的影響，例如，細胞的遷移、擴增、分化和凋亡等。顆粒技術(shù)的快速發(fā)展使得顆粒成為研究細胞力學的理想工具，因為顆粒能與細胞直接接觸，通過一定的方法可檢測顆粒是如何改變細胞硬度和力學性能的。原子力顯微鏡AFM 在檢測細胞力學方面有獨特的優(yōu)勢，特別是膠體探針的應(yīng)用使得 AFM 成為目前利用顆粒進行細胞力學性能測量尤其是細胞表面力學測量的主要工具。利用膠體探針 AFM，可檢測細胞骨架的力學性能，從而對肌動蛋白在調(diào)節(jié)細胞的黏彈性及力學行為上的作用進行研究。Watanabe-Nakayama 等用粘有玻璃小球的 AFM 探針，第一次定量檢測了細胞對于循環(huán)拉伸和壓縮的響應(yīng)，結(jié)果表明，由于細胞黏彈性，細胞張力開始增加然后在 1 min 內(nèi)減少; 超過幾分鐘后，這種松弛度會緩慢增加，張力的恢復(fù)在幾次往復(fù)施加力后逐漸消失; 當細胞內(nèi)的肌動蛋白被抑制后，張力的恢復(fù)也被抑制，表明這種行為是由肌動蛋白驅(qū)動的。利用膠體探針，還可比較細胞不同部分的力學性能，Babahosseini 等使用了粘有玻璃小球的探針比較了非浸潤性人乳腺細胞( MCF 10A) 和浸潤性乳腺癌細胞( MDA MB 231) 內(nèi)部區(qū)域的生物力學性能。他們把細胞從上到下分為三層結(jié)構(gòu): 質(zhì)膜和肌動蛋白層( 上層) 、胞質(zhì)和細胞核層( 中層) 以及細胞核和整合素層( 底 層) ，利用廣義麥克斯韋模型比較了 2 種細胞不同層的硬度，結(jié)果表明，無論哪種細胞越往下其硬度和黏性越大，并且發(fā)現(xiàn)非浸潤性細胞的硬度和黏性要比浸潤性細胞大?，F(xiàn)在的 AFM 還可以通過聯(lián)合其他先進技術(shù)( 如熒光成像技術(shù)等) 來拓展它的應(yīng)用，這種集成多種功能的 AFM 可以實時檢測力作用時細胞的反應(yīng)。例如 Shi 等將 AFM 與熒光顯微鏡聯(lián)用，對牙周韌帶細胞進行了形貌微結(jié)構(gòu)表征，并利用膠體探針對細胞施加一定的力，通過熒光顯微鏡實時觀察細胞受到力后其結(jié)構(gòu)的變化與反應(yīng)，最后發(fā)現(xiàn)該細胞具有很強的力纖維和楊氏模量，所以它能很好地抵消外力的影響。細胞的黏彈性和力學性能也可作為疾病診斷的依據(jù)，比如癌癥、關(guān)節(jié)炎、骨質(zhì)疏松癥和心血管病等。Cross 等提取了肺、胰腺和乳腺癌細胞并用 AFM 對它們的硬度進行分析發(fā)現(xiàn)，癌細胞比良性的細胞都要軟，說明力學性能可以作為區(qū)別癌細胞與正常細胞的一個判斷依據(jù)。Nguyen 等通過使用微米 級 的 球 形 探 針，表征了良性人乳腺細胞MCF 10A 和人乳腺癌上皮細胞( MCF 7) 的黏彈性，結(jié)果發(fā)現(xiàn)，兩者有明顯的區(qū)別，MCF 7 細胞比MCF 10A 細胞更軟，經(jīng)過細胞松弛素處理的MCF 10A，由于細胞骨架排列被擾亂其松弛度會增加。這與 Li 等對細胞 MCF 7 和 MCF 10A 的研究結(jié)果一致。

膠體探針 AFM 在細胞力學領(lǐng)域取得了許多突破性的進展，通過 AFM 可以檢測單個細胞和細胞膜等細胞組分的力學性能，得到包括細胞膜楊氏模量、細胞骨架和細胞核黏彈性等特征參數(shù)。利用AFM 研究力對細胞性質(zhì)和功能的影響，是揭示組織、器官生物力學特性的基礎(chǔ)，也是進一步研究細胞內(nèi)生物大分子力學性能的出發(fā)點。同時，有助于深入研究細胞的生理、病理行為，為疾病的快速診斷和鑒別提供了一種有效的技術(shù)手段。AFM 經(jīng)過幾十年的發(fā)展，已成為表征和研究活細胞的主要工具之一，特別是在力學性能測量方面，憑借其獨特的檢測優(yōu)勢，AFM 成為了檢測顆粒與細胞相互作用的重要工具。但 AFM 也有待改善的地方: 首先，由于實驗設(shè)備限制，現(xiàn)在每次實驗是通過一根探針對單一目標進行測量，為了提高效率，未來可以開發(fā)多探針并行系統(tǒng)。其次，目前 AFM 主要對顆粒與細胞膜表面的相互作用進行檢測，對于細胞內(nèi)部的檢測還存在困難，這有望通過制造更加細長的探針比如納米針來實現(xiàn)，這種探針可以在減少損傷細胞的情況下刺入細胞內(nèi)部進行操作，從而對細胞核、細胞質(zhì)等進行原位力學性質(zhì)測量。為了更好地研究顆粒與細胞之間的相互作用，研究者們利用光鑷、磁鑷等技術(shù)直接通過激光或磁場操縱顆粒進行相互作用的研究，兩種技術(shù)能實現(xiàn)同時檢測多個顆粒并可在細胞內(nèi)操縱顆粒，彌補了 AFM 的不足，三種技術(shù)各有優(yōu)勢，在研究時可以相互補充。

目前，將 AFM 與其他的先進技術(shù)進行聯(lián)用，比如熒光顯微鏡、激光共聚焦顯微鏡以及單分子熒光顯微鏡等已經(jīng)成為新的研究熱點，通過聯(lián)用可以在獲得力學性能數(shù)據(jù)的同時獲得熒光圖像等信息，直接觀察到力學性能對細胞行為及功能的影響等，當然現(xiàn)在的聯(lián)用技術(shù)還不太完善，未來還需要進行更多的探索工作。