肿瘤疾病的发生与细胞外基质(extracellular matrix,ECM)硬度增加有关,细胞感知外环境硬度变化后会有不同的生物行为响应,不同的细胞生物行为将影响肿瘤疾病的发展。因此基底硬度变化对肿瘤细胞生物行为的影响有待深入研究。本文通过原子力显微术(atomic force microscope,AFM)和光学成像,探究了基底硬度变化对不同恶性程度肿瘤细胞生物力学特性的影响。首先,根据肿瘤细胞在不同硬度基底上生物行为的差异,选择了若干模拟正常组织和病变组织生理硬度的聚丙烯酰胺(polyacrylamide,PAM)水凝胶基底,利用AFM对其力学特性进行表征。其次,通过有限元辅助分析,利用AFM和光学成像分别观测了不同硬度基底上不同恶性程度肿瘤细胞的黏弹特性和铺展行为,比较良性和恶性肿瘤细胞力学响应的差异。研究结果表明:恶性肿瘤细胞力学响应敏感程度明显低于良性肿瘤细胞,铺展行为也有明显的滞后,从而导致在硬基底上恶性肿瘤细胞比良性肿瘤细胞更加柔软。最后,构建细胞三维模型并结合细胞微丝骨架荧光成像,探究不同恶性程度肿瘤细胞在不同硬度基底上形成微丝骨架能力的差异。研究结果表明:微丝骨架结构的富集程度与细胞的力学特性呈正相关,不同恶性程度肿瘤细胞对基底硬度变化的力学响应差异主要取决于细胞形成骨架结构的能力。即随基底硬度变化,恶性肿瘤细胞生成骨架结构的能力低于良性肿瘤细胞。本文研究结果有助于区分良性和恶性肿瘤细胞,说明细胞力学响应能力的缺失可能与肿瘤疾病的发展有关。