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目的：原子力显微镜（AFM）在生物纳米研究领域有广泛应用，包括对生物样品的形貌成像、超微结构、机械性能和相互作用等。本研究应用AFM观察和分析心脏手术体外循环对红细胞形貌结构及生物力学的影响，为深入理解红细胞在体外循环过程中的变化提供新的信息，为在纳米尺度上定性定量揭示细胞的生理病理状态提供依据。方法：以术前（PRE组）和体外循环开始转机30min（CPB组）的静脉血红细胞为研究对象，基于正立荧光显微镜观察计数两组非圆红细胞；AFM对两组红细胞进行整体和超微结构扫描；AFM图像分析软件获取两组红细胞的平均直径、平均高度、平均凹度、细胞膜表面平均粗糙度（Ra）、均方根粗糙度（Rrms）等参数；AFM力曲线测量红细胞膜表面力学性质，根据相关力—距离曲线图谱信息，分析体外循环前后红细胞膜压痕深度、压痕对应膜形变恢复力、黏附力、黏附力对应跳离线程以及力曲线斜率等的变化。结果：1.与PRE组比较，CPB组非圆红细胞比例差异无统计学意义（P>0.05）。2. AFM成像示PRE组红细胞呈典型单凹圆盘状，细胞轮廓清晰，表面光滑、柔润细腻；CPB组红细胞仍呈较为规则的圆形，但细胞表面有明显凹陷浅痕，边缘有褶皱，中心凹陷部位粗糙。3.与PRE组比较，CPB组在平均直径、平均高度、平均凹度上的差异均有统计学意义（P <0.05）。4. PRE组红细胞膜表面由大小不同的隆起形成凹凸表面，隆起光滑、饱满，分布密集均匀，形状规则，各隆起间形成的缝隙状凹陷深度较为均匀，排列疏密有度；CPB组红细胞膜表面隆起状排列结构依然存在，但膜表面相对粗糙，隆起形状不规则，排列紊乱，表面凹凸性增强，均匀度降低。5.当测量面积分别为4.0μm×4.0μm和2.5μm×2.5μm时，CPB组Ra、Rms均大于PRE组，两组各指标差异均有统计学意义（P <0.05）。6.与PRE组比较，CPB组在压痕深度、压痕对应膜形变恢复力差异无统计学意义（P>0.05），在黏附力、黏附力对应跳离线程差异有统计学意义（P <0.05）。7.与PRE组比较，CPB组在力曲线斜率差异无统计学意义（P>0.05）。结论：利用AFM观察体外循环转机30min可致患者红细胞膜表面隆起形状排列紊乱，细胞膜表面相对粗糙，表面凹凸性增强，均匀度降低；体外循环转机30min可致红细胞的平均直径增大、平均高度、平均凹度减少、细胞间的黏附力增大而改变红细胞膜的表面形貌、超微结构及粘附特性。