細胞力學(xué)已從研究單個細胞力學(xué)性質(zhì)逐漸發(fā)展到關(guān)注細胞與細胞、細胞與基底的相互作用。了解

細胞如何產(chǎn)生和感知力，以及這些力如何轉(zhuǎn)化為生化信號，對于解決關(guān)于正常和病理狀態(tài)下細胞行為的基本問題至關(guān)重要。如何精確地測量細胞對外界施加的力同樣成為了生物力學(xué)研究中的關(guān)鍵問題。

細胞與外基質(zhì)相互作用產(chǎn)生的主動作用力叫牽引力，對其進行表征可以使用TFM，該技術(shù)主要是由測量細胞外彈性基質(zhì)的變形得到應(yīng)變場，再通過反演算法重構(gòu)細胞所產(chǎn)生的牽引力。將為許多牽引力失衡所導(dǎo)致的疾?。ㄈ绨┌Y、組織纖維化、動脈粥樣硬化等）的機理探究、診斷與治療提供重要的理論支撐和檢測、治療依據(jù)。

TFM基本原理是將細胞培養(yǎng)在彈性模量已知且預(yù)先有熒光示蹤粒子標(biāo)記的基底上，當(dāng)細胞收縮時會牽引基底產(chǎn)生變形，細胞所施加的這種機械力與基底的變形符合彈性力學(xué)基本假設(shè)，利用激光共聚焦顯微鏡記錄熒光示蹤顆粒的位移變化，即可得到基底的彈性變形程度，最終通過反演算法就能得到細胞施加的牽引力數(shù)據(jù)。該技術(shù)對于研究微環(huán)境對細胞的貼壁、遷移、生長分化等生理學(xué)功能的影響有極大幫助。

由于熒光微珠分布隨機，常用的基底位移場的提取方法大致上可以分成兩類，分別是基于模式識別技術(shù)的熒光粒子位移跟蹤方法和數(shù)字圖像處理相關(guān)方法。

具體方法是利用模式識別技術(shù)對變形前后圖像中的熒光微珠的位置信息進行匹配，或計算變形前后圖像兩個子區(qū)域的互相關(guān)系數(shù)，對兩張圖像中的熒光微珠進行匹配，來獲得基底的位移場。對于圖形化彈性基底方法而言，由于基底表面的微凸臺陣列是呈周期性規(guī)律分布的，且凸臺的位移小于凸臺分布的空間周期，故無需復(fù)雜的圖像匹配算法，只需通過圖像處理計算基底受力前后兩張圖像中各凸臺的中心坐標(biāo)，將相同凸臺受力前后的中心坐標(biāo)做差，獲得各凸臺的位移矢量，即可完成基底位移場的提取。