細胞牽引力顯微鏡技術(traction force microscope, TFM)

細胞力學已從研究單個細胞力學性質逐漸發展到關注細胞與細胞、細胞與基底的相互作用。了解

細胞如何產生和感知力，以及這些力如何轉化為生化信號，對于解決關于正常和病理狀態下細胞行為的基本問題至關重要。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研究中的關鍵問題。

細胞與外基質相互作用產生的主動作用力叫牽引力，對其進行表征可以使用TFM，該技術主要是由測量細胞外彈性基質的變形得到應變場，再通過反演算法重構細胞所產生的牽引力。將為許多牽引力失衡所導致的疾病（如癌癥、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。

TFM基本原理是將細胞培養在彈性模量已知且預先有熒光示蹤粒子標記的基底上，當細胞收縮時會牽引基底產生變形，細胞所施加的這種機械力與基底的變形符合彈性力學基本假設，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據。該技術對于研究微環境對細胞的貼壁、遷移、生長分化等生理學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的熒光粒子位移跟蹤方法和數字圖像處理相關方法。

具體方法是利用模式識別技術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域的互相關系數，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，將相同凸臺受力前后的中心坐標做差，獲得各凸臺的位移矢量，即可完成基底位移場的提取。