自从在生物体中发现压电性以来,人们对生物组织的力电耦合效应进行了广泛的研究,结果表明压电性是生物组织的一种基本属性,在生物组织的损伤自我修复等生理工程中具有重要意义。近年来,借助扫描探针显微方法,人们发现生物组织不仅具有压电性,而且具有类铁电现象,并与生物体的疾病演变存在相互关联。然而,当前微观尺度上的生物压电性和铁电性研究尚处于起步阶段,规律性研究较少,压电性和类铁电性的微观起源尚不明确。基于此,本论文首先选取小鼠血管组织以及鼠肺组织为研究对象,结合传统的和新发展的扫描探针显微方法和分析理论,探究血管组织和肺组织的压电性和类铁电性的规律性,讨论其可能的生理影响。在此基础上,以猪血管组织中的胶原蛋白纤维为研究对象,基于新发展的时序激励压电响应力显微方法表征胶原蛋白纤维周期性结构和其压电响应之间的关联,从而进一步探究生物压电性的微观起源。本文的研究内容包括以下几个方面:(1)小鼠血管组织的压电性和极性翻转研究。以小鼠血管组织为研究对象,探究了血管组织面外和面内的线性和非线性谐振响应,研究了血管组织面外和面内的局域压电性,探讨了血管组织的极化翻转行为与直流电压幅值和循环周期之间的关联。结果表明,血管组织具有本征的压电性和自发的极化。血管组织的极化在翻转过程中,振幅变化对直流电压幅值和循环周期具有显著的依赖性,而相位变化的依赖性并不显著。这些依赖性据信与极化翻转的弛豫行为有关。(2)鼠肺组织的压电性和极性翻转研究。以小鼠和大鼠肺组织为研究对象,探讨其压电性和类铁电性的变化规律,分析了肺组织的内部结构,探究了肺组织面外和面内的线性和非线性谐振响应,表征了肺组织面外和面内的局域压电性,探讨了肺组织极化翻转行为与直流电压幅值和其循环周期之间的关联,比较了肺组织的极化翻转行为与血管组织极化翻转行为的不同。结果表明,肺组织内部为多层网状结构,具有本征的压电性和自发的极化,其极化翻转行为对直流电压幅值和循环周期具有显著的依赖性,这种依赖性与离子运动无关,由极化翻转过程中的弛豫行为导致。(3)胶原蛋白纤维周期性结构的压电性研究。以猪血管组织外层中的胶原蛋白纤维为研究对象,采用新发展的时序激励和电容激励压电响应力显微方法,结合主元素分析方法和简谐振子模型拟合求解,探讨胶原蛋白纤维的非均匀性压电响应与其结构之间的关联。结果表明,胶原蛋白纤维的压电响应与纤维的极化方向和周期性结构有特殊关联,周期性结构中的层叠区比间隙区具有更强的压电响应,这与它们的分子密度和结构对称性有关。结果还表明,新发展的时序激励方法可以很好地应用于对生物组织的研究,而电容激励法并不适合,为以后的研究方法提供了参考。本文对生物血管组织、肺组织及胶原蛋白纤维压电性和类铁电性的研究,为进一步理解生物组织力电耦合行为及其生理意义,提供了依据。