人体宏观的机械性能表征是人体各项行为的表现,落脚到人体微观世界中,就是细胞、蛋白质等微观生物材料的力学机械性能响应。所以,研究构成人体的微观生物材料力学机械性能响应对于探析人体的某些疾病致病机理、不同理化微环境对人体的影响具有重要意义。成骨不全症作为一种罕见的临床疾病,其在动物、人体内的表现形式就是生物体内微观材料的机械性能响应的一种特殊表现。目前,过各类成像方式、基因检测等确认,成骨不全症致病的主要原因是由于I型胶原蛋白产生的基因突变所导致。通本文从成骨不全症的致病机理出发,对I型胶原蛋白在处于不同突变情况下的力学机械性能进行了表征,定量分析了胶原蛋白的力学动态响应,对于了解胶原蛋白生物力学行为以及其病理、生理现象具有重要意义,具体研究内容如下:首先,基于小鼠脆性骨病致病机理,建立了异、同三聚体胶原蛋白两组模型,在模拟生理微环境下对两组胶原蛋白分别进行了拉伸的力学加载,对比分析了两组胶原的生物力学机械响应,并从分子内部键作用、溶剂可达表面积、回转半径等几个分析指标得出了异、同三聚体产生力学机械性能差异的主要原因。其次,根据人类成骨不全症的致病原因,建立了人I型胶原蛋白全原子分子动力学模型,在模拟生理微环境作用下,对四组不同点突变胶原进行了拉伸力学和三点弯曲力学两组力学加载,并在不同力学机械性能评价指标下进行了深入探析,最终对不同点突变胶原造成的力学机械性能与结构稳定性影响程度进行了深入分析与总结。最后,通过研究异、同三聚体胶原与不同点突变胶原两组模型,分析了小鼠脆性骨病与人类成骨不全症两个相似病症的病理相关性,通过分子动力学仿真模拟成骨不全症中胶原蛋白的生物力学机械性能响应,构建了成骨不全症-胶原突变-生物体之间的机械性能表征研究桥梁。