肿瘤细胞发生发展过程伴随细胞微纳结构特征的改变,显微成像技术的快速发展使得单细胞水平肿瘤特征的获取、诊断和治疗成为可能,并成为当前肿瘤医学发展的主要方向之一。本文以不同亚型乳腺肿瘤细胞为研究对象,联合运用原子力显微术和光学成像技术获取肿瘤细胞的生物物理特征,从单细胞水平探究乳腺肿瘤特征和相关分子机制。首先,利用原子力显微术(AFM)对活细胞进行高分辨显微成像,对比乳腺细胞MCF-7、MDA-MB-231和MCF-10A的表面形貌,获得不同亚型乳腺细胞表面微纳结构特征。自主构建AFM与结构光显微镜组合成像系统,并成功用于细胞骨架微丝的多模式成像,获得不同恶性程度乳腺肿瘤细胞骨架微丝结构的表面形貌和弹性力学信息,为细胞结构和功能的研究提供一种新的成像方法和技术。其次,应用AFM对活细胞微纳生物物理特性参数进行测量,分析了 AFM活细胞生物力学参数测量的影响因素,优化实验测量条件。在此基础上获得不同亚型乳腺肿瘤细胞的弹性、黏度和粘附力,分析其生物力学响应与骨架结构特征的关联性。利用拉曼光谱技术对不同亚型乳腺细胞进行特征拉曼谱识别,并与AFM力谱测量结果进行比较,结果表明联合AFM和拉曼光谱技术在肿瘤细胞特征获取和识别具有良好的临床应用前景。最后,利用AFM和双光子荧光成像技术研究雌激素快速作用诱导ER+乳腺肿瘤细胞生物物理特性和细胞膜脂微区结构的变化,并分析雌激素快速非基因组效应可能的信号传导途径。结果表明,雌激素能导致ER+乳腺肿瘤细胞生物力学特性、表面粗糙度和骨架微丝结构的明显变化,这种快速响应有可能通过细胞膜雌激素受体介导,然后经由细胞膜微区脂筏结构实现信号转导。研究结果对于以雌激素信号传导新机制的肿瘤治疗与药物开发具有重要参考意义。总之,本论文的研究工作表明,AFM与光学显微术的联合应用,拓展了 AFM对活细胞微纳信息的获取能力,为细胞多参量表征提供了一种新的方法,有望成为单细胞水平肿瘤微纳特征获取的一种有效新手段、新技术,对于在分子水平上深入研究肿瘤的发生发展等相关机制具有重要的参考价值和意义。