研究機械載荷對活細胞的影響提供了有關細胞活動、活力和細胞間通訊的重要信息。這些刺激往往對細胞遷移、組織重塑和愈合等現象產生重大影響。而微觀尺度的效應也會影響組織結構、其機械特性和功能。因此需要特殊的方法來研究細胞的變形和生理反應。此外，在測試中為保持細胞存活，還必須要確保適當的環境條件。

人體是一個非常復雜的系統，為了解有機體的功能及其再生，有必要研究最小的生命單位——細胞的行為。通過了解細胞如何對復雜的生物、化學和物理信號做出反應，可以模擬體內整個組織的行為。首先，不同類型細胞的特性之間存在差異的原因是什么，以及為什么導致了這種機械性能而不是其他。在生物學領域應該簡化為細胞成分（尤其是細胞骨架和細胞膜）不同空間和生物力學組織的結果。第二是考慮細胞和群的組織學。通過加載組織中的細胞，它會影響調節所有組織行為的復雜細胞間通訊系統。第三個方面與細胞的剛度相關，并且對前兩個方面至關重要。研究和建模單個細胞對機械負載的響應，定義其機械性能是在微觀或宏觀尺度上考慮細胞性能的基礎。

預測細胞在特定機械環境中的行為旨在改進加速組織再生、康復、診斷、種植學和其他領域的方法。

流動剪切應力

1.平行板流動室(PPFC)

流體剪切應力(FSS)被認為主要是由于血管環境，其中血管壁的細胞處于連續的流體流動環境中。使用流動測試剪切應力的一種方法是PPFC。

在其中一個平板上，單層細胞附著在平板的內表面。通過沿腔室產生壓力梯度，使其經受流體或培養基的流動。為了產生壓差，重力封頭用于穩定流動，主動泵用于穩定或非穩定流動。設定流動參數，用Navier-Stokes方程和連續性方程來計算施加在板和單元上的剪切應力。假設為牛頓流體流動，其中剪切張量與應變張量成正比，則作用在細胞上的剪切應力可由公式計算。

假設流動是穩定的，也可用于估計動態流動情況下的介質和最大剪應力。如果觀察到的細胞距離腔室的側面足夠遠，可以忽略邊緣效應，并且距離入口足夠遠，以至于速度與預測的一樣，則可以假設作用在單元上的剪切應力是均勻的。

2.錐形-平板系統

通過旋轉錐和平板的方法。流動裝置是通過旋轉的圓錐體浸泡在細胞培養容器的液體中來工作的。在這種情況下，由于離心力的作用，流體作圓周和徑向運動，假設轉速較低，離心力可以忽略。

3.軌道振蕩系統

在這種情況下，培養容器是振動的。液體流動的解析描述會非常復雜，但最大剪切應力可以由公式得出。

4.微流體系統

基于流動系統的小型化。微通道的尺寸范圍約幾微米，與細胞大小相當。與其他技術相比，微流體系統使研究單細胞具有相當大的系統通量成為可能。允許精確控制施加在單個細胞上的條件，因為微流體裝置中的小尺寸通道提供層流特性（低雷諾數），使流體流動可預測和控制。至關重要的是，在如此小的尺度上流體的行為不同于在大通道中觀察到的行為，模擬分子的行為并預測它們的軌跡是可能的。