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自1963年Slauterback首先从水螅刺细胞中发现微管(Microtubule，MT)以来，微管的研究已发展为细胞生物学的一个重要分支，人们通过对不同处理后MT的形态的观察和量的变化，解释了很多病理生理现象和胞内运动过程。MT在真核细胞中的作用无疑是重要的。现在人们普遍认识到，微管参与细胞形态的维持，与细胞的分裂、分化和细胞的运动、细胞内物质运输有关。本论文的研究对象是脑神经系统中的细胞骨架微管，它是细胞骨架的重要组成成分，在神经细胞内含量丰富，是细胞组织和信息处理的中心.微管中的水和规则的周期格子结构提示了物理科学工作者，因此，在20世纪八十年代，多个物理研究小组利用量子场论开始对微管进行理论研究。
微管中充满了属于Kerr介质的液体水。近年来，在微管中水分子的电偶极子和量子电磁辐射场之间相互作用的研究，已取得许多进展。以往这些研究都是研究系统在两能级近似下水分子与场的共振相互作用，但未考虑介质的非线性极化的影响，由于水属于Kerr介质，Kerr效应的存在可能影响电偶极子与电磁场的耦合，对集体电磁辐射的能力产生影响，因此本文运用量子场论路径积分方法，研究细胞骨架微管中水分子与电磁场的相互作用的问题，引进了Kerr效应，探讨了这对电偶极集体辐射的影响。本文主要工作是在量子场论及相应的欧拉-拉格朗日方程的基础上，对微管中处于转动基态和第一激发态的水分子系统与量子电磁辐射场的相互作用进行了研究，然后，讨论了Kerr效应的存在对水分子系统与量子电磁辐射场的相互作用的影响。