基于納米鑷子的細(xì)胞粘彈性測試方法研究.pdf

1、細(xì)胞力學(xué)是細(xì)胞和組織工程學(xué)的基礎(chǔ)，一直是生物力學(xué)領(lǐng)域的熱門課題。細(xì)胞的結(jié)構(gòu)和功能，以及生長、分裂、衰老、凋亡和病變，都和細(xì)胞的力學(xué)特性息息相關(guān)。細(xì)胞的受力和變形對其功能有著直接的影響。因此，研究細(xì)胞的力學(xué)特性，對于了解細(xì)胞及其功能，有著重要的意義。為了更深入理解細(xì)胞力學(xué)特性，出現(xiàn)了一系列的研究方法和手段，其中以原子力顯微鏡（AFM）為代表的細(xì)胞力學(xué)特性測試，以其精度高、范圍大、樣品準(zhǔn)備簡單等優(yōu)點(diǎn)，得到了廣泛應(yīng)用。
　　本文基于AF

2、M納米機(jī)器人技術(shù)，并結(jié)合所研究的納米鑷子，測試和分析了生物活細(xì)胞的粘彈性力學(xué)特性。該方法可實現(xiàn)細(xì)胞靜態(tài)與動態(tài)粘彈性的測試，將為生物細(xì)胞力學(xué)的研究提供一種新的操作方法和工具。本文主要內(nèi)容包括：
　　首先，研制了一種構(gòu)成納米鑷子的納米探針，并提出了一種基于該納米鑷子的細(xì)胞粘彈性力學(xué)特性測試方法。結(jié)合聚焦離子束（FIB）納米加工技術(shù)和微裝配技術(shù)，實現(xiàn)了該探針加工與組裝。相對安裝兩個該探針于雙探針AFM上，構(gòu)成納米鑷子，可同時實現(xiàn)生物活細(xì)

3、胞雙平板壓縮、拉伸和剪切模式的力學(xué)特性測試。
　　然后，介紹了細(xì)胞粘彈性的冪律特性和Zener’s模型，分析了細(xì)胞的粘彈性力學(xué)行為，為分析處理細(xì)胞粘彈性測試數(shù)據(jù)提供了理論基礎(chǔ)。冪律特性定性描述細(xì)胞蠕變和應(yīng)力松弛的特性，Zener’s模型可求解細(xì)胞蠕變和應(yīng)力松弛函數(shù)，獲得細(xì)胞粘彈性力學(xué)參數(shù)。
　　其次，建立了活細(xì)胞測試的溫控裝置。該裝置可控制細(xì)胞操作過程中細(xì)胞培養(yǎng)液溫度為37±0.5℃，同時在實驗系統(tǒng)密封腔中充5％的CO2，保

4、證了長時間測試過程中細(xì)胞的活性。
　　最后，開發(fā)了細(xì)胞粘彈性力學(xué)的測控程序，分別采用AFM單探針和開發(fā)的納米鑷子測試了細(xì)胞的靜態(tài)和動態(tài)粘彈性特性。對比兩種方法和測試結(jié)果，納米鑷子可實現(xiàn)細(xì)胞整體粘彈性測試，AFM針尖壓痕局限于細(xì)胞局部粘彈性測試，前者更能準(zhǔn)確的評估細(xì)胞的整體粘彈性力學(xué)特性。
　　所研制的納米鑷子及其測試方法具有如下的優(yōu)點(diǎn)：1）納米鑷子具有平行平板夾持構(gòu)型，使得測試細(xì)胞受力和變形均勻，并可克服細(xì)胞壓縮過程中的滑移