基于壓阻式懸臂梁傳感器對細胞力學(xué)特性的研究.pdf

1、細胞的力學(xué)特性關(guān)系著細胞的生長以及細胞自身的調(diào)節(jié)功能，細胞的變形和疾病之間是相關(guān)聯(lián)的，這在細胞壓痕試驗中得以驗證。壓阻式微懸臂梁探針通過機械方法鑒定單個細胞的特性成為一種可能，同時由于微懸臂梁探針具有精度高以及能在生物環(huán)境中測量操作等特點，在納米生物學(xué)上得到廣泛的應(yīng)用。同時還能通過懸臂傳遞樣品受力情況，實現(xiàn)生物樣品力學(xué)特性的測量。本文基于壓阻式懸臂梁傳感器對酵母細胞力學(xué)特性進行研究。本壓阻式懸臂梁傳感器不僅具備原子力顯微鏡（AFM）在納

2、米生物力學(xué)領(lǐng)域應(yīng)用的優(yōu)勢，也具有低成本、外部電路簡單、靈敏度高等優(yōu)點。本文得到的實驗結(jié)果將為細胞力學(xué)特性研究提供更多參考，應(yīng)用的設(shè)備和方法將為納米生物力學(xué)領(lǐng)域的研究提供新的工具和技術(shù)選擇。
　　本研究分為五個部分：第一部分，在國內(nèi)外研究生物細胞的基礎(chǔ)上，分析了生物細胞彈性模量的測量方法，彈性模量特性，粘附力特性。針對現(xiàn)有的研究方法，我們提出了基于壓阻式懸臂梁傳感器測量酵母細胞的力學(xué)特性的方法。第二部分，詳細介紹了納米壓痕原理，并分

3、析了可能對測量結(jié)果造成影響的因素，如壓頭形狀，被測材料的表面形貌，零點定位。第三部分，基于壓阻式懸臂梁傳感器設(shè)計出測力裝置。針對傳感器輸出信號微弱的特點，采用了直流電壓激勵電橋、儀表放大器、巴特沃斯低通濾波器、微調(diào)失調(diào)電壓電路等技術(shù)。在掃描電子顯微鏡下，精確控制納米驅(qū)動平臺帶動AFM探針探壓傳感器探針完成了力的標(biāo)定。第四部分，完成了對酵母細胞進行壓痕仿真分析和基于壓阻式懸臂梁傳感器測量酵母細胞彈性模量的實驗。利用有限元軟件ABAQUS并

4、結(jié)合相關(guān)文獻和實驗數(shù)據(jù)進行仿真，模擬不同傾斜角的壓頭對酵母細胞進行了壓痕仿真，得到不同傾斜角下細胞的力學(xué)曲線。在測量酵母細胞的力學(xué)實驗中，采用MATLAB對實驗數(shù)據(jù)進行了二次多項式曲線擬合，結(jié)合赫茲力學(xué)模型計算出酵母細胞的彈性模量。對實驗數(shù)據(jù)和仿真數(shù)據(jù)進行了比對，數(shù)據(jù)的符合度較好。第五部分，基于壓阻式懸臂梁傳感器測量細胞與針尖，細胞與基底的粘附力。在測量細胞與針尖的粘附力的實驗中，采用單一變量法，分析了載荷大小和加載時間分別對粘附力造成