基于压阻式悬臂梁传感器对细胞力学特性的研究

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1、早ｉｇ—呵学校代码：１０２巧学号：２０１３４２２９ＣＢ６拓团由巧輸ｍｉ．ｎ＾４ＳＯＯＣＨＯＷＵＮＩＶＥＲＳＩＴＹ：：■基于度阻式悬臂梁传感歉ｔ细胞力学ｈＨ特性麵究Ｓｔｕｄｙｏｆｃｅｌｌｍｅｃｈａｎｉｃａｌｐｒｏｅｒｔｂａｓｅｄｏｎｉｅｚｏｒｅｓｉｓｔｉｖｅｐｙｐｃａｎｔｉｌｅｖｅｒｓｅｎｓｏｒ研究生姓名徐文奎—：指导教师姓ｍ名觀波ｎ专化名称机械工程＿＿硏究方巧生観操作ｉ所在院部机

2、电工程学院＂＂＂１…ＩＪＩＩＩＩ＾ｉＩＬ．．—ｎ１｜．ｒ论文提交日期２０１６年４月苏州大学学位论文独创性声明本人郑重声明：所提交的学位论文是本人在导师的指导下，独立进行研究工作所取得的成果。除文中已经注明引用的内容外，本论文不含其他个人或集体己经发表或撰写过的研究成果，也不含为获得苏州大学或其它教育机构的学位证书而使巧过的材料。对本文的研究作出重要贡献的个人和集体，均已在文中明确方式标明。本人承担本声明的法律责任。

3、＇々论文作者签名：娩《４曰期：＞如．＾．１苏州大学学位论文使用授权声明本人完全了解苏州大学关于收集、保存和使用学位论文的规定，即：学位论文著作权归属苏州大学。本学位论电子文的内和纸文档容一。有、州大向国图书馆国文质论文的内容相致苏权家中社科院献学息倩也、（）、信报中中国科学技术信息研究所含万方数据电子出版社中国学术期刊（光盘版）电子杂志送交论电子社本学位文的复印件和文档，允许论文被查飼和借阅，可１＾＾采用影印、缩印或他制其复手段保存ｊｌ和汇论文，可文全分内有

4、关数编学位ｙ将学位论的部或部容编入进行。据库检索密ｎ论文涉学论文属。本位在年月解密后遣用本规定＾论囚非涉密文。者：２＇论签文曰期：／＾如文作名夸爲凌知导师签名；為峡日：期基于压阻式悬臂梁传感器对细胞力学特性的研究基于压阻式悬臂梁传感器对细胞力学特性的研究摘要细胞的力学特性关系着细胞的生长以及细胞自身的调节功能，细胞的变形和疾病之间是相关联的，这在细胞压痕试验中得以验证。压阻式微悬臂梁探针通过机械方法鉴定单个细胞的特性成为一种可能，同时由于微悬臂梁探针具有精度高以及

5、能在生物环境中测量操作等特点，在纳米生物学上得到广泛的应用。同时还能通过悬臂传递样品受力情况，实现生物样品力学特性的测量。本文基于压阻式悬臂梁传感器对酵母细胞力学特性进行研究。本压阻式悬臂梁传感器不仅具备原子力显微镜（AFM）在纳米生物力学领域应用的优势，也具有低成本、外部电路简单、灵敏度高等优点。本论文得到的实验结果将为细胞力学特性研究提供更多参考，应用的设备和方法将为纳米生物力学领域的研究提供新的工具和技术选择。主要研究内容包括：第一部分，在国内外研究生物细胞的基础上，分析了生物细胞弹性模量

6、的测量方法，弹性模量特性，粘附力特性。针对现有的研究方法，我们提出了基于压阻式悬臂梁传感器测量酵母细胞的力学特性的方法。第二部分，详细介绍了纳米压痕原理，并分析了可能对测量结果造成影响的因素，如压头形状，被测材料的表面形貌，零点定位。第三部分，基于压阻式悬臂梁传感器设计出测力装置。针对传感器输出信号微弱的特点，采用了直流电压激励电桥、仪表放大器、巴特沃斯低通滤波器、微调失调电压电路等技术。在扫描电子显微镜下，精确控制纳米驱动平台带动AFM探针探压传感器探针完成了力的标定。第四部分，完成了对酵母细

7、胞进行压痕仿真分析和基于压阻式悬臂梁传感器测量酵母细胞弹性模量的实验。利用有限元软件ABAQUS并结合相关文献和实验数据进行仿真，模拟不同倾斜角的压头对酵母细胞进行了压痕仿真，得到不同倾斜角下细胞的力学曲线。在测量酵母细胞的力学实验中，采用MATLAB对实验数据进行了二次I基于压阻式悬臂梁传感器对细胞力学特性的研究多项式曲线拟合，结合赫兹力学模型计算出酵母细胞的弹性模量。对实验数据和仿真数据进行了比对，数据的符合度较好。最后一部分，基于压阻式悬臂梁传感器测量细胞与针尖，细胞与基底的粘附力。在测量

8、细胞与针尖的粘附力的实验中，采用单一变量法，分析了载荷大小和加载时间分别对粘附力造成的影响；在细胞与基底的粘附力实验中，分析了接触时间和不同基底对酵母细胞粘附力的影响。得到结论：加载时间和载荷都能使粘附力增大；带正电的载玻片明显比普通载玻片的粘附力大。关键词：压阻式悬臂梁传感器；纳米压痕；酵母细胞；弹性模量；粘附力作者：徐文奎指导教师：黄海波IIStudyofcellmechanicalpropertybasedonpiezoresistivecantileversensorStudyofcel