细胞力学实验方法研究：压力加载及改进的膜式张应变加载

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1、甲654629细胞力学实验方法研究：压力加载及改进的膜式张应变加载4生物医学工程专业研究生何辉指导教师樊瑜波细胞力学是细胞工程学和组织工程学的基础，是现代生物力学发展十分迅速的一个前沿领域，涉及载荷作用下细胞、细胞膜、细胞骨架的变形、弹性、粘弹性、粘附力、表面张力等力学性能的研究，以及机械力对细胞的形态、结构、功能及生长的影响。由于在体环境异常复杂，细胞生理或病理现象的研究仍依赖于细胞体外分离和培养技术，因此，构建细胞体外加载实验系统是目前研究细胞的力学响应机制的主要途径。本文基于细胞力学研究的需要，开展了细胞压力加载实验系统的研究，并改进膜式细胞张应变

2、加载系统。论文研究的主要内容及特色如下：(1)针对细胞力学研究现状，分析国内外相关文献资料，总结现有细胞力学实验方法，特别是对细胞压力加载及膜式张应变加载方法进行了综述。(2)针对现有的细胞压力加载实验装置不便于对细胞形态进行实时观测的不足，本文基于细胞力学研究的需要，并综合考虑细胞培养要求，建立了细胞压力加载实验系统：设计和制作压力腔及其配套装置，提出以数据采集系统为核心的测控平台构想。(3)本文通过对压力载荷下成骨细胞及细胞骨架形态的实验研究，验证压力加载系统的可行性。实验表明，系统能满足细胞培养要求，具有良好的生物相容性；实验各组细胞随加载时间的延

3、长，细胞形态发生了变化，与对照组相比，表现为细胞扁平、变大；实验组成骨细胞细胞骨架中微丝发生延展，骨架蛋白排列较为松散，肌动蛋白纤维未发生断裂；成骨细胞Ca2+荧光强度明显高于对{本文受国家自然科学笨金工币目(No10t32020，3(3370376)资助I一≤缓数游麟照组，表明成骨细胞受机械压力后胞内Ca2+浓度明显增高；系统能提供较宽范围的应力水平，符合多种实验研究的需要，并为今后细胞力学实验提供较宽范围的加载频率。(4)针对实验室已有的膜式张应变系统存在的问题(主要针对细胞培养要求)，本文对该系统加以改进：针对原系统实验时计算机只能获取培养膜下的压

4、力数据，而无法得到膜位移及应变的不足，本文设计了一套压力一位移测定装置。(5)本文通过对膜式张应力环境下成肌细胞的形态学研究，一方面验证了改进的膜式细胞加载系统的可行性：系统能满足细胞培养要求，具有良好的生物相容性，而且系统能提供基底拉伸应变指标，标定脉动液压曲线，为细胞培养膜的三维有限元分析提供参照数据；另一方面，实验结果表明，实验组细胞随加载时间的延长，细胞形态发生明显变化，与对照组相比，表现为细胞变长、变大，细胞核定向排列，细胞长轴顺着应变场方向。关键词：细胞力学细胞压力加载实验系统实时观测膜式张应变加载系统压力一位移测定装置11Studyonth

5、eExperimentalTechniquesforCellularMechanics：theCompressiveLoadingandModifiedSubstrateStretchSystems+BiomedicalEngineeringCandidate：HeHuiSupervisor：FanYuboCellularMechanicsisoneofthebasesofCellEngineeringandTissueEngineering，andisartimportantfieldofBiomechanics．CellularMechanicsre

6、latestotheresearchofmechanicalpropertiesaboutthedeformation，elasticity，viscosityandsurfacetensionofcells，andtocellularresponsestomechanicalforces．Becauseofthestaggeringcomplexityoftheinvivoenvironment，studyingcellularresponsestomechanicalstressandstrainhasreliedheavilyontheuseofi

7、nvitromechanicalloadingsystems．AcompressiveloadingsystemandamodifiedsubstratestretchsystemwereestablishedintiffspaperfortheresearchofCellularMechanics．Thefollowingresultswereattained，(1)Thethesisanalyzedthecurrentliteraturesandsummarizedtheup—to—dateexperimentalmethodsonCellularM

8、echanics．Themethodsonthecompressiveloadi