基于原子力显微镜的成骨细胞力学性能的研究

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1、基于原子力显微镜的成骨细胞力学性能的研究Thestudyonthemechanicalpropertiesofosteoblastsbasedonatomicforcemicroscope学科专业：仪器仪表工程作者姓名：米丽沛指导教师：徐临燕讲师天津大学精密仪器与光电子工程学院二零一七年十二月摘要细胞力学对于认识细胞生理病理机制以及改善细胞功能有重要意义。原子力显微镜(AFM)可在生理条件下对活细胞进行高灵敏度力学测试。因此，本文应用AFM测试细胞成骨分化过程以及不同纯钛材料表面细胞的力学性能，为研究细胞成骨分化及

2、纯钛材料表面细胞力学变化机制提供新的思路。论文的主要内容包括：1.分析细胞力学在细胞成骨分化及纯钛材料的骨整合性能评价的重要意义。对纯钛材料表面微观结构研究现状以及AFM测试细胞力学的研究现状进行介绍。2.研究AFM测试细胞力学性能的方法，介绍AFM成像原理、力曲线测试原理，提出计算细胞弹性模量的计算模型和检测力曲线接触点的算法理论。3.选择小鼠MC3T3-E1细胞为本课题的研究对象，介绍细胞的培养方法，并提出细胞培养中出现细胞凋亡、老化等情况的应对方案。随后，开展实验探究AFM测试细胞力学性能。4.应用成骨因子诱

3、导小鼠MC3T3-E1细胞成骨分化，利用AFM对细胞进行力学性能测试，同时辅以生物学方法表征骨原细胞成骨分化进程，研究细胞力学性能与成骨分化的对应关系。5.研究在具有不同微纳米形貌的钛片表面骨原细胞力学性能的差异，同时检测细胞贴壁形态、增殖水平以及成骨诱导能力的差异。表征细胞力学与钛片表面微观结构的关系，分析钛片表面结构对细胞生命活动的调控作用。关键词：原子力显微镜，MC3T3-E1细胞，细胞力学，成骨分化，纯钛材料IABSTRACTCellmechanicsisofgreatsignificanceforunde

4、rstandingcellphysiologicalandpathologicmechanismsaswellasimprovingcellfunction.Atomicforcemicroscopy(AFM)canperformmechanicstestsoflivingcellswithhighsensitivityinphysiologicalcondition.Therefore,thispaperresearchedcellmechanicsofthecellsintheprocessofosteogen

5、icdifferentiationandthosewhenseededindifferentpuretitaniummaterialsurface.Thispaperprovidedanewideaforthemechanismofosteogenicdifferentiationandtheinteractionbetweenthecellsandthesurfaceofpuretitanium.Themaincontentofthispaperislistedasfollows:1.Firstanalyzeth

6、esignificanceofcellmechanicsintheevaluationofosteogenicdifferentiationandthepropertyboneintegrationofpuretitaniummaterials.ThenintroducetheresearchstatusofmicrostructuresofpuretitaniumsurfaceandtheapplicationofAFMinthefieldofcellmechanics.2.Researchthemethodso

7、fthetestofcellmechanics,introducethebasicprinciplesofAFMandthetestprinciplesoftheforcecurve.Putforwardtheelasticmodelwhichissuitablebetweentheprobeandthecells.Developanalgorithmtheorydetectingthecontactpointintheforcecurve.3.SelectMC3T3-E1cellsastheresearchobj

8、ectofthisproject,introducethecultureprocessofcells,andpointoutthesolutionsofcellapoptosisandagingduringcellculture.Thendescribetheexperimentprocessofthecellmechanicsmeasurementusin