基于原子力顯微鏡的細胞粘彈性力學(xué)性質(zhì)測量

基于原子力顯微鏡的細胞粘彈性力學(xué)性質(zhì)測量基于原子力顯微鏡的細胞粘彈性力學(xué)性質(zhì)測量

細胞是構(gòu)成生物體的基本單位，具有各種獨特的機械性質(zhì)。細胞的力學(xué)特性對于細胞內(nèi)外力傳遞、細胞遷移和組織形態(tài)生成等生物過程具有重要影響。因此，準確測量細胞力學(xué)性質(zhì)對于理解生物活動和疾病研究至關(guān)重要。原子力顯微鏡是一種重要的力學(xué)測試工具，已被廣泛應(yīng)用于分子尺度物理研究和材料科學(xué)。本文將介紹基于原子力顯微鏡的細胞粘彈性力學(xué)性質(zhì)測量的原理和方法。

一、原子力顯微鏡簡介

原子力顯微鏡（AtomicForceMicroscope，AFM）是由蘇黎世聯(lián)邦理工學(xué)院的格列澤爾博士于1986年發(fā)明的。它利用納米級探針對樣品表面進行掃描，并測量掃描過程中與樣品表面之間的相互作用力。AFM既可進行表面形貌測量，也可進行局部材料性質(zhì)測試。由于其高分辨率、高靈敏度和可靠性，AFM已成為探測生物體、細胞和分子尺度上力學(xué)性質(zhì)的重要工具。

二、細胞粘彈性力學(xué)性質(zhì)簡介

細胞的力學(xué)性質(zhì)包括彈性模量、黏度和黏彈性等參數(shù)。彈性模量（Elasticmodulus）是指細胞組織在力的作用下發(fā)生彎曲或變形時所受到的形變應(yīng)力。黏度（Viscosity）是指細胞組織在受力作用下產(chǎn)生形變的速率。黏彈性（Viscoelasticity）是指細胞組織既具有彈性特性又具有粘性特性。

三、基于原子力顯微鏡的細胞力學(xué)性質(zhì)測量原理

基于AFM的細胞力學(xué)性質(zhì)測量主要基于兩種力學(xué)模型：壓痕模型和拉伸模型。

1.壓痕模型

在壓痕模型中，AFM探針在垂直方向上對細胞表面進行壓痕，然后測量通過彎曲力計算得出的細胞的彈性模量。該方法適用于較硬和較薄的細胞。

2.拉伸模型

在拉伸模型中，探針與細胞表面接觸，并施加水平的拉伸力，探測到的數(shù)據(jù)被用于測量細胞的黏度和黏彈性特性。該方法適用于較軟和較厚的細胞。

四、基于原子力顯微鏡的細胞力學(xué)性質(zhì)測量流程

基于原子力顯微鏡的細胞力學(xué)性質(zhì)測量流程包括樣品制備、掃描參數(shù)設(shè)置、圖像采集、力曲線分析和力學(xué)模型擬合等步驟。

1.樣品制備

樣品制備是確保成功測量的關(guān)鍵一步。細胞應(yīng)先進行固定處理，以保持其形態(tài)和結(jié)構(gòu)。然后，樣品需要進行濕化，以保證樣品在測量過程中的濕度和溫度。

2.掃描參數(shù)設(shè)置

在進行細胞力學(xué)性質(zhì)測量之前，需要根據(jù)不同的樣品特點和測量目的設(shè)置掃描參數(shù)。包括掃描速度、掃描大小、力曲線采集速度等參數(shù)。

3.圖像采集

利用AFM的探針對細胞表面進行掃描，采集高分辨率的細胞圖像。圖像上的每個像素都對應(yīng)一組數(shù)據(jù)。

4.力曲線分析

在圖像采集中，AFM探針會與細胞表面發(fā)生相互作用。通過分析探針在與細胞相互作用過程中所記錄的力信號，可以獲得探針與細胞間的力學(xué)性質(zhì)。

5.力學(xué)模型擬合

通過將采集到的力曲線數(shù)據(jù)擬合到合適的力學(xué)模型中，可以得到細胞的彈性模量、黏度和黏彈性等參數(shù)。

五、應(yīng)用和展望

基于原子力顯微鏡的細胞力學(xué)性質(zhì)測量可用于生物學(xué)研究、醫(yī)學(xué)診斷和藥物篩選等領(lǐng)域。通過測量細胞在不同生理環(huán)境下的力學(xué)特性，可以揭示細胞在生物力學(xué)調(diào)控中的重要作用。同時，基于AFM的細胞力學(xué)性質(zhì)測量技術(shù)還具有潛力在疾病的早期檢測和治療中得到應(yīng)用。

總結(jié)起來，基于原子力顯微鏡的細胞粘彈性力學(xué)性質(zhì)測量具有高分辨率、高靈敏度和可靠性的優(yōu)點。通過測量細胞的彈性模量、黏度和黏彈性等參數(shù)，可以深入了解細胞的力學(xué)特性及其在生物過程中的作用。未來，隨著原子力顯微鏡技術(shù)的不斷發(fā)展和完善，相信該技術(shù)在生物醫(yī)學(xué)領(lǐng)域中的應(yīng)用將會更加廣泛綜上所述，基于原子力顯微鏡的細胞粘彈性力學(xué)性質(zhì)測量具有高分辨率、高靈敏度和可靠性的優(yōu)勢。通過測量細胞的彈性模量、黏度和黏彈性等參數(shù)，可以深入了解細胞的力學(xué)特性及其在生物過程中的作用。該技術(shù)的應(yīng)用前景廣闊，可用于生物學(xué)研究、醫(yī)學(xué)診斷和