细胞力学加载实验技术
生物微小样品力学加载测试系统科普简介
生物微小样品力学加载测试系统科普简介蒋乐伦;乔西凤;黄勇;凌金田;陈珂云;潘程枫;张素华【期刊名称】《力学与实践》【年(卷),期】2014(036)004【摘要】研制了生物微小样品力学加载系统,能够实现10～1000 μm)生物样品0.5mN～1N力学加载实验,包括拉伸、压缩、穿刺等,应用于深入了解样品力学性能与微观结构之间的关系.介绍了目前国内外力学加载实验仪器的研究进展,简单介绍生物微样品力学加载实验系统对静电纺丝微米丝拉伸及蜂针穿刺过程的力学测试.最后提出了力学加载系统的预期应用领域.【总页数】3页(P524-526)【作者】蒋乐伦;乔西凤;黄勇;凌金田;陈珂云;潘程枫;张素华【作者单位】中山大学广东省传感技术与生物医疗仪器重点实验室,广州510006;中山大学广东省传感技术与生物医疗仪器重点实验室,广州510006;中山大学广东省传感技术与生物医疗仪器重点实验室,广州510006;中山大学广东省传感技术与生物医疗仪器重点实验室,广州510006;中山大学广东省传感技术与生物医疗仪器重点实验室,广州510006;中山大学广东省传感技术与生物医疗仪器重点实验室,广州510006;中山大学广东省传感技术与生物医疗仪器重点实验室,广州510006【正文语种】中文【中图分类】Q66【相关文献】1.植物细胞力学微小压力加载测量实验控制装置的研究 [J], 余成波;陶红艳;陈学军;瞿峰2.当今国际生物力学发展最新动态——第18届国际生物力学大会简介 [J], 单大卯;魏文仪3.足部动力学测试系统在运动生物力学中的应用进展 [J], 李奉玲;顾耀东;李建设4.中南大学生物医学工程研究院简介生物医学工程学是一门生命科学与工程技术相结合的具有高度综合性的学科。
它所包含的分支领域有：基因工程、组织工程、医疗器械、生物力学、光电子学、材料学、生物信息学、计算机应用、纳米生物技术、人工器官、康复医学、医学成像技术等。
细胞力学测定
细胞力学测定
细胞力学测定是一种利用微小的机械应力来研究单个细胞的力学特性的方法。
这种技术为我们提供了一个了解细胞内部结构和特性的机会，并且在生物工程、医学和药物研究领域具有广泛的应用。
细胞力学测定的主要方法包括：
1.管道流体力学法：通过向单个细胞施加微小的机械应力，并测量细胞对这些应力的反应，以确定细胞的硬度和粘度。
2. AFM（atomic force microscopy）力学测定法：使用扫描探针和微力传感器来直接测量细胞表面的弹性和硬度。
3.微流管弯曲法：使用微流管来施加机械压力，并测量细胞的反应，以确定细胞的硬度和形状。
细胞力学测定的应用：
1.研究细胞生长、分化和自我组织的机制。
2.鉴定癌细胞和正常细胞之间的差异，为肿瘤诊断和治疗提供实验依据。
3.研究药物在细胞中的作用机制，评估其毒性和效果。
4.研究细胞信号传递、细胞-基质相互作用和细胞-细胞相互作用等生物学过程。
细胞力学测定是一项全球研究的前沿领域，其发展还将为我们带来更多探索细胞结构和机能的新机会和新挑战。
细胞生物力学
细胞生物力学细胞生物力学指的是研究细胞内外力对细胞结构和功能的影响以及细胞对力的响应的学科。
随着科学技术的进步，细胞生物力学逐渐发展为生物医学工程学中重要的研究领域。
本文将从细胞力学的基本原理、技术方法以及在生物学和医学领域的应用等方面进行探讨。
一、细胞力学的基本原理细胞力学的基本原理主要包括细胞内外力的产生和传递机制以及细胞对力的响应。
细胞内部力的产生主要由胞骨架系统、细胞质内蛋白和细胞膜等组成。
这些结构通过细胞内的运动蛋白、分子马达等转化化学能量为机械能，推动细胞运动和形态变化。
细胞外部力主要来自于细胞周围环境的外力作用，如流体力、接触力等。
细胞对力的响应包括细胞力学特性的改变和细胞功能的变化。
二、细胞力学的技术方法在细胞力学研究中，常用的技术方法包括力谱显微术、力探针显微术和微流体力学等。
力谱显微术通过探测细胞对外界力的响应，实时记录细胞的形态和运动变化，从而研究细胞力学特性。
力探针显微术则利用纳米级力传感器测量细胞表面受力情况，探索细胞内力的产生与传递机制。
微流体力学研究细胞在微小流体环境下的力学行为，通过模拟体内各种生理环境，以更好地理解细胞对力的响应。
三、细胞力学在生物学中的应用细胞力学在生物学领域的应用非常广泛。
首先，细胞力学研究有助于理解细胞内物质迁移和细胞骨架结构变化等基本生物过程。
其次，细胞力学还可以应用于细胞分化和细胞信号传导等研究中，揭示细胞力学对细胞功能的调控机制。
此外，细胞力学技术在干细胞和肿瘤细胞等领域也有广泛的应用，可用于识别和区分不同类型的细胞，并评估其生理状态和功能。
四、细胞力学在医学领域的应用在医学领域，细胞力学研究具有重要的临床应用潜力。
例如，细胞力学特性的改变可以用于肿瘤细胞的诊断和分级。
通过测定肿瘤细胞的刚度和变形能力，可以评估肿瘤的侵袭性和恶性程度。
此外，细胞力学的研究还可以用于血液病的诊断和治疗。
通过测量红细胞的变形能力，可以评估贫血和其他血液疾病的程度，为疾病的诊断和治疗提供参考。
《几类细胞的生物力学实验研究》范文
《几类细胞的生物力学实验研究》篇一一、引言细胞作为生命体的基本单位，其力学性质在细胞生物学、医学等领域具有重要意义。
为了更深入地理解细胞的结构与功能，以及其在疾病发生、发展过程中的作用，本文将针对几类细胞的生物力学实验研究进行详细阐述。
二、实验材料与方法1. 细胞类型本实验主要研究几类典型的细胞，包括成纤维细胞、上皮细胞和神经细胞等。
2. 实验方法（1）细胞培养：采用适宜的培养基和条件，对各类细胞进行培养，使其达到实验所需的生长状态。
（2）生物力学测试：利用原子力显微镜、光学陷阱显微镜等设备，对细胞的力学性质进行测试。
（3）数据采集与分析：通过软件对实验数据进行处理，分析细胞的生物力学特性。
三、实验结果1. 成纤维细胞生物力学实验结果成纤维细胞具有较高的弹性和黏附性。
在受到外力作用时，细胞能够发生一定的形变，表现出较好的适应性。
通过实验发现，成纤维细胞的弹性模量较大，能够抵抗外界压力，保持细胞的稳定性。
2. 上皮细胞生物力学实验结果上皮细胞具有较高的抗拉强度和韧性。
在受到外力作用时，细胞能够通过调整自身的形态来适应外界环境的变化。
实验结果显示，上皮细胞的拉伸强度较高，具有较好的延展性。
3. 神经细胞生物力学实验结果神经细胞具有复杂的网络结构和电信号传导功能。
在生物力学实验中，我们发现神经细胞的机械敏感性较高，对外界刺激有较好的响应能力。
同时，神经细胞的黏附性和迁移能力也较强。
四、讨论根据实验结果，我们可以得出以下几类细胞的生物力学特性：成纤维细胞具有较强的弹性和稳定性；上皮细胞具有较高的抗拉强度和延展性；神经细胞具有较高的机械敏感性和黏附迁移能力。
这些特性对于理解细胞在生理和病理过程中的作用具有重要意义。
首先，成纤维细胞的弹性和稳定性对于维持组织结构的完整性和功能具有重要意义。
在伤口愈合、纤维化等疾病过程中，成纤维细胞的生物力学特性会发生变化，进而影响疾病的进展。
因此，研究成纤维细胞的生物力学特性有助于深入了解这些疾病的发病机制。
细胞生物力学的研究方法及其应用
细胞生物力学的研究方法及其应用细胞生物力学，顾名思义，是研究生物体内单个细胞机械性质的学科。
近年来，由于技术手段的不断提高，细胞生物力学得到了越来越多的关注和研究。
本文将介绍当前常用的细胞生物力学研究方法及其在生物学、医学等领域的应用。
第一，原子力显微镜（AFM）原子力显微镜，是一种用于材料表面形貌和物理化学性质研究的宏观静态力学显微镜。
近年来，它也被广泛应用于细胞生物力学。
AFM可以在细胞表面扫描出其形貌结构，同时提供各种力学参数的测量。
例如，它可以测定细胞的硬度、弹性模数、粘附力等力学参数，从而揭示细胞的生物物理特性。
AFM的优点在于可以直接测量单个细胞的形态和力学特性，并且不会对细胞造成伤害。
此外，AFM可以在生命体内进行活体测量，可以更加真实地反映细胞的生物物理特征。
第二，拉伸式细胞生物力学实验这是一种基于机械实验装置的细胞力学试验。
拉伸式细胞生物力学实验可以测量细胞的有限元分析、张力分布等力学参数，从而了解细胞在外力下的变形和应力状态。
同时，这种实验可以研究细胞内部力的平衡，研究细胞内大分子的力学特性。
拉伸式细胞生物力学实验常用于细胞稳态、生长和迁移等方面的研究。
第三，光学牵引力显微镜（OT）光学牵引力显微镜，是一种非接触、光学控制下研究细胞运动和力学行为的实验技术，称为“光学镊子”。
它可以利用激光光束的光学力控制微米级别细胞的运动，同时实时追踪微小颗粒到纳米级别的位移、速度和应力等变化。
光学牵引力显微镜技术的优点是可以对单个细胞进行可控制的牵引力实验，测定细胞内蛋白质分子的颗粒动力学，证明各种细胞内生物标签或药物的分布和传输。
此外，由于操作非常灵活，长期研究难度较小，有助于细胞生物力学实验结果的稳定和可靠。
总之，细胞生物力学是一门尝试了解和解决生物体内机械问题的新兴学科，其研究方法也在不断创新和完善。
通过不断改进研究方法，细胞生物力学的研究在生物学、医学、生物材料等学科领域的应用也在不断扩大。
细胞力学中的基本概念和研究方法
细胞力学中的基本概念和研究方法细胞力学是细胞生物学的重要分支，它旨在探究细胞形态、结构和功能之间的关系，并揭示细胞对外部力学刺激的响应机制。
从细胞的内在结构和组成分子的角度出发，本文将介绍细胞力学中的基本概念和研究方法。
一、细胞力学的基本概念细胞力学主要探讨细胞的形态和机械特性。
在细胞力学中，最基本的概念是力和位移。
力是作用在物体上的外部或内部的物理作用，如拉力、压力、剪应力等。
位移是物体位置的改变。
细胞受到力的作用后，常常发生形变或位移，形变量和位移量能够反映细胞的形态和机械性质。
细胞力学所研究的主要参数包括细胞形变、细胞刚度、细胞黏度、细胞黏附力等。
细胞形变是指细胞受到外界作用后的变形程度，它是评价细胞变形能力的重要指标。
细胞刚度是指细胞抵抗形变的能力，可通过测量细胞在不同外力作用下的变形量和位移量来确定。
细胞黏度是指细胞内部分子之间相互作用的阻力大小，影响着细胞表观粘度和黏附力。
细胞黏附力则是细胞与外界环境之间相互作用的力量，包括细胞内部的黏附力和细胞与外界环境之间的黏附力。
二、细胞力学的研究方法目前，细胞力学研究主要依赖于光学技术、力学技术和生物化学技术三个方面。
1. 光学技术光学技术是细胞力学研究中最为常用的技术之一。
光学力学测量法被广泛应用于获得细胞和细胞组织的机械特性信息，比如使用光学陷阱和牵引力显微镜来测量细胞的刚度和黏度等。
此外，还有通过光学显微镜和数字图像处理技术来测量细胞形态和大小等参数，如流变图像法、光面板技术等。
2. 力学技术力学技术主要是通过施加外力和测量细胞形变或变形来获得细胞力学参数。
常用的力学手段有牵引力显微镜法、剪切力测量法、压缩力测量法、微弯曲法、压痕法等。
这些技术各具特点，可以用于测量不同范围和形态的细胞，覆盖了细胞力学研究的不同方面。
3. 生物化学技术生物化学技术主要侧重于细胞机械性质的分子基础和组成，包括细胞骨架和细胞外基质分子的表达和变化的研究。
生物化学技术包括原位杂交、免疫组化、蛋白质分析、基因表达、分子克隆等，通过这些技术可以检测分子水平上的细胞力学参数，为进一步研究提供基础信息。
细胞力学的研究及应用
细胞力学的研究及应用细胞力学是指研究细胞如何在生理学和生物化学力量的作用下，维持其形态、大小、质地、形成等特征的学科。
细胞力学的研究在许多领域都有着广泛的应用，如癌症治疗、新药研发、人工组织工程等。
本文将简要介绍细胞力学的研究内容以及其在不同领域中的应用。
一、细胞力学的研究内容细胞力学的研究主要集中在细胞运动、形态和力量的规律性，透过细胞内物质、细胞膜和胞外环境之间的物理和化学相互作用，探寻细胞在生命进程中的变化规律。
1.细胞形态和变形细胞的形态包括大小、形状、表面形态和区域形态等特征。
通过对细胞形态的研究，人们可以更清晰地了解细胞的功能和生理活动。
同时，细胞在生长和发育的过程中也需要不断进行形态变化。
因此，研究细胞的形变过程和形变机制对于探究细胞发育和功能调节都有着重要的意义。
2.细胞运动和迁移细胞的运动包括细胞的游走、伸长、缩短和蠕动等。
细胞的运动与其形态变化、细胞内分子的运动、膜运动以及细胞外基质的物理化学性质等因素相关。
通过研究细胞的运动机制，可以更好地理解细胞的行为和在生命进程中的功能。
3.细胞力学特征细胞的力学特征包括细胞内和细胞外的力学性质，如细胞的切变弹性模量、压缩模量和自由体积等特征。
通过测量这些力学特征，人们可以更好地了解细胞材料的物理性质，以及研究细胞生长和发展过程中的力学因素。
二、细胞力学的应用1.癌症治疗癌症是一种由恶性肿瘤引起的疾病，其中细胞发生了异常变化，从而导致其对机体正常功能的破坏。
近年来，越来越多的研究表明，细胞力学可以用于帮助癌症治疗。
例如，通过测量细胞弹性模量和质地刻度等力学参数，可以区分癌细胞和正常细胞之间的差异，筛选出更有效的癌症化疗药物。
2.新药研发新药研发过程中，需要进行药效性和毒性评估等工作。
细胞力学技术可以帮助科学家更好地了解药物对细胞的影响，以及药物是否具有治疗或毒性作用。
例如，通过测量细胞的弹性模量和细胞大小等参数，可以评估当药物接触到细胞时细胞的变化，确定药物的毒性和疗效。
四点弯曲细胞力学加载装置使用程序
四点弯曲细胞力学加载装置使用程序
1.目的
规范四点弯曲细胞力学加载装置的相关使用操作、以及维护操作。
2.适用范围
适用于本实验室使用四点弯曲细胞力学加载装置。
3.职责
操作人员应熟练掌握并自觉遵守本标准操作程序。
如需获得更多信息，请参阅该仪器用户手册。
4.支持性文件
四点弯曲细胞力学加载装置使用说明书。
5.操作规程
5.1连接设备控制单元与加力单元，打开设备电源。
5.2在加力单元内放入需要加力的细胞及加力盒
5.3连接加力盒上的线路
5.4按动控制单元上的“向下”键，使加力冲头和加力盒紧密贴合，此时控制单元的黄色指示灯闪烁。
5.5按“设置”键和“确定”键设置加力参数（频率、位移距离、等待时间、加力时间、间歇时间、重复次数）。
5.6检查设置的参数正确后按“启动”键开始运行。
5.7运行过程中检查仪器加力是否正常，如有问题及时处理。
5.8加力时间到后设备自动停止工作，此时升起加力冲头，取出加力盒及细胞。
5.9关闭设备电源，将加力单元清洁并消毒后放回原位，如实填写使用记录。
细胞力学的研究及其在生物医学中的应用
细胞力学的研究及其在生物医学中的应用细胞力学是研究细胞机械性质及其变化规律的学科，是生物力学的一个分支。
近年来，细胞力学成为了生物医学领域重要的研究方向之一。
本文将介绍细胞力学的研究方法以及在生物医学中的应用。
一、细胞力学的研究方法1.1 机械测试机械测试是测量细胞机械性质最常用的方法，常见的机械测试包括拉伸、压缩、弯曲、剪切等，通过测量细胞的应力和应变关系，可以获得细胞的力学性质。
机械测试常用的设备有AFM、MEMS等。
1.2 活细胞荧光显微镜技术活细胞荧光显微镜技术是通过对荧光标记细胞进行成像观察，结合图像处理方法，可以得到细胞的机械形态和变形形态，进一步研究细胞机械性质的变化规律。
常用的荧光标记物包括GFP、RFP、Cy5等。
1.3 计算模拟计算模拟是利用计算机模拟软件，根据力学和生物学规律，建立细胞力学模型，模拟细胞机械性质的变化规律。
常见的计算模拟软件有ANSYS、COMSOL等。
二、细胞力学在生物医学中的应用2.1 细胞机械性质与肿瘤细胞机械特性与肿瘤的发展和转移过程密切相关。
研究表明，癌细胞和正常细胞的机械特性差异很大，其中在癌细胞上观察到了较高的蛋白质表达、膜的改变以及位点的磷酸化等，这些变化造成了细胞机械性质的改变。
利用细胞力学的方法可以研究癌变过程中，细胞机械特性的变化。
将健康细胞和肿瘤细胞进行比较，可以发现肿瘤细胞的弹性模量减小，变形能力增强，静态刚度减小，剪切模量增加等，这些指标可以用于肿瘤的诊断和研究。
2.2 细胞离子通道的研究离子通道是细胞内和细胞外的离子传输的重要通道，同时也是目前生物医学领域广泛应用和研究的对象。
离子通道的开关控制了细胞膜的电压和离子交换，而细胞膜的电压和离子交换会影响到细胞的生长、分化和代谢活跃性等诸多生命活动。
利用细胞力学手段对离子通道的研究可以发现，细胞膜张力对离子通道的功能具有直接的影响，被撑开的膜张力也会使得通道打开，从而加速细胞的离子交换。
细胞力学生物学(博士生)
内容
细胞力学实验的基本模型与技术 血管细胞力学生物学 骨细胞力学生物学 干细胞力学生物学
细胞切应力加载模型 细胞力学实验的 细胞张应力（牵张）加载模型 细胞张应力（牵张）加载模型 微管吸吮技术（ 微管吸吮技术（MAT MAT） ） 原子力显微技术（ 原子力显微技术（AFM AFM） ） 基本模型与技术 磁扭转细胞测量术（MTC）
微管吸吮技术（micropipette aspiration technique, MAT）通过测量负压作用下细胞变形的动力学过程来研究细 胞的力学性质。后来，该技术逐渐被拓展到分子生物力学研 究领域，其工作原理是采用微管吸吮方法搏获分别表征特异 性相互作用分子的细胞或小球，通过压电晶体驱动器操控微 管，实现两细胞或小球间靠近-接触-回拉的动力学循环，记 录回拉过程中细胞变形与否、变形大小和解离时间长短等信 息来研究分子间相互作用的动力学性质。
磁扭转细胞测量术（MTC）
平行平板流动腔（侧面观）
VSMCs与Ecs分别种植在联合培养杯底多孔 聚乙烯(polyethylene terephthalate，PET)膜的上 面和下面，PET膜厚10µm，有160万个/cm2直径 为0.4µm的微孔。VSMCs的突起与Ecs可通过小 孔直接接触，膜两侧的培养液也相通，PET膜类
ECs力学响应示意图
Chien S Am J Physiol Heart Circ Physiol 2007;292:H1209-H1224
血流切应力对内皮细胞上可能的力学感受器的作用示意图
血管细胞 力学生物学
1.切应力对 切应力对Ecs Ecs形态的影响 形态的影响 1.
内皮细胞力学感受器 力学因素调控血管内皮细胞的形态与功能 力学因素调控血管平滑肌细胞的形态与功能