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细胞生物力学是近些年来出现的新兴领域,它可对人类疾病的研究产生重要的推动作用。在一些疾病中,对细胞生物力学特性的表征,不仅有助于理解病情发展背后的机制,也为疾病的诊断和治疗提供了重要依据。目前表征细胞力学特性最主要的两种方法为原子力显微镜和微管吸吮法,但是这两种方法的检测通量极低,得到的数据往往不具备统计学意义,因此高通量表征细胞力学特性具有重要的研究价值。 针对此需求,本论文基于传统的微管吸吮法,设计并搭建可连续吸吮细胞通过毛细管的实验平台并建立相应的仿真模型,通过开发视频处理软件处理实验数据,最后将实验数据与仿真模型相结合,实现细胞瞬态杨氏模量的高通量表征。 本论文的模型建立基于ABAQUS有限元仿真软件,考虑可等效为粘弹性体的细胞在恒应力情况下的力学特性,在轴对称空间建立细胞连续进入毛细管的模型,然后通过改变模型中输入变量的不同值进行大量仿真,得到相应的输出变量,从而得到了细胞直径、毛细管内径、细胞瞬时进入毛细管的长度、所加压强这几个外部参数与细胞的瞬态杨氏模量之间的关系表。 在传统微管吸吮法的基础上,本论文搭建了高通量吸吮细胞通过毛细管的实验平台,该平台主要包含进样、吸吮和图像采集三个模块。进样模块利用一根内径较大的毛细管将细胞样本输送到吸吮毛细管口部,以缩短其寻找可测细胞的耗时;吸吮模块的毛细管内径比细胞略小,但比传统微管吸吮法中毛细管的内径大,因此允许细胞连续通过毛细管;图像采集模块利用倒置显微镜和高速摄像机实现了实验图像的高通量采集。 为了处理实验得到的原始视频,本论文基于LabVIEW开发出一套数据处理平台,该软件可记录细胞直径并得到细胞进入毛细管的长度随时间变化的曲线,从该曲线中提取出细胞瞬时进入的长度,然后将实验得到的这些数据代入到仿真得到的关系表中,可求得细胞的瞬态杨氏模量。本论文以肺癌细胞系A549的样本(n=168)为研究对象,测得细胞直径为16.1±2.0μm,瞬时进入毛细管的长度为6.7±1.4μm,瞬态杨氏模量为1832.8士332.9Pa。 通过本论文的研究工作,细胞的瞬态杨氏模量可以较高的通量测得,未来还可推广到对病人样本的检测,为疾病诊断提供新的依据。