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利用原子力显微镜研究细胞弹性

作　者: 张丽
导　师: 叶志义
学　校: 重庆大学
专　业: 生物医学工程
关键词: 原子力显微镜细胞弹性氧自由基力曲线模型
分类号: R318.01
类　型: 硕士论文
年　份: 2010年
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内容摘要

癌症是威胁人类生命最严重的疾病之一,氧自由基在癌症的发生过程中起着重要作用。细胞的弹性既能影响细胞的生理功能,也能反映细胞的病理变化。原子力显微镜(Atomic Force Microscopy,AFM)能对细胞进行形态扫描和力曲线测量,通过相关理论模型分析力曲线得到细胞的弹性。本文详细叙述了AFM力曲线的常见分析模型,对细胞弹性的具体计算方法给出了一定的创新,并且利用AFM研究肿瘤细胞的弹性,以及不同浓度的双氧水对人脐带血管内皮细胞的弹性影响。本文目的是为肿瘤的研究工作、为研究氧自由基对细胞的损伤提供一定的理论数据和基础研究。本文主要内容和结果如下:①利用不同的力曲线分析模型分析力曲线求解细胞的弹性,通过比较可以看出,模型的不同会在一定程度上影响数据分析结果,即使是用同一个分析模型,计算方法的不同也会影响数据分析结果。本文给出了一个较为优化的计算方法,可以显著减小实验结果的方差。②利用AFM对肺癌细胞a549进行细胞形态扫描和力曲线测量。从AFM扫描图上可以看出该细胞呈现出纺锤状,其中长轴约为40-60μm细胞核高度约为3μm。而且从AFM扫描图还可以看到细胞表面并不是光滑平整的,在细胞边缘有一些束状结构,这些结构是细胞浅层的一些骨架结构。对肺癌细胞施加不同的加载速率(0.8-80μm/s)进行AFM力学测量时,发现活细胞表面的弹性模量会随着加载速率的增加而增大,但是当细胞固定后,其弹性则不会发生变化,保持在50kPa左右,比生理条件下肿瘤细胞的弹性大一个数量级。③研究双氧水对细胞的影响。用不同浓度的双氧水处理人脐带血管内皮细胞,利用MTT和AFM实验分别测量细胞凋亡情况以及细胞弹性的变化。实验结果表明,低浓度(不大于0.4mM)双氧水处理内皮细胞后,细胞形态没有明显变化;而当双氧水浓度较高时,细胞形态变化明显,而且细胞调亡率也显著增加。利用AFM对内皮细胞在双氧水处理前后进行力学测量的结果表明,在低浓度下(不大于0.4mM),随着双氧水浓度的增加,细胞的弹性会增大,但是当双氧水浓度超过0.4mM后,随着浓度的增加,细胞弹性开始变小。

全文目录

中文摘要  3-4
英文摘要  4-8
1 绪论  8-18
  1.1 问题的提出及研究意义  8-9
  1.2 原子力显微镜的介绍  9-17
    1.2.1 原子力显微镜的发明  9-10
    1.2.2 原子力显微镜的工作原理  10-11
    1.2.3 原子力显微镜的工作模式  11-13
    1.2.4 原子力显微镜细胞压痕的力曲线  13-14
    1.2.5 原子力显微镜在生物中的应用  14-17
  1.3 本文的研究目的和内容  17-18
    1.3.1 本文的研究目的  17
    1.3.2 本文的研究内容  17-18
2 原子力显微镜研究细胞弹性的数据分析方法  18-28
  2.1 前言  18-19
  2.2 AFM 力曲线数据分析方法  19-25
    2.2.1 AFM 力曲线测量原理  19
    2.2.2 赫兹模型  19-23
    2.2.3 回针曲线模型  23-25
  2.3 讨论  25-26
  2.4 小结  26-28
3 利用原子力显微镜研究肿瘤细胞的弹性  28-42
  3.1 前言  28-29
  3.2 实验材料与方法  29-30
    3.2.1 材料与仪器  29
    3.2.2 实验样品的制备  29
    3.2.3 AFM 实验  29-30
  3.3 杨氏模量的计算理论  30-33
    3.3.1 接触点的确定  30-32
    3.3.2 杨氏模量的计算方法  32-33
  3.4 实验结果  33-37
    3.4.1 AFM 扫描  33-34
    3.4.2 在不同加载率下测量活细胞的和固定细胞的硬度  34-37
  3.5 讨论  37-41
    3.5.1 细胞形貌和力学图像的分析  37
    3.5.2 实验过程中探针是否受污染问题  37-38
    3.5.3 加载率的问题  38-39
    3.5.4 计算方法的优越性  39-41
  3.6 小结  41-42
4 利用原子力显微镜研究氧自由基对内皮细胞弹性的影响  42-56
  4.1 前言  42-44
  4.2 实验材料与方法  44
    4.2.1 材料与仪器  44
    4.2.2 实验样本的培养  44
  4.3 实验分组  44-54
    4.3.1 对正常细胞进行 AFM 实验  44-49
    4.3.2 研究双氧水对内皮细胞的影响  49-54
  4.4 小结  54-56
5 结论与展望  56-58
  5.1 结论  56
  5.2 后续工作的建议  56-58
致谢  58-60
参考文献  60-66
附录 A  66-70
附录 B  70-72
附录 C  72

利用原子力显微镜研究细胞弹性

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