AFM球形针尖的制作及癌细胞力学特性的实验研究

论文摘要

癌症,近几十年来已对人类健康构成强大威胁,虽然对于肿瘤的组织病理学诊断和放化疗技术日趋成熟,但癌症的发病机理和转移机制等根本性问题却尚未明晰。利用AFM在单细胞水平对癌细胞进行相关分析已成为当今癌症研究的最新热点,具有其它技术无法比拟的优势,但大多集中于AFM形貌成像等基础研究,从机械角度出发对于癌细胞的力学特性进行分析限于研究手段等原因却受到较少关注,而力学特性与癌细胞转移过程息息相关。本课题正是利用自行制作的小球探针,基于AFM的Nanoindentation功能在液态环境下对癌细胞的力学特性进行测定,分析其对转移的影响。首先,对现有的应用于固体纳米压的痕三角形悬臂探针针尖进行功能化改造,扩展了AFM在生物领域的应用。利用实验室现有设备,自行制作出满足液态下对活细胞进行纳米压痕的小球探针,并利用Cleveland方法对其弹性常数进行了校准。该制作过程同样适用于其它微米级球状物向微米级尖状物的粘附。然后,分析了液态环境下实施活细胞纳米压痕实验所涉及的各方面条件,包括活细胞的选择、培养、转运,液态实验环境建立,仪器的改装,实验的改进,操作的优化,以及具体实验前仪器的标定等等,每一项都关乎实验能否顺利进行。其中自行总结的液态下压痕目标细胞快速定位方法具有很好的实用性和通用性。最后,在保持细胞最佳生理活性的液态环境下,对转移性不同的Anip-973和AGZY-83a两种肺癌细胞进行AFM纳米压痕实验,并利用Hertz接触方程及应力松弛模型对实验结果进行非线性拟合,再通过方差分析比对力学特性参数结果,以研究其对癌变转移的影响。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 课题来源及课题的目的与意义
• 1.1.1 课题来源
• 1.1.2 课题研究的目的和意义
• 1.2 国内外研究现状
• 1.2.1 癌细胞转移机制的研究现状
• 1.2.2 癌细胞力学特性的研究现状
• 1.2.3 癌细胞粘弹性的研究现状
• 1.3 本课题的主要研究内容
• 第2章 AFM纳米压痕小球探针的制作
• 2.1 引言
• 2.2 AFM纳米压痕技术概述
• 2.2.1 传统压痕技术与纳米压痕技术简介
• 2.2.2 AFM纳米压痕技术
• 2.2.3 AFM纳米压痕在生物材料方面的应用
• 2.3 球形针尖与当前通用针尖的比较
• 2.4 AFM小球探针的制作
• 2.4.1 仪器设备和原材料选择
• 2.4.2 具体制作过程
• 2.5 悬臂梁弹性常数校准
• 2.5.1 悬臂梁弹性常数校准常用方法
• 2.5.2 利用Cleveland法校准小球探针弹性常数
• 2.6 本章小结
• 第3章 活细胞AFM纳米压痕实验环境的建立
• 3.1 引言
• 3.2 癌细胞的准备
• 3.2.1 癌细胞的选择
• 3.2.2 癌细胞的培养和转运
• 3.3 AFM纳米压痕设备
• 3.3.1 AFM及其工作原理
• 3.3.2 液态下探针保持架及保护罩
• 3.3.3 温控装置
• 3.4 液态环境的形成
• 3.5 液态下压痕操作方法的改进
• 3.5.1 激光光路的调整
• 3.5.2 压痕目标细胞快速定位方法
• 3.6 液态下悬臂梁灵敏度的标定
• 3.7 本章小结
• 第4章 基于AFM压痕的癌细胞力学特性实验研究
• 4.1 引言
• 4.2 细胞的应力松弛现象
• 4.3 AFM球形针尖应力松弛模型
• 4.4 AFM应力松弛实验原理
• 4.4.1 AFM纳米压痕向应力松弛实验的转变
• 4.4.2 AFM应力松弛实时数据的获取
• 4.5 AFM应力松弛实验过程
• 4.6 AFM应力松弛实验结果
• 4.6.1 模型参数处理
• 4.6.2 非线性拟合
• 4.6.3 实验结果的统计学分析
• 4.6.4 癌细胞弹性模量的实验结果
• 4.6.5 实验结论
• 4.7 本章小结
• 结论
• 参考文献
• 致谢