原子力顯微鏡對聚丙烯酰胺凝膠以及細胞結構和力學性質的研究.pdf

1、在細胞的生長、分化、衰老、病變等過程中，常伴隨著細胞骨架重構和力學性質的改變。在體外構建模擬體內環(huán)境的平臺，并以此研究細胞的力學特性對于包括癌癥在內的多種疾病的診斷、治療以及藥物的篩選具有十分深遠的意義。研究細胞的力學特性對檢測手段有相當高的要求。原子力顯微鏡(Atomic ForceMicroscopy，AFM)由于擁有能夠以納米級別的分辨率在液相及氣相中檢測樣品形貌特征的同時檢測樣品表面力學性質，而且在檢測過程中對樣品的損傷小，因此

2、成為細胞力學研究中十分重要的工具。
　　 本文主要通過原子力顯微鏡的形貌掃描和力學檢測功能分別對聚丙烯酰胺凝膠以及細胞的結構與力學特性進行初步的研究，主要目的是為了建立一種AFM力學分析方法，并為將來更深層次的研究打下理論基礎。本文主要實驗結果如下：
　　 (1)利用本原CSPM5000型原子力顯微鏡對凝膠進行的5μm*5μm范圍的圖片掃描，從圖中可以看到聚合比較均勻，鋪展良好的凝膠表面高低起伏不會超過0.5nm。但是當

3、制膠過程中產生了氣泡或是聚合不均勻時，凝膠表面會形成許多凹陷的小洞以及突起的顆粒物，深度或高度可達到3-5nm。此外通過赫茲模型對凝膠400nm壓痕深度內的曲線擬合發(fā)現(xiàn)在7.5％丙烯酰胺單體以及0.6％交聯(lián)劑濃度的情況下，凝膠的彈性模量大約為28kPa。
　　 (2)利用NanoscopeⅣ Bioscope I AFM檢測肺癌細胞發(fā)現(xiàn)它基本呈現(xiàn)紡錘狀形狀，其長度可達40-60μm，高度約3μm。通過施加不同的加載速率于活細胞上

4、時，發(fā)現(xiàn)細胞表面的楊氏模量會隨著加載率的增高而增大，固定后的細胞確始終保持20kPa左右彈性水平。有意思的是通過觀察細胞回針曲線可以發(fā)現(xiàn)固定細胞表面與探針之間所發(fā)生的粘附解離事件以及解離力的大小會隨著加載速率的降低而增大，而在活細胞表面出現(xiàn)解離事件的數(shù)量卻微乎其微。
　　 (3)通過利用Sirghi等人建立起來的理論分析方法，在考慮探針與細胞表面粘附能的情況下，對力曲線中的回針區(qū)域進行擬合并得出細胞表面楊氏模量，通過與傳統(tǒng)理論分