论文题目: 几类细胞的生物力学实验研究
论文类型: 博士论文
论文专业: 固体力学
作者: 滕维中
导师: 吴文周
关键词: 细胞生物力学,应变张量,剪切流动,水牛卵母细胞透明带,人肺腺癌细胞传代细胞株,增殖率响应系数
文献来源: 太原理工大学
发表年度: 2005
论文摘要: 细胞(cell)是生命的实体和生命的基本单位,几乎所有的有机体都是由细胞和细胞的产物所组成。对细胞力学的研究是近十几年来生物力学领域中迅速发展起来的一个前沿课题。众所周知,细胞的形态结构及其功能,细胞的生长、发育、成熟、癌变、增殖、衰老以及死亡,细胞的分化及其调控机理,都和力学有着密切的关系。高技术发展到今天,不但使人们可以看到微观层次的结构形态,而且可以在这一微观层次上操作、控制和测量材料变化过程。如,高倍光学显微镜和显微操作仪的应用,使人们抓住细胞,并测量细胞的物理特性,如红细胞、白细胞、内皮细胞变形的研究,生物大分子与细胞黏附力的研究,存在于细胞内、细胞之间的力学—生化耦合。 细胞力学实验技术的发展推动了细胞力学的研究,同时也提出了许多新的问题。诸如,细胞实验装置的力学问题的理论分析,在不同实验条件下细胞力学模型的应用等。这些既有复杂又有相当具体的问题是生物力学工作者必须面对,并逐一加以解决的。作者对几类细胞的生物力学实验的几个方面问题做了一些理论和实验研究,取得了一些成果。如,微管吸吮技术和内含不可压缩流体弹性球壳模型在动物卵母细胞透明带杨氏模量研究中的应用等。具体的工作为如下几方面: 1.从细胞的一种力学模型—液滴模型(droplet model)研究、说明了一类细胞在微管准静吸吮过程出现的失稳问题。采用一定的数—力学近似,导出了细胞准静吸吮过程中,失稳点和失稳临界吸附压强与细胞液滴模型参数、微管内半径的关系式。并与Derganic J等的严格数字计算解比较,在实际应用范围内是符合得相当好的。 2.传统的、较为简单易行的底部附着拉伸法实验已广泛应用于力学刺激引发的细胞多方面响应研究,而目前对细胞在实验过程的应变张量缺乏定量的理论分析。我们根据细胞加载实验中,成骨类细胞黏附在基底(substrate)的几何形态特征,定量地分析了细胞应变张量与实验装置加载参数的关系,给出了细胞铺展面足够大时,细胞应变张量趋于均匀的极限值——特征张量。引入一个场变量来描述一般情况下细胞应变张量的非均匀性,并导出参数的变化范围与细胞形态几何参数的关系。专家评价:该研究填补了一项空白,理论分析是可靠的、可行的,对今后的这类实验有一定的指导意义。 3.应变加载设备对细胞拉伸加载的同时,由于培养液的来回流动,细胞会受到流体剪切力的作用。这作用与细胞加载应变相比在不同的加载设备中是否可忽
论文目录:
摘要
ABSTRACT
第一章 细胞力学简介
1．1 实验方法介绍
1．1．1 微型吸管法(micropipet)
1．1．2 探压法(poking technique)
1．1．3 悬浮技术(suspending technique)
1．1．4 激光衍射法(ektasytometry)
1．1．5 基底应变加载技术(substrate stretch loading technique)
1．1．6 细胞分子学加载技术(cell molecular loading technics)
1．2 几种细胞力学模型
1．2．1 张力理论模型(tension-field theory)
1．2．2 半无限体模型(half-space model)
1．2．3 常张力皮质层-Maxwell液滴模型(Maxwell liquid-drop model with a constant cortical layer)。
1．2．4 大变形理论模型
1．2．5 活细胞的主动变形分析
1．3 液滴模型细胞准静吸吮过程的稳定性分析
1．3．1 细胞液滴模型准静态吸吮过程的稳定条件
1．3．2 细胞失稳临界点L与模型参数k、r的关系
1．3．3 临界吸吮压强与模型参数、微管内半径的关系
1．3．4 讨论
1．4 结束语
第二章 动物卵母细胞透明带的力学研究
2．1 卵子的结构和形态介绍
2．1．1 卵子的结构
2．2 卵子与所在的卵泡的发育
2．2．1 卵泡的发育及其形态特点
2．3 卵子发生与卵泡发育的关系
2．4 动物卵母细胞透明带弹性系数的一种测定方法
2．4．1 材料备制过程
2．4．2 力学模型及分析
2．4．3 结果
2．4．4 讨论
第三章 两个成骨细胞力学加载实验理论问题的研究
3．1 骨生长—力学刺激关系的研究与成骨类细胞体外加载实验综叙
3．1．1 介绍
3．1．2 细胞体外培养基底加载设备的实验原理
3．1．3 成骨细胞对力学加载的增殖响应
3．1．4 细胞应变(应力)响应的生物化学通道
3．1．5 目前存在的一些问题和有待进一步研究的工作
3．2 拉伸基底加载成骨类细胞内应变张量分析
3．2．1 细胞固体模型的应变张量
3．2．2 细胞液滴模型的应变张量
3．2．3 总结、讨论
3．3 现行加载实验成骨类细胞处剪切流动场的研究
3．3．1 引言
3．3．2 培养液流动特征分析、近似流动方程
3．3．3 不同加载系统的流速场分布
3．3．4 结果分析、剪切流动分布
3．3．5 常用的Flexcell-4000T~(TM)和Owan的四点弯曲梁加载装置对成骨类细胞加载时，剪切应力的计算。
3．3．6 结论
第四章 力学刺激对肺上皮细胞的影响
4．1 介绍
4．1．1．肺细胞上皮体外培养加载实验状况
4．2 短期机械拉伸加载对人肺腺癌细胞株A549细胞的增殖效应
4．2．1 实验方法
4．2．2 结果
4．2．3 讨论
参考文献
致谢
作者简介
附录Ⅰ
附录Ⅱ
发布时间: 2005-11-14
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