单轴拉伸装置中硅胶膜的应力分析及静态拉伸对ECV-304细胞形态的影响

论文摘要

基底形变加载装置是目前比较常用的细胞加载方式,它包括单轴拉伸,等双轴拉伸和四点弯曲梁三种。这几种类型细胞加载装置,均可设置一定的拉伸率,黏附在加载基底材料上的细胞承受的应力情况如何,以及基底材料各个部分的应变如何,现在已经有一些报道,但是有关单轴拉伸的情形研究得比较少。研究硅胶膜在单轴加载过程中应力和位移的分布规律,可以给有关单轴拉伸应变的细胞实验提供重要的理论依据。本文首先自行设计了一套单轴拉伸装置,该装置能对体外培养的细胞施加定量的应变,。按照我们实验的设计,该装置可对应变的大小和拉伸的方式(静态拉伸、静态松弛、周期拉伸)进行调节,具有良好的无菌环境和稳定性,能进行大面积的细胞培养,满足各种生化指标的检测的要求。其次,推导出了一个应力分布数学模型,虽有一定程度的误差,但可以用作定性分析;在定量分析部分利用有限元分析软件ABAQUS6.7建立了有限元模型,得到了精确的von Mises应力分布和位移分布。结果显示:应力极大值始终出现在硅胶膜的两个约束端的端点区域(四个角),而极小值出现在两个约束端的中部。随着应变率的增大,中央区开始出现并逐渐增大,最后融合在一起,并向周围扩展,过渡区最后变成细环状环绕在中央区的外围;在拉伸率递增过程中边缘区的大小没有明显变化。位移的变化规律比较一致,均表现为由固定端向动端移动的过程中,位移逐渐增加,到动夹边缘达到最大值,位移由小到大是一个渐变的过程,等值区域呈现规则的长条形,与硅胶膜长轴垂直。细胞实验结果表明,对接种于硅胶膜上的ECV—304细胞施加10%的静态拉伸。比较静态细胞与静态拉伸后15分钟细胞长径、短径,长短经比值发现,细胞在静态拉伸后,细胞在长径方向上有一定程度的增加,短径减小,经T检验,二者之间有差异(0.05<P<0.1),从时间点上来看细胞骨架经历了一个减少—恢复的过程。

论文目录

• 中文摘要
• 英文摘要
• 1 绪论
• 1.1 细胞力学加载方式的研究现状
• 1.1.1 微管吮吸法
• 1.1.2 流变学实验加载技术
• 1.1.3 压力传导加载技术
• 1.1.4 基底形变加载技术
• 1.1.5 细胞分子学加载技术
• 1.2 细胞应力加载对细胞骨架的影响
• 1.2.1 整合素与黏着斑
• 1.2.2 细胞骨架的信号传导模式
• 1.2.3 细胞骨架对力学信号的反应
• 1.3 问题的提出
• 1.4 研究的目的、内容和意义
• 1.4.1 研究的目的
• 1.4.2 研究的内容和意义
• 2 单轴拉伸装置的工作原理以及效果评价
• 2.1 引言
• 2.2 制作装置的零部件
• 2.3 装置的工作原理
• 2.3.1 装置的部件及结构
• 2.3.2 装置的控制电路
• 2.3.3 装置的传动原理
• 2.3.4 硅胶膜的拉伸特性分析
• 2.4 拉伸装置系统运行初步评价
• 2.4.1 系统无菌操作性能试验
• 2.4.2 系统运行稳定性试验
• 2.5 讨论
• 2.6 本章小结
• 3 单轴拉伸中硅胶膜应变分布的力学分析
• 3.1 引言
• 3.2 硅胶膜单轴应变的定性分析
• 3.3 硅胶膜单轴应变的有限元分析
• 3.3.1 ABAQUS 软件的简介
• 3.3.2 实验条件假设及参数确定
• 3.3.3 有限元模型的建立
• 3.3.4 有限元分析的结果
• 3.4 结果讨论
• 3.4.1 不同细胞加载装置的基底膜应变特点研究现状
• 3.4.2 基底单轴拉伸的应力和位移分布情况
• 3.4.3 有限元方法的优缺点分析
• 3.5 本章小结
• 4 静态拉伸对 ECV-304 细胞取向的影响
• 4.1 引言
• 4.2 实验材料、试剂和仪器设备
• 4.2.1 实验仪器与设备
• 4.2.2 实验材料
• 4.2.3 主要试剂的配制
• 4.3 实验方法
• 4.3.1 细胞的培养
• 4.3.2 硅胶膜的处理
• 4.3.3 细胞的接种加载
• 4.3.4 显微形态学观察
• 4.3.5 细胞形状变化几何参数分析
• 4.3.6 细胞骨架的FITC—鬼笔环肽染色原理及方法
• 4.4 实验结果
• 4.4.1 细胞的形变结果
• 4.4.2 细胞内应力纤维的变化情况
• 4.5 讨论
• 4.6 本章小结
• 5 结论及展望
• 5.1 本文的主要工作和结论
• 5.2 后续工作的展望
• 致谢
• 参考文献
• 附录