体外细胞培养基质材料聚丙烯酰胺水凝胶力学性能的测定与控制

论文摘要

细胞生长的力学环境对其生物学行为的影响是不可忽视的,其中细胞迁移运动和形态表型在很大程度上受到基底力学特性如硬度的影响。目前的体外培养模型存在一个普遍、突出的问题,即培养基质硬度（玻璃或塑料培养皿）与细胞在体生长环境软硬度相差极大,导致研究结果与细胞在体内实际生长的生物学行为发生极大的偏差。因此,研究细胞对其所处的力学环境的响应规律,对于弥补现有体外研究模型的缺失,正确认识这些疾病发生发展的关键环节,寻找有效的治疗和预防手段,意义重大。而建立力学性能可控的体外细胞培养模型,是开展上述观察和研究的重要环节。为了构建基本符合细胞在体生物化学和生物物理环境的体外培养模型,解决生物物理环境模拟中细胞粘附基质的力学性能定量控制和表征的问题,研究了力学性能可控的体外细胞培养基质材料聚丙烯酰胺水凝胶（PAHG）的合成,并利用浮力克服自重变形原理设计的拉伸装置、及计算机图型处理软件测量技术,建立了低弹性模量材料PAHG弹性模量的测量法。通过对大量实验数据的分析,讨论了交联剂与单体的摩尔比（d）和含水率（w）对弹性模量的影响,以及对饱和含水率的影响。应用回归分析建立了d与PAHG饱和含水率、饱和弹性模量之间关系的数学模型。利用该数学模型及自编程序,计算具有设定饱和弹性模量的PAHG的d,通过d对细胞培养状态下PAHG弹性模量进行定量控制,相对误差0.025-0.12,可用于基质力学性能对细胞生物学行为影响的定量研究。本研究在数学模型的基础上,建立了与肝组织生理和病理硬度相当的体外培养环境,探索基底硬度对肝细胞生物学行为的影响。

论文目录

• 中文摘要
• 英文摘要
• 1 绪论
• 1.1 问题的提出及研究意义
• 1.2 国内外研究现状
• 1.2.1 基质硬度对细胞生物学行为的影响
• 1.2.2 体外细胞基质-聚丙烯酰胺水凝胶的制备
• 1.2.3 水凝胶力学性能的测定以及数学模型的建立
• 1.2.4 研究现状小结
• 1.3 研究目的
• 1.4 主要研究内容
• 2 聚丙烯酰胺水凝胶性能的测定
• 2.1 聚丙烯酰胺水凝胶溶胀性能的测定
• 2.1.1 引言
• 2.1.2 制备聚丙烯酰胺水凝胶的仪器、材料以及方法
• 2.1.3 主要试剂的配置
• 2.1.4 制备聚丙烯酰胺水凝胶膜的方法
• 2.1.5 聚丙烯酰胺水凝胶溶胀率的测定
• 2.2 聚丙烯酰胺水凝胶杨氏模量的测定
• 2.2.1 引言
• 2.2.2 聚丙烯酰胺水凝胶膜杨氏模量的测定方法
• 2.3 线弹性假定的合理性分析
• 2.4 改良后的拉伸法与旋转流变仪法的比较
• 2.5 本章小结
• 3 数学模型的建立
• 3.1 引言
• 3.2 交联剂与单体的摩尔比对含水率的影响
• 3.3 力学特性的影响因素
• 3.3.1 含水率对杨氏模量的影响
• 3.3.2 摩尔比对杨氏模量的影响
• 3.4 初始浓度一定下的数学模拟
• 3.5 初始浓度改变下的数学模拟
• 3.5.1 摩尔比对聚丙烯酰胺水凝胶饱和含水率的影响
• 3.5.2 初始浓度对聚丙烯酰胺水凝胶饱和含水率的影响
• 3.6 本章小结
• 4 细胞对不同硬度的聚丙烯酰胺水凝胶的响应
• 4.1 引言
• 4.2 制备聚丙烯酰胺水凝胶薄膜的仪器、材料以及方法
• 4.2.1 制备聚丙烯酰胺水凝胶薄膜的仪器
• 4.2.2 制备聚丙烯酰胺水凝胶薄膜的材料
• 4.2.3 主要试剂的制备
• 4.2.4 制备聚丙烯酰胺水凝胶薄膜的方法
• 4.3 聚丙烯酰胺水凝胶基底表面新貌的检测
• 4.4 细胞对不同硬度基质的响应
• 4.5 本章小结
• 5 结论与展望
• 5.1 主要结论
• 5.2 工作展望
• 致谢
• 参考文献
• 附录
• A 作者在攻读硕士学位期间发表论文情况
• B 作者在攻读硕士学位期间参加的科研项目情况