[發明專利]一種基于多孔介質模型的細胞物理狀態的表征方法

有效

• 申請號: 201710208656.6
• 申請日: 2017-03-31
• 公開（公告）號: CN107045075B
• 公開（公告）日: 2019-08-02
• 發明（設計）人: 任克禮;韓東
• 申請（專利權）人: 國家納米科學中心
• 主分類號: G01Q60/24
• 分類號: G01Q60/24
• 代理公司: 北京路浩知識產權代理有限公司 11002
• 代理人: 湯財寶

本發明提供一種基于多孔介質模型的細胞物理狀態的表征方法。為了得到上述表征方法，首先需基于多孔介質模型獲取細胞楊氏模量，其中，細胞楊氏模量的獲取方法包括：S1.基于待測細胞表面的加載力?時間曲線，獲取待測細胞在時間為區域無窮大時的加載力與壓入深度；S2.基于待測細胞在時間為區域無窮大時的加載力與壓入深度，利用赫茲模型計算得到待測細胞的楊氏模量。本發明提供的方法可以有效地解決利用傳統方法根據赫茲模型測量楊氏模量以及細胞剛度所存在的不同壓入深度與不同加載速率下測量得到的結果差異大的問題，并合理地解釋傳統方法測量出現差異的原因，且較準確地表征細胞介孔彈性性質以及細胞物理狀態。

技術領域

本發明涉及細胞表征技術領域，更具體地，涉及一種基于多孔介質模型的細胞物理狀態的表征方法。

背景技術

現有的描述細胞力學狀態的方法主要有基于赫茲模型利用楊氏模量表征細胞剛度，基于粘彈性理論利用松弛模量與表觀粘度來對細胞進行表征，以及基于多孔介質理論來計算細胞質的擴散系數。

利用赫茲模型來計算細胞楊氏模量的方法主要是利用原子力顯微鏡對細胞進行壓痕實驗采集細胞的力-距離曲線，針對不同形狀的探針利用不同的公式進行擬合。

對于錐形探針，利用錐形探針對細胞進行壓痕實驗，如圖1中(a)所示，有：

對于球形探針，利用錐形探針對細胞進行壓痕實驗，如圖1中(b)所示，有：

其中，F是加載力，E是楊氏模量，v是泊松比，是錐形探針的半開角，R是球形探針的半徑，δ是壓入深度。

利用粘彈性模型計算粘度與剛度的方法是先讓探針以一定的速度壓入細胞一定的壓入深度，然后讓其靜置一定的時間，力曲線會隨靜置時間出現一個松弛現象。通過將松弛階段的力曲線與如下方程進行擬合：

其中，E_R是松弛模量，τ_σ和τ_s分別是荷載和變形的松弛時間常數，表觀粘度可以根據下式進行計算：

μ＝E_R(τ_σ-τ_ε)

AFM探針對細胞所施加的力可以通過：

F＝S×Δ×k

來計算，其中，S是探針的敏感度，Δ是deflection值的變化，k是探針的力常數。

利用多孔介質模型測量細胞擴散系數的方法也主要是利用松弛階段的曲線進行擬合。擬合方程如下：

對于錐形探針，有：

α＝(2/π)δtanθ

對于球形探針，有：

其中，D是擴散系數，α是有效接觸面積。