一種細(xì)胞納米壓痕力學(xué)性能測(cè)試保濕試樣臺(tái)及實(shí)驗(yàn)方法
【專利摘要】一種細(xì)胞納米壓痕力學(xué)性能測(cè)試保濕試樣臺(tái)及實(shí)驗(yàn)方法。本發(fā)明涉及一種細(xì)胞納米壓痕力學(xué)性能測(cè)試保濕試樣臺(tái)及實(shí)驗(yàn)方法，該試樣臺(tái)由臺(tái)體、容置槽、保溫材料、加熱管、冷卻臺(tái)、進(jìn)水口、出水口和氣流通道組成；其實(shí)驗(yàn)結(jié)果可設(shè)定最大加載力或最大壓入深度，得到被測(cè)細(xì)胞的彈性模量-壓入深度、載荷-壓入深度的力學(xué)性能曲線。本發(fā)明可防止細(xì)胞實(shí)驗(yàn)過(guò)程中失水，使得納米壓痕儀可以精確的計(jì)算細(xì)胞表面高度，保證可以得到準(zhǔn)確的壓入深度；實(shí)驗(yàn)過(guò)程中，細(xì)胞的力學(xué)性能穩(wěn)定，得出的結(jié)果更接近其在體時(shí)的力學(xué)性能，提高了每批實(shí)驗(yàn)測(cè)試數(shù)量，提高了實(shí)驗(yàn)效率；國(guó)內(nèi)現(xiàn)有的納米壓痕儀全部依賴進(jìn)口，其組件多為幾十萬(wàn)元，本發(fā)明成本較低且可信度高。
【專利說(shuō)明】ー種細(xì)胞納米壓痕力學(xué)性能測(cè)試保濕試樣臺(tái)及實(shí)驗(yàn)方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種細(xì)胞納米壓痕保濕試樣臺(tái)及實(shí)驗(yàn)的方法，屬于微納米尺度力學(xué)性能測(cè)試【技術(shù)領(lǐng)域】，尤其涉及ー種細(xì)胞納米壓痕力學(xué)性能測(cè)試保濕試樣臺(tái)及實(shí)驗(yàn)方法。
【背景技術(shù)】
[0002]當(dāng)前基于納米壓痕法的生物組織力學(xué)性能測(cè)試已經(jīng)成為研究其微納米尺度力學(xué)性能的有效方法。雖然納米壓痕法已經(jīng)被證明可以用于微納米尺度材料力學(xué)性能測(cè)試，然而對(duì)于微納米尺度的細(xì)胞進(jìn)行納米壓痕實(shí)驗(yàn)研究的卻很少。主要是因?yàn)閷?shí)驗(yàn)過(guò)程中難于保持細(xì)胞含水量，使得整個(gè)實(shí)驗(yàn)過(guò)程中整個(gè)細(xì)胞力學(xué)性能不穩(wěn)定，得出的力學(xué)性能結(jié)果相差很大。
[0003]通過(guò)快速納米壓痕實(shí)驗(yàn)得到其微納米尺度力學(xué)性能，即不檢測(cè)細(xì)胞表面高度，根據(jù)經(jīng)驗(yàn)在5-10秒內(nèi)完成實(shí)驗(yàn)，但實(shí)驗(yàn)證明這種方法測(cè)得的結(jié)果幾乎沒(méi)有重復(fù)性，實(shí)驗(yàn)結(jié)果并不可靠。而納米壓痕實(shí)驗(yàn)需對(duì)被測(cè)樣品表面位置進(jìn)行精確測(cè)量，以保證壓入深度的準(zhǔn)確?，F(xiàn)有技術(shù)中將單個(gè)細(xì)胞從組織中分離出來(lái)后，離體細(xì)胞會(huì)不斷失水即使測(cè)得力學(xué)性能同在體時(shí)力學(xué)性能相比相差很大。將單個(gè)細(xì)胞從組織中分離出來(lái)后，細(xì)胞高度會(huì)迅速降低，只能通過(guò)快速壓痕的方法完成實(shí)驗(yàn)，這使得納米壓痕儀對(duì)被測(cè)表面計(jì)算不準(zhǔn)，測(cè)得的壓入深度偏大。將細(xì)胞浸沒(méi)在保濕用的PBS溶液中，無(wú)法通過(guò)納米壓痕儀自帶的光學(xué)顯微鏡進(jìn)行定位。將細(xì)胞浸沒(méi)在保濕用的PBS溶液中，隨著PBS溶液中液體揮發(fā)細(xì)胞會(huì)逐漸露出，由于含水量的變化使得細(xì)胞力學(xué)性能依然不穩(wěn)定，難于得到可信的結(jié)果。即使通過(guò)快速納米壓痕實(shí)驗(yàn)，毎次實(shí)驗(yàn)只能對(duì)1-2細(xì)胞進(jìn)行壓入，其它細(xì)胞就已經(jīng)完全壞死，所以實(shí)驗(yàn)效率低且實(shí)驗(yàn)可行性操作差。為解決上述問(wèn)題本發(fā)明提出ー種細(xì)胞納米壓痕力學(xué)性能測(cè)試保濕試樣臺(tái)及實(shí)驗(yàn)的方法，該本發(fā)明主要用于實(shí)驗(yàn)過(guò)程中防止細(xì)胞失水，使得納米壓痕儀可以精確的計(jì)算細(xì)胞表面的高度，保證可以得到準(zhǔn)確的壓入深度，同時(shí)實(shí)驗(yàn)過(guò)程中細(xì)胞力學(xué)性能穩(wěn)定，得出的結(jié)果更接近其在體時(shí)的力學(xué)性能，提高了每批實(shí)驗(yàn)測(cè)試數(shù)量，提高了實(shí)驗(yàn)效率。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明的目的在于提供了ー種細(xì)胞納米壓痕力學(xué)性能測(cè)試保濕試樣臺(tái)及實(shí)驗(yàn)方法，該試樣臺(tái)由臺(tái)體、容置槽、保溫材料、加熱管、冷卻臺(tái)、進(jìn)水口、出水口和氣流通道組成。本發(fā)明主要用于實(shí)驗(yàn)過(guò)程中防止細(xì)胞失水，使得納米壓痕儀可以精確的計(jì)算細(xì)胞表面的高度，保證可以得到準(zhǔn)確的壓入深度，同時(shí)實(shí)驗(yàn)過(guò)程中細(xì)胞力學(xué)性能穩(wěn)定。
[0005]為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用的技術(shù)方案為ー種細(xì)胞納米壓痕力學(xué)性能測(cè)試保濕試樣臺(tái)及實(shí)驗(yàn)方法，該試樣臺(tái)的臺(tái)體上部設(shè)有容置槽，容置槽的形狀為矩形，位于所述臺(tái)體中央位置處；容置槽的內(nèi)表面設(shè)有ー層保溫材料，容置槽底部鋪有加熱管；加熱管正負(fù)極從容置槽側(cè)壁引出，容置槽中加入保濕用液體；臺(tái)體上設(shè)置有冷卻臺(tái)，冷卻臺(tái)分別開(kāi)有進(jìn)水ロ與出水ロ，內(nèi)部有自上而下的氣流通道，冷卻臺(tái)中注有冷卻液；冷卻臺(tái)同細(xì)胞接觸的上表面需進(jìn)行研磨、拋光處理。[0006]實(shí)驗(yàn)具體步驟如下:將制備完成細(xì)胞均勻涂于冷卻臺(tái)上表面，將試樣臺(tái)安裝入納米壓痕系統(tǒng)的卡臺(tái)中，調(diào)整顯微鏡聚焦單個(gè)細(xì)胞；打開(kāi)冷卻臺(tái)開(kāi)關(guān)，使得冷卻液開(kāi)始循環(huán)流動(dòng)；加熱管通電，使得每間隔10-60秒加熱一次，產(chǎn)生微量蒸汽；應(yīng)用納米壓痕儀對(duì)細(xì)胞表面進(jìn)行高度探測(cè)，設(shè)定壓頭尋找表面速度為10-50納米/秒，尋找次數(shù)為1-2次，然后根據(jù)設(shè)定的最大加載カ或最大壓入深度，得到被測(cè)細(xì)胞的彈性模量-壓入深度、壓入深度-時(shí)間的力學(xué)性能曲線。
[0007]與現(xiàn)有實(shí)驗(yàn)方法相比，本發(fā)明具有如下優(yōu)勢(shì)。
[0008]1、本發(fā)明方法可防止細(xì)胞實(shí)驗(yàn)過(guò)程中失水，使得納米壓痕儀可以精確的計(jì)算細(xì)胞表面的高度，保證可以得到準(zhǔn)確的壓入深度。
[0009]2、實(shí)驗(yàn)過(guò)程中，細(xì)胞的力學(xué)性能穩(wěn)定，得出的結(jié)果更接近其在體時(shí)的力學(xué)性能。提聞了甸批實(shí)驗(yàn)測(cè)試數(shù)量，提聞了實(shí)驗(yàn)效率。
[0010]3、國(guó)內(nèi)現(xiàn)有的納米壓痕儀全部依賴進(jìn)ロ，其組件多為幾十萬(wàn)元，本發(fā)明成本較低
且可信度高。
【專利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0011]圖1為細(xì)胞納米壓痕力學(xué)性能測(cè)試保濕試樣臺(tái)結(jié)構(gòu)圖。
[0012]圖2人血紅細(xì)胞彈性模量-壓入深度測(cè)試結(jié)果曲線圖。
[0013]圖3人血紅細(xì)胞壓入深度-時(shí)間測(cè)試結(jié)果曲線圖。
[0014]圖中:1、臺(tái)體2、容置槽3、保溫材料4、加熱管5、冷卻臺(tái)6、進(jìn)水口 7、出水ロ 8、氣
流通道
【具體實(shí)施方式】
[0015]下面結(jié)合附圖詳細(xì)說(shuō)明本發(fā)明細(xì)胞納米壓痕力學(xué)性能測(cè)試保濕試樣臺(tái)及相關(guān)實(shí)驗(yàn)方法。
[0016]該試樣臺(tái)由臺(tái)體1、容置槽2、保溫材料3、加熱管4、冷卻臺(tái)5、進(jìn)水口 6、出水ロ 7和氣流通道8組成；該試樣臺(tái)的臺(tái)體I上部設(shè)有容置槽2，容置槽2的形狀為矩形，位于所述臺(tái)體I中央位置處；容置槽2的內(nèi)表面設(shè)有ー層保溫材料3，容置槽2底部鋪有加熱管4 ;加熱管4正負(fù)極從容置槽2側(cè)壁引出，容置槽2中加入保濕用液體；臺(tái)體I上設(shè)置有冷卻臺(tái)5，冷卻臺(tái)5分別開(kāi)有進(jìn)水口 6與出水ロ 7，內(nèi)部有自上而下的氣流通道8，冷卻臺(tái)5中注有冷卻液；冷卻臺(tái)5同細(xì)胞接觸的上表面需進(jìn)行研磨、拋光處理。
[0017]實(shí)驗(yàn)具體步驟如下:將制備完成細(xì)胞均勻涂于冷卻臺(tái)5上表面，將試樣臺(tái)安裝入納米壓痕系統(tǒng)的卡臺(tái)中，調(diào)整顯微鏡聚焦單個(gè)細(xì)胞；打開(kāi)冷卻臺(tái)5開(kāi)關(guān)，使得冷卻液開(kāi)始循環(huán)流動(dòng)；加熱管4通電，使得每間隔10-60秒加熱一次，產(chǎn)生微量蒸汽；應(yīng)用納米壓痕儀對(duì)細(xì)胞表面進(jìn)行高度探測(cè)，設(shè)定壓頭尋找表面速度為10-50納米/秒，尋找次數(shù)為1-2次，然后根據(jù)設(shè)定的最大加載カ或最大壓入深度，得到被測(cè)細(xì)胞的實(shí)驗(yàn)結(jié)果。
[0018]實(shí)施例一:血紅細(xì)胞彈性模量-壓入深度測(cè)試
[0019]如圖2所示為人血紅細(xì)胞彈性模量-壓入深度測(cè)試結(jié)果曲線，選取一滴新鮮的人體血液樣本置于冷卻臺(tái)上，用蓋玻片一端蓋住鮮血井向前勻速推動(dòng)，制成血膜將試樣臺(tái)安裝入納米壓痕系統(tǒng)的卡臺(tái)中，調(diào)整顯微鏡聚焦單個(gè)細(xì)胞。打開(kāi)冷卻臺(tái)開(kāi)關(guān)，使得冷卻液開(kāi)始循環(huán)流動(dòng)。加熱管通電，使得每間隔20秒加熱一次，產(chǎn)生微量蒸汽。應(yīng)用納米壓痕儀對(duì)細(xì)胞表面進(jìn)行高度探測(cè)，設(shè)定壓頭尋找表面速度為20納米/秒，尋找次數(shù)為I次，然后根據(jù)設(shè)定的最大壓入深度400納米，得到被測(cè)細(xì)胞的彈性模量-壓入深度的力學(xué)性能曲線。應(yīng)用納米壓痕儀對(duì)細(xì)胞表面進(jìn)行高度探測(cè)，并完成實(shí)驗(yàn)共三次，獲得結(jié)果如圖所示。
[0020]實(shí)施例二:血紅細(xì)胞載荷-壓入深度測(cè)試
[0021]如圖3所示為人血紅細(xì)胞載荷-壓入深度測(cè)試結(jié)果曲線，選取一滴新鮮的人體血液樣本置于冷卻臺(tái)上，用蓋玻片一端蓋住鮮血并向前勻速推動(dòng)，制成血膜將試樣臺(tái)安裝入納米壓痕系統(tǒng)的卡臺(tái)中，調(diào)整顯微鏡聚焦單個(gè)細(xì)胞。打開(kāi)冷卻臺(tái)開(kāi)關(guān)，使得冷卻液開(kāi)始循環(huán)流動(dòng)。加熱管通電，使得每間隔20秒加熱一次，產(chǎn)生微量蒸汽。應(yīng)用納米壓痕儀對(duì)細(xì)胞表面進(jìn)行高度探測(cè)，設(shè)定壓頭尋找表面速度為20納米/秒，尋找次數(shù)為I次，然后根據(jù)設(shè)定的最大加載力2毫牛，得到被測(cè)細(xì)胞的壓入深度-時(shí)間的力學(xué)性能曲線。應(yīng)用納米壓痕儀對(duì)細(xì)胞表面進(jìn)行高度探測(cè)，并完成實(shí)驗(yàn)共三次，獲得結(jié)果如圖所示。
【權(quán)利要求】
1.一種細(xì)胞納米壓痕力學(xué)性能測(cè)試保濕試樣臺(tái)及實(shí)驗(yàn)方法，其技術(shù)特征在于:該試樣臺(tái)由臺(tái)體(I)、容置槽(2)、保溫材料(3)、加熱管(4)、冷卻臺(tái)(5)、進(jìn)水口(6)、出水口(7)和氣流通道(8)組成；該試樣臺(tái)的臺(tái)體(I)上部設(shè)有容置槽(2)，容置槽(2)的形狀為矩形，位于所述臺(tái)體(I)中央位置處；容置槽(2)的內(nèi)表面設(shè)有一層保溫材料(3)，容置槽(2)底部鋪有加熱管(4);加熱管(4)正負(fù)極從容置槽(2)側(cè)壁引出，容置槽(2)中加入保濕用液體；臺(tái)體(I)上設(shè)置有冷卻臺(tái)(5)，冷卻臺(tái)(5)分別開(kāi)有進(jìn)水口(6)與出水口(7)，內(nèi)部有自上而下的氣流通道(8)，冷卻臺(tái)(5)中注有冷卻液；冷卻臺(tái)(5)同細(xì)胞接觸的上表面需進(jìn)行研磨、拋光處理；實(shí)驗(yàn)具體步驟為將制備完成細(xì)胞均勻涂于冷卻臺(tái)(5)上表面，將試樣臺(tái)安裝入納米壓痕系統(tǒng)的卡臺(tái)中，調(diào)整顯微鏡聚焦單個(gè)細(xì)胞；打開(kāi)冷卻臺(tái)(5)開(kāi)關(guān)，使得冷卻液開(kāi)始循環(huán)流動(dòng)；加熱管(4)通電，使得每間隔一段時(shí)間加熱一次并產(chǎn)生微量蒸汽；應(yīng)用納米壓痕儀對(duì)細(xì)胞表面進(jìn)行高度探測(cè)，設(shè)定壓頭尋找表面速度尋找次數(shù)，然后根據(jù)設(shè)定的最大加載力或最大壓入深度，得到被測(cè)細(xì)胞的彈性模量-壓入深度、載荷-壓入深度的力學(xué)性能曲線。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種細(xì)胞納米壓痕力學(xué)性能測(cè)試保濕試樣臺(tái)及實(shí)驗(yàn)方法，其技術(shù)特征在于:應(yīng)用納米壓痕儀對(duì)細(xì)胞表面進(jìn)行高度探測(cè)，設(shè)定壓頭尋找表面速度及尋找次數(shù)，然后根據(jù)設(shè)定的最大壓入深度，得到被測(cè)細(xì)胞的彈性模量-壓入深度的力學(xué)性能曲線。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種細(xì)胞納米壓痕力學(xué)性能測(cè)試保濕試樣臺(tái)及實(shí)驗(yàn)方法，其技術(shù)特征在于:應(yīng)用納米壓痕儀對(duì)細(xì)胞表面進(jìn)行高度探測(cè)，設(shè)定壓頭尋找表面速度為及尋找次數(shù)，然后根據(jù)設(shè)定的最大加載力，得到被測(cè)細(xì)胞的壓入深度-時(shí)間的力學(xué)性能曲線。
【文檔編號(hào)】G01N33/483GK103575872SQ201310477499
【公開(kāi)日】2014年2月12日 申請(qǐng)日期:2013年10月14日 優(yōu)先權(quán)日:2013年10月14日
【發(fā)明者】楊慶生, 劉志遠(yuǎn), 李熙, 楊忠軍 申請(qǐng)人:北京工業(yè)大學(xué)