项目名称: 动载荷条件下细胞力学性能建模与测试基础问题研究

项目编号: No.51505330

项目类型: 青年科学基金项目

立项/批准年度: 2016

项目学科: 机械、仪表工业

项目作者: 崔良玉

作者单位: 天津大学

项目金额: 21万元

中文摘要: 针对细胞科学技术的发展需求,研究细胞在动载荷作用下的力学建模及测试方法,构建集微纳操纵与原子力显微镜(AFM)测试于一体的联合测试系统。基于膜理论与粘弹性理论,建立微操纵过程中细胞的力学平衡方程,通过有限元方法进行动态仿真,研究微操纵力对细胞轮廓变形及力学性能的影响规律;基于微纳定位技术搭建微纳操纵系统,研究其与AFM系统的软硬件集成技术,侧重研究可集成到AFM系统的微操纵机构设计理论及运动控制策略。研发“微纳操纵机构-AFM”联合测试系统并对细胞动态力学性能进行测试实验,研究细胞在微夹持过程中的夹持力与AFM探针测试实验中“力-距离”曲线的耦合关系,并与仿真结果进行对比,进一步优化细胞力学建模方法,探索针对各项力学性能指标的数据融合及分析方法。该项目为进一步研究细胞力学性能提供理论基础及测试方法,同时对微纳操纵及测试、测量技术在细胞领域中的应用具有重要推动作用。

中文关键词: 微纳操纵;微纳测试;细胞力学;原子力显微镜

英文摘要: To meet the increasing demands of cell mechanical performance in micro/nano measuring and testing, it is essential to develop the novel molding and measuring methods for cell mechanical characteristics under dynamic loading conditions, also to construct a multi-module measuring system combining micro/nano manipulating system and AFM system. The mechanical equilibrium equation of cells in the dynamic process will be established based on membrane theory and viscoelastic theory, and subsequently, finite element method will be adapted to simulate the dynamic process, to reveal the influences of micro/nano dynamic manipulating on cell contours and mechanical characteristics. Based on micro/nano positioning technology, a micro/nano manipulating system will be designed and integrated into a commercial AFM system, focusing on design methods and motion control methods of micro/nano manipulating mechanism. Using the homemade combing measuring system, the AFM system is applied to conduct the indentation experiments, while the cell is being manipulating by the micro/nano manipulating system, thus, the dynamic mechanical characteristics can be derived from the two group experimental results, and compared with the simulated results to optimize the molding methods. The research proposal can provide theory and methodology for the further study on dynamic mechanics of cells and further application of micro/nano manipulating system in the field of cell research.

英文关键词: micro/nano manipulation;micro/nano measurement;cell mechanics;AFM

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