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生物力学的研究目的之一是探讨生物组织的力学性质和其功能之间的关系;而细胞力学研究的一个主要方向就是研究细胞和亚细胞结构的力学性质和其功能之间的关系。细胞力学性质的研究依赖于细胞模型的建立和细胞实验技术的发展。组织层面的连续介质力学研究已经取得了一定的成果,而单细胞力学仍然具有很大的难度。
本课题在前人研究的基础上,首先建立了单细胞的力学模型,该模型由细胞膜、细胞质及细胞核三部分组成。并用有限元技术分析了外力引起的细胞变形,应力在细胞膜、细胞质及细胞核内的分布。
本课题的主要研究内容:
1.建立了粘弹性细胞模型,该模型由线弹性材料的细胞膜,粘弹性材料的细胞质及细胞核三部分组成。研究了粘弹性细胞模型在一对刚性板挤压下细胞的变形特点、应力变化趋势及分布规律和内压力的变化规律;并与线弹性材料属性的细胞模型的计算结果进行比较,得到粘弹性特性对细胞力学特性的影响。
2.建立了细胞核沿两个不同方向偏离细胞中心的粘弹性细胞模型,分析了在平行刚性板挤压下细胞的力学特点,计算结果表明细胞核的偏离对细胞应力分布规律、细胞变形、整体刚度和内压力有不同的影响。
3.对单个细胞在V形的三个刚性板挤压下的模型进行了有限元分析,得到了其应力变化趋势及分布规律。并研究了三个刚性板的相对位置及细胞核的偏离对细胞应力分布的影响。
论文建立的多层次的细胞模型使得能够分析外力引起的细胞膜、细胞质和细胞核的应力和变形。本文的工作有助于揭示细胞感知机械力等外界的刺激的机理。