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原文传递细胞膜张力的定量表征方法

专利名称：	细胞膜张力的定量表征方法
摘要：	本发明提供一种细胞膜张力的定量表征方法，该方法将细胞膜张力模型与细胞质粘弹性模型相结合，利用原子力显微镜对细胞膜张力进行定量表征。具体为：(1)基于AFM纳米压痕实验获得单细胞力松弛信号数据；(2)细胞力松弛曲线方程的构建；(3)细胞膜张力的定量计算。本发明提供的对活细胞的膜张力进行定量检测的检测手段有助于人们对细胞行为有着进一步更深刻的认识，也为人们通过调控细胞物理特性来对多种疾病进行早期诊断、调控和治疗提供了新的视角和方向。
专利类型：	发明专利
国家地区组织代码：	北京;11
申请人：	国家纳米科学中心
发明人：	任克礼;韩东
专利状态：	有效
申请日期：	2021-11-05T00:00:00+0800
发布日期：	2022-03-01T00:00:00+0800
申请号：	CN202111306364.9
公开号：	CN114112807A
代理机构：	北京路浩知识产权代理有限公司
代理人：	黄爽
分类号：	G01N15/00;G;G01;G01N;G01N15;G01N15/00
申请人地址：	100190 北京市海淀区中关村北一条11号
主权项：	1.细胞膜张力的定量表征方法，其特征在于，包括以下步骤： (1)基于AFM纳米压痕实验获得单细胞力松弛信号数据； (2)细胞力松弛曲线方程的构建； (3)细胞膜张力的定量计算；步骤(2)中对于球形探针， FsP＝∫PoUTd S POUT＝PIN+ΔP 其中，FSP是AFM探针对细胞的加载力，PIN和POUT分别是探针与细胞接触部位细胞膜内部和细胞膜外部的压强，ΔP是由于细胞膜表面张力所提供的额外压强，S是AFM探针与细胞膜的有效接触面积； AFM探针对细胞的加载力表示为： FSP＝∫(PIN+ΔP)dS＝∫PINdS+∫ΔPdS＝FSP-C+FSP-M 其中，FSP-C和FSP-M分别代表由细胞质所提供的粘弹性力和由细胞膜所提供的表面张力；对于球形探针，对于FSP-M，其中，γ为细胞膜张力，R为球形探针的半径；基于球形探针的对称性，得到如下方程： FSP-M＝lΔPdScosθ 其中，θ为笛卡尔坐标系中球半径R与垂直方向的夹角；其中，a为有效接触半径，δ为压入深度，R为球形探针的半径； FSP-M表示为： FSP-M＝FsP-M(t)＝ΔPπRδ＝2γπδ 其中，FSP-M(t)为AFM探针与细胞膜表面在松弛阶段时间t时的相互作用力的大小；其中，FSP-C(t)为球形探针与细胞质之间在松弛阶段时间t的相互作用，EC为细胞骨架网络的弹性模量，τσ和τε分别为恒力松弛时间和恒变松弛时间，η为细胞质的表观粘度，η＝EC(τσ-τε)；v为细胞的泊松比，v＝0.3； AFM探针对细胞在松弛阶段时间t的加载力，FSP(t)表示为：对于锥形探针， AFM探针与细胞之间的加载力FCO的计算公式为： FCO＝FCO-M+FCO-C 其中，FCO-M和FCO-C分别代表由细胞膜表面张力所产生的作用力和由细胞质所提供的粘弹性力；当探针的横截面半径从r增加到r+dr时， dFCO-M＝2π(r+dr)γcosθ-2πrγcosθ＝2πγcosθdr 其中，γ为细胞膜张力，θ为笛卡尔坐标系中球半径R与垂直方向的夹角；有效接触半径a表示为：对于锥形探针，其中，FCO-C(t)为松弛阶段时刻t时的由细胞质所提供的粘弹性力，EC为细胞骨架网络的弹性模量，τσ和τε分别为恒力松弛时间和恒变松弛时间，v为细胞的泊松比，v＝0.3；δ为压入深度；其中，FSP-C(t)为球形探针与细胞质之间在松弛阶段时间t的相互作用，EC为细胞骨架网络的弹性模量，τσ和τε分别为恒力松弛时间和恒变松弛时间，η为细胞质的表观粘度，η＝EC(τσ-τε)；v为细胞的泊松比，v＝0.3；步骤(3)中，对于球形探针，当t趋近于无穷时，FSP(t)表示为：其中，FSP(∞)为AFM探针在松弛阶段稳定后的加载力；对于锥形探针，对于球形探针，当t趋近于无穷时，细胞膜张力为：对于锥形探针，细胞膜张力为： 2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，对于球形探针，步骤(1)包括：使AFM探针以20μm/s的速率接近单细胞表面，产生深度为0.5～1μm的压痕，然后保持静止3～10秒，直到细胞力松弛信号逐渐稳定，记录整个过程的距离、时间和作用力数据；对于锥形探针，步骤(1)包括：使AFM探针以20μm/s的速率接近单细胞表面，产生深度为0.5～1μm的压痕，然后保持静止3～10秒，直到细胞力松弛信号逐渐稳定，记录整个过程的距离、时间和作用力数据。 3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，AFM纳米压痕实验所用锥形探针为半开角为18°，力常数为0.01N/m的氮化硅探针，所用球形探针是由力常数为0.095N/m的氮化硅无针尖悬臂梁与直径为10μm的SiO2微球组成的AFM探针。 4.根据权利要求1-3任一项所述的方法，其特征在于，所述方法适用于的细胞类型为具有完整膜结构的活贴壁细胞。
所属类别：	发明专利