基于AFM的肺癌细胞纳米成像与表征

发布时间：2021-10-11 22:41

　　肺癌一直是威胁人类健康最常见的恶性肿瘤,具有较高的发病率,它的发病原因和治疗方法一直是人们关注的热点,而基于细胞层面的实验是研究肺癌的方式之一。在研究药物与细胞相互作用的过程中,从细胞形态学角度进行分析逐渐成为一种可靠的评价方法。近年来,原子力显微镜（Atomic Force Microscope,AFM）发展迅速,由于其分辨率高、制样简单的特点,已在生物领域中被广泛应用,成为单细胞研究的常用工具。然而,研究细胞形态的传统方法主要是以大量观察为基础的定性描述,这些方法常常存在主观性和片面性,不能通过确切的数据客观描述细胞的形态,因此对细胞的形态进行定量分析是有必要的。本文以肺癌细胞为研究对象对AFM的纳米成像进行了研究,并定量分析细胞经抗癌药物紫杉醇作用后其形态等方面的变化,从而在细胞层面对药效进行评价。首先,分别采用轻敲模式和跳跃模式进行成像实验,结果表明跳跃模式在本实验中更具有优越性。接着对成像质量进行了分析,并以分形维数作为评价指标研究扫描速率对成像质量的影响,进而确定了本文用于成像的最佳扫描速率。由于AFM能够同时获得二维和三维形貌图像,从中能分别提取出样品的形状和表面形貌结构... 

【文章来源】：长春理工大学吉林省

【文章页数】：59 页

【学位级别】：硕士

【部分图文】：

AFM系统工作示意图

第2章AFM的细胞成像与表征原理6此外，当AFM取得扫描位置信息和对应的高度数据后，能够以两种视图方式对样品图像进行显示，它们分别是二维形貌图和三维形貌图。其中，二维形貌图更侧重于对样品形状、大小进行观测，而三维形貌图更有利于观察样品表面形貌的差异。2.1.2AFM成像模式由以上原理介绍可知，AFM测量的关键是探针针尖和待测样品之间的相互作用力，而这种作用力和针尖与样品间的距离有关。不同的初始距离会导致探针所处的初始状态不同，它们的关系如图2.2所示。AFM主要有三种成像模式，分别是接触模式、轻敲模式和非接触模式。图2.2原子间作用力与距离的关系曲线接触模式，又称为恒力模式，是为AFM开发的第一种模式。在此模式下，悬臂不振荡，并且在扫描过程中探针针尖与样品的间距位于小于零点几个纳米的斥力区，或者保持轻微的互相接触状态，从而获得高分辨率的AFM图像[25]。因此，样品表面的高低变换会直接作用在AFM的针尖上，使针尖与被测样品之间的距离产生变化，进而导致它们之间的作用力发生变化，最终微悬臂形变量值发生改变。当反馈系统检测到偏转量产生的差值后，会调整扫描器的伸缩使探针针尖和样品间的作用力保持不变，此时根据Z轴方向上扫描器移动的数据就可以生成样品表面的形貌图像。尽管接触模式是一种常用的成像模式，但它仍有不足之处，当探针在样品上长时间滑动时，针尖可能会产生磨损，进而导致样品发生形变；在扫描柔性物质时，也有可能会刮划样品。非接触模式是使AFM的微悬臂在样品表面附近振动，通过控制微悬臂的共振频率，探针针尖可以在样品表面上方一定距离内运动，而不与表面接触[26]。由于针尖不与样品表面接触，即没有力作用到待测样品的表面，因而非接触模式不会对样品造成损坏，但会导致该模式?

Ｋ孀叛芯康纳钊耄?髦直碚鞑问??陆续提出，但在这些参数中，某些参数内容存在交叉或者仅能在特殊条件下应用。同时，由于目前大部分的测量仪器仍是基于二维轮廓曲线的，因此传统的表面形貌表征主要还是基于Ra、Rq、Rz等参数[32]，然而这些评价参数往往不能真实地反映表面形貌。AFM的出现实现了对样品的三维表面成像和分析，因而能够将表面形貌的评价由二维转换成三维，使统计分析误差更校对三维表面进行表征常采用Sa、Sq等参数[33]，这些参数主要可被分为四类，分别是幅度参数、空间参数、功能参数和综合参数，具体如图2.4所示[34]。图2.4表面粗糙度表征三维参数除上述方法外，利用分形维数D表征表面形貌也是近年来非常流行的方法。在通常的欧几里德几何中，物体的维数都是整数，例如直线的维数是一维，平面的维数是二维。然而在自然界中，一些物体的复杂性使得人们无法用整型维数来对其进行描述。为三维参数幅度参数空间参数功能参数综合参数十点高度Sz均方根偏差Sq偏斜度Ssk表面峭度Sku表面纹理方向Std表面纹理纵横比Str最快衰退自相关长度Sal表面支撑指数Sbi中心液体滞留指数Sci谷区液体滞留指数Svi均方根斜率Sq算术平均顶点曲率Ssc展开界面面积Sdr

【参考文献】：
期刊论文
[1]基于全卷积网络的生猪轮廓提取[J]. 胡志伟,杨华,娄甜田,胡刚,谢倩倩,黄佳佳.  华南农业大学学报. 2018(06)
[2]基于图像处理技术的植物叶片面积和周长测量[J]. 崔世钢,秦建华,张永立.  江苏农业科学. 2018(15)
[3]改进分水岭算法在医疗图像目标提取中的应用[J]. 陈文亮,贺松.  信息技术. 2018(05)
[4]医学图像分割方法综述[J]. 李兰兰.  科技创新与应用. 2017(14)
[5]原子力显微镜研究多西他赛对人肺腺癌A549细胞的作用机制[J]. 黄雯,王美霞,陈伊琳,刘绍静,盛良翮,徐萌,朱德斌,邢晓波.  激光生物学报. 2016(04)
[6]原子力显微镜基本成像模式分析及其应用[J]. 魏东磊.  科技创新与应用. 2015(30)
[7]原子力显微镜的几种成像模式简介[J]. 陈注里,李英姿,钱建强,阳睿.  电子显微学报. 2013(02)
[8]表面粗糙度三维测量和评定的研究[J]. 张也晗,崔彤,张扬,王俊秋.  计量与测试技术. 2012(11)
[9]利用原子力显微镜观察大肠癌细胞与癌旁正常组织细胞[J]. 陈金旭,韩英.  中国医疗前沿. 2012(01)
[10]原子力显微镜对华蟾素作用的SGC-7901细胞的凋亡研究[J]. 马丽娜,张灵敏,金花,蔡继业.  肿瘤防治研究. 2011(12)

硕士论文
[1]基于原子力显微镜的真菌和细胞形态及其力学研究[D]. 黎虹颖.南昌大学 2012
[2]基于原子力显微镜研究药物与细胞的相互作用[D]. 郑晶.湖南大学 2009



本文编号：3431376