细胞力学是现代生物力学的前沿领域,研究力学因素对细胞的影响越发受到重视。其中,机械力刺激如拉力、压力、剪应力等在调节细胞行为中发挥重要作用,通过研究细胞的力学响应规律可为疾病防治提供启示。本文开发了一套贴壁细胞应变加载仪器,可用于细胞力学生物学研究。该仪器由细胞培养系统、驱动控制系统和动力传递系统三部分组成。通过驱动控制系统对细胞培养小室内的贴壁细胞加载静态或周期性变化的拉、压或拉-压的机械力,从而实现不同机械力作用条件对细胞影响的研究。参数设置为:拉-压应变调节范围—1%～50%,进给分辨率—0.01,保持转矩—0.097.8),加载频率—0.01～4.5。为提供细胞适宜的生长环境,细胞培养系统和动力传递系统置于细胞培养箱内进行加载,驱动控制系统置于培养箱外,通过绝缘线进行数据传输。箱内温度为36±2℃,湿度为45%～65%;采用可控制编程器的控制面板控制机械力作用条件(拉伸频率、应变大小、循环周期),通过驱动器向步进电机分配脉冲及控制进给分辨率。动力传递系统包括步进器、丝杆、拉伸平台及固定桩。为适应细胞培养箱内环境,拉伸平台由铝制材料制成。细胞培养系统包括培养小室和细胞营养液,培养小室通过医用硅胶液经浇铸成纵向26.88)8),横向408)8)、高14.58)8)的的培养内腔,培养小室底部制成0.58)8)厚,透明光洁,方便观察细胞形态变化。除了以上工作外,还利用ANSYS软件对培养小室在单轴拉伸过程中的应变分布规律进行了探索。有限元分析结果表明,在1%～10%应变范围区间,培养小室底部中间区域的应变大小与实际加载的应变最为接近,除1%应变误差相差较大外(11%),其余误差范围控制在±3%～±6%区间内。面积占比分析表明,在1%应变时,面积占比最大,为77%;最小均匀面积占比出现在7%应变,为54%。根据有限元分析结果和面积占比分析对细胞加载后的样本选取提出了适当的建议,以降低因细胞受力不均造成的实验误差。本课题通过机械原理与生物与力学结合,设计了这种贴壁细胞应变加载仪器。该仪器可对不同的加载方式进行精确地调节。具有精度高、体积小,应变范围宽、操作方便等特点。除此之外,还可同时对三组细胞培养基底进行加载,为细胞力学生物学研究提供了便利条件。