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1. 拉伸与压缩 2. 三点弯曲 3. 扭转 三、体外血管应力加载模型 二、骨组织材料的力学测试 四、细胞剪应力、张应力加载模型 微管黏附频率方法中，两种特异性相互作用分子分别表征于红细胞和其他细胞或小球表面 生物膜力探针方法：分子力断裂力和寿命的测定。 微管黏附频率方法中，两种特异性相互作用分子分别表征于红细胞和其他细胞或小球表面 主讲：张延芳 生物力学研究技术与方法 2012年5月 1. 微管操控技术 2. 原子力显微技术 3. 光镊操控技术 4. 平行流室技术 一、分子生物力学研究技术与方法 1. 拉伸与压缩 2. 三点弯曲 3. 扭转 三、体外血管应力加载模型 二、骨组织材料的力学测试 四、细胞剪应力、张应力加载模型 图 微管吸吮技术 （a) 微管吸吮技术 (b) 生物膜力探针方法 1. 微管操控技术 1. 微管操控技术 ① 原理 微管吸吮技术 micropipette aspiration technique, MAT 微管吸吮技术：在负压作用下细胞变形的动力学过程来研究细胞的力学和粘弹性性质。 图 微管吸吮技术 （a) 微管吸吮技术 (b) 生物膜力探针方法 生物膜力探针方法 biomembrane force probe, BFP 微管吸吮技术 （a) 微管吸吮技术 (b) 生物膜力探针方法 记录回拉过程中细胞变形与否、变形大小和解离时间长短等信息来研究分子间作用的动力学性质 采用微管吸吮方法捕获分别表征特异性相互作用分子的细胞或小球，通过压电晶体驱动器吸吮方法操控微管，实现两细胞或小球间靠近-接触-回拉的动力学循环 ②方法 系统组成 A.显微操控单元 B.压力控制单元 C.视屏图像采集单元 关键问题：分子表征，载体选择，分子密度， 细胞或载体的接触面积。 ②方法 在微管黏附频率方法（ a）中，两种特异性相互作用分子分别表征于红细胞和其他细胞或小球表面，在控制分子密度和红细胞接触面积条件下系统测定细胞间黏附频率（以回拉过程中红细胞变形与否作为判断分子间黏附是否发生的标准）随接触时间的变化规律。 ②方法 在(b)中，首先将一种分子表征于小球表面，并将其与被微管吸吮的红细胞进行组装，然后操控微管与表征另一种分子的其他细胞或小球实现其结合与分离过程，在控制加载率或作用力条件下分别测量分子键断裂力或寿命，获得加载率-断裂力谱和作用力-寿命谱。 ③ 应用 微管黏附频率方法主要应用于认识表征的受体-配体间二维反应动力学规律，通过量化其反应动力学参数研究分子结构（分子取向与长度、载体刚度与表面拓扑结构、氨基酸变异等）影响其相互作用的机制。 生物膜力探针方法主要应用于受体-配体、抗体-抗原间结合与解离动力学规律。通过分子键断裂力谱和寿命谱量化外力和物理因素（加载率、靠近速度、接触时间等）调控分子间相互作用规律及其内在的物理机制。 2. 原子力显微技术 原子力显微技术（atomic force microscopy, AFM)是在扫描隧道显微技术(scanner tunnel microscope, STM)基础上发展而来的。 ① 原理 ① 原理 将特异性相互作用的两种分子分别表征于弹性微悬臂梁末端探针和样品池底板表面，通过压电晶体驱动器驱动底板（或微悬臂梁）实现两表面间靠近-接触-回拉的动力学循环，记录回拉过程中微悬臂梁绕度改变和解离时间长短等信息来研究分子间相互作用的动力学性质。 ②方法 系统组成 A.弹性微悬臂梁末端探针 B.样品池， C.操控单元 D.光学位移检测单元 当压电晶体驱动器驱动样品池或微悬臂梁使二者靠近、接触时，分子间特异性相互作用导致微悬臂梁形变，从而使激光束方向发生改变。通过检测激光束信号可得到变形量，其与微悬臂梁弹性系数的乘积即为分子间作用力值。 ③ 应用 不同生物大分子间相互作用的研究 不同作用强度的分子体系。空间精度高：亚纳米尺度；测力范围宽：可达101-105皮牛。 独立、定量控制分子间相互作用的接触速率、接触时间、分离速率以及接触力大小，避免不同物理因素对分子间反应动力学的耦合影响。 3. 光镊操控技术 ① 原理 光镊即单光束梯度力光阱，一束高度汇聚的激光形成的三位势阱，利用光与物质间动量传递的光力学效应来实现操控的。称为光学镊子或光阱。光镊可测量微粒间的微小相互作用力，所以可以作为测量微粒间相互作用过程的力探针或力传感器。 系统组成 A.激光光源；B.显微镜；C.可移动样品台；D.激光器与显微镜光学耦合光路；E.位移探