内皮细胞对扰动剪切流场响应的研究

摘要

目前，动脉粥样硬化(atherosclerosis，AS)是影响人类健康的心血管疾病之一，危害十分严重。普遍认为，AS是一种多因疾病，其病变好发于动脉的分叉或弯曲部位，生物力学家们直觉地把它与该处所呈现的复杂的血液流动状态联系起来。为弄清其产生机理，需要了解细胞在血管狭窄部位和其他部位的所受切应力情况。在体外流动培养细胞实验的研究中，最常用的就是稳定流流入平板流动腔系统。实验中根据实际情况，构建一种带有后向台阶的流动腔装置，简单模拟出血液在血管分叉部分或者动脉粥样硬化斑块处的流动状况。 在制作材料方面，本课题以聚合材料Poly(dimethylsiloxane) (PDMS)，即聚二硅氧烷为原料。制作手段采用深层刻蚀工艺和微复制技术。将清洗后的硅片作为模具，用注射成形的复制工艺，进行PDMS流动腔通道加工。盖板也采用相同手段获得。在通道中剪切力大小显著差异的三个部分做标记，流动培养细胞，观察其表达特征之间的差别，并对所得照片用小波工具箱自带DB1工具做图像处理；利用印章转移纤粘蛋白，定位流动培养细胞，分别于12h,24h,48h拍照，对所得照片做图像处理，使用分析依据是小波理论。小波变换是近年来得到广泛应用的数学工具，它是时间（空间）和频率的局域变换，将原始信号分解为一系列具有不同频率特性的子带信号，这些子带信号具有良好的时域与频域空间域局部特征，这些特征可用来表示原始信号的局部特征。作为多尺度多通道分析工具，课题中用小波变换工具做图像转换、图像压缩、图像消噪、边缘检测、图像融合的处理。 本课题在前人研究的基础上，致力于了解流动腔内部流场分布情况，从而较为全面地了解细胞在不同位置所受的剪切力情况；用新型材料制作流通通道；在通道后向台阶下方印有纤粘蛋白，以利于细胞定位生长，使其单独受流场切应力的作用；在以往图像采集的基础上，利用小波变换对图像作处理，并且，在以往流动培养细胞的基础上，本实验将印章技术应用其中，预先在流场较为特殊的地带，印上不同尺寸的蛋白印章阵列，观察单个或几个内皮细胞在流场作用下的响应，用小波变换做医学显微图像处理。