一种通过力学模型对所建数据库中多种类细胞应力分析的方法技术

本发明专利技术属于细胞应力分析技术领域，为一种通过力学模型对所建数据库中多种类细胞应力分析的方法，包括如下步骤：S1：使用原子力显微镜对待测细胞进行检测；S2：测得待测细胞所具有的力学特性、高度图以及细胞形貌。本发明专利技术通过利用有限元仿真软件ABAQUS，建立了一个细胞的模型雏形，分析在探针下压过程以及模拟流体剪切中细胞内部各接触面的应力分布情况，以及细胞各结构间的接触力情况及粘弹性材料对细胞的力学性质的影响，它不仅能够与实验结果对比来判断细胞的力学性质，还弥补了不能用肉眼观察到细胞的应力应变形态的缺陷，将数据库与模型相关联，实现对任意细胞的实时模型分析。实现对任意细胞的实时模型分析。实现对任意细胞的实时模型分析。

【技术实现步骤摘要】
一种通过力学模型对所建数据库中多种类细胞应力分析的方法


[0001]本专利技术涉及细胞应力分析
，具体为一种通过力学模型对所建数据库中多种类细胞应力分析的方法。

技术介绍

[0002]细胞是组成生命体的基本单元，由于细胞所处的体内环境较为复杂，及其自身所具有的粘弹性材料性质，细胞的力学行为吸引了越来越多的研究者的目光。Mahaffy等在原子力显微镜下测量了细胞的应变，Sato等利用微吸管装置测量了细胞的杨氏模量、粘度系数等，以上都是通过实验技术来研究细胞力学特性。目前绝大多数细胞力学性质的研究都是以实验技术为手段。但是目前的实验技术手段不能够用肉眼直观地观察到细胞受到应力时发生的应变，在2009年重庆大学程琴等人利用有限元平台构建了细胞受剪切力作用的三维细胞模型，分析单一细胞在不同部位的应力松弛，但无法实现对不同类型的细胞进行应力分析，其模型基本尺寸单一，不能够准确的反应细胞形态，且无法实现对细胞进行实时、高效、精准的应力分析。数据库技术在20世纪80年代已经广泛使用，对文本数值型数据管理方面已经比较成熟，在1997年法国数学家F.Bouille提出了超图理论的基础上，探索多类对象的链接，实现空间数据和属性数据无缝联接，因此我们提出了一种通过力学模型对所建数据库中多种类细胞应力分析的方法来解决上述问题。

技术实现思路

[0003](一)解决的技术问题
[0004]针对现有技术的不足，本专利技术提供了一种通过力学模型对所建数据库中多种类细胞应力分析的方法，解决了上述
技术介绍
中所提出的问题。
[0005](二)技术方案
[0006]本专利技术为了实现上述目的具体采用以下技术方案：
[0007]一种通过力学模型对所建数据库中多种类细胞应力分析的方法，包括如下步骤：
[0008]S1：使用原子力显微镜对待测细胞进行检测；
[0009]S2：测得待测细胞所具有的力学特性、高度图和细胞形貌，以及探针的参数，通过细胞形貌得到细胞二维图像，并基于图像处理技术，对细胞二维图像进行两次降噪处理以及Gamma矫正，以便获得更为高清的细胞二维图像，接着对其进行灰度图直方化，使细胞二维图像与背景区分开来，然后利用边缘检测算法与计算机深度学习技术相结合的方法，得到细胞的边缘图像，最后利用8连通算法获得细胞的轮廓图，计算出细胞二维图像的长宽比、周长，从而确定细胞的基本尺寸；
[0010]S3：建立MySQL数据库，在数据库中输入待测细胞的细胞名称以及相对应的力学特性；
[0011]S4：将待测细胞的高度图以及细胞形貌数据输入到有限元仿真软件ABAQUS中，通
过有限元仿真软件ABAQUS可以根据输入的细胞高度图和细胞形貌，确定细胞基本尺寸，并绘制细胞二维模型图，再根据二维模型图，构建三维细胞模型，且三维细胞模型结构从外到内依次设定为细胞膜、细胞质和细胞核三个层状部分；
[0012]S5：然后通过Visual Studio平台将MySQL数据库与有限元仿真软件ABAQUS进行链接，Visual Studio平台可以从MySQL数据库中调取所需细胞名称的力学特性灌输到ABAQUS所建立的相对应细胞的模型当中，进行分析；
[0013]S6：根据测得的细胞力学特性，确定细胞模型的材料属性；
[0014]S7：对细胞模型进行网格划分，并设置静力分析步骤和粘性分析步骤，然后设置载荷，确定载荷边界，载荷分两种，一种为探针针尖下压的压力载荷，另一种为表面载荷，模拟流体剪切力；
[0015]S8：利用探针对细胞模型施加非线性的荷载力，获得相对应的应力云图，并得到各接触面接触力变化曲线；
[0016]S9：对细胞不同部位进行载荷，分析其应力云图，以及各接触面接触力曲线。
[0017]进一步地，所述S2中的细胞力学特性包括细胞膜、细胞质和细胞核的弹性模量和泊松比，以及细胞质和细胞核的粘度，探针的参数包括弹性模量和泊松比。
[0018]进一步地，所述S6中的细胞模型材料属性中的细胞膜为线弹性，细胞质与细胞核为黏弹性。
[0019]进一步地，所述S7中的网格划分是对细胞膜采用四边形为主进行划分，细胞核和细胞质采用四边体为主进行划分。
[0020](三)有益效果
[0021]与现有技术相比，本专利技术提供了一种通过力学模型对所建数据库中多种类细胞应力分析的方法，具备以下有益效果：
[0022]本专利技术，通过采用有限元理论，利用有限元仿真软件ABAQUS，建立了一个细胞模型的雏形，分析在探针在下压过程中细胞内部各接触面的应力分布情况，以及细胞各结构间的接触力情况及粘弹性材料对细胞的力学性质的影响，用有限元软件来建立细胞力学模型，它不仅能够与实验结果对比来判断细胞的力学性质，还弥补了不能用肉眼观察到细胞的应力应变形态的缺陷，同时亦提供了一种有效、简单的理论模型，可以用来参考解释其它实验现象，且将数据库与模型联系了起来，可以实现数据中任意种类细胞基于模型进行实时分析，进一步深入地对不同类型细胞样品的细胞膜、细胞质、细胞核可实现逐层的应力分析。
附图说明
[0023]图1为本专利技术肾小球系膜细胞高度示意图；
[0024]图2为本专利技术肾小球系膜细胞和探针的力学特性图；
[0025]图3为本专利技术肾小球系膜细胞的各接触面接触力变化曲线图；
[0026]图4为本专利技术肾小球系膜细胞的表面载荷应力云图。
具体实施方式
[0027]下面将结合本专利技术实施例中的附图，对本专利技术实施例中的技术方案进行清楚、完
整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本专利技术一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本专利技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本专利技术保护的范围。
[0028]实施例
[0029]如图1、图2、图3和图4所示，本专利技术一个实施例提出的一种通过力学模型对所建数据库中多种类细胞应力分析的方法，包括如下步骤：
[0030]S1：使用原子力显微镜对肾小球系膜细胞进行检测；
[0031]S2：测得肾小球系膜细胞所具有的力学特性、高度图和细胞形貌，以及探针的参数，通过细胞形貌得到细胞二维图像，并基于图像处理技术，对细胞二维图像进行两次降噪处理以及Gamma矫正，以便获得更为高清的细胞二维图像，接着对其进行灰度图直方化，使细胞二维图像与背景区分开来，然后利用边缘检测算法与计算机深度学习技术相结合的方法，得到细胞的边缘图像，最后利用8连通算法获得细胞的轮廓图，计算出细胞二维图像的长宽比、周长，从而确定细胞的基本尺寸；
[0032]S3：建立MySQL数据库，在数据库中输入肾小球系膜细胞的细胞名称以及相对应的力学特性；
[0033]S4：将肾小球系膜细胞的高度图以及细胞形貌数据输入到有限元仿真软件ABAQUS中，通过有限元仿真软件ABAQUS可以根据输入的细胞高度图和细胞形貌，确定肾小球系膜细胞基本尺寸，并绘制肾小球系膜细胞二维模型图，本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种通过力学模型对所建数据库中多种类细胞应力分析的方法，其特征在于：包括如下步骤：S1：使用原子力显微镜对待测细胞进行检测；S2：测得待测细胞所具有的力学特性、高度图和细胞形貌，以及探针的参数，通过细胞形貌得到细胞二维图像，并基于图像处理技术，对细胞二维图像进行两次降噪处理以及Gamma矫正，以便获得更为高清的细胞二维图像，接着对其进行灰度图直方化，使细胞二维图像与背景区分开来，然后利用边缘检测算法与计算机深度学习技术相结合的方法，得到细胞的边缘图像，最后利用8连通算法获得细胞的轮廓图，计算出细胞二维图像的长宽比、周长，从而确定细胞的基本尺寸；S3：建立MySQL数据库，在数据库中输入待测细胞的细胞名称以及相对应的力学特性；S4：将待测细胞的高度图以及细胞形貌数据输入到有限元仿真软件ABAQUS中，通过有限元仿真软件ABAQUS可以根据输入的细胞高度图和细胞形貌，确定细胞基本尺寸，并绘制细胞二维模型图，再根据二维模型图，构建三维细胞模型，且三维细胞模型结构从外到内依次设定为细胞膜、细胞质和细胞核三个层状部分；S5：然后通过Visual Studio平台将MySQL数据库与有限元仿真软件ABAQUS进行链接，Visual Studio平台可以从MyS...

【专利技术属性】
技术研发人员：宋正勋，初琪，吴文冀，董建军，李昕宇，李秀楠，林雯莉，宋琦，
申请(专利权)人：长春理工大学中山研究院，
类型：发明
国别省市：