专栏名称: 生物力学仪器

力学现象对一些基本细胞进程的正常运作至关重要，力学载荷可以作为胞外信号来调节细胞功能。危及人类健康的几种主要疾病，如骨质疏松症、动脉粥样硬化和癌症等，均与力学感知或功能障碍有关。文章来源为网络搜集，如有侵权请联系15336881895谢谢

测定细菌细胞壁杨氏模量：微流体系统与逆有限元分析的应用

生物力学仪器 · 公众号 · · 2024-11-27 17:25

正文

细菌在自然环境中承受大量的物理力，包括渗透压、受限空间中的生长和流体剪切力引起的力。细胞被膜是细菌的主要承载结构，但人们对细胞被膜的机械特性知之甚少；大肠杆菌细胞膜杨氏模量的报道范围广泛，从 2 MPa 到 18 MPa。本文展示了一种可同时向数百个细菌施加机械载荷的微流体系统，以及评估全细胞刚度的方法的实用性，并使用基于优化的逆有限元分析来根据观察到的细胞膜杨氏模量确定细胞包膜的杨氏模量变形。

这篇文章的核心内容是关于细菌细胞壁的杨氏模量（Young's Modulus）的测定。以下是文章的主要要点：

研究背景 ：
- 细菌在自然环境中会经历显著的物理力，如渗透压、生长空间限制和流体剪切力。
- 细菌细胞壁是主要的承载结构，但其机械特性了解甚少，尤其是大肠杆菌（E. coli）的细胞壁杨氏模量报道范围很广，从2 MPa到18 MPa不等。
研究方法 ：
- 开发了一个微流体系统，可以一次性对数百个细菌施加机械负荷，并验证了该方法评估整个细胞刚度的实用性。
- 利用优化基础的逆有限元分析从观察到的变形中确定细胞壁的杨氏模量。
实验结果 ：
- 大肠杆菌（E. coli）细胞壁的杨氏模量为2.06 ± 0.04 MPa。
- 使用化学物质A22处理以降低细胞刚度的E. coli的杨氏模量为0.84 ± 0.02 MPa。
- 霍乱弧菌（V. cholerae）的杨氏模量为0.12 ± 0.03 MPa。
- 金黄色葡萄球菌（S. aureus）的杨氏模量为1.52 ± 0.06 MPa。
微流体方法的优势 ：
- 可以一次性检查数百个细胞。
- 适用于革兰氏阴性和革兰氏阳性细菌，以及杆状和球状细胞。
- 有助于进一步研究不同细菌种类和菌株之间细胞壁杨氏模量差异的结构原因。
结论