利用弹性微柱进行力感应

弹性微柱是一种用于量化细胞与基质接触时细胞牵引力的技术。微柱技术可用于测量细胞扩散早期阶段的力、长时间后的动态或基质硬度对牵引力的影响。

微柱阵列由聚二甲基硅氧烷 (PDMS) 与固化剂 (Sylgard 184) 混合而成，沉积在硅模具上，模具中含有重复排列的微米宽孔，孔深浅不一。为了达到所需的杨氏模量 (2 MPa)，将 PDMS 与固化剂以 10:1 的比例混合，并在 70?C 下固化 12 小时。为了改变基板的刚性，微柱弹簧常数通过柱子的尺寸（在本例中为高度）变化，从而允许弹簧常数为 0.5-10 nN/?m 的阵列。（等式 1）

等式 1。挠度 Δx 和力之间的关系，其中弹簧常数 k 由柱子特性 E（杨氏模量）、D（柱子直径）和 L（柱子长度）决定。 — *等式 1. 挠度、Δx 和力之间的关系，其中弹簧常数 k 由柱子特性 E（杨氏模量）、D（柱子直径）和 L（柱子长度）决定。*

用于时间与偏转图和星状细胞在扩散过程中施加的峰值力的分析的支柱。 — *用于时间与偏转图以及星状细胞在扩散过程中施加的峰值力的分析的支柱。*

通过分析明视野显微镜获得的图像序列中垂直柱的偏转，用纤连蛋白涂层微柱阵列测定细胞力。通过应用胡克定律，力与柱的偏转成正比，因此可以使用已知尺寸/弹簧常数的柱来计算。

我们使用自定义算法来量化细胞对支柱施加的力。（A）支柱阵列的显微图像，其中放置了一个细胞。（B）矢量图，表示细胞施加的力的大小和方向…… — 我们使用自定义算法来量化细胞对支柱施加的力。（A）支柱阵列的显微图像，支柱上放置了一个细胞。（B）矢量图，表示细胞对每个支柱施加的力的大小和方向。（C）该细胞对支柱产生的力的热图

6 微米柱子上细胞的时间与柱子偏转轨迹。每条轨迹显示计算出的峰值力值。 — *6 微米柱子上细胞的时间与柱子偏转轨迹。每条轨迹均显示计算出的峰值力值。*

使用 ImageJ 插件跟踪获取的图像序列中的微柱，该插件允许记录像素位移。将已知像素大小应用于位移值可以计算出柱子的位移，再结合已知的弹簧常数来计算作用在柱子上的力（等式 1）。

免疫荧光或体内细胞成像可以与弹性柱相结合，以研究参与机械传感的特定蛋白质的位置和功能。

*细胞在 6 微米柱上扩散，以 2 秒的间隔采集图像，持续 15 分钟（视频速度提高 100 倍）。*

*1um 柱上的细胞免疫荧光图像。图像显示了 paxillin（绿色）和肌球蛋白（红色）的位置。*

利用弹性微柱进行力感应

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