Measuring the Mechanical Properties of Living Cells Using Atomic Force Microscopy

刚度 缩进 原子力显微镜 悬臂梁 材料科学 纳米技术 细胞外基质 生物医学工程 生物物理学 化学 复合材料 生物化学 医学 生物
作者
Gawain Thomas,N. A. Burnham,Terri A. Camesano,Qi Wen
出处
期刊:Journal of Visualized Experiments [MyJOVE]
卷期号: (76) 被引量:20
标识
DOI:10.3791/50497-v
摘要

Mechanical properties of cells and extracellular matrix (ECM) play important roles in many biological processes including stem cell differentiation, tumor formation, and wound healing. Changes in stiffness of cells and ECM are often signs of changes in cell physiology or diseases in tissues. Hence, cell stiffness is an index to evaluate the status of cell cultures. Among the multitude of methods applied to measure the stiffness of cells and tissues, micro-indentation using an Atomic Force Microscope (AFM) provides a way to reliably measure the stiffness of living cells. This method has been widely applied to characterize the micro-scale stiffness for a variety of materials ranging from metal surfaces to soft biological tissues and cells. The basic principle of this method is to indent a cell with an AFM tip of selected geometry and measure the applied force from the bending of the AFM cantilever. Fitting the force-indentation curve to the Hertz model for the corresponding tip geometry can give quantitative measurements of material stiffness. This paper demonstrates the procedure to characterize the stiffness of living cells using AFM. Key steps including the process of AFM calibration, force-curve acquisition, and data analysis using a MATLAB routine are demonstrated. Limitations of this method are also discussed.

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