背景：人体内细胞会受到各种力学激励，并在不同的时间和空间尺度上对力学激励做出反应。力学激励会对骨吸收和形成、器官形态发生、骨骼肌分化以及中枢神经系统发育产生影响。

目前研究力学因素对细胞行为的影响很大程度上依赖于离体实验。通过研制具有较大均匀应变区域的细胞培养室，结合3D-DIC应变测量技术（数字图像相关法dic），搭载专门设计的细胞拉伸加载装置，将单轴表面应变传递给弹性基底膜上的贴壁细胞。

采用新拓三维XTDIC三维全场应变测量系统（3D-DIC）检测培养室中应变场和位移场的分布，以验证该新型培养室的有效性和实用性。这种专门设计的培养室制造简单，应变均匀性好，可为贴壁细胞的生物力学研究提供更便利和客观的实验基础。

试验系统：细胞单轴拉伸装置共分为四个部分：电机驱动模块、移动滑块与导轨、细胞培养硅胶小室和新拓三维3D-DIC三维全场应变测量系统。实验应变测量选用新拓三维XTDIC三维全场应变测量分析系统（XTDIC-CONST-SD），配备两台高精度摄像头，实现三维环境的应变场和位移场的测量。

细胞单轴拉伸-3D-DIC应变测量与试验装载

试验内容：

传统小室与新型培养室数值计算结果对比

通过有限元数值模拟得出传统小室与新型培养室应变场的分布，采用面积占比法来描述应变的均匀性。

传统小室与新型培养室应变 1%～10% 的分布云图及有效应变区域。经过优化的新型培养室能够提高应变的均匀性，模拟结果充分说明了新型培养室结构的可行性与准确性。

3D-DIC实验结果

选择 1%、5% 和 10% 三组应变数值验证传统小室与新型培养室的数值模拟结果。三组应变下，3D-DIC 测量的位移场与应变场的分布与数值模拟结果很好地吻合，达到了相互验证的目的，同时新型培养室的加载实验结果也显示了应变的均匀性，相较于传统小室有了明显的提高，验证了新结构的合理性。

1%应变

5%应变

10%应变

1%、5% 和 10% 应变下基板的 3D-DIC 实验与有限元仿真结果对比

舌鳞癌细胞加载实验

利用体外贴壁细胞应变加载装置，对硅橡胶小室内的舌鳞癌细胞加载拉伸力，诱导0.5% 机械应变刺激，频率为 0.1 Hz，连续加载 8 h。

舌鳞癌细胞加载实验结果显示，未拉伸组细胞呈短梭形，细胞伪足较短；而拉伸 8 h 后，多数细胞呈长梭形排布，细胞伪足伸长。可见贴壁细胞在加载装置的拉伸形态发生明显的变化。

贴壁细胞拉伸加载结果

实验结论

1）研制的具有较大均匀应变区域的新型培养室，对传统小室的结构进行了优化仿真，结果表明新型培养室有效应变面积得到显著提升。

2）利用 3D-DIC 测量了优化前后小室的应变场与位移场分布，进一步验证了仿真的结果，同时确认了新型培养室的高均匀性。

3）在舌鳞癌细胞拉伸实验中，在力学激励下细胞形成了更活跃的侵袭足。通过细胞实验证明了装置起到了细胞力学加载的效果，这为细胞力学生物学研究提供了便利条件。

综上所述，实验研制了一种应变均匀性更好的培养室，利用新拓三维XTDIC三维全场应变测量系统（3D-DIC）技术，可以多角度观测细胞的变形，为后续研究人员分析细胞的应变情况提供更准确的数据。

案例摘自：【王紫琪，天津理工大学 天津市先进机电系统设计与智能控制重点实验室，具有较大均匀应变区域贴壁细胞力学加载培养室的研制】