压电/介电复合驱控的肿瘤细胞机-电特性同步测试研究
批准号:
52105564
项目类别:
青年科学基金项目(C类)
资助金额:
30.0 万元
负责人:
李建平
依托单位:
学科分类:
机械测试与仪器
结题年份:
2024
批准年份:
2021
项目状态:
已结题
项目参与者:
李建平
中文摘要
肿瘤细胞生物物理特性是恶性肿瘤早期诊断的有效病理标志,但当前主流的独立测试方法仍面临参量受限、辨识率不足的瓶颈问题,临床应用受到制约。项目提出构建一种基于压电/介电主动加载方式的肿瘤细胞机-电特性同步测试新方法,实现微尺度下细胞机-电特性多参数同步测量与精准表征。内容包括:建立基于微观三维结构的细胞机-电特性模型,探索细胞机-电特性耦合作用机理;设计优化压电驱动柔顺结构,获取细胞典型机械特性曲线与机械特征参量(弹性模量、泊松比、剪切模量、变形度等);利用微尺度电极,基于生物介电谱获取细胞典型电学特性曲线与电学特征参量(阻抗、迟滞频率、导电率、介电常数、细胞膜比电容等);最终,结合细胞机-电特性模型与微流体通道,构建压电/介电复合驱控的肿瘤细胞机-电特性同步测试新方法。本项目有望提高肿瘤细胞辨识率水平、破解细胞生物物理特性临床应用瓶颈难题,为恶性肿瘤早期诊断这一重大民生需求提供新思路。
英文摘要
The biophysical characteristic of tumor cells is an effective pathological marker for the early diagnosis of tumors. However, most of the current testing techniques of cell characteristics are based on independent testing methods, which are still faced with the problems of limited parameters and insufficient recognition rate. This project proposes to construct a novel synchronous measurement for the multiple parameters of cell’s mechanical-electrical characteristics driven by piezoelectric/dielectric techniques to achieve multiple parameters measurement under micro-scale. The research content includes: establishing the mechanical-electrical model of cells based on the micro 3D structure, and exploring the coupling principle of cell’s mechanical-electrical properties; obtaining typical mechanical test curves and mechanical characteristic parameters (elastic modulus, Poisson's ratio, shear modulus, deformation degree, etc.) by the design and optimization of piezoelectric flexure mechanisms; typical electrical characteristic curves and electrical characteristic parameters (impedance, relaxation frequency, conductivity, dielectric constant, cell membrane specific capacitance, etc.) are achieved by utilizing micro-scale biological dielectric spectroscopy with micro electrodes; finally, a novel synchronous measurement method for the mechanical-electrical properties of tumor cells is established by piezoelectric/dielectric techniques. This research is expected to improve the level of tumor cell recognition rate, solve the clinic application problem and provide a new thought for the major livelihood needs of early diagnosis of malignant tumors.
肿瘤细胞生物物理特性被证明是一种在早期阶段就可有效揭示肿瘤信息及状态的病理标志,有望为恶性肿瘤的早期诊断提供一个崭新的手段。本项目提出了一种基于压电/介电主动加载的肿瘤细胞机-电特性同步测试方法,实现了同一环境/位置下肿瘤细胞机械与电学特性的多参量同步测量。基于压电精密驱动原理,设计制造了多种机械测试精密加载模块,探索了基于等腰梯形柔性铰链的寄生惯性式压电驱动、基于非对称L型柔性铰链的仿生行走式压电驱动、基于驱动足轨迹控制的伞形柔性机构压电驱动等原理的可行性;数据显示其可获得0.084μm的分辨率以及最大1100g的负载能力;进行了压电式细胞机械特性测试,获取了鱼卵细胞不同发育阶段的力学特性曲线。围绕生物电阻抗检测/成像方法,研究了非均匀介电谱多层传感机理;探索了基于一维卷积神经网络的GCNN算法和HGCNN算法、基于Hadamard product后处理的GCNNH算法和HGCNNH算法等智能算法的可行性。最后,设计制造了压电驱动式肿瘤组织机-电特性检测装置,以单片机为主控芯片,搭载自主设计的数模、模数转换进行驱动信号的输出与采集,实现微动位移模块对肿瘤组织的压缩测试;完成了肿瘤组织的相关试验,得到了不同条件下的机械参数以及电阻抗参数。本项目的研究有望提高肿瘤细胞辨识率水平、破解细胞生物物理特性临床应用瓶颈难题,对肿瘤早期诊断这一重大民生需求有重要科学意义与应用价值。
压电/介电复合驱控的肿瘤细胞机-电特性同步测试研究
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批准号:--
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项目类别:--
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资助金额:30万元
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批准年份:2021
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负责人:李建平
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依托单位:
基于宽频介电谱的血流内微小血栓检测机理及微观耦合特性研究
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批准号:LY19E050010
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项目类别:省市级项目
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资助金额:0.0万元
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批准年份:2018
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负责人:李建平
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依托单位:
国内基金
海外基金