寧波大學大學生科技創(chuàng)新計劃項目申請表

1、附件三:申請編號:項目編號:寧波大學大學生科技創(chuàng)新計劃項目申請表項目名稱:項目負責人：負責人類別：本科生 研究生所在學院：填報時間：年月成果類形式:自然科學類學術論文 哲學社會科學類社會調查報告和學術論文 科技發(fā)明制作 科技發(fā)明制作創(chuàng)業(yè)孵化作品填報說明1、填表前，請先仔細閱讀寧波大學大學生科研創(chuàng)新計劃實施辦法（試行）;負責人姓性別名族出生日2、項目申請一旦立項，將作為項目計劃任務書考核，成為項目中期檢查、結題等管理活動的依據文件;3、要如實、準確、認真填寫申請表各項內容;4、項目組指導老師不超過2人，項目成員不超過5人。5、登陸網絡申請時，需上傳申請表和可行性報告兩個文件，可行性報告所填各項內

2、容將成為專家評審重要依據，請匿名認真如實填寫。6其他事宜請向寧波大學學生科研管理工作小組辦公室咨詢。A1.基本情況（自然科學類）A.機械與控制（包括機械、儀器儀表、自動化控制、工程、交通、建筑等）項目名稱B.信息技術（包括計算機、電信、通訊、電子等）C.數理（包括數學、物理、地球與空間科學等）D.生命科學（包括生物、農學、藥學、醫(yī)學、健康、衛(wèi)生、食品等）E.能源化工（包括能源、材料、石油、化學、化工、生態(tài)、環(huán)保等）名期日學院年級專業(yè)校內住址聯系電話學號指導 老師姓名性別所屬學院職稱研究專長主要成員姓名性別學院年級專業(yè)學號項目分工聯系電話預期成果A.專著B.論文（集）C.研究報告D.工具書E.科

3、技發(fā)明F.電腦軟 件G.其他預計完成時間年月日（研究期限一般為一年）B可行性報告說明：此表中不得出現學院、導師及項目負責人信息。項目名稱運動對大鼠血液細胞介電譜的影響項目類別自然科學類申請項目的必性、目的及意項目的背景、主要容、技術水平及應用范本項目通過阻抗分析儀測量大鼠血液的電導率-介電頻譜，通過其頻率譜、復平 面圖、介電損耗因子”頻譜、電導率虛部K”頻譜和損耗角正切tgS頻譜等的綜 合分析，總結血液頻譜特征參數提取方法。 在此基礎上，通過建立Cole-Cole數學模 型的非線性數值計算方法和曲線擬合誤差評估分析方法，探索研究運動情況下大鼠血 液細胞阻抗譜的影響，從而建立大鼠血液細胞阻抗譜測

4、量技術。運動與紅細胞特性密切相關，目前運動醫(yī)學領域研究運動對紅細胞的影響， 通常 從形態(tài)學和血流變學，酶學，免疫學，自由基代謝等方面研究運動狀態(tài)下紅細胞的特 性，缺少對紅細胞電生理特性的研究報道， 此試驗項目采用交流阻抗方法研究正常大 鼠血液紅細胞的電生理特性，測介電譜，建立大鼠血液細胞電生理學參數，為其進 一步在運動醫(yī)學領域的應用提供參考。通過本實驗可以為運動大鼠甚至人的血液研究提供一種新的思路，新的方法和新的評定指標，具有重要的實際應用與理論科學價值，在國內尚屬嶄新課題。早在十九世紀末人們就開始關注物質的介電特性，自1957年Schwan H.P.首先研究生物組織電特性以來，研究人員在這一

5、領域的探索就沒有中斷過。20世紀八十年代以后，隨著自動化、電子技術等科技的發(fā)展，在電阻抗斷層成像技術研究的帶動 下，生物組織介電特性（電導率和介電常數）的研究進一步受到重視，得到了長足的 發(fā)展。Katsumoto丫等給紅細胞加一寬頻電場，測定不同頻率下細胞的介電參數的 變化，結合Cole公式的計算驗證最終建立了紅細胞的三維結構模型。Schwan HP & Foster KR2對生物組織介 電特性進行了研究，Hanai T & Asami K3,4對生物膜與細胞的介電特性和理論解析 進行了研究與探索，Irimajiri A、Watanabe M & Raicu V5,6研究了生物細胞的介 電譜和

6、理論解析。國內，余玨、魯勇軍等7,8對紅細胞的介電譜進行了研究； 任超世 等9,10利用多頻率阻抗法研究血細胞電特性；趙孔雙等11論述了微小生物細胞的介電 研究方法；王學仁等12采用電旋轉法研究少根根霉菌的介電特性。對于生物細胞電特性的國外的研究有,對于生物電及細胞介電譜的研究，近年來我們學校研究成果顯著，研究已經表明： 兩項式Cole-Cole數學模型可以表征大鼠紅細胞阻抗頻譜的p和S弛豫行為。p散射由細胞膜的容性響應構成，S散射來源于細胞內血紅蛋白的頻率響應13。隨著血細胞 比容CT的增加，低頻段介電常數L和介電增量增加；低頻段電導率KL和高頻率 段電導率Kh減小,電導率增量增加；介電常數

7、Cole-Cole圖的半徑、面積、右截 距增加,圓心右移；反之，電導率Cole-Cole圖的半徑、面積、左右截距減少,圓心左移140關于大鼠細胞生物介電特性研究表明：在0.1 MHz100 MHz頻率范圍內，大鼠血液細胞的介電常數和電導率具有電場頻率的依賴關系，主要表現在具有兩個中心特征頻率的介電弛豫：第一介電弛豫約發(fā)生在fc=2 MHz第二介電弛豫約產生在fc2=3MHZ5。并且滿足Cole-Cole公式,利用交流阻抗技術可以獲得血液細胞的頻域電生 理特性16。大鼠腓腸肌細胞介電響應具有頻率依存性關系：介電常數隨電場頻率的增加而降低，電導率K隨頻率的增加而上升，而且可獲得骨骼肌細胞頻域電生理

8、指標，其中第一特征頻率fC1和第二特征頻率fC2是頻域電特性的特色參數170關于人血液細胞介電特性研究表明：正常人血液細胞介電常數和電導率也具有頻 率依從性；正常人血液細胞介電性能具有兩個特征頻率：第1特征頻率fi=0.59MHz,第2特征頻率f2=2.12MHZ18。在射頻電場中,人血液細胞的介電常數和電導率具有頻 率依賴性，表現為具有兩個特征頻率的介電弛豫：第一介電弛豫發(fā)生在fC1為1.42MHZ,第二介電弛豫產生在fC2為3.32 MHz19。此外關于運動或低氧對人體（或動物）血液（細胞）的影響有研究表明：低氧應 激，大鼠血清EPO和腎臟EPOmRN表達升高是機體自我保護機制之一，低氧訓

9、練能 使血清EPO升高，可能是低氧環(huán)境和運動缺氧共同刺激的結果；而低氧訓練后EPOmRN表達水平變化不明顯,可能是4000m海拔高度缺氧的刺激較強烈,對后續(xù)的表達 造成反饋抑制作用的原因200間歇性低氧運動對大鼠紅細胞膜的Na+-K+-ATP酶和Ca+-Mg+-ATF酶有一定的保護作用21o適宜負荷運動可促進骨骼肌和紅細胞膜的抗氧 化能力,使機體的運動能力得以提高。而過大負荷訓練則使它們的抗氧化能力及膜的 流動性降低，運動能力下降220另外長期堅持高強度大運動量訓練，如果恢復時間不多，則會出現明顯的血紅蛋白下降，導致運動性貧血，嚴重影響運動員的運動能力和恢 復能力曲。這使得我們有理由相信在運動

10、情況下大鼠及人的血細胞會出現一定生理性的改變，從而會導致其阻抗譜的影響，而且會出現運動到一定情況下血液細胞達到某一臨界狀態(tài)或者最佳狀態(tài)，為實驗研究提供一個方向。研究運動大鼠的血液與正常的在電特性方面的差別，從而探討運動血液電特性變化的電生理機制，為運動血液細胞電生理特性的研究提供了新的技術手段、研究方法和評價指標，具有重要的理論科學與實際應用價值， 對電磁場生物效應的電生理機制 探討、電磁輻射的治療和計量學研究等都具有重要的應用價值。我們實驗室主要是通過阻抗分析儀測量細胞的阻抗頻譜和介電頻譜的實驗數據，分析實測頻譜的數據特征，確立細胞的阻抗特性和介電特性，統(tǒng)稱為細胞被動電學特性或頻域電特性。并

11、且，在實驗數據的基礎上，通過理論模型（數學模型、電路模型、 物理模型）計算曲線與實驗數據的曲線擬合方法， 建立生物細胞電特性的理論模型參 數，完成生物細胞頻域電特性的研究任務。參考文獻:1Katsumoto Y,Hayashi Y,Oshige l,et al. Dielectric cytometry withthree-dime nsio nal cellular modeli ng. Bio phys J,2008;95(6) :3043-30472Foster KR,Schwan HP .Dielectric prop erties of tissues, In C.P oik and

12、E.Postow(Eds.), Handbookof Biological Effects of Electromagnetic Fields, 2nded, Boca Rat on, FL:CRC P ress,1996; 25-104.3Asami K,Ha naiKoizumi N et al. Dielectric app roach to sus persi onsof elli psoidal p articles covered with a shell in p articular refere neetobiological cells. Japan ese J AppI P

13、 hys,1980;19:359-3654Asami K, Irimajiri A. Dielectric an alysis of mitoch on dria isolatedfrom rat liver.n.Intactmitochondria as simulated by a double-shell model .Biochimca et Bio physica Acta,1984;778:570-5785Raicu V,Sato T,Raicu G.Non-Debye dielectric relaxatio n instructures arises from their fr

14、actal n ature. P hys Rev E 63: 2001;021916biological6Raicu V,Kitagawa N,lrimajiri A.A quantitativeapproach to thedielectric prop erties of the ski n. P hys Med Biol 45: 2000;L1-L47魯勇軍，余玨.細胞和組織射頻介電弛豫特性分析.基礎醫(yī)學與臨床,1995,15(3):44-488魯勇軍,余玨，任燕華等.243例健康人血紅細胞懸浮液射頻介電特性的研究中國生物醫(yī)學工程學報，1994;13(4):329-3359王慧艷,任超世

15、.一種研究血液電特性的新方法一一多頻率阻抗法.山東生物醫(yī)學工程，1994;13 (2) :1-710張輝，任超世.血液電阻抗三參數的計算方法.中國醫(yī)學物理學雜志,2000;17 :254-256.11趙孔雙.微小生物細胞的介電研究方法.生物物理學報，2000;16:176-181.12王學仁.電旋轉技術用于少根根霉抱囊抱子介電性的測量.生物物理學報,2001:17:392-39813陳林，馬青，王力，宮宇，趙偉紅，湯治元.大鼠紅細胞懸浮液阻抗譜Cole-Cole數學模型分析.航天醫(yī)學與醫(yī)學工程,2010;23(3):182-18714趙偉紅,崔湘屏，馬青.細胞比容對人全血細胞介電譜的影響.中國

16、生物醫(yī)學工程學報,2006;25(1):121-12415何學影，馬青.0.1MHz100MHz大鼠血液細胞的介電響應.中國醫(yī)學物理學雜志,2006;23(4):268-27016馬青，何學影，張紅波.交流阻抗方法研究大鼠正常血細胞電生理特性.中國運動醫(yī)學雜志,2007;26(1):93-9517馬青,張永鵬，何學影.大鼠骨骼肌細胞的頻域電生理特性研究.中國運動醫(yī)學雜志,2006;25:424-42718陳曉敏，豐明俊，王力，郭宏林，馬青.10kHz100MHz人血液細胞介電性能.19于冬雁,崔湘屏，馬青.人血液細胞介電譜的實驗研究.生物醫(yī)學工程學雜志，2006;23(6) :1198-120

17、120黃麗英,林文,翁錫全,徐國琴.低氧運動對大鼠促紅細胞生成素的影響廣州體育學院學報，2006;26(1):44-4721王繹,張斌,李邦翅,朱建文,舒心,李海英,趙娟,佟長青.間歇性低氧及運動對大鼠紅細胞膜Na+-K+-ATP酶和Ca2+-Mg2+-ATP酶活性的影響.武警醫(yī)學院學 報,2009;18:597-61122潘瑋敏,續(xù)敏.運動對大鼠骨骼肌、紅細胞膜特性的影響.陜西中醫(yī)學院學報,2005;28(5):65-6723萬發(fā)達，彭峰林，鄧樹勛.遞增負荷運動訓練對大鼠紅細胞及血紅蛋白的影響.軍事體育進修學院學報,2008;27:115-119醫(yī)學研究雜志,2009;38(3):42-45

18、1.完善血液細胞介電頻譜測量方法和系統(tǒng)，建立正常與運動組血液細胞的介電 頻譜數據庫，為血細胞介電頻譜測量技術提供了基礎數據和研究方法；3.創(chuàng)建血液細胞的數學模型及模型分析方法，建立正常與運動組的血液細胞數學 模型參數，探討運動組血液細胞電生理機制，為運動后血細胞研究提供新的研究手段 和評價指標。研究難點:1在0.01-100MHZ范圍，建立以介電譜參數為特征的Cole-Cole數學模型;2血液細胞Cole-Cole數學模型的非線性數值計算和程序化問題;3血液細胞的數學模型建立的曲線擬合方法和曲線擬合誤差評估;4對于血液細胞頻譜特征參數提取方法和正常血液理論性數學模型解析相對較 少。研究創(chuàng)新點:

19、1人們曾利用介電譜研究了蛙血液細胞、人血液細胞、奶牛和綿陽細胞介電特 性。但是尚未見有關運動大鼠血液介電譜的研究報告。2測量運動狀態(tài)下大鼠血液細胞的交流阻抗，同時對測量結果進行分析討論， 今后可進一步進行理論解析，并為深入討論血液性疾病的瀕域細胞電特性奠定基礎。介電譜的測量:研究人血液介電常數和電導率的頻譜:的重研究重點:點、點、創(chuàng)新點及驗,2.建立血液頻譜特征參數分析方法，明確頻譜特征參數，通過統(tǒng)計學的顯著性檢 建立正常與運動組血液頻譜特征參數區(qū)別。實施方案血液細胞(紅細胞、白細胞、血小板)作為不產生動作電位的非可興奮細胞，不具有產生主動響應的能力，當外加寬頻帶電磁場作用于血細胞后，細胞產生

20、極化現象， 通過Agilent 4294A阻抗分析儀能夠實測到血細胞的頻率響應譜：介電譜(Dielectric Spectra)。血細胞介電譜以介電常數和電導率K隨頻率變化的介電頻響為基礎。血液生理學方法：通過血液細胞分析儀檢測血液樣本血像指標。生物醫(yī)學工程學方法：采用交流阻抗測量技術，獲取寬頻域血液細胞介電譜。形態(tài)學方法：利用顯微鏡技術，觀察測量血液細胞形態(tài)改變。實施方案:數學方法：利用Cole-Cole公式進行非線性數值計算，經過理論曲線與實測數 據的曲線擬合，建立以介電譜參數為特征的Cole-Cole數學模型。簡單的技術路線如下:運動組正常組細胞介電Cole-Cole通過實驗預期達到:1

21、.建立實驗動物運動訓練方法，培養(yǎng)我們動手操作實驗的能力，熟悉實驗一般流 程及思路，為今后的實驗探索打下基礎。2.建立和分析血液細胞頻域電生理特性測量系統(tǒng)和數據分析處理系統(tǒng);3.確定不同運動狀態(tài)對血液細胞電生理學特性的影響，明確最佳效果的運動狀 為進一步人體實驗提供實驗數據和理論基礎。4.在國內外權威刊物發(fā)表學術論文12篇。5.為進一步進行更深入的研究作鋪墊，為今后的相關實驗及臨床探討提供重要參濟、考。果、態(tài),血液細胞電特性包括時域電特性和頻域電特性兩個方面：1）時域電特性主要指血液細胞隨時間變化的膜電位和跨膜流動的離子電流。細胞膜電位測量通過細胞內微電極記錄細胞內電位，此方法具有損傷性；跨細胞膜的離子電流測量通過膜片鉗技術 實現，由于血細胞99%為紅細胞，其形態(tài)較?。ㄖ睆?68微米）、膜片鉗記錄電極尖 端為1微