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1、附件三:申請(qǐng)編號(hào):項(xiàng)目編號(hào):寧波大學(xué)大學(xué)生科技創(chuàng)新計(jì)劃項(xiàng)目申請(qǐng)表項(xiàng)目名稱:項(xiàng)目負(fù)責(zé)人:負(fù)責(zé)人類別:口 本科生 口研究生所在學(xué)院:填報(bào)時(shí)間:年月成果類形式:自然科學(xué)類學(xué)術(shù)論文哲學(xué)社會(huì)科學(xué)類社會(huì)調(diào)查報(bào)告和學(xué)術(shù)論文科技發(fā)明制作A類科技發(fā)明制作B類 創(chuàng)業(yè)孵化作品填報(bào)說明1、填表前,請(qǐng)先仔細(xì)閱讀寧波大學(xué)大學(xué)生科研創(chuàng)新 計(jì)劃實(shí)施辦法(試行) ;2、項(xiàng)目申請(qǐng)一旦立項(xiàng),將作為項(xiàng)目計(jì)劃任務(wù)書考核, 成為項(xiàng)目中期檢查、結(jié)題等管理活動(dòng)的依據(jù)文件;3、要如實(shí)、準(zhǔn)確、認(rèn)真填寫申請(qǐng)表各項(xiàng)內(nèi)容;5人4、項(xiàng)目組指導(dǎo)老師不超過 2 人,項(xiàng)目成員不超過5、登陸網(wǎng)絡(luò)申請(qǐng)時(shí),需上傳申請(qǐng)表和可行性報(bào)告兩個(gè) 文件,可行性報(bào)告所填各項(xiàng)內(nèi)容
2、將成為專家評(píng)審重要依據(jù), 請(qǐng)匿名認(rèn)真如實(shí)填寫。6、其他事宜請(qǐng)向?qū)幉ù髮W(xué)學(xué)生科研管理工作小組辦公 室咨詢。A1.基本情況(自然科學(xué)類)項(xiàng)目名稱作 品 分 類()A 機(jī)械與控制(包括機(jī)械、儀器儀表、自動(dòng)化控制、工程、交通、建筑等)B. 信息技術(shù)(包括計(jì)算機(jī)、電信、通訊、電子等)C. 數(shù)理(包括數(shù)學(xué)、物理、地球與空間科學(xué)等)D. 生命科學(xué)(包括生物、農(nóng)學(xué)、藥學(xué)、醫(yī)學(xué)、健康、衛(wèi)生、食品等)E. 能源化工(包括能源、材料、石油、化學(xué)、化工、生態(tài)、環(huán)保等)負(fù)責(zé)人姓名性別名族出生日期年 月日學(xué)院年級(jí)專業(yè)校內(nèi)住址聯(lián)系電話學(xué)號(hào)指導(dǎo) 老 師姓名性別所屬學(xué)院職稱研究專長(zhǎng)主要成 員姓名性別學(xué)院年級(jí)專業(yè)學(xué) 號(hào)項(xiàng)目分工聯(lián)
3、系電話預(yù)期成果A.專著B.論文(集)C.研究報(bào)告D.工具書E.科技發(fā)明F.電腦軟件G其他預(yù)計(jì)完成時(shí)間年月日(研究期限一般為一年)B可行性報(bào)告說明:此表中不得出現(xiàn)學(xué)院、導(dǎo)師及項(xiàng)目負(fù)責(zé)人信息。項(xiàng)目名稱運(yùn)動(dòng)對(duì)大鼠血液細(xì)胞介電譜的影響項(xiàng)目類別自然科學(xué)類申請(qǐng) 項(xiàng)目 的必要 性、 目的 及意義本項(xiàng)目通過阻抗分析儀測(cè)量大鼠血液的電導(dǎo)率-介電頻譜,通過其頻率譜、復(fù)平面圖、介電損耗因子頻譜、電導(dǎo)率虛部k”頻譜和損耗角正切g(shù)瀕譜等的綜合分析,總 結(jié)血液頻譜特征參數(shù)提取方法。在此基礎(chǔ)上,通過建立Cole-Cole數(shù)學(xué)模型的非線性數(shù)值計(jì)算方法和曲線擬合誤差評(píng)估分析方法,探索研究運(yùn)動(dòng)情況下大鼠血液細(xì)胞阻抗譜的 影響,從
4、而建立大鼠血液細(xì)胞阻抗譜測(cè)量技術(shù)。運(yùn)動(dòng)與紅細(xì)胞特性密切相關(guān),目前運(yùn)動(dòng)醫(yī)學(xué)領(lǐng)域研究運(yùn)動(dòng)對(duì)紅細(xì)胞的影響,通常從 形態(tài)學(xué)和血流變學(xué),酶學(xué),免疫學(xué),自由基代謝等方面研究運(yùn)動(dòng)狀態(tài)下紅細(xì)胞的特性, 缺少對(duì)紅細(xì)胞電生理特性的研究報(bào)道, 此試驗(yàn)項(xiàng)目采用交流阻抗方法研究正常大鼠血液 紅細(xì)胞的電生理特性,測(cè)介電譜,建立大鼠血液細(xì)胞電生理學(xué)參數(shù),為其進(jìn)一步在運(yùn) 動(dòng)醫(yī)學(xué)領(lǐng)域的應(yīng)用提供參考。通過本實(shí)驗(yàn)可以為運(yùn)動(dòng)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(píng)定指標(biāo),具有重要的實(shí)際應(yīng)用與理論科學(xué)價(jià)值,在國(guó)內(nèi)尚屬嶄新課題。項(xiàng)目 的背 景、 主要 內(nèi)容、技術(shù) 水平 及應(yīng) 用范 圍早在十九世紀(jì)末人們就開始關(guān)注物質(zhì)的介電特
5、性,自1957年Schwan H.P.首先研究生物組織電特性以來,研究人員在這一領(lǐng)域的探索就沒有中斷過。20世紀(jì)八十年代以后,隨著自動(dòng)化、電子技術(shù)等科技的發(fā)展,在電阻抗斷層成像技術(shù)研究的帶動(dòng)下,生 物組織介電特性(電導(dǎo)率和介電常數(shù))的研究進(jìn)一步受到重視,得到了長(zhǎng)足的發(fā)展。 Katsumoto 丫等給紅細(xì)胞加一寬頻電場(chǎng),測(cè)疋不同頻率下細(xì)胞的介電參數(shù)的變化,結(jié) 合Cole公式的計(jì)算驗(yàn)證最終建立了紅細(xì)胞的二維結(jié)構(gòu)模型。對(duì)于生物細(xì)胞電特性的國(guó)外的研究有,Schwan HP & Foster KR 2對(duì)生物組織介電特性進(jìn)行了研究,Han ai T & Asami K 3,4對(duì)生物膜與細(xì)胞
6、的介電特性和理論解析進(jìn)行了研究與探索,Irimajiri A、Watanabe M & Raicu V 5,6研究了生物細(xì)胞的介電譜和理 論解析。國(guó)內(nèi),余玨、魯勇軍等7,8對(duì)紅細(xì)胞的介電譜進(jìn)行了研究;任超世等9,10利用多 頻率阻抗法研究血細(xì)胞電特性;趙孔雙等11論述了微小生物細(xì)胞的介電研究方法;王學(xué)仁等12 采用電旋轉(zhuǎn)法研究少根根霉菌的介電特性。對(duì)于生物電及細(xì)胞介電譜的研究,近年來我們學(xué)校研究成果顯著,研究已經(jīng)表明: 兩項(xiàng)式Cole-Cole數(shù)學(xué)模型可以表征大鼠紅細(xì)胞阻抗頻譜的B和S弛豫行為。B散射由細(xì) 胞膜的容性響應(yīng)構(gòu)成,S散射來源于細(xì)胞內(nèi)血紅蛋白的頻率響應(yīng)13。隨著血細(xì)胞比容CT
7、 的增加,低頻段介電常數(shù)& L和介電增量增力;低頻段電導(dǎo)率kL和咼頻率段電導(dǎo)率k h減小,電導(dǎo)率增量增加介電常數(shù)Cole-Cole圖的半徑、面積、右截距增加,圓心右移;反之, 電導(dǎo)率Cole-Cole圖的半徑、面積、左右截距減少,圓心左移14。關(guān)于大鼠細(xì)胞生物介電特性研究表明:在0.1 MHz100 MHz頻率范圍內(nèi),大鼠血液細(xì)胞的介電常數(shù)和電導(dǎo)率具有電場(chǎng)頻率的依賴關(guān)系,主要表現(xiàn)在具有兩個(gè)中心特征頻率的介電弛豫:第一介電弛豫約發(fā)生在fci=2 MHz,第二介電弛豫約產(chǎn)生在 fC2=3MHz15。并且滿足Cole-Cole公式,利用交流阻抗技術(shù)可以獲得血液細(xì)胞的頻域電生理 特性16。大鼠
8、腓腸肌細(xì)胞介電響應(yīng)具有頻率依存性關(guān)系:介電常數(shù)&隨電場(chǎng)頻率的增加而 降低,電導(dǎo)率K隨頻率的增加而上升,而且可獲得骨骼肌細(xì)胞頻域電生理指標(biāo),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(shù)17。關(guān)于人血液細(xì)胞介電特性研究表明:正常人血液細(xì)胞介電常數(shù)和電導(dǎo)率也具有頻率 依從性;正常人血液細(xì)胞介電性能具有兩個(gè)特征頻率:第1特征頻率f1=0.59MHz,第2特征頻率f2=2.12MHz 18。在射頻電場(chǎng)中,人血液細(xì)胞的介電常數(shù)和電導(dǎo)率具有頻率依賴性,表現(xiàn)為具有兩個(gè)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(chǎn)生在fC2為3.32 MHz 19。
9、此外關(guān)于運(yùn)動(dòng)或低氧對(duì)人體(或動(dòng)物)血液(細(xì)胞)的影響有研究表明:低氧應(yīng)激,大鼠血清EPO和腎臟EPO mRNA表達(dá)升高是機(jī)體自我保護(hù)機(jī)制之一,低氧訓(xùn)練能使血清EPO升高,可能是低氧環(huán)境和運(yùn)動(dòng)缺氧共同刺激的結(jié)果;而低氧訓(xùn)練后 EPOmRNA表達(dá)水平變化不明顯,可能是4000m海拔高度缺氧的刺激較強(qiáng)烈,對(duì)后續(xù)的表達(dá) 造成反饋抑制作用的原因20。間歇性低氧運(yùn)動(dòng)對(duì)大鼠紅細(xì)胞膜的Na+-K+-ATP酶和Ca+-Mg+-ATP酶有一定的保護(hù)作用21。適宜負(fù)荷運(yùn)動(dòng)可促進(jìn)骨骼肌和紅細(xì)胞膜的抗氧 化能力,使機(jī)體的運(yùn)動(dòng)能力得以提高。而過大負(fù)荷訓(xùn)練則使它們的抗氧化能力及膜的流動(dòng) 性降低,運(yùn)動(dòng)能力下降22 o另外長(zhǎng)期
10、堅(jiān)持高強(qiáng)度大運(yùn)動(dòng)量訓(xùn)練,如果恢復(fù)時(shí)間不多,則會(huì)出 現(xiàn)明顯的血紅蛋白下降,導(dǎo)致運(yùn)動(dòng)性貧血 嚴(yán)重影響運(yùn)動(dòng)員的運(yùn)動(dòng)能力和恢復(fù)能力23。這 使得我們有理由相信在運(yùn)動(dòng)情況下大鼠及人的血細(xì)胞會(huì)出現(xiàn)一定生理性的改變,從而會(huì)導(dǎo)致其阻抗譜的影響,而且會(huì)出現(xiàn)運(yùn)動(dòng)到一定情況下血液細(xì)胞達(dá)到某一臨界狀態(tài)或者最 佳狀態(tài),為實(shí)驗(yàn)研究提供一個(gè)方向。研究運(yùn)動(dòng)大鼠的血液與正常的在電特性方面的差別,從而探討運(yùn)動(dòng)血液電特性變化的電生理機(jī)制,為運(yùn)動(dòng)血液細(xì)胞電生理特性的研究提供了新的技術(shù)手段、研究方法和評(píng) 價(jià)指標(biāo),具有重要的理論科學(xué)與實(shí)際應(yīng)用價(jià)值,對(duì)電磁場(chǎng)生物效應(yīng)的電生理機(jī)制探討、 電磁輻射的治療和計(jì)量學(xué)研究等都具有重要的應(yīng)用價(jià)值。我們
11、實(shí)驗(yàn)室主要是通過阻抗分析儀測(cè)量細(xì)胞的阻抗頻譜和介電頻譜的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù),分析實(shí)測(cè)頻譜的數(shù)據(jù)特征,確立細(xì)胞的阻抗特性和介電特性,統(tǒng)稱為細(xì)胞被動(dòng)電學(xué)特性或 頻域電特性。并且,在實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的基礎(chǔ)上,通過理論模型(數(shù)學(xué)模型、電路模型、物理 模型)計(jì)算曲線與實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的曲線擬合方法,建立生物細(xì)胞電特性的理論模型參數(shù),完 成生物細(xì)胞頻域電特性的研究任務(wù)。參考文獻(xiàn):1 Katsumoto Y,Hayashi Y,Oshige l,et al. Dielectric cytometry with three-dime nsio nal cellular modeli ng. Biophys J,2008;95(6):3
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16、治元.大鼠紅細(xì)胞懸浮液阻抗譜Cole-Cole數(shù)學(xué)模型分析.航天醫(yī)學(xué)與醫(yī)學(xué)工程,2010;23(3):182-18714 趙偉紅,崔湘屏,馬青.細(xì)胞比容對(duì)人全血細(xì)胞介電譜的影響.中國(guó)生物醫(yī)學(xué)工 程學(xué)報(bào),2006;25(1):121-12415 何學(xué)影,馬青.0.1MHz100MHz 大鼠血液細(xì)胞的介電響應(yīng).中國(guó)醫(yī)學(xué)物理學(xué)雜 志,2006;23 :268-27016 馬青,何學(xué)影,張紅波.交流阻抗方法研究大鼠正常血細(xì)胞電生理特性中國(guó)運(yùn)動(dòng)醫(yī)學(xué)雜志,2007;26(1):93-9517 馬青,張永鵬,何學(xué)影大鼠骨骼肌細(xì)胞的頻域電生理特性研究中國(guó)運(yùn)動(dòng)醫(yī)學(xué) 雜志,2006;25 :424-42718 陳
17、曉敏,豐明俊,王力,郭宏林,馬青 10kHz100MHz人血液細(xì)胞介電性能.醫(yī) 學(xué)研究雜志,2009;38(3):42-4519 于冬雁,崔湘屏,馬青.人血液細(xì)胞介電譜的實(shí)驗(yàn)研究.生物醫(yī)學(xué)工程學(xué)雜志, 2006;23(6) :1198-120120 黃麗英,林文,翁錫全,徐國(guó)琴低氧運(yùn)動(dòng)對(duì)大鼠促紅細(xì)胞生成素的影響.廣州體 育學(xué)院學(xué)報(bào),2006;26(1):44-4721 王繹,張斌,李邦翅,朱建文,舒心,李海英,趙娟,佟長(zhǎng)青間歇性低氧及運(yùn)動(dòng)對(duì)大 鼠紅細(xì)胞膜Na+-K+-ATP 酶和Ca2+-Mg2+-ATP 酶活性的影響.武警醫(yī)學(xué)院學(xué) 報(bào),2009;18(7):597-61122 潘瑋敏,續(xù)敏.
18、運(yùn)動(dòng)對(duì)大鼠骨骼肌、紅細(xì)胞膜特性的影響.陜西中醫(yī)學(xué)院學(xué)報(bào),2005;28(5):65-6723 萬發(fā)達(dá),彭峰林,鄧樹勛.遞增負(fù)荷運(yùn)動(dòng)訓(xùn)練對(duì)大鼠紅細(xì)胞及血紅蛋白的影響.軍事體育進(jìn)修學(xué)院學(xué)報(bào),2008;27:115-119研究的重人血液介電常數(shù)和電導(dǎo)率的頻譜:點(diǎn)、難點(diǎn)、創(chuàng)新 點(diǎn)及 實(shí)施 萬案理論曲線 口實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)'17119 7 5 38對(duì)數(shù)頻率/Hz研究重點(diǎn):1. 完善血液細(xì)胞介電頻譜測(cè)量方法和系統(tǒng),建立正常與運(yùn)動(dòng)組血液細(xì)胞的介電頻譜 數(shù)據(jù)庫(kù),為血細(xì)胞介電頻譜測(cè)量技術(shù)提供了基礎(chǔ)數(shù)據(jù)和研究方法;2. 建立血液頻譜特征參數(shù)分析方法,明確頻譜特征參數(shù),通過統(tǒng)計(jì)學(xué)的顯著性檢驗(yàn), 建立正常與運(yùn)動(dòng)組血液
19、頻譜特征參數(shù)區(qū)別。3. 創(chuàng)建血液細(xì)胞的數(shù)學(xué)模型及模型分析方法,建立正常與運(yùn)動(dòng)組的血液細(xì)胞數(shù)學(xué)模 型參數(shù),探討運(yùn)動(dòng)組血液細(xì)胞電生理機(jī)制,為運(yùn)動(dòng)后血細(xì)胞研究提供新的研究手段和評(píng) 價(jià)指標(biāo)。研究難點(diǎn):1在0.01-100MHZ范圍,建立以介電譜參數(shù)為特征的 Cole-Cole數(shù)學(xué)模型;2血液細(xì)胞Cole-Cole數(shù)學(xué)模型的非線性數(shù)值計(jì)算和程序化問題;3血液細(xì)胞的數(shù)學(xué)模型建立的曲線擬合方法和曲線擬合誤差評(píng)估;4對(duì)于血液細(xì)胞頻譜特征參數(shù)提取方法和正常血液理論性數(shù)學(xué)模型解析相對(duì)較少。 研究創(chuàng)新點(diǎn):1人們?cè)媒殡娮V研究了蛙血液細(xì)胞、人血液細(xì)胞、奶牛和綿陽細(xì)胞介電特性。 但是尚未見有關(guān)運(yùn)動(dòng)大鼠血液介電譜的研究
20、報(bào)告。2測(cè)量運(yùn)動(dòng)狀態(tài)下大鼠血液細(xì)胞的交流阻抗,同時(shí)對(duì)測(cè)量結(jié)果進(jìn)行分析討論,今 后可進(jìn)一步進(jìn)行理論解析,并為深入討論血液性疾病的瀕域細(xì)胞電特性奠定基礎(chǔ)。介電譜的測(cè)量:血液細(xì)胞(紅細(xì)胞、白細(xì)胞、血小板)作為不產(chǎn)生動(dòng)作電位的非可興奮細(xì)胞,不具有 產(chǎn)生主動(dòng)響應(yīng)的能力,當(dāng)外加寬頻帶電磁場(chǎng)作用于血細(xì)胞后,細(xì)胞產(chǎn)生極化現(xiàn)象,通過 Agilent 4294A阻抗分析儀能夠?qū)崪y(cè)到血細(xì)胞的頻率響應(yīng)譜:介電譜(Dielectric Spectra)血細(xì)胞介電譜以介電常數(shù)&和電導(dǎo)率K隨頻率變化的介電頻響為基礎(chǔ)。實(shí)施方案:1血液生理學(xué)方法:通過血液細(xì)胞分析儀檢測(cè)血液樣本血像指標(biāo)。2生物醫(yī)學(xué)工程學(xué)方法:采用交流阻
21、抗測(cè)量技術(shù),獲取寬頻域血液細(xì)胞介電譜。3形態(tài)學(xué)方法:利用顯微鏡技術(shù),觀察測(cè)量血液細(xì)胞形態(tài)改變。4數(shù)學(xué)方法:利用Cole-Cole公式進(jìn)行非線性數(shù)值計(jì)算,經(jīng)過理論曲線與實(shí)測(cè)數(shù)據(jù) 的曲線擬合,建立以介電譜參數(shù)為特征的 Cole-Cole數(shù)學(xué)模型。簡(jiǎn)單的技術(shù)路線如下:正常組米血運(yùn)動(dòng)組形態(tài)學(xué)測(cè)量細(xì)胞介電Cole-Cole介電譜數(shù)據(jù)特征預(yù)期成 果、 知識(shí) 產(chǎn)權(quán)形成 及經(jīng) 濟(jì)、 社會(huì)效益分析通過實(shí)驗(yàn)預(yù)期達(dá)到:1. 建立實(shí)驗(yàn)動(dòng)物運(yùn)動(dòng)訓(xùn)練方法,培養(yǎng)我們動(dòng)手操作實(shí)驗(yàn)的能力,熟悉實(shí)驗(yàn)一般流程 及思路,為今后的實(shí)驗(yàn)探索打下基礎(chǔ)。2. 建立和分析血液細(xì)胞頻域電生理特性測(cè)量系統(tǒng)和數(shù)據(jù)分析處理系統(tǒng);3. 確定不同運(yùn)動(dòng)狀態(tài)對(duì)血液細(xì)胞電生理學(xué)特性的影響,明確最佳效果的運(yùn)動(dòng)狀態(tài), 為進(jìn)一步人體實(shí)驗(yàn)提供實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)和理論基礎(chǔ)。4. 在國(guó)內(nèi)外權(quán)威刊物發(fā)表學(xué)術(shù)論文12篇。5為進(jìn)一步進(jìn)行更深入的研究作鋪墊,為今后的相關(guān)實(shí)驗(yàn)及臨床探討提供重要參考。實(shí)施 該項(xiàng) 目所 具備 的基 礎(chǔ)、 優(yōu)勢(shì) 和風(fēng) 險(xiǎn)血液細(xì)胞電特性包括時(shí)域電特性和頻域電特性兩個(gè)方面:1)時(shí)域電特性主要指血液細(xì)胞隨時(shí)間變化的膜電位和跨膜流動(dòng)的離子電流。細(xì)胞膜電位測(cè)量通過細(xì)胞內(nèi)微電極記錄細(xì)胞內(nèi)電位,此方法具有損傷性;跨細(xì)胞膜的離子電流測(cè)量通過膜片鉗技術(shù)實(shí)現(xiàn), 由于血細(xì)胞99%為紅細(xì)胞,其形態(tài)較小(直徑=68微米
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