宁波大学大学生科技创新计划项目申请表

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1、申请编号：项目编号：宁波大学大学生科技创新计划项目申请表项目名称：项目负责人：负责人类别：口 本科生 口研究生 所在学院：填报时间：年月成果类形式：自然科学类学术论文哲学社会科学类社会调查报告和学术论文科技发明制作A类科技发明制作B类创业孵化作品填报说明1、填表前，请先仔细阅读宁波大学大学生科研创新计划实 施办法（试行）；2、项目申请一旦立项，将作为项目计划任务书考核，成为项 目中期检查、结题等管理活动的依据文件；3、要如实、准确、认真填写申请表各项内容；4、项目组指导老师不超过 2人，项目成员不超过 5人5、登陆网络申请时，需上传申请表和可行性报告两个文件， 可行性报告所填各项内容将成为专家

2、评审重要依据，请匿名认真 如实填写。6、其他事宜请向宁波大学学生科研管理工作小组办公室咨询。A1.基本情况（自然科学类）项目名称作 品 分 类（）A. 机械与控制（包括机械、仪器仪表、自动化控制、工程、 交通、建筑等）B. 信息技术（包括计算机、电信、通讯、电子等）C. 数理（包括数学、物理、地球与空间科学等）D. 生命科学（包括生物、农学、药学、医学、健康、卫生、 食品等）E. 能源化工（包括能源、材料、石油、化学、化工、生态、 环保等）负责人姓名性别名族出生日期年月日学院年级专业校内住址联系电话学号指导 老 师姓名性别所属学院职称研究专长主 要 成 员姓名性别学院年级专业学号项目分工联系电

3、话预期成果A.专着B.论文（集）C.研究报告D.工具书E.科技发明F. 电脑软件G.其他预计完成时间年月日（研究期限一般为一年）B可行性报告说明：此表中不得出现学院、导师及项目负责人信息项目名称运动对大鼠血液细胞介电谱的影响项目类别自然科学类申请 项目 的必要 性、 目的 及意义本项目通过阻抗分析仪测量大鼠血液的电导率 -介电频谱，通过其频率谱、 复平面图、介电损耗因子”频谱、电导率虚部K”频谱和损耗角正切tg S频 谱等的综合分析，总结血液频谱特征参数提取方法。在此基础上，通过建立 Cole-Cole数学模型的非线性数值计算方法和曲线拟合误差评估分析方法，探索 研究运动情况下大鼠血液细胞阻抗

4、谱的影响，从而建立大鼠血液细胞阻抗谱测量 技术。运动与红细胞特性密切相关，目前运动医学领域研究运动对红细胞的影响， 通常从形态学和血流变学，酶学，免疫学，自由基代谢等方面研究运动状态下红 细胞的特性，缺少对红细胞电生理特性的研究报道，此试验项目采用交流阻抗方 法研究正常大鼠血液红细胞的电生理特性，测介电谱，建立大鼠血液细胞电生理学参数，为其进一步在运动医学领域的应用提供参考。通过本实验可以为运动大鼠甚至人的血液研究提供一种新的思路，新的方法 和新的评定指标，具有重要的实际应用与理论科学价值，在国内尚属崭新课题。项目 的背 景、 主要内 容、 技术 水平 及应 用范围早在十九世纪末人们就开始关注

5、物质的介电特性，自1957年Schwan .首先研究生物组织电特性以来，研究人员在这一领域的探索就没有中断过。20世纪八 十年代以后，随着自动化、电子技术等科技的发展，在电阻抗断层成像技术研究 的带动下，生物组织介电特性（电导率和介电常数）的研究进一步受到重视，得 到了长足的发展。Katsumoto 丫等给红细胞加一宽频电场，测疋不同频率下细 胞的介电参数的变化，结合 Cole公式的计算验证最终建立了红细胞的二维结构 模型。对于生物细胞电特性的国外的研究有，Schwan HP & Foster KR 2对生物组织介电特性进行了研究，Hanai T & Asami K 3,4对生物膜与细胞的介电

6、特性和理论解析进行了研究与探索，Irimajiri A、Watanabe M & Raicu V 5,6研究了生物细胞的介电谱和理论解析。国内，余珏、鲁勇军等7,8对红细胞的介电谱进行 了研究；任超世等9,10利用多频率阻抗法研究血细胞电特性；赵孔双等11论述了微小生物细胞的介电研究方法；王学仁等米用电旋转法研究少根根霉菌的介电 特性。对于生物电及细胞介电谱的研究，近年来我们学校研究成果显着，研究已经 表明：两项式Cole-Cole数学模型可以表征大鼠红细胞阻抗频谱的B和S弛豫行 为。B散射由细胞膜的容性响应构成，S散射来源于细胞内血红蛋白的频率响应 13。随着血细胞比容CT的增加，低频段介电

7、常数& L和介电增量&增加；低频段 电导率k L和高频率段电导率k h减小,电导率增量增加；介电常数Cole-Cole 图的半径、面积、右截距增加，圆心右移；反之，电导率Cole-Cole图的半径、面 积、左右截距减少，圆心左移冋。关于大鼠细胞生物介电特性研究表明：在MHz100 MHz频率范围内，大鼠血液细胞的介电常数和电导率具有电场频率的依赖关系，主要表现在具有两个中 心特征频率的介电弛豫：第一介电弛豫约发生在fci=2 MHz第二介电弛豫约产生在fc2=3 MHZ15。并且满足Cole-Cole公式,利用交流阻抗技术可以获得血液 细胞的频域电生理特性16。大鼠腓肠肌细胞介电响应具有频率依

8、存性关系：介电常数&随电场频率的增加而降低，电导率K随频率的增加而上升，而且可获得骨 骼肌细胞频域电生理指标，其中第一特征频率fci和第二特征频率fc2是频域电特性 的特色参数17。关于人血液细胞介电特性研究表明：正常人血液细胞介电常数和电导率也具 有频率依从性；正常人血液细胞介电性能具有两个特征频率：第1特征频率f 1=,第2特征频率f28。在射频电场中，人血液细胞的介电常数和电导率具有频率依 赖性,表现为具有两个特征频率的介电弛豫：第一介电弛豫发生在fci为,第二介电 弛豫产生在fc2为mhZ19。此外关于运动或低氧对人体（或动物）血液（细胞）的影响有研究表明：低 氧应激，大鼠血清EPO和

9、肾脏EPO mRN表达升高是机体自我保护机制之一，低 氧训练能使血清EPO升高，可能是低氧环境和运动缺氧共同刺激的结果；而低氧 训练后EPO mRNA表达水平变化不明显，可能是4000m海拔高度缺氧的刺激较强 烈,对后续的表达造成反馈抑制作用的原因20。间歇性低氧运动对大鼠红细胞膜 的Na+-K+-ATP酶和Ca+-Mg+-ATP酶有一定的保护作用21。适宜负荷运动可促进 骨骼肌和红细胞膜的抗氧化能力，使机体的运动能力得以提高。而过大负荷训练 则使它们的抗氧化能力及膜的流动性降低 ，运动能力下降22。另外长期坚持高强 度大运动量训练，如果恢复时间不多，则会出现明显的血红蛋白下降，导致运动性 贫

10、血，严重影响运动员的运动能力和恢复能力23。这使得我们有理由相信在运动 情况下大鼠及人的血细胞会出现一定生理性的改变，从而会导致其阻抗谱的影 响，而且会出现运动到一定情况下血液细胞达到某一临界状态或者最佳状态，为 实验研究提供一个方向。研究运动大鼠的血液与正常的在电特性方面的差别，从而探讨运动血液电特 性变化的电生理机制，为运动血液细胞电生理特性的研究提供了新的技术手段、 研究方法和评价指标，具有重要的理论科学与实际应用价值，对电磁场生物效应 的电生理机制探讨、电磁辐射的治疗和计量学研究等都具有重要的应用价值。我们实验室主要是通过阻抗分析仪测量细胞的阻抗频谱和介电频谱的实验 数据，分析实测频谱

11、的数据特征，确立细胞的阻抗特性和介电特性，统称为细胞 被动电学特性或频域电特性。并且，在实验数据的基础上，通过理论模型（数学 模型、电路模型、物理模型）计算曲线与实验数据的曲线拟合方法，建立生物细胞电特性的理论模型参数，完成生物细胞频域电特性的研究任务。参考文献：1 Katsumoto Y,Hayashi Y,Oshige l,et al. Dielectric cytometry with three-dimensional cellular modeling. Biophys J,2008;95(6):3043-30472 Foster KR,Schwan properties of ti

12、ssues, In and (Eds.), Handbook of Biological Effects of Electromag netic Fields, 2nd ed, Boca Rat on,FL:CRC Press,1996; 25-104.3 Asami K,HanaiKoizumi N et al. Dielectric approach to suspersions of ellipsoidal particles covered with a shell in particular reference tobiological cells. Japanese J Appl

13、Phys,1980;19:359-3654 Asami K, Irimajiri A. Dielectricanalysis of mitochondria isolatedfrom rat liver. nntact mitochondria as simulated by a double-shellmodel . Biochimca et Biophysica Acta,1984;778:570-5785 Raicu V,Sato T,Raicu dielectric relaxation in biological structures arises from their fracta

14、l n ature. Phys Rev E 63: 2001;0219166 RaicuV,Kitagawa N,Irimajiriqua ntitativeapproach to thedielectric properties of the skin. Phys Med Biol 45: 2000;L1-L47 鲁勇军，余珏.细胞和组织射频介电弛豫特性分析.基础医学与临 床,1995,15(3):44-488 鲁勇军，余珏，任燕华等.243例健康人血红细胞悬浮液射频介电特性的研究.中国生物医学工程学报,1994;13(4):329-3359 王慧艳，任超世.一种研究血液电特性的新方法多频率

15、阻抗法.山东生物医学工程，1994;13(2):1-710 张辉，任超世.血液电阻抗三参数的计算方法.中国医学物理学杂 志,2000;17(4) :254-256.11 赵孔双.微小生物细胞的介电研究方法.生物物理学 报,2000;16:176-181.12 王学仁.电旋转技术用于少根根霉抱囊抱子介电性的测量.生物物理学报，2001:17:392-39813 陈林，马青，王力，宫宇，赵伟红，汤治元.大鼠红细胞悬浮液阻抗谱 Cole-Cole数学模型分析.航天医学与医学工程,2010;23(3):182-18714 赵伟红，崔湘屏，马青.细胞比容对人全血细胞介电谱的影响.中国生 物医学工程学报,

16、2006;25(1):121-12415 何学影，马青.100MHz大鼠血液细胞的介电响应.中国医学物理学杂志,2006;23 :268-27016 马青，何学影,张红波.交流阻抗方法研究大鼠正常血细胞电生理特性.中国运动医学杂志，2007;26(1):93-9517 马青,张永鹏，何学影.大鼠骨骼肌细胞的频域电生理特性研究中国 运动医学杂志,2006;25:424-42718 陈晓敏，丰明俊，王力，郭宏林，马青.10kHz100MHz人血液细胞介电性 能医学研究杂志,2009;38(3):42-4519 于冬雁,崔湘屏，马青.人血液细胞介电谱的实验研究.生物医学工程 学杂志,2006;23(

17、6):1198-120120 黄丽英,林文,翁锡全,徐国琴.低氧运动对大鼠促红细胞生成素的影 响.广州体育学院学报,2006;26(1):44-4721 王绎,张斌,李邦翅,朱建文,舒心,李海英,赵娟,佟长青间歇性低氧 及运动对大鼠红细胞膜 Na+-K+-ATP酶和Ca2+-Mg2+-ATF酶活性的影响.武警医 学院学报,2009;18(7):597-61122 潘玮敏,续敏.运动对大鼠骨骼肌、红细胞膜特性的影响.陕西中医学 院学报,2005;28(5):65-6723 万发达,彭峰林,邓树勋.递增负荷运动训练对大鼠红细胞及血红蛋白 的影响军事体育进修学院学报,2008;27:115-119研

18、究 人血液介电常数和电导率的频谱:的重点、难点、创新研究重点：1. 完善血液细胞介电频谱测量方法和系统， 建立正常与运动组血液细胞的介 电频谱数据库，为血细胞介电频谱测量技术提供了基础数据和研究方法；2. 建立血液频谱特征参数分析方法，明确频谱特征参数，通过统计学的显着 性检验，建立正常与运动组血液频谱特征参数区别。3. 创建血液细胞的数学模型及模型分析方法，建立正常与运动组的血液细胞 点及 数学模型参数，探讨运动组血液细胞电生理机制，为运动后血细胞研究提供新的 实施研究手段和评价指标。 方案研究难点：1在范围，建立以介电谱参数为特征的 Cole-Cole数学模型； 2血液细胞Cole-Col

19、e数学模型的非线性数值计算和程序化问题;3血液细胞的数学模型建立的曲线拟合方法和曲线拟合误差评估；4对于血液细胞频谱特征参数提取方法和正常血液理论性数学模型解析相对较少。 研究创新点:1人们曾利用介电谱研究了蛙血液细胞、人血液细胞、奶牛和绵阳细胞介 电特性。但是尚未见有关运动大鼠血液介电谱的研究报告。2测量运动状态下大鼠血液细胞的交流阻抗，同时对测量结果进行分析讨 论，今后可进一步进行理论解析，并为深入讨论血液性疾病的濒域细胞电特性奠 定基础。介电谱的测量：血液细胞(红细胞、白细胞、血小板)作为不产生动作电位的非可兴奋细胞， 不具有产生主动响应的能力，当外加宽频带电磁场作用于血细胞后，细胞产生

20、极 化现象，通过Agile nt 4294A 阻抗分析仪能够实测到血细胞的频率响应谱：介电 谱(Dielectric Spectra)。血细胞介电谱以介电常数&和电导率k随频率变化的介电频响为基础。实施万案:1血液生理学方法：通过血液细胞分析仪检测血液样本血像指标。2生物医学工程学方法：采用交流阻抗测量技术，获取宽频域血液细胞介电 3形态学方法：利用显微镜技术，观察测量血液细胞形态改变。4数学方法：利用Cole-Cole公式进行非线性数值计算，经过理论曲线与实 测数据的曲线拟合，建立以介电谱参数为特征的Cole-Cole数学模型。简单的技术路线如下：细胞介电谱Cole-Cole图频谱K”频谱

21、tg S频谱介电谱数据特征期成果、知识预 通过实验预期达到:1. 建立实验动物运动训练方法，培养我们动手操作实验的能力，熟悉实验一 般流程及思路，为今后的实验探索打下基础。2. 建立和分析血液细胞频域电生理特性测量系统和数据分析处理系统；3. 确定不同运动状态对血液细胞电生理学特性的影响，明确最佳效果的运动 状态，为进一步人体实验提供实验数据和理论基础。4. 在国内外权威刊物发表学术论文12篇。产5.为进一步进行更深入的研究作铺垫，为今后的相关实验及临床探讨提供重要参考。权 形 成 及 经 济、 社 会 效 益 分 析实 施 该 项 目 所 具/、 备 的 基 础、 优 势 和 风 险血液细胞

22、电特性包括时域电特性和频域电特性两个方面：1）时域电特性主要指血液细胞随时间变化的膜电位和跨膜流动的离子电流。细胞膜电位测量通过细 胞内微电极记录细胞内电位，此方法具有损伤性；跨细胞膜的离子电流测量通过 膜片钳技术实现，由于血细胞99%为红细胞，其形态较小（直径=68微米）、膜片 钳记录电极尖端为1微米，通常采用全细胞模式记录（在电极尖端吸破细胞膜， 记录全细胞膜离子电流），也具有损伤细胞的缺点。故记录血细胞膜电位的微电极 技术和记录血细胞膜通道离子电流的膜片钳技术，不太适合于血液细胞电特性研 究。2）频域电特性研究，利用血细胞不产生动作电位（主动响应）的特点，使用非 损伤性的细胞外电极，将变

23、频交流电场施加于血液，使血细胞产生被动极化，血 细胞的电导率和介电常数随加载电信号的频率发生增加和减少，通过阻抗方法测 量血液电导率-介电频谱，获取血液细胞的频域电特性，它包括：细胞膜阻抗、膜 电容、介电常数、电导率、特征频率等。建立血液组织电导率-介电频谱数据库，为医学电磁成像提供基础数据，提咼仿真成像的可靠性，同时也是生物组织电磁 特性重要的研究内容。因此建立血液介电频谱测量技术平台具有重要的理论意义 和学术价值。从目前情况来看，我们不难发现关于运动和低氧对血液细胞介电谱的影响的 研究很少，这方面有很大的研究空间，此外我们有很好研究成果做铺垫，导师在 这方面的经验丰富，为此实验研究打了很扎实的基础。同时实验我们需要过程中我们需要解决一下问题：1.对实验仪器和设备的熟悉与操作问题；2. 对实验动物抓取、实验操作、喂养及实验后处理问题；3. 血液细胞介电谱的测量与数据处理问题；4. 血液细胞数学模型（Cole-Cole公式）的非线性数值计算和程序化问题；5. 血液细胞的数学模型建立的曲线拟合方法和曲线拟合误差评估冋题；6. 从血液细胞电生理学参数变化的角度，解决血液细胞的生理特性冋题。项 目 经 费 预 算序 号经费开支科目经费预算金额（元）1资料购置费2调研差旅费3计算机使用费4印刷补助费5其他（请详细说明）6合计