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作者：张文晓长春理工大学

学位级别：硕士

细胞是构成生物个体的基本单元,针对活体细胞各个不同领域的研究,将有助于人们更清晰、全面、准确的了解活体细胞的生理状态和过程,使人们更好的了解细胞群体中不同细胞的个体差异和一些特殊细胞的功能。其中,针对细胞电学特性的研究与... 详细信息

细胞是构成生物个体的基本单元,针对活体细胞各个不同领域的研究,将有助于人们更清晰、全面、准确的了解活体细胞的生理状态和过程,使人们更好的了解细胞群体中不同细胞的个体差异和一些特殊细胞的功能。其中,针对细胞电学特性的研究与分析因其应用领域的广泛而得到了大批学者的重视。本文针对细胞电学特性研究这一问题,分析总结了多种细胞电学特性研究方法及其优缺点,建立了对于原子力显微镜探针操纵的路径规划模型,解决了对同种类大量活体细胞进行反复测量的过程中,耗时过长会减少细胞存活率的问题。本文利用原子力显微镜探针分别获取了酵母菌细胞、迎春花细胞和结肠癌细胞的形貌图像、电流图像及I/V曲线图。研究发现原子力显微镜可在空气或者近生理条件下直接探测生物细胞导电性,酵母菌细胞的导电性能会随着细胞的衰老以及细胞壁成分的改变而逐渐减小,同个迎春花细胞不同位置的导电性能不同,以及结肠癌细胞的导电性能较之酵母菌细胞和迎春花细胞都更强。

关键词：细胞电学特性原子力显微镜探针操纵形貌图像

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基于全细胞RC电路的细胞阻抗响应模型的建立与分析

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太原理工大学学报 2020年第1期51卷 136-143页

作者：杜向斌孔金龙王楷群黄棣陈维毅单彦虎太原理工大学生物医学工程学院纳米生物材料与再生医学研究中心太原030024 太原理工大学生物医学工程研究所材料强度与结构冲击山西省重点实验室太原030024 中北大学仪器与电子学院太原030051

通过建立基于全细胞RC电路的细胞阻抗响应模型来分析细胞内部各结构的电学特性变化导致系统总体阻抗变化的原因。重点分析了细胞膜电容、电阻、细胞间电阻以及细胞电极间电阻变化对于系统阻抗幅值和阻抗角频率响应的影响。结果表明,系... 详细信息

通过建立基于全细胞RC电路的细胞阻抗响应模型来分析细胞内部各结构的电学特性变化导致系统总体阻抗变化的原因。重点分析了细胞膜电容、电阻、细胞间电阻以及细胞电极间电阻变化对于系统阻抗幅值和阻抗角频率响应的影响。结果表明,系统阻抗特性变化受到细胞内部电学参数变化的耦合影响。为基于细胞阻抗传感器测试的细胞功能表征提供了深入的理论基础,为阻抗测试选择合适的频率提供了有效指导。

关键词：细胞电学特性全细胞RC电路阻抗响应等效电路模型频率响应

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基于阻抗测试技术的化疗药物对肿瘤细胞生长及黏附性的影响

基于阻抗测试技术的化疗药物对肿瘤细胞生长及黏附性的影响

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作者：杜向斌太原理工大学

学位级别：硕士

化疗是目前临床癌症医治的常用手段之一,化疗作为一种癌症的早期以及全身性治疗,与手术治疗,放疗以及免疫治疗等方法相比,有其独特的优势与难以替代的地位。化疗药物的开发与测试对于癌症化疗具有重大意义。细胞对化疗药物的体外测试是... 详细信息

化疗是目前临床癌症医治的常用手段之一,化疗作为一种癌症的早期以及全身性治疗,与手术治疗,放疗以及免疫治疗等方法相比,有其独特的优势与难以替代的地位。化疗药物的开发与测试对于癌症化疗具有重大意义。细胞对化疗药物的体外测试是化疗药物开发与筛选的有效方法,然而传统的测试方法具有一定的局限性,并不能连续和实时地进行检测。细胞的电学特性与细胞生理状态密切相关,细胞阻抗测试技术实现了细胞电学特性的实时无损监测,进而将阻抗数据作为一种有效的生物指标来评价细胞功能的变化。因此,本文利用细胞阻抗测试技术研究化疗药物对肿瘤细胞状态以及功能的影响。第二章中,通过建立基于RC模型的细胞阻抗测试等效电路模型,针对细胞阻抗测试中各部分对整体阻抗的影响进行分析,结果表明系统阻抗特性变化受到细胞内部电学参数变化的耦合影响,为基于细胞阻抗传感器测试的细胞功能表征提供了深入的理论基础。本文在第三章,组装了细胞阻抗传感器,利用该传感器分析不同浓度的三种化疗药物对肿瘤细胞生长状态产生的影响。结果表明,高浓度药物比低浓度药物在抑制细胞生长上作用更强,且相比于5-氟尿嘧啶,顺铂与阿霉素能更快的作用于肿瘤细胞。同时通过阻抗数据与CCK-8吸光度的对比,发现化疗药物可能改变了肿瘤细胞的形态及其黏附性。第四章中,通过对参与细胞黏附过程的黏着斑蛋白Vinculin进行免疫荧光染色,进一步研究了化疗药物对肿瘤细胞黏附性的影响。结果表明,虽然化疗药物处理过的肿瘤细胞重新黏附在基质胶上的黏附能力下降,但是化疗药物上调了肿瘤细胞黏着斑蛋白Vinculin的表达。本文基于阻抗测试技术为化疗药物体外测试提供了一种新型的方法,完善了化疗药物对肿瘤细胞功能的影响,为化疗药物的开发与筛选,以及剂量的控制,提供了有效指导。

关键词：化疗药物细胞电学特性阻抗测试肿瘤细胞黏附性

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浦肯野细胞结构简化模型研究

浦肯野细胞结构简化模型研究

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作者：魏然西安电子科技大学

学位级别：硕士

近年来,随着神经科学的迅速发展,浦肯野细胞以其在运动学习过程中的重要作用引起了研究者们的广泛关注。虽然现有的详细房室模型较好地模拟了浦肯野细胞活体电生理行为,但却以庞大的计算资源为代价。针对这一问题,如何在保持浦肯野细胞... 详细信息

近年来,随着神经科学的迅速发展,浦肯野细胞以其在运动学习过程中的重要作用引起了研究者们的广泛关注。虽然现有的详细房室模型较好地模拟了浦肯野细胞活体电生理行为,但却以庞大的计算资源为代价。针对这一问题,如何在保持浦肯野细胞主要功能特性的基础上实现其形态结构的简化尤为重要。它不仅可以模拟浦肯野细胞详细房室模型的输出特性,而且有助于大大降低计算资源。因此,研究浦肯野细胞结构简化模型具有重要意义。本文针对浦肯野细胞结构简化过程中面临的挑战性问题进行研究,主要内容包括:(1)目前大多数浦肯野细胞结构简化模型难以在保持良好精度的基础上实现浦肯野细胞形态结构的有效化简,而且往往忽略了突触输入这一重要的刺激类型的影响。鉴于此,本文提出一种基于细胞电学特性编码的浦肯野细胞结构简化模型,通过利用输入电阻对浦肯野细胞树突结构进行编码的方式实现自动化分类聚簇及形态化简。实验结果表明所提模型在突触输入刺激条件下准确模拟浦肯野细胞的电生理行为,并在浦肯野细胞形态结构有效化简的基础上保持良好的精确度。(2)由于上述提出的基于细胞电学特性编码的浦肯野细胞结构简化模型不能自适应地满足不同形态浦肯野细胞的简化需求。为此,本文进一步提出了基于自适应Shreve编码的简化模型。该模型首先通过浦肯野细胞树突的层次化编码实现不同形态浦肯野细胞分类阈值的统一;随后,根据细胞总体积不变的原则实现浦肯野细胞的几何特性优化,从而显著提升了简化模型的精确度,有效模拟了浦肯野细胞详细房室模型输出特性。综上,本文在研究浦肯野细胞生理特性的基础上,提出了两种浦肯野细胞结构简化模型。通过浦肯野细胞树突结构的编码分类,所提出的模型在保持浦肯野细胞主要功能特性的基础上成功实现了其形态结构的有效简化。

关键词：浦肯野细胞简化模型细胞电学特性 Shreve编码

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