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1、附件三：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： 本科生 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
2、填各项内容将成为专家评审重要依据，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话预
3、期成果A.专著 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”频谱和损耗角正切tg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谱的影
4、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物质的介电特性，自1957年Sc
5、hwan H.P.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 Y等1给红细胞加一宽频电场，测定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三维结构模型。对于生物细胞电特性的国外的研究有， Schwan HP & Foster KR2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特性和理论解析进行了研究与探索，
6、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12采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著，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和弛豫行为。散射由细胞膜的容性响应构成,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,低频段介电常数L和介电增量增加;低频段电导率L和高频率
7、段电导率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14。关于大鼠细胞生物介电特性研究表明：在 0.1 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f C1=2 MHz，第二介电弛豫约产生在f C2=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存性关系:介电常数随电场频率的增加而降低,电导
8、率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fC1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f1=0.59MHz,第2特征频率f2=2.12MHz18。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fC1为1.42MHz,第二介电弛豫产生在fC2为3.32 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和肾脏
9、 EPO mRNA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,导致运动性贫血,严重
10、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，分析实测频谱的数据特征，确立细胞的
11、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：1Katsumoto Y,Hayashi Y,Oshige I,et al. Dielectric cytometry with three-dimensional cellular modeling. Biophys J,2008;95(6):3043-30472Foster KR,Schwan HP.Dielectric properties of tis
12、sues, In C.Polk and E.Postow(Eds.), Handbook of Biological Effects of Electromagnetic Fields, 2nd ed, Boca Raton, FL:CRC Press,1996; 25-104.3Asami K,Hanai T,Koizumi N et al. Dielectric approach to suspersions of ellipsoidal particles covered with a shell in particular reference to biological cells.
13、Japanese J Appl Phys,1980;19:359-3654Asami K, Irimajiri A. Dielectric analysis of mitochondria isolated from rat liver. .Intact mitochondria as simulated by a double-shell model . Biochimca et Biophysica Acta,1984;778:570-5785Raicu V,Sato T,Raicu G.Non-Debye dielectric relaxation in biological struc
14、tures arises from their fractal nature. Phys Rev E 63: 2001;0219166Raicu V,Kitagawa N,Irimajiri A.A quantitative approach to the dielectric 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):3
15、29-3359王慧艳,任超世.一种研究血液电特性的新方法多频率阻抗法.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孢囊孢子介电性的测量.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
16、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,2006;25(1):121-12415 何学影,马青.0.1MHz100MHz大鼠血液细胞的介电响应. 中国医学物理学杂志,2006;23(4):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(4):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):42-45
17、19 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(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+-ATP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
18、. 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(4):115-119研究的重点、难点、创新点及实施方案人血液介电常数和电导率的频谱：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，通过统计学的显著性检验，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研究手段和评价指标。研究难点：1
19、 在0.01-100MHz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-Cole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、
20、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，细胞产生极化现象，通过Agilent 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随频率变化的介电频响为基础。实施方案：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谱。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
21、谱参数为特征的Cole-Cole数学模型。简单的技术路线如下：运动组采血形态学测量细胞介电谱Cole-Cole图” 频谱” 频谱tg频谱介电谱数据特征交流阻抗测量细胞比容测量正常组预期成果、知识产权形成及经济、社会效益分析通过实验预期达到：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。5.为进一步进行更深入的研究作
22、铺垫，为今后的相关实验及临床探讨提供重要参考。实施该项目所具备的基础、优势和风险血液细胞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，
23、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，提高仿真成像的可靠性，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问题；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问题。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
