基于电动旋转介电泳的生物粒子介电常数测试技术

建立了基于机器视觉系统测量生物粒子介电常数的测量平台,并对建立测试平台所涉及的测量介电常数的理论模型、电极设计及仿真、粒子角速度检测等关键技术进行了研究.研究结果表明:在电极腔中心区域的半径为电极腔中心到电极顶尖距离的1/2圆形区域为最佳区域,在这个区域中转矩的变化基本在5%以内,介电泳力很小,基本解决了测试过程中影响粒子测量精度的迁移运动问题,降低了粒子迁移造成的误差.另一方面,融合机器视觉技术和概率统计的算法,实现了对单个和多个粒子进行测量,且对粒子的形状没有特殊要求.测试平台具有较高的准确性和运行效率,同时具有良好的普遍适用性和鲁棒性.     

面向组织工程的多细胞结构三维自组装成形方法的研究进展

多细胞结构是由细胞群体构成的有机体,其体外构建对于组织工程和再生医学的发展具有重要的基础意义。利用细胞自身的自组织特性构建三维(3D)多细胞结构正成为生物制造和组织再生的一种重要途径,并受到越来越多的关注。对三维多细胞结构的自组装式构建与调控的相关基础研究及关键技术进行了综述及分析,主要涉及凝胶内3D细胞培养、多细胞结构可控形成,及其与图灵反应-扩散机制的联系等方面的研究工作。为进一步研究多细胞3D自组装机理,使得该自组装过程可控,且满足同时调控外部施加和细胞自身分泌的作用因子的浓度梯度分布的需求,提出对内部结构特征梯度化的3D凝胶体内细胞3D自组装模型进行研究,以推进三维多细胞结构及组织前体形成的理性调控技术。     

地磁场与生物的磁感应现象

两千多年前,人类发明了指南针用于辨别方向;而如今科学家们发现,很多动物也能利用体内的生物指南针感应磁场。笔者从磁场的产生入手,详细介绍了地磁场的性质和生物磁感应现象的产生。候鸟是最早被注意到能利用磁场导航,且目前已获得最多磁生物学研究结果的一类高等生物。大量的行为学实验证明,候鸟在长距离迁徙的过程中主要靠对地磁场的感应来确定方向,它们的大脑能记录下每一个特殊地点的磁特征,并据此找出到达各个目的地的飞行路线。不仅如此,部分鸟类的磁导航还有一定程度的蓝光依赖性、会受到异常磁场的干扰,这种现象可以用生物磁受体的磁铁矿的感应假说和化学感受假说来解释。很多生物,包括人类也都有与候鸟类似的磁受体,有些动物能用它们感受磁场并以此作为视觉和听觉的辅助,而其他生物的磁感应能力也许已经在进化的某个阶段被别的功能替代或是直接消失了。目前人们对于生物磁现象的研究才刚刚起步,还有很多未知的谜团等待我们去揭开,希望在不久的将来能看到更多令人惊讶的实验结果。     

基于光诱导介电泳的微粒子过滤、输运、富集和聚焦的实验研究

在继承传统介电泳技术在微纳米生物粒子操纵领域优势的同时,如何提供动态可重构微电极并降低制作成本,成为解决介电泳技术应用中的瓶颈问题,而基于光电效应原理的光诱导介电泳的提出,为解决此问题提供了可行的方案.本文在设计制造光诱导介电泳芯片的基础上,搭建了基于光诱导介电泳操纵微粒子的实验平台,并对不同尺度的微粒子进行了过滤、输运、富集和聚焦等四种操纵功能的实现,同时并对各种操纵功能的性能进行了定量分析.结果表明,光诱导介电泳的操纵功能和操控性能与缩微光学图形的形状、尺寸、移动速度,激励信号的频率以及溶液电导率等参数相关.增加光线条宽度,一般能使操纵效率提高约50%以上,且聚焦时改变光线条倾角亦会明显影响聚焦效率.粒子的输运速率与捕获光圈的内半径和厚度成正比单调增加关系.粒子的最大同步速率与激励信号频率和溶液电导率成非线性关系,且在溶液电导率范围为5×10？4~5×10？3 S/m时具有良好的操纵性能和较高操纵效率.     

应用于类球体细胞电旋转分析中的介电参数求解算法

根据薄膜理论建立了一种面向类球体细胞的单壳介电模型,分析了细胞在电旋转静流场中的受力,并由旋转力矩和斯托克斯流体阻力矩平衡原理,推导得到细胞各层介电参数方程组.利用引入压缩因子的粒子群优化算法求解细胞的介电参数,并讨论了压缩因子的变化对求解结果的影响.以Granulocytes白细胞为例进行算法验证,得到细胞膜的电导率和相对介电常数分别为7.25μS/m和10.3,细胞质的电导率和相对介电常数分别为0.487 S/m和136,且压缩因子的变化仅影响各组解的搜索概率,加速系数为2.015时所需解的搜索概率达到最高值.算法结果与白细胞介电参数的经验数据相吻合,表明该算法具有较高的精确性和稳定性.