動態溫度場下的鈉離子通道動力學的理論研究

《動態溫度場下的鈉離子通道動力學的理論研究》是依託大連理工大學,由王曉娜擔任醒目負責人的青年科學基金項目。

基本介紹

• 中文名：動態溫度場下的鈉離子通道動力學的理論研究
• 依託單位：大連理工大學
• 項目類別：青年科學基金項目
• 項目負責人：王曉娜

項目摘要

鈉通道在神經病理性疼痛中起著重要的作用。通過光熱效應溫度場量化刺激研究可興奮細胞的離子通道，目前因缺少空間尺寸在微米級、速度在毫秒級的測溫感測器來標定，只能研究恆溫度場作用下通道的功能。本項目提出光與生物細胞相互作用中光熱效應的布里淵散射研究，可實現非接觸、快速監測細胞膜溫度擴散過程，並在此基礎上研究鈉通道在溫度場擴散作用下的通道動力學理論。面臨的兩個關鍵問題：一是雷射與細胞相互作用在細胞外液，溶液中定點處的散射光微弱，且熱量耗散時間在500毫秒以下，不易提取。二是非均勻溫度場對鈉通道的作用過程尚不清楚。為解決上述關鍵問題，建立雷射與生物組織相互作用的光熱效應模型；研究細胞溶液溫度與布里淵頻移之間的關係；設計微尺度、高靈敏的布里淵頻移測溫系統；建立非均勻溫度場對鈉離子通道作用的通道動力學過程模型。本項目的研究對於光熱效應溫度場在臨床研究神經病例性疼痛具有重要的理論指導意義。

結題摘要

本項目根據雷射輻照生物組織細胞時雷射與生物細胞的相互作用，建立了雷射輻照下的生物組織細胞的熱傳輸模型，並用有限元軟體ANSYS對此模型進行數值模擬，通過對不同功率不同波長的雷射的數值模擬，得到光熱效應主要發生在細胞液對光的吸收過程，細胞液的光熱效應起主導作用，而細胞膜的光熱效應甚微。本項目還基於皮膚組織的雙層模型進行了理論模擬，不同組織的表皮層厚度略有不同，使用相同的輻照時間所誘導的溫升也略有不同，表皮層厚度越薄，其溫升越高，反之，則相反；相同的表皮層厚度，使用不同的時間輻照，所誘導溫升有較大的不同，時間越長，溫升越高。在項目研究中，將近紅外雷射輻照與膜片鉗技術相結合的方法，根據980nm和845nm兩個波長的雷射在水中的吸收係數分別為0.502/cm和0.0378/cm，接近10倍差異，用實驗測得500ms雷射輻照後溶液的溫升也近似為10倍，實驗結果和理論結果基本一致。在實驗方面，用膜片鉗微電極實驗對雷射輻照期間和輻照後的不同時段對細胞功能的影響加以研究，結果顯示雷射輻照的上升沿對鈉電流的激活有抑制效果，而對其失活過程為增強效果，雷射輻照的下降沿則對鈉電流的激活和失活過程都為增強效果。綜上所述，本項目不局限於恆溫條件，建立了細胞在雷射輻照下的動態溫度場變化模型，能求解細胞膜的瞬態溫度，定性的研究了鈉離子通道對時間的依賴性，對於雷射在臨床醫學上的套用和推廣有重要的作用。