《超聲輻射法測量細胞包殼模型局部彈性模量的研究》是依託中山大學，由劉洋擔任項目負責人的青年科學基金項目。
基本介紹
- 中文名：超聲輻射法測量細胞包殼模型局部彈性模量的研究
- 項目類別：青年科學基金項目
- 項目負責人：劉洋
- 依託單位：中山大學
中文摘要,結題摘要,
中文摘要
生物細胞力學性質的測量是微尺度下細胞研究及微流控晶片發展的基礎之一。本項目以微流控晶片技術為研究平台，通過對非線性超聲輻射場內細胞的包殼模型的受力及其運動規律的基礎科學研究，發展用於測量細胞局部力學性質的聲輻射測量理論。具體內容包括：建立細胞的包殼結構所受聲輻射力的理論模型；分析局部各結構層彈性模量與細胞整體彈性模量間的關係，發展超聲輻射測量細胞局部彈性模量的測量原理；構建相應的超聲微流控晶片系統，實現對典型生物細胞彈性模量的實驗研究。本項目旨在發展微尺度下的聲輻射測量理論，實現對細胞局部力學性質的研究。其研究結果可將現有的對細胞整體的超聲輻射研究手段拓展到對細胞局部力學性質的研究上；其所測量的細胞局部力學特性，可充實細胞力學資料庫，有助於深入分析各類致病細胞的力學特性與其致病機理間的關係；同時拓展微流控晶片中超聲分離、提純、與檢定技術提供理論與技術基礎。
結題摘要
隨著微機電系統與微流控技術的不斷發展，在微流控晶片中施加可控外力場，用於研究微粒子及細胞所表現的物理性質,成為近期的一個研究熱點。超聲輻射聲場對其中的懸浮粒子及細胞施加非接觸式聲輻射力，從而控制懸浮狀態的細胞的運動方式與運動軌跡。超聲輻射方法已被成功套用於細胞分離與富集、細胞運輸與轉移等相關細胞操作領域。超聲輻射聲場提供的非接觸式的作用力與受力細胞的自身力學特性直接相關。此關聯關係為利用超聲輻射聲場研究細胞的力學特性提供了可能。 本研究主要基於微流晶片中的超聲輻射聲場理論，對超聲聲場中粒子/細胞的運動特性及其受力模型開展研究，推導並建立細胞的單殼模型用以表征細胞在超聲駐波場中的受力及運動狀態。通過揭示單殼受力模型與細胞力學特性間的關係，研究了利用超聲駐波聲場測量細胞殼彈性模量的方法，結合理論分析與典型細胞的實驗研究，對所提出的測量方法進行了原型驗證； 研究提出一種傳遞矩陣模型，用於對層疊式超聲微流晶片進行分析與最佳化設計。該模型簡潔直觀有效。 研究嘗試了矽基流道掩模刻蝕製備方法與金屬基流道的精密機械加工兩種超聲流道製備方法。研究結果表明，矽基流道掩模刻蝕技術可提供精密的蝕刻流道與複雜的工藝形狀，適用於精度要求高的研究與測量場合。精密機械加工的金屬基流道精度相對欠缺，但利於大尺寸流道的製備，適用於精度要求不高的工業套用場合。 基於單殼模型的極限退化模型，研究了水中懸浮油滴在超聲聲場作用下的運動特性。分析設計一種線上式超聲輻射聲場進行油水分離的方法。該方法針對直徑在幾微米至幾十微米的油滴懸浮液具有良好的油水分離效果。在工業污水監測裝置、含油廢水的油水分離、原油二次精煉等領域具有套用與推廣價值。 綜上，本項目在基本完成初期設定的研究內容的基礎上，在微流超聲晶片的設計最佳化方法、超聲分離的工業套用等方面進行了有益探索，為超聲輻射方法的工業推廣提供借鑑。
