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胃癌细胞介电频谱特性研究

作　者: 沈斌
导　师: 马青
学　校: 宁波大学
专　业: 生物化学与分子生物学
关键词: GES-1 MGC-803 介电谱 Cole-Cole数学模型
分类号: R735.2
类　型: 硕士论文
年　份: 2013年
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内容摘要


目的：运用交流电阻技术测量正常人胃上皮细胞（GES-1）和人胃癌细胞（MGC-803）的电导率-介电频谱，构建两种细胞介电频谱的数学模型分析方法以及模型参数。建立胃癌细胞的数学模型和参数，探明数学模型参数与胃癌细胞病变的内在关系，为更好地实现胃癌的早期检测，掌握胃癌细胞电特性的病变机制，为进一步体内实验及开发具有独立知识产权的筛查诊断仪器奠定实验基础。方法：选用GES-1和MGC-803作为研究对象，进行体外细胞培养。然后，经过吹打、制备成悬浮细胞液后，培养细胞变成球形形态。再通过离心方法，配制相同浓度的两种类悬浮细胞液。在0.01MHz～100M Hz范围内，使用Agilent4294A阻抗分析仪分别对GES-1与MGC-803悬浮液的进行交流电阻抗测量。通过介电常数-电导率频谱、复数平面图、介电损耗因子频谱、电导率虚部频谱和介电损耗角正切频谱等综合分析，确定两种细胞的介电谱特征参数，通过统计学的显著性检验分析，比较两种细胞之间的差别。通过Cole-Cole方程的数值计算和曲线拟合的残差分析，观察两种细胞介电谱Cole-Cole参数的改变。结果（1） GES-01与MGC-803细胞的介电谱特性具有频率依从性：在f=10kHz—100MHz范围内，随外加电场频率的增加，GES-1和MGC-803细胞的介电常数增量（Δε=ε-εh）减小，电导率增量（Δκ=κ-κL）增加。（2） GES-01与MGC-803细胞介电频谱特性具有细胞比容依赖性：在细胞比容（Hematocrit，Hct）=10%—50%范围内，随细胞比容Hct的增加，最大介电常数增量（Δεmax=εL-εh）、最大电导率增量（Δκmax=κh-κL）、介电损耗因子峰值P1=ε”p（f1）、P2=κ”p（f2）、P3=κ”p（f3）、介电损耗角正切峰值tgδp皆增加。（3） GES-01与MGC-803细胞表现出三个介电弛豫和三个特征频率（f1、f2、f3）：GES-1细胞的三个特征频率分别是f1=0.276±0.075MHz，f2=1.453±0.272MHz，f3=11.689±2.943MHz；MGC-803细胞的三个特征频率（f1、f2、f3）分别是f1=0.452±0.059MHz、f2=1.3±0.103MHz、f3=10.849±1.388MHz。（4） GES-01与MGC-803细胞的介电频谱行为可以通过三项式Cole-Cole数学模型进行表征，其曲线拟合误差小于5%。（5）当Hct同为30%时，MGC-803与GES-01相比，介电常数ε谱线没有显著性差异，但是电导率κ谱线明显上移，使得κL和κh分别增加3.19%和10.32%，说明MGC-803细胞导电性能增加。介电损耗因子峰值P1降低14.89%，P2增加16.67%，第一特征频率fC1增加28%，第二特征频率fC2增加41.38%，第3特性频率f3无统计学意义。结论（1）胃癌细胞和正常人胃上皮细胞介电行为具有三个特征：频率依赖性，即介电常数增量和电导率增量随外加电场频率发生变化；细胞比容依存性，即当细胞比容Hct增加时，Δε和Δκ随之增加；介电弛豫具有3个特征频率（f1、f2、f3），f1来源于细胞膜，f2来源于细胞核膜，f3来源于细胞核仁；（2）胃癌细胞与正常人胃上皮细胞相比导电性能增加表现为κL和κh增加；特征频率的变化表现为第一特征频率fC1和第二特征频率fC2的增大；（3）胃癌细胞介电频谱行为的Cole-Cole数学模型及其参数的建立，为胃癌相关性疾病的电学特性研究，提供了新的研究手段和评价指标。

全文目录


摘要  4-6
Abstract  6-10
引言  10-12
1 实验材料  12-13
  1.1 实验细胞系  12
  1.2 实验试剂与药品  12
  1.3 实验仪器、设备  12-13
2 实验方法  13-17
  2.1 正常人胃上皮细胞系 GES-1 实验  13
    2.1.1 GES-1 细胞培养  13
    2.1.2 GES-1 介电谱的测量  13
    2.1.3 GES-1 比容测量  13
  2.2 胃癌细胞株 MGC-803 实验  13-14
    2.2.1 MGC-803 细胞培养  13
    2.2.2 MGC-803 介电谱的测量  13-14
    2.2.3 MGC-803 比容测量  14
  2.3 测量条件设定  14
  2.4 测量电极  14-15
    2.4.1 测量电极结构  14
    2.4.2 测量电极参数校正  14-15
  2.5 Cole-Cole 方程  15-17
    2.5.1 三项 Cole-Cole 公式  15
    2.5.2 非线性方程的曲线拟合  15
    2.5.3 曲线拟合的相对残差  15-17
3 实验结果  17-43
  3.1 正常人上皮细胞 GES-1 的介电谱特征及其曲线拟合  17-26
    3.1.1 正常人胃上皮细胞 GES-1 的电导率-介电常数频谱  17-18
    3.1.2 正常人胃上皮细胞 GES-1 的复数平面图  18-19
    3.1.3 正常人胃上皮细胞 GES-1 的ε"、κ" 和 tgδ频谱  19-23
    3.1.4 特征频率（f_1、f_2、f_3）与细胞比容的关系  23-24
    3.1.5 正常人胃黏膜上皮细胞 GES-1 介电谱的曲线拟合  24-26
  3.2 胃癌细胞株 MGC-803 介电谱特征及其曲线拟合  26-35
    3.2.1 胃癌细胞 MGC-803 的电导率-介电常数频  26-27
    3.2.2 胃腺癌细胞 MGC-803 的复数平面图  27-29
    3.2.3 胃癌细胞 MGC-803 的ε"、κ" 和 tgδ频谱  29-31
    3.2.4 特征频率（f_1、f_2、f_3）与细胞比容的关系  31-33
    3.2.5 胃癌细胞 MGC-803 的介电谱的曲线拟合  33-35
  3.3 正常人胃上皮细胞 GES-1 与胃癌细胞 MGC-803 的比较  35-43
    3.3.1 比较 GES-1 与 MGC-803 细胞介电频谱数据特征的区别  35-39
    3.3.2 比较 GES-1 与 MGC-803 细胞介电频谱数学模型参数的区别  39-43
4 讨论  43-47
  4.1 电场频率对胃癌细胞和胃上皮细胞介电谱的影响  43-44
  4.2 细胞压积对胃癌细胞和胃上皮细胞介电谱的影响  44
  4.3 细胞压积对特征频率影响及其意义  44-45
  4.4 三项式 Cole-Cole 数学模型  45
  4.5 GES-01 与 MGC-803 之间介电谱的差异  45-47
5 结论  47-48
参考文献  48-50
附录A 符号说明  50-51
在学研究成果  51-52
致谢  52

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中图分类: > 医药、卫生 > 肿瘤学 > 消化系肿瘤 > 胃肿瘤
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