Career: In-situ Monitoring of Opto-electro-mechanical Responses of Single Cells to External Stimuli using MEMS

职业:使用 MEMS 原位监测单细胞对外部刺激的光电机械响应

基本信息

  • 批准号:
    0545683
  • 负责人:
  • 金额:
    $ 40万
  • 依托单位:
  • 依托单位国家:
    美国
  • 项目类别:
    Standard Grant
  • 财政年份:
    2006
  • 资助国家:
    美国
  • 起止时间:
    2006-05-01 至 2012-04-30
  • 项目状态:
    已结题

项目摘要

Career: In-situ Monitoring of Opto-electro-mechanical Responses of Single Cells to External Stimuli using MEMSThe objective of this research is to investigate how individual biological cells react to mechanical (coupled normal and shear forces) and bio-chemical (pH level and epsilon toxin) stimuli. The approach is to monitor their mechanical, electrical and bio-chemical responses, in-situ, by combining fluorescence/confocal microscopy with novel micro-electro-mechanical testing devices. The simultaneously qualitative (direct visualization) and quantitative (real-time measurement of force, displacement and bio-impedance) data on the mechanical and chemical assays will enable research in two unexplored areas: (i) cellular structural and adhesion mechanics under more realistic, combined normal and shear loading and (ii) relationship between cell health and its electrical impedance.Intellectual merit: This proposal will provide fundamental understanding of multi-physics of cellular stimuli coupling and transduction. Relating cell health to its electrical impedance will result in automated and label-less electrical detection (electrical pathology) that may replace conventional manual labeling and microscopy-based schemes for faster diagnostics and drug discovery applications. Broader impacts: The proposed research will impact the society by integrating multi-disciplinary research with education at all levels while promoting diversity. The accompanying educational plan is to (a) provide research experience to undergraduates in collaboration with the Penn State Multicultural Engineering Program (b) bring electron microscopy in local elementary, middle and high-school students through an outreach program . Microscopy for K-12 and (c) conduct summer workshop for local school K-12 teachers. Schools throughout the nation will be benefited from the outreach website with the streaming videos of these outreach sessions and associated multi-media materials.
职业:使用 MEMS 原位监测单细胞对外部刺激的光电机械响应这项研究的目的是研究单个生物细胞如何对机械(耦合法向力和剪切力)和生物化学(pH 水平和ε毒素)刺激。该方法是通过将荧光/共聚焦显微镜与新型微机电测试设备相结合来监测它们的机械、电气和生化反应。机械和化学测定的同时定性(直接可视化)和定量(力、位移和生物阻抗的实时测量)数据将使两个未探索领域的研究成为可能:(i)更现实的细胞结构和粘附力学,结合法向载荷和剪切载荷以及 (ii) 细胞健康与其电阻抗之间的关系。智力价值:该提案将为细胞刺激耦合和转导的多物理场提供基本理解。将细胞健康与其电阻抗联系起来将导致自动化和无标记电检测(电病理学),这可能会取代传统的手动标记和基于显微镜的方案,以实现更快的诊断和药物发现应用。更广泛的影响:拟议的研究将通过将多学科研究与各级教育相结合,同时促进多样性来影响社会。随附的教育计划是(a)与宾夕法尼亚州立大学多元文化工程项目合作为本科生提供研究经验(b)通过外展计划为当地小学生、初中生和高中生带来电子显微镜。 K-12 显微镜检查以及 (c) 为当地学校 K-12 教师举办夏季研讨会。全国各地的学校都将受益于外展网站,其中包含这些外展会议的流媒体视频和相关的多媒体材料。

项目成果

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知道了