基于声表面波微流控芯片的单细胞可修复声致穿孔机理研究

结题报告
项目介绍
AI项目解读

基本信息

  • 批准号:
    11304341
  • 项目类别:
    青年科学基金项目
  • 资助金额:
    30.0万
  • 负责人:
  • 依托单位:
  • 学科分类:
    A2307.与声学有关的交叉领域
  • 结题年份:
    2016
  • 批准年份:
    2013
  • 项目状态:
    已结题
  • 起止时间:
    2014-01-01 至2016-12-31

项目摘要

Sonoporation employs the acoustic cavitation of microbubbles to induce transient disruption of cell membranes, thereby enabling transport of exogenous drug-loaded micro/nano particles and DNA molecules into the cytoplasm of living cells. Sonoporation has shown great promise in the drug delivery and gene therapy. However, there is still no method or tool suitable for controlling the initial the radius and cavitation position of the microbubbles, as well as the inertial cavitation dose, which limits the safety and effectiveness of the sonoporation. This project integrates the monodisperse microbubble fabrication, spatial manipulation and cavitation into a surface acoustic wave (SAW)-based microfluidic device, aiming to real-time, quantitative and precise investigate the interactions between the microbubble and cell. The critical shear stress generated by cavitation microjetting that induces the repairable sonoporation will be analyzed by a high-speed micro-PIV system. Furthermore, when the initial radius and the cavitation position of the microbubble are both controlled, the influence of the acoustic field (waveform, frequency and intensity), microbubble radius, and the distance between the microbubble and the cell on the membrane integrity and cell viability will be revealed by analysis of the single cell sonoporation. The results of proposed studies contribute to improve the safety and effectiveness of sonoporation and establish a foundation for the clinical applications of gene therapy. This project is of great scientific and practical importance.
声致穿孔效应是利用微泡空化作用,瞬间提高细胞膜的通透性,能促进微纳药物颗粒、DNA分子等进入细胞内,在药物输送、基因治疗等方面显示出巨大潜力。然而,由于目前尚无合适方法控制微泡初始粒径和空化位置、精确调控微泡瞬态空化剂量,声致穿孔效应的安全性和有效性受到制约。本项目将单分散微泡制备、微泡及细胞空间定点操控、微泡瞬态空化通过声表面波微流控芯片有机集成,旨在实时、定量、精确研究微泡与细胞之间的相互作用;利用高速Micro-PIV技术,分析微泡空化激发的微激流在细胞膜表面形成可修复声孔对应的临界剪切应力;研究微泡尺寸、微泡细胞相对位置均可精确调控条件下,声场(波形、频率、强度)、微泡粒径、微泡与细胞距离等参量与细胞穿孔程度及活性的关系。项目成果有助于提高声致穿孔的安全性和有效性,为声致穿孔在基因治疗的临床应用奠定基础,具有重要科学意义和应用价值。

结项摘要

声致穿孔效应是利用微泡空化作用,提高细胞膜的通透性,能促进微纳药物颗粒、DNA 分子等进入细胞内,在药物输送、基因治疗等方面显示出巨大潜力。然而,由于目前尚无合适方法精确控制微泡初始粒径和空化位置,声致穿孔效应的安全性和有效性受到制约。本项目将微泡及细胞空间定点操控、微泡瞬态空化通过声表面波微流控芯片有机集成,旨在实时、定量、精确研究微泡与细胞之间的相互作用。在超声精确操控方面,利用倾斜形叉指换能器实现了对不同空间位置微泡的选择形状操控,通过声表面波联合体波操控实现了对不同粒径颗粒的多尺度操控与分选;在超声的导致细胞穿孔的研究中,通过对声场中相位的调控,实现对微泡与细胞之间相对距离的精确操控,当微泡靠近细胞时,提高声压,使微泡破碎,可实现对单细胞的声致穿孔效应,穿孔效率达到82.4%±6.5%,细胞的存活率为90%±8.7%。进一步,利用超声热效应实现对热敏脂质体的释放,通过对聚焦型叉指换能器施加不同的射频信号,可使得超声加热的温度稳定控制在37℃,42℃,50℃,结果表明当温度为42℃可导致热敏脂质体释放,并且超声声流效应可促进药物释放,提高细胞摄取效率。本项目的研究提高了声致穿孔的效率,保证了细胞的活性,为声致穿孔在基因治疗的临床应用奠定基础,具有重要科学意义和应用价值。

项目成果

期刊论文数量(8)
专著数量(0)
科研奖励数量(1)
会议论文数量(5)
专利数量(0)
A Force to Be Reckoned With: A Review of Synthetic Microswimmers Powered by Ultrasound
一股不可忽视的力量:超声波驱动的合成微型游泳器的回顾
  • DOI:
    --
  • 发表时间:
    2015
  • 期刊:
    Small
  • 影响因子:
    13.3
  • 作者:
    Meng; Long;Zheng; Hairong;Cai; Feiyan;Wang; Wei
  • 通讯作者:
    Wei
A highly sensitive compact liquid sensor based on slotted phononic crystal plates
基于开槽声子晶体板的高灵敏度紧凑型液体传感器
  • DOI:
    --
  • 发表时间:
    2016
  • 期刊:
    lab on a chip
  • 影响因子:
    6.1
  • 作者:
    Jiangyu Li;Junru Wu;Yan Kang;Hairong Zheng
  • 通讯作者:
    Hairong Zheng
On-chip targeted single cell sonoporation with microbubble destruction excited by surface acoustic waves
片上靶向单细胞声孔,通过表面声波激发微泡破坏
  • DOI:
    --
  • 发表时间:
    2014
  • 期刊:
    Applied Physics Letters
  • 影响因子:
    4
  • 作者:
    Niu; Lili;Chen; Yan;Wu; Junru;Zheng; Hairong
  • 通讯作者:
    Hairong
Spatial selective manipulation of microbubbles by tunable surface acoustic waves
通过可调谐表面声波对微泡进行空间选择性操纵
  • DOI:
    --
  • 发表时间:
    2016
  • 期刊:
    Biomicrofluidics
  • 影响因子:
    3.2
  • 作者:
    Jingjing Wang;Junru Wu;Long Meng;Hairong Zheng
  • 通讯作者:
    Hairong Zheng
Strong localization of an acoustic wave in a sub-wavelength slot between two plates
声波在两块板之间的亚波长槽中的强局域化
  • DOI:
    10.1109/tpwrs.2023.3286178
  • 发表时间:
    2015
  • 期刊:
    Journal of the Acoustical Society of America
  • 影响因子:
    2.4
  • 作者:
    Li; Fei;Meng; Long;Wu; Junru;Zheng; Hairong
  • 通讯作者:
    Hairong

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电流密度对铝合金表面电镀Ni-SiC的影响
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  • 通讯作者:
    刘晓亚
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    --
  • 发表时间:
    2018
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    2015
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    --
  • 作者:
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  • 通讯作者:
    王正伟

其他文献

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孟龙的其他基金

超声操控
  • 批准号:
  • 批准年份:
    2020
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    120 万元
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基于阵列微泡的超声调控细胞膜通透性机制及方法研究
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AI项目解读示例

课题项目:调控A型流感病毒诱导IFN-β表达的机制研究

AI项目摘要:

本研究聚焦于TRIM2蛋白在A型流感病毒诱导的IFN-β表达中的调控机制。A型流感病毒是全球性健康问题,其感染可导致严重的呼吸道疾病。IFN-β作为关键的抗病毒因子,其表达水平对抗病毒防御至关重要。然而,TRIM2如何调控IFN-β的表达尚未明确。本研究假设TRIM2通过与病毒RNA或宿主因子相互作用,影响IFN-β的产生。我们将采用分子生物学、细胞生物学和免疫学方法,探索TRIM2与A型流感病毒诱导IFN-β表达的关系。预期结果将揭示TRIM2在抗病毒免疫反应中的作用,为开发新的抗病毒策略提供理论基础。该研究对理解宿主抗病毒机制具有重要科学意义,并可能对临床治疗流感病毒感染提供新的视角。

AI项目思路:

科学问题:TRIM2如何调控A型流感病毒诱导的IFN-β表达?
前期研究:已有研究表明TRIM2参与抗病毒反应,但其具体机制尚不明确。
研究创新点:本研究将深入探讨TRIM2在IFN-β表达中的直接作用机制。
技术路线:包括病毒学、分子生物学、细胞培养和免疫检测技术。
关键技术:TRIM2与病毒RNA的相互作用分析,IFN-β启动子活性检测。
实验模型:使用A型流感病毒感染的细胞模型进行研究。

AI技术路线图

        graph TD
          A[研究起始] --> B[文献回顾与假设提出]
          B --> C[实验设计与方法学准备]
          C --> D[A型流感病毒感染模型建立]
          D --> E[TRIM2与病毒RNA相互作用分析]
          E --> F[TRIM2对IFN-β启动子活性的影响]
          F --> G[IFN-β表达水平测定]
          G --> H[TRIM2功能丧失与获得研究]
          H --> I[数据收集与分析]
          I --> J[结果解释与科学验证]
          J --> K[研究结论与未来方向]
          K --> L[研究结束]
      
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