复杂流体中纳米颗粒的流动介导扩散研究

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项目介绍
AI项目解读

基本信息

  • 批准号:
    11802054
  • 项目类别:
    青年科学基金项目
  • 资助金额:
    28.0万
  • 负责人:
  • 依托单位:
  • 学科分类:
    A0904.水动力学
  • 结题年份:
    2021
  • 批准年份:
    2018
  • 项目状态:
    已结题
  • 起止时间:
    2019-01-01 至2021-12-31

项目摘要

Nanoparticle diffusion in complex physiological media plays an important role in the processes of life evolution, information transmission and drug delivery. The complexity of the physiological media lies mainly on the porous structure and the flowing environment. As modeled porous liquids, polymer solutions are often used to investigate the diffusion mechanism of nanoparticles. Most existing studies in polymer solutions have been conducted in thermodynamic equilibrium, thus the resultant diffusion mechanism does not apply to the flowing physiological media. In this project, the flowing environment of polymer solutions will be constructed using the microfluidic technology, and the motions of the immersed nanoparticles are then measured by the particle tracking technology. The characteristics of nanoparticle motions are then studied based on the mean square displacement, displacement probability distribution, non-Gaussianity, displacement autocorrelation coefficient, and ergodicity breaking parameter. The effects of rheological properties of polymer solution, flow channel structure, and particle size on the motions of nanoparticles are analyzed, and the microscopic motion mechanism of nanoparticles is then explored. The macroscopic description model of the flow-mediated diffusion is finally established by the combination of fractional derivative diffusion equation and experimental results. This project can provide some theoretical references for the interpretation of potential molecular mechanisms under cell functions, the regulation and evaluation of nanomedicine transportation, and so on.
复杂生理介质中的纳米颗粒扩散在生命演化、信息传递、药物输运等过程中具有重要意义。生理介质的复杂性主要在于多孔结构和流动特性。作为模型化的多孔介质流体,高分子溶液常被用以考察纳米颗粒的扩散机制。已有研究大都在热力学平衡态的高分子溶液中进行,得出的扩散机制并不适用于流动的生理介质。本项目将利用微流控技术构建高分子溶液流动环境,采用粒子追踪技术测量其中纳米颗粒的运动;基于均方位移、位移概率分布、非高斯系数、位移自相关系数以及遍历破坏参数等表征量,考察纳米颗粒的运动特性;分析高分子溶液流变特性、流道结构、颗粒尺寸等方面因素对纳米颗粒运动的影响规律,探索纳米颗粒的微观运动机制;结合分数阶导数扩散方程和实验结果,建立流动介导扩散的宏观描述模型。该项目研究可为细胞功能潜在分子机制的解读、纳米药物的输运调控及评估等提供一定的理论参考。

结项摘要

复杂生理介质中的纳米颗粒扩散在生命演化、信息传递、药物输运等过程中具有重要意义。生理介质的复杂性主要在于多孔结构和流动特性。作为模型化的多孔介质流体,高分子溶液常被用以考察纳米颗粒的扩散机制。已有研究大都在热力学平衡态的高分子溶液中进行,得出的扩散机制并不适用于流动的生理介质。本项目利用微流控技术设计和构建了高分子溶液简单流动环境、温度调控环境及活细胞内部环境三种复杂流体流动环境;采用粒子追踪技术测量了所构建环境中纳米颗粒的运动,并基于均方位移、位移概率分布、非高斯系数、位移自相关系数以及遍历破坏参数等统计量进行纳米颗粒运动特性表征;对比热力学平衡态下高分子溶液中的纳米颗粒运动特性,分析高分子网络结构,颗粒尺寸,细胞骨架等因素对纳米颗粒运动的影响,阐明了高分子溶液中纳米颗粒的激活跳跃扩散、流动对扩散影响规律以及细胞骨架对纳米颗粒扩散的影响机制。研究结果不仅可为复杂流体环境中纳米颗粒扩散研究提供有效平台,还可为细胞功能潜在分子机制的解读、纳米药物的输运调控及评估等提供一定的理论参考。

项目成果

期刊论文数量(9)
专著数量(0)
科研奖励数量(0)
会议论文数量(9)
专利数量(7)
Measuring the apparent viscosities of single cells by tracking the entire deformation dynamics in microfluidic channels
通过跟踪微流体通道中的整个变形动力学来测量单细胞的表观粘度
  • DOI:
    10.1039/c9ay01143a
  • 发表时间:
    2019-11-28
  • 期刊:
    ANALYTICAL METHODS
  • 影响因子:
    3.1
  • 作者:
    Yuan, Wei-Mo;Xiang, Cheng;Qin, Kai-Rong
  • 通讯作者:
    Qin, Kai-Rong
Precise generation of dynamic biochemical signals by controlling the programmable pump in a Y-shaped microfluidic chip with a "christmas tree" inlet
通过控制带有“圣诞树”入口的 Y 形微流控芯片中的可编程泵来精确生成动态生化信号
  • DOI:
    10.1002/elps.201900400
  • 发表时间:
    2020
  • 期刊:
    Electrophoresis
  • 影响因子:
    2.9
  • 作者:
    Na Jing-Tong;Xue Chun-Dong;Li Yong-Jiang;Wang Yu;Liu Bo;Qin Kai-Rong
  • 通讯作者:
    Qin Kai-Rong
A microfluidic platform enabling real-time control of dynamic biochemical stimuli to biological cells
微流控平台能够实时控制生物细胞的动态生化刺激
  • DOI:
    10.1088/1361-6439/ab9e4e
  • 发表时间:
    2020
  • 期刊:
    Journal of Micromechanics and Microengineering
  • 影响因子:
    2.3
  • 作者:
    Xue Chun-Dong;Li Yong-Jiang;Na Jing-Tong;Wang Yan-Xia;Yu Hong-Jian;Liu Bo;Cao Tun;Qin Kai-Rong
  • 通讯作者:
    Qin Kai-Rong
A high-throughput microfluidic device for probing calcium dynamics of single cells squeezing through narrow channels
一种高通量微流体装置,用于探测挤压通过狭窄通道的单细胞的钙动力学
  • DOI:
    10.1088/1361-6439/ab3e7d
  • 发表时间:
    2019
  • 期刊:
    Journal of Micromechanics and Microengineering
  • 影响因子:
    2.3
  • 作者:
    Yuan Wei Mo;Shao Jin Yu;Xue Chun Dong;Liu Bo;Qin Kai Rong
  • 通讯作者:
    Qin Kai Rong
Diffusion of Nanoparticles with Activated Hopping in Crowded Polymer Solutions
拥挤聚合物溶液中激活跳跃的纳米粒子扩散
  • DOI:
    10.1021/acs.nanolett.0c01058
  • 发表时间:
    --
  • 期刊:
    Nano Letters
  • 影响因子:
    10.8
  • 作者:
    Chundong Xue;Xinghua Shi;Yu Tian;Xu Zheng;Guoqing Hu
  • 通讯作者:
    Guoqing Hu

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其他文献

基于铁磁流体的亚微米颗粒分离
  • DOI:
    --
  • 发表时间:
    2019
  • 期刊:
    水动力学研究与进展A辑
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    孙仲平;薛春东;刘波;覃开蓉
  • 通讯作者:
    覃开蓉
一种高通量测量单细胞弹性模量的微流控芯片
  • DOI:
    --
  • 发表时间:
    2019
  • 期刊:
    北京生物医学工程
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    袁闱墨;薛春东;刘波;覃开蓉
  • 通讯作者:
    覃开蓉

其他文献

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纳米颗粒入侵血管内皮细胞动力学过程的体外模型研究
  • 批准号:
    12172081
  • 批准年份:
    2021
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  • 项目类别:
    面上项目

相似国自然基金

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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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