基于微纳操作的活体单细胞生物物理特性表征与分析方法研究

Traditional methodologies of analyzing the physical properties of microorganisms suffer from statistical population distortion problems. The acquisition of the physical properties of in-vivo unicellular microorganisms effectively reveals the functionalities and status of a single cell as well as the differentiations between cells. The acquired information is important for applications such as cell pathology, early clinical diagnosis, and drug screening. This project utilizes NEMS robots, optically-induced electrokinetics, bio-NEMS control technologies, and microscopic image processing algorithms to quantify the physical properties, growths, differentiations, and apoptosis of unicellular microorganisms. In addition, by combining digital holographic microscopy technologies with optically-induced electrokinetics as a control platform, the accuracy of cell density can be enhanced. By utilizing the NEMS-based automated optically-induced electrokinetics system, physical properties of in-vivo unicellular microorganisms such as cell density and cell electrophoresis can be accurately acquired, which are important to investigate the drug effect on cell function, and also to realize cell-level drug screening, sorting, and detection. This work of applying NEMS robot technologies on biomedical research shall be impactful on pharmaceutical R&D and cancer cell detection.

活体单细胞的生物物理特性表征，解决传统细胞生物物理特性分析方法只能得到细胞群体统计信息的问题，有效反映单个细胞的功能和状态，揭示细胞的单体差异性，对于细胞的分化和病理研究，疾病的早期临床诊断以及药物筛选都具有非常重要的意义。本项目使用微纳米机器人与光诱导电液动力学的生物微纳操控技术，结合显微视觉与软件识别算法，研究活体单细胞生物物理特性表征与分析方法，对单细胞的生长、分化、凋亡过程进行量化分析。并提出将数字全息显微测量技术结合光诱导电液动力学操控平台，提高单细胞密度测量精度。通过构建面向微纳米自动化操控的光诱导电液动力学系统，在活体单细胞的生物物理特性表征方法的研究基础上，针对细胞密度、电学等主要物理特性指标，研究药物对活体细胞功能的影响，以期实现细胞水平的药物筛选与不同细胞的分类与检测。该研究将微纳米机器人技术应用于生物医学研究，将对药物开发与癌细胞检测等方面产生积极的作用。

活体单细胞的生物物理特性表征，解决传统细胞生物物理特性分析方法只能得到细胞群体统计信息的问题，有效反映单个细胞的功能和状态，揭示细胞的单体差异性，对于细胞的分化和病理研究，疾病的早期临床诊断以及药物筛选都具有非常重要的意义。本项目使用微纳米机器人与光诱导电液动力学的生物微纳操控技术，结合显微视觉与软件识别算法，研究活体单细胞生物物理特性表征与分析方法，对单细胞的生长、分化、凋亡过程进行量化分析。并提出将数字全息显微测量技术结合光诱导电液动力学操控平台，提高单细胞密度测量精度。通过构建面向微纳米自动化操控的光诱导电液动力学系统，在活体单细胞的生物物理特性表征方法的研究基础上，针对细胞密度、电学等主要物理特性指标，研究药物对活体细胞功能的影响，以期实现细胞水平的药物筛选与不同细胞的分类与检测。该研究将微纳米机器人技术应用于生物医学研究，将对药物开发与癌细胞检测等方面产生积极的作用。