项目名称: 基于纳米悬臂梁阵列的单细胞力学特性生物传感器研究

项目编号: No.51205274

项目类型: 青年科学基金项目

立项/批准年度: 2013

项目学科: 机械工程学科

项目作者: 胡杰

作者单位: 太原理工大学

项目金额: 25万元

中文摘要: 细胞力学特性是细胞与分子生物力学研究的最关键问题,由于受细胞实验加载方法和测量手段的影响,目前基于细胞牵引力的生物传感器仍然存在力学灵敏度和分辨率相对比较低的问题。本项目拟从研究纳米悬臂梁阵列生物传感器的细胞生物力-机械力的转导机制出发,开展细胞与材料表面相互作用的微观机制的研究,建立外力作用下纳米悬臂梁结构的力学特性响应物理模型;通过建模仿真与计算分析,实现纳米悬臂梁关键参数的最优化结构设计;提出且利用先进的纳米压印技术和背曝光工艺,解决悬臂梁临界深宽比而造成的机械稳定性问题;开展纳米软印刷生物分子图案化技术的研究,消除相邻细胞间的相互影响,实现单细胞阵列化;针对人体细胞进行细胞力学特性实验,验证并实现基于纳米悬臂梁阵列的单细胞力学特性生物传感器的高灵敏度特性。本项目旨在揭示纳米悬臂梁生物传感器的细胞生物力-机械力的转导机理,为生物传感器在人体细胞发病机制检测的突破性进展奠定理论基础和

中文关键词: 高灵敏;阵列结构;纳米压印技术;背曝光工艺;生物传感器

英文摘要: A growing body of evidence suggests that the properties of cellular mechanical forces plays a crucial role in the regulation of many cellular processes, however, due to the restrictions in the method of loading sample and measurement tools, there still exist some shortcomings for the cell traction forces biosensor, such as the low mechanical sensitivity and poor resolution. In this project, we plan to develop a novel single cell traction forces nanopillars matrix biosensor based on the transduction mechanism between cell biomechanical and mechanical force. As an initial step, We research the micro-mechanism of the interactions between cell and extracellular matrix (ECM),then establish a physical model of nanopillars matrix under the external force. Further, the key parameters of nanopillars are optimized by modeling, simulation and calculation analysis. In order to solve the problem of mechanical stability, which is caused by the high aspect ratio of nanopillars, the nanoimprint lithography and backside exposure technique are introduced. To eliminate cell-cell interaction, micro contact printing (μCP) is carried out to transfer the biomolecular to the top of nanopillars, and the single cell arrays can be obtained successfully after cell culture on the nanopillars. The characteristic of high sensitivity for the

英文关键词: High-sensitivity;Matrix arrays;Nanoimprint lithography;Backside exposure technique;Biosensor

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