细胞亚结构SPAM成像技术及其力学和压电特性的定量检测研究

扫描探针声显微术（SPAM）和压电响应力显微术（PFM）是可实现原位、实时、纳米尺度上材料表面和亚表面的结构、力学性质和压电性质无损成像和定量测量的新技术。本申请拟在理论上通过对探针-薄层生物软材料-硬基底体系的研究来建立生物软材料的SPAM和PFM成像理论，定量分析弹性对SPAM声像的影响以及压电性对PFM像的影响；在实验上将对不同组织的正常细胞、凋亡细胞或肿瘤细胞在纳米尺度上开展弹性和压电特性的定量研究，进而定量探讨在药物化学场、声场等外场作用时弹性和压电特性的动态变化规律，为纳米生物学和纳米医学研究的发展具有重要意义。

基于原子力声显微镜（Atomic Force Acoustic Microscopy， AFAM），在理论上建立了探针-薄层生物软材料-硬基底体系的相互作用模型，设计优化了覆盖不同频率的声振动台，开展亚细胞结构的AFAM 弹性成像和PFM 压电性成像的机理研究，成功实现了细胞核内的蛋白骨架的声成像和平滑肌细胞/嗅觉细胞/肝癌细胞的双层磷脂分子细胞膜的压电响应像，分辨率达到3 nm，阐释了亚细胞结构具有压电性的原因是生物极性大分子；在对系统扫描速度和测量时间对细胞力学特性的变化研究的基础上，并与多家医院合作，以多种病例为导向，开展多种正常和肿瘤细胞弹性、注射入CoCl2模拟心肌缺血状态的心肌细胞黏附性、注射肉毒杆菌的神经元细胞弹性、经过氧化氢处理得血管内皮细胞的弹性、基因过表达和沉默的胆管癌细胞的弹性和粘性的检测实验研究，结果表明正常细胞的弹性比肿瘤细胞越高，大约在104-105Pa量级，化学场对细胞的弹性和粘性影响很大，可用细胞的弹性和粘性来反映细胞的活性。初步开展了扫描探针光声显微镜的研究工作，分辨率优于100 nm。已发表论文39 篇(SCI 收录9 篇)，正在准备的论文3篇，申请发明专利2项。培养硕士研究生2人，另有1名硕士研究生直博在读。主办了两届届上海-西安声学学术会议。邀请近10 国外专家来访。应邀作了1 次国际学术会议邀请报告，国际会议报告5篇，国内大会邀请报告2篇，国内学术会议报告2 篇。