胃癌细胞介电频谱特性研究

发布时间：2019-11-14 19:22

【摘要】：目的：运用交流电阻技术测量正常人胃上皮细胞（GES-1）和人胃癌细胞（MGC-803）的电导率-介电频谱，构建两种细胞介电频谱的数学模型分析方法以及模型参数。建立胃癌细胞的数学模型和参数，探明数学模型参数与胃癌细胞病变的内在关系，为更好地实现胃癌的早期检测，掌握胃癌细胞电特性的病变机制，为进一步体内实验及开发具有独立知识产权的筛查诊断仪器奠定实验基础。方法：选用GES-1和MGC-803作为研究对象，进行体外细胞培养。然后，经过吹打、制备成悬浮细胞液后，培养细胞变成球形形态。再通过离心方法，配制相同浓度的两种类悬浮细胞液。在0.01MHz～100M Hz范围内，使用Agilent4294A阻抗分析仪分别对GES-1与MGC-803悬浮液的进行交流电阻抗测量。通过介电常数-电导率频谱、复数平面图、介电损耗因子频谱、电导率虚部频谱和介电损耗角正切频谱等综合分析，确定两种细胞的介电谱特征参数，通过统计学的显著性检验分析，比较两种细胞之间的差别。通过Cole-Cole方程的数值计算和曲线拟合的残差分析，观察两种细胞介电谱Cole-Cole参数的改变。结果（1） GES-01与MGC-803细胞的介电谱特性具有频率依从性：在f=10kHz—100MHz范围内，随外加电场频率的增加，GES-1和MGC-803细胞的介电常数增量（Δε=ε-εh）减小，电导率增量（Δκ=κ-κL）增加。（2） GES-01与MGC-803细胞介电频谱特性具有细胞比容依赖性：在细胞比容（Hematocrit，Hct）=10%—50%范围内，随细胞比容Hct的增加，最大介电常数增量（Δεmax=εL-εh）、最大电导率增量（Δκmax=κh-κL）、介电损耗因子峰值P1=ε”p(f_1)、P2=κ”p(f_2)、P3=κ”p(f_3)、介电损耗角正切峰值tgδp皆增加。（3） GES-01与MGC-803细胞表现出三个介电弛豫和三个特征频率（f_1、f_2、f_3）：GES-1细胞的三个特征频率分别是f_1=0.276±0.075MHz，f_2=1.453±0.272MHz，f_3=11.689±2.943MHz；MGC-803细胞的三个特征频率（f_1、f_2、f_3）分别是f_1=0.452±0.059MHz、f_2=1.3±0.103MHz、f_3=10.849±1.388MHz。（4） GES-01与MGC-803细胞的介电频谱行为可以通过三项式Cole-Cole数学模型进行表征，其曲线拟合误差小于5%。（5）当Hct同为30%时，MGC-803与GES-01相比，介电常数ε谱线没有显著性差异，但是电导率κ谱线明显上移，使得κL和κh分别增加3.19%和10.32%，说明MGC-803细胞导电性能增加。介电损耗因子峰值P1降低14.89%，P2增加16.67%，第一特征频率fC1增加28%，第二特征频率fC2增加41.38%，第3特性频率f_3无统计学意义。结论（1）胃癌细胞和正常人胃上皮细胞介电行为具有三个特征：频率依赖性，即介电常数增量和电导率增量随外加电场频率发生变化；细胞比容依存性，即当细胞比容Hct增加时，Δε和Δκ随之增加；介电弛豫具有3个特征频率（f_1、f_2、f_3），f_1来源于细胞膜，f_2来源于细胞核膜，f_3来源于细胞核仁；（2）胃癌细胞与正常人胃上皮细胞相比导电性能增加表现为κL和κh增加；特征频率的变化表现为第一特征频率fC1和第二特征频率fC2的增大；（3）胃癌细胞介电频谱行为的Cole-Cole数学模型及其参数的建立，为胃癌相关性疾病的电学特性研究，提供了新的研究手段和评价指标。
【图文】：

测量池

测量池取出的 MGC-803 细胞样本，取微以 12 000 rpm，离心 5 min，并记入细胞±1）℃下，4294A 型阻抗分析仪开机预上细胞测量的夹具，使用 0.1mol/l KCL 率范围内取 80 个频率点，设定交流激励样本的电容 C 和电导 G，每个频率点自动见图 2-1，测量电极主要由透明的有机玻，，在测量电极上方有一微型进样孔。电极5mm，容积约 0.4 ml。

曲线,介电谱,上皮细胞,介电常数

Hct=40.34 ％、 Hct=29.67 ％、 Hct=24.24 ％、 Hct=20.64 ％、 Hct=16.73 ％的GES-1 细胞悬浮液。在图3.1表示介电常数增量（Δε=ε-εh）与电场频率f的关系曲线。在f =0.01 MHz～100 MHz范围，介电常数增量（Δε=ε-εh）随频率增加，由高向低变化，最终趋于零。在f = 0.01MHz～5MHz范围，随细胞比容Hct的增加，介电常数增量（Δε=ε-εh）随之增加，表明此频段介电常数增量Δε可以反映细胞比容的变化[16]；在f =5MHz～100MHz范围，介电常数增量Δε基本不随细胞比容Hct的增加发生变化。
【学位授予单位】：宁波大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2013
【分类号】：R735.2

【参考文献】