附件三：
申请编号：
项目编号：
宁波大学大学生科技创新计划项目申请表
项目名称：
项目负责人：
负责人类别：□ 本科生 □ 研究生
所在学院：
填报时间： 年 月
成果类形式：
□自然科学类学术论文
□哲学社会科学类社会调查报告和学术论文
□科技发明制作 A 类
□科技发明制作 B 类
□创业孵化作品
填 报 说 明
1、填表前，请先仔细阅读《宁波大学大学生科研创新
计划实施办法（试行）》；
2、项目申请一旦立项，将作为项目计划任务书考核，
成为项目中期检查、结题等管理活动的依据文件；
3、要如实、准确、认真填写申请表各项内容；
4、项目组指导老师不超过 2 人，项目成员不超过 5 人。
5、登陆网络申请时，需上传申请表和可行性报告两个
文件，可行性报告所填各项内容将成为专家评审重要依据，
请匿名认真如实填写。
6、其他事宜请向宁波大学学生科研管理工作小组办公
室咨询。
A1.基本情况（自然科学类）
项目名称
作
品
分
类
（ ）
A．机械与控制（包括机械、仪器仪表、自动化控制、工程、交通、建筑等）
B．信息技术（包括计算机、电信、通讯、电子等）
C．数理（包括数学、物理、地球与空间科学等）
D．生命科学（包括生物、农学、药学、医学、健康、卫生、食品等）
E．能源化工（包括能源、材料、石油、化学、化工、生态、环保等）
负责人姓名 性别 名族 出生日期 年 月 日
学 院 年 级 专 业
校内住址 联系电话 学号
姓名 性别 所属学院 职称 研究专长
指
导
老
师
姓名 性别 学 院 年 级
专
业
学
号
项目分工 联系电话主
要
成
员
预期成果 A.专著 B. 论文(集) C. 研究报告 D. 工具书 E.科技发明 F.电脑软件 G.其他
预计完成时间 年 月 日（研究期限一般为一年）
B 可行性报告
说明：此表中不得出现学院、导师及项目负责人信息。
项目名称 运动对大鼠血液细胞介电谱的影响
项目类别 自然科学类
申请
项目
的必
要性、
目的
及意
义
本项目通过阻抗分析仪测量大鼠血液的电导率-介电频谱，通过其频率谱、复平面图、
介电损耗因子 ε”频谱、电导率虚部 κ”频谱和损耗角正切 tgδ 频谱等的综合分析，总结血液频
谱特征参数提取方法。在此基础上，通过建立 Cole-Cole 数学模型的非线性数值计算方法和
曲线拟合误差评估分析方法，探索研究运动情况下大鼠血液细胞阻抗谱的影响，从而建立大
鼠血液细胞阻抗谱测量技术。
运动与红细胞特性密切相关，目前运动医学领域研究运动对红细胞的影响，通常从形态
学和血流变学，酶学，免疫学，自由基代谢等方面研究运动状态下红细胞的特性，缺少对红
细胞电生理特性的研究报道，此试验项目采用交流阻抗方法研究正常大鼠血液红细胞的电生
理特性，测介电谱，，建立大鼠血液细胞电生理学参数，为其进一步在运动医学领域的应用
提供参考。
通过本实验可以为运动大鼠甚至人的血液研究提供一种新的思路，新的方法和新的评定
指标，具有重要的实际应用与理论科学价值，在国内尚属崭新课题。
项目
的背
景、
主要
内容、
技术
水平
及应
用范
围
早在十九世纪末人们就开始关注物质的介电特性，自 1957 年 Schwan .首先研究生物
组织电特性以来，研究人员在这一领域的探索就没有中断过。20 世纪八十年代以后，随着
自动化、电子技术等科技的发展，在电阻抗断层成像技术研究的带动下，生物组织介电特性
（电导率和介电常数）的研究进一步受到重视，得到了长足的发展。Katsumoto Y 等[1]给红
细胞加一宽频电场，测定不同频率下细胞的介电参数的变化，结合 Cole 公式的计算验证最
终建立了红细胞的三维结构模型。
对于生物细胞电特性的国外的研究有， Schwan HP & Foster KR[2]对生物组织介电特性
进行了研究， Hanai T & Asami K [3,4]对生物膜与细胞的介电特性和理论解析进行了研究与
探索， Irimajiri A、Watanabe M & Raicu V [5,6]研究了生物细胞的介电谱和理论解析。国内，
余珏、鲁勇军等[7,8]对红细胞的介电谱进行了研究；任超世等[9,10]利用多频率阻抗法研究血细
胞电特性；赵孔双等[11]论述了微小生物细胞的介电研究方法；王学仁等[12]采用电旋转法研
究少根根霉菌的介电特性。
对于生物电及细胞介电谱的研究，近年来我们学校研究成果显著，研究已经表明：两项
式 Cole-Cole 数学模型可以表征大鼠红细胞阻抗频谱的β和δ弛豫行为。β散射由细胞膜的容
性响应构成,δ散射来源于细胞内血红蛋白的频率响应[13]。随着血细胞比容 CT 的增加,低频段
介电常数εL 和介电增量Ⅱε增加;低频段电导率κL 和高频率段电导率κh 减小,电导率增量Ⅱκ
增加;介电常数 Cole-Cole 图的半径、面积、右截距增加,圆心右移;反之,电导率 Cole-Cole 图
的半径、面积、左右截距减少,圆心左移[14]。
关于大鼠细胞生物介电特性研究表明：在 MHz~100 MHz 频率范围内，大鼠血液细
胞的介电常数和电导率具有电场频率的依赖关系，主要表现在具有两个中心特征频率的介电
弛豫：第一介电弛豫约发生在 f C1=2 MHz，第二介电弛豫约产生在 f C2=3 MHz[15]。并且满
足 Cole-Cole 公式, 利用交流阻抗技术可以获得血液细胞的频域电生理特性[16]。大鼠腓肠肌
细胞介电响应具有频率依存性关系:介电常数ε随电场频率的增加而降低,电导率κ随频率的增
加而上升，而且可获得骨骼肌细胞频域电生理指标,其中第一特征频率 fC1 和第二特征频率
fC2 是频域电特性的特色参数[17]。
关于人血液细胞介电特性研究表明：正常人血液细胞介电常数和电导率也具有频率依从
性;正常人血液细胞介电性能具有两个特征频率：第 1 特征频率 f1=,第 2 特征频率
f2=[18]。在射频电场中,人血液细胞的介电常数和电导率具有频率依赖性,表现为具有
两个特征频率的介电弛豫:第一介电弛豫发生在 fC1 为 ,第二介电弛豫产生在 fC2 为
MHz[19]。
此外关于运动或低氧对人体（或动物）血液（细胞）的影响有研究表明：低氧应激, 大
鼠血清 EPO 和肾脏 EPO mRNA 表达升高是机体自我保护机制之一 ,低氧训练能使血清 EPO
升高 ,可能是低氧环境和运动缺氧共同刺激的结果;而低氧训练后 EPO mRNA 表达水平变化
不明显 ,可能是 4000m 海拔高度缺氧的刺激较强烈,对后续的表达造成反馈抑制作用的原因
[20]。间歇性低氧运动对大鼠红细胞膜的 Na+-K+-ATP 酶和 Ca+-Mg+-ATP 酶有一定的保护作
用[21]。适宜负荷运动可促进骨骼肌和红细胞膜的抗氧化能力,使机体的运动能力得以提高。
而过大负荷训练则使它们的抗氧化能力及膜的流动性降低,运动能力下降[22]。另外长期坚持
高强度大运动量训练,如果恢复时间不多,则会出现明显的血红蛋白下降,导致运动性贫血,严
重影响运动员的运动能力和恢复能力[23]。这使得我们有理由相信在运动情况下大鼠及人的
血细胞会出现一定生理性的改变，从而会导致其阻抗谱的影响，而且会出现运动到一定情况
下血液细胞达到某一临界状态或者最佳状态，为实验研究提供一个方向。
研究运动大鼠的血液与正常的在电特性方面的差别，从而探讨运动血液电特性变化的电
生理机制，为运动血液细胞电生理特性的研究提供了新的技术手段、研究方法和评价指标，
具有重要的理论科学与实际应用价值，对电磁场生物效应的电生理机制探讨、电磁辐射的治
疗和计量学研究等都具有重要的应用价值。
我们实验室主要是通过阻抗分析仪测量细胞的阻抗频谱和介电频谱的实验数据，分析实
测频谱的数据特征，确立细胞的阻抗特性和介电特性，统称为细胞被动电学特性或频域电特
性。并且，在实验数据的基础上，通过理论模型（数学模型、电路模型、物理模型）计算曲
线与实验数据的曲线拟合方法，建立生物细胞电特性的理论模型参数，完成生物细胞频域电
特性的研究任务。
参考文献：
[1]Katsumoto Y,Hayashi Y,Oshige I,et al. Dielectric cytometry with three-dimensional
cellular modeling. Biophys J,2008;95(6):3043-3047
[2]Foster KR,Schwan properties of tissues, In and (Eds.),
Handbook of Biological Effects of Electromagnetic Fields, 2nd ed, Boca Raton, FL:CRC
Press,1996; 25-104.
[3]Asami K,Hanai T,Koizumi N et al. Dielectric approach to suspersions of ellipsoidal
particles covered with a shell in particular reference to biological cells. Japanese J Appl
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[4]Asami K, Irimajiri A. Dielectric analysis of mitochondria isolated from rat liver. Ⅱ.Intact
mitochondria as simulated by a double-shell model . Biochimca et Biophysica
Acta,1984;778:570-578
[5]Raicu V,Sato T,Raicu -Debye dielectric relaxation in biological structures arises
from their fractal nature. Phys Rev E 63: 2001;021916
[6]Raicu V,Kitagawa N,Irimajiri quantitative approach to the dielectric properties of the
skin. Phys Med Biol 45: 2000;L1-L4
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[10] 张 辉 ， … ， 任 超 世 . 血 液 电 阻 抗 三 参 数 的 计 算 方 法 . 中 国 医 学 物 理 学 杂
志,2000;17(4):254-256.
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研究
的重
点、
难点、
创新
点及
实施
方案
人血液介电常数和电导率的频谱：
研究重点：
1.完善血液细胞介电频谱测量方法和系统，建立正常与运动组血液细胞的介电频谱数据
库，为血细胞介电频谱测量技术提供了基础数据和研究方法；
2.建立血液频谱特征参数分析方法，明确频谱特征参数，通过统计学的显著性检验，建
立正常与运动组血液频谱特征参数区别。
3.创建血液细胞的数学模型及模型分析方法，建立正常与运动组的血液细胞数学模型参
数，探讨运动组血液细胞电生理机制，为运动后血细胞研究提供新的研究手段和评价指标。
研究难点：
1 在 -100MHz 范围，建立以介电谱参数为特征的 Cole-Cole 数学模型；
2 血液细胞 Cole-Cole 数学模型的非线性数值计算和程序化问题；
3 血液细胞的数学模型建立的曲线拟合方法和曲线拟合误差评估；
4 对于血液细胞频谱特征参数提取方法和正常血液理论性数学模型解析相对较少。
研究创新点：
1 人们曾利用介电谱研究了蛙血液细胞、人血液细胞、奶牛和绵阳细胞介电特性。但
是尚未见有关运动大鼠血液介电谱的研究报告。
2 测量运动状态下大鼠血液细胞的交流阻抗，同时对测量结果进行分析讨论，今后可
进一步进行理论解析，并为深入讨论血液性疾病的濒域细胞电特性奠定基础。
介电谱的测量：
血液细胞(红细胞、白细胞、血小板)作为不产生动作电位的非可兴奋细胞，不具有产生
主动响应的能力，当外加宽频带电磁场作用于血细胞后，细胞产生极化现象，通过 Agilent
4294A 阻抗分析仪能够实测到血细胞的频率响应谱：介电谱(Dielectric Spectra)。血细胞介电
谱以介电常数ε和电导率κ随频率变化的介电频响为基础。
实施方案：
1 血液生理学方法：通过血液细胞分析仪检测血液样本血像指标。
2 生物医学工程学方法：采用交流阻抗测量技术，获取宽频域血液细胞介电谱。
3 形态学方法：利用显微镜技术，观察测量血液细胞形态改变。
4 数学方法：利用 Cole-Cole 公式进行非线性数值计算，经过理论曲线与实测数据的曲
线拟合，建立以介电谱参数为特征的 Cole-Cole 数学模型。
简单的技术路线如下：
预期
成果、
知识
通过实验预期达到：
1.建立实验动物运动训练方法，培养我们动手操作实验的能力，熟悉实验一般流程及思
路，为今后的实验探索打下基础。
运动组
采血
形态学测量
细胞介电
谱
Cole-Cole
图
ε” 频谱
κ” 频谱
tgδ 频谱
介
电
谱
数
据
特
征
交流阻抗测量
细胞比容测量正常组
产权
形成
及经
济、
社会
效益
分析
2.建立和分析血液细胞频域电生理特性测量系统和数据分析处理系统；
3.确定不同运动状态对血液细胞电生理学特性的影响，明确最佳效果的运动状态，为进
一步人体实验提供实验数据和理论基础。
4.在国内外权威刊物发表学术论文 1～2 篇。
5.为进一步进行更深入的研究作铺垫，为今后的相关实验及临床探讨提供重要参考。
实施
该项
目所
具备
的基
础、
优势
和风
险
血液细胞电特性包括时域电特性和频域电特性两个方面：1）时域电特性主要指血液细
胞随时间变化的膜电位和跨膜流动的离子电流。细胞膜电位测量通过细胞内微电极记录细胞
内电位，此方法具有损伤性；跨细胞膜的离子电流测量通过膜片钳技术实现，由于血细胞 99%
为红细胞，其形态较小（直径=6~8 微米）、膜片钳记录电极尖端为 1 微米，通常采用全细胞
模式记录（在电极尖端吸破细胞膜，记录全细胞膜离子电流），也具有损伤细胞的缺点。故
记录血细胞膜电位的微电极技术和记录血细胞膜通道离子电流的膜片钳技术，不太适合于血
液细胞电特性研究。2）频域电特性研究，利用血细胞不产生动作电位(主动响应)的特点，
使用非损伤性的细胞外电极，将变频交流电场施加于血液，使血细胞产生被动极化，血细胞
的电导率和介电常数随加载电信号的频率发生增加和减少，通过阻抗方法测量血液电导率-
介电频谱，获取血液细胞的频域电特性，它包括：细胞膜阻抗、膜电容、介电常数、电导率、
特征频率等。建立血液组织电导率-介电频谱数据库，为医学电磁成像提供基础数据，提高
仿真成像的可靠性，同时也是生物组织电磁特性重要的研究内容。因此建立血液介电频谱测
量技术平台具有重要的理论意义和学术价值。
从目前情况来看，我们不难发现关于运动和低氧对血液细胞介电谱的影响的研究很少，
这方面有很大的研究空间，此外我们有很好研究成果做铺垫，导师在这方面的经验丰富，为
此实验研究打了很扎实的基础。
同时实验我们需要过程中我们需要解决一下问题：
1.对实验仪器和设备的熟悉与操作问题；
2.对实验动物抓取、实验操作、喂养及实验后处理问题；
3.血液细胞介电谱的测量与数据处理问题；
4.血液细胞数学模型(Cole-Cole 公式)的非线性数值计算和程序化问题；
5.血液细胞的数学模型建立的曲线拟合方法和曲线拟合误差评估问题；
6.从血液细胞电生理学参数变化的角度，解决血液细胞的生理特性问题。
序
号
经 费 开 支 科 目 经费预算金额（元）
1 资料购置费
2 调研差旅费
3 计算机使用费
4 印刷补助费
5 其他（请详细说明）
项
目
经
费
预
算
6 合计
