國家級大學(xué)生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)訓(xùn)練計劃項目申報書

1、附件 3“本科教學(xué)工程”國家級大學(xué)生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)訓(xùn)練計劃項目申報書項目名稱：基于原子力學(xué)顯微鏡及有限元模型的肝癌細胞力學(xué)性質(zhì)研究項目完成人：_項目指導(dǎo)教師：_項目總負責人： _所在學(xué)院（公章）：_起止時間： 年 月 至 年 月蘭州大學(xué)教務(wù)處制填報說明一、 填寫申報書之前，項目團隊所有成員和指導(dǎo)老師應(yīng)仔細閱讀蘭州大學(xué) “本科教學(xué)工程”國家級大學(xué)生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)訓(xùn)練計劃管理辦法（試行），嚴格按照有關(guān)規(guī)定執(zhí)行。鼓勵學(xué)生跨專業(yè)申報項目，促進不同學(xué)科之間的交叉融合。二、項目類別及簡述創(chuàng)新訓(xùn)練項目是本科生個人或團隊， 在導(dǎo)師指導(dǎo)下，自主完成創(chuàng)新性研究項 目設(shè)計、研究條件準備和項目實施、研究報告撰寫、成果（學(xué)術(shù)）交流

2、等工作。創(chuàng)業(yè)訓(xùn)練項目是本科生團隊，在導(dǎo)師指導(dǎo)下，團隊中每個學(xué)生在項目實施過 程中扮演一個或多個具體的角色，如編制商業(yè)計劃書、開展可行性研究、模擬企 業(yè)運行、參加企業(yè)實踐、撰寫創(chuàng)業(yè)報告等。創(chuàng)業(yè)實踐項目是學(xué)生團隊，在學(xué)校導(dǎo)師和企業(yè)導(dǎo)師共同指導(dǎo)下， 采用前期創(chuàng) 新訓(xùn)練項目（或創(chuàng)新性實驗）的成果，提出一項具有市場前景的創(chuàng)新性產(chǎn)品或者 服務(wù)，以此為基礎(chǔ)開展創(chuàng)業(yè)實踐活動。三、項目完成人根據(jù)實際情況填寫 2 23 3 人（創(chuàng)業(yè)實踐項目一般 3 35 5 人）； 如項目完成人來自不同學(xué)院，“項目總負責人” 一欄必須為第一完成人所在學(xué)院主 管教學(xué)院長或負責人，“所在學(xué)院”一欄填寫項目第一完成人所在的學(xué)院。四、申

3、報書請如實填寫，表達明確嚴謹。所需簽字之處，必須由相應(yīng)人員親 筆簽名。如有弄虛作假現(xiàn)象，一經(jīng)核實，將按照撤項處理。五、項目實施時間的起止年月一般按學(xué)年填寫，每個項目原則上在1 1 或 2 2年內(nèi)完成，以一年為一階段。申報書的各項內(nèi)容，要實事求是，表達要明確、嚴 謹。第一次出現(xiàn)的縮寫詞，需注出全稱。六、項目及子項目經(jīng)費預(yù)算中的科目名稱可根據(jù)預(yù)算情況填寫實驗耗材、藥品、試劑、圖書資料、實地調(diào)研，參加校內(nèi)外會議，生產(chǎn)采購、倉儲運輸、廣告 營銷，場地租賃等。七、 在線申報的同時，需同時提交紙質(zhì)版，以便立項后歸檔。要求用A4A4 紙 填寫或打?。ê炞种幉坏么蛴。?，于左側(cè)裝訂成冊?？删W(wǎng)上下載、自行復(fù)印或

4、 加頁，但格式、內(nèi)容、大小均須與原件一致。電子版填表字體用小四號宋體，單 倍行距，一式一份（備存）。申報書內(nèi)容格式編排應(yīng)規(guī)范、嚴謹。八、所列各項內(nèi)容不能簡單標注“見附件”，否則視為不合格。備注：創(chuàng)業(yè)訓(xùn)練項目及創(chuàng)業(yè)實踐項目在申請時需一并提交創(chuàng)業(yè)計劃書。型類目項科學(xué)級請費經(jīng)請申一一元萬月月年年至申請團隊排名順序為負責人先后順序名姓號學(xué)ai m E-校內(nèi)指導(dǎo)教師多個老師可復(fù)制名姓aa mE-位單校外指導(dǎo)教師沒有可不填名姓aa mE-位單一、項目簡介（嚴格控制在 200200 字以內(nèi)。請用簡明扼要的語言概括項目的關(guān)鍵內(nèi)容。）研究內(nèi)容：1.1.理論研究：基于層合材料的接觸力學(xué)，本項目將細胞膜結(jié)構(gòu)和骨架結(jié)

5、構(gòu)考慮 成雙層彈性結(jié)構(gòu)，一方面構(gòu)建多種有限元粘彈性模型用以探討雙層結(jié)構(gòu)中選定材料 參數(shù)（單層厚度、楊氏模量、粘滯系數(shù)）對細胞等效楊氏模量的影響，另一方面用 粘彈性應(yīng)力應(yīng)變關(guān)系式的相應(yīng)積分代替彈性模量修正的HertzHertz 接觸模型描述探針壓力與細胞形變的關(guān)系，為初步實現(xiàn)兩類模型的準確性考證和有效仿真模型甄選，將參考以力曲線為主的 HertzHertz 模型擬合結(jié)果與有限元仿真結(jié)果的相似度，在此基礎(chǔ)上 利用有限元模型對后期實驗進行預(yù)測。2 2 實驗研究：基于 AFMAFM 對肝癌細胞和正常肝細胞進行成像和力學(xué)特性測定。 對正常肝細胞和肝癌細胞分別進行力學(xué)性質(zhì)的測量。肝癌細胞不同部位力學(xué)性質(zhì)的

6、 測量。測定計算力曲線，再利用 HertzHertz 模型計算力曲線各點對應(yīng)的楊氏模量，最終 通過高斯擬合分別求解表征兩類細胞彈性的楊氏模量，并積分運算得到表征細胞黏 性的能量耗散值。針對正常肝細胞 CHCHO O和低侵襲性的肝癌細胞 HEPHEP G2G2 在力學(xué)性 質(zhì)上的差異， 進行 AFMAFM 實驗研究，測定懸臂梁偏轉(zhuǎn)量以及壓電陶瓷位置，坐標變 換得到力曲線，進而利用 HertzHertz 模型計算力曲線上每個數(shù)據(jù)點對應(yīng)的楊氏模量，繪制柱狀圖對其進行高斯擬合，求解兩類細胞在表征細胞彈性的楊氏模量，并通過積分運算得到表征細胞黏性的能量耗散值。3.3.結(jié)合延伸：獲得細胞分層結(jié)構(gòu)的彈性系數(shù)、

7、厚度等指標（途徑包括實驗分離 測定和查閱研究報告），帶入前期初步篩選的有限元層合模型，求解力曲線，與實 驗所得的多組壓痕曲線進行擬合，觀察擬合度，篩選出最優(yōu)解，繼而基于最優(yōu)模型 探明仿真模型等效楊氏模量與多個參量的定量關(guān)系，將該關(guān)系式計算所得的等效楊氏模量與建立在 HertzHertz 模型上的實驗分析所得楊氏模量均值進行對比，以期進一步 檢驗兩類模型在研究該問題上的適用性。 推出研究肺癌細胞力學(xué)特性的優(yōu)化有限元 模型。二、項目創(chuàng)新點（嚴格控制在 200200 字以內(nèi)。請用關(guān)鍵語句或字段列出主要創(chuàng)新之處。阿拉伯數(shù) 字后面請用“一一即英文輸入模式下的點，不能使用逗號或頓號。）備注：項目簡介和創(chuàng)新

8、點，要注意語言精練，表述準確。根據(jù)教育部高教司要求，在填寫匯總 表（附件 2 2）時，兩者合起來原則上不能超過100100 字。請各項目團隊在填報匯總表格報送學(xué)院時，注意進一步精簡、提煉。其他請參照附件2 2 有關(guān)要求。三、申請理由（可另附頁。10001000 字左右，包括項目實施目的、背景、內(nèi)容、自身 / / 團隊具備的知識、條件、特長、興趣、前期準備，以及參加哪些科技事件創(chuàng)新活動 和取得的成績等。創(chuàng)業(yè)訓(xùn)練和創(chuàng)業(yè)實踐項目還需對項目進行可行性分析述，背景分析、成本分析、社會效益或經(jīng)濟效益分析等。）項目運用原子力顯微鏡中的力曲線原理，四、項目方案（可另附頁。10001000 字左右，包括目標任務(wù)

9、，技術(shù)路線或運作模式，行動方案，以及人員分工和資源整合等。）理論方面：I.HertzI.Hertz 接觸模型導(dǎo)出細胞楊氏模量計算公式對細胞楊氏模量的計算采用HertzHertz 模型的方法,球形針尖的HertzHertz 模型計算公式為(1)式中，F(xiàn) F 為樣本受力，E E 為被測樣本的彈性模量，為被測樣品的泊松化，S為 壓入量，R R 為針尖曲率半徑. .在測定細胞楊氏模量時，-通常賦值為 0.50.5。移項可知 E E 可以看作力 F F 與壓入量S的函數(shù)：134R J2公式可用于有限元模型等效楊氏模量計算在 AFMAFM 測量中，F(xiàn) F 即為探針懸臂梁所受力，S為壓痕深度，直接測得的是壓

10、 電陶瓷的位置 d d 與懸臂梁偏轉(zhuǎn)量 x x 的力曲線，每條力曲線都包括兩條曲線，即逼近 曲線和回退曲線由于回退曲線受到黏附力的影響，通常采用逼近曲線來計算細胞 的楊氏模量。坐標轉(zhuǎn)換即可得到F-F-S壓痕曲線，原理如下：S= = d-xd-xF=kxF=kx （k k 為懸臂梁的彈性系數(shù)）。楊氏模量的具體計算流程如下：1 1r壓狠曲蜒一統(tǒng)計*r甌模暈_高軒甕合高1汾布1爸乍期望一春示+赫氐湊S2 2構(gòu)建細胞有限元層合模型項目預(yù)期建立多種有限元細胞仿真模型，現(xiàn)簡介一種用plapla ne42ne42 單元簡化的線彈性二維層合模型：4E13R2、.2(2)其物理模型如下圖，考慮細胞受壓為軸對稱問

11、題，將其沿軸剖開，近似為二維實體模型；考慮到細胞尺寸遠大于球形探頭，將細胞處理為半空間無限大平面，對 接觸區(qū)的網(wǎng)格劃分進行加密處理，以期得到更加精確的結(jié)果。型擬合相同 E E 值的力曲線，對比兩者的吻合程度，為有限元模型的擇優(yōu)提供參考。 后期將考察其與實驗結(jié)果的擬合度， 篩選用于本研究的最優(yōu)模型，進行該步驟需先 獲取細胞雙層模型各層近似材料參數(shù)，參數(shù)通過參考已有報告或?qū)嶒灧蛛x測定得 到。基于最優(yōu)模型探明仿真模型等效楊氏模量與多個參量的定量關(guān)系，將該關(guān)系式計算所得的等效楊氏模量與建立在 HertzHertz 模型上的實驗分析所得楊氏模量均值進行 對比，以期進一步檢驗兩類模型在研究該問題上的適用性

12、，推出研究肺癌細胞力學(xué)特性的優(yōu)化有限元模型，為從微觀尺度上研究肺癌細胞奠定理論基礎(chǔ)。3 3等效楊氏模量的統(tǒng)計分析為了更能客觀現(xiàn)實地描述細胞的硬度，需要計算力曲線上多個數(shù)據(jù)點的楊氏 模量值進行統(tǒng)計分析，在得到其分布的柱狀圖后利用公式（3 3）所示的高斯函數(shù)對柱 狀圖進行擬合，并用高斯擬合得到的數(shù)學(xué)期望卩代表該條壓痕曲線計算得到的BLBL細胞的楊氏模量. .4.4.能量耗散（W W）探針在測量細胞力曲線的過程中損失的能量， 表征的是細胞的黏性?？梢员硎?為：式中：T T 為測量力曲線所用的總時間。能量耗散百分比的形式（6）表示為二E，定 E E 值繪制力曲線，用 HertzHertz 模五、項目進度安排（300-500300-500 字，包括進度計劃安排，實施階段和步驟等）六、項目完成預(yù)期成果與形式（可另附頁。500-1000500-1000 字，請簡述：專著或編著、調(diào) 研或?qū)嶒瀳蟾妗⒄撐钠獢?shù)及論文級別，或?qū)＠⒃O(shè)計、產(chǎn)品、服務(wù)、公司性質(zhì)及規(guī) 模、社會融資或風險投資、營業(yè)額和利潤額等。）七、項目成員及學(xué)校導(dǎo)師承諾在獲得立項后，本人將與項目組成員團結(jié)一致，努力做好該項目的研究及實施 工作，實現(xiàn)制定的目標。如果因主觀原因?qū)е马椖繄?zhí)行不力，未達到預(yù)期目標，本 人與項目組成員愿意承擔相應(yīng)損失，并接