细胞传感器及其在药物筛选中的应用

本文综述了目前国际上正在兴起的一种新型的细胞微生理计的基本原理、结构及特点 配有微生理计的硅基器件, 可用于监测细胞对生物和化学物质变化, 尤其是细胞膜受体的配 位基的反应可以测定少一”个细胞的质子排出速率, 进一步, 通过采用器件的微加 工技术及图象处理技术, 可以实现单个细胞的形态及功能的检测此微生理计主要有两种功 能其一, 在检测特殊分子时可收集生物细胞作为检测器和放大器其二, 此微生理计可用于 探测细胞功能和生化反应, 对新的配位基团进行筛选利用该传感器可开发出用于生物细胞 和组织生长及变化检测的新一代细胞微生理计系统, 而药物筛选是该细胞微生理计的一个 十分有前景的应用领域     

基于微加工技术的集成细胞芯片的实验研究

细胞电生理检测芯片已成为后基因时代生物科学研究的重要工具,但是目前的细胞胞外电生理测试工具发展迅速,但存在功能单一化、指标不够稳定的缺点,如信噪比较低,难于重复与对照,且不能实现多参数同时检测,已成为细胞电生理快速分析发展的瓶颈。集成型细胞芯片通过传感器件的网络化和集成化,将细胞的电学信息、化学信息、动力学信息等生理活动信息转换为可检测的信号,并细化为微观信息量进行实时分析,实现快速微量的细胞功能信息和待测物质性质的检测,在细胞生物学、环境监测和药物开发等领域有广泛应用前景。本文设计了一种新型的集成了细胞微电极阵列、电阻抗传感器及光寻址电位传感器三个传感单元的阵列化芯片,首先分析了各单元用于细胞电生理测量的界面模型;在此基础上重点分析了各细胞传感器单元的特性曲线测试、表面处理测试,并初步进行细胞电生理参数的分析。结果显示,MEA加入测试液测试后,噪声水平在80μV左右,且器件适于细胞培养及动作电位测试;IDA器件上培养的肾细胞在药物作用下会引起细胞阻抗变化率12%～16%的变化;LAPS器件的酸化率灵敏度在50.65mV/pH,在肾细胞酸化率测试中,高浓度5-氟尿嘧啶会引起的细胞正常代谢率下降(相对酸化率下降50%)。说明药物浓度越大,作用时间越长,对细胞的活性影响越大,这与IDA器件的测试结果一致。最后得到了在器件特性、系统优化及细胞测试的一些初步结果,对芯片进行了芯片各单元的互补性分析,为细胞传感器的多功能化发展开拓了一个新的应用领域。     

基于微生物代谢成分的电化学多参数检测平台微泵设计

本文提出一种基于抗生素作用下的微生物膜阻抗及代谢液微量残留物分析的电化学并行检测平台,从量化角度实时反映抗生素对微生物的膜贴附变化及代谢成分的影响。根据现有抗生素电化学检测单元的检测精度,待测生理溶液的进样体积需控制在20μL/min~100μL/min,因此本文针对平台中的关键部分———微泵单元采用有限元设计方法进行了静力场、动力场和流体场的综合分析,确保微泵工作流量的精确性和可控性。分析结果得到设计的微泵在施加20 Hz,±40 V驱动电压时的流量为52.864μL/min,并得出流量与电压及频率的关系式来控制流量的变化;在该基础上对微泵被动阀做了力学特性分析与优化设计,分析得出阀臂固支端优化尺寸为0.4 mm×0.5 mm;最后以商用PSS20型微泵为仿真对象做了相关验证性实验,得到仿真流量的误差率为6.7%,验证了本方法的可行性和准确性,为后期微泵的制作、改进以及多参数检测平台的搭建提供了良好的设计参考。     

细胞阻抗传感器优化设计及其在毒素监测中的应用

介绍我们设计的微结构细胞阻抗传感器,采用微电子加工技术在硅基底上制作了以叉指结构金电极为工作电极的传感芯片,将脐静脉内皮细胞系ECV304培养和固定在器件上,进行连续的细胞阻抗监测。研究细胞阻抗随频率和时间改变的定量关系。结合细胞贴附前后的叉指电极等效电路模型,进一步分析细胞贴附对阻抗变化的影响,给出细胞阻抗传感器的优化设计方法。最后,采用该细胞传感器对有毒素进行实验分析,分析毒素对哺乳动物血管的毒性作用,初步的实验结果表明,该设计的细胞阻抗传感器具有实时无标记快速检测的优点,可应用于毒素监测等生物医学领域。     

基于细胞电阻抗传感器的细胞多生理参数分析系统设计

针对传统的细胞传感器系统存在参数单一的问题,设计了基于细胞电阻抗传感器的细胞多生理参数分析系统。通过阻抗传感器的模型及其生长和搏动原理、阻抗传感器的设计加工,细胞多生理参数分析系统设计等方面对系统进行介绍。该系统具有操作简便,高一致性和高通量等特点。采用系统测试实验和细胞实验对系统的基本性能继续测试。实验结果表明,细胞多生理参数分析系统能同时检测细胞生长和心肌细胞的搏动,具备快速,长期,无损和高通量测量的特点,为细胞生理研究提供了实用的平台。     

用于实时异常检测的树突状细胞算法

为了提高异常检测系统的实时性能,在尽可能短的时间内对出现的异常做出反应,对传统的树突状细胞算法的离线分析过程进行了改进,提出了一种实时分析算法.当抗原被足够多的树突状细胞提呈后立即输出评估结果,从而到达实时或接近实时分析的目的,足够的评判次数减少了误判的影响,与时间序列相关的抗原信号池消除了无关数据的相互干扰,和生物免疫相关的一些随机因素的考虑更加近似地模拟了生物系统的表现.实验结果表明,该算法在实时分析的基础上还具有可观的检测精度.     

DDoS攻击实时检测防御系统的硬件实现

分布式拒绝服务攻击是因特网安全的头号威胁.针对DDoS攻击,本文介绍了一种基于MPC860和FPGA的实时检测防御系统的体系结构与实现原理,探讨了基于非参数累积和(CUSUM)算法检测新IP地址到达速率变化的DDoS攻击检测方法.实验结果表明该系统不仅实时检测准确性高、在线检测速度快、防御效果好,而且不损失网络信息吞吐量,保证了合法用户的正常访问.     

DDoS攻击实时检测防御系统的硬件实现

分布式拒绝服务攻击是因特网安全的头号威胁。针对DDoS攻击,本文介绍了一种基于MPC860和FPGA的实时检测防御系统的体系结构与实现原理,探讨了基于非参数累积和(CUSUM)算法检测新IP地址到达速率变化的DDoS攻击检测方法。实验结果表明该系统不仅实时检测准确性高、在线检测速度快、防御效果好,而且不损失网络信息吞吐量,保证了合法用户的正常访问。     

实时定位监护系统——保障老人的健康安全生活

本实时定位监护系统通过探索无线传感器网络组网技术、人员定位及跌倒检测技术、生理参数检测技术实现老人的定位监测、跌倒报警检测、生理参数检测和监护人员的管理与调度等功能,设计出方便老年用户随身携带的终端产品设备,为老人的安全出行和身体健康检测提供了有效保障.该系统以北京四季青敬老院为平台进行应用示范,在30多位老人身上成功适用.     

电力无线单兵检测设备参数实时监测技术研究

针对传统电力无线单兵检测设备的实时估计能力低等问题,提出一种基于统计特征分析的电力无线单兵检测设备参数实时监测技术,通过对该设备参数进行实时监测,提高其性能监测和实时估计能力。采用无线传感器技术采集电力无线单兵检测设备参数实时数据,结合大数据统计特征分析方法对获得参数数据进行信息融合处理,并完成电力无线单兵检测设备参数实时统计,提取设备参数的谱特征量,通过时频分析和小波尺度分解方法,实现对电力无线单兵检测设备参数实时监测。实验结果表明,采用该方法监测电力无线单兵检测设备参数的实时估计能力高,稳定收敛性好,监测误差低。     

Drug evaluations using a novel microphysiometer based on cell-based biosensors

This paper presents a novel microphysiometer based on cell-based biosensors for simultaneous measurements of several extracellular ion concentrations in living cells when treated with drugs. It can measure the extracellular acidification rate (ECAR) under the effects of the drug. Thus the relation between the cells’ metabolism and the activity of receptors can be explored, and the function of the drug can be analyzed. We used our system to measure the effects of some drugs on the nephridium and cardiac muscle cells of the suckling rat. As the microphysiometer works under regular cell culture conditions, cells can be repeatedly simulated with drugs to complete dose–response curve within a few hours. With the detection of a general parameter (extruded protons and ions), the system can be used to monitor the real-time process of the cells’ metabolism, observe the functional responses of different kinds of membrane-bound receptors and evaluate the drugs.     

软件可信性演化的移动元胞自动机模拟

演化是软件可信性的核心问题。为了研究在动态、开放、多变环境下,干扰对软件可信性的影响,在分析软件系统可信性传递过程的基础上,结合元胞自动机机理和耗散理论,构建基于用户视角的软件系统可信性演化的移动元胞自动机仿真模型,仿真研究了软件系统在受到干扰的情境下,软件可信性的变化过程。研究表明,软件系统在受到干扰的环境下,当运行状态发生变化时,其可信性评价值降低,在经历了多次干扰后,系统可信性评价值最终稳定,这为动态评价、预测软件系统可信性提供了一个新的模型与方法。     

一种基于危险理论的双信号免疫入侵检测模型

为了克服传统的"自我—非我"模型的不足,设计了一种新的基于危险理论的双信号协同入侵检测模型。依据入侵检测系统与生物免疫机制的对应关系,详细分析了模型的组成模块及处理流程。引入细胞自动机思想,提供了一种危险感知的新思路。结合产生式规则推理技术,给出了一种有效的危险域的建立方法。系统只对"危险"进行响应,提高了系统的检测效率,同时,"危险"的识别建立在抗原识别信号和协同刺激信号双重作用的基础上,有效地降低了系统的误报率。     

对细胞神经网络字符图像平滑技术的研究

深入研究了一种二维细胞自动机(CA),找到了两个算法规则可以用来实现二值字符平滑和图像去噪处理,并且用这些规则设计了三种新的细胞神经网络(CNN)．仿真结果证明这些CNN是简单而有效的,同时也证明了文中算法的合理性,为CNN的设计找到了一种新颖、有效的方法．     

红外光谱细胞水分检测系统滤波器设计研究

针对传统数字滤波在红外光谱细胞水分检测中采样点平均后各峰值削减的严重问题,提出了一种基于LabVIEW的滤波方案,设计了相应的相关算法,并对滤波信号进行时域和频域分析;在此基础上,构建并开发了基于LabVIEW的数据分析处理系统;实验结果表明,该数据分析处理系统测量精度高,数据实时处理能力强,具有良好的推广和应用前景。     

Solving a multi-floor layout design model of a dynamic cellular manufacturing system by an efficient genetic algorithm

This paper presents a mixed-integer programming model for a multi-floor layout design of cellular manufacturing systems (CMSs) in a dynamic environment. A novel aspect of this model is to concurrently determine the cell formation (CF) and group layout (GL) as the interrelated decisions involved in the design of a CMS in order to achieve an optimal (or near-optimal) design solution for a multi-floor factory in a multi-period planning horizon. Other design aspects are to design a multi-floor layout to form cells in different floors, a multi-rows layout of equal area facilities in each cell, flexible reconfigurations of cells during successive periods, distance-based material handling cost, and machine depot keeping idle machines. This model incorporates with an extensive coverage of important manufacturing features used in the design of CMSs. The objective is to minimize the total costs of intra-cell, inter-cell, and inter-floor material handling, purchasing machines, machine processing, machine overhead, and machine relocation. Two numerical examples are solved by the CPLEX software to verify the performance of the presented model and illustrate the model features. Since this model belongs to NP-hard class, an efficient genetic algorithm (GA) with a matrix-based chromosome structure is proposed to derive near-optimal solutions. To verify its computational efficiency in comparison to the CPLEX software, several test problems with different sizes and settings are implemented. The efficiency of the proposed GA in terms of the objective function value and computational time is proved by the obtained results.     

面向高级别代码克隆检测方法的设计与实现

代码克隆检测是软件工程中的基础研究，在软件分析和维护方面有着广泛应用。目前对于有文本差异的高级别（即学术界定义的级别3和级别4）克隆检测，现有方法存在检出率（回收率）不高的问题。基于程序依赖图PDG的检测方法是高级别克隆检测的一类重要方法，但这类方法依赖子图同构的精确图匹配算法，算法时间复杂度高且回收率较低。为此，提出了一种新的高级别代码克隆检测方法，使用基于 Weisfeiler-Lehman图核的非精确图匹配算法进行代码克隆检测。实验结果表明，与已有的代码克隆检测方法相比， 该方法可以检出更多的高级别克隆且计算时间较短。     

一种基于自适应门限控制的CAC方案

对掉话率的控制是蜂窝网中一个非常重要的QoS(Quality-of-Service)问题,而小区半径的不断变小以及网络中需要支持业务种类的增多使这一问题变得更为复杂。因此,在会话申请接入系统时就必须使用良好的接入控制(AdmissionControl)方法。该文提出了一种基于自适应门限调整的CAC方案(AT-CAC),该方案可以根据实际的掉话率来调整接入门限并对不同的会话采取相应的处理方法,如接纳、拒绝、排队。仿真结果显示,AT-CAC具有良好的性能和自适应调整能力。     

基于耦合可控细胞自动机伪随机序列发生方法研究

论文提出了一种新的细胞自动机—耦合可控细胞自动机。根据耦合和可控细胞自动的性质,提出了一种基于耦合可控细胞自动机的伪随机序列发生方法。随机性测试表明,该随机序列发生器优于一维细胞自动机伪随机序列发生器,与二维细胞自动机伪随机序列发生器相当,同时它保留了一维细胞自动机结构的简单性。这种新的细胞自动机在对称密码学中有广泛的应用。     

基于元胞遗传算法的智能组卷的研究

智能组卷是一个包含多重约束条件的目标优化问题,遗传算法的群体搜索策略可以为多目标优化提供较好的解决方案。但传统的遗传算法在组卷过程中存在收敛速度慢、收敛性较差等缺点,组出的试卷质量不高。提出一种新的元胞遗传组卷算法,将群体中的所有元胞按照一定的演化规则演化之后,再进行遗传操作,并把该算法应用到智能组卷中。实验结果表明,新的元胞遗传组卷算法与传统的遗传组卷算法相比,可以有效地提高收敛速度,并能进一步改善收敛性,组出的试卷更加符合人们的要求。