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用于类器官分析的三维成像系统开发

申报人:余辉 申报日期:2021-03-07

基本情况

第二十三期“上海交通大学大学生创新实践计划”项目
用于类器官分析的三维成像系统开发
创新训练项目
工学
生物医学工程类
创新类
生物医学工程学院
余辉
指导教师
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1. 国家自然科学基金委员会,国家重大科研仪器研制项目,22027807,各向同性超分辨干涉型等离子体显微成像系统的研制,2021-01至2025-12, 子课题负责人,负责经费385万元。

2. 国家自然科学基金委员会,青年项目,61805136,基于等离子体显微成像的外泌体单颗粒动态分析技术的研究,2019-01至2021-12,主持。

3. 上海市科学技术委员会,浦江人才计划项目,18PJ1406400,外泌体单颗粒动态成像分析系统的研究,2018-07至2020-06,主持。

4. 国家自然科学基金委员会,科学仪器基础研究专款项目,21327008,基于表面等离子共振的电化学显微镜研制,2014-01至2017-12,参加。

1. 已与上海市医药工业研究院及创芯国际生物科技有限公司建立合作关系,在类器官的模型提供、相关研究基础方面提供切实的帮助。

2. 软硬件平台的支持,包括图像算法开发所需的服务器、光学元件等。

3. 实验及理论知识的指导。

4. 开展课题所必须的部分经费支持。

随着干细胞生物学领域的进步,一种新型的3D类细胞体外培养技术问世,因其有着类似原器官的空间形态结构,故而称其为类器官。将肿瘤组织用该技术体外培养所形成的肿瘤类器官,极大程度保留了肿瘤细胞在体内的生物特性,且兼具低成本和便于操作的优点,弥补了以往传统肿瘤实验模型的缺陷。因此,在类器官模型上的药物开发、细胞生物学研究,已经是目前科学研究的前沿领域。

类器官不同于传统的细胞,是一种具有三维空间结构的细胞团簇。类器官的分析既需要对大量细胞的统计分析,又需要单细胞尺度上的异质性信息分析,同时还需要能获取三维空间的信息。传统的光学显微镜的观察视野和成像分辨率之间存在带宽限制,即在使用高倍物镜时能得到较高的空间分辨率,对单细胞进行分析,但其观测面积小,无法对整个细胞团进行高通量的统计分析;而在使用低倍物镜时,虽然能观察到整个细胞团,但空间分辨率不足,无法对单细胞进行个体的分析。另外,如共聚焦荧光显微镜等的三维生物样品成像系统存在着价格昂贵、成像速度慢、定量分析能力差等关键问题。因此,开发用于类器官分析的新型三维成像系统,对类器官研究领域的发展,有着重要的推动作用。

本课题组前期与上海市医药工业研究院及创芯国际生物科技有限公司就类器官的研究技术研发建立合作关系,具有丰富的研究经验。本项目拟发展一种具有大视野、高分辨、实时、定量分析优势的三维定量成像分析技术。其基本原理是采用无透镜成像技术,将样品与互补金属半导体氧化物(CMOS)芯片紧密接触,形成无需光学透镜、直接对样品进行成像的装置,结合计算成像的原理进行图像的重建。研究内容包括基于LED阵列扫描方式的无透镜成像装置开发,以及三维图像重建算法的设计实现。

选题成员

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指导教师

序号 教师姓名 电子邮箱 所属学院
1 余辉 登录状态下查看 生物医学工程学院 第一指导教师

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结束