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大小鼠步态分析系统助力水凝胶神经导管提升神经损伤后的运动恢复研究

2026-01-26     来源:本站     点击次数:36

在神经损伤、运动疾病及脑损伤等研究领域,大小鼠步态分析已成为评估动物运动功能的重要手段。然而,传统步态分析设备在自动化程度、数据准确性和实验效率方面仍存在诸多挑战。

SANS赛昂斯SA114大小鼠步态行为分析系统凭借其技术创新和出众表现,不仅在实验室中获得广泛应用,更在国际期刊发表的研究文献中得到验证。

国际期刊文献验证
赛昂斯大小鼠步态行为分析系统的科研价值在国际期刊发表的研究中得到充分验证。2025年10月15日,郑州大学黄霞教授团队在Chemical Engineering Journal(影响因子:13.2)发表题为"Block-designed hydrogel with segregated CNTs/MXene networks and PEDOT interfacial engineering for neuro-skin applications: Multimodal sensing, nerve regeneration and self-powered energy harvesting"的研究论文。

在这项研究中,研究者们开发了一种具有块状结构的导电水凝胶,通过在半互穿聚丙烯酰胺/海藻酸钠网络中空间分离一维碳纳米管和二维MXene,并利用PEDOT:PSS涂层增强界面导电性,从而克服了传统柔性电子材料在灵敏度、机械强度和多功能集成方面的固有局限。该水凝胶实现了超高灵敏度(在600-800%应变下应变系数达36.6)和宽压力检测范围(0.1-21.7 kPa),并具备运动监测、温度传感和摩斯电码加密等多模态传感能力。同时,其仿生模量设计和三维导电网络有效降低了炎症因子水平,促进了小鼠坐骨神经的功能恢复和再生。此外,集成摩擦纳米发电机实现了高效的能量收集(峰值功率密度达3.2 W m-2),构建了一个集传感、神经修复和能量自主于一体的闭环“感知-修复-供能”新型“神经皮肤”平台。

该研究中,研究人员采用赛昂斯大小鼠步态行为分析系统进行实验操作。

步态实验结果显示:两组大鼠足印最大接触面积随时间呈递增趋势,且第八周时水凝胶组显著大于对照组(图8g);第八周水凝胶组的足印平均支撑时长显著优于对照组(图8h显);足印强度分析进一步表明水凝胶组在第八周显著高于对照组(图8i);而坐骨神经功能指数证实水凝胶组在术后第八周的运动功能恢复效果更优(图8j)。综上,PASMPC水凝胶神经导管通过持续促进神经再生与功能重建,显著提升了坐骨神经损伤后的运动恢复效果

这一研究成果证明了SANS赛昂斯系统在神经再生研究中的重要作用,为柔性导电水凝胶在神经修复领域的应用提供了有力的数据支撑。

技术创新解决行业痛点
传统大小鼠步态分析面临的主要挑战包括:实验干扰性高、数据真实性受限、识别干扰严重以及分析效率低下。针对这些痛点,赛昂斯推出的SA114大小鼠步态行为分析系统采用了多项突破性技术

系统采用脚印光亮折射技术成像原理,通过玻璃走道下方的绿色LED光源,当鼠爪接触玻璃表面时形成明亮脚印,实现高精度成像。高速彩色相机具备相机增益调节、曝光时间调节以及帧率调节,在灯光调节基础上进一步提升视频拍摄质量。

特别值得关注的是,系统配备的被动驱赶模块采用气体驱赶方式(气压强度0-0.8MPa可调),有效取代了传统的敲击、棍棒驱赶等干扰性方法,确保实验的一致性和标准化。


SA114 大小鼠步态分析系统

主动步态vs被动步态的技术优势
SA114系统采用主动步态检测方式,相比被动步态具有明显优势。被动步态检测将实验鼠置于跑步机环境中,存在模拟自然步态局限性、环境适应性差、应激反应等问题,导致收集的步态数据无法完全反映动物在自然环境中的真实步态特征。

而主动步态检测通过透明步道设计,配备定制化专业玻璃步道,具有高透明度,添加特殊材料增强荧光显影能力,钢化处理提高抗外力能力。动物可以自然行走,基于足够的对比度实现爪子和背景的全自动分离,确保数据的真实性和可靠性。

智能化功能提升实验效率
智能采集功能是系统的一大亮点。软件具备自动采集和手动采集双重模式:当老鼠进入框选的ROI区域时自动开始录制,离开后自动停止并保存视频;通过设定通过时间、采集成功数、速度变化率等参数,自动排除采集失败的视频,避免人工挑选工作。

智能脚印分类功能内置先进算法,能够在极短时间内对视频中老鼠的脚爪印进行识别和分类,识别分类准确率高达85%以上,在很大程度上节省了实验人员手动分类时间。

多维度数据分析能力
系统提供丰富的分析功能,包括脚印时序图展现前左FL、前右FR、后左HL、后右HR的触地和离地时间顺序,反映小鼠运动协调性、步态模式及神经肌肉功能状态。通过分析步态对称性、步态相位关系等参数,可识别拖行步态、跳跃步态等异常模式。


脚印时序图

2D压力图以二维热图形式展示压力分布和空间位置,分析压力分布对称性、步态稳定性、触地面积等指标。


2D压力图

3D压力图增加时间维度,形成动态压力变化曲面,可分析压力动态过程、力学协调性、冲击力等参数。


3D压力图

系统还提供足迹测量工具,自动计算胫骨神经功能指数(TFI)、腓骨神经功能指数(PFI)、坐骨神经功能指数(SFI)等关键指标,其中SFI=0为正常,-100为完全损伤。

解决识别干扰的创新方案
针对白鼠毛色反光、大鼠尾巴或睾丸贴地等常见识别干扰问题,SANS提供了创新解决方案。除了相机参数灵活调节外,系统还配备详细的检测阈值设置,包括色相阈值、饱和度阈值、亮度阈值、检测阈值、面积阈值等多达16项参数。

交互式爪印纠正功能设置了爪印纠正按钮,在初步检测后可通过逐帧播放、进度条拖拽等方式检测误差,并在修正后重新检测,极大提高检测精度,捕捉珍贵的实验资料。

SANS赛昂斯SA114大小鼠步态行为分析系统通过技术创新有效解决了传统设备的局限性,在提高实验效率、保证数据准确性方面表现突出。其在国际权威期刊发表的研究中得到验证,为神经创伤、运动疾病、脑损伤等研究领域提供了可靠的分析工具。随着生物医学研究的不断发展,这类高精度、高自动化的步态分析设备将发挥更加重要的作用。

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