基于自然增长的细胞群粘附数值模拟

细胞群通过表面的粘附分子不断聚集的过程称为细胞群粘附, 是生物学许多研究领域(早期的胚胎发育、组织的新陈代谢以及肿瘤生长等)的基础. 考虑细胞群的自由运动和细胞群互相之间的粘附力作用, 并引入Logistic模型来描述细胞群自身的自然增长, 从宏观的角度研究细胞群粘附现象, 构建出一个细胞群粘附模型; 其数值模拟结果与实验结果较吻合, 能定性地对不同种类细胞群粘附的最终形态做出预判.      

第十届国际生物流变学会议(ICB)暨第三届国际临床血液流变学会议(ICCH)简介

第十届国际生物流变学会议暨第三届国际临床血液流变学会议于１９９９年７月１８日～２３日在匈牙利Ｐｅｃｓ市召开．来自欧洲、北美洲、南美洲、大洋洲、亚洲及非洲３２个国家的３４０余名代表参加。大会共收到３７７篇论文参加交流．此外,还有来自欧洲、北美和亚洲的十余家生物医学工程产业实体参展．与会的中国代表１０人,提交论文２０余篇．此次会议交流了以下领域的发展;细胞粘附和爬行中的力信号转导;动脉缺血和糖尿病中的微循环过程：临床血流变学检测装置;心肌缺血的血流变学研究;细胞运动和细胞骨架力学;红细胞聚集和粘附的…     

细胞骨架生物力学进展

细胞骨架力学作为力学细胞生物学的一个新兴领域, 其研究方法突破传统细胞力学思想, 不再把活细胞简化为皮质膜包着的弹性、黏性或黏弹性连续介质体, 而是基于在细胞变形和功能中发挥重要作用的细胞骨架离散网络结构, 在微/纳米尺度建立一种集细胞形态和功能于一体的离散网络结构. 这种细胞骨架模型作为细胞变形和生化事件调控的纽带, 能从分子层次上阐述细胞运动、能量转换、信息传递、基因表达等重大生命活动的潜在机制,同时也能解释生物大分子间相互作用、受体/配体特异性相互作用、大分子自装配、细胞及分子层次的力学-化学耦合, 为定量研究细胞-亚细胞-生物大分子等在多种力学刺激下的响应建立了良好的平台, 对于理解生物模式形成、生物复杂性以及解决重大生物学难题具有深远意义. 本文基于细胞骨架三维离散网络结构特点及其生物学背景, 从生物力学角度详细阐述近几年国际上流行的细胞骨架模型理论分析和研究成果的最新进展.      

MICRO-SCALE NUMERICAL STUDY OF THE EFFECT OF ERYTHROCYTE MECHANICAL PROPERTIES ON THE NEAR-WALL MOTION OF PLATELET

采用浸入式边界法,模拟了多个红细胞和血小板在毛细血管内流动过程中的相互影响。通过改变红细胞体积比和红细胞的力学特性,分析了红细胞力学特性对血小板在与内皮细胞发生粘附前的动力学行为的影响机理,包括：红细胞对血小板趋壁效应的影响,血小板在流动过程中的变形情况,并从血小板所受垂直壁向合力的角度深入研究了红细胞和血小板之间的相互作用。数值模拟的结果表明,增加血流中的红细胞体积比,减小了血小板和血管壁之间的距离,增大了血小板的变形,血小板所受垂直壁向合力呈现剧烈波动,两者之间的挤压显著加强;而增大红细胞硬度,使得血小板的离壁距离增大。     

载荷诱导骨生长的力学细胞生物学机制

骨骼的结构和功能在很大程度上依赖于其所处的力学环境,这一观点已被广为接受．自从Ｗｏｌｆｆ提出其著名的骨转换定律以来,骨生长与载荷间的关系一直是生物力学中一个重要的问题．大量的动物实验均证明二者之间存在明确的关联．然而,载荷诱导骨生长的力学细胞生物学（ｍｅｃｈａｎｏｃｙ－ｔｏｂｉｏｌｏｇｙ）机制仍很不清楚．十余年来体外培养骨骼细胞加载的研究为应力（应变）诱导骨生长提供了一个微观理论框架．目前认为,载荷诱导骨生长的过程可分为四个环节,即：力学耦联、生物化学耦联、胞间信号转导和效应细胞反应．详细阐述了这几个环节,并就今后的研究方向作一讨论．     

NUMERICAL STUDY ON THE SEDIMENTED MOTION CHARACTERISTICS OF THREE ALIGNED CIRCULAR PARTICLES IN THE INCLINED CHANNELS

主要应用浸没边界的格子玻尔兹曼方法（immersed boundary-lattice Boltzmann method, IB–LBM） 对处于不同倾斜角度通道内的三个刚体圆形颗粒在重力作用下下落的动力学特性进行了计算研究. 首先分析通道倾斜角度的影响, 结果显示当通道倾斜角处于59°90°的范围时会发生后一个颗粒超越前一个颗粒的现象. 其次, 研究了Re对颗粒沉降特性的影响, 结果表明Re 越大, 颗粒间发生聚集的时间越早. 研究还发现当3 个颗粒的直径大小不均匀时, 颗粒由大到小纵向依次排列, 或者出现中间小球直径较相邻两个小球直径大的排列情况, 均能促使颗粒加快聚集. 本文的研究结果可为环境工程及地质学中的颗粒沉降问题提供有价值的参考.     

切削加工中刀具颤振的迟滞反馈控制

从金属切削加工的实际情况出发，分析了刀具在切削加工中产生颤振的原因．从力学的角度解释了刀具径向非线性颤振的机理，说明这是一种自激振荡，可以通过施加线性迟滞反馈力加以控制．这种反馈力是位移信号的迟滞函数，可以用于抑制振幅，增加刀具的平稳性．数值仿真验证了理论结果．     

跨膜渗透的流体力学分析

当两种浓度不同的溶液被一个多孔屏障(例如膜)分开的时候,溶剂(例如水)会由浓度较低的一侧流向另一侧,这种流动叫做渗透流。这时如要完全恢复两侧溶液间的平衡,可在浓度较高的一侧加上一定的压力,使得渗透流量变为零。这一压力的大小叫做此二溶液间的渗透压差。一种溶液与纯溶剂之间的渗透压差定义为它的渗透压。渗透现象不仅在化工等部门中有所应用,而且对于人和各种动植物的生命活动具有特别重要的意义。例如,跨越所有活体细胞的原生质膜,以及通过人体或动物许多器官(如肾小管、毛细血管、小肠、膀胱和角膜)的内外皮细胞间隙,都有渗透流。又如,人造器官的合成膜以及植物细胞与组织间的水交换等,都与渗透有关。因此,近三十年来,生物物理、生理学和流体力学工作者从不同角度对于渗透现象的宏观描述和微观机理进行了广泛的探索。     

基于微流体装置的微血管网内红细胞流动和分布特性的研究

实体肿瘤血管具有扩张、扭曲、不规则分支以及分支间连接絮乱等特征. 为了考察这些特征对血液流动的影响,将肿瘤血管简化为垂直相互贯通的微血管网,借助微流体实验装置,以一定浓度的红细胞悬液作为流动介质,研究红细胞在微血管网中的流动和分布特性. 具体实验方案如下:首先,采用软刻蚀技术,在聚二甲基硅氧烷（polydimethylsiloxane, PDMS）上加工出微血管网;然后,采用微注射泵控制微血管网入口处的红细胞悬液流量,使用倒置显微镜和高速摄影系统观察并记录实验过程;最后,通过Matlab 软件包Piv-lab 及高速摄影配套软件对获得的视频图像进行处理,提取红细胞在微血管网中的流动和分布数据. 数据处理结果显示,红细胞在微血管网中的流动和分布特性受悬液内的红细胞压积（hematocit, Hct）的影响. 红细胞随悬液Hct 的不同呈现2 种运动轨迹:一种为仅沿着轴向微管道流动;另一种是从轴向微管道流入并穿过径向微管道,再进入另一侧的轴向微管道. 另外,入口流量相同时,红细胞在微血管网中的流动速度随Hct 变化呈现不同,Hct 为3% 和5% 的红细胞速度要明显高于Hct 为1% 的红细胞速度.      

镭射光钳拉伸下受疟原虫寄生红细胞的有限元分析

疟疾是由疟原虫引起的传染病,是人类的最大杀手之一.在四种可以感染人类血细胞的疟原虫中,恶性疟原虫最为致命.健康血红细胞具有很强的变形能力,但受到恶性疟原虫寄生后,宿主红细胞的变形能力下降,引起血管阻塞,从而对健康造成极大伤害.近年来,镭射光钳技术被用于测试受疟原虫寄生红细胞的变形能力.本文应用有限元方法对镭射光钳拉伸下...     

多裂面斜坡滑动面聚类分析

斜坡中通常发育有多种裂面 ,这些裂面能否在滑坡发育过程中形成滑面 ,将取决于裂面所处的应力状态、裂面的性质、形态、发育密集程度等因素。裂面聚类分析就是通过对裂面所处应力状态的分析 ,确定斜坡中存在的多组潜在滑面 ,然后对斜坡中多组裂面进行聚类分析。其基本方法是将所研究的一组样本 (裂隙或潜在滑面 )中的每一个样本看成一类 ,根据样品间相似系数或距离的大小 ,每次将最为相近的合并 ,计算合并后新类与其他类之间的距离 ,再选择最小距离合并 ,最后将一组样本合并成所需要的类 ,确定斜坡中最有可能发育成滑动面的裂面 (或变形带).     

临界产量Dupuit公式的讨论及一种新的方法

临界产量的确定对底水油藏的高效开发起着重要作用. 然而,临界产量Dupuit 公式反映临界产量随着打开程度的降低而单调增加,存在不合理的地方. 本文与一些学者的研究表明,Dupuit 公式推导过程暗含的“当临界状态时水锥正好处于井底” 的假设不合理,水锥不能稳定在井底位置. 在不作水锥到达井底的假设,假设油井上部为径向流,井底周围为半球形流动的情况下,推导出了一种新的底水临界产量方程. 算例与工程实例表明,该方法比较符合实际,能够求得临界水锥高度和对打开程度进行优化.      

一种新的旋转调制捷联惯导系统

随着光学陀螺等对重力加速度不敏感的陀螺器件的逐渐完善,一种源于静电陀螺的旋转调制技术备受关注,从而建立基于相对廉价的光学陀螺的高精度惯性导航系统成为可能.通过对单轴和双轴旋转调制技术原理和局限性的分析,提出了一种四陀螺双单轴旋转调制捷联惯导系统,并详细分析了旋转轴的不对准误差、惯性器件测量轴的不对准误差、常值漂移误差、...     

THE APPLICATION OF WEINSTEIN-CHIEN’S METHOD——THE UPPER AND LOWER LIMITS OF FUNDAMENTAL FREQUENCY OF RECTANGULAR PLATES WITH EDGES ARE THE MIXTURE OF SIMPLY SUPPORTED POR-TIONS AND CLAMPED PORTIONS

In this paper, the method of relaxed boundary conditions is applied to rectangular plates with edges which are a sort of the mixture of simply supported portions and clamped portions, so that the lower limit of fundamental frequency of such plates is evaluated. A kind of polynomial satisfying the displacement boundary conditions is designed, os that it is enabled to evaluate the upper limit of fundamental frequency by Ritz’ method. The practical calculation examples solved by these methods have given satisfactory results. At the end of this paper, it is pointed out that the socalled exact solution of such plates usually evaluated by the force superposition method is essentially a kind of lower limit of solution, if the truncated error of series which occurs in actual calculation is considered.     

含刚性体可展开结构的展开过程动力学分析方法

在可展结构中设置刚性体可以有效提高展开效率,保证形状精度,因此含刚性体可展结构具有较高的实用价值。刚性体按需要可为刚性曲板等,一般形状复杂且形式多样,含任意形状刚性体可展结构的展开过程动力学分析比较困难。本文以笛卡尔坐标系下节点坐标及位移为变量,利用广义逆矩阵建立了一种通用的刚性体动力学方程,给出了利用Newmark—...     

主动移频式动力吸振器及其动力特性的研究

动力吸振器是振动控制中比较有效的减振装置,只要吸振器(子系统)的振动固有频率与振动物体(主系统)的振动频率相同,即可有效地消除主系统的振动。但传统动力吸振器的控制频率带宽较窄,限制了其稳定性和减振效果的提高。本文通过独特的机械设计,研制了一种可以通过调节自身的几何参数,使得其固有频率随几何参数线性变化的主动移频的新型动力吸振器,并初步设定了相应的控制方法。文中还对其动力学特性进行了理论分析和实验测试,分析了它的机理,评估了它的实际减振效果。研究结果表明该吸振器可以大范围调节自身固有频率,有效拓宽吸振频带,具有良好的减振性能和稳定性。     

On an inverse problem for inhomogeneous thermoelastic rod

In recent years, different fields of engineering have been increasingly incorporating functionally graded materials with variable physical properties that significantly improve a quality of elements of designs. The efficiency of practical application of thermoelastic inhomogeneous materials depends on knowledge of exact laws of heterogeneity, and to define them it is necessary to solve coefficient inverse problems of thermoelasticity.In the present research a scheme of solving the inverse problem for an inhomogeneous thermoelastic rod is presented. Two statements of the inverse problem are considered: in the Laplace transform space and in the actual space. The direct problem solving is reduced to a system of the Fredholm integral equations of the 2nd kind in the Laplace transform space and an inversion of the solutions obtained on the basis of the theory of residues. The inverse problem solving is reduced to an iterative procedure, at its each step it is necessary to solve the Fredholm integral equation of the 1st kind; to solve it the Tikhonov method is used. Specific examples of a reconstruction of variable characteristics required are given.     

飞片冲击起爆试验装置中炮筒材料的研究

用碳素工具钢T7代替蓝宝石制作的炮筒 ,大大降低了飞片冲击起爆试验的费用 ,对炸药的冲击起爆机理的研究提供了便利。     

New numerical method for volterra integral equation of the second kind in piezoelastic dynamic problems

The elastodynamic problems of piezoelectric hollow cylinders and spheres under radial deformation can be transformed into a second kind Volterra integral equation about a function with respect to time, which greatly simplifies the solving procedure for such elastodynamic problems. Meanwhile, it becomes very important to find a way to solve the second kind Volterra integral equation effectively and quickly. By using an interpolation function to approximate the unknown function, two new recursive formulae were derived, based on which numerical solution can be obtained step by step. The present method can provide accurate numerical results efficiently. It is also very stable for long time calculating.     

滑动轴承挤压油膜阻尼器的试验研究

本文对滑动轴承挤压油膜阻尼器的关键技术问题进行了大量的试验研究,结合理论分析,设计出结构简单合理、性能可靠的阻尼器。并提出了适合于工程设计的结构参数。