血液粘度与人体疾病

 血液流变学是研究血液流动性和变形性的学科,是物理学与生命科学交叉渗透的新兴边缘学科,是处于生命科学前沿的一门学科。血液流变学分为宏观血液流变学、微观血液流变学和分子血液流变学。在血液流变学的临床指标中,血液粘度,包括全血粘度和血浆粘度是其基本指标或核心指标之一。流体在管道内流动时,若流速较低,流体质点流动平稳,没有宏观混杂,呈层流。流体作层流时,相接触的两流层间因速度差的存在,会相互产生摩擦力,即内摩擦力。由牛顿粘滞定律,内摩擦力F的大小与相邻流层的接触面积S成正比,与两流层接触处的速度梯度dv/dr成正比,即F=ηSdv/dr。     

微通道内红细胞流动与变形的可视化研究

微循环条件下,红细胞的尺寸与血管相近,血液不能视为均质流体,其流动表现出较强的颗粒性,红细胞流变特性对血液流动有较大影响。本文使用高倍显微镜对微流控芯片矩形截面微通道内红细胞的流动和变形特性进行可视化观察研究,并使用高速CCD相机拍摄和捕捉了红细胞在微通道内的流动和变形过程。通过观察不同浓度、粘度和速度下红细胞的聚集性、变形性以及常见的运动形态,发现红细胞在低粘度、低速流动条件下表现为两面凹圆盘形,沿流动方向运动过程总是伴随着翻转与旋转;在高粘度、高速运动条件下,红细胞表现为扁平椭圆形、呈坦克履带式(TTM)前进。     

毛细管粘度计测casson流体流变特性方法研究

本文从casson流体在毛细圆管作定常层流时的可测量参数－－壁面切应力τw和流量Qc出发,定义表观粘度ηa和表观切变率γw,τw,ηat γa来描述casson流体在圆管内的定常层流,推导出壁面切应力和表观切变率满足的方程,得出此议程和casson方程的形式一样,表明可用毛细管粘度计间接得到casson流体的casson方程,分析其流变学特性。     

ECMO氧合器血液流动数值模拟及损伤评估

为准确获得ECMO氧合器内血液流动细节,本文以交错排布的120根中空纤维束构成的简化氧合器为对象,采用基于沉浸边界法(IB)的自编程序对二维稳态血液层流进行数值模拟。结果表明,中空纤维束区域血液运动黏度变动范围在3.37～7.04×10^-6m²/s,模拟时需要考虑血液的流变特性。通过对比IB自编程序与商业CFD软件Fluent的计算结果可知,最大壁面切应力和压降的最大相对误差分别为3.38%和2.9%,验证了IB自编程序计算氧合器微间隙流道内血液流动的准确性。与基于多孔介质假设的一维半经验公式相比,IB自编程序能够反映沿程粘性损失和惯性损失的变化,并可依据切应力累积值、溶血指数、血细胞停留时间三个指标对氧合器血液损伤风险进行综合评估。研究结果可为ECMO的性能预测、临床运行参数调节提供科学依据。     

HeII的粘度理论分析与计算

在一般的分析与计算中,超流氦的粘度往往成为一个被忽视甚至被省略的一个物理量。但是在某些低温系统中,需要完成超流氦长距离输送,粘度成为确定其流动阻力损失的一个重要物理量。目前各具特色的理论和计算关系式很多,但是迄今为止,还没有任何一种理论体系或计算关系式可以适用于所有的物质或所有的温度和压力范围,因此如何应用和借鉴现有的粘度理论或关系式以及实验结果,实现对HeII这种特殊流体粘度的分析和计算是一项十分重要的工作。     

HeⅡ的粘度理论分析与计算

在一般的分析与计算中,超流氦的粘度往往成为一个被忽视甚至被省略的一个物理量.但是在某些低温系统中,需要完成超流氦长距离输送,粘度成为确定其流动阻力损失的一个重要物理量.目前各具特色的理论和计算关系式很多,但是迄今为止,还没有任何一种理论体系或计算关系式可以适用于所有的物质或所有的温度和压力范围,因此如何应用和借鉴现有的粘度理论或关系式以及实验结果,实现对HeⅡ这种特殊流体粘度的分析和计算是一项十分重要的工作.     

弯曲微小通道流阻特性的数值模拟

用经典的N-S方程对流体在矩形截面、弯曲的微小通道中的流动特性进行了数值研究,发现计算结果与试验结 果存在较大的差异。在对流体流动特性分析的基础上引入了粗糙粘度模型来对经典的N-S方程进行修正,计算结果表明 用粗糙粘度模型计算的结果与试验值吻合较好。     

稠密流体导热系数和粘度计算的新方程

根据热力学面上流体无量纲化剩余迁移性质曲线与对比密度曲线的相似性,通过关联无量纲化剩余导热系数和粘度与对比密度的方程,提出了一个推算卤代烃制冷工质稠密流体迁移性质状态方程。在常压下迁移性质计算的基础上,应用该方程只要已知物质的临界参数、分子量和偏心因子便可以计算稠密流体（气相或液相）的导热系数和粘度。该方法的提出使得迁移性质的计算像平衡性质一样通过状态方程便可以求出。与实验数据比较,本方法计算导热系数的总平均偏差为 4.8％,最大偏差为18.0％;计算粘度的总平均偏差为4.4％,最大偏差为 15.6％。     

血液的光散射特性

测定了不同血液样品(全血、红细胞、血浆)在可见光的吸收光谱,研究了He-Ne激光经过全血和红细胞的偏振度的变化,得出了人体血液中对可见光的吸收和散射主要来自红细胞的结论.     

模拟Casson流体的非结构化网格SIMPLE算法

为模拟复杂形状血管内的血液流动,本文考虑血液的非牛顿流变特性开发了适用于Casson流体的非结构化同位网格SIMPLE算法。离散动量方程时,对流项和源项的处理方法和牛顿流体类似。对于扩散项,为了避免黏度是剪切率的复杂函数所导致的复杂性,将黏度取为上一迭代步的流场获得的Casson流体黏度。经过以上处理对Casson流体动量方程的离散就可以参考变黏度牛顿流体的动量方程离散方法来进行,再利用基于非结构化同位网格的SIMPLE算法进行求解。该方法对其它切应力等于速度变形率与黏性函数乘积的非牛顿模型同样适用。利用本文算法模拟了T型分叉管中的血液流动,与文献中的实验结果对比发现,Casson流体得到的结果优于牛顿流体,说明采用Casson模型模拟血液流动是成功和必要的。     

磁流体粘度的实验研究

采用毛细法粘度计测量了水基Fe磁流体的粘度,分析了磁性粒子份额、表面活性剂含量以及外加磁场强度和方向对粘度的影响。实验结果表明,磁流体粘度随着磁性粒子和表面活性剂浓度的增加而增加;随着外加磁场强度的增大而增大,对于相同的磁流体,在外加磁场方向垂直于流动方向时的粘度大于外加磁场方向平行于流动方向时的粘度;表面活性剂含量的增大将减弱外加磁场对磁流体粘度的影响。     

磁能活性水的生物效应研究

我们用动物实验研究了磁处理的磁能活化水的生物效应．这个磁能活化水是用4400Gs的磁场处理后得到的．在磁能活化水对高血脂Wister大鼠的血常规指标、血液流变学指标、血液生化指标、肝组织中有关自由基代谢的生化指标以及老鼠的脾脏系数的影响的研究中发现，在高脂饲料的喂养下实验组大鼠的胆固醇含量明显低于对照组大鼠，同时实验组大鼠的体重增重也明显小于对照组大鼠，说明磁能活化水有一定的降血脂的能力．同时，在血液流变学的指标测定中看出实验组大鼠的高切粘度明显低于对照组的，说明饮用磁能活化水的大鼠的红细胞变形性要好于饮用普通水的大鼠．     

磁能活性水的生物效应研究

我们用动物实验研究了磁处理的磁能活化水的生物效应.这个磁能活化水是用4400Gs的磁场处理后得到的.在磁能活化水对高血脂Wister大鼠的血常规指标、血液流变学指标、血液生化指标、肝组织中有关自由基代谢的生化指标以及老鼠的脾脏系数的影响的研究中发现,在高脂饲料的喂养下实验组大鼠的胆固醇含量明显低于对照组大鼠,同时实验组大鼠的体重增重也明显小于对照组大鼠,说明磁能活化水有一定的降血脂的能力.同时,在血液流变学的指标测定中看出实验组大鼠的高切粘度明显低于对照组的,说明饮用磁能活化水的大鼠的红细胞变形性要好于饮用普通水的大鼠.     

生物力学中片流的边界元分析

用边界元方法^[1,2]研究了生物力学中肺毛细血管血液的流动,并对肺毛细血管的SFH模型,SFC模型进行了数值模拟,给出血液流动的速度场及血管壁上的面力分布和压力分布.对肺毛细管内皮细胞受的切应力,数值计算表明,正常情况下,在0~4.64×10^-5N/cm²之间,这与Dewey实验结果^[8](0~5×10^-5N/cm²)相一致,肺胞的形态将按使呼吸膜受切应力值最小为原则构形.同时,本文方法还可为数值分析心血管内的血液流动提供一种有效的数值方法,这对生物力学和医学工程是有价值的.     

人体血液红细胞31P NMR谱的研究

介绍了人体血液红细胞³¹P NMR谱的测量方法,介绍了样品的处理方法和测试参数的选择.发现正常人和病人血液的红细胞在²¹P NMR谱上存在着明显的差异,这些差异可望在临床医学上用于对某些血液病进行诊断和疗效跟踪的检测.     

不同纳米流体在微通道内的流动传热特性研究

采用数值模拟的方法研究了不同工质在微通道内流动传热特性的差异。对比了去离子水、纳米流体Al₂O₃/Water、CuO/Water、TiO₂/Water、Cu/Water等工质在微通道内的流动传热特性,并研究了纳米颗粒的浓度对流动换热特性的影响。结果表明：CuO/Water作为冷却工质时的对流换热系数比水增加了9.6%,微通道底面平均温度降低了2.6 K,换热性能明显优于其他几种纳米流体。由于纳米颗粒的加入,纳米流体的粘度比水大,进出口的压降比水大。纳米颗粒的体积分数越大,对流换热系数越大,纳米流体在微通道内的换热性能越好。     

基于拉曼光谱方法研究不同剪切力下的红细胞亚损伤

利用共聚焦拉曼光谱技术,对人工心脏泵不同剪切应力下受到亚损伤的红细胞进行实验研究,验证拉曼光谱对红细胞亚损伤程度的评估能力,为血液损伤评价提供了一种新的思路。实验采集血红蛋白和红细胞的拉曼光谱标准谱图并进行对比分析,以确定红细胞谱图特征峰的归属。用血液剪切力试验平台对测试血样施加暴露时间为1 s,大小分别为0,50,100,150,200,250和300 pa的剪切力。利用共聚焦拉曼仪器,在10倍长焦物镜,532 nm激光光源波长,积分时间10 s,积分次数2次,2.5 mW功率下采集剪切应力作用后的红细胞拉曼谱图。通过归一化的方法对比红细胞的拉曼谱图变化,评估红细胞亚损伤的程度,运用曲线拟合方法对特征峰和剪切应力进行拟合,验证拉曼光谱对红细胞亚损伤的评估能力。对比血红蛋白和红细胞的拉曼光谱标准谱图发现,红细胞谱图能够反映血红蛋白的内部结构。且结果表明,拉曼光谱法可以用于区分不同剪切应力下亚损伤的红细胞,推断剪切应力可以透过细胞膜从而影响到其内部的血红蛋白结构。且随着剪切力的增大,1 376 cm-1位置左侧谱线呈现明显抬高趋势,1 549和1 604 cm-1位置的峰强增高,1 639 cm-1位置的氧浓度标记带ν₁₀振动谱带减弱。其中1 549 cm-1位置的峰强为亚铁离子高自旋带,在不同剪切力的作用下,峰强差异表现最明显,与剪切应力呈明显的正向线性关系,拟合效果良好。拉曼光谱法检测样本处理简单、耗时短、操作简便、重现性好,且可以精确的检测到细胞内部结构的细微变化,可以评估红细胞的亚损伤程度,弥补了传统评价溶血的方法的不足,为人工心脏泵血液损伤评价提供了新的技术手段,拓宽了拉曼检测方法的应用领域。     

火焰原子吸收法同时测定红血球中铜、锌、铁、钙、镁

人体红血球中Cu、Zn、Mg、Ca的分别测定和健康人的红血球中某些元素的含量范围,国外已有报道。红血球是血液的主要有形成分。Cu、Zn、Fe、Ca和Mg都是人体的必需元素。红血球中这些元素的含量,同血液的生理功能、人体的健康或某些疾病密切相关。血液中各有形成份比血浆、血清以及全血中各元素的研究报道要少的多。随着现代仪器、分析技术和医学的发展,血液中有形成份里各元素的研究日益深入。为了临床上能充分利用人的血液     

基于BP神经网络的人体血液中红细胞浓度无创检测

采用BP神经网络算法模型对人体血液红细胞浓度进行无创检测。对获取的动态光谱数据和红细胞实测值利用BP神经网络进行建模分析,校正集输出对期望值的跟踪较好,相关系数R达到了0.993,用建立起的BP神经网络模型去检验预测集输出值,得到预测集的相对误差最大为4.7%,平均相对误差为2.1%,预测能力较为理想。结果表明：用BP神经网络模型能够较准确的处理动态光谱数据和人体红细胞实际值的非线性关系,提高了血液成分无创测量在临床上应用的可行性,具有较高的应用价值。     

致密油藏微纳米喉道中的边界层特征

通过引入吸引力修正耗散粒子动力学（DPD）方法,实现流体和固体的相互吸引作用,模拟纳米喉道中的微尺度流动,探讨边界层的产生机理,结合微圆管实验,定量表征微纳米喉道中边界层的特征,明确微纳米喉道中边界层的影响因素.研究发现：分子尺度,热运动对速度影响很大;超过分子尺度,压差占主导作用.热运动使粒子在原位置振动,不改变粒子的整体移动方向.随着喉道半径的增大,泊肃叶流动的抛物线特征越来越明显.边界层厚度受压力梯度、喉道半径和流体粘度的影响.当压力梯度增大或流体粘度减小时,边界层厚度增大;当喉道半径减小时,边界层厚度先增大后减小.边界层厚度是导致非线性渗流特征的根本原因.随着边界层厚度增大,非线性渗流特征越来越明显.