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.      

单微吸管测量细胞切向粘附力方法的研究

本文对单微吸管测量细胞切向粘附力的方法进行简要的力学分析,结果表明该方法不失为一种简单易行的切向粘附力测量方法,有助于研究个体细胞与不同基底材料之间的粘附性能,以及不同药物、粘附分子对细胞切向粘附力的影响,扩大了微管吸吮技术的应用范围,并对单微吸管细胞切向粘附力测量方法的测量左范围进行了讨论。通过对人成骨细胞切向粘附力的测量,结果表明该方法可满足细胞生物力学实验的要求。     

相对湿度对材料表面粘附力影响的研究

利用自制微摩擦及粘附力测试装置考察了在微载荷条件下,相对湿度对Si(100)材料表面粘附力的影响,分析了在大气环境中水分子的毛细作用力和范德华力对粘附力的贡献,并以BET吸附模型为基础推导出考虑湿度影响的粘附力计算公式.结果表明:在微载荷条件下,相对湿度对材料表面的粘附力影响十分显著,随着相对湿度升高粘附力增加,特别是相对湿度RH在40%～80%之间时,粘附力变化最为显著;当相对湿度RH小于20%时,范德华力大于水的毛细作用力且占主导地位;当相对湿度RH大于20%后,水分子的毛细作用力不断增加,同时范德华力因水膜的存在而降低,水的毛细作用力占主导地位.     

多组份硅橡胶基末端膨大二级结构粘附性能研究

本文在前期工作基础上,在仿生刚毛一级结构末端固化1层粘附层,制备出末端膨大二级结构,用UMT测试其粘附性能。结果表明：正向滑移单根阵列支杆产生的切向力为5.3 mN,5倍于一级结构的刚毛;末端膨大结构的粘附层因材料组份的不同,其粘附阵列产生的切向粘附力明显不同;倾斜的末端膨大二级结构具有各向异性的粘附特性,正向滑移产生的切向力是逆向滑移的切向力的3.5倍。     

壁虎粘附微观力学机制的仿生研究进展

本文针对壁虎粘附系统最小单元的真实形状, 类似于有限尺寸纳米薄膜的铲状纤维, 综述了对其微观粘附力学机制主要影响因素的多个研究, 主要考虑了有限尺寸纳米薄膜长度、厚度、撕脱角等对撕脱力的影响; 物体表面粗糙度以及环境湿度等对粘附的影响因素; 包括实验、理论及数值模拟的研究及结果比较. 最后给出仿生粘附力学方向仍然存在的主要科学问题及进一步的研究展望.     

细胞层次的生物力学

各个个别细胞的力学行为,提出了许许多多不同生物现象中有兴趣的一大批问题。单个红血细胞的流变学已经得到了很好的发展,白细胞和内皮细胞的静息性质,目前正在探索中。单个细胞的动力学问题,包括生长,细胞分裂,能动运动,收缩机理,吞噬作用,移动等,提出了许多有待分析的挑战性难题。感觉神经细胞的转导作用机理和神经结构的机械应力及损伤,相对说来则尚未作过探索。      

红细胞聚集的生物力学基础

红细胞聚集是一种细胞间的非特异粘附．从宏观角度讲,它是一种热力学过程;由不分散的单个细胞发展为三维网状结构．而从细观上看则是一种细胞膜间有大分子参与的弱相互作用．本文对红细胞的聚集形式模型从生物力学角度进行了综述．      

超高真空下过渡金属Nb与Nb、Ta、Ti、W相互间粘附特性的试验研究

本文在超高真空(10~(-7)Pa)条件下量测了Nb-Nb(110)、Nb-Ta(110)、Nb-W(110)及Nb-Ti4个粘附对的粘附力,并从接触表面形貌的角度求得了真实接触面积,进而得到了各粘附对间的粘附强度,结果与采用简单紧束缚自洽矩方法计算所得理论结果一致。研究表明,超高真空下过渡金属间存在一种相互作用——由两金属间共用电子引起的化学键,而且主要由其外层d电子态密度所决定。过渡金属Nb与Nb、Ta、W、Ti之间粘附强度的实测值介于每对原子0.2～2.0eV之间。当样品受热升温后,由于C、N、B、S等少量非金属杂质的表面偏析致使粘附强度明显降低。     

风洞中灰尘在不同特性玻璃表面上粘附形貌和粘附程度的实验研究

为探究室外环境中玻璃上灰尘的形貌特征和粘附程度,本研究选择三种生活中常见的玻璃安装的角度以及三种不同特性的玻璃,利用风洞实验可控环境条件和实验参数的特性,通过工业相机拍摄得到灰尘在玻璃上的粘附形态．本方法解决了过去玻璃积灰实验周期长、难定量、误差大的问题,并利用改进的区域自适应阈值图像识别算法,分别得到不同角度下玻璃上灰尘的总数、灰尘粒径大小、不同粒径灰尘的占比、灰尘平均长轴长度等．结果表明：相同时间内,同种角度下没有涂层的玻璃比有涂层的玻璃更易吸附灰尘,且没有涂层玻璃上面积较大的灰尘更不容易脱落．同种玻璃,放置角度越大,灰尘数量越多．同种玻璃上颗粒物面积大于15 μm2灰尘颗粒数量占灰尘总数的41.9 %左右．所有实验组玻璃上的灰尘平均长轴长度均在11~18 μm之间,灰尘的长宽比均分布在1.34 上下．此项研究可为定量研究玻璃积灰奠定基础,并为工业领域中玻璃防尘、除灰技术等提供技术参考．     

海洋生物水下粘附机理及仿生研究

生物粘附行为往往是生物在长期进化过程中获得的一种特殊功能或者生存能力,然而仿生水下粘附材料和结构如何充分再现生物材料的自适应能力一直是工程材料领域的研究难点. 本文作者基于自然界中丰富的粘附方式,详细介绍了几类典型海洋生物(贻贝、藤壶、沙塔蠕虫、章鱼、?鱼、鲍鱼、海胆)的水下粘附机理,并概述了相关的仿生设计(如DOPA改性水凝胶、吸盘贴、海胆机器人等)及其应用前景. 最后,对目前海洋生物粘附机理和相关仿生研究进行归纳总结,阐述存在的问题,提出深入研究典型海洋粘附生物“粘附-脱附”的动态过程和调控机理的必要性,并进一步指出仿生粘附研究在未来可逆、可控、绿色的发展方向和趋势.      

关于热波理论的研究

当热传导服从经典的Fourier定律时,温度场由抛物型方程所控制,热扰动以无限大速度传播。在通常情况下,热波的迅速衰减掩盖了这种佯谬。但对于热爆炸,热核聚变,快速化学反应,强激光与物质相互作用这样一些时间尺度极短(与从非平衡态达到局部平衡态的时间相比)的情形,需对Fourier定律进行修正。本文从Cattaneo方程及其唯象修正,Boltzmann演化方程,分子动力学数值模拟以及连续介质热力学理论四个方面对热波理论近20年的进展进行了评述,并对热波的实验验证及数值分析的某些重要结果进行了介绍,且提出了关于热波非弹性理论的新认识,讨论了可能的应用前景。     

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.      

蛋白质结构动力学研究进展

蛋白质是生物体赖以存在和生长的重要大分子有机化合物,由20种不同的氨基酸通过肽键连接成线性高分子链,具有特殊的三维空间结构. 蛋白质生物功能与结构动力学特征紧密相关,不同结构运动模式决定了蛋白质在生化过程中的不同生物功能.给定一种蛋白质的空间结构, 通过建立结构动力学模型,进而得到蛋白质结构的运动轨迹,或者将结构整体运动分解为不同频率振动模态的叠加,能够帮助进一步理解蛋白质生物活性点在配体结合、催化过程中的运动特征.阐述了蛋白质结构动力学研究的最新进展,分析了3种蛋白质结构动力学的物理模型和求解方法,详细讨论了谐波模型中的原子模态分析、弹性网络模型等动力学方法,并介绍了蛋白质结构动力学在生物研究领域的应用.蛋白质结构动力学方法的研究和发展表明,从物理原理和简化模型出发的理论分析方法,能够为生物学前沿研究提供有力帮助,是蛋白质折叠和结构预测中的一个重要研究方向.      

粗糙表面接触研究进展

工程中的任何接触表面都不会是绝对光滑的,对于某些特殊接触问题必须考虑表面形貌的接触效应.粗糙表面接触研究是一门年轻的交叉学科.它主要研究粗糙表面接触力学,接触导电和导热,接触密封,接触振动和噪声,接触刚度,骨关节接触等问题,涉及固体力学,流体力学,随机过程及概率统计,计量学,电学和传热学,振动理论以及生物学等学科知识.本文综述了粗糙表面接触的研究进展.      

基于蛋白质晶体结构的残基相互作用势能函数研究进展

阐述了基于蛋白质晶体结构的残基势能函数的研究进展, 从平均作用力场势能函数的基本物理假设、势能函数性质和影响势能函数准确性的因素3个方面出发, 分析了导出残基相互作用势能的方法, 给出了残基对之间和3个残基之间的平均作用力势能函数计算过程, 并介绍了残基势能函数在蛋白质结构研究领域的应用. 基于蛋白质晶体结构的残基相互作用势能研究表明, 蛋白质结构稳定是多种作用力相互竞争、相互协调进而达到平衡状态的结果. 未来对于残基团簇及其相互作用网络能量分布的研究, 能够建立介于原子尺度和蛋白质整体结构尺度之间的作用力物理模型, 为蛋白质结构宏观尺度研究提供重要的微观力学机理.      

我国口腔生物力学研究进展与展望

本文综述了我国口腔生物力学研究现状、研究手段、达到的水平以及临床应用状况、并作了展望。      

细胞铺展动力学的研究进展

细胞与细胞外基质之间的相互作用在细胞的迁移、分化、凋亡等生理过程中起着重要的作用,细胞铺展作为细胞与细胞外基质作用的第1步,受到了人们的广泛关注.首先阐述了细胞铺展的关键生物动力学过程,对铺展3个不同阶段的特点进行了总结和归纳,并运用力学的观点阐明了细胞铺展的驱动力及驱动机制,详细讨论了聚合力、黏附力以及细胞张力等3种主要作用力在细胞铺展过程中的作用规律以及相应的物理模型.在此基础上,从细胞的黏性流动及力学平衡两个方面出发,简要综述了已有相关研究结果的不足之处,介绍了当前建立细胞铺展动力学模型的主要思路,并探讨了今后面向细胞生物学需求的相关细胞动力学的研究方向.      

疏松砂岩水力压裂裂缝形态研究综述

疏松砂岩水力压裂裂缝的典型特征是大量分支缝、微裂缝和一定钝度的裂缝尖端及剪切带的形成等. 主要通过对相关文献的调研,分析了剪切作用、拉伸作用等对裂缝形态特征（起裂、转向、延伸）等力学行为所产生的影响,通过针对一些疏松砂岩的压裂实验研究发现,其滤失过程主要受到缝尖区域的影响,而且滤失一般发生在裂缝扩展之前. 裂缝缝尖周围的局部应力往往是影响裂缝起裂和裂缝开度的主导参数,裂缝的形态特征则是应力、渗透率、流态等综合作用的结果,对疏松砂岩裂缝形态特征的形成做了进一步的解释.     

人工膝关节置换中的生物力学研究进展

膝关节是人全身最大最复杂的关节, 它的任何一个主要组成部分的损坏都会引起膝关节的反常运动, 久之软骨和半月板发生磨损、变性而形成骨性关节病, 从而影响人的日常生活. 通常采用的方法是进行膝关节矫形或置换, 对严重病变的膝关节, 则采用全膝置换手术.随着人工膝关节置换成为非常普遍的外科手术, 与膝关节假体相关的研究也越来越多的被人所关注. 从生物力学角度对人工膝关节假体的类型和材料、假体生物力学性能的理论和实验研究、骨重建的理论模型、骨整合的理论和实验、与理论和实验相关的有限元分析模型等几个主要方面进行了详尽的综述. 同时, 指出了人工膝关节置换和目前研究中存在的问题,并对其未来的发展方向进行了一定的预测.