生物细胞中的能量学和力学

世界上的生物总是在不停地运动着。动物在奔跑、飞翔、游泳。植物日复一日追逐着太阳。即使是微生物,也在不停地运动。我们体内的细胞的各个部分也在不停地运动,这些运动使我们的细胞可以生长、分裂、改变形状、甚至运动。除了运动之外,我们的身体还必须能够感知到周围的世界。活体细胞可以对周围很多种机械刺激产生反馈,比如伸展,液体的流动,渗透压的改变,周围环境的硬度。我们的触觉和听觉要求细胞能够感知非常细微的机械力。我们对血压的调节能力依赖于分布在体内动脉和静脉的机械敏感性。     

热刺激放电技术在极化聚合物材料研究中的应用

从热刺激放电技术基本原理出发，讨论了极化聚合物材料热刺激电流的基本特性，并根据文献中报道的实验结果，针对极化聚合物材料研究中的一些热点问题（如极性生色团分子的聚向驰豫机制、极化后的物理老化、键合型材料稳定性增强机制等）介绍了热刺激放电技术的应用。     

基于金纳米粒子的光谱分析法进行单细胞探测

在过去的几十年中,等离子纳米粒子,尤其是金纳米粒子(AuNPs),由于其独特的局部表面等离子体共振(LSPR)特性,金纳米颗粒非常适合高度传导定域在表面的化学或物理刺激产生的光信号,已被广泛应用于生物检测与成像。包括单细胞光谱分析与成像。基于光吸收和弹性光学方法散射,阐述了利用光谱方法进行的单细胞光学探测的进展应用和纳米系统表现出新的特性。论述了基于AuNPs的细胞内环境光谱分析与探测,对在单细胞水平上进行的细胞动态实时测量的基本原则和与光互动独特的相关方法进行了描述。重点放在单细胞光谱检测的原则、方法及这些方法的优点和挑战,并阐述了最近在这一领域的研究进展,内容包括细胞和亚细胞环境的探测、细胞应答诱导细胞凋亡过程探测、生物分子识别和量化、药物传递及释放、癌症诊断及治疗等。给出了未来的挑战和努力方向。     

用表面微纳米技术研究细胞水平的生物力学

文章介绍了作者所在的实验小组近年来在用表面微纳米技术研究细胞生物学方面取得的进展.由于细胞的尺寸在数微米到数十微米之间,应用微纳米技术可以精细地调控细胞微观环境.作者所在的实验小组应用微流控系统以及表面化学修饰等方法,对细胞正常行为和病理行为进行了一系列研究.通过设计力学刺激装置,对细胞骨架的主要成分———肌动蛋白对细...     

稳态强磁场的细胞生物学效应

随着科学技术的发展以及稳态强磁场在医疗诊断中的广泛应用,人们接触到1 T以上稳态强磁场的机会越来越多,稳态强磁场对人体健康的潜在影响也备受关注.虽然目前由于实验条件的限制,稳态强磁场对动物以及人体的研究报道依然有限,但是细胞作为生物体的基本单位,其研究相对较多.然而由于实验中磁场参数、细胞类型等各种因素的不同,使得稳态强磁场对细胞的影响在不同的研究中存在着差异.因此,本文不仅总结和分析了国内外1 T以上稳态强磁场细胞生物学效应的相关研究,包括细胞取向、增殖、微管和纺锤体等,而且对现有研究结果进行比较和概括,并对可能造成实验差异的因素进行分析,例如磁场强度和细胞类型等,从而为下一步研究稳态强磁场下的细胞生物学效应提供基础和依据.     

再生锁模激光系统的定态输出及其稳定性

将准孤子解代入再生锁模激光系统的主方程，推导出脉冲参量的三个自治微分方程. 求解了无啁啾和有啁啾两种情况下系统的定态解，并分析了其稳定性. 研究表明，系统的定态输出随系统的调制深度或调制频率、群速色散或自相位调制等参量值的变化而变化. 因此，通过调制系统的参量可以控制激光系统的定态输出. 关键词： 再生锁模激光系统 线性稳定性分析 罗斯-霍维茨判据 定态输出及其稳定性     

物理学在肿瘤细胞的极性及迁移研究中的应用

肿瘤细胞和所处微环境的物理性质, 以及它们之间的相互物理作用对于肿瘤的产生、发展与转移都有极大的影响, 这使得从物理学角度探索肿瘤研究成为了必然趋势. 肿瘤转移是癌症致死的最大因素, 而肿瘤细胞迁移中的极化是肿瘤转移的重要一步. 本文总结了物理学实验和模型在揭示细胞迁移和极化机理方面的贡献. 实验上应用最新的微流控芯片技术与表面微模型化技术等手段, 研究空间维度、黏附行为、机械力等物理信号对于细胞极性的建立与保持以及细胞迁移行为的影响后, 发现物理信号与生化反应之间的相互耦合对于细胞迁移有着至关重要的作用; 理论上基于扩散反应方程, 已经建立了一系列表征细胞极化的模型. 今后的研究将结合物理实验建立肿瘤细胞迁移中的极化模型, 进而发展针对肿瘤细胞感知物理信号的新的治疗肿瘤转移方法.     

细胞生物力学

文章评述了组成细胞的各种材料与亚结构的力学特性，细胞及其分子所产生的力和细胞对力作用的响应，介绍了描述细胞形态结构与力学行为的本构方程和研究细胞力学的有关实验技术．内容不仅包括有关细胞生物力学各种主要及最新的研究成果，而且还包括作者对细胞力学的有关实验与理论研究结果，还有许多可供从事生命科学研究人员研究参考的有关细胞生物力学详实而又系统的资料和数据．     

时间反演聚焦经颅磁声电刺激仿真与实验研究*

无创脑神经调控技术是生物医学领域的研究热点,经颅磁声电刺激是利用静磁场和声场的耦合而产生的感应电场作用于神经组织,对大脑的目标位置进行刺激和调控的一项技术。颅骨的存在使超声在传播过程中发生相位畸变和幅值衰减,聚焦区域偏离,难以实现精准聚焦。该文基于时间反演法,模拟颅内点声源发射脉冲以及超声传播过程,计算各个阵元接收到的时间差,按照后到先发的原则发射脉冲进行聚焦刺激。与传统相控阵聚焦相比,焦点偏移现象基本得到解决,焦域横向、纵向分辨率均有所提高,提高了声束聚焦精度和感应电场峰值。通过搭建实验平台,将两种聚焦方法所测得的声场归一化处理,验证了时间反演法能补偿焦点偏移,并通过实验证实了超声换能器声场和产生感应电场分布存在较高的一致性。基于真实颅脑结构的虚拟点源时间反演聚焦可以实现无创、精准、灵活的经颅磁声电刺激,有助于推动精准神经调控技术的发展。     

纳米尺度物质的生物效应和安全性

纳米尺度的物质包括碳纳米管、纳米二氧化碳、纳米三氧化铁和四氧化三铁等，它们与包括氨基酸在内的生物分子和细胞以及动物整体的相互作用受到广泛关注和研究．结果表明这些纳米材料都能和这些生物成分和生物体相互作用，具有明显的生物效应，能够影响生物分子的结构或构象、细胞的生长，且它们的毒性都较小．但从我们获得的资料看，有些纳米物质对生物的整体特性和人的健康有较重的影响．这是我们应该引起严重注意的．     

ZnO压敏陶瓷介电损耗的温度谱研究

利用Novocontrol宽频介电谱仪在-100—20 ℃温度范围内测量了ZnO-Bi₂O₃系压敏陶瓷的介电频谱,其频率范围为10^-2—10⁶ Hz. 研究表明： ZnO压敏陶瓷特征损耗峰的活化能分别为0.26和0.36 eV,结合实验条件、理论计算结果及其他现象的分析排除了特征损耗峰源于阴极电子注入、夹层极化和偶极子转向极化的可能.热刺激电流（TSC）谱共出现三个峰,其中高温峰对应于TSC实验加压过程引入的热离子极化,而中温峰和低温峰对应于介电损耗峰. 在分析的基础上,提出了ZnO压敏陶瓷的特征损耗峰起源于耗尽层内本征缺陷的电子弛豫过程. 关键词： ZnO压敏陶瓷 本征缺陷 介电谱 热刺激电流     

全固态被动调Q皮秒激光技术研究进展

全固态被动调Q激光技术在产生皮秒脉冲方面有较快发展。与锁模激光器相比,被动调Q皮秒激光器成本低、结构简单、易于校准光路,避免了锁模激光器结构复杂、机械敏感度高、光路校准困难等缺点,并且同样能够输出单脉冲能量可观、重频合适的皮秒量级短脉冲,因此拥有较高的实用价值。本文讨论了全固态被动调Q皮秒激光技术领域的两种典型技术路线以及对调Q皮秒脉冲输出的后续处理技术,包括非线性技术和激光放大技术等,并介绍了国内外相关研究团队在该领域所做的工作及其突破性进展。     

腔光力学研究进展

腔光力学研究光子与宏观机械振子的相互作用，目前已成为研究量子世界与经典世界之间的过渡以及研究非经典和非线性效应的重要领域。本文首先介绍该领域中的基本物理概念，包括辐射压力、光机械哈密顿量、海森堡–朗之万方程、方程的线性化等。然后综述近年来一些新奇光力学效应的发现和研究进展，包括光力诱导透明、非互易光传播、高阶边带产生、光机械纠缠等。最后提出了一些研究展望。     

伦琴与X射线的发现

伦琴与Ｘ射线的发现程流锁（洛阳电大宜阳分校４７１６００）１９９５年是Ｘ射线发现１００周年，又是它的发现者伦琴诞辰１５０周年．由于对Ｘ射线的研究，导致了电子、放射性等一系列发现，在高速、微观领域建立了相对论力学和量子力学，引起了物理学革命，“完全打破了...     

线圈空间位置对磁刺激感应电场聚焦性的影响

磁刺激是利用变化磁场产生的感应电场作用于可兴奋人体组织的过程。根据磁刺激线圈感应电场理论,研究8字形线圈摆放结构、线圈间距等空间位置的变化,对其刺激深度感应电场聚焦性的影响,结果表明线圈空间位置直接影响感应电场聚焦性,其实验规律可为磁刺激线圈设计提供理论依据。     

超短光脉冲的平均功率和脉宽及锁模状态对双光子显微镜成象的影响

显微镜成象是研究生物活体细胞结构及活动规律的重要技术.飞秒光脉冲是多光子显微镜的主要光源,它的性能(脉宽、平均功率和锁模状态等)严重影响成象的质量.双光子激发荧光强度正比于超短脉冲平均功率的平方,反比于脉宽,锁模稳定状态严重影响成象的清晰度.对用Cameleon转染的HeLa细胞和GFP转基因水稻叶的实验研究结果与理论一致.     

脉冲电源与它在电晕荷电器中的作用

在电晕放电荷电器中，防止荷电颗粒沉积是一关键问题。用机械斩波的方法形成高压正负方波，其幅值、频率和脉宽均可调，并且波形不发生畸变，从而有效地控制了荷电颗粒在荷电器中的运动轨迹，并为荷电器荷电提供了准确的场强和荷电时间。本实验测试了颗粒荷电提供了准确的场强和荷电时间。本实验测试了颗粒荷电量和粒径的关系，实验值与理论计算值基本一致。结果表明，机械斩波的高压脉冲电源在颗粒荷电研究中是一种较好的装置。     

刺激响应型AIE水凝胶研究进展

刺激响应水凝胶可以对环境的微小变化产生较大的物理化学变化,在药物传递、生物分离、生物传感器和组织工程等领域具有广泛的应用。但受聚集导致荧光猝灭(ACQ)效应的影响,其在发光相关领域的应用受到限制,聚集诱导发光(AIE)概念的提出解决了这一难题。将AIE分子引入水凝胶体系,获得刺激响应型AIE水凝胶,在生物医学、信息防伪、3D水凝胶驱动器以及软体机器人的开发等多个高科技领域崭露头角。本文将近年来报道的刺激响应型AIE水凝胶按刺激因素分为物理因素(温度和光)、化学因素(pH、溶剂和离子)和生物因素(酶)三大类,分别阐述了水凝胶的制备、响应机理及潜在应用,并针对刺激响应型AIE水凝胶面临的问题和挑战进行了展望。     

人脑初级视皮层内事件相关型视觉刺激fMRI BOLD响应特性初步研究

基于脑血氧水平依赖(BOLD)对比的功能磁共振成像（fMRI）方法是研究脑功能活动的一种重要的无损伤探测手段，BOLD的机制及它与脑神经活动关系一直是国际上十分活跃的研究领域，尤其是在实验研究方面. 视觉刺激所引起的脑的初级视皮层(V1) 的BOLD响应的时间特性已有较多的研究，但是在这些研究中，有的结论认为BOLD对视觉刺激的响应是线性的，有的结论却是相反的. 我们采用事件关联型核磁共振功能成像（ER-fMRI）方法，研究不同的短暂视觉刺激持续时间下的BOLD响应，得到了视觉刺激下的脑激活图. 同时找出了视觉刺激时间分别是1、2、3、4、5和6 s的V1区的BOLD响应曲线，并初步显示出BOLD响应与刺激持续时间的线性关系.     

笼目晶体中探索未知量子态

笼目起源于古老中华民俗文化。近期学者们对具有笼目晶格的一系列拓扑材料的研究揭示了量子层次上几何、拓扑、自旋和关联的交缠相互作用，以及随之涌现的丰富多彩的量子现象。文章简要介绍了笼目晶格的相关理论概念、陈数和外尔磁性、平带关联现象，以及非常规电荷序和超导电性中的谜团。当前，国际上诸多研究机构使用各式手段对笼目磁体和超导体的研究盛况犹如正在举行一场笼目量子派对。然而，这些初步研究还无法突破超导和量子霍尔两大类宏观量子现象。希望此文能激励更多年轻学者在笼目晶体丰富的演生现象中进一步探寻第三类宏观量子现象，迎来真正的量子盛宴。