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高通量自动化类器官芯片研究进展 被引量:1
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作者 孟繁露 韩益明 +1 位作者 修继冬 黄建永 《天津医药》 CAS 2024年第1期1-3,共3页
类器官是利用干细胞的自更新和自组织能力在体外构建的三维多细胞培养物,其复现了对应器官或组织的关键结构和功能特征,为发育生物学、再生医学、疾病建模和药物开发等领域提供了理想的体外模型和研究平台。然而,传统的类器官培养体系... 类器官是利用干细胞的自更新和自组织能力在体外构建的三维多细胞培养物,其复现了对应器官或组织的关键结构和功能特征,为发育生物学、再生医学、疾病建模和药物开发等领域提供了理想的体外模型和研究平台。然而,传统的类器官培养体系依赖于手动操作,培养流程较为繁琐,且培养物个体差异和批次差异较大,成为限制类器官转化和应用的重要原因之一。因此,工程化类器官培养体系通过引入微流控芯片技术来提升类器官培养体系的通量和自动化程度,对于实现类器官大规模、均质化、标准化培养具有重要意义。该文综述了高通量自动化类器官芯片的研究进展,并探讨了类器官培养通量和标准化的主要限制性因素和潜在挑战。 展开更多
关键词 类器官 高通量筛选分析 自动化 实验室 微井阵列 器官芯片
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数据驱动下人体面部皮肤的本构参数反演及力学特征分析
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作者 陶雅萍 桑建兵 +3 位作者 孙丽芳 向华鑫 杨鹏 史玉龙 《力学学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2024年第7期1959-1969,共11页
人体面部皮肤的本构参数反演及力学特性研究对皮肤病变早期诊断、皮肤仿生材料设计及计算图形学中的面部模型建立都有着至关重要的作用,机器学习与有限元仿真方法相结合能更高效、更准确地解决非入侵式皮肤组织本构参数反求问题.首先建... 人体面部皮肤的本构参数反演及力学特性研究对皮肤病变早期诊断、皮肤仿生材料设计及计算图形学中的面部模型建立都有着至关重要的作用,机器学习与有限元仿真方法相结合能更高效、更准确地解决非入侵式皮肤组织本构参数反求问题.首先建立了面部皮肤多向拉伸下的应力松弛有限元模型,并通过多步位移控制法对皮肤的超弹性力学性能与黏弹性力学性能分离;对Gasser-Ogden-Holzapfel(GOH)与Prony series本构模型参数进行敏感性分析,揭示影响面部皮肤应力松弛实验结果的关键参数.其次,利用贝叶斯超参数优化理论搭建随机森林(RF)模型与支持向量回归(SVR)模型,结合实验数据对人体面部皮肤组织本构参数进行了反求.最后,将计算得到的有限元仿真曲线与试验获得的拉伸力响应曲线对比,并引入决定系数R2对两种模型的预测准确性进行了评估.结果表明,纤维组织分散度κ、剪切模量相关参数C10和松弛模量g1是影响皮肤应力松弛实验结果的关键参数,RF模型数值计算曲线与试验曲线的拟合优度为0.98,其在皮肤本构参数反演问题上表现出更高的准确率,机器学习可以精准高效地获取面部皮肤的本构参数,进而准确描述皮肤组织的力学性能,该方法也可进一步推广到其他生物软组织的复杂本构参数反演问题. 展开更多
关键词 面部皮肤组织 参数反求 有限元 随机森林 支持向量机
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基底硬度介导IL-1β调控软骨细胞炎症响应
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作者 孟楠 王笑笑 +3 位作者 张艳君 陈维毅 卫小春 张全有 《太原理工大学学报》 CAS 北大核心 2024年第2期384-389,共6页
【目的】基质力学微环境异常是导致骨性关节炎(osteoarthritis,OA)的关键因素之一。然而,软骨细胞在基质力学微环境发生变化过程中的炎症响应目前尚不清楚。【方法】利用聚二甲基硅氧烷(polydimethylsiloxane,PDMS)模拟正常和OA软骨细... 【目的】基质力学微环境异常是导致骨性关节炎(osteoarthritis,OA)的关键因素之一。然而,软骨细胞在基质力学微环境发生变化过程中的炎症响应目前尚不清楚。【方法】利用聚二甲基硅氧烷(polydimethylsiloxane,PDMS)模拟正常和OA软骨细胞周基质(pericellular matrix,PCM)硬度,制备不同硬度的细胞培养基底,定量分析基底硬度和炎症因子白细胞介素-1β(interleukin-1β,IL-1β)协同作用对软骨细胞形态、炎症介质和基质重塑蛋白表达的影响。首先,定量分析了不同基底硬度和IL-1β对软骨细胞前列腺素E2(prostaglandin,PGE2)和一氧化氮(NO)分泌水平的影响;其次,采用免疫荧光技术分析了IL-1β对不同硬度基底上软骨细胞铺展面积和核面积的影响;最后,采用Western blot分析了不同硬度基底上软骨细胞Ⅱ型胶原(typeⅡcollagen,COLⅡ)和基质金属蛋白酶13(matrix metalloproteinase-13,MMP13)蛋白水平的表达。【结果】实验结果表明,基底硬度介导软骨细胞对炎症信号IL-1β的响应。软基底显著增强PGE2和NO释放量(P<0.0001)及MMP-13的蛋白表达水平(P<0.05),而IL-1β能进一步增强这一调控作用;硬基底能显著促进软骨细胞铺展面积、核面积(P<0.0001)和Ⅱ型胶原蛋白表达水平(P<0.01),IL-1β加入后同样能进一步增强这种调控作用。【结论】有助于揭示软骨细胞感受基质力学微环境的力学生物学调控机制,同时也为优化细胞诱导性生物材料的设计提供了参考。 展开更多
关键词 软骨细胞 基底硬度 白细胞介素1Β 细胞周基质 Ⅱ型胶原 基质金属蛋白酶13
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机械敏感性离子通道Piezo在消化系统疾病中的作用
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作者 王司琦 鄢香芸 +7 位作者 李艳秋 罗芳丽 姚俊鹏 马沛涛 侯雨君 秦海燕 石云舟 李瑛 《生物化学与生物物理进展》 SCIE CAS CSCD 北大核心 2024年第8期1883-1894,共12页
Piezo蛋白是一种非选择性机械敏感性阳离子通道,能够响应压力、剪切应力等机械刺激,将机械信号转化为胞内的生物电活动,引起特定的生物学效应。在消化系统中,Piezo有助于维持消化吸收、物质代谢和免疫调节等正常生理活动,但Piezo的异常... Piezo蛋白是一种非选择性机械敏感性阳离子通道,能够响应压力、剪切应力等机械刺激,将机械信号转化为胞内的生物电活动,引起特定的生物学效应。在消化系统中,Piezo有助于维持消化吸收、物质代谢和免疫调节等正常生理活动,但Piezo的异常状态能够促进内脏高敏感、肠黏膜屏障功能障碍、免疫炎症等多个病理环节,参与消化系统疾病的发生发展。故本文对Piezo蛋白的结构、生理特性,及其在消化系统肿瘤、炎性疾病、纤维化疾病和功能性疾病中的作用进行综述,以期为消化系统疾病的机制研究和潜在治疗靶点的探索提供新的思路。 展开更多
关键词 Piezo 消化系统疾病 机械敏感性离子通道
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基于神经网络的袋鼠软骨组织材料参数反演及非线性特性分析
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作者 马钰 桑建兵 +2 位作者 李洋 梁炜光 魏新宇 《河北工业大学学报》 CAS 2024年第2期30-35,63,共7页
软骨损伤和退变会导致骨关节炎等疾病的发生,因此深入研究软骨的力学性能并确定其材料参数是生物力学领域重点关注的课题之一。本文首先建立了袋鼠肩关节软骨组织的有限元模型,将软骨组织视为超弹性材料并采用二阶缩减多项式本构模型,... 软骨损伤和退变会导致骨关节炎等疾病的发生,因此深入研究软骨的力学性能并确定其材料参数是生物力学领域重点关注的课题之一。本文首先建立了袋鼠肩关节软骨组织的有限元模型,将软骨组织视为超弹性材料并采用二阶缩减多项式本构模型,同时在有限元分析中考虑了应变率对力学行为的影响,对软骨组织的压痕过程进行了有限元仿真,得到其变形特征及应力分布规律。其次,搭建了对软骨组织进行材料参数反演的神经网络智能算法,对其本构参数进行了预测,得到了能够准确描述软骨变形行为的材料参数。研究结果表明:神经网络与有限元相结合是预测软骨超弹性材料参数的一种高效、准确的方法,可以有效评估软骨组织力学性能,为关节软骨类病理研究和修复提供参考和帮助。 展开更多
关键词 软骨 神经网络 有限元分析 应变率 超弹性
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狭窄通道红细胞跨膜传质特性数值分析
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作者 傅尧 王骁龙 龚晓波 《力学学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2024年第5期1297-1306,共10页
随着对血液微流动过程的不断探索,红细胞在微通道中的运动微观特性备受关注,利用流体力学特性的低损伤手段调控细胞体积并完成跨膜传药也逐渐成为研究热点.为了分析红细胞在微通道中的传质和力学特性及其影响因素,采用浸入式边界法研究... 随着对血液微流动过程的不断探索,红细胞在微通道中的运动微观特性备受关注,利用流体力学特性的低损伤手段调控细胞体积并完成跨膜传药也逐渐成为研究热点.为了分析红细胞在微通道中的传质和力学特性及其影响因素,采用浸入式边界法研究细胞穿越狭窄通道的整个运动过程,并考虑细胞膜表面透水传质效应,完成细胞跨膜传质过程的数值建模,实现对狭窄通道中红细胞跨膜传质过程微观的传质特性数值分析.研究表明,细胞在挤入、排出狭缝的运动过程中,体积先损失、后恢复,在这个过程中,细胞头部和尾部以向外的渗透流出为主,中间部位则以向内的渗透流入为主.文章的研究进一步表明,狭缝挤压过程中的体积净变化是由向内和向外渗透速度的大小差异引起的,而与向内和向外渗透的膜面积差异并无明显关系.对体积变化的影响因素探究后发现,更狭窄的通道和更大的入口出口角均会引起细胞发生更多的体积损失和体积恢复,且出口角的变化会引起细胞体积恢复后所达到的体积稳定值:在固定入口角时,狭缝出口角越大,细胞离开狭缝后的稳定体积越小;细胞的硬度越大、细胞膜通透性(渗透系数)越大,细胞在狭缝中运动过程中的体积损失和体积恢复程度越高. 展开更多
关键词 红细胞 数值模拟 跨膜传质 浸入式边界法 流固相互作用
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神经元轴突线粒体长距离转运的力生物学
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作者 赵虎成 孙艳丽 +1 位作者 钱舒乐 冯西桥 《生物化学与生物物理进展》 SCIE CAS CSCD 北大核心 2024年第9期2028-2036,共9页
作为极性细胞,神经元由胞体、网状的树突和细长并具有分支的轴突构成。完成分化的神经元在脊椎动物的整个生命周期中要保持正常的生理功能,需要大量的能量来维持静息电位与突触传递。神经元主要依赖于线粒体氧化磷酸化产生的ATP提供能... 作为极性细胞,神经元由胞体、网状的树突和细长并具有分支的轴突构成。完成分化的神经元在脊椎动物的整个生命周期中要保持正常的生理功能,需要大量的能量来维持静息电位与突触传递。神经元主要依赖于线粒体氧化磷酸化产生的ATP提供能量。神经元通过长距离运输与锚定将健康的线粒体运送并富集到轴突分支突触前末梢等能量消耗较大的区域,同时将轴突末梢老化或受损的线粒体反向转运到胞体进行清除。本文结合作者自己的研究从力学的观点,论述在驱动力作用下线粒体是如何克服阻力在轴突进行长距离运输。综述内容包括微管的极性、微管马达蛋白、线粒体衔接蛋白复合物、线粒体与锚定蛋白相互作用、细胞内阻力、线粒体与内质网的相互作用、线粒体生成、裂变、融合、分裂、质量控制等方面。这些新颖的观点将为认识由线粒体运输障碍引起的神经系统疾病提供重要的参考。 展开更多
关键词 线粒体转运 轴突 驱动力 锚定
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各向异性超弹性的皮肤本构模型参数识别方法研究
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作者 温广全 纪小刚 +1 位作者 李华彬 孙榕 《应用力学学报》 CAS CSCD 北大核心 2024年第4期948-955,共8页
通过力学建模方法对病人皮肤组织疾病进行诊断、评估和治疗,需要准确识别皮肤组织的力学性能。为此,提出了一种运用自适应模拟退火优化算法结合代理模型技术的皮肤组织本构参数识别方法。首先,采用有限元方法模拟皮肤单轴拉伸试验,获取... 通过力学建模方法对病人皮肤组织疾病进行诊断、评估和治疗,需要准确识别皮肤组织的力学性能。为此,提出了一种运用自适应模拟退火优化算法结合代理模型技术的皮肤组织本构参数识别方法。首先,采用有限元方法模拟皮肤单轴拉伸试验,获取不同参数组合下,皮肤组织的数值计算力学响应数据。为提高参数识别的计算效率,分别构建了响应面模型、克里金模型、椭球基神经网络3种代理模型来代替重复的仿真计算过程,并采用决定系数R 2对3种代理模型的拟合精度进行校验。最后,利用自适应模拟退火优化算法,以试验曲线与数值计算曲线均方根误差最小为优化目标,通过反演识别出了与普通家猪腹肋部皮肤组织单轴拉伸试验结果最匹配的本构参数:C_(10)=0.1401 MPa、k_(1)=24.51 MPa、k_(2)=0.4961、κ=0.3171、φ=13.86°。结果表明,椭球基神经网络模型更适合拟合皮肤本构模型参数与应力应变响应间的非线性关系。对比识别出的数值计算曲线与试验曲线,表明自适应模拟退火算法结合代理模型技术是识别皮肤组织各向异性超弹性本构参数的快速、可靠方法。 展开更多
关键词 皮肤力学 参数识别 代理模型 自适应模拟退火算法
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深度学习图像识别辅助原子力显微镜单细胞力学特性精准高效探测
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作者 吕晓龙 李密 《生物化学与生物物理进展》 SCIE CAS CSCD 北大核心 2024年第2期468-480,共13页
目的原子力显微镜(AFM)的出现为生命科学研究提供了强大工具,特别是AFM压痕实验技术已成为细胞力学特性探测的重要方法,从单细胞尺度为生理病理活动过程带来了大量新的认识,是对传统生化集群平均研究方法的有力补充。然而现有AFM压痕实... 目的原子力显微镜(AFM)的出现为生命科学研究提供了强大工具,特别是AFM压痕实验技术已成为细胞力学特性探测的重要方法,从单细胞尺度为生理病理活动过程带来了大量新的认识,是对传统生化集群平均研究方法的有力补充。然而现有AFM压痕实验技术存在着依赖人工、效率低下等不足,严重制约了其在生命科学领域的实际应用。本文通过将光学显微成像自动目标识别技术与AFM压痕技术结合,建立了单个游离态细胞及聚团生长细胞的力学特性精准高效测量方法。方法利用YOLO深度学习算法识别出光学图像中细胞的中心部位,并通过嵌入视觉转换器(ViT)模块的双UNet神经网络模型对细胞边缘部位进行精确分割,同时采用模板匹配算法对光学图像中AFM微球探针进行定位,在此基础上自动确定AFM探针上的微球针尖与细胞不同部位之间的空间位置关系,进而对细胞中心部位和边缘部位的力学特性进行快速测量。选取HEK 293(人胚胎肾细胞)和HGC-27(人未分化胃癌细胞)两种细胞进行验证实验,并利用Hertz模型对获取的力曲线进行分析以得到细胞杨氏模量。结果在深度学习光学图像自动识别导引下可将AFM探针准确移动至细胞不同部位(中心和边缘)进行力学特性测量,同时实验结果表明,本文提出的方法不仅可对单个游离态细胞进行可靠测量,也适用于聚团生长的细胞。结论深度学习图像识别在辅助AFM单细胞力学特性精准高效探测方面具有巨大潜力,将深度学习图像识别与AFM结合有助于发展面向生物医学应用的高通量单细胞力学特性测量方法。 展开更多
关键词 原子力显微镜 细胞力学特性 光学图像 深度学习 杨氏模量 微球探针
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髂静脉压迫综合征血流动力学数值模拟
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作者 李超群 詹焱青 +3 位作者 汪忠明 高永新 仇鹏 姚程 《北京航空航天大学学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2024年第8期2646-2654,共9页
为了探究伴侧支血管的髂静脉压迫综合征出现典型症状的原因,对一典型伴侧支血管的髂静脉血流场进行了数值研究。通过调节多孔介质模型的黏性阻力系数模拟髂静脉压迫综合征发展阶段中的第二阶段和第三阶段,分析和对比了两个阶段的压力梯... 为了探究伴侧支血管的髂静脉压迫综合征出现典型症状的原因,对一典型伴侧支血管的髂静脉血流场进行了数值研究。通过调节多孔介质模型的黏性阻力系数模拟髂静脉压迫综合征发展阶段中的第二阶段和第三阶段,分析和对比了两个阶段的压力梯度、血液螺旋度和壁面切应力等血流动力学特征。研究结果表明,第三阶段的左髂静脉和下腔静脉之间的压力梯度为107 Pa,远大于第二阶段的31 Pa,但小于髂静脉压迫综合征的判断标准266 Pa。在第三阶段,侧支血管代替了左髂静脉进行回流。随着血流路径的改变,侧支血管和右髂静脉的血液螺旋度和壁面切应力远大于第二阶段。左髂静脉的长期堵塞,改变了红细胞的输运路径,延长了输运时间。尽管伴侧支血管的髂静脉压迫综合征能够进行下肢回流,患者仍呈现典型症状的原因可能是较大的压力梯度、较大的血液螺旋度、异常壁面切应力以及红细胞的输运迟滞长期的共同作用。 展开更多
关键词 髂静脉压迫综合征 血流动力学 数值模拟 多孔介质 血液螺旋度
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生物盔甲及仿生鳞片状柔性防护装具研究进展 被引量:2
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作者 朱德举 王丹 杨俊杰 《湖南大学学报(自然科学版)》 EI CAS CSCD 北大核心 2023年第6期199-212,共14页
传统的防护装具存在质量大、不易变形等缺点,近年来仿生物盔甲结构的防护装具得到了较大发展,较好地解决了防护性能与柔性两者不能兼顾的问题.本文综述典型生物盔甲的多级结构与力学性能、仿生防护装具的设计与制备,讨论现代仿生鳞片状... 传统的防护装具存在质量大、不易变形等缺点,近年来仿生物盔甲结构的防护装具得到了较大发展,较好地解决了防护性能与柔性两者不能兼顾的问题.本文综述典型生物盔甲的多级结构与力学性能、仿生防护装具的设计与制备,讨论现代仿生鳞片状柔性防护装具的材料与结构、防护性能与机理等相关进展以及应用前景.指出现阶段存在的主要问题,展望高性能仿生柔性防护装具的未来发展方向. 展开更多
关键词 仿生 弹道测试 生物盔甲 防护装具 防弹性能 柔性
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基质刚度和生长因子协同驱动上皮⁃间质转化的力⁃化耦合机制
12
作者 朱鸿源 王与帅 林敏 《应用数学和力学》 CSCD 北大核心 2024年第6期719-734,共16页
上皮-间质转化(epithelial to mesenchymal transition,EMT)是胚胎发育、伤口愈合、癌症发展等生理、病理过程中的关键步骤,使细胞从紧密黏附在一起的上皮状态转变为分散排布的间质状态.该文提出了一个基质刚度和生长因子协同驱动EMT的... 上皮-间质转化(epithelial to mesenchymal transition,EMT)是胚胎发育、伤口愈合、癌症发展等生理、病理过程中的关键步骤,使细胞从紧密黏附在一起的上皮状态转变为分散排布的间质状态.该文提出了一个基质刚度和生长因子协同驱动EMT的核心调控回路模型,发现在EMT过程中,基质刚度和生长因子通过协同调控EMT激活转录因子(EMT-activating transcript factors,EMT-TFs)来改变细胞间力学黏附分子E/N-钙黏素的表达,从而影响EMT的进程与可逆性.该模型揭示了力学和化学因素的协同作用对EMT过程中细胞间力学黏附的影响机制,为研究癌症等疾病的发生、发展机制和防治策略奠定了理论基础. 展开更多
关键词 力学模型 力-化耦合 上皮-间质转化 细胞间力学黏附
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针刺疗法的力学基础
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作者 季恒 谭为康 +6 位作者 巫桐雨 舒文雅 吴啸 亚晓旭 纪昌春 王欣君 韩玉龙 《应用数学和力学》 CSCD 北大核心 2024年第6期803-822,共20页
针刺疗法的有效性已被大量研究证实,许多国家将其纳入医疗系统.但是,针刺疗法的发展仍存在一些挑战,如针刺过程定量化方法缺乏、针刺技术传承困难、穴位定位精确度不足等.随着近年来多学科交叉的发展,尤其是工程科学与医学的结合,为解... 针刺疗法的有效性已被大量研究证实,许多国家将其纳入医疗系统.但是,针刺疗法的发展仍存在一些挑战,如针刺过程定量化方法缺乏、针刺技术传承困难、穴位定位精确度不足等.随着近年来多学科交叉的发展,尤其是工程科学与医学的结合,为解决针刺技术中存在的问题提供了新的思路和方法.该文综述了针刺技术中力学核心要素的历史发展,包括力学刺激工具(针具)、针刺过程(刺入及行针阶段)和力学刺激对象(穴位)三个部分.通过对这三个力学要素的剖析,总结了其对针刺过程和治疗效果的定量化研究及影响.同时,梳理了在针刺量化研究中的力学实验及模型,深化了对针刺过程的理解.总结了针刺机器人前沿的研究成果,及其在提升针刺技术传承、推动针灸国际化进程中的作用.最后,展望了针刺力学研究的发展方向. 展开更多
关键词 针刺力学 力学刺激核心要素 针刺力学模型 针刺机器人
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仿犰狳鳞片结构的躯干柔性防护装具抗穿甲燃烧弹侵彻性能
14
作者 朱德举 王丹 《湖南大学学报(自然科学版)》 EI CAS CSCD 北大核心 2023年第12期147-154,共8页
根据犰狳外骨皮盔甲的结构形态,设计了由SiC陶瓷和超高分子量聚乙烯(UHMWPE)构成的双层结构的仿生复合鳞片和新型柔性防护装具.该柔性防护装具由上层鳞片层与下层垫层组成,其中鳞片层由周期性排列复合鳞片构成,垫层为UHMWPE纤维层.采用M... 根据犰狳外骨皮盔甲的结构形态,设计了由SiC陶瓷和超高分子量聚乙烯(UHMWPE)构成的双层结构的仿生复合鳞片和新型柔性防护装具.该柔性防护装具由上层鳞片层与下层垫层组成,其中鳞片层由周期性排列复合鳞片构成,垫层为UHMWPE纤维层.采用MTS C43电子式万能试验机对防护装具进行了柔性测试,并依据《军用防弹衣安全技术性能要求》(GJB 4300A―2012)标准Ⅲ级弹道防护性能要求对其进行了弹道测试.分析了复合鳞片的厚度比、垫层数量、穿甲燃烧弹侵彻区域等因素对防护装具防护性能的影响,以及防护装具在集中荷载作用下刚度的变化过程.结果表明:该新型柔性防护装具具备良好的防护性能,不同侵彻区域对破坏范围具有显著影响;在集中荷载作用下垫层限制了鳞片层的弯曲变形,降低了整体柔性. 展开更多
关键词 仿生 复合鳞片 柔性 弹道测试 侵彻
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Dynamics of perinuclear actin ring regulating nuclear morphology
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作者 Haoxiang YANG Houbo SUN +2 位作者 Jinghao SHEN Hao WU Hongyuan JIANG 《Applied Mathematics and Mechanics(English Edition)》 SCIE EI CSCD 2024年第8期1415-1428,共14页
Cells are capable of sensing and responding to the extracellular mechanical microenvironment via the actin skeleton.In vivo,tissues are frequently subject to mechanical forces,such as the rapid and significant shear f... Cells are capable of sensing and responding to the extracellular mechanical microenvironment via the actin skeleton.In vivo,tissues are frequently subject to mechanical forces,such as the rapid and significant shear flow encountered by vascular endothelial cells.However,the investigations about the transient response of intracellular actin networks under these intense external mechanical forces,their intrinsic mechanisms,and potential implications are very limited.Here,we observe that when cells are subject to the shear flow,an actin ring structure could be rapidly assembled at the periphery of the nucleus.To gain insights into the mechanism underlying this perinuclear actin ring assembly,we develop a computational model of actin dynamics.We demonstrate that this perinuclear actin ring assembly is triggered by the depolymerization of cortical actin,Arp2/3-dependent actin filament polymerization,and myosin-mediated actin network contraction.Furthermore,we discover that the compressive stress generated by the perinuclear actin ring could lead to a reduction in the nuclear spreading area,an increase in the nuclear height,and a decrease in the nuclear volume.The present model thus explains the mechanism of the perinuclear actin ring assembly under external mechanical forces and suggests that the spontaneous contraction of this actin structure can significantly impact nuclear morphology. 展开更多
关键词 mechanical force actin dynamics perinuclear actin ring compressive stress NUCLEUS
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超声波力学治疗学
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作者 林姝娟 郭曜华 +1 位作者 齐兵 刘少宝 《应用数学和力学》 CSCD 北大核心 2024年第6期787-802,共16页
超声波作为一种非侵入性干预或调控手段在力学疗法中备受关注.该文介绍了高频率高强度、低频率高强度、低频率低强度和高频率低强度四类超声波对组织/细胞的作用方法、效果与机制,以及当前新兴的超声波治疗装置,并分析了超声波力学治疗... 超声波作为一种非侵入性干预或调控手段在力学疗法中备受关注.该文介绍了高频率高强度、低频率高强度、低频率低强度和高频率低强度四类超声波对组织/细胞的作用方法、效果与机制,以及当前新兴的超声波治疗装置,并分析了超声波力学治疗学未来的发展趋势.有助于推动超声波力学疗法在肿瘤治疗、神经系统疾病治疗(如阿尔茨海默病、帕金森病治疗)等方面的技术进步及临床应用. 展开更多
关键词 细胞 肿瘤 频率 力学疗法 力学生物学
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张力调控影响创口重塑的数值模拟研究
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作者 蔡威 周子星 +1 位作者 张作启 黄国友 《应用数学和力学》 CSCD 北大核心 2024年第6期753-762,共10页
组织重塑普遍存在于人体的组织和器官,与形态发生、伤口愈合、纤维化发展以及癌症的扩散与转移等密切相关.力学微环境在组织重塑过程中发挥重要作用,但是,目前张力调控影响创口重塑的规律仍不清.该文建立了细胞主动收缩引起组织重塑的... 组织重塑普遍存在于人体的组织和器官,与形态发生、伤口愈合、纤维化发展以及癌症的扩散与转移等密切相关.力学微环境在组织重塑过程中发挥重要作用,但是,目前张力调控影响创口重塑的规律仍不清.该文建立了细胞主动收缩引起组织重塑的动态数理模型,并通过有限元方法模拟了不同预张力牵张组织中侧边和内部创口重塑的过程;进一步,基于该模型研究了张力调控对创口重塑的影响.结果表明,张力调控显著影响创口重塑过程,通过适当的减张作用可以有效降低创口重塑过程中的应力水平和创口大小.该研究有助于加深人们对于组织重塑过程中力学作用的理解,为从力学角度干预创口重塑过程提供了有用参考. 展开更多
关键词 组织重塑 伤口愈合 有限元方法 力学调控
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基于原子力显微镜的细胞力学性质的表征、测量和应用
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作者 王记增 何飞 杨宸栋 《兰州大学学报(医学版)》 2023年第9期1-8,15,共9页
医学与工程技术的交叉融合,即医工融合,已日益成为驱动现代医学不断进步的关键推动力,正在对传统医学技术和方法产生深远影响,生物力学的发展壮大正是其重要体现形式之一。生物力学主要通过融合生物医学与力学原理方法,对生命过程中的... 医学与工程技术的交叉融合,即医工融合,已日益成为驱动现代医学不断进步的关键推动力,正在对传统医学技术和方法产生深远影响,生物力学的发展壮大正是其重要体现形式之一。生物力学主要通过融合生物医学与力学原理方法,对生命过程中的运动与变形等力学因素及其作用进行定量研究,以更好地认识生命过程的规律,解决生命与健康领域的科学问题。细胞力学是生物力学向微观发展的前沿分支之一,聚焦于细胞以及亚细胞结构生物学特性与行为的定量力学原理与调控途径。而细胞的力学性质则是指其在承载、变形、蠕变、松弛、流变、应力-应变关系等方面的特性,本质上为细胞受内部结构成分、组织形式和外部微环境控制而对外部机械刺激产生响应的一种可测量特征的体现形式。 展开更多
关键词 细胞力学性质 原子力显微镜 赫兹接触 幂律黏弹性 生物医学应用 医工融合 癌细胞 干细胞
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力敏感受体介导细胞功能调控的力学生物学研究 被引量:4
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作者 张欢 赵国清 +1 位作者 冯锦腾 林敏 《力学进展》 EI CSCD 北大核心 2023年第1期48-153,共106页
细胞膜是细胞与外部环境进行物质与能量交换的界面,是调节细胞正常生命活动的重要结构基础.细胞膜上力敏感受体可通过力学作用方式参与并影响细胞的力信号转导等功能.整合素和钙黏素是细胞膜上典型的力敏感受体,可介导细胞与细胞周围基... 细胞膜是细胞与外部环境进行物质与能量交换的界面,是调节细胞正常生命活动的重要结构基础.细胞膜上力敏感受体可通过力学作用方式参与并影响细胞的力信号转导等功能.整合素和钙黏素是细胞膜上典型的力敏感受体,可介导细胞与细胞周围基质或邻近细胞发生力学作用,并将力学刺激信号转导为生化信号,进而激活细胞内一系列应答反应,最终影响细胞生长、分化、增殖、凋亡和迁移等功能.力敏感受体介导细胞功能调控研究已成为探索细胞主动响应外界复杂力学微环境的力学生物学机制的关键,为进一步深入认识生理和病理状态下细胞功能变化规律,为揭示疾病的发生、发展机制提供重要的力学生物学理论与实验依据.本文总结了力敏感受体介导细胞功能调控的国内外研究进展;介绍了黏附界面处典型力敏感受体的结构和功能;总结了这些力敏感受体参与的细胞力信号感知与响应的数理模型;概述了细胞通过力敏感受体进行力学信号转导的过程;介绍了黏附介导细胞功能调控的力学生物学过程和机制;简述了体外构建模拟细胞力学微环境中细胞-细胞外基质和细胞-细胞力学相互作用的技术;指出了力敏感受体介导细胞功能调控的力学生物学研究发展趋势和未来方向. 展开更多
关键词 黏附界面 细胞力学响应 力学生物学 力信号转导 力学模型
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载瘤动脉双向流固耦合动力学数值模拟分析 被引量:1
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作者 王得辰 张俊婷 樊佳伟 《中北大学学报(自然科学版)》 CAS 2023年第1期16-23,共8页
本文针对血液流动与载瘤动脉壁间的双向耦合作用,利用有限元数值模拟方法研究并探讨了不同弯曲度、不同瘤高因素下,载瘤动脉在单个心动周期内血液的流动状态,以及影响血管壁的应力、应力分布及破裂的动力学因素。研究结果表明:不同弯曲... 本文针对血液流动与载瘤动脉壁间的双向耦合作用,利用有限元数值模拟方法研究并探讨了不同弯曲度、不同瘤高因素下,载瘤动脉在单个心动周期内血液的流动状态,以及影响血管壁的应力、应力分布及破裂的动力学因素。研究结果表明:不同弯曲度的载瘤动脉,在1/4周期时刻动脉瘤内的血流量较小,变形达到最大;在近1/3周期时刻,动脉瘤底部出现较为紊乱的流动;在整个心动周期的最后时刻(t=0.6 s),动脉内血液流动趋于稳定。随着弯曲度的增加,动脉瘤内应力梯度增大,变形程度也增大,更容易发生形变;当弯曲度较小时,动脉瘤内血液流动相对紊乱,但其内部的应力分布较为均匀。随着瘤高的增高,动脉瘤下半部的应力增大,同时动脉瘤的变形也增大。 展开更多
关键词 动脉瘤 血流动力学 数值模型 双向流固耦合
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