仿生壶腹嵴胶质的制备及杨氏模量的测量

为保证采用仿生半规管实体模型研究前庭功能紊乱问题时的测量精度,通过加热—冷冻—解冻法制备了聚乙烯醇/明胶(PVA/GEL)仿生壶腹嵴胶质共混水凝胶膜,并且研究了其微观结构、密度以及黏弹特性。SEM结果表明,“冷冻法”制备的PVA/GEL水凝膜成膜性好、结构致密并且表面光滑。密度测试与XRD测试结果表明,PVA/GEL具有较好的相容性,同时共混水凝膜密度(ρ≈1 g/cm^(3))与人体壶腹嵴胶质密度一致,并且与水接触后仍可以保持稳态。设计并且采用图像跟踪法进行分析,结果表明,当PVA与GEL的质量比为6∶1时,PVA/GEL膜的泊松比为0.479916,杨氏模量为86.449 Pa,膜的硬度低、易变形、弹性形变性能最佳。因此,质量比为6∶1的水凝膜力学性能与人体壶腹嵴胶质相似,可应用于仿生半规管实体模型中,研究前庭功能原理。

4种方法从葎草中制备的纳米纤维素性能

以葎草(Humulus scandens)为原料,分别采用4种方法制备了纳米纤维素,分别为硫酸水解所制得的纤维素纳米晶须(sulfuric acid-cellulose nanocrystals,S-CNC)、盐酸水解法制得的纤维素纳米晶须(hydrochloric acid-cellulose nanocrystals,H-CNC)、大功率超声法制得的纤维素纳米纤维(ultrasound-cellulose nanofibrils,U-CNF)和高速搅拌法制得的纤维素纳米纤维(stirring-cellulose nanofibrils,S-CNF),然后采用透射电子显微镜(TEM)、傅利叶红外光谱仪(FTIR)、X射线衍射仪(XRD)、热重分析仪(TGA)分别对4种纤维素的形态、化学结构、晶体结构、热稳定性能进行了表征。结果表明,硫酸水解法和盐酸水解法制备的纳米纤维素呈棒状,大功率超声法和高速搅拌法制备的纳米纤维素呈网状;S-CNC具有最高的结晶度(70.05%),而S-CNF结晶度最低(58.94%);4种纳米纤维素均保持着纤维素Ⅰ型结构;U-CNF的热稳定性最佳,开始分解温度为261.9℃,而S-CNC的热稳定性最差,初始分解温度为217.8℃。

新工科背景下仿生设计在“机械创新设计”课程中的教学实践

机械仿生设计是指仿照生物体某个组织或器官的结构设计相应的仿生机械,实现特定的功能,是本科“机械创新设计”课程的重要内容。以一种气流传感器的仿生设计过程为例,展示在课堂学习过程中具体如何进行机械仿生设计的教学过程。对仿生对象-昆虫感受器的材料特性(机械力学性能)、构造和感知原理进行分析,讲解结构和功能的关系,选择合适的智能感应材料进行结构设计,并对仿生结构进行仿真和性能测试,验证仿生设计结果。通过对完整设计实例的学习,可以使学生较快地掌握机械仿生设计概念、设计步骤和设计方法。

基于FLUENT3D生物打印喷头内部流场的数值模拟分析

背景:随着3D打印技术的发展,人工构建组织和器官的一种方法是通过构建有利于细胞生长的三维支架来进行器官和组织的培养。目的:为解决支架在进行3D打印过程中的过堆积问题。方法:利用美国ANSYS公司开发的有限元分析软件Fluent,对打印喷头的挤出过程进行分析,得到适合纤维素凝胶复合物3D打印的材料黏度和挤出压强,进行实验并运用对比观察的方法。结果和结论:模拟结果和实验结果的误差小于5%。模拟数值在动力黏度为45和压强为0.10-0.12 MPa,解决了纤维素凝胶类复合材料在进行3D打印过程中的过堆积现象得到了解决,保证了3D生物打印支架有良好的空隙。

林木种苗在林业建设中的作用

林木种苗是林业生产最基本的生产资料，在林业生产中具有十分重要的作用。当前，我国林木种苗建设正处于从数量保障型向质量效益型转变的重要阶段。在这样的背景下．加强林木种苗质量监督管理显得十分重要。

仿生耳石器的冲击与振动传感特性研究

为了研究人体耳石器官的冲击与振动传感特性,本文根据人体耳石器官的生理结构,采用表面对称电极含金属芯PVDF压电纤维(SMPF)作为元件,设计制备了仿生耳石器。根据压电方程和振动理论,建立了仿生耳石器的冲击和振动传感理论模型。搭建实验平台,测试了仿生耳石器的振动传感功能。实验结果证明,在冲击与振动的作用下,仿生耳石器中的液体使耳石器内的囊斑发生形变,通过SMPF产生的电荷信号,可以感知受到冲击和振动的波形、频率和振幅。实验结果验证了理论模型,同时证明了人体耳石器具有感知直线加速度的幅值和角度的特性。

3D打印生物材料微小力学性能自动测量系统的设计

背景:在现有的组织工程支架评价体系中,需要在多个方面测试支架的力学强度以保证其可以满足临床应用的要求,但由于生物复合材料的力学性能测量是一个微小变形的测量,目前市面上很难有专业的测量仪器满足测试的精度要求,常用的硬度仪或拉伸实验仪也难以达到支架力学性能的要求。目的:开发研究一款具有自动检测硬度和韧性的测试系统来检测生物支架的力学性能。方法:研发的测试系统采用两组差动电桥分别实现应力和应变的输出,在恒定的温度、湿度及应变速度下进行不同方式的力学实验,获取材料的各项力学性能。针对复合生物材料的特殊性,通过对纳米纤维素和聚己内酯组成的生物复合材料进行设备的测试来验证该测试系统能否满足要求。结果与结论:实验开发研究的测试系统能够准确测量生物材料支架的力学性能,将被测支架的"力-位移"加载曲线斜率作为支架的韧性/硬度的表征,能够直观反映支架力学性能的好坏,同时该测试系统的精度能够达到0.1μm,这对3D生物打印技术运用到组织修复的建立具有理论依据和应用价值。

仿生半规管传感器密度差感知特性研究

采用表面对称电极含金属芯聚偏氟乙烯(PVDF)纤维(SMPF)传感器,代替人体纤毛细胞感受器,设计制备了一种仿生半规管。根据压电方程和密度差理论,建立仿生半规管的密度差感知机理理论模型。搭建了实验系统,测试了传感器对仿生内淋巴液与仿生壶腹嵴之间密度差变化的感知功能。实验结果表明,仿生壶腹嵴传感器在液体压力作用下可以产生相应的变形,并且不同密度差下的响应幅值不同,同时验证了人体半规管中,当密度差足够大时,半规管具有对直线加速度产生反应的能力。

一种仿生壶腹嵴的振动传感特性研究

为了研究人耳半规管中壶腹嵴的振动传感特性,本文采用表面对称电极含金属芯PVDF纤维(SMPF)传感器,代替人体纤毛细胞感受器,并模仿人体壶腹嵴的结构,设计制备了一种仿生壶腹嵴。根据压电方程和振动理论,建立了仿生壶腹嵴的振动传感理论模型。搭建了实验系统,测试了仿生壶腹嵴的振动传感功能。实验结果表明,仿生壶腹嵴在液体压力作用下可以产生相应的变形,而通过SMPF的输出电荷信号,可以感知仿生壶腹嵴受到的振动激励,包括正弦与冲击振动的波形、频率和幅值。实验结果验证了理论模型,同时验证了人体半规管中,壶腹嵴具有振动感知的能力和作用。

仿生角加速度传感器设计及传感特性研究

半规管是人体前庭系统中的一种角位移感知器官,该文基于人体半规管几何尺寸、机械属性及内部结构,利用表面对称电极含金属芯聚偏二氟乙烯(PVDF)纤维(SMPF)传感器,设计制备了一种结构尺寸、工作机理与人体半规管基本一致的仿生角加速度传感器。同时搭建了实验系统,对仿生半规管传感器的感知理论模型进行了验证。实验结果证明,传感器的工作机理与数学模型推导结果基本一致,仿生传感器在不同加速度刺激下输出相应幅值的电信号。通过扫频实验确认系统固有频率约为10 Hz,可用于人体头部的运动检测。

面向皮肤支架3D生物打印喷头的CFD模拟与实验

背景:随着组织工程的发展,3D生物打印技术可通过打印生物质材料来构建皮肤支架,但工艺参数不明确,打印过程中经常出现堆积和不连续情况。目的:通过3D生物打印机和有限元软件Fluent进行数值模拟,以获得合理的挤出压强、黏度、喷头行走速度、喷头直径、温度参数,解决明胶纤维打印过程中的堆积和不连续问题。方法:以5%明胶纤维素溶液为打印材料,采用3D生物打印机和限元软件Fluent进行数值模拟,设置打印温度分别为5,15,25℃,打印压力分别为0.16,0.18,0.2 MPa,喷头直径分别为0.21,0.26,0.41 mm,检测喷头针尖处的流速与流量;以合适的参数3D打印明胶纤维皮肤生物支架,扫描电镜观察支架结构。结果与结论:3D生物打印明胶纤维皮肤生物支架过程中,设置打印温度在15℃、喷头行走速度为30 mm/s、压力为0.18MPa、喷头直径为0.21mm时,可保证喷头挤出的明胶纤维材料不会堆积或者断丝,连续性挤出明胶纤维,并且在上述打印条件下打印的丝宽1 400μm左右;将此条件下打印的生物支架进行扫描电镜观察,可见支架的行与列分布较均匀,层与层之间的结合部位黏结牢固,不易变形,支架孔隙率约57%。

仿生毛发气流传感器在流场中的传感特性研究

模仿昆虫感受器的结构,设计制备了一种仿生毛发气流传感器——表面对称电极含金属芯聚偏氟乙烯(PVDF)纤维(SMPF)传感器。基于流体力学理论和第一类压电方程建立了SMPF的气流传感模型。搭建了实验系统,验证了SMPF对于气流速度的传感能力。实验结果表明,SMPF的输出信号和气流速度的平方成线性关系,验证了理论模型,表明SMPF具有感知气流速度的能力。将纤维呈阵列排布置于风洞流场中,用气流对纤维阵列进行冲击,搭建实验系统,验证了纤维在流场中的传感特性,并进行有限元仿真分析。实验结果表明,在风洞装置中,当有气流流过时,会产生流动边界层,且沿着气流速度方向边界层厚度越来越厚,同一截面上的气流速度差也越来越大。实验结果验证了理论模型,表明SMPF具有感知流场分布的能力。

油用牡丹栽植实用技术

1 油用牡丹介绍据有关资料记载,我国的牡丹1500多年的栽培历史。栽培的牡丹按其用途可分为观赏牡丹和药用牡丹两大类,其中药用牡丹主要用于生产中药材-“丹皮”。近年来,人们发现牡丹籽油有很高的营养价值,可以作为高档食用油,于是按用途将采籽榨油为主要目的的牡丹叫做“油用牡丹”。目前,生产中作为油用牡丹推广使用的主要有两个品种(类型),即“凤丹”牡丹,和“紫斑”牡丹。牡丹籽油不但口感好,而且营养价值超高。牡丹籽油不饱和脂肪酸含量为90%以上,其中被称为“植物脑黄金”的-亚麻酸含量为40%以上,高于山茶油、核桃油、橄榄油、葵花籽油、花生油和芝麻油等食用油,牡丹籽油-亚麻酸含量是橄榄油的140多倍。食用牡丹籽具有预防心血管疾病、降血脂、降血压、诮炎杀茵、活化细胞、抗衰老、防癌抗癌等功效。2 油用牡丹栽植技术2.1 地块选择。油药用牡丹耐寒、耐旱、怕水渍,无论阴坡、阳坡,凡是土壤肥沃、土层深厚、土质疏松、排水通气性能良好的中性微酸性砂质壤土均可栽种,而强酸性土壤、盐碱地、粘土、低湿地不宜栽种。油用牡丹高产园,宜选高燥向阳地块,以沙质壤土为好,要求土壤疏松透气、排水良好。在同地类的花椒、核桃等经济林林下亦可栽植,郁闭度小于0.5的未挂果园、初挂果园均可栽植。2.2 品种选择。以结籽量大、出油率高、适应性广、生长势强的“凤丹”品种为主,也可以考虑选择“紫斑”牡丹。2.3 整地。土壤深翻30~40cm,每亩施用腐熟的厩肥1000~1500公斤,40~50公斤复合肥作为底肥。同时施入10~15公斤/亩辛硫磷颗粒剂和4~5公斤/亩多菌灵等做为土壤杀虫杀菌剂。2.4 栽植时间。油用牡丹露地栽植时间为秋季栽植,时间以10月上旬至11月中旬为佳。一般选择2~3年生“凤丹”实生苗,用800倍福美双浸泡5~10分钟,晾干后栽植。2.5 栽植密度。①两年生苗,每亩栽植2084株,株行距为40×80cm。隔l^2年,隔一株去除一株,可以用作观赏牡丹嫁接苗或另行栽植,可以提前1~2年达高产;②三年生苗,每亩栽植1667株,株行距为50×80cm;③四年生苗,每亩栽植1042株,株行距为80×80cm,一次栽植管理到位。行距80cm的原因是为了便于机械(微耕机)除草,减少用工投入。

化学教学中的情感教育

所谓情感教育，是指教师在教学过程中，充分考虑认知因素的同时，发挥情感因素的积极作用，以完善教学目标，增强教学效果的教学。远在二千多年前的先秦时期，孔子就十分重视情感这一人类的重要心理现象，他认为：学生的学习活动本身就应该是快乐之事，在《雍也》篇里称赞了自己的得意弟子颜渊以学为乐、乐在其中的求学之道；学生对学习本身所怀的积极情绪体验，能促进学生的学习活动，增强学习效果。

陕西铜川市核桃整形修剪技术要点

核桃树作为陕西省铜川市耀州区的主要油料树种,具有很高的经济价值和生态价值。为确保种植户能够获得更好的经济收益,该文介绍了核桃树的整形与修剪管护技术,确保核桃树健康生产,同时延长核桃树的结果周期,以推动核桃种植产业的健康可持续发展。

浅探物理教学中如何培养学生的猜想能力

高中物理教学中,教师不仅要传授物理知识,还要教会学生学习物理的方法和能力。猜测和想象是物理智慧中最活跃的成分,对学生猜想能力的培养起着非常重要的作用。在高中物理教学中,教会学生正确的猜想方法,在生活实践和课堂情境中不断提高猜想技能,从而提升学生的物理思维水平,从而提高物理教学的成绩。

浅谈物理总复习的策略和方法

高中物理知识点多、面广、题难,如果不进行科学系统的复习,学生难以取得好成绩。在物理综合复习时,采用梳理强化知识,夯实基础,发展能力;分层复习,分类推进,全面提高复习质量;指导学生进行记忆,减轻学生记忆负担;加强知识应用,注重方法指导;重点知识、薄弱环节专题复习,加强知识间的联系,培养综合应用能力等方法,让学生全面的、综合的、高效的复习,全面提高学生的物理水平,提高高考物理成绩。

节水理念在建筑给排水设计中的应用

近年来,随着我国建筑行业的快速兴起和人们节能意识的增强,节水理念也逐渐被应用于建筑给排水系统的设计中,提高了建筑的整体服务性能。节水理念在建筑给排水系统设计中的应用,减少了人们日常生活中对水资源的浪费,对我国城市水资源不足的压力起到了缓解作用。笔者通过对节水理念在建筑给排水系统中的应用进行分析,以期提醒设计人员在整个项目的实施过程中,合理的进行给水系统的分区、设备的选择等。