髌腱弹性蛋白降解对其准静态拉伸力学性能的影响

背景:髌腱是维持膝关节稳定的重要结构,在拉伸作用下表现出特有的非线性力学特性,但是弹性蛋白在拉伸载荷下对髌腱力学行为的影响尚不清楚。目的:通过弹性蛋白的靶向酶处理,研究弹性蛋白对髌腱力学性能的影响。方法:(1)将30个40-50 mg新鲜猪髌腱平均分配到5种不同弹性蛋白酶浓度(0,1,5,10,20 U/m L)中孵育以及在5个不同的时间(0,1,4,6,12h)的弹性蛋白酶溶液中孵育,最后检测弹性蛋白含量。(2)将髌腱分别在PBS溶液、5 U/m L弹性蛋白酶溶液中处理8h,进行Verhoeff VanGieson(VVG)染色和Masson染色。(3)将20个新鲜猪髌腱随机分为PBS对照组和弹性蛋白酶处理组(弹性蛋白酶组),在试样表面标记9个点后进行纵向拉伸及应力松弛实验,使用光学非接触法计算标记点的位移用于后续应变分析并计算应力;然后将试样分别在PBS溶液、5 U/m L弹性蛋白酶溶液中孵育8 h,再次进行同样的力学测试。结果与结论:(1)在5 U/m L弹性蛋白酶溶液中孵育8 h可以满足此次实验要求;(2)与处理前相比,PBS组和酶处理组的组织拉伸应力显著降低,均降低约40%(P<0.001,P<0.01);与处理前相比,处理后的松弛百分比显著增加,前后相差约12%(P<0.05);在归一化的平均应力-时间曲线上,酶处理组比PBS组应力降低更大,两者相差约16%(P<0.0001);(3)以上结果表明,弹性蛋白在髌腱的拉伸力学特性及黏弹性特性中起到重要作用,进一步补充了对多尺度肌腱结构-功能关系的理解,这有利于未来对微观结构本构模型的发展和改进,以模拟髌腱病变及手术干预。

研究鼻道的分流作用对嗅觉反应的影响

考虑了中、下鼻道的分流作用，把总鼻道内气流的截面平均速度描述为轴向位置的函数，建立了不定常的二维嗅觉模型，并得到了该模型的精确解，精确解揭示了各生理参数之间的内在联系· 计算结果表明理论结果与实验结果是一致的，这对进一步研究嗅觉机理具有一定的参考价值·

二维不定常嗅觉模型及其精确解

在考虑了鼻腔结构的基础上，把嗅觉反应的主要机理分成四个连续的主要过程，建立了二维不定常的嗅觉模型，利用分离变量法得到了该模型的精确解，并给出了两个无量纲参数影响气味分子在粘膜层内分布的计算结果，精确解则揭示了各生理参数之间的内在联系。理论和数值结果表明：吸气速度和嗅粘膜表面的粘液是影响嗅觉反应的两个重要因素。

不定常嗅觉模型及其解

本文把嗅觉反应描述为如下四个连续的过程：（１）空气中的气味分子，通过鼻腔的对流与扩散作用，到达嗅区；（２）气味分子被嗅觉粘膜表面的粘液所吸附；（３）气味分子在嗅觉粘膜层中扩散；（４）气味分子与嗅细胞相互作用，产生嗅觉。本文建立了包含上述主要机理的不定常的嗅觉模型，并得到了该模型的解析解。数值模拟表明这一结果与实验结果是一致的，解析解加深了对嗅觉机理的了解，同时也揭示了各生理参数之间的相互关系，为进一步实验测定嗅觉反应的潜伏期、阈浓度及嗅细胞的位置等提供了有力的分析工具。

药物从溶蚀性高聚物基质内释放的双动边界问题

采用修正积分法 ,得到了药物从溶蚀性高聚物基质内释放的双动边界问题的近似解析解 ,给出了扩散边界和药物释放分数的计算公式及其在不同初装浓度和溶蚀速度下的计算结果 ,给出了药物满足零级释放的近似条件。这对研究药物从高聚物基质内的释放问题以及控释制剂的设计具有重要的意义。

药物从柱型高聚物基体内扩散释放的活动边界问题

采用修正积分法 ,得到了药物从柱形高聚物基体内扩散释放的活动边界问题的近似解析解 ,给出了扩散边界和药物释放分数的计算公式及其在不同初装浓度下的计算结果· 计算结果与实验结果是一致的· 进而 ,对药物从片形、柱形、球形等不同几何形状的基体内的释放问题进行了对照 ,分析了基体的不同几何形状对药物释放的影响· 还给出了药物从柱形基体内扩散释放的有效时间的近似计算公式· 这对临床实验具有一定的指导意义 。

嗅觉模型的理论研究

嗅觉反应的主要机理包括以下五个连续的主要过程 :1 周围环境中的气味分子通过鼻腔中对流与扩散的双重作用 ,传输到嗅区 ;2 气味分子在嗅区的上方侧向传输到达嗅粘膜表面 ;3 气味分子被嗅粘膜表面的粘液所吸附 ;4 气味分子在嗅粘膜层中扩散 ,到达嗅细胞 ;5 气味分子的浓度在嗅细胞处达到浓度阈值 ,刺激嗅细胞放电 ,产生嗅觉。我们建立了揭示这五个主要过程的嗅觉模型 ,并通过理论分析得到模型的精确解。精确解定量揭示了嗅觉生理参数之间的内在关系 。

钙火花的生物力学研究

钙离子是最古老的细胞信使之一,调节着从激素分泌到肌肉收缩、从神经信号传递到学习记忆、从基因表达到蛋白磷酸化、从细胞生长分化到死亡等等重要生命过程。

研究呼吸道对气流温度调节作用的数学模型

建立了用口呼吸时，呼吸道内传热的数学模型，并得到了该模型的解析解。解析解揭示了呼吸道内各生理参数之间的内在关系，为进一步研究用口呼吸时，呼吸道内的热量损失提供了理论依据。

示踪剂透过动脉壁的数学模型及其精确解

考虑到动脉壁内皮有丝分裂细胞大缝隙的存在，对示踪剂透过动脉壁的传输问题，建立了新的数学模型，并得到了该模型的精确解。通过计算机模拟，直观地表明内皮有丝分裂细胞大缝隙的存在，是导致示踪剂在动脉壁中的浓度分布高度局部化的一个不可低估的因素。

嗅觉模型研究的进展

本文对嗅觉机理及模型的研究进展进行了综述。重点介绍了嗅觉的生理结构和辨识机理，以及近年来研究嗅觉机理的层析模型、回归模型、知识模型和网络模型，并对嗅觉模型的研究进行了展望。

广义二阶流体涡流速度的衰减和温度扩散

将分数阶微积分运算引入到二阶流体的本构关系中,建立了带分数阶导数的广义二阶流体模型· 研究了广义二阶流体涡流速度的衰减和温度扩散,利用分数阶导数的Laplace变换和广义Mittag＿Leffler函数,得到了涡流速度场和温度场的精确解。

网织红细胞膜生物物理特性的研究

用苯肼使动物造成急性溶血性贫血的方法,诱发动物体内新生网织红细胞大量增多,通过对新生网织红细胞的电泳率、渗透脆性、膜的流动性等生物物理指标连续72 h的测量,发现网织红细胞在由网织红细胞转变为成熟红细胞的过程中,其生物物理特性有明显改变。这对研究由于贫血等原因造成的网织红细胞增多情况下,全血的微观流变学特性具有重要的临床意义,同时对新生网织红细胞膜的生物物理特性加以系统研究,具有重要的基础理论研究价值。

广义Maxwell黏弹性流体在两平板间的非定常流动

将分数阶微积分运算引入Maxwell黏弹性流体的本构方程,研究了黏弹性流体在两平板间的非定常流动.对于广义Maxwell黏弹性流体的分数阶导数模型,导出了对时间具有分数阶导数的特殊运动方程,利用分数阶微积分的Laplace变换理论,得到了流动的解析解.

多孔介质内黏弹性流体的热对流稳定性研究

基于修正的Darcy模型,介绍了多孔介质内黏弹性流体热对流稳定性研究的现状和主要进展.通过线性稳定性理论,分析计算多孔介质几何形状(水平多孔介质层、多孔圆柱以及多孔方腔)、热边界条件(底部等温加热、底部等热流加热、底部对流换热以及顶部自由开口边界)、黏弹性流体的流动模型(Darcy-Jeffrey, DarcyBrinkman-Oldroyd以及Darcy-Brinkman-Maxwell模型)、局部热非平衡效应以及旋转效应对黏弹性流体热对流失稳的临界Rayleigh数的影响.利用弱非线性分析方法,揭示失稳临界点附近热对流流动的分叉情况,以及失稳临界点附近黏弹性流体换热Nusselt数的解析表达式.采用数值模拟方法,研究高Rayleigh数下黏弹性流体换热Nusselt数和流场的演化规律,分析各参数对黏弹性流体热对流失稳和对流换热速率的影响.主要结果:(1)流体的黏弹性能够促进振荡对流的发生;(2)旋转效应、流体与多孔介质间的传热能够抑制黏弹性流体的热对流失稳;(3)在临界Rayleigh数附近,静态对流分叉解是超临界稳定的,而振荡对流分叉可能是超临界或者亚临界的,主要取决于流体的黏弹性参数、Prandtl数以及Darcy数;(4)随着Rayleigh数的增加,热对流的流场从单个涡胞逐渐演化为多个不规则单元涡胞,最后发展为混沌状态.

弯曲圆管内漩涡结构分叉现象的理论研究

利用拓扑结构分析方法 ,分析了弯曲圆管内定常流在横截面上流线的奇点个数及分布规律 ,给出了二次流的漩涡数目由 2个变为 4个 ,流态结构发生分叉现象的理论判据· 进而 ,利用Galerkin方法 ,得到了弯曲圆管内定常流的流函数和轴向速度的半解析表达式 ,给出了流态结构发生分叉现象的临界Dean数 。

网织红细胞成熟过程中膜剪切弹性模量及表面粘度的改变

用鸡抗兔血清的抗体使兔造成急性溶血性贫血的方法,诱发兔体内同步生长的新生网织红细胞,用文宗曜等提出的一种测量红细胞膜剪切弹性模量及表面粘度的新方法——新型激光衍射法,连续72h监测经过不同发育阶段的网织红细胞的小变形指数和变形恢复过程(即松弛过程)中变形恢复到最大值一半的时间(即变形恢复半时间,t0.5),将测得的结果分别代入红细胞膜的剪切弹性模量公式和表面粘度公式。计算出不同发育阶段的网织红细胞的膜剪切弹性模量和表面粘度,发现网织红细胞在转变为成熟红细胞的过程中,其膜剪切弹性模量和表面粘度有明显改变。这对研究由于贫血等原因造成的网织红细胞增多情况下全血的微观流变学特性有重要的临床意义,同时对新生网织红细胞在转化过程中膜的剪切弹性模量和表面粘度的变化规律加以系统研究,具有重要的基础理论研究价值。

心肌细胞内钙波的生物力学研究

钙离子作为细胞的第二信使,调节着从激素分泌到肌肉收缩、从神经信号传递到学习记忆、从基因表达到蛋白磷酸化、从细胞生长分化到死亡等等重要生命活动。钙致钙释放是心肌细胞兴奋-收缩耦联的基本机制,钙火花则是心肌细胞钙致钙释放的基本单位。钙火花能够引起细胞质局部钙浓度升高,随着钙离子在细胞质内扩散,当高浓度钙传播到邻近的雷诺丁受体时,就有可能激发新的钙火花,从而形成钙火花的传播,这一连锁式的反应形成自传导性的钙传播,简称钙波。在病理高钙情况下,可以观察到自发传播的钙波。在很多不同类型的细胞中,都发现了低速传播的有活力的钙波。在缺少横小管的心房细胞中。

苯肼对兔网织红细胞微观流变学特性影响的研究

目的利用苯肼注入造成的动物贫血模型,对兔网织红细胞微观流变学特性进行研究。总结兔网织红细胞微观流变学特性的变化规律。方法采用苯肼注入动物体内,能使动物造成贫血,从而诱发动物幼红细胞增多症,造成一种贫血的动物模型。在几天内连续研究苯肼对新生的网织红细胞及红细胞流变学特性的影响。采用一种在低粘切变流场中能将红细胞变形指数(DI)分解为取向指数(DI)or和小变形指数(DI)d的新型激光衍射法[1],对网织红细胞及红细胞的变形指数、取向指数、综合变形指数(IDI)等血液流变学特性参数进行测量。结果注入苯肼后,新生的网织红细胞流变学特性与成熟红细胞流变学特性存在明显异常,网织红细胞的变形指数、取向指数、和小变形指数与成熟红细胞的相应指数存在明显异常。结论网织红细胞流变学特性与成熟红细胞流变学特性存在明显异常,为研究苯肼对网织红细胞及红细胞的血液流变学特性的影响提供了理论与实验基础。

分数阶算子探讨

简要介绍了用以描述物理和力学中的中间过程(intermediate processes)和临界现象(critical phenomena)的分数阶算子理论、方法的最新进展。分析了分数阶算子对湍流速度场的不规则起伏、Brown运动和粘弹性材料记忆性等经典力学和线性物理问题的挑战。总结了分数阶算子在线性和非线性固体遗传动力学、非Newton流体力学、生物物理和生物力学、分数阶反常扩散与随机游走理论和DLA理论等复杂系统中的应用。包括了作者近年来在这一领域所做的工作。最后,对这一学科的发展进行了展望。