仿生黏弹性高分子水凝胶及其生物医学应用

天然细胞外基质和生物体软组织固有的黏弹性是调控细胞行为和组织修复与再生过程的关键因素.基于动态建构化学反应交联得到的动态高分子水凝胶材料可有效模拟在体细胞或组织的黏弹性力学微环境,为体外调控细胞命运、揭示其力学生物学响应机制提供了重要工具,也为组织修复与再生提供了仿生支架材料.本综述在介绍天然细胞外基质及生物体软组织黏弹性的基础上,重点对仿生黏弹性水凝胶材料的设计思路、性能表征及影响因素等进行了概括和总结,并揭示了黏弹性水凝胶调控细胞、组织行为的规律及机制,最后,分析了目前该领域研究中所存在的问题并对未来发展方向进行了展望.本综述将有助于启发高分子水凝胶的仿生功能化设计思路及材料生物学效应研究,进一步拓展高分子水凝胶材料的生物医学应用.

表面热冲击下脆性材料半空间不同方位裂纹的临界长度

结构承受热冲击时,温度非均匀性会导致结构产生热应力,从而引起裂纹的萌生和扩展。该文研究脉冲激光作用下的含单裂纹脆性材料半空间温度场和应力场。基于Fourier(傅里叶)热传导和热-力耦合原理,建立瞬态热传导方程和平衡方程;采用ANSYS软件实现温度场和应力场三维问题的有限元数值模拟;分析不同裂纹在不同位置对热应力场的影响,从而得到裂尖应力强度因子;依据材料临界应力强度因子,通过有限元计算得出不同方位热冲击下裂纹扩展的临界长度。计算结果表明,脆性材料在受到Gauss(高斯)分布激光的辐照时,裂纹长比激光半径为0.12时,裂纹较为危险,且在r/r0=0.2处且与径向夹角为60°的裂纹更为危险,而且材料的断裂应属于剪切型断裂。这些结果可以为承受热冲击结构中的危险裂纹标定提供理论依据。

扫描电化学显微镜在水凝胶微孔阵列表征中的新应用

水凝胶微孔阵列是细胞培养的新型基板软材料,其微孔形貌对细胞的行为产生直接的影响.但传统水凝胶微孔阵列形貌的表征手段缺乏在水溶液中原位和可逆表征的能力.本文以水溶液中的氧气为还原电对,应用扫描电化学显微镜(SECM)对水溶液中的聚乙二醇二甲基丙烯酸酯水凝胶微孔阵列的形貌进行了原位表征,得到了水凝胶微孔阵列表面的二维孔径和三维形貌信息,开发出采用SECM对水凝胶微孔阵列形貌进行原位、可逆、无损表征及提供三维形貌信息的新方法.

扫描离子电导显微镜在细胞表征中的应用研究

细胞的微观形貌、电学和力学功能在细胞生物学研究中具有重要意义.但传统细胞表征方法无法实现对活体细胞微/纳观尺度的无损、原位表征.扫描离子电导显微镜(scanning ion conductance microscopy, SICM)作为新型的扫描探针显微镜技术,由于非接触式扫描模式及纳米探针的使用,可实现对活细胞无损、高分辨地实时表征,近年来被广泛用于各种细胞生物学和细胞表征研究中.本综述主要介绍了SICM的发展历史及其在细胞表征中的应用.首先介绍SICM的仪器组成和工作原理、三种常见的工作模式及优缺点,之后分类介绍SICM在细胞生物学领域的应用进展,包括SICM在细胞形貌表征、细胞电学性质和力学性质研究中的具体应用实例,总结和比较了SICM与传统细胞生物学表征方法在细胞原位表征中的优势.最后,提出SICM在细胞表征方面面临的挑战,对其未来技术发展方向进行了展望.

扫描电化学显微镜在光电化学研究中的应用

深入研究各种光电化学反应过程的机理和反应动力学性质等对提升光电转换效率、发展绿色高效光伏能源器件具有重要意义.扫描电化学显微镜(SECM)是一种具有高时空分辨率的电化学扫描探针显微镜技术,不仅可以研究光电催化反应的机理和动力学性质,还可以通过光电流反馈模式进行组合成像,实现光电催化剂的性能评估和优选,近年来逐渐成为光电化学研究领域微区观测和反应动力学研究的重要技术手段.本综述系统介绍了SECM在光电化学研究中的应用,首先介绍用于光电化学研究的SECM的实验装置、工作原理和工作模式,然后对SECM在光合作用、光诱导电荷转移、电致化学发光、光解水、太阳能电池等光电化学研究领域的应用进行了详细介绍,最后展望了SECM在光电化学研究领域中的应用发展方向.