血流中的流体力学

人体循环系统可以构想成为两棵连接许多大小枝干的“树”。心脏的左心室把血液泵入主动脉,逐渐流经直径渐缩、数量渐多的分叉血管,最后到达毛细血管。在毛细血管内及其周围,发生着维持生命的质量转换过程。毛细血管引流用过的血液通过许多静脉传送给腔静脉干,流入心脏的右心室。这一循环回路包括肺,肺里的毛细血管是血液再充氧的地方。人体循环系统的血管内径大的约为3厘米,小的不到5微米。内径小于500微米的血管通常叫做微循环血管。血液循环压降几乎有80％是由微循环造成的。血液循环是一个热-质转换系统,其工作流体是血液,即血浆的血球悬浮液(血球占体积的50％)。血浆是一种水合盐溶液,类似于海水,含有各种各样分子重量从44,000至1,000,000不等的高分子,这些高分子中最重要的是白蛋白、血纤维蛋白原和球蛋白。血球体积约92％由红细胞组成,其主要功能是向人体组织提供氧气,排泄由氧化过程产生的二氧化碳。血球中的其他元素是白细胞和血小板(凝血者)。在人体血液中,红细胞与白细胞之比为600:1,与血小板之比为20:1。因此,血液的流动特性受红细胞支配是不足为奇的。     

润湿性对水在微管和岩芯中流动特性的影响

实验研究了去离子水在内径为14.9, 5.03, 2.05 μm的亲水和憎水微圆管中的流动特性. 结果表明, 去离子水在14.9 μm微管中的流动特性与经典Hagen-Poiseuille(H-P)方程相符; 但随着管径的减小, 去离子水在亲水和憎水微管中的流动特性均偏离经典理论, 其偏离程度受管壁润湿性的显著影响, 并随着雷诺数的减小而增加. 同时, 流体在岩芯中的渗流是其在无数微米量级孔喉中流动的宏观表现, 润湿性对孔喉中微尺度流动的影响将导致岩芯渗流特性的变化. 因此, 研究了盐水在不同润湿性岩芯中的流动, 发现润湿性对岩芯渗流和微尺度流动的影响规律相似.     

毫微技术用于绿色环保计划

位于休斯顿的赖斯大学生物和环境毫微技术中心(CBEN)在美国物理学会年会上宣布 ,该中心正试图开发一种用于环保的毫微技术。目前CBEN计划按原子和分子的比例对物质进行处理 ,以制造一种比人的头发丝还细小 1 0 0 0倍的仪器 ,试图确定其可能产生的影响。CBEN执行主任凯温·奥斯曼 (KevinAusman)说 :“毫微技术为推进对环境影响的前摄研究提供了一个新机遇 ,传统的有关环境的新技术研究往往是出现问题后才开始进行。”CBEN致力于对由粒子组成的物质进行研究 ,其构造小于 1 0 0毫微米的 1亿分之一。这些毫微材料本身可能是安全的 ,但是…     

蓬勃发展的微纳米加工前沿技术——激光微纳制备

正微纳结构化材料是指在功能材料中引入微纳米尺度结构,以提升功能材料性能和拓展其新功能.功能结构的微纳米化不仅意味着能源与原材料的节省,而且带来多功能的高度集成和生产成本的大大降低.实现材料微纳结构化的基础是先进的微纳米加工技术,从晶体管到集成电路,从微电子到微机械与微流体,从微米技术到纳米技术,微纳米加工技术获得     

表面图案化CuS-P(NIPAM-co-AA)复合微球的制备和表征

采用反相悬浮聚合法合成了丙烯酸(AA)含量不同的N-异丙基丙稀酰胺-丙烯酸共聚物 P(NIPAM-co-AA) 微凝胶, 并以其作为微反应器, 通过外源沉积法制备了一系列微米级、表面具有图案化结构的CuS-P(NIPAM-co-AA)有机-无机复合微球. 复合微球的表面结构与微凝胶的组成和无机物的沉积量有关. 可以预期: 微凝胶的固有优点(大小、组成、电荷性质、电荷密度以及交联程度等可通过改变单体种类和反应条件控制)使微凝胶模板法在表面图案化微球材料制备中有可能获得广泛应用.     

基于BMP图像边缘跟踪的飞秒激光微加工技术研究

针对复杂结构和图案的飞秒激光微加工, 提出了一种基于BMP图像边缘跟踪的飞秒激光微加工方法. 介绍了采用该方法实现复杂图形飞秒激光微加工的总体思路, 讨论了加工路径的提取、优化、跟踪和加工过程的反馈, 以及在此基础上开发的飞秒激光微加工数控程序等. 并利用此技术成功制备出二维微纳图案. 研究结果表明, 利用该技术可实现微米至亚微米级特征尺寸复杂图案和微纳结构的飞秒激光数控加工.     

面向靶向医疗的微纳米机器人

微纳米机器人指的是尺度在微纳米级别(几纳米至几百微米)的微型机器人，其能够将磁能、光能、声能或其他形式的能量转化为机械运动，具备能完成更高效、更精确局部诊断和靶向治疗的潜在功能，在生物医学领域有广阔的应用前景。文章详细介绍了微纳米机器人的制备方法，阐述了相关驱动手段，总结了其在靶向医疗应用方面的研究进展，并讨论了其在活体应用时面临的挑战以及未来的发展方向。     

海洋微藻 顶起地球半边天

正我们每一次的呼吸,其中有一半的氧气来自海洋微藻。植物的光合作用能固定太阳能、合成有机物、释放氧气,是地球上动物和其他生物赖以生存的基础。可以说,光合放氧过程是地球上最重要的化学反应。与陆地上的植物相似,海洋中也生活着一群光合放氧生物,它们就是海洋微藻。微藻的个体微小,一般只有几微米到几十微米,只有借助显微镜才能够看清楚     

低渗透多孔介质和微管液体流动尺度效应

常规多孔介质和圆管中液体的流动都遵循Hagen-Poisseuille定理,即液体流速和压力梯度成正比.而对于低渗透多孔介质中液体渗流,存在拟启动压力梯度,即存在微尺度效应.那么对于微圆管,由于流动的通道具有较小的空间尺度,因此在物理本质上,也应该存在微尺度效应,但由于目前实验手段的局限,还未能证明这一点.本文通过对比和分析低渗透多孔介质和微管中液体流动规律,预测了微管中液体流动出现微尺度效应的尺度约为1微米.     

微气隙结构静电超声传感器的理论模型

微气隙结构(微米到纳米级)静电(或电容)超声传感器在气载超声发生和检测领域占据着愈来愈显著的位置,它们广泛应用于机器人、自动测距、无损检测、生物扫描、声成像和声显微等领域。这种传感器通常用微加工技术制作,与微电子电路整合在一起构成微机电系统(MEMS),近10年取得很大进展。因此,搞清它的传感机制,建立可靠的先验理论模型,实现优化设计已成为当前研究的前沿和热点。近年先后提出了“亥姆赫兹(或质量弹簧)振子模型”、“张力板模型”。本文在前阶段工作的基础上,提出一个新的“空气弹簧支撑的板模型”。在这个模型中,一个静电传感器被看作空气弹簧支撑的板,换言之,它的膜片被看作是置于气垫上的一个薄板,并进一步应用它对v形槽背板传感器的行为进行建模,获得了准确的预测结果。     

冷热交替治疗对肿瘤微循环的损伤及机理研究

肿瘤微循环对肿瘤生长和转移至关重要. 冷热交替治疗已被证实优于以往的单一冷疗或热疗, 其对于肿瘤微循环的损伤程度及机理是肿瘤成功治疗的关键, 但目前该方向的研究甚少. 利用裸鼠脊背皮翼肿瘤视窗模型结合激光共聚焦显微镜技术综合比较了单冷、单热及冷热交替对肿瘤微循环的损伤程度, 并建立了分析肿瘤血管在热物理作用下受力的理论模型, 通过数值计算获得了冷热交替治疗过程中肿瘤微循环血管壁的受力大小. 研究结果发现, 冷热交替造成了肿瘤微循环尤其是肿瘤中央成熟血管严重的结构性损伤. 冷热交替过程中, 血管壁先后受到迅速变化的方向相反的热应力, 有可能在血管壁形成微小裂纹. 随后加热造成的血流快速再灌注对血管壁的作用力存在应力集中现象, 推测血液流动对肿瘤血管壁的快速冲击力很可能是造成血管壁破裂的关键因素, 初步揭示了冷热交替治疗过程中肿瘤血管发生严重损伤的机理.     

蚊子腿表面多级微纳结构的超疏水特性

蚊子是一种能够在水面自由起落、行走、产卵而从不溺水的两栖昆虫.报道了蚊子腿表面的超疏水机理.单根蚊子后腿在水面上的静态承载力平均可达600μN,是整个蚊子体重的20多倍,而利用柔软细钢丝做成的外观形状、结构和尺寸与蚊子腿几乎一致的"钢丝腿",其水面承载力仅为85μN.扫描电子显微镜观察发现,蚊子腿表面被大量有序排列的、瓦片状的、尺寸在十微米级的空心鳞片覆盖,鳞片表面整齐排列了亚微米级的纵肋和纳米级的横筋结构蚊子腿部表面具有很强的疏水性,静态接触角约为153°.理论分析表明,蚊子腿表面上的微纳多级结构是其具有超疏水性和高可靠性表面承载力的根本原因.     

DSC研究单个纯Sn微滴过冷度的尺寸效应

利用差示扫描量热仪, 对纯Sn单个微米微滴凝固过冷度的尺寸效应进行了研究. 用于测试的纯Sn微滴通过溶剂包裹重熔液淬法制备. 由于在一系列连续的加热冷却过程中, 测试的单个球形微滴的形状基本保持不变, 使得研究微滴尺寸对过冷度的独立影响成为可能. 结合热力学数据, 采用经典形核理论进行计算, 发现单个金属微滴凝固过冷度随微滴尺寸减小而增大, 与实验结果一致.     

禾本科作物小麦能吸收和积累聚苯乙烯塑料微球

农用地土壤中微塑料的积累及分布已有报道,食用蔬菜在溶液培养下能吸收微塑料也已被发现,但微塑料能否在固相培养条件下进入禾本科作物中并在体内传递积累尚未被证实.本研究选用小麦作为模式植物,以0.2μm荧光标记聚苯乙烯微球为供试微塑料材料,采用真实河砂盆栽培养实验,结合激光共聚焦荧光显微和扫描电子显微技术,发现小麦幼苗在砂培条件下能吸收和传输0.2μm聚苯乙烯微球.小麦幼苗在含有荧光标记微球的河砂中生长21 d后,其根部维管柱和外皮层细胞壁间隙组织中呈现较强的荧光分布,表明这种亚微米级塑料微球能被小麦吸收进入根部外皮层质外体空间和维管组织.塑料微球进入根部维管柱后,可通过维管组织运输到地上部的茎部维管束和叶片的脉管组织中.研究结果为进一步认知土壤-作物系统中微塑料的传递与积累机制提供了方法学和科学依据.     

中相微乳液的形成和特性——Ⅳ.表面活性剂复配及醇和油的影响

微乳液可分为单相区微乳液和多相区微乳液.前者表示微乳液体系是独立的一个相;后者表示微乳液必需与另外一个相(油相或水相),或者二个相(油相和水相)同时共存.在三个相中,微乳液处于中间,称之中相微乳液.在中相微乳液中,若两种增溶参数相等,即 V/W_s(每克活性剂增溶油的毫升数)等于V_W/W_s(每克活性剂增溶水的毫升数)时,该体系称之最佳中相微乳液.此时体系中所含 NaCl     

蝴蝶翅膀表面非光滑形态疏水机理

利用扫描电子显微镜和视频光学接触角测量仪, 对我国东北地区典型常见的6科24属29种蝴蝶翅膀非光滑表面的形态、疏水性及疏水机理进行了研究. 鳞片表面由亚微米级纵肋及横向连接组成, 鳞片间距为48~91 μm, 长为65~150 μm, 宽为35~70 μm. 鳞片上亚微米级纵肋间距为1.06~2.74 μm, 高为200~900 nm, 宽为200~840 nm. 蝴蝶翅膀表面较强的疏水性(静态接触角136.3°~156.6°)是翅膀表面微米级鳞片和亚微米级纵肋结构协同作用的结果. 对Cassie方程进行了修正, 建立了新的数学模型及方程.     

水相分散法制备CdTe纳米晶-聚合物复合微球

在水相中制备了高质量的CdTe纳米晶, 并制备了适合微加工的CdTe纳米晶-聚合物复合物, 将此复合物溶液分散到快速搅拌的聚乙烯醇(PVA)水溶液中, 除去溶剂, 得到了高荧光强度的微米级复合微球. 利用共聚焦荧光显微镜研究了分散过程中复合物溶液浓度, PVA浓度及搅拌速度等对微球尺度及形状的影响, 通过调节这些实验条件实现了对复合微球的控制.     

电场调控载药丝素蛋白微球的制备

通过控制丝素蛋白在溶液中的构象, 在低于1 wt%的浓度条件下, 获得由纳米或微米球组成的丝素蛋白电凝胶, 并通过调节制备参数, 初步实现了丝素蛋白微球在200 nm~3 μm之间的尺寸调控. 以异硫氰酸荧光素标记的牛血清蛋白(FITC-BSA)作为模型药物, 载药实验结果表明, 在电场作用下, 随着丝素蛋白在正极自组装形成微球, 带有负电荷的药物在正极富集, 并包覆进丝素蛋白微球, 初始载药率可达75%以上, 药物能在120 h内缓慢均衡释放. 考虑到温和的制备条件(低压电场、室温或者低温、水环境)、丝素蛋白的可降解性及其同药物的良好相容性, 电场调控制备丝素蛋白微球体系有望成为缓释带负电荷的蛋白质和基因药物的优良载体.     

细菌微室

长期以来,人们认为细菌的细胞没有细胞器,但是最近20年细菌微室的研究颠覆了这一传统观点.微室是细菌的细胞器,由壳蛋白和酶蛋白通过自组织形成.细菌微室与病毒在外观上很像,为100～200 nm的多面体.细菌微室的系统性研究源于沙门氏菌1,2-丙二醇分解代谢途径的研究.该途径相关基因形成pdu操纵子, pdu操纵子中除了酶蛋白外还有一些结构基因编码微室壳蛋白.细菌微室的生理功能是由蛋白质壳形成一个防止分子扩散的屏障,将内部环境与细胞质进行物理隔离,使得含有易挥发或有毒化合物的代谢反应容易进行.细菌微室在细菌中广泛分布,种类繁多,目前已经在分布于45个门的细菌中发现68种微室基因簇.细菌微室的生理功能具有高度多样性,在二氧化碳固定和多种化合物分解代谢中具有重要生理功能.本文主要就细菌微室的结构、生理功能、主要类别以及细菌微室在生物工程领域的应用前景等进行介绍.     

页岩微裂缝内气-水两相流动规律

气-水两相流动广泛存在于页岩气藏压裂液返排及页岩气生产阶段,直接决定页岩气藏压裂及开发效果.页岩微裂缝是储层流体运移的主要通道.然而由于物理实验尺度及精度的限制,准确模拟页岩微裂缝中的气-水两相流动存在巨大挑战.为探究页岩微裂缝中气-水两相流动规律,本文系统考虑了气-水两相流体多重微尺度效应,包括:(1)气相滑移;(2)水相滑移及边界层黏度变化;(3)气驱水条件下,存在沿壁面流动的水膜.建立气-水两相流体微尺度流动模型,采用侵入逾渗判断两相分布,求解真实页岩微裂缝内气-水相对渗透率,并验证模型的正确性.研究结果表明,微裂缝开度小于3μm时,微尺度效应影响不可忽略;微裂缝开度及水膜对气-水相对渗透率的影响均取决于各相流体所占流动空间的相对大小;气藏开采过程中压力降低,导致气相表观渗透率升高及微裂缝开度减小,均会造成气相相对渗透率减小;水膜的存在对气相流动能力造成影响的微裂缝开度界限为0.65μm.该研究揭示了页岩微裂缝内气-水两相流动规律,为评价页岩气井压裂及生产效果提供了理论基础.