周期基底拉伸下心肌细胞重排理论建模及数值计算

针对心肌细胞在基底拉伸实验中表现出来的方向重排现象,运用有限元分析技术对实验过程进行了模拟,并进一步说明力学行为。在模拟中,采用Xu-Needleman模型定义细胞-基底接触面间的相互关系。模拟结果解释了贴壁细胞在长时间周期拉伸变形下,细胞粘弹性对于细胞和基底间的脱粘的影响,以及对于细胞趋向垂直于拉伸方向排列的作用。计算结果显示,周期性应变造成细胞-基底间脱粘的同时,细胞和基底间最终的接触区域也指示出细胞的排布方向。这与实验结果十分接近,从力学的角度解释了细胞受力重排的机理。     

2020年细胞力学热点回眸

 概述了2020年细胞力学研究的热点和进展，探讨了细胞膜表面张力、细胞粘附力、细胞弹性模量、细胞与纳米颗粒相对刚度等对细胞生物学行为的影响及其在疾病诊疗中的应用。     

Boltzmann叠加原理在聚合物粘弹性理论中的应用

将Boltzmann叠加原理应用于聚合物粘弹性理论,由此可以把几种粘弹性行为互相联系起来,由1种力学行为推算另1种力学行为,而无需诸如弹簧和粘壶这一类模型.利用拉普拉斯变换推出蠕变柔量和应力松弛模量间的关系,因此可以把动态力学实验看成无数个应力为Δiσ的蠕变和回复实验的总效应,从而推出了动态力学实验和静态力学实验间的关系.     

表面接枝不同分子量聚乙二醇的聚氨酯材料的抗粘附性能研究

通过利用聚多巴胺与氨基基团的共价反应,将不同分子量的氨基聚乙二醇单甲醚(mPEG-NH_2)固定于聚氨酯(PU)材料表面,并系统地研究了不同分子量聚乙二醇修饰的聚氨酯材料表面的抗粘附性能.实验中采用了三种不同分子量的氨基聚乙二醇单甲醚,分别是分子量1 000、2 000和5 000.对修饰后的材料表面进行的X射线光电子能谱测试及静态接触角测试证实了不同分子量的聚乙二醇成功地接枝于聚氨酯材料表面.通过对材料表面在不同时间段抗金黄色葡萄球菌粘附效果的分析,以及抗血小板粘附测试,系统地探讨了聚乙二醇分子量的不同对所修饰材料表面抗粘附效果的影响.并针对由分子量2 000与5 000的聚乙二醇修饰的材料表面进行了抗细菌生物膜测试.     

成骨细胞在纳米材料表面上粘附特性

在利用静电自组装技术制备的具备不同纳米形貌的S iO2纳米粒子薄膜及空白试片上,进行了SD大鼠成骨细胞的粘附特性考评实验,并对比了成骨细胞分别在纳米粒子基片和空白试片上的粘附数、细胞活性及形态的差异.实验结果表明:利用静电自组装技术获得的纳米结构表面对细胞的粘附特性确实存在良性影响;在所采用的3个纳米尺度下,细胞粘附数随纳米尺度的增加而增加,M TT检测结果表明细胞活性也随之增加.     

压电细胞传感芯片的HepG2细胞粘附行为分析

利用压电细胞传感芯片(PCSC)对HepG2肝癌细胞的粘附行为进行24 h实时检测,获得经典响应曲线,根据HepG2肝癌细胞行为特性将响应曲线分为游离期、粘附期、平台期3个行为时段,并分析和计算每个行为时段的基本特性和平均用时;结合SEM实验和双胰酶消化实验,正反验证PCSC的主要参数因子-频率与细胞粘附行为信息之间的良好对应关系,分析所获得的数据,从定量分析的角度找到频率变化△f与粘附细胞数量间的数量关系,建立了以肝癌细胞为基础的压电生物芯片传感技术平台.     

碳纤维板-混凝土界面黏结性能的试验研究与有限元分析

碳纤维板与混凝土的界面黏结性能是碳纤维加固混凝土结构的关键性能之一,对加固结构的力学行为和破坏形态等有着重要影响.进行了4个试件的碳纤维板-混凝土黏结双面剪切试验,研究了设置不同粘贴长度的试件的界面力学行为和破坏模式,分析了黏结长度对界面极限承载力和应力分布的影响.试验结果表明:加载点附近应力远大于端部应力,板端黏结界面剪应力沿板长方向大致呈指数衰减分布.在试验研究基础上,在ANSYS中采用正交弹簧单元组模拟界面黏结,建立了试件的有限元模型,并采用试验分析得到的局部黏结滑移曲线关系作为有限元模型中的界面弹簧单元刚度,计算发现有限元分析结果和试验结果比较吻合,从而验证了本文有限元模型的有效性.以本文试验得到的黏结滑移曲线关系为基础,通过拟合得到了基于几种经典黏结滑移本构形式的界面本构模型.试验及有限元分析表明:当拉伸应力超过碳纤维板强度的24%时,碳板已开始从混凝土表面剥离.为保证充分利用碳纤维板的强度,应采用可靠锚具对碳纤维板进行锚固.     

应力刺激在植物细胞防卫反应中的作用

在病原菌与植物初步接触并企图定植期间,有一系列的识别活动,其中包括物理学和生化识别等．二者的相互关系,将直接影响以后的侵染．在病原真菌侵染过程中,不仅对植物细胞有一个酶解的过程,还有一个物理挤压的过程．后者的应力刺激几乎总是能够引起细胞壁相关的防卫反应,诸如细胞外超氧化物的产生和胼胝质的沉积等．化学信号和力学信号诱导的有机结合才能引发完整的细胞防卫反应．和哺乳动物细胞相似,植物细胞对于力学信号的感知和传导依赖于细胞壁和细胞膜之间的粘附。该粘附是由包含RGD（Arg-Gly-Asp）序列多肽特异介导的,并且该粘附为植物细胞壁相关防卫基因表达所必需．     

依据弹簧蠕变试验确定岩石流变模型参数的方法

以试验结果为依据,用符合本试验所用岩石试件的力学行为的三元件粘弹性模型为例,分析了在弹簧式蠕变仪上进行蠕变试验时载荷松弛对确定岩石流变力学模型参数的影响,导出了考虑载荷松驰后,模型参数的计算公式及不考虑载荷松弛而产生的误差计算公式。研究表明,载荷松驰仅对模型参数中与时间有关的力学参数有影响,而对与时间无关的力学参数则无影响,而且其影响的程度与试验机刚度、试件尺寸和岩石本身的力学性质有关。     

植物细胞力学模型研究概况和发展趋势

从宏观和亚细胞层次概述了对植物和植物细胞的力学行为的研究。介绍了植物细胞力学模型的研究现状，对目前已建立的4个植物细胞力学模型所面临的问题提出了植物细胞在受外力作用时，外力和外力的刺激是如何在细胞中传递和分布是研究热点的看法。展望了植物细胞力学模型研究的发展趋势。     

基于超声波的沥青--集料粘附性试验方法研究

对比试验了现有的沥青-集料粘附性,提出了运用超声波模拟动水压力作用下沥青从集料表面剥落的粘附性测试方法。从试验结果可以看出,这一试验方法可以较好地区分不同集料的粘附性能。集料的粘附性不仅与其岩性有关,还受到表面形态的影响。     

Increased osteoblast adhesion on nanophase Ti6Al4V

The objective of the present study was to prepare a novel nanostructured surface of Ti6Al4V alloy by the severe plastic deformation （SPD） and the chemical treatment process and to evaluate the adhesion of osteoblast on the nanophase titanium alloy. In the in vitro study, the primary cultured osteoblasts of neonatal rat calvaria were cultured on the nanophase and the as-received smooth Ti6AI4V substrates. Then osteoblasts adhesion behaviors on different substrates were observed by the fluorescence microscopy, scanning electron microscopy （SEM） and RT-PCR analysis. The results of our research showed increased osteoblast adhesion on the nanophase titanium alloy compared with the as-received case. On the nanophase substrate, the presence of extensive filopodia, strong cellular adhesion and early cellular confluency could be observed. In addition, the expression of the adhesion-related integrin β1 mRNA was also higher on the nanophase substrate. It suggested that the nano technology could be further considered for orthopedic implant applications.     

植酸改性对AZ31镁合金表面细胞黏附性能的影响

用浸没法在AZ31镁合金表面制备植酸涂层,用携带能谱仪的扫描电子显微镜研究了表面涂层的化学组成和形貌,并用直接法和间接法分别在植酸改性前后的镁合金表面培养细胞,检测细胞存活率,考查人骨肉瘤细胞在植酸改性前后镁合金表面的黏附能力。结果表明：在镁合金表面形成均匀的植酸涂层,植酸改性前后镁合金对细胞存活率影响相近,但细胞在植酸改性前后镁合金表面的黏附能力存在显著差异,植酸改性可有效改善AZ31镁合金的细胞黏附性能。     

Controllable and switchable capillary adhesion mechanism for bio-adhesive pads: Effect of micro patterns

Some insects and animals, such as bugs, grasshoppers and tree frogs, realize their efficient adhesion mechanism to glass surface, wall and ceiling by injecting a wetting liquid thin film into the pad-substrate contact area. Their ability to control adhesion (attaching or detaching from a surface) is in many cases connected to the contact geometry and surface patterns of their attachment pads. This paper focuses on the dependence of the capillary adhesion (wet adhesion) on the micro patterns of the bio-adhesive pads. The objective is to reveal the possible mechanism for a bio-adhesive pad to control capillary force through adjusting its micro-scale surface pattern and topography. A capillary adhesion force model is built up taking account of the combined role of micro-dimple geometry as well as the wetting behavior of the confined liquid thin film. Calculated results of the apparent contact angle on the regularly micro-dimpled surfaces are compared with and in good agreement with the experimental measurements. Simulation of the capillary adhesion force reveals that it is controllable in a large magnitude by adjusting a dimensionless surface pattern parameter k defined as a/(a+b), where a is the diameter of micro dimple, and (a+b) is the side length of one pattern cell. When adjusting the parameter k more than 0.75, the capillary adhesion force could be switchable from attractive to repulsive. This effect of micro patterns on the interfacial capillary force is proved to be dominant when the pad-substrate clearance decreases to the nano/micrometer scale. These results indicate that a controllable and switchable capillary adhesive mechanism might be utilized by a living insect or animal to realize its stable adhesion and quick releasing movement through adjusting the micro-pattern topography of its bio-adhesive pad. Supported by the National Natural Science Foundation of China (Grant Nos. 50575123, 50730007), PPP Project from CSC and DAAD, and German Research Foundation (DFG) (Grant No. SFB622) (Y.H. Liu and S.I.-U. Ahmed)     

丙纶表面氧化改性的研究

对丙纶经浓硫酸和重铬酸钾溶液氧化处理后的表面性能,如比表面、回潮率、比重、强度损失和粘合性等进行初步研究。通过实验表明,浓硫酸和重铬酸钾溶液有刻蚀扩孔的作用,并能引进如羧基和羟基等亲水性基团。适当地控制氧化时间及氧化剂的腐蚀能力,有可能在丙纶强度损失较小的情况下,使其具有一定的表面活性,其界面粘合效果也能提高,有利于制造丙纶复合材料。     

磁控溅射GeSbTe相变薄膜黏附与摩擦特性

室温下通过调整磁控溅射时间制备了不同厚度的GeSbTe薄膜.利用原子力显微镜和台阶仪观察薄膜的表面形貌,测量薄膜厚度,并借助TriboIndenter纳米力学测试系统,分析探讨了薄膜的黏附和摩擦特性.研究结果表明:随着溅射时间的增加,薄膜表面粗糙度减小,厚度增加,同时表面质量提高;探针直径、相对湿度、薄膜表面质量以及探针载荷等因素对薄膜的黏附和摩擦特性均有重要影响;在满足存储要求的前提下,通过减小探针直径、降低相对湿度能够有效降低黏附力和摩擦力;而提高薄膜表面质量,为探针施加合适的载荷,有助于改善探针与薄膜表面之间的摩擦特性.     

流动室系统中含氮杂环化合物降解菌的生物膜形成特征研究

采用流动室(Flow Cell)生物膜发生装置和激光共聚焦显微镜观察技术, 揭示不同环境条件下含氮杂环化合物(nitrogenous heterocyclic compounds, NHCs)降解菌的生物膜形成特征。结果表明, 增加初始接种菌液浓度并延长初始黏附时间, 有利于吡啶降解菌在基质表面的黏附和生物膜形成; 降低培养基流速, 细菌生物膜更加均质化且形成水通道结构; 不同条件下的生物膜都存在内层活细胞比例较低, 外层活细胞比例较高的规律。此外, 还发现相对于单一菌株, 混合菌株在生物膜厚度、基质覆盖率与活细胞比例上都更具优势。目标NHC浓度对喹啉降解菌生物膜的形态和活性也有明显的影响: 低浓度下降解菌团聚结构分布较零散, 但具有较大的体积; 高浓度下降解菌团聚结构明显变小, 在基质表面的分布则更均匀; 低浓度下生物膜的活细胞比例显著高于高浓度下的生物膜。     

聚氨酯粘着性能的实验研究

用生物摩擦学实验系统研究聚氨酯材料的化学成分、试样连接刚度、试样间初始接触角等在不同法向载荷的粘着性能。结果表明，聚氨酯的化学成分对其粘着性能有重要影响，在多羟基化合物与MDI(二异氰酸酯)的组分比为1：2时，粘着力最大。连接刚度是影响粘着性能的另一主要因素。软连接情况下，不同接触角时，同样粗糙的表面上，材料的粘着性能相差不大。不同粗糙度的表面间的粘着力差异显著。刚性连接情况下，粘着力随接触角的增加而减小。在较光滑表面上降低的幅度大于粗糙表面上的幅度。上述实验结果为仿生足掌的设计提供了重要数据。     

Adhesion of PBO Fiber in Epoxy Composites

The high mechanical and thermal performance of poly p-phenylene- 2, 6-benzobisoxazole ( PBO ) fiber provides great potential applications as reinforcement fibers for composites. A composite of PBO fiber and epoxy resin has excellent electrical insulation properties, therefore, it is considered to be the best choice for the reinforcement in high magnetic field coils for pulsed magnetic fields up to 100 T.However, poor adhesion between PBO fiber and matrix is found because of the chemically inactive and/or relatively smooth surface of the reinforcement fiber preventing efficient chemical bonding in the interface, which is a challenging issue to improve mechanical properties. Here, we report the surface modification of PBO fibers by ultraviolet (UV)irradiation, O2 and NH3 plasma, as well as acidic treatments. The interfacial adhesion strength values of all the treatments show the similar level as determined for aramid fibers by pull-out tests, a significant impact on fibermatrix-adhesion was not achieved. The surface free energy and roughness are increased for both sized and extracted fibers after plasma treatments together with maleic anhydride grafting. The sized fiber shows marginal improvement in adhesion strength and no change in fiber tensile strength because of the barrier effect of the finish.For the extracted fiber, different surface treatments either show no apparent effect or cause reduction in adhesion strength. Atomic force microscopy (AFM) topography analysis of the fracture surfaces proved adhesive failure at the fiber surface. The fiber surface roughness is increased and more surface flaws are induced, which could result in coarse interface structures when the treated fiber surface has no adequate wetting and functional groups. The adhesion failure is further confirmed by similar adhesion strength and compression shear strength values when the fiber was embedded in various epoxy resins with different temperature behavior. The tensile strength of fiber is sensitive to surface treatment conditions as revealed by a bimodal Weibull statistical distribution analysis. Considerable strength reduction occurred, particularly for cases of acidic and plasma treatments, while UV irradiation shows the better ability to retain fiber strength.     

不同改性尼龙短纤维增强天然橡胶复合材料的性能研究

用偶联剂KH550、KH560、KH570、NXT和H₃PO₄刻蚀对尼龙短纤维进行表面改性,将改性后的尼龙短纤维与天然橡胶制成母炼胶,然后用母炼胶制备尼龙短纤维-天然橡胶复合材料。通过力学性能测试以及RPA检测等手段,分析不同偶联剂和H₃PO₄刻蚀改性尼龙短纤维对复合材料综合性能的影响,发现用偶联剂KH570处理尼龙短纤维是改善复合材料综合性能较好的方法。在偶联剂KH570处理的尼龙短纤维基础之上添加不同相溶剂制备复合材料,通过力学性能测试分析不同相溶剂对综合性能的影响。并用扫描电镜(SEM)对复合材料断口形貌进行观察和分析,发现添加进口相溶剂能有效提高偶联剂KH570处理的尼龙短纤维在天然橡胶中的分散性,同时也能减少复合材料表面的孔洞即提高了尼龙短纤维与天然橡胶之间的界面粘结力。