离子水合对胞内冰成核与生长的影响

使用Karlsson于1994年建立的细胞内冰晶成核与生长的模型研究了细胞内Na 和Cl-离子的水合对细胞内冰晶成核的影响.对水合层中的水分子数h取3个典型值0.0,1.0,2.0,详细研究了细胞内冰晶的成核与生长过程.取细胞内溶液为H2O-NaCl-丙三醇(Glycerol)三元系统,研究发现随着h值的增加,细胞内最终冰晶体积分数减少,而胞内冰晶成核的起始温度不变.取玻璃化转变对应的冰晶体积分数临界值为10,结果表明h的取值对玻璃化转变条件的确定有本质影响.对H2O-NaCl-Glycerol研究表明,在描述胞内冰成核与成长的理论模型中,h应为一状态函数h([cw,cs,ca],T)(其中cw,cs,ca分别是细胞内H2O,NaCl和丙三醇的质量分数).为进一步完善胞内冰晶成核与生长的模型,必须建立低温下h值与溶液组分、温度之间的函数关系.     

一个新颖的中空纤维人工肾传质理论模型

介绍了一个新颖的中空纤维人工肾传质理论模型. 在模型中, 人工肾看成是一个由两个不相连通的多孔流动区域组成的多孔介质区域. 首先, 将透析液流动区域看成是一个多孔介质区域; 然后固定透析液流动区域和纤维膜所占区域, 人工肾中剩下的区域(也就是血液流动区域)也看成是一个多孔介质区域; 最后, 这两个多孔流动区域的交界面是纤维膜, 通过纤维膜进行质量交换. 透析液流动和血液流动均用带Darcy动量源项的Navier-Stokes方程描述, Kedem-Katchalsky方程作为其他的源项加进Navier-Stokes方程模拟通过纤维膜的渗透流. 计算过程中所有方程耦合求解, 模型被文献中的实验数据验证. 模拟结果显示, 模型预测的人工肾清除率与文献中的实验数据吻合, 并且优于其他模型对清除率的预测.     

生命材料低温保护剂溶液二维降温结晶过程中的分形特征

在低温显微镜下,观察了低温保护剂溶液在降温过程中冰晶的成核与生长过程,并对异相成核结晶过程的图像做了数字处理.观察了冰晶在降温过程中的边界变化规律,发现异相成核后溶液的冰晶最终呈树枝状结构生长,而且随着降温速率加快,冰晶快速生长.对其进一步的分析表明,该过程具有分形的特征.鉴于这种结构形态变化的时间尺度易于观测,同时也反映了随着溶液黏度升高,水分子扩散难度越来越大,而水分子数目则随结冰量增加又减少等内在规律,则可以通过观察该过程结构形态变化,来研究溶液黏度、水分子扩散和结晶能力随降温速率、保护剂类型及浓度的变化规律.其结构的分形特征,恰好提供了理论工具,即可以在分形理论的框架内分析和了解这些规律.在目前还没有找到合适物理模型的情况下,研究低温保护剂溶液降温结晶和升温再结晶/反玻璃化的预防措施具有非常重要的意义.