What's New   
Welcome Dr. Sun Xiaolong,
Congratulations to Dr. Min
Congratulations to Dr. Guo
Congratulations on the Suc
Happy Teachers' Day
Professor Alan Giacomin fr
Ph.D. student Hao Liu publ
Professor Chunyang Xiong f
Contact Us   
Your Position: Home > RESEARCH > Biomechanics > Content

Biomechanics

2018/10/06      view:


1. 可兴奋细胞/组织的力-电耦合问题  

心脏主要有心肌细胞和间质细胞构成,心肌细胞体积大(约占心脏体积3/4)但数量少(约占心脏细胞数量),而剩余心脏空间几乎由间质细胞填补;心室的心肌细胞接受来自窦房结的兴奋,会引起心肌细胞内膜电位的变化,产导致心肌细胞钙离子浓度变化;心肌细胞钙离子浓度变化又会影响心肌细胞收缩力的改变。这样心肌细胞电学特性和力学特性就耦合起来。但由于心血管疾病会改变力学或电学特性,因此这就很有研究的价值。

图1 心肌细胞实验  

2. 生物组织的热-力耦合问题


    皮肤、牙齿等生物组织具有类似于工程复合材料的非均质多层微结构, 始终处于热-力环境之中, 外界的热-力刺激通过其微结构变化和疼痛等电生理行为影响其功能。深入研究外界伤害性热-力刺激诱发组织疼痛的机理及其量化一直是该领域的热点和难题。我们团队首次发现热刺激下组织的疼痛水平不仅取决于温度变化,而且受温度变化诱发的热应力的影响,力学因素在组织疼痛中发挥着关键作用,由此建立了热-力-电(疼痛)多场耦合行为理论,为有效指导激光、微波等临床热疗技术及镇痛方案提供了理论依据。


图2. 皮肤热疼痛实验

 

图3. 牙齿冷\热疼痛

3. 软物质力-化耦合问题

由Belousov-Zhabotinsky(BZ)化学反应驱动而产生自治振荡的凝胶(简称BZ 凝胶)是功能性凝胶研究领域的新材料,在仿生、人工智能等方面有着广泛的应用前景。基于材料变形及化学动力学相关理论,我们深入研究了BZ 自振荡凝胶的动力学特性。模拟了BZ 凝胶的自振荡过程并对其动力学相轨迹图进行分析,发现BZ 凝胶的自振荡属于典型的稳态极限环振荡行为。基于该凝胶的极限环振荡特征,利用改进的打靶法得到了BZ 凝胶的振荡周期,研究了与BZ 反应机制、初始反应物浓度、催化剂氧化还原速率和凝胶对BZ 反应的响应强度等因素有关的系统参数的变化对凝胶的振荡形式、周期和幅值的影响。结果表明,只有当这些可调节的系统参数满足一定的要求时,BZ 凝胶才能发生持续的极限环振荡;随着这些系统参数的改变,BZ 凝胶的振荡形式、周期和幅值将产生规律性的变化。此研究从非线性动力学角度对BZ 凝胶振荡行为进行分析,填补了有关BZ 凝胶的振荡特性和控制方面的空白。

图4. 可控性分析