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基于动态共价键的黏弹性可调复合水凝胶生物医学研究进展
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作者 张思琪 周昱如 +3 位作者 刘冉 武晓刚 王艳芹 陈维毅 《医用生物力学》 CSCD 北大核心 2024年第6期1212-1220,共9页
水凝胶具有良好的生物相容性以及与天然生物组织相似的力学性能,已广泛应用于生物医学领域。随着生物力学的发展,越来越多的研究发现,基于动态共价键构筑的黏弹性可调复合水凝胶,其优越的生物力学特性和刺激响应性,能更好模拟生物组织... 水凝胶具有良好的生物相容性以及与天然生物组织相似的力学性能,已广泛应用于生物医学领域。随着生物力学的发展,越来越多的研究发现,基于动态共价键构筑的黏弹性可调复合水凝胶,其优越的生物力学特性和刺激响应性,能更好模拟生物组织和天然细胞外基质随时间变化的黏弹性力学特性。本文详细总结基于不同类型的动态共价键(亚胺键、二硫键、硼酸酯键等)所构筑的黏弹性可调复合水凝胶在调控细胞功能、影响组织再生修复以及药物递送等领域的应用,并提出未来研究所面临的挑战与机遇。 展开更多
关键词 复合水凝胶 动态共价键 黏弹性 应力松弛 细胞外基质
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羟基磷灰石微球的制备及生物医学应用 被引量:5
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作者 王雪峰 牛小连 +3 位作者 秦苗 魏延 韩志军 黄棣 《功能材料》 CAS CSCD 北大核心 2022年第3期3039-3047,共9页
羟基磷灰石微球具有独特的球形结构,形态规则,流动性好,比表面积大,表现出良好的生物相容性和生物活性,在生物医学领域有着广泛的应用。总结了羟基磷灰石微球的不同制备方法,如模板法、水热法、喷雾干燥法、微乳液法、沉淀法等,分析了... 羟基磷灰石微球具有独特的球形结构,形态规则,流动性好,比表面积大,表现出良好的生物相容性和生物活性,在生物医学领域有着广泛的应用。总结了羟基磷灰石微球的不同制备方法,如模板法、水热法、喷雾干燥法、微乳液法、沉淀法等,分析了不同制备方法对羟基磷灰石微球形貌、尺寸、结晶度等的影响,讨论了不同方法下羟基磷灰石微球形成机理。最后介绍了羟基磷灰石微球在药物缓释、骨组织修复、环境净化、生物分子分离等生物医学领域的应用进展。 展开更多
关键词 羟基磷灰石微球 制备方法 微球形成原理 生物医学应用 研究进展
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人手关节运动学与抓握接触力的生物力学研究分析 被引量:1
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作者 刘晓杰 张绪树 +3 位作者 郭媛 文云鹏 王瑞雪 张明 《中国生物医学工程学报》 北大核心 2025年第2期193-202,共10页
本研究主要进行手指关节运动学和抓握接触力的生物力学分析,为假肢手的运动和力反馈控制提供设计参考。共招募50名大学生受试者,设置人手抓握不同质量砝码、不同盛水体积水杯和不同直径球体等3种工况,对受试者进行手部运动学数据采集和... 本研究主要进行手指关节运动学和抓握接触力的生物力学分析,为假肢手的运动和力反馈控制提供设计参考。共招募50名大学生受试者,设置人手抓握不同质量砝码、不同盛水体积水杯和不同直径球体等3种工况,对受试者进行手部运动学数据采集和抓握接触力数据采集。手部运动学实验使用Vicon运动捕捉系统,采集粘贴于受试者手部各标记点的运动学数据,依据空间向量夹角公式,计算手指各关节角度;手部接触力实验采用薄膜压力传感器采集手部的接触力信息,使用USB-210八通道数据采集卡作为压力采集设备和INSTRON 554 4材料试验机对传感器进行标定,采用指数函数对传感器标定曲线进行了拟合(R^(2)达到0.995 9),并计算各工况采集区域的接触力;结合各工况人手指的运动学特征对接触力数据进行统计学分析和生物力学特征研究。结果表明,人手部动作各指运动和接触力分布具有协同性,拇指、中指和食指对手抓握功能的影响较大,抓握时各贡献了31.59%、22.2%和15.88%的接触力。三指尖接触力随砝码质量的增加均产生显著性差异(P<0.05)。随着参与动作的手指关节数目和动作复杂程度的增加,手指尖和手掌区域的接触力也表现出显著性差异(P<0.05)。受试者性别差异与各工况组间差异对手部抓握接触力的交互效应均不显著(P>0.05)。本研究结果可为仿人假肢手设计提供的数据和理论参考。 展开更多
关键词 运动捕捉 关节角度 接触力 薄膜压力传感器
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MXene及MXene/碳基复合材料在生物医学领域的研究进展 被引量:2
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作者 秦苗 Chaima Merzougui +3 位作者 苏一蒙 李永锋 陈维毅 黄棣 《新型炭材料(中英文)》 SCIE EI CAS CSCD 北大核心 2023年第3期496-509,共14页
MXene是一种具有独特层状结构的新型过渡金属碳化物,它具有较大的比表面积、优异的导电性、光热性能和抗菌性能等特殊的物理化学特性,因此表现出较高的应用价值。与此同时,为了追求更广泛的应用,MXene常与炭材料复合以增强其综合性能。... MXene是一种具有独特层状结构的新型过渡金属碳化物,它具有较大的比表面积、优异的导电性、光热性能和抗菌性能等特殊的物理化学特性,因此表现出较高的应用价值。与此同时,为了追求更广泛的应用,MXene常与炭材料复合以增强其综合性能。近年来,MXene及MXene/碳基复合材料在电子、传感以及生物医药等领域受到了广泛关注。本文聚焦于MXene及MXene/碳基复合材料的制备、修饰方法及其在生物传感、抗菌材料、疾病诊断与治疗等生物医学领域中的应用,以期推动MXene研究取得更大进展。 展开更多
关键词 碳化钛/碳基材料 传感器 抗菌 生物医学应用
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矫形鞋垫对扁平足患者下肢影响的生物力学分析 被引量:2
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作者 徐强 郭媛 +3 位作者 张绪树 银龙 胡彦君 文云鹏 《太原理工大学学报》 CAS 北大核心 2024年第2期390-398,共9页
【目的】矫形鞋垫是非手术矫正扁平足的有效手段,但对于其康复治疗机制目前还未有统一的观点,以往的研究大多集中在对足底压力的改善。【方法】首先利用三维运动捕捉系统、测力台和足部测试系统分别对受试者进行测试,获取扁平足患者自... 【目的】矫形鞋垫是非手术矫正扁平足的有效手段,但对于其康复治疗机制目前还未有统一的观点,以往的研究大多集中在对足底压力的改善。【方法】首先利用三维运动捕捉系统、测力台和足部测试系统分别对受试者进行测试,获取扁平足患者自然行走时下肢的运动学和动力学数据,然后使用Anybody软件建立受试者的肌骨模型并进行逆向动力学分析,对比分析扁平足患者使用矫形鞋垫前、后自然行走时下肢关节角度、地面反作用力、关节力矩和肌肉激活度等参数的变化。【结果】结果显示:扁平足患者穿戴矫形鞋垫后,足底压力分布有明显改善,步行周期内踝关节运动角度变化明显,支撑期内垂直地面和侧向地面反作用力峰值均变小,关节力矩和下肢主要肌肉的激活度均有不同程度的改变。【结论】可为临床扁平足患者的康复治疗提供一定参考。 展开更多
关键词 扁平足 矫形鞋垫 步态分析 运动学 逆向动力学
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无标记动作捕捉技术在FMS深蹲动作中的生物力学研究
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作者 李帅甫 张绪树 +3 位作者 郭媛 李祥臣 石磊 占堂海 《医用生物力学》 CAS CSCD 北大核心 2024年第S01期513-513,共1页
目的深蹲动作作为功能性动作筛查系统FMS中7个关键技术之一,可以帮助探索身体在平衡、协调和稳定性方面的表现。本研究旨在验证无标记动作捕捉系统Opencap在整个无负重深蹲测试中运动学数据的有效性。探索为损伤筛查、运动康复提供精准... 目的深蹲动作作为功能性动作筛查系统FMS中7个关键技术之一,可以帮助探索身体在平衡、协调和稳定性方面的表现。本研究旨在验证无标记动作捕捉系统Opencap在整个无负重深蹲测试中运动学数据的有效性。探索为损伤筛查、运动康复提供精准的指导。方法招募18名健康受试者。在华为运动健康实验室中利用无标记动作捕捉系统和有标记动作捕捉系统(Vicon)采集无负重深蹲过程中的人体标记轨迹数据。将深蹲动作划分为下降、深蹲保持、上升3个阶段。将系统采集的运动学数据导入Opensim中,增加肌肉骨骼模型的膝关节自由度使其具有内收/外展和内/外旋功能,进行逆向运动学和身体段运动学计算,同时利用关键点数据开发算法计算双脚朝向角度。采用一维统计参数映射分析两个系统在深蹲周期中的运动学指标差异性,并以均方根误差进行表示。结果经过时间对齐和偏移消除后,衡量两个系统在深蹲周期中的差异。数据表明,骨盆、人体质心和大腿段质心在3个方向的位移没有显著性差异。测量的下肢角度中,屈曲/伸展运动的差异最小,而内/外旋运动的差异最大。双脚朝向角度误差不超过2.5°。结论基于无标记和基于有标记测量的深蹲运动学数据之间具有高度的相似性,表明该技术可以用于运动损伤筛查。 展开更多
关键词 深蹲 动作捕捉技术 逆向运动学 伸展运动 运动损伤 运动康复 健康受试者 Open
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力软组织生物力学及临床 被引量:1
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作者 陈维毅 《医用生物力学》 CAS CSCD 北大核心 2024年第S01期8-8,共1页
软组织是人体的主要组成部分,软组织生物力学及力学生物学研究对理解相关疾病的发生发展、开发新的医疗手段、提高诊疗效率和改善疾病预后等都具有重要意义。在关节软骨中,软骨细胞功能和行为受到细胞周基质物理特性(刚度和三维形状等)... 软组织是人体的主要组成部分,软组织生物力学及力学生物学研究对理解相关疾病的发生发展、开发新的医疗手段、提高诊疗效率和改善疾病预后等都具有重要意义。在关节软骨中,软骨细胞功能和行为受到细胞周基质物理特性(刚度和三维形状等)的调控。通过反演软骨细胞生理基质物理特性,研究了力敏感离子通道TRPV4和PIEZOs通道调控软骨细胞感受基质刚度和三维形状的机制;探究了TRPV4和PIEZOs在动态应变调控软骨细胞钙信号中的作用,指出TRPV4在正常生理应变刺激过程中对软骨细胞钙信号调控发挥重要作用,而PIEZOs则在超生理应变中扮演重要角色;发现TRPV4和PIEZOs在介导软骨细胞感受基底硬度过程扮演不同角色;通过构建动态单细胞形态控制培养系统,提出了控制单细胞形态是调控细胞力学和生物学行为的关键因素,实现了类生理单细胞形态控制的培养,为探究骨关节炎病理机制和优化生物材料设计提供了新思路。针对临床大面积皮肤损伤,如何提高组织工程皮肤修复能力等问题,开展了提升成纤维细胞活性方法、细胞与微环境相互作用的力学生物学机制、植入体与宿主之间的相互作用等研究。发现外泌体可以促进皮肤成纤维细胞的增殖、迁移及与创面修复相关的因子的表达,提高了组织工程皮肤的生物活性,促进创伤修复能力;外泌体诱导法可避免组织工程皮肤的免疫排斥反应,在提高种子细胞的活性方面更简单易行;构建了不同拓扑结构的组织工程支架,发现过于疏松的外基质是促使细胞重塑外基质的诱因;探讨了皮肤植入物的力学特性、降解产物与炎症反应间之间的关系,为皮肤组织工程支架结构的设计和优化提供了参考。眼组织力学行为与眼科临床疾病,如近视、斜视等的诊断和治疗密切相关。在巩膜交联术治疗病理性近视方面,建立了巩膜交联效果预测的理论模型,实现了对交联效果的预测和交联参数的优化,验证了优化方案的有效性和安全性,并分析了局部后巩膜弹性模量的提高对眼球形态及视光的影响,为巩膜快速交联方案的优化设计,推进该术式用于临床治疗病理性近视提供了理论和实验支撑。在眼组织粘附力学行为方面,提出了一种与屈光手术安全性相关的角膜黏附行为的假设,对JKR模型进行了修正,分析了角膜承载生理载荷的黏附行为,为屈光手术的安全性及手术参数的优化设计提供参考;证明了巩膜和眼外肌之间的黏附作用对眼球运动的影响可以忽略不计,合理简化了眼球运动模型;获得了视网膜与玻璃体之间的黏附特性,为视网膜脱落相关疾病的预防和治疗提供了参考;此外,开展了视觉仿生和柔性可穿戴柔性传感器在眼压监测等方面的初步研究。制备了人工光突触晶体管,模拟了视觉系统的光适应、图像识别和视觉识别能力,实现了对数字和字母图像的可塑性记忆;制备的PSML双网络水凝胶具有优异的应变敏感性,作为可穿戴柔性传感器,在监测眼内压方面具有很好的潜力。 展开更多
关键词 视网膜脱落 外泌体 医疗手段 软骨细胞 眼内压 柔性传感器 生物力学 眼球运动
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基于可拉伸生物膜的肺器官芯片 被引量:1
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作者 呼尔山·乌斯满 黄棣 《医用生物力学》 CAS CSCD 北大核心 2024年第S01期282-282,共1页
目的肺部疾病(如慢性阻塞性肺疾病、哮喘、癌症和肺纤维化等)对全球人类健康构成严重威胁。常用的动物模型通常不能很好地预测人类的毒理学反应,传统的二维细胞模型往往无法重现体内生物物理和细胞微环境的复杂性。因此,非常需要开发一... 目的肺部疾病(如慢性阻塞性肺疾病、哮喘、癌症和肺纤维化等)对全球人类健康构成严重威胁。常用的动物模型通常不能很好地预测人类的毒理学反应,传统的二维细胞模型往往无法重现体内生物物理和细胞微环境的复杂性。因此,非常需要开发一种先进的肺器官芯片模型,更好地模拟人体肺泡的三维结构和功能。方法从仿生角度出发,根据肺组织的解剖结构和所处的动态呼吸环境,设计了一种基于PDMS和明胶甲基丙烯酰水凝胶(GelMA)制成的可拉伸和可生物降解仿生膜的肺器官芯片。生物膜可通过简单的方法制成,并且易于调整以改变其厚度和刚度。结果该可拉伸生物膜呈圆形孔洞结构,很好地模拟了人体肺泡的尺寸与结构。明胶甲基丙烯酰水凝胶(GelMA)具有良好的生物相容性和可调理化性能,结合肺上皮和血管内皮细胞的共培养,更好地实现了肺泡-毛细血管屏障的重建。仿生膜可控的机械性能可通过芯片控制单元实现呼吸运动的仿真,实现与真实肺泡同频率和幅度的扩张和收缩,更好地模拟了人肺泡的三维结构和功能。结论设计与构建该肺器官芯片模型可以为肺疾病的预防和药物开发提供更为精确有效的平台,同时大大减少了伦理上有争议的动物试验。 展开更多
关键词 慢性阻塞性肺疾病 血管内皮细胞 仿生膜 肺纤维化 呼吸运动 生物膜 生物物理 动物模型
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可黏附PAM/DA-HA/MXene/CuInS2水凝胶用于MRSA生物膜感染创面愈合 被引量:1
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作者 秦苗 陈维毅 黄棣 《医用生物力学》 CAS CSCD 北大核心 2024年第S01期548-548,共1页
目的烧伤作为一种典型的慢性创面,极易引发细菌生物膜感染。本文制备了一种生物膜响应型可黏附性抗生物膜水凝胶(PAM/DA-HA/MXene/Cu In S2)用于生物膜感染型烧伤创面再生。方法通过自由基交联制备PAM/DA-HA水凝胶,通过原位合成法制备MX... 目的烧伤作为一种典型的慢性创面,极易引发细菌生物膜感染。本文制备了一种生物膜响应型可黏附性抗生物膜水凝胶(PAM/DA-HA/MXene/Cu In S2)用于生物膜感染型烧伤创面再生。方法通过自由基交联制备PAM/DA-HA水凝胶,通过原位合成法制备MXene/Cu In S2异质结,通过氢键将异质结交联于PAM/DA-HA水凝胶中。研究了其力学性能、黏附性能、抗菌性能、生物相容性以及创面愈合能力。结果研究表明此水凝胶具有良好的抗拉强度(33.07±2.61 k Pa)和断裂伸长率(182.26±39.65%),同时表现出良好的抗菌性能(抗菌率达99.56±0.26%)、抗生物膜能力、生物相容性以及促进细胞迁移能力,可促进烧伤创面愈合。结论本文制备的PAM/DA-HA/MXene/Cu In S2水凝胶具有良好的力学性能、黏附性、抗生物膜能力以及促进细胞迁移能力,可移除细菌生物膜并且促进烧伤创面修复。 展开更多
关键词 烧伤创面 感染型 细菌生物膜 生物相容性 水凝胶 黏附性能 原位合成法
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生物力学分析:5种不同方法腰椎融合术的有限元模拟研究
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作者 解玉堂 武韬 +9 位作者 杨政彪 赵乐 张奥华 化泽坤 薛艳茹 张萌 段王平 陈维毅 王艳芹 武晓刚 《医用生物力学》 CAS CSCD 北大核心 2024年第S01期242-242,共1页
目的比较5种不同入路腰椎融合术的生物力学特性。方法利用有限元软件建立包括TLIF、ALIF、OLIF、XLIF和PLIF在内的5种手术模型进行6种运动状态下的活动度、上下终板和软骨的最大应力变化的测量、分析,比较5种模型的稳定性。同时针对现... 目的比较5种不同入路腰椎融合术的生物力学特性。方法利用有限元软件建立包括TLIF、ALIF、OLIF、XLIF和PLIF在内的5种手术模型进行6种运动状态下的活动度、上下终板和软骨的最大应力变化的测量、分析,比较5种模型的稳定性。同时针对现有手术模型展开动态力学分析,在模拟人体生理振动工况下,测量上下终板最大应力点的瞬态应力曲线以及应变能变化波动。结果在静力学分析中,5种手术模型在6种工况下,L4下终板的应力会比L5上终板的应力稍大一点,同时L4下终板的Z方向最大位移值明显大于L5上终板,自稳定融合器支撑的ALIF手术模型的下终板应力最小,但是上终板应力表现没有明显优势,同时有着非常好的稳定性;软骨应力分析部分,TLIF手术模型的软骨应力在6种工况下都最小;在瞬态动力学分析中,ALIF手术模型在循环振动载荷下L4下终板的应力值适中,且振动的幅值明显大于其余4种模型,TLIF手术模型的两终板瞬态应力都最小且振幅波动适中,TLIF手术模型中融合器应变能最小,刺激骨填充物生长速度最慢。结论静力学分析中,ALIF手术模型表现良好,但是由于整体钛合金材质且融合器体型过大,在瞬态动力学分析中,表现不佳,可在后续的研究中,针对这一方面的特性进行优化。 展开更多
关键词 腰椎融合术 终板 人体生理 动态力学分析 融合器 生物力学特性 静力学分析 生物力学分析
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基于响应面法的硝酸氧化耦合生物降解预处理褐煤提取腐植酸工艺条件优化研究 被引量:1
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作者 梁丹丹 梁海霞 +4 位作者 崔丽萍 李佳勇 王双林 刘雨鹤 李欣欣 《煤炭转化》 CAS CSCD 北大核心 2024年第4期32-42,共11页
从褐煤中提取腐植酸是实现低阶煤高值利用的有效途径,为提高矿源腐植酸提取率和生物活性,采用青霉菌(Penicillium pimiteouiense PPLL2205)高效降解转化褐煤,探究硝酸氧化耦合生物降解预处理对煤基腐植酸提取率的影响,结合元素分析、紫... 从褐煤中提取腐植酸是实现低阶煤高值利用的有效途径,为提高矿源腐植酸提取率和生物活性,采用青霉菌(Penicillium pimiteouiense PPLL2205)高效降解转化褐煤,探究硝酸氧化耦合生物降解预处理对煤基腐植酸提取率的影响,结合元素分析、紫外-可见光谱和红外光谱分析表征其生物活性官能团。结果表明:经单因素和Plackett-Burman实验筛选得到显著影响褐煤腐植酸提取率的因素为硝酸浓度、降解温度和时间;通过Box-Behnken实验优化得硝酸氧化耦合生物降解预处理褐煤的最佳工艺条件为用5 mol/L硝酸氧化粒度为0.125 mm的褐煤,将氧化煤按1 g∶100 mL的固液比装载于接种有1.5%PPLL2205菌株的培养液中,调节pH为7,在温度为30℃、转速为230 r/min下降解15 d,再经碱溶酸提,此条件下腐植酸的提取率高达87.162%;与仅用硝酸氧化处理相比,硝酸氧化耦合生物降解预处理褐煤后提取的腐植酸含有更多的含氧官能团,具有更低的芳香度和更小的相对分子质量,在提高产率的同时增强了矿源腐植酸的生物活性。 展开更多
关键词 褐煤 青霉菌 腐植酸 氧化改性耦合生物降解 响应面
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基于静电喷雾技术的黑磷纳米片/海藻酸钠血管栓塞剂力学生物学机制探究
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作者 魏延 刘轩妤 +2 位作者 范玉丽 梁紫微 黄棣 《医用生物力学》 CAS CSCD 北大核心 2024年第S01期200-200,共1页
目的目前,经导管动脉化疗栓塞术(transcatheter arterial chemoembolization,TACE)是目前治疗无法切除的癌症的主要技术。目前临床上常用的栓塞剂力学机制不明确会造成栓塞失效、血管复流等问题,故研究力学机制明确、具备材料廉价易得... 目的目前,经导管动脉化疗栓塞术(transcatheter arterial chemoembolization,TACE)是目前治疗无法切除的癌症的主要技术。目前临床上常用的栓塞剂力学机制不明确会造成栓塞失效、血管复流等问题,故研究力学机制明确、具备材料廉价易得、可定制、生物相容性良好等特点栓塞剂是临床上迫切需要的。方法采用静电喷射法制备了一种由海藻酸钠(ALG)和黑磷(BP)组成的复合微球。通过有限元分析栓塞微球受力情况;将微球放入3D打印的人工血管中检测其堵塞效果,通过计算模拟以及体外小血管流体剪切实验验证栓塞效果。结果结果显示该微球生物相容性好,可以快速矿化,能迅速堵塞血管。在小血管中模拟流体剪切实验中,微球也能通过外源性途径促进凝血,成功形成血栓,堵塞血管,且分析对流动血液形成血栓有更强的促进作用。结论本研究采用ES技术制备了复合微球,并仿生矿化制备HA包裹微球,研究发现,ALG-BP微球能迅速凝血、在小血管中迅速形成栓塞,且在流体剪切中不失效,血流不复流,有望成为新的血管栓塞剂。 展开更多
关键词 力学生物学 经导管动脉化疗栓塞术 栓塞剂 栓塞效果 人工血管 arterial 3D打印 仿生矿化
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聚乙烯醇/海藻酸盐-胶原生物打印小口径人工血管的制备及内皮化性能
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作者 赵丽琴 金佳语 +3 位作者 孙嘉翔 郭怡佳 苗也开 黄棣 《医用生物力学》 CAS CSCD 北大核心 2024年第S01期545-545,共1页
目的 聚乙烯醇/海藻酸盐(Polyvinyl alcohol/Alginate,PVA/Alg)生物打印小口径血管具备良好的力学性能和生物相容性,其分子结构中大量的羧基和羟基,使血管表面呈现出较好的亲水性和抗凝作用,为临床小口径血管的应用提供了可能性。但是,P... 目的 聚乙烯醇/海藻酸盐(Polyvinyl alcohol/Alginate,PVA/Alg)生物打印小口径血管具备良好的力学性能和生物相容性,其分子结构中大量的羧基和羟基,使血管表面呈现出较好的亲水性和抗凝作用,为临床小口径血管的应用提供了可能性。但是,PVA/Alg小口径生物打印血管内皮化效果以及流体剪应力作用下内皮细胞的结构和功能变化仍需进一步探究。因此,本课题旨在利用明胶(gelatin,Gel)的良好生物相容性,构建PVA/Alg-Gel生物打印小口径血管,并探讨不同剪应力下功能化PVA/Alg-Gel血管内皮化效果。方法 采用PVA/Alg-Gel为生物墨水,利用生物打印技术同轴打印PVA/Alg-Gel小口径血管,进行力学和生物学性能检测,构建体外血管应力培养装置,探究不同的流体剪应力对PVA/Alg-Gel血管内皮化的形成规律,并利用体内验证内皮化PVA/Alg血管促血管再生能力。结果PVA/Alg-Gel(8/1-1)小口径血管表现出良好的血管顺应性;Gel的良好生物相容性,增强了内皮细胞的黏附性。体外流体剪应力作用下内皮细胞形态、分布、排列呈现出规律性。结论 同轴打印技术制得的PVA/Alg-Gel小口径血管具备良好的力学性能,很大程度上提高了血管顺应性,动态流动的血流有利于内皮细胞成对齐方式排列,有希望应用于临床移植术中。 展开更多
关键词 血管顺应性 流体剪应力 内皮细胞 海藻酸盐 生物打印 内皮化 对齐方式 生物学性能
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生物可降解镁合金血管支架的优化设计与生物力学评估
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作者 张奥华 杨政彪 +8 位作者 解玉堂 赵乐 武韬 化泽坤 张萌 薛艳茹 王艳芹 武晓刚 陈维毅 《医用生物力学》 CAS CSCD 北大核心 2024年第S01期623-623,共1页
目的镁合金作为新型血管支架材料,具有良好的力学性能、生物相容性和可降解性。但在相同结构下,镁合金支架相对于传统金属支架力学性能比较弱,因此,如何改善力学性能是可降解镁合金支架发展所面临的关键问题。方法基于生物可降解支架的... 目的镁合金作为新型血管支架材料,具有良好的力学性能、生物相容性和可降解性。但在相同结构下,镁合金支架相对于传统金属支架力学性能比较弱,因此,如何改善力学性能是可降解镁合金支架发展所面临的关键问题。方法基于生物可降解支架的典型结构,设计了3种新支架(即支架A、支架B、支架C)。所做的改变包括改变支撑环的角度和排列方式创建一个大小角度交替排列的支撑环结构,并改变连接杆的位置和形状。采用有限元分析的方法,以支架的压缩性能、膨胀性能、弯曲柔韧性、对血管的损伤、血流动力学变化作为评价指标。这些综合评价的结果被用作选择最优支架结构的依据。结果与传统支架相比,支架A、B和C的径向刚度分别提高了16.9%、15.1%和37.8%;弯曲刚度分别降低27.3%、7.6%和38.1%;狗骨效应分别下降5.1%、93.9%和31.3%;低壁面剪切应力区域分别降低50.1%、43.8%和36.2%。与传统支架相比,支架A和C的径向反冲率分别减少9.3%和7.4%。与传统支架相比,支架A、B和C对血管的损伤略有增加,但相差不大,影响并不明显。4种支架植入后血流速率的变化基本相同。结论通过对比4种支架得到支架A和C的综合力学性能更优,具有较大的临床应用潜力。本研究有助于为临床支架结构设计提供参考。 展开更多
关键词 血流速率 壁面剪切应力 支撑环 金属支架 血管支架 连接杆 可降解性 膨胀性能
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外泌体诱导组织工程皮肤构建及其在创面修复中的应用
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作者 安美文 侯添 高翔 《医用生物力学》 CAS CSCD 北大核心 2024年第S01期208-209,共2页
目的构建能够在创伤修复过程中具有良好生物活性、一次性植入、快速修复、不产生瘢痕等移植效果良好的组织工程产品。方法(1)在体外构建组织工程皮肤过程中,通过内皮细胞外泌体对负载于多孔支架上的成纤维细胞的活性进行诱导,并对其移... 目的构建能够在创伤修复过程中具有良好生物活性、一次性植入、快速修复、不产生瘢痕等移植效果良好的组织工程产品。方法(1)在体外构建组织工程皮肤过程中,通过内皮细胞外泌体对负载于多孔支架上的成纤维细胞的活性进行诱导,并对其移植入损伤部位的性能进行检测;(2)采取动物实验,对构建的组织工程皮肤的损伤修复能力进行在体评价。结果(1)外泌体诱导成纤维细胞,在2D和3D环境均可以促进修复相关的增殖和迁移能力以及提高与创面修复相关的因子的表达;(2)筛选的AGQDs可以在支架中对成纤维细胞进行长达7天的荧光标记,方便直观地对组织工程产品的质量进行评价;(3)天然材料CS-CMC构建的支架上负载诱导后的种子细胞,其在体修复能力有很好的提升,并能缩短炎症周期。结论利用外泌体诱导种子细胞活性和采用天然生物材料制备多孔支架,更有利于创面的修复效果。 展开更多
关键词 外泌体 成纤维细胞 天然生物材料 创面修复 多孔支架 动物实验 创伤修复 天然材料
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性别与障碍物高度对步态运动中下肢生物力学特征的影响
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作者 王晨艳 李晓娜 陈维毅 《医用生物力学》 CAS CSCD 北大核心 2024年第S01期599-599,共1页
目的难度较高的步态任务(跨越障碍)将对生理系统提出更高要求,而在难度较低的步态任务(平地行走)中并不明显。不同性别间下肢运动的生物力学特征是否存在差异?方法招募12名男性和12名女性志愿者,利用Vicon运动捕捉系统和AMTI测力台获取... 目的难度较高的步态任务(跨越障碍)将对生理系统提出更高要求,而在难度较低的步态任务(平地行走)中并不明显。不同性别间下肢运动的生物力学特征是否存在差异?方法招募12名男性和12名女性志愿者,利用Vicon运动捕捉系统和AMTI测力台获取志愿者在跨过高度为0 cm(无障碍)、13 cm、19 cm和26 cm障碍物时的步态时空参数、下肢运动学和动力学等数据。采用双因素重复测量方差分析(性别×障碍物高度)和三因素重复测量方差分析(性别×障碍物高度×腿)进行统计学分析。此外,评估了髋、膝、踝关节最大角度与障碍物高度之间的相关性。结果在所有步态条件中,男性的步长和速度都明显高于女性。跨障腿摆动时间、最大伸髋角度、最大屈膝角度和最大踝关节跖屈角度(性别×障碍物高度),具有显著交互作用。此外,跨障腿和跟随腿间的最大屈髋角度和最大屈膝角度也有显著差异。结论在无障碍步态中,男性和女性的步态参数存在差异,随着障碍物高度的增加,这些差异将更加明显。此外,跨越障碍物时跨障腿和跟随腿步态参数存在差异,这提示在未来的跨障训练中,应同时考虑双腿的步态差异以提高训练效果。本研究将为不同性别运动康复训练提供针对性指导。 展开更多
关键词 针对性指导 生理系统 重复测量方差分析 生物力学特征 无障碍 下肢运动 步态运动 步态参数
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大鼠阴道壁组织生物力学性能的实验研究
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作者 刘然 王丽丽 《医用生物力学》 CAS CSCD 北大核心 2024年第S01期665-665,共1页
目的应用能反映盆腔器官脱垂患者阴道壁组织相似病理变化的大鼠动物模型,探究绝经和阴道分娩对大鼠阴道壁组织生物力学性能的影响,为进一步研究提供实验基础。方法选取12周龄SPF级SD雌性处女大鼠30只,随机分为对照组(A),模拟绝经组(B),... 目的应用能反映盆腔器官脱垂患者阴道壁组织相似病理变化的大鼠动物模型,探究绝经和阴道分娩对大鼠阴道壁组织生物力学性能的影响,为进一步研究提供实验基础。方法选取12周龄SPF级SD雌性处女大鼠30只,随机分为对照组(A),模拟绝经组(B),模拟绝经+阴道分娩组(C),模拟阴道分娩+绝经组(D)。A组行假手术;B组行双侧卵巢切除术;C组先行双侧卵巢切除术,2周后行阴道扩张术;D组先行阴道扩张术,2周后行双侧卵巢切除术,术后均进行常规饲养2~12周。采用单轴拉伸法测量阴道前、后壁组织的弹性模量和极限应力。结果实验表明,与A组相比,造模组(B、C和D)大鼠阴道前、后壁组织的弹性模量和极限应力均增加;与B组相比,C组阴道前壁的弹性模量和极限应力均降低,而阴道后壁的弹性模量和极限应力均增加;与C组相比,D组阴道前壁弹性模量几乎不变,极限应力下降;而阴道后壁弹性模量降低,极限应力增加。结论卵巢切除术和阴道扩张术对大鼠阴道壁组织的生物力学特性有显著影响,提高了对绝经和阴道分娩后阴道壁组织力学性能改变的理解。 展开更多
关键词 阴道分娩 阴道前壁 阴道后壁 阴道壁 盆腔器官脱垂 极限应力 卵巢切除术 生物力学特性
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集成应变水凝胶微纤维的角膜塑形镜生物力学仿真
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作者 张佳楠 刘宸君 +6 位作者 冯泊淞 王祥博 李阳 高志鹏 李晓娜 陈松 陈维毅 《医用生物力学》 CAS CSCD 北大核心 2024年第S01期433-433,共1页
目的对角膜塑形镜进行功能集成,以期实现对眼睑力和眼内压的实时监测。方法采用逆向建模及浇筑成型的方法制备了有序排列的AM-WPU-PVP水凝胶微纤维,两端接入导线并连接数字源表,检测水凝胶微纤维在变形过程中的电阻率变化;建立嵌入水凝... 目的对角膜塑形镜进行功能集成,以期实现对眼睑力和眼内压的实时监测。方法采用逆向建模及浇筑成型的方法制备了有序排列的AM-WPU-PVP水凝胶微纤维,两端接入导线并连接数字源表,检测水凝胶微纤维在变形过程中的电阻率变化;建立嵌入水凝胶微纤维的角膜塑形镜与角膜接触的三维有限元模型,分析确定眼睑力和眼内压作用对水凝胶微纤维变形的影响规律。结果在1%应变范围内,水凝胶微纤维的电阻变化率与应变变化的比值(即灵敏度)为0.53,R2=0.954;眼内压每增加5 mm Hg,水凝胶应变微纤维的变形量增加4.6μm(对应的应变为0.18%),眼睑力每增加0.5 mm Hg,水凝胶应变微纤维的变形量减小0.4μm(对应的应变为0.015%)。结论水凝胶微纤维的电阻变化率与其应变量、眼睑力和眼内压的变化均具有线性关系,控制眼睑力不变,即保持闭眼或睁眼状态,可根据电阻变化率得到眼内压的实时变化;通过睁闭眼过程中的电阻变化,可得到眼睑力的大小。本文所集成的嵌入水凝胶微纤维角膜塑形镜可通过对水凝胶微纤维电阻的检测,实现对眼睑力和眼内压的在体实时监测,这对调整塑形镜片的形状以实现更理想的角膜塑形和眼部健康监测有临床实际意义。 展开更多
关键词 角膜塑形镜 眼内压 微纤维 电阻变化率 水凝胶 电阻率变化 逆向建模 有序排列
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基于骨基质压电性的老龄化骨细胞模型的生物力学研究
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作者 王熹于 王艳芹 +5 位作者 薛艳茹 张萌 李鹏翠 武晓刚 陈维毅 卫小春 《医用生物力学》 CAS CSCD 北大核心 2024年第S01期12-12,共1页
目的为了研究骨细胞老龄化进程中的一些生物力学效应。随着年龄的增长,骨细胞的骨陷窝骨小管系统主要具有以下特征:骨细胞体积减小,突触数量缺失,骨小管堵塞等。除了老龄化特征的不同,模型的建立考虑了细胞突触,胶原小丘,初级纤毛等力... 目的为了研究骨细胞老龄化进程中的一些生物力学效应。随着年龄的增长,骨细胞的骨陷窝骨小管系统主要具有以下特征:骨细胞体积减小,突触数量缺失,骨小管堵塞等。除了老龄化特征的不同,模型的建立考虑了细胞突触,胶原小丘,初级纤毛等力学感受器,来比较不同力学感受器感受到的生物力学信号变化。方法基于骨基质压电性建立了具有多个突触及骨小管的骨细胞模型,并在该模型的基础上对于不同的老龄化特征(突触减少,细胞的体积减小和骨小管堵塞)建立了骨细胞老龄化模型。结果在本模型中骨细胞的老龄化(突触减少,细胞的体积减小和骨小管堵塞)并不会改变其压电效应产生的电场强度大小,但是老龄化模型的流速要低于正常模型,这样使得初级纤毛自身的偏转挠度会变得很低,进一步降低初级纤毛的力学敏感性。老龄化细胞的突触缺失会导致其他突触应力应变减小,细胞质、细胞核所受的应力也减小;老龄化细胞的体积减小和骨小管堵塞则会增大突触和纤毛的应力应变。结论本研究探讨了由于老龄化骨细胞的生物力学效应,研究揭示了细胞微环境动态调节的机制,为研究骨重建和细胞力学行为研究提供了途径。 展开更多
关键词 骨基质 骨细胞 骨小管 细胞微环境 压电性 骨重建 压电效应 动态调节
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外侧楔形鞋垫对足踝生物力学影响的有限元分析
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作者 杜玮瑾 陈维毅 郭媛 《医用生物力学》 CAS CSCD 北大核心 2024年第3期469-475,共7页
目的 探究外侧楔形鞋垫对足踝内部组织(包括足骨、关节和韧带)的生物力学影响。方法 建立并验证足踝-鞋垫-地面三维有限元模型,探究步态3个关键瞬间赤足模型和鞋垫干预模型的足底压力分布、关节接触压力、跖骨及主要韧带的应力。结果 5&... 目的 探究外侧楔形鞋垫对足踝内部组织(包括足骨、关节和韧带)的生物力学影响。方法 建立并验证足踝-鞋垫-地面三维有限元模型,探究步态3个关键瞬间赤足模型和鞋垫干预模型的足底压力分布、关节接触压力、跖骨及主要韧带的应力。结果 5°外侧楔形鞋垫模型足底峰值压力比赤足模型减小65.8%。鞋垫干预使楔舟关节处峰值接触压力减小;距下关节处峰值接触压力和第4、5跖骨处峰值应力增大。结论 本研究量化评估了外侧楔形鞋垫对足踝各部分的生物力学影响,提出了可适当减小外侧楔形鞋垫第4、5跖骨处倾斜角度的设计建议。 展开更多
关键词 外侧楔形鞋垫 足底压力分布 关节接触压力 有限元分析 生物力学
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