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抗磁性物质磁悬浮方法在空间生物学与生物技术中的应用 被引量：4
1
作者 曹建平 尹大川 +4 位作者 骞爱荣 田宗成 续惠云 黄勇平 商澎 《空间科学学报》 CAS CSCD 北大核心 2011年第1期63-72,共10页
失重是特定空间运动条件下的重要环境物理特征之一,一般以微重力环境来表示.几十年来人类利用空间失重环境进行了多学科领域的科学研究与探索.由于真实空间失重环境下科学实验机会稀少,人类为研究空间失重环境或效应,开发了多种地基的... 失重是特定空间运动条件下的重要环境物理特征之一,一般以微重力环境来表示.几十年来人类利用空间失重环境进行了多学科领域的科学研究与探索.由于真实空间失重环境下科学实验机会稀少,人类为研究空间失重环境或效应,开发了多种地基的空间模拟实验技术方法.然而,对于空间生物学和空间生物技术研究而言,已有的各种模拟实验技术手段在原理上和应用上均存在一定的局限性.本文介绍了抗磁性物质在大梯度强磁场中的悬浮现象,及将其用于模拟空间失重环境的方法与原理;简述了近年来利用抗磁性物质悬浮方法进行生物大分子晶体生长、分子细胞生物学及整体生物学等方面研究与应用的进展. 展开更多
关键词 大梯度强磁场 抗磁物质 磁悬浮 模拟失重 生物学效应
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人NK细胞体外高效扩增的实验研究 被引量：10
2
作者 黄庆生 李琦 +2 位作者 黄勇 商澎 张明杰 《细胞与分子免疫学杂志》 CAS CSCD 北大核心 2008年第12期1167-1169,1173,共4页
目的:建立人NK细胞体外大量扩增的方法。方法:采用基因工程方法,在K562细胞上同时表达IL-15、IL-18、4-1BBL3种基因,构建特定的K562工程细胞作为刺激细胞。IL-15、IL-18基因分别与一段特殊的跨膜蛋白基因融合,4-1BBL直接跨膜表达,使这3... 目的:建立人NK细胞体外大量扩增的方法。方法:采用基因工程方法,在K562细胞上同时表达IL-15、IL-18、4-1BBL3种基因,构建特定的K562工程细胞作为刺激细胞。IL-15、IL-18基因分别与一段特殊的跨膜蛋白基因融合,4-1BBL直接跨膜表达,使这3种蛋白在K562细胞中表达后锚定于细胞膜表面。其次,以照射致死的该K562工程细胞作为刺激细胞,以人外周血单个核细胞(PBMC)为扩增培养对象,通过与IL-2的共刺激作用,使NK细胞在体外培养条件下得到大量的扩增。结果:经过21d的刺激培养后,CD56+CD3-细胞数量扩增了(520±75)倍。CD56+CD3-细胞的纯度从培养前占PBMC的7%±4%到扩增后占总细胞比例的93%±3%。PBMC中的T细胞基本上没有得到扩增,扩增后的细胞中CD3+细胞只占2%±1.2%。扩增的细胞具备了NK细胞的基本特征和生物学特性,除了CD56+CD3-外,还对扩增的NK细胞上NKG2D、NKp46、NKp44、NKp30、CD94、CD158b、CD158a、NKB1、NKAT2等标记进行了验证。细胞毒实验表明,在效应细胞∶靶细胞为5∶1时,扩增的NK细胞的杀伤率达到了95%±4%。结论:建立的NK细胞体外扩增方法,达到了较高的扩增水平,且扩增的细胞活性较好。本方法以PBMC为原始材料,能够实现NK细胞体外的大规模制备,这将为抗病毒与抗肿瘤的NK细胞免疫治疗奠定基础。 展开更多
关键词 扩增 自然杀伤细胞 白细胞介素15 白细胞介素18 4-1BB配体
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中国空间站生命科学研究展望 被引量：4
3
作者 商澎 呼延霆 +2 位作者 杨周岐 武祥龙 顾逸东 《载人航天》 CSCD 2015年第1期1-5,共5页
中国载人航天工程即将进入空间站阶段,空间生命科学也随之迎来快速发展的黄金时期。为此,回顾了国内外空间生命科学的发展现状,并在未来20年中国空间生命科学发展战略目标的基础上,针对目前中国载人航天活动支撑下的航天员生命保障、宇... 中国载人航天工程即将进入空间站阶段,空间生命科学也随之迎来快速发展的黄金时期。为此,回顾了国内外空间生命科学的发展现状,并在未来20年中国空间生命科学发展战略目标的基础上,针对目前中国载人航天活动支撑下的航天员生命保障、宇宙生物学基础研究和空间生物技术转化研究的战略需求,凝练了空间人体科学和航天医学领域、空间基础生物学领域、空间生物技术和转化应用领域中亟待解决的关键科学和技术问题,为如何建好和用好中国的空间站及中国空间生命科学的发展战略提供了参考。 展开更多
关键词 空间站 生命科学 研究展望
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基于视频流和卷积注意力机制的下肢关键肌群活动计算技术研究
4
作者 冯艳茹 梁雯琦 +1 位作者 乔勇宇 杨鹏飞 《医用生物力学》 CAS CSCD 北大核心 2024年第S01期658-658,共1页
目的关键肌群的活动状态是理解人体运动学和动力学规律的关键环节。然而,通用的肌电测量技术需要贴附电极采集数据,存在易用性低和应用场景受限等问题。本研究旨在利用非接触采集的人体运动视频,构建基于关键点提取和回归计算的两阶段模... 目的关键肌群的活动状态是理解人体运动学和动力学规律的关键环节。然而,通用的肌电测量技术需要贴附电极采集数据,存在易用性低和应用场景受限等问题。本研究旨在利用非接触采集的人体运动视频,构建基于关键点提取和回归计算的两阶段模型,估计步态中下肢关键肌群的活动状态,实现从记录的人体运动的视频数据到肌电信号的精确映射。方法本研究征集7名健康成人作为受试者,以自选速度在跑步机上行走,同步采集矢状面视频信息及股直肌、股二头肌、胫骨前肌、比目鱼肌以及内外侧腓肠肌肌电数据。建立两阶段模型估计肌肉活动:构建人体姿态识别算法从视频流提取人体2D关节点的位置特征,基于低置信度线性插值提升估计精度;构建基于时空注意力机制的卷积神经网络模型,利用关节点位置特征作为输入计算步态中的肌电信号。结果基于本研究所提出的两阶段模型,计算得到的肌肉活动与肌电测量数据强相关,平均皮尔逊相关系数为0.73。结论本研究所提出的基于视频流的两阶段下肢肌肉活动计算方法能够准确计算下肢肌电包络,为实现非接触式获取运动过程中关键肌群活动提供了新的途径。 展开更多
关键词 注意力机制 肌电信号 肌群 下肢肌 计算技术 皮尔逊相关系数 两阶段模型 肌肉活动
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5-氟尿嘧啶衍生物的合成及其体外抗肿瘤活性研究 被引量：5
5
作者 黄海涛 姜茹 +4 位作者 牛银波 岳正刚 李宇华 刘莉 梅其炳 《中国药理学通报》 CAS CSCD 北大核心 2010年第11期1481-1484,共4页
目的设计合成5-氟尿嘧啶衍生物,并对其抗肿瘤活性进行评价。方法以5-氟尿嘧啶(5-FU)结构为基础,化学合成2-苄氧基-5-氟-4(3H)-嘧啶酮(2-BF),采用质谱(MS)、核磁共振氢谱(1H-NMR)及碳谱(13C-NMR)对其结构进行表征;MTT比色分析法比较2-BF... 目的设计合成5-氟尿嘧啶衍生物,并对其抗肿瘤活性进行评价。方法以5-氟尿嘧啶(5-FU)结构为基础,化学合成2-苄氧基-5-氟-4(3H)-嘧啶酮(2-BF),采用质谱(MS)、核磁共振氢谱(1H-NMR)及碳谱(13C-NMR)对其结构进行表征;MTT比色分析法比较2-BF与5-FU作用于人结肠癌细胞(SW620)及正常人肠上皮细胞(HIEC)后对细胞生长抑制率的影响及差异。结果 MS、1H-NMR和13C-NMR的结果确证合成化合物为目标产物;体外实验结果表明,2-BF(0.01～100μmol·L-1)作用于SW620细胞24h和48h后,其对细胞的生长抑制率分别为29.20%～64.96%、32.85%～72.26%,呈浓度、时间依赖性。在HIEC细胞中,高浓度2-BF(1、10、100μmol·L-1)的细胞生长抑制作用明显低于5-FU(P<0.01)。结论本实验成功合成了5-氟尿嘧啶衍生物——2-苄氧基-5-氟-4(3H)-嘧啶酮,不仅具有较好的抗肿瘤活性,且细胞毒性明显低于5-FU,具有潜在的临床应用价值。 展开更多
关键词 5-氟尿嘧啶 衍生物 2-BF MTT比色分析法 抗肿瘤活性 毒性
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空间微重力环境对骨代谢影响的研究进展 被引量：3
6
作者 苗治平 仇伍霞 +1 位作者 马小莉 骞爱荣 《宇航学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2017年第3期219-229,共11页
详细介绍了空间微重力环境对航天员骨代谢影响的国内外研究现状,并总结实验动物和骨组织细胞的太空飞行实验结果以及失重性骨丢失发生的可能机制。介绍了利用新型抗磁悬浮模拟失重技术平台获得的部分细胞实验结果。提出了尚需研发更多... 详细介绍了空间微重力环境对航天员骨代谢影响的国内外研究现状,并总结实验动物和骨组织细胞的太空飞行实验结果以及失重性骨丢失发生的可能机制。介绍了利用新型抗磁悬浮模拟失重技术平台获得的部分细胞实验结果。提出了尚需研发更多新型地基微重力模拟平台来开展骨代谢研究,同时需要更多真实空间飞行机会的进一步验证,为我国空间生物医学的发展建设提供参考。 展开更多
关键词 微重力 空间飞行 骨丢失 骨代谢 骨组织细胞
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多肽自组装及其在生物医学中的应用 被引量：2
7
作者 陈婷 卢婷利 +2 位作者 王韵晴 校月红 李昱辉 《材料导报》 EI CAS CSCD 北大核心 2011年第19期90-95,共6页
多肽自组装广泛存在于自然界中。自组装多肽分子成分简单,生物相容性良好,自组装过程受多方面因素的影响,在生物医学材料方面具有巨大的应用前景。介绍了多肽分子自组装技术的概念和多肽自组装过程中的影响因素(氨基酸的组成和序列、温... 多肽自组装广泛存在于自然界中。自组装多肽分子成分简单,生物相容性良好,自组装过程受多方面因素的影响,在生物医学材料方面具有巨大的应用前景。介绍了多肽分子自组装技术的概念和多肽自组装过程中的影响因素(氨基酸的组成和序列、温度、pH值、离子强度、多肽浓度、超声波),综述了多肽自组装系统的种类和多肽自组装技术在创伤修复、药物释放载体以及组织工程支架方面的应用。 展开更多
关键词 自组装 多肽 载体 支架
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电磁场与骨重建相关疾病转化研究:回顾与展望
8
作者 商澎 刘俊宇 +5 位作者 王圣航 杨建成 张哲源 李岸林 张昊 曾玉红 《生物化学与生物物理进展》 北大核心 2025年第2期439-455,共17页
几十年的研究与应用表明:电磁场具有调节骨重建生物学过程的作用,并可作为非侵入性物理治疗方法,对于以骨重建为主要干预环节的各个系统疾病,如骨折和骨质疏松症,具有治疗作用。本文基于已有文献,从电磁场与骨重建的基本概念出发,综述... 几十年的研究与应用表明:电磁场具有调节骨重建生物学过程的作用,并可作为非侵入性物理治疗方法,对于以骨重建为主要干预环节的各个系统疾病,如骨折和骨质疏松症,具有治疗作用。本文基于已有文献,从电磁场与骨重建的基本概念出发,综述了电磁场在骨重建相关疾病方面的基础研究、电磁技术和临床应用,从生物医学基础与生物电磁学交叉融合的角度,分析了电磁场作用于骨重建及相关疾病的生物学机制,提出了尚未解决、值得深入研究的基础性生物物理机制问题,并对相关生物电磁技术发展及其临床转化应用前景进行了展望。 展开更多
关键词 脉冲电磁场 静磁场 骨重建 骨质疏松 骨折
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用于蛋白质结晶的分子改造技术 被引量：1
9
作者 陈瑞卿 尹大川 +3 位作者 鹿芹芹 马晓亮 刘永明 呼延霆 《材料导报》 EI CAS CSCD 北大核心 2011年第23期73-79,共7页
获得晶体及提高晶体质量是蛋白质结晶方法学中的两大基本问题。为解决这两个问题,结构生物学家已发展了许多方法,其中针对蛋白质本身进行分子改造是非常重要的方法之一。通过蛋白质工程技术,如定点突变、还原甲基化修饰、剪切或删除构... 获得晶体及提高晶体质量是蛋白质结晶方法学中的两大基本问题。为解决这两个问题,结构生物学家已发展了许多方法,其中针对蛋白质本身进行分子改造是非常重要的方法之一。通过蛋白质工程技术,如定点突变、还原甲基化修饰、剪切或删除构象柔性环区、融合蛋白、复合物共结晶、原位蛋白质水解等方法对蛋白质本身进行分子改造,可明显提高其结晶成功率及晶体质量。随着该方面成功案例的不断积累,分子改造技术越来越凸显出其在蛋白质结构解析中的重要作用,特别是对一些难以结晶或提高晶体质量的蛋白质而言,其应用价值更不可忽视。针对近年来分子改造技术在蛋白质结晶中的应用进行了回顾与总结,并展望了其未来的发展。 展开更多
关键词 蛋白质 结晶 分子改造
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苯并噻唑衍生物的生物活性及其构效关系研究进展 被引量：1
10
作者 武祥龙 李海亮 +3 位作者 卢娜 牛银波 李晨睿 梅其炳 《化学与生物工程》 CAS 2014年第5期1-6,9,共7页
苯并噻唑衍生物具有重要的生物活性,如抗肿瘤、抗菌、抗炎、镇痛、抗结核等。总结了近年来苯并噻唑衍生物的生物活性及其构效关系研究进展,期望为苯并噻唑类衍生物的设计合成提供参考。
关键词 苯并噻唑衍生物 生物活性 构效关系 杂环化合物
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骨特异性转录因子Runx2对抗空间骨丢失效应的初步研究 被引量：3
11
作者 郭飞马 戴钟铨 +2 位作者 吴峰 商澎 李莹辉 《空间科学学报》 CAS CSCD 北大核心 2011年第5期627-634,共8页
为了构建稳定过表达Runx2(骨特异性转录因子)的C2C12(小鼠成肌细胞)和MG63(前成骨细胞)细胞株,并用于研究Runx2在对抗空间骨丢失效应中的作用.利用实时定量聚合酶链式反应鉴定Runx2下游基因I型胶原、碱性磷酸酶表达情况,在二维回转器中... 为了构建稳定过表达Runx2(骨特异性转录因子)的C2C12(小鼠成肌细胞)和MG63(前成骨细胞)细胞株,并用于研究Runx2在对抗空间骨丢失效应中的作用.利用实时定量聚合酶链式反应鉴定Runx2下游基因I型胶原、碱性磷酸酶表达情况,在二维回转器中培养稳定细胞株,通过定量聚合酶链式反应,观察在模拟失重效应下Runx2基因对其下游基因表达的影响.结果表明,通过筛选获得稳定转染的C2C12-Runx2和MG63-Runx2细胞株,经鉴定都能过表达Runx2.转染后的细胞I型胶原和碱性磷酸酶mRNA表达增高.回转组与对照组相比,MG63,C2C12-Runx2,MG63-Runx2细胞的I型胶原和碱性磷酸酶mRNA表达降低,但在模拟失重效应下,转染细胞中I型胶原和碱性磷酸酶的mRNA表达下降程度明显低于末转染细胞株.所构建的C2C12-Runx2和MG63-Runx2细胞株比较稳定,并证实Runx2能部分对抗失重引起的成骨特异性分子的降低. 展开更多
关键词 模拟失重 小鼠成肌细胞 核心结合因子 前成骨细胞
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用于晶体生长的地基无容器悬浮技术 被引量：1
12
作者 曹慧玲 郭云珠 +4 位作者 马晓亮 卢慧甍 解旭卓 周伯儒 尹大川 《材料导报》 EI CAS CSCD 北大核心 2011年第19期1-6,共6页
空间微重力环境下几乎无对流和沉降,可为晶体生长提供一个相对稳定和均一的理想环境,易于得到尺寸较大的高质量单晶。但是,空间结晶实验成功率低,费用昂贵,实验机会受限。因此,研发各种空间微重力环境地基模拟技术具有重要意义。目前可... 空间微重力环境下几乎无对流和沉降,可为晶体生长提供一个相对稳定和均一的理想环境,易于得到尺寸较大的高质量单晶。但是,空间结晶实验成功率低,费用昂贵,实验机会受限。因此,研发各种空间微重力环境地基模拟技术具有重要意义。目前可用于晶体生长的地基无容器悬浮技术主要有空气动力悬浮、静电悬浮、电磁悬浮、液体界面悬浮、超声悬浮和磁场悬浮技术等。这些地基模拟技术可实现晶体的无容器悬浮生长,避免器壁对晶体生长的不良影响,提高晶体质量,为解决X射线单晶衍射技术中的瓶颈问题提供新途径,还可为在地基进行结晶动力学和机理研究提供简单易行的方法。从技术原理、优势、缺陷及在结晶(特别是蛋白质结晶)中的应用4个方面对这些技术逐一进行了介绍和评述。重点介绍了液体界面悬浮、超声悬浮和磁场悬浮技术这3种用于蛋白质晶体生长的较为成熟的地基无容器悬浮技术。 展开更多
关键词 晶体生长 地基模拟技术 无容器悬浮 空气动力悬浮 静电悬浮 电磁悬浮 液体界面悬浮 超声悬浮 磁场悬浮
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空间微重力环境下蛋白质晶体生长的研究进展 被引量：1
13
作者 曹慧玲 马晓亮 +3 位作者 郭云珠 卢慧甍 解旭卓 尹大川 《材料导报》 EI CAS CSCD 北大核心 2011年第15期69-74,95,共7页
空间微重力环境可消除或减弱常重力场下溶液中存在的对流和沉降,为蛋白质晶体生长提供一个相对均一和稳定的环境,有利于得到尺寸更大、衍射分辨率更高的蛋白质晶体。通过对这些高质量空间晶体进行X射线衍射分析,可获得多种蛋白质的精细... 空间微重力环境可消除或减弱常重力场下溶液中存在的对流和沉降,为蛋白质晶体生长提供一个相对均一和稳定的环境,有利于得到尺寸更大、衍射分辨率更高的蛋白质晶体。通过对这些高质量空间晶体进行X射线衍射分析,可获得多种蛋白质的精细三维结构。从空间蛋白质晶体生长的发展历史、研究成果、生长机理、存在的问题与对策等方面总结了空间微重力环境下蛋白质晶体生长的研究进展,展望了空间蛋白质结晶的未来。 展开更多
关键词 微重力 蛋白质 晶体生长 晶体质量 衍射分辨率 结构生物学
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磁场促进生物体内氧气利用的机制及其医学应用 被引量：4
14
作者 苑曦宸 张彬 +3 位作者 孟智悦 王建萍 尹大川 商澎 《电工技术学报》 EI CSCD 北大核心 2021年第4期676-684,共9页
磁场在地球生命的产生、演化与繁衍中起着至关重要的作用。生命的存活离不开氧气(O2),O2是大部分生物体生理活动的必需物质。磁场作为非侵入式物理条件,在一定条件下可以促进生物体内O2的利用。该文从磁场和O2的基本概念入手,基于现有... 磁场在地球生命的产生、演化与繁衍中起着至关重要的作用。生命的存活离不开氧气(O2),O2是大部分生物体生理活动的必需物质。磁场作为非侵入式物理条件,在一定条件下可以促进生物体内O2的利用。该文从磁场和O2的基本概念入手,基于现有的文献总结磁场促进生物体内O2利用的生物学机制,展现磁场在呼吸-循环系统障碍性疾病/症状相关医学领域上的一些应用。以缓解氧代谢障碍疾病的缺氧症状和改善当下新冠患者的呼吸窘迫为理念,利用电工医学交叉学科的优势,拟解决该领域中促进O2利用的待突破关键技术和发展需求,并对此发展前景予以展望。 展开更多
关键词 磁场 氧气 生物机制 医学应用
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光学干涉技术在晶体生长研究中的应用
15
作者 李海生 尹大川 +4 位作者 罗慧敏 叶雅静 卢慧甍 张辰艳 鹿芹芹 《材料导报》 EI CAS CSCD 北大核心 2009年第3期77-81,共5页
利用光学干涉法对晶体生长过程中所引起的溶液折射率微小变化进行监测,分析所采集到的干涉图像,可得出与光程差相关的溶液浓度场及温度场的精确分布、晶体微观形貌变化及溶液对流等信息,对晶体生长机理研究有重要的意义。回顾了干涉技... 利用光学干涉法对晶体生长过程中所引起的溶液折射率微小变化进行监测,分析所采集到的干涉图像,可得出与光程差相关的溶液浓度场及温度场的精确分布、晶体微观形貌变化及溶液对流等信息,对晶体生长机理研究有重要的意义。回顾了干涉技术测量晶体生长参数的基本原理,同时综述了近年来干涉技术在晶体生长研究中的应用及发现,并分析了该技术在晶体生长研究领域中的发展方向。 展开更多
关键词 晶体生长 干涉法 晶体微观形貌 生长机理
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增龄过程中骨的多层级结构及多尺度力学行为
16
作者 杨鹏飞 刘发 +1 位作者 胡艺伟 陆冬亮 《医用生物力学》 CAS CSCD 北大核心 2024年第S01期15-15,共1页
目的骨的组成成分及多层级结构赋予其优异的力学性能。增龄改变骨的力学响应,以及骨的生理和病理进程。团队系列研究的目的是理解不同龄骨材料/多层级结构/多尺度力学的异同,揭示骨断裂力学行为的差异,以及去负荷制动对不同龄骨折愈合... 目的骨的组成成分及多层级结构赋予其优异的力学性能。增龄改变骨的力学响应,以及骨的生理和病理进程。团队系列研究的目的是理解不同龄骨材料/多层级结构/多尺度力学的异同,揭示骨断裂力学行为的差异,以及去负荷制动对不同龄骨折愈合新骨形成的影响规律。方法(1)制备幼龄、成年和老龄小鼠皮质骨微柱试样,压缩测试结合透射电镜研究其微观力学性能、断裂模式及增韧机制。(2)构建幼龄和老龄鼠骨折愈合模型,分别正常负重和去负荷制动愈合,研究骨痂组织的多尺度力学性能,分析其组成成分及多层级结构。结果(1)幼龄和成年骨断裂时主要为剪切破坏,而老龄骨为劈裂破坏,断裂模式的差异与骨矿化胶原纤维排布密切相关。幼龄骨在剪切破坏时表现出高韧性,得益于纤维桥接,而老龄骨在劈裂破坏时表现出高韧性,得益于纤维屈曲和裂纹偏转。(2)增龄致老龄骨折愈合延迟,而制动促进了老龄骨折愈合,老龄骨痂胶原纤维排布有序,矿化骨痂晶体长度增加48%。相反,制动致幼龄骨折愈合组织胶原纤维排布紊乱,矿物颗粒晶体长度和矿物基质比减少。结论增龄影响骨的微观结构,调节骨的增韧机制。骨折愈合进程中,老龄鼠比幼龄鼠更依赖制动带来的稳定力学环境。 展开更多
关键词 新骨形成 老龄小鼠 骨折愈合 多层级结构 胶原纤维 病理进程 断裂模式 骨痂
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骨多尺度断裂增韧机制的增龄性变化研究
17
作者 胡艺伟 陆冬亮 +1 位作者 刘发 杨鹏飞 《医用生物力学》 CAS CSCD 北大核心 2024年第S01期333-333,共1页
目的骨黏合线、骨单元、间质骨组成的“砖泥结构”,在抑制骨折裂纹扩展过程中发挥重要的力学功能。增龄会导致骨黏合线、骨单元、间质骨的组分、结构和力学行为改变,进而影响骨吸收能量、抵抗断裂的能力。老龄骨通常会表现出宏观脆性,... 目的骨黏合线、骨单元、间质骨组成的“砖泥结构”,在抑制骨折裂纹扩展过程中发挥重要的力学功能。增龄会导致骨黏合线、骨单元、间质骨的组分、结构和力学行为改变,进而影响骨吸收能量、抵抗断裂的能力。老龄骨通常会表现出宏观脆性,骨折风险增加。然而,骨微观尺度结构/力学性能的增龄性变化与宏观骨折断裂的关系尚不明确。方法本研究取12月龄(幼龄)、30月龄(成年)绵羊股骨中段制样,利用电子探针、拉曼光谱、micro-CT、连续成像、纳米压痕等分析骨黏合线、骨单元和间质骨的组分、结构和力学行为,及其随年龄的变化规律;制备8 mm×1 mm×1.5 mm单边缺口三点弯试样测试Ⅰ型断裂韧性,研究骨特征结构的增龄性变化影响骨微观断裂行为的机理,量化骨宏、微观断裂行为的相关性。结果初步研究表明,幼龄、成年、老龄微观尺度增韧机制不同,与骨微观结构的增龄性变化密切相关;老龄骨压缩强度及模量较成年减小,但仍具有良好的塑性。结论骨微观结构的增龄性变化赋予骨不同尺度下各异的增韧机制,维持不同年龄段骨较好的韧性。下一步研究拟结合骨多尺度力学异质性,探讨骨宏、微观断裂行为之间的联系,揭示老龄骨折风险增加现象的机制。 展开更多
关键词 股骨中段 骨折风险 增龄性变化 骨单元 微观尺度 吸收能量 增韧机制 裂纹扩展过程
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年龄及力学环境对骨折愈合组织胶原纤维形成及矿化的影响研究
18
作者 刘发 任晨曦 +2 位作者 张舒杨 胡艺伟 杨鹏飞 《医用生物力学》 CAS CSCD 北大核心 2024年第S01期260-260,共1页
目的增龄影响骨折的愈合能力以及愈合进程对力学环境的响应。承重骨骨折后,通常采用机械制动的干预措施促进愈合。然而,骨痂愈合组织内新骨的形成和矿化如何响应增龄及制动力学环境的过程和机制尚不清楚。方法本研究构建了幼龄(5周龄)... 目的增龄影响骨折的愈合能力以及愈合进程对力学环境的响应。承重骨骨折后,通常采用机械制动的干预措施促进愈合。然而,骨痂愈合组织内新骨的形成和矿化如何响应增龄及制动力学环境的过程和机制尚不清楚。方法本研究构建了幼龄(5周龄)和老龄(17月龄)的小鼠胫骨骨折愈合模型,两个年龄小鼠分为正常负重愈合组和后肢尾悬吊去负荷制动组,骨折愈合21 d后收集骨痂组织。利用三点弯曲、微观和纳观纳米压痕测试检测骨痂组织的多尺度力学性能。利用背散射扫描电子成像、micro-CT、拉曼光谱、原子力显微镜分析骨痂组织的多尺度结构及组成成分。结果与幼龄鼠相比,增龄导致老龄鼠骨折愈合延迟,愈合组织微观结构重塑受损、矿化程度和力学性能降低。制动促进了老龄鼠骨折愈合,老龄鼠矿化骨痂晶体长度增加48%,矿物基质比增加42%。与之相反,制动导致幼龄鼠骨折愈合组织矿化能力变差,胶原纤维排布紊乱(P<0.001),矿物颗粒晶体长度和矿物基质比减少(32%和36%)。制动组幼龄鼠骨痂处矿化胶原纤维排布散乱,而制动组老龄鼠中矿化胶原纤维则是有序的。结论制动对幼龄和老龄鼠骨痂内胶原纤维形成和矿化的影响相反。骨折愈合进程中,老龄鼠比幼龄鼠对稳定的力学环境更为依赖。 展开更多
关键词 胫骨骨折 骨折愈合 力学环境 愈合组织 矿化程度 电子成像 胶原纤维 多尺度结构
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增龄对皮质骨微观尺度断裂增韧机制的影响研究
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作者 陆冬亮 胡艺伟 +1 位作者 刘发 杨鹏飞 《医用生物力学》 CAS CSCD 北大核心 2024年第S01期645-645,共1页
目的骨的多层级结构赋予其优异的抗断裂强度和韧性。然而,增龄过程中骨层级结构的变化对其微观尺度性能的影响规律仍不清楚。本研究旨在理解年龄的增加改变骨微观结构和断裂力学性能的规律和机制。方法本研究取幼龄、成年和老龄小鼠股... 目的骨的多层级结构赋予其优异的抗断裂强度和韧性。然而,增龄过程中骨层级结构的变化对其微观尺度性能的影响规律仍不清楚。本研究旨在理解年龄的增加改变骨微观结构和断裂力学性能的规律和机制。方法本研究取幼龄、成年和老龄小鼠股骨皮质骨制备直径5μm的微柱样品,并进行压缩测试;利用扫描电镜、透射电镜等分析骨样品微观结构及压缩破坏机制。结果透射电镜结果显示,微柱内存在有序的胶原纤维排列区(即有序区)和紊乱纤维排布区(即无序区)。不同的纤维排布模式对应不同的破坏模式,主要包括剪切破坏和劈裂破坏。剪切破坏时,幼龄组无序区占比较大,剪切面直接穿过无序区;成年组无序区与有序区具有相间排布规律,裂纹集中在有序/无序区交界处。劈裂破坏时,幼龄组有序区呈现一定程度松散,常表现为多点劈裂失效;成年和老龄组有序区则呈现紧凑连续的纤维结构,裂纹沿纤维面扩展。无论剪切破坏还是劈裂破坏,成年骨微柱屈服后行为均表现出较大应变硬化。结论增龄通过改变骨微观结构特征影响骨的破坏模式及增韧机制;成年组在微观尺度始终表现出优异的压缩性能和增韧过程。 展开更多
关键词 老龄小鼠 微观尺度 皮质骨 纤维结构 增韧机制 应变硬化 微柱 多层级结构
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胶原纤维在跟腱损伤后异位骨化中的作用机制研究
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作者 任晨曦 刘发 +1 位作者 胡艺伟 杨鹏飞 《医用生物力学》 CAS CSCD 北大核心 2024年第S01期333-333,共1页
目的异位骨化是指在非骨骼组织中出现病理性骨组织的过程。在跟腱异位骨化过程中,跟腱胶原纤维是矿物质沉积的框架,胶原纤维的结构和排布决定了矿物质的异位沉积,然而胶原纤维在跟腱异位骨化过程中的作用机制尚不清楚。本研究的目的是... 目的异位骨化是指在非骨骼组织中出现病理性骨组织的过程。在跟腱异位骨化过程中,跟腱胶原纤维是矿物质沉积的框架,胶原纤维的结构和排布决定了矿物质的异位沉积,然而胶原纤维在跟腱异位骨化过程中的作用机制尚不清楚。本研究的目的是揭示跟腱组织内胶原纤维在矿物质异常沉积中的作用。方法本研究构建了大鼠跟腱断裂诱发异位骨化的模型,在跟腱断裂5周后,利用PSR染色,免疫组织化学双标记,拉曼光谱、场发射扫描电镜检测跟腱切断组织内胶原纤维特性;利用拉曼光谱、场发射扫描电镜、Micro-CT和H&E切片染色检测组织内的矿物质沉积规律。利用AFM、纳米压痕等检测异位骨化组织的多尺度力学性能。初步研究表明,胶原纤维结构排布与羟基磷灰石的异常沉积关系密切。下一步研究拟探讨跟腱组织损伤是否通过改变胶原纤维类型,排布结构和电荷等调控矿化过程,进而诱导异位骨的形成。明确胶原纤维结构在诱发异位骨化过程中的作用,将为揭示异位骨化的深层机制及防治策略提供思路。 展开更多
关键词 异位骨化 跟腱断裂 切片染色 胶原纤维 跟腱损伤 免疫组织化学 组织损伤 双标记
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