特发性肺纤维化的生物力学特性 被引量：5

1

作者 孙美好 金凡力 +2 位作者 李建生 任徽 刘含 《医用生物力学》 CAS CSCD 北大核心 2023年第1期195-201,共7页

特发性肺纤维化(idiopathic pulmonary fibrosis,IPF)是常见的慢性间质性纤维化疾病。纤维化进程中,肌成纤维细胞异常活化,胶原蛋白大量沉积,肺组织生物力学特征发生显著变化。研究表明,生物力学因素在IPF疾病发生发展中发挥重要作用。... 特发性肺纤维化(idiopathic pulmonary fibrosis,IPF)是常见的慢性间质性纤维化疾病。纤维化进程中,肌成纤维细胞异常活化,胶原蛋白大量沉积,肺组织生物力学特征发生显著变化。研究表明,生物力学因素在IPF疾病发生发展中发挥重要作用。本文对IPF进程中肺组织、细胞生物力学特性的变化以及生物力学信号的转导进行系统综述,并总结IPF生物力学特征的体外再现及靶向生物力学的治疗策略,为IPF临床防治提供参考。 展开更多

关键词 特发性肺纤维化 生物力学 基质硬度 体外模型 靶向治疗

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细胞外基质硬度和炎症微环境的协同作用对间充质干细胞成骨分化影响的力学生物学机制 被引量：1

2

作者 万婉婷 程波 林敏 《医用生物力学》 EI CAS CSCD 北大核心 2019年第A01期52-52,共1页

背景间充质干细胞(MSCs)所处微环境非常复杂,现有研究多是考虑单一力学或生化因素影响,对于力学、生化因子的协同作用对MSCs分化行为的影响还缺乏系统认识。目的研究细胞外基质硬度与炎症因子(IL-1β)的协同作用对MSCs成骨分化的影响及... 背景间充质干细胞(MSCs)所处微环境非常复杂,现有研究多是考虑单一力学或生化因素影响,对于力学、生化因子的协同作用对MSCs分化行为的影响还缺乏系统认识。目的研究细胞外基质硬度与炎症因子(IL-1β)的协同作用对MSCs成骨分化的影响及其可能的力学生物学机制。方法利用不同浓度的GelMA构建不同硬度(26、60、88 kPa)的细胞培养基底,以模拟不同的细胞外基质硬度。利用IL-1β(1μg/mL)构建细胞炎症微环境。在两者刺激作用下,从基因和蛋白层面分别用RT-PCR和免疫荧光检测成骨指标(Runx2、OCN)的变化。Western blotting检测MAPK信号通路中关键蛋白ERK和p38磷酸化水平变化,并建立基底硬度与IL-1β协同作用下MSCs分化行为的力-化学耦合数理模型,对通路进行验证。结果 MSCs成骨分化能力随着基质硬度的升高而增强。在此基础上,IL-1β的刺激,显著降低了MSCs成骨分化能力。在刺激前期ERK磷酸化水平随着基质硬度的升高而增加,p38基本保持低磷酸化水平。在IL-1β刺激下,ERK和p38磷酸化水平均有显著性提高,且刺激前期ERK磷酸化水平与基质硬度呈正相关,后期则无显著性差异,而p38始终与基质硬度无显著关系。模型结论与实验结果一致。结论基质硬度可能通过ERK对MSCs的成骨分化有正向调节作用。IL-1β可能一方面通过p38抑制了MSCs的成骨分化,另一方面同时激活了ERK的正向调节,起到双向调节作用。模型结论可以为细胞力-化耦合微环境调控细胞行为机制研究提供理论依据。 展开更多

关键词 间充质干细胞 基质硬度 白细胞介素1Β 成骨分化 信号通路

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自振荡凝胶的动力学模型及可控性分析 被引量：4

3

作者 王鹏飞 刘少宝 +2 位作者 周进雄 卢天健 徐峰 《力学学报》 EI CSCD 北大核心 2013年第6期888-896,共9页

自振荡凝胶是一类在Belousov--Zhabotinsky化学反应(BZ反应)驱动下能够产生周期性收缩和膨胀大变形的智能软材料,简称为BZ凝胶,在微型激励器、传感器、药物释放、仿生材料等领域有着广泛的应用前景.基于BZ化学反应的Oregonator模型以及... 自振荡凝胶是一类在Belousov--Zhabotinsky化学反应(BZ反应)驱动下能够产生周期性收缩和膨胀大变形的智能软材料,简称为BZ凝胶,在微型激励器、传感器、药物释放、仿生材料等领域有着广泛的应用前景.基于BZ化学反应的Oregonator模型以及凝胶变形的力平衡方程,建立了由二阶微分方程表示的BZ凝胶的简化动力学模型,并通过对BZ凝胶的振荡动力学模型的分析,发现其在动力学相轨迹空间内呈现出稳定的周期性极限环振荡,进而利用改进的打靶法求得了BZ凝胶的振荡周期解,系统研究了反应物浓度、催化剂效率和链状高分子的亲水性等可控系统参数对其振荡形式、周期和幅值的影响.结果表明,只有在特定的系统参数取值下,BZ凝胶才能发生持续的周期性振荡;随着这些参数的改变,BZ凝胶的振荡形式、周期和幅值均产生规律性变化.证明了对自振荡凝胶实施周期性调控在理论上是可行的. 展开更多

关键词 智能凝胶 BZ反应 非线性振荡 周期性调控

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卷积神经网络在生物医学图像上的应用进展 被引量：28

4

作者 杨培伟 周余红 +2 位作者 邢岗 田智强 许夏瑜 《计算机工程与应用》 CSCD 北大核心 2021年第7期44-58,共15页

生物医学成像领域的迅速发展引起相关图像信息的爆炸式增长,对其图像进行人工智能辅助分析日益成为科学研究、临床应用、即时诊断等领域的迫切需求。近年来深度学习,尤其是卷积神经网络在生物医学图像分析领域取得广泛应用,在生物医学... 生物医学成像领域的迅速发展引起相关图像信息的爆炸式增长,对其图像进行人工智能辅助分析日益成为科学研究、临床应用、即时诊断等领域的迫切需求。近年来深度学习,尤其是卷积神经网络在生物医学图像分析领域取得广泛应用,在生物医学图像的信息提取,包括细胞分类、检测,生理及病理图像的分割、检测等领域发挥日益重要的作用。介绍了深度学习及卷积神经网络相关技术的发展;重点针对近几年卷积神经网络在细胞生物学图像、医学图像领域的应用进展进行了梳理;对卷积神经网络在生物医学图像分析领域研究目前存在的问题及可能的发展方向进行了展望。 展开更多

关键词 生物医学 深度学习 卷积神经网络 图像处理

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癌症液体活检新思路：数字PCR检测DNA甲基化 被引量：11

5

作者 曹雷 郭利娟 +2 位作者 郭晓锦 巩燕 李菲 《生物化学与生物物理进展》 SCIE CAS CSCD 北大核心 2019年第11期1085-1100,共16页

癌症的早期诊断可提高患者生存率.微创采集人体体液的液体活检方法可避免传统肿瘤组织活检方法侵入性和异质性的问题,逐渐成为癌症诊断的新方式.另外,DNA甲基化作为预测癌症发生发展的标志物,引起了越来越多研究者的关注.但传统DNA甲基... 癌症的早期诊断可提高患者生存率.微创采集人体体液的液体活检方法可避免传统肿瘤组织活检方法侵入性和异质性的问题,逐渐成为癌症诊断的新方式.另外,DNA甲基化作为预测癌症发生发展的标志物,引起了越来越多研究者的关注.但传统DNA甲基化的检测方法灵敏度不高,且容易出现假阳性.近年来,数字PCR技术因其超高的检测灵敏度和精确度、无需标准曲线即可进行核酸绝对定量检测的优势,被用于DNA甲基化的定量检测中.本文首先介绍了DNA甲基化与癌症发生发展的关系,总结了传统DNA甲基化检测方法及其在癌症临床诊断中的应用,阐述了基于不同核酸样本分散方法的数字PCR技术及其在微量DNA甲基化检测中的优势,总结了采用数字PCR技术检测癌症患者体液中DNA甲基化的具体步骤,列举了数字PCR技术在癌症DNA甲基化检测中的研究成果及应用进展,最后提出了数字PCR技术检测癌症DNA甲基化未来可能面临的挑战,并对数字PCR技术在癌症液体活检方面的应用前景进行了展望. 展开更多

关键词 DNA甲基化 数字PCR 液体活检 癌症早期诊断

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自振荡凝胶的力-化耦合行为调控及其应用研究 被引量：2

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作者 王鹏飞 赵兴红 +2 位作者 林敏 卢天健 徐峰 《力学进展》 EI CSCD 北大核心 2014年第1期418-446,共29页

自振荡凝胶是一类由特殊振荡化学反应驱动而产生周期性变形的新型智能软材料.自振荡凝胶内部存在复杂的力学与化学的非线性耦合效应,其动力学行为特征受试样的边界约束情况、外部作用力大小与形式等力学因素和反应物浓度、催化剂类型等... 自振荡凝胶是一类由特殊振荡化学反应驱动而产生周期性变形的新型智能软材料.自振荡凝胶内部存在复杂的力学与化学的非线性耦合效应,其动力学行为特征受试样的边界约束情况、外部作用力大小与形式等力学因素和反应物浓度、催化剂类型等化学因素的显著影响,亦受试样的几何形状、外界光照强度、环境温度等其他物理因素的调控.自振荡凝胶已在力学与化学信号传播、材料结构自组装、微量物质运输、微型作动器、新型力学传感器等基础和应用领域取得众多突破性研究进展.基于相关研究,系统论述了自振荡凝胶的力-化耦合行为调控及其主要应用现状,为进一步深入研究新型智能软材料及其应用提供参考. 展开更多

关键词 自振荡凝胶 BZ化学反应 力-化耦合 行为调控 应用研究

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3D打印技术制备器官芯片的研究现状 被引量：6

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作者 刘妍 杨清振 +2 位作者 陈小明 谷方伟 张辉 《中国生物医学工程学报》 CAS CSCD 北大核心 2020年第1期97-108,共12页

器官芯片是一种新兴的体外生物模型,在生物医学领域有重要的应用前景。但是,相关研究的开展通常受限于器官芯片繁琐和昂贵的制备过程。近年来,科研工作者借助3D打印技术,实现器官芯片制备的简易化、低成本化,以及芯片结构复杂化和成型... 器官芯片是一种新兴的体外生物模型,在生物医学领域有重要的应用前景。但是,相关研究的开展通常受限于器官芯片繁琐和昂贵的制备过程。近年来,科研工作者借助3D打印技术,实现器官芯片制备的简易化、低成本化,以及芯片结构复杂化和成型一体化。这一技术的突破,有力推动器官芯片相关研究的发展,为其在生物医学领域的广泛应用提供有力支持。综述3D打印制备器官芯片的研究现状,主要包括器官芯片的发展背景、传统制造方法的局限性、3D打印器官芯片的技术分类及其生物医学应用。列举5种基于不同成型原理的3D打印方法,归纳比较各方法的工艺特点以及制备器官芯片时的适用范围,探讨3D打印制备肝、肾、血管、心脏等器官芯片的具体实例和效果。最后分析该技术的不足之处,并展望这一领域的发展趋势。 展开更多

关键词 生物医学 器官芯片 3D打印 微流控芯片 仿生系统

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凝胶网络模板法可控制备NaYF_4:Yb^(3+),Er^(3+)稀土上转换纳米颗粒 被引量：2

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作者 裘慕书 林敏 +3 位作者 赵英 董宇卿 卢天健 徐峰 《无机材料学报》 SCIE EI CAS CSCD 北大核心 2014年第5期545-549,共5页

采用水凝胶空间网孔结构作为纳米级反应容器可控制备了NaYF4:Yb3+,Er3+稀土上转换发光纳米颗粒。通过控制交联剂密度可以改变网络凝胶网孔结构,用不同网孔结构的凝胶模板可以控制合成纳米颗粒。通过XRD、TEM、PL等方法研究了不同凝胶模... 采用水凝胶空间网孔结构作为纳米级反应容器可控制备了NaYF4:Yb3+,Er3+稀土上转换发光纳米颗粒。通过控制交联剂密度可以改变网络凝胶网孔结构,用不同网孔结构的凝胶模板可以控制合成纳米颗粒。通过XRD、TEM、PL等方法研究了不同凝胶模板对颗粒的尺寸、发光性能的影响。结果表明,利用高分子交联后形成的凝胶网络,可以制得粒径在10 nm左右的NaYF4:Yb3+,Er3+纳米颗粒。随着交联剂浓度的升高,颗粒粒径及荧光强度都有所下降。本研究为稀土上转换发光纳米颗粒的制备提供了工艺简单、绿色环保的新方法。 展开更多

关键词 稀土 上转换 纳米颗粒 水凝胶网络结构 交联度

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高硬度微环境通过提高隧道纳米管稳定性促进胰腺癌进展的机制研究 被引量：1

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作者 于硕 曹罡 徐峰 《医用生物力学》 CAS CSCD 北大核心 2021年第S01期436-436,共1页

目的胰腺癌微环境硬度高协助肿瘤细胞间物质交换促进胰腺癌进展胰腺癌中存在大量隧道纳米管TNT结构TNT参与了细胞间物质交换。推测,高硬度环境增强TNT的稳定性,提高细胞间物质传输效率。本项目拟探讨肿瘤微环境硬度对TNT稳定性的影响,... 目的胰腺癌微环境硬度高协助肿瘤细胞间物质交换促进胰腺癌进展胰腺癌中存在大量隧道纳米管TNT结构TNT参与了细胞间物质交换。推测,高硬度环境增强TNT的稳定性,提高细胞间物质传输效率。本项目拟探讨肿瘤微环境硬度对TNT稳定性的影响,寻找潜在干预方法。方法检测胰腺癌瘤体硬度和TNT的相关性。 展开更多

关键词 肿瘤微环境 物质交换 胰腺癌 隧道纳米管 TNT 干预方法 稳定性 高硬度

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梯度基质刚度依赖的神经生长锥趋向性移动 被引量：1

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作者 程波 万婉婷 +4 位作者 GuyMGenin MohammadRKMofrad 卢天健 徐峰 林敏 《医用生物力学》 EI CAS CSCD 北大核心 2019年第A01期167-168,共2页

梯度基质刚度在神经的生长、发育和再生过程中起到重要的作用,是神经细胞轴突趋向性生长的主要驱动力。但是目前神经细胞是如何感知梯度刚度基质的机制尚不明确,同时神经细胞轴突及其末端生长锥在这一力敏感过程中的作用仍不明确。神经... 梯度基质刚度在神经的生长、发育和再生过程中起到重要的作用,是神经细胞轴突趋向性生长的主要驱动力。但是目前神经细胞是如何感知梯度刚度基质的机制尚不明确,同时神经细胞轴突及其末端生长锥在这一力敏感过程中的作用仍不明确。神经细胞与成体细胞的力敏感行为明显不同。例如,神经细胞轴突倾向于朝向软基质移动,而大多数成体细胞则倾向于朝向硬基质迁移。目前仍无法利用现有实验手段揭示以上不同种类细胞呈现异质性的原因。因此,本研究建立了神经生长锥梯度刚度感知力学生物学模型,希望通过理论模型揭示以上问题。力学生物学模型主要包括:神经生长锥丝状伪足黏附动力学模型和轴突粘弹性-主动收缩模型,整合的力学生物学模型包含了轴突、生长锥和基质相互作用。模型结果表明,基质刚度梯度值及基质刚度梯度的初始值能对生长锥运动的产生不同的影响,进而揭示了神经细胞轴突倾向于朝向软基质移动的机理。同时,不同类型的神经元具有不同的力敏感行为,比如在相同的梯度刚度基质上,背根神经节细胞与海马神经元相比呈现更强的收缩力。模型预测结果与现有实验观察结果一致。该数学模型提供了神经细胞感知基质刚度梯度的机制,能进一步为神经损伤的生长修复治疗提供理论基础。 展开更多

关键词 细胞力敏感 力学生物学 梯度刚度 神经生长锥

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一种用于个性化长期3D握力监测的智能球传感器 被引量：1

11

作者 丁鑫 张慧卿 徐峰 《医用生物力学》 CAS CSCD 北大核心 2021年第S01期387-387,共1页

握力是人体健康监测中的重要指标,其强弱可反映心脏与大脑的健康状况,对于中风等脊髓损伤患者的康复和治疗有积极指导意义。但是,现有商业握力器未充分考虑特殊人群(如婴儿、病人)的需求,且多为二维平面握力测量,与实际手掌的三维握力... 握力是人体健康监测中的重要指标,其强弱可反映心脏与大脑的健康状况,对于中风等脊髓损伤患者的康复和治疗有积极指导意义。但是,现有商业握力器未充分考虑特殊人群(如婴儿、病人)的需求,且多为二维平面握力测量,与实际手掌的三维握力并不匹配。因此,采用激光剪纸工艺和全集成设计,开发了一种三维智能握力球,可用于个性化的三维握力监测。 展开更多

关键词 人体健康监测 集成设计 特殊人群 握力 传感器 二维平面 智能球 3D

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表面热冲击下脆性材料半空间不同方位裂纹的临界长度

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作者 贾竞 林敏 +1 位作者 徐峰 曹小杉 《应用数学和力学》 CSCD 北大核心 2015年第S1期183-190,共8页

结构承受热冲击时,温度非均匀性会导致结构产生热应力,从而引起裂纹的萌生和扩展。该文研究脉冲激光作用下的含单裂纹脆性材料半空间温度场和应力场。基于Fourier(傅里叶)热传导和热-力耦合原理,建立瞬态热传导方程和平衡方程;采用ANSY... 结构承受热冲击时,温度非均匀性会导致结构产生热应力,从而引起裂纹的萌生和扩展。该文研究脉冲激光作用下的含单裂纹脆性材料半空间温度场和应力场。基于Fourier(傅里叶)热传导和热-力耦合原理,建立瞬态热传导方程和平衡方程;采用ANSYS软件实现温度场和应力场三维问题的有限元数值模拟;分析不同裂纹在不同位置对热应力场的影响,从而得到裂尖应力强度因子;依据材料临界应力强度因子,通过有限元计算得出不同方位热冲击下裂纹扩展的临界长度。计算结果表明,脆性材料在受到Gauss(高斯)分布激光的辐照时,裂纹长比激光半径为0.12时,裂纹较为危险,且在r/r0=0.2处且与径向夹角为60°的裂纹更为危险,而且材料的断裂应属于剪切型断裂。这些结果可以为承受热冲击结构中的危险裂纹标定提供理论依据。 展开更多

关键词 表面热冲击 应力强度因子 裂纹

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