例析“理想化方法”在高中生物学教学中的应用

理想化方法是通过建立理想化模型,把原始问题化繁为简,纯化为一种理想化状态.“理想化模型”和“真实”生命现象的比对分析,两者鲜明的“反差”,让学生迅速抓住了研究问题的实质,并获取生命活动的规律.以实例分析了理想化方法在生物学教学中的应用.     

血液流变学及其在医学临床上的应用

血液流变学作为生物流变学的一个分支,是研究构成血液循环的血液和血管的流动和变形的科学。液体的流动和变形的特性,即流变性一般是通过粘度这一最常用的物理量来反映和量度的。人体血液作为一种液体,其粘度的特点是与切变应力或切变速度的变化有关。这说明人体血液与水等一般液体不同,是属于非牛顿液体。人体血液的粘度属于非牛顿粘度的最主要原因是在于血液内含有红细胞。因此,在各种疾病,如红细胞增多症、冠心病、镰形血红蛋白病和糖尿病时,构成血液的各种微观组成成分的改变,主要是红细胞的一系列特性的改变,不仅是引起血液粘度异常的最直接因素,而且也是导致血液循环和微循环障碍以及组织或器官的缺血、缺氧和功能、代谢失调等一系列病理变化的基础。流变学(Rheology)作为物理学力学的一个分支,是在流体力学的基础上发展起来的一门新学科。流变学一词是1929年由 Bingham 第一个提出来的。“Rheo”一词系来源于希腊文的“ρεo”,具有流动的意思。因此,按其原意来看,这门科学应称为“流动学”或“流的科学”。但是,鉴于物体的流动与物体的变形有着互为因果、互相依存的密切关系:即物体的变形是形成物体的流动的基础,而物体的流动是物体的变形在时间上的连续。因此,更正确地讲,这门科学是研究物体的流动和变形的科学,简称“流变学”。研究与生物机体以及人体的许多重要生命活动过程有关的这一部分流变学,叫做生物流变学。近年来,在生物流变学中,号门研究与循环血液有关的流变学得到了更为迅速的发展,并已成为生物流变学的一个独立分支——血液流变学。更详细地讲来,血液流变学是研究血液的流动性质和凝固性质、血液有形成分,主要是红细胞的粘弹性和变形以及心脏、血管的粘弹性和变形的科学.     

血液流变学及其临床检测和应用

血液流变学是物理力学的分支科学——流变学与生物学和医学交叉渗透而形成的一门崭新的边缘学科或跨学科。1　流变学的概念　　流变学 (Rheologly)是研究物体在外力作用下发生的流动和变形的科学 ,简称“流变学”。从宏观上来看 ,在外力作用下可发生流动的物体有液体和气体 ,因此 ,液体和气体又统称为“流体”,即具有流动性的物体。在外力作用下可发生变形的物体有固体 ,特别是其中的弹性体 ,它在外力作用下发生的变形 ,是我们用肉眼就可以观察到的。然而 ,从微观上来看 ,流体在外力作用下的流动也是由构成流体的分子、原子或“微单元”在…     

红细胞衰老过程中微观流变学行为的研究

作者在用抗体诱发动物急性溶血的方法建立的红细胞在体同步衰老模型的基础上,对红细胞衰老过程中的微观流变学行为进行了研究。用激光衍射法对高粘悬浮介质（ＰＶＰ）和低粘悬浮介质（ＰＢＳ）流场中的微观流变学指标ＤＩ、ＩＤＩ、（ＤＩ）ｄ、（ＤＩ）ｏｒ进行测量,结果显示四项指标随红细胞年龄的增加均呈下降趋势,但并不呈线性关系。表现为在生命周期中的前期变化较小,后期变化较大。提示老化过程中红细胞的流变学行为的变化主要发生在其生命过程的后半期。但各指标变化的规律不尽相同。与本室以往的研究结果进行比较,这些结果提示,在红细胞生命的初期,其膜的力学性质基本不变。而整个红细胞生命过程中红细胞力学性质的变化,可能来自红细胞的形状、胞浆及膜的粘弹性等多因素的影响     

《生物矿物学》一书评介

《生物矿物学》一书评介《生物矿物学》是一门新兴的生物地质学基础分文学科。生物矿物学的研究对象是生物矿物及其集合体─－生物矿物体。其研究内容包括生物矿物的化学成分、晶体结构、结晶形态、物理和化学性质、生理功能和产状；生物矿物体的物质组成、结构构造、形态...     

光学成像中兼具光学和力学性质的生物组织仿体

在生物医学光学成像方法的研发、评估和使用中,需要用到在较长时间内具有稳定的光学及力学属性的生物组织仿体,以使光学成像实验可以重复进行。这些仿体一般由混有散射、吸收粒子的基质制成。常用散射粒子包括脂质微粒、聚合物微球、金属氧化物粉末和金纳米粒子等,吸收粒子(及其溶液)包括血液、印度墨水(Indian Ink)和分子染料等。常用来模拟组织特性的基质包括硅胶、纤维蛋白和聚乙烯醇凝胶(Polyvinyl alcohol cryogel,PVA-C)等。讨论和分析常见仿体的光学性质(吸收系数、散射系数、折射率)和力学性质(弹性和粘弹性)。从生物相容性、制备难易程度及耗时情况、稳定性等方面比较了几种常见散射粒子、吸收粒子和基质的优缺点,并据此总结其适用范围。最后对仿体研究的发展进行了展望。     

谈理想化的生物模式图与生物教学

自然科学被学者快速接受的最有效途径是通过理想化模型的输入,理想化的生物模式图属于该种模型.因这种模型能抓住事物的本质特征,并使其呈现出清晰的生命图景,因而被生物科研及教学所广泛采用.虽然《中学生物教学法》提到该问题,但关于其实在意义如何,在教学中的具体实施,都未见有深入详细的论述.生物教学时,若没有"理想化"的理论支配自己,教科书中关于生物结构和生理现象的理想化模型就抽象不出来,板画也就不可能正规化,即使用现成的生物模型式挂图也不能充分地发挥出其应有的效果、使生     

有限元分析方法在口腔临床中的应用进展

一、前言有限元法 (finiteelementmethod ,FEM )是一种实用有效的理论应力分析方法。该方法首先把连续的弹性体分割为有限个单元 ,以其结合体来代替原弹性体 ,然后借助计算机进行数据的处理及运算 ,对连续体离散成的有限个单元进行力学分析 ,并由此获得整个连续体的力学性质特征。有限元法由Turner等 195 6年首先提出 ,而后被逐渐广泛运用于工程技术的各个领域[1] 。上世纪七十年代初 ,Farah等将有限元法带入口腔医学领域 ,因其具有实验应力分析方法无可比拟的优越性而得到大量运用。近年来随着电子计算机技术的飞速发展和各种功能齐全的…     

生物力学谈

生物力学是以生物为对象,根据力学的原则来研究它们与力学有关的问题。因此生物力学不同于其他的力学的最根本之点,在于所研究的对象是有生命的物体。它的内容显然很广泛,从鸟飞鱼游兽走,到纤毛虫和阿米巴虫的运动;从人的整体到各器官、组织,细胞的运动,还有植物体液的     

单分子装置：传感器、连接器、致动器

生物大分子之所以可以实现生物学功能是与其独特的力学性质息息相关的。作为纳米科技领域一个重要工具,原子力显微镜（AFM）可以对纳米尺度的生物大分子进行操纵并检测其力学性质。本文介绍了利用原子力显微镜对几类特殊蛋白以及DNA的力学性质的研究结果,发现这些生物分子具有很好的力学传感、连接和致动能力,将来有望作为单分子装置在纳米世界发挥更多功用。     

用光声技术测量生物组织粘弹特性的研究

报道了一种用光声技术测量生物组织粘弹特性的新方法,即用脉冲激光在生物组织中激发出光声信号（应力波）,从光声信号的振幅弛豫特性曲线中测量出应力波的弛豫时间,根据粘弹性理论,该弛豫时间就等于生物组织的粘弹比.用该方法测量Kelvin-Voigt模型的模拟生物组织的粘弹比,测量结果与用流变仪测量的结果完全一致,符合率达到97%.进而用光声方法测量出Maxwell模型的生物组织的粘弹比.理论分析与实验结果都表明：该方法只与被测物的声阻抗有关,而与它的状态无关,因此可用于任意状态的生物组织粘弹特性的测量.光声测量方法具有实时、快速、测量灵敏度高和重复性好的优点,因此在生物医学领域具有潜在的应用前景.     

细胞外基质力学性质对实体肿瘤血管生成影响的数值模拟

考虑细胞外基质ECM力学性质对实体肿瘤血管生成的影响,数值模拟肿瘤内外血管网络。将肿瘤外正常组织ECM和肿瘤组织ECM均设为线弹性体,考虑内皮细胞的扩散运动、对肿瘤血管生成因子TAF的趋化性响应、对粘连蛋白FIN趋触性响应以及对流运动,进行数值模拟。计算结果表明模型能够获得较为真实的分层毛细血管网络。     

生物组织光声粘弹显微成像

提出一种反演生物组织粘弹信息的新型无损光声粘弹显微成像方法,它是以强度调制激光作为激发源,通过检测光声（Photoacoustic,PA）信号的相位重建组织粘弹特性分布的成像方法.实验利用不同浓度的琼脂样品来验证光声粘弹显微测量中相位随浓度变化的依赖关系.利用埋有头发丝的琼脂样品来测试这种显微方法的成像分辨率.利用具有不同粘弹性的离体生物组织来验证系统的成像能力.实验结果表明,这种新方法能够高分辨率和高对比度地重建出具有不同粘弹性的生物组织的光声粘弹显微图像,有望实现组织结晶类病变水平的显微在体检测.     

生物组织弹性成像方法及其新技术进展

弹性是一种描述物质物理意义的重要参数,在描述物质在热力学和动力学的变化过程中有着重要的意义。在医学上,弹性的变化往往和病变联系在一起。然而,绝大多数生物组织在他们的力学特性上所表现出的复杂性并不是弹性模量一项参数就可以完全表述的,在对于他们的粘弹性表征和流变学行为的描述中,粘滞性往往和弹性一样的重要。现在被广泛用来对生物组织机械特性表征的成像技术是弹性成像,其基本原理是给组织施加一个激励,组织会产生一个响应,而该响应的分布结合技术的处理方法,可以反映出其弹性模量等力学属性的差异。本文介绍了生物组织常见的弹性成像方法:超声弹性成像,磁共振弹性成像以及光学相干弹性成像;详细阐述了新发展起来的技术-光声弹性成像和光声粘弹成像,并讨论分析其应用前景。     

生物炼制技术用于生物石油开发

几年前美国一家国家实验室研究人员发明生物炼制石油技术,即用一种极端纤细细菌的催化作用炼制优质的石油产品,该菌能在高温（60℃）下分离重油（注：重油指非常规石油的统称。包括重质油、高粘油、油沙、天然沥青等）中的硫氢、重金属物,使这些杂质含量降低20％～50％左右。这种生物炼油技术不仅提高“生物石油”的质量,而且更有利于环保。在炼制生物石油方面除细菌外,有些微藻也值得注意,一种叫丛粒藻（Botryococcus braunii,又称葡萄藻）的单胞藻,它产生的碳氢化合物占其干物质重量的15％～75％,最高达到90％,其组成与原油极为类似,经过加工处理后达到真正石油的指标。除了该藻藻体有“储能库”之称以外,微藻中还有小球藻、盐藻（均系绿藻类）等均有“储能”的潜力,都可用透明玻璃管作为“生物反应器”,通入含1％CO2的空气,对数增殖期测定其产烃量,已达到占细胞干重的16％-44％,每天可从藻体生物量中索取大量油烃化合物,完全有可能利用“环型玻璃管生物反应器”按需求量扩大再生产,从其生物量炼制生物石油。在美国,哈佛大学和斯坦福大学有关专家组建了一家公司想从生物炼油开辟新径：     

水牛卵母细胞透明带杨氏模量的测定

根据水牛卵细胞在微管吸吮下的行为,合理地采用内含不可压缩流体固体弹性球壳模型,研究水牛卵细胞透明带的力学性质。通过力学分析,推导出一个近似计算杨氏模量的实验公式。在24~26℃环境温度下,测量了20个培养液中成熟无极体卵细胞的杨氏弹性系数,得到卵细胞透明带的平均弹性系数为2.2×104Pa,为今后进行动物卵细胞透明带的力学研究提供了一种有效的测量方法。     

皱纹盘鲍肾脏的组织化学和超微结构

以组织学、组织化学和透射电镜观察等方法研究了皱纹盘鲍（Haliotis discus hannai)的肾脏。肾脏由无数肾小管和集合管组成。肾小管上皮细胞游离面有明显的刷状缘,并有少量纤毛,细胞顶端存在大量直径为0.8-1.8μm的折光小体,组化研究显示小体内含铁。基底端质膜高度内折,并呈碱性磷酸酶活性。上皮细胞与血窦仅有基底膜相隔,细胞内最具特征性的结构是“膜囊体”,光镜下它呈嗜酸性团块,组化研究显示含丰富的蛋白质,电镜下观察它由双层单位膜围成的众多的小管及扁囊构成,小管的直径或扁囊的高度为30－80nm,某一局部的小管或扁囊的形状及排列很有规律性。“膜囊体”的性质尚不清楚。除纤毛数量增加和“膜囊体”较小一局部的小管或扁囊的形状主排列很有规律性。“膜囊体”的性质尚不清楚。除纤毛数量增加和“膜囊体”较小外,集合管上皮细胞的组织化学和超微结构类似于肾小管上皮细胞。在集合管和腔上皮还存在少量的粘液细胞。     

人体骨弹性性质的研究现状

本文综述了国内外关于骨的力学性质的研究现状,重点围绕着骨密质力学模型的建立、影响骨的弹性性质的组织特征、应变速度、年龄、灰量诸因素,以及在不同骨、不同部位、不同水平的骨的弹性模量的测定等方面进行了探讨。     

骨再生的力学生物学问题

生物力学主要探讨力学刺激与细胞的形态、结构和功能之间的关系。骨组织改变其形态和结构以适应力学刺激,表现为骨的适应性重建。骨的生长是骨塑形和骨重建两个过程协同作用的结果,以调整骨的形状、大小和组成,适应其所处的力学环境。骨组织工程的目的就是修复骨组织的正常生物力学功能。近年来,骨组织工程的研究主要集中于模拟骨生长的在体生理条件,从而刺激细胞形成有功能的骨组织。生物反应器能够模拟体内生理状态,为种子细胞在生物支架材料上生长提供一个适宜的力学环境。     

综述——纳米材料在组织工程中的应用：磁性纳米材料在组织工程研究中的应用

磁性纳米材料因其独特的理化性质在组织工程研究中被广泛地应用．本文主要从磁性纳米材料的表面化学活性、磁学性质以及生物应用磁性纳米材料的主要合成方法等几方面,综述了近年来利用磁性纳米材料设计组织工程支架材料的相关研究进展,包括纳米条件下的生长因子及相关基因的包裹和释放、机械力学刺激、干细胞追踪以及细胞图案化．