4生物力学研究方法与技术
生物力学的研究及应用
生物力学的研究及应用以往，人们对自己的身体结构和运动方式的了解只是基于经验和猜测，但是随着生物力学研究的不断深入，我们开始了解我们的身体是如何运作的，这给我们提供了更准确的指导，在运动和其他身体活动中发挥更高的效率和更少的伤害。
生物力学通常被定义为一种跨学科的科学，结合了物理学、工程学、生物学等学科研究人类和其他生物的身体运动，以及各种工具和设备的设计和使用。
生物力学的常见应用包括人体运动分析、医学研究和康复治疗、技术设计和改进、和生物医学工程。
在生物力学研究中，一个主要问题是如何测量和跟踪人体运动。
这可以通过多种手段实现的：使用传感器和设备来测量骨骼、肌肉和关节的运动以及力量的输出和反馈。
在医学研究和康复治疗中，生物力学可以用来评估和优化患者的姿势、姿态和步态，帮助他们重建，恢复和改善他们的身体运动能力。
例如，医生可以使用运动分析系统来测量患者的步态，在康复前后进行比较，以确定治疗方案是否起作用。
生物力学的另一个常见应用是设计和改进设备和技术。
人们可以使用生物力学原理来设计和改进医疗设备和卫生器材，让更多的人受益。
例如，生物力学可以用于设计人工关节，让它们更准确地模拟天然关节的运动和力学行为，以及手术器械和医疗设备的改进，以更精确、更安全地进行手术和治疗。
此外，生物力学可以帮助人们更好地理解运动和其他身体活动中的物理学原理，并应用于体育培训和竞技。
例如，无论是足球、篮球、游泳或其他运动，运动员必须具备良好的身体平衡、协调和力量，以达到最佳的表现。
运动分析和生物力学研究可以帮助指导体育训练，优化运动员的技术和增强其在比赛中的表现。
生物力学的研究成果对人们的生活产生了深远的影响。
它帮助人们更好地理解人类的身体结构和运动方式，推动开发人工智能、增强现实等技术，并促进医学和技术的发展。
具体而言，生物力学的应用正在改善人类的生活质量，使运动和身体活动更加安全、高效和愉悦。
细胞生物力学的研究方法及其应用
细胞生物力学的研究方法及其应用细胞生物力学，顾名思义，是研究生物体内单个细胞机械性质的学科。
近年来，由于技术手段的不断提高，细胞生物力学得到了越来越多的关注和研究。
本文将介绍当前常用的细胞生物力学研究方法及其在生物学、医学等领域的应用。
第一，原子力显微镜（AFM）原子力显微镜，是一种用于材料表面形貌和物理化学性质研究的宏观静态力学显微镜。
近年来，它也被广泛应用于细胞生物力学。
AFM可以在细胞表面扫描出其形貌结构，同时提供各种力学参数的测量。
例如，它可以测定细胞的硬度、弹性模数、粘附力等力学参数，从而揭示细胞的生物物理特性。
AFM的优点在于可以直接测量单个细胞的形态和力学特性，并且不会对细胞造成伤害。
此外，AFM可以在生命体内进行活体测量，可以更加真实地反映细胞的生物物理特征。
第二，拉伸式细胞生物力学实验这是一种基于机械实验装置的细胞力学试验。
拉伸式细胞生物力学实验可以测量细胞的有限元分析、张力分布等力学参数，从而了解细胞在外力下的变形和应力状态。
同时，这种实验可以研究细胞内部力的平衡，研究细胞内大分子的力学特性。
拉伸式细胞生物力学实验常用于细胞稳态、生长和迁移等方面的研究。
第三，光学牵引力显微镜（OT）光学牵引力显微镜，是一种非接触、光学控制下研究细胞运动和力学行为的实验技术，称为“光学镊子”。
它可以利用激光光束的光学力控制微米级别细胞的运动，同时实时追踪微小颗粒到纳米级别的位移、速度和应力等变化。
光学牵引力显微镜技术的优点是可以对单个细胞进行可控制的牵引力实验，测定细胞内蛋白质分子的颗粒动力学，证明各种细胞内生物标签或药物的分布和传输。
此外，由于操作非常灵活，长期研究难度较小，有助于细胞生物力学实验结果的稳定和可靠。
总之，细胞生物力学是一门尝试了解和解决生物体内机械问题的新兴学科，其研究方法也在不断创新和完善。
通过不断改进研究方法，细胞生物力学的研究在生物学、医学、生物材料等学科领域的应用也在不断扩大。
生物力学中的力学模型研究
生物力学中的力学模型研究生物力学是研究生物体运动和力学原理的学科。
在生物力学领域中，力学模型的研究是一项重要的任务，它可以帮助人们更好地理解生物体的运动和力学特性。
本文将深入探讨生物力学中的力学模型研究，并介绍一些典型的力学模型。
一、生物力学的发展与应用生物力学作为跨学科的领域，源于对生物体运动和机制的探索。
它综合运用物理学、力学、工程学等多学科的知识，研究生物体的运动规律和力学特性。
生物力学的发展在医学、运动训练、健康管理等领域具有广泛的应用。
二、力学模型的作用与意义力学模型是生物力学研究的基础，它可以通过一系列的假设和推理，模拟生物体的运动和力学过程。
力学模型的建立可以帮助研究人员更好地理解生物体的运动规律和力学特性，为相关疾病的防治提供科学依据。
三、典型的力学模型研究1. 骨骼力学模型骨骼力学模型是生物力学中的重要研究方向。
它通过建立骨骼系统的力学模型，分析人体骨骼在运动和负载条件下的力学响应。
骨骼力学模型的研究可以为骨科手术、骨折康复等提供理论依据。
2. 肌肉力学模型肌肉力学模型是研究生物体肌肉运动的重要手段。
它通过建立肌肉的力学模型，探索肌肉在运动中的力学原理和力学特性。
肌肉力学模型的研究对于理解运动机制、改进运动训练等方面具有重要意义。
3. 关节力学模型关节力学模型是研究人体关节运动和力学特性的重要工具。
它通过建立关节体系的力学模型，模拟关节在运动中的力学变化。
关节力学模型的研究对于临床诊断、康复训练等方面有着重要的应用价值。
四、力学模型的研究方法1. 实验测量法实验测量法是力学模型研究的重要手段。
通过使用传感器和测量仪器，对生物体的运动和力学参数进行实时监测和测量。
实验测量法可以提供真实的数据支持，从而帮助研究人员更准确地建立力学模型。
2. 数值模拟法数值模拟法是力学模型研究的一种重要方法。
通过建立数学模型、运用数值计算方法，对生物体的运动和力学过程进行仿真模拟。
数值模拟法可以快速得到结果，为力学模型的建立和优化提供参考。
考研生物力学知识点解析
考研生物力学知识点解析一、背景介绍生物力学是研究生物体内部和生物体与外界相互作用的学科，它涉及生物体的静力学、动力学和流体力学等方面。
在考研中，生物力学是生医工程、生物医学工程等专业的重要科目，本文将对生物力学的基本知识点进行解析。
二、力学模型生物力学研究中常用的力学模型包括刚体模型、连续体模型和粒子模型。
刚体模型假设生物体是由刚性结构组成的，常用于骨骼系统的研究；连续体模型假设生物体是连续的、均匀的介质，常用于软组织的研究；粒子模型则将生物体离散化为具有一定质量和形状的粒子，常用于细胞和细胞内物质的研究。
三、生物体的力学特性1. 弹性性质：生物体具有一定的弹性，可以回复到初始状态。
研究生物体的弹性性质有助于理解生物体在运动中的变形机制。
2. 刚度：刚度描述了生物体抵抗变形的能力，是衡量生物体硬度和柔软程度的指标。
3. 本构关系：生物组织的本构关系描述了生物体力学性质随变形程度的变化规律，是生物力学研究的核心内容之一。
4. 黏弹性：黏弹性是生物体独特的力学特性，同时具有弹性和粘性的特点。
黏弹性的研究对于理解生物体的变形和应力分布具有重要意义。
四、生物力学研究的应用1. 运动生物力学：研究人体在运动中的力学特性，包括步态分析、肌肉力学和关节运动学等。
2. 生物材料力学：研究生物材料的力学性能，用于设计和改进人工器械、组织工程材料等。
3. 疾病力学：通过研究疾病过程中生物体的力学变化，为疾病的早期预防和治疗提供理论依据。
4. 医学影像力学：将医学影像技术与力学分析相结合，研究生物体内部的力学行为，为医学影像诊断提供新的方法。
五、生物力学研究方法1. 实验方法：通过设计和进行实验来获取生物力学数据，如使用拉伸试验机测量生物材料的力学性能。
2. 数值模拟方法：使用计算机模拟和数值计算等手段，通过建立数学模型来研究生物体的力学行为。
3. 图像处理方法：利用图像处理技术对医学影像进行分析，提取出生物体的力学信息。
生物力学 研究生
生物力学研究生生物力学是一门研究生物体力学原理和运动机制的学科，它结合了生物学和力学的知识，旨在解释和探索生物体的运动行为。
通过生物力学的研究，我们可以更好地理解生物体内部力的分布和作用方式，揭示生物体运动的本质规律。
生物力学的研究范围非常广泛，涉及到从微观到宏观的各个层次。
在细胞层面上，生物力学研究细胞的变形、迁移和分裂等过程，探究细胞内部的力的传递和细胞外力对细胞的影响。
在组织和器官层面上，生物力学研究骨骼、肌肉、关节等组织和器官的力学特性，分析各种力对其功能和稳定性的影响。
在整体生物体层面上，生物力学研究生物体的运动学和动力学，分析各种力对生物体运动的影响。
生物力学的研究方法主要包括实验研究和数值模拟两种。
实验研究通过设计合适的实验装置和测量方法，获取生物体运动过程中的关键数据，如力、应变等。
通过对这些数据的分析，可以得出一些定量的结论，揭示生物体运动的机制。
数值模拟则是通过建立数学模型，运用力学原理和计算方法，模拟生物体的力学行为。
通过调整模型的参数和边界条件，可以对生物体的运动过程进行模拟和预测，提供理论依据和指导。
生物力学的研究在生物医学领域具有重要的应用价值。
通过研究人体运动机制，可以对运动损伤和疾病进行预防和治疗。
比如，在康复领域，通过分析患者的运动特点和力学参数，可以设计合理的康复训练方案，帮助患者恢复运动功能。
此外，生物力学的研究还可以为人体工程学领域提供理论基础和设计指导，改善人类工作和生活环境，提高工作和生活质量。
生物力学的研究还有助于揭示生物体内部的力学平衡和适应机制。
生物体在运动过程中需要克服各种力的作用，保持稳定的姿势和平衡。
通过研究生物体的平衡机制，可以为机器人和仿生材料的设计提供启示，开发出更灵活和稳定的机器人和材料。
生物力学作为一门交叉学科，对于理解生物体的运动行为和力学特性具有重要意义。
通过生物力学的研究，我们可以更好地理解和探索生物体的力学行为，为医学、康复和工程领域提供理论支持和实践指导，推动科学技术的发展和人类社会的进步。
细胞生物力学研究的方法与应用
细胞生物力学研究的方法与应用细胞是生命的基本单位，理解细胞的力学特性对于揭示生命的奥秘具有重要意义。
因此，细胞生物力学成为现代生物学研究中的一个重要领域。
本文将探讨细胞生物力学研究的方法及其在生物学研究和医学应用中的意义。
1. 细胞力学的研究方法1.1 孤立细胞力学研究孤立细胞力学研究方法主要包括应用扭转矩法、拉伸法、压缩法等对单个细胞进行力学测试。
这些方法可以得到细胞的弹性模量、黏弹性特性、力学刚度等参数，从而揭示细胞结构与功能之间的关系。
1.2 细胞内部力学的研究细胞内部的力学状态对于维持细胞形态和功能至关重要。
通过使用纳米级力传感器，可以直接测量细胞内部的力学状态。
此外，近年来兴起的光学镊子和光学钳子技术，也为细胞内部力学的研究提供了新的手段。
1.3 细胞群体力学的研究除了单个细胞的力学性质，细胞群体组织的力学行为也是研究的重要方向之一。
通过应用细胞集群的硬度测量、纳米压痕等方法，可以揭示细胞集群的弹性、黏弹性和塑性等特性，深入理解细胞群体在生长、发育和组织形成过程中的力学行为。
2. 细胞生物力学研究的应用意义2.1 帮助解析疾病机理细胞生物力学研究可为疾病的发生和发展提供重要线索。
例如，癌细胞具有不同于正常细胞的弹性特性，研究细胞的力学变化可以用来识别和诊断癌症。
同时，研究细胞力学对于探索肿瘤细胞的侵袭和转移机制具有重要意义。
2.2 指导组织工程与再生医学细胞生物力学研究为组织工程与再生医学的发展提供了理论指导和技术支持。
通过在体外模拟细胞外基质条件，可以调控细胞的力学环境，进而指导干细胞分化、组织修复和再生。
此外，通过应用力学模型和仿真方法，可以优化组织工程材料的性能，提高修复效果。
2.3 引导药物筛选与递送细胞生物力学研究也可以用于药物筛选与递送领域。
通过测量药物对细胞力学的影响，可以评估药物的治疗效果和副作用。
同时，利用力学手段可以优化药物的递送方式，提高药物的局部浓度和效果。
2.4 推动器官功能研究细胞生物力学研究有助于了解不同组织和器官的功能特性。
人体生物力学的研究与应用
人体生物力学的研究与应用人体生物力学是研究人体运动学和动力学的学科，它将力学、解剖学、生理学、工程学等多个学科的知识结合起来，通过计算机模拟和实验研究分析人体运动的过程，探索人体运动的机制、规律和优化。
一、研究方法人体生物力学的研究方法包括实验、计算机模拟和测量。
其中，实验是人体生物力学研究的重要手段之一，可以通过实验手段获取运动相关的数据，比如行走、跑步、跳跃等动作的时间、速度、加速度、力等参数，从而探寻人体运动的规律和机制。
计算机模拟则通过建立数学模型和仿真模拟实验来研究人体运动学和动力学方面的问题。
测量则是使用各种传感器来捕捉人体运动的相关信息，通过计算机处理和分析得到相关参数。
这些方法结合使用可以高效可靠地分析人体运动相关问题。
二、应用领域人体生物力学在运动训练、康复医学、人机交互等领域都有广泛的应用。
(一)运动训练：运动训练中，人体生物力学可以帮助教练和运动员更好地掌握运动技术和降低受伤风险。
人体生物力学通过分析运动员的姿势、力量和动作等，诊断运动员存在的问题和改进的空间，帮助运动员改善技术，提高运动表现。
例如，在游泳、篮球、足球等运动中，人体生物力学通过阐述运动员在比赛中走位、摆臂、投篮等问题的原理和运用方法，使得运动员更好地理解技术动作和训练方法，更好地提升自己的实力。
(二)康复医学：人体生物力学在康复医学方面也有广泛应用，可以帮助医生更好地理解患者的特定疾病影响身体机能的方式。
人体生物力学通过运用运动学和动力学的测量和分析手段，可以帮助康复医生评估患者的肌肉活动水平和姿势控制，然后通过训练和康复手段提高患者的身体机能和功能。
例如，对于膝关节的损伤，康复医生可以通过测量和分析患者膝关节的角度、力量和控制能力等指标，针对性地设计训练方案和物理治疗，提高患者恢复的速度和效果。
(三)人机交互：人体生物力学在人机交互中也有很大应用。
人机交互是指人与机器之间的交流关系。
通过运用人体生物力学技术，可以大大提高人与机器之间交流的效率和准确性。
生物力学的研究与应用
生物力学的研究与应用生物力学是一门研究生物体运动的科学，它结合了生物学和力学的原理，通过对生物体运动的分析和模拟研究，推动了医学、体育和工程学等领域的发展。
本文将介绍生物力学的研究内容和应用，并探讨其在不同领域中的重要性和前景。
一、生物力学的研究内容1.生物力学的基本原理生物力学主要研究生物体的运动机制和相关生理问题。
其中力学是研究物质在受力作用时的力学行为和力学规律，而生物学是研究生命体的结构、功能和运动方式。
生物力学通过这两个学科的融合，研究生物体的运动途径、速度、力量、应力分布等。
2.生物力学的实验方法生物力学的研究需要准确的实验数据支持。
常用的实验方法包括人体运动分析、生物体仿真实验、组织细胞力学实验等。
其中，人体运动分析是通过使用高速摄像机、力传感器等设备来记录和分析生物体运动的细节，以得出与运动相关的参数和结论。
3.生物力学的建模和仿真生物力学的研究还包括对生命体运动行为的建模和仿真。
通过对生物体结构、组织和各个部位功能的深入了解，可以建立相应的数学模型，并通过计算机仿真来预测和探究生物体的运动机制。
这种建模和仿真的研究方法在医学手术规划、人体姿势优化设计等方面具有重要的应用价值。
二、生物力学在医学领域中的应用1.康复医学生物力学为康复医学提供了重要的支持。
通过对人体肌肉、关节等组织结构和运动机制的研究，可以制定出更加科学和个性化的康复计划。
康复医学在运动损伤、脊柱疾病、假肢设计等方面的应用，都离不开生物力学的知识和方法。
2.运动和运动损伤研究生物力学对运动和运动损伤的研究有着重要影响。
通过对不同运动形式的分析和仿真，可以帮助运动员优化训练计划，提高运动表现。
同时，生物力学还可以研究运动损伤的机理和预防方法，为运动员提供更好的保护。
3.人体工程学人体工程学是研究人体与工作环境相互关系的学科，生物力学为人体工程学提供了重要的理论基础。
通过对人体姿势、工作方式等进行分析和仿真，可以设计出更人性化和安全的工作环境和工具，提高劳动效率和健康水平。
生物力学的基本测试方法和仪器设备
生物力学的基本测试方法和仪器设备生物力学是研究生物体在运动过程中力学特性的学科。
它通过测试方法和仪器设备来测量和分析生物体的运动、力量和力学特征，从而可以帮助我们理解生物体的功能、运动和健康状况。
生物力学的基本测试方法包括动力学测试、静力学测试、运动学测试和生物力学模拟。
下面分别介绍这些方法的基本原理和常用仪器设备。
1.动力学测试：动力学测试是用来测量生物体在运动过程中所受到的力量和力矩。
常用的测试方法包括受力板法、力矩传感器法和动态力学分析法。
受力板法通过放置在地面上的受力板来测量人体脚底所受到的力量和压力分布；力矩传感器法通过安装在关节处的力矩传感器来测量关节的力矩；动态力学分析法通过分析人体在运动过程中所受到的力量和力矩来评估运动的效果和负荷。
2.静力学测试：静力学测试是用来测量生物体静止状态下的力学特性。
常用的测试方法包括静力学平台法和静态测力计法。
静力学平台法通过放置人体或物体在一个平台上来测量其受到的重力和压力分布；静态测力计法通过安装在物体表面的测力计来直接测量其受到的力量。
3.运动学测试：运动学测试是用来测量生物体运动过程中的位置、速度和加速度等动力学参数。
常用的测试方法包括光电测量法、摄像测量法和惯性测量法。
光电测量法通过安装在生物体上的红外线传感器来测量其位置和速度；摄像测量法通过摄像机来记录生物体的运动过程，并通过图像处理技术来分析运动学参数；惯性测量法通过使用惯性测量单元（如陀螺仪和加速度计）来测量生物体的加速度。
4.生物力学模拟：生物力学模拟是用来模拟和分析生物体运动过程中的力学特性。
常用的模拟方法包括有限元分析法、多体动力学模拟法和计算流体力学法。
有限元分析法通过将生物体分割成有限的单元，然后运用力学原理和数值计算方法来模拟其运动过程中的力学行为；多体动力学模拟法通过建立生物体的多体系统，并运用牛顿力学和动力学原理来模拟其运动过程；计算流体力学法通过模拟流体介质中生物体的运动来分析其力学特性。
生物力学
研究生物心血管系统 消化呼吸系统 泌尿 系统 内分泌以及游泳 飞行等与水动力学 空 气动力学 边界层理论和流变学由关的力学问题 。
新技术
微/纳米尺度的生物力学测试技术
新方法
系统生物力学方法
新特点
内涵扩大【生物医学工程 生物工程】 有机融合【生命科学与基础和工程科学】 微观深入【细胞-亚细胞-分子层次；定量生物学】 宏观-微观相结合【组织工程 器官力学 信息整合与系统生物学】
新概念
仿生力学 仿生力学在人类历史上至今天，都一直给人类
以启发。鸟类 昆虫的飞翔一直来都是驱动人类航 空的直观动力，而鱼类的用水动则为新型水下运输 工具设计提供新的思路。研究扑翼飞行和鱼类泳动 力学的原理，鸟类和昆虫扑翼运动的力 能转换机 理都具有科学意义和应用价值。
肝胆流变学
作为我国为数不多 具有原创性的研究领 域，起研究成果在上世纪80年代在国际生物力 学界具有一定影响。
在实践中，运动生物力学主要用于确 定各专项体育运动的技术原理，作为 运动会的技术诊断和改进训练方法的 理论依据。此外，运动生物力学在运 动创伤的防治，运动和康复器械的改 进，仿生机械如步行机器人的设计等 方面也有重要作用。同时还为运动员 选材提供了依据。
肌肉骨骼系统 基础生物力学
内容简介：
《肌肉骨骼系统基础生物力学》(第3版) 分三篇18章，深入讨论了肌肉骨骼系统的 组织结构、关节力学及临床应用，包括对 肌肉骨骼的发育、组成结构、功能及功能 评定、创伤的力学机制、临床力学结构重 建等相关的最新研究信息。
应用
人体各器官、系统，特别是 心脏—循环系统和肺脏—呼吸 系统的动力学问题、生物系统 和环境之间的热力学平衡问题、 特异功能问题等也是当前研究 的热点。生物力学的研究，不 仅涉及医学、体育运动方面， 而且已深入交通安全、宇航、 军事科学的有关方面。
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③ 应用
不同生物大分子间相互作用的研究 不同作用强度的分子体系。空间精度高：亚 纳米尺度；测力范围宽：可达101-105皮牛。 独立、定量控制分子间相互作用的接触速率、 接触时间、分离速率以及接触力大小，避免 不同物理因素对分子间反应动力学的耦合影 响。
3. 光镊操控技术
① 原理
光镊即单光束梯度力光阱，一束高度汇聚 的激光形成的三位势阱，利用光与物质间动量 传递的光力学效应来实现操控的。称为光学镊 子或光阱。光镊可测量微粒间的微小相互作用 力，所以可以作为测量微粒间相互作用过程的 力探针或力传感器。
②方法
在(b)中，首先将一种分子表征于小球
表面，并将其与被微管吸吮的红细胞进行 组装，然后操控微管与表征另一种分子的 其他细胞或小球实现其结合与分离过程， 在控制加载率或作用力条件下分别测量分 子键断裂力或寿命，获得加载率-断裂力谱 和作用力-寿命谱。
③ 应用
微管黏附频率方法主要应用于认识表征的 受体-配体间二维反应动力学规律，通过量化 其反应动力学参数研究分子结构（分子取向与 长度、载体刚度与表面拓扑结构、氨基酸变异 等）影响其相互作用的机制。 生物膜力探针方法主要应用于受体-配体、 抗体-抗原间结合与解离动力学规律。通过分 子键断裂力谱和寿命谱量化外力和物理因素 （加载率、靠近速度、接触时间等）调控分子 间相互作用规律及其内在的物理机制。
图 微管吸吮技术
（a) 微管吸吮技术 法 (b) 生物膜力探针方
1. 微管操控技术
① 原理
微管吸吮技术
micropipette aspiration technique, MAT
图 微管吸吮技术 （a) 微管吸吮技术 (b) 生物膜力探针方法
微管吸吮技术：在负压作用下细胞变形的 动力学过程来研究细胞的力学和粘弹性性质。
②方法
系统组成 A.弹性微悬臂梁末端探针 B.样品池， C.操控单元 D.光学位移检测单元 当压电晶体驱动器驱动样品池或微悬臂梁 使二者靠近、接触时，分子间特异性相互作用 导致微悬臂梁形变，从而使激光束方向发生改 变。通过检测激光束信号可得到变形量，其与 微悬臂梁弹性系数的乘积即为分子间作用力值。
②方法
系统组成
A.平行流室单元； B.微量直线注射泵； C.显微镜和视屏图像采集单元。 功能化表征一种分子的玻片与透明盖板、 垫圈一起构成流室单元，可为射器提 供流体流动动力并控制流动剪应力
③ 应用
与前三种技术相比：分子间作用力的定量 研究接近生理流动状态，更直接地阐明分子间 相互作用的二维反应动力学参数及其外力调控 规律的生物学意义（由于对炎症反应、肿瘤转 移、免疫应答生物学过程中起重要作用的选择 素-配体、T细胞受体-主要组织相容性复合物等 分子体系）。 在剪应力下分子间二维反应动力学理论和 模型尚不完善，难以全面量化分子间结合与解 离动力学的信息，通常外力作用下的负反应率。 而无外力负反应率常数要通过外推至作用力为 零时得到。
4. 平行流室技术
① 原理
是一种接近生理情况下的实验技术。体外 模拟生理流动下研究生物大分子间相互作用介 导的细胞黏附行为。将特异性相互作用的两种 分子中的一种表征在流室底板上，流体驱动另 一种分子的细胞或小球在流道中流动，记录分 子间特异性相互作用的细胞或小球与底板黏附 的动力学过程，获得分子间特异性相互作用的 动力学信息。
生物膜力探针方法
biomembrane force probe, BFP
采用微管吸吮方法捕获 分别表征特异性相互作用分 子的细胞或小球，通过压电 晶体驱动器吸吮方法操控微 管，实现两细胞或小球间靠 近-接触-回拉的动力学循环
微管吸吮技术 （a) 微管吸吮技术 (b) 生物膜力探针方法
记录回拉过程中细胞变形与否、变形大小和解离 时间长短等信息来研究分子间作用的动力学性质
②方法
系统组成
A.激光光源；B.显微镜；C.可移动样品台； D.激光器与显微镜光学耦合光路；E.位移 探测系统。 激光输出后经外荧光通道耦合进入显微镜， 然后甴物镜聚焦在样品池中形成光阱，检测系统 测定纳米级的位移和皮牛级的作用力。
③ 应用
与微管吸吮技术、原子力显微技术相比， 光镊技术更先优势，可测分子间更小的作用力。 范围：10-2-100 皮牛。精度： 10-3皮牛 已实现对微米量级的活细胞、细胞器的固 定、分选、细胞融合等。用皮牛量级的作用力 深入到细胞、亚细胞、分子层次研究生物细胞、 亚细胞及其生物大分子性质。操控和排布分子、 避免样品损伤和对周围环境的干扰、真实再现 生命活动基本过程。
生物力学研究技术与方法
主讲：张延芳
2012年5月
一、分子生物力学研究技术与方法
1. 微管操控技术 2. 原子力显微技术 3. 光镊操控技术
4. 平行流室技术
二、骨组织材料的力学测试 1. 拉伸与压缩 2. 三点弯曲 3. 扭转
三、体外血管应力加载模型 四、细胞剪应力、张应力加载模型
1. 微管操控技术
2. 原子力显微技术 原子力显微技术（atomic force microscopy, AFM)是在扫描隧道显 微技术(scanner tunnel microscope, STM)基础上发展而来的。
① 原理
① 原理
将特异性相互作用的两 种分子分别表征于弹性微悬 臂梁末端探针和样品池底板 表面，通过压电晶体驱动器 驱动底板（或微悬臂梁）实 现两表面间靠近-接触-回拉 的动力学循环，记录回拉过 程中微悬臂梁绕度改变和解 离时间长短等信息来研究分 子间相互作用的动力学性质。
②方法
系统组成
A.显微操控单元 B.压力控制单元 C.视屏图像采集单元
关键问题：分子表征，载体选择，分子密度， 细胞或载体的接触面积。
②方法
在微管黏附频率方法（ a）中，两种 特异性相互作用分子分别表征于红细胞和 其他细胞或小球表面，在控制分子密度和 红细胞接触面积条件下系统测定细胞间黏 附频率（以回拉过程中红细胞变形与否作 为判断分子间黏附是否发生的标准）随接 触时间的变化规律。
二、骨组织材料的力学测试 1. 拉伸与压缩 2. 三点弯曲 3. 扭转
三、体外血管应力加载模型 四、细胞剪应力、张应力加载模型