生物材料力学性能的研究方法
生物医学工程学的基础理论——生物力学
国内（70年代）：
康振黄（四川大学），陶祖莱（中科院），吴云鹏（重庆大学）， 王君健（华中工学院），杨桂通（太原理工），柳兆荣（复旦大 学），席葆树（清华大学），吴望一（北京大学）。。。。。。
冯元桢（Yuan-Cheng B.Feng)
美国国家工程院院士(1979)， 美国国家医学研究院院士(1991)， 美国国家科学院院士(1992)， 台湾“中央研究院”院士(1966)。 曾获国际微循环学会最高奖Landis奖、国际生物流变学会最高奖 Poiseuille奖、美国机械工程师学会“百年大奖”(1981)、美国国 家工程院“创始人奖”（1998）等。 1966年以前,主要从事航空工程和连续介质力学方面的研究并取 得卓著成果，其第一部专著《空气弹性力学》已成为气动－弹性 力学领域的经典著作。 1966年以后致力于生物力学的开拓，是举世公认的生物力学的开 创者和奠基人。
生物力学的研究方法
进行生物力学的研究首先要了解生物材料的
几何特点，进而测定组织或材料的力学性质，确 定本构方程、导出主要微分方程和积分方程、确 定边界条件并求解。对于上述边界问题的解，需 用生理实验去验证。若有必要，还需另立数学模
型求解，以期理论与实验相一致。
研究步骤
1. 首先要考虑生物的形态、器官以及组织的解剖 绪构和微结构，充分认识研究对象的几何特征， 建立合理的物理模型； 2. 测定组织或材料的力学性质，即确定本构方程。 对活组织的测量，困难是很大的。通常的做法 是对所研究的材料通过分析先给出其本构关系 的某种数学表达式，在此数学表达式中保留若 干待定常数，这些常数可以通过在体或离体实 验来确定；
borelli16081679意大利数学家天文学家和医学家第一个推导出天体以椭圆路径运动的原因其专著论动物的运动阐明了肌肉的运动和身体的动力学问题研究了鸟的飞行鱼的游动和心脏和肠的运动意大利数学家天文学家和医学家第一个推导出天体以椭圆路径运动的原因其专著论动物的运动阐明了肌肉的运动和身体的动力学问题研究了鸟的飞行鱼的游动和心脏和肠的运动robertboyle16271691研究了肺阐述了水中的气体与鱼类呼吸的关系罗伯特?虎克16351703细虎克定律细胞莱昂哈得?欧拉17071783提出了脉搏波传播方程jeanpoiseuille17991869医学专业学生创造了用水银压力计测量狗的主动脉血压的方法发现了粘性流的医学专业学生创造了用水银压力计测量狗的主动脉血压的方法发现了粘性流的poiseuille定律s
生物力学
生物力学生物力学 biomechanics shengwu lixue生物力学是应用力学原理和方法对生物体中的力学问题进行定量研究的生物物理学分支。
生物力学的研究范围从生物整体到系统、器官(包括血液、体液、脏器、骨骼等)，从鸟飞、鱼游、鞭毛和纤毛运动到植物体液的输运等。
生物力学的基础是能量守恒、动量定律、质量守恒三定律，并加上描写物性的本构方程。
生物力学重点是研究与生理学、医学有关的力学问题。
生物力学依据研究对象的不同，可细分为生物流体力学、生物固体力学和运动生物力学等。
生物力学的发展简史生物力学一词虽然在20世纪60年代才出现，但它所涉及的一些内容，却是古老的课题。
例如，1582年前后伽利略得出摆长与周期的定量关系，并利用摆来测定人的脉搏率，用与脉搏合拍的摆长来表达脉搏率等。
1616年，英国生理学家哈维根据流体力学中的连续性原理，从理论上论证了血液循环的存在；到1661年，马尔皮基在解剖青蛙时，在蛙肺中看到了微循环的存在，证实了哈维的论断；博雷利在《论动物的运动》一书中讨论了鸟飞、鱼游和心脏以及肠的运动；欧拉在1775年写了一篇关于波在动脉中传播的论文；兰姆在1898年预言动脉中存在高频波，现已得到证实；材料力学中著名的扬氏模量就是英国物理学家托马斯·扬为建立声带发音的弹性力学理论而提出的。
1733年，英国生理学家黑尔斯测量了马的动脉血压，并寻求血压与失血的关系，解释了心脏泵出的间歇流如何转化成血管中的连续流，他在血液流动中引进了外周阻力概念，并正确指出：产生这种阻力的主要部位在细血管处。
其后泊肃叶确立了血液流动过程中压降、流量和阻力的关系；夫兰克解释了心脏的力学问题；斯塔林提出了透过膜的传质定律，并解释了人体中水的平衡问题。
克罗格由于在微循环力学方面的贡献获得1920年诺贝尔奖金。
希尔因肌肉力学的工作获得1922年诺贝尔奖金。
他们的工作为60年代开始的生物力学的系统研究打下基础。
到了20世纪60年代，一批工程科学家同生理学家合作，对生物学、生理学和医学的有关问题，用工程的观点和方法，进行了较为深入的研究，使生物力学逐渐成为了一门独立的学科。
生物材料的结构与性能分析
生物材料的结构与性能分析生物材料是指由生命体制造的材料，如骨骼、牙齿、皮肤、毛发、角质等，以及由生命体或其组成部分分离出来的材料，如蛋白质、DNA、细胞膜等。
由于生物材料具有优异的结构和性能，近年来在工程材料领域的应用越来越广泛。
本文将对生物材料的结构及其对性能的影响进行分析。
一、生物材料的结构生物材料可以分为有机材料和无机材料两类。
有机材料主要由蛋白质、多糖、脂类等生物大分子构成，而无机材料主要由矿物质构成。
1.有机材料的结构蛋白质是生物材料中广泛存在的一种有机大分子。
蛋白质的结构包括四级结构，即原始结构、二级结构、三级结构和四级结构。
原始结构是蛋白质链上不断重复的氨基酸序列，二级结构是由α-螺旋、β-折叠等构成的一些规则结构，三级结构是由二级结构间的相互作用所形成的二面角、氢键、离子键等，四级结构是由多个蛋白质链相互叠合所形成的大分子。
多糖也是生物材料中常见的有机分子，其结构更为简单。
多糖由大分子葡萄糖组成，通过不同的连接方式构成不同的多糖。
常见的多糖有纤维素、壳聚糖等。
脂类是生物材料中的一种特殊有机分子。
其结构为长链脂肪酸和甘油分别通过酯键连接而成，形成三酰基甘油（甘油三酯），其余的脂类如胆固醇则存在于生物膜内。
2.无机材料的结构无机材料主要指钙质、磷酸盐等矿物质。
钙质和磷酸盐通过化学反应形成了多种复杂的化合物，如磷酸钙（含有磷酸钙二水合物和磷酸钙无水物）、羟磷灰石（由磷酸钙和矿物质组成）、骨基质等。
这些结构复杂的无机化合物中，矿物质的形态和分布对材料的性能有着非常重要的影响。
二、生物材料的性能聚合物材料晶体的结构、形态、分子量等均对聚合物材料的性能有重要影响。
类似地，生物材料的结构也会对其性能产生影响。
从力学性能、生物相容性、生物化学性能等方面来看，生物材料的性能主要表现在以下几个方面：1.力学性能骨骼、骨骼肌、牙齿和韧带等具有优异的力学性能。
这些材料大都是复合材料，由有机和无机材料组成。
力学在生物医学领域的应用有哪些
力学在生物医学领域的应用有哪些力学作为物理学的一个重要分支，其原理和方法在生物医学领域有着广泛而深入的应用。
这些应用不仅有助于我们更好地理解生命过程中的各种现象，还为疾病的诊断、治疗和预防提供了新的思路和技术手段。
在细胞层面，力学发挥着关键作用。
细胞的形态、运动和功能都受到力学因素的影响。
例如，细胞在受到外界压力时，其内部的结构会发生相应的变化，从而影响细胞的代谢、增殖和分化。
细胞骨架是细胞内的一种重要结构，它由微丝、微管和中间纤维组成，具有维持细胞形态和参与细胞运动的功能。
细胞骨架的力学特性对于细胞的正常生理活动至关重要。
研究发现，细胞在迁移过程中，会通过调整细胞骨架的结构和力学性能来适应不同的环境。
此外，细胞间的黏附也是一个力学过程。
细胞表面的受体与配体之间的相互作用产生了黏附力，这种黏附力对于细胞的聚集、组织的形成以及细胞间的信息传递都有着重要意义。
在组织和器官层面，力学同样不可或缺。
骨骼是一个典型的例子，它不仅是身体的支撑结构，还能够根据所承受的力学负荷进行自我重塑和修复。
长期的卧床或缺乏运动可能导致骨骼密度下降，增加骨折的风险，而适当的运动和力学刺激则有助于维持骨骼的健康。
肌肉组织的收缩和舒张也是一个力学过程，肌肉纤维通过与肌动蛋白和肌球蛋白的相互作用产生力量，实现身体的运动和各种生理功能。
心血管系统中，血液的流动和心脏的搏动都涉及到力学原理。
血管壁所承受的血压和血流产生的剪切力会影响血管内皮细胞的功能，进而与心血管疾病的发生发展密切相关。
例如，动脉粥样硬化往往发生在血流动力学复杂的部位，如血管分支处和弯曲处，这些部位的血流剪切力分布不均匀，容易导致内皮细胞损伤和脂质沉积。
力学在生物医学工程领域的应用更是多种多样。
人工关节的设计就是一个很好的例子。
为了使人工关节能够长期稳定地工作，工程师们需要考虑关节所承受的力学负荷、摩擦系数、材料的力学性能等因素。
通过优化设计，减少磨损和松动的风险，提高人工关节的使用寿命和患者的生活质量。
细胞生物力学的研究进展
细胞生物力学的研究进展细胞生物力学是一门研究细胞内力学行为的学科，通过研究细胞在力学作用下的变形和运动，揭示了细胞内部结构和功能的关系。
近年来，随着技术的不断进步，细胞生物力学的研究取得了许多重要的进展，为我们深入了解细胞的生物力学特性提供了新的视角。
首先，细胞力学的测量技术得到了显著的改进。
传统的细胞力学测量方法主要依赖于显微镜观察和机械测试，但这些方法往往只能提供有限的信息。
近年来，光学技术的发展使得细胞内部的微观结构可以被更加准确地观察和测量。
例如，光学拉伸技术可以通过应用光束对细胞进行拉伸，从而测量细胞的弹性和变形特性。
此外，原子力显微镜和纳米压痕技术等新兴的测量方法也为细胞力学研究提供了更加精确的工具。
其次，细胞力学的数学模型得到了进一步的发展。
细胞力学的数学模型可以描述细胞内部结构和功能之间的相互作用。
近年来，随着计算机技术的不断进步，研究人员能够建立更加复杂和精确的数学模型来描述细胞的力学行为。
例如，有限元分析方法可以将细胞内部的结构划分为许多小的单元，通过求解力学方程来模拟细胞的变形和运动。
这些数学模型不仅可以帮助我们理解细胞内部的力学机制，还可以为生物医学工程和组织工程等领域的应用提供指导。
此外，细胞力学的研究还揭示了细胞力学与疾病之间的关系。
细胞的力学特性受到多种因素的影响，包括细胞外基质的刚度、细胞内部的结构和力学信号的传导等。
研究发现，一些疾病如癌症、心血管疾病和神经退行性疾病等，会导致细胞内部的力学特性发生变化。
例如，癌细胞通常比正常细胞更加柔软和变形，这种变化与肿瘤的发展和转移有关。
因此，通过研究细胞力学的变化，我们可以更好地理解和诊断疾病，并为疾病的治疗提供新的思路。
最后，细胞力学的研究还为生物材料和仿生工程领域的应用提供了新的机会。
细胞力学的研究成果可以为设计和制造具有特定力学特性的生物材料提供参考。
例如，通过模仿细胞内部的结构和力学行为，可以设计出具有优异力学性能的仿生材料，如高强度的纤维材料和可调节的软性材料。
力学性能试验方法标准
力学性能试验方法标准引言力学性能试验方法标准是指制定用于测定材料、器件或结构的力学性能的实验方法的规范。
准确的力学性能测试方法和标准能够提供可重复的测量和精确的数据，为科学研究、产品设计和材料评估提供了重要的依据。
本文将介绍力学性能试验方法标准的一般原则和几个常见的试验方法。
试验样品的准备和标准化在进行力学性能试验之前，必须对样品进行准备和标准化。
准备工作包括裁剪样品、去除表面缺陷和污垢以及确定试样的几何尺寸。
标准化包括确定试验温度、相对湿度和环境条件等试验参数。
拉伸试验拉伸试验是一种常用的力学性能试验方法，用于测量材料在拉伸过程中的力学行为。
试样按照特定的尺寸和形状准备，在拉伸机上施加力，以增加试样长度并记录产生的力。
压缩试验压缩试验用于测量材料在受压过程中的力学性能。
试样的几何形状和尺寸取决于具体的应用领域。
压缩试验可以提供材料的抗压强度、变形特性和弹性模量等有关信息。
弯曲试验弯曲试验用于测量材料在受弯曲载荷下的力学性能。
试样的几何形状通常是长条形，以便在弯曲时产生可观测的变形。
弯曲试验可以提供材料的弯曲强度、弯曲模量和断裂特性等数据。
简支梁挠度测量简支梁挠度测量是一种常用的试验方法，用于测量材料的挠度和刚度。
试样通常是一个长条形，在两端支承并施加载荷。
计算试样的挠度可以提供材料的弯曲性能和应力-应变关系。
结论力学性能试验方法标准对于材料研究和工程应用具有重要意义。
准确的试验方法和标准可以保证实验结果的可重复性和准确性，为产品设计和材料评估提供科学依据。
拉伸试验、压缩试验、弯曲试验和简支梁挠度测量是常见的力学性能试验方法。
通过合理选择试验方法和准备样品，可以获得丰富的力学性能数据，用于指导科研和实际应用。
以上所述，就是力学性能试验方法标准的相关内容。
希望本文能够为读者提供一定的参考和帮助。
新型生物复合材料聚乙烯醇纳米羟基磷灰石聚己二酰己二胺修复关节软骨及软骨下骨缺损的生物力学研究☆
中国组织工程研究与临床康复第12卷第6期 2008–02–05出版Journal of Clinical Rehabilitative Tissue Engineering Research February 5, 2008 Vol.12, No.6 ISSN 1673-8225 CN 21-1539/R CODEN: ZLKHAH1051 1Department of Orthopedics, Fourth People’s Hospital of Guiyang, Guiyang 550002, Guizhou Province, China；2Department of Orthopedics, West China Hospital, Sichuan University, Chengdu 610041, Sichuan Province, China; 3Center of Analysis and Deter-mination of Nano-meter, Sichuan University, Chengdu 610041, Sichuan Province, ChinaGuo Tao☆, Doctor, Associate chief physician, Depart-ment of Orthopedics, Fourth People’s Hospital, Guiyang 550002, Guizhou Province, China ****************** Received: 2007-11-09 Accepted: 2007-12-251贵阳市第四人民医院骨科，贵州省贵阳市550002；2四川大学华西医院骨科，四川省成都市610041；3四川大学纳米分析测试中心，四川省成都市 610041郭涛☆，男，1971年生，湖北省老河口市人，汉族，2007年四川大学华西临床医学院毕业，博士，副主任医师，主要从事骨损伤修复及组织工程的研究。
几种脱细胞ecm材料研究
脱细胞ecm材料是一种广泛应用于组织工程和再生医学的生物材料。
它是由细胞外基质（ECM）组成，而细胞外基质是细胞间和细胞与细胞外基质间的重要连接物质，具有支持、保护、营养和调节等作用。
脱细胞ecm材料能够模拟人体天然组织结构，为细胞提供一个良好的生长环境，促进细胞的生长和增殖，从而促进组织的再生和修复。
目前，脱细胞ecm材料的研究主要集中在以下几个方面：首先，脱细胞过程的研究。
脱细胞过程需要将细胞从ecm中分离出来，这个过程需要精确控制温度、时间和机械力等因素，以避免对ecm结构的破坏。
目前，研究人员正在探索更加高效、安全的脱细胞方法，以提高ecm材料的品质和稳定性。
其次，ecm成分的研究。
ecm是由多种成分组成的，包括胶原蛋白、糖蛋白、多糖等。
这些成分对细胞的生长和增殖具有重要作用。
因此，研究人员正在研究如何精确控制ecm成分的比例和分布，以促进细胞的生长和增殖。
第三，ecm材料的生物相容性研究。
脱细胞ecm材料需要具有良好的生物相容性，以避免免疫排斥反应和感染等问题。
因此，研究人员正在研究如何提高ecm材料的生物相容性，如采用天然生物材料、纳米技术等手段。
第四，脱细胞ecm材料的力学性能研究。
脱细胞ecm材料需要具有良好的力学性能，以适应人体组织的需要。
因此，研究人员正在研究如何提高脱细胞ecm材料的强度和韧性，以满足不同应用场景的需求。
最后，脱细胞ecm材料的应用研究。
目前，脱细胞ecm材料已经广泛应用于组织工程、再生医学、药物释放等领域。
未来，研究人员将继续探索脱细胞ecm材料在更多领域的应用，如皮肤修复、骨骼再生、心血管疾病治疗等。
总之，脱细胞ecm材料的研究是一个具有重要意义的领域，它为组织再生和修复提供了新的可能性。
随着技术的不断进步，我们相信脱细胞ecm材料将在未来的医疗领域发挥越来越重要的作用。
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生物材料力学性能的研究方法随着科学技术的不断发展，人们对生物材料力学性能的研究也日益深入。
生物材料力学性能主要是指生物体内各种组织和器官所表现出的力学特性，这不仅对生物体的正常运作和健康发挥着重要作用，同时也对制造仿生材料和医学器械等有需要力学性能的领域具有重要意义。
本文将介绍几种常用的生物材料力学性能研究方法。
1.拉伸试验
拉伸试验是目前最常用的生物材料力学性能研究方法。
该方法主要是通过在材料两端施加拉力，来测定材料的拉伸强度、拉伸模量、断裂延伸率等参数。
这种方法在生物材料研究中得到广泛应用，例如用于测定筋骨组织的拉伸性能，用于制造人工关节和人造心脏瓣膜等医学器械的研究。
此外，拉伸试验还可以用于评估生物材料受力后的变形和破坏过程。
2.压缩试验
压缩试验是另一种常用的生物材料力学性能研究方法，主要是通过在材料表面施加压力来测定其承载能力。
该方法同样适用于测定各种生物材料的力学性能，例如用于测定骨质的承载能力和弹性模量等参数。
此外，压缩试验也可以用于研究软组织的力学性能，例如心脏和肝脏等器官的刚度和变形情况。
3.剪切试验
剪切试验是一种将材料沿切面方向施加切力的力学测试方法。
这种方法常用于测定软组织如肌肉和皮肤等的力学性能。
该方法的优点在于对于柔软和小尺寸的组织也能很好地测量，同时还能通过剪切模量等参数来描述材料的变形和刚度等力学特性。
4.针尖压痕试验
针尖压痕试验是一种主要面向生物硬组织的力学研究方法，主要是通过在硬组织表面施加针尖力来测定其硬度和硬度指数等参数。
该方法适用于测量各种硬组织的力学性能，例如测量骨质的硬度和强度、以及牙齿和头盖骨等生物硬组织的研究。
此外，针尖压痕试验还有广泛的应用，如材料表面耐磨性和防护性研究。
5.动态机械分析(DMA)
动态机械分析是一种新兴的生物材料力学性能研究方法，它用
于测定材料在不同频率下的弹性变形和耗散能力。
该方法的功能
在于分析材料的粘弹性，以更好地理解材料的力学性能。
DMA适
用于各种材料，因而在生物材料研究中也有重要的应用，例如对
发生塑料变形的组织，通过不同的频率测试，获得更好地材料信号。
总之，各种生物材料力学性能研究方法都有其特殊用途和优势。
在材料选择和医学器械制造方面，这些方法具有重要的应用价值，因此需要对其优缺点进行比较并在具体情况下进行选择，以更精
确地确定要研究的力学特性和实验需求。