目的:探讨单轴、双轴循环拉力对小鼠肌腱源性干细胞(TDSCs)分化的影响，为临床肌腱损伤后的康复治疗提供理论基础。方法:取6～8周龄C57BL/6小鼠10只，无菌条件下暴露双侧后腿至脚掌，显微镜下解剖收集小鼠髌腱和跟腱组织块，体外分离培养细胞，观察第3代细胞的形态特点。(1)取传代至第3代的细胞，采用流式细胞术检测间充质干细胞标志物(CD44、CD90、Sca-1)、内皮细胞标志物(CD34、Flk-1)、造血细胞标志物(CD45)，鉴定细胞是否符合TDSCs特点。(2)取传代至第3代的TDSCs进行成骨细胞、软骨细胞和脂肪细胞分化培养，分别采用茜素红、油红和阿尔新蓝染料对培养的三系细胞进行染色，鉴定细胞是否具有多向分化潜能。(3)取传代至第3代的TDSCs接种到硅胶底培养皿上，分为双轴循环拉力组、单轴循环拉力组、对照组3组。双轴循环拉力组细胞使用Flexcell ? FX-4000TM柔性基底拉伸加载系统，单轴循环拉力组细胞使用自制拉伸力生物反应器，对照组细胞无拉力。双轴循环拉力组、单轴循环拉力组施加机械负荷组的参数均设置为0.25 Hz、6%的循环拉力，在培养期间进行机械负荷加载，每天加载8 h，共加载6 d。第6天机械负荷刺激结束后，收集3组细胞进行实时荧光定量PCR (qPCR)，检测肌腱、成骨、脂肪和软骨相关转录因子的表达。 结果:显微镜下观察第3代TDSCs形态一致，呈梭形纤维状。(1)流式细胞技术检测结果显示，间充质干细胞标志物CD44、CD90和Sca-1表达阳性、内皮细胞标志物CD34和Flk-1表达阴性、造血细胞标志物CD45表达阴性，符合TDSCs标记鉴定特点。(2)三系分化细胞检测结果显示，提取的细胞成功分化为成骨细胞、脂肪细胞和软骨细胞，验证了提取的细胞具有向成骨细胞、软骨细胞和脂肪细胞分化的潜能。(3)对照组、单轴循环拉力组、双轴循环拉力组3组间比较，肌腱、成骨、软骨、脂肪相关转录因子的相对表达量差异均有统计学意义( P值均<0.05)。组间两两比较：单轴循环拉力组与对照组比较，肌腱、成骨相关转录因子以及脂肪相关转录因子PPARγ的相对表达均增高，软骨相关转录因子的相对表达均降低，差异均有统计学意义( P值均<0.05)，而脂肪相关转录因子CEB/P的相对表达差异无统计学意义( P>0.05)；双轴循环拉力组与对照组比较，肌腱相关转录因子Scx、Mohawk的相对表达降低，成骨相关转录因子Runx2的相对表达增高、碱性磷酸酶(ALP)的相对表达降低，软骨相关转录因子Sox9相对表达增高、Col2a1的相对表达降低，脂肪相关转录因子的相对表达均增高，差异均有统计学意义( P值均<0.05)；单轴循环拉力组与双轴循环拉力组比较，双轴循环拉力组肌腱相关转录因子Scx、Mohawk、Col1a1的相对表达均降低，成骨相关转录因子ALP的相对表达降低，软骨、脂肪相关转录因子的相对表达均增高，差异均有统计学意义( P值均<0.05)。 结论:单轴循环拉力诱导TDSCs向肌腱细胞、成骨细胞分化，而双轴循环拉力诱导TDSCs向成骨细胞、脂肪细胞、软骨细胞分化。单轴循环拉力的作用下可以促进体外TDSCs向肌腱细胞分化，有利于肌腱组织的再生和损伤后的修复，为临床肌腱损伤后的康复治疗提供了理论依据。

脊髓是由灰质和白质构成，被硬脊膜、蛛网膜、软脊膜、齿状韧带和脑脊液所环绕。脊髓及其周围不同解剖结构的生物力学特性相关研究已证实脊髓属于非线性黏弹性介质，灰质和白质均具有超弹性材料的特性，在单轴拉伸和机械压缩实验方面的力学性能各异。人体脊髓在全长上呈粗细不均匀的状态，而各节段的硬脊膜表现出明显的异向性，其弹性模量自颈髓至腰髓逐渐减小。尽管对蛛网膜生物力学行为的研究较少，但其对提升脊柱有限元模型的预测准确性具有非常大的潜力。关于人软脊膜生物力学行为的研究尚无文献报道。脊髓浸润在脑脊液中，脑脊液可作为脊髓的震动缓冲器，因此在讨论脊髓的生物力学行为时不应忽视脑脊液的重要作用。当脑脊液压力升高时，脊髓的应力也会升高，反之亦然。齿状韧带的强度自上至下逐渐减弱。脊髓组织柔软，在受损时常发生拉伸、压缩和扭转等混合力学变化。脊髓的测量方法包括磁共振弹性成像（magnetic resonance elastography，MRE）、原子力显微镜、微压痕技术和脊髓造影等。MRE在脊髓形态学研究方面具有一定的优势。脊髓变形损伤时准确测量其力学参数难度大，通过应用影像学技术显示脊髓的动态病理变化，可以为临床治疗与预防提供宝贵的参考信息。有限元分析在研究脊髓损伤方面具有重要的价值，但目前的建模方法存在一定的简化，在脊柱有限元模型中脊髓通常被建模为均质材料，这种建模仍然需要进一步的实验证实其有效性。通过深入研究脊髓的生物力学特性及测量方法的研究进展，能更加深入地理解脊髓损伤机制，并为脊髓损伤的治疗和预防提供重要的理论指导和支持。

目的 研究阴道分娩对子宫骶韧带(uterosacral ligaments,USLs)和主韧带(cardinal ligaments,CLs)生物力学性能的影响,进而探讨阴道分娩对盆腔器官脱垂(pelvic organ prolapse,POP)的影响.方法 选用成年母猪(已育母猪5 头,未育母猪 5 头)作为动物模型,通过单轴拉伸实验测量离体母猪的USLs和CLs被动力学行为,分析分娩对USLs和CLs生物力学性能的影响.结果 猪子宫韧带组织的被动力学行为呈非线性.无论分娩与否,右骶韧带的最大应力大于左骶韧带(P<0.05);分娩后,二者力学性能存在显著差异.未育母猪左主韧带最大应力略大于右主韧带(P<0.05);分娩后,两者差异降低(P>0.05).USLs最大应力均大于CLs,表明USLs比CLs承受的张力更大,USLs在POP中起到关键性作用.结论 研究结果 为认识USLs和CLs力学特性提供参考,可以指导更好治疗方法 的发展,如POP手术重建,也为预防POP发生提供理论基础.

目的:通过分子动力学模拟研究胶原分子的力学特性,得出软骨微观结构成分的力学特性与宏观力学特性的关系.方法:从蛋白质数据库中获取胶原分子模型,使用GROMACS分子动力学模拟软件包,构建一个长×宽×高为24 nm×3.2 nm×3.2 nm的模拟盒子.将胶原分子置于盒中,添加6719个水分子、20个Na+与20个Cl-,形成浓度与生理盐水相近的模拟环境.在此环境中对胶原分子进行不同温度、不同拉伸速率、不同压强条件下的单轴拉伸模拟.结果:在温度恒定的情况下,拉伸速率增大,胶原分子杨氏模量增大;在拉伸速率一定的情况下,模拟体系温度升高,其杨氏模量减小;在一定温度与拉伸速率条件下,逐步增大体系压强,其杨氏模量逐渐减小.结论:通过在不同条件下对胶原分子的单轴拉伸模拟,获得了胶原分子的力学规律.在拉伸过程中,其杨氏模量与拉伸应变之间存在一定的率相关性,这为从微观方面研究软骨率相关性提供了思路.

背景:眼外肌控制眼球的运动,其力学行为是研究眼球运动必不可少的考虑因素.目的:分析不同眼位哺乳动物的眼外肌力学性能的异同.方法:采用体外实验的方法,在实验室环境下利用Instron5544材料性能试验机,对狐、猪和羊3种哺乳动物的眼外肌试件进行了相同载荷水平的单轴拉伸实验,并拟合实验数据得到了各眼外肌的Ogden超弹性模型.统计学分析比较实验得到的这3种不同动物眼外肌的被动力学行为.结果与结论:①3类眼外肌拉伸实验载荷-应变由大至小依次为狐＞羊＞猪;②3类眼外肌各自的拟合曲线均与其相应的平均实验数据拟合较好;③这3种不同眼位的哺乳动物的眼外肌之间在被动力学行为(包括相同应变水平下的应力响应以及超弹性力学参数方面)存在一定的统计学差异.

为了解决镍钛合金丝在X光下不显影的问题,常用的解决方法是在镍钛丝的中增加铂和钽等显影核,形成一种复合镍钛合金丝.显影核占比越大,显影效果越好.但同时由于显影核材料不具备镍钛合金的超弹性,复合镍钛合金丝与纯镍钛合金丝的差异就越大,最终导致复合镍钛丝失去超弹性.为了给临床应用选用合适的复合镍钛丝,本文先利用有限元分析软件中镍钛合金的本构模型,对含铂显影成分的镍钛合金丝的力学性能进行模拟分析,结合试验数据的验证,得到能真实反应镍钛合金超弹性的有限元分析模型.在此基础上,为了确定镍钛合金编制支架在输送过程中的残余应变,分析了直径0.13 mm,显影面积为10%~90%的镍钛合金丝在单轴拉伸和弯曲状态下的残余应变.分析结果显示,在显影面积小于50%的情况下,残余应变和最大应变之间没有直接的关系,残余应变只与显影面积有关;当显影面积大于50%时,残余应变和最大应变之间有着直接的关系.在实际中,支架产品存在压握至输送系统的大应变情况,因此建议选用显影面积小于50%的复合镍钛合金丝.

目的 制备聚己内酯/聚三亚甲基碳酸酯(PCL/PTMC)静电纺丝支架材料,并研究其理化特征和组织相容性. 方法 采用静电纺丝技术制备PCL和不同配比的PCL/PTMC支架材料(3∶1,1∶1,1∶3,w/w);采用扫描电镜、傅里叶红外光谱、热重分析、差热分析及单轴拉伸试验检测已制备支架材料的形态特征、化学组成、热稳定性及力学性能;小鼠皮下组织植入各组实验材料,观察异物反应、材料降解及细胞在材料内生长情况. 结果 扫描电镜观察显示,PCL/PTMC(3∶1)、PCL/PTMC(1∶1)与PCL支架材料具有相似的纤维多孔性结构,PCL/PTMC(1∶3)支架材料发生纤维融合,失去纤维多孔性结构.傅里叶红外光谱显示,PCL/PTMC支架材料中PCL与PTMC分子间作用较弱,特征峰无明显改变.热重和差热分析显示,PCL/PTMC支架材料的热稳定性介于PCL和PTMC之间,随着PTMC含量的增加而降低.单轴拉伸试验显示,PTMC含量与材料的形态特征是影响PCL/PTMC支架材料力学性能的主要因素.小鼠皮下组织埋置实验显示,PCL、PCL/PTMC(3∶1)、PCL/PTMC(1∶1)材料植入2月后,宿主细胞侵蚀厚度分别为(23.85±3.71)％,(26.83±3.71)％和(29.15 ±2.33)％ (P ＜0.05),PCL/PTMC(1∶3)材料表面可见侵蚀性降解,宿主细胞难以在材料内部生长. 结论 PCL/PTMC静电纺丝支架材料的理化性质随材料中PTMC含量的增加发生规律性变化,纤维多孔性PCL/PTMC支架材料具有良好的组织相容性.

背景:肌肉中力分布的问题一直是研究的热点,且体外实验证明人体肌肉杨氏模量受外力影响变化明显,但活体生物肌肉中检测力的分布难度较大.剪切波弹性成像技术是一项有前景的非侵入性的成像诊疗手段,近年来被引入肌肉受力问题的研究中.目的:通过建立一个超弹性有限元肌肉模型证明剪切波速度和肌肉受力之间的关系,为剪切波弹性成像技术用于检测肌肉中力分布问题提供理论基础.方法:根据体外实验数据,建立超弹性肌肉有限元模型,轴向施加恒定荷载,研究不同受力情况下肌肉组织中剪切波速度变化.结果与结论:仿真结果显示随着荷载增大剪切波速度从6.1 m/s增加至13.1 m/s,且外力与速度线性相关,证明了剪切波弹性成像技术,可通过测量剪切波速度量化肌肉中里的分布.

本研究旨在确定能够有效模拟冲击载荷作用下脑组织力学特性的粘性-超弹性本构方程.本文运用有限元仿真与优化算法相结合的方法,开展了脑组织粘性-超弹性材料模型参数求解.首先,基于脑组织动态单轴拉伸试验数据,建立最大拉伸率为1.3、应变率分别为30 s-1和90 s-1的脑组织动态拉伸有限元仿真模型.然后,以仿真预测的工程应力-应变曲线与参考试验测量结果均值曲线的拟合误差最小化作为优化设计的目标函数,利用多目标遗传算法进行材料模型参数求解.结果显示,运用本文所确定的本构方程的脑组织有限元模型能够准确地预测不同加载速率下的脑组织动态拉伸力学特性.应用本文获取的脑组织粘性-超弹性本构方程于颅脑有限元模型,将有利于提高模型在动态冲击载荷下的生物逼真度.

背景:薄弱的静脉壁是冠状动脉旁路移植术后大隐静脉桥病变的诱发因素之一.目的:探讨人体大隐静脉桥外膜戊二醛交联对血管生物力学特性的影响.方法:收集冠状动脉粥样硬化性心脏病患者冠状动脉旁路移植术后剩余的大隐静脉40段,随机分A、B组,每组20段,将A组中的每段大隐静脉分成2小段,其中一段采用0.3％戊二醛溶液交联5 min,另一段不交联(对照);将B组的每段大隐静脉分成2小段,其中一段采用0.3％戊二醛溶液交联10 min,另一段不交联(对照).采用荧光显微镜及扫描电镜观察交联前后的血管壁微观形态;利用单轴拉伸测试检测交联前后血管的应力-应变关系、杨氏模量及破坏强度.结果与结论:①荧光显微镜:与对照血管相比,交联血管的Ⅰ型胶原纤维呈明显压缩改变,密度显著增大,管腔面结构未见明显差异;②扫描电镜:对照血管外膜表面胶原纤维呈现典型的波浪状疏松排列,交联血管外膜表面胶原纤维呈现致密的网状排列;③单轴拉伸测试:与对照血管比较,交联5,10 min血管的应力-应变曲线明显左移,并且在高应变区(延展率为1.3-1.5)杨氏模量显著增加(P<0.05);与交联5 min血管比较,交联10 min血管的应力-应变曲线明显左移,并且在高应变区(延展率为1.3-1.5)杨氏模量显著增加(P<0.05);交联5,10 min血管的破坏强度高于对照血管(P<0.05);④结果表明:血管外膜戊二醛交联增加了大隐静脉血管壁强度,降低了其延展性.