
【化】 bioviscoelasticity
being; biota; creature; life; living beings; organism
【化】 biology
【医】 bio-; living being; organism
mucosity; paste; stick; viscidity
【建】 mucopeptide
ball; bomb; flip; pellet; play; shoot; spring
【医】 bomb; bullet
生物粘弹性(bio-viscoelasticity)是生物力学领域的核心概念,指生物组织同时具备粘性流体能量耗散特性和弹性固体形变恢复能力的力学行为。该现象由英国生理学家Y.C. Fung在《生物力学:机械特性》中首次系统阐述,其本质源于生物大分子(如胶原蛋白、弹性蛋白)和多糖基质的动态相互作用。
典型特征包括:
生物学意义体现在维持组织功能完整性:肺实质的粘弹性保障呼吸周期中的能量缓冲,而子宫颈在分娩时的粘弹性变化直接关联分娩进程调控。美国国立卫生研究院(NIH)的生物材料数据库显示,人工心脏瓣膜设计中粘弹性参数的模拟误差需控制在15%以内方能满足临床要求。
当前研究前沿聚焦于多尺度建模,通过将原子力显微镜测量的微观模量与磁共振弹性成像的宏观数据耦合,建立跨维度本构方程。这种模型在肝纤维化分级诊断中已实现84%的临床符合率(《自然·生物医学工程》2024年刊载数据)。
生物粘弹性是指生物组织或材料在外力作用下同时表现出弹性固体和粘性流体的双重特性。这种特性使得生物组织在变形时既会储存能量(弹性行为),又会因内部摩擦或分子链运动导致能量耗散(粘性行为),且力学响应随时间变化。
弹性与粘性共存
弹性表现为外力移除后部分形变可恢复(如皮肤受压回弹),而粘性表现为形变随时间发展或部分不可逆(如软骨受压后的缓慢变形)。
时间依赖性
应力-应变关系随时间变化,典型现象包括:
能量耗散
粘性导致部分机械能转化为热能,例如关节软骨在运动中通过粘弹性缓冲冲击并减少磨损。
常用实验包括:
生物粘弹性研究在医学诊断(如肝纤维化检测)、组织工程(仿生材料设计)和生物力学建模中具有重要价值。
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