
【化】 bioviscoelasticity
being; biota; creature; life; living beings; organism
【化】 biology
【醫】 bio-; living being; organism
mucosity; paste; stick; viscidity
【建】 mucopeptide
ball; bomb; flip; pellet; play; shoot; spring
【醫】 bomb; bullet
生物粘彈性(bio-viscoelasticity)是生物力學領域的核心概念,指生物組織同時具備粘性流體能量耗散特性和彈性固體形變恢複能力的力學行為。該現象由英國生理學家Y.C. Fung在《生物力學:機械特性》中首次系統闡述,其本質源于生物大分子(如膠原蛋白、彈性蛋白)和多糖基質的動态相互作用。
典型特征包括:
生物學意義體現在維持組織功能完整性:肺實質的粘彈性保障呼吸周期中的能量緩沖,而子宮頸在分娩時的粘彈性變化直接關聯分娩進程調控。美國國立衛生研究院(NIH)的生物材料數據庫顯示,人工心髒瓣膜設計中粘彈性參數的模拟誤差需控制在15%以内方能滿足臨床要求。
當前研究前沿聚焦于多尺度建模,通過将原子力顯微鏡測量的微觀模量與磁共振彈性成像的宏觀數據耦合,建立跨維度本構方程。這種模型在肝纖維化分級診斷中已實現84%的臨床符合率(《自然·生物醫學工程》2024年刊載數據)。
生物粘彈性是指生物組織或材料在外力作用下同時表現出彈性固體和粘性流體的雙重特性。這種特性使得生物組織在變形時既會儲存能量(彈性行為),又會因内部摩擦或分子鍊運動導緻能量耗散(粘性行為),且力學響應隨時間變化。
彈性與粘性共存
彈性表現為外力移除後部分形變可恢複(如皮膚受壓回彈),而粘性表現為形變隨時間發展或部分不可逆(如軟骨受壓後的緩慢變形)。
時間依賴性
應力-應變關系隨時間變化,典型現象包括:
能量耗散
粘性導緻部分機械能轉化為熱能,例如關節軟骨在運動中通過粘彈性緩沖沖擊并減少磨損。
常用實驗包括:
生物粘彈性研究在醫學診斷(如肝纖維化檢測)、組織工程(仿生材料設計)和生物力學建模中具有重要價值。
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