人体血液液滴蒸发诱导的表面壳层失稳及其裂纹图案形成机理

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AI项目解读

基本信息

  • 批准号:
    11902250
  • 项目类别:
    青年科学基金项目
  • 资助金额:
    25.0万
  • 负责人:
  • 依托单位:
  • 学科分类:
    A1101.固体物理力学与流体物理力学
  • 结题年份:
    2022
  • 批准年份:
    2019
  • 项目状态:
    已结题
  • 起止时间:
    2020-01-01 至2022-12-31

项目摘要

The dried patterns of human blood droplets are significantly influenced by the components of the blood drops, and therefore are closely relative to human health condition. Contrast to the simplicity in phenomenology, the evaporation process is extremely complex because of the coupling of thermodynamics and mechanics involved in. Based on the dried blood patterns, it is possible to develop simple but effective diagnosis method, which is of great importance for medical science and health care. Until now, some tentative results on the characterization of these dried patterns have been reported; however, the underlying mechanisms responsible for pattern formation are still not clear. Therefore, the proposed project will study systematically the drying process and the pattern formation of the droplets of human blood, which will be taken from both healthy persons and those are suffering anemia diseases. By using the techniques of in-situ video microscopy, high speed camera and quartz crystal microbalance, etc, various processes will be investigated, including the wetting behaviors of human blood droplets, evolution of droplet profile, the formation and instability of crust induced by evaporation, the nucleation and propagation of cracks. The project aims to build a complete physical picture for the evaporation of human blood droplets, which links the phenomena of wetting, stress generation, crust formation and instability, and cracking. We focus on how the drop shape evolution, stress field, crack growth and crust buckling are influenced by the blood cells which are regarded as soft colloids. As a result, the mechanisms for the crack nucleation and its pattern formation will be clarified. The link between evaporation patterns with diseases and experimental factors will be revealed, through the analysis of stress field, mass transportation and the mechanical properties of the dried film or crust. The proposed project will elucidate the physical mechanism responsible for the drying pattern formation of human blood droplet. Particularly, the link between dried patterns of blood droplets and anemia diseases will be built. The coupling mechanism between thermodynamics and mechanics in the drying blood droplet will be clarified and the mechanics model for evaporation pattern formation will be established, therefore, providing a reference for the diagnosis of relative diseases.
血液的蒸发图案包含着重要的生理信息,可为某些疾病的诊断提供重要参考。然而,血滴的蒸发过程涉及到复杂的热力学-力学耦合。目前,人们对血液蒸发图案的形成规律及其力学机制尚不清楚,极大阻碍了血液蒸发理论的建立及应用。本项目以人体血液为研究对象,采用实验与数值模拟相结合的方法,以高速显微摄影、石英微晶天平技术为主要手段,研究液滴在不同基底上的润湿行为,探索蒸发应力导致的表面壳层失稳和裂纹扩展;建立跨时间尺度和空间尺度的物理图像,将液滴润湿、蒸发应力产生、壳层失稳、裂纹扩展等不同尺度的物理过程相联系,构建描述血液蒸发的跨尺度力学模型,揭示含有柔性颗粒(血细胞)胶体体系的蒸发图案形成机制;对健康人和贫血病患者的血样进行对比分析,研究患者血滴蒸发所呈现的特殊力学行为及其蒸发图案,揭示其中的力学机制。项目将阐明人体血液液滴蒸发的热力学-力学耦合机制,构建其蒸发图案形成的力学模型,为相关疾病诊断提供借鉴。

结项摘要

人体血液作为人体重要的组织,是复杂的非牛顿流体,其蒸发动力学规律在材料制备、医疗诊断与生物技术等方面具有重要意义。在此背景下,本项目研究了基底性质和酸碱盐的添加对非生物胶体以及人体血液蒸发动力学的影响规律及物理机理,探索了声悬浮条件下非生物胶体以及人体血液液滴的形貌演变规律,得到了以下主要结果:.1.研究了超疏水基底上胶体液滴的蒸发,发现蒸发可导致液滴表面颗粒壳层失稳,表面壳层的失稳形貌与液滴内含胶粒的润湿性存在显著的依赖关系,该结论为研究人体血液液滴的蒸发动力学提供借鉴。.2.声悬浮技术实现了液滴的无容器接触蒸发模式,通过声场计算和对液滴表面蒸发通量的理论分析,得到了液滴不同位置的蒸发速率,揭示了胶体液滴内陷形成的物理机制,阐明了声场力学效应与热力学蒸发的耦合机制,为利用声悬浮技术开展软物质物理研究提供借鉴。.3.研究了基底性质和溶液pH值对人体血液液滴蒸发过程及形貌的调控规律,粗糙基底会减弱血液液滴蒸发时的“咖啡环效应”,并消除裂纹。溶液的PH值会增强或抑制“咖啡环效应”,改变蒸发裂纹的方向和形貌。.4.研究了人体血液液滴在声悬浮条件下的蒸发,研究结果表明,声悬浮条件下血液液滴的蒸发形貌与蒸发过程中液滴的形状有关。随着蒸发的进行,血液中的水分减少,液滴表面形成凝胶层。液滴各个部位所受声辐射力并不相同,中间大于边缘,使得动态平衡下液滴边缘厚度大于中心部位,形成面包圈状结构。.蒸发过程中声辐射力造成的压力沿液滴径向方向,这样外环部分没有大的应力释放,没有裂纹出现。中心部分声辐射力较大,产生上下挤压液滴的作用,出现了较大的十字形裂纹。.该项目揭示了基底性质和溶液pH值对胶体及人体血液液滴蒸发动力学的调控规律,建立了液滴蒸发裂纹扩展的力学模型,发现了声悬浮条件下胶体和血液液滴的受力和形变规律,为进一步研究软物质的蒸发动力学提供借鉴。

项目成果

期刊论文数量(7)
专著数量(0)
科研奖励数量(0)
会议论文数量(0)
专利数量(0)
Evaporation Caused Invaginations of Acoustically Levitated Colloidal Droplets.
蒸发导致声悬浮胶体液滴内陷
  • DOI:
    10.3390/nano13010133
  • 发表时间:
    2022-12-27
  • 期刊:
    Nanomaterials (Basel, Switzerland)
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    Chen H;Zhang Y;Wang H;Dong X;Zang D
  • 通讯作者:
    Zang D
Interfacial viscoelasticity and jamming of colloidal particles at fluid-fluid interfaces: a review
界面粘弹性和流体-流体界面处胶体颗粒的堵塞:综述
  • DOI:
    10.1088/1361-6633/abbcd8
  • 发表时间:
    2020-12-01
  • 期刊:
    REPORTS ON PROGRESS IN PHYSICS
  • 影响因子:
    18.1
  • 作者:
    Ji, Xiaoliang;Wang, Xiaolu;Zang, Duyang
  • 通讯作者:
    Zang, Duyang
Ouzo液滴的声悬浮动力学研究
  • DOI:
    10.1360/sspma-2020-0461
  • 发表时间:
    2021
  • 期刊:
    中国科学. 物理学, 力学, 天文学
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    冯乙婷;姬晓亮;张永建;Muhammad Muntazir Mehdi;臧渡洋
  • 通讯作者:
    臧渡洋
Various crust morphologies of colloidal droplets dried on a super-hydrophobic surface
在超疏水表面上干燥的胶体液滴的各种结皮形态
  • DOI:
    10.1139/cjp-2019-0451
  • 发表时间:
    2020-03
  • 期刊:
    Canadian Journal of Physics
  • 影响因子:
    1.2
  • 作者:
    Yongjian Zhang;Xin Gao;Hai Chu;Bernard P.Binks
  • 通讯作者:
    Bernard P.Binks
Dynamics of Rising Bubbles and Their Impact with Viscoelastic Fluid Interfaces.
上升气泡的动力学及其对粘弹性流体界面的影响
  • DOI:
    10.3390/polym14142948
  • 发表时间:
    2022-07-21
  • 期刊:
    POLYMERS
  • 影响因子:
    5
  • 作者:
    Zhang, Yongjian;Liu, Chenlong;Tang, Xiuxing;Dong, Xin;He, Tan;Wang, Heyi;Zang, Duyang
  • 通讯作者:
    Zang, Duyang

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其他文献

高维多目标多方向协同进化算法
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  • 发表时间:
    2019
  • 期刊:
    电力系统自动化
  • 影响因子:
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  • 作者:
    邱程峰;章坚民;刘理峰;张永建;黄建平;章剑光
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    章剑光

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课题项目:调控A型流感病毒诱导IFN-β表达的机制研究

AI项目摘要:

本研究聚焦于TRIM2蛋白在A型流感病毒诱导的IFN-β表达中的调控机制。A型流感病毒是全球性健康问题,其感染可导致严重的呼吸道疾病。IFN-β作为关键的抗病毒因子,其表达水平对抗病毒防御至关重要。然而,TRIM2如何调控IFN-β的表达尚未明确。本研究假设TRIM2通过与病毒RNA或宿主因子相互作用,影响IFN-β的产生。我们将采用分子生物学、细胞生物学和免疫学方法,探索TRIM2与A型流感病毒诱导IFN-β表达的关系。预期结果将揭示TRIM2在抗病毒免疫反应中的作用,为开发新的抗病毒策略提供理论基础。该研究对理解宿主抗病毒机制具有重要科学意义,并可能对临床治疗流感病毒感染提供新的视角。

AI项目思路:

科学问题:TRIM2如何调控A型流感病毒诱导的IFN-β表达?
前期研究:已有研究表明TRIM2参与抗病毒反应,但其具体机制尚不明确。
研究创新点:本研究将深入探讨TRIM2在IFN-β表达中的直接作用机制。
技术路线:包括病毒学、分子生物学、细胞培养和免疫检测技术。
关键技术:TRIM2与病毒RNA的相互作用分析,IFN-β启动子活性检测。
实验模型:使用A型流感病毒感染的细胞模型进行研究。

AI技术路线图

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          A[研究起始] --> B[文献回顾与假设提出]
          B --> C[实验设计与方法学准备]
          C --> D[A型流感病毒感染模型建立]
          D --> E[TRIM2与病毒RNA相互作用分析]
          E --> F[TRIM2对IFN-β启动子活性的影响]
          F --> G[IFN-β表达水平测定]
          G --> H[TRIM2功能丧失与获得研究]
          H --> I[数据收集与分析]
          I --> J[结果解释与科学验证]
          J --> K[研究结论与未来方向]
          K --> L[研究结束]
      
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