Effect of dentin tubules on the mechanical properties of dentin - part III: Numerical, analysis

Imitating a real tooth and the periodontal supporting tissues, we have established a 2D finite element model and carried out a numerical analysis based on the inhomogeneous and anisotropic (IA) stress-strain relation and strength model of dentin proposed in the preceding Parts I and II, and the conventional homogeneous and isotropic (III) model, respectively. Quite a few cases of loadings for a non-defected and a defected tooth are considered. The numerical results show that the stress level predicted by the IA model is remarkably higher than that by the III model, revealing that the effect of the dentin tubules should be taken into a serious consideration from the viewpoint of biomechanics.

生物力学进展和趋向(续)

<正> 三、运动关节力学 运动关节(diarthrodial joint)的功能在于使动物能灵巧地运动肢体。译成力学术语就是:传递载荷,吸收冲击、振动,承受相当高的应力,且运动时摩擦系数很小。L.L.Malcom曾精细地测量过牛肱关节的摩擦系数,在正应力1—20kg/cm~2的范围内,动摩擦系数为0.0025—0.0040,而最好的工程材料的摩擦系数为0.01—0.05,整整差一个量级。

第四届世界生物力学大会简介

"第四届世界生物力学大会"(4~(th)World Congress on Biomechanics)于2002年8月3~11日在加拿大卡尔加里(Calgary,Canada)召开．会议主办单位为卡尔加里大学，参会人数约1 600人．参加会议的主要国家包括：美、英、德、日、加、意、法、中国和中国香港等50余国家和地区．会议交流的论文篇数约为1680篇(含口头报告及墙展)．中国中科院力学所、中日友好医院、四川大学、重庆大学等6位学者参加了本次会议．所发表的工作分别涉及细胞与分子生物力学、假肢生物力学、白细胞力学-生物学耦合、血流动力学等方面，其研究工作在整体上符合当前本领域的发展方向，有的工作具有国际竞争性，会议的反响是肯定的．作者在"分子与细胞生物力学"(Molecular and Cellular Biomechanics)分会上做了口头报告和墙报展讲．

固体力学进展及应用: 庆贺李敏华院士90华诞文集

《固体力学进展及应用：庆贺李敏华院士90华诞文集》收录了近代固体力学基础理论及其应用领域的重要科技成果和最新进展。作者是在同体力学领域工作多年的资深研究员，他们来自各行各业，有丰富的科研与丁作经验。他们提供的论文在相当程度上反映当前同体力学的发展现状与成就，并能看出发展趋势，对未来研究的课题选择有参考价值。《固体力学进展及应用：庆贺李敏华院士90华诞文集》还收集了李敏华院士的珍贵照片和纪念李敏华院士90华诞的庆贺和回忆文章，具有重要的史料价值。

Stabilizing to disruptive transition of focal adhesion response to mechanical forces

Strong mechanical forces can, obviously, disrupt cell-cell and cell-matrix adhesions, e.g., cyclic uniaxial stretch induces instability of cell adhesion, which then causes the reorientation of cells away from the stretching direction. However, recent experiments also demonstrated the existence of force dependent adhesion growth (rather than dissociation). To provide a quantitative explanation for the two seemingly contradictory phenomena, a microscopic model that includes both integrin-integrin interaction and integrin-ligand interaction is developed at molecular level by treating the focal adhesion as an adhesion cluster. The integrin clustering dynamics and integrin-ligand binding dynamics are then simulated within one unified theoretical frame with Monte Carlo simulation. We find that the focal adhesion will grow when the traction force is higher than a relative small threshold value, and the growth is dominated by the reduction of local chemical potential energy by the traction force. In contrast, the focal adhesion will rupture when the traction force exceeds a second threshold value, and the rupture is dominated by the breaking of integrin-ligand bonds. Consistent with the experiments, these results suggest a force map for various responses of cell adhesion to different scales of mechanical force. PMID: 20542514

细胞-分子生物力学研究进展

摘要细胞-分子生物力学作为生物力学的重要分支,近三十年来在力学-生物学、力学-化学耦合等方面取得了重大进展,已成为生物力学乃至生物医学工程领域最活跃的领域,并对生物学、医学乃至农业产生了重要影响.本文介绍了细胞-分子生物力学研究领域的基本概念、科学问题和研究方法 ,并讨论了尚待解决的问题.

不同生活型植物对机械刺激的反应

机械刺激效应（Effects of mechanical stimulation）是风生态学直接效应的主要表现形式。研究机械刺激对植物的影响，有利于将风的直接与间接效应区别开来，从而精确研究植物对风的反应格局;研究不同生活型植物对机械刺激的反应是植物力学与植物生态学的重要内容，有助于揭示植物对生境的适应机制。 本研究涉及三个实验。第一个实验探讨不同生活型植物对机械刺激和水分互作的响应格局;第二个实验研究匍匐茎草本植物蛇莓对部分机械刺激的反应;最后一个实验揭示不同水分供应条件下，番茄和紫花苜蓿对不同机械刺激频度的响应。在第一个实验中，克隆半灌木羊柴（Hedysarum laeve），一年生草本植物虫实（Corispermum mongolicum），多年生大型禾草沙鞭（Psammochloa villosa）和多年生丛生禾草黑麦草（Lolium perenne）分别接受由两个水平机械刺激（无刺激和刺激60 s d-1）和两个水平水分供应（200 ml d-1和400 ml d-1）组成的处理。在第二个实验中，匍匐茎草本蛇莓（Duchesnea indica）接受4个不同水平的机械刺激：（1）整个克隆不受机械刺激;（2）整个克隆都受机械刺激;（3）除顶端外其余克隆部分受机械刺激;（4）仅克隆顶端受机械刺激，其余部分不受机械刺激。在最后一个实验中，番茄（Lycopersicon esculentum）和紫花苜蓿（Medicago sativa）接受由三个水平机械刺激频度（0，25赫兹和50赫兹）和三个水平水分供应（50ml，150ml和250ml）组成的处理。这些实验主要回答不同生活型植物的生长和（或）机械性状如何响应机械刺激。主要结果如下： （1）在对机械刺激和水分交互效应的实验中，交互效应随物种发生变化。机械刺激和水分的交互效应对羊柴、番茄和紫花苜蓿作用不显著，但对虫实、沙鞭和黑麦草作用显著。 （2）在对机械刺激的研究中，机械刺激对植物的效应有正负之分。如机械刺激降低羊柴和沙鞭的总生物量，表明其是一种胁迫因子。但对于虫实、番茄和紫花苜蓿来说，机械刺激却能不同程度地促进植物的生长。 （3）机械刺激对虫实的机械性状没有显著影响，但对羊柴的机械性状恰好相反。此外，水分对虫实机械性状有显著影响。 （4）不同植物对机械刺激频度的敏感性存在差异。对番茄来而言，50赫兹的机械刺激对其生长具有较强的促进作用;对紫花苜蓿来说，25赫兹的机械刺激对其生长具有较强的促进作用。 （5）蛇莓对局部机械刺激具有显著反应，特别是在顶端进行机械刺激的处理中，整个克隆片段的叶柄长度缩短，根冠比发生改变，将较多的生物量分配到根。 这些结果表明：（1）不同物种对机械刺激和水分互作的反应可能与机械震动方式及物种本身有关;（2）单位植物大小所承受的机械刺激的强度及物种的生长速率是不一样的;（3）不同反应间的相互作用及相互独立可部分解释物种间的效应差异;（4）接触性形态建成的效应不能从一个物种外推到另外一个物种。 以前的研究集中探讨直立茎植物对机械刺激的响应，而对匍匐茎植物的研究极为贫乏。我们对蛇莓部分机械刺激的研究仅仅是一个初步探索。蛇莓的可塑性行为可能是一种适应性策略，因为这类植物常常生长在机械刺激频繁的开阔生境中。上述三个实验仅仅从生长和机械角度探讨了植物的适应性，而要真正揭示植物对多风生境的适应需要对不同物种进行多水平、多层面的研究，以期掌握不同生活型植物对机械刺激响应的一般格局。例如，从激素、细胞、解剖结构等方面探索其内在机制。