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人工心脏评价及设计方法2024年度研究进展

医用生物力学 2025年第1期40卷 1-12页

作者：张枫宁王卓航何彦霖吴鹏东南大学机械工程学院江苏省微纳生物医疗器械设计与制造重点实验室南京211189 东南大学未来技术学院南京211189

人工心脏经过几十年的发展,已逐步发展为当前的磁悬浮血泵,实现了产品植入胸腔以及大规模临床应用的革命性进步,成为治疗心衰这一世界重大卫生公共问题的有效手段。尽管如此,高达89%的患者5年内因胃肠道出血、中风、感染、血泵功能异常... 详细信息

人工心脏经过几十年的发展,已逐步发展为当前的磁悬浮血泵,实现了产品植入胸腔以及大规模临床应用的革命性进步,成为治疗心衰这一世界重大卫生公共问题的有效手段。尽管如此,高达89%的患者5年内因胃肠道出血、中风、感染、血泵功能异常等问题再次入院。因此,需要继续研究多种血液成分的血液损伤机制;持续发展并综合运用数值模拟、体外台架测试、动物实验等手段,更全面地评价血泵性能;要继续对人工心脏进行创新设计来改善血液相容性、满足不同患者群体的需要和提升患者生活质量。本文回顾了2024年国内外血泵评价和设计方法的研究进展,包括血液损伤机制的研究进展;利用数值模拟、体外台架测试和动物实验评价血泵性能的研究进展;血泵优化设计、新概念血泵和生物涂层的研究进展,以期助力人工心脏的研发,进一步提高其临床治疗效益。

关键词：人工心脏优化设计血流动力学血液相容性体外实验

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纳尺度下类金刚石(DLC)薄膜摩擦性能研究

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摩擦学学报 2015年第2期35卷 242-248页

作者：张艳东梅李媚段早琦东南大学江苏省微纳生物医疗器械设计与制造重点实验室

类金刚石薄膜(DLC)作为保护涂层在磁存储系统和微/纳米机电系统(M/NEMS)等方面的应用十分广泛,但其在实际应用中存在着摩擦副的设计问题,本文中采用物理气相沉积(PVD)技术以金属Cr作为过渡层在硅基底上制备类金刚石薄膜,利用原子力显微... 详细信息

类金刚石薄膜(DLC)作为保护涂层在磁存储系统和微/纳米机电系统(M/NEMS)等方面的应用十分广泛,但其在实际应用中存在着摩擦副的设计问题,本文中采用物理气相沉积(PVD)技术以金属Cr作为过渡层在硅基底上制备类金刚石薄膜,利用原子力显微镜,对类金刚石薄膜的表面特性进行表征,并研究针尖的力学性能对类金刚石薄膜摩擦学性能的影响.结果表明纳尺度下硅针尖和氮化硅针尖测得的摩擦力与法向载荷之间均呈线性关系,这说明针尖材料对类金刚石薄膜的摩擦性能没有影响.Si针尖的SEM图像表明:高载荷下,Si/DLC摩擦副的摩擦系数增加是由于Si针尖的磨损;而类金刚石薄膜的AFM图像表明:Si3N4/DLC摩擦副的摩擦系数增加是由于类金刚石薄膜表面的粗糙峰在高载条件下发生了塑性变形,DMT理论计算验证了我们的实验结果.因此,本研究对于类金刚石薄膜在实际应用中摩擦副的设计具有指导意义.

关键词：类金刚石薄膜针尖材料摩擦副摩擦系数

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基于微流控技术的单细胞生物物理特性表征

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化学进展 2014年第6期26卷 1050-1064页

作者：唐文来项楠黄笛张鑫杰顾兴中倪中华东南大学江苏省微纳生物医疗器械设计与制造重点实验室南京211189

单细胞水平的生物物理特性表征,可有效阐明细胞的功能和状态,揭示细胞的单体差异性,对于细胞的分化和病理研究,以及疾病的早期临床诊断和治疗具有非常重要的意义。由于具有与细胞尺度相匹配的微米级腔道,微流控芯片比传统生化方法更适... 详细信息

单细胞水平的生物物理特性表征,可有效阐明细胞的功能和状态,揭示细胞的单体差异性,对于细胞的分化和病理研究,以及疾病的早期临床诊断和治疗具有非常重要的意义。由于具有与细胞尺度相匹配的微米级腔道,微流控芯片比传统生化方法更适合单细胞样本的微环境精确控制、高通量定向操纵及多参数非特异性检测,已成为单细胞表征与分析的一项重要技术平台。本文总结了基于微流控技术的单细胞生物物理特性表征方法及其应用的最新进展,着重分析微流控芯片在常规方法难以达成的单细胞和高通量研究中的独特优势,最后探讨了微流控单细胞生物物理特性检测芯片在临床应用中面临的挑战和未来的发展动向,并提出一种新型的单细胞多参数同时表征的微流控分析器件。

关键词：单细胞生物物理特性微流控高通量多参数

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惯性效应在微流控芯片中的应用

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化学进展 2011年第9期23卷 1945-1958页

作者：项楠朱晓璐倪中华东南大学江苏省微纳生物医疗器械设计与制造重点实验室南京211189

作为一种操控粒子或流体的新技术,基于流体惯性的操控技术已被应用于微流控芯片中粒子的输运、分选、聚焦及试样的混合和反应等操作,而在微尺度惯性效应基础上的惯性微流控芯片由于具有高通量、无需外场介入、低成本、易集成及微型化等... 详细信息

作为一种操控粒子或流体的新技术,基于流体惯性的操控技术已被应用于微流控芯片中粒子的输运、分选、聚焦及试样的混合和反应等操作,而在微尺度惯性效应基础上的惯性微流控芯片由于具有高通量、无需外场介入、低成本、易集成及微型化等众多优点,可用于解决医疗诊断、生化分析、合成化学及环境监测等领域的检测分析和微量操控问题,因此对该技术的机理及应用研究已成为目前微流控技术领域一个重要的研究热点。本文在介绍惯性微流控芯片机理及其研究进展的同时,从惯性聚焦、惯性分选及基于Dean流的微混合器和微流控光学器件等几个方面对惯性微流控芯片的最新应用研究进行了较为详细的介绍和分析比较。在此基础上,分析了惯性微流控芯片的局限和未来需要解决的问题。

关键词：惯性微流控芯片惯性效应聚焦分选混合微流控光学

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基于微流控技术的循环肿瘤细胞分选研究

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化学进展 2015年第7期27卷 882-912页

作者：黄笛项楠唐文来张鑫杰倪中华东南大学江苏省微纳生物医疗器械设计与制造重点实验室南京211189

循环肿瘤细胞(CTCs)出现于癌症患者的外周血中,是一种重要的游离态组织样本,对于癌症的早期诊断和预后评估具有非常重要的临床诊断价值。由于血液中CTCs含量极少,对其进行分选富集是CTCs检测和分析的一个重要预处理步骤。传统的宏观方... 详细信息

循环肿瘤细胞(CTCs)出现于癌症患者的外周血中,是一种重要的游离态组织样本,对于癌症的早期诊断和预后评估具有非常重要的临床诊断价值。由于血液中CTCs含量极少,对其进行分选富集是CTCs检测和分析的一个重要预处理步骤。传统的宏观方法虽然也能实现细胞分离,但存在耗时长、样品需求量大、目标细胞损失严重及硬件设备依赖性高等不足。近年来兴起的微流控技术可在微米尺度范围内集成物理、化学及生物手段,易于实现整体器件的微型化和低成本便携式发展,为稀有CTCs的高灵敏度、高效分选提供重要的潜在技术手段。本文综述了微流控技术实现CTCs分选的最新研究进展,详细阐述了各种被动、主动分选方法的原理及成功应用实例,分析各方法的优缺点,提出一种新型的多级分选芯片结构,并最后探讨了微流控CTCs分选芯片在临床应用中面临的挑战及未来的发展趋势。

关键词：循环肿瘤细胞微流控技术分选癌症诊断

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原子核磁共振显微检测芯片的磁路设计

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东南大学学报（自然科学版） 2011年第3期41卷 533-537页

作者：陆荣生吴卫平倪中华东南大学江苏省微纳生物医疗器械设计与制造重点实验室南京211189

基于磁路设计理论首先设计了一种适用于原子核磁共振显微检测芯片的永磁磁路;然后根据磁路磁通折射定理和基尔霍夫第一定律对设计的磁路模型进行理论分析,提出了单一匀场环磁路性能优化方法;最后利用有限元方法分别计算了优化前的磁路... 详细信息

基于磁路设计理论首先设计了一种适用于原子核磁共振显微检测芯片的永磁磁路;然后根据磁路磁通折射定理和基尔霍夫第一定律对设计的磁路模型进行理论分析,提出了单一匀场环磁路性能优化方法;最后利用有限元方法分别计算了优化前的磁路、单一匀场环优化后磁路和传统的双匀场环优化后磁路.计算结果表明:相比优化前和采用传统的双匀场环优化后的磁路,采用单一"匀场环"优化后的磁路其性能最优,工作区域内磁场强度和均匀度都得到了极大的提高,磁场强度达到0.703 544 T,工作区域内磁场均匀度为14×10-6.因此所设计的磁路能够较好地满足原子核磁共振显微检测芯片的需求.

关键词：核磁共振芯片单一匀场环永磁体折射定理基尔霍夫定律

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面向制造的圆角特征选择性抑制识别的处理策略

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东南大学学报（自然科学版） 2010年第4期40卷 731-735页

作者：程亚龙刘晓军倪中华东南大学江苏省微纳生物医疗器械设计与制造重点实验室南京211189

为了最大程度地保留零件模型信息,提出了一种面向制造的圆角特征处理策略.该策略将圆角特征分为抑制类与非抑制类,并采用不同的处理方法.处理过程包括圆角特征识别与分类、圆角抑制与恢复2部分:根据刀具接近方向识别出所有主加工面,再... 详细信息

为了最大程度地保留零件模型信息,提出了一种面向制造的圆角特征处理策略.该策略将圆角特征分为抑制类与非抑制类,并采用不同的处理方法.处理过程包括圆角特征识别与分类、圆角抑制与恢复2部分:根据刀具接近方向识别出所有主加工面,再以主加工面为基础向周围搜索识别圆角过渡面,然后分析过渡面信息进而确定圆角特征类型;对抑制类特征进行抑制,对抑制后的模型进行特征识别,完成之后恢复抑制的圆角特征,并还原三维模型的原始结构,对非抑制特征不做任何处理.该处理策略简化了圆角特征的抑制过程,最大程度地保留了三维模型的特征信息,提高了特征识别的整体效率与准确性.最后,利用实例验证了该模型的正确性.

关键词：抑制类圆角特征主加工面广义夹角圆角凹边圆角凸边

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基于有限元分析的石墨烯弹性性能和振动特性

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东南大学学报（自然科学版） 2013年第2期43卷 345-349页

作者：唐文来彭倚天倪中华东南大学江苏省微纳生物医疗器械设计与制造重点实验室南京211189

为了研究石墨烯的弹性性能和振动特性,采用集中质量单元代替碳原子、矩形梁单元来模拟碳-碳共价键,建立了石墨烯框架结构连续介质模型,并利用有限元方法对模型进行分析.结果表明:弹性性能与手性相关,扶手椅型石墨烯的弹性性能优于锯齿型... 详细信息

为了研究石墨烯的弹性性能和振动特性,采用集中质量单元代替碳原子、矩形梁单元来模拟碳-碳共价键,建立了石墨烯框架结构连续介质模型,并利用有限元方法对模型进行分析.结果表明:弹性性能与手性相关,扶手椅型石墨烯的弹性性能优于锯齿型;随着尺寸的增大,石墨烯逐渐表现出各向同性,其杨氏模量、剪切模量和泊松比分别趋于1.03 TPa,440 GPa和0.175.振动特性不依赖于手性,2种手性石墨烯的固有频率和振型基本一致;固有频率随尺寸的增大而减小,而对应的振型则保持不变;边界条件对固有频率和振型有很大影响,边界的约束越多得到的固有频率越大,且不同边界条件的石墨烯具有完全不同的振型.

关键词：石墨烯弹性性能振动特性有限元

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纳通道内λ-DNA过孔信号的小波去噪及统计分析

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东南大学学报（自然科学版） 2013年第1期43卷 50-54页

作者：王霏倪中华陈云飞刘磊马建毕晨东南大学江苏省微纳生物医疗器械设计与制造重点实验室南京211189

针对λ噬菌体中的脱氧核糖核酸(λ-DNA)通过纳米通道时的过孔信号噪音大,强度弱且非平稳的缺点,提出了使用具有良好时频域分辨能力的小波分析方法对其进行去噪处理,并对有效去噪后的λ-DNA过孔信号进行了统计分析.首先根据小波去噪原理... 详细信息

针对λ噬菌体中的脱氧核糖核酸(λ-DNA)通过纳米通道时的过孔信号噪音大,强度弱且非平稳的缺点,提出了使用具有良好时频域分辨能力的小波分析方法对其进行去噪处理,并对有效去噪后的λ-DNA过孔信号进行了统计分析.首先根据小波去噪原理,选择合适的小波函数,确定最佳的分解层数并选取合适的阈值,对实验采集到的含噪声信号进行去噪处理.根据最终去噪效果可得,以sym7为小波基函数、分解层数5层、使用默认软阈值可以有效降低信号中的噪声,提高信噪比.然后,对具有48 000个碱基对(48 kbp)的λ-DNA通过60 nm氮化硅(SiN)纳米孔的特征信号进行了统计分析,分析结果表明,阻塞电流和过孔时间分别符合双峰高斯分布和偏正态分布,这为后续DNA分子的辨识工作提供了依据.

关键词：纳米通道 λ-DNA过孔信号小波去噪信噪比统计分析

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倾斜基板激光熔覆GH3536熔池形貌的仿真与实验研究

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中国激光 2021年第10期48卷 204-215页

作者：王鹏飞杨坤陈明智王占栋卢轶孙桂芳倪中华东南大学江苏省微纳生物医疗器械设计与制造重点实验室江苏南京211189

采用实验与仿真相结合的方法研究了工艺参数及基体倾斜角度对激光熔覆GH3536熔池流场及轮廓的影响。研究结果表明:倾斜基体激光熔覆时,基体倾斜导致的激光能量密度及粉末浓度的降低对熔高有显著影响,送粉量及激光能量的适度增加能够有... 详细信息

采用实验与仿真相结合的方法研究了工艺参数及基体倾斜角度对激光熔覆GH3536熔池流场及轮廓的影响。研究结果表明:倾斜基体激光熔覆时,基体倾斜导致的激光能量密度及粉末浓度的降低对熔高有显著影响,送粉量及激光能量的适度增加能够有效弥补熔高的降低;熔池内部存在的马兰戈尼对流分为前后流场,前流场主导轮廓前沿坡角,后流场主导熔高;基体倾斜时重力会加强相应方向的流场,进而影响最终的熔池轮廓。上坡熔覆时熔池轮廓下凹,下坡熔覆时熔池前沿更加平缓。结合温度场及流场分析基体倾斜对激光熔覆轮廓的影响,对于采用激光熔覆技术修复工作区间有限的倾斜面结构如燃烧室内部,在工艺参数调整及修复路径规划方面具有重要的指导作用。

关键词：激光加工激光熔覆倾斜基体数值模拟熔池轮廓重力作用

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