“十二五”国家重点图书：细胞力学进展（英文版） [Advances in Materials and Mechanics] pdf epub mobi txt 电子书 下载 2025

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李少凡，孙博华 编

图书标签:

• 细胞力学
• 材料力学
• 生物力学
• 力学进展
• 材料科学
• 生物材料
• 纳米力学
• 微力学
• 工程力学
• 医学工程

出版社： 高等教育出版社

ISBN：9787040317305

版次：1

商品编码：10695784

包装：精装

外文名称：Advances in Materials and Mechanics

开本：16开

出版时间：2011-05-01

用纸：胶版纸

页数：284

字数：420000

正文语种：英文

内容简介

In this book，we have selected nine research works at the forefront of molecular and cellular biomechanics to be introduced to our readers．It 1S ouropinion that these works represent the current trend and future directions of cellular biomechanics research．By compiling these different topics into one volume．a unique perspective iS provided on the current state of cell mechanics research and what lies in the future．

目录

Chapter 1Modeling and Simulations of the Dynamics of Growing Cell Clusters
1.1 Introduction
1.2 Single cell geometry and kinematics
1.2.1 The continuum model
1.2.2 The numerical model for the cell geometry
1.3 Single cell equilibrium and material model
1.3.1 Cell equilibrium
1.3.2 The material model
1.3.3 Determination of material constants
1.4 Modeling cell interactions
1.4.1 Cell-to-cell contact
1.4.2 Cell-to-cell adhesion
1.4.3 Cell-to-cell interaction test
1.5 Modeling the cell life cycle
1.6 Details of the numerical implementation
1.6.1 The finite element model
1.6.2 Contact/adhesion interface detection
1.6.3 Time integration
1.6.4 Parallelization
1.7 Numerical results
1.8 Summary and conclusions
References

Chapter 2 Multiscale Biomechanical Modeling of Stem Cell-Extracellular Matrix Interactions
2.1 Introduction
2.2 Cell and ECM modeling
2.2.1 Basic hypothesis and assumptions
2.2.2 Hyperelastic model
2.2.3 Liquid crystal model
2.3 Contact and adhesion models for cell-substrate interactions
2.3.1 The adhesive body force with continuum mechanics contact
2.3.2 The cohesive contact model
2.4 Meshfree Galerkin formulation and the computational algorithm
2.5 Numerical simulations
2.5.1 Validation of the material rhodels
2.5.2 Cell response in four different stiffness substrates
2.5.3 Cell response to a stiffness-varying substrate
2.5.4 Comparison of two different contact algorithms
2.5.5 Three-dimensional simulation of cell spreading
2.6 Discussion and conclusions
References

Chapter 3 Modeling of Proteins and Their Interactions with Solvent
3.1 Introduction
3.2 Classical molecular dynamics
3.2.1 Coarse-grained model
3.2.2 High performance computing
3.3 Principal component analysis
3.3.1 Three oscillators system analysis with PCA
3.3.2 Quasi-harmonic analysis
3.3.3 Equilibrium conformational analysis
3.4 Methods and procedures
3.4.1 Framework
3.4.2 Overlap coefficients
3.4.3 Correlation analysis
3.4.4 PCA with MD simulation
3.4.5 Kabsch algorithm
3.4.6 Positional correlation matrix
3.4.7 Cluster analysis
3.5 MDsimulation with T4 lysozyme
3.5.1 Equilibration measures
3.5.2 Fluctuation analysis
3.5.3 Mode selection and evaluation
3.5.4 Eigenvalue analysis
3.5.5 Overlap evaluation
3.5.6 Identification of slow conformational flexibility
3.5.7 Correlation analysis of T4 lysozyme
3.6 Hemoglobin and sickle cell anemia
……
Chapter 4 Structural， Mechanical and Functional Properties of Intermediate Chapter 5 Cytoskeletal Mechanics and Rheology
Chapter 6 On the Application of Multiphasic Theories to the Problem of Chapter 7 Effect of Substrate Rigidity on the Growth of Nascent Adhesion Chapter 8 Opto-Hydrodynamic Trapping for Multiaxial Single-Cell Biomechanics
Chapter 9 Application of Nonlocal Shell Models to Microtubule Buckling in Living Cells
Appendix A
Appendix B
Appendix C
Appendix D
References

精彩书摘

The life cycle of each cell can be summarized as follows：Each cell is created a8 an ellipsoidal solid with random orientation and volume fwithin
a pre-determined interval）．A finite element mesh iS created as described in Section 1．2．Each of the cells holds an internal“clock”that measures the elapsed time since its creation．For a pre-determined period of time．the cell grows isotropically as described in Section 1．3 reaching at the end an“adult” volume which will remain unchanged（except for the possible deformationl until the eventual death or duplication of the cell．
0nce a cell is considered to be adult it might divide itself．A random ari-
able is sampled at birth determining a dividing pressure（in our simulations
we have employed an exponential distribution）．Approximately every hour （the precise interval is randomly selected for each cell），the average pressure in the cell iS compared with the dividing pressure．If the former iS smaller．the cell divides，and otherwise it remains quiescent．Due to this algorithm．cells in the cluster surface are more prone to divide those in the core．When a cell divides．two small cells are generated close to the center of the parent cell with random orientation．For geometrical reasons，each of these child cells must have a rather small volume SO that，in their creation，they do not overlap with neighboring cells but rather fit within the volume previously occupied by the parent cell．In a short period，each of the two children grows untilits volume becomes close to half of the volume of its parent cell．with the iireFences related to the randomness in the cell original dimensions．These ariations are small and，more importantly，have no effect on average upon he balance of ass．We note that this algorithmic growth is unrelated with the cell true iological growth which iS described in Section 1．2．At birth，every cell also amples a random life duration．which in our simulations followed a Weibull distribution．If a cell becomes too old．it simplv dies and isappears．This often happens to cells in the core，whose average pressure is high and rarely divides．whereas in the cells closer to the surface such phenomenon iS more unlikely．because the cells’clocks reset every time they divide．The last two phenomena have been observed in experiments．as
explained in Introduction，and are ultimately responsible for the saturated
growth laws shown in Section 1．7．
……

《生物力学前沿：从分子到组织》 内容简介 本书聚焦于当代生物力学领域最激动人心且最具突破性的研究方向，旨在为读者提供一个全面、深入且跨尺度的知识框架。我们立足于生命科学与工程科学的交叉前沿，系统阐述了生物系统中机械因素如何调控生命活动，以及如何利用这些原理进行疾病诊断与治疗。全书内容紧密围绕“力”这一核心要素，探索其在细胞、组织及器官层面的复杂作用机制。 第一部分：生物力学的基本原理与测量技术 本部分奠定了理解生物力学现象的理论基础，并介绍了用于量化生物系统中微观到宏观力学信号的关键技术。 第一章：生物力学的基本物理概念回顾 本章首先回顾了固体力学、流体力学在生物系统中的应用基础。重点讨论了软组织材料的非线性特性（如粘弹性、超弹性）和各向异性，并引入了描述细胞和细胞外基质（ECM）力学响应的本构模型。强调了生物材料与传统工程材料在力学行为上的本质区别，例如，水和离子的参与对瞬时和时间依赖性响应的显著影响。 第二章：活细胞力学成像与分析 本章深入探讨了测量活细胞力学属性的先进技术。详细介绍了原子力显微镜（AFM）在单细胞拉伸和压痕中的应用，以及如何通过校准实现精确的力-形变测量。随后，重点讲解了基于荧光标记的工具——磁镊（Magnetic Tweezers）和光镊（Optical Tweezers）在拉伸DNA、蛋白质等分子尺度结构上的应用，以及这些技术如何揭示分子马达的工作机制。此外，还涵盖了散斑跟踪成像（FTTC）和延展性跟踪（Traction Force Microscopy, TFM）在量化细胞对基质施加作用力方面的最新进展。 第三章：组织与器官的宏观力学表征 本章将视角提升至组织层面，讨论了如何对血管、骨骼、软骨等结构进行宏观力学测试。详细阐述了双向拉伸试验、压缩蠕变试验在研究动脉壁或皮肤结构完整性中的应用。特别关注了生物力学测试中样品制备和应力应变计算的规范化问题，确保实验结果的可重复性和生物学意义。 第二部分：细胞力学信号的转导与调控 本部分聚焦于细胞如何感知、处理并响应机械刺激，这是理解组织稳态和病理变化的关键。 第四章：细胞骨架的结构、功能与力学响应 细胞骨架（肌动蛋白、微管、中间纤维）是细胞力学活动的“骨架”。本章详细描述了这三种主要网络蛋白的分子结构和动态组装机制。重点分析了肌动蛋白如何通过各种关联蛋白（如肌球蛋白、分形蛋白）形成收缩单元，并阐述了不同类型的机械载荷（剪切力、拉伸力）如何引起细胞骨架的重塑和张力升高。同时，探讨了细胞骨架在介导细胞黏附和迁移中的作用。 第五章：机械敏感离子通道与信号通路 细胞如何将物理信号转化为化学信号？本章阐释了机械敏感离子通道（Mechanosensitive Ion Channels, MS Channels）的分子结构和激活机制，例如Piezo通道家族。详细讨论了钙离子在机械信号转导级联反应中的核心地位。此外，还涵盖了整合素（Integrins）作为主要的机械传感器，如何连接细胞外基质和细胞内信号网络（如Focal Adhesion Kinase, FAK），进而影响基因表达。 第六章：细胞核的力学行为与染色质重塑 细胞核作为细胞中体积最大的细胞器，其力学特性对基因表达至关重要。本章探讨了核纤层（Lamina）在维持核力学稳定中的作用，以及核基质材料（如染色质）的粘弹性特性。重点分析了外部机械力如何通过核孔复合体传递至染色质，引起染色质的去凝集或重排，从而调控特定基因的转录活性。 第三部分：组织稳态、发育与疾病中的生物力学 本部分将前沿的细胞力学知识应用于复杂的生物学过程，展示了生物力学在理解生理和病理状态中的不可替代性。 第七章：组织稳态与生物力学微环境 组织内细胞并非孤立存在，它们被包裹在复杂的细胞外基质（ECM）中，共同形成一个动态的生物力学微环境。本章详细分析了ECM的组成（胶原、弹性蛋白、糖胺聚糖）及其力学特性如何塑造细胞的命运。探讨了在稳态条件下，组织内张力的动态平衡是如何维持的，以及机械负荷的适度变化如何诱导组织重塑（如骨骼的沃尔夫定律）。 第八章：发育过程中的力学驱动 从受精卵到复杂器官的形成，机械力是指导形态发生（Morphogenesis）的关键因素。本章以胚胎发育为例，探讨了细胞的聚集、铺展、挤压和铺展等过程如何由细胞间的黏附力、收缩力和周围组织的抵抗力共同决定。详细分析了胎儿心脏、神经管闭合等过程中的应力分布模式。 第九章：生物力学与疾病发生机制 本章着重分析了生物力学失衡在多种重大疾病中的作用： 心血管疾病： 动脉粥样硬化、动脉瘤的形成与血流剪切力、壁张力的变化之间的关系。 骨与关节疾病： 骨质疏松症中骨小梁的力学退化模型，以及关节软骨磨损的损伤力学分析。 癌症转移： 肿瘤细胞在向远处迁移过程中如何适应并克服血管壁的剪切力，以及肿瘤基质的硬化（Stiffness）如何促进侵袭性生长。 第四部分：生物力学驱动的工程应用与再生医学 本部分展望了生物力学原理在生物工程和临床实践中的前沿应用。 第十章：生物打印与组织工程支架设计 本章探讨了如何利用生物力学参数指导组织工程支架的设计。讨论了如何通过调节支架的孔隙率、纤维排列和弹性模量，来模拟特定组织（如肌腱、神经）的力学环境，从而优化细胞的定向生长和分化。详细介绍了生物墨水（Bio-ink）的流变学特性及其在挤出式和光聚合式生物打印中的挑战与解决方案。 第十一章：疾病诊断与生物力学指标 本章介绍了几种基于力学测量的辅助诊断技术。例如，红细胞的形态和变形能力作为血液疾病（如疟疾、镰状细胞病）的早期生物标志物；乳腺癌肿瘤硬度的非侵入性评估（触诊、超声弹性成像）。强调了将力学数据整合到临床决策中的潜力。 第十二章：新型生物力学干预策略 本章面向未来，探讨了如何通过精确控制机械刺激来治疗疾病。包括使用低强度的机械振动（如冲击波疗法）来促进骨折愈合；利用电刺激和机械拉伸的联合作用来指导干细胞向特定细胞类型（如心肌细胞）的分化；以及开发能够模拟体内生理力学的药物输送系统。 本书旨在成为结构生物学、细胞生物学、生物医学工程以及临床医学研究人员和高年级学生的必备参考书，全面展现生物力学这一跨学科领域如何驱动生命科学的下一次飞跃。

评分☆☆☆☆☆

这本书的封面设计就带着一种沉静而又充满力量的美感，深蓝色为主调，点缀着抽象的细胞结构图案，仿佛是微观世界的艺术写照。我之所以会被它吸引，很大程度上是因为“十二五”国家重点图书这一标签，它暗示了这本书背后承载的学术深度和国家层面的认可，总让人觉得里面蕴含着重量级的信息。虽然我目前还没有深入翻阅，但仅仅是看到这个标题——《细胞力学进展》，就激起了我强烈的求知欲。细胞力学，这个概念本身就充满了科学的神秘感，它涉及到我们生命最基本单元的物理特性，想象一下，这些微小的细胞在承受压力、形变时会发生什么？它们是如何在这些物理力作用下维持生命活动、传递信号、甚至参与到疾病的发生发展中的？我期待这本书能够像一位经验丰富的向导，带我穿越细胞膜的边界，探索细胞内部那些令人着迷的物理规律，了解最新的研究成果如何揭示生命活动的新视角。这本书的英文版也意味着它能够与国际前沿研究接轨，这对于我这样希望拓展学术视野的读者来说，无疑是极大的福音。

评分☆☆☆☆☆

这本书给我留下的第一印象，是它所蕴含的那种严谨的学术气质。“十二五”国家重点图书的标识，本身就传递出一种权威性和深度，让我对其内容充满了期待。尽管我目前还没有机会翻阅，但单凭书名《细胞力学进展》就足以激起我的好奇心。我一直对生命体最基础的构成单位——细胞，在物理层面的表现充满兴趣。想象一下，这些微小的生命单元是如何承受、传递、甚至响应外部的机械力？它们在运动、分裂、分化过程中，其力学特性又会发生怎样的变化？我期待这本书能够深入探讨这些问题，或许会介绍一些前沿的实验技术，例如利用微纳技术来精确操控和测量细胞的力学性质，或者介绍一些复杂的数学模型来描述细胞的力学行为。这本书的英文版本，也意味着它能够与全球的学术界同步，了解国际上在这一领域最前沿的研究动态，这对于我拓展知识视野非常有价值。

评分☆☆☆☆☆

我最近在寻找一些能够启发我思考生命现象背后机制的读物，偶然间看到了这本《细胞力学进展》。“进展”二字就足以说明它不是一本陈旧的教科书，而是汇集了当前领域内的最新动态和突破。我非常好奇，在过去的一段时间里，科学家们在细胞力学这个领域究竟取得了哪些突破性的进展？是不是有一些全新的实验技术和理论模型被开发出来，从而让我们能够以前所未有的精度来观测和理解细胞的物理行为？比如，细胞是如何在力的作用下进行迁移和变形的？细胞骨架在其中扮演了怎样的角色？这些问题不仅是基础科学的探索，也可能与疾病的诊断和治疗息息相关。我设想，这本书会包含大量的图表和数据，清晰地展示复杂的实验结果和理论推导，让读者能够直观地感受到科学研究的严谨和精妙。即使我不是这个领域的专家，我也相信通过这本书的引导，能够逐渐理解细胞力学在生物学、医学甚至工程学等多个领域的重要意义。

评分☆☆☆☆☆

当我看到这本书的书名时，立刻联想到我之前读过的一些关于生物物理学的入门书籍，它们虽然精彩，但往往侧重于宏观的物理原理在生物体上的应用。而《细胞力学进展》似乎更进一步，将焦点聚焦在最微观的尺度——细胞本身。这让我产生了一种莫名的期待：这本书是否会深入探讨细胞在承受各种机械应力时的响应机制？例如，细胞膜的弹性、细胞核的刚度，以及它们是如何影响细胞功能和活性的。我猜想，这本书可能会介绍一些先进的成像技术，比如原子力显微镜（AFM）或者微流控技术，是如何被用来测量细胞的机械性能的。同时，我也好奇书中是否会提及一些与疾病相关的细胞力学研究，比如癌细胞的迁移能力、心肌细胞的力学特性变化等。如果这本书能够清晰地阐述这些微观的物理过程如何驱动宏观的生物现象，那对我来说将是一次非常宝贵的学习经历。

评分☆☆☆☆☆

这本书的封面设计就散发出一种沉静而又充满学术气息的韵味，那抽象的细胞图案和“十二五”国家重点图书的标识，无形中给我一种信息：这是一本内容扎实、值得深入研究的书籍。我一直对生物学中的物理学应用非常感兴趣，而“细胞力学”这个概念，更是直接触及到生命最微观的运作层面，让我充满了好奇。我猜测，这本书的篇幅可能会很大，内容会非常详实，会系统地介绍当前细胞力学领域的研究进展，可能涵盖细胞如何感知力、如何响应力、以及这些力学信号如何在细胞内部传递和转化的过程。我尤其希望能了解到，最新的研究成果是如何将细胞力学的原理应用于解决实际的生物医学问题，比如疾病的诊断、药物的开发，或者组织工程的构建等等。如果书中能够提供清晰的图解和案例分析，那对我这样希望理解前沿科学的读者来说，会是一次极大的帮助。