“十二五”國傢重點圖書：細胞力學進展（英文版） [Advances in Materials and Mechanics] pdf epub mobi txt 電子書 下載 2025

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李少凡，孫博華 編

圖書標籤:

• 細胞力學
• 材料力學
• 生物力學
• 力學進展
• 材料科學
• 生物材料
• 納米力學
• 微力學
• 工程力學
• 醫學工程

齣版社： 高等教育齣版社

ISBN：9787040317305

版次：1

商品編碼：10695784

包裝：精裝

外文名稱：Advances in Materials and Mechanics

開本：16開

齣版時間：2011-05-01

用紙：膠版紙

頁數：284

字數：420000

正文語種：英文

內容簡介

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．

目錄

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

精彩書摘

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．
……

《生物力學前沿：從分子到組織》 內容簡介 本書聚焦於當代生物力學領域最激動人心且最具突破性的研究方嚮，旨在為讀者提供一個全麵、深入且跨尺度的知識框架。我們立足於生命科學與工程科學的交叉前沿，係統闡述瞭生物係統中機械因素如何調控生命活動，以及如何利用這些原理進行疾病診斷與治療。全書內容緊密圍繞“力”這一核心要素，探索其在細胞、組織及器官層麵的復雜作用機製。 第一部分：生物力學的基本原理與測量技術 本部分奠定瞭理解生物力學現象的理論基礎，並介紹瞭用於量化生物係統中微觀到宏觀力學信號的關鍵技術。 第一章：生物力學的基本物理概念迴顧 本章首先迴顧瞭固體力學、流體力學在生物係統中的應用基礎。重點討論瞭軟組織材料的非綫性特性（如粘彈性、超彈性）和各嚮異性，並引入瞭描述細胞和細胞外基質（ECM）力學響應的本構模型。強調瞭生物材料與傳統工程材料在力學行為上的本質區彆，例如，水和離子的參與對瞬時和時間依賴性響應的顯著影響。 第二章：活細胞力學成像與分析 本章深入探討瞭測量活細胞力學屬性的先進技術。詳細介紹瞭原子力顯微鏡（AFM）在單細胞拉伸和壓痕中的應用，以及如何通過校準實現精確的力-形變測量。隨後，重點講解瞭基於熒光標記的工具——磁鑷（Magnetic Tweezers）和光鑷（Optical Tweezers）在拉伸DNA、蛋白質等分子尺度結構上的應用，以及這些技術如何揭示分子馬達的工作機製。此外，還涵蓋瞭散斑跟蹤成像（FTTC）和延展性跟蹤（Traction Force Microscopy, TFM）在量化細胞對基質施加作用力方麵的最新進展。 第三章：組織與器官的宏觀力學錶徵 本章將視角提升至組織層麵，討論瞭如何對血管、骨骼、軟骨等結構進行宏觀力學測試。詳細闡述瞭雙嚮拉伸試驗、壓縮蠕變試驗在研究動脈壁或皮膚結構完整性中的應用。特彆關注瞭生物力學測試中樣品製備和應力應變計算的規範化問題，確保實驗結果的可重復性和生物學意義。 第二部分：細胞力學信號的轉導與調控 本部分聚焦於細胞如何感知、處理並響應機械刺激，這是理解組織穩態和病理變化的關鍵。 第四章：細胞骨架的結構、功能與力學響應 細胞骨架（肌動蛋白、微管、中間縴維）是細胞力學活動的“骨架”。本章詳細描述瞭這三種主要網絡蛋白的分子結構和動態組裝機製。重點分析瞭肌動蛋白如何通過各種關聯蛋白（如肌球蛋白、分形蛋白）形成收縮單元，並闡述瞭不同類型的機械載荷（剪切力、拉伸力）如何引起細胞骨架的重塑和張力升高。同時，探討瞭細胞骨架在介導細胞黏附和遷移中的作用。 第五章：機械敏感離子通道與信號通路 細胞如何將物理信號轉化為化學信號？本章闡釋瞭機械敏感離子通道（Mechanosensitive Ion Channels, MS Channels）的分子結構和激活機製，例如Piezo通道傢族。詳細討論瞭鈣離子在機械信號轉導級聯反應中的核心地位。此外，還涵蓋瞭整閤素（Integrins）作為主要的機械傳感器，如何連接細胞外基質和細胞內信號網絡（如Focal Adhesion Kinase, FAK），進而影響基因錶達。 第六章：細胞核的力學行為與染色質重塑 細胞核作為細胞中體積最大的細胞器，其力學特性對基因錶達至關重要。本章探討瞭核縴層（Lamina）在維持核力學穩定中的作用，以及核基質材料（如染色質）的粘彈性特性。重點分析瞭外部機械力如何通過核孔復閤體傳遞至染色質，引起染色質的去凝集或重排，從而調控特定基因的轉錄活性。 第三部分：組織穩態、發育與疾病中的生物力學 本部分將前沿的細胞力學知識應用於復雜的生物學過程，展示瞭生物力學在理解生理和病理狀態中的不可替代性。 第七章：組織穩態與生物力學微環境 組織內細胞並非孤立存在，它們被包裹在復雜的細胞外基質（ECM）中，共同形成一個動態的生物力學微環境。本章詳細分析瞭ECM的組成（膠原、彈性蛋白、糖胺聚糖）及其力學特性如何塑造細胞的命運。探討瞭在穩態條件下，組織內張力的動態平衡是如何維持的，以及機械負荷的適度變化如何誘導組織重塑（如骨骼的沃爾夫定律）。 第八章：發育過程中的力學驅動 從受精卵到復雜器官的形成，機械力是指導形態發生（Morphogenesis）的關鍵因素。本章以胚胎發育為例，探討瞭細胞的聚集、鋪展、擠壓和鋪展等過程如何由細胞間的黏附力、收縮力和周圍組織的抵抗力共同決定。詳細分析瞭胎兒心髒、神經管閉閤等過程中的應力分布模式。 第九章：生物力學與疾病發生機製 本章著重分析瞭生物力學失衡在多種重大疾病中的作用： 心血管疾病： 動脈粥樣硬化、動脈瘤的形成與血流剪切力、壁張力的變化之間的關係。 骨與關節疾病： 骨質疏鬆癥中骨小梁的力學退化模型，以及關節軟骨磨損的損傷力學分析。 癌癥轉移： 腫瘤細胞在嚮遠處遷移過程中如何適應並剋服血管壁的剪切力，以及腫瘤基質的硬化（Stiffness）如何促進侵襲性生長。 第四部分：生物力學驅動的工程應用與再生醫學 本部分展望瞭生物力學原理在生物工程和臨床實踐中的前沿應用。 第十章：生物打印與組織工程支架設計 本章探討瞭如何利用生物力學參數指導組織工程支架的設計。討論瞭如何通過調節支架的孔隙率、縴維排列和彈性模量，來模擬特定組織（如肌腱、神經）的力學環境，從而優化細胞的定嚮生長和分化。詳細介紹瞭生物墨水（Bio-ink）的流變學特性及其在擠齣式和光聚閤式生物打印中的挑戰與解決方案。 第十一章：疾病診斷與生物力學指標 本章介紹瞭幾種基於力學測量的輔助診斷技術。例如，紅細胞的形態和變形能力作為血液疾病（如瘧疾、鐮狀細胞病）的早期生物標誌物；乳腺癌腫瘤硬度的非侵入性評估（觸診、超聲彈性成像）。強調瞭將力學數據整閤到臨床決策中的潛力。 第十二章：新型生物力學乾預策略 本章麵嚮未來，探討瞭如何通過精確控製機械刺激來治療疾病。包括使用低強度的機械振動（如衝擊波療法）來促進骨摺愈閤；利用電刺激和機械拉伸的聯閤作用來指導乾細胞嚮特定細胞類型（如心肌細胞）的分化；以及開發能夠模擬體內生理力學的藥物輸送係統。 本書旨在成為結構生物學、細胞生物學、生物醫學工程以及臨床醫學研究人員和高年級學生的必備參考書，全麵展現生物力學這一跨學科領域如何驅動生命科學的下一次飛躍。

評分☆☆☆☆☆

我最近在尋找一些能夠啓發我思考生命現象背後機製的讀物，偶然間看到瞭這本《細胞力學進展》。“進展”二字就足以說明它不是一本陳舊的教科書，而是匯集瞭當前領域內的最新動態和突破。我非常好奇，在過去的一段時間裏，科學傢們在細胞力學這個領域究竟取得瞭哪些突破性的進展？是不是有一些全新的實驗技術和理論模型被開發齣來，從而讓我們能夠以前所未有的精度來觀測和理解細胞的物理行為？比如，細胞是如何在力的作用下進行遷移和變形的？細胞骨架在其中扮演瞭怎樣的角色？這些問題不僅是基礎科學的探索，也可能與疾病的診斷和治療息息相關。我設想，這本書會包含大量的圖錶和數據，清晰地展示復雜的實驗結果和理論推導，讓讀者能夠直觀地感受到科學研究的嚴謹和精妙。即使我不是這個領域的專傢，我也相信通過這本書的引導，能夠逐漸理解細胞力學在生物學、醫學甚至工程學等多個領域的重要意義。

評分☆☆☆☆☆

這本書的封麵設計就帶著一種沉靜而又充滿力量的美感，深藍色為主調，點綴著抽象的細胞結構圖案，仿佛是微觀世界的藝術寫照。我之所以會被它吸引，很大程度上是因為“十二五”國傢重點圖書這一標簽，它暗示瞭這本書背後承載的學術深度和國傢層麵的認可，總讓人覺得裏麵蘊含著重量級的信息。雖然我目前還沒有深入翻閱，但僅僅是看到這個標題——《細胞力學進展》，就激起瞭我強烈的求知欲。細胞力學，這個概念本身就充滿瞭科學的神秘感，它涉及到我們生命最基本單元的物理特性，想象一下，這些微小的細胞在承受壓力、形變時會發生什麼？它們是如何在這些物理力作用下維持生命活動、傳遞信號、甚至參與到疾病的發生發展中的？我期待這本書能夠像一位經驗豐富的嚮導，帶我穿越細胞膜的邊界，探索細胞內部那些令人著迷的物理規律，瞭解最新的研究成果如何揭示生命活動的新視角。這本書的英文版也意味著它能夠與國際前沿研究接軌，這對於我這樣希望拓展學術視野的讀者來說，無疑是極大的福音。

評分☆☆☆☆☆

這本書給我留下的第一印象，是它所蘊含的那種嚴謹的學術氣質。“十二五”國傢重點圖書的標識，本身就傳遞齣一種權威性和深度，讓我對其內容充滿瞭期待。盡管我目前還沒有機會翻閱，但單憑書名《細胞力學進展》就足以激起我的好奇心。我一直對生命體最基礎的構成單位——細胞，在物理層麵的錶現充滿興趣。想象一下，這些微小的生命單元是如何承受、傳遞、甚至響應外部的機械力？它們在運動、分裂、分化過程中，其力學特性又會發生怎樣的變化？我期待這本書能夠深入探討這些問題，或許會介紹一些前沿的實驗技術，例如利用微納技術來精確操控和測量細胞的力學性質，或者介紹一些復雜的數學模型來描述細胞的力學行為。這本書的英文版本，也意味著它能夠與全球的學術界同步，瞭解國際上在這一領域最前沿的研究動態，這對於我拓展知識視野非常有價值。

評分☆☆☆☆☆

這本書的封麵設計就散發齣一種沉靜而又充滿學術氣息的韻味，那抽象的細胞圖案和“十二五”國傢重點圖書的標識，無形中給我一種信息：這是一本內容紮實、值得深入研究的書籍。我一直對生物學中的物理學應用非常感興趣，而“細胞力學”這個概念，更是直接觸及到生命最微觀的運作層麵，讓我充滿瞭好奇。我猜測，這本書的篇幅可能會很大，內容會非常詳實，會係統地介紹當前細胞力學領域的研究進展，可能涵蓋細胞如何感知力、如何響應力、以及這些力學信號如何在細胞內部傳遞和轉化的過程。我尤其希望能瞭解到，最新的研究成果是如何將細胞力學的原理應用於解決實際的生物醫學問題，比如疾病的診斷、藥物的開發，或者組織工程的構建等等。如果書中能夠提供清晰的圖解和案例分析，那對我這樣希望理解前沿科學的讀者來說，會是一次極大的幫助。

評分☆☆☆☆☆

當我看到這本書的書名時，立刻聯想到我之前讀過的一些關於生物物理學的入門書籍，它們雖然精彩，但往往側重於宏觀的物理原理在生物體上的應用。而《細胞力學進展》似乎更進一步，將焦點聚焦在最微觀的尺度——細胞本身。這讓我産生瞭一種莫名的期待：這本書是否會深入探討細胞在承受各種機械應力時的響應機製？例如，細胞膜的彈性、細胞核的剛度，以及它們是如何影響細胞功能和活性的。我猜想，這本書可能會介紹一些先進的成像技術，比如原子力顯微鏡（AFM）或者微流控技術，是如何被用來測量細胞的機械性能的。同時，我也好奇書中是否會提及一些與疾病相關的細胞力學研究，比如癌細胞的遷移能力、心肌細胞的力學特性變化等。如果這本書能夠清晰地闡述這些微觀的物理過程如何驅動宏觀的生物現象，那對我來說將是一次非常寶貴的學習經曆。