人体动脉近生理脉动流模拟技术及应用

成果基本信息
关键词：	近生理脉动流;人体动脉;血流动力学;模拟技术
成果类别：		技术成熟度：
体现形式（基础理论类）：		体现形式（应用技术类）：	无
成果登记号：	360-18-23020026	资源采集日期：	2019-03-15

研究情况
单位名称：	北京航空航天大学	技术水平：
评价证书号：		评价单位：	国家自然科学基金委员会
评价日期：	2009.04.30	评价证书号：

转化情况
转让范围：		推广形式：	无
已转让企业数（个）：	0

联系方式
联系人（平台）：	孵化基地	联系人（平台）电话：	0771-3394012
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成果简介
本项目属于力学生物学与生物力学领域，是力学与生物医学的交叉与融合。　　心脑血管疾病是世界以及中国城乡死亡率最高的疾病，尽管已投入大量资源研究其发病机制及治疗方法，迄今仍然存在易损性斑块诊断、小口径人造血管移植、血管疾病个性化及精准治疗等难以克服的困难。在研究中缺乏能够准确模拟人体血管真实、复杂生物力学环境的通用实验技术和装置平台是目前上述问题难以解决的关键环节和瓶颈问题。　　受血流和血管几何形状影响，体内动脉树不同位置的血管内皮细胞和平滑肌细胞所处的生物力学环境如周期性的剪切力、牵张应力、压力、和扭转应力等，其大小、变化、作用形式和时空分布有显著不同。复杂生物力学环境对细胞行为和功能的影响，及随后发生的血管重建，是血管疾病发生、发展的力学生物学基础，也是诊断治疗中应仔细考虑的关键因素。上述研究都对实验技术和装置有高度依赖性，因此设计和研发可模拟体内生理/病理生物力学真实环境的实验技术及平台装置对血管疾病发病机理、诊疗方法的研究有十分重要的意义。　　针对上述需求和挑战，本项目取得了三个方面的发明创新：　　1、发明了反应器中动脉生理/病理状态下血流动力学真实环境的模拟与实现技术。构建模拟人体血液体循环系统的集中-分布参数流体网络模型，实现在细胞培养反应器尺度上模拟人体动脉生理/病理状态下的流动阻力、顺应性、及流场分布，构建反应器流路系统；开发了驱动控制测试软件；建立了反应器生理脉动流环境的测试、评价系统。　　2、发明了近生理脉动流环境动脉血管组织工程反应器。发明了模拟生理状态下心脏射血过程的脉动源、模拟人体动脉血管阻抗特性的流路元件设置与调控技术、和模拟生理脉动流的信号检测与控制系统，实现反应器中人体动脉血流动力学真实环境的模拟。　　3、发明了多模态载荷的近生理脉动流血管组织工程反应器。在模拟生理脉动流的同时，单独或同时加载类似于生理状态下血管受到的静态/周期性的轴向/径向牵张、压力、扭转等力学载荷，模拟人体动脉所处的复杂、真实生物力学环境；在线、远程监测细胞活性及代谢，控制反应器运行。　　项目获得国家发明专利授权18项，软件著作权7项。利用所研发的新型实验技术和装置平台，探索了近生理的生物力学环境对血管内皮细胞、平滑肌细胞的影响，骨髓间充质干细胞、骨及软骨细胞、神经细胞等的力学生物学响应新机制，不同应力环境致生物材料降解的规律，在包括Biomaterials、Nanoscale和J. Tissue Eng. Regen. Med.等高水平专业学术期刊发表论文38篇，在国际学术会议作大会及邀请报告15次。研究成果受到学术界的高度关注和评价，被包括Chem. Soc. Rev.，PNAS，Adv. Healthc. Mater.，Ann. Biomed. Eng.等多个领域的权威期刊相继引用。所研制的实验装置已被上海交大、重大、四川大学、首都医大等单位使用，为相关疾病及诊疗手段研究提供了新的技术及装置平台，取得了很好的社会效益。本项目团队在循环系统力学生物学实验技术和装置平台领域已产生较大国际影响力，已获批国家自然科学基金创新群体和科技部重点领域创新团队。

成果名称：	人体动脉近生理脉动流模拟技术及应用	关键词：	近生理脉动流;人体动脉;血流动力学;模拟技术
成果类别：		一级分类名称：	医学生物工程
二级分类名称：		三级分类名称：
研究起止时间：	2005.01 至2016.05	成果体现形式（应用技术类）：	无
成果属性：		成果体现形式（基础理论类）：
技术成熟度：		技术水平：
研究形式：		学科分类1：
单位名称：	北京航空航天大学	学科分类2：	130.25
中图分类号1：		所属高新技术类别：
中图分类号2：	O357.1	课题来源：
应用行业：		课题立项名称：
国家科技计划子类别：		课题立项编号：	10527001
经费实际投入额（万元）：	100.00	评价单位：	国家自然科学基金委员会
评价形式：	无	应用状态：	无
评价日期：	2009.04.30	转让范围：
评价证书号：		推荐单位：	北京航空航天大学
推广形式：	无	成果登记号：	360-18-23020026
成果简介：	本项目属于力学生物学与生物力学领域，是力学与生物医学的交叉与融合。　　心脑血管疾病是世界以及中国城乡死亡率最高的疾病，尽管已投入大量资源研究其发病机制及治疗方法，迄今仍然存在易损性斑块诊断、小口径人造血管移植、血管疾病个性化及精准治疗等难以克服的困难。在研究中缺乏能够准确模拟人体血管真实、复杂生物力学环境的通用实验技术和装置平台是目前上述问题难以解决的关键环节和瓶颈问题。　　受血流和血管几何形状影响，体内动脉树不同位置的血管内皮细胞和平滑肌细胞所处的生物力学环境如周期性的剪切力、牵张应力、压力、和扭转应力等，其大小、变化、作用形式和时空分布有显著不同。复杂生物力学环境对细胞行为和功能的影响，及随后发生的血管重建，是血管疾病发生、发展的力学生物学基础，也是诊断治疗中应仔细考虑的关键因素。上述研究都对实验技术和装置有高度依赖性，因此设计和研发可模拟体内生理/病理生物力学真实环境的实验技术及平台装置对血管疾病发病机理、诊疗方法的研究有十分重要的意义。　　针对上述需求和挑战，本项目取得了三个方面的发明创新：　　1、发明了反应器中动脉生理/病理状态下血流动力学真实环境的模拟与实现技术。构建模拟人体血液体循环系统的集中-分布参数流体网络模型，实现在细胞培养反应器尺度上模拟人体动脉生理/病理状态下的流动阻力、顺应性、及流场分布，构建反应器流路系统；开发了驱动控制测试软件；建立了反应器生理脉动流环境的测试、评价系统。　　2、发明了近生理脉动流环境动脉血管组织工程反应器。发明了模拟生理状态下心脏射血过程的脉动源、模拟人体动脉血管阻抗特性的流路元件设置与调控技术、和模拟生理脉动流的信号检测与控制系统，实现反应器中人体动脉血流动力学真实环境的模拟。　　3、发明了多模态载荷的近生理脉动流血管组织工程反应器。在模拟生理脉动流的同时，单独或同时加载类似于生理状态下血管受到的静态/周期性的轴向/径向牵张、压力、扭转等力学载荷，模拟人体动脉所处的复杂、真实生物力学环境；在线、远程监测细胞活性及代谢，控制反应器运行。　　项目获得国家发明专利授权18项，软件著作权7项。利用所研发的新型实验技术和装置平台，探索了近生理的生物力学环境对血管内皮细胞、平滑肌细胞的影响，骨髓间充质干细胞、骨及软骨细胞、神经细胞等的力学生物学响应新机制，不同应力环境致生物材料降解的规律，在包括Biomaterials、Nanoscale和J. Tissue Eng. Regen. Med.等高水平专业学术期刊发表论文38篇，在国际学术会议作大会及邀请报告15次。研究成果受到学术界的高度关注和评价，被包括Chem. Soc. Rev.，PNAS，Adv. Healthc. Mater.，Ann. Biomed. Eng.等多个领域的权威期刊相继引用。所研制的实验装置已被上海交大、重大、四川大学、首都医大等单位使用，为相关疾病及诊疗手段研究提供了新的技术及装置平台，取得了很好的社会效益。本项目团队在循环系统力学生物学实验技术和装置平台领域已产生较大国际影响力，已获批国家自然科学基金创新群体和科技部重点领域创新团队。
联系人：	赵婧	成果登记日期：	2018-01-01
联系人email：	zhaojingz@buaa.edu.cn	单位代码：	91100039
邮政编码222：	100083	联系人电话：	010-82338198
单位传真：	010-82328041	单位通讯地址：	北京市海淀区学院路37号
单位所在省市：		单位电话：	010-82338198;82317114;82315877
转让收入（万元）：	0	单位属性：
合作完成单位：	四川大学	已转让企业数（个）：	0
成果发布年份：	2018	知识产权形式：
成果完成人：	樊瑜波;邹远文;贡向辉;李晋川;黄艳;黄学进	资源采集日期：	2019-03-15

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