Cytoskeleton influence on normal and tangent fluctuation modes in the red blood cells
我们认为，反常的软红细胞（RBC）在波动光谱实验是显而易见的。结果表明，由涨落数据得到的红细胞有效表面剪切模量$μ_s$与静态变形实验测得的具有相同的数量级。一个简单的微观力学模型的RBC开发用于此目的帐户的影响，有限厚度的细胞骨架上的波动的复合膜细胞骨架系统。体积剪切模量估计为$μ\approx105÷165$ Pa的血影蛋白网络细胞骨架有助于系统的正常和正切波动，并限制脂质膜的波动。在该模型框架内计算的红细胞正向和切向波动均方振幅比$<X_n^2> /< X_t^2>$比在相同弯曲和剪切模量的自由膜中小2-3个数量级
2006-06-30 physics.bio-ph
Characterizations of individual mouse red blood cells parasitized by Babesia microti using 3-D holographic microscopy
巴贝斯虫引起紧急人类巴贝斯虫病。然而，人们对B的变化知之甚少。田鼠在单个细胞水平上侵入红细胞（Bm-RBC）。通过基于激光干涉的定量相位成像技术，我们提出了在单个小鼠Bm-RBC的结构，化学和机械修改的同时测量。单个RBC和原位寄生虫空泡的3-D折射率图被成像，由此总含量和干物质浓度也被精确量化。此外，我们研究了Bm-RBC的动态膜波动，这提供了细胞膜变形性的信息。
2015-05-04 physics.bio-ph
Alterations in cell surface area and deformability of individual human red blood cells in stored blood
储存的人红细胞（RBC）的功能和活力是输血中的重要临床问题。为了系统地研究储存的全血的变化，在使用和不使用名为CPDA-1的保存液的情况下，对储存不同时间段的血液样本中单个红细胞的血液学特性进行了量化。利用三维定量相位成像技术，在单个细胞水平上对细胞膜的三维折射率（RI）分布和膜波动进行了光学测量。从光学测量，形态学（体积，表面积和球形度），生化（血红蛋白含量和浓度），和机械参数（动态膜波动）同时定量，以研究储存的红细胞的功能及其进行性变化。我们的研究结果表明，没有CPDA-1的储存的红细胞在2周内有一个戏剧性的形态转变，从盘状细胞到球形细胞，这是伴随着细胞变形性和细胞表面积的显着下降，并在球形度增加。然而，储存的RBC与CPDA-1保持其形态和变形性长达6周。
2015-06-27 physics.bio-ph physics.med-ph q-bio.CB
Following red blood cells in a pulmonary capillary
红血细胞或红细胞是双凹形细胞，并且主要由界定具有高浓度血红蛋白的细胞质的膜组成。这种膜是高度可变形的，并允许细胞通过狭窄的通道，如毛细血管，其直径可以比红细胞小得多。由于血红蛋白，它们携带氧气，血红蛋白是一种对氧气具有非常高亲和力的复杂分子。因此，红细胞加载和卸载氧气的能力是其功效的决定性因素。在本文中，我们将集中在肺毛细血管的红细胞捕获氧气。我们提出了一种相机的方法，以数值研究沿整个毛细管的红细胞的行为。我们的目标是了解红细胞沿毛细血管的几何变化如何影响其捕获氧气的能力。本文的第一部分介绍了为红细胞选择的模型以及用于确定和跟踪其沿毛细管形状的数值方法。红细胞的膜是复杂的，并且已经通过来自Mills等人（2004）的超弹性方法建模。然后验证该相机方法，并与标准ALE方法进行比较。在我们的模拟中观察到的红细胞的一些几何特性，然后进行了研究和讨论。本文的第二部分涉及在第一部分中获得的几何形状中的氧和血红蛋白化学的建模。我们从Czerlinski et al（1999）的启发中实现了具有变构状态的完全复杂的血红蛋白行为。
2007-10-29 physics.bio-ph physics.comp-ph physics.flu-dyn
3-D refractive index tomograms and deformability of individual human red blood cells from cord blood of newborn infants and maternal blood
来自新生儿脐带血的红细胞（RBC）对胎儿和婴儿发育具有独特的功能。为了系统地研究新生儿单个脐带红细胞的生物物理特性，采用光学全息显微断层扫描对新生儿脐带血的红细胞和来自母亲或非妊娠妇女的成人红细胞进行了比较研究。光学测量的3-D折射率分布，和动态膜波动的单个红细胞，使检索的形态，生化和机械性能的脐带，母体和成人红细胞在单个细胞水平。脐带红细胞的体积和表面积明显大于非妊娠妇女的红细胞，并且脐带红细胞比成人的红细胞具有更扁平的形状。此外，新生儿脐带红细胞中的Hb含量显著高于正常对照组。脐血红细胞血红蛋白浓度高于非妊娠妇女或母体红细胞，但在成人生理范围内。有趣的是，脐带红细胞的动态膜波动幅度与非妊娠妇女和母体红细胞的波动幅度相当，表明脐带红细胞的变形性与成人健康红细胞的变形性相似。
2015-05-16 physics.bio-ph physics.med-ph
Deformation of a biconcave-discoid capsule in extensional flow and electric field
除了理解红细胞（RBC）在血流中的行为之外，双凹盘状（红细胞的经验形状）胶囊在生物流体动力学和流变学领域中有许多应用。因此，进行了详细的分析，以了解单轴拉伸流和电场的RBC和双凹盘状聚合物胶囊在轴对称制度的变形的影响。采用Stokes流的轴对称边界积分方法，以Skalak膜本构关系作为区域不可压RBC/双凹盘状囊膜的模型，数值计算了瞬态变形。当弹性能被粘性或麦克斯韦电应力克服时，观察到显著的双凹盘状到长球形的转变。此外，膜应力的意义，在变形过程中，并在稳定状态和不同的变形模式。这项研究将有助于设计一个在电场作用下的生物细胞人工系统。
2018-02-11 cond-mat.soft physics.bio-ph physics.flu-dyn
GPU-accelerated Red Blood Cells Simulations with Transport Dissipative Particle Dynamics
介观数值模拟为量化化学对红细胞功能的影响提供了一种独特的方法。输运耗散粒子动力学（tDPD）方法可以导致这种有效的多尺度模拟，由于其能够同时捕获介观对流，扩散和反应。在本文中，我们提出了一个GPU加速的红细胞模拟包的基础上tDPD适应我们的红细胞模型，它可以正确地恢复细胞膜的粘度，弹性，弯曲刚度，跨膜化学运输。该软件包基本上通过GPU并行处理所有计算工作负载，并结合了多流调度和非阻塞MPI通信，以提高节点间的可扩展性。我们的代码是验证的准确性和CPU的速度比较。强尺度和弱尺度也被提出来表征可伸缩性。我们观察到一个GPU在单个节点内的所有16个核心上的加速比为10.1，并且在256个节点上的扩展效率为91%。该程序可以快速周转和高通量数值模拟，用于研究化学驱动的红细胞现象和疾病。
2016-11-18 physics.bio-ph physics.comp-ph
Interaction of fibrinogen-magnetic nanoparticle bioconjugates with integrin reconstituted into artificial membranes
磁性纳米粒子具有广泛的生物医学应用，包括细胞分离、诊断和治疗。一个关键的问题是很少探索：如何工程纳米粒子注射后与血液成分相互作用？由于能够诱导免疫应答，血流中生物缀合物的形成和随后的反应具有潜在毒性。对潜在过程的理解对于设计不仅有效而且安全的用于靶向药物递送应用的纳米颗粒具有重要意义。在这项研究中，我们报告功能化的磁赤铁矿纳米粒子与柠檬酸盐，葡聚糖和聚乙二醇涂层和他们的相互作用与凝血蛋白纤维蛋白原。此外，我们调查使用生物物理工具（例如，动态光散射，圆二色光谱和石英晶体微量天平）的相互作用的磁性纳米粒子-纤维蛋白原生物共轭物与人工细胞膜作为血小板的模型系统。我们发现，纤维蛋白原冠的形成提供了胶体的稳定性磁赤铁矿纳米粒子。此外，纤维蛋白原与葡聚糖和柠檬酸盐包被的NP的生物缀合物与含有整联蛋白的脂质双层相互作用，特别是在用二价离子处理后，而PEG包被揭示了轻微的相互作用。我们在蛋白质结合纳米颗粒和人工细胞膜的界面的研究是必不可少的工程安全的纳米颗粒的药物输送应用。
2020-12-18 physics.bio-ph physics.chem-ph
Total 3D imaging of phase objects using defocusing microscopy: application to red blood cells
我们提出了散焦显微镜（DM），一种明场光学显微镜技术，能够执行透明物体的总3D成像。通过全3D成像，我们意味着确定相位物体的上表面和下表面的实际形状。我们提出了一种新的方法，使用DM，并将其应用于红细胞受到不同的渗透压条件：低渗，等渗和高渗溶液。对于每种情况，上和下细胞表面膜（脂质双层/细胞骨架）的形状完全恢复，显示出由于粘附在玻璃基底上而导致的RBC表面的变形。我们的技术的轴向分辨率使我们能够对距离小至300 nm的表面膜进行成像。最后，我们确定体积，表面积，球度指数和红细胞折射率为每种渗透条件。
2014-04-10 physics.bio-ph physics.optics
Molecular Rotors as intracellular probes of Red Blood Cell stiffness
红细胞的变形性是控制血液流变学及其在体内循环的基本参数。因此，表征血液样品中细胞的刚性及其异质性是理解闭塞现象的关键点，特别是在健康细胞与病理细胞共存的红细胞疾病的情况下。然而，在小的生物区室中测量细胞内流变学需要特定技术的发展。我们提出了一种基于分子转子的技术-粘度敏感荧光探针-来评估上述关键点。DASPI分子转子已被鉴定为具有与细胞质主要成分血红蛋白的光谱荧光特性脱钩的光谱荧光特性。在模型流体中作为粘度探针的转子验证后，我们通过共聚焦显微镜表明，除了与膜结合外，转子自发地均匀地渗透到红细胞中。在温度硬化的红细胞上进行的实验表明，分子转子可以探测它们的整体刚度。一个简单的模型使我们能够分离的贡献的细胞质的膜，提供了定量的细胞质硬化与温度，符合独立测量的血红蛋白溶液的粘度。我们的实验表明，转子可用于量化红细胞在细胞水平的细胞内流变学，以及在血液样品中的这种刚度的异质性。这项技术为生物医学应用、诊断和疾病监测开辟了新的可能性。
2021-03-19 physics.bio-ph
Crossover from tumbling to tank-treading-like motion in dense simulated suspensions of red blood cells
通过计算机模拟，我们提供的证据表明，剪切速率诱导的红细胞翻滚坦克踩踏过渡也发生在相当高的体积分数，集体效应是重要的。当悬浮应力与特征细胞膜应力之比超过一定值时，发生这种转变，而与体积分数和细胞变形能力无关。该值与从取向较不有序到高度有序相的过渡相一致。平均细胞变形并没有显示任何签名的过渡，而是遵循一个简单的标度律独立的体积分数。
2013-12-12 cond-mat.soft physics.bio-ph
Standing-wave-excited multiplanar fluorescence in a laser scanning microscope reveals 3D information on red blood cells
荧光的驻波激发在光学显微镜中是非常理想的，因为它提高了轴向分辨率。在这里，我们证明了多平面激发荧光的驻波可以产生在单点激光扫描显微镜放置一个平面反射镜靠近标本。我们报告说，在每个平面的激发的相对强度取决于斯托克斯位移的荧光染料。我们展示了如何利用驻波激发的细胞膜特异性染料的使用，以产生精确的轮廓图的表面膜的红细胞，轴向分辨率为~90 nm。这种方法，只需要增加一个平面镜，现有的共聚焦激光扫描显微镜，可能会证明有用的研究涉及红细胞膜，如疟疾的疾病。
2014-12-04 physics.bio-ph physics.optics
Robust fabrication of ultra-soft tunable PDMS microcapsules as a biomimetic model for red blood cells
The University of Manchester（曼彻斯特大学）
本研究利用三维嵌套玻璃毛细管装置稳健制备单分散可调超软PDMS微胶囊，经渗透收缩后可仿生红细胞的流动变形特性，为微血流动力学研究提供工具，也可拓展应用于其他领域。
2023-02-21 cond-mat.soft physics.bio-ph physics.flu-dyn
General coarse-grained red blood cell models: I. Mechanics
我们提出了一个严格的程序来获得粗粒度的红细胞（RBC）模型，这导致现实的红细胞准确的力学性能。基于半解析理论，红细胞膜的线性和非线性弹性性质可以与光镊拉伸实验中获得的性质相匹配。此外，我们开发了一个几乎无应力的模型，避免了一些现有的RBC模型的陷阱，如非双凹平衡形状和RBC的机械性能的三角质量的依赖。所提出的RBC模型适用于许多现有的数值方法，例如格子Boltzmann、多粒子碰撞动力学、浸入边界等。
2009-05-01 cond-mat.soft physics.bio-ph q-bio.CB
Active Force Dynamics in Red Blood Cells Under Non-Invasive Optical Tweezers
该研究利用非侵入式光学镊子技术，揭示红细胞在不同化学处理下的机械动态特性，通过膜力波动分析区分代谢与结构状态，为活细胞主动力学研究提供新方法。
2025-12-15 physics.bio-ph q-bio.BM q-bio.CB
Stiffening of Red Blood Cells Induced by Disordered Cytoskeleton Structures: A Joint Theory-experiment Study
细胞的功能和弹性在很大程度上与脂质双层下面的细胞骨架结构有关。在各种细胞类型中，红细胞（RBC）具有相对简单的细胞骨架结构。在膜下，RBC细胞骨架呈二维三角形网络的形式，由肌动蛋白（和其他蛋白质）的节点和血影蛋白的边缘组成。最近针对疟疾感染的RBC（iRBC）的实验表明，在细胞骨架网络中血影蛋白的延长与iRBC的硬化之间存在相关性。在这里，我们合理化这两个观察之间的相关性结合蠕虫状链（WLC）模型的单spectrin和有效介质理论（EMT）的网络弹性。我们特别关注细胞骨架网络中的疾病如何影响其宏观弹性。我们模型的分析和数值解表明，膜的刚度随着谱蛋白端到端距离的增加而增加，但对端到端距离分布的方差具有非单调依赖性。这些预测通过我们的iRBC的AFM和微量移液管抽吸测量定量地验证。该模型可以从分子水平上为未来识别红细胞相关疾病（如疟疾感染）的新治疗方法提供指导。
2015-06-15 cond-mat.soft physics.bio-ph q-bio.CB
Swinging of red blood cells under shear flow
我们发现，在中等剪切应力（0.1 Pa的顺序）红细胞呈现出振荡的倾斜（摆动）叠加到长期观察到的稳定的坦克踩踏（TT）运动。一种基于初始无应变粘弹性膜包围的流体椭球的模型（形状记忆）预测运动的所有观察到的特征：摆动幅度和周期均增大（TT周期的1/2）在减小剪切应力时，剪切应力触发的向连续摆动和翻滚的窄剪切应力范围间歇状态的转变，以及在较低剪切应力值下的纯翻滚运动。
2007-01-15 physics.bio-ph
Viscoelastic phenotyping of red blood cells
本研究通过光阱微珠技术测量红细胞力弛豫，揭示其三指数弛豫的三个时间尺度及动力学标度，发现葡萄糖耗竭和激光照射会加快弛豫并使细胞硬化，提出粘弹性表型可作为动力学生物标志物。
2023-08-24 cond-mat.soft physics.bio-ph
Assessment of coupled bilayer-cytoskeleton modelling strategy for red blood cell dynamics in flow
本文通过拉伸流和四种剪切流工况计算比较红细胞膜的单层与双层建模策略，证明层间滑动可显著缓解细胞骨架应力并增大伸长，且膜建模方式比参考形状选择更关键。
2023-12-19 physics.bio-ph physics.flu-dyn
Red blood cell shape transitions and dynamics in time-dependent capillary flows
单个红细胞（RBC）的动力学通过使其形状适应狭窄血管中的流动条件来确定微血管血流。在这项研究中，我们探索的动力学和形状转变的红细胞在细胞尺度上的限制和不稳定的流动条件下使用相结合的微流控实验和数值模拟。跟踪红细胞在随时间变化的流动中的共动帧揭示了从对称羊角形到偏心的非对称拖鞋形状的平均过渡时间明显快于相反的形状过渡，其表现出明显的细胞旋转。补充模拟表明，这些动力学依赖于在随时间变化的流动过程中的通道中的RBC膜的取向。此外，我们展示了如何与狭窄的通道相结合的拖鞋形红细胞的坦克踩踏运动导致振荡的细胞的质心。这些振荡的频率取决于细胞速度、周围流体的粘度和胞质溶胶的粘度。这些结果为识别和研究红细胞性质的病理变化提供了潜在的框架。
2021-12-20 cond-mat.soft physics.bio-ph physics.flu-dyn
Comparison between advected-field and level-set methods in the study of vesicle dynamics
磷脂膜和囊泡构成了实际生物功能的基本要素。囊泡被视为模拟某些细胞（如红细胞）基本粘弹性行为的模型系统。相场和水平集模型是解决膜动力学及其与流动耦合的有力工具。这两种方法有些相似，但迄今为止还没有在它们之间建立桥梁。这是本文的第一个重点。此外，本构粘弹性定律推导出的复合流体：周围的流体和膜。我们提出了两种不同的方法来处理膜的局部不可压缩性，并指出差异。从水平集方法的一些数值结果。
2010-05-22 physics.bio-ph
Dynamic Modes of Red Blood Cells in Oscillatory Shear Flow
本文用微分方程研究了红细胞在振荡剪切流中的动力学行为，方程中含有形状参数、膜的倾斜角$θ$和膜旋转的相位角$ϕ$。在稳定剪切流中，取决于剪切速率和粘度比，发生三种类型的动力学。i）坦克踩踏（TT）：$ϕ$旋转，同时形状和$θ$振荡。ii）翻滚（TB）：当形状和$ϕ$振荡时，$θ$旋转。iii）中间运动：$ϕ$和$θ$两者同步或间歇地旋转。在振荡剪切流中，红细胞表现出基于这三种运动的各种动力学。对于一个低的剪切频率与零平均剪切速率，极限环振荡发生的基础上，TT或TB旋转在高或低剪切振幅，分别。这种基于TT的振荡很好地解释了最近的实验。在中等剪切振幅下，红细胞表现出间歇性或同步振荡。随着剪切频率的增加，囊泡振荡相对于剪切振荡变得延迟。在高频率下，多个极限环振荡共存。对于具有小剪切振荡的高平均剪切速率，形状和$θ$在TT运动中振荡，但即使在高剪切频率下也仅存在一个吸引子。这些振荡模式的测量是一个有前途的工具，用于量化红细胞和合成胶囊的粘弹性。
2010-06-12 cond-mat.soft physics.bio-ph
The buckling instability of aggregating red blood cells
血浆蛋白如纤维蛋白原诱导红细胞（RBC）聚集成红细胞叠连，红细胞叠连是血液的显著剪切稀化行为的原因，控制红细胞沉降速率（ESR）（一种常见的血液学测试），并且涉及许多生理相关的情况，如微循环中血液的结构化或病理情况中的凝块形成。共聚焦显微镜用于表征红细胞在红细胞红细胞红三种不同的配置，只有部分预测之前，即降落伞，男女和S形形状，并定量恢复的数值模拟。一个详细的实验和理论分析表明，两个细胞的集群的变形与相互作用能非线性增加。模型表明，在相互作用能的临界值处，接触膜经历了从平坦到变形接触区的屈曲不稳定性。这些结果不仅与理解RBC聚集体的形态和稳定性有关，而且还与一类相互作用的软变形物体如囊泡、胶囊或组织中的细胞有关。
2017-03-03 physics.bio-ph
High Aspect Ratio Sub-Micrometer Channels Using Wet Etching: Application to the Dynamics of Red Blood Cell Transiting through Biomimetic Splenic Slits
在脾过滤期间递送药物、散布癌细胞和红细胞（RBC）的纳米颗粒必须变形并穿过内衬血管的内皮细胞之间的亚微米和高纵横比间隙。颗粒/细胞通过这些狭缝状间隙的动力学仍然知之甚少，因为在与光学显微镜观察兼容的装置中具有生理尺寸的狭缝的体外再现需要昂贵的技术。在这里，新的微流体PDMS装置含有高纵横比狭缝与亚微米宽度的硅主模使用一个简单的，廉价的，高度灵活的方法结合标准的UV光刻和各向异性湿法蚀刻。这些装置能够揭示健康和患病的红细胞在生理间质压力下挤压通过脾样狭缝（0.6- 2 μ m 5- 10 μ m 1.6- 11 $μ$ m3）的新的变形模式。在狭缝出口处，球形红细胞的细胞骨架似乎与脂质膜分离，而来自健康供体和镰状细胞病患者的红细胞在其前部显示出特殊的尖端。这些尖端在患者细胞中消失得慢得多，允许估计镰状细胞病中RBC细胞质粘度增加三倍。在狭缝中RBC隔离的时间和速率的测量允许量化球形红细胞RBC的大量捕获。
2018-02-27 cond-mat.soft physics.bio-ph
A model for red blood cells in simulations of large-scale blood flows
红细胞（RBC）是血液的重要组成部分。本文介绍了一种包含血液颗粒特性的方法，其目的是研究大规模真实血管中的循环。该方法使用的组合的格子玻尔兹曼方法（LBM）占等离子体运动，和一个修改后的分子动力学计划的细胞运动。数值结果说明了质量的模型在再现已知的血液流变学特性，揭示了红细胞结构的壁剪切应力的影响，与心血管疾病的发展的后果。
2011-07-25 cond-mat.soft physics.bio-ph physics.med-ph
Dissociation of red blood cell aggregates in extensional flow
本研究利用双曲微流控收缩通道和CNN图像分析，发现红细胞聚集体在微循环范围内的临界拉伸率下急剧解离，为理解微循环行为、验证模型及临床评估血液聚集性提供了关键数据。
2024-07-17 cond-mat.soft physics.bio-ph physics.flu-dyn
The plasma protein fibrinogen stabilizes clusters of red blood cells in microcapillary flows
器官中氧气和营养物质的供应以及代谢废物的处理在很大程度上取决于血液，特别是红细胞如何流过微血管网络。大分子血浆蛋白质如纤维蛋白原导致红细胞形成大的聚集体，称为红细胞叠连，通常认为红细胞叠连由于整体流动中存在的剪切力而在循环中解聚。这导致了这样的假设，即红细胞叠连的形成仅与小静脉网络和小动脉在低切变率或停滞时有关。由于实验和数值方法相结合之间的一个很好的协议，我们表明，尽管存在于微毛细管中的大的剪切速率，纤维蛋白原或合成聚合物葡聚糖的存在下，导致增强形成强大的红细胞簇，即使在血细胞比容低至1%。稳健的聚集体被证明存在于微毛细管中，即使是在健康的生理范围内的纤维蛋白原浓度。这些持久的聚集体应强烈影响微血管系统中的细胞分布和血液灌注，即使在明显无症状的受试者中，也可能影响血液疾病。
2014-02-25 cond-mat.soft physics.bio-ph physics.flu-dyn
AI based analysis of red blood cells in oscillating microchannels
本文提出利用TensorFlow深度学习模型分析振荡微通道中的红细胞形态，以超过90%的准确率区分健康红细胞与经甲醛改变粘弹性的红细胞，为血液学诊断提供非侵入性、无标记的定量表征方法。
2023-04-13 physics.bio-ph
Numerical-experimental observation of shape bistability of red blood cells flowing in a microchannel
流过毛细血管的红细胞由于其高变形性而呈现各种不同的形状。预测实现的形状是一个复杂的领域，因为它们是由流动条件和膜力学之间复杂的相互作用决定的。在这项工作中，我们构建了一个单一的红细胞的形状相图与生理粘度比在微通道中流动。我们使用实验的体外测量以及三维数值模拟，以补充各自的另一个。从数值上讲，我们可以轻松控制初始初始配置，并自然访问完整的3D形状。有了这些信息，我们得到的相图作为初始位置，起始形状和细胞速度的函数。在实验上，我们测量不同形状的出现频率作为细胞速度的函数，以构建实验图，这是在良好的协议与数值观测。发现两种不同的主要形状，即羊角面包和拖鞋。值得注意的是，这两种形状在低速（<1 mm/s）和高速（>3 mm/s）下共存，而在两者之间，只有羊角面包是稳定的。这种明显的双稳态表明，RBC的形状不仅取决于系统参数，如流速或通道尺寸，但也强烈依赖于初始条件。
2017-11-19 physics.bio-ph physics.comp-ph physics.flu-dyn
Margination of artificially stiffened red blood cells
通过实验与数值模拟研究人工硬化红细胞在健康细胞悬浮液中的分离行为，发现其分布受通道几何形状影响，且边缘化随红细胞压积和流速呈非单调变化，挑战了高流速增强边缘化的传统观点。
2024-09-04 cond-mat.soft physics.bio-ph
Aggregation of Red Blood Cells: From Rouleaux to Clot Formation
已知红血细胞以叠连的形式形成聚集体。这种聚集过程被认为是可逆的，但对结合机制仍然没有完全的了解。至少有两种相互竞争的模型，它们要么基于桥接，要么基于消耗。我们回顾了最近的单细胞水平上的实验结果和理论分析的耗尽模型和细胞的形状对结合强度的影响。另一个重要的聚集机制是由血小板活化引起的。这导致凝块形成，这在伤口愈合的情况下是挽救生命的，但在血栓诱导的中风的情况下也是死亡的主要原因。我们回顾了历史和最近的结果，红细胞参与凝块形成。
2013-10-05 cond-mat.soft physics.bio-ph q-bio.CB
Rotational behavior of red blood cells in suspension---a mesoscale simulation study
血液作为红细胞悬浮液的性质使得计算血液动力学成为一项艰巨的任务。我们的粗粒度血液模型，它建立在软颗粒悬浮液的格子玻尔兹曼方法，使研究的集体行为的顺序10^6细胞悬浮液。在演示了Kolmogorov流中的粘度测量之后，我们重点讨论了Couette流中细胞取向和旋转的统计分析。我们量化的平均倾斜度相对于流量和作为剪切速率和红细胞压积的函数的阶数。我们进一步记录的涡度方向周围的旋转周期的分布，并发现一个明显的峰值附近的理论值为自由模型细胞，即使细胞-细胞相互作用表现出自己在一个相当大的宽度的分布。
2010-10-29 cond-mat.soft physics.bio-ph physics.comp-ph
A systematic comparison between Membrane, Shell, and 3D Solid formulations for non-linear vascular biomechanics
血管生物力学的典型计算技术通过膜、壳或3D实体单元来表示血管壁。这些公式中的每一个都有其关于准确性、易于实现和计算成本的权衡。尽管这些配方的广泛使用，这些配方的非线性血管生物力学的性能和准确性的系统比较是缺乏的。因此，关于最佳选择的决定往往依赖于直觉或以前的经验，选择一种方法而不是另一种方法的后果并不清楚。在这里，我们提出了一个系统的比较三种不同的配方，以代表血管壁：（i）一个非线性膜模型，（ii）一个非线性，旋转自由壳模型，（iii）一个非线性三维实体模型。对于3D实体模型，我们考虑采用线性和二次插值的两种不同的实现。我们目前的比较结果在理想化和特定主题的鼠标几何形状。对于理想的圆柱形几何形状，我们比较我们的结果对轴对称的解决方案，为三个不同的壁厚半径比。随后，这些方法的比较，提出了一个理想化的分叉模型区域变化的壁厚。最后，我们提出了一个主题特定的鼠标几何形状与区域不同的材料特性和壁厚的比较结果，同时将周围的血管壁的外部组织的影响。
2023-03-15 physics.bio-ph
Exploring noise-induced chaos and complexity in a red blood cell system
研究了随机红细胞系统的动力学变化及其相空间复杂性。该系统是通过将电源噪声与相关的正弦流。用0-1检验法对红细胞内正弦流动的混沌和非混沌动力学进行了识别。此外，系统中的正弦流的动力学复杂性进行了研究的非均匀递归基于熵。数值模拟进行量化的正弦血流的混沌动力学和复杂性的存在。
2021-01-28 nlin.CD physics.bio-ph
Effect of cytosol viscosity on the flow behavior of red blood cell suspensions in microvessels
本研究通过介观流体动力学模拟发现，生理高黏度比（$C\approx5$）下红细胞悬浮液的流动阻力与$C=1$时几乎相同，因为更黏稠的细胞质抑制了膜形变，形成更紧凑的细胞核和略厚的无红细胞层，从而解释了高血红蛋白浓度下流动阻力不显著增加的机制。
2020-03-16 cond-mat.soft physics.bio-ph physics.flu-dyn
Red blood cells aggregates transport for finite concentration
本文通过二维数值模拟研究不同黏附能、流动强度和血细胞比容下的红细胞输运，发现生理范围内适度黏附增强通量，而过高黏附导致通量崩溃。
2025-01-07 cond-mat.soft physics.bio-ph
Acoustic Probing of New Biomarkers for Rapid Sickle Cell Disease Screening
针对镰状细胞病常规筛查成本高、难普及的问题，本研究提出两种声学探测的新型生物标志物，可高精度区分健康与患病样本，还具备筛查轻症及镰状细胞性状的潜力，为低成本床旁快速筛查提供了新方向。
2025-10-02 physics.app-ph physics.bio-ph physics.med-ph
Cross-sectional focusing of red blood cells in a constricted microfluidic channel
血管和微流体装置中的收缩可以显著改变通过的细胞或颗粒的空间分布，并且通常用于生物医学细胞分选应用。然而，在通道横截面中的细胞聚焦的三维性质仍然很少研究。在这里，我们探索的横截面分布的活的和刚性的红细胞通过狭窄的微流体通道，通过跟踪单个细胞在多个层中的通道深度和整个通道的宽度。虽然细胞是均匀分布在通道横截面收缩前，我们观察到一个强大的几何形状引起的聚焦向四个通道面收缩后。这种横截面聚焦效应的大小随着雷诺数的增加而增加，对于活的和刚性的红细胞都是如此。我们讨论了这种不均匀的细胞分布下游的收缩的结果在一个明显的双峰速度分布在粒子图像测速分析，并表明，捕获的红细胞在回流区的突然建设取决于细胞的变形能力。
2019-12-02 cond-mat.soft physics.bio-ph physics.flu-dyn
Lift and down-gradient shear-induced diffusion in Red Blood Cell suspensions
红细胞在受限通道流中的分布是不均匀的，并且由于远离壁的迁移与由颗粒之间的相互作用引起的剪切诱导的扩散之间的竞争，在壁附近显示出显著的耗尽。我们研究了红细胞的升力在剪切流附近的墙壁和测量一个显着的升力速度，尽管翻滚运动的细胞。我们还提供了值的集体和各向异性的剪切引起的扩散的云的红细胞，无论是在剪切的方向和涡度的方向。一个通用的下梯度子扩散，其特征在于指数1/3的突出显示。
2013-02-24 cond-mat.soft physics.bio-ph physics.flu-dyn
Axial dispersion of Red Blood Cells in microchannels
本研究通过注入红细胞脉冲并测量其沿通道的分散，提出了一种实验方法，结合模型分析，可简单评估与细胞机械特性相关的横向迁移特征。
2023-03-22 cond-mat.soft physics.bio-ph physics.flu-dyn
Magnetophoretic separation of blood cells at the microscale
我们提出了一种直接和连续分离血浆中的红细胞和白细胞的方法和模型。该方法在微尺度上使用微流体系统来实现，该微流体系统由嵌入在微流体通道下方的集成软磁元件的阵列组成。微系统是被动的，并且通过施加磁化元件的偏置场来激活。一旦被磁化，元件在微通道中产生不均匀的磁场分布，这在血细胞通过微系统时对血细胞产生力。在全血中，白细胞表现为抗磁性微粒，而红细胞根据其血红蛋白的氧合表现出抗磁性或顺磁性行为。我们开发了一个数学模型来预测血细胞在微系统中的运动，该模型考虑了细胞上的主导磁力、流体力和浮力。我们使用该模型来研究红/白细胞的运输，我们的分析表明，微系统能够快速，有效的红/白细胞分离。
2006-12-01 physics.bio-ph physics.med-ph
Single-cell measurement of red blood cell oxygen affinity
氧气通过红细胞中的血红蛋白输送到全身。虽然血液的氧亲和力是很好的理解，并定期评估患者的脉搏血氧饱和度，变异性在单细胞水平尚未被以前测量。相比之下，红细胞体积和血红蛋白浓度的单细胞测量每天被临床血液分析仪进行数百万次，并且是确定血液系统健康的重要因素。为了更好地理解细胞水平上氧亲和力的可变性和决定因素，我们开发了一种系统，该系统可以高通量地量化单个红细胞的氧饱和度、细胞体积和血红蛋白浓度。我们发现，在单细胞饱和度的变化峰值氧分压为2.5%，这对应于氧-血红蛋白解离曲线的最大斜率。此外，单细胞氧亲和力与血红蛋白浓度呈正相关，但与渗透压无关，这表明在细胞水平上血红蛋白与2-3 DPG比率的变化。通过量化细胞群体的功能行为，我们的系统为血细胞分析和单细胞变异性的其他测量增加了一个新的维度。
2015-05-12 physics.bio-ph
Dynamics of a large population of red blood cells under shear flow
大量的红细胞在稀释制度的剪切流下的动力学的详尽描述，提出了，它突出并考虑到在给定的血液样品内的细胞特性的分散。考虑生理悬浮流体粘度，这是实验研究中令人惊讶地很少考虑的配置，以及在文献中参考的更粘稠的流体。稳定和不稳定的翻转运动，以及杰弗里轨道或修改杰弗里轨道描述，以及过渡到和从坦克踩踏运动中的更粘悬浮液的情况下。滞后环剪切速率的增加或减少突出的不稳定和稳定的轨道之间的过渡，以及翻转和坦克踩踏之间的过渡。我们确定的特征参数的运动和过渡阈值取决于流动应力或悬浮液的粘度。
2019-02-08 cond-mat.soft physics.bio-ph physics.flu-dyn
How does confinement affect the dynamics of viscous vesicles and red blood cells?
尽管它在微流体中的意义，约束的影响，从坦克踩踏（稳定运动）到翻滚（不稳定运动）的动态状态的变形微粒的过渡还没有被详细研究。在本文中，我们研究了一个单一的粘性囊泡的动力学约束剪切作为一个一般的模型系统的红细胞，胶囊，或粘性液滴。从坦克踩踏到翻滚运动的转变可以由内部和外部流体粘度之间的比率触发。在这里，我们表明，过渡可以单独通过减少限制，保持粘度对比度恒定。所观察到的动态结果的变化的相对重要性的粘性，压力和润滑引起的扭矩施加在囊泡。我们的研究结果是感兴趣的设计未来的实验或微流控装置：触发翻滚到坦克踩踏过渡的可能性，无论是通过几何形状或粘度对比单独打开有吸引力的可能性，微流变测量以及检测和诊断的患病红细胞在受限流。
2012-07-16 cond-mat.soft physics.bio-ph physics.flu-dyn
Simultaneous estimation of attenuation and structure parameters of aggregated red blood cells from backscatter measurements
聚集红细胞的超声频率依赖性后向散射系数的分析揭示了血液结构特性的信息。在体内应用该技术的困难是由于由中间组织层引起的频率依赖性衰减，其使来自血液微结构的后向散射特性的光谱内容失真。提出了一种同时估计组织衰减和血液结构因子的优化方法。在离体实验中，当衰减在0.101 ~ 0.317 dB/cm/MHz之间，信噪比>28 dB，kR<2.7（k为波数，R为聚集半径）时，该方法给出了满意的估计，相对误差小于22%。
2008-12-20 physics.bio-ph physics.med-ph
Aquaporin-1 can work as a Maxwell's Demon in the Body
水通道蛋白-1（AQP 1）是一种选择性透水的膜蛋白。由于其哑铃形状，AQP 1可以感知渗透过程中溶质分子的大小信息。以消耗这些信息为代价，AQP 1可以逆着化学电势梯度移动水：它能够像一种麦克斯韦恶魔一样工作。通过测量小鼠红细胞的水渗透性来定量检测这种作用。当红细胞在肾脏中移动时，这种能力可以保护红细胞免受渗透压休克引起的红细胞沉降，其中尿浓缩机制需要大的尿素梯度。这一发现预示着探索生物系统中质量、能量和信息之间复杂关系的新开端。
2016-05-06 physics.bio-ph
Quantification of depletion-induced adhesion of Red Blood Cells
已知红细胞（RBC）在生理条件下由于血浆蛋白的存在而形成红细胞串形式的聚集体。通过向RBC溶液中添加大分子，也可以在体外诱导Rouleaux形成。目前关于红细胞在其天然盘状细胞形状中的粘附强度的数据大多依赖于间接测量，如流动室实验，但缺乏单细胞水平的数据。在这里，我们提出的测量葡聚糖诱导的红细胞聚集使用原子力显微镜基于单细胞力光谱（SCFS）。测定了葡聚糖浓度和分子量对粘附红细胞的相互作用能的影响。计算结果与基于耗尽效应的模型和前人的实验研究结果吻合较好。
2012-03-01 physics.bio-ph physics.med-ph
Droplet impact of blood and blood simulants on a solid surface: Effect of the deformability of red blood cells and the elasticity of plasma
本研究通过全血与多种同黏度模拟液的液滴撞击对比实验，证明红细胞的高变形能力是血液呈类牛顿撞击行为的关键，血液模拟液应采用可变形颗粒。
2022-01-18 physics.bio-ph physics.flu-dyn physics.med-ph
An RBC-MsUQ Framework for Red Blood Cell Morpho-Mechanics
针对红细胞形态力学计算模型中的多源不确定性问题，提出RBC-MsUQ多阶段不确定性量化框架，结合分层贝叶斯推断与深度神经网络代理模型，通过两阶段架构实现全参数识别，有效融合跨平台数据，揭示病理细胞力学变化。
2025-08-09 physics.bio-ph physics.comp-ph
Euler buckling in red blood cells: An optically driven biological micromotor
我们研究了生物起源的光驱动微电机的物理特性。一个活的红细胞，当被放置在光学陷阱中时，会折叠成杆状。如果捕获激光束是圆偏振的，则折叠的RBC旋转。基于屈曲不稳定性概念的模型捕捉到了折叠现象;使用庞加莱球可以简单地理解细胞的旋转。我们的模型预测，（i）在临界强度的捕获光束的RBC形状经历大的波动和（ii）扭矩是成比例的激光束的强度。这些预测已经过实验检验。我们提出了一个可能的机制出现的双折射性质的红细胞在折叠状态。
2005-07-28 cond-mat.soft physics.bio-ph physics.optics
Cross-Bridge Induced Adhesion of Red Blood Cells Assessed by Optical Tweezers
红细胞的可逆聚集是红细胞聚集的过程，对血液的流变学性质有很大影响。红细胞的粘附已经在葡聚糖大分子诱导的细胞-细胞相互作用的框架中被广泛研究，而天然血浆溶液的数据缺乏。我们应用光镊研究红细胞在血浆和葡聚糖溶液中的诱导粘附。细胞间相互作用的机制主要有“跨桥”和“耗尽层”两种假说，但都需要实验证实。结果表明，在葡聚糖溶液中粘附的红细胞的相互作用同意以及与消耗诱导的细胞粘附模型的基础上获得的定量预测，而迁移的“跨桥”模型更适合于血浆。此外，通过利用扫描电子显微镜（SEM）直接观察红细胞粘附来证实“交叉桥”机制。
2017-10-06 physics.bio-ph
Vortical flow structures induced by red blood cells in capillaries
关于毛细血管流动中红细胞周围的血浆的流场的知识对于血液流动以及流动血浆中的微米和纳米颗粒以及分子的运输的物理理解是重要的。我们对毛细血管中红细胞周围的流场进行了实验研究，并对红细胞之间的旋涡流进行了模拟。将红细胞以低血细胞比容注射到10 × 12微米的矩形微通道中，并且由于高速摄像机和通过跟踪作为示踪剂的流动中的250 nm纳米颗粒，已经表征了单个或两个细胞周围的流场。虽然周围的流场被发现是一个稳定的羊角形的刚性球体的相对相似，周围的流场拖鞋形状表现出一个小漩涡的红细胞的后部。更明显的是在两个相邻的羊角面包之间的中心区域观察到的漩涡状结构。结论：涡旋的旋转频率与细胞间的距离成反比，具有良好的近似性。我们的实验数据得到证实，并通过数值模拟补充。
2021-02-25 physics.bio-ph physics.flu-dyn q-bio.CB
Phase field model for phagocytosis dynamics
当吞噬细胞（白细胞）吞噬或吞食目标颗粒（细菌或死细胞）时，先天免疫系统的基本过程称为吞噬作用。我们在[1]的精神中应用相场方法，该方法将序参量$u$与吞噬细胞细胞骨架的肌动蛋白网络的3D极化（取向）矢量场$\textbf{P}$耦合。我们推导出一个单一的封闭标量积分微分方程的3D吞噬细胞膜动力学珠吞噬过程中，其中包括膜的正常速度，曲率，体积松弛速率，由亚细胞水平的分子效应确定的函数，和粘附作用的静止刚性球形珠。这个方程很容易用数值方法求解。模拟显示了基座和杯阶段，但不是最终的完整珠内化。
2021-11-12 physics.bio-ph
Mechanical deformation of monocytic THP-1 cells : occurrence of two seqential phases with differential sensitivity to metabolic inhibitors
血液白细胞在通过毛细血管时可表现出广泛的形态学变化。人单核细胞THP-1细胞系用于探索这些形状变化的代谢依赖性。将细胞吸入微量移液管中以测定突起形成的速率。然后将它们释放并研究形态恢复的动力学。结果与Evans的模型（Blood，64：1028，1984）一致，即粘性液滴被拉伸膜包围。细胞质粘度和膜张力的估算值分别为162 Pa·s和0.0142毫牛顿/米。代谢抑制剂对细胞力学行为的影响进行了研究：结果强烈表明，变形涉及两个连续的阶段。在第一个30秒期间测量的细胞伸长率的发病后的抽吸是不受叠氮化物，抑制剂的能量产生，它是约一倍的细胞松弛素D，微丝抑制剂，和秋水仙碱，微管抑制剂。然而，在接下来的两分钟内，变形几乎消除在用叠氮化物和细胞松弛素D处理的细胞，而对照细胞的突起表现出约三倍的长度增加。它的结论是，虽然细胞似乎变形的被动对象，主动代谢过程所需的外力引发的广泛的形态变化。
2007-11-15 physics.bio-ph q-bio.SC
