细胞微管吸吮的有限元模拟：误差分析与应用范围

本文主要探讨了细胞微管吸吮现象的数值模拟方法，通过有限元技术来研究细胞在微管吸吮过程中的力学行为。研究由任亚媛、陈维毅和李永胜三位作者合作完成，他们来自太原理工大学应用力学与生物医学工程研究所。研究的核心是构建了一个细胞微管吸吮的有限元模型，该模型考虑了细胞的弹性模量E0作为固定参数，而重点分析的是细胞半径R与微管半径a的比例对吸吮行为的影响。 在模拟过程中，他们保持细胞的初始弹性模量不变，即E0，通过改变R/a这一关键比例，观察了细胞在恒定负压Δp作用下吸入微管的长度L。这种模拟有助于理解不同尺寸条件下，细胞如何响应外部机械力，这对于理解细胞力学性质以及微管吸吮技术在细胞生物学实验中的应用具有重要意义。 研究人员利用线弹性半无限体模型的理论公式，将模拟得到的Δp和L值代入其中，计算出不同R/a比率下细胞的弹性模量E。通过对这些计算结果与原始模量E0的比较，他们发现随着R/a值的增加，E与E0之间的相对误差逐渐减小。当R/a比例达到7或以上时，误差已低于10%，这表明当细胞尺寸相对较大时，使用半无限体模型进行分析计算的精度得到了提升。 这项研究的成果对于优化微管吸吮技术在细胞力学特性测定中的应用提供了科学依据，同时也提醒研究者在实际操作中应充分考虑细胞大小对结果的影响。通过有限元模拟，本文为深入理解细胞微管吸吮现象及其对细胞生理功能的影响奠定了数学和数值模拟的基础，对于生物医学工程和细胞生物学领域的发展具有重要的推动作用。