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POEM法制备微米级Cu球形粒子的传热与凝固行为模拟研究

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稀有金属材料与工程 2024年第1期53卷 124-135页

作者：王旭东李鹏宇汤思璠岳怡心姚曼董伟大连理工大学材料科学与工程学院辽宁大连116024 大连理工大学辽宁省凝固控制与数字化制备技术重点实验室辽宁大连116024

脉冲微孔喷射法(POEM)制备微米级球形粒子是典型的无容器传热和凝固过程,制备出的球形粒子具有粒径均一、圆整度高、热履历一致等特点,对流和辐射主导的传热机制对其制备工艺、凝固过程和组织控制至关重要。针对脉冲微孔喷射法微米级球... 详细信息

脉冲微孔喷射法(POEM)制备微米级球形粒子是典型的无容器传热和凝固过程,制备出的球形粒子具有粒径均一、圆整度高、热履历一致等特点,对流和辐射主导的传热机制对其制备工艺、凝固过程和组织控制至关重要。针对脉冲微孔喷射法微米级球形金属粒子的制备过程、冷却传热与凝固特征,本研究建立了三维球坐标系下的粒子传热与凝固数值计算模型,考虑纯Cu粒子在无约束凝固过程中的对流和辐射换热特点,采用温度回升法处理纯金属的凝固潜热,计算了金属粒子在凝固过程不同阶段的温度变化与分布特点,考察了粒子凝固进程中的温度梯度、冷却速率、液固界面推进与凝固速度;模拟分析粒子的对流、辐射换热特征及贡献强度,探讨了不同制备工艺对粒子对流换热的影响,为POEM法微米级球形粒子制备工艺的优化和凝固过程调控提供参考。

关键词：球形金属粒子脉冲微孔喷射法传热与凝固对流和辐射换热数值模拟

类器官芯片在纳米药物递送系统研究中的应用及前景

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化工学报 2024年第4期75卷 1209-1221页

作者：杨玉维李敏要智颖孙沁林刘洋葛丹孙冰冰大连理工大学化工学院辽宁大连116081

类器官是源自人类干细胞、器官特异性祖细胞及分离肿瘤组织的自组装三维多细胞微型器官模型,可在体外重现器官的关键结构特征与生理机能。微流控芯片作为类器官的体外培养平台,为研究细胞在异质群体和微环境中的行为提供机会,因此,成为... 详细信息

类器官是源自人类干细胞、器官特异性祖细胞及分离肿瘤组织的自组装三维多细胞微型器官模型,可在体外重现器官的关键结构特征与生理机能。微流控芯片作为类器官的体外培养平台,为研究细胞在异质群体和微环境中的行为提供机会,因此,成为助力人类器官发育研究、疾病建模及药物筛选的强大工具。基于先进纳米技术构建的药物载体可以显著提升疾病治疗效果,是目前新药物研发和临床治疗的焦点。利用类器官芯片对纳米递送系统的安全性和有效性进行评估,不仅有助于了解药物递送载体与靶点微环境的相互作用机制,科学指导纳米载体的设计;也在患者个性化精准医疗领域具有应用价值。本文讨论了传统二维细胞模型以及动物模型评价纳米药物递送系统的局限性,分析了用类器官芯片作为体外评价平台的优势。在此基础上,总结了近年来类器官芯片在纳米药物递送领域的应用现状与发展方向,并对其前景进行了展望。

关键词：类器官芯片纳米材料药物递送组织工程学细胞生物学

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线粒体靶向的罗丹明衍生物用于肿瘤荧光成像

化工学报 2024年第4期75卷 1679-1686页

作者：王书鹏杜健军姚瑶樊江莉彭孝军大连理工大学精细化工国家重点实验室智能材料导向化学工程前沿科学中心辽宁大连116024 大连理工大学宁波研究院浙江宁波315016

设计合成了两例以罗丹明为母体的荧光染料RDMID-C和RDMID-N。实验结果表明,上述染料分子具有较低的细胞毒性,良好的生物相容性及靶向细胞线粒体的能力。两例荧光染料在细胞器定位实验中与商业化线粒体染料的共定位系数较高,并在小鼠肿... 详细信息

设计合成了两例以罗丹明为母体的荧光染料RDMID-C和RDMID-N。实验结果表明,上述染料分子具有较低的细胞毒性,良好的生物相容性及靶向细胞线粒体的能力。两例荧光染料在细胞器定位实验中与商业化线粒体染料的共定位系数较高,并在小鼠肿瘤中有较长的滞留时间,可以用于肿瘤荧光成像。

关键词：染料荧光成像生物医学工程生物工程生物技术

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基于非牛顿微液滴的粒子封装及检测

力学学报 2024年第5期56卷 1307-1316页

作者：梁定新吕鑫钰覃开蓉薛春东大连理工大学光电工程与仪器科学学院辽宁大连116024 大连理工大学医学部生物医学工程学院辽宁大连116024

微流控液滴封装技术可将单个或者多个颗粒物封装到微尺度液滴,具有细胞培养、药物可控释放和微量成分分析等重要生物医学应用,而这些应用往往涉及多相混合的复杂非牛顿流体.目前制备尺寸均匀的非牛顿微液滴并实现高效率单粒子封装仍较... 详细信息

微流控液滴封装技术可将单个或者多个颗粒物封装到微尺度液滴,具有细胞培养、药物可控释放和微量成分分析等重要生物医学应用,而这些应用往往涉及多相混合的复杂非牛顿流体.目前制备尺寸均匀的非牛顿微液滴并实现高效率单粒子封装仍较难实现.针对该问题,首先基于流动聚焦微通道和聚合物溶液开展非牛顿液滴生成实验,系统探究不同非牛顿性质对液滴生成模态的影响,指出兼具剪切稀化与弹性效应的聚合物溶液可在射流模态下实现高单分散性液滴的稳定生成.在此基础上,结合惯性-黏弹性粒子排序,实现了封装率超过58%的单粒子封装,突破了传统单粒子封装的泊松限制.最后,进一步构建了粒子封装率自动检测模型,验证了其在单液滴与多液滴场景下粒子封装率高精度检测的有效性.综上,研究结果不仅一定程度上拓展对于液滴微流控基础理论的认识,还充分验证了射流模态下非牛顿液滴稳定生成用于单粒子封装策略的可行性和优越性,可为优化基于非牛顿微液滴的粒子封装技术及开发一体化装置提供一定参考.

关键词：非牛顿微液滴粒子封装流动聚焦微通道液滴生成模态高精度检测

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自适应光学在超分辨荧光显微镜中的应用

中国激光 2024年第3期51卷 37-51页

作者：王翔宇陈曦曹暾马冬晗大连理工大学光电工程与仪器科学学院辽宁大连116024

超分辨荧光显微镜突破了传统荧光显微镜的分辨率限制,使得人们能够在纳米量级分辨率下观察细胞和组织样品,极大地推动了生命科学的发展。在这一技术中,仪器和样品引入的像差均会导致空间分辨率降低,进而导致成像质量恶化。为此,人们引... 详细信息

超分辨荧光显微镜突破了传统荧光显微镜的分辨率限制,使得人们能够在纳米量级分辨率下观察细胞和组织样品,极大地推动了生命科学的发展。在这一技术中,仪器和样品引入的像差均会导致空间分辨率降低,进而导致成像质量恶化。为此,人们引入了自适应光学技术,通过直接或间接的手段探测像差,再通过波前校正元件来校正像差,从而获得高质量的超分辨图像。本文介绍了自适应光学的起源与工作原理,总结了其在超分辨荧光显微镜中的应用,并展望了其未来的发展前景。

关键词：显微荧光显微镜超分辨自动与自适应光学像差补偿波前传感

可降解Fe@Fe-Zn骨组织工程支架体外生物相容性研究

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表面技术 2024年第8期53卷 163-172页

作者：罗彩云王伟强史淑艳杨帅康许雅南朱明刘慧颖大连理工大学辽宁大连116024 大连医科大学辽宁大连116044

目的以多孔铁为基体,利用脉冲电沉积制备可降解多孔Fe@Fe-Zn复合材料骨组织工程支架,以期提高材料的降解速率和抗菌性能。方法通过调节脉冲频率,得到不同Zn含量的Fe-Zn合金层;使用电子探针、X射线衍射仪、扫描电镜来研究材料的元素含量... 详细信息

目的以多孔铁为基体,利用脉冲电沉积制备可降解多孔Fe@Fe-Zn复合材料骨组织工程支架,以期提高材料的降解速率和抗菌性能。方法通过调节脉冲频率,得到不同Zn含量的Fe-Zn合金层;使用电子探针、X射线衍射仪、扫描电镜来研究材料的元素含量、相组成和显微结构;通过压缩测试考察支架的力学性能;用体外浸泡来考察材料的降解性能;用浸提液培养分析材料对小鼠胚胎成骨细胞的黏附铺展和细胞活性的影响;用浸提液和直接培养来探究材料的抗大肠杆菌性能。结果随脉冲频率增加,合金中Zn含量减小;不同合金均为单一的α(Fe)相;电沉积组织致密,杂质含量低;Zn含量为7.5%(均以质量分数计)时,支架抗压屈服强度较多孔铁提升6%;复合材料的降解速率为0.44~0.48 mm/a,较多孔铁有显著改善;复合材料浸提液在稀释到25%(体积分数)时,表现出良好的细胞相容性,且随Zn含量增加,细胞活性增强;Zn含量为7.5%时,材料的抗菌性能最好。结论通过电沉积制备的Fe@Fe-Zn支架的腐蚀速率相较于多孔铁有明显提高。随合金层中Zn含量的增加,其细胞活性增强,抗菌性能提高。Fe@Fe-Zn有望发展为可广泛应用的可降解骨组织工程支架材料。

关键词：骨组织工程支架多孔铁 Fe-Zn合金降解性能生物相容性抗菌性能

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金属空心球复合材料重力铸造工艺研究

中国材料进展 2024年第5期43卷 420-428页

作者：亓昌杨孟欣于晨崔丽萍杨姝大连理工大学汽车工程学院工业装备结构分析国家重点实验室辽宁大连116024 大连理工大学宁波研究院浙江宁波315016

基于对金属空心球复合材料的结构分析,采用金属型重力铸造法制备金属空心球复合材料。介绍了金属空心球复合材料金属型重力铸造工艺流程,并设计了一种成本低廉、简易成型、且能多次使用的金属型模具,且对金属空心球复合材料进行了实验... 详细信息

基于对金属空心球复合材料的结构分析,采用金属型重力铸造法制备金属空心球复合材料。介绍了金属空心球复合材料金属型重力铸造工艺流程,并设计了一种成本低廉、简易成型、且能多次使用的金属型模具,且对金属空心球复合材料进行了实验试制及材料验证。结果表明,采用金属型重力铸造法能够制备出孔壁结构完整且孔洞随机分布的金属空心球复合材料,能实现空心球单一设计与梯度设计;金属空心球复合材料基体与空心球壁组织较为致密,且形成了厚度为25~30μm的界面层;金属空心球复合材料的应力-应变曲线具有明显的弹性阶段、塑性平台阶段和致密化阶段,且采用空心球梯度设计的金属空心球复合材料相较于空心球单一设计的金属空心球复合材料,其基本力学性能有明显的提升。最后,与传统的闭孔泡沫铝材料进行了对比分析,金属空心球复合材料整体稳定性更高,吸能效果更强。

关键词：金属空心球复合材料重力铸造模具设计铸造工艺实验验证

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超声辅助钻削1J22软磁合金表面完整性研究

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机械工程学报 2024年

作者：隗雨欣宋洪侠张园薛冠鸣康仁科鲍岩董志刚大连理工大学高性能精密制造全国重点实验室

随着电磁元器件性能要求的逐渐提高，饱和磁感应强度高、饱和磁致伸缩系数大、居里温度高的1J22软磁合金获得了广泛关注，被认为是航空航天领域中电磁元器件的高性能材料。但1J22软磁合金的加工性能较差，钻削加工后构件的表面完整性会... 详细信息

随着电磁元器件性能要求的逐渐提高，饱和磁感应强度高、饱和磁致伸缩系数大、居里温度高的1J22软磁合金获得了广泛关注，被认为是航空航天领域中电磁元器件的高性能材料。但1J22软磁合金的加工性能较差，钻削加工后构件的表面完整性会显著降低磁场均匀性和服役稳定性，严重阻碍了其大规模的工程应用。针对以上问题，采用超声辅助钻削加工技术对1J22软磁合金进行制孔加工，通过光学显微镜、扫描电镜、透射电镜和显微硬度仪等仪器，并结合有限元仿真技术，分析了超声振动和钻削参数对1J22软磁合金孔表面形貌与粗糙度、微观组织、硬化程度和棱边质量的影响，揭示了超声振动作用的影响机理。研究结果表明，相比于普通钻削，超声辅助钻削能够降低孔壁表面粗糙度21%；超声振动作用可以使钻削过程中切屑和孔壁区域更易分离，减小孔壁区域的塑性变形，使微观组织改变的影响区域减小，具体表现在晶粒细化层宽度减小40%、加工硬化层深度减小6%；但超声辅助钻削过程中较高的瞬时轴向力所带来的冲击作用会使孔出口处的崩边面积有所增加。研究为1J22软磁合金高表面完整性孔的加工提供理论指导。

关键词： 1J22软磁合金超声辅助钻削表面完整性表面形貌与粗糙度微观组织加工硬化崩边有限元仿真

BC-60Ni添加量对WC-BC-Ni复合涂层耐磨性能影响

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表面技术 2024年

作者：滕达高珊刘运峰周秉文张兴国大连理工大学材料科学与工程学院大连理工大学宁波研究院

目的为了改善TC4钛合金表面的耐磨性能，延长使用寿命。方法通过超音速火焰喷涂(HVAF)技术在TC4钛合金上制备了含B4C-60Ni不同质量分数的WC10Co4Cr-B4C-60Ni复合涂层，通过X射线衍射仪(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)、能谱仪(EDS)、维氏硬... 详细信息

目的为了改善TC4钛合金表面的耐磨性能，延长使用寿命。方法通过超音速火焰喷涂(HVAF)技术在TC4钛合金上制备了含B4C-60Ni不同质量分数的WC10Co4Cr-B4C-60Ni复合涂层，通过X射线衍射仪(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)、能谱仪(EDS)、维氏硬度测试和摩擦磨损实验，分析了B4C-60Ni含量对复合涂层的相组成、微观形貌、元素分布、显微硬度、耐磨性能的影响以及复合涂层的磨损机制。结果复合涂层的相组成相似，B4C-60Ni的添加使得复合涂层组织更加致密，涂层孔隙率小于1%；涂层硬度随B4C-60Ni质量分数的增加而降低，其中B4C-60Ni质量分数为10%的复合涂层具有最高显微硬度1 228HV0.3，约为基体的4倍；涂层摩擦系数均低于0.5，且涂层的磨痕深度小于15 μm，磨损量随B4C-60Ni质量分数的增加而增大，其中WC10Co4Cr-10B4C-60Ni涂层耐磨性最好，其体积磨损率仅为4.588×10–7mm3/(N·m)，相较于TC4基体(3.059×10–4mm3/(N·m))降低了三个数量级。结论适量的B4C-60Ni的添加提高了涂层的致密度，能够与金属粘结相相互支撑和填充，形成了相互间钩爪式的锁定结构，从而表现出优异的耐磨性，而过量的B4C-60Ni添加会导致WC的分解，导致摩擦性能下降。

关键词： HVAF 钛合金 B C-60Ni WC10Co4Cr涂层磨损磨损机制