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【学术科研】理学院刘春燕、张艳团队揭示磁场作用下HA在关节间流动和传热规律

部门:科学技术发展研究院 供稿:科发院、教授团队 摄影:教授团队 审核:王万鹏、周理安 发布时间:2024-05-28 阅读次数:

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关节液可以很好地润滑关节和软骨并提供营养,同时为关节软骨缓冲压力。但随着年龄的增加,人们常患一种慢性进行性骨关节病——骨性关节炎(OA)。OA的粘弹性补充疗法是通过向关节腔内注射透明质酸(HA),帮助恢复滑液及关节组织基质的流变学特性,以缓解滑膜炎症。近年来,大量的临床应用不仅丰富了粘弹性物补充疗法的内涵,而且大大拓宽了对HA的认识,深化了其相关研究和临床应用,但HA在关节间的流动和传热规律尚未进行研究。

刘春燕、张艳团队讨论了磁场影响下边界周期振荡的关节间隙中HA的挤压流动和热传导,这有助于理解关节中HA的流变和热行为。首先,使用Maxwell粘弹性流体来模拟HA,建立相应的控制方程并进行无量纲化,随后采用拉普拉斯积分变换法对纳维-斯托克斯方程进行解析求解,并比较了Stehfest法和T'zous法得到的数值反演结果,结果具有良好的一致性。研究人员还对结果进行了稳定性分析,并通过图表说明了相关参数对流动和传热特性的影响。相关研究结果以“Analytical solutions for hyaluronic acid flow and heat transfer between joints with periodic oscillations under the magnetic field”为题,发表于《Physics of fluids》。

论文标题和作者页

研究结果显示磁场强度增加时,HA的粘度会随着弛豫时间的增加而增加,从而产生强烈的阻尼效应。随着关节运动频率的增加,速度分布在中心区域变得更加均匀,整体偏离抛物线分布。此外,随着雷诺数、普朗特数和挤压深度的增加,流体的热传导能力降低。这项研究的成果为将来研究粘弹性补充疗法治疗OA的影响作用奠定了基础。对HA在关节间的流变与传热行为特征的研究,有助于研究人员能够更好地观测注射HA后关节液的复杂运动,为治疗OA提供了理论支撑。

粘弹性补充疗法

速度分布图

北京建筑大学理学院硕士研究生石静云为论文第一作者,刘春燕老师为论文通讯作者,白羽教授和张艳教授为论文共同作者。该研究得到国家自然科学基金青年项目、北京市教育委员会科技计划项目、北京建筑大学金字塔人才培养工程项目、建筑结构与环境修复功能材料北京市重点实验室等项目和机构的大力支持。

原文链接:https://doi.org/10.1063/5.0185972

编辑:任敏





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