昆明理工大学生物力学及微纳米软材料力学研究团队在纳米力学和生物医学交叉领域取得新进展

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连续介质力学是描述宏观材料变形和运动的经典理论,是近300年宏观尺度机械、土木等学科快速发展的基础之一。反之,细胞生物学在微纳尺度上研究生命体的规律。两学科相遇碰撞时,孕育着丰富、深刻的科学新疆域。

近期,昆明理工大学建筑工程学院生物力学及微纳米软材料力学研究团队,在国家自然科学基金和昆明理工大学引进人才基金的资助下,以宏观连续介质力学为出发点,在纳米力学、纳米传热学及生物医学的交叉领域方面取得新进展,先后在国际相关领域权威学术期刊“European Journal of Mechanics - A/Solids”“Thin-Walled Structures”“Nonlinear Dynamics”等发表相关成果。

龚博博士通过粗粒化分子动力学方法对水凝胶进行了大规模计算,得到了生物水凝链长和韧性的关联[1]。黄坤教授基于粗粒化作用势建立了细胞微丝的梁模型,在理论上澄清了纳米尺度微丝力学性质和宏观梁的差异[2]。张乘胤博士通过跨尺度建模计算,证明病毒的DNA释放速度和环境温度密切相关[3]。李帅博士对生物质骨材料和负泊松比生物材料进行了细致研究[4,5]。张长兴副教授和清华大学合作,设计了一种基于荧光检测的微创植入式葡萄糖传感器[6],该传感器具有高效、稳定的特点,为未来生物传感器的发展提供了重要参考。许蔚教授和黄坤教授通过偏微分方程求解,证明温度、非线性本构及热传导对微纳米梁的振动具有显著的影响[7-9]。近两年来,团队的老师以第一或通讯作者在领域内国际著名期刊发表论文15篇,其中热点论文1篇。成果的取得,既是团队成员紧密合作的结果,也得到省外合作高校清华大学、浙江大学、哈尔滨工业大学和上海大学专家的帮助,还得到了云南民族大学数学系杨柱元教授和云南师范大学应用数学系化存才教授在非线性分析方面的帮助。

团队在经典连续介质力学、纳米物理和生物医学交叉领域中的研究[1-9]

昆明理工大学力学专业自1977年创办以来,以服务云南省经济和社会发展为义不容辞的责任。力学学科在创办初期,紧密结合了土木工程和机械工程的发展;随着我省经济社会发展重点的提升,部分力学研究的重点转移到和人民健康密切联系的生物和医学领域。初创的生物力学及微纳米软材料力学研究团队,得到了学校和学院的大力扶持。团队成员来自清华大学、浙江大学、哈尔滨工业大学和上海大学等高校,未来将以学校和学院的学科建设需求为引领,在交叉学科领域凝练新的研究方向,为“双一流”建设贡献力量。

生物力学及微纳米软材料力学研究团队近年来的部分研究成果:

[1] Gong B, Lin J, Xie Y, et al. A combined numerical and theoretical study on the strengthening and toughening mechanisms of double network hydrogels [J]. International Journal of Smart and Nano Materials, 2025: 1-25.

[2] Huang K, Yin Y. Beam theory of cellular microfilaments based on coarse-grained molecular force field [J]. Results in Physics, 2024, 58: 107502.

[3] Zhang C Y, Zhang N H. Temperature-dependent ejection evolution arising from active and passive effects in DNA viruses [J]. Biophysical Journal, 2024, 123(19): 3317-3330.

[4] Tan X, Cao B, Liu W, et al. Odd mechanical metamaterials with simultaneously expanding or contracting under both compression and tension [J]. Thin-Walled Structures, 2024, 203: 112225.

[5] Li S, Wang T, Chen S, et al. Compressive properties and biocompatibility of additively manufactured lattice structures by using bioactive materials [J]. Thin-Walled Structures, 2024, 205: 112469.

[6] Xue G, Zhang R, Chen Y, et al. Glucose Sensor Design Based on Monte Carlo Simulation [J]. Biosensors, 2025, 15(1): 17.

[7] Kun Huang, Xingwei Zhou, Analysis of Linear Free and Forced Vibrations of Microbeams with Thermoelastic Damping, European Journal of Mechanics - A/Solids, 2025, 105672.

[8] Huang K, Qu B, Xu W, et al. Nonlocal Euler–Bernoulli beam theories with material nonlinearity and their application to single-walled carbon nanotubes [J]. Nonlinear Dynamics, 2022, 109(3): 1423-1439.

[9] Wu J, Song L, Huang K. Nonlinear static behaviors of nonlocal nanobeams incorporating longitudinal linear temperature gradient [J]. International Journal of Thermal Sciences, 2025, 208: 109421.

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