关于生物流体性质的几点讨论
关于生物流体性质的几点讨论
张笑人
（西北农林科技大学创新实验学院生物科学102班）
摘要：生物流体是以生物学为广阔的背景建立起来的对生物中流体的概念，概念非常广泛，包括血液、气体、尿液、淋巴液等存在与生物体内生理流体。生物流体作为流体的一种，兼具流体的一般性质，又同时，因为其存在环境与自身组成的特点，生物流体又有不一般流体不同的特点。本文最大限度的阅读、整理所能找到的资源尝试说明生物流体的具体性质以及其现实应用，重点说明生物流体力学以及生物流变学的概念和研究现状，具体说明生物流体中血液等研究现状，并讨论目前生物流体研究的局限性和挑战性。
关键字：生物流体；性质；生物流体力学；血液
1、绪论：生物流体简单来说是与生命现象有关的流体，其中包括气体和液体，然而生命现象本身的复杂性以及流体在生命现象环境中多因素和繁复等特点，使得生物流体虽然表面上像是一类物体的集合，但在实际环境当中有其生物上的不确定性和模糊性。然而其流动性是其最主要的特性。
由于生物流体的复杂性，并没有直接研究生物流体各个性的学科，而是采用某学科的概念和方法来辅助研究其某个具体的性质规律，现在研究的比较多得时两个与生物流体有关的学科：生物流体力学和生物流变学，就是以生物力学方面的概念和方法研究生物流体的流动规律特性、变形等方面。例如在这些学科中由于介质种类繁杂，
特性各异，因此研究的方法也随介质不同而不同，研究对象的复杂多样可分为生物体内流体的流动和外部流体对生物体运动的影响。
然而尽管生物流体的具体性质和特性并不清晰，其研究过程面临着诸多挑战，但这并不影响人们现在如今利用生物流体来进行学术研究以及应用于生产生活。例如在血液循环研究中利用生物流体概念讨论其过程，眼部传输过程生物流体的研究，以及在医学上壳聚糖生物流体敷料膜应用等等。
2、正文
生物流体是以生物学为广阔的背景建立起来的对生物中流体的概念，概念非常广泛，包括血液、气体、尿液、淋巴液等存在与生物体内生理流体。生物流体作为流体的一种，兼具流体的一般性质，又同时，因为其存在环境与自身组成的特点，生物流体又有不一般流体不同的特点。
流体具有一定的可压缩性，在流体的形状改变时，流体各层之间也存在一定的运动阻力（即粘滞性）。作为流体具有以下不同于固体的性质特征：在静止状态下固体的作用面上能够同时承受剪切应力和法向应力。而流体只有在运动状态下才能够同时有法向应力和切向应力的作用，静止状态下其作用面上仅能够承受法向应力，这一应力是压缩应力即静压强。固体在力的作用下发生变形，在弹性极限内变形和作用力之间服从虎克定律，即固体的变形量和作用力的大小成正比。而流体则是角变形速度和剪切应力有关，层流和紊流状态它们
之间的关系有所不同，在层流状态下，二者之间服从牛顿内摩擦定律。当作用力停止作用，固体可以恢复原来的形状，流体只能够停止变形，而不能返回原来的位置。固体有一定的形状，流体由于其变形所需的剪切力非常小，所以很容易使自身的形状适应容器的形状，在一定的条件下并可以维持下来。
流体的性质：易变形性、惯性、压缩性、膨胀性、粘性、表面张力与毛细现象。
2.1生物流体的流动性
当今生物流体力学主要研究人体的生理流动，尤其是循环系统和呼吸系统里的流体动力学问题。在生物流体力学研究中气体和液体的相互作用是研究很重要的一个方面。其基本概念是：气体与液体一样具有粘滞性，，当气体流经液体表面时就会对液体表面产生一个同向牵拉的力，气流的流速越快在相同时间里对液体因牵拉造成的移位越大。这是流体力学最基本的概念之一。
生物体的特点之一，就是与外界环境处于不断的物质和能量交换中物质和能量的交换，常通过流体(气体和液体)在生物体内部之间，以及机体和外界环境之间的不断流动来实现的。流体在生物体内部之间的流动既包括动物和人体的血液循环、细胞内外和组织间隙之间体液的流动，及呼吸系统内部气体的流动，也包括植物体内水汁的流动。因此，研究流体(气体和液体)在生物体内部以及与外界环境之间不断流动的力学规律；了解流体的流量、流速和流态之问的相
互关系，以及流体沿之流动的管道(如血管、淋巴管、组织和细胞间隙、气管、支气管)的力学和理化性质对流速、流量和流态的影响是生物系统内部流体力学的主要任务。
此外，生物体和人体生活在主要由流体，即气体或液体构成的外环境中。因此，研究生物体和人体在液体或气体中发生位置移动和运动与流体之间的力学作用规律，如水生动物，尤其是鱼类，在水中高速度、长距离游动的高度机动灵活性与它们的低阻力的形体结构、高效率的推进方式(以喷水作用推动和摆动推进)，以及力学行为的高度稳定性与机动性的关系和流体力学的机理，则是生物系统外部流体力学的研究内容。
2.2生物流体流变学
生物流变学研究生物材料的流动和变形的规律，主要包括血液流变学、软组织力学和骨力学三个部分。血液流变学是研究血液的流变性质，以研究血液的粘度，及影响血液粘度的各种因素为主。软组织力学是研究软组织的流变性质，以建立其本构关系为主。骨力学除研究本构关系外，还研究应力与生长、吸收的关系。