血液流动

俄罗斯萨拉托夫国立大学科研人员确定了黑素瘤细胞受到激光辐射发热并产生的超声波信号参数，从而开发出找到血液中癌细胞的有效技术。相关研究结果近日发表在《科学报告》上。 众所周知，大约90%癌症患者的死亡与癌细胞转移有关，初生肿瘤的癌细胞进入淋巴和血管，并进一步通过生物液流扩散至全身。在许多情况下，可以通过外科手术成功切除初生肿瘤，非转移性癌症可以治愈。然而，发生在不同器官中的转移性恶性肿瘤很难被治愈。在这种情况下，当治疗尚有效时，尽早在患者血液中发现循环肿瘤细胞是很重要的，而流式细胞测定法可根据光散射和荧光信号研究血液。 俄研究人员称，为了“看到”血液中感兴趣的外来物，如循环肿瘤细胞，在研究中使用了光声学技术，它集激光医学（如使用激光脱毛）和超声波装置于一体。如果细胞吸收了激光波长上的辐射，它们就会发热，材料会发生热膨胀，产生与信号非常相似的声音，它用于超声波医疗设备。因为信号水平受癌细胞生长条件和阶段的影响很大，据此可以寻找在哪些激光参数下黑素瘤细胞开始有效加热并产生超声波信号。 俄科研人员根据研究结果开发出人工“癌细胞”，它们在相同的参数下开始“发声”，整体上表现得像癌细胞一样。人工“癌细胞”具有完全生物相容性，将它们注射到实验室的小鼠血液中，借助已开发的光声学流动式血细胞计数器“看到”了它们。 目前，研究人员正在完善光声学流动式血细胞计数器并明确实验模型的参数，这些参数可将测量技术从动物转移到人体组织。在不久的将来，研究人员将创建一个模型，可在激光安全参数下直接在人体血液中寻找癌细胞。

血液测试–哪种动物更具耐力，为什么呢？一个研究小组使用MCR 302流变仪研究了这个问题。几个世纪以来，马和骆驼一直被用于类似目的：运输货物、骑马和比赛。但是，尽管对它们的能力要求可能相似，但物理限制却有所不同。在摄氏50度的沙漠中，一匹马几乎不会动弹。同样，在速度比赛中，把钱花在骆驼上并不是一个好主意。这两种动物具有不同的身体极限和耐力的原因不仅是解剖上的。乌苏拉温德伯格（Ursula Windberger）是维也纳医科大学的实验外科教授，确切地说在血液方面有深入研究。她与她的研究小组一起，使用安东帕（Anton Paar）的MCR 302流变仪，研究了迪拜骆驼繁殖场的十只单峰骆驼和维也纳的十匹纯种马的血液。她取得了惊人的结果，并发现了有趣的差异。MCR 302在压力下会发生什么？在与我们类似的哺乳动物（如马）中，当运动量加剧时，红细胞的数量就会增加，因为这些细胞可以满足肌肉细胞对氧气的需求。尽管骆驼也是哺乳动物，但结果却有所不同：红细胞的数量在运动增强时不会改变，但在恢复阶段会逐渐减少。研究人员解释说：“这与骆驼红细胞的椭圆形形状、细胞膜硬度高和细胞内粘度高有关。”骆驼的红细胞无法像马（或人类）的红细胞那样使自己与血管中血液流动方向平行。相反，它们进行不受控制的运动，并来回滚动。由于这些红细胞无法控制自身，因此在流动过程中骆驼血液的粘度高于马血的粘度。宁静中有力量研究人员认为红细胞数量的减少是防止血管连接处前血细胞充血的一种保护机制。为了防止这种情况，身体会减少血细胞的数量。尽管如此，由于红细胞呈卵形，使其更容易流过直径较小的血管，因此氧气的供应得到了保证。细胞不必适应，因为它们已经变形（卵形）。然而，它们必须以一定的方向流入毛细血管，即沿着其长度方向。这是无法保证的，因为在它前面的更大的血管中来回翻滚，这就是为什么骆驼是一种更持久和缓慢的动物。它需要处理困难的情况（高温、干旱），在这种情况下，快速运行会适得其反。公骆驼在交配季节每年只快跑一次。并非所有的血液都一样研究结果显示了血液是如何不同的，即使每个物种的血液任务是相同的。大自然中存在许多变化，但仍然没有任何解释。骆驼是为了节省资源而设计的，他们的新陈代谢较慢（新陈代谢产生热量），血液在快速流动时没有降低粘度的机制。因此，通过补充血液和铁元素将骆驼作为商业赛跑动物，与它们的自然进化结果是背道而驰的。流变学研究MCR 302是这项研究的主要仪器，只有通过使用技术文献中已知数据进行的流动曲线和振荡测试，研究人员才能预测以后在微流体测试中可以观察到的情况。 “我曾认为流变仪主要用于质量控制，而很少用于研究。但是，使用简单易用的仪器，您可以预测很多本来需要复杂得多的方法才能做的事情，” Ursula Windberger兴奋地谈到了该仪器。此外，流变仪还将用于该研究所的其他研究，例如用于确定生物纤维材料（血凝块、胶原蛋白网络）的强度。通过安东帕流变仪对马血和骆驼血进行分析获得的经验，可用于研究优化人类使用的药物。安东帕中国总部销售热线：+86 4008202259售后热线：+86 4008203230官网：www.anton-paar.cn在线商城：shop.anton-paar.cn

全钒液流电池储能技术通过不同价态的金属钒离子相互转化实现电能的存储与释放，具有本质安全、设计灵活、成熟度高的特点。该技术是双碳战略下国家电力系统长时储能领域首选的电化学储能技术路线。 “新一代100MW级全钒液流电池储能技术及应用示范”作为国家“十四五”重点研发计划支持项目，对高性能全钒液流电池储能系统运行提出了更高的性能要求。而电极系统作为钒离子电化学氧化还原反应发生的媒介，其传质特性与活化特性直接决定全钒液流电池的转换效率。 因此，开发适用于工程化应用的电极结构优化策略与材料调控方法，是实现高性能全钒液流电池运行的基础与核心。近期，中国科学院金属研究所材料腐蚀与防护中心腐蚀电化学课题组在高性能全钒液流电池储能技术研究领域取得一系列新进展。科研人员在深入理解电池极化特性的基础上，以电极系统传质特性和电化学活性为切入点，以工程化应用为导向，先后通过引入流场优化设计和电极改性调控，显著降低了电池浓差极化与活化极化，实现了全钒液流电池高性能长循环运行。 全钒液流电池正负极以不同价态钒离子为活性物质，以水系溶液为支持电解质，具有环境友好和容量可恢复等优势，但受电极内部活性物质传质特性和流阻的局限，目前高功率全钒液流电池电堆运行仍面临挑战。 针对这一问题，研究人员运用有限元仿真与实验相结合的方式，通过在电极系统中引入结构化流场设计，开展传质、传动量与电化学反应多物理场耦合作用下的电池内部模拟分析（图1），优化了高电流密度下电极内部的传质特性，协同降低了电池浓差极化与流动阻力，有效提升了高电流密度下单电池的转换效率。 同时，对32kW电堆的动态模拟预测显示，电堆在200 mA cm-2高电流密度下恒流运行系统转换效率可提升约15%（图2），为实现高功率电堆设计与开发提供了新方法与新途径。相关成果以Regulating flow field design on carbon felt electrode towards high power density operation of vanadium flow batteries为题，发表在《化学工程杂志》（Chemical Engineering Journal 2022, 450, 138170）上。 传质特性的优化在提升全钒液流电池高功率运行方面展示了显著效果，但全钒液流电池负极侧V2+/V3+迟缓的电化学动力学特性仍在一定程度制约了全钒液流电池高功率运行下的转换效率。针对这一问题，在课题组前期杂原子掺杂调控电极的研究基础上，科研人员提出了工程化易操作的基于固-固转化的电脱氧工艺方法。 该方法在碱性条件下通过还原涂覆在电极纤维界面Bi2O3粉末，制备了具有高氧化还原可逆性的Bi负载电极（图3），显著提升了负极V2+/V3+电化学动力学特性。理论计算进一步揭示了V-3d和Bi-6p轨道杂化作用对电荷转移过程的促进作用。以此为基础组装的全电池实现了350 mA cm-2电密下450个循环73.6%的稳定能量转换效率输出（图4），400 mA cm-2高电密下运行转换效率有效提升近10%，为高功率电堆开发提供了技术支撑。相关成果以Boosting anode kinetics in vanadium flow batteries with catalytic bismuth nanoparticle decorated carbon felt via electro-deoxidization processing为题，发表在《材料化学杂志A》（Journal of Materials Chemistry A，DOI：10.1039/D2TA09909H）上。 图3.(a)电脱氧制备工艺；(b)热力学计算和脱氧反应机理；(c)电解池示意图及循环伏安曲线图；(d)还原电位及表面形貌图；(e)电极成分表征。图4.(a)电极物理及电化学表征；(b)界面电化学理论计算；(c)全钒液流电池实验。