【摘 要】
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人类健康的红细胞具有较强的变形能力,然而在储存过程中,红细胞结构成分的损伤逐渐累积,导致其形态发生改变,失去光滑的双凹面形态并形成针状体,使得红细胞变形能力降低和机械性能退化。因此,对双凹形红细胞和棘细胞I力学性能进行研究并揭示其变形机理是生物力学领域重点关注的课题之一。论文以人类正常的双凹形红细胞以及储存过程中初步出现棘形的红细胞（棘细胞I）为研究对象,采用多种超弹性材料本构模型进行建模,基于神
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人类健康的红细胞具有较强的变形能力,然而在储存过程中,红细胞结构成分的损伤逐渐累积,导致其形态发生改变,失去光滑的双凹面形态并形成针状体,使得红细胞变形能力降低和机械性能退化。因此,对双凹形红细胞和棘细胞I力学性能进行研究并揭示其变形机理是生物力学领域重点关注的课题之一。论文以人类正常的双凹形红细胞以及储存过程中初步出现棘形的红细胞（棘细胞I）为研究对象,采用多种超弹性材料本构模型进行建模,基于神经网络,对细胞膜的本构参数进行了预测,得到了细胞膜超弹性材料的本构参数,主要包括以下几个方面:（1）建立了双凹形红细胞以及储存过程中初步棘形的棘细胞I的三维有限元模型。搭建了红细胞超弹性材料参数预测的神经网络模型,根据红细胞受光镊拉伸时直径随拉伸力的变化特性,建立了材料参数与光镊拉伸力之间的映射关系,预测得到了细胞膜在Neo-Hookean、Mooney-Rivlin和Reduced Polynominal三种不同超弹性本构模型所对应的材料参数。（2）基于三种不同的超弹性本构模型,将预测所得到的材料参数应用于双凹形红细胞以及棘细胞I光镊拉伸过程的有限元分析,对比实验结果寻找合适的本构模型,探索了本构模型对红细胞受变形特性的影响,得到了双凹形红细胞和棘细胞I在光镊拉伸过程的应力分布规律,并将双凹形红细胞有限元分析的结果与实验结果进行了对比,验证了有限元分析的正确性以及所构建的神经网络模型和预测结果的正确性。（3）建立了红细胞受AFM压痕的三维有限元模型,基于上述三种超弹性本构模型及预测后的本构参数对正常双凹形红细胞受不同直径纳米压头压痕的过程进行了有限元仿真,并将仿真分析的结果与实验结果进行了对比,进一步验证了所构建的神经网络模型预测结果的正确性。
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