生物物理学提纲 2015

d / dt
其中，η称为粘滞系数，简称粘度。上式称为牛顿粘滞性定律。
4.粘弹性的特征表现：松弛性 滞后性 蠕变性 5.骨受力（弯曲、扭转）应力-应变表现 弯曲：显然，梁的内部应力很小。骨骼的层状结构十分巧妙，最外层为韧性很好 的骨膜，再向里为密质骨、疏质骨、骨髓腔，充分地发挥了骨组织的力学效能。
生物阶段
防护材料（X 射线、γ射线、β射线、中子） 防 X、γ射线选铅、铁、水泥、砖等。 高质量物质防β射线选铝、有机玻璃、塑料等 低质量物质防种子选石蜡、硼酸和水等。
防护的基本原则： 正当化原则 最优化原则 限值化原则
外照射防护三要素： 防护时间 距离防护 屏蔽防护
放射性活度、吸收剂量、当量剂量、有效剂量的物理含义及其计算
速率终点法：在不同液面高度差或外加压强下测定溶液的透过速率 dh/dt。 描绘 dh/dt---Δh 坐标图，用内插法求出 dh/dt=0 时的Δh 值，得到渗透压。 该方法不需要等待渗透平衡，测量迅速。
Q：荧光测量的主要参数：荧光量子产额和荧光强度的意义？ A：荧光测量的主要参数：
量子产额φg：物质发射的荧光量子数与吸收量子数之比 荧光强度：表示荧光的相对强弱。
扭转：长度为 l 的圆柱体在力矩作用下产生的扭转形变如图 1。扭转圆柱体剪切 应变沿径向的分布及沿轴向的分布如图 2.
三．论述题（计算） 1.解释如图所示的拉伸应力与应变的关系曲线
点 a 对应满足正比关系的最大应力，即正比极限。ab 段应力和应变不再满足正 比关系,但撤外力后材料仍能复原,过 b 撤外力后不再复原,而成塑性形变,d 对 应发生弹性形变的最大应力,称为弹性极限，c 断裂点,对应强度极限。 2.写出 Maxwell 模型的应变率、Vogit 模型、Kelvin 模型的外力 F 的推导过程及 计算 Maxwell
5 本构方程：阐明应力、应变、应变率之间关系的方程式，它取决于物体的结构。
6 生物力学研究基础：能量守恒、动量定律、质量守恒三定律并加上描写物性的 本构方程。
7 生物力学研究类型：固体生物力学 流体生物力学 运动生物力学（传统） 组织与器官力学 生物动力学 生物热力学 （现代）
8 粘弹性：具有弹性固体的弹性和粘性液体的粘性
谱线结构：通过高分辨率仪器，可得到谱线的精细结构，能提供发光物质有关能 级分布及基团间相互作用的信息。
Q：流体力学技术中哪些方法是测量分子量的独立方法？ A：离心法（沉降平衡法）、渗透压法、黏度法
Q：沉降平衡法和沉降速度法的异同点是什么？它们的优、缺点各是什么？
方 相同点 法
不同点
优点
缺点
沉 同 属 于 离 心 1 离心场大于等于 10^6g 降 法 测 定 分 子 2 行程上清液和浓度相等的坪区 速 量的方法 度 法
电离辐射的作用机制（图表）
直接作用
间接作用
与 DNA 直接作用 纯物理过程
通过自由基与 DNA 作用 物理、化学过程 液态环境损伤
专业术语的解释，如：ICRP、粒子注量、比铅当量等。
铅当量：用铅作为比较各种防护材料的屏蔽性能的标准,把具有一定厚度的某屏 蔽材料对应相同屏蔽效果的铅层厚度,称为该屏蔽材料在该厚度下的铅当量,单 位厚度防护材料的铅当量叫比铅当量.
红外吸收光谱的指纹区：1300~650cm-1 区域：吸收光谱较复杂，除单键的伸缩振 动外，还有变形振动。能反映分子结构 的细微变化——指纹区
如何发生荧光淬灭效应：荧光强度对温度变化敏感，温度降低时，溶液的黏度增 大，荧光分子与溶剂分子的碰撞减少。温度增加，外转换去活的几率增加。温度 过高时，会造成荧光淬灭。溶液的浓度较低时，荧光强度与荧光物质的浓度成正 比，当达到一定浓度后就不再有这种关系，浓度过大时发生荧光淬灭。
lim sp C 0 C
透光率：透过透明或半透明体的光通量与其入射光通量的百分率。
I T
I0
紫外可见光吸收光谱：利用物质的分子或离子对紫外和可见光的吸收所产生的紫 外可见光谱及吸收程度对物质的组成、含量和结构进行分析、测定、推断的分析 方法。
荧光光谱术：荧光光谱术是利用某些物质被一定波长的光照射所产生的、能够反 映物质特性的荧光来进行物质的定性和定量分析的方法。
9 泊松比：当细长物体被拉长时，同时会发生横向线度的相对缩短。实验表明横 向的线应变与纵向线应变成正比，比例系数是材料的特征常数，称为泊松比。
10 骨的弯曲与扭转：弯曲是连续变化的线应变的组合，扭转是连续变化的剪切 应变的组合分布。
二．简答题 1.简述生物力学的不同分类： 固体生物力学 流体生物力学 运动生物力学（传统） 组织与器官力学 生物动力学 生物热力学 （现代） 2.简述应力的不同类型： 同截面垂直的称为正应力，同截面相切的称为切应力。
r
溶液 溶剂
增比黏度：溶液黏度与溶剂黏度增加的相对值，反映溶质对溶液黏度的贡献。
sp
溶液 溶剂 溶剂
比浓黏度：单位浓度的溶质对黏度的贡献。
c

sp C
特性黏度：溶液浓度无限稀释时的比浓黏度，其值与浓度无关。它反映个别溶质 分子对溶液黏度的贡献。它只与溶质分子结构、大小及在溶液中形态有关。
荧光寿命：荧光寿命τF 分子处于激发态的平均时间。如果荧光衰减符合指数衰 减规律，荧光寿命就是发光强度衰减到 e-1 时所需时间。
隧道效应：粒子可以穿过比它的能量更高的势垒，这个现象称为隧道效应。
荧光弛豫过程：光进入物质时，部分能量被吸收。吸收外来光子后被激发到激发 态的分子具有较高的能量不稳定，可以通过不同途径释放能量回到基态，该过程 为弛豫过程。 光的力学效应：在物体上的力等于光引起的单位时间内物体动量的改变，并由此 引起物体的位移和速度的变化，称之为光的力学效应。 光压：由于光辐射对物体产生的力通常称之为光的辐射压力，简称光压。 光镊原理：又称为单光束梯度力光阱(single-beam optical gradient force trap)，是利用光与物质间动量传递的力学效应而形成的三维势阱来捕获和操纵 微粒的技术。 纳米技术：指在 1-100nm 尺度范围内研究和应用原子、分子的结构特征及其相互 作用的高新技术，它是基础科学和工程技术相结合的产物。 公式解析
生物力学 一.基本概念 1 生物力学：应用力学原理和方法对生物体中的力学问题定量研究的生物物理学 分支。
2 应力：受力物体截面上（△A）内力（△F）的集度，即单位面积上的内力。当 △A 趋于 0 时，为某一点的应力。
3 应变：当材料在外力作用下发生形状的改变。
4 应变率：应变的变化速率，即单位时间内增加或减少的应变；应变率是表征材 料快速变形的一种度量，应变对时间的导数。
法
的独立方法，也是
现有测定大分子
量的最准确的物
理方法。
Q：沉降系数的意义是什么？ A：每单位引力场生物大分子下沉的速度称为沉降系数，反映了每单位引力场生 物大分子下沉的速度;应用于命名生物大分子。
Q：简述渗透压法中三个方法的要点？ A：渗透平衡法：恒温下将渗透压计静置一段时间，自然达到平衡状态，记下两
粒子注量：进入具有单位截面积小球的粒子数.
ICRP：国际辐射防护委员会
生物物理技术 名词解释 渗透压：用理想半透膜将纯溶剂和溶液隔开，发现溶剂透过半透膜向溶液作单方 向渗透。渗透的结果导致溶液一侧的液面上升，在半透膜两侧产生压强差，达到 平衡时出现的压强差称为溶液的渗透压Π。
相对黏度：溶液黏度与溶剂黏度的比值
Q：Stokes 效应与反 Stokes 效应是什么？ A： 处于振动基态的分子在光子作用下，激发到较高的不稳定的能态（虚态）后 又回到较低能级的振动激发态。此时激发光能量大于散射光能量，产生拉曼散射 的斯托克斯线，散射光频率小于入射光。 若光子与处于振动激发态（V1）的分子相互作用，使分子激发到更高的不稳定能 态后又回到振动基态（V0）, 散射光的能量大于激发光，产生反斯托克斯散射， 散射光频率大于入射光。 Q：产生共振拉曼散射的条件是什么？ A：选择 的入射光的频率正好是将吸收光辐射的分子激发至基态以上的电子能级 所需要的频率时，就会发生共振拉曼散射
简述 Q：光谱分析中可获得什么信息？各种信息表达的内容是什么？ A: 谱线位置：反映波长或频率的信息，代表某种吸收或发射基团的特征跃迁，据此 辨认基团或化合物的存在。
谱线强度：强度与吸收或发射基团的数目成正比，是定量分析的依据。
谱线宽度：由发光物质激发态寿命和光源与观察者的相对运动状态决定。通过宽 度可以了解生物分子的运动学、动力学和相互作用的状况。
Vogit
Kelvin
3.骨受力现象及其相关计算
F cos F cos2 ， F sin F sin 2
S
S0
S
2S 0
max(

0)
F ，
S0
max(

) 4
F 2S 0

1 2

max
图 2-6 由于骨是粘弹性体,当受到过大拉力作用,易在干骨区出现断裂;且由上式 分析形成垂直断面;受压损伤则多发生在蠕变区,主要由剪切形变起作用,因而受 压损伤的断裂面为 45°的斜面。 图 2-7 弯曲而产生的骨折将会发生特征的“Y”缺口，并易形成游离碎骨.由于骨 的抗压强度大于抗张强度，骨折在拉伸一侧（即底侧）开始，下面形成 = 0 的 竖直断裂面，随着未断裂截面积的减小，应力增大，当受压部分达到抗压限度时， 将沿着＝45°的两个斜截面分开。
Q：简述磁共振原理，并说明它与电子自旋共振的差异？ A：
NMR 基本原理：是利用一定频率的电磁波照射处于磁场中的原子核，原子核在电 磁的作用下发生磁共振，吸收电磁波的能量，随后又发射电磁波，即发出磁共振 信号。 电子自旋共振 EPR 和 NMR 都属磁共振谱，主要的区别： 1.EPR 和 NMR 是分别研究电子磁矩和核磁矩在外磁场中重新取向所需的能量。 2.EPR 的共振频率在微波波段，NMR 共振频率在射频波段。 3.EPR 的灵敏度比 NMR 的灵敏度高，EPR 检出所需自由基的绝对浓度约在 10-8M 的数量级。 4.EPR 和 NMR 仪器结构上的差别，前者是恒定频率，采取扫场法，后者还可以恒 定磁场，采取扫频法。
3.弹性体和粘性体的本构方程： 对于拉伸和压缩： Ee ；
对于剪切变形： G tan GБайду номын сангаас ；
对于体积变形： Kv 。
其中，τ为应力，E、G、K 分别为杨氏模量（弹性模量）、刚性模量（剪切模量）和体积模
量；e， tan 和 v 分别为线应变、切应变和体应变。
粘性体的本构方程——牛顿粘度定律。 粘性是物体形变时，内部反抗形变的摩擦力的表现，应力与应变率的最简单关系是二者成正 比，切应变率公式为：
放射生物物理 现实中的辐射现象： 天然辐射源：宇宙射线 地下矿藏 体内微量放射性元素 人工辐射源：核反应堆 带电粒子加速器 医学放射源 核武器 电脑 手机
射线与物质的相互作用及效应（图表）
光子
X 光子进入生物 组织
光电效应
康普顿效
电子对效应
高速电子
电子沿径迹损失 能量
韧致辐射
电离
激发
热
物化阶段
生化阶段
Q：影响荧光强度的主要因素有哪些？ A:其中：K：决定于该仪器的仪器常数
I0：激发光的强度 ε：摩尔吸收系数 φ0：荧光量子效率 b：样品池的厚度 C：样品的浓度
F K0I 0(1 e bC )
e bC 1 bC
F K0I 0bC
1. 溶液 PH 2.溶剂的极性与黏度 3.温度的影响 4.溶液的浓度 5.激发光
侧液面的高度差，减去毛细升高项，即为渗透压值。优点：操作简单 缺点：试 验时间过长
升降中点法：将渗透压计中溶液液面升高，使其高于平衡值Δh。在趋向渗 透平衡过程中液面不断下降，记录各个时间的液面高度，绘制下降曲线。反过来 绘制上升曲线。 将两条曲线上对应点连接起来，求其中点。中点的连线趋于一水平线，该线所在 的高度即为渗透平衡时的液柱高，将液柱高减去毛细校正项即得渗透压值。
当分离带有不同 S 值的混合溶液是， 沉降速度较快的 分子在穿过沉降 速度较慢的分子 时会受到污染引 起误差。
沉
1 离心场约为 10^4g
不 必 测 定 扩 散 系 试验时间过长，对
降
2 形成很大的浓度梯度，达到平 数，可以从浓度的 稳 定 性 不 高 的 体
平
衡。
分布直接计算 M系的测定是不利
衡
值，是测定分子量 的。