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季葆华

  • 职称:教授
  • 研究方向:研究方向为生物与仿生力学,主要分为三个方向和领域:细胞与分子力学,主要研究细胞粘附和迁移的力学建模及其力敏感性机理,生物大分子的结构与功能关系等;空间生物力学;研究与航天员在极端环境下相关的生物力学问题,如航天员骨流失机理与预防等;生物材料和仿生设计,研究不同生物材料的纳米及多级结构与材料宏观性能的关系,如贝壳、牙齿和骨头等生物复合材料,壁虎粘附系统的表面粘附材料,荷叶和水黾等的超疏水表面材料,以及这些材料在航空航天和航海的仿生应用等。
  • 所属院系:宇航学院  
  • 成果数量:23条,属于本单位的个人成果23条

条数据
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作者: 李晓军 (导师:季葆华)

学位名称: 博士

出处: 北京理工大学 2018

关键词: 基底刚度;表面微模式化;曲率;伤口愈合;拉伸;细胞极化;细胞排列;细胞协同性

摘要: 细胞-基底间相互作用和细胞-细胞间相互作用对群体细胞的协同行为(涉及组织形态的发生、伤口愈合以及癌症转移等过程中群体细胞的黏附、排列、极化、迁移、分化等行为)起着至关重要的作用,但是其中定量的调控机理还不清楚。本论文通过实验研究、理论建模以及分子动力学模拟,研究了在复杂环境下(包括基底刚度、几何约束 ...

作者: 石玉龙 (导师:季葆华)

学位名称: 硕士

出处: 北京理工大学 2017

作者: 周晓航 (导师:季葆华)

学位名称: 硕士

出处: 北京理工大学宇航学院 2016

关键词: 氧化石墨烯;二硫化钨;蚕丝蛋白;分子动力学

摘要: 氧化石墨烯具有良好的力学和电学性质,在层状复合材料中应用广泛。蚕丝蛋白材料是具有优异力学性能的生物材料。本文采用分子动力学的模拟方法,研究了氧化石墨烯-蚕丝蛋白纳米复合材料和氧化石墨烯-二硫化钨纳米复合材料的破坏行为,模拟了不同载荷和环境条件对该纳米复合材料力学性能的影响,以及剪切作用对蚕丝蛋白β- ...

作者: 和世杰 (导师:季葆华)

学位名称: 博士

出处: 北京理工大学宇航学院 2016

关键词: 细胞力敏感行为;基底刚度;模式化基底;曲率;细胞极化;细胞排

摘要: 细胞-基底作用和细胞间作用对细胞的粘附、迁移、极化以及组织形态的产生等过程起着至关重要的作用。大量实验研究发现细胞-基底作用和细胞间作用可以调控不同细胞力敏感性行为,但是其中定量的调控机理还不清楚。本论文通过理论建模,从不同尺度(包括亚细胞,单细胞,多细胞)研究了细胞外环境(包括基底刚度、厚度、几何 ...

作者: 刘程林 (导师:季葆华,霍波)

学位名称: 博士

出处: 北京理工大学宇航学院 2016

关键词: 表面微模式化;细胞极化;细胞排列;细胞融合;细胞迁移

摘要: 组织发育过程中,特定组织部位的细胞会有特定的形态和特定的分化方向。近年来大量研究表明胞外微环境尤其是力学相关因素在组织分化和形成过程中起到重要作用,例如几何形态、基底硬度能够影响细胞粘附相关行为:粘附斑分布、细胞骨架结构、细胞迁移、细胞分化和细胞凋亡等。本文实验研究了细胞外界微环境中的基底拓扑形貌、 ...

作者: 崔仲仲 (导师:季葆华)

学位名称: 硕士

出处: 北京理工大学宇航学院 2016

关键词: 碳纳米管/石墨烯;水分子;碳纳米管坍塌;液滴融合;分子动力学

摘要: 碳纳米管/石墨烯具有良好的力学、电学性质,其与水的相互作用广泛应用于药物疏运、海水淡化、离子交换等。本文采用分子动力学的方法研究碳纳米管/石墨烯与水的相互作用,分析曲率对受限水分子排布及运动的影响,发现液滴能引起碳纳米管的坍塌并分析其物理机理,探究纳米尺度下影响液滴融合的因素。本论文包括以下三个方面 ...

作者: 刘奎 (导师:季葆华,李德昌)

学位名称: 硕士

出处: 北京理工大学宇航学院 2015

关键词: 生物复合材料;多级结构;断裂;分子动力学

摘要: 贝壳、牙齿、骨骼等生物材料都是多级纳米复合材料,在纳米尺度上矿物质相交错镶嵌在柔软的蛋白质基质中。这种交错层叠的排布使得材料具备了良好的力学性能。深入研究生物材料的力学性能与其多尺度(多级)微纳米结构之间的关系,对于人工合成性能优异的仿生材料具有重要意义。本文依据生物材料的微观多级结构特性,模拟研究 ...

作者: 白志玲 (导师:季葆华)

学位名称: 硕士

出处: 北京理工大学宇航学院 2015

关键词: 生物复合材料;纳米结构;交错排布;梁-弹簧模型;长细比;屈曲;断裂;应力强度因子;有限元

摘要: 骨骼、牙齿和贝壳等生物材料是多级纳米复合材料,具有优异的力学性能。在纳米尺度上矿物质晶体错列镶嵌在柔软的蛋白质基质中,矿物质晶体具有很大的长细比。本文第一部分通过基于梁-弹簧模型的有限元研究大尺寸交错结构的屈曲行为。用Euler梁模拟矿物质晶体,并用一系列分布弹簧去等效蛋白质基质,考虑间断交错模型、 ...

作者: 徐志阳 (导师:季葆华)

学位名称: 硕士

出处: 北京理工大学宇航学院 2014

关键词: 分子动力学;霍利迪节;钙粘附蛋白;生物力学;构型变化;结合强度;刚度

摘要: 生物大分子如DNA和蛋白质在生命活动中起着至关重要的作用,它们是生命体维持正常生命机能不可或缺的物质。科研工作者从生物、化学、物理、力学等不同角度对其研究,探究其化学、物理等多方面性能,以实现在特定环境下对大分子进行人工干预与合成,从而达到疾病预防、控制的功效。最初的研究主要是通过实验方法,如利用原 ...

作者: Shijie He,Yewang Su,Baohua Ji (Biomechanics and Biomaterials Lab,School of Aerospace Engineering,Beijing Institute of Technology 10;Departments of Civil and Environmental Engineering and Mechanical Engineering,Northwestern Universit)

出处: 第五届中美生物医学工程暨海内外生物力学学术研讨会 2013

会议录: 第五届中美生物医学工程暨海内外生物力学学术研讨会论文集

季葆华教授简介



季葆华,男,1971年2月生于山东淄博。1993年西安交通大学涡轮机专业本科毕业,1998年西安交通大学涡轮机专业博士毕业(导师孟庆集教授)。1998年-2001年在中国科学院力学研究所师从王自强院士做博士后研究,从事颗粒和纤维增强复合材料本构关系的研究。2001年-2004年在德国马普金属研究所(斯图加特)做客座研究员,同当时国际知名的华人力学家高华健教授合作研究生物材料的微纳米力学与仿生力学。2004年8月加入清华大学航天航空学院工程力学系,任副教授,期间分别于Swinburune Universtiy of Technology、哥伦比亚大学、新加坡高新科技局等做访问学者。2008年11月调入北京理工大学宇航学院力学系,任教授,博士生导师,其主要研究工作发表在有影响的杂志上如PNAS, PRL, Nano Letters, Biophyical Journal等。


长期从事生物与仿生力学、细胞与分子力学等领域的研究工作。在仿生材料的力学建模和设计、细胞与分子力学行为的多尺度建模和实验研究等方面取得了原创性的学术成果,获得国际著名学者的高度评价。比如,在生物天然材料力学与仿生研究方面,提出了拉伸-剪切链模型(TSC),揭示了生物天然材料纳米结构的载荷分配规律。提出了材料“缺陷不敏感设计”和“结构细化设计”重要概念。这两个概念揭示了生物天然材料从纳米到宏观尺度自底向上的多级结构设计原理。此方面的工作在国际上产生了重要影响,这些理论已应用到先进复合材料的设计和合成研究中。在细胞与分子力学研究方面,提出了细胞与基底间作用的“牵引力-距离关系律(Traction-distance Law)”。揭示了细胞主动控制其与基底粘附的作用机制,以及细胞迁移的驱动力产生原理。发现了单分子键在超低速载荷作用下不再依赖加载速率的机理,并提出了新的力学模型,修正了单分子动力谱的经典理论,得到国内外同行的关注和认可。

【学术任职】
2010 - 2014 Molecular and Celluar Biomechanics,Regional editor(中国区)编委
2010 - Theoretical and Applied Mechanics Letter编委
2011 - 2015 Acta Mechanica Sinica特邀编委
2011 - 力学学报特邀编委
2007 - 2014 中国力学学会生物材料与仿生力学专业组,副组长
2008 - 至今 美国细胞生物学学会,会员
2008 - 至今 中国力学学会微纳米力学专业组,青年组成员
2009 - 至今 北京生物力学学会专业委员会,委员
2011 - 2015 中国力学学会副秘书长2010 - 至今 中国力学学会理事

2011 - 中国力学学会生物力学专业委员会,委员

2015 - 中国力学学会微纳米力学工作组,副组长
2015 - 中国力学学会青年工作委员会,  副主任委员
2014 - 中国力学学会生物力学专业委员会青年工作组,组长


【研究领域】
主要研究兴趣为生物材料的力学与仿生设计,细胞力学和分子生物力学。
在生物材料方向,主要研究两类生物材料。第一类是生物体材料,如骨头,牙齿,贝壳等,蜘蛛丝,木材等;第二类是生物表面材料,包括生物粘附材料,如壁虎黏附的粘附系统,还有生物去粘附系统,如荷叶和水黾的腿等。这些生物材料都具有从纳米到宏观的多级结构。研究这些生物材料的功能(强度、韧性、稳定性、粘附和自清洁等)与结构的关系,以及这些结构设计的力学原理。
细胞与分子生物力学是当今生物力学的主要前沿学科,也是力学学科的前沿学科,是一个充满挑战和机遇的交叉学科领域。我们的目标是在细胞和分子尺度,认识力和变形的关系,力-化耦合的规律,以及这些因素对人类健康和疾病的影响。

【获奖情况】
2006年入选北京市科技新星计划
2006年获国家基金委海外青年合作基金(杰青B)
2009年获中国力学学会青年科技奖
2010年获教育部新世纪优秀人才支持计划
2010年获国家杰出青年科学基金

【承担项目】
1 蛋白质分子链在受限空间下力学行为的分子动力学研究 国家自然科学基金委 2005/1-2005/12
2 生物天然材料的纳米结构、力学和仿生研究 国家自然科学基金委 2006/1-2008/12
3 国家973项目:材料介观性能的力学建模与数值表征 国家科技部 2004/9-2009/9
4 具有表面多级微结构的海洋生物防污涂层的研究 清华大学基础研究基金 2005/10-2007/10
5 回国留学人员启动基金:生物纳米复合材料的界面性质 国家教育部 2006-2008
6 国家自然科学基金委创新群体项目 国家自然科学基金委 2005-2008
7 基于表面微纳米结构的XXX涂料研究 中国人民解放军92857部队 2005-2007
8 国家自然科学基金海外青年学者合作研究基金 国家自然科学基金委 2007-2009
9 国家自然科学基金重点项目 国家自然科学基金委 2008-2011
10 海军十一五武器装备预研项目 总装 2007-2008
11 表面迟滞、湿粘附的力学建模与仿生研究 国家自然科学基金委 2009-2011

12 国家杰出青年科学基金,生物与仿生力学,国家自然科学基金委员会, 2011/1-2014/12

13 HIV-1 蛋白酶的动力学及其与药物分子作用的多尺度建模和模拟研究,高等学校博士学科点专项科研基金,2011-2013

14 具有表面多级微结构的仿生防污涂料技术研究,海装十二五预研,2013/6-2015/6

15 细胞粘附与迁移的力学行为及其定量关系研究, 国家自然科学基金委员会, 2014/1 - 2017/12