1．目的及意义

血液流动中血管壁上的细胞粘附是人体内常见且复杂的生物物理过程。这个过程在许多生理和病理学中至关重要（如炎症反应、癌转移、淋巴细胞归巢、伤口愈合和干细胞归巢）。但目前对细胞在血管壁上粘附和分离的物理机制尚不清楚。

白细胞是人体免疫功能的重要组成成分。研究剪切流作用下白细胞粘附机制是理解白细胞在人体免疫功能中作用机理所必需的。白细胞在人体抵抗疾病的时起到重要作用。当病菌侵入人体体内时，白细胞自身发生相应的变形，从而穿过血管壁集中到达病菌入侵部位，起到相应的免疫作用。在这一过程中，白细胞在血管壁上粘附和分离的效率对病菌的免疫功能有很大的影响。

近期，人们对于白细胞的粘附和分离的研究越来越重视。人们通过实验和模拟发现白细胞的粘附受到多种因素的影响，但普遍认为剪切力是影响白细胞粘附的关键因素。数学建模因具有相对简单、成本低、效率高等特点已经成为一种研究生物物理过程中物理机制的有利工具。多相流模拟计算技术的最新发展使得能够对微流体中细胞粘附的复杂流体过程进行理论研究，利用计算流体力学来研究剪切流作用下的白细胞粘附无疑是一种有效的方法。目前国内外已经提出了许多数学方法（如，前向跟踪法、水平集法、VOF方法、微粒建模法等）来研究细胞特性、流动条件等对微流道中细胞的粘附和分离的影响。用颗粒建模方法可以较好地模拟正常尺寸通道中的细胞运动，然而这种方法不适用于微通道流动中的细胞运动，它无法模拟细胞核、细胞膜和细胞质对细胞粘附的影响。水平集方法和VOF方法非常相似，都是使用特定的函数来捕获界面的运动。不同之处在于界面的水平集函数要比体积分数函数光滑得多，使得利用水平集函数计算界面的局部曲率、表面张力等几何性质更加容易。这两种方法面临的主要挑战包括处理尖锐的界面、弹性膜和细胞之间的相互作用。尽管如此，这些挑战可以通过使用前向跟踪法来解决，该方法能够模拟细胞膜的弹性特性（甚至细胞膜上的微绒毛）和细胞之间的相互作用。同时，也已经建立了各种理论模型，如模拟血液流动中细胞变形的模型（如胶囊模型、简单液滴模型和混合液滴模型）来模拟复杂条件下细胞的变形，一些粘附模型（如粘附动力学模型）用来计算细胞在血管壁上的粘附力。

随着计算机技术和图像处理技术的快速发展，利用计算流体技术可以更好地模拟在剪切流作用下白细胞粘附的机理，为我们更好地理解其潜在的物理机制提供了有利的途径。

综上所述，对剪切流作用下粘附机制的研究具有深远意义。本课题将进一步完善剪切流作用下白细胞粘附的理论模型，并通过ANSYS FLUENT进行仿真，进一步探索其生物物理意义。{title}

2. 研究的基本内容与方案

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基本内容

1.基于流体力学理论知识，分析单个白细胞在剪切流作用下粘附时的影响因素，对此状态下单个白细胞的运动状态和受力情况进行合理分析，得到在此环境下白细胞粘附于血管壁的临界条件。进一步了解剪切流作用下的白细胞的粘附机制。

2.基于计算流体力学方法，根据由流体力学理论推导的剪切流作用下的白细胞粘附机制建立相应计算模型，得出白细胞在剪切流作用下从血管壁粘附状态逐步脱离到完全脱离状态的力学响应，进一步理解白细胞在这一过程的变化状况及其生物物理机制。