发现血液血浆具有可拉伸特性

血浆像液体一样流动,但在小尺度上具有番茄酱的稠度。这一新见解可以帮助研究人员更好地模拟血液在人体内的运动

本文最初由内部科学新闻服务发布。

(ISNS)-- 血液长期以来一直是研究的重点——但它仍然带来一些惊喜。一项新的研究表明,血浆(血细胞在其中流动的液体)在小尺度上的行为有点像固体。

血液是细胞悬浮在液体中的混合物。当它流动时,它会向身体的所有部位输送重要的氧气和营养物质。通过更好地了解血浆——一种主要由水组成的溶液,它运输红细胞和白细胞、血小板、盐、蛋白质和脂肪——研究人员可以更准确地模拟血液在人体内的运动,并利用这些信息来帮助开发人工替代品。


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在小尺度上,全血就像番茄酱一样,具有弹性。想想餐厅食客的祸害:玻璃瓶里的番茄酱。你摇啊摇瓶子,但像固体一样,顽固的物质拒绝移动。最后,番茄酱一下子进入流动模式,把盘子淹没在红色中。

科学家以前将这种行为归因于漂浮在血浆中的血细胞,而不是血浆本身。测试表明,血浆确实是一种正常的液体,没有表现出横向弹性。

然而,并非所有科学家都同意血浆是正常的这一假设。随着价格合理的高速摄像头的兴起,他们可以尝试新的血浆伸长弹性测试。其中一项实验,发表在《物理评论快报》上,表明血浆并不像曾经认为的那么简单。

德国萨尔布吕肯萨尔兰大学的研究人员缓慢地拉开两块夹着血浆的板,拉伸液体。他们的高速摄像机图像显示,两块板之间有一根细丝连接。这条细窄的线表明血浆是粘弹性的。

共同作者克里斯蒂安·瓦格纳说:“粘弹性意味着你同时拥有液体和固体的特性。”粘性和弹性的结合可以追溯到液体中长链状的分子。当血浆沿设定方向流动时,链会伸展开并改变方向,使其具有一定的类似固体的弹性。

瓦格纳说:“血浆的这种特殊行为与流动伸长有关。”当血液必须滑过狭窄的血管或挤过血栓时,流动伸长变得重要。为了测试这种情况,瓦格纳在宾夕法尼亚大学的合作者让血浆通过微流控装置运行。

他们建立了一个只有几十微米宽的小通道,相当于人类头发的尺寸,并让血浆流过这个微型通道。沿着它的长度的某一点,通道变窄,迫使血浆伸长以穿过间隙。随着流动延长,它的变化方式是复杂的粘性流体的特征,而不是普通流体的特征。

血浆的可拉伸行为只有在小尺度上才变得显著,但它仍然是预测血液运动的重要组成部分,尤其是在小毛细血管中。有了关于血液行为的准确信息,科学家可以创建特定患者心脏周围血液流动的三维模型,帮助医生评估动脉瘤的风险并计划更安全的手术。

瓦格纳说:“当然,要模拟这一点,你必须以最高的精度模拟血流的特性。”

有关血浆的最新信息还可以帮助制造人造血液的研究人员。

葡萄牙波尔图大学的化学工程师曼努埃尔·阿尔维斯说:“我认为这对那些有兴趣模拟血流的人,或者那些有兴趣开发类似解决方案的人,或者那些有兴趣开发血液替代品的人来说,都是一个重要的结果。”

阿尔维斯正试图开发最精确的血液类似物,但他的解决方案永远不会作为血液替代品进入人体。相反,他想模拟血液在异常条件下的流动方式,例如在存在血栓或异常血管的情况下。

阿尔维斯说:“在我们的例子中,我们只是想为流体力学实验找到一个好的替代品,这样我们就可以模仿疾病的发生并了解正在发生的事情。”

血浆新发现的可拉伸性可能不会很快导致更逼真的人体血液替代品。阿尔维斯指出,目前大多数血液替代品都侧重于在紧急情况下向身体输送氧气,而不是模仿血液的确切行为。但下一代可能更具雄心。

阿尔维斯说:“未来,人们将尽力模仿血液的特性。”“进化将我们带到了血液具有这些特性的地步,这不是偶然的——这是因为生理功能。”

Sophie Bushwick is tech editor at 大众科学. She runs the daily technology news coverage for the website, writes about everything from artificial intelligence to jumping robots for both digital and print publication, records YouTube and TikTok videos and hosts the podcast Tech, Quickly. Bushwick also makes frequent appearances on radio shows such as Science Friday and television networks, including CBS, MSNBC and National Geographic. She has more than a decade of experience as a science journalist based in New York City and previously worked at outlets such as Popular Science,Discover and Gizmodo. Follow Bushwick on X (formerly Twitter) @sophiebushwick

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