生物力学

课程编码：080101M05003H 英文名称：Biomechanics 课时：40 学分：2.00 课程属性：专业普及课 主讲教师：吕守芹等

生物力学是力学专业及与生命科学交叉领域硕士研究生的专业普及课程，主要由细胞生物力学-细胞力学与生物学耦合、分子生物力学-分子力学性质与反应动力学、分子生物力学-分子微观结构演化动力学等三部分组成。通过本课程的学习，使得学生能够了解力学对生命体的重要性及生物力学的基本内涵与研究意义，重点掌握细胞分子生物力学的主要研究方向和研究手段。并在此基础上通过讲授、讨论、文献阅读等授课方式，培养学生发现问题、提出问题及解决问题的能力，以及科学研究的综合能力。
要求：本课程授课过程要求考勤，并基于给定文献完成一次读书报告，并通过课程结束后的开卷考试。

大学物理，大学化学

第一章 细胞生物力学-细胞力学与生物学耦合 10学时 吕守芹
第1节 引言：生物力学发展历史及分子-细胞生物力学概况（了解生物力学的发展历史；重点掌握生物力学的定义、基本内涵与研究意义）
第2节 细胞力学及研究方法（了解细胞生物力学、分子生物力学研究基本的科学问题；重点掌握细胞的粘弹性特性以及相应的连续介质模型，以及测量细胞力学的典型实验方法。）
第3节 亚细胞力学及研究方法（了解细胞内的主要亚细胞结构；重点掌握三种细胞骨架的特征以及细胞核力学研究方法。）
第4节 细胞力学-生物学耦合及研究方法（了解细胞力学-生物学耦合研究的重要性；重点掌握细胞力学-生物学耦合研究中贯穿分子到细胞、从胞外到胞内、从力学到功能的研究思路。）
第5节 空间细胞生物力学与工程（了解空间细胞生物力学相比于地面细胞生物力学研究的主要差异；重点掌握空间生物力学研究的主要手段。）
第二章 分子生物力学-分子力学性质与反应动力学 14学时 章燕
第1节 分子力学概述（了解细胞、亚细胞、生物大分子基础，生物大分子性质及相互作用的必要性，了解分子生物力学的研究概况。）
第2节 单分子力学性质及主要理论（了解DNA、RNA弯曲、拉伸、折叠的测量及理论基础，掌握分子长度、弹性的测量及理论基础。）
第3节 分子二维和三维反应动力学测量及理论基础（了解分子的相互作用体系、二维和三维反应的特点，掌握分子二维和三维反应动力学测量的基本方法和理论，重点掌握小系统概率动力学模型理论及在分子解离测量中的应用。）
第4节 分子力学-化学耦合（掌握分子的力学-化学耦合模型、动力学力谱理论及其在分子反应动力学测量中的应用。）
第5节 分子二维反应动力学的调控（了解分子二维反应测量的复杂性，了解分子结合和解离测量中的各种物理因素对动力学测量的影响。）
第6节 分子力学实验技术（了解分子力学研究的典型技术，掌握其基本原理及其在定量测量分子二维相互作用中的应用。）
第7节 分子力学-化学耦合与细胞力学-生物学耦合（了解分子力如何影响细胞黏附、细胞迁移及免疫反应，掌握分子相互作用的力学-化学耦合和细胞生物学功能的关系。）
第三章 分子生物力学-分子微观结构演化动力学 14学时 吕守芹
第1节 引言：分子微观结构研究的必要性及其主要研究方法和思路（了解分子分子微观结构演化动力学研究对细胞分子生物力学研究的重要性和必要性；掌握分子变构动力学的概念。）
第2节 获得分子微观结构的主要实验方法及各自的局限性（了解分子微观结构研究的主要力学、光学、电学以及结构生物学研究方法；掌握各方法对于研究微观结构动力学的局限性。）
第3节 分子模拟主要方法介绍（了解分子结构预测、分子对接等分子模拟方法；掌握不同模拟方法的基本假设和作用。）
第4节 分子动力学模拟基本原理与应用（了解分子动力学模拟的作用；掌握分子动力学模拟方法的基本原理与在分子微观结构动力学研究中的关键要素。）
第5节 力学干预的分子动力学模拟方法及应用（了解常用干预分子动力学主要模拟方法；掌握SMD（Steered Molecular Dynamics）、TMD（Targeted Molecular Dynamics）等模拟方法的基本原理。）
第6节 其他分子动力学模拟方法介绍（了解量子-分子动力学耦合模拟、粗粒化模拟等方法的各自优势；掌握粗粒化模拟方法的基本思路。）
第7节 分子微观结构动力学与分子力学-化学耦合的关联（了解基于分子动力学模拟方法阐释分子力学-化学耦合规律的研究思路，以及分子动力学模拟方法在生物大分子结构-功能关系研究中的主要作用。）
第四章 考试 2学时 章燕
第1节 考试

吕守芹研究员，中科院力学所，邮箱：lsq@imech.ac.cn：

主要学术兴趣：生物大分子结构-功能关系。研究方向为生物大分子组装动力学及力学调控规律，主要运用实验测量及理论模拟手段，考察在重要生理、病理过程中起重要作用的生物大分子自组装及受体-配体相互作用的结构-功能关系。在Nanoscale、Mol Neurobiol、Polymer、J BiolChem、Biophys J等期刊上发表SCI论文40余篇。

章燕高级工程师，中科院力学所，邮箱：zhangyan@imech.ac.cn：

主要学术兴趣：分子生物力学与细胞力学生物学。研究方向为细胞-生物大分子的力学-化学（生物学）耦合，主要从事细胞-分子力谱-荧光谱耦合技术的研发，并在外力作用下蛋白质复合物（受体-配体键）结合和解离以及选择素-配体、整合素-配体介导的胞内信号转导方面开展实验研究。在FASEB J.、Biophys. J.、J. Biol. Chem.、J. Immunol.、PLoS One等杂志上发表SCI论文30余篇，EI论文3篇；授权发明专利6项，实用新型专利2项。