Energetic Phase Field Methods and Modeling in Biological Microstructures
生物微观结构中的能量相场方法和建模
基本信息
- 批准号:0807915
- 负责人:
- 金额:$ 10.98万
- 依托单位:
- 依托单位国家:美国
- 项目类别:Standard Grant
- 财政年份:2008
- 资助国家:美国
- 起止时间:2008-09-15 至 2011-08-31
- 项目状态:已结题
- 来源:
- 关键词:
项目摘要
WangDMS-0807915 During recent years, the energetic phase field approach hasemerged as a successful modeling and simulation method with manyadvantages in studying microstructure evolutions. The idea ofphase field methods is to introduce a set of phase fieldvariables to implicitly track the moving surfaces ofmicrostructures, which can be very complex and nonlinear. Inthis project, the investigator and his collaborators apply phasefield methods to study biological microstructures, especiallycell membranes. The project is mainly concerned with furtheranalysis on phase field methods, and the broadening ofapplications in studying the evolution of biologicalmicrostructures for which phase field methods and relatedconcepts can be used as a basis for more convenient or efficienttreatments. The project includes modeling, numerical methods,and theoretical analysis. The investigator studies some theoretic and algorithmicproblems in phase field methods that still remain unsolved orpartly unsolved today, such as asymptotic behavior of phase fieldvariables (which is related to the De Giorgi conjecture), theconsistency of the fluid coupled phase field model to the sharpinterface model, topological information retrieval formulations,and convergence and acceleration of some popular algorithms. Healso applies the theoretical results to the modeling andsimulation of some complex microstructure systems, especiallycellular adhesion and rolling in a shear flow, which can be usedin the study of blood flows. Cell motility is another complexbiological phenomenon that can be simulated using phase fieldmodels. Also considered is the simulation of acto-myosin drivencell oscillations, which can be applied to study cell divisionand migration, two of the most important functions of livingcells. Besides simulating some observed phenomenon, phase fieldmodels can also be applied to predict details of some structuresthat are not yet fully known, such as highly folded membranes.
WangDMS-0807915近年来,高能相场法作为一种成功的建模和模拟方法,在研究组织演变方面具有许多优点。相场法的思想是引入一组相场变量来隐式跟踪微结构的运动表面,这可能是非常复杂和非线性的。在这个项目中,研究人员和他的合作者应用相场方法来研究生物微结构,特别是细胞膜。该项目主要涉及对相场方法的进一步分析,以及在研究生物微结构演化方面的广泛应用,对于生物微结构的演化,相场方法和相关概念可以作为更方便或更有效治疗的基础。该项目包括建模、数值方法和理论分析。研究人员研究了相场方法中至今仍未解决或部分未解决的一些理论和算法问题,如相场变量的渐近行为(与De Giorgi猜想有关)、流体耦合相场模型与尖锐界面模型的一致性、拓扑信息检索公式以及一些流行算法的收敛和加速。他还将理论结果应用于一些复杂微结构系统的建模和仿真,特别是细胞在剪切流中的黏附和滚动,这可用于血液流动的研究。细胞运动是另一种可以用相场模型模拟的复杂生物学现象。还考虑了Acto-myosin DRIVENCEL振荡的模拟,它可以用于研究活细胞的两个最重要的功能--细胞分裂和迁移。除了模拟一些观察到的现象外,相场模型还可以用来预测一些尚未完全了解的结构的细节,例如高度折叠的膜。
项目成果
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