王建凱教授
十分感謝李志中教授與劉建豪副教授給予這個寶貴的機會，建凱感到很榮幸能向機械系大家庭做研究領域與實驗室介紹，以及分享敝人從事固體力學研究的拙見，還望各界先進不吝賜教。
基於理論力學，可以透過對應各種環境條件控制之系統機械響應分析來引導實驗設計，而計算分析結果亦不可避免地需要實驗測試來驗證理論之適切性；因此敝人之實驗室 – 生物微觀力學實驗室（Biomicromechanics Laboratory）從事的研究活動綜括理論、實驗和計算力學之研究，而研究領域涵蓋：生物微觀力學、流固耦合力學、工程設計力學、微流體技術與生物原子力顯微術等，曾受行政院科技部與中央研究院委任執行之研究計畫有：「考慮外力不確定性於固體拓撲與結構型式之最佳設計力學研究」、「應用微流體於細胞異向性力學性質逆問題之研究」、「應用微流體與原子力顯微術於細胞異向性之力學性質研究」、「應用非線性有限元素分析於細胞介觀尺度之力學性質研究」、「應用原子力顯微術於細胞異向性之力學性質研究」以及「應用有限元素軟體 ABAQUS 於流固耦合力學分析之平台開發」等；實驗室的主要研究目標是，通過微觀尺度的力學研究，為傳統化學與醫學無法觸及或解析之生命科學及臨床醫學課題，提出令人興奮的力學機理與可預測的數學解析模型，除了致力於新式力學理論開發之外，更期能做為細胞層級相關精密機械工程技術研發之重要參考。
於橫跨固體力學和細胞生物學之生物微觀力學研究領域中，本實驗室主要研究在各種不同物理與化學微環境下，生命體的基本單元–「細胞」對應於外界刺激之機械響應機制，且此力學機制可做為細胞發揮生理感知與週期功能之重要指標。
以下對敝人近年於生物微觀力學之相關研究成果，逐一做簡要介紹：
一、融合流固耦合機制與液晶彈性細胞力學之新式有限元素分析方法研究
考慮具脂雙層晶格結構特性之細胞膜，並探就含有具有分子極性向列式肌動蛋白絲高分子溶液之細胞質材料，肌動蛋白於生理上負責提供細胞運動功能與動力來源，故基於向列式液晶材料組成律之連體力學理論，推導出介觀尺度之融合流固耦合機制與液晶彈性細胞物理模型，並發展出相關新式有限元素分析與計算方法。
二、活體細胞異向性楊氏模數量測之新式微流體術開發
在各種生理活動中，細胞在面對基質變形時會沿其面內方向承受應力，為研究正常或疾病狀態下各種轉化過程中的活細胞層彈性特性變化，故本研究主題致力發展量測活體細胞層的面內彈性之微流體術，核心精密機械技術為將微米尺寸之壓力傳感器嵌入至微流體裝置中，實驗結果證實細胞體明顯地具有各向異性彈性之力學特性，此新式微流體術對於基礎生物和醫學研究，可提供研究細胞物理性質之一有力工具。
█ 圖一：融合流固耦合機制與液晶彈性細胞力學之新式有限元素分析方法研究
█ 圖二：活體細胞異向性楊氏模數量測之新式微流體術開發
三、應用原子力顯微術於活體細胞形貌與非流動性生物凝膠聚合物彈性模數之量測
本研究主要核心主題包括各向異性彈性之接觸力學理論推導、細胞影像點之原子力曲線量測與細胞力學解析模型發展，在符合不同的環境荷載與生理條件下，除正確地分析細胞受力與變形行為，以及預測細胞結構體彈性場域，其中為模擬肺纖維化過程，施予細胞生長因子藥物（TGF–beta），以研究細胞病理對於彈性變化的影響，期能提供科學家製藥以及醫生臨床投藥與新式療法開發之重要參考。
█ 圖三：應用原子力顯微術於活體細胞形貌之量測
█ 圖四：應用原子力顯微術於非流動性生物凝膠聚合物彈性模數之量測
四、固體系統於不確定荷載之最佳設計力學研究
在各種物理、化學與生物環境中，具有特定材料分佈之固體系統於穩態變動負載過程中，自然地經歷各自由度之極值變形；因此，於開發性能導向工程產品循環之初始設計階段，設計策略必須考慮對應各環境負荷之極值變形響應，以生產出能夠全面地具有最佳服務性能之工程系統；然而大多數應用於尋找最具效率材料分配方式之拓撲最佳設計方法，皆針對確定之載荷條件，以數值演算方法成功地求解出最佳之固體介質分佈。
█ 圖五：固體系統於不確定荷載之最佳設計力學研究
結語：固體力學一直在工程與科技突破上扮演重要的角色，然而由於細胞結構的組成單元複雜性與機械性質異向性，造成我們雖瞭解許多連體力學理論以及細胞生理現象，尚無法充分地相互關連與應用，以解釋特殊生物物理現象背後之機制與學理；緣此，本實驗室致力於連接固體力學理論以及生醫科學研究，乃至精密機械與顯微術實驗，打造創新研究之整合平台，為固體力學之教育學術與研究發展，進而對國家於精準醫療與生醫製藥之前沿機械工程與相關科學技術，謙盡一己之力並做出具體貢獻。
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