转：【深海液只是科幻？】深海液在对抗高加速度的问题上 ...

首先解释一下题目：深海液（，又称为深海加速液（参见《三体》），这种液体含氧量十分丰富，经过训练的人员能够在液体中直接进行呼吸，在呼吸过程中，液体充满肺部，再依次充满各个脏器。很多科幻作品中都有类似的概念。

下面是我对原题的解答：

=============================分割线，原题答案=========================================

怎么没有人提深海液、LCL什么的？

具体说就是在盔甲中灌装液体，将人体完全浸泡在液体环境中（包括肺部、呼吸道和其他人体脏器），这种液体应该能直接为人体提供氧。这样，在控制好渗透压的条件下，人体体液、细胞将与深海液融合。

这种方法填充了人体和盔甲之间的空隙（也包括人体本身的空隙），将质量分布均匀化，优化受力结构；并且液体很难被压缩，这样可以大大降低高加速度下人体组织的形变（人体不能承受高加速度的原因主要是组织的形变），可以极大地提高人对高加速度的耐受（深海鱼类能生活在高压环境中就得益于其身体内部的水与外界压强抵消；物体在受到深海中水压的情况和在高加速度情况下的物理本质类似，都是压力导致形变的问题）。

下面我们看看在多大的加速度下细胞不会因为沉淀作用而破裂：
我们考虑生物学中的离心分离法。以TD5A-WS离心机为例http://detail.1688.com/offer/1285856208.html，它的最大转速5500rpm，最大相对离心力（RCF）5310g，根据公式(5500*2*PI/60)^2=5310*g/R，计算得出离心机的转子半径R=0.157m，通常在1000~1500rpm的转速下离心20min收集活细胞，这里取1000rpm，(1000*2*PI/60)^2=RCF*g/R，得出此时的相对离心力RCF=174g。也就是说在174g的加速度下20min（抵御一次冲击足够了），细胞不会发生破裂。

这张图差不多印证了我的计算http://www.bbioo.com/experiment/18-2360-1.html（可惜没找到动物细胞的数据）

综上，在100多倍左右重力加速度的情况下，细胞在溶液中不会破裂。所以深海液的方案还是有很大应用空间的。

几点补充：

1、深海液，又称为深海加速液，参见《三体》：当（飞船）处于最高推进功率时，飞船的加速将达到120G，所产生的超重是正常状态下人体承受极限的十多倍，这时就要进入深海状态，即在舱室中注满一种叫“深海加速液”的液体。这种液体含氧量十分丰富，经过训练的人员能够在液体中直接进行呼吸，在呼吸过程中，液体充满肺部，再依次充满各个脏器。

2、LCL，LINK CONNECTED LIQUID，参见EVA，是一种注入EVA驾驶舱内的黄色，有血腥味的粘稠液体，其成分与原始海洋类似。驾驶员搭乘后，由电核重组分子，将驾驶员的神经和EVA连接，向驾驶员肺部直接提供氧气。同时，还可以在战斗中减缓物理攻击，隔绝精神污染，担负生命维持的任务。

3、深海液在上世纪上半叶就有人提出，当时是为了解决深海潜水的抗压问题，但是由于技术条件的限制没有实现。

4、1966年，美国科学家利兰·克拉克发现不慎落入氟碳化物（二氟丁基四氢呋喃?)溶液中的老鼠依然可以存活，原来这种溶液的溶氧能力特别强，大约为水的20倍，小鼠可以自由的在溶液中“呼吸”，以此为idea，人们进一步发明了人造血液，并在1979年首次在临床上取得成功。可以说这种人造血液实现了深海液的一部分功能。

=============================原题答案结束=============================================

首先明确人体为什么不能忍受高加速度：
1、人体上下方向的加速度对血液循环的破坏是最大的，人体向上加速，大脑、眼睛会缺血，缺氧，短时会引起盲视，时间过长会导致脑组织损伤以及导致失明；人体向下加速，大脑、眼睛会充血，组织结构会受到损伤。
2、人体前后方向的加速度影响最大的是人的肺部，向前加速时，胸前肌肉和骨骼会在加速度的作用下压迫肺部，导致呼吸困难。
3、人体能承受的最大加速度在10g左右。更高的加速度除了1、2两点外会直接造成人体结构形变，直接撕裂或压扁人体。

下面是受力分析：
考虑一个充满水的气球，放在一个盒子里，盒子的结构足够坚固，气球与盒子之间有空隙。将装置从楼上扔下，落地瞬间，可以看到，侧面一点受到向下的惯性力，并且没有支撑。那么气球将产生很大的形变，很容易破裂。（这里的g不一定只是一个重力加速度）

如果将盒子内部充水，让气球浸泡在水中，由于水难以被压缩，可以在受惯性力处给予支持，大大减小形变。

对于人体血液循环系统用下面的图模拟，一根刚性的管子，上下套上气球内部充水。可以看到，在外界有液体的情况下，气球受力平衡，不会破裂（模拟人眼球充血情况）。


以上分析指出，液体环境可以有效防止其中的弹性物体在高加速度下发生形变。

对于细胞在高加速度下发生沉淀的情况，原题回答已有分析，结论是在100多倍重力加速度的情况下，细胞结构不会被破坏。

那么既然细胞结构不被破坏那么细胞在溶液中的沉淀会造成人体的损伤吗？当然会，但是这种损伤的程度是有限的：在150g下离心20min才可将细胞沉淀。而且这里用的是细胞悬浮液，人体结构中的细胞可不是像悬浮液中的那样松散的。当然，定量的分析我现在没有数据。

==================================分割线============================================

关于计算破碎细胞所需的加速度的部分，欢迎大家提供更详细的数据。


转帖：http://www.guokr.com/post/553628/


首先解释一下题目：深海液（，又称为深海加速液（参见《三体》），这种液体含氧量十分丰富，经过训练的人员能够在液体中直接进行呼吸，在呼吸过程中，液体充满肺部，再依次充满各个脏器。很多科幻作品中都有类似的概念。

下面是我对原题的解答：

=============================分割线，原题答案=========================================

怎么没有人提深海液、LCL什么的？

具体说就是在盔甲中灌装液体，将人体完全浸泡在液体环境中（包括肺部、呼吸道和其他人体脏器），这种液体应该能直接为人体提供氧。这样，在控制好渗透压的条件下，人体体液、细胞将与深海液融合。

这种方法填充了人体和盔甲之间的空隙（也包括人体本身的空隙），将质量分布均匀化，优化受力结构；并且液体很难被压缩，这样可以大大降低高加速度下人体组织的形变（人体不能承受高加速度的原因主要是组织的形变），可以极大地提高人对高加速度的耐受（深海鱼类能生活在高压环境中就得益于其身体内部的水与外界压强抵消；物体在受到深海中水压的情况和在高加速度情况下的物理本质类似，都是压力导致形变的问题）。

下面我们看看在多大的加速度下细胞不会因为沉淀作用而破裂：
我们考虑生物学中的离心分离法。以TD5A-WS离心机为例http://detail.1688.com/offer/1285856208.html，它的最大转速5500rpm，最大相对离心力（RCF）5310g，根据公式(5500*2*PI/60)^2=5310*g/R，计算得出离心机的转子半径R=0.157m，通常在1000~1500rpm的转速下离心20min收集活细胞，这里取1000rpm，(1000*2*PI/60)^2=RCF*g/R，得出此时的相对离心力RCF=174g。也就是说在174g的加速度下20min（抵御一次冲击足够了），细胞不会发生破裂。

这张图差不多印证了我的计算http://www.bbioo.com/experiment/18-2360-1.html（可惜没找到动物细胞的数据）

综上，在100多倍左右重力加速度的情况下，细胞在溶液中不会破裂。所以深海液的方案还是有很大应用空间的。

几点补充：

1、深海液，又称为深海加速液，参见《三体》：当（飞船）处于最高推进功率时，飞船的加速将达到120G，所产生的超重是正常状态下人体承受极限的十多倍，这时就要进入深海状态，即在舱室中注满一种叫“深海加速液”的液体。这种液体含氧量十分丰富，经过训练的人员能够在液体中直接进行呼吸，在呼吸过程中，液体充满肺部，再依次充满各个脏器。

2、LCL，LINK CONNECTED LIQUID，参见EVA，是一种注入EVA驾驶舱内的黄色，有血腥味的粘稠液体，其成分与原始海洋类似。驾驶员搭乘后，由电核重组分子，将驾驶员的神经和EVA连接，向驾驶员肺部直接提供氧气。同时，还可以在战斗中减缓物理攻击，隔绝精神污染，担负生命维持的任务。

3、深海液在上世纪上半叶就有人提出，当时是为了解决深海潜水的抗压问题，但是由于技术条件的限制没有实现。

4、1966年，美国科学家利兰·克拉克发现不慎落入氟碳化物（二氟丁基四氢呋喃?)溶液中的老鼠依然可以存活，原来这种溶液的溶氧能力特别强，大约为水的20倍，小鼠可以自由的在溶液中“呼吸”，以此为idea，人们进一步发明了人造血液，并在1979年首次在临床上取得成功。可以说这种人造血液实现了深海液的一部分功能。

=============================原题答案结束=============================================

首先明确人体为什么不能忍受高加速度：
1、人体上下方向的加速度对血液循环的破坏是最大的，人体向上加速，大脑、眼睛会缺血，缺氧，短时会引起盲视，时间过长会导致脑组织损伤以及导致失明；人体向下加速，大脑、眼睛会充血，组织结构会受到损伤。
2、人体前后方向的加速度影响最大的是人的肺部，向前加速时，胸前肌肉和骨骼会在加速度的作用下压迫肺部，导致呼吸困难。
3、人体能承受的最大加速度在10g左右。更高的加速度除了1、2两点外会直接造成人体结构形变，直接撕裂或压扁人体。

下面是受力分析：
考虑一个充满水的气球，放在一个盒子里，盒子的结构足够坚固，气球与盒子之间有空隙。将装置从楼上扔下，落地瞬间，可以看到，侧面一点受到向下的惯性力，并且没有支撑。那么气球将产生很大的形变，很容易破裂。（这里的g不一定只是一个重力加速度）

如果将盒子内部充水，让气球浸泡在水中，由于水难以被压缩，可以在受惯性力处给予支持，大大减小形变。

对于人体血液循环系统用下面的图模拟，一根刚性的管子，上下套上气球内部充水。可以看到，在外界有液体的情况下，气球受力平衡，不会破裂（模拟人眼球充血情况）。


以上分析指出，液体环境可以有效防止其中的弹性物体在高加速度下发生形变。

对于细胞在高加速度下发生沉淀的情况，原题回答已有分析，结论是在100多倍重力加速度的情况下，细胞结构不会被破坏。

那么既然细胞结构不被破坏那么细胞在溶液中的沉淀会造成人体的损伤吗？当然会，但是这种损伤的程度是有限的：在150g下离心20min才可将细胞沉淀。而且这里用的是细胞悬浮液，人体结构中的细胞可不是像悬浮液中的那样松散的。当然，定量的分析我现在没有数据。

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关于计算破碎细胞所需的加速度的部分，欢迎大家提供更详细的数据。


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