1引言

研究团队、制药业和医疗服务业已经认识到生命科学模拟系统的作用。在化学工程师和计算机辅助过程工程专家的帮助下，生物工程师可以使用这些方法来解决许多生理和医学问题。

2.仿真技术的研究进展

系统生物学应采用定量分析研究生命系统。原因是处理大量数据的需要。通过计算机仿真技术，学者们利用定量分析来处理临床问题，产生了一门名为系统医学的新学科。化学工程师长期参与生物学和生物医学的定量分析。Peppas和Langer认为，在20世纪60年代早期，化学工程师参与了生物医学工程。贝利和他的同事们开发了一种控制新陈代谢的方法，不仅可以用于生物制造技术，还可以用于其他生物问题。2005年，Solis和Stephanopoulos指出了纳米系统工程需要解决的问题。2006年，Doyle和Stelling回顾了使用计算机仿真技术来分析代谢网络的一些重要成果。2009年，Eissing、Chaves和Allgower使用仿真模型来分析细胞死亡。近年来，许多论文总结了计算机工程师和化学工程师在医疗系统中的作用。对于化学工程师，特别是工艺系统工程师来说，免疫系统是一个使用仿真技术的复杂系统，化学工程师可以研究免疫系统和病毒之间的相互作用。2004-2005年，Deem开发了一种利用计算机仿真技术研究病毒和疫苗引起的免疫反应的定量模型。2003年，Chakraborty研究了免疫系统细胞间的通信和免疫反应。2006年，Joly和Pinto认为HIV-1发病机制的数学模型优化了药物治疗方法。这种方法会导致药物设计和配方设计的改进。2007年，Yin提议将病毒作为研究病毒生长和传播时需要考虑时间和空间的影响的产品。可以预见，未来人们将利用生理模型和计算机技术设计最佳药物配方。为了有效地模拟，需要根据生物特性建立多种生理计算模型。几年前，学者启动了生理组计划（PhysiomeProject），目的是寻找人类和其他真核生物的计算模型。到目前为止，该计划主要关注使用CellML标准的细胞电生理学的数学模型。Cellml标准是一种采用细胞进程模型的生物理学模型标准。此外，SBML标准是一种能够识别生物过程的计算机可读标准。最近，一个名为虚拟生理学家的项目进一步促进了欧洲学者研究生物医学的建模和模拟。学者们开发了一些数据库来存储生物模型。两个重要的数据库是细胞模型系统和生物模型数据库，都建议使用Cellml标准和SBML标准。学者们可以利用这两个数据库来探索复杂的生命系统。生物模型在药物的使用中起着重要的作用，它不仅是一种常见的手段，而且对癌症和眼病的治疗也有特殊的贡献。2002年，Cstete和Doyle提出了生物反馈系统的逆向工程分析原理。2003年，Tyson、Chen和Novak回顾了一些生物控制模块的设计原理。

3简单系统的建模

2001年，Hangos和Cameron强调明确建立模型的目的。模型在总结现象的基础上，以计算机可接受的方式反映规律。建模是下一步模拟计算的基础。对于复杂的系统，建模是非常必要的。复杂的系统不可能设计出包含所有现象的实验，因为部分量是不可测量的，几种现象之间很难找到相互关系。虽然学者在测量基因和代谢方面取得了巨大的进展，但仍有许多生物量无法测量，即使有些可以测量，测量的准确性也不够高。以下例子是伦敦大学研究的一种模型，模拟血流变化时动脉壁内皮细胞的反应。血流变化刺激细胞产生化学信号，延长内皮细胞。在某些情况下，巨噬细胞增加在动脉壁上，最终导致动脉粥样硬化。动脉粥样硬化斑块的位置与血流变化的区域密切相关。并产生影响。学者们研究了两种模型来探索这种影响。第一个模型是细胞表面的血液模型，首先将细胞表面分解成许多不同的小三角形区域(0.4um），这个模型可以看作是斯托克斯公式的边界积分表达式，可以研究细胞在血流作用下的应力。模型二研究了力对细胞骨架的影响。开尔文体模型可用于保持细胞形状。它是一个由一个缓冲器和两个平行弹簧组成的粘性弹性系统。开尔文体代表一种将机械力转化为生化信号的细胞成分。这种生化信号会激活Src激酶，Src激酶会调节Rho激酶和GTP酶（Rac和Rho），Rho激酶和GTP酶可以控制细胞结构和形态。简单地展示了这个过程。这种模型可以解释很多现象，但仍有一些问题无法解释。例如，当涉及到体内细胞之间的通信时，这种模型并不适用。研究人员建立了一个复杂的模拟模型，涉及化学和机械领域，可以用来进一步研究各种生理和临床医学现象。