Abstract Objective To evaluate the biomechanical characteristics of grafts from three different anterior cruciate ligament (ACL) reconstructive surgeries and to determine which method is better at restoring knee joint stability. Methods A 31-year-old female volunteer was enrolled in the study. According to the magnetic resonance imaging of her left knee, a three-dimensional model consisting of the distal femur, proximal tibia and fibula, ACL, posterior cruciate ligament, medial collateral ligament and lateral collateral ligament was established. Then, the ACL was removed from the original model to simulate the knee joint after ACL rupture. Based on the knee joint model without the ACL, single-bundle ACL reconstruction, double-bundle ACL reconstruction, and flat-tunnel ACL reconstruction were performed. The cross-sectional diameters of the grafts were equally set as 6 mm in the three groups. The bone tissues had a Young’s modulus of 17 GPa and a Poisson’s ratio of 0.36. The ligaments and grafts had a Young’s modulus of 390 MPa and a Poisson’s ratio of 0.4. Six probes were placed in an ACL or a graft to obtain the values of the equivalent stress, maximum principal stress, and maximum shear stress. After pulling the proximal tibia with a forward force of 134 N, the distance that the tibia moved and the stress distribution in the ACL or the graft, reflected by 30 mechanical values, were measured. Results The anterior tibial translation values were similar among the three groups, with the double-bundle ACL reconstruction group performing the best, followed closely by the patellar tendon ACL reconstruction group. In terms of stress distribution, 13 out of 30 mechanical values indicated that the grafts reconstructed by flat bone tunnels had better performance than the grafts in the other groups, while 12 out of 30 showed comparable outcomes, and 5 out of 30 had worse outcomes. Conclusion Compared with traditional single-bundle and double-bundle ACL reconstructions, flat-tunnel ACL reconstruction has advantages in terms of stress dispersion. Additionally, flat-tunnel ACL reconstruction falls between traditional double-bundle and single-bundle ACL reconstructions in terms of restoring knee joint stability and is superior to single-bundle ACL reconstruction.

To quantify the impact of hybrid uncertainty (random and interval parameters) on the frequency-domain nonlinear dynamic response, the multi-scale method (MSM) and the random interval moment method (RIMM) are combined to establish a new uncertainty propagation analysis method, called the multi-scale random interval moment method (MS-RIMM). RIMM is used to describe the hybrid uncertainty, while MSM is used to determine the frequency-domain nonlinear dynamic response. The statistical characteristics (i.e., the expectation value and variance) of the amplitude-frequency response of the nonlinear system with hybrid uncertainties are derived. Furthermore, the accuracy and effectiveness of the proposed method are verified by comparing the results with those obtained using the multi-scale Monte Carlo simulation method (MS-MCSM). Overall, the results of this study can serve as a useful reference for the hybrid uncertainty propagation analysis of nonlinear systems and for predicting the frequency-domain nonlinear dynamic response.

Land surface temperature (LST) is a critical indicator of the earth’s surface environment, which has significant implications for research on the ecological environment and climate change. The influence of terrain on LST is complex due to its rugged and varied surface topography. The relationship between traditional terrain features and LST has been comprehensively discussed in the literature; however, terrain blockage has received less attention and could influence LST by hindering the redistribution of heat energy in mountain regions. Here, we investigate the influence of terrain blockage on the spatiotemporal variation in LST in mountain regions. We first propose a terrain feature framework to characterize the effect of terrain blockage from the perspective of heat energy redistribution and then adopt a random forest model to analyze the relationship between terrain blockage features and LST over a whole year. The results show that terrain blockage significantly influences the spatial heterogeneity of LST, which can be effectively simulated based on terrain blockage features, with a mean deviation of less than 0.15 K. Terrain blockage has a more pronounced influence on LST during the four months from June to September. This influence is also more evident during nighttime than daytime. Regarding LST in mountain regions, local terrain blockage features have a greater influence than global terrain blockage features. In spatial terms, the influence of terrain blockage on LST is uniform. Moreover, the diurnal variation in LST can also be effectively simulated based on terrain blockage. The contribution of this study lies in the finding that terrain blockage can influence the spatiotemporal variation in LST through the process of heat energy redistribution. The terrain blockage features proposed in this study may be useful for other studies of the ecological environment in mountain regions.

Orbital angular momentum (OAM) entangled photon pairs with narrow bandwidths play a crucial role in the interaction of light and quantum states of matter. In this article, we demonstrate an approach for generating OAM entangled photon pairs with a narrow bandwidth by using a single driving beam in a 85 Rb atomic vapor cell. This single driving beam is able to simultaneously couple two atomic transitions and directly generate OAM entangled biphotons by leveraging the OAM conservation law through the spontaneous four-wave mixing (SFWM) process. The photon pairs exhibit a maximum cross-correlation function value of 27.7 and a linewidth of 4 MHz. The OAM entanglement is confirmed through quantum state tomography, revealing a fidelity of 95.7% and a concurrence of 0.926 when compared to the maximally entangled state. Our scheme is notably simpler than previously proposed schemes and represents the first demonstration of generating subnatural-linewidth entangled photon pairs in hot atomic systems.

Abstract Aim To achieve glucose‐activated transcriptional regulation of insulin analogue in skeletal muscle of T1D mice, thereby controlling blood glucose levels and preventing or mitigating diabetes‐related complications. Materials and Methods We developed the GANIT ( G lucose‐ A ctivated N FAT‐regulated I NSA‐F T ranscription) system, an innovative platform building upon the previously established intramuscular plasmid DNA (pDNA) delivery and expression system. In the GANIT system, skeletal muscle cells are genetically engineered to endogenously produce the insulin analogue INSA‐F ( Ins ulin A spart with F urin cleavage sites). The transcription of INSA‐F is precisely controlled by a glucose‐responsive promoter containing NFAT (Nuclear Factor of Activated T‐cells) regulatory motifs, which can be activated in response to changes in extracellular glucose concentrations. This design enables glucose‐dependent regulation of insulin analogue expression, mimicking physiological glucose‐responsive insulin secretion. Results T1D mice that received two GANIT treatments over a 2‐month experimental period demonstrated significant improvements in glucose homeostasis, glucose tolerance and glycated haemoglobin (HbA1c) levels. Additionally, the treatment effectively reduced oxidative stress and alleviated cardiac and renal fibrosis, while maintaining a favourable biosafety profile. Conclusion The GANIT system provides significant advantages in terms of efficiency, convenience and cost‐effectiveness, making it a promising approach for regulating blood glucose levels and alleviating diabetes‐related complications in insulin‐deficient diabetes.