大脑是自然界中最复杂的信息处理和决策系统，是调控人体各种功能的中枢。脑组织将近80%的含水量使其成为身体中最脆弱的部分。目前，脑损伤已经成为威胁人类健康的重大疾病之一。然而关于脑组织的力学特性与损伤机理的研究有限，严重阻碍了脑损伤的有效防护、精确诊断和精准手术医疗，研究脑组织的力学行为对于研发大脑安全防护装置以及探索脑损伤和脑疾病治疗的新方法具有重要意义。　　脑组织的拉伸断裂强度小于10 kPa，切割过程易对其造成损伤。为获得脑组织准确的力学性能数据，无损切割得到脑组织（脑干、脑白质和脑灰质）试样是重要前提。与文献报道模具压制和手术刀具切割制备试样的方式不同，基于蚊子“无痛吸血”的启发，本文以带微纳米锯齿结构的金属丝为刀具并结合往复振动切割出形状规则的脑组织力学性能测试试样。该切割刀具表面具有疏水性，有效降低了与脑组织的黏附性。　　在不同应变率下（0.005/s,0.05/s,0.15/s）脑干的压缩表现出典型的粘弹性特征，傅立叶红外光谱分析（FT-IR）表明，脑干中存在的CO-NH2、COO―和PO2―等极性基团，将促进生物分子之间以及生物分子与水分子之间的相互作用。差示扫描量热分析（DSC）表明在加载过程中生物分子链的构型改变、重排等将引起能量耗散，使脑干表现出粘弹性。上述研究，从微观角度研究了脑干粘弹性的机理，建立了脑干宏观力学性能与其分子交互作用、有机官能团的联系。此外，通过Ogden、Fung和Gent三种本构模型对脑干压缩实验数据进行拟合，发现在低应变率下Ogden模型更能表现脑干的硬化现象。在脑白质和脑灰质不同应变率下（0.005/s,0.025/s,0.15/s,0.25/s）的拉伸实验中，白质比灰质表现出更大的刚度，在较高应变率（>0.005/s）下白质比灰质吸收更多的能量，而在低应变率（0.005/s）下灰质吸收更多的能量。为了理解白质和灰质粘弹性差异的原因，通过DSC和FT-IR对灰、白质进行分析，结果表明白质中强极性基团和氢键的存在强化了其生物分子间的交互作用，降低了生物分子的柔顺性，因此在生物分子构型改变过程中白质耗散的能量相对较低。　　基于脑组织的粘弹性力学行为测试以及在微纳尺度上的作用机理探讨，制备了与脑组织具有相似力学性能的水凝胶，可用于脑组织损伤修复和脑肿瘤等疾病治疗。该水凝胶由壳聚糖、透明质酸钠和甘油磷酸钠组成，在低温（4℃）下是液态，当注射到体内（37℃）时快速凝胶，而且具有生物相容性、可降解等特性。体外释药实验显示其兼具可注射性、pH敏感性、药物缓释性。