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车祸、爆炸、运动甚至日常跌倒所引起的脑组织损伤越来越受到关注,这极大的促进了脑组织性能的研究进展。脑组织性能的研究对机器人辅助手术、外科医生培训以及大脑防护装置的研发具有指导意义。而准确获得脑组织力学性能是这项研究的前提。目前人们已经开展了大量关于脑组织的离体性能实验,结果表明脑组织具有粘弹性,但遗憾的是不同文献的实验数据差异巨大,其原因值得探究。 生物组织离体后的保存时间和温度可能会显著影响脑组织的力学性能。但由于不同文献中的实验数据和解释存在差异,使得保存时间和温度无统一的标准。目前,常用的保存温度约为1-4℃,而时间少则几个小时,多则几天。然而,到目前为止,还未有文献报道在这个温度下的保存时间是否会影响脑组织的力学性能以及相关生物学机制。 我们通过差示扫描量热法(DSC)和单轴压缩实验分别从分子水平和宏观力学层面研究了低温(1℃)保存时间对脑组织性能的影响。DSC主要是测量脑组织的变性温度和热焓的变化情况,其中变性温度是指样品发生相变的温度值,热焓是指样品相变时能量的变化。实验结果表明,在没有任何生物体液保存的情况下,在1℃保存的时间越长,其变性温度越低,其热焓(吸热)也越低。变性温度与组织的力学强度有关,变性温度越低,其强度越低。热焓则表示组织吸热能力的强弱,热焓变小,说明生物组织吸收的能量也变少,结构破坏得更严重。单轴压缩实验也证实了随着时间的增加,组织的强度变差。本文还通过 DSC的实验分析排除了冰晶对组织造成破坏的可能性。通过光镜和透射电镜切片分析,从细胞层面揭示了脑组织的变化机理。光镜分析表明,随着保存时间的增加(0-14 h),细胞核会先固缩,最后溶解。电镜分析显示,随着时间的延长,髓鞘会发生退化,线粒体会出现空泡现象。 本文的研究结果为脑组织离体低温保存提供了一定的参考数据。