文档介绍：中国工程热物理学会传热传质学
学术会议论文编号:123346
低温保存对关节软骨应力松弛性能的影响
胥义*,邹金成,吕娅,孙慧君
(上海理工大学生物系统热科学研究所,上海 200093)
(Tel: 021-55271167, E-mail: xu_hongyi@)
摘要:利用动态热机械分析仪(DMA)研究了低温保护剂(DMSO、甘油、丙二醇),不同浓度的低温保护剂(10%V/V、30%V/V、60%V/V)以及两种降温速率(1℃/min和20℃/min)对猪关节软骨应力松弛的影响。研究结果表明: (1)无低温保护剂的保护,样品的主松弛时间快速减小,经20℃/min的样品松弛速度(主松弛时间为24s)比1℃/min的松弛速度(主松弛时间为33s)要快一些,但都明显小于新鲜(主松弛时间为468s);(2)一旦添加低温保护剂后,快速降温更有利于保护关节软骨力学性能,且浓度越高,这种效果越明显,如60%DMSO在20℃/min的样品松弛速度(主松弛时间为300s)比1℃/min的样品松弛速度(主松弛时间为92s)要慢得多;(3)在甘油、丙二醇和DMSO三种低温保护剂中,甘油在低浓度时的保护效果明显优于其它两种,但在高浓度区域DMSO的保护效果更好,这是与其中官能团的水合能力是有关系的。
关键词:关节软骨;低温保存;应力松弛;动态热机械分析仪
0 引言
关节软骨能为关节活动提供低摩擦、低磨损和吸收力学冲击等重要功能。由于关节软骨没有血管、神经和淋巴管提供营养,其自身修复能力很差,所以一旦损伤后,常常引发各种关节疾病,严重影响着人们的生活质量[1]。软骨移植是修复关节软骨损伤的一种非常可靠的治疗手段,而有限的关节软骨供体来源及其保存问题,一直是制约关节软骨移植手术得以推广的主要原因。近年来,国内外许多学者都在探索关节软骨的低温保存技术[2-7],期望能成功建立关节软骨低温保存组织库,为临床应用提供丰富的材料来源,同时也便于医生有足够的时间,进行术前更准确的尺寸和形状匹配以及充分的病毒学和细菌学检测等工作[8]。但Muldrew等的研究发现,低温冷冻软骨移植后出现了软骨组织纤维化,软骨基质断裂,以及机械力学性能显著降低[9-11]。程杰平等也发现病变的关节软骨各项力学性质指标均明显低于正常组[12]。Jomha曾将用于羊关节软骨上还算比较成功的低温保存方案应用在人关节软骨的保存时,发现效果并不理想[13]。
由此看来,尽管人们针对关节软骨进行了大量的深入研究,但从临床应用的角度来讲,人类关节软骨的低温保存技术远未成熟,低温保存过程中的诸多损伤机理有待进一步探索和研究。从现有的文献调研来看,有关关节软骨低温保存过程中的生物力学性能变化的研究还很少,其生物力学性能的低温损伤机理至今不明确,这也是目前关节软骨组织尚未完全成功保存的重要原因之一。
为此,我们采用动态热机械分析法(DMA),系统研究低温保护剂种类、浓度以及降温速率等对冷冻关节软骨应力松弛的影响,有助于深入认识关节软骨低温保存过程中的生物力学性能损伤机理。
1材料与方法
实验采用的动态热机械分析仪为DMA-Q800 (TA,美国)。根据试验需要,采用静态压缩模式, N,在37 ℃恒温的环境下进行测试。
实验采用的程序降温装置为自制程序降温仪,其工