低温保护剂和降温速率对猪关节软骨压缩杨氏模量的影响

利用动态热机械分析仪(DMA),研究了3种低温保护剂(DMSO、甘油、丙二醇)、4种不同低温保护剂浓度(10%V/V、30%V/V、60%V/V、80%V/V)以及两种降温速率(1℃/min和20℃/min)对猪关节软骨杨氏模量的影响。研究结果表明:在相同的低温保护剂浓度条件下,样品经DMSO处理过的杨氏模量最大,甘油的次之,丙二醇的最小,这是由3种保护剂官能团的水合作用所决定的;随着低温保护剂浓度的增加,杨氏模量也增加,如降温速率为20℃/min时,10%甘油的杨氏模量为1.68 MPa,30%甘油的杨氏模量为2.15 MPa,60%甘油的杨氏模量为2.97 MPa,其它两种低温保护剂也是呈同样的趋势;较慢的降温速率更有利于关节软骨生物力学特性的保存,如新鲜关节软骨的杨氏模量为2.53 MPa,当丙二醇浓度为60%、降温速率为1℃/min时的杨氏模量为2.38 MPa,20℃/min时的杨氏模量为2.25 MPa,其他两种低温保护剂也呈同样的趋势。     

冻干保护剂和预冻结速率对猪关节软骨压缩杨氏模量的影响

探索冻干保护剂的种类、浓度以及预冻结速率等对猪关节软骨力学性能的影响.采用动态机械热分析仪(DMA)的压缩模式,研究预冻结速率为1、10、20℃/min,不同体积百分比浓度[10％、20％、30％、40％、50％、60％、80％ (V/V)]二甲亚砜(DMSO)、甘油和丙二醇作为保护剂及对猪关节软骨压缩杨氏模量的影响.研究结果表明:1)经中低浓度[小于40％ (V/V)]冻干保护剂处理样品的杨氏模量随冻干保护剂浓度的增大而增大,而高浓度范围内[大于40％(V/V)]随冻干保护剂浓度的增大而减小,如:预冻结速率为1℃/min时,经浓度为10％ (V/V)DMSO处理样品的杨氏模量为1.412 MPa,30％ (V/V) DMSO为2.031 MPa,40％(V/V) DMSO为2.331 MPa,50％(V/V) DMSO为2.227 MPa,60％ (V/V) DMSO为1.991 MPa,80％ (V/V) DMSO为1.868 MPa;2)经中低浓度[小于40％ (V/V)]冻干保护剂处理的样品采取慢速预冻结速率对于保护冻干关节软骨的杨氏模量效果最好,如:预冻结速率为1℃/min时,经浓度为40％ (V/V) DMSO处理样品的杨氏模量为2.331 MPa,预冻结速率为10℃/min时,杨氏模量为2.151 MPa;3)在一定浓度范围内[即大于30％ (V/V)且小于60％(V/V)],相同浓度下样品经DMSO处理的杨氏模量最大,甘油次之,丙二醇的最小.     

兔胸主动脉冻结相变膨胀过程的TMA实验研究

为了定量地研究兔胸主动脉在冻结相变温区的膨胀情况，本研究采用热机械分析仪(TMA)分别研究了低温保护剂(CPA)和冻结速率对兔胸主动脉冻结相变过程中膨胀的影响，研究结果表明：(1)10℃／min降温速率所对应的最大膨胀量约是3℃／min的4倍，5℃／min的1．4倍，而且，降温速率越大，相应的热膨胀系数也越大；(2)含5％DMSO血管所对应的最大应变值比较接近不含DMSO时的最大应变值，但含有15％DMSO的血管在冻结相变过程中的最大线性应变只有0％的1／2左右，并且，保护剂浓度越大，血管冻结相变热膨胀系数也就越小；(3)在研究生物材料冻结膨胀应力时，不能简单地将生物材料的冻结膨胀量按照生物材料水分含量的冻结膨胀量来计算，而是要充分考虑降温速率、生物材料的组成成分等因素。     

低温保护剂载入关节软骨过程的传质建模

掌握加载过程中软骨组织内部低温保护剂浓度的时空分布特性,这对合理设计加载程序进而成功保存关节软骨至关重要,为此构建描述低温保护剂载入关节软骨过程的扩散传质模型。根据二元扩散热力学模型,将有效扩散系数与无限稀释扩散系数进行关联,活度系数采用UNIFAC模型估算,扩散系数的浓度依赖性采用Vignes公式表示,无限稀释扩散系数采用Siddiqi-Lucas公式计算。对于二甲亚砜(Me₂SO)、甘油(GLY)、乙二醇(EG)和丙二醇(PG)这4种典型的低温保护剂(CPA),由模型计算得到的软骨组织内CPA的平均浓度与文献报道的实验值之间的平均相对偏差(MRE)和决定系数(R²)分别为1.90%～36.29%和0.959～0.998(Me₂SO),13.56%～19.19%和0.990～0.995(GLY),8.89%～22.09%和0.969～0.988(EG),5.35%～23.76%和0.971～0.992(PG)。结果表明,该模型能较好地适用于这4种CPA,可用于直接预测加载过程中软骨组织内部CPA浓度的时空分布,从而指导加载程序的设计与优化。     

降温速率和低温保护剂浓度对主动脉血管在冻结相变温区热应力的影响

根据实测物性参数,利用ANSYS计算软件,研究了降温速率以及低温保护剂浓度对冻结相变温区兔主动脉血管热应力分布的影响,并进一步考察了血管有微裂纹存在时的应力集中现象.研究结果表明,血管壁外表面所受的应力值最大,内表面次之,中心处的应力值略小于内表面的应力绝对值,这说明血管外表面是最先出现裂纹的.降温速率越大,血管内部最大温差也越大,引起血管内部热应力增大.在没有添加二甲基亚砜(DMSO)的情况下,最大热应力值出现在热膨胀系数突变点(-32～-35℃温区),热膨胀系数和弹性模量是影响热应力分布的最主要因素;而一旦添加较高浓度DMSO后(如10%v/v),血管冻结过程产生的热应力显著减小,血管冻结过程产生的最大应力值出现在最大温差所对应的温度(如-4℃)附近,这种情况下,温差是影响热应力分布的最主要因素.血管存在微裂纹时,应力集中始终出现在裂尖点,且裂纹越小,其应力值越大,这是受血管材料断裂韧性因子KIC制约的,这个结果也表明,血管中存在微小裂纹,对于血管低温保存时的裂纹成核与扩展是非常危险的,尤其降温速率越大时,这种潜在的危险也就越大.     

红细胞深低温保存方法的比较研究

探寻可替代甘油并简化复温后洗涤过程的较理想的红细胞低温保护剂,为低温保存红细胞临床应用提供便利。依据血红蛋白溶液浓度与其在波长为412nm处吸光度的关系曲线,建立红细胞回收率评估方法,研究比较了使用5种低温保护剂实现人类红细胞液氮深低温保存效果的优劣。结果表明:35.5%(w/v)甘油的保存效果最佳,其回收率为97.84%;其次为25%(w/v)右旋糖酐40,其回收率为85.08%;再次之为1M海藻糖(加载并孵育17.5h),其回收率为55.35%;回收率最低的两组为1M海藻糖(未经孵育)和10%(w/v)的二甲亚砜,对应的回收率均不足35%。初步推断:右旋糖酐40是一种可望替代甘油的红细胞低温保护剂。     

玻璃化冷冻法保存关节软骨

背景：同种异体骨软骨移植技术是治疗关节软骨缺损有效的方法之一,但由于移植物保存方法不理想,明显制约着该技术的临床应用。 目的：探讨玻璃化冷冻法保存关节软骨组织的可行性和优越性。 方法：切取成年猪骨软骨,制成约5 mm×6 mm(直径×长度)大小的圆柱形骨软骨块。以新鲜软骨组为对照,分别采用0.5 mol/L甘油 、1 mol/L二甲基亚砜、1 mol/L玻璃化溶液3种方法预处理软骨块,再行冷冻法保存软骨块8周,采用组织化学染色、免疫荧光染色观察并比较软骨细胞活性的变化。 结果与结论：玻璃化溶液预处理组的关节软骨细胞存活率达到74.5%,明显高于甘油和二甲基亚砜预处理组,软骨基质成分仅少量丢失。3种方法相比较,玻璃化溶液预处理后慢速梯度降温冷冻保存法可以明显提高冻存关节软骨组织的活性。     

超低温冰箱转液氮阶梯降温法与传统程序降温法保存造血干细胞的比较

背景：在造血干细胞整个冷冻保存过程中,受到降温速率、储存温度深浅、冷冻保护剂组合等因素影响,各国学者在提倡选择何种保存方法上面存在不同的主张。 目的：比较-80 ℃低温冰箱转液氮阶梯降温法与传统程序降温法保存外周造血干细胞的效果。 方法：将采集的造血干细胞分两组,第一组细胞浓度为1×10¹¹ L^-1,加入10%二甲基亚砜,放入程序冷冻仪内程序设置为室温至-4 ℃按1 ℃/min的速率降温,按35 ℃/min快速降至-45 ℃,再以15 ℃/min升至-21 ℃,然后以5 ℃/min降至-90 ℃,取出冷冻管置-196 ℃液氮罐内。第二组细胞浓度为1×10¹¹ L^-1,加入5%二甲基亚砜、3%羟乙基淀粉、4%人血白蛋白,将冷冻管置-80 ℃冰箱过夜后取出,置-196 ℃液氮罐内的气相,再过夜后置液氮罐液相内。 结果与结论：两组冷冻方法保存细胞的锥虫蓝拒染率、回收率、凋亡率和死亡率差异无显著性意义(P > 0.05)。结果显示用5%二甲基亚砜、4%白蛋白、3%羟乙基淀粉组成的冷冻保护剂,通过-80 ℃低温冰箱转液氮阶梯降温法冷冻保存造血干细胞与传统10%二甲基亚砜作为冷冻保护剂用程序降温的方法取得一样效果,操作简便易于临床应用。     

透析法去除红细胞渗透性低温保护剂的实验研究

要实现人类红细胞深低温保存,必须在冷冻前添加、复温后去除低温保护剂.本研究提出了低温保护剂的新型的透析去除法,与常规的离心洗涤法比较而言,该方法能够快速、有效、安全地去除红细胞内的低温保护剂(甘油).使用该方法冰冻.复温.洗涤后的红细胞计数回收率为(89.17±2.46)%,血红蛋白回收率为(84.93±4.64)%,上清游离血红蛋白的含量为(0.66 ±0.13)g/L,所得冰冻-复温-洗涤后的红细胞悬液的渗透压(残余甘油的含量)为(340.33±20.56)mOsm,均达到了国家对冰冻洗涤红细胞的质量标准要求.     

高频超声对关节软骨消肿与肿胀行为的定量分析

关节软骨可减轻关节滑动中所产生的关节面间的摩擦,具有负重传导、润滑及耐磨损的特性。关节软骨肿胀属性的改变可作为检测早期关节炎的指标之一。本研究的目的在于利用高频超声技术和信号处理技术建立一个实时超声监测系统,以一种非接触、无损的方法研究软骨的瞬时渗透性消肿(收缩)及肿胀(膨胀)行为。样本取自新鲜成年牛膝盖骨,通过改变外溶液的浓度引入渗透压,促使软骨发生收缩膨胀反应,利用实时超声监测系统进行无损测量。实验表明关节软骨的肿胀消肿过程出现“过激松弛”现象,最大收缩膨胀应变的绝对值分别为0.75%±0.57%和0.28%±0.28%,膨胀应变与收缩应变具有显著性差异(p<0.05)。同时发现软骨内超声速度随时间的指数性变化可以表征离子的渗透过程。实验证明该超声系统具有良好的可重复性(组内相关系数ICC>0.98)和可靠性(相对误差<5%)。应用高频超声技术不仅可无损量化地研究软骨的渗透性消肿膨胀行为,而且为今后研究软骨病变及早期发现关节炎提供一个有效可行的方法。