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动脉低温物性和胚胎玻璃化保存的实验研究

作　者: 周国燕
导　师: 华泽钊
学　校: 上海理工大学
专　业: 制冷及低温工程
关键词: 低温性质玻璃化保存低温保存动脉胚胎抗冻剂
分类号: R318.52
类　型: 博士论文
年　份: 2004年
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内容摘要

本研究课题最初是导师华泽钊教授负责的国家自然科学基金重点资助项目“临床医学中若干热物理问题的研究(59836240)”的组成部分，后来作者本人对“生物材料冻结过程的热应力与断裂问题研究”又得到国家自然科学基金青年基金项目(50206013)的资助。生物体在低温下虽能长期保存，但却极易在降温复温过程中遭受损伤而死亡。无论是生物材料本身的低温特性，还是与低温保存方法相关的低温特性，都对低温保存的效果有直接或间接的影响。本文分别以兔主动脉和拉伸麦管玻璃化方法为研究对象，研究了兔主动脉的低温物理性质和胚胎低温保存有关的低温特性及其对相关低温保存的影响。主要成果如下： 1．兔主动脉的低温拉伸性能试验。用热机械分析仪器的静态拉伸模式，测量了未加抗冻剂和加15％(质量百分比)二甲基亚砜的兔主动脉在25℃—-80℃温度范围内、应变速率为0.005／s的情况下的拉伸抗拉强度。实验发现未加抗冻剂和加抗冻剂的兔主动脉的拉伸抗拉强度都随温度的降低而增大(未加抗冻剂：由25℃的0.41MPa增大到-80℃的5.86MPa；加抗冻剂：由25℃的1.11MPa增大到-80℃的4.26MPa)。在同一温度下，未加抗冻剂的冻结状态兔主动脉的拉伸抗拉强度比加抗冻剂的大。 2．兔主动脉的低温应力松弛性能实验。用热机械分析仪器的静态应力松弛模式，测量了未加抗冻剂和加15％(质量百分比)二甲基亚砜的兔主动脉在25℃—-80℃温度范围内、初始应变为2％—8％情况下的初始杨氏模量和应力松弛特性；并利用应力松弛实验数据，推导得出未加抗冻剂和加抗冻剂的主动脉的本构方程。实验发现未加抗冻剂和加抗冻剂的兔主动脉的初始杨氏模量都随温度的降低而增大(未加抗冻剂：从25℃的0.072增大到-80℃的333.48MPa；加抗冻剂：从25℃的0.139增大到-80℃的178.69MPa)。在同一温度下，未加抗冻剂的冻结状态试样的初始杨氏模量比加抗冻剂的大。随着温度的降低，未加抗冻剂和加抗冻剂的兔主动脉的应力松弛都是先变快，然后再变慢(-50℃以下)。在室温到-40℃的温度范围内，对应同一温度，未加抗冻剂的兔主动脉的应力松弛比加抗冻剂的快；在-40℃到-80℃范围内，情况正好相反。 3．兔主动脉的低温比热容测量实验。用差示扫描量热技术的分步扫描方法，测量了未加抗冻剂和加抗冻剂的兔主动脉和牛血清白蛋白溶液在30—一140℃温度范围内的比热容。实验发现相变过程中，未加抗冻剂的兔主动脉的最大表观比热容(28.41kJ／(kg·K)，-3.18℃)大于加抗冻剂的相应值(10.93kJ／(kg·K)，-8.94℃)。在相同温度下，未加抗冻剂的冻结状态兔主动脉的比热容小于的加抗冻剂的兔主动脉的比热容。提出用牛血清白蛋白溶液进行模拟机理研究的方法，实验结果发现它们与兔主动脉的比热容变化有相类似的规律。并由此分析认为

全文目录

中文摘要  4-6
ABSTRACT  6-11
第一章绪论  11-24
  §1.1 低温保存简介  11-12
    §1.1.1 临床医学中的热物理问题  11
    §1.1.2 低温保存的基本方法  11-12
  §1.2 低温保存的损伤机理  12-17
    §1.2.1 低温保存过程中的损伤机理  12-14
    §1.2.2 低温损伤中研究的两个热点问题  14-17
  §1.3 关于动物组织低温物性研究的进展  17-21
    §1.3.1 生物材料低温物性研究  17-19
    §1.3.2 低温保存胚胎的麦管法及其进展  19-21
  §1.4 本课题的主要研究内容  21-23
  §1.5 本章小结  23-24
第二章兔主动脉低温拉伸性能的实验研究  24-37
  §2.1 血管组织的解剖结构和生理机能  24-25
    §2.1.1 动脉  24-25
    §2.1.2 静脉  25
    §2.1.3 毛细血管  25
  §2.2 血管低温保存研究概况  25-27
    §2.2.1 低温保存血管的客观需求  25-26
    §2.2.2 低温保存血管研究概况  26-27
  §2.3 血管低温保存中的断裂问题  27-28
    §2.3.1 临床上低温保存血管移植中出现的问题  27
    §2.3.2 血管低温保存中的热应力和断裂初步分析  27-28
  §2.4 兔主动脉低温拉伸性能的实验研究  28-35
    §2.4.1 实验原理和方法  28-33
    §2.4.2 实验结果  33-34
    §2.4.3 实验结果分析  34-35
  §2.5 本章小结  35-37
第三章兔主动脉低温应力松弛性能的实验研究  37-52
  §3.1 实验原理与方法  38-39
    §3.1.1 实验原理  38
    §3.1.2 实验装置  38
    §3.1.3 实验对象  38
    §3.1.4 实验步骤  38-39
  §3.2 实验结果  39-43
  §3.3 实验结果分析  43-44
  §3.4 冻结主动脉的本构方程表达式  44-51
  §3.5 本章小结  51-52
第四章兔主动脉比热容测量  52-73
  §4.1 差示扫描量热技术  52-53
    §4.1.1 热流式DSC  52
    §4.1.2 功率补偿型DSC  52-53
  §4.2 温度调制式差示扫描量热法(TMDSC)  53-55
    §4.2.1 温度调制式差示扫描量热法(TMDSC)  53-54
    §4.2.2 TMDSC的基本特征  54-55
  §4.3 分步扫描DSC  55-56
    §4.3.1 分步扫描(Stepscan)DSC  55-56
    §4.3.2 Stepscan方法测量比热容  56
  §4.4 stepscan DSC测量兔主动脉血管的比热容  56-69
    §4.4.1 实验设备  57
    §4.4.2 试样  57
    §4.4.3 标定  57
    §4.4.4 实验条件  57-58
    §4.4.5 实验方法  58
    §4.4.6 实验步骤  58-59
    §4.4.7 实验结果  59-60
    §4.4.8 分析与讨论  60-69
  §4.5 相关溶液比热容测量及分析  69-72
    §4.5.1 实验内容  69
    §4.5.2 实验结果  69
    §4.5.3 分析与讨论  69-72
  §4.6 本章小结  72-73
第五章兔主动脉低温物性对热应力的影响  73-83
  §5.1 血管冻结过程的热应力模型  73-75
    §5.1.1 数学模型  73-75
    §5.1.2 计算方法  75
    §5.1.3 裂纹产生的断裂判据  75
  §5.2 比热容的影响  75-78
    §5.2.1 比热容对温度场的影响  76
    §5.2.2 比热容对应力的影响  76-78
  §5.3 杨氏模量对热应力的影响  78-79
  §5.4 比热容和杨氏模量对热应力的综合影响  79-81
  §5.5 本章小结  81-83
第六章拉伸麦管玻璃化保存人胚胎的实验研究  83-96
  §6.1 人类胚胎玻璃化保存概述  83-87
    §6.1.1 胚胎低温保存  83
    §6.1.2 胚胎低温保存技术的进展  83-87
  §6.2 拉伸麦管玻璃化保存人胚胎  87-90
  §6.3 实验结果  90-91
  §6.4 拉伸麦管玻璃化保存人胚胎问题分析  91-94
    §6.4.1 拉伸麦管玻璃化保存方法  91-92
    §6.4.2 低毒性的玻璃化保护剂—乙二醇  92
    §6.4.3 拉伸麦管保存效果优于普通麦管保存效果  92-93
    §6.4.4 影响不同发育阶段的胚胎玻璃化保存成活率的因素  93-94
    §6.4.5 胚胎玻璃化低温保存技术是很有发展前景的一项技术  94
  §6.5 本章小结  94-96
第七章用于胚胎玻璃化保存的拉伸麦管和麦管的热特性实验研究  96-105
  §7.1 拉伸麦管和麦管玻璃化过程的速率实验研究  96-98
    §7.1.1 实验方法  96-97
    §7.1.2 实验结果  97-98
  §7.2 溶液的玻璃化形成能力的DSC研究  98-99
    §7.2.1 实验内容  98
    §7.2.2 实验结果  98
    §7.2.3 结果分析  98-99
  §7.3 低浓度玻璃化溶液的研究  99-104
    §7.3.1 玻璃化溶液的研究状况  100-101
    §7.3.2 定性判断拉伸麦管玻璃化溶液最低浓度变化方向  101-102
    §7.3.3 拉伸麦管最低浓度玻璃化溶液的研究  102-104
  §7.4 本章小结  104-105
第八章结论与展望  105-108
  一、主要结论  105-107
  二、展望  107-108
参考文献  108-116
在读期间公开发表的论文和承担科研项目及取得成果  116-118
  一、主要论文  116-117
  二、科研项目  117-118
致谢  118

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