关节软骨生物力学性能低温损伤的热物理机制研究

低温保存是解决关节软骨移植手术中供体来源不足及其保存问题的最有效途径之一，但人类关节软骨的低温保存技术远未成熟，诸多损伤机理尚待进一步研究。其中，在低温保存过程中的生物力学性能损伤机理至今不明确，这也是目前关节软骨组织的生物力学功能尚未成功保存的重要原因之一。项目拟采用先进的量热分析技术、生物力学性能测试技术以及生物化学检测分析技术等，从实验研究和理论分析相结合的角度出发，找到关节软骨在低温保存过程中的生物力学性能损伤机理，以及影响其发生的热物理机制，为保护冷冻关节软骨组织完整的生物力学功能提供可靠的理论依据和方法指导。本研究将为实现完整关节软骨组织的成功保存起积极推动作用。

低温保存是解决关节软骨移植手术中供体来源不足及其保存问题的最有效途径之一，但人类关节软骨的低温保存技术远未成熟，其中低温保存过程中的生物力学性能损伤机理至今不明确。.项目从量热分析技术、生物传热学、生物材料测试学、生物力学以及分子动力学模拟等相结合的角度出发，研究了：（1）关节软骨低温冻结过程比热容、热膨胀、有效传热参数等热物性参数及其影响因素；（2）低温保存和冷冻干燥保存对关节软骨的压缩杨氏模量变化及其影响因素；（3）低温保存和冷冻干燥保存对关节软骨的压缩应力松弛力学行为及其影响因素；（4）生物材料冻结过程热应力理论预测分析；（5）初步探讨关节软骨生物力学性能与低温保护剂之间的分子定量构效关系。通过以上内容的研究，现已初步明确关节软骨低温保存中生物力学性能损伤主要与关节软骨水分含量及其不均匀分布、低温保护剂浓度直接相关；通过较高浓度低温保护剂的水合作用可以明显减小这些损伤；借助分子动力学模拟技术，发现关节软骨的生物力学性能与低温保护剂种类之间存在着显著的分子定量构效关系，这将有助于临床应用中低温保护剂的筛选。但从临床应用角度来看，本课题没有考虑低温处理后关节软骨细胞的成活率以及相关的生物相容性等实验内容，这是目前研究的不足之处，也是后续要深入研究的主要内容。.通过该项目的实施，累计发表各类论文24篇，其中SCI检索5篇（含待检索3篇），EI检索3篇，申请专利5项（已授权4项），毕业研究生3名，达到预期研究计划目标。