腦組織的粘彈性力學行為與損傷機理

《腦組織的粘彈性力學行為與損傷機理》是依託大連理工大學,由吳承偉擔任醒目負責人的面上項目。

基本介紹

• 中文名：腦組織的粘彈性力學行為與損傷機理
• 依託單位：大連理工大學
• 項目類別：面上項目
• 項目負責人：吳承偉

項目摘要

人腦是自然界最複雜的生物軟組織系統，是調控人體各種功能的中樞。腦損傷主要是由突發外力或其他原因引起的腦組織局部應力和應變超過某一極限的機械損傷，輕者可以恢復，重者危及生命。腦組織屬於低強度、充滿各種神經網路的複雜超軟粘彈性生物組織，精確的力學性質測試與損傷機理研究屬於世界性難題。本項目擬結合自主設計的特殊實驗系統，研究腦組織的粘彈性力學行為、損傷的產生、發展和破壞過程以及內在機理，建立能夠準確反映腦組織非均勻性和各向異性的粘彈性本構模型，提供重要模型參數和損傷判據。結合活體動物實驗和理論分析，檢測和修正腦組織的粘彈性本構模型。通過觀察活體動物腦損傷實驗後動物的各種反應來判斷腦組織的破壞程度對於腦功能恢復的影響，提出腦損傷防護、損傷判據、損傷恢復與治療措施。研究腦組織的力學行為與損傷機理對於各種腦損傷的有效防護、準確診斷、高效醫療和精準手術治療都具有重要指導意義。

結題摘要

大腦是自然界最複雜的生物超軟組織系統，是調控人體各種功能的中樞。腦組織屬於超軟、超低強度、充滿各種神經和血管等組織的特殊生物材料，目前關於腦組織的力學特性與損傷機理人類了解的非常有限，腦損傷的有效防護、精確診斷和精準手術醫療面臨各種困難，腦損傷已經成為威脅人類健康的重大疾病之一。超軟腦組織力學性能的精準測試與表征對揭示大腦損傷機理和安全防護具有重要意義，但腦組織含水量高、強度低、粘性強，精準微創切割和無損夾持實驗成為相關力學實驗的兩大難題。受蚊子無痛吸血的生物啟發，本項目發明了一種仿生切割絲鋸，在微米鉬絲表面上製造出微納米鋸齒絲鋸，往復振動切割腦試樣，實現了對腦軟組織的超級省力切割，比普通摸具切割技術切削力降低了一個數量級以上。利用真空吸附原理研發了超軟物質試樣無損夾持裝置，保證了腦組織無損夾持實驗。開展了力學、材料、醫學、物理等交叉學科研究，研究了灰質和白質腦組織在不同拉伸和壓縮速率下的應力應變關係，獲得了腦組織壓縮狀態下的粘彈性本構關係，為腦組織的抗衝擊破壞理論分析提供了可靠的粘彈性本構參數。與光譜學分析相結合，從能量轉化和存儲角度研究大腦的力學行為，揭示了大腦灰白質組織的粘彈性差異與損傷機理。研發出具有準確自控溫性能的新型納米磁介質，實現了在42—50攝氏度的精準溫度自控，為惡性腫瘤-腦膠質瘤熱磁療提供了一種全新綠色療法，相關研究成果發表後，在國內外引起強烈反響。目前我們正在深入研究相關科學問題，並獲得了國家重點研發計畫項目支持。研發了仿腦組織水凝膠藥物載體，該水凝膠在低溫下為流體狀態， 在體溫下凝膠為類似於腦組織的粘彈性物質，並且可以自由降解吸收，對人體無毒副作用，該水凝膠可以作為藥物載體實現肌肉注射。本項目在執行期間，共完成和發表SCI收錄學術論文25篇，EI收錄論文1篇，國際學術會議特邀報告3人次。已授權國家發明專利12項，申請並公示國家發明專利7項。各項研究成果遠超過預期。