低溫保存中生物組織力學(xué)損傷演化的實(shí)驗(yàn)研究.pdf

1、細(xì)胞、組織、器官等生物材料的低溫保存、食品和果蔬冷凍貯存等低溫冷凍加工操作均需要將細(xì)胞或者整個(gè)組織降溫，以降低新陳代謝速度，達(dá)到保存或保鮮的目的，所以研究低溫保存中生物組織的力學(xué)損傷具有重要的意義。本研究主要內(nèi)容包括：
　?、艖?yīng)用低溫顯微系統(tǒng)和高速攝像機(jī)記錄下了小鼠腎細(xì)胞在降溫過(guò)程中的圖像。并且通過(guò)這些記錄下的圖像，應(yīng)用數(shù)字圖像相關(guān)方法（DICM）計(jì)算出了小鼠腎細(xì)胞的胞外冰晶和胞內(nèi)冰晶在降溫過(guò)程中的生長(zhǎng)過(guò)程。結(jié)果表明：隨著溫度的降

2、低，胞外冰晶首先出現(xiàn)，并且細(xì)胞會(huì)伴隨著較大的剛體位移，之后冰晶逐漸增多，直至將細(xì)胞整個(gè)包圍，這時(shí)細(xì)胞將不再發(fā)生剛體位移。當(dāng)胞外冰晶不再增長(zhǎng)之后，細(xì)胞內(nèi)部會(huì)出現(xiàn)冰晶，并且胞內(nèi)冰晶會(huì)從細(xì)胞膜附近萌生，然后向細(xì)胞核處生長(zhǎng)，直至充滿整個(gè)細(xì)胞。
　?、圃O(shè)計(jì)了低溫拉伸系統(tǒng)，來(lái)研究馬鈴薯組織在不同環(huán)境溫度（室溫、0℃、-3℃、-5℃、-8℃、-10℃、-15℃、-20℃）下的力學(xué)行為，并通過(guò)低溫顯微鏡來(lái)研究馬鈴薯細(xì)胞在其對(duì)應(yīng)溫度下的形態(tài)學(xué)參數(shù)變

3、化。研究馬鈴薯組織在溫度為4℃，相對(duì)濕度為65％的環(huán)境下，貯存不同天數(shù)（新鮮、5天、10天、15天、20天、25天）而產(chǎn)生的力學(xué)參數(shù)變化和質(zhì)地參數(shù)變化。結(jié)果表明：馬鈴薯組織的彈性模量會(huì)隨著溫度的降低而增大，并且當(dāng)溫度達(dá)為-20℃的時(shí)候，彈性模量會(huì)產(chǎn)生急劇的變化，這是因?yàn)楫?dāng)溫度為-20℃時(shí)，馬鈴薯組織已經(jīng)產(chǎn)生冰晶，致使馬鈴薯組織的彈性模量急劇增加。隨著溫度的降低，馬鈴薯組織的破壞應(yīng)力在增大，而在破壞應(yīng)力對(duì)應(yīng)處的應(yīng)變會(huì)減小。并且，馬鈴薯細(xì)胞

4、的面積、長(zhǎng)度、寬度和周長(zhǎng)均會(huì)隨著溫度的降低而減小，但在-20℃時(shí)，馬鈴薯的這些參數(shù)會(huì)略有增加，這也是因?yàn)樵?20℃時(shí)，馬鈴薯細(xì)胞產(chǎn)生了冰晶，使得細(xì)胞邊界向外擴(kuò)散，致使細(xì)胞面積增大。但是馬鈴薯細(xì)胞的平面形狀和圓度隨著溫度的降低均無(wú)明顯的變化，這就說(shuō)明馬鈴薯細(xì)胞在溫度下降的過(guò)程中的變形是均勻的。此外，從馬鈴薯的貯存試驗(yàn)中可以發(fā)現(xiàn)，隨著貯存時(shí)間的增長(zhǎng)，馬鈴薯組織的應(yīng)力最大值和彈性模量都在減小，這就說(shuō)明了馬鈴薯在貯存的過(guò)程中力學(xué)參數(shù)在降低。并且

5、隨著貯存時(shí)間的增長(zhǎng)，馬鈴薯組織的彈性、硬度、回復(fù)性、咀嚼性、黏著性和凝聚性都在降低，這就說(shuō)明馬鈴薯組織在貯存過(guò)程中質(zhì)構(gòu)參數(shù)也在降低。那么力學(xué)參數(shù)和質(zhì)構(gòu)參數(shù)規(guī)律的一致性充分說(shuō)明，隨著貯存時(shí)間的增長(zhǎng)，馬鈴薯組織的品質(zhì)在逐漸降低。
　　⑶為全面了解生物組織在冷凍貯存過(guò)程中的變形嚴(yán)重程度，探索降溫速率對(duì)細(xì)胞變形的影響，本文設(shè)計(jì)了三種不同的降溫速率（0.5℃/min，1.2℃/min,2℃/min），來(lái)研究在冷凍過(guò)程中洋蔥表皮細(xì)胞的變形與降