基于薄液膜蒸发的玻璃化冷冻方法中冷冻载体的传热优化

玻璃化冷冻方法是细胞超低温保存的有效冷冻方法之一。降温速率的提高有利于细胞内外溶液玻璃化程度的增加,同时可以降低低温保护剂的浓度,减少低温保护剂对细胞的毒性伤害和渗透性损伤。本文针对冷冻载体在基于薄液膜蒸发的超高速冷却过程中的传热过程进行了优化分析。研究结果显示:细胞悬浮液的传热热阻在总传热热阻中的比重最大,设法减低它是强化细胞冷冻传热过程的有效手段之一;另外液氮蒸发传热系数的提高在一定范围内可以强化冷冻传热过程,但强化效果会随着蒸发传热系数的增加而减小。上述研究成果为基于薄液膜蒸发的玻璃化冷冻新方法走向实用提供了技术保障。     

微结构表面的大过热度蒸发传热特性分析

玻璃化冷冻方法是细胞超低温保存的有效冷冻方法之一。降温速率的提高有利于细胞内外溶液玻璃化程度的增加,同时可以降低低温保护剂的浓度,减少低温保护剂对细胞的毒性伤害和渗透性损伤。本文针对发生在冷冻载体微结构表面的大过热度蒸发过程的传热特性进行研究。采用集总热容法,计算了传热过程的热流密度、总传热热阻和液氮蒸发传热系数等重要传热参数,考察了它们随过热度变化的规律。在本文研究的过热度变化范围内,随着过热度的增加,微结构表面的液氮蒸发传热系数呈线性减小趋势;总传热阻呈指数增加趋势;热流密度呈抛物线变化趋势。上述研究成果有利于进一步理解微结构表面的大过热度蒸发传热机理。     

大体积生物材料低温保存方法的研究

生物材料的低温保存最为重要的是降温冷却过程。介绍"冻结线跟踪法"的降温冷却及控制方法,即生物材料在降温冷却的同时,逐步提高低温保护剂溶液的浓度,这可避免细胞内外冰晶的产生,从而减少对细胞的冷冻损伤,克服大体积生物材料低温保存的困难。最后,对生物材料低温保存的应用前景进行讨论。     

液相线跟踪低温保存方法的研究

液相线跟踪法是生物材料玻璃化保存的一种手段。降温时通过边降温边提高低温保护剂浓度、复温时边升温边降低低温保护剂浓度的方式,该方法能够有效减轻降温/复温过程中高浓度保护剂对细胞的毒性损伤,从而提高生物材料低温保存的成活率。文中介绍可实现液相线跟踪的低温保存装置,该装置以液氮为冷源、采用计算机控制。以二甲亚砜-氯化钠-水溶液为例进行的实验表明,该装置能够实现温度和保护剂浓度的良好匹配,二甲亚砜的最终浓度达到了玻璃化所需浓度。     

生物材料冻存中低温保护剂的作用机理及实验研究

生物材料在冻存过程中保存液内加载低温保护剂可以减轻降温和复温时对细胞的损伤。介绍了低温保护剂的种类及其特点,分析了低温保护剂的作用机理。实验结果表明,选择合适的低温保护剂及其浓度,可以大大提高生物细胞的存活率。     

生物材料低温保存过程中的温度场模拟

低温保存是生物材料进行长时间保存的一种有效方法,但在0℃~-60℃的温区范围,极容易发生低温损伤,如何减小低温损伤是细胞进行成功的低温保存的关键。文中建立了生物组织在低温保存过程中的数学模型,通过ANSYS分析软件,对样品在降温过程中的温度场进行了计算分析和数值模拟,为冷冻造成细胞损伤的研究提供了理论依据。     

二甲亚砜对关节软骨渗透性研究

玻璃化被认为是低温保存关节软骨的一种有效方法,但需要考虑低温保护剂渗入软骨的速率以及低温保护剂毒性的制约。本文选用二甲亚砜(DMSO)作为低温保护剂,对其在1℃,22℃和37℃时对绵羊关节软骨的渗透特性进行了研究,得到相应的扩散系数为1.9×10~(-6) cm~2/s,3.3×10~(-6) cm~2/s和5.7×10~(-6)cm~2/s,活化能为22.84 kJ/mol。认识低温保护剂对关节软骨的渗透特性有助于建立低温保护剂加入/取出过程的数学模型,从而优化关节软骨的玻璃化保存方案。     

医用生物材料的低温保存研究

生物材料的低温保存一般都要经历降温过程、低温储存过程及复温过程,其中降温过程中对生物细胞的影响最大.每一种生物细胞都有自己合适的降温速率,如能满足其这种降温速率,细胞所受到的低温损伤最小,则生物细胞的复活率最高.文中介绍程序控制变速降温装置的主要结构及几种典型生物体的降温过程.最后,对器官的低温保存进行分析讨论.     

生物材料玻璃化保存液的热分析

在玻璃化超低温保存生物材料的研究中,低温保护剂的热分析对玻璃化溶液的优化和保存方案的选择具有重要的指导意义.本文以渗透性低温保护剂二甲基亚砜和丙二醇以及非渗透性保护剂聚乙烯醇作为研究对象,利用差式扫描量热法对聚乙烯醇/二甲基亚砜/丙二醇体系进行升温和降温实验,考察了体系的结晶特性、玻璃化转变特性、聚乙烯醇的浓度等因素对体系热性能参数的影响.     

冷冻速率对蚕豆热物性变化规律影响的实验研究

研究了不同冷冻速率下蚕豆热物性的变化规律。利用Hot Disk得到蚕豆在-30～30℃下的热导率变化曲线;通过DSC和低温冷冻实验台,冷冻速率在5～80℃/min条件下将蚕豆切片进行冷冻实验,得到了不同冷冻条件下冻结点、结晶点及比热容的变化规律。测试结果表明:蚕豆热导率随着温度的降低先减小再增大;冻结点随着降温速率的增大而增大;蚕豆的结晶点在降温速率小于20℃/min时出现浮动,但总体上,结晶点随着降温速率的增大而降低。在不同降温速率下,比热容随温度的变化规律基本相同,但在冷冻相变过程中发生剧烈变化。通过对冷冻过程中蚕豆热物性的实验研究,为冷冻干燥种子的传热传质分析提供了实验数据的支撑。     

纳米低温保护剂导热机理分析

纳米低温保护剂溶液比传统的低温保护剂溶液具有更好的导热性能,纳米微粒能够显著提高低温保护剂溶液的降温速率.本文探讨了纳米低温保护剂溶液导热性能的影响因素,提出了纳米低温保护剂导热模型,并通过与实验测得的数据进行了比对分析,结果表明所提出的模型是合理的.     

生物材料玻璃化保存方法研究进展

生物材料的玻璃化保存技术一直是低温生物学领域的研究热点,提高冷却速率是实现玻璃化保存的一条途径。介绍了常用玻璃化保存方法的操作方法,分析比较了其冷却速率和保存效果,并提出了一种新颖的玻璃化保存法。     

HA纳米微粒对PEG-600低温保护剂反玻璃化结晶的影响

为了研究羟基磷灰石HA纳米微粒对低温保护剂反玻璃化结晶的影响,本文利用DSC和低温显微镜研究了含有不同粒径(20nm、40nm、60nm)和不同质量浓度(0.1%、0.2%、0.4%、0.8%)HA纳米微粒的PEG-600(50%,w/w)溶液反玻璃化过程中的结晶现象.试验结果表明:与未添加纳米微粒的PEG-600溶液相比,加入40nm、0.4%纳米微粒的HA-PEG600溶液的反玻璃化温度升高了7℃;加入20nm、0.4%和40nm、0.8%纳米微粒的HA-PEG600溶液的冰晶生长速率分别降低了35%和提高了50%;纳米低温保护剂溶液的冰晶形貌从大圆形变成了小圆形、枝晶或小圆形中夹带枝晶.     

肾脏热物性测量及低温下细胞形态分析

肾脏热物性参数获取和微观结构的观察,对研究冰温延时保存器官的机理非常重要。采用差示扫描量热仪测量了离体肾脏导热系数、冰点和器官保存液冰点;利用低温显微系统对肾脏组织不同保存温度及不同降温速率等状态条件,做了细胞形态的观察与分析。研究结果认为,鲜活肾脏导热系数值对肾脏冷却速率影响较大,同时发现在实验条件范围内较小的降温速率对细胞的损伤较轻。     

低温技术在医学上的应用

随着近代科学技术的发展,低温技术在医学上也得到了广泛的应用. 一、低温治疗和免疫[1]1.低温治疗 冷冻本身并不一定能杀死细胞,然而用一定的方式冷冻,可使细胞存活或者死亡.实验表明,在冷冻过程中,如果冷冻速度较慢,那么细胞中的水分便结成冰晶析出而使细胞脱水,同时由于机械性压力,破坏了原生质的结构,造成盐类浓缩,使细胞内有害电解质浓度增高,酸碱度改变,类脂蛋白复合体变性,细胞膜破裂,胶蛋白也发生不可逆变化,最后导致细胞死亡.由此可知,我们可以采用不同的冷冻速度冷冻细胞,以达到保存或杀死细胞的目的.红细胞在3×103℃/min冷却速度…     

纳米微粒对低温保护剂溶液玻璃化性质的影响

利用差示扫描量热仪(DSC)研究了加入羟基磷灰石(HA)纳米微粒对低温保护剂溶液玻璃化的影响,实验得到了不同粒径和不同质量浓度的HA纳米微粒加入PVP溶液的玻璃化转变温度与反玻璃化温度.实验结果表明加入纳米微粒能显著的影响低温保护剂溶液的玻璃化性质.且随着纳米微粒质量分数的增加,溶液的玻璃化转变温度与反玻璃化温度均显著...     

ICF用低温冷冻靶制备系统设计

ICF(惯性约束聚变)点火用低温冷冻靶①,需要在常温下,把气体高压渗透入直径1mm以内,厚度um数量级的靶球体内,最终压力:100MPa～150MPa,再由制冷系统降温至20K以下,此过程中,靶球的温度场也降温至20K以内.降温及清洗结束后,由送靶机构取出用于分层和物理诊断等.本装置实现冷冻靶的气体渗透充填、冷却降温、分层时的精确控温等过程.     

用于量子电阻测量超导磁体及低温系统的研制

介绍一种用于量子电阻测量的超导磁体及低温系统设计和研制.采用一台G-M制冷机为冷源,一部分冷量采用传导冷却的方式冷却超导磁体,另一部分冷量用于预冷氦气,然后通过毛细管节流降温达到超低温,最终实现8T强磁场和1.5K极低温的应用环境.     

冻结状态下主动脉裂纹扩展及断裂模式的研究

采用动态力学分析仪(DMA)研究了温度、降温速率、低温保护剂对冻结状态下兔胸主动脉的裂纹扩展和断裂模式的影响.研究结果表明:随着温度的降低,主动脉轴向由典型的韧性断裂转变为典型的脆性断裂,并且其裂纹扩展也越困难;降温速率对冻结状态下主动脉的裂纹扩展和断裂模式影响不大;DMSO对主动脉的冻结过程有明显的"软化"作用,裂纹更容易扩展,而且呈现出典型的韧断;均以5℃/min降温到-50℃后,血管周向比轴向易于扩展,但其与轴向试样表现出截然相反的典型韧断,这充分说明冻结状态下主动脉仍然体现出各向异性的特点.     

丙三醇浓溶液玻璃化转变与结构松弛参数DSC分析

利用差示扫描量热仪研究了5种高浓度丙三醇水溶液(60%、70%、80%、90%、100%)的玻璃化转变行为,以考察水分含量和升降温速率对其玻璃化转变行为和结构松弛参数的影响.采用4种线性升降温速率(10、15、20、25K/min)获得玻璃化转变的相关参数.利用GordonTaylor方程对玻璃化转变温度的分析结果表明,水对丙三醇增塑常数的计算结果与升降温速率和玻璃化转变温度的读取方法有很大关系.玻璃化转变过程的比热容变化不仅随水分含量的增加而增加,而且与升降温速率也有一定的依赖关系.结构松弛活化能的计算结果表明,随体系水分含量的增加,体系的结构松弛活化能和动力学脆度都逐渐降低.随水分含量的变化,热力学脆度和动力学脆度表现出相反的变化趋势.