基于薄液膜蒸发的超高速冷冻方法初探

玻璃化冷冻方法是细胞超低温保存的有效冷冻方法之一.在细胞的玻璃化冷冻过程中,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,进而减少低温保护剂对细胞的毒性损伤和渗透性损伤.本文尝试将薄液膜蒸发这种高效相变传热方式与液氮的低温冷却过程相结合,发展了一种超高速、超低温冷冻降温方法.初步的实验结果表明:冷冻载体从10℃降到-180℃,其平均冷却速率达到了148052℃/min。     

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。     

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.     

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。     

纳米颗粒在低温保护剂中分散性研究

纳米颗粒加入低温保护剂中改善低温保护剂结晶性是一个新兴的研究方向,但是由于低温保护剂中化学键的作用和小颗粒效应的影响,纳米颗粒的分散性能往往受到抑制。文中以吸光值为指标,研究了不同纳米颗粒在低温保护剂中的分散和沉降性能。结果发现:尽管不同的纳米粒子的分散效果不同,使用超声波分散纳米颗粒时,5分钟左右为最佳分散时间。纳米粒子受pH值、颗粒种类、低温保护剂中含水量的影响,分散效果不同。     

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。     

纳米微粒对低温保护剂溶液结晶性质的影响

为了研究纳米微粒对低温保护剂溶液结晶性质的影响,实验利用差示扫描量热仪(DSC)测量了加入不同粒径、不同质量分数的HA纳米微粒的乙二醇(EG)低温保护剂溶液的成核温度和结晶焓。实验结果表明:纳米微粒加入EG溶液后,成核温度明显升高,并且随着纳米微粒粒径的和质量浓度的增大而升高显著;加入一定质量浓度(>0.2%)的纳米微粒后,同浓度的低温保护剂溶液的结晶焓稳定地升高。成核温度与结晶焓的升高说明,纳米微粒能够促进低温保护剂溶液的结晶。     

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。     

生物材料低温保存过程及最新进展

介绍了生物材料低温保存所需经历的三个阶段,即降温过程、储存过程、复温过程。低温保护剂介入低温保存的全过程,这有助于提高生物材料低温保存的存活率,所以选择合适的低温保护剂也很重要。最后还介绍了低温保存的最新进展。     

三元溶液共晶DSC实验研究

抑制共晶产生对低温保存非常重要。本文利用差示扫描量热法研究了加低温保护剂(DMSO、乙二醇、 1,2丙二醇、甘油和1,3丁二醇)的NaCl水溶液的共晶行为。得到以5％、10％、15％NaCl水溶液为母液的五种保护剂溶液热流曲线图。研究发现,溶液共晶是过冷、随机过程。低温保护剂有抑制NaCl水溶液共晶的作用。低温保护剂浓度越高, 共晶焓越小,对共晶的抑制作用越大。不同种类保护剂的抑制共晶的能力从强到弱依次是甘油、乙二醇、 DMSO、 1,2 丙二醇和1,3丁二醇。升温过程中,溶液发生共晶反玻璃化现象和玻璃化现象。     

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.     

兔主动脉冻结过程中未冻水份额的研究

利用差示扫描量热仪(DSC)技术中的分步扫描(Stepwise scanning)法,研究了不同浓度的低温保护剂对主动脉血管冻结过程中未冻水份额的影响。研究结果表明:分步扫描量热技术可以用于血管材料冻结过程中未冻水份额的定量研究,而且具有较高楠度;随着低温保护剂二甲亚砜(DMSO)浓度的增大,血管的初始冻结点温度呈线性降低,但其冻结过程的未冻水份额显著增大,这是由于高浓度DMSO具有很强水合能力所致。     

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。     

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...     

纳米微粒对PVP低温保护剂比热的影响

为了研究纳米微粒对低温保护剂热力学性质的影响,本实验利用差示扫描量热仪(DSC)测量了加入不同质量分数的HA纳米微粒的PVP低温保护剂溶液的比热值.实验结果表明:纳米微粒加入PVP溶液后比热值明显减小,而且HA纳米微粒质量浓度越高,溶液的比热值越小.由于比热容与热扩算系数成反比关系,比热的降低能提高溶液的传热效率,进一...     

醇类低温保护剂水溶液过冷和水合性质研究

利用差示扫描量热仪研究了乙二醇、丙三醇、1,3丙二醇、1,3丁二醇和2,3丁二醇水溶液的过冷行为和水合性质,得出了这些性质与线性多元醇溶液浓度的关系.研究发现,在低浓度过冷度与浓度之间没有明显关系;而在中高浓度则具有相似的变化规律,即随着溶液浓度增大而增大.各低温保护剂在水合性质上所表现出的差异性,体现了保护剂的官能团(羟基、甲基)所起到的重要作用.     

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.     

细胞尺度冰晶生长行为的相场数值模拟

细胞尺度的冻结损伤机制是实施低温手术及生物材料低温保存的关键,本文围绕低温条件下的微尺度冻结问题,应用相场模型对冰晶的形成过程进行了数值模拟,明确了相场模型相关重要参数的确定方法,并最终得到各向同性条件下,二维平面内冰晶的生长过程及其生长特点.     

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…     

锥虫保护剂冻结及冻干特性研究

保护剂溶液冻结及冻干特性的研究对生物材料保护剂的选择以及冷冻干燥工艺的设计具有重要的指导意义。选择聚乙烯醇(PVA)、海藻糖和叔丁醇作为锥虫的保护剂,采用差示扫描量热法研究了PVA/海藻糖/叔丁醇保护剂溶液的冻结特性,并对PVA/海藻糖/叔丁醇保护剂溶液进行了冷冻干燥实验,考察了不同冷冻条件对PVA/海藻糖/叔丁醇保护剂溶液冻结特性和冻干特性的影响。