冻干中的低温保存和低温损伤

冻干中的低温保存和低温损伤

 

   生物体为什么能在低温下长期保存呢?这是因为低温能抑制生物体的生化活动。生物体内一切新陈代谢过程中的变化,虽然由酶催化而表现出多种特殊形式但仍然都服从于某些共同的物理化学规律。

细胞和组织在降温和复温过程中受损伤的机理：

细胞和组织虽能在低温下长期保存,但却极容易在降温和复温过程中受溶液冻结、融化以及溶液渗透压力变化等因素的作用而损害。这种低温损伤主要发生在0~-60℃这段温度范围内,我们称这个温度范围为“危险温度区”。

为了实现细胞的低温保存,一般均需在溶液中加入一定种类和浓度的低温保护剂,如甘油、二甲亚砜、甲醇、聚乙烯吡咯烷酮(PVP)、聚乙二醇(PEG)等。并针对不同的细胞,设计特定的降温程序和复温程序等。没有上述特定的条件,细胞在降温、复温过程中必然会遭到低温损伤而死亡在常温下,细胞与其周围的溶液是处于平衡状态;细胞内、外的温度和浓度都是相同的。也就是细胞内外处于等温和等渗状态

在冷却过程中,根据传热的原理,细胞外的溶液先被冷却到溶液的凝固点以下;对于富含水的溶液,析出的固相几乎是不含溶质的纯冰,致使胞外的液体溶液的浓度升高。这样,细胞内外就存在着温度差和浓度差(渗透压),它们分别是传热和传质的驱动力。

1.冷却速率相对过高的过程

在冷却过程中,胞外溶液开始结冰时,胞内的水分来不及通过细胞膜渗向胞外,这样胞内溶液也会过冷,产生胞内冰。

这个过程的特点是在冻结过程中细胞脱水很少,体积变化不大,但胞内外均有冰形成。在复温时,胞内外的冰都会产生再结晶,会对细胞造成损伤。特别是胞内冰的形成和再结晶,会对十分精致和脆弱的细胞膜产生损伤,从而导致细胞的死亡。这种损伤被称为“胞内冰损伤”

2.冷却速率相对过低的过程

在冷却过程中,胞外溶液开始结冰时,胞内的水分有充分的时间可以通过细胞膜渗向胞外;细胞的体积明显缩小:胞内溶液的浓度也不断增加,但没有胞内冰形成。

这个过程的特点是在冻结过程中细胞过度脱水,严重皱缩;同时,细胞在不很低的温度下,在高浓度的溶液中所经历的时间过长。这些都会导致细胞的损伤以至死亡。这种损伤被称为“溶液损伤”或“溶质损伤”。

 

 

创建时间：2025-03-25 12:38
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