第六講低溫生物醫(yī)學(xué)研究中常用的設(shè)備

1、第六講 低溫生物醫(yī)學(xué)研究中幾個(gè)常用的儀器設(shè)備6.1 程序降溫儀 低溫生物學(xué)研究說明，在進(jìn)行生物材料的低溫保存時(shí)，不同的細(xì)胞要求不同的降溫和復(fù)溫程序，一些復(fù)雜的細(xì)胞還要求降溫程序分成多段進(jìn)行，每段具有不同的冷卻速率。低溫保存對降溫儀的幾個(gè)要求工作溫度范圍0 至-60？控溫速率生物樣品的多樣性控制精度特別是相變溫區(qū)依據(jù)原理分類液氮噴射式降溫Spurt type液氮容器內(nèi)的升降式降溫Immersion type液氮噴射式降溫20世紀(jì)70年代末研制成功美國液氮容器內(nèi)升降式20世紀(jì)80年代末上海機(jī)械學(xué)院研制成功降溫儀用于生物材料低溫保存的熱控制問題.1 純水的凍結(jié)特性tTabcde樣品溫度降溫槽溫度降溫

2、曲線a-b段：水以釋放顯熱的方式降溫；b-c段：當(dāng)過冷到b點(diǎn)時(shí)，冰晶形成，釋放的潛熱使樣品的溫度迅速上升到0；c-d段：水在平衡條件下，繼續(xù)析出冰晶，不斷釋放大量固化潛熱。d-e段：全部水被凍結(jié)后，固化的樣品以較快速率降溫。 特別指出：d-e段的降溫速率可能遠(yuǎn)大于槽溫的下降速度，因此在生物細(xì)胞的低溫保存中，如何控制溶液固化后的冷卻速率是熱控制的一個(gè)重要問題和難點(diǎn)。復(fù)溫過程熱控制 對于實(shí)際低溫保存來說，生物材料一般都是放在塑料袋或瓶中，直接放入溫水中進(jìn)行復(fù)溫。同樣要經(jīng)歷-60 至0 溫區(qū)，其復(fù)溫速率也是必須考慮的問題。目前一直在探討微波加熱復(fù)溫的方式但存在局部過熱問題！6.2 低溫生物顯微鏡在微

3、觀尺度下動(dòng)態(tài)地、直觀地研究低溫下發(fā)生的過程，有助于低溫?fù)p傷機(jī)理的研究。冰晶形成均勻玻璃化狀態(tài)A Microscope Diffusion Chamber For Determination Of The Equilibrium And Non-Equilibrium Osmotic Response Of Individual Cells, J. J. McGrathJ. Microscopy, 139, 249-263, 1985.低溫生物顯微技術(shù)的開展使人們能直接觀察和分析相變過程及其對細(xì)胞的影響。6.3 熱分析儀DSC Differential Scanning Calorimetry，

4、差示掃描量熱儀 其根本思想是在樣品和參比物始終保持相同溫度的條件下，測定為滿足此條件樣品和參比物兩端所需的能量差，并直接作為信號Q熱量差輸出。DSC可以測什么？比熱容轉(zhuǎn)變溫度轉(zhuǎn)變焓DMADynamic Mechanical Analysis，動(dòng)態(tài)熱機(jī)械分析儀DMA可以做什么？生物材料的各種力學(xué)模量因溫度引起的熱轉(zhuǎn)變?nèi)廴凇⒉ＡЩD(zhuǎn)變6.4 冷凍枯燥機(jī)Freeze-drying、 Lyophilization將待枯燥物快速凍結(jié)后，再在高真空條件下將其中的冰升華為水蒸氣而去除的枯燥方法。由于冰的升華帶走熱量使凍干整個(gè)過程保持低溫凍結(jié)狀態(tài)，有利于保存一些生物樣品(如蛋白質(zhì))的活性。冷凍枯燥法的優(yōu)點(diǎn)1. 保存完好的營養(yǎng)成份如蛋白質(zhì)、維生素、植物營養(yǎng)素等。 2. 保存生物樣品原有外形、色澤和構(gòu)造。 3. 加水后，能快速、完全的復(fù)原。 4. 常溫下能長久儲(chǔ)存，而且不需添加任何防腐劑。 5. 冷凍枯燥加工過的樣品重量輕，易于攜帶和運(yùn)輸，且運(yùn)費(fèi)較低。 工業(yè)生產(chǎn)型LYO-7.520.0M2用于疫苗，生物產(chǎn)品，血漿,抗生素和保健品。板層最低溫度可達(dá)-55，冷阱最低溫度可達(dá)-70，捕冰量為150-400kg。實(shí)驗(yàn)/放大型LYO-0.21.0M2用于工藝曲線摸索和為工業(yè)生產(chǎn)或大規(guī)模生產(chǎn)提供實(shí)際數(shù)據(jù)。最低板層溫度可達(dá)-45，最低冷阱溫度可達(dá)-60，捕冰量