第六讲低温生物医学研究中常用的设备

1、第六讲 低温生物医学研究中几个常用的仪器设备6.1 程序降温仪 低温生物学研究说明，在进行生物材料的低温保存时，不同的细胞要求不同的降温和复温程序，一些复杂的细胞还要求降温程序分成多段进行，每段具有不同的冷却速率。低温保存对降温仪的几个要求工作温度范围0 至-60？控温速率生物样品的多样性控制精度特别是相变温区依据原理分类液氮喷射式降温Spurt type液氮容器内的升降式降温Immersion type液氮喷射式降温20世纪70年代末研制成功美国液氮容器内升降式20世纪80年代末上海机械学院研制成功降温仪用于生物材料低温保存的热控制问题.1 纯水的冻结特性tTabcde样品温度降温槽温度降温

2、曲线a-b段：水以释放显热的方式降温；b-c段：当过冷到b点时，冰晶形成，释放的潜热使样品的温度迅速上升到0；c-d段：水在平衡条件下，继续析出冰晶，不断释放大量固化潜热。d-e段：全部水被冻结后，固化的样品以较快速率降温。 特别指出：d-e段的降温速率可能远大于槽温的下降速度，因此在生物细胞的低温保存中，如何控制溶液固化后的冷却速率是热控制的一个重要问题和难点。复温过程热控制 对于实际低温保存来说，生物材料一般都是放在塑料袋或瓶中，直接放入温水中进行复温。同样要经历-60 至0 温区，其复温速率也是必须考虑的问题。目前一直在探讨微波加热复温的方式但存在局部过热问题！6.2 低温生物显微镜在微

3、观尺度下动态地、直观地研究低温下发生的过程，有助于低温损伤机理的研究。冰晶形成均匀玻璃化状态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.低温生物显微技术的开展使人们能直接观察和分析相变过程及其对细胞的影响。6.3 热分析仪DSC Differential Scanning Calorimetry，

4、差示扫描量热仪 其根本思想是在样品和参比物始终保持相同温度的条件下，测定为满足此条件样品和参比物两端所需的能量差，并直接作为信号Q热量差输出。DSC可以测什么？比热容转变温度转变焓DMADynamic Mechanical Analysis，动态热机械分析仪DMA可以做什么？生物材料的各种力学模量因温度引起的热转变熔融、玻璃化转变6.4 冷冻枯燥机Freeze-drying、 Lyophilization将待枯燥物快速冻结后，再在高真空条件下将其中的冰升华为水蒸气而去除的枯燥方法。由于冰的升华带走热量使冻干整个过程保持低温冻结状态，有利于保存一些生物样品(如蛋白质)的活性。冷冻枯燥法的优点1. 保存完好的营养成份如蛋白质、维生素、植物营养素等。 2. 保存生物样品原有外形、色泽和构造。 3. 加水后，能快速、完全的复原。 4. 常温下能长久储存，而且不需添加任何防腐剂。 5. 冷冻枯燥加工过的样品重量轻，易于携带和运输，且运费较低。 工业生产型LYO-7.520.0M2用于疫苗，生物产品，血浆,抗生素和保健品。板层最低温度可达-55，冷阱最低温度可达-70，捕冰量为150-400kg。实验/放大型LYO-0.21.0M2用于工艺曲线摸索和为工业生产或大规模生产提供实际数据。最低板层温度可达-45，最低冷阱温度可达-60，捕冰量