深低温保存皮肤的一种快速冷却方法X

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1、’••’年第‘期低温工程®Ï1‘’••’总第‘’•期£²¹¯§¥®©£³³ÕÍ®Ï1‘’•X深低温保存皮肤的一种快速冷却方法‘‰’‰’‰‘‰‘‰周一欣朱兆明纪晓峰刘静莫海龙‘‰中国科学院理化技术研究所ˆ北京‘•••˜•‰’‰中国人民解放军ˆ“•”医院烧伤科‰摘要提出一种适用于皮肤低温保存的快速冷却方法Œ并与目前使用的快速冷却方法进行了比较"试验结果表明Œ新方法可以得到更高的降温速率Œ使皮肤能够迅速越过零度附近的温区Œ从而有效地抑制组织内水分结晶及长大对细胞造成的损伤Œ促进玻璃化Œ提高了皮肤活力"主题词皮肤保

2、存玻璃化强化传热生物传热1引言活性皮肤的保存Œ目的在于建立随时供使用的活性皮肤储备Œ用于治疗严重烧伤时的创面覆盖Œ以减少体液和蛋白质的流失Œ减少感染的机会Œ加快创面愈合"皮肤依照保存温度的不同Œ得到不同的保存效果"零度以上的保存时间通常仅为三天至一周"普通家用冰箱可以实现•’•b£*•’•b£的低温保存Œ皮肤能保持活力约’*“周"用深低温冰箱!干冰或液氮Œ可以在•˜•b£或•‘™–b£保存皮肤"其中又以液氮温度保存的效果最好Œ在此温度之下Œ细胞内的代谢过程几乎完全停止Œ一般认为可以保存十年»‘½以上Œ皮肤活

3、力不会发生明显变化"皮肤以液氮温度冷冻保存Œ要经历降温!低温保存和使用之前的升温过程"降温和升温过程中细胞仍有可能受到损伤Œ导致活力下降"关于降温过程中细胞损伤的机理Œ文献»’½认为有两个原因š一个是细胞内结冰导致的损伤Œ称为胞内冰损伤Œ在快速降温时比较严重"另一个是细胞外的水分结冰Œ导致细胞内外溶液浓度升高损伤细胞Œ称为溶液损伤"细胞暴露在高浓度溶液中时间越长Œ溶液损伤越严重"»“Œ‘½升温时的损伤有多种机制Œ并且损伤的程度和此前的降温过程密切相关"对于快速降温之后的升温过程Œ其损伤主要是由降温时细胞内形

4、成的微小冰晶在升温的一定温区重新排列与再结晶Œ即反玻璃化过程所造成的"X国家自然科学基金资助项目ˆ®Ï1•™—•–••™‰"周一欣Œ男Œ”“岁Œ副研究员"修改稿于’••‘年‘‘月‘’日收到"’•低温工程’••’年在冷冻过程中如果能够实现极快速降温Œ得到非晶态或称玻璃化固体Œ使细胞内外溶液的浓度来不及变化Œ溶液损伤就无从产生"同样由于极快速降温Œ在细胞内外都没有足够的时间产生冰晶Œ自然避免了胞内冰损伤Œ因此是一种理想的降温方法"以水为主要成分的生物组织Œ实现完全玻璃化需要极高的降温速率Œ对生物组织Œ例如大于•

5、1‘ÍÍ尺度的样品是难以达到的"目前只能采用各种方法Œ实现部分玻璃化Œ抑制冰晶的形成和长大Œ避免造成细胞的严重损伤"皮肤深低温保存所常用的两种降温方法Œ即慢速冷冻和快速冷冻Œ就是试图通过不同的途径达到这一目标"ˆ‘‰慢速冷冻保存皮肤的方法大致为š皮片加抗冻剂Œ预冷到”b£Œ在程控降温仪中以»”½ˆ‘*‘1•‰b£•ÍÉÎ的降温速率冷却到•–•b£*•˜•b£Œ然后投入液氮容器保存"如果没有程控降温仪Œ也可以使用•–•b£*•˜•b£的深低温冰箱Œ和一些简单而有效的辅助措»“½施Œ实现接近恒速率的降温Œ到达•

6、–•b£后再投入液氮冷却并保存"这种方法允许细胞外生成冰晶Œ细胞会部分失水皱缩Œ且细胞内溶液浓度升高Œ但细胞内没有或极少产生冰晶Œ接近玻璃态固化"ˆ’‰快速冷冻保存方法š皮片加抗冻剂Œ在”b£浸泡适当时间Œ放入塑料袋内Œ较大的皮片可以卷成卷Œ适当加间隔Œ投入液氮冷冻并保存"通常’•Ó*”•Ó达到液氮温度"采用快速降温方法Œ皮肤经过适当的预处理后可以直接放入液氮容器内Œ无需程控降温仪Œ操»‘½作程序简单Œ成本低Œ存活率较高"采用快速冷冻方法保存皮肤Œ最关键的是要使皮肤组织降温时在•b£*•˜•b£的温区内少生

7、成冰晶Œ而且生成的冰晶应尽可能小Œ这样才能保证皮肤组织的细胞所受损伤最小"本文探讨快速冷冻保存中进一步加快降温速率的方法Œ以求进一步提高皮肤冻存复温后的活力和改进皮肤移植的效果"2冷却方法的改进目前使用的直接浸入液氮冷却的方式Œ冷冻前皮片的初始温度在•b£以上Œ和液氮之间的温差约’••b£"在投入液氮后的降温初期Œ液氮由于巨大的温差而产生膜态沸腾Œ在皮片周围形成一层气膜Œ其热阻很大Œ换热主要以气体对流和辐射方式进行Œ因而换热系数很»•½低ˆ这是-膜态沸腾.现象的主要特点‰Œ尽管传热温差很大Œ皮片的降温却相当

8、慢"从降温曲线可以观察到在•b£附近形成了持续一定时间的温度平台Œ表明在组织内生成了大量冰晶Œ并且有一定的时间长度"在越过这个平台后Œ降温过程才会加速进行Œ但此时部分细胞已经受到损伤"图‘是采用前述的快速冷冻方法获得的实测典型降温曲线"厚度•1“ÍÍ*•1•ÍÍ的皮肤片Œ展平放入塑料袋内Œ直径•1••ÍÍ*•1‘ÍÍ的测温热电偶置于袋内的皮肤表面Œ塑料袋封口辅平Œ面积较大的皮肤片要卷成卷Œ以方便保存Œ但需要在相邻