李维杰,宋立勇,刘宝林

（上海理工大学医疗器械与食品学院，上海 200093）

0 引言

细胞低温保存是广泛应用于现代再生医学、器官移植和辅助生殖的一项关键技术。根据两因素假说，细胞在冷冻过程中会发生溶质损伤[1-2]和胞内冰损伤[3]。慢速冷冻过程中，细胞受到较高浓度的溶质损伤，快速冷冻过程中，细胞脱水不充分，受到胞内冰损伤。在细胞低温保存领域，确定一个最佳的降温速率非常关键，既能降低溶质损伤，又能避免胞内冰损伤。冰核的开始是一个随机事件，它与溶液的过冷度密切相关[4-6]，溶液的过冷度取决于溶液的性质和工艺条件，过冷度很重要，它决定了冰核的数量，从而决定了细胞溶液中冰晶的数量和大小。根据热力学原理，当溶液过冷至熔点温度以下时，才会出现结晶现象。冰晶的生长过程是水分子在晶核表面形成氢键并有序排列的过程，水分子结晶包括两个过程，晶核的形成和冰晶的生长。晶核存在一个临界尺寸，晶核大于临界尺寸时冰晶才能进一步生长，晶核小于临界尺寸时则融化[7]。晶核临界尺寸和细胞溶液的过冷度有关，过冷度越高，晶核临界尺寸越小，溶液内部会形成更多稳定的晶核[8]。在低温保存细胞的过程中，存在一个最佳的降温速率，既能让细胞充分脱水，避免胞内冰损伤，又能避免过高的保护剂浓度的毒害。但在实际降温过程中，过冷度的存在会使得细胞溶液因释放潜热，温度上升，导致细胞的降温速率远高于最佳的降温速率，在较高的过冷度以及较高的降温速率下，会引起细胞不可控的结晶，细胞突然结冰，细胞脱水不充分，胞内冰大量生长，细胞大量死亡。……