被动传热的降温速率控制方法及其在细胞冷冻保存中的应用

发布时间：2022-11-06 08:09

　　在生物样品低温保存的降温过程中,降温速率是影响细胞经过冷冻的存活率的一个重要因素。生物样品的低温保存通常采用“两步法”,即第一步先将生物样品采用某个较慢的降温速率降温到-80℃并维持一段时间,然后第二步,再将已经处于-80℃状态的生物样品直接投入液氮罐里（-196℃）进行深低温的长期保存。目前将生物样品降温到-80℃过程普遍使用液氮程序降温仪进行。这种方式存在着造价昂贵、操作繁琐、使用和维护成本高等缺点,因此有必要开发出一种价格便宜、操作简单、使用和维护成本低的低温保存降温方式。本文通过建立生物样品被动降温过程中的传热学模型,设计制作出盒控降温仪,并研究了多种细胞冷冻保存的效果。首先,本文对脐静脉内表皮细胞（HUVEC）冷冻过程水的跨膜传输和胞内冰形成机理研究,建立HUVEC冷冻过程水的跨膜传输和胞内冰形成规律的数学模型,然后在低温冷台上对HUVEC按照1℃/min、10℃/min和20℃/min降温速率进行降温过程的体积变化和冰晶形成规律进行统计。统计了相应这3种降温速率的HUVEC 508个、370个和331个,并通过计算和拟合,获得HUVEC在冷冻保存过程中水的跨膜传输和胞内冰形... 

【文章页数】：123 页

【学位级别】：博士

【文章目录】：
摘要
Abstract
第一章 绪论
    1.1 研究背景
        1.1.1 低温生物医学学科的应用与发展
        1.1.2 低温保存的方式
        1.1.3 低温保存的冷冻过程对细胞的损伤
        1.1.4 低温保存的复温过程对细胞的损伤
        1.1.5 低温生物医学在其它领域的应用
    1.2 低温保存研究现状
        1.2.1 慢速降温的研究现状
        1.2.2 慢速降温设备的现状
        1.2.3 被动降温方式的简介
        1.2.4 HUVEC的简介
    1.3 干细胞保存库的介绍
        1.3.1 国内外干细胞库发展状况
        1.3.2 我国干细胞库的通用标准
        1.3.3 干细胞库的常保存的细胞
    1.4 课题研究内容与论文结构安排
        1.4.1 本文的研究内容
        1.4.2 本文各章的内容安排
第二章 HUVEC冷冻过程水跨膜传输和胞内冰形成机理的研究
    2.1 HUVEC冷冻过程水的跨膜传输和胞内冰形成
    2.2 HUVEC冷冻过程机理实验的过程
        2.2.1 HUVEC培养
        2.2.2 低温显微镜系统
        2.2.3 HUVEC测试
    2.3 HUVEC冷冻过程机理实验的结果
        2.3.1 HUVEC的跨膜水传输实验结果
        2.3.2 HUVEC的胞内冰形成的实验结果
    2.4 本章小结
第三章 盒控降温仪的理论和实验研究
    3.1 盒控降温仪的传热学理论研究
        3.1.1 降温速率的重要性
        3.1.2 盒控降温仪的传热学设计
        3.1.3 盒控降温仪的传热学理论研究
        3.1.4 盒控降温仪置入到-80℃后的边界条件数学模型
        3.1.5 盒控降温仪参数尺寸的确定和仿真的结果
    3.2 盒控降温仪的工程设计
        3.2.1 盒控降温仪的机械外壳设计
        3.2.2 盒控降温仪的使用方法
        3.2.3 盒控降温仪样机的热力学功能验证
        3.2.4 盒控降温仪的实时温度记录部件的设计和选择
    3.3 盒控降温仪保存HUVEC实验
        3.3.1 实验材料目的
        3.3.2 实验材料和实验方法
        3.3.3 HUVEC冷冻实验结果
        3.3.4 实验的结果
        3.3.5 实验总结
    3.4 本章小结
第四章 盒控降温仪用于冻存管保存的生物样品研究和实验
    4.1 盒控降温仪对用冻存管保存的生物样品的降温
        4.1.1 常见的生物样品保存容器
        4.1.2 盒控降温仪保存使用冻存管储存的细胞样品的热力学数学模型
        4.1.3 盒控降温仪热力学模型的仿真和验证
    4.2 盒控降温仪对冻存管里的NKT免疫细胞的降温保存实验
        4.2.1 NKT免疫细胞
        4.2.2 实验的材料和方法
        4.2.3 实验的结果
        4.2.4 实验的总结
    4.3 本章小结
第五章 盒控降温仪用于干细胞库常见干细胞保存的应用
    5.1 干细胞的简介
    5.2 盒控降温仪用于MSC的保存
        5.2.1 MSC的简介
        5.2.2 MSC保存实验的简介
        5.2.3 实验的材料和方法
        5.2.4 实验的结果和讨论
        5.2.5 实验的总结
    5.3 盒控降温仪用于HSC的保存
        5.3.1 HSC的保存实验的简介
        5.3.2 实验的材料和方法
        5.3.3 实验的结果和讨论
        5.3.4 HSC的长期保存测试
        5.3.5 盒控降温仪用于HSC低温保存实验的总结
    5.4 本章小结
第六章 总结和未来展望
    6.1 本文的总结
    6.2 本文的创新点
    6.3 本文后续的展望
参考文献
致谢
在读期间发表的学术论文
在读期间取得的其他研究成果


【参考文献】：
期刊论文
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[3]我国首个干细胞通用标准发布 推动该领域规范化[J].   上海医药. 2017(23)
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本文编号：3703152