深低温冷冻技术的研究进展

深低温冷冻技术的研究进展

刘德刚曲建立

山东省鲁商冰轮建筑设计有限公司山东省济南250101

摘要：据报道，全球每年有上千万人遭遇到各种创伤，数百万人因疾病导致重要器官发生纤维化而丧失功能。近年来对组织工程的研究促进了再生医学的发展，但是对细胞及组织的深低温保存是目前急需解决的问题。深低温冷冻灭活能够最大程度保留骨的强度及骨的诱导生成能力，是一种具有广泛应用前景的生物保肢技术，能较大程度地避免其他保肢方法产生的诸多并发症，有着良好的临床应用前景。基于此，本文主要对深低温冷冻技术的研究进展进行分析探讨。

关键词：深低温冷冻技术；研究进展

1、前言

随着国民经济的快速发展，人民生活水平的不断提高，人们对室内热湿环境舒适度的要求越来越高，空气调节已经成为人们工作和生活离不开的一部分。低温送风空调是相对于常规空调送风系统而言的，与常规空调方式相比，低温送风空调方式由于具有初投资省，年运行费用低，所需占用的建筑空间小等优点而受到人们的关注和重视。它是随着蓄冰技术的发展而发展起来的一种空调方式。

2、低温送风空调技术发展

2.1与冰蓄冷相结合的低温送风空调系统的节能分析

低温送风空调方式是指从集中空气处理机组送出较低的一次风，经高诱导比的末端送风装置进入空调房间。它是相对于常规送风而言的。常规送风系统从空气处理器出来的空气温度为10~15°，而低温送风空调方式的送风温度为3~11°。由于低温送风降低了送风温度，减少了一次风量，也就减少了一次风的空气处理设备，其初投资可降低，又由于蓄冷技术的发展，能提供111~313°的低温冷冻水，为低温送风方式创造了条件。低温送风若与冰蓄冷相结合，其节能效果就更明显。与冰蓄冷相结合的低温送风空调系统，能够充分利用冰蓄冷系统所产生的低温冷冻水，一定程度上弥补了因设置蓄冷系统而增加的初投资，进而提高了蓄冷空调系统的整体竞争力，与冰蓄冷相结合的低温送风空调系统节能效果好。

2.2低温送风系统可以提高室内热舒适性，改善室内空气品质

室内空气温度、湿度及气流组织是影响室内热舒适的三个主要因素。三者之间是相互影响、相互作用的，任何一个因素发生变化都会影响室内热舒适。

（1）气流组织。低温送风空调系统送风温度比较低，低温空气易于下沉，会影响室内空气温度分布。

（2）湿度。在低温送风系统中，送风温度较低；因而会使空气中更多的水分在冷却盘管的表面冷凝出来，从而降低了室内的含湿量。一般低温送风系统的相对湿度要低10%左右。因此，在全负荷状态下，常规空调相对湿度为50%左右。而在部分负荷时常规空调相对湿度为60%时，低湿送风系统相对湿度仍可维持在50%左右。较低水平的相对湿度对房间热舒适有显著的改善，较低的相对湿度，不仅能使人感到空气新鲜，而且由于空气相对湿度较低，当人体出汗时水分易被蒸发，降低了皮肤湿度，减小了衣服与皮肤的摩擦。低温送风空调系统设计可将室内干球温度提高1~2°以实现空调系统的节能。

（3）温度。ASHRA°通过大量的研究发现，干球温度22°相对湿度50%的室内参数，室内热舒适度最高，24°、40%相对湿度时，满意度开始下降，并且由于人在室内的活动水平、衣服的多样化，人希望略冷一些更好[2]。实验表明，对于人体有害的耐低温细菌，在低温系统中并未大量繁殖。另外，由于低温抑制了有害细菌的生长及凝结水量大等原因，使得低温送风系统凝结水中的内毒素浓度低于常规空调系统。

3、深低温冷冻技术的研究进展

3.1冷冻保护剂的应用

近些年来，一种能抑制冰晶生长具有特殊功能的蛋白，主要由糖肽和多肽组成的抗冻蛋白]被应用于冷冻保护剂中。抗冻蛋白可以与冰晶结合并且控制其生长，在不影响细胞质渗透压的情况下降低体液的冰点。此外，抗冻蛋白的抗冻作用与本身的性质有关，而与数量无关，因此它对生物基质的渗透压影响很小。在温度波动时，冰晶进行重结晶，往往对生物造成致命伤害，而抗冻蛋白可以抑制重结晶，防止小的冰晶凝结成更大的冰晶，使形成的晶粒体积小且均匀。另外，有些学者尝试在冷冻保护剂中加入中药提取物人参总皂甙，人参应用于中医已有已有两千多年的历史，由于其广泛的药理作用受到众多学者的重视，其主要的成分包括人参总皂甙、人参多糖和多种活性肽等，这其中主要的成分是人参总皂甙，它能够抑制或延缓细胞的死亡。

有研究者将不同剂量的人参总皂甙与复苏的骨髓造血细胞共培养，检测人参总皂甙对骨髓造血细胞冷冻损伤可恢复性的影响，结果他们发现一定浓度的人参总皂甙使部分受损的冻存造血祖细胞的生物学活性得以快速恢复，这一浓度为25～50μg/mL。许多研究已经证实对细胞及组织进行低温冷冻保存时使用冷冻保护剂比不用冷冻保护剂效果更好。有研究者还观察比较了在不同的冷冻保护剂下，不同的降温速度对保存物所产生的影响，结果发现降温速度和冷冻保护剂均会对防冻效果产生很大影响，其中VS55和DP6是当前比较常用的由多种成分组成的冷冻保护剂。

另外，除了选择最佳浓度的保护剂和如何降低其毒性作用以外，在进行深低温冷冻过程中，不同的操作方法也会对解冻复温后的细胞及组织的代谢活性、存活率产生不同的影响。YoungS.Song[1]等人制作了一个微流体装置，被保存的细胞从装置的中间通道注入，同时，冷冻保护剂从两侧流入微流体通道内，当细胞沿着通道移动时，冷冻保护剂也逐渐向通道内弥散。通过这一装置，细胞在沿着微流体通道移动时逐渐适应冷冻保护剂浓度的变化，因此，可以将由于渗透冲击所产生的损伤降到最小。通过调整冷冻保护剂和细胞液的流速，我们可以主动控制冷到保护剂的浓度。在解冻复温过程中，应用类似的装置将冷冻保护剂从已解冻的细胞中移除，这样使得冷冻保护剂的浓度逐渐降低，减少对细胞的损伤。

最后，通过对使用微流体装置进行低温保存的细胞和未使用该装置的细胞的活性进行观察，结果表明，通过微流体装置后大大减少渗透损伤的细胞，其解冻复温后的生物活性明显高于未使用该装置的细胞。在封闭的系统中可以实现高冷却速率的优势，并且操作起来更安全，更简单。

3.2制冷空调储粮技术的发展状况

低温空调储粮中低温仓控制15℃以下，准低温仓控制20℃以下。日本早在70年代中期，低温仓容就达到140.9万吨，准低温仓容达83.5万吨。如6月底销售不完的稻谷（15.5%水分），砻成糙米装入低温空调仓储存。低温空调储粮的发展最初是采用水冷机组固定式空调，调节仓库空气温度，间接降低袋积储粮温度，并要对粮仓进行隔热处理。因此，一次性投资大，冷却效率低。

4、结语

深低温冷冻灭活回植技术和外科手术不断创新发展及新冷冻设备的不断推出，为骨肉瘤生物保肢的应用提供了更为先进的技术支持，使深低温冷冻灭活回植治疗骨肿瘤逐渐成为当下研究的热点，但目前对于深低温冷冻治疗确切的作用机制尚未完全了解。尽管已有大量基础研究显示深低温冷冻治疗在治疗中的应用价值，但基础研究的实验数据能够多大程度地转化为临床应用尚需实践检验。因此，对深低温冷冻治疗的作用机制和临床应用值得进一步深入研究。

参考文献：

[1]王继坤.深低温保存血小板最佳期限探讨[J].山东医药，2009，49（39）：68-69.

[2]杨青成.冰冻血小板保存时间与报废原因探讨[J].临床与预防，2008，34（20）：4111-4112

[3]宋冬云.冰冻血小板使用过程中若干问题探讨[J].国际检验医学杂志，2010，31（4）：388-389.