纳米微粒增强玻璃化低温保护剂传热性能的研究

玻璃化低温保存是实现人体器官长期保存的有效方法，降温速率和保护剂浓度是实现玻璃化的两个关键因素，相对低的降温速率可以避免样品的断裂并减小热应力；而低浓度的保护剂可以减小毒性损伤，但两者同时减小时，不利于溶液形成玻璃化。所以，探索适合人体器官低温保存用保护剂的玻璃化形成条件，是目前低温生物学领域的研究热点之一。本项目将系统深入的研究纳米微粒（金属、金属氧化物、非金属纳米微粒）对不同的低温保护剂在降温过程中玻璃化形成能力的影响。首先，用超声震荡法制备均匀稳定的纳米低温保护剂；然后，分别测量纳米保护剂的比热、导热系数等热物理性质，实验研究纳米微粒对低温保护剂传热性能的影响；最后，将建立纳米微粒影响低温保护剂传热的数学模型，从分子层面揭示纳米微粒影响低温保护剂传热性能的机理。本项目的研究成果将为纳米微粒在低温保存中的应用提供可靠的理论依据和方法指导。

玻璃化低温保存是实现人体器官长期保存的有效方法，降温速率和保护剂浓度是实现玻璃化的两个关键因素，相对低的降温速率可以避免样品的断裂并减小热应力；而低浓度的保护剂可以减小毒性损伤，但两者同时减小时，不利于溶液形成玻璃化。所以，探索适合人体器官低温保存用保护剂的玻璃化形成条件，是目前低温生物学领域的研究热点之一。本研究的主要目标是研究纳米微粒对不同的低温保护剂在降温过程中玻璃化形成能力的影响，以及在玻璃化过程中低温保护剂热物性参数的变化。旨在揭示纳米微粒影响低温保护剂传热性能的机理，为纳米微粒在低温保存中的应用提供可靠的理论依据和方法指导。主要成果包括：. 1）利用超声震荡方法制备了均匀稳定的纳米低温保护剂，并应用不同的检测方法进行了稳定性表征。对给定的纳米低温保护剂溶液，超声震荡的功率和震荡时间是影响纳米低温保护剂稳定性的主要因素。. 2）分别测量纳米保护剂的比热、导热系数等热物理性质，实验研究纳米微粒对低温保护剂传热性能的影响。利用DSC测量了纳米低温保护剂的在整个热变化区间的比热值，并研究不同的质量分数和不同粒径的纳米微粒对低温保护剂的影响。利用热平板法建立测量系统，并测量纳米低温保护剂的导热系数。综合考虑了纳米颗粒的布朗运动、纳米粉体表面的液体吸附层以及纳米粉体的团聚三个因素对纳米低温保护剂导热系数影响，得到纳米低温保护剂导热系数的预测模型，并验证了该模型正确性。. 3）研究了纳米低温保护剂的玻璃化性质。纳米颗粒促进了低温保护剂溶液水合性质的发生，抑制冰晶的形成，减少结晶量。利用低温显微镜研究了含有不同粒径的纳米微粒溶液在不同降温和升温速率下的冻结和融化过程，从纳米微粒和温度变化速率两方面对冰晶冻结、融化以及形貌影响的角度来深入了解冰晶的生长属性。. 4）纳米颗粒对卵母细胞玻璃化保存效果的影响。将纳米低温保护剂用于卵母细胞的玻璃化保存，分析纳米颗粒的毒性、以及对猪卵母细胞玻璃化保存的存活率和发育潜能的影响。. 本课题取得了一些有意义的成果，部分成果，如导热系数测量、卵母细胞保存等属于国内外首次。通过本项目的研究，锻炼了2位青年教师，培养了7 名研究生，项目负责人也获得了上海市东方学者跟踪计划；共发表论文20 多篇、获专利2 项、出版专著1 本。.