[发明专利]一种面向玻璃化保存的降复温工质驱动装置及其控制方法

说明书

本发明涉及到生物材料玻璃化保存中的降/复温领域，具体为一种面向玻璃化保存的降复温工质驱动装置及其控制方法。装置包括高压惰性气体输入端、压力调节阀、球阀、降复温工质容器、样品段和储液槽，通过导管采用串联的方式依次进行连接。本发明利用高压惰性气体作为驱动，驱动降复温容器中的降复温工质高速运动通过样品段，并作用在样品或其载体上，从而实现样品的降复温。本发明以高压惰性气体作为驱动力，驱动降复温工质来实现样品的玻璃化保存，变现有的被动的作用方式为主动，大大提高了低温保存的稳定性和一致性；通过压力调节阀来调整驱动压强，可实现对样品降复温速率的大范围调节。

技术领域

本发明涉及到生物材料玻璃化保存中的降/复温领域，具体为一种面向玻璃化保存的降复温工质驱动装置及其控制方法。

背景技术

低温保存是众多生物材料目前唯一有效的长期保存手段，在国计民生的众多领域都发挥着不可替代的作用。在临床医学领域，越来越多的疾病可以通过细胞和组织的移植而得到医治，大规模的低温保存则是解决这些重要生物材料临床供应问题的重要手段。低温保存的生物材料需要经历从常温至低温的跨越，这一过程中冰晶生长是保存成功的最大障碍。玻璃化保存是一种革命性的新方法，在玻璃化保存的过程中生物样品内不产生(或仅产生极少量)冰晶，溶液的浓度无明显变化，过冷时间短，因此能有效避免各种因素导致的低温损伤，相对传统方法有原理性的突破。

为了获得玻璃化转变所需的超高降复温速率，标准方法中使用细管(FrenchMini-straw,0.25ml)承载微量样品并直接投入液氮(-196℃)，通过样品与液氮间的巨大的温差以及液氮在细管表面的汽化作用驱动样品迅速降温，在复温环节，则将细管直接投入恒温水浴(约30℃)中，以样品和温水间的温差驱动样品快速升温。在此基础上，Vajta等人改进了细管的结构，提出了开放式拉长细管法(Open Pulled Straw，OPS)，所得到的降温速率大大提高。Reubinnoff也应用了这种方法首次成功进行了干细胞玻璃化低温保存中，后续研究对这种方法进行了持续的改进，先后出现了封口式拉长细管法(Closed PulledStraw，CPS)、微量吸头法(Micropipette)、Cryotop及Cryotip等方法。

无论结构如何改进，以上方法中承载样品的各种容器在降温或复温过程中都会对样品与工作液体，如制冷剂(液氮)或复温剂(温水)间的换热起一定的热阻作用。为了消除容器的影响，另一部分研究中采用了直接接触的方式，即使得微量样品与制冷剂或复温剂直接接触，实现更高的换热效率。典型方法包电镜网法(Electron Mmicroscope Grids，EMG)、冷环法(Cryoloop)等，分别用精细的铜网及尼龙环承载微量的细胞。近期研究中还出现一种细胞微滴法(Micro Droplet，MD)，利用微流控芯片生成包裹细胞的微滴，并直接滴入到液氮中降温。这类方法能获得较高的降复温速率，但需要解决细胞的回收及直接接触带来的污染问题。

总的来说，虽然玻璃化保存方法研究已经取得了一系列成果，但现有降复温技术仍不成熟，表现在：

(1)换热效率有限。现有的降温方法从本质上来说都是通过样品在液氮中的池沸腾(Pool boiling)来获得较高的降温速率，但池沸腾过程中会产生大量的液氮蒸汽包裹在样品周围，对进一步的降温产生隔热的作用，因此换热系数一般较低；对复温过程来说，现有复温方法一般通过样品与恒温水浴间的温差驱动升温，换热效率更低，而且随着样品温度回升、温差减小，复温速率迅速衰减，很容易产生反玻璃化等问题；

(2)操作偶然因素影响大。将样品浸入液氮实现降温和投入恒温浴实现复温的方式，工质被动的作用于生物样品或载体，降复温速率难以控制，缺乏稳定性和一致性，并且无法调节。

发明内容

针对上述存在的问题或不足，为了解决玻璃化保存中存在的换热效率有限、操作偶然因素影响大等问题，本发明提供了一种面向玻璃化保存的降复温工质驱动装置及其控制方法。

具体技术方案如下：