納米微粒加入低溫保護劑溶液凍結熱物性研究.pdf

1、生物體雖然能在低溫狀態(tài)下長期保存,但卻極易在降溫、復溫過程中遭受損傷而死亡。對于復雜的細胞組織和器官,玻璃化方法可以完全避免由于結晶導致的各種冰晶損傷,被譽為是一種極具潛力的解決方法。但是由于受到降溫速率和低溫保護劑溶液濃度的限制,相對復雜和較大的組織無法實現(xiàn)玻璃化的低溫保存。將納米微粒加入溶液中能起到顯著的強化傳熱作用,但是在溶液降溫過程中對納米懸浮液的凍結特性的研究還鮮有報道。為了研究納米微粒對低溫保護劑玻璃化能力的影響,分析納米微

2、粒加入低溫保護劑溶液后在降溫過程中的熱力學行為是非常必要的。同時若能找到一種合適的納米材料在適當?shù)臐舛群土较嘛@著促進溶液的傳熱效率,增強溶液的玻璃化能力,將對復雜細胞、器官和組織的成功低溫保存具有重要的現(xiàn)實意義。
　　本實驗主要通過試劑配置以及DSC方法測量了加入納米微粒后低溫保護劑溶液的懸浮穩(wěn)定性及凍結熱物性的變化,研究了加入不同粒徑,不同質量分數(shù)納米微粒的低溫保護劑溶液在不同濃度下的過冷度,比熱等熱物性參數(shù),以及溶液的玻璃化

3、和反玻璃化特性。主要結論如下:
　　1.采用超聲震蕩方法制備了均勻穩(wěn)定的納米微粒懸浮液。分析了納米微粒加入低溫保護劑后溶液的懸浮穩(wěn)定性。超聲波功率大小對懸浮液的分散性和穩(wěn)定性影響并不顯著。超聲波作用時間對懸浮液的分散性和穩(wěn)定性影響明顯。超聲時間過短(1h以內),超聲波還未能完全阻止粒子聚集而引起沉降;超聲時間過長(大于3h),則已經(jīng)分散的粒子會在強烈的震蕩之下重新聚集,本試驗結果表明超聲震蕩2h能取得最佳的分散效果。實驗結果還表明

4、隨著納米粒徑的增加,納米懸浮液的穩(wěn)定性隨之降低,沉淀現(xiàn)象愈明顯。
　　2.比熱容是納米懸浮液溶液的重要熱物性參數(shù),本文主要測量了不同質量分數(shù)的納米微粒加入低溫保護劑后的比熱值,以及納米微粒加入不同濃度的低溫保護劑溶液后的比熱變化。加入質量分數(shù)0.1％的納米微粒后懸浮液的比熱與純溶液相比變化不明顯。但是加入質量分數(shù)0.2%及以上的納米微粒后懸浮液的比熱值明顯降低。當懸浮液發(fā)生玻璃化轉變過程中,納米懸浮液的比熱容降低且隨著納米微粒質量

5、分數(shù)的增加而減小;同時加入相同粒徑和質量分數(shù)的納米微粒的懸浮液,低溫保護劑溶液的濃度越高,納米懸浮液的比熱容越低。
　　3.低溫保護劑溶液中加入一定量的納米微粒能顯著的促進晶核的形成,降低溶液的過冷度。當溶液的濃度在0-15%的范圍內時,加入納米微粒后溶液成核溫度變化不明顯,但是當溶液濃度高于15%時,加入納米微粒能顯著的提高溶液的成核溫度,降低溶液的過冷度。實驗結果同時表明,加入納米微粒的粒徑越大、質量濃度越高,溶液過冷度的降低