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中科都菱解读低温生物学里“温度”和“样本”之间的联系

来源:中国仪器批发网2020-03-26 13:35:58浏览:943

  20世纪50年代,低温制冷技术和生物学技术快速发展,诞生了一门边缘学科—低温生物学。是指研究在自然或人工低温环境下生命体、细胞、组织的活动规律和应用,探索生命在低温环境下的生与死。在储存领域内的低温生物学离不开的两个话题就是“温度”和“样本”,那么二者之间有什么联系。

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  一、样本篇
  
  生物样本保存是进行生物学和医学研究应用至关重要的一步,渗透到生物学的各个分支中。常见的保存样本如菌种、生物大分子、血液、细胞、组织、体液等,典型的生物样本包括血液样本、生物大分子、细胞样本。
  
  01.血液
  
  血液是生命活动的源泉,在人体运输、体液调节、防御、内环境稳态中发挥着重要的作用。正常人体血液由血细胞和血浆组成,血细胞包括红细胞、白细胞和血小板;血浆90%以上都是水,固体溶质主要是血浆蛋白、电解质和其他类有机物。
  
  全血在采集后应及时储存在4±2℃下,保存天数取决于保存液配方。全血并不全,血液中很多成分如血小板、中性粒细胞、凝血因子随着保存时间增加,功能会部分或全部丧失。全血经过离心过滤等处理后分离制备成不同血液制品满足不同患者对成分血的需求,这就包括红细胞、血浆、血小板、冷沉淀凝血因子。冷冻血浆、血清、冷沉淀物样本保存在-25℃以下,红细胞可保存在4±2℃条件下,长时间冻存应在-80℃下,血小板保存温度为20-24℃并水平振荡。
  
  02.生物大分子
  
  生物大分子是开展科学研究、药物开发,揭秘遗产、疾病和生命活动机制的重要工具。所谓的生物大分子也就是我们耳熟能详的DNA、RNA、蛋白质,其都是由一个个的小分子聚合而成的。目前认为在液氮和-80℃超低温冰箱中冻存基本不会发生生物大分子的降解,但是RNA和蛋白质由于自身的不稳定性会发生不同程度的降解。细胞、组织中DNA可以在-80℃保存数年甚至更长的时间,而RNA由于自身的单链不稳定性加上易被环境中无处不在的RNA酶降解,长时间存储后的完整性和活性逐渐降低。蛋白质和脂质也可以在-80℃下长期保存,时间长短和稳定性由于自身的特异性各不相同。
  
  生物大分子的储存温度视实际需要而定,要保证样本活性和延长存储时间可以通过 1、使用更低的温度储存;2、加特定大分子的保护剂;3、使用自动化设备减少反复冻融损伤等方式改善。
  
  03.细胞类样本
  
  随着生命科学和医学的快速发展,细胞治疗技术成为近年来最引人注目的领域之一,加上各地细胞库的建设和发展,由此带来巨大的细胞生产、存储市场容量。常见存储的细胞种类包括免疫细胞、干细胞、精子、卵细胞等,还有细胞构成的组织、器官、胚胎等等。不同于储存生物大分子,细胞易受内外复杂微环境的影响,面临冷冻损伤、储存损伤、融化损伤等多方面影响,更难控制。
  
  因此很多细胞储存的温度尽量选择在-140℃以下,低于水的玻璃化温度。为了减少细胞冻存的冰晶损伤和溶液损伤,可通过分段式降温或程序性降温。程序降温仪可根据样本的不同设置不同的降温程序,在冻存精子、卵细胞、胚胎、干细胞等样本冻存中应用广泛,一些程序降温难以解决的样本如组织器官等通过玻璃化冻存处理。
  
  二、温度篇
  
  样本保存设备是保持生物样本活性、稳定性的基础,按照温度段可将样本保存设备分为
  

  2-8℃冷藏箱

  
  药品、疫苗、试剂、培养基等常用的温度选择,这类样本会保存随着温度升高,本身会发生化学变化,温度降低会发生冻结引起质量恶化。
  

  4℃血液保存箱

  
  全血和红细胞保存的使用温度,低温储存虽有助于降低红细胞代谢速率,但会加速葡萄糖消耗,导致电解质失衡影响输血安全,综合来说4℃时携氧量和氧亲和力最高。
  

  -25℃—-40℃低温冰箱


  
  各种类型的血浆制品和生物大分子的适用温度。0—-60℃是水的结晶温度,结晶过程会损害细胞和组织内的微观结构。纯化后的生物大分子可在此温度段内保存一定时间,但不能用于长期保存细胞和组织,因此通常在生物样本库中不用0—-60℃作为储存温度。
  

  -86℃超低温冰箱


  
  微生物菌种、大分子、血制品、细胞、组织等冻存的常见温度,低于水的结晶温度,样本生物学活动大大降低,同时避免了样本的结构损伤,基于操作便捷性、存储量、成本考虑,是长期保存生物大分子活性的常见温度。-80℃也是常见的开展自动化存取设备的适用温度,对于珍贵的样本可一部分拷贝使用自动化设备存取,一部分储存在气相液氮中安全备份,手动存取。
  

  -150℃液氮罐,深低温冰箱


  
  -136℃是水的玻璃化温度,这两种冻存容器能达到的温度均低于水的玻璃化温度,样本的生物学活动几乎停止,是长期保存细胞、组织样本的最理想温度。目前气相液氮存储是国际上普遍建议的模式,较于电制冷的深低温冰箱,避免了取放样本过程较大的温度波动,减少样本反复冻融,而且从储存量和运行成本上考虑也更有优势;较于传统的液相液氮存储模式,避免冻存管爆管和样本交叉污染的影响,便于开发自动化设备。
  
  温度精度、均匀性、波动度是衡量冻存设备的重要指标,能避免样本反复冻融、保证样本活性。中科都菱是国内为数不多的能提供全温度段储存设备的制造厂家,为样本储存安全保驾护航。

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