细胞冻干机：常用细胞冻干保护剂的应用

细胞冻干机（细胞冷冻干燥机）：常用细胞冻干保护剂的应用

  冻干保护剂是冻干机干燥生产中一种冻干辅料。加入冻干保护剂的目的是为了提高冻干产品的质量。下面例举一些常用细胞冻干保护剂的应用。

  海藻糖在对生物膜保存的研究中发现,海藻糖无疑优于其它糖。这并非说其它糖类不能保护细胞膜,实际上蔗糖也能起到很好的保护作用,但它需要更高的浓度。在一般的冻干保存中,糖类一般与大分子聚合物共同使用,原因是大分子聚合物对细胞冻存过程中的相变没有影响,但可抑制细胞间的聚集和蛋白的融合,而糖类则可降低熔点值(Tm)。在细胞冻干过程中,对细胞磷脂囊泡的保护有2个必要条件:抑制囊泡间的融合,在干燥情况下降低Tm值。在溶液状态下,此种物质的Tm值为-1℃,若在不加海藻糖的条件下干燥,Tm上升到70℃,若在干燥过程中有海藻糖的参与, Tm被抑制到-20℃,冻干物质可维持在液晶状态并在复水过程中不发生相变。大分子聚合物和糖类这2种物质的联合应用满足了细胞有效冻干的要求。当然,越来越多的研究证明,只有进入到细胞内部,海藻糖在冻干时才能对胞内蛋白和细胞膜起到有效的保护作用。  

   聚乙烯吡咯酮(polyvinylpyrrolidone,PVP)是一种多聚体,它对生物体或生物大分子具有非特异性保护作用;同时它也是一种非渗透性保护剂,在细胞冻干保存中常与糖类一起,主要通过与糖类间的氢键作用和改变糖类的玻璃化温度发挥作用,不同浓度和不同分子量的PVP的作用不一样。大分子量的PVP能够更有效地抑制蔗糖的结晶作用,通过稳定糖类的玻璃化结构,这些多聚物还可以提高共同冻干的蛋白和肽类的稳定性。增加PVP的浓度和分子量也可以增加非结晶型糖类的物理稳定性。  

  盐类在冻干机的冷冻干燥中的作用：溶液在结冰时,其中的溶质浓度必然会慢慢增大,盐类产生的电解质离子可明显降低其Tg值,比如在10%的葡聚糖、PVP、乳糖和蔗糖的溶液中加入2%的NaCl可使Tg值下降14~18℃。磷酸钠对Tg值的影响较小,但是当将10%的PVP溶液中加入1%~%的磷酸钠可以引起在低温热能曲线中的第2个玻璃化,暗示了在冻干液中的相分离。电解质诱导Tg值变化的zui可能的机制是它可以增加冻干液中非冰冻水的含量,而这非冰冻水起到了增塑剂的作用,并且降低了Tg值。有些盐类会分离蛋白和PVP联合,在冰晶中把它们分成蛋白富集区和PVP富集相,这一结果强调了在冻干保护液中减少盐加入量的重要性。  

为了获得在冻干前后形态一致和功能稳定的细胞,很多糖类或多聚物经常被用做溶液冻融和冻干过程中非特定蛋白质和膜的稳定剂,它们既是有效的低温保护剂,又是很好的冻干保护剂,它们对冻结的影响取决于种类和浓度。但是细胞种类很多,所含蛋白也不尽相同,而且物理化学性质各异,因此不同的细胞需要不同的保护剂。在选择冻干保护剂的配方时,必须进行大量严格的试验,这对任何一种细胞冻干工艺的探索都是一项极为重要的工作。

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