[发明专利]多孔金属材料在生物样品冷冻中的应用及冷冻方法

说明书

技术领域

本发明属于生物低温冷冻保存技术领域，具体涉及多孔金属材料在生物样品冷冻中的应用及冷冻方法。

背景技术

低温冷冻，是指将生物组织在加有冷冻保护剂的溶液中，冷冻至某一低温并对其长期保存的过程，在生物研究、医学应用等方面都有广泛的使用与需求。其常用的方式有常规冷冻和玻璃化冷冻。其中，常规冷冻是将含有冷冻保护剂的生物样品先在低温冰箱中冷冻至-80℃，再将其在液氮中冷冻至-196℃并在液氮中长期保存的冷冻方法。玻璃化冷冻是指直接将含有冷冻保护剂的生物样品在液氮中冷冻至-196℃的低温冷冻方法。二者均对冷冻时的降温速率有着较高的要求。然而，对于较大尺寸的生物组织，例如细胞团，组织，甚至整个器官；以及较大体积的生物溶液，如血液，含生物微组织的悬液等。因其特征尺寸大，传热热阻大，导致冷冻速率低，会在生物组织中形成较大的冰晶，对其造成机械性的损伤，使得现有的冷冻技术很难将其有效的保存。

同时，样品的体积变大，会导致传热的不均匀性增加，使得其在复温过程中，会存在较大的热应力，这对生物样品存活造成了极大的威胁。因此，寻找能改善大体积的生物组织冷冻时的换热方法，降低冷冻时的热阻，对于解决较大体积生物样品的冷冻、推进低温冷冻保存技术的进一步发展，至关重要。

多孔金属材料，作为一种新型的功能性材料，因其密度小，比表面积大，力学承载好，热分散能力强等优势，被广泛用于航天，能源，建筑等领域。尤其是开孔的金属多孔泡沫材料，其基体成分为铜铝等高导热金属，孔间空隙为空气填充，使得流体可以通过孔隙流动，从而被广泛用于加强流体换热，相变储热，均匀导热和散热等领域。目前，还未曾见过利用多孔金属材料冷冻保存生物样品的报道。

发明内容

为了克服上述现有技术存在的缺陷，本发明的目的在于提供多孔金属材料在生物样品冷冻中的应用及冷冻方法，该方法使用材料简单，操作方便，易于实现，能够加快冷冻速率，保证较高的生物组织存活率。

本发明是通过以下技术方案来实现：

本发明公开了多孔金属材料在生物样品冷冻中的应用。

所述多孔金属材料的孔与孔之间连通，流体能够通过多孔金属材料中的孔隙；多孔金属材料的孔隙率、孔径、直径以及体积参数，能够根据所冷冻生物样品的大小和体积进行选择。

所述多孔金属材料的孔隙率为0.5～0.99；多孔金属材料的孔径为100～5000μm。

所述多孔金属材料由导热系数大于20W/m·℃的高导热材料制成。

所述高导热材料为铜、铝、铁、镍等其他高导热系数固体材料。

所述生物样品为细胞、细胞团、血液、微生物组织或含生物组织的溶液。

本发明还公开了一种基于多孔金属材料的生物样品冷冻方法，将多孔金属材料切割成与冻存管及生物样品体积适应的形状，再将混有冷冻保护剂的生物样品悬液加入已放入多孔金属材料的冻存管中，进行低温冷冻处理。

优选地，将多孔金属材料切割成圆柱状，置于冻存管中，再将混有冷冻保护剂的生物样品悬液加入已放入圆柱状多孔金属材料的冻存管中，进行低温冷冻处理；其中，圆柱状多孔金属材料的外径与冻存管的内径相同。

优选地，所述多孔金属材料的孔与孔之间连通，流体能够通过多孔金属材料中的孔隙；多孔金属材料的孔隙率、孔径、直径以及体积参数，能够根据所冷冻生物样品的大小和体积调节。

所述多孔金属材料的孔隙率为0.5～0.99；多孔金属材料的孔径为100～5000μm。所述多孔材料由导热系数大于20W/m·℃的高导热材料制成，高导热材料为铜、铝、铁、镍等其他高导热系数固体材料。。

低温冷冻处理后还包括复温处理，具体操作为：

将多孔金属材料冻存管于37℃下水浴复温解冻，直至冻存管中成为冰水混合物时，移出水浴；将冻存管中溶解后的溶液转移到试管内后，去除冷冻保护剂，加入培养液，得到解冻后的生物样品组织溶液。

与现有技术相比，本发明具有以下有益的技术效果：

本发明公开了多孔金属材料在生物样品冷冻中的应用，由于多孔金属材料的孔与孔之间连通，流体能够通过多孔金属材料中的孔隙，因此以多孔金属材料作为传热媒介，能够有效提高冷冻速率，且冷冻过程中由于多孔材料存在孔隙，不易形成较大体积的冰晶，从而尽可能避免冷冻过程中生物组织的损伤。生物样品内部的传热更为均匀，能够避免造成较大热应力，从而保证生物样品的存活。同时，在冷冻过程中冷冻生物组织不与液氮直接接触，不会造成生物污染。多孔金属材料的孔隙率、孔径、直径以及体积参数，能够根据所冷冻生物样品的大小和体积进行选择。