[发明专利]一种超低温冷源材料及其制备方法

说明书

本发明属于超低温固体制备领域，具体涉及一种超低温冷源材料及其制备方法。所述冷源材料的原料包括：二氧化碳气体和流体基质，所述二氧化碳气体和流体基质的摩尔比为(0.01～2)：1，优选为0.2：1。流体基质包括：液氩、氩气、液氮、氮气、液氮浆中的一种或几种混合。本发明的冷源材料是二氧化碳微纳米流体或二氧化碳微纳米糊，或为微纳米二氧化碳增强的氩/氮基超低温两相复合材料，其相变温度低于零下150℃，是一种新型可靠、清洁无残留的、方便的冷源材料，尤其可以在干细胞等生物医药，或产品的储存和运输等领域使用。

技术领域

本发明属于超低温固体制备领域，具体涉及一种超低温冷源材料及其制备方法。

背景技术

目前，干细胞是一类具有自我复制能力的多潜能细胞，在医学界称为“万用细胞”。干细胞治疗目前在全球开展了多项临床实验，覆盖了140多种疾病，应用前景广阔。未来干细胞的普及和应用不仅仅需要生物医药领域的突破，也需要周边支撑技术的突破。很多国家政府，如日本政府从2012年开始有组织地研发周边支撑技术。其中超低温(零下150℃)保存和冷链运输技术是周边支撑技术的重要一环。而这个技术的突破需要一个可靠的，清洁无残留的，方便的材料作为冷源。固体二氧化碳干冰是现存的可靠的，清洁无残留的，便利的冷源材料，但温度只能达到零下80℃(大气压下升华温度)。虽然零下80℃干冰也可用于保存细胞和组织，但是生物领域公认的干细胞的长期保存温度需要低于零下136℃，该温度是细胞内含水多糖的玻璃化迁移温度。因此，珍贵而纤弱的干细胞的保存和运输需要在低于零下136℃下(通常为零下150℃)高质量地进行，且温度追溯要求的比疫苗更为严格。

目前，最常用的超低温冷源是液氮(零下196℃)。液氮用于超低温运输生物样本时，要使用装有液氮吸附材料的杜瓦罐，才能作为一般货物运输。这种装有吸附材料的杜瓦罐又叫做干式液氮罐，液氮吸附过程时间很长，从冷却到吸附可长达24小时。目前将液氮灌装到杜瓦罐里都是人工操作，而且杜瓦罐的内部的吸附材料的使用寿命和性能易衰退不易把握，因此将液氮作为超低温冷源的成本较高、质量管理不易。进一步研究，固体氩(Ar)是液态氩在零下189℃时凝固成的固体，曾被美国NASA用于太空中的探测仪器的小型冷却器。固氩块蒸汽压为0.6大气压，在低气压的太空中升华，也是洁净，安全的超低温冷源。但是在大气环境下，固体氩在零下189℃先融化为液体，然后才在零下186℃气化，其间的液体氩由于流动性，不被看作安全的超低温冷源，不能直接使用。

在目前的高端气体应用市场中，低温冷源的技术还有：液氮纳米糊，指的是气相二氧化硅粒子被美国NASA用于制作液氮糊；液氮纳米流体，指的是把金属或非金属纳米粉体分散到水、醇、油等传统换热介质中，制备成均匀、稳定、高导热的新型换热介质，这是纳米技术在1995年应用于热能工程这一传统领域的创新性的研究，该研究发现在液氮中加入3％Al₂O₃或SiO₂纳米粒子将有利于传热。但是，这两种技术在低温领域应用的缺陷为：液氮蒸发后的气相二氧化硅成为污染源。

所以，目前的科研和实践中，需要一种新型的超低温冷源材料，温度等于或低于零下150℃，蒸发后不留下任何污染源，为生物材料尤其是干细胞的储存和运输带来安全和便利。

发明内容

本发明提供了一种超低温冷源材料及其制备方法，该方法能够以低成本、高效率制备得到低于零下150℃的、无残留的冷源材料。

本发明是通过以下的技术方案实现的：

一种超低温冷源材料，所述冷源材料的原料包括：二氧化碳气体和流体基质，所述二氧化碳气体和流体基质的摩尔比为(0.01～2)：1，优选为0.2：1。

在优选的实施方式中，所述流体基质包括：液氩、氩气、液氮、氮气、液氮浆中的一种或几种混合；优选地，所述流体基质选自：液氩；或：氩气；或：液氮；或：液氮浆；或：氮气，和液氮或液氮浆；或：氩气，和液氩。

在优选的实施方式中，当所述流体基质为液氩或/和液氮或/和液氮浆时，所述方法包括：