含纳米微粒的低温保护剂热物性的DSC研究

论文摘要

玻璃化保存可以避免生物体在冻结和复温过程中的损伤，实现生物体长期稳定保存，是目前最理想的低温保存方法之一。但由于受降温速率和低温保护剂溶液浓度的限制，相对复杂和较大的组织和器官很难实现玻璃化保存。通过改变物质外部的温度环境而提高降温速率的方法已经做了大量研究，并取得了显著成果，而针对改变物质内部传热传质特性，以提高降温速率的方法研究还鲜见报道。常温下纳米微粒可以显著增强溶液的传热效果，将纳米微粒应用到低温保存领域，分析纳米低温保护剂溶液在冻结过程中热物性参数的变化及纳米微粒对玻璃化趋势影响的研究是非常必要的。本课题通过配制稳定的纳米悬浮液，利用差示扫描量热仪（DSC）判定羟基磷灰石（HA）纳米微粒对低温保护剂丙三醇溶液过冷度、水合性质、玻璃化性质及比热等物性影响规律，分析玻璃化过程中纳米微粒对临界降温速率的影响。主要内容如下：1.采用超声振荡方法制备不同粒径、不同浓度的纳米低温保护剂，应用沉降观测法、Zeta电位法及分光光度法检测悬浮液的均匀稳定性。实验结果表明，震荡时间是影响悬浮液稳定性的主要因素。超声功率为400W，震荡时间为2h可获得均匀稳定的纳米悬浮液，配制的纳米低温保护剂在48h内不会发生明显的团聚沉淀现象。震荡时间过长或过短都会降低纳米微粒在低温保护剂溶液中的分散效果。2.研究了纳米微粒对丙三醇低温保护剂成核温度、过冷度及水合性质的影响。结果表明：加入纳米微粒后，丙三醇溶液的成核温度升高，过冷度减小，且存在最佳浓度即当纳米微粒浓度为0.3%时使得成核温度升高程度和过冷度减小程度达到最大，皆可至10℃左右。丙三醇溶液的过冷度随纳米微粒粒径增大而减小越明显。纳米微粒能够促进丙三醇溶液的水合性质，当丙三醇溶液浓度较大时，会表现出明显的规律性。丙三醇溶液的结晶焓随着所加入的纳米微粒粒径的增大而明显降低。3.纳米微粒能够降低玻璃化过程中丙三醇纳米低温保护剂溶液的比热。加入纳米微粒的低温保护剂的比热值比未加入纳米微粒的低温保护剂的的比热值有明显的下降；浓度为50%的丙三醇低温保护剂的比热值随着HA纳米粒子质量分数的增加和纳米微粒粒径（20nm60nm）的减小而降低。4.测量了不同浓度、不同粒径的纳米低温保护剂的玻璃化转变温度和反玻璃化转变温度。结果表明：纳米颗粒可以明显提高低温保护剂溶液的反玻璃化温度，当保护剂浓度大于50%时，玻璃化温度也有所升高。加入纳米颗粒后Tm-Tg明显减小，这表明纳米颗粒可以提高玻璃化溶液在升温过程中的稳定性。纳米颗粒降低了低温保护剂溶液在玻璃化过程中的结晶量，并可以推断纳米颗粒可以降低低温保护剂溶液实现玻璃化所需的临界降温速率。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 低温保存的原理
• 1.2 玻璃化保存
• 1.2.1 玻璃化保存理论基础
• 1.2.2 玻璃化保存的影响因素
• 1.3 纳米流体
• 1.3.1 纳米材料
• 1.3.2 纳米流体的发展
• 1.4 纳米微粒在低温生物中应用的国内外研究进展
• 1.4.1 国内研究现状
• 1.4.2 国外研究现状
• 1.5 立题的背景和意义
• 1.6 本课题的目的及主要研究内容
• 第二章 纳米低温保护剂的制备及稳定性表征
• 2.1 引言
• 2.2 实验仪器及试剂
• 2.2.1 实验仪器
• 2.2.2 实验材料与试剂
• 2.3 制备流程及稳定性表征
• 2.3.1 制备流程
• 2.3.2 稳定性表征方法
• 2.4 实验结果与分析
• 2.4.1 超声功率及震荡时间的影响
• 2.4.2 超声震荡时间对悬浮液zeta电位、吸光度及粒径的影响
• 2.5 本章小结
• 第三章 纳米低温保护剂的冻结特性
• 3.1 引言
• 3.2 实验材料与方法
• 3.2.1 实验材料与仪器
• 3.2.2 实验方法与步骤
• 3.2.3 实验数据处理
• 3.3 结果分析与讨论
• 3.3.1 降温和复温过程观察
• 3.3.2 纳米悬浮液成核温度的变化
• 3.3.3 纳米悬浮液过冷度比较
• 3.3.4 不同质量分数的纳米悬浮液过冷度比较
• 3.3.5 纳米低温保护剂溶液水合性质分析
• 3.4 本章小结
• 第四章 纳米低温保护剂比热的测定
• 4.1 引言
• 4.2 实验设备、材料与方法
• 4.2.1 材料与试剂
• 4.2.2 实验方法
• 4.2.3 数据处理
• 4.3 结果分析与讨论
• 4.3.1 不同温度下纳米微粒对溶液比热的影响
• 4.3.2 纳米微粒粒径的影响
• 4.3.3 纳米微粒质量浓度的影响
• 4.4 本章小结
• 第五章 纳米低温保护剂玻璃化性质研究
• 5.1 序言
• 5.2 纳米悬浮液玻璃化性质试验设定
• 5.2.1 实验材料与设备
• 5.2.2 实验方法与步骤
• 5.2.3 DSC测量悬浮液玻璃化转变温度方法
• 5.2.4 实验数据处理
• 5.3 实验结果分析与讨论
• 5.3.1 玻璃化转变温度的影响
• 5.3.2 反玻璃化温度的影响
• 5.3.3 玻璃化过程中结晶量的影响
• 5.4 本章小结
• 第六章 结论与展望
• 6.1 主要结论
• 6.2 展望
• 参考文献
• 在读期间公开发表的论文和承担科研项目及取得成果
• 致谢