冷冻过程细胞内水非平衡相变的研究

摘要

引入细胞内冰晶体积项至经典的Mazur方程,将其适用范围拓宽至可用于描述整个冷冻过程中透过细胞膜的水输运.通过耦合改进后的Mazur方程、冰晶成核、扩散控制的晶体生长理论,建立新的胞内冰晶成核与生长的模型.新模型不受低温保护剂浓度的限制,可正确预测细胞内冰晶成核、生长、最终体积份额、冰晶大小分布等关键信息.使用新模型详细研究了甘油初始浓度、降温速率等因素对于冷冻过程中细胞体积变化、胞内溶液冰晶成核和生长过程,以及最终胞内冰晶体积份额等的影响.结果表明:低温保护剂的存在可有效缓解细胞的失水过程,减少细胞内冰晶的体积份额;对特定的初始低温保护剂浓度,存在最佳降温速率对应最小细胞内冰晶体积份额.