細胞凍干機（細胞冷凍干燥機）：常用細胞凍干保護劑的應用

  凍干保護劑是凍干機干燥生產中一種凍干輔料。加入凍干保護劑的目的是為了提高凍干產品的質量。下面例舉一些常用細胞凍干保護劑的應用。

  海藻糖在對生物膜保存的研究中發(fā)現,海藻糖無疑優(yōu)于其它糖。這并非說其它糖類不能保護細胞膜,實際上蔗糖也能起到很好的保護作用,但它需要更高的濃度。在一般的凍干保存中,糖類一般與大分子聚合物共同使用,原因是大分子聚合物對細胞凍存過程中的相變沒有影響,但可抑制細胞間的聚集和蛋白的融合,而糖類則可降低熔點值(Tm)。在細胞凍干過程中,對細胞磷脂囊泡的保護有2個必要條件:抑制囊泡間的融合,在干燥情況下降低Tm值。在溶液狀態(tài)下,此種物質的Tm值為-1℃,若在不加海藻糖的條件下干燥,Tm上升到70℃,若在干燥過程中有海藻糖的參與, Tm被抑制到-20℃,凍干物質可維持在液晶狀態(tài)并在復水過程中不發(fā)生相變。大分子聚合物和糖類這2種物質的聯合應用滿足了細胞有效凍干的要求。當然,越來越多的研究證明,只有進入到細胞內部,海藻糖在凍干時才能對胞內蛋白和細胞膜起到有效的保護作用。  

   聚乙烯吡咯酮(polyvinylpyrrolidone,PVP)是一種多聚體,它對生物體或生物大分子具有非特異性保護作用;同時它也是一種非滲透性保護劑,在細胞凍干保存中常與糖類一起,主要通過與糖類間的氫鍵作用和改變糖類的玻璃化溫度發(fā)揮作用,不同濃度和不同分子量的PVP的作用不一樣。大分子量的PVP能夠更有效地抑制蔗糖的結晶作用,通過穩(wěn)定糖類的玻璃化結構,這些多聚物還可以提高共同凍干的蛋白和肽類的穩(wěn)定性。增加PVP的濃度和分子量也可以增加非結晶型糖類的物理穩(wěn)定性。  

  鹽類在凍干機的冷凍干燥中的作用：溶液在結冰時,其中的溶質濃度必然會慢慢增大,鹽類產生的電解質離子可明顯降低其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℃。磷酸鈉對Tg值的影響較小,但是當將10%的PVP溶液中加入1%~%的磷酸鈉可以引起在低溫熱能曲線中的第2個玻璃化,暗示了在凍干液中的相分離。電解質誘導Tg值變化的zui可能的機制是它可以增加凍干液中非冰凍水的含量,而這非冰凍水起到了增塑劑的作用,并且降低了Tg值。有些鹽類會分離蛋白和PVP聯合,在冰晶中把它們分成蛋白富集區(qū)和PVP富集相,這一結果強調了在凍干保護液中減少鹽加入量的重要性。  

為了獲得在凍干前后形態(tài)一致和功能穩(wěn)定的細胞,很多糖類或多聚物經常被用做溶液凍融和凍干過程中非特定蛋白質和膜的穩(wěn)定劑,它們既是有效的低溫保護劑,又是很好的凍干保護劑,它們對凍結的影響取決于種類和濃度。但是細胞種類很多,所含蛋白也不盡相同,而且物理化學性質各異,因此不同的細胞需要不同的保護劑。在選擇凍干保護劑的配方時,必須進行大量嚴格的試驗,這對任何一種細胞凍干工藝的探索都是一項極為重要的工作。

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