点成分享| 低温冷冻保存的技术研究（三）
内容导读
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内容图文
Part4. 低温冷冻过程的机理探究（两因素假说）
冷冻过程中不同程度的冷冻损伤积累起来,可能会给细胞造成很严重的后果，有些会导致细胞直接死亡,有些则产生非致命的损伤。可能包括胞内冰的形成、溶质损伤、膜成分丢失、气泡的形成、细胞膜脱水、主要蛋白质变性、溶酶体破坏、膜渗漏破裂等。
目前, 最被关注的研究热点之一在低温冷冻保存过程中冷冻损伤的机理。自上个世纪50年代，陆续有人对此做出了阐述，50年代Lovelock提出的电解质失衡假说、Kreyberg在1951年提出的血液循环障碍假说，接下来，不同科学家们已提出了自己的观点，例如在1962年提出的硫氢基物理屏障假说，1965年提出的结构水假说、1970年提出的最小临界细胞容积假说、1972年提出的细胞冷冻损伤的两因素假说等，如图2所示。
这些假说不断发展，完善，各有所长。但均不能充分解释冷冻损伤或低温保存的机理。下面就被多数学者承认的两因素假说进行介绍。
两因素假说
该假说认为低温保存过程中生物材料的损伤主要是由溶液损伤和胞内冰损伤引起的。图3为其细胞脱水和胞内冰晶形成现象示意图。
（A）低降温速率；（B）高降温速率
灰色的方块代表外部冰晶，而蓝色的方块代表内部冰晶，A路线和B路线分别代表这
可以发现，在冷冻降温过程中，细胞外的溶液中首先出现冰晶，当采用较慢的降温速率（图 3-1A），势差会促使细胞内的水分通过细胞膜，向外渗出。此时胞内溶液浓度升高，相应地会带来细胞的蛋白损伤和细胞膜的不稳定，产生“溶液损伤”；若降温速率过快（图3-1B），细胞内部的水分来不及外渗，就会出现胞内冰晶，产生“胞内冰损伤”。
详细解说“溶液损伤”和“胞内冰晶损伤”（可选择跳过）：
总而言之，在生物样品的低温保存中，其保存效果一般受到两个独立因素的影响，如图4所示。其一是胞内冰形成的损伤，该因素损伤与冷却速率成反比，冷却速率越快，其损伤越大；其二是溶液损伤，当冷却的速率越慢时，细胞在高溶质的溶液中暴露的时间较长，损伤就越大，该因素损伤与冷却速率成正比。
因此，在低温冷冻保存过程中存在一个最佳的冷却速率，使生物样品产品的损伤最小。
Part5. 结论
低温生物学是研究在低温环境下对生物的生长、发育、遗传等和生命相关生理现象的一门新兴学科，它与我们的生活息息相关。本文总计分为（一）、（二）、（三）3个篇章。
在（一）篇中，本文首先从低温冷冻保存技术在影视作品领域的应用出发，介绍其定义、原理，由此引申出低温冷冻保存的两种方法——慢速降温法和快速降温法，并对这两种方法的优劣势进行详细的阐述。
在（二）篇中，简述述低温冷冻保存的六大损伤和造成这些损伤的四种影响因素。
在（三）篇中，概括近50年来低温冷冻过程中机理探究的研究历程，重点分析二因素假说的微观机理，从内部微观解释的角度出发阐述"溶液损伤"和"胞内冰损伤"对低温冷冻保存效果的影响。
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内容总结
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