細胞凍干機（細胞冷凍干燥機）：常用細胞凍干保護劑的應(yīng)用

  凍干保護劑是凍干機干燥生產(chǎn)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(chǎn)品的質(zhì)量。下面例舉一些常用細胞凍干保護劑的應(yīng)用。

  海藻糖在對生物膜保存的研究中發(fā)現(xiàn),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(zhì)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(zhì)可維持在液晶狀態(tài)并在復(fù)水過程中不發(fā)生相變。大分子聚合物和糖類這2種物質(zhì)的聯(lián)合應(yīng)用滿足了細胞有效凍干的要求。當(dāng)然,越來越多的研究證明,只有進入到細胞內(nèi)部,海藻糖在凍干時才能對胞內(nèi)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(jié)晶作用,通過穩(wěn)定糖類的玻璃化結(jié)構(gòu),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(jié)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(jié)冰時,其中的溶質(zhì)濃度必然會慢慢增大,鹽類產(chǎn)生的電解質(zhì)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(dāng)將10%的PVP溶液中加入1%~%的磷酸鈉可以引起在低溫?zé)崮芮€中的第2個玻璃化,暗示了在凍干液中的相分離。電解質(zhì)誘導(dǎo)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(lián)合,在冰晶中把它們分成蛋白富集區(qū)和PVP富集相,這一結(jié)果強調(diào)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(jīng)常被用做溶液凍融和凍干過程中非特定蛋白質(zhì)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(jié)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(xué)性質(zhì)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。

文章原創(chuàng):上海拓紛制冷設(shè)備有限公司