20世紀(jì)50年代，低溫制冷技術(shù)和生物學(xué)技術(shù)快速發(fā)展，誕生了一門邊緣學(xué)科—低溫生物學(xué)。是指研究在自然或人工低溫環(huán)境下生命體、細胞、組織的活動規(guī)律和應(yīng)用，探索生命在低溫環(huán)境下的生與死。在儲存領(lǐng)域內(nèi)的低溫生物學(xué)離不開的兩個話題就是“溫度"和“樣本"，那么二者之間有什么聯(lián)系。
一、樣本篇
生物樣本保存是進行生物學(xué)和醫(yī)學(xué)研究應(yīng)用至關(guān)重要的一步，滲透到生物學(xué)的各個分支中。常見的保存樣本如菌種、生物大分子、血液、細胞、組織、體液等，典型的生物樣本包括血液樣本、生物大分子、細胞樣本。
01.血液
血液是生命活動的源泉，在人體運輸、體液調(diào)節(jié)、防御、內(nèi)環(huán)境穩(wěn)態(tài)中發(fā)揮著重要的作用。正常人體血液由血細胞和血漿組成，血細胞包括紅細胞、白細胞和血小板；血漿90%以上都是水，固體溶質(zhì)主要是血漿蛋白、電解質(zhì)和其他類有機物。
全血在采集后應(yīng)及時儲存在4±2℃下，保存天數(shù)取決于保存液配方。全血并不全，血液中很多成分如血小板、中性粒細胞、凝血因子隨著保存時間增加，功能會部分或全部喪失。全血經(jīng)過離心過濾等處理后分離制備成不同血液制品滿足不同患者對成分血的需求，這就包括紅細胞、血漿、血小板、冷沉淀凝血因子。冷凍血漿、血清、冷沉淀物樣本保存在-25℃以下，紅細胞可保存在4±2℃條件下，長時間凍存應(yīng)在-80℃下，血小板保存溫度為20-24℃并水平振蕩。
02.生物大分子
生物大分子是開展科學(xué)研究、藥物開發(fā)，揭秘遺產(chǎn)、疾病和生命活動機制的重要工具。所謂的生物大分子也就是我們耳熟能詳?shù)腄NA、RNA、蛋白質(zhì)，其都是由一個個的小分子聚合而成的。目前認(rèn)為在液氮和-80℃超低溫冰箱中凍存基本不會發(fā)生生物大分子的降解，但是RNA和蛋白質(zhì)由于自身的不穩(wěn)定性會發(fā)生不同程度的降解。細胞、組織中DNA可以在-80℃保存數(shù)年甚至更長的時間，而RNA由于自身的單鏈不穩(wěn)定性加上易被環(huán)境中無處不在的RNA酶降解，長時間存儲后的完整性和活性逐漸降低。蛋白質(zhì)和脂質(zhì)也可以在-80℃下長期保存，時間長短和穩(wěn)定性由于自身的特異性各不相同。
生物大分子的儲存溫度視實際需要而定，要保證樣本活性和延長存儲時間可以通過 1、使用更低的溫度儲存；2、加特定大分子的保護劑；3、使用自動化設(shè)備減少反復(fù)凍融損傷等方式改善。
二、溫度篇
樣本保存設(shè)備是保持生物樣本活性、穩(wěn)定性的基礎(chǔ)，按照溫度段可將樣本保存設(shè)備分為
2-8℃冷藏箱
藥品、疫苗、試劑、培養(yǎng)基等常用的溫度選擇，這類樣本會保存隨著溫度升高，本身會發(fā)生化學(xué)變化，溫度降低會發(fā)生凍結(jié)引起質(zhì)量惡化。
4℃血液保存箱
全血和紅細胞保存的使用溫度，低溫儲存雖有助于降低紅細胞代謝速率，但會加速葡萄糖消耗，導(dǎo)致電解質(zhì)失衡影響輸血安全，綜合來說4℃時攜氧量和氧親和力高。
-25℃—-40℃低溫冰箱
各種類型的血漿制品和生物大分子的適用溫度。0—-60℃是水的結(jié)晶溫度，結(jié)晶過程會損害細胞和組織內(nèi)的微觀結(jié)構(gòu)。純化后的生物大分子可在此溫度段內(nèi)保存一定時間，但不能用于長期保存細胞和組織，因此通常在生物樣本庫中不用0—-60℃作為儲存溫度。
-86℃超低溫冰箱
微生物菌種、大分子、血制品、細胞、組織等凍存的常見溫度，低于水的結(jié)晶溫度，樣本生物學(xué)活動大大降低，同時避免了樣本的結(jié)構(gòu)損傷，基于操作便捷性、存儲量、成本考慮，是長期保存生物大分子活性的常見溫度。-80℃也是常見的開展自動化存取設(shè)備的適用溫度，對于珍貴的樣本可一部分拷貝使用自動化設(shè)備存取，一部分儲存在氣相液氮中安全備份，手動存取。
-150℃液氮罐，深低溫冰箱
-136℃是水的玻璃化溫度，這兩種凍存容器能達到的溫度均低于水的玻璃化溫度，樣本的生物學(xué)活動幾乎停止，是長期保存細胞、組織樣本的理想溫度。目前氣相液氮存儲是國際上普遍建議的模式，較于電制冷的深低溫冰箱，避免了取放樣本過程較大的溫度波動，減少樣本反復(fù)凍融，而且從儲存量和運行成本上考慮也更有優(yōu)勢；較于傳統(tǒng)的液相液氮存儲模式，避免凍存管爆管和樣本交叉污染的影響，便于開發(fā)自動化設(shè)備。
溫度精度、均勻性、波動度是衡量凍存設(shè)備的重要指標(biāo)，能避免樣本反復(fù)凍融、保證樣本活性。
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