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(xì)胞、組織的活動(dòng)規(guī)律和應(yīng)用，探索生命在低溫環(huán)境下的生與死。在儲(chǔ)存領(lǐng)域內(nèi)的低溫生物學(xué)離不開(kāi)的兩個(gè)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(jìn)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(gè)分支中。常見(jiàn)的保存樣本如菌種、生物大分子、血液、細(xì)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(xì)胞樣本。
01.血液
血液是生命活動(dòng)的源泉，在人體運(yùn)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(xì)胞和血漿組成，血細(xì)胞包括紅細(xì)胞、白細(xì)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(jī)物。
全血在采集后應(yīng)及時(shí)儲(chǔ)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(xì)胞、凝血因子隨著保存時(shí)間增加，功能會(huì)部分或全部喪失。全血經(jīng)過(guò)離心過(guò)濾等處理后分離制備成不同血液制品滿足不同患者對(duì)成分血的需求，這就包括紅細(xì)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(xì)胞可保存在4±2℃條件下，長(zhǎng)時(shí)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(kāi)展科學(xué)研究、藥物開(kāi)發(fā)，揭秘遺產(chǎn)、疾病和生命活動(dòng)機(jī)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(gè)個(gè)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(huì)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(huì)發(fā)生不同程度的降解。細(xì)胞、組織中DNA可以在-80℃保存數(shù)年甚至更長(zhǎng)的時(shí)間，而RNA由于自身的單鏈不穩(wěn)定性加上易被環(huán)境中無(wú)處不在的RNA酶降解，長(zhǎng)時(shí)間存儲(chǔ)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(zhǎng)期保存，時(shí)間長(zhǎng)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(chǔ)存溫度視實(shí)際需要而定，要保證樣本活性和延長(zhǎng)存儲(chǔ)時(shí)間可以通過(guò) 1、使用更低的溫度儲(chǔ)存；2、加特定大分子的保護(hù)劑；3、使用自動(dòng)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(huì)保存隨著溫度升高，本身會(huì)發(fā)生化學(xué)變化，溫度降低會(huì)發(fā)生凍結(jié)引起質(zhì)量惡化。
4℃血液保存箱
全血和紅細(xì)胞保存的使用溫度，低溫儲(chǔ)存雖有助于降低紅細(xì)胞代謝速率，但會(huì)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(lái)說(shuō)4℃時(shí)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(guò)程會(huì)損害細(xì)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(shí)間，但不能用于長(zhǎng)期保存細(xì)胞和組織，因此通常在生物樣本庫(kù)中不用0—-60℃作為儲(chǔ)存溫度。
-86℃超低溫冰箱
微生物菌種、大分子、血制品、細(xì)胞、組織等凍存的常見(jiàn)溫度，低于水的結(jié)晶溫度，樣本生物學(xué)活動(dòng)大大降低，同時(shí)避免了樣本的結(jié)構(gòu)損傷，基于操作便捷性、存儲(chǔ)量、成本考慮，是長(zhǎng)期保存生物大分子活性的常見(jiàn)溫度。-80℃也是常見(jiàn)的開(kāi)展自動(dòng)化存取設(shè)備的適用溫度，對(duì)于珍貴的樣本可一部分拷貝使用自動(dòng)化設(shè)備存取，一部分儲(chǔ)存在氣相液氮中安全備份，手動(dòng)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(dá)到的溫度均低于水的玻璃化溫度，樣本的生物學(xué)活動(dòng)幾乎停止，是長(zhǎng)期保存細(xì)胞、組織樣本的理想溫度。目前氣相液氮存儲(chǔ)是國(guó)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(guò)程較大的溫度波動(dòng)，減少樣本反復(fù)凍融，而且從儲(chǔ)存量和運(yùn)行成本上考慮也更有優(yōu)勢(shì)；較于傳統(tǒng)的液相液氮存儲(chǔ)模式，避免凍存管爆管和樣本交叉污染的影響，便于開(kāi)發(fā)自動(dòng)化設(shè)備。
溫度精度、均勻性、波動(dòng)度是衡量?jī)龃嬖O(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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