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低温保存对细胞、组织、器官的长期保存是一种有效的方法,因此被广泛应用于组织工程、再生医学、辅助生殖医学等领域。低温保存主要通过两种方法来实现：慢速降温法和玻璃化保存法。到目前为止,慢速降温法已经相当成熟,并实现了多种生物材料的保存,但是慢速降温法存在一些缺点,比如在降温过程中细胞会遭受溶液损伤、包内冰损伤；在复温过程中,细胞内会出现再结晶现象等。玻璃化保存通过使用较高浓度的低温保护剂和快速降温让溶液形成玻璃态,从而避免细胞内外冰晶的形成。玻璃化保存方法简单、方便、省时,但是高浓度的低温保护剂会对细胞造成渗透损伤和毒性损伤。尽管许多学者采用分步添加和去除保护剂的方法,但是过高浓度的保护剂仍然会对细胞造成损伤。有时低温保护剂在降温的过程中实现了玻璃化,但是如果保护剂浓度不是足够的高,在复温的过程中就会出现反玻璃化现象,这对细胞是致命的损伤,会大大降低细胞的存活率。本文以人脐静脉内皮细胞为研究对象,首先测定细胞的渗透忍受极限和细胞膜的渗透系数。本文利用自行设计的微灌流装置测定了细胞在25、14、5和-20C四个温度下在高渗盐溶液和低温保护剂中细胞的渗透响应,然后利用两参数模型拟合得到细胞膜的渗透系数,再运用Arrhenius关系求出细胞在参考温度下(273.15 K)的渗透系数和活化能。最终结果表明当溶液的渗透压值是155-921 mOsm/kg或归一化细胞体积是0.53-1.39时,细胞体积变化是在安全范围内的。在参考温度下,水的渗透系数和二甲基亚砜的渗透系数分别是0.32×10-14m/Pa/s和0.30 x 10-8 m/s,对应的活化能分别是40.15 kJ/mol和82.47 kJ/mol。最终细胞的渗透忍受极限和细胞膜的渗透系数被用于优化低温保护剂的添加和去除过程。为了解决慢速降温和传统玻璃化保存中的问题,本文使用水凝胶封装玻璃化保存方法,与传统的玻璃化保存方法的实验结果相比,这种方法大大降低了低温保护剂的浓度,尽管在复温的过程中出现了反玻璃化现象,但是它并没有影响细胞的活性,因此水凝胶封装玻璃化保存方法是可行的。