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生物体的低温无损保存必须防止纯水冰晶的形成和盐质的偏析,常规是采用快速冷冻或加低温保护剂来解决。而快速冷冻对较大型生物组织效果不佳,低温保护剂则常有化学污染和中毒等问题。本项目在慢速冷冻过程施加电场和磁场干扰,研究电场/磁场对冰晶形成过程的影响及其机理,探索慢速冷冻条件下防止纯水冰晶形成以及盐质偏析的方法。
试验研究中,建立了低温显微系统,以比较不同条件对溶液冰晶形成的影响。为了跟踪样品中温度的变化,并使样品在一个慢速均匀的环境中降温,设计并实现了基于虚拟仪器技术的温度测控系统。该系统能实时跟踪并记录样品及制冷器的温度变化情况;能精确设定并控制制冷器的温度变化速率。设计并实现了各种电磁场发生装置,包括极低频旋转磁场发生装置,极低频方波叠加正弦波磁场发生装置,较高频电磁场发生装置等。
试验研究表明,变化磁场的引入会干扰溶液结冰过程中水分子定向移动形成大的冰晶,随着电磁场频率的提高,特别是50kHz电磁场对含盐水溶液中冰晶的生长具有较为明显的抑制作用。随后使用生物样品试验的结果证明了50kHz磁场对低温保存的积极意义。