低温保存是生物材料进行长时间保存最有效的方法,生物材料在用合适浓度的低温保护剂处理之后,放入液氮中降温并进行储存,可以保存几十年甚至更长。低温保存根据保存机理分为慢速冷冻和玻璃化冷冻,玻璃化冷冻由于冷冻过程中无冰晶,体积基本无膨胀,能完整保存细胞组织的形态结构,是目前低温保存最具潜力的方法之一。生物材料的低温保存的成功与否一是取决于保护剂的种类、浓度,另一方面取决于降复温速率。选用合适浓度种类的低温保护剂,能降低低温保护剂毒性,和冰晶成核率,另一方面最优的降温速率,能提高细胞组织度过危险温区的概率。然而目前的研究大多数关注在保护剂的种类以及浓度的选择上,而对冷冻过程的研究的报道较少,并且对冷冻过程一般是通过数值计算方法进行研究,所用的热物性参数一般是采用加权计算获得。为了提高生物材料在液氮中低温保存存活率,就需对在液氮中的冷冻过程进行准确建模,对冷冻过程进行预测,从而为实现冷冻过程的优化奠定基础。然而器官组织以及保护剂溶液的热物性数据是比较匮乏的,这就使得数值计算的结果与实际情况可能存在一定的差距。本文从实验获得的热物性参数出发,结合理论建模预测与实验验证对生物组织在液氮中的冷冻过程进行研究。具体的研究内容和研究成果如下：首先,对新鲜猪肝在等渗溶液中的导热系数进行测量,并通过两种数据处理方法验证了实验处理的正确性,并比较得出两种数据处理方法的适用范围,随后测量了常见的器官组织低温保护剂溶液的导热系数,以及用VS55低温保护剂溶液处理过的猪肝的导热系数,填补了这方面数据的空白。其次,对常见的冻存容器的外表面对流换热系数进行了研究,基于生物传热模型,建立起了盛有保护剂溶液的冻存管和麦管在液氮中的降温模型。接近室温的物体置于液氮通常会经过膜状沸腾阶段,过渡阶段,内核沸腾阶段,对流阶段,四个阶段特性不同会导致不同阶段冻存容器的表面对流系数的不同,但是大多数研究生物材料在液氮中的冷冻过程的报道通常只采用一个对流换热系数,这样数值计算的结果会和实际情况存在一定的差距,因此本文分别用一个对流换热系数和膜状沸腾阶段紧接着内核沸腾阶段两个对流换热系数对降温过程进行计算,并以残差和为评价指标,通过反问题方法结合实验降温曲线,得出单段过程的对流换热系数hs,和膜状沸腾的对流换热系数hf,hn,发现后者比前者更加的贴近实验结果。最后,在前面两章获得的关键参数的基础上,本文以VS55溶液和1.8mL冻存管对生物材料在液氮中的冷冻过程做进一步研究。首先对载有VS55的冻存管在液氮中的冷冻过程通过理论建模进行预测,并与实验测得的降温曲线进行比较,理论预测结果能较好的吻合实验结果,对冻存管轴向和径向上不同位置的降温过程,以及不同时刻冻存管内的温度场和温度梯度进行比较后发现,冻存管除底部半球区域外的部分(直壁部分),温度场分布是比较均匀的,据此将冻存管分为直壁部分和半球部分,并建议生物组织器官置于直壁部分可能降温过程会更均匀,减少应力损伤。接着本文对用VS55浸泡的猪肝在液氮中的冷冻过程进行理论建模,理论降温曲线和实验曲线也能较好的吻合,说明用实验获得热物性参数以及生物传热模型能较好的预测生物组织在液氮中的冷冻过程,这为优化降温速率提供了基础。