不同浓度甘油-磷酸盐缓冲液低温下物性分析

　　1 引 言

　　甘油分子小且柔性强，被认为是最有前途的低温保护溶剂[1]。目前，中国国内关于甘油在低温冻存方面的研究多是以甘油为冷冻保护剂，研究其浓度对细胞和组织冻存效果的影响，而对甘油影响作用机理方面的研究甚少。甘油-磷酸盐缓冲液低温过程中能维持细胞内环境的稳定性和等渗性，同时减少胞内冰晶的形成，对细胞和组织冻存起着关键性作用。而甘油对磷酸盐缓冲液相变过程中热物性参数的影响还缺乏数据和理论支撑。首先对 5 种不同甘油浓度的甘油-磷酸盐缓冲液的冰点，比热、潜热进行了测定，再对其在低温范围内( -50—0 ℃) 进行导热系数的测定，并对5 种不同浓度液体的冻结过程进行了直接观察。

　　2 实验材料和方法

　　2. 1 实验材料

　　溶液: 质量分数为10%，20%，30%，40%，50%的甘油-磷酸盐缓冲液。

　　2. 2 实验设备

　　热流补偿型差示扫描量热仪(DSC) ，HotDisk 热常数分析仪，微电脑恒温恒湿试验机，低温显微系统。

　　2. 3 实验方法

　　首先，用DSC 对五种不同质量分数的甘油-磷酸盐缓冲液样品进行测试，同时用热常数分析仪测试其导热系数。实验过程中为避免样品过冷对实验结果造成的影响，同时进行了样品预核和不预核两种测试程序，每种样品重复实验3 次，然后用低温显微镜对5 种不同浓度液体的冻结现象进行了直接观察。具体温控程序如下:

　　3 实验结果与分析

　　图1a 是质量分数为10% 的甘油-磷酸盐缓冲液在预核情况下的温度-热流图，所谓预核是指将液体慢速率(5 ℃/min) 降温至其凝固温度以下使其结冰，然后又升温至融化温度使大量冰融化，在消除其热历史的同时只余较少冰核以冰种的方式存在于液体中。采用5 ℃/min 的慢速温变程序，是因为在这个速率下可以认为该冷却过程为冰晶的发展提供了足够的时间，保证了相同实验条件下冰晶生成的最大化，同时可认为系统内部进行的是准平衡相变过程[3-4]。图1b 是相同质量分数的甘油-磷酸盐缓冲液在不预核情况下的温度-热流图。吸热峰表示大量冰开始融化，按照热分析的通常做法[5]将放热峰的外推起始温度，即在放热峰上升侧的拐点处做切线，切线与基线的交点所对应的温度定为试样的冻结温度。吸热峰的顶点温度定为试样的冰点。比较两图可以发现相较于不预核的情况，预核状况下样品的冻结温度稍高，说明预核过程有利于样品结晶和晶体生长，这与液体过冷是密切相关的，液体的过冷态非常不稳定，即使其温度低于凝固点但仍不凝固或结晶，需投入少许该物质的晶体来诱发结晶，当液体中残留少量的冰核时，一旦液体温度到达其凝固温度，这些冰核将以外扰的形式诱发溶液结晶。