纳米微粒对低温保护剂比热容的影响

　　组织和器官的低温保存依然是一个难题。从目前国内外研究状况来看，玻璃化低温保存是最有可能率先突破器官长期保存的方法[1]。降温速率和保护剂浓度是实现玻璃化的两个关键因素，保护剂浓度越高，实现玻璃化所需的降温速率就越小，然而，高浓度的保护剂具有较强的毒性，将损伤细胞及细胞的超微结构[2]，所以，如何提高降温速率以减小保护剂浓度，是目前低温生物学者们研究的热点之一。

　　影响冷却速率的主要因素是外界的冷量不能及时的传递到样品的内部, 在溶液中形成了较大的温度梯度, 不均匀的温度场加剧了冰晶的生长, 不利于玻璃化的转变。 因为比热容与热扩散系数成反比，所以减小其比热容是实现快速冷却的有效方法。目前已有大量的文献报道常温下纳米微粒可以提高溶液的导热系数[3-5]，早在1873年，Maxwell[6]首次研究了毫米、微粒级微粒强化传热的理论，并从理论上建立了悬浮液的有效导热系数的数学模型。1999年，Wang等[7]用稳态平行平板法测得了纳米流体的导热系数，实验值远大于用Maxwell公式的计算值。范庆梅等[8]通过分子动力学模拟方法对纳米流体的热导率和粘度进行了理论研究，从研究系统分子之间的相互作用出发，利用统计方法得到整个系统的宏观性质。Hu和Dong重点研究了纳米流体粘度的变化规律[9]，而比热容是理论分析其冻结过程中热应力必不可少的参数，在国内外很少有报道。在理论分析冻结过程时，经常假定相变前后的比热容为某一固定的常数，而忽略了相变区间比热容的影响[10-11]，这必然增大理论计算与实际情况之间的误差，因此分析加入纳米颗粒后低温保护剂溶液在低温环境下，特别是相变前后的表观比热容变化是必要的。胥义等人[12]利用DSC测定兔主动脉血管冻结相变区间的表观比热容。

　　实验采用差示扫描量热仪(DSC)，研究了纳米低温保护剂溶液的比热容随温度的变化规律以及纳米颗粒对低温保护剂溶液比热容的影响，实验结果将有助于生物材料进行低温保存时的传热以及热应力模型分析求解。

　　1 实验设备 、材料与方法

　　1.1 材料与试剂

　　差示扫描量热仪为DSC-Pyris Diamond (美国Perkin-Elmer公司)。丙三醇(甘油)(上海国药有限公司)质量分数配制为50%。羟基磷灰石(HA) (南京埃普瑞纳米材料有限公司)纳米微粒纯度为99.99%，粒径为20nm、40nm、60nm，选择质量分数分别为0.1%、0.5%，与丙三醇溶液混合配制为稳定的纳米溶液(磁力搅拌器搅拌0.5h+超声波振荡器振荡5h即可得到均匀稳定的纳米低温保护剂溶液。所配制的纳米低温保护剂溶液如表1所示，标定用水和溶液配制用水均为实验室自制二次蒸馏水。