细胞微液滴可控快速降温及复温的冻存系统研究

胡健; 党航宇; 占太杰; 崔梦冬; 韩恒鑫; 郭宁; 胥义

doi:10.12465/issn.0253-4339.20241127001

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细胞微液滴可控快速降温及复温的冻存系统研究

更新时间：2025-09-29

- 细胞微液滴可控快速降温及复温的冻存系统研究
- Research on the Cryopreservation System of Controlled Rapid Cooling and Rewarming of Cellular Micro-droplets
- 制冷学报 2025年页码：1-10
- 作者机构：
  
  1.上海理工大学生物系统热科学研究所上海 200093
  2. 上海市生物资源低温保存技术服务平台上海 200093
  3. 上海市肿瘤能量治疗技术与器械协同创新中心上海 200093
  4. 原启生物科技（上海）有限责任公司上海 200120
- 作者简介：
  
  胥义，男，教授，上海理工大学生物系统热科学研究所， 13917434302，E-mail：xuyi@usst.edu.cn。研究方向：低温生物医学技术。
- 基金信息：
  
  国家自然科学基金(52076140)
- DOI：10.12465/issn.0253-4339.20241127001
  中图分类号： TB61⁺1;R318.52
- CSTR：XXXXX.XX.XXX.20241127001
- 收稿：2024-11-27，
  
  修回：2024-12-22，
  
  录用：2025-01-22，
  
  网络出版：2025-09-29，
- 稿件说明：
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胡健,党航宇,占太杰等.细胞微液滴可控快速降温及复温的冻存系统研究[J].制冷学报,

Hu Jian,Dang Hangyu,Zhan Taijie,et al.Research on the Cryopreservation System of Controlled Rapid Cooling and Rewarming of Cellular Micro-droplets[J].Journal of Refrigeration,
胡健,党航宇,占太杰等.细胞微液滴可控快速降温及复温的冻存系统研究[J].制冷学报, DOI：10.12465/issn.0253-4339.20241127001. CSTR： XXXXX.XX.XXX.20241127001.

Hu Jian,Dang Hangyu,Zhan Taijie,et al.Research on the Cryopreservation System of Controlled Rapid Cooling and Rewarming of Cellular Micro-droplets[J].Journal of Refrigeration, DOI：10.12465/issn.0253-4339.20241127001. CSTR： XXXXX.XX.XXX.20241127001.

摘要

细胞微液滴的玻璃化保存方法在低温保存领域受到广泛关注，但微液滴玻璃化过程还存在降温/复温过程不可控等局限性。采用移动滑台升降，结合焦耳热复温方法搭建用于细胞微液滴玻璃化过程可控快速降温及复温的冻存系统，该系统通过调节浸入液氮的速度实现快速、可控降温，并通过控制焦耳热的加热时间、电流大小实现高速率复温过程，实现微液滴的玻璃化过程并显著避免了液滴复温过程的反玻璃化对细胞的损伤。结果表明：该系统可控制降温速率可以达到1.8×10

℃/min，能够实现细胞微液滴较低浓度保护剂下的玻璃化保存；复温速率控制可以达到4.0×10

℃/min，能有效避免较低浓度保护剂复温过程反玻璃化及冰晶再生长的发生；通过微液滴A549细胞低温保存效果，证实了该系统冷冻复苏后的存活率显著高于传统麦管保存。该研究工作有望为细胞微液滴自动玻璃化保存及复温方法提供新的解决方案。

Abstract

The vitrification preservation methods for cell microdroplets have received considerable attention in the field of cryopreservation. However， the vitrification process for microdroplets has limitations such as uncontrollable cooling/rewarming processes. In this study， a cryopreservation system for controllable rapid cooling and rewarming during the vitrification of cell microdroplets was constructed by combining the lifting of a moving slide table with the Joule heating rewarming method. This system achieves rapid and controllable cooling by adjusting the speed of immersion in liquid nitrogen and realizes a high-rate rewarming process by controlling the heating time and current intensity of Joule heating. Thus， it realizes the vitrification of microdroplets and significantly prevents damage to cells caused by devitrification during the droplet rewarming process. The results show that the cooling rate controlled by this system attained 1.8 × 10⁴ ℃/min. This enabled the vitrification preservation of cell microdroplets with a relatively low concentration of cryoprotectant. The rewarming rate control attained 4.0 × 10⁴ ℃/min. This effectively prevented the occurrence of devitrification and ice crystal regrowth during the rewarming process of the relatively low concentration of cryoprotectant. Cryopreservation of A549 cells in microdroplets verified that the survival rate after cryopreservation and resuscitation using this system is significantly higher than that after conventional straw preservation. The research presented in this paper is likely to provide new solutions for the automatic vitrification preservation and rewarming of cell microdroplets.

关键词

Keywords

references

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