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四环冻干机—生物制品和生物组织冻干技术(十)

更新时间:2023-07-27 点击次数:480

5.5.3 冻结眼角膜的干燥过程


角膜干燥前,先开启制冷机,分别对冻干室、捕集器制冷,当冻干室内温度降到-20℃以下,捕集器内的温度降到-35℃时,迅速地把经过梯度降温的角膜放到冻干室,立即启动真空泵。在干燥过程中根据需要,调节充气阀,向冻干室内充入氯气以调节冻干室内的压力,同时根据需要调节制冷阀保证角膜冻干过程中所需要的热量供给,在干燥初期,不需开启加热器,此阶段角膜干燥所需要的热量靠外部传入即可得到满足,当冻干室内温度达到0℃时,开启加热器供给热量,但保证冻干室的温度不超过9℃,冻干结束,关闭真空泵,对冻干角膜进行充氮包装。实验中发现,角膜在磨口玻璃瓶中的放置方式(图5-14)对冻干角膜质量有一定的影响,试验表明,角膜悬于磨口玻璃瓶中,内皮细胞层朝下为最佳放置方式。如图5-14(b)所示。

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角膜冻干过程热量的供给很容易满足,整个冻干过程可以视为传质控制过程,传质速率由细胞膜固有通导能力决定。干燥过程中,应根据干燥的不同程度,来确定冻干室内压力的高低以及所持续的时间,保证水蒸气由细胞膜孔隙溢出,且细胞膜内外压差始终很小,以减小对细胞的伤害。

由于角膜细胞很脆弱,在冻干过程中极易受到干燥应力、机械应力的损伤,冻干过程中低压时间过长或细胞膜内外压差过大,都会大大降低冻干角膜的成活率。变幅值、变周期的循环压力法应用于角膜的冻干,有利于角膜活性的提高。其根本原因是在整个干燥过程中,角膜细胞内外压差小,对角膜的损伤小。这主要源于两方面原因:一是通过控制冻干室内真空度的高低,以及循环时间的长短,使细胞内的蒸汽及时扩散到冻干室中,避免了细胞内饱和蒸气压过高,膜内外压差过大,造成细胞的损伤。当细胞内蒸气压较高时,开启充气阀向冻干室内充入氮气,在细胞膜外施加一压力,虽然此时传入细胞内的热量增多,使细胞内的蒸气压进一步升高,但此蒸气压的升高较细胞膜外压力的升高小得多,结果是细胞膜内外的净压差减小。然后,渐渐关闭充气阀,使冻于室内的真空度逐渐升高,这样角膜细胞内的蒸汽较平缓的通过细胞膜扩散到冻干室,减小了压差对细胞膜的损伤。当冻干室内真空度升高到一定程度,再逐渐充入氨气,传人的热量增多,开始了下一个周期。二是强化传热并促进外部传质,缩短冻干时间,从而减少了角膜内皮细胞受干燥应力损伤程度,具体工艺是读干室内温度到-25℃,真空度为50Pa时,开始第-次循环,温度每升高5℃循环一次,循环5个周期,温度达到0℃时,循环停止。压力时间关系曲线见图5-15,角腹的冻干工艺曲线如图5-16所示。

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图5-17、图5-18分别为按上述工艺冻干角膜透射电镜检测结果、扫描电镜检测结果。从图5-17、图5-18可以看出,冻干角膜的内皮细胞间连接紧密,细胞轮廓接近于六边形。

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细胞膜完整,细胞核膜完整,内皮细胞层与后弹力层连接紧密。这是因为整个冻干过程中,根据干燥的不同程度,来确定高室压、低室压以及所持续的时间,保证了水蒸气由细胞膜的孔隙溢出,即传质速率由细胞膜的固有通导能力决定,保证了细胞内外压差始终很小,减小了对细胞的伤害。



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