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低溫生物技術是低溫工程、生物學及醫學等學科交叉的產物，是現代生物醫學技術的重要組成部分。本書詳細論述了水溶液在低溫下的性質和轉變，生物材料低溫保存的原理、應用和儀器設備，低溫冷凍治療的原理、應用和器械，藥品和生物材料的冷凍乾燥保存原理、應用和儀器設備，重點介紹了熱物理科學和技術手段在低溫保存、冷凍治療以及凍幹保存中的應用。
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目錄
前言
第1章緒論1
1.1自然界中的低溫生物現象1
1.2低溫技術在生物醫學中的應用3
1.3低溫生物醫學技術發展簡史4
1.3.1低溫保存技術發展簡史4
1.3.2冷凍乾燥技術發展簡史5
1.3.3低溫治療技術發展簡史6
習題6
第2章水和水溶液的冷凍7
2.1水溶液的性質7
2.1.1溶液組成的表示方法7
2.1.2稀溶液的性質8
2.1.3水溶液的滲透壓9
2.2水的過冷及結冰10
2.2.1水冰相圖10
2.2.2水的過冷現象11
2.2.3冰晶的生長12
2.3水溶液的相圖14
2.3.1二元溶液的相圖14
2.3.2三元溶液的相圖15
2.4水溶液的玻璃化及補充相圖18
2.5水溶液的熱物理性質22
習題33
第3章生物材料的低溫保存34
3.1低溫保存原理34
3.2懸浮細胞冷凍保存的損傷機理35
3.2.1低溫保護劑的毒性36
3.2.2降溫過程中的損傷機理37
3.2.3複溫過程中的損傷機理40
3.3組織冷凍時的結冰現象41
3.4人體器官冷凍保存問題43
3.5玻璃化保存44
3.5.1玻璃化溶液45
3.5.2凍結線跟蹤法47
3.5.3熱應力問題48
3.5.4電磁複溫技術50
3.5.5快速降溫方法51
3.6低溫保存應用53
3.6.1人血液細胞的低溫保存53
3.6.2人類生殖細胞的低溫保存54
3.6.3人體其他細胞的低溫保存56
3.6.4人體組織的低溫保存57
3.6.5動物生殖細胞的低溫保存59
3.6.6其他動物細胞的低溫保存60
3.6.7動物組織的低溫保存60
3.6.8植物種質資源的低溫保存61
3.6.9微生物的低溫保存63
3.7低溫保存中的污染問題64
3.8低溫保存操作實例66
3.8.1人類生殖細胞和生殖組織的保存方案66
3.8.2哺乳動物卵細胞和胚胎的保存方案69
3.8.3植物細胞和組織的保存方案73
3.8.4藻類細胞的保存方案79
3.8.5苔蘚的保存方案81
習題82
第4章低溫保存過程的建模及分析83
4.1細胞的滲透性及測量83
4.1.1細胞的滲透性及物理模型83
4.1.2細胞滲透性的測量方法86
4.2懸浮細胞低溫保護劑處理過程分析89
4.3組織低溫保護劑處理過程分析91
4.3.1胰島組織91
4.3.2人工組織93
4.3.3軟骨組織96
4.4懸浮細胞冷凍過程分析99
4.4.1基於理想溶液假設的物理模型99
4.4.2基於非理想溶液假設的物理模型101
4.5胞內冰晶形成的物理模型103
4.6組織冷凍過程分析105
4.6.1肝組織冷凍的物理模型105
4.6.2血管組織冷凍的物理模型107
習題108
第5章低溫保存的儀器設備109
5.1差示掃描量熱儀109
5.2低溫顯微鏡113
5.2.1低溫顯微鏡發展歷史113
5.2.2低溫顯微鏡原理和類型114
5.2.3低溫顯微圖像處理115
5.3程控降溫設備117
5.4低溫冰箱118
5.5液氮容器121
習題122
第6章低溫醫療123
6.1冰帽和冰毯123
6.2冷凍治療125
6.2.1冷凍治療的作用機理125
6.2.2冷凍治療的實施方法127
6.2.3冷凍治療的過程監測128
6.2.4冷凍治療的輔助措施130
6.3冷凍治療器械131
6.3.1半導體型冷凍治療儀133
6.3.2蒸氣壓縮型冷凍治療儀134
6.3.3氣體節流型冷凍治療儀136
6.3.4液氮型冷凍治療儀139
6.4冷凍治療過程分析145
6.4.1冷凍治療過程一維簡化分析145
6.4.2冷凍治療過程數值模擬148
6.5冷凍治療應用148
習題152
第7章冷凍乾燥保存153
7.1冷凍乾燥保存原理153
7.2冷凍乾燥保護劑156
7.3冷凍乾燥設備158
7.3.1乾燥箱159
7.3.2冷阱161
7.3.3製冷系統162
7.3.4真空系統164
7.3.5加熱系統168
7.3.6在位清洗和在位消毒系統168
7.3.7監控系統170
7.3.8兩種凍幹機的比較172
7.4凍幹過程傳熱傳質分析173
7.4.1真空下的氣體導熱和擴散174
7.4.2乾燥箱內傳熱傳質分析175
7.5凍幹顯微鏡185
7.6凍幹保存技術應用187
7.6.1動植物標本凍幹保存187
7.6.2微生物凍幹保存188
7.6.3蛋白質凍幹保存190
7.6.4哺乳動物細胞凍幹保存191
7.7凍幹製品穩定性問題193
7.7.1水分活度、玻璃化溫度與儲存穩定性194
7.7.2殘餘水分測量方法196
習題197
參考文獻198
前言
第1章緒論1
1.1自然界中的低溫生物現象1
1.2低溫技術在生物醫學中的應用3
1.3低溫生物醫學技術發展簡史4
1.3.1低溫保存技術發展簡史4
1.3.2冷凍乾燥技術發展簡史5
1.3.3低溫治療技術發展簡史6
習題6
第2章水和水溶液的冷凍7
2.1水溶液的性質7
2.1.1溶液組成的表示方法7
2.1.2稀溶液的性質8
2.1.3水溶液的滲透壓9
2.2水的過冷及結冰10
2.2.1水冰相圖10
2.2.2水的過冷現象11
2.2.3冰晶的生長12
2.3水溶液的相圖14
2.3.1二元溶液的相圖14
2.3.2三元溶液的相圖15
2.4水溶液的玻璃化及補充相圖18
2.5水溶液的熱物理性質22
習題33
第3章生物材料的低溫保存34
3.1低溫保存原理34
3.2懸浮細胞冷凍保存的損傷機理35
3.2.1低溫保護劑的毒性36
3.2.2降溫過程中的損傷機理37
3.2.3複溫過程中的損傷機理40
3.3組織冷凍時的結冰現象41
3.4人體器官冷凍保存問題43
3.5玻璃化保存44
3.5.1玻璃化溶液45
3.5.2凍結線跟蹤法47
3.5.3熱應力問題48
3.5.4電磁複溫技術50
3.5.5快速降溫方法51
3.6低溫保存應用53
3.6.1人血液細胞的低溫保存53
3.6.2人類生殖細胞的低溫保存54
3.6.3人體其他細胞的低溫保存56
3.6.4人體組織的低溫保存57
3.6.5動物生殖細胞的低溫保存59
3.6.6其他動物細胞的低溫保存60
3.6.7動物組織的低溫保存60
3.6.8植物種質資源的低溫保存61
3.6.9微生物的低溫保存63
3.7低溫保存中的污染問題64
3.8低溫保存操作實例66
3.8.1人類生殖細胞和生殖組織的保存方案66
3.8.2哺乳動物卵細胞和胚胎的保存方案69
3.8.3植物細胞和組織的保存方案73
3.8.4藻類細胞的保存方案79
3.8.5苔蘚的保存方案81
習題82
第4章低溫保存過程的建模及分析83
4.1細胞的滲透性及測量83
4.1.1細胞的滲透性及物理模型83
4.1.2細胞滲透性的測量方法86
4.2懸浮細胞低溫保護劑處理過程分析89
4.3組織低溫保護劑處理過程分析91
4.3.1胰島組織91
4.3.2人工組織93
4.3.3軟骨組織96
4.4懸浮細胞冷凍過程分析99
4.4.1基於理想溶液假設的物理模型99
4.4.2基於非理想溶液假設的物理模型101
4.5胞內冰晶形成的物理模型103
4.6組織冷凍過程分析105
4.6.1肝組織冷凍的物理模型105
4.6.2血管組織冷凍的物理模型107
習題108
第5章低溫保存的儀器設備109
5.1差示掃描量熱儀109
5.2低溫顯微鏡113
5.2.1低溫顯微鏡發展歷史113
5.2.2低溫顯微鏡原理和類型114
5.2.3低溫顯微圖像處理115
5.3程控降溫設備117
5.4低溫冰箱118
5.5液氮容器121
習題122
第6章低溫醫療123
6.1冰帽和冰毯123
6.2冷凍治療125
6.2.1冷凍治療的作用機理125
6.2.2冷凍治療的實施方法127
6.2.3冷凍治療的過程監測128
6.2.4冷凍治療的輔助措施130
6.3冷凍治療器械131
6.3.1半導體型冷凍治療儀133
6.3.2蒸氣壓縮型冷凍治療儀134
6.3.3氣體節流型冷凍治療儀136
6.3.4液氮型冷凍治療儀139
6.4冷凍治療過程分析145
6.4.1冷凍治療過程一維簡化分析145
6.4.2冷凍治療過程數值模擬148
6.5冷凍治療應用148
習題152
第7章冷凍乾燥保存153
7.1冷凍乾燥保存原理153
7.2冷凍乾燥保護劑156
7.3冷凍乾燥設備158
7.3.1乾燥箱159
7.3.2冷阱161
7.3.3製冷系統162
7.3.4真空系統164
7.3.5加熱系統168
7.3.6在位清洗和在位消毒系統168
7.3.7監控系統170
7.3.8兩種凍幹機的比較172
7.4凍幹過程傳熱傳質分析173
7.4.1真空下的氣體導熱和擴散174
7.4.2乾燥箱內傳熱傳質分析175
7.5凍幹顯微鏡185
7.6凍幹保存技術應用187
7.6.1動植物標本凍幹保存187
7.6.2微生物凍幹保存188
7.6.3蛋白質凍幹保存190
7.6.4哺乳動物細胞凍幹保存191
7.7凍幹製品穩定性問題193
7.7.1水分活度、玻璃化溫度與儲存穩定性194
7.7.2殘餘水分測量方法196
習題197
參考文獻198
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