ВЛИЯНИЕ УЛЬТРАЗВУКА ДИАПАЗОНА 0.88–8.00 МГц НА ПРОЦЕССЫ РАСТРЕСКИВАНИЯ ЗАМОРОЖЕННЫХ КРИОЗАЩИТНЫХ РАСТВОРОВ ПРИ ОХЛАЖДЕНИИ ДО –196°С

Обложка

Цитировать

Полный текст

Открытый доступ Открытый доступ
Доступ закрыт Доступ предоставлен
Доступ закрыт Только для подписчиков

Аннотация

При криоконсервации биологического материала большое значение имеет стадия формирование твердой фазы (лед) при охлаждении живых клеток и криозащитной смеси. Формирование льда, наряду с другими факторами, заметно влияет на переживание клеток в процессе замораживания–оттаивания. Большинство исследователей ограничиваются диапазоном температур от 0 до –80°С. Этот диапазон считается наиболее критическим из-за повреждений биологического материала вследствие внутриклеточного и внеклеточного образования кристаллов льда. Однако процессы, происходящие при дальнейшем охлаждении замороженного материала до температур, при которых осуществляется хранение (−196°С), мало изучены. При охлаждении ниже –100°С термомеханическое напряжение в замороженной среде увеличивается из-за ее сжатия, что вызывает формирование растрескиваний. Воздействие ультразвука на начальном этапе замерзания приводило к устранению переохлаждения во всех изученных растворах и заметно изменяло ход температурной кривой. В работе показано влияние ультразвука в диапазоне частот 0.88–8.00 МГц на процессы растрескивания замороженных криозащитных растворов и формирование микрочастиц льда. Замораживание проводили в тонком слое (0.2 мм) при охлаждении до –196°С. Форму и размер микрочастиц льда определяли методом криомикроскопии. С повышением частоты увеличивалась степень однородности микрочастиц (размер и площадь) и фактор формы (степень округлости). Показано что ультразвук может эффективно влиять на формирование растрескиваний в замороженной криозащитной среде, особенно в высокочастотном диапазоне. Наибольший эффект увеличения степени округлости микрочастиц наблюдается в среде, содержащей физиологический раствор, 10% диметилсульфоксида и 10% яичного желтка.

Об авторах

А. А Андреев

Институт биофизики клетки Российской академии наук — обособленное подразделение ФИЦ «Пущинский научный центр биологических исследований РАН»

Email: alandreev@mail.ru
Пущино, Россия

Д. Г Садикова

Институт биофизики клетки Российской академии наук — обособленное подразделение ФИЦ «Пущинский научный центр биологических исследований РАН»

Пущино, Россия

Т. Н Пашовкин

Институт биофизики клетки Российской академии наук — обособленное подразделение ФИЦ «Пущинский научный центр биологических исследований РАН»

Пущино, Россия

Список литературы

  1. Zhmakin A. I. Fundamentals of Cryobiology: Physical Phenomena and Mathematical Models (Springer, 2008).
  2. Akyurt M., Zaki G., and Habeebullah B. Freezing phenomena in ice-water systems. Energy Conv. Management, 43, 1773–1789 (2002). doi: 10.1016/S0196-8904(01)00129-7
  3. Кошкин Н. И. и Шиpкевич М. Г. Cпpавочник по элементаpной физике (Наука, М., 1982).
  4. Rabin Y., Steif P. S., Hess K., Jimenez-Rios J. L., and Palastro M. C. Fracture formation in vitrified thin films of cryoprotectants. Cryobiology. 53 (1), 75–95 (2006). doi: 10.1016/j.cryobiol.2006.03.013
  5. Актуальные проблемы криобиологии. Под ред. Н. С. Пушкаря и А. М. Белоуса (Наук. Думка, Киев, 1981).
  6. Baudot A. and Odagescu V. Thermal properties of ethylene glycol aqueous solutions Cryobiology, 48 (3), 283–294 (2004). doi: 10.1016/j.cryobiol.2004.02.003
  7. Diller K. R. Bioheat and mass transfer as viewed through a microscope. J. Biomech. Eng., 127, 67–84 (2005). doi: 10.1115/1.1835354
  8. Hey J. M., Mehl P. M., and MacFarlane D. R. A combined differential scanning calorimeter-optical video microscope for crystallization studies. J. Therm. Anal., 49, 991–998 (1997). doi: 10.1007/BF01996785
  9. Hey J. M. and MacFarlane D. R. Crystallization of ice in aqueous solutions of glycerol and dimethyl sulfoxide. 2: Ice crystal growth kinetics. Cryobiology, 37 (2), 119–130 (1998). doi: 10.1006/cryo.1998.2108
  10. Ishiguro H. and Rubinsky B. Mechanical interactions between ice crystals and red blood cells during directional solidification. Cryobiology, 31 (5), 483–500 (1994). doi: 10.1006/cryo.1994.1059
  11. Ishiguro H., Kataori A., and Nozawa M. Three-dimensional microscopic behavior of ice crystals and cells during directional solidification. Cryobiology, 59 (3), 410-421 (2009). doi: 10.1016/j.cryobiol.2009.10.157
  12. Li J., Zhang L. L., Liu Q. H., Xu X. Z., Xiao Z. Z, MaD. Y., Xu S. H., and Xue Q. Z. Extra and intracellulares ice formation of red seabream (Pagrus major) embrios at different cooling rates. Cryobiology, 59 (1), 48–53 (2009). doi: 10.1016/j.cryobiol.2009.04.004
  13. Mazur P., Pinn I. L., and Kleinhans F. W. Intracellular ice formation in mouse oocytes subjected to interrupted rapid cooling. Cryobiology, 55 (2), 158–166 (2007). doi: 10.1016/j.cryobiol.2007.06.007
  14. Mehl P. M. Principles of cryopreservation by vitrification. Cryobiology, 30 (5), 509–518 (1993). doi: 10.1006/cryo.1993.1051
  15. Rubinsky B. and Ikeda M. A cryomicroscope using directional solidification for controlled freezing of biological material. Cryobiology, 22 (1), 55–68 (1985). doi: 10.1016/0011-2240(85)90008-2
  16. Stott S. L. and Karlsson J. O. Visualization of intracellular ice formation using high-speed video cryomicroscopy. Cryobiology, 58 (1), 84–95 (2009). doi: 10.1016/j.cryobiol.2008.11.003
  17. Mazur P. Kinetics of water loss from cells at subzero temperatures and the likehood of intracellular freezing. J. Gen. Physiol., 47 (2), 347–369 (1963). doi: 10.1085/jgp.47.2.347
  18. Hey J. M., Mehl P. M., and MacFarlane D. R. A combined differential scanning calorimeter-optical video microscope for crystallization studies. J. Therm. Anal., 49, 991–998 (1997). doi: 10.1007/BF01996785
  19. Rabin Y. and Steif P. S. Solid mechanics aspects of cryobiology. In: Advances in Biopreservation, Ed. by J. G. Baust and J. M. Baust (CRC Press, 2006), pp. 359–381.
  20. Rabin Y., Steif P. S., Hess K. C., Jimenez-Rios J. L., and Palastro M. C. Fracture formation in vitrified thin films of cryoprotectants. Cryobiology, 53 (1), 75–95 (2006). doi: 10.1016/j.cryobiol.2006.03.013
  21. Rabin Y. and Steif P. S. Solid mechanics aspects of cryobiology. Advances in Biopreservation. Ed. by J. G Baust and J. M. Baust (Taylor & Francis Group, 2007), pp. 359–379.
  22. Chalmers B. Principles of Solidification (John Wiley & Sons Inc., N. Y., 1964).
  23. Chow R., Blindt R., Chivers R., and Povey M. The sonocrystallisation of ice in sucrose solutions: primary and secondary nucleation. Ultrasonics, 41 (8), 595–604 (2003). doi: 10.1016/j.ultras.2003.08.001
  24. Chow R., Blindt R., Chivers R., and Povey M. A study on the primary and secondary nucleation of ice by power ultrasound. Ultrasonics, 43 (4), 227–230 (2005). doi: 10.1016/j.ultras.2004.06.006
  25. Hottot A., Nakagawa K., and Andrieu J. Effect of ultrasoundcontrolled nucleation on structural and morphological properties of freeze-dried mannitol solutions. Chem. Eng. Res. Des., 86 (2), 193–200 (2008). doi: 10.1016/j.cherd.2007.11.009
  26. Андреев А. А., Садикова Д. Г., Пономарева Е. Н., Красильникова А. А. и Белова М. М. Способ снижения низкотемпературного скачка растворов криопротекторов. Патент РФ № 2540598 от 22.12.2014.
  27. Acton E. and Morris G. J. W.O. 99/20420, USA Patent Application (1992).
  28. Saclier M., Peczalski R., and Andrieu J. Effect of ultrasonically induced nucleation on ice crystals’ size and shape during freezing in vials. Chem. Eng. Sci., 65 (10), 3064–3071 (2010). doi: 10.1016/j.ces.2010.01.035
  29. Садикова Д. Г. и Андреев А. А. Ультразвук терапевтического диапазона влияет на формирование микрочастиц льда. Биофизика, 66 (2), 213–218 (2021). doi: 10.31857/S0006302921020010
  30. Burzawa-Gerard E., Goncharov B. F., Dumas A., and Fontaine Y. A. Further biochemical studies on carp gonadotropin. Gen. Comp. Endocrinol., 29 (4), 498-505 (1976). doi: 10.1016/0016-6480(76)90033-2
  31. Schmidt E. Die Brunn-Minkowskische Ungleichung und Ihr Spiegelbild sowie die isoperimetrishe Eigenschaft der Kugel in der euklidischen und nichteuklidischen Geometrie. Math. Nachr., 1, 81–157 (1948).

Дополнительные файлы

Доп. файлы
Действие
1. JATS XML
Скачать

© Российская академия наук, 2025

Согласие на обработку персональных данных с помощью сервиса «Яндекс.Метрика»

1. Я (далее – «Пользователь» или «Субъект персональных данных»), осуществляя использование сайта https://journals.rcsi.science/ (далее – «Сайт»), подтверждая свою полную дееспособность даю согласие на обработку персональных данных с использованием средств автоматизации Оператору - федеральному государственному бюджетному учреждению «Российский центр научной информации» (РЦНИ), далее – «Оператор», расположенному по адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А, со следующими условиями.

2. Категории обрабатываемых данных: файлы «cookies» (куки-файлы). Файлы «cookie» – это небольшой текстовый файл, который веб-сервер может хранить в браузере Пользователя. Данные файлы веб-сервер загружает на устройство Пользователя при посещении им Сайта. При каждом следующем посещении Пользователем Сайта «cookie» файлы отправляются на Сайт Оператора. Данные файлы позволяют Сайту распознавать устройство Пользователя. Содержимое такого файла может как относиться, так и не относиться к персональным данным, в зависимости от того, содержит ли такой файл персональные данные или содержит обезличенные технические данные.

3. Цель обработки персональных данных: анализ пользовательской активности с помощью сервиса «Яндекс.Метрика».

4. Категории субъектов персональных данных: все Пользователи Сайта, которые дали согласие на обработку файлов «cookie».

5. Способы обработки: сбор, запись, систематизация, накопление, хранение, уточнение (обновление, изменение), извлечение, использование, передача (доступ, предоставление), блокирование, удаление, уничтожение персональных данных.

6. Срок обработки и хранения: до получения от Субъекта персональных данных требования о прекращении обработки/отзыва согласия.

7. Способ отзыва: заявление об отзыве в письменном виде путём его направления на адрес электронной почты Оператора: info@rcsi.science или путем письменного обращения по юридическому адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А

8. Субъект персональных данных вправе запретить своему оборудованию прием этих данных или ограничить прием этих данных. При отказе от получения таких данных или при ограничении приема данных некоторые функции Сайта могут работать некорректно. Субъект персональных данных обязуется сам настроить свое оборудование таким способом, чтобы оно обеспечивало адекватный его желаниям режим работы и уровень защиты данных файлов «cookie», Оператор не предоставляет технологических и правовых консультаций на темы подобного характера.

9. Порядок уничтожения персональных данных при достижении цели их обработки или при наступлении иных законных оснований определяется Оператором в соответствии с законодательством Российской Федерации.

10. Я согласен/согласна квалифицировать в качестве своей простой электронной подписи под настоящим Согласием и под Политикой обработки персональных данных выполнение мною следующего действия на сайте: https://journals.rcsi.science/ нажатие мною на интерфейсе с текстом: «Сайт использует сервис «Яндекс.Метрика» (который использует файлы «cookie») на элемент с текстом «Принять и продолжить».