3種新型抗凍材料應用於配子及胚胎冷凍保存的研究（jiū）進展

配子及（jí）胚胎的冷凍保存是將配子及胚胎在超低溫條件下冷凍（dòng），達到可以長期保存的目的。冷凍保存技術在種質資源保護、保存和改良動物基因（yīn）等方麵發揮重要作用。由於傳（chuán）統冷凍保（bǎo）護劑具有毒性，目前研究人員正致力於開發毒性低、抗凍效果顯著的新型抗凍材料，如抗凍（dòng）蛋白、納米材料和聚合物。本文簡述了冷凍（dòng）保存技術的原（yuán）理及存在問題，綜述了3種新型抗凍材料的抗凍機製及應用進展，並從材料（liào）工程的（de）角度（dù）為冷（lěng）凍保存配子及胚胎提供一個新的視角，為更多新型材料的開發拓展新（xīn）思路。

1 冷凍保存的基本原理

冷凍（dòng）保存過程中發（fā）生的各種化學和（hé）物理損傷，如過冷休克、高滲休克、冰晶損傷（shāng）和冷（lěng）凍保（bǎo）護劑的（de）毒性作用等，是損傷冷凍保存的配子和胚胎的主（zhǔ）要原因（yīn）。在慢速冷凍時，由於細胞內水的化學勢（shì）高於細胞外冰晶的化學勢，大部（bù）分（fèn）細胞內水會排出，細胞脫（tuō）水（shuǐ），導致細胞外結冰和滲透壓被破壞。隨著冷卻速率的增加（jiā），細（xì）胞內的水不能快速排出，從而在細胞內形成冰晶刺傷細胞，導 致細胞在冷凍過程中受到致命的冷凍損傷。在冷凍保存的冷凍和解凍過程中，冰晶的（de）形成和生長是導致細胞活 力喪失的主要原因。冷凍保護劑（jì）可減少冰晶數量和（或）形狀、大小，從（cóng）而減少對冷凍細胞的損傷。根據是否能滲透到細胞內，目前（qián）主要的冷凍保護劑可分為滲透型和非滲透型。滲透型冷凍保護劑包括二甲基亞碸、甘油、乙二醇和丙二醇等。非滲（shèn）透型冷凍保護劑包括蔗糖、葡聚糖、海藻糖和聚乙二醇等。二甲亞碸和乙二醇等常規的冷凍保護劑（jì）可以通過降（jiàng）低（dī）溶液（yè）的凝固點（diǎn），影響升溫速率和玻璃（lí）化轉變溫（wēn）度來抑製結（jié）冰。但是，玻璃化（huà）冷（lěng）凍需要較高濃度的冷凍保護劑，高濃度的冷凍保護劑又會對細胞產生毒性作用，因此（cǐ）尋找毒性低且抗凍作用良好的新（xīn）型抗凍材料來替（tì）代傳統（tǒng）冷凍保護劑是必要的。

2 新型冷凍保存（cún）材料

2.1 抗凍蛋白

2.1.1 抗凍蛋白的作用機製    許多生物通過產生抗凍蛋白的獨特適應機製，在寒冷環境中（zhōng）保護自身免受冷凍損（sǔn） 傷。在南極（jí）和北極地區，由（yóu）於溶（róng）解鹽的存在，海水（shuǐ）溫度一直低於零（líng）度。在這（zhè）種異常寒冷的環境中，許多生物產（chǎn）生（shēng）的抗凍（dòng）蛋白可以防止冷凍對自身造成的傷害。抗凍蛋 白的作用（yòng）之一是將（jiāng）周圍水的冷凍溫度降低到融化溫度以下，稱為熱滯後活性，這種活（huó）性又導致冰重結晶抑製。冰重結（jié）晶通過小冰晶的生長產生大冰（bīng）晶，這對細胞來說 是致命的。然（rán）而，抗凍（dòng）蛋白通過對冰的重結晶（jīng）抑製（zhì）活性阻止重結晶過程，起到冷凍保護作用，特別是細胞膜損傷。最近（jìn）一項研究探討（tǎo）了抗凍蛋白（bái）對冰成核的影響，發現抗凍蛋白具有冰（bīng）結合麵和非冰結合麵2個麵。當冰結合麵暴露於液態水中時，會促進成冰的過程；而當非冰結合麵與液態（tài）水接觸時，則（zé）會（huì）限製成冰的形成。這一（yī）發現在分子水（shuǐ）平上闡明了（le）抗凍蛋白調節冰形成的作用機製。抗凍（dòng）蛋白的物種來源多樣化，抗凍蛋（dàn）白（bái）最（zuì）初在南極魚（yú）類中發現，被用作冷凍保護劑（jì）。已知（zhī）擁有或表達抗凍蛋白的生物包括細菌、昆蟲、藻類（lèi）和魚類。抗（kàng）凍蛋（dàn）白主要分為I型抗（kàng）凍蛋白、II型抗凍（dòng）蛋白和III型抗凍蛋白。抗凍蛋白可吸附在冰與水界麵的特定表麵，改變冰（bīng）晶的生長速率和形狀。例如（rú），I型抗凍（dòng）蛋白與冰的棱柱麵結合，形成六邊形雙錐形狀，而過度活躍的抗凍蛋白（bái）與棱柱麵和基麵結（jié）合（hé）並產生檸檬形狀。III型抗凍蛋白作為球狀蛋白，可以結合冰晶的棱柱平麵和錐體平麵，延緩（huǎn）冰的生長速（sù）度。因此，抗凍蛋（dàn）白已成為冷凍保存中一種很有前途的冰抑製（zhì）候（hòu）選者。

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