CN104918487A - 利用矿物成核剂进行冷冻的方法 - Google Patents

利用矿物成核剂进行冷冻的方法 Download PDF

Info

Publication number
CN104918487A
CN104918487A CN201380064752.8A CN201380064752A CN104918487A CN 104918487 A CN104918487 A CN 104918487A CN 201380064752 A CN201380064752 A CN 201380064752A CN 104918487 A CN104918487 A CN 104918487A
Authority
CN
China
Prior art keywords
nucleating agents
water quality
feldspar
mineral
containing water
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Granted
Application number
CN201380064752.8A
Other languages
English (en)
Other versions
CN104918487B (zh
Inventor
本杰明·约翰·默里
托马斯·弗朗西斯·惠列
詹姆斯·阿特金森
乔治·约翰·莫里斯
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
University of Leeds
Asymptote Ltd
Original Assignee
University of Leeds
Asymptote Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by University of Leeds, Asymptote Ltd filed Critical University of Leeds
Publication of CN104918487A publication Critical patent/CN104918487A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN104918487B publication Critical patent/CN104918487B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Classifications

    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A01—AGRICULTURE; FORESTRY; ANIMAL HUSBANDRY; HUNTING; TRAPPING; FISHING
    • A01N—PRESERVATION OF BODIES OF HUMANS OR ANIMALS OR PLANTS OR PARTS THEREOF; BIOCIDES, e.g. AS DISINFECTANTS, AS PESTICIDES OR AS HERBICIDES; PEST REPELLANTS OR ATTRACTANTS; PLANT GROWTH REGULATORS
    • A01N1/00—Preservation of bodies of humans or animals, or parts thereof
    • A01N1/02—Preservation of living parts
    • A01N1/0205—Chemical aspects
    • A01N1/021—Preservation or perfusion media, liquids, solids or gases used in the preservation of cells, tissue, organs or bodily fluids
    • A01N1/0221—Freeze-process protecting agents, i.e. substances protecting cells from effects of the physical process, e.g. cryoprotectants, osmolarity regulators like oncotic agents
    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A01—AGRICULTURE; FORESTRY; ANIMAL HUSBANDRY; HUNTING; TRAPPING; FISHING
    • A01N—PRESERVATION OF BODIES OF HUMANS OR ANIMALS OR PLANTS OR PARTS THEREOF; BIOCIDES, e.g. AS DISINFECTANTS, AS PESTICIDES OR AS HERBICIDES; PEST REPELLANTS OR ATTRACTANTS; PLANT GROWTH REGULATORS
    • A01N1/00—Preservation of bodies of humans or animals, or parts thereof
    • A01N1/02—Preservation of living parts
    • A01N1/0236—Mechanical aspects
    • A01N1/0263—Non-refrigerated containers specially adapted for transporting or storing living parts whilst preserving, e.g. cool boxes, blood bags or "straws" for cryopreservation
    • A01N1/0268—Carriers for immersion in cryogenic fluid, both for slow-freezing and vitrification, e.g. open or closed "straws" for embryos, oocytes or semen
    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A01—AGRICULTURE; FORESTRY; ANIMAL HUSBANDRY; HUNTING; TRAPPING; FISHING
    • A01N—PRESERVATION OF BODIES OF HUMANS OR ANIMALS OR PLANTS OR PARTS THEREOF; BIOCIDES, e.g. AS DISINFECTANTS, AS PESTICIDES OR AS HERBICIDES; PEST REPELLANTS OR ATTRACTANTS; PLANT GROWTH REGULATORS
    • A01N1/00—Preservation of bodies of humans or animals, or parts thereof
    • A01N1/02—Preservation of living parts
    • A01N1/0278—Physical preservation processes
    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A01—AGRICULTURE; FORESTRY; ANIMAL HUSBANDRY; HUNTING; TRAPPING; FISHING
    • A01N—PRESERVATION OF BODIES OF HUMANS OR ANIMALS OR PLANTS OR PARTS THEREOF; BIOCIDES, e.g. AS DISINFECTANTS, AS PESTICIDES OR AS HERBICIDES; PEST REPELLANTS OR ATTRACTANTS; PLANT GROWTH REGULATORS
    • A01N1/00—Preservation of bodies of humans or animals, or parts thereof
    • A01N1/02—Preservation of living parts
    • A01N1/0278—Physical preservation processes
    • A01N1/0284—Temperature processes, i.e. using a designated change in temperature over time
    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A23—FOODS OR FOODSTUFFS; TREATMENT THEREOF, NOT COVERED BY OTHER CLASSES
    • A23G—COCOA; COCOA PRODUCTS, e.g. CHOCOLATE; SUBSTITUTES FOR COCOA OR COCOA PRODUCTS; CONFECTIONERY; CHEWING GUM; ICE-CREAM; PREPARATION THEREOF
    • A23G9/00—Frozen sweets, e.g. ice confectionery, ice-cream; Mixtures therefor
    • A23G9/32—Frozen sweets, e.g. ice confectionery, ice-cream; Mixtures therefor characterised by the composition containing organic or inorganic compounds
    • A23G9/325—Frozen sweets, e.g. ice confectionery, ice-cream; Mixtures therefor characterised by the composition containing organic or inorganic compounds containing inorganic compounds
    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A23—FOODS OR FOODSTUFFS; TREATMENT THEREOF, NOT COVERED BY OTHER CLASSES
    • A23V—INDEXING SCHEME RELATING TO FOODS, FOODSTUFFS OR NON-ALCOHOLIC BEVERAGES AND LACTIC OR PROPIONIC ACID BACTERIA USED IN FOODSTUFFS OR FOOD PREPARATION
    • A23V2002/00—Food compositions, function of food ingredients or processes for food or foodstuffs

Landscapes

  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Health & Medical Sciences (AREA)
  • Dentistry (AREA)
  • General Health & Medical Sciences (AREA)
  • Wood Science & Technology (AREA)
  • Zoology (AREA)
  • Environmental Sciences (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Inorganic Chemistry (AREA)
  • Food Science & Technology (AREA)
  • Polymers & Plastics (AREA)
  • Hematology (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Micro-Organisms Or Cultivation Processes Thereof (AREA)
  • Agricultural Chemicals And Associated Chemicals (AREA)

Abstract

本发明涉及利用矿物成核剂来冷冻容器中的生物实体或制剂的含水质的方法、该矿物作为成核剂的用途以及在其整个或部分表面上或表面中具有该矿物的容器。

Description

利用矿物成核剂进行冷冻的方法
技术领域
本发明涉及利用矿物成核剂来冷冻容器中的生物实体或制剂的含水质(water-containing quantity)的方法、该矿物作为成核剂的用途以及在其整个或部分表面上或表面中具有该矿物的容器。
背景技术
存在两种相关的方法用于生物学材料的保藏。在低温保存中，以冷冻状态冷冻并储存生物学材料。在冷冻干燥(冻干)中，从冷冻的生物学样品中除去水，然后将其以干燥状态储存。冷冻干燥也被用于(例如)药物的储存或溶质的样品化中(patterning)。
低温保存被广泛应用于保持生物学样品的长期活力以用于医学、生物技术和兽医学。为了在解冻后获得高活力，必需加入保护性化合物(已知为低温保存添加剂或低温保存剂)并且以受控速率冷却样品。对于许多细胞类型，在冷却过程中通过受控成核来诱发冰形成而不是使冰自发成核是合乎需要的。
用于低温保存的样品通常被置于例如以下的专用低温容器中：
·吸管(Straws)，其是直径为2mm至4mm，长度达140mm，且容量为0.2ml至0.5ml的薄壁管；
·冷冻管(Cryovials)，其是直径为约12.5mm且容量为0.5ml至5.0ml的短粗(wideshort)管；
·用于较大体积的低温保存的容量为5ml至1000ml的柔性袋；以及
·在机器人技术和高通量筛选中使用的微孔板、介质管(matrix tube)和其他SBS形式。
一系列设备可被用于以受控速率来冷冻吸管和冷冻管。这些设备可使用液氮作为制冷剂或通过机械制冷来冷却。另外存在一些被动冷却装置。这些装置中的某些使样品中的冰受控成核，这可以手动或自动进行。
在以受控速率冷冻之后，将样品在低温(通常为液氮的温度(-196℃))下保持冷冻。在此温度下，如果细胞能够在低温下存活，则其生存力与储存时间无关。当需要使用时，将样品快速解冻(通常处于保持在37℃的水浴中)并除去低温保存剂。
冷冻干燥(冻干)被广泛用于生物技术、医学和兽医学领域以长期稳定细胞、疫苗、蛋白和其他生物活性化合物。冷冻干燥也被用于产生结构材料，例如应用于再生医学中(Massie I等(2011),Tissue Eng Part C Methods.17:765-774)和新型陶瓷制造中的支架和基质。在冷冻干燥过程中，将含水样品置于专用容器(通常为玻璃瓶)中并在冷冻干燥机中的冷却架上冷冻。冷冻之后，降低局部气压并且冷冻样品中的冰升华。在从样品除去水之后，在真空下使瓶升温冰将其密封。可在环境温度下分装该样品并通过加入水进行恢复。
在冷冻干燥中，样品往往会普遍过度冷却，这会导致样品之间具有不同的冰晶结构。冰在接近熔点的温度下成核会导致样品具有快速升华的大冰晶。相对而言，其中冰在远离熔点的温度下成核的样品会具有小的冰晶并且以慢速升华(Searles J A等(2001),Journal of Pharmaceutical Sciences 90:860-871)。当处理大量的样品时，通常选择处理条件以适应具有最小冰晶的群(population)的缓慢干燥，导致处理时间延长并且设备和设施低效使用。冰成核温度被认为确定处理时间和生物学活性恢复的关键因素(Kasper J C,Friess W(2011),European Journal of Pharmaceutics andBiopharmaceutics 78:248-263)。
按照常规低温保存的哺乳动物胚胎的成功复原依赖于在高的零下温度(通常为-7℃)下的受控冰成核。由于大量的过度冷却而形成细胞内冰，其中使冰自发成核的样品具有差的复原(Whittingham D G(1977),Ciba Foundation 52.Elsevier AmsterdamEds K Elliot and J Whelan pp 97-127)。通过控制冰成核也提高了许多细胞类型(包括哺乳动物精子和干细胞)的生存力。这通常是通过冷却低温容器以使内容物低于其熔点并且然后手动使该低温容器的外部与制冷工具接触或机械搅拌该低温容器来进行的。这一过程通常被称作“接种(seeding)”。接种的缺点在于其是一种手动步骤，这意味着能够被处理的样品较少并且需要物理介入(physical access)该样品。
已经提出了其他的物理方法来诱导成核。例如在冷冻干燥机中，之后落入样品中的水蒸汽的结晶(雪)诱导成核。最近，普莱克斯公司(Praxair Corporation)已经引进了‘压致移动(pressure shift)’工艺，其中用氩气将冷冻干燥机中的样品加压至28psig，然后冷却至期望的成核温度。然后将该压力降低至1psig以诱导成核(Konstantinidis AK等(2011),Journal of Pharmaceutical Sciences 100:3453-3470)。然而，这种方法仍然是试验性的，成本高昂，难以更新改造并且不适用于小型冷冻干燥机。
针对低温保存样品的冰成核，已经考察了大量的化学成核剂(有时被称为成核催化剂)。这些成核剂促使被称作异相成核(heterogeneous nucleation)或促进成核(facilitated nucleation)的现象发生。实例包括碘化银的晶体、细菌丁香假单胞杆菌(Pseudomonas syringeae)和胆固醇的晶体。将该成核剂加入到样品中，然后将样品冷却。当在样品内部达到充分水平的过度冷却时，就会发生冰成核。这种过程使得大量的样品经过处理，但也存在有关其毒性或潜在毒性或其细菌源性(bacterial origin)或动物源性的缺点。已知的成核剂不太可能与细胞一起使用于临床应用。当大量的这些成核剂在较高的零下温度下诱导冰形成时，它们在药品生产质量管理规范(GMP)的标准下被制造是不太可能的并且它们会具有毒性(Saridakis E等(2008),Trends inBiotechnology.27:99-106)。
一些细菌菌株能够在高达-2℃的温度下使冰成核(Vali G.(1995).Principles of icenucleation.Biological ice nucleation and Its Application.R.E.Lee,G.Warren和L.Gusta.St.Paul,Minnesota,APS出版社)。然而，细菌的冰成核活性对于环境生长条件高度敏感并且所得的蛋白是热敏感的。这种对于环境条件的敏感性使得其不适于这一应用。存在其他(非细菌)生物学材料在高的零下温度下使冰成核的报道(Henderson-Begg SK.等(2009).Atmospheric Science Letters 10:215-219)。然而，在加热下冰核往往不稳定并且仍具有非常差的特性。碘化银已经显示出在非常高的温度下对冰形成的催化作用(Vonnegut B等(1984),J.Appl.Meteor.23(3):486-490)，但不能与样品一起用于临床应用。
矿物粉尘被认为是相对低效的冰核。总结了浸于水滴中的固体颗粒的冰成核数据的综述性文章引述了矿物粉尘的最高冷冻温度(约-15℃)(Hoose C和O(2012),Atmospheric Chemistry and Physics.12:9817–9854；和Murray B.J等(2012),ChemicalSociety Reviews.41:6519-6554)。
刮板式换热器(scraped surface heat exchanger)被用于冷冻较大体积的水、糖、乳制品、色素、风味剂和其他添加剂的混合物以形成冰淇淋或冰沙饮料。该刮板式换热器在高压和恒定搅拌下冷却混合物。成核通常在较少数量的位置中自发地发生。冰晶持续生长并且被机械打碎以使最终产品中存在的冰晶的尺寸最小。小的冰晶被认为是合乎需求的，因为相比于含有较大冰晶的冰淇淋，其赋予冰淇淋更加顺滑的质感。然而由于冰淇淋的高糖含量，当在-10℃至-20℃之间的温度下储存时，其往往会部分融化和再结冰，这导致较大的冰晶生长。
发明内容
本发明涉及通过采用冰的控制成核用的矿物来改善含水产品的冷冻处理。
因此，根据第一方面，本发明提供了用于冷冻生物实体或制剂的含水质的方法，包括：
(A)使所述含水质与矿物成核剂在容器中接触；以及
(B)冷却所述含水质，以使所述矿物成核剂起到促进冰的非自发形成的作用。
通过促进冰的非自发形成，所述矿物成核剂有利地提供了在冰成核过程中的控制元素，所述冰成核有助于保持所述生物实体或制剂的完整性。这在诸如(例如)低温保存、冷冻干燥或食品制备的过程中会是有用的。所述控制元素可在冰晶的数目和尺寸方面发挥作用并且(例如)使冰晶的数目增加得到更小的冰晶。
通常，在步骤(A)中，所述矿物成核剂与所述含水质自始至终基本均匀地接触。这起到了促进冰在整个所述含水质中均匀地非自发形成的作用并且尽管其稳定性较差仍在损失大冰晶的情况下形成较大量的小的冰晶尺寸。
可由(例如)一种或多种物理(例如机械)过程(如破碎以及重力、磁力或电力分离)或由化学过程通过处理(例如精制或浓缩)矿物来源(例如岩石、宝石(gem)或矿石)来获得所述矿物成核剂。所述矿物成核剂可为商品级或工业级的精选物(concentrate)。所述矿物成核剂可为富含矿物的。在所述矿物成核剂中，可存在痕量的其他材料(例如，诸如粘土或方解石的痕量矿物或痕量非矿物)，所述其他材料可为所述矿物来源内生的或作为添加剂添加的。
所述矿物成核剂的平均粒径可为亚微米(submicron)级或在1μm至5μm的范围内。可替代地，所述矿物成核剂可采取微珠的形式通常具有毫米级的直径。
优选地，所述矿物成核剂选自由长石(Feldspar)、硅石(Silica)(例如石英(Quartz)或诸如碧玉(Jasper)的玉髓(Chalcedony))、霞石(Nepheline)、透锂长石(Petalite)、白榴石(Leucite)、方钠石(Sodalite)、钙霞石(Cancrinite)(例如钙霞石-硫碱钙霞石(Cancrinite-Vishnevite))、方柱石(Scapolite)、方沸石(Analcite)和沸石(Zeolite)组成的组。
在一种优选的实施方式中，所述矿物成核剂为网(framework)硅酸盐。尤其优选的是，所述矿物成核剂为网铝硅酸盐。
在一种优选的实施方式中，所述矿物成核剂为长石或似长石(Feldsapthoid)。在一种尤其优选的实施方式中，所述矿物成核剂为长石。
长石是一种优异的矿物成核剂并且通常表现出比其他矿物更长的持续活性。不希望受到理论的束缚，长石的优点可归因于最小晶格(minimal lattice)与冰的错配(mismatch)、低表面电荷、低疏水性和/或特殊的成核位点(例如缺陷或裂纹)。
长石可为CaAl2Si2O8(钙长石)、NaAlSi3O8(钠长石)和KAlSi3O8(正长石或微斜长石)的三元固溶体(ternary solid solution)。
在一种尤其优选的实施方式中，所述矿物为NaAlSi3O8和KAlSi3O8占优势的长石(即，Na和K阳离子占优势-碱性长石)。所述碱性长石可选自由正长石、透长石、微斜长石和歪长石组成的组。
在更优选的实施方式中，所述矿物为KAlSi3O8占优势的长石(即，K阳离子占优势–钾长石或K-spar)。
在一种尤其优选的实施方式中，所述矿物为CaAl2Si2O8和NaAlSi3O8占优势的长石(即，Ca和Na阳离子占优势-斜长石)。所述斜长石可选自由钠长石、钠钙长石、中长石(andesine)、拉长石、倍长石和钙长石组成的组。
在更优选的实施方式中，所述矿物为NaAlSi3O8占优势的长石(即，Na阳离子占优势)。
所述含水质可为所述生物实体或制剂的溶液、悬浮液、分散液、乳液或胶体。
优选地，所述含水质为制剂的含水质。
所述制剂可为非医用制剂。
优选地，所述制剂为医用制剂(例如药物制剂或兽医用制剂)。
所述制剂可为药物(例如药品)、化妆品、诊断试剂、涂料、染料、颜料、合金、陶瓷、清洁剂、配方食品、润滑剂、燃料、肥料或生物杀灭剂。
所述生物杀灭剂可为农药(例如，除草剂、杀虫剂、杀真菌剂、灭鼠剂或灭虱剂)。
制剂的含水质可为含金属浆料。所述含金属浆料可为混合的含金属浆料。在这种情况下，所述制剂可为合金或陶瓷。
优选地，所述制剂为配方食品。矿物成核剂的使用有利地得到了更大量的较小冰晶，所述冰晶赋予了食品期望的质感。
所述配方食品可为食物或饮料。
优选的配方食品为冰淇淋、酸奶和冰沙饮料。尤其优选的配方食品为冰淇淋。
优选地，所述含水质为生物实体的含水质。
所述生物实体通常为随时间和/或在环境刺激(例如，诸如热的物理刺激或诸如酶的化学刺激)存在下具有丧失完整性的趋势的生物实体。
所述生物实体可来源于植物或动物(例如，来自诸如人的哺乳动物)。
所述生物实体可为天然食物，例如水果、坚果、草本植物或种子(例如咖啡)。
优选地，所述生物实体为细胞或细胞团(aggregate of cell)(例如微生物、细菌、单细胞生物、组织、器官或多细胞生物)。
举例而言，所述细胞可为干细胞、卵子细胞、精子细胞或胚胎细胞。
举例而言，所述组织可为皮肤、肿瘤、胚胎、睾丸或卵巢。
所述生物实体可为蛋白、酶、疫苗、细菌、病毒、原生生物、原生动物、寄生虫、孢子、种子或真菌。
在第一种优选的实施方式中，步骤(A)为：
(A’)向所述容器加入所述含水质；以及
(A”)向所述容器加入离散形式的矿物成核剂。
所述离散形式可为小球、微珠、碎片或粉末。
所述离散形式可为附着于所述容器或其部分(例如盖或密封件)的所述矿物成核剂的自承载体(self-supporting body)。这一实施方式使得能够在解冻时从样品除去所述矿物成核剂。
在步骤(A”)中可在溶液、悬浮液、分散液、乳液或胶体中加入所述离散形式。通常，溶液、悬浮液、分散液、如何或胶体中的矿物成核剂的量超过0.03wt％。
所述矿物成核剂可在步骤(A”)中与低温保存剂一起加入。
优选的低温保存剂含有多个羟基(例如糖或多元醇)。
所述低温保存剂可选自由乙二醇、丙二醇、甘油、蔗糖或DMSO组成的组。
在第二种优选的实施方式中，所述矿物成核剂位于所述容器或其部分的整个或部分表面中或表面上，以使所述矿物成核剂的活性成核位点有效暴露于所述含水质并且步骤(A)为向所述容器加入所述含水质。
在这一实施方式中，所述矿物成核剂可为所述容器的组成的组分(例如灌注到容器中)。例如，所述矿物成核剂可为在所述容器的制造过程中被引入的组分。
可将所述矿物成核剂涂覆在所述容器的内表面上。涂覆矿物的技术是已知的并且包括基于等离子体的涂覆技术和粘附嵌入(adhesion impaction)。
所述容器可为样品容器或冷冻容器，例如(如)吸管、冷冻管、袋、微孔板或混合室。
在步骤(B)中，所述容器可漂浮在制冷剂(通常为液氮)上或浸于制冷剂中。可替代地，步骤(B)是通过机械制冷(例如，在冷冻干燥器或换热器中)或者通过基于液氮的控制速率的冷冻器来进行的。
在优选的实施方式中，所述方法使得所述含水质在小于8℃，优选小于6℃，更优选小于5℃的过度冷却下冷冻。
过度冷却(也被称为过冷)是液体的温度低于溶液的熔点。例如，在-5℃，水会被过度冷却5℃，而10％的甘油溶液(熔点-2℃)会被过度冷却3℃。
步骤(B)可进行至低于-130℃的温度，优选进行至低于-150℃的温度，尤其优选进行至约-196℃的温度。
步骤(B)可以逐渐进行(例如逐步或连续)。通常，步骤(B)以1℃/min至2℃/min范围内的速率连续进行。
所述方法可进一步包括：
(C)将所述生物实体或制剂的含水质脱水。
步骤(C)可通过升华来进行。升华可通过向所述容器实施减压(例如部分真空)来诱导。
根据本发明的其他方面提供了矿物作为成核剂在容器中冷冻生物实体或制剂的含水质时的用途。
优选地，在根据本发明的用途中，所述矿物为离散形式。
优选地，在根据本发明的用途中，所述矿物位于所述容器或其部分的整个或部分表面中或表面上。
根据本发明的进一步的其他方面提供了在容器或其部分的整个或部分表面中或表面上具有矿物成核剂的所述容器。
所述容器可为如前文所定义的。
根据本发明的再进一步的其他方面提供了包含如前文所定义的矿物成核剂和低温保存剂的水溶液、悬浮液、分散液、乳液或胶体。
所述低温保存剂可为如前文所定义的。
附图说明
现在将仅以非限制性的方式描述本发明的多种实施方式，参考以下实施例和附图，其中：
图1示出了在1℃/min冷却变化(ramp)期间具有和不具有成核剂BCS-CRM 376/1Potash长石的情况下，填充有纯水的吸管作为温度的函数冷冻的分数(菱形为具有长石的吸管，方形为不具有长石的吸管)；
图2示出了在1℃/min冷却变化期间具有和不具有成核剂BCS-CRM 376/1Potash长石的情况下，填充有10％v/v乙二醇的吸管作为温度的函数冷冻的分数(菱形为具有长石的吸管，方形为不具有长石的吸管。黑线代表冷冻液体的熔融温度)；
图3示出了在利用缓慢冷却方法进行低温保存之后，藻酸盐中包封的多细胞肝脏球体的活力数据，(a)不具有成核剂，(b)具有胆固醇作为标准成核剂，(c)具有长石作为粉尘(直径为1μm至5μm)和(d)具有长石作为微珠(直径为6mm)；以及
图4示出了(a)用处理的冰淇淋，(b)未处理的冰淇淋，(c)用K-长石处理的冰淇淋和(d)与三个样品相同放大率的微米。小刻度间隔10μm。
具体实施方式
实施例1–在冷冻管中的成核试验
试验在冷冻管(Thermo Fisher)中进行，冷冻管放置在MF2000原型电力驱动控制速率的冷冻机(Asymptote Ltd,Cambridge,UK)中。以2℃/分钟的速率将小瓶从室温冷却降至4℃，然后在4℃保持5分钟，然后1℃/分钟冷却直至成核发生。通过每个小瓶中的T-型热电偶来记录成核和在熔化(fusion)放热时的温度。表1示出了放置在不同水溶液中的一系列长石材料的平均成核温度。
表1
实施例2–在吸管中的成核试验
试验在吸管中进行以低温保存精子细胞。该吸管一端含有PVA(聚乙酸乙烯酯)其被两个棉‘塞’封堵在中间。将PVA从吸管排空并用粉末形式的矿物成核剂代替。将吸管置于EF600电力驱动的控制速率的冷冻机(Asymptote Ltd,Cambridge,UK)中并以2℃/分钟的速率将其从室温冷却降至4℃，在然后4℃保持5分钟然后以1℃/分钟冷却直至成核发生。通过位于每个吸管中相对成核剂的一端处的T-型热电偶来记录成核和在熔化放热时的温度。
图1示出了在1℃/min冷却变化期间具有和不具有成核剂BCS-CRM 376/1Potash长石的情况下，填充有纯水的吸管作为温度的函数冷冻的分数(蓝色菱形为具有长石的吸管，红色方形为不具有长石的吸管)。在这种情况下，通过校准吸管的内部温度和EF600冷冻机的指示温度之间的关系，并记录在冷冻点处指示的温度来确定冷冻温度。表2示出了具有和不具有所述成核剂的平均成核温度。
表2
用乙二醇代替纯水重复进行试验。图2示出了在1℃/min冷却变化期间具有和不具有成核剂BCS-CRM 376/1Potash长石的情况下，填充有10％v/v乙二醇的吸管作为温度的函数冷冻的分数(蓝色菱形为具有长石的吸管，红色方形为不具有长石的吸管。)黑线代表冷冻液体的熔融温度。如上文所述确定冷冻温度。
实施例3–在溶液中的稳定性
如实施例1中制备并测试长石的不同制品，然后将其置于消费级的冰箱中两周，最后利用相同的试验方法再次测试。表3示出了不同长石溶液的第一次和第二次试验的平均成核温度。
表3
实施例4-活力数据
在解冻后72小时进行试验以确定包封在藻酸盐中的多细胞肝脏球体的复原。利用代谢必需的染料(荧光素二乙酸酯和碘化丙啶)来测量活细胞数，以12％DMSO作为低温保存剂利用缓慢冷却方法进行低温保存。在以下条件冷却样品：(a)不具有成核剂，(b)具有胆固醇作为标准成核剂，(c)具有长石作为粉尘(直径为1μm至5μm)和(d)具有长石作为微珠(直径为6mm)。图3中示出了结果。
实施例5-冰淇淋晶体尺寸
为了证明矿物粉末用于减小液体食品中晶体尺寸的有效性，利用家庭冰淇淋机和可商购的香草味哈根达斯(Haagen-DazR)冰淇淋来进行试验。使用500ml纯的融化的冰淇淋、与3颗融解的混合的500ml融化的冰淇淋以及与分散在10ml水中的1.2g粉末状K-长石混合的500ml融化的冰淇淋来进行试验。在大约15℃的初始温度下将所有三个样品放置于冰淇淋机中并打开冰淇淋机。在恒定搅拌下，冰淇淋机将冰淇淋冷却至大约-20℃。然后，将冰淇淋快速转移至塑料容器中并置于-18℃的冷冻机中，并在其中放置36小时。在所有时间点密切关注以防止冰淇淋样品交叉污染。
在该36小时的时间段之后，将冰淇淋从冷冻机复原并将少量冰淇淋置于预冷至-35℃的两片显微镜载玻片之间。然后将该载玻片放置在装配有液氮冷却的冷台(coldstage)的透射式显微镜上。图4示出了每个冰淇淋样品中的冰晶的典型图像。未处理的冰淇淋中形成的冰晶的平均尺寸确定为27±11μm。发现用处理的冰淇淋的平均尺寸为12±3μm，用K-长石处理的冰淇淋的平均尺寸为14±5μm。

Claims (19)

1.用于冷冻生物实体或制剂的含水质的方法，包括：
(A)使所述含水质与矿物成核剂在容器中接触；以及
(B)冷却所述含水质，以使所述矿物成核剂起到促进冰的非自发形成的作用。
2.根据权利要求1所述的方法，其中，所述矿物成核剂选自由长石、硅石、霞石、透锂长石、白榴石、方钠石、钙霞石、方柱石、方沸石和沸石组成的组。
3.根据权利要求1或2所述的方法，其中，所述矿物成核剂为网硅酸盐。
4.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中，所述矿物成核剂为网铝硅酸盐。
5.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中，所述矿物成核剂为长石或似长石。
6.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中，所述矿物成核剂为长石。
7.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中，所述矿物为NaAlSi3O8和KAlSi3O8占优势的长石。
8.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中，所述矿物为KAlSi3O8占优势的长石。
9.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中，所述矿物为CaAl2Si2O8和NaAlSi3O8占优势的长石。
10.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中，所述矿物为NaAlSi3O8占优势的长石。
11.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中，所述含水质为医用制剂的含水质。
12.根据权利要求1-10中任一项所述的方法，其中，所述含水质为配方食品的含水质。
13.根据权利要求1-10中任一项所述的方法，其中，所述含水质为生物实体的含水质。
14.根据权利要求13所述的方法，其中，所述生物实体为细胞或细胞团。
15.根据前述权利要求中任一项中所述的方法，其中，步骤(A)为：
(A’)向所述容器加入所述含水质；以及
(A”)向所述容器加入离散形式的所述矿物成核剂。
16.根据权利要求1-14中任一项所述的方法，其中，所述矿物成核剂位于所述容器或其部分的整个或部分表面中或表面上，以使所述矿物成核剂的活性成核位点有效暴露于所述含水质并且步骤(A)为向所述容器加入所述含水质。
17.矿物作为成核剂在容器中冷冻生物实体或制剂的含水质时的用途。
18.一种容器，在所述容器或其部分的整个或部分表面中或表面上具有矿物成核剂。
19.包含如前述权利要求中任一项中所定义的矿物成核剂和低温保存剂的水溶液、悬浮液、分散液、乳液或胶体。
CN201380064752.8A 2012-12-11 2013-12-09 利用矿物成核剂进行冷冻的方法 Active CN104918487B (zh)

Applications Claiming Priority (3)

Application Number Priority Date Filing Date Title
GB1222241.0 2012-12-11
GB201222241A GB201222241D0 (en) 2012-12-11 2012-12-11 Control of ice formation
PCT/GB2013/053239 WO2014091216A1 (en) 2012-12-11 2013-12-09 Method of freezing making use of a mineral nucleator

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN104918487A true CN104918487A (zh) 2015-09-16
CN104918487B CN104918487B (zh) 2018-10-26

Family

ID=47602369

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201380064752.8A Active CN104918487B (zh) 2012-12-11 2013-12-09 利用矿物成核剂进行冷冻的方法

Country Status (8)

Country Link
US (1) US10015958B2 (zh)
EP (1) EP2931033B1 (zh)
JP (1) JP6212130B2 (zh)
CN (1) CN104918487B (zh)
BR (1) BR112015013502B1 (zh)
CA (1) CA2893102C (zh)
GB (2) GB201222241D0 (zh)
WO (1) WO2014091216A1 (zh)

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN109219347A (zh) * 2016-05-12 2019-01-15 利兹大学 制剂
CN110186232A (zh) * 2018-02-23 2019-08-30 泰克诺阿尔平法国公司 人工造雪方法和用于进行该方法的产品

Families Citing this family (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
GB201506541D0 (en) 2015-04-16 2015-06-03 Lamb S Improved methods for cryopreservation of biological materials
EP3688377B1 (en) 2017-09-25 2024-05-08 Nostromo Ltd. Thermal energy storage array
GR20200100042A (el) 2020-01-29 2021-08-13 Ηλιας Γαβριηλ Αναστασοπουλος Μεθοδος σπορας νεφων χρησιμοποιωντας φυσικους παγοπυρηνωτικους παραγοντες
US20220330544A1 (en) * 2021-04-16 2022-10-20 University Of Maryland, College Park System, device, and method for cell cryopreservation via sand-mediated ice seeding

Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4189401A (en) * 1978-07-17 1980-02-19 Beckman Instruments, Inc. Method of storing a biological reference control standard and biological reference control standard obtained thereby
WO2005072080A2 (en) * 2003-10-07 2005-08-11 Winterlab Limited Improved method of freezing with brine

Family Cites Families (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
GB907921A (en) * 1959-11-09 1962-10-10 Union Carbide Corp Improvements in and relating to preservation
JPS61255655A (ja) * 1985-05-09 1986-11-13 畜産試験場長 胚の凍結保存におけるヨウ化銀による植氷の方法
JPH01107755A (ja) * 1987-10-19 1989-04-25 Norin Suisansyo Chikusan Shikenjo 固定化されたヨウ化銀による植氷の方法
JP2005270006A (ja) * 2004-03-25 2005-10-06 Kyudo Kk 精子凍結保存剤
CA2569485C (en) * 2004-06-02 2015-08-18 Es Cell International Pte Ltd. Cell preservation method
WO2011047380A2 (en) * 2009-10-16 2011-04-21 Mehmet Toner Methods for the cryopreservation of mammalian cells
PE20130211A1 (es) 2010-04-02 2013-03-22 Senomyx Inc Modificador del sabor dulce

Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4189401A (en) * 1978-07-17 1980-02-19 Beckman Instruments, Inc. Method of storing a biological reference control standard and biological reference control standard obtained thereby
WO2005072080A2 (en) * 2003-10-07 2005-08-11 Winterlab Limited Improved method of freezing with brine

Non-Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
FRANK ZIMMERMANN ET AL: ""Ice nucleation properties of the most abundant mineral dust phases"", 《JOURNAL OF GEOPHYSICAL RESEARCH》 *
V.YE.NEDAVA ET AL.: ""ON USE OF HIGH-DISPERSION SILICAS IN MEDIA FOR FREEZING RAM SEMEN"", 《SELSKOKHOZYAISTVENNAYA BIOLOGIYA》 *
X. HAN 等: ""Effects of nanoparticles on the nucleation and devitrification temperatures of polyol cryoprotectant solutions"", 《MICROFLUID NANOFLUID》 *

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN109219347A (zh) * 2016-05-12 2019-01-15 利兹大学 制剂
CN110186232A (zh) * 2018-02-23 2019-08-30 泰克诺阿尔平法国公司 人工造雪方法和用于进行该方法的产品

Also Published As

Publication number Publication date
EP2931033B1 (en) 2022-01-05
JP6212130B2 (ja) 2017-10-11
WO2014091216A1 (en) 2014-06-19
CA2893102C (en) 2021-03-30
CA2893102A1 (en) 2014-06-19
GB201308402D0 (en) 2013-06-19
BR112015013502B1 (pt) 2021-08-24
US10015958B2 (en) 2018-07-10
BR112015013502A2 (pt) 2017-08-15
JP2015537047A (ja) 2015-12-24
US20150327538A1 (en) 2015-11-19
GB201222241D0 (en) 2013-01-23
EP2931033A1 (en) 2015-10-21
CN104918487B (zh) 2018-10-26

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN104918487B (zh) 利用矿物成核剂进行冷冻的方法
Shaw et al. Terminology associated with vitrification and other cryopreservation procedures for oocytes and embryos
WO1996021351A3 (en) Bulk cryopreservation of biological materials and uses for cryopreserved and encapsulated biological materials
Day Cryopreservation of microalgae and cyanobacteria
JP7262709B2 (ja) 製剤
EP1028623B1 (en) Method for cryopreservation
AU598260B2 (en) Biological cryoprotection
WO2016166548A1 (en) Apparatus for controlling ice nucleation in a biological sample to be frozen
Desnos et al. Ice induction in DSC experiments with Snomax®
Benson et al. Physical and engineering perspectives of in vitro plant cryopreservation
Nanev On the vitality of the classical theory of crystal nucleation; crystal nucleation in pure own melt; atmospheric ice and snow; ice in frozen foods
Dereuddre Cryopreservation of in vitro cultures of plant cells and organs by vitrification and dehydration
US10285420B2 (en) Magnetite-based heterogeneous ice-crystal nucleation
CN1226139A (zh) 具有防冻肽的冷冻食品
Doughman et al. Temperature variations in eyebank containers: comparative study of corneal transport containers and packing methods
Walters et al. Long-term survival of cryopreserved germplasm: contributing factors and assessments from thirty year old experiments
Van Sleeuwen Influence of biogenic ice nucleators on characteristics of model food freezing: design of a predictive computer model
JPH05502664A (ja) 氷核形成
Daily Ice-nucleation by mineral dust applied to cell cryopreservation and atmospheric science
RU1782568C (ru) Способ замораживани эмбрионов или йцеклеток
JPS629342B2 (zh)
Whale Ice nucleation by feldspars and carbon nanomaterials
CZ307834B6 (cs) Způsob úpravy zmrazených vzorků biologických materiálů a zařízení pro provádění tohoto způsobu
JPH0524420B2 (zh)
Brand John G. Day

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
C10 Entry into substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
GR01 Patent grant
GR01 Patent grant