[发明专利]一种可以调控结冰温度的分散体系及其制备方法和应用

说明书

本发明涉及一种可以调控结冰温度的分散体系及其制备方法和应用，所述分散体系由表面带电荷的胶体纳米粒子和高分子混合分散于水中获得，所述高分子为具有促进结冰效果的高分子或者具有抗结冰效果的高分子。本发明获得的体系通过选择胶体种类和高分子的种类以及调控添加比例可以很好的调控体系的结冰温度，并且选用的高分子具有良好的生物相容性，可以使该分散体系应用到活性生物组织贮藏，冷冻食品保存以及工业制冷等领域。

技术领域

本发明属于冷冻食品贮存、活性生物组织低温贮藏、低温制冷、蓄冷空调介质等领域，涉及可以调控结冰温度的胶体纳米粒子和高分子的分散体系及其制备方法和应用。

背景技术

冰晶的形成是自然界中比较普遍的现象，但对于大部分生物体系来说，冰晶的形成和生长都是有害的。随着冰晶的形成和生长会导致细胞水平的机械损伤。同时，细胞外溶质的浓度会随着液体水分子体积分数的下降而进一步增加，甚至造成渗透性休克。据报导，血细胞如果没有低温贮藏并处于等渗透压溶液中，只能有效存储42天。因此，低温贮藏对于生物材料的零下存储来说是一个非常严重的问题。随着再生医疗和器官移植的迅速发展，需要低温贮藏捐献的细胞、血液、组织和器官的数量将逐年上升。然而，不同的血液样品和活性生物组织所需要的低温贮藏不仅需要无毒和具有良好生物相容性的保护液体，同时也要求不同的贮藏温度，以获得最佳的保存时间。类似的，食品的冷冻存储也随着食品种类的不同而需要不同的贮藏温度以期获得最佳的保鲜效果。因此，开发无毒且具有良好的生物相容性，并且在低温贮藏温度的范围内，可以随着贮藏体系的不同而调控结冰温度的分散体系具有重要的理论与现实意义。

据报道称，在特定条件下，纯水可以过冷到-39℃左右而仍然保持液态不结冰。但是通常情况下，由于各种成核剂的存在，水在0℃就会结冰，显然不适合单独作为保护液体使用。

已有报道称，使用质量分数为0.1％的聚乙烯醇溶液低温贮藏绵羊的血细胞，并取得良好效果，但其使用范围很窄，不利于推广。另外，生活在寒冷环境中的生物体会分泌抗结冰蛋白以确保体系不结冰，但抗结冰蛋白提取困难且成本昂贵。而目前常用的低温保护剂如甘油、二甲亚砜和甲醇等有机溶剂，想要达到特定的贮藏温度所需要质量分数在20％以上，成本高且细胞毒性较强。

因此，急需开发可以调控结冰温度，并且无毒，生物相容性好，用量少，廉价易得的替代者。

发明内容

本发明的目的在于提供一种可以调控结冰温度的胶体纳米粒子与高分子的分散体系。该分散体系可以通过调控胶体纳米粒子和高分子的种类与添加比例，以及高分子的吸附量的变化对体系的成核结冰表现出促进或者抑制，从而获得可以调控的结冰温度。本发明的分散体系的主要成分为水，其他组分用量较少，且具有生物相容性好，可调控结冰温度，毒性小等诸多优点。

为实现上述目的，本发明提供以下技术方案：

一种可以调控结冰温度的胶体纳米粒子和高分子的分散体系，所述分散体系由表面带电荷的胶体纳米粒子和高分子混合分散于水中获得，所述高分子为具有促进结冰效果的高分子或者具有抗结冰效果的高分子。

根据本发明，所述胶体纳米粒子为表面带负电荷的胶体纳米粒子或者表面带正电荷的胶体纳米粒子。优选的，所述胶体纳米粒子为表面带负电荷的胶体二氧化硅纳米粒子或者表面带正电荷的胶体二氧化硅纳米粒子。

根据本发明，所述高分子为具有促进结冰效果和具生物相容性的高分子，或者具有抗结冰效果和具生物相容性的高分子。

根据本发明，所述具有促进结冰效果和具生物相容性的高分子例如为聚乙烯醇(PVA)。优选地，所述具有促进结冰效果和具生物相容性的高分子的数均分子量为2万～30万，还优选的为3万～10万。

根据本发明，所述具有抗结冰效果和具生物相容性的高分子例如为聚环氧乙烷(PEO)或者聚乙烯基吡咯烷酮(PVP)。优选地，所述具有抗结冰效果和具生物相容性的高分子的数均分子量为2万～30万，还优选的为3万～10万。