复温技术重大突破！国际低温生物学会前主席高大勇团队开发出单模电磁共振复温技术
发布时间：
2024-12-02
21世纪是生命科学和医学的世纪。低温生物医学作为生命科学的重要分支之一，凭借其独特的独特的原理和优势，已经被广泛应用于生物医学领域中。比如生物样本资源的保存，样本库的创建，药物研发和疾病的临床治疗等方面。
低温保存技术，成果不断
低温生物医学经过近百年的发展，已经可以成功实现众多细胞的低温保存和复温，在组织器官层面，也取得了很多突破性的成果，比如角膜、神经、皮肤、断指/趾、血管、卵巢、睾丸、骨、肌腱等组织的低温保存和复温。在心脏、肾脏、肝脏等器官的低温保存及复温技术探索方面，科学家也正在逐步探索。
目前低温生物医学的很多基础研究主要集中于生物活体细胞的长期深低温冷冻保存方面，即致力于寻找理想的低温冷冻保护剂，同时在既定的低温保护剂溶液体系下，对低温保存全过程进行多尺度、全方位的优化控制。其中最常用的就是玻璃化保存。
玻璃化冷冻法的基本原理是将高浓度的冷冻保护剂在超低温环境下凝固，形成不规则的玻璃化样固体，保存了液态时正常分子和离子分布，因而在细胞内发生玻璃化时能起到保护作用。玻璃化的关键是消除了冰晶引起的损伤。因此，对于较大的组织、器官和生殖样本，如胚胎和卵子，玻璃化冷冻是最有前途的冷冻保存方法。但是，即便理想的玻璃化过程被实施，一旦样本被复温，冰的再结晶就会发生，对细胞造成无法弥补的伤害。因此，冷却和复温过程都需要得到充分优化，否则就会形成冰晶，有机体将经历类似于“冷冻烧伤”的过程。冰会因细胞快速破裂而导致组织和器官损伤。快速均匀复温对于防止细胞和组织在解冻过程中内外致命的冰再结晶是不可或缺的。
快速均匀复温技术，亟待开发
冷冻保存的另一关键问题是复温的过程，如果不能快速或均匀地升温，冰晶就会形成，并对组织和器官造成损害。如何将生物材料从深低温重新加热到体温，同时保持其生存能力和生物功能至关重要。华盛顿大学低温生物医学工程和人工器官中心高大勇团队带来新的技术突破。他们开发的单模电磁共振（SMER）复温技术能够快速均匀地复温样品。
高大勇
低温生物工程和低温保存领域的国际知名科学家和主要领导人之一
国际低温生物学会前主席
美国华盛顿大学机械工程系和生物工程系终身教授。
具体来说，团队开发的单模电磁共振复温是一种基于麦克斯韦理论的介电加热方法，通过将非导电样品置于高频电磁场中来提高其温度。将样品放入带有感应线圈的谐振腔中，通过振荡的电场产生电磁波。这种方法的主要优点是可以在很短的时间内实现非常快速和均匀的加热。并且，团队使用的是自动单模电磁波，能够自动化特定频率的波，并在整个复温过程中保持稳定。他们还开发了一个嵌入式控制系统来监控系统中发生的事情。
如何保证冷冻生物材料中的不同部分吸收等量的热量均匀升温，这一直是复温过程中的巨大难题。经过多年研究，高大勇团队进行了如下优化：产生高强度驻波的电磁共振腔的优化设计、在整个加热过程中保持共振、防止热失控、准确地将样品加载到腔中，所有这些都确保了快速均匀的复温，在一定程度上解决生物材料被重新加热时冰的再结晶问题。
研究团队在接受采访时乐观地表示，未来几年，人们可能能够冷冻保存一些器官。对于小型哺乳动物来说，可以期盼下未来10年或更长的时间。然而，从小型哺乳动物到人体将是一个巨大的飞跃。我们期待那一天的到来！
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