细胞在液氮中可以长期保存(细胞为什么要冻存于-196度的液氮中)
细胞在液氮中可以长期保存(细胞为什么要冻存于-196度的液氮中)冷冻技术在很多生物上都已经实现,细菌、病毒等低等生物就不用说了,还有人曾经尝试过将活鱼在液氮中冷冻,然后取出放置在温水里,奇迹出现了,冷冻的鱼竟然逐渐复苏。三体3中的主人公程心,经过多次冬眠来到未来,毁完人类毁太阳系,最后还丢下小金鱼可能会毁掉宇宙。所以有人说:程心才是故事里最大的死神!距离我们最远的太空航行器,飞行了40年才刚刚驶离太阳系,任何人终其一生也耗不起漫长的太空航行。正因此,太空科幻作品里如果没有超光速,大多数都存在人体冷冻的素材。20世纪60年代拍摄的《2001太空漫游》在科幻电影史上具有里程碑的意义,影片中,两位主人公和三位处于冬眠状态的科学家飞向木星,却被人工智能计算机杀害。
从古至今,长生不老就是无数人的梦想。
如果不能无限延长寿命,退而求其次,把自己的肉体封存起来,等待后世解封,目睹未来那更精彩的世界,倒也是一个美妙的梦想。
更何况目前人类还面临很多不治之症的威胁,如果将患者冷冻,等到科技昌明的未来,他们将不再受病患的困扰。
很多科幻片里都有这种人体冷冻技术,因为在那空旷的一无所有的太空里,人的生命极其渺小,也过于短暂。
距离我们最远的太空航行器,飞行了40年才刚刚驶离太阳系,任何人终其一生也耗不起漫长的太空航行。
正因此,太空科幻作品里如果没有超光速,大多数都存在人体冷冻的素材。
20世纪60年代拍摄的《2001太空漫游》在科幻电影史上具有里程碑的意义,影片中,两位主人公和三位处于冬眠状态的科学家飞向木星,却被人工智能计算机杀害。
三体3中的主人公程心,经过多次冬眠来到未来,毁完人类毁太阳系,最后还丢下小金鱼可能会毁掉宇宙。所以有人说:程心才是故事里最大的死神!
冷冻技术在很多生物上都已经实现,细菌、病毒等低等生物就不用说了,还有人曾经尝试过将活鱼在液氮中冷冻,然后取出放置在温水里,奇迹出现了,冷冻的鱼竟然逐渐复苏。
然而,如果要上升到人体,也就是人体冷冻技术,那还是当今科技最尖端的超级难题,有人把它和曼哈顿计划、阿波罗计划、人类基因组计划并列,堪称科技奇迹。
如果我们接触-196液氮,
到底对人体有没有伤害呢?
其实接触到零下196度的液氮,短时间也并不会冻伤人体。科学的解释就是莱顿弗罗斯特现象。
莱顿弗罗斯特效应是由科学家莱顿弗罗斯特在1756年提出来的。
莱顿弗罗斯特效应是指液体不会润湿炙热的表面,而仅仅在其上形成一个蒸汽层的现象,也就是当液体遭遇极度炙热时就将化作一层绝缘的气态防护层。
这就是为什么人的手放到液氮中不会受伤。
因为人的体温是37℃,而液氮的温度是-196℃,当手放入液氮之中时,这两者之间的温差达到了230℃,这个时候液氮将会汽化成气态,并在你的手和液氮之间形成一个保护层,保护你的手不会被冻伤。
这就是为什么人们可以利用莱顿弗罗斯特现象,尝试把手沾湿后放进烧熔的铅里的主要原因。
说到这里,不得不提2014年,旨在关注渐冻人症(ALS)的“冰桶挑战”活动风靡全球,吸引了世界各地不少知名人士参与。
视频中挑战者被一桶桶冰水迎头浇下,即使作为旁观者仿佛也能感受到那种彻骨奇寒。
然而,这项挑战对于常年居住在寒冷地域的俄罗斯居民来说却似乎是“小儿科”了,有一名来自“战斗民族”的科学家进行了一次“冰桶挑战”的升级版——“液氮挑战”。
当然,除了娱乐之外,莱顿弗洛斯特效应还在制冷技术,工业制造技术,特别是航天工业等方面应用颇多。
运动员们追捧的“冰敷”超级加强版
液氮超低温冷冻治疗在医学领域中早就有了冷冻治疗的概念,只不过这项新技术是近几年才被广泛应用。液氮的温度极低,如果人的皮肤直接与液氮接触,2秒之后会被冻伤,而且是不可逆转的伤害。
科学家们正是利用了这一点,研究出了液氮冷冻治疗技术,而运动员使用的急冻箱则是利用液氮的低温特性,制造出一个低温环境,绝对不是让运动员直接与液氮接触,所以说是不会冻伤的。
运动员们在经历激烈的运动之后,他们的肌肉会处于一个极度紧张的状态,而低温能够很好地帮助肌肉放松。以往的运动员都是采用冰敷消除肌肉紧张,在液氮急冻箱出现之后,有条件的都会用急冻箱帮助球员恢复身体状态。因此越来越多的运动员会采用这种方式保养自己的身体,詹姆斯就是液氮恢复身体爱好者。
詹姆斯能够在36岁仍然保持着如此优越的身体素质不是没有原因的,他每年花费在身体保养上的费用都是他人不可企及的。不过这项技术也不是完全没有伤害的,操作不当或者过度使用都会对身体造成危害。
各种冷冻治疗方法已被运动员用于恢复,包括冷水浸泡,冰袋,以及冷冻治疗室。
运动员使用冷冻疗法是因为它可以降低引起血管收缩的表面组织温度和通过细胞代谢减少炎症产物,从而缓解延迟性肌肉酸痛(DOMS)。寒冷还可以减缓神经传导速度,降低疼痛感。
此外,冷冻疗法减少了对DOMS、自觉疲劳程度的主观测量,以及血浆标志物(血乳酸、肌酸激酶和乳酸脱氢酶)和血浆细胞因子(白细胞介素-6和C-反应蛋白)的客观测量。这项研究表明,剧烈活动后的冷冻疗法可以通过减少炎症和自觉疼痛感来促进恢复。
液氮黑科技,
未来,也许真的还能再活五百年!科幻电影中将冻存若干年的生命体重新解冻复活的情节在生命科学研究过程中每一天都在上演。
1、细胞储存
为了将每一种有生命的细胞较好的保存其原有的细胞特性或者长久的保存种质资源,实验人员往往将细胞用特殊配置的细胞冻存液保存于-196℃的液氮中,使得细胞暂时脱离生长状态,等到实验需要的时候再从液氮中取出复苏应用。
每一颗细胞就是一个活的生命体。从人体温度的37℃到零下196℃,超过200多摄氏度的温差,直接冷冻会将细胞直接冻死。要在储存的过程中充分保证细胞的活性,温控的把控和调节至关重要。
实验室进行细胞保存是需要加入保护剂,以及按照一定的规范流程进行操作的,并不是直接扔到液氮中,更不是放到普通冰箱里。
2、冻卵、冻胚
冻卵和冻胚都是应用相应的医疗技术将其置放在零下196摄氏度极冰冷的液氮环境下长期保存。与单细胞卵子不同,冻胚在冷冻前还可以进行相应的基因筛查诊断,明确胚胎是否有染色体异常或者是携带致遗传病基因。这样就可以排除掉异常胚胎,做到真正的“优生”。
为什么只有液氮的温度才能够保证卵子是活的呢?
将卵子放在-196℃极度冰冷液氮环境下,卵子是处于休眠状态的,相当于时间定格在了这里。卵子在里面不会继续生长发育,不会衰老,更不会对其遗传物质造成影响。
冷冻卵子整个技术并不复杂,难点主要在如何将卵子最大程度地保存下来,确保在冷冻过程中不形成任何冰晶体来破坏卵子的结构。
这就需要先进且精密的实验室以及权威、有经验的胚胎师,目前最先进的冷冻技术是玻璃化冷冻技术,这种技术在冷冻卵子时,会严格把控冷冻剂。
而冻胚又是什么呢?和冻卵不同,冻胚是直接将受精之后的早期胚胎冷冻,解冻后移殖生育即可。
3、人体冷冻
人体冷冻技术大致上可分为两种,一种是冷冻人的大脑,一种是冷冻人体全身。人体冷冻技术主要是把人或其他动物身上的血液抽干,在其身上注射化学化合物,最后将其放置在极低温下进行低温保存。
可是,冷冻人真的能复活吗?
关于这个问题,阿尔科生命延续基金会的董事长兼首席执行官曼克斯·莫尔是这么说的:
“ 我们不能说他们‘复活’,因为这些人虽然在法律上被宣告死亡,但在这里我们会用医学上尚未核准的标准来判断,他们只是暂时休眠,就和睡觉一样,等未来有人把他们唤醒。”
目前世界上虽然有多家人体冷冻机构,但很少有医学机构介入。在专家看来,人体冷冻只是一个新的商机,而非医学。
中科院理化技术研究所研究员、低温生物医学工程学北京市重点实验室主任刘静说,人体冻存是低温医学的终极目标,但目前的人体冻存还主要是一种商业行为或尝试:只负责“冷冻”,不负责“复活”。目前世界上的人体冷冻机构能操作的只有冷冻和保管步骤,“复活”没有先例,也没有被提上议程。
中国科学院院士朱作言说,据他所知,目前除了成功冷冻细胞或极早期胚胎外,冷冻果蝇、鱼等实验动物,都没有听说有成功的先例。
假如人体冷冻之后真的可以“复活”,下一项技术难道会是……长生不老?
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