5.5.3 凍結(jié)眼角膜的干燥過程
角膜干燥前,先開啟制冷機,分別對凍干室、捕集器制冷,當凍干室內(nèi)溫度降到-20℃以下,捕集器內(nèi)的溫度降到-35℃時,迅速地把經(jīng)過梯度降溫的角膜放到凍干室,立即啟動真空泵。在干燥過程中根據(jù)需要,調(diào)節(jié)充氣閥,向凍干室內(nèi)充入氯氣以調(diào)節(jié)凍干室內(nèi)的壓力,同時根據(jù)需要調(diào)節(jié)制冷閥保證角膜凍干過程中所需要的熱量供給,在干燥初期,不需開啟加熱器,此階段角膜干燥所需要的熱量靠外部傳入即可得到滿足,當凍干室內(nèi)溫度達到0℃時,開啟加熱器供給熱量,但保證凍干室的溫度不超過9℃,凍干結(jié)束,關(guān)閉真空泵,對凍干角膜進行充氮包裝。實驗中發(fā)現(xiàn),角膜在磨口玻璃瓶中的放置方式(圖5-14)對凍干角膜質(zhì)量有一定的影響,試驗表明,角膜懸于磨口玻璃瓶中,內(nèi)皮細胞層朝下為最佳放置方式。如圖5-14(b)所示。
角膜凍干過程熱量的供給很容易滿足,整個凍干過程可以視為傳質(zhì)控制過程,傳質(zhì)速率由細胞膜固有通導能力決定。干燥過程中,應(yīng)根據(jù)干燥的不同程度,來確定凍干室內(nèi)壓力的高低以及所持續(xù)的時間,保證水蒸氣由細胞膜孔隙溢出,且細胞膜內(nèi)外壓差始終很小,以減小對細胞的傷害。
由于角膜細胞很脆弱,在凍干過程中極易受到干燥應(yīng)力、機械應(yīng)力的損傷,凍干過程中低壓時間過長或細胞膜內(nèi)外壓差過大,都會大大降低凍干角膜的成活率。變幅值、變周期的循環(huán)壓力法應(yīng)用于角膜的凍干,有利于角膜活性的提高。其根本原因是在整個干燥過程中,角膜細胞內(nèi)外壓差小,對角膜的損傷小。這主要源于兩方面原因:一是通過控制凍干室內(nèi)真空度的高低,以及循環(huán)時間的長短,使細胞內(nèi)的蒸汽及時擴散到凍干室中,避免了細胞內(nèi)飽和蒸氣壓過高,膜內(nèi)外壓差過大,造成細胞的損傷。當細胞內(nèi)蒸氣壓較高時,開啟充氣閥向凍干室內(nèi)充入氮氣,在細胞膜外施加一壓力,雖然此時傳入細胞內(nèi)的熱量增多,使細胞內(nèi)的蒸氣壓進一步升高,但此蒸氣壓的升高較細胞膜外壓力的升高小得多,結(jié)果是細胞膜內(nèi)外的凈壓差減小。然后,漸漸關(guān)閉充氣閥,使凍于室內(nèi)的真空度逐漸升高,這樣角膜細胞內(nèi)的蒸汽較平緩的通過細胞膜擴散到凍干室,減小了壓差對細胞膜的損傷。當凍干室內(nèi)真空度升高到一定程度,再逐漸充入氨氣,傳人的熱量增多,開始了下一個周期。二是強化傳熱并促進外部傳質(zhì),縮短凍干時間,從而減少了角膜內(nèi)皮細胞受干燥應(yīng)力損傷程度,具體工藝是讀干室內(nèi)溫度到-25℃,真空度為50Pa時,開始第-次循環(huán),溫度每升高5℃循環(huán)一次,循環(huán)5個周期,溫度達到0℃時,循環(huán)停止。壓力時間關(guān)系曲線見圖5-15,角腹的凍干工藝曲線如圖5-16所示。
圖5-17、圖5-18分別為按上述工藝凍干角膜透射電鏡檢測結(jié)果、掃描電鏡檢測結(jié)果。從圖5-17、圖5-18可以看出,凍干角膜的內(nèi)皮細胞間連接緊密,細胞輪廓接近于六邊形。
細胞膜完整,細胞核膜完整,內(nèi)皮細胞層與后彈力層連接緊密。這是因為整個凍干過程中,根據(jù)干燥的不同程度,來確定高室壓、低室壓以及所持續(xù)的時間,保證了水蒸氣由細胞膜的孔隙溢出,即傳質(zhì)速率由細胞膜的固有通導能力決定,保證了細胞內(nèi)外壓差始終很小,減小了對細胞的傷害。
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