胰島分離器的制冷方案設(shè)計(jì)
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[摘要]目的為了提高胰島組織的分離純度、數(shù)量和活力，需要將胰島組織放在一個(gè)相對(duì)低溫的環(huán)境下分離。本研究意在為現(xiàn)有的細(xì)胞處理器加裝一個(gè)制冷系統(tǒng)。方法通過水冷系統(tǒng)和風(fēng)冷系統(tǒng)兩種系統(tǒng)的研究，選擇風(fēng)冷系統(tǒng)給COBE2991細(xì)胞分離器進(jìn)行降溫，達(dá)到胰島細(xì)胞分離的溫度要求。結(jié)果采用制冷系統(tǒng)后的細(xì)胞分離器能成功分離出胰島細(xì)胞，較之前沒有加裝制冷裝置所得到的的胰島細(xì)胞純度有所提高，尤其是活力大大提升，有助于移植。結(jié)論通過實(shí)驗(yàn)對(duì)比驗(yàn)證，利用風(fēng)冷系統(tǒng)對(duì)COBE2991細(xì)胞分離器進(jìn)行降溫的方法可行。
[關(guān)鍵詞]胰島分離；胰島移植；制冷系統(tǒng)；糖尿病
引言
胰腺組織的移植，包括胰腺器官（胰腺）和胰島細(xì)胞（胰島）移植，已經(jīng)被公認(rèn)為是治療Ⅰ型糖尿病的一個(gè)臨床選擇。成功的胰腺或胰島移植相對(duì)于傳統(tǒng)的外源性胰島素注射療法來說，可以達(dá)到一個(gè)正?；蚪咏５难强刂扑胶吞腔t蛋白水平，而且還不會(huì)出現(xiàn)胰島素療法經(jīng)常出現(xiàn)的嚴(yán)重的低血糖反應(yīng)。與胰腺移植相比，成人胰島細(xì)胞（胰島）移植更加安全，手術(shù)簡(jiǎn)捷，并發(fā)癥極少[1]。胰島移植的成功的關(guān)鍵在于從供體中分離出純度高、數(shù)量多、活力強(qiáng)的胰島細(xì)胞。胰島分離是一個(gè)復(fù)雜的過程，包含了胰腺組織在酶作用下的消化過程和利用腺泡和胰島的密度差異進(jìn)行離心分離提純過程[2-3]。
1細(xì)胞處理器（COBE2991）基本工作原理
利用美國(guó)金寶公司生產(chǎn)的COBE2991細(xì)胞處理器可從人類腺泡組織中提取胰島細(xì)胞。COBE299l細(xì)胞處理器原本是設(shè)計(jì)用來洗滌和凈化紅細(xì)胞的儀器，主要由4部分組成：①一個(gè)底部為塑料膠膜的離心盤，為安裝離心袋的部位；②液壓裝置，位于離心盤塑料膠膜下，可以擠壓其上的膠膜以使位于離心袋內(nèi)的液體流出[4]；③由儀器生產(chǎn)商生產(chǎn)的專用的一次性離心袋，為一圓盤狀塑料袋，其一面的中心部位連一主管道及由主管道分出的幾個(gè)管道，使用時(shí)安裝在離心盤上，可以經(jīng)管道加入純化底物及排出純化產(chǎn)物[5]；④控制系統(tǒng)，可以設(shè)置自動(dòng)及手動(dòng)模式，設(shè)置轉(zhuǎn)速、時(shí)間及流出體積、速度等[6]。
2細(xì)胞處理器現(xiàn)存問題
由于儀器工作過程中高速離心會(huì)產(chǎn)生大量的摩擦熱，使離心袋內(nèi)的溫度升高，對(duì)胰島分離產(chǎn)生不利影響（溫度過高酶和細(xì)胞的新陳代謝速度過快，大大降低了胰島的純度、數(shù)量和活力），研究表明COBE2991細(xì)胞處理器在室溫超過29.4℃的環(huán)境中運(yùn)行儀器可使離心袋內(nèi)的溫度超過40℃。因此為了提高胰島的純度、數(shù)量和活力應(yīng)適當(dāng)降低離心倉(cāng)的溫度。本文介紹了給COBE2991細(xì)胞分離機(jī)加裝制冷系統(tǒng)的方法及效果.
3系統(tǒng)設(shè)計(jì)
COBE2991細(xì)胞分離機(jī)可選配內(nèi)部帶制冷系統(tǒng)，其制冷效果好且穩(wěn)定，但價(jià)格較貴。我院購(gòu)買的COBE2991細(xì)胞分離機(jī)不帶內(nèi)部制冷系統(tǒng)。為了提高胰島分離效果，我們對(duì)其增加制冷系統(tǒng)。我們?cè)O(shè)計(jì)了兩套改裝方案：水冷系統(tǒng)和風(fēng)冷系統(tǒng)。3.1水冷系統(tǒng)參考許多設(shè)備的冷卻系統(tǒng)，我們首先選擇水冷系統(tǒng)，因其具有工作噪聲小，制冷效果明顯，工作成本低等優(yōu)點(diǎn)。水冷系統(tǒng)的制冷原理是在細(xì)胞處理器的離心倉(cāng)外壁纏繞散熱銅管，作為熱交換器，在銅管中通有循環(huán)冷卻水，接到機(jī)器外部的循環(huán)低溫恒溫水浴箱，以達(dá)到給離心倉(cāng)降溫的目的。其在工作的過程中不需要破壞離心艙外部結(jié)構(gòu)，僅需要將散熱銅管緊密纏繞在離心艙外壁，通過降低離心艙外壁溫度來達(dá)到離心艙內(nèi)部空間溫度的降低，其原理類似冷凍離心機(jī)[8-9]。但在實(shí)際操作過程中此方案存在兩個(gè)問題：①在離心倉(cāng)外壁纏繞散熱銅管需要專門工具，銅管不易貼合離心倉(cāng)外壁，且需要拆卸機(jī)器，容易造成人為故障；②當(dāng)實(shí)驗(yàn)室內(nèi)濕度較大時(shí)，散熱銅管外壁容易形成大量凝結(jié)水滴落到機(jī)器內(nèi)部，造成機(jī)器內(nèi)部電路故障等嚴(yán)重后果[10]。因此放棄水冷系統(tǒng)，改由風(fēng)冷系統(tǒng)。3.2風(fēng)冷系統(tǒng)許多工廠在給小范圍環(huán)境進(jìn)行降溫時(shí)，通常會(huì)使用移動(dòng)式冷風(fēng)機(jī)進(jìn)行降溫。移動(dòng)式冷風(fēng)機(jī)的工作原理類似空調(diào)機(jī)，是把空調(diào)的室外機(jī)組和室內(nèi)出風(fēng)組合在一起的新型制冷系統(tǒng)。移動(dòng)式冷風(fēng)機(jī)在外部看有3個(gè)風(fēng)口，分別為冷風(fēng)出風(fēng)口、熱風(fēng)出風(fēng)口、進(jìn)風(fēng)口。進(jìn)風(fēng)口進(jìn)風(fēng)到機(jī)器內(nèi)部，在熱交換系統(tǒng)進(jìn)行熱交換，冷風(fēng)和熱風(fēng)分別從各自出風(fēng)口吹出，引冷風(fēng)口的風(fēng)即可達(dá)到風(fēng)冷的效果。鑒于此，我們?cè)O(shè)計(jì)了另一種制冷系統(tǒng)即風(fēng)冷系統(tǒng)，系統(tǒng)框圖.風(fēng)冷系統(tǒng)方案的原理是利用移動(dòng)冷風(fēng)機(jī)吹出的冷風(fēng)給離心倉(cāng)降溫。加工一塊離心倉(cāng)有機(jī)玻璃蓋板（原裝蓋板留用），在加工的離心倉(cāng)有機(jī)玻璃蓋板上開兩個(gè)直徑為50mm的進(jìn)出風(fēng)孔，兩個(gè)孔分別和移動(dòng)冷風(fēng)機(jī)的冷風(fēng)出風(fēng)口、進(jìn)風(fēng)口相連。冷風(fēng)機(jī)工作時(shí)產(chǎn)生的循環(huán)冷風(fēng)不斷給離心倉(cāng)降溫，以達(dá)到降溫的目的。風(fēng)冷系統(tǒng)可以直接將冷風(fēng)吹到離心艙內(nèi)，不需要通過離心艙外壁進(jìn)行熱交換，制冷效果較明顯[11-12]。熱風(fēng)出風(fēng)口通過層流間的回風(fēng)通道通向?qū)恿鏖g外，使熱風(fēng)不影響層流間（實(shí)驗(yàn)室內(nèi)）環(huán)境溫度[13-14]。研究表明冷風(fēng)機(jī)的冷風(fēng)溫度比環(huán)境溫度低10℃~15℃，在實(shí)驗(yàn)室恒溫25℃的情況下，可以使離心艙溫度降低15℃以上，并且由于降溫幅度不大，通風(fēng)管道外壁及離心艙外壁沒有冷凝水出現(xiàn)，夠滿足制冷需求。此方案實(shí)施簡(jiǎn)單，不改變細(xì)胞分離機(jī)內(nèi)部結(jié)構(gòu)，降低人為故障，離心倉(cāng)內(nèi)無冷凝水出現(xiàn)，并且能有效的降低離心倉(cāng)溫度，明顯的提高胰島分離質(zhì)量與效果[15]。因此我們選擇風(fēng)冷方案對(duì)COBE2991細(xì)胞處理器進(jìn)行制冷改裝.
4系統(tǒng)應(yīng)用
利用移動(dòng)式冷風(fēng)機(jī)改裝的制冷系統(tǒng)加裝完成后，為了驗(yàn)證方案的可行，我們做了對(duì)比實(shí)驗(yàn)。驗(yàn)證季節(jié)為夏季，層流室內(nèi)環(huán)境溫度為25℃，相對(duì)濕度為60%。實(shí)驗(yàn)做3個(gè)對(duì)照組，每個(gè)對(duì)照組測(cè)得5組結(jié)果。3個(gè)對(duì)照組對(duì)照條件及結(jié)果.由實(shí)驗(yàn)結(jié)果可以發(fā)現(xiàn)，不使用制冷系統(tǒng)時(shí)測(cè)得離心倉(cāng)內(nèi)的溫度隨著離心機(jī)工作，溫度不斷升高，最終穩(wěn)定在38℃左右。當(dāng)使用制冷系統(tǒng)且COBE2991細(xì)胞處理器不工作時(shí)，測(cè)得離心倉(cāng)內(nèi)溫度隨著制冷系統(tǒng)的工作，不斷降低，最終穩(wěn)定在10℃左右[16]。當(dāng)使用制冷系統(tǒng)且細(xì)胞處理器正常工作時(shí)，測(cè)得離心倉(cāng)內(nèi)溫度隨著機(jī)器工作，先是上升后下降，最終穩(wěn)定在17℃左右。從以上對(duì)比實(shí)驗(yàn)可以看出，當(dāng)COBE2991細(xì)胞處理器工作過程中使用制冷系統(tǒng)，可有效降低倉(cāng)內(nèi)溫度，可以滿足胰島分離需要低溫的要求[8]。使用Graph-pad-prism統(tǒng)計(jì)分析軟件進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，得到統(tǒng)計(jì)分析柱狀圖.條件a與條件c的統(tǒng)計(jì)分析結(jié)果P<0.01，差異具有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義，進(jìn)一步說明該方法的有效性。
5結(jié)論
我院實(shí)驗(yàn)室在使用加裝制冷系統(tǒng)后的COBE2991進(jìn)行胰島分離，所分離胰島的質(zhì)量較之前大大提高，滿足了臨床的需求。此系統(tǒng)的安裝不影響細(xì)胞分離器的內(nèi)部結(jié)構(gòu)，不影響細(xì)胞分離器的正常工作，且支出費(fèi)用相對(duì)較低，成本僅需一臺(tái)移動(dòng)式冷風(fēng)機(jī)和管道若干米。儀器使用過程中的改裝前提是要在確保儀器正常功能不受影響，改裝后應(yīng)提高工作效率。
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作者:李開良 單位:南京醫(yī)科大學(xué)第一附屬醫(yī)院臨床醫(yī)學(xué)工程處