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(guò)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(méi)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(guò)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(lái)說(shuō)，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(guò)程，包含了胰腺組織在酶作用下的消化過(guò)程和利用腺泡和胰島的密度差異進(jìn)行離心分離提純過(guò)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(lái)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(wèn)題

由于儀器工作過(guò)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(guò)高酶和細(xì)胞的新陳代謝速度過(guò)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(guò)29.4℃的環(huán)境中運(yùn)行儀器可使離心袋內(nèi)的溫度超過(guò)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(guò)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(guò)降低離心艙外壁溫度來(lái)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(guò)程中此方案存在兩個(gè)問(wèn)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(kāi)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(guò)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(guò)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(méi)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(wú)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(guò)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(shuō)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(guò)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(kāi)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