细胞能够在超低温(-80℃或-196℃)条件下长期保存,并且可通过适宜条件恢复其生物活性。但是冻存过程通常会对细胞造成损伤,所以在低温保存时必须要加入冻存保护剂避免低温损伤。当前的冻存保护剂主要有渗透性有机溶剂如二甲基亚砜、甘油,非渗透性小分子糖类如海藻糖、葡萄糖,以及非渗透性大分子如聚乙二醇、葡聚糖等。但是,二甲基亚砜具有细胞毒性、甘油渗透性差;海藻糖、葡萄糖、聚乙二醇及葡聚糖难以进入细胞内部,保护效率差。本文利用差示扫描量热技术研究多种冻存保护剂溶液的热物性参数,分析热物性参数和其低温保护作用的联系,并在此基础上开发一种新型无毒、高效的冻存保护剂——左旋肉碱。通过对比现有冻存保护剂与左旋肉碱的各种热物性参数,发现左旋肉碱抑制冰晶形成的能力、与水分子结合的能力及其渗透系数均超过现有冻存保护剂,为左旋肉碱的低温保护作用在理论水平上提供了支持。我们推测这是因为现存冻存保护剂与水分子之间的相互作用主要是通过氢键作用,而左旋肉碱则通过其正负电基团与水分子之间形成更强的离子溶剂化作用。为了检测新型冻存保护剂左旋肉碱的冻存保护效率,本文利用细胞实验对其进行了进一步分析。实验结果发现左旋肉碱具有渗透压调节能力,能够缓解冻存过程中的溶质损伤,但不具有细胞毒性。最重要的是,在超快速降温程序下,左旋肉碱冻存的四种细胞(人肺癌细胞,人乳腺癌细胞,小鼠胚胎成纤维细胞和绵羊红细胞)的冻存效率明显优于现有冻存保护剂(DMSO、甘油和海藻糖),此外,使用左旋肉碱冻存过的细胞,复苏后的贴壁能力和增殖能力均与未冻存过的对照组细胞一致,未受到影响。综上,本文开发的新型冻存保护剂左旋肉碱有望促进细胞低温保存技术的发展,为细胞治疗技术提供新思路。