혈청이 얼지 않아요! - 어는점 저하 및 과냉각

우리는 동결에 대해 생각할 때 일반적으로 추운 환경에서 얼음 결정이 형성되는 이미지를 떠올립니다. 그러나 특정 상황에서 액체가 빙점보다 훨씬 낮은 온도에서도 액체 상태로 남아 있을 수 있다면 어떻게 될까요? 그곳이 어는점 저하가 작용하는 곳입니다. 이 현상은 우리가 이야기할 혈청 샘플과 같은 용액에 소금과 같은, 단백질 또는 설탕과 같은 고농도의 용질이 포함되어 있을 때 발생합니다. 어는점 내림 뒤에 숨은 과학에 대해 알아보고 작동 방식을 이해하며 용질이 많을수록 용액이 어는 온도가 낮아지는 이유를 알아봅시다. 그러니 실험실 가운을 들고 실험실 및 검사실뿐만 아니라 우리 주변의 일상 세계에서도 발견되는 이 개념을 알아보겠습니다.

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부동액 단백질 또는 동결 방지제

일부 유기체, 특히 북극이나 남극과 같은 극한 환경에 사는 유기체는 체액의 어는점을 낮추는 부동 단백질 또는 동결 방지제를 개발했습니다. 이러한 물질은 얼음 결정의 형성을 방지하여 유체가 더 낮은 온도에서 액체 상태로 유지되도록 합니다.

 

높은 용질 농도

혈청 샘플에 고농도의 용질(예: 염분, 단백질 또는 설탕)이 포함되어 있으면 용액의 어는점을 낮출 수 있습니다. 이 현상을 어는점 저하라고 합니다. 용질이 많을수록 용액이 어는 온도는 낮아집니다. 고로 노말샘플보다 어브노말샘플이 어는점이 더 낮습니다.

 

과냉각

경우에 따라 액체는 과냉각으로 알려진 상태로 존재할 수 있으며, 정상 어는점보다 낮은 온도에서도 액체 상태를 유지합니다. 과냉각은 액체에 얼음 결정 형성을 유발하기에 충분한 핵이나 불순물이 없을 때 발생합니다. 샘플을 방해하면(예: 흔들거나 핵제 도입) 갑작스러운 결정화 및 동결을 유발할 수 있습니다.

 

 

화학 첨가제

일부 실험실 샘플에는 글리세롤 또는 디메틸 설폭사이드(DMSO)와 같은 화학 첨가제가 포함될 수 있으며, 이는 동결 중 얼음 결정 형성을 방지하기 위해 첨가됩니다. 이러한 물질은 동결 방지제 역할을 하며 냉동 시 샘플의 무결성을 보존하는 데 도움이 될 수 있습니다.

 

오염 물질

미생물이나 미립자 물질과 같은 오염 물질의 존재는 동결 과정을 방해할 수 있습니다. 

 

저장 조건

혈청 샘플이 저장되는 조건도 중요한 역할을 할 수 있습니다. 냉동고가 충분히 낮은 온도로 설정되어 있지 않거나 온도 변동이 있는 경우, 혈청 샘플은 적절한 온도에서도 동결되지 않을 수 있습니다.

 

동결되어야 할 때 혈청 샘플이 동결되지 않는 경우 샘플, 구성 또는 동결 장비에 문제가 있음을 나타낼 수 있다는 점에 유의하는 것이 중요합니다.

 

일반적으로 검사실에서 혈청이 얼지 않는 경우는 보기 힘듭니다. 하지만 혈청의 상태는 환자의 상태이므로 중증환자나 일부케이스에서는 가정용 냉동실 온도로 맞춰져 있을 때 종종 목격되고는 합니다. 때문에 검사실은 저온냉동고 뿐만 아니라 다양한 용도(혈청, 조혈모세포, 조직 등)로 초저온 냉동실이 구비되어 있습니다. -20~-80

 

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삼투압 및 어는점 저하

 

용액에 용질 입자가 존재하면 삼투압이 생성되는데, 이는 반투과성 막을 가로지르는 용매 분자의 이동을 방지하는 데 필요한 압력입니다. 어는점이 저하 된 경우 용질 입자에 의해 생성된 삼투압이 얼음 결정의 형성을 방해하여 용액의 어는점이 낮아집니다.

 

이 현상은 생물학적 시스템에서 유체의 적절한 균형을 유지하는 데 중요합니다. 환자의 혈청과 관련하여 용질에 의해 생성된 삼투압은 세포와 주변 세포외액 사이의 물의 이동을 조절하는 데 도움이 됩니다. 이 균형은 세포 기능, 특히 세포 모양을 유지하고 과도한 팽창이나 수축을 방지하는 데 필수적입니다.

 

예를 들어보겠습니다.

 

임상에서 어는점 저하와 삼투압과의 관계를 이해하는 것은 환자의 건강과 테스트를 평가하는 데 중요합니다.

 

혈청 삼투압

삼투질농도는 용액에서 삼투 활성 입자의 농도를 나타냅니다. 혈청 삼투압 측정은 환자의 수화 상태를 평가하고 전해질 불균형, 당뇨병성 케톤산증 및 신장 기능 장애와 같은 상태를 진단하는 데 사용됩니다.

 

혈액 전해질 및 단백질

혈청 내 전해질(나트륨, 칼륨, 염화물 등)과 단백질(알부민, 글로불린)의 수준은 적절한 삼투압 균형을 유지하는 데 중요한 역할을 합니다. 이러한 물질의 비정상적인 수치는 세포 기능과 전반적인 건강에 영향을 미치는 삼투압 불균형을 초래할 수 있습니다.

 

의학에서의 냉동보존

어는점 내림에 대한 이해는 냉동보존과 같은 의학 분야에 적용됩니다. 예를 들어 이식을 위해 세포, 조직 또는 장기를 보존할 때 용질 농도가 제어된 용액을 사용하여 동결 중에 얼음 결정 형성을 방지하여 세포 구조를 보호합니다.

 

의학적 상황에서의 부동액

일부 의료 시나리오에서는 부동액 특성이 있는 물질을 사용하여 혈액 또는 기타 용액에서 얼음 결정 형성을 방지합니다. 예를 들어, 심장 수술 중 환자의 혈액을 식힌 다음 다시 데워야 하는 경우 부동액 화합물(동결 방지제)이 포함된 용액을 사용하여 적혈구 손상을 방지할 수 있습니다.

 

생물물리학 및 생의학 연구

연구에서 어는점 내림의 원리는 세포, 조직 및 생체 분자와 관련된 연구에 적용됩니다. 서로 다른 용질이 생물학적 샘플의 동결 거동에 어떻게 영향을 미치는지 이해함으로써 연구자들은 샘플을 보존하고 분석을 위해 무결성을 유지하는 기술을 개발할 수 있습니다.

 

전반적으로 어는점 내림은 화학 및 생물학의 기본 개념입니다. 그것은 임상 진단에서 의료 절차, 연구 및 보존 기술에 이르기까지 광범위한 응용 프로그램을 가지고 있습니다. 삼투 균형과 세포 기능에 미치는 영향은 살아있는 유기체의 생리적 웰빙을 유지하는 데 중요한 역할을 강조합니다.

 

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과냉각에 영향을 미치는 요인

 

액체의 순도

액체에 존재하는 불순물이나 입자는 얼음 결정의 형성을 촉진하는 핵 생성 사이트 역할을 할 수 있습니다. 고도로 정제된 용액에서는 동결을 시작할 수 있는 핵 생성 부위가 적기 때문에 과냉각이 발생할 가능성이 더 높습니다.

 

냉각 속도

액체가 냉각되는 속도는 과냉각 발생 여부에 영향을 줄 수 있습니다. 급속 냉각은 액체가 얼음 결정을 형성하기에 충분한 시간을 주지 않아 과냉각 상태가 될 수 있습니다. 반면에 느리고 제어된 냉각은 과냉각의 가능성을 높일 수 있습니다.

 

실험실 연구

과냉각은 과학자들이 통제된 실험실 조건에서 연구할 수 있는 현상입니다. 이는 연구원이 액체의 거동과 상전이에 영향을 미치는 요인을 이해하는 데 도움이 됩니다. 재료 과학 및 물리 화학의 맥락에서 특히 흥미 롭습니다.

 

생물학적 시료의 보관

의료 행위에서 혈청과 같은 생물학적 시료의 과냉각은 드물지만 과냉각의 원리를 이해하면 보관 프로토콜의 설계에 영향을 미칠 수 있습니다. 샘플을 보존할 때 연구자와 임상의는 과냉각으로 발생할 수 있는 갑작스러운 결정화로 인한 손상을 방지하기 위해 샘플을 조심스럽게 냉각시킵니다.

 

자연 현상

과냉각 현상은 자연, 특히 극도로 추운 환경에서 관찰됩니다. 일부 식물과 동물은 과냉각을 생존 메커니즘으로 사용하여 이점을 얻도록 적응했습니다. 예를 들어 곤충과 특정 물고기는 영하의 온도에서 생존하기 위해 체액을 과냉각시킬 수 있습니다.

 

과냉각은 액체가 빙점 아래에서 액체 상태로 남아있을 때 발생하는 현상입니다. 임상에서 일반적으로 발생하지는 않지만 연구, 재료 과학 및 기타 분야에 영향을 미칩니다. 과냉각에 영향을 미치는 요인을 이해하면 그 효과와 적용을 관리하는 데 도움이 될 수 있습니다.