神经干细胞(Neural stem cells, NSCs)能够多向分化、高度繁殖和自我更新,其移植在脑损伤修复、脊髓损伤修复和药物筛选上有着广泛应用,并能治疗多种神经系统疾病。实践表明,神经干细胞难以长期增殖,不易获取可靠分化,传代时易发生衰老、退化甚至突变,导致神经干细胞的数量往往不够。为此,学者广泛开展关于冻存神经干细胞的研究,从而建立神经干细胞库,以解决供体细胞的短缺问题。相比于单细胞冻存,对神经干细胞球进行冻存有利于保持细胞活性,且冻存过程中的保护剂(Cryoprotectant,CPA)导入环节尤为关键。同时,现有的实验仪器很难对神经干细胞球的内部浓度和体积瞬变进行精确测量。因此,本文拟通过数值模拟的方法研究神经球内部的多组分保护剂的渗透规律,为保护剂导入程序的优化和神经干细胞冻存的实验研究提供指导。本文基于Maxwell-Stefan (M-S)传质扩散方程与两参数(2-P)跨膜模型构建了多组分冷冻保护剂导入神经干细胞球的传质渗透模型,在模型中引入体积变化项,进一步实现对单组分和多组分冷冻保护剂导入神经球内部的细胞体积变化规律的考察和影响因素分析。采用有限体积法,运用Matlab软件编程实现了多组分传质模型的数值计算,并对模拟结果进行了较为系统的分析,以揭示多组分保护剂导入神经球的传质机理。考察单组分保护剂导入和多组分保护剂导入时神经干细胞球内部浓度时空分布规律,通过对比分析二者间异同,并在此基础上系统分析不同操作条件对神经球内部传质渗透过程的影响。模拟结果表明,神经球表面处的浓度明显高于中心处,细胞内浓度变化总是滞后于细胞外,浓差随时间呈现先增大后减小的规律,表面处浓差极值显著高于其他位置。保护剂外部导入浓度越大,渗透平衡时间越长,浓差越大,体积变化极值越大；神经球尺寸越大,扩散越慢,浓差越小,体积变化极值越大；温度升高,渗透平衡时间缩短,浓差极值减小；保护剂种类对浓度分布和细胞体积变化影响显著,存在很大优化空间；分步和连续导入方案可降低浓差,明显影响细胞体积变化,但会延长渗透平衡时间。多组分保护剂导入时会出现“逆梯度扩散”现象,通常表现于跨膜渗透系数和M-S扩散系数较大的组分。多组分保护剂的浓度配比对传质渗透过程的影响比较复杂,需考虑不同组分在一定条件下对浓度分布和细胞体积影响的差异性。对保护剂组合而言,“表观跨膜渗透系数”和“表观扩散系数”越大,扩散越快,体积变化极值越小