實(shí)驗(yàn)室中最重要的儀器之一就是超低溫冰箱了，這些冰箱通常溫度在-86 ℃到-45°C的范圍內(nèi)，能保存許多珍貴和有價(jià)值的研究材料。但有時(shí)也會(huì)發(fā)生意外，因此下文介紹了一些更為安全和可靠的來保存樣品的新型冰箱。
超低溫冰箱（ultra-low-temperature ，ULT）通常溫度在-86 ℃到-45°C的范圍內(nèi)，能保存許多珍貴和有價(jià)值的研究材料。然而不幸的是，一些保存在超低溫冰箱里的樣品也有可能由于停電，機(jī)械故障或意外，如冰箱門長(zhǎng)時(shí)間沒有關(guān)緊等，造成損失。
2012年10月出現(xiàn)在美國(guó)新澤西州的颶風(fēng)Sandy，就導(dǎo)致了東海岸許多研究實(shí)驗(yàn)室長(zhǎng)達(dá)一周，甚至更長(zhǎng)時(shí)間的斷電，給我們帶來了警示。
除了未預(yù)期的斷電以外，超低溫冰箱有時(shí)也會(huì)出現(xiàn)機(jī)械故障，比如來自哈佛腦組織資源中心McLean醫(yī)院的研究人員就曾在2012年震驚的發(fā)現(xiàn)他們保存的珍貴樣品：150多個(gè)人腦已經(jīng)解凍了，當(dāng)時(shí)冰箱外顯示的還是溫度為“-78℃ ”，“系統(tǒng)完好”。
由于這些問題的出現(xiàn)，目前推出市場(chǎng)的一些新型冰箱，以及一些配件就針對(duì)這些問題，幫助研究人員更為安全和可靠的來保存他們的樣品。近期The Scientist雜志介紹了其中的幾款，并描述了這些超低溫冰箱的優(yōu)點(diǎn)和缺點(diǎn)。
MDF-U500VXC 和 MDF-U700VXC 雙保險(xiǎn)系列超低溫冰箱
大部分超低溫冰箱采用的是復(fù)疊式壓縮機(jī)系統(tǒng)（cascade compressor system），也就是其中一臺(tái)壓縮機(jī)令冰箱內(nèi)溫度從室溫降低至一個(gè)中間溫度，另外一臺(tái)壓縮機(jī)接著令溫度下降至超低溫，如-80℃。
然而壓縮機(jī)故障是傳統(tǒng)超低溫冰箱一個(gè)很常見的問題，松下醫(yī)療保健公司北美總監(jiān)Joe LaPorte表示，因?yàn)檫@種復(fù)疊式制冷系統(tǒng)中的壓縮機(jī)是一起工作的，如果其中一個(gè)出現(xiàn)問題，那么整個(gè)冷凍系統(tǒng)就會(huì)逐漸升溫至室溫，迫使研究人員重新安置他們的樣品。
為了克服這個(gè)問題，防止在壓縮機(jī)發(fā)生故障時(shí)造成樣品損失，松下公司推出了雙保險(xiǎn)冰箱（Twin Guard freezers），這種冰箱利用兩套完全獨(dú)立的壓縮機(jī)進(jìn)行制冷，這樣即使其中一臺(tái)壓縮機(jī)出現(xiàn)故障，其余壓縮機(jī)仍可令冰箱保持-65°C的低溫，Laporte說。
優(yōu)點(diǎn)：
• 即使壓縮機(jī)出現(xiàn)故障，實(shí)驗(yàn)室人員也無需隨時(shí)趕來或守在電話旁。
• 無需空氣過濾器，不用像傳統(tǒng)超低溫冰箱那樣需要定期過濾清理。
• 配備有集成診斷系統(tǒng)，能不間斷地監(jiān)控多個(gè)冰箱部件，如壓縮機(jī)，風(fēng)扇電機(jī)，冰箱門，溫度和電壓，并在冰箱無法最優(yōu)工作的時(shí)候警示實(shí)驗(yàn)室人員。
• 可在標(biāo)準(zhǔn)工作模式或節(jié)能的“環(huán)保模式”中工作，比傳統(tǒng)的復(fù)疊式冰箱減少約15 ％的能源消耗。
缺點(diǎn)：
• 需要配備208/230V電源插座，如果實(shí)驗(yàn)室沒有合適的插座，那么就需要重新安裝一個(gè)。
• 價(jià)格不菲。
來自德州理工大學(xué)癌癥研究中心的一位前實(shí)驗(yàn)室管理員Tito Woodburn表示，“幸運(yùn)的是，我們實(shí)驗(yàn)室并沒有節(jié)約這個(gè)錢。這并不是最便宜的超低溫冰箱，但對(duì)我來說，最重要的是我們的樣品安全，我覺得這個(gè)冰箱能為我們減壓。”
價(jià)格：
比同等尺寸的傳統(tǒng)復(fù)疊式冰箱要貴大約 30％以上的同等尺寸的傳統(tǒng)級(jí)聯(lián)冰柜花費(fèi)，價(jià)格為9,000至12,000美元（美國(guó)當(dāng)?shù)氐膬r(jià)格）。
SU780U 斯特林立式冰箱
這款超低溫冰箱與傳統(tǒng)的復(fù)疊式冰箱不同，采用了自由活塞式斯特林發(fā)動(dòng)機(jī)（Stirling engine），這種發(fā)動(dòng)機(jī)是一種β構(gòu)型，含有兩個(gè)移動(dòng)部件--活塞和置換器。這兩個(gè)移動(dòng)部件由氣體軸承支撐，實(shí)現(xiàn)了非接觸式操作，因此在發(fā)動(dòng)機(jī)的正常運(yùn)行過程中無磨損。發(fā)動(dòng)機(jī)也不需要潤(rùn)滑油或其他任何形式的潤(rùn)滑?；钊蓛?nèi)置的永久磁鐵線性電動(dòng)機(jī)的固定頻率所推動(dòng)。
“斯特林沒有磨損部件，”斯特林超低溫冰箱CEO Neill Lane表示，“因此我們相信比較于壓縮機(jī)系統(tǒng)的冰箱，斯特林使用壽命更長(zhǎng)。”
美國(guó)紐約愛因斯坦醫(yī)學(xué)院有將近四十臺(tái)超低溫冰箱，其生物信息專家Greg Cruikshank表示，由于Bronx地區(qū)夏季限電，會(huì)出現(xiàn)無法滿足正常電力供應(yīng)，因此他開始尋找一種比傳統(tǒng)復(fù)疊式冰箱更為可靠的設(shè)備，他首先了解的就是斯特林冰箱。“每當(dāng)出現(xiàn)限電的情況，冰箱在之后兩到四個(gè)星期內(nèi)功能就會(huì)下降，這可能是因?yàn)槿狈Ρ匾墓β剩?rdquo;Cruikshank說。而斯特林超低溫冰箱在低至85V的時(shí)候也能工作，具有抗限電性。
此外這種自由活塞式斯特林發(fā)動(dòng)機(jī)能以恒定頻率工作，通過改變溫度控制傳感器上的活塞幅度，可調(diào)節(jié)制冷量。控制元件提供了斯特林發(fā)動(dòng)機(jī)所需的固定頻率和不同的交流電壓幅值。除非電源的中斷，斯特林冰箱在其工作壽命內(nèi)只有一次啟動(dòng)，無啟動(dòng)時(shí)的電涌。這種調(diào)節(jié)能力意味著冰箱任一點(diǎn)的溫度保持在穩(wěn)態(tài)操作時(shí)平均溫度的0.5度之內(nèi)，
優(yōu)點(diǎn)：
• 采用標(biāo)準(zhǔn)的120V或240V電源插座，無需特殊的布線。
• 制冷系統(tǒng)（包括發(fā)動(dòng)機(jī)和熱虹吸管換熱器）的保修期為七年。而傳統(tǒng)的復(fù)疊式冰箱壓縮機(jī)通常保修期只為三至五年。
• 很少出現(xiàn)溫度的變化。不同于傳統(tǒng)的復(fù)疊式超低溫冰箱（內(nèi)部溫度在正常過程中也會(huì)出現(xiàn)高達(dá)5℃的變動(dòng)，這是因?yàn)閴嚎s機(jī)開與關(guān)的循環(huán)），斯特林冰箱發(fā)動(dòng)機(jī)能連續(xù)運(yùn)行，精確地保持溫度設(shè)定點(diǎn)。
“假如你不開門或放入常溫樣品，設(shè)定為-70℃，那么它就保持在-70℃ ，正負(fù)為零， ” Genentech公司高級(jí)主管Barkley Flynn說，“這些都比錢重要。”
• 安靜。“此前我曾在我們開會(huì)的房間里放了一臺(tái)運(yùn)行中的斯特林超低溫冰箱，對(duì)此我并沒有支會(huì)”Flynn說，“會(huì)議最后，我揭開了它，并問是否有人聽到了機(jī)器運(yùn)行的聲音，結(jié)果沒有人聽見了，因?yàn)樗侨绱说陌察o。”
• 高效節(jié)能。Cruikshank說，將斯特林冰箱與傳統(tǒng)的復(fù)疊式冰柜的能源消耗進(jìn)行比較，發(fā)現(xiàn)后者能節(jié)約大約50％至60 ％的能源。
缺點(diǎn)：
盡管斯特林發(fā)動(dòng)機(jī)早在19世紀(jì)初就已發(fā)明了，但斯特林SU780U冰箱直到2011年才上市（Global Cooling公司自2009年以來，一直在研發(fā)更小型的超低溫冰箱），因此還需要長(zhǎng)時(shí)間來驗(yàn)證這種冰箱與傳統(tǒng)冰箱之間的差異。
價(jià)格：約為14,000美元（美國(guó)當(dāng)?shù)貎r(jià)格），比傳統(tǒng)超低溫冰箱貴約20 ％到30 ％。
獨(dú)立監(jiān)控設(shè)備
大部分超低溫冰箱都配有內(nèi)置的溫度監(jiān)控器和一個(gè)控制面板，用于顯示裝置的內(nèi)部溫度。但要防止前文所提到的McLean醫(yī)院那樣的事故，來自Eppendorf公司Daniela Marino表示，就需要一種獨(dú)立的監(jiān)控設(shè)備，可以用于單獨(dú)記錄超低溫冰箱的溫度。
這樣的監(jiān)控器通常安裝于超低溫冰箱的外側(cè)，并具有通過接入端插入到冰箱內(nèi)部的溫度探針。這種設(shè)備能不間斷的監(jiān)控溫度，數(shù)據(jù)可以遠(yuǎn)程接收，而且能通過網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控。
如果冰箱溫度變成了用戶指定的某個(gè)溫度以下，那么這個(gè)監(jiān)測(cè)設(shè)備可以通過電話，電子郵件或短信的形式給實(shí)驗(yàn)室成員發(fā)送警報(bào)。“這樣一來，冰箱出現(xiàn)問題就會(huì)提醒用戶，然后他們就能重新放置他們的樣品，不讓樣品受到損失 ” Thermo Scientific冷凍冷藏產(chǎn)品部商業(yè)主任Gordon Shields說，Thermo Scientific就推出了這樣一款產(chǎn)品：Smart-Vue。
這一款監(jiān)控器能通過監(jiān)測(cè)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室參數(shù)(包括溫度、二氧化碳濃度、濕度和壓力差)來保護(hù)珍貴樣品，可以用于制藥研究和生產(chǎn)、試管受精診所、組織銀行和診斷實(shí)驗(yàn)室等樣品保護(hù)和監(jiān)測(cè)尤為重要的研究機(jī)構(gòu)。
優(yōu)點(diǎn)：
• 對(duì)于某些設(shè)備來說無需安裝軟件，如TCA- 3。
• 除了溫度，一些設(shè)備還可以監(jiān)視其他參數(shù)。例如Smart-Vue能記錄相對(duì)濕度，環(huán)境室溫，氣體濃度和壓力差。
• 某些設(shè)備，如Smart-Vue，也可以監(jiān)控其它實(shí)驗(yàn)室設(shè)備，如冰箱，培養(yǎng)箱和烘箱。
• 易于設(shè)置和使用，來自羅切斯特大學(xué)醫(yī)學(xué)中心干細(xì)胞才GMP實(shí)驗(yàn)室的Michael Fiske表示，“這一軟件很直觀，只需少量培訓(xùn)，就能夠運(yùn)轉(zhuǎn)這一系統(tǒng)，”Fiske實(shí)驗(yàn)室采用了Smart-Vue
監(jiān)控超低溫冰箱和培養(yǎng)箱。
• Smart-Vue符合標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定。
• 通過實(shí)時(shí)監(jiān)控溫度變化趨勢(shì)，用戶可以及時(shí)發(fā)現(xiàn)機(jī)械故障，在意外發(fā)生前就阻止超低溫冰箱出現(xiàn)故障，Marino說。
缺點(diǎn)：
• 某些設(shè)備在監(jiān)控過程中可能會(huì)產(chǎn)生多余費(fèi)用。
• 在電池供電的設(shè)備中，如Smart-Vue，電池必須定期更換
• 某些設(shè)備，如Smart-Vue，需要用戶在個(gè)人電腦上安裝連續(xù)運(yùn)行的服務(wù)器軟件，（24/7/365）。
• 昂貴。
價(jià)格：
Eppendorf公司的TCA - 3大約為1,600-1,700美元（美國(guó)當(dāng)?shù)貎r(jià)格），而Thermo Fisher Scientific公司的Smart-Vue系統(tǒng)則為1,000-1,290美元（美國(guó)當(dāng)?shù)貎r(jià)格），Shields說，一旦用戶在一臺(tái)電腦上安裝了服務(wù)器軟件，他們可以以每臺(tái)800美元的價(jià)格再安裝Smart- Vue系統(tǒng)。 |
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