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幾款超低溫冰箱優缺點
2016-7-26 中國冷鏈物流網(www.kulturland-brandenburg.com)

實驗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,能保存許多珍貴和有價值的研究材料。但有時也會發生意外,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,能保存許多珍貴和有價值的研究材料。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,機械故障或意外,如冰箱門長時間沒有關緊等,造成損失。

2012年10月出現在美國新澤西州的颶風Sandy,就導致了東海岸許多研究實驗室長達一周,甚至更長時間的斷電,給我們帶來了警示。

除了未預期的斷電以外,超低溫冰箱有時也會出現機械故障,比如來自哈佛腦組織資源中心McLean醫院的研究人員就曾在2012年震驚的發現他們保存的珍貴樣品:150多個人腦已經解凍了,當時冰箱外顯示的還是溫度為“-78℃ ”,“系統完好”。

由于這些問題的出現,目前推出市場的一些新型冰箱,以及一些配件就針對這些問題,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點和缺點。

MDF-U500VXC 和 MDF-U700VXC 雙保險系列超低溫冰箱
大部分超低溫冰箱采用的是復疊式壓縮機系統(cascade compressor system),也就是其中一臺壓縮機令冰箱內溫度從室溫降低至一個中間溫度,另外一臺壓縮機接著令溫度下降至超低溫,如-80℃。

然而壓縮機故障是傳統超低溫冰箱一個很常見的問題,松下醫療保健公司北美總監Joe LaPorte表示,因為這種復疊式制冷系統中的壓縮機是一起工作的,如果其中一個出現問題,那么整個冷凍系統就會逐漸升溫至室溫,迫使研究人員重新安置他們的樣品。

為了克服這個問題,防止在壓縮機發生故障時造成樣品損失,松下公司推出了雙保險冰箱(Twin Guard freezers),這種冰箱利用兩套完全獨立的壓縮機進行制冷,這樣即使其中一臺壓縮機出現故障,其余壓縮機仍可令冰箱保持-65°C的低溫,Laporte說。

優點:
• 即使壓縮機出現故障,實驗室人員也無需隨時趕來或守在電話旁。
• 無需空氣過濾器,不用像傳統超低溫冰箱那樣需要定期過濾清理。
• 配備有集成診斷系統,能不間斷地監控多個冰箱部件,如壓縮機,風扇電機,冰箱門,溫度和電壓,并在冰箱無法最優工作的時候警示實驗室人員。
• 可在標準工作模式或節能的“環保模式”中工作,比傳統的復疊式冰箱減少約15 %的能源消耗。

缺點:
• 需要配備208/230V電源插座,如果實驗室沒有合適的插座,那么就需要重新安裝一個。
• 價格不菲。
來自德州理工大學癌癥研究中心的一位前實驗室管理員Tito Woodburn表示,“幸運的是,我們實驗室并沒有節約這個錢。這并不是最便宜的超低溫冰箱,但對我來說,最重要的是我們的樣品安全,我覺得這個冰箱能為我們減壓。”

價格:
比同等尺寸的傳統復疊式冰箱要貴大約 30%以上的同等尺寸的傳統級聯冰柜花費,價格為9,000至12,000美元(美國當地的價格)。

SU780U 斯特林立式冰箱
這款超低溫冰箱與傳統的復疊式冰箱不同,采用了自由活塞式斯特林發動機(Stirling engine),這種發動機是一種β構型,含有兩個移動部件--活塞和置換器。這兩個移動部件由氣體軸承支撐,實現了非接觸式操作,因此在發動機的正常運行過程中無磨損。發動機也不需要潤滑油或其他任何形式的潤滑?;钊蓛戎玫挠谰么盆F線性電動機的固定頻率所推動。

“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系統的冰箱,斯特林使用壽命更長。”

美國紐約愛因斯坦醫學院有將近四十臺超低溫冰箱,其生物信息專家Greg Cruikshank表示,由于Bronx地區夏季限電,會出現無法滿足正常電力供應,因此他開始尋找一種比傳統復疊式冰箱更為可靠的設備,他首先了解的就是斯特林冰箱。“每當出現限電的情況,冰箱在之后兩到四個星期內功能就會下降,這可能是因為缺乏必要的功率,”Cruikshank說。而斯特林超低溫冰箱在低至85V的時候也能工作,具有抗限電性。


此外這種自由活塞式斯特林發動機能以恒定頻率工作,通過改變溫度控制傳感器上的活塞幅度,可調節制冷量??刂圃峁┝怂固亓职l動機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只有一次啟動,無啟動時的電涌。這種調節能力意味著冰箱任一點的溫度保持在穩態操作時平均溫度的0.5度之內,

優點:
• 采用標準的120V或240V電源插座,無需特殊的布線。
• 制冷系統(包括發動機和熱虹吸管換熱器)的保修期為七年。而傳統的復疊式冰箱壓縮機通常保修期只為三至五年。
• 很少出現溫度的變化。不同于傳統的復疊式超低溫冰箱(內部溫度在正常過程中也會出現高達5℃的變動,這是因為壓縮機開與關的循環),斯特林冰箱發動機能連續運行,精確地保持溫度設定點。
“假如你不開門或放入常溫樣品,設定為-70℃,那么它就保持在-70℃ ,正負為零, ” Genentech公司高級主管Barkley Flynn說,“這些都比錢重要。”
• 安靜。“此前我曾在我們開會的房間里放了一臺運行中的斯特林超低溫冰箱,對此我并沒有支會”Flynn說,“會議最后,我揭開了它,并問是否有人聽到了機器運行的聲音,結果沒有人聽見了,因為它是如此的安靜。”
• 高效節能。Cruikshank說,將斯特林冰箱與傳統的復疊式冰柜的能源消耗進行比較,發現后者能節約大約50%至60 %的能源。

缺點:
盡管斯特林發動機早在19世紀初就已發明了,但斯特林SU780U冰箱直到2011年才上市(Global Cooling公司自2009年以來,一直在研發更小型的超低溫冰箱),因此還需要長時間來驗證這種冰箱與傳統冰箱之間的差異。

價格:約為14,000美元(美國當地價格),比傳統超低溫冰箱貴約20 %到30 %。

獨立監控設備
大部分超低溫冰箱都配有內置的溫度監控器和一個控制面板,用于顯示裝置的內部溫度。但要防止前文所提到的McLean醫院那樣的事故,來自Eppendorf公司Daniela Marino表示,就需要一種獨立的監控設備,可以用于單獨記錄超低溫冰箱的溫度。

這樣的監控器通常安裝于超低溫冰箱的外側,并具有通過接入端插入到冰箱內部的溫度探針。這種設備能不間斷的監控溫度,數據可以遠程接收,而且能通過網絡進行實時監控。

如果冰箱溫度變成了用戶指定的某個溫度以下,那么這個監測設備可以通過電話,電子郵件或短信的形式給實驗室成員發送警報。“這樣一來,冰箱出現問題就會提醒用戶,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冷凍冷藏產品部商業主任Gordon Shields說,Thermo Scientific就推出了這樣一款產品:Smart-Vue。

這一款監控器能通過監測重點實驗室參數(包括溫度、二氧化碳濃度、濕度和壓力差)來保護珍貴樣品,可以用于制藥研究和生產、試管受精診所、組織銀行和診斷實驗室等樣品保護和監測尤為重要的研究機構。

優點:
• 對于某些設備來說無需安裝軟件,如TCA- 3。
• 除了溫度,一些設備還可以監視其他參數。例如Smart-Vue能記錄相對濕度,環境室溫,氣體濃度和壓力差。
• 某些設備,如Smart-Vue,也可以監控其它實驗室設備,如冰箱,培養箱和烘箱。
• 易于設置和使用,來自羅切斯特大學醫學中心干細胞才GMP實驗室的Michael Fiske表示,“這一軟件很直觀,只需少量培訓,就能夠運轉這一系統,”Fiske實驗室采用了Smart-Vue
監控超低溫冰箱和培養箱。
•  Smart-Vue符合標準規定。
• 通過實時監控溫度變化趨勢,用戶可以及時發現機械故障,在意外發生前就阻止超低溫冰箱出現故障,Marino說。

缺點:
• 某些設備在監控過程中可能會產生多余費用。
• 在電池供電的設備中,如Smart-Vue,電池必須定期更換
• 某些設備,如Smart-Vue,需要用戶在個人電腦上安裝連續運行的服務器軟件,(24/7/365)。
• 昂貴。

價格:
Eppendorf公司的TCA - 3大約為1,600-1,700美元(美國當地價格),而Thermo Fisher Scientific公司的Smart-Vue系統則為1,000-1,290美元(美國當地價格),Shields說,一旦用戶在一臺電腦上安裝了服務器軟件,他們可以以每臺800美元的價格再安裝Smart- Vue系統。

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