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几款超低温冰箱优缺点
2016-7-26 中国emc体育物流网(www.cclcn.com)

实验室中最重要的仪器之一就是超低温冰箱了,这些冰箱通常温度在-86 ℃到-45°C的范围内,能保存许多珍贵和有价值的研究材料。但有时也会发生意外,因此下文介绍了一些更为安全和可靠的来保存样品的新型冰箱。
超低温冰箱(ultra-low-temperature ,ULT)通常温度在-86 ℃到-45°C的范围内,能保存许多珍贵和有价值的研究材料。然而不幸的是,一些保存在超低温冰箱里的样品也有可能由于停电,机械故障或意外,如冰箱门长时间没有关紧等,造成损失。

2012年10月出现在美国新泽西州的飓风Sandy,就导致了东海岸许多研究实验室长达一周,甚至更长时间的断电,给我们带来了警示。

除了未预期的断电以外,超低温冰箱有时也会出现机械故障,比如来自哈佛脑组织资源中心McLean医院的研究人员就曾在2012年震惊的发现他们保存的珍贵样品:150多个人脑已经解冻了,当时冰箱外显示的还是温度为“-78℃ ”,“系统完好”。

由于这些问题的出现,目前推出市场的一些新型冰箱,以及一些配件就针对这些问题,帮助研究人员更为安全和可靠的来保存他们的样品。近期The Scientist杂志介绍了其中的几款,并描述了这些超低温冰箱的优点和缺点。

MDF-U500VXC 和 MDF-U700VXC 双保险系列超低温冰箱
大部分超低温冰箱采用的是复叠式压缩机系统(cascade compressor system),也就是其中一台压缩机令冰箱内温度从室温降低至一个中间温度,另外一台压缩机接着令温度下降至超低温,如-80℃。

然而压缩机故障是传统超低温冰箱一个很常见的问题,松下医疗保健公司北美总监Joe LaPorte表示,因为这种复叠式制冷系统中的压缩机是一起工作的,如果其中一个出现问题,那么整个冷冻系统就会逐渐升温至室温,迫使研究人员重新安置他们的样品。

为了克服这个问题,防止在压缩机发生故障时造成样品损失,松下公司推出了双保险冰箱(Twin Guard freezers),这种冰箱利用两套完全独立的压缩机进行制冷,这样即使其中一台压缩机出现故障,其余压缩机仍可令冰箱保持-65°C的低温,Laporte说。

优点:
• 即使压缩机出现故障,实验室人员也无需随时赶来或守在电话旁。
• 无需空气过滤器,不用像传统超低温冰箱那样需要定期过滤清理。
• 配备有集成诊断系统,能不间断地监控多个冰箱部件,如压缩机,风扇电机,冰箱门,温度和电压,并在冰箱无法最优工作的时候警示实验室人员。
• 可在标准工作模式或节能的“环保模式”中工作,比传统的复叠式冰箱减少约15 %的能源消耗。

缺点:
• 需要配备208/230V电源插座,如果实验室没有合适的插座,那么就需要重新安装一个。
• 价格不菲。
来自德州理工大学癌症研究中心的一位前实验室管理员Tito Woodburn表示,“幸运的是,我们实验室并没有节约这个钱。这并不是最便宜的超低温冰箱,但对我来说,最重要的是我们的样品安全,我觉得这个冰箱能为我们减压。”

价格:
比同等尺寸的传统复叠式冰箱要贵大约 30%以上的同等尺寸的传统级联冰柜花费,价格为9,000至12,000美元(美国当地的价格)。

SU780U 斯特林立式冰箱
这款超低温冰箱与传统的复叠式冰箱不同,采用了自由活塞式斯特林发动机(Stirling engine),这种发动机是一种β构型,含有两个移动部件--活塞和置换器。这两个移动部件由气体轴承支撑,实现了非接触式操作,因此在发动机的正常运行过程中无磨损。发动机也不需要润滑油或其他任何形式的润滑。活塞由内置的永久磁铁线性电动机的固定频率所推动。

“斯特林没有磨损部件,”斯特林超低温冰箱CEO Neill Lane表示,“因此我们相信比较于压缩机系统的冰箱,斯特林使用寿命更长。”

美国纽约爱因斯坦医学院有将近四十台超低温冰箱,其生物信息专家Greg Cruikshank表示,由于Bronx地区夏季限电,会出现无法满足正常电力供应,因此他开始寻找一种比传统复叠式冰箱更为可靠的设备,他首先了解的就是斯特林冰箱。“每当出现限电的情况,冰箱在之后两到四个星期内功能就会下降,这可能是因为缺乏必要的功率,”Cruikshank说。而斯特林超低温冰箱在低至85V的时候也能工作,具有抗限电性。


此外这种自由活塞式斯特林发动机能以恒定频率工作,通过改变温度控制传感器上的活塞幅度,可调节制冷量。控制元件提供了斯特林发动机所需的固定频率和不同的交流电压幅值。除非电源的中断,斯特林冰箱在其工作寿命内只有一次启动,无启动时的电涌。这种调节能力意味着冰箱任一点的温度保持在稳态操作时平均温度的0.5度之内,

优点:
• 采用标准的120V或240V电源插座,无需特殊的布线。
• 制冷系统(包括发动机和热虹吸管换热器)的保修期为七年。而传统的复叠式冰箱压缩机通常保修期只为三至五年。
• 很少出现温度的变化。不同于传统的复叠式超低温冰箱(内部温度在正常过程中也会出现高达5℃的变动,这是因为压缩机开与关的循环),斯特林冰箱发动机能连续运行,精确地保持温度设定点。
“假如你不开门或放入常温样品,设定为-70℃,那么它就保持在-70℃ ,正负为零, ” Genentech公司高级主管Barkley Flynn说,“这些都比钱重要。”
• 安静。“此前我曾在我们开会的房间里放了一台运行中的斯特林超低温冰箱,对此我并没有支会”Flynn说,“会议最后,我揭开了它,并问是否有人听到了机器运行的声音,结果没有人听见了,因为它是如此的安静。”
• 高效节能。Cruikshank说,将斯特林冰箱与传统的复叠式冰柜的能源消耗进行比较,发现后者能节约大约50%至60 %的能源。

缺点:
尽管斯特林发动机早在19世纪初就已发明了,但斯特林SU780U冰箱直到2011年才上市(Global Cooling公司自2009年以来,一直在研发更小型的超低温冰箱),因此还需要长时间来验证这种冰箱与传统冰箱之间的差异。

价格:约为14,000美元(美国当地价格),比传统超低温冰箱贵约20 %到30 %。

独立监控设备
大部分超低温冰箱都配有内置的温度监控器和一个控制面板,用于显示装置的内部温度。但要防止前文所提到的McLean医院那样的事故,来自Eppendorf公司Daniela Marino表示,就需要一种独立的监控设备,可以用于单独记录超低温冰箱的温度。

这样的监控器通常安装于超低温冰箱的外侧,并具有通过接入端插入到冰箱内部的温度探针。这种设备能不间断的监控温度,数据可以远程接收,而且能通过网络进行实时监控。

如果冰箱温度变成了用户指定的某个温度以下,那么这个监测设备可以通过电话,电子邮件或短信的形式给实验室成员发送警报。“这样一来,冰箱出现问题就会提醒用户,然后他们就能重新放置他们的样品,不让样品受到损失 ” Thermo Scientific冷冻冷藏产品部商业主任Gordon Shields说,Thermo Scientific就推出了这样一款产品:Smart-Vue。

这一款监控器能通过监测重点实验室参数(包括温度、二氧化碳浓度、湿度和压力差)来保护珍贵样品,可以用于制药研究和生产、试管受精诊所、组织银行和诊断实验室等样品保护和监测尤为重要的研究机构。

优点:
• 对于某些设备来说无需安装软件,如TCA- 3。
• 除了温度,一些设备还可以监视其他参数。例如Smart-Vue能记录相对湿度,环境室温,气体浓度和压力差。
• 某些设备,如Smart-Vue,也可以监控其它实验室设备,如冰箱,培养箱和烘箱。
• 易于设置和使用,来自罗切斯特大学医学中心干细胞才GMP实验室的Michael Fiske表示,“这一软件很直观,只需少量培训,就能够运转这一系统,”Fiske实验室采用了Smart-Vue
监控超低温冰箱和培养箱。
•  Smart-Vue符合标准规定。
• 通过实时监控温度变化趋势,用户可以及时发现机械故障,在意外发生前就阻止超低温冰箱出现故障,Marino说。

缺点:
• 某些设备在监控过程中可能会产生多余费用。
• 在电池供电的设备中,如Smart-Vue,电池必须定期更换
• 某些设备,如Smart-Vue,需要用户在个人电脑上安装连续运行的服务器软件,(24/7/365)。
• 昂贵。

价格:
Eppendorf公司的TCA - 3大约为1,600-1,700美元(美国当地价格),而Thermo Fisher Scientific公司的Smart-Vue系统则为1,000-1,290美元(美国当地价格),Shields说,一旦用户在一台电脑上安装了服务器软件,他们可以以每台800美元的价格再安装Smart- Vue系统。

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