一、前言
低溫生物學是研究低溫環境對生物樣品的生長、發育、代謝、遺傳等影響和現象的一門學科，它是生物領域研究的一個重要分支。通常生物樣品的存儲需要在深冷條件（≤80℃）下才能進行長期的、穩定的保存。這是因為生物樣品的代謝活動與溫度存在直接關係，其中最具有代表性的公式是由瑞典的阿倫尼烏斯所創立的化學反應速率常數隨溫度變化關係的經驗公式：
k=A×exp(−Ea/R×T)
在上述公式中，k為生物樣品的代謝反應速率；A為代謝反應常數；R摩爾氣體常量，T為熱力學溫度，Ea為表觀活化能，A為指前因子（也稱頻率因子）。
由上式可以看出生物樣品的代謝反應速率會隨著溫度的降低呈指數型減少，使得在深冷環境下細胞或組織的酶活性和代謝極大減慢或停滯。甚至有的生物樣品可在液氮（溫度-196℃）中保存多達幾百年。可以說完好的低溫保存重要生物製品是一個極其重要的研究方向。
二、低溫保存的方法
幹細胞或其他生物樣品在低溫下能夠保存主要是因為水分是生物樣品的主要成分。而水在深冷的溫度下會以晶體狀態或玻璃態的方式存在，在這種狀態下，水分子之前存在很強的作用力，繼續不會擴散及相互作用，這就為細胞的冷凍保存提供了可能。
目前受到學界廣泛認可的是低溫生物學家Mazur在1972年提出的兩因素假說：即在生物樣品的低溫保存中，其保存效果一般受到兩個獨立因素的影響，其一是由與冷卻速率有關的胞內冰形成的損傷，速率越快，其損傷越大；其二是溶質損傷，由於冷卻的速率過慢，細胞在高溶質的溶液中暴露的時間較長，損傷就越大。
現階段，低溫冷凍保存方式有兩種，分別是快速降溫保存和慢速降溫保存。快速降溫保存，慢速降溫保存。由於快速雖然操作方便、設備費用低，但由於細胞在快速投入液氮罐的過程中會因為降溫速率過快，細胞內的水分會因為來不及滲透帶細胞膜外面，從而導致細胞內水分會形成大量的冰晶改變細胞外形和尺寸，從而造成細胞復甦活性很低，因此，結合實驗研究和臨床應用，慢速降溫過程還是低溫保存生物製品的主流方法。
三、常用的液氮程序降溫儀的問題
液氮程序降溫儀採用液氮作為冷源，加熱盤管作為熱源，通過反饋溫度控制系統，控制液氮給進電磁閥和加熱功率綜合調節腔體的溫度情況，使溫度按照設定程序進行低溫冷凍保存。
- 降溫過程中為了避免污染被降溫的生物樣品，感熱元件（主要是熱電偶）要么安裝在生物樣品容器表面，讀取的實際是樣品外部溫度，會造成讀取生物樣品溫度的誤差；要么就採取熱電偶侵入一組樣品內部（凍存袋或者凍存管），這樣熱電偶的重金屬會污染被侵入的樣品內部的細胞懸浮液，造成被測溫的一組樣品報廢，從而形成浪費。
- 由於液氮程序降溫儀使用液氮噴灑達到降溫效果、同時使用設備內的電鎢絲加熱升溫的工作方式以達到精準控製樣品溫度。由於液氮程序降溫儀是使用反饋控制方式精確控制的液氮噴口的電磁閥會頻繁的進行開、斷操作，這樣會極大降低電磁閥的壽命。此外。因此會使諸如電磁閥、電鎢絲、液氮噴口和設備的密封材料等原件經歷極端的溫差變化，導致它們非常容易損壞。
- 液氮程序降溫儀採用淋灑的方式進行降溫的過程中由於腔體設計原因，液氮噴嘴、加熱盤管、熱電偶位置相差較大，存在溫度調節的滯後性和腔體溫度的不均一，生物樣品的溫度調節
- 設備的造價昂貴：一套設備價格在２０萬以上，日常降溫過程中需要耗費大量的液氮（根據河北省幹細胞庫提供的數據，按照僅僅１台設備，按照每天降溫３次計算，每年需要消耗5萬多元的液氮），此外還存在設備的保養費昂貴（１５００元／年）、後續維修費也很貴（僅更換液氮噴頭就需要2萬元／只）。這些不利的因素導致了液氮程序降溫儀使用成本過高。
- 在液氮程序降溫儀工作期間，需要工作人員全程職守在液氮程序降溫儀。邊上，防止出現液氮噴口堵塞或者液氮耗盡等情況發生。整個降溫過程操作人員不能離開儀器，耗時耗力。
四、強力推薦| CRF-1免液氮程序降溫儀
產品簡介
CRF-1免液氮程序降溫儀無需液氮和冷凍劑，採用斯特林循環引擎（Stirling Cycle Engine），可提供精確的、重現性極佳的生物製冷效果，該儀器適合用於多種材料的冷凍保存，包括胚胎、幹細胞、哺乳動物細胞、精子、抗體、組織切片和囓齒動物器官。
CRF-1台式設計，外形精巧，根據冷凍後的細胞存活率顯示，其性能比同類液氮降溫儀更優。操作簡單，有無PC連接都可進行；數據可以通過PC軟件進行記錄，冷卻數據將直接顯示在PC屏幕上。不同的冷卻數據可通過下拉菜單獲取，並且可以編寫自定義的配置文件。
規格
- 整體尺寸：寬 36.9 厘米，深 26.6 厘米，高 45.3 厘米（包括蓋子）
- 重量：9.8kg
- 電源要求：100-240 V，50-60 Hz，最大 2.5A
- 工作溫度（環境）：20°C 至 30°C
- 提供多種固定板（標準吸管、高安全性吸管、冷凍管、冷凍細胞袋和微孔板）
- 冷凍機可以作為獨立的預編程單元運行，也可以連接到控制 PC（帶有串行端口和控制軟件和 Windows 的計算機）
- 允許配置現有配置文件、創建新客戶配置文件、數據記錄和報告的軟件。所有數據都以加密的 Excel 可讀形式記錄。
- 提供標準的、預設的冷卻配置文件
- 備用電源：750VA UPS 能夠在停電的情況下運行冷凍機 3 小時循環
- 清潔：無縫，無污垢，可使用標準濕巾清潔
參考文獻：
- 黃昱. 被動傳熱的降溫速率控制方法及其在細胞冷凍保存中的應用[D]. 2018.
- 劉靜. 低溫生物醫學工程學原理[M]. 科學出版社, 2007.
- 劉曉利. 脂肪間充質乾細胞及其構建物新型低溫保存方法研究[D]. 2018.
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