I vantaggi dello stoccaggio criogenico a vapore rispetto allo stoccaggio con liquidi

Quando si conservano campioni biologici a temperature criogeniche con azoto liquido, due opzioni principali meritano di essere prese in considerazione. La scelta iniziale prevede lo stoccaggio in fase criogenica di vapore, mentre l'alternativa prevede il posizionamento diretto dei campioni all'interno della fase liquida di azoto.

L'azoto liquido fu inizialmente utilizzato per la conservazione criogenica negli anni '50, consentendo la conservazione di campioni a temperature fino a -196°C. Da allora, l'LN2 è stato ampiamente riconosciuto come il punto di riferimento per lo stoccaggio criogenico. Quando si tratta della conservazione prolungata dei campioni al di sotto del punto di transizione vetrosa dell'acqua (-135°C), soglia critica alla quale cessano quasi tutte le funzioni biologiche, un criogeno come l’azoto liquido risulta essere l’unica soluzione praticabile.

Originariamente l'unico metodo prevedeva l'immersione dei contenitori dei campioni nella fase liquida. Tuttavia, i progressi tecnologici hanno presto introdotto lo stoccaggio in fase secca o vapore, in cui i campioni vengono conservati sopra l’LN2 anziché al suo interno.

Entrambi i progetti, che prevedono l'immersione dei campioni nella fase liquida o la loro conservazione nella fase vapore, continuano ad essere utilizzati oggi, ciascuno presentando una propria serie di vantaggi e svantaggi. In definitiva, la scelta ottimale dipende dalle esigenze e dai requisiti specifici dell'utente.

Magazzinaggio

È qui che i vantaggi e gli svantaggi di ciascuna soluzione diventano più evidenti. Entrambi i modelli hanno i loro pregi e svantaggi derivanti dalle distinte configurazioni interne dei congelatori.

Entrambi i tipi di congelatori incorporano azoto in fase liquida. Tuttavia, nei congelatori a fase vapore, i campioni vengono conservati nel vapore creato sopra l'azoto liquido, anziché essere immersi direttamente in esso. Alcuni critici avevano precedentemente evidenziato limitazioni di spazio per i congelatori a stoccaggio in fase vapore, citando il terzo inferiore del congelatore come inutilizzabile a causa della base di azoto liquido. È essenziale notare che questa critica è obsoleta e si riferisce principalmente ai congelatori in fase liquida modificati per lo stoccaggio dei vapori di azoto. Le unità moderne progettate specificatamente per questo scopo in genere non incontrano tali limitazioni di archiviazione.

Un aspetto cruciale universalmente riconosciuto nella progettazione dei congelatori criogenici in fase vapore è la minimizzazione del rischio di contaminazione—una preoccupazione significativa per i congelatori LN2 in fase liquida. L'esplosione delle fiale, un potenziale problema nello stoccaggio in fase liquida, è assente nello stoccaggio in fase vapore. Questo fenomeno può verificarsi quando anche una singola goccia di LN2 entra in una fiala di campione, provocando violente esplosioni durante il riscaldamento, comportando sia un potenziale pericolo che la perdita del campione.

La conservazione impropria nell'azoto liquido aumenta il rischio di contaminazione dei campioni, soprattutto quando campioni preziosi condividono la conservazione con altri potenzialmente infetti. Alcuni contaminanti, come il virus dell’epatite B e della stomatite vescicolare, mantengono un’elevata infettività anche se sospesi in azoto liquido. I rapporti indicano che l’epatite B ha mantenuto l’infettività dopo due anni nell’azoto liquido.

I congelatori LN2 in fase vapore risolvono i problemi di contaminazione conservando i campioni sopra l'LN2, riducendo al minimo il rischio di trasmissione attraverso il liquido stesso.

Inoltre, la potenziale contaminazione dello strato esterno dei contenitori comporta rischi durante il recupero. A differenza dei congelatori in fase liquida, i congelatori in fase vapore presentano un minor rischio di contaminazione o lesioni da parte dell'utente dovute a schizzi d'acqua, poiché non richiedono il contatto diretto con l'azoto liquido. Ignorando il potenziale di contaminazione, il solo trascinamento dell’LN2 può rappresentare una minaccia significativa non solo per gli operatori ma anche per l’area circostante.

Accesso

I congelatori LN2 in fase liquida sono spesso preferiti per periodi prolungati di conservazione dei campioni, poiché l'immersione diretta nel liquido è considerata più efficiente e affidabile per un periodo prolungato.

Al contrario, i congelatori progettati per la conservazione del vapore eccellono nell’accessibilità dei campioni. Il recupero dei campioni dalla sospensione di vapore è notevolmente più semplice. Ad esempio, il congelatore in fase vapore HEco facilita l'accesso agevole ai campioni attraverso il coperchio, offrendo un'elevata densità di conservazione senza compromettere il tempo di conservazione o la sicurezza dei campioni. L'HEco incorpora anche un carosello interno, che porta i campioni all'operatore, eliminando così la necessità di lottare per raggiungere i campioni nella parte posteriore del congelatore—un potenziale pericolo con i congelatori a fase liquida.

Alcuni sostengono che lo stoccaggio di liquidi consuma meno LN2. Tuttavia, i congelatori per stoccaggio di vapore altamente efficienti e costruiti appositamente, come HEco, consumano quasi il 50% in meno di azoto liquido rispetto a un congelatore per stoccaggio di liquidi di capacità equivalente.

TemperaturaCcontrollo

Sebbene i ricercatori siano stati storicamente limitati nelle opzioni di controllo della temperatura, l’introduzione dei congelatori in fase vapore ha migliorato significativamente l’efficacia della regolazione della temperatura.

Gli operatori hanno nutrito scetticismo riguardo all'uniformità della temperatura nei congelatori in fase vapore, in particolare nelle versioni precedenti che presentavano variazioni di temperatura significative tra la parte superiore e inferiore del congelatore. Tuttavia, i moderni congelatori in fase vapore hanno affrontato queste sfide iniziali, con i modelli attuali che mantengono abilmente una temperatura di -190°C nel vano superiore. Questo risultato è degno di nota, soprattutto se si considera che i moderni congelatori in fase vapore, come l’HEco, possono sostenere temperature criogeniche per diverse settimane anche in assenza della sorgente LN2.

Al contrario, i congelatori in fase liquida funzionano a una temperatura fissa di circa -196°C. Tuttavia, i progressi nello stoccaggio del vapore, esemplificati dal Variōcongelatore di Chart, ora offrono opportunità per il controllo della temperatura. Il Variōimmagazzina l'azoto liquido in una camera separata anziché all'interno del congelatore stesso. Questo azoto liquido viene quindi spinto attraverso uno scambiatore di calore per generare vapore. Di conseguenza, questo congelatore unico può funzionare in un ampio intervallo di temperature, da -20°C fino a -150°C.

Conclusione

Il processo decisionale tra congelatori in fase liquida e vapore potrebbe non essere semplice, poiché implica considerazioni quali l’accessibilità, le capacità di controllo della temperatura e le esigenze di conservazione adattate ai requisiti specifici di una criocamera o struttura.

Scatole congelatore in cartone, un tipo distoccaggio in fase criogenica a vapore metodo, sono contenitori appositamente progettati per la conservazione di campioni nei congelatori, in particolare in ambienti di laboratorio e di ricerca. Questi contenitori per criocongelamento laboratoriosono costruiti con materiali di cartone robusti e isolati che possono resistere alle basse temperature, fornendo un costo soluzione efficace e pratica per organizzare e proteggere vari campioni.

I ricercatori usano comunemente cscatole portaoggetti ryo per conservare e organizzare fiale, provette o altri contenitori di campioni in modo sistematico ed efficiente all'interno di un congelatore. Queste scatole svolgono un ruolo cruciale nel mantenere l'integrità del campione e facilitare un facile accesso e identificazione durante gli esperimenti o la conservazione.

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