Sie können biologische Komponenten nahezu unbegrenzt aufbewahren, ohne die Zellen zu verändern oder zu beeinträchtigen. Das ist der Zweck der Probenlagerung, der Kryokonservierung.
Aber was genau ist die Probenlagerung? Welche Arten von Kühlsystemen gibt es und wie hilft Demaco der medizinischen und pharmazeutischen Industrie bei der sicheren Versorgung mit Flüssigstickstoff? Lesen Sie weiter, um detaillierte Antworten auf diese Fragen zu erhalten.
Was ist die Probenlagerung?
Unter Probenlagerung versteht man die gekühlte Aufbewahrung kleiner Mengen biologischen Materials für Zwecke wie medizinische Verfahren, Experimente oder die Herstellung von Arzneimitteln. Dieses Material kann alles sein. Denken Sie an Blut, Zellen, Sperma, bestimmte Impfungen oder andere Materialien, die lange Zeit und in perfektem Zustand aufbewahrt werden müssen.
Während z. B. Lebensmittel häufig in einem „normalen“ Gefrierschrank bei etwa – 18 °C gelagert werden, erfordert die Lagerung von Proben andere Kühlmethoden. Aufgrund der relativ hohen Temperatur und der ungeregelten Kühlung in herkömmlichen Gefrierschränken kann es zur Vereisung kommen, Wärme fließt ein und Kristalle bilden sich im Material. Diese Kristalle schädigen die Zellen, und wenn sie aufgetaut sind, haben sie nicht mehr die gleiche Form und Qualität wie vorher.
Hier bieten spezielle Kühlsysteme für die Probenlagerung die Lösung. Durch die blitzschnelle Kühlung, die extrem niedrigen Temperaturen und die Stabilität dieser Systeme werden Schäden vermieden und das Material kann lange Zeit in perfektem Zustand gelagert werden.
Verschiedene Arten von Kühlsystemen
Das Ziel der Probenlagerung ist fast immer dasselbe: der Abbau von biologischem Material soll verlangsamt oder gestoppt werden. Die Art und Weise, wie dies geschieht, ist jedoch sehr unterschiedlich. Es gibt verschiedene Arten von Kühlsystemen, die alle auf ihre eigene Art und Weise ein Material auf eine niedrige Temperatur bringen.
Mechanische Kühlung
Während man bei der Lagerung von Proben in der Regel an kryogene Techniken denkt, gibt es auch andere Möglichkeiten. So gibt es beispielsweise mehrere Arten von mechanischen Gefriergeräten, die wie kryogene Kühlsysteme schnell relativ niedrige Temperaturen erreichen können.
Mechanische Kühlsysteme für Proben erreichen oft Temperaturen von etwa -40 bis -80 °C unter Verwendung eines Kältemittels wie Ethan oder Propan.
Mechanische Kühlsysteme haben den Vorteil, dass sie aufgrund ihrer hohen, geraden Form leicht zu den Probengestellen gelangen. Der Temperaturbereich dieser Gefriergeräte ist jedoch begrenzt, und es besteht die Gefahr, dass die Proben bei technischen Problemen oder einem Stromausfall beschädigt werden.
Kühlung mit gasförmigem Stickstoff
Eine zweite Art von Kühlsystem für die Probenlagerung verwendet gasförmigen Stickstoff als Kältemittel.
Die Kühlung mit Stickstoffgas erfolgt in der Regel in einem runden Gefäß mit einem Vorrat an flüssigem Stickstoff am Boden. Darüber bildet sich eine Schicht aus gasförmigem Stickstoff, in der die Proben gelagert werden.
Der Vorteil dieser Methode liegt in den niedrigen Temperaturen, die erreicht werden können, und in der Flexibilität der Temperatur. Die selbstregulierbare Temperatur dieser Gefriergeräte liegt in der Regel zwischen -135°C und -190°C.
Auch bei einem Kühlsystem mit Stickstoff können technische Probleme auftreten, doch ist die Wahrscheinlichkeit dafür geringer als bei einem mechanischen Gefriergerät. Das System enthält weniger technische Komponenten und benötigt weniger Energie, was den Einsatz einer Pufferbatterie ermöglicht, um Probleme bei einem Stromausfall zu vermeiden.
Runde Stickstofffässer enthalten oft ein drehbares Gestell, in dem die Proben von oben erreicht werden können.
Kühlung mit flüssigem Stickstoff
Gasförmiger Stickstoff bietet viele Möglichkeiten, aber für die tiefsten Temperaturen wird flüssiger Stickstoff benötigt. Daher sehen wir diese Art von Kühlsystemen auch häufig in der medizinischen und pharmazeutischen Industrie.
Kühlsysteme für die Probenlagerung in flüssigem Stickstoff sind oft rund und ähneln denen für gasförmigen Stickstoff. Der einzige Unterschied besteht darin, dass die Proben direkt in die Flüssigkeit und nicht in das Gas gegeben werden.
Der große Vorteil der Kühlung in flüssigem Stickstoff ist die extrem niedrige und stabile Temperatur von -196 °C, die den besten Schutz der gekühlten Materialien gewährleistet. Bei dieser Temperatur kommt die Zellaktivität vollständig zum Erliegen, und eine Probe sollte theoretisch unbegrenzt haltbar sein.
Die Arbeit mit flüssigem Stickstoff hat allerdings einen Nachteil: Beim Öffnen des Behälters entstehen Sicherheitsrisiken, wenn ein Teil der Flüssigkeit verdampft. Daher eignet sich diese Lösung vor allem für Proben, die über einen längeren Zeitraum unbeeinflusst gelagert oder transportiert werden sollen.
Wenn ein regelmäßiger Zugang zu den Proben erforderlich ist, wird in der Regel eine mechanische Kühlung oder eine Kühlung mit gasförmigem Stickstoff gewählt.
Automatische Probenlagerung
Last but not least vielleicht die Lösung für die sichere Lagerung von Proben in großem Maßstab: die automatische Probenlagerung.
Kühlsysteme für die automatische Probenlagerung sind relativ groß und enthalten einen mit gasförmigem Stickstoff gekühlten Raum, in dem die Proben sowohl gelagert als auch gehandhabt werden können.
Die Vorteile dieser Methode sind unter anderem folgende:
- Das System umfasst eine fortschrittliche integrierte Software, die die Proben automatisch aufzeichnet. Dies ermöglicht eine Nachverfolgung in Echtzeit und verringert das Risiko, dass Proben verloren gehen oder vertauscht werden, erheblich.
- Die Proben werden von einem Roboter in das System eingelegt und bei Bedarf entnommen oder nachbearbeitet. Dadurch bleibt das System geschlossen und die Temperatur sehr stabil.
- Tests haben gezeigt, dass sich die Proben in einem manuellen Verfahren etwa viermal schneller erwärmen und etwa zweimal länger Temperaturen über der Tg ausgesetzt sind als in einem automatisierten Verfahren, das Arbeitskosten spart und sehr sicher ist. Die Mitarbeiter kommen nicht direkt mit kryogenen Flüssigkeiten in Kontakt, was das Unfallrisiko verringert.
Varianten und zusätzliche Anwendungen
Natürlich sind die oben genannten Systeme nicht die einzigen Anwendungen und Lösungen, die zu einer erfolgreichen Probenlagerung beitragen.
Die folgenden Anwendungen und Produkte sind auch in den Biobanken verschiedener pharmazeutischer Labors oder medizinischer Einrichtungen zu finden:
- Kältesysteme, die sowohl mit gasförmigem als auch mit flüssigem Stickstoff kühlen.
- Einige biologische Materialien werden beschädigt, wenn sie direkt in flüssigen Stickstoff gelegt werden. Die Abkühlung in Stickstoffgas und die anschließende Lagerung in flüssigem Stickstoff lösen dieses Problem.
- Sogenannte kontrollierte Gefriergeräte (mechanisch oder kryogen), die die Temperatur in einem System kontrolliert absenken, um ein bestimmtes Material so gut wie möglich zu erhalten.
- Spezielle Dewars in verschiedenen Größen für den Transport von Proben.
- Speziell für die Befüllung der oben genannten Dewars entwickelte Füllstationen oder tragbare Kühlsysteme für die Probenlagerung.
- Software und Displays für die Verwaltung und Aufzeichnung von Proben.
- Alle erforderlichen Röhrchen und Gestelle für die Probenlagerung.
- Qualitätsverbesserungsprodukte für Flüssigstickstoff von bester Qualität.
- Kryogene Infrastrukturen, um Stickstoff von einem Lagertank zu einem Kühlsystem oder Dewar für die Probenlagerung zu leiten.
Demaco und Probenlagerung
Wie auch immer ein kryogenes Kühlsystem aussehen mag, es erfordert eine Versorgung mit flüssigem Stickstoff. Um dies effizient und sicher einzurichten, sind die richtigen kryogenen Infrastrukturen unerlässlich.
Demaco unterstützt Einrichtungen in der pharmazeutischen und medizinischen Industrie mit kryogenen Anwendungen und Transferlinien, die die Versorgung mit flüssigem Stickstoff steuern.
Wir liefern komplette vakuumisolierte Transferleitungen und alle zusätzlichen (qualitätssteigernden) Produkte, die für eine optimale Nutzung von Flüssigstickstoff erforderlich sind.
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Demaco ist ein Experte für die Entwicklung der besten Infrastrukturen für kryogene Flüssigkeiten. Haben Sie Fragen zu unserer Arbeit? Nehmen Sie Kontakt mit uns auf oder schauen Sie sich unsere Produkte und Projekte an, um weitere Informationen zu erhalten.
