Kriogenika jest technologią stosowaną na szeroką skalę w różnych branżach. Zajmuje się przede wszystkim badaniem i wykorzystywaniem właściwości ciał w skrajnych warunkach. Na szczególną uwagę zasługuje to, że nauka ta pozwala na przechowywanie materiału biologicznego w ekstremalnie niskich temperaturach. Aby jednak osiągnąć optymalne efekty i zapewnić bezpieczeństwo magazynowanych próbek, należy stosować się do kilku podstawowych zasad i najlepszych praktyk. W poniższym artykule omówimy najważniejsze z nich.
Czym jest kriogenika?
W wielu branżach w ostatnich latach coraz częściej wykorzystywane są gazy techniczne, takie jak m.in. tlen, argon, wodór czy azot. W takich sektorach jak metalurgia, energetyka czy przemysł pojawia się też potrzeba wykorzystania gazu ziemnego, helu czy neonu. Gazy te mają szczególne znaczenie w dziedzinie zwanej kriogeniką.
To dział nauki zajmujący się wytwarzaniem, mierzeniem i utrzymaniem temperatur niższych niż −150°C. Dziedzina ta wskazuje, że niektóre substancje mają zupełnie inne właściwości w niskiej temperaturze, niż w temperaturze pokojowej. Kriogenika bada i wykorzystuje właściwości ciał w niskich temperaturach, z czego korzystają liczne branże, takie jak farmacja, przemysł spożywczy czy medycyna.
Niskie temperatury i ich zastosowanie - co warto wiedzieć?
Powszechnie wiadomo, że uzyskanie temperatury wyższej od otoczenia nie jest trudne. Może do tego dojść np. na skutek uderzenia pioruna. Natomiast osiągnięcie skrajnie niskich temperatur w sposób naturalny nie jest możliwe. Wymaga to zastosowania procesów technologicznych, takich jak skraplanie gazów. W efekcie materia przechodzi ze stanu gazowego w stan ciekły. Aby było to możliwe, konieczne jest obniżenie temperatury gazu poniżej tzw. temperatury krytycznej. Następnie doprowadza się do jego odparowania pod normalnym lub obniżonym ciśnieniem. Warto wiedzieć, że procesy te bazują przede wszystkim na nakładach energii m.in. w postaci mechanicznej, elektrycznej lub chemicznej.
Ze względu na to, że w niskich temperaturach ulegają zmianie liczne własności materiałów, kriogenika ma szerokie zastosowanie w wielu branżach. Stosują je m.in. lasery, detektory podczerwieni czy radiokomunikacja. Z uwagi na fakt, że w niskich temperaturach zmieniają się właściwości plastyczne materiałów, często stosuje się ją też w recyklingu. Wykorzystuje się ją również w przetwórstwie spożywczym. Kriogenika ma jednak szczególnie znaczenie dla medycyny. Czytaj dalej i poznaj szczegóły.
Kriogenika a medycyna i nauka
Kriogenika znajduje szerokie zastosowanie w badaniach naukowych, szczególnie w dziedzinie biologii, biotechnologii oraz medycyny. Ciekły azot jest niezbędny m.in. w kriochirurgii (leczeniu operacyjnym), krioterapii czy podczas diagnostyki. Działa to na takiej zasadzie, iż nadprzewodzące magnesy tomografów NMRm wykorzystujących zjawisko rezonansu magnetycznego, są kriostatowane ciekłym helem.
Kriogenika a przechowywanie materiału biologicznego
Kriogenika znajduje szerokie zastosowanie w medycynie i pozwala realizować innowacyjne badania naukowe. Umożliwia długotrwałe przechowywanie preparatów biologicznych, czyli komórek i tkanek, co pozwala na ich późniejsze wykorzystanie w badaniach. Niską temperaturę zwykle wykorzystuje się do:
- bankowania komórek i tkanek - krioprezerwacja komórek macierzystych czy rozrodczych jest niezbędna dla badań nad leczeniem niepłodności i różnych chorób. Umożliwia też przeprowadzanie terapii genowych;
- transplantologii - kriogenika pozwala na bezpieczne transportowanie materiału, który może być wykorzystany podczas przeszczepów krwi i organów;
- badań nad nowotworami - przechowywanie próbek nowotworowych w kriobankach pozwala naukowcom na przeprowadzanie długotrwałych badań nad mechanizmami powstawania raka. Metoda kriogenicznego zamrażania komórek nowotworowych umożliwia testowanie nowych terapii, które mogą być skuteczniejsze w walce z tą chorobą.
Przechowywanie materiału biologicznego - dobre praktyki
Ciekły azot jest najczęściej stosowanym medium kriogenicznym. Jego wyjątkowa zdolność do utrzymania bardzo niskich temperatur przez długi czas czyni go idealnym rozwiązaniem do przechowywania materiału biologicznego. Substancja ta musi być jednak magazynowana w odpowiednich warunkach, które zapewnia naczynie Dewara. To specjalnie skonstruowany pojemnik z izolacją próżniową. Zwykle wykorzystuje się tzw. naczynia biologiczne wyposażone w specjalne kanistry, które ułatwiają bankowanie zasobów.
Aby przechowywanie materiału biologicznego było możliwe, należy przestrzegać kilku podstawowych zasad, które pozwolą zachować jego właściwości na długi czas. Do najważniejszych zaliczamy:
- regularna kontrola temperatury - utrzymanie stabilnej, niskiej temperatury jest kluczowe dla zapobiegania degradacji materiału. Nawet krótkotrwałe wahania temperatury mogą negatywnie wpłynąć na przechowywane próbki. Właśnie dlatego naczynia kriogeniczne są wyposażone w systemy alarmowe, które informują o wszelkich odchyleniach od normy;
- przyjęcie systemu oznaczeń i rejestracji - każda próbka musi być starannie oznaczona, a jej lokalizacja w naczyniu Dewara dokładnie zarejestrowana.
Bezpieczeństwo materiału biologicznego - o czym należy pamiętać?
Magazynowanie materiału biologicznego wymaga szczególnego zadbania o bezpieczeństwo i higienę pracy. Działania te mają na celu zminimalizowanie ryzyka kontaminacji próbek oraz zredukowanie zagrożenia dla personelu. Ważne jest, aby stosować odpowiednie procedury bezpieczeństwa biologicznego takie jak:
- zapewnienie sterylności próbek i narzędzi - wszystkie narzędzia oraz próbki muszą być sterylizowane, aby zapobiec przypadkowemu wprowadzeniu patogenów;
- ochrona personelu - pracownicy obsługujący każde naczynie Dewara muszą być wyposażeni w odpowiednie środki ochrony osobistej, takie jak rękawice, fartuchy i okulary ochronne. Kontakt z ciekłym azotem może być niebezpieczny, dlatego stosowanie odpowiednich środków bezpieczeństwa jest niezbędne;
- kontrola jakości - regularne audyty i testy jakości przechowywanego materiału są konieczne, aby upewnić się, że próbki zachowują swoje właściwości biologiczne i że nie doszło do ich degradacji.
Warto pamiętać o tym, że proces zamrażania materiału biologicznego przy użyciu ciekłego azotu musi być przeprowadzany w sposób kontrolowany. Dla uzyskania najlepszych rezultatów powinien być podzielony na kilka etapów. Muszą obejmować stopniowe ochładzanie materiału do umiarkowanie niskich temperatur, a dopiero później zanurzenie go w ciekłym azocie.
Praca z ciekłym azotem - co warto wiedzieć?
Chociaż kriogenika oferuje liczne korzyści, wiąże się także z pewnymi wyzwaniami, zwłaszcza w kontekście bezpieczeństwa pracy z niskimi temperaturami. Bezpośredni kontakt z ciekłym azotem lub innymi gazami technicznymi używanymi w kriogenice może prowadzić do poważnych odmrożeń, dlatego niezbędne jest stosowanie odpowiednich środków ochrony osobistej, takich jak rękawice i okulary ochronne.
W przypadku przechowywania materiału biologicznego konieczne jest także odpowiednie zabezpieczenie naczynia Dewara, aby zapobiec odparowaniu ciekłego azotu. Zastosowanie izolacji próżniowej w pojemnikach do przechowywania materiałów biologicznych pozwala na minimalizację strat chłodzenia i utrzymanie stabilnej temperatury przez długi czas.
Na co należy zwrócić uwagę, wybierając biologiczne naczynie Dewara?
Rynek oferuje różne zbiorniki na ciekły azot przeznaczone do magazynowania zasobów biologicznych. Naczynia są dostępne w różnych pojemnościach i mają zróżnicowane parametry techniczne. Przed zakupem pojemnika przede wszystkim należy zwrócić uwagę na jego pojemność. Warto przy tym pamiętać o tym, że im jest większa, tym dłużej można przechowywać w pojemniku materiał biologiczny. Duże znaczenie ma też ilość kanistrów, w które zbiornik jest wyposażony.
Zarówno w placówkach medycznych, jak i laboratoriach zajmujących się badaniem właściwości ciał w niskich temperaturach ogromne znaczenie ma jakość naczyń kriogenicznych. Odpowiada ona za bezpieczeństwo użytkowania. Bezwzględnie należy wybierać zbiorniki zgodne z obowiązującymi normami, co powinny potwierdzać stosowne certyfikaty ISO i CE. Najlepiej, jeśli produkt jest też objęty gwarancją na izolację.
Rozwój kriogeniki - czego można spodziewać się w przyszłości?
Technologia kriogeniczna stale się rozwija. Bez wątpienia oferuje coraz bardziej zaawansowane rozwiązania dla różnych gałęzi przemysłu i nauki. Badania nad wykorzystaniem niskich temperatur w medycynie, przemyśle spożywczym, energetyce, rolnictwie i innych dziedzinach pozwalają na tworzenie nowych metod przechowywania, transportu i chłodzenia materiałów biologicznych oraz przemysłowych.
W przyszłości kriogenika może odgrywać kluczową rolę w rozwoju transplantologii, gdzie coraz bardziej zaawansowane techniki krioprezerwacji pozwolą na dłuższe przechowywanie krwi czy tkanek. Również w rehabilitacji kriogenika może przynieść nowe możliwości terapii dzięki zastosowaniu niskich temperatur w leczeniu urazów i stanów zapalnych.
Przechowywanie materiału biologicznego - podsumowanie
Kriogenika to technologia, która odgrywa kluczową rolę w przechowywaniu materiału biologicznego, jak również w wielu innych dziedzinach przemysłu i nauki. Dzięki możliwości utrzymania ekstremalnie niskich temperatur technika ta pozwala na długotrwałe przechowywanie komórek i tkanek. Niewątpliwie ma to ogromne znaczenie w medycynie i badaniach naukowych, choć jest też tak samo ważne w innych dziedzinach, w tym także w przemyśle spożywczym. Zastosowanie ciekłego azotu i innych gazów technicznych pozwala na skuteczne chłodzenie, przechowywanie i transport materiałów, a rozwój technologii kriogenicznych obiecuje jeszcze większe możliwości w przyszłości.