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程序降溫儀是實現(xiàn)生物樣本低溫凍存的關(guān)鍵設(shè)備。在常溫樣本需要向液氮低溫環(huán)境轉(zhuǎn)移時，可以介導(dǎo)生物樣本的降溫過程。廣泛應(yīng)用在干細胞移植、臍血凍存、眼角膜、心臟瓣膜、皮膚等器官組織的低溫保存等領(lǐng)域，并正在向低溫材料學(xué)科和農(nóng)牧領(lǐng)域擴展。
 

樣品凍存過程中，降溫速率過快/過慢都會對細胞造成損傷以致影響復(fù)蘇活性。降溫過快時，細胞內(nèi)的水迅速結(jié)晶，冰晶會對細胞造成內(nèi)部損傷；如果降溫速度過慢，細胞外的水先結(jié)冰，會在細胞內(nèi)外產(chǎn)生滲透壓，會造成細胞脫水，降低細胞復(fù)蘇率。

以上問題，可通過程序降溫儀對降溫速率的“精細控制”輕松解決——降溫的不同階段，采用不同的降溫速率，可有效減少細胞損傷，提高復(fù)蘇率。一般為“先慢凍，后快凍”。
 

目前市面上常用的程序降溫儀工作原理是，通過微處理器控制系統(tǒng)和電磁閥，控制噴入腔體中的液氮量來控制降溫速率。其優(yōu)點是：控溫，受外界環(huán)境影響小。尤其是處理大體積樣本時，快速噴入的大量液氮更易帶走樣本中的潛熱，從而快速降溫，保證更好的樣本復(fù)蘇活性。
 

以上是一張較為典型的程序降溫儀運行曲線圖。由圖可以看出，樣品在相變過程中(液態(tài)->固態(tài))會釋放大量潛熱。當(dāng)潛熱點出現(xiàn)，凍存液開始結(jié)冰時，樣本開始釋放熱量，溫度可能反而會上升。此時，就需要向腔體內(nèi)迅速噴入大量液氮，從而快速降溫，拉大溫差，帶走熱量，使得生物樣本迅速越過相變期。
 

實踐證明：使用程控降溫儀經(jīng)熱量補償后，1-3℃ / min的降溫速率可大大提高凍存細胞的復(fù)蘇率。
 

除此之外，程序降溫儀一般均配置有熱敏打印機，可以記錄生物樣本批次凍存的溫度曲線，并可打印保存。通過控制過程，消除批次實驗中的差異性，保證所有批次生物樣本凍存的質(zhì)量穩(wěn)定性和可重復(fù)性。
 

不過，復(fù)蘇率才是檢驗凍存是否成功的重要標(biāo)準。有時，即使沒有程序降溫儀設(shè)備介導(dǎo)降溫程序，只要能夠保證樣本的穩(wěn)定復(fù)蘇率，也是成功的凍存過程。