生物技术实验室新离心技术应用之温度管理及认识使用传统误区.doc

生物技术实验室新离心技术应用之温度管理及认识使用的传统误区 生物学实验室经常需要把样品置于4℃低温离心，通常应该先预置将要使用的转头并开动制冷，把离心腔和转头冷却到设定温度后再上样离心。如何正确使用低温功能是本文要探讨的关键问题。 1.新型制冷温度控制技术 1.1低温离心机温度控制原理 离心机温控系统由微电脑、温度传感器和压缩系统组成。在电脑系统控制下，压缩机启动冷却离心腔体，转头旋转搅动离心腔内空气使之对流，并通过与离心腔内冷空气的热交换而逐步得到冷却至指定温度，把敏感实验样品置于低温转头内来实现4℃低温离心保护。 由于技术工艺限制，目前难以直接测量旋转的转头内部实际温度，因此国内外都采用在离心腔底部靠外侧位置安装温度传感器，通过感受转头附近空气温度来估计转头温度条件。因转头本身有一定体积和热容，需要与冷空气充分热交换后才能与周围空气温度同步，这个过程需要一定时间。因此在系统所显示的温度下降的过程中，传感器的探测值并非离心机转头内部实际温度，而只是与转头体实际接近的估计值，事实上存在较大误差。这个误差大小与实验环境初时温度条件、转头功能类型和转头本身体积直接相关，环境温度越高、转头体积越大、转头材质的热容越大，则实际温度与系统显示温度相差越大。 转头外观一般十分光滑，但一旦旋转就会搅动周围空气。一方面加快了腔内空气对流和热传递有助于腔体内部的冷却；另一方面，一旦转速较高，与空气摩擦产生的热量不可避免地抵消部分制冷系统的工作效果。如何在预冷过程中趋利避害、高效节能是所有低温离心机所面临的问题。当转头高速旋转时，与空气摩擦更剧烈，转头本身的温度也会迅速上升。以6200离心机AF-2724A转头为例，它在12000rpm转速下运转，以其有效离心半径8.7cm保守估算，转头外围运行时速高达400公里！因此转头在高速运行状态下，须通过温度控制系统适时监控以保持转头温度的稳定。 但多数离心机的温度调控临界点是以温度传感器的监测值，一旦传感器感受到的温度超过设定值，这制冷系统立即启动冷却腔体系统。实际上通过技术改进，减少温度误差，提高实验操作过程严谨性和结果稳定性是可以的。 1.2新型Pre-cooling控制技术 1）通过大量测试，在预冷阶段，针对特定机型、特定转头采用最适旋转速度，既保证空气对流高效，又使空气摩擦产热程度最低，可实现系统制冷效率最优化； 2）Precooling模块通过转头温度补偿来实现转头内部样品的温度控制，其原理为：T样品=T离心腔+T补偿。 T补偿温度与转头的类别、转头转速及运行时间有关。出厂时预置了各转头最佳温度补偿时间方案。 1.2.1实测数据表明，在预冷第一阶段，系统从室温25℃降到4℃耗时不到6min。据前述，尽管温度已指示4℃，但此时转头实际温度并未达到4℃。但若干年来，多数使用者在操作中恰恰选择此时上样。这里面有使用者不了解低温离心机工作原理的因素，也有仪器本身设计的局限，这是一个很大误区。 1.2.2预冷第二阶段，系统启动温度补偿程序：让转头与周围冷气进行充分的热交换和平衡，直到系统“认为”足以保证转头温度达标并且可耐受开盖加样过程对温度的扰乱为止。随后发出预冷结束提示音，提醒用户可以安全上样。这个阶段依所用转头属性不同耗时约5～25min（500ml转头）不等。 1.2.3第三阶段，系统进入温度自动监控状态，保证转头在设定转速下运行温度始终维持稳定。在Precooling功能的离心机上，所有这些工作只需设定温度后，轻触面板上Pre-cooling键，系统即在程序控制下自动完成从预冷到温度监控所有过程。整个过程无人化管理，快捷、简便而可靠。（文 朱晓旭）