合作颓波砥柱看——不同材质超低温冻存管盒的合理运用

       冻存管盒，即冻存管存储盒（Cryogenic Vial Storage Box）。其核心功能是将散乱的冻存管按序收纳后集中保存于超低温冰箱或液氮储存装置中，以利后续样品的查找定位与挑管。为便于辨识不同批次、不同类型的样品，Nalgene、巴罗克等厂商还将盒身或盒内分割网格制成红橙绿蓝等多种颜色。譬如Nalgene  81格2mL冻存管盒 867013-0245套装，网格分割器采用同时包含红、黄色、绿、灰、蓝色五种色款，方便了实验室共享冻存空间样品的使用与管理。

       常用的冻存管盒的制造材质，主要有聚合物树脂、纸质和不锈钢三种类型。不锈钢冻存管盒的优点是热传导效率高，耐有机物腐蚀，耐受有机无机清洗剂清洁，兼容121℃高温高压蒸汽灭菌、环氧乙烷、紫外线辐射及75%酒精等常规消毒处理。但其售价高，科研实验使用较少。                                              

       聚碳酸酯（polycarbonate, PC）或聚丙烯 (Polypropylene, PP)材质的冻存管盒，盒盖通常设有通气孔，同时盒底板还预留了排液孔。这是因为在塑料材质管盒的管底、盒盖上打孔的工艺简便易行。而普通防水覆膜纸板材质管盒情况则不同，若在纸板中心部位开孔，则须在孔壁及周边进行额外的覆膜防水处理，否则势必会破坏盒盖、盒底纸板的防水层而丧失防水性能。而这样的处理，会极大增加纸质冻存管盒加工制作工艺复杂程度。因此，国内外各厂商开发的纸质冻存管盒，通常为无开孔设计。

       一般认为，冻存管盒盒盖及底板开孔的设计，技术优势主要有2方面。一是，在实验样品正式冻存前，将冻存管盒用少量液氮、干冰或碎冰，提前预冷或使其保持低温状态，然后再转入-80℃超低温冰箱储存，以免因短时间内大量室温样品装填造成冰箱内温度波动幅度超出安全储存的温控范围。二是，某些须采用液氮液相储存模式以维持温度长期恒定的实验场景下，提取样品操作中，盒盖上的排气孔可释放挥发的液氮蒸汽，而盒底排液孔可快速排放盒内残留液氮，避免实验操作者和样品安全。

       无开孔的纸质冻存管盒，用于液氮液相存储，则如同漂浮的一叶孤舟。如盒内样品管装载不平衡，盒体则难以保持水平，出现一角下沉另一角上翘的局面。盒体随液氮漂荡时，上翘的一角极易与液氮冻存架频发摩擦和碰撞。而-196℃液氮浸泡下，盒体表面的防水覆膜与膜下纸板收缩程度不同布，使得防水层结构完整性难以维持。此外，纸板吸附液氮后体积变化，加之纸板粘合剂在极端低温下失效后，故盒体结构崩解风险上升。而一旦纸质管盒结构解体，冻存管也将随之漂浮四散，直接暴露于易受污染的液氮中，给样品管管理增加困难。此外，还需注意的是，样品管在盒体水平面失衡后，无法继续保持竖立状态而倾斜。倾角达到一定程度后，样品管内冷冻保护液的液面将延伸至管盖水平，则保护液结冰后与管盖冻接。除非复温融化，否则开盖极为困难。是故，纸质塑料管盒最适宜的应用环境是-80℃超低温冰箱、-150℃深低温冰箱及液氮气相环境等干式冻存。

       而塑料管盒的盒体为热塑工艺一体成型，即便在液氮中浸泡也无结构解离风险。液氮会从盒盖、盒体的开孔涌入盒内，在液氮管冻存架正面配置的栓杆约束下，管盒被限制在冻存架的原位平稳地悬浮或搁浅，而不易发生冻存管漂出管盒的现象。

       当然，实际工作中，冻存管盒最常用于干式储存而非液氮液相存储环境。既然是干式存储模式，那盒盖、盒底开孔与否还有何意义？冻存管盒开孔的另一个应用价值在于可加快样品管的降温冷却速度。无论是深（超）低温冰箱，还是液氮罐内部气相空间，-80℃以下的冷气流对样品的冷却，无非是通过接触样品管管壁的直冷方式或通过冻存管盒热传导的间接冷却模式。样品管一旦要置于低温环境长期储存，当然是降温越快越好，尽可能缩短在非安全储存温阶的停留时间。无论PP、PC或纸板材质，导热效率都极低（所以才有厂商开发出不锈钢材质的冻存管盒）。超低温冷气直接笼罩冻存管的直冷模式，显然要比冷气——冻存管盒——冻存管壁的间接冷却模式制冷更高效。而管盒上下表面的开孔，畅通了盒内外冷热空气交换对流渠道，实现冷气与样品管间的直接热交换。因此，同样是带盖的冻存管盒，开孔型盒体的样品管降温速率要高与无开孔的纸质冻存管盒。同理，一旦脱离低温环境保护，带孔的冻存管盒样品升温速度也高于无孔管盒。

       综上可见，塑料材质盒比纸质冻存管盒的应用模式更多，使用方法更灵便，且更经久耐用。

       从使用成本看，一个100格 PC材质2英寸冻存管盒（如绿冻LD10X10PC-52盒等）与100格纸质冻存管盒（如绿冻LD10X10B-52盒）的售价仅相差6块钱。而100格PP材质2英寸冻存管盒（如绿冻LD10X10PP-52盒等）单价甚至比同等容量、规格的纸质冻存管盒还低廉（折合单价不过10元）。这在事实上，颠覆了纸质冻存管盒更经济这一传统观念。

       考虑到PP材质管盒与PC管盒在细胞培养洁净环境下工作性能优劣，特别是对酒精消毒、121℃高压灭菌处、紫外辐射消毒的耐受性（可参考http://www.alifescience.com/biobank-cryogenic-apparatus/1117.html），PP材质冻存管盒似乎更接地气、更亲民。