合作颓波砥柱看-不同容量超低温冻存管盒的合理运用

       单位质量的某种物质温度每升高或降低1 摄氏度（或1开尔文）时所吸收或放出的热量，称为该物质的比热容(specific heat capacity)。

       比热容以c代表，它与物体质量m，温度变化量ΔT，温度变化达到ΔT所吸收或释放的热量之间的关系可用公式表示为：

c = Q / (m•ΔT) ………………………………(1)

       比热容是物质的一种特性，代表的是物质吸放热能力的大小。每种物质都有自己的比热容。譬如，水的比热容为4.19 kJ/(kg•K)，冰的比热容为2.11 kJ/(kg•K)，而标准状态下空气的比热容为1.40 kJ/(kg•K)。这意味着，1kg水温度改变1℃需吸收或释放约4.2 kJ的热量。而相同热量传递给1kg空气时，可使空气温度上升近3℃。因此，物质的比热容越大，其温度越容易保持稳定。

       在使用超低温冰箱储存样品，如冰箱容量大而内部样品少，一大半工作空间被空气填充，则冰箱内部体系的整体比热容低，每次开门存取样后，体系的温度波动大。各种液氮储存装置内部所装填样品少，体系比热容偏小，也会存在开盖存取样操作后体系内温度升温幅度大的现象。

将公式(1)转换一下可得到：

Q = c • m • ΔT ………………………………(2)

       公式(2)表明，同一类物质、升温幅度一致情况下，样品体系质量越大，则所吸收或释放的热量越多。将这一定律运用到冻存管盒可知，满载情况下，81格5mL冻存管盒内部比热容大于81格、25格1.2-2.0mL冻存管盒样品体系。盒内样品管总体积（或质量）大，则在相同室温环境下，相同挑管时间操作后，样品管升温的幅度较小。

       针对样品在短暂室温下结束挑管操作返回原低温环境（-150℃以下）后的持续升温问题(可参考《关注“无辜样本”保护——在短暂室温下挑管操作后再返回低温环境（-150℃以下）时样品的持续升温》)，Julian Warhurst等在2015年的国际细胞治疗学会年会报告中指出，液氮气相储存体系中，冻存盒内冻存管填充数量、样本管在冻存管盒内的所处位置、冻存管盒在冻存架中的位置及近邻上下位置是否有其它冻存管盒，都会显著影响样本升温速率和升温的上限。在对样品管理操作期间，总有部分非工作目标样本，因同一个冻存架中其他目标样本管的分拣操作需要被从液氮环境中一并移出而暴露于高温环境。报告者将这些非工作目标样本称为“无辜”样本”（Innocents）。为最大程度保护“无辜”样本生物学活性，所给的建议中就包括：

       1）建议每个样品管周围空位都用以水填充的无样本冻存管填装，避免在冻存管盒中存在闲置管位或仅放置空白冻存管。实验证实，在样品管周围放置以水充填的冻存管可充当可靠的热屏障，显著减少高温暴露后样品管升温幅度。

       2）避免或减少样品管在来自实验室门窗的直接气流或室内暖气空调通风口附件暴露。同时，可将取出的冻存架加以适当遮盖保护，以抑制和减轻室內热空气对流造带来样品升温效应。                                              

       这一基础性研究结果表明，超低温冰箱装置内部使用冻存架，并非仅仅承担内部储存空间分割管理的简单职能，同时还发挥为冻存管盒提供热屏障的功能。从这个角度看，结构相对封闭的抽屉式超低温冻存架，可以笼络到较多的冷气团，其热防护效能理应高于双面开放的侧取式冻存架。最关键的是，侧取式冻存架在取样，尤其是在采集冻存架纵向深处的样品管盒时，几乎是将整个冻存架拉出冰箱，这无疑会造成数十个“无辜”管盒样品同时经历一轮高温暴露。而抽屉式冻存架存取样操作则不同，它只需抽取目标样品所在抽屉，其它非工作目标样品依然身处超低温环境保护之中。因此，在条件许可情况下，为共享超低温冰箱配置冻存架，特别是结构相对封闭的抽屉式冻存架，对于确保样品长期储存的质量稳定，似乎更为可靠。而将抽屉式冻存架与冻存管盒搭配使用，可使二者的热防护效力相得益彰。

       市面冻存管盒，除标准尺寸的10×10，9×9，8×8，7×7容量的管盒外，还有尺寸较小6×6，5×5方形盒及长条形管盒。不同格式管盒在脱离超低温冻存环境期间都面临一种严峻形势，即处于冻存管排列矩阵最外围一圈管直接暴露于盒外高温热气流环境，阵列内侧的管则因较外围管的绝热屏障作用获得了有效的热缓冲保护。这种现象重复出现后，会造成外围管的样品因热“边缘效应”而改变活性。

       显而易见的是，在各款冻存管盒中，长条型管盒的长边较长，最外圈的样品管占比高，受边缘热效应影响最大，而处于盒中心位置享受到热屏障保护的样品管占比少。

       将各款式管盒最外围一圈样品管数剔除后，将受热屏障有效保护的样品管数量由多到少排序，结果为100格方盒 → 81格方盒 → 64格方盒 → 50格长条盒 → 49格方盒 → 36格方盒 → 25格方盒。长条型管盒管热屏障效果低于7×7格式的方形管盒。因此，100格方形管盒是样本管储存的首选方案。

       如某批次采集的样本管数量低于64管，那还有必要坚持用100格、81格管盒吗？当然还有必要。正如保护“无辜”样品研究报告所建议的，当样品管数量不足以充满管盒所有管位时，空余管位不应保留，而是用水或实验富余的缓冲液填充冻存管后把空位装填。这是为增加管盒内部样品体系的总质量，增强冻存管对抗高温暴露后的升温效应。而最精细的做法是，根据样品管数提前设计好矩阵，优先利用管盒中心位置的管位，再将外围空白位置以充水管填装，这是丢车保帅的策略。此外，如将50格长条冻存管盒及5×5格小方盒载入标准14cm宽度冻存架，则冻存架有空间剩余，不利于提升冰箱、液氮罐存储空间利用率。而从使用成本看，标准制式大容量冻存管盒不仅易于购得，而且因生产规模优势，其售价反而较低。因此，管少盒大，的确不失为一合理有效储存方案。

       某些应用环境下，必须使用小容量冻存管盒以满足样品特殊管理要求时，除了定制如微孔板、长条型管盒、25格管盒等特殊规格的冻存架这一途径，更简便易行的办法是直接购买诸如绿冻 LD450X280X295等类似型号的上下两层5.3英寸抽屉式冻存架。这样，无论方盒、长条管盒均可兼容，盒可以横向或纵向摆放，还可上下堆叠。这种储存方法，既可使样品管保持竖立，又可充分利用储存空间，并借助抽屉内保持冷气团，降低盒体边缘热效应干扰。