لماذا يستخدم النيتروجين السائل في الحفظ بالتبريد؟

2023-07-20

1. لماذا نستخدم النيتروجين السائل كمبرد؟

1. لأن درجة حرارةالنيتروجين السائلفي حد ذاته منخفض جدًا، لكن طبيعته معتدلة جدًا، ومن الصعب أن يخضع النيتروجين السائل للتفاعلات الكيميائية، لذلك غالبًا ما يستخدم كمبرد.
2.النيتروجين السائليتبخر لامتصاص الحرارة، ويخفض درجة الحرارة، ويمكن استخدامه كمبرد.
3. بشكل عام، يتم استخدام الأمونيا كمبرد والماء كمادة ماصة.
4. يتم تبريد غاز الأمونيا بواسطة المكثف ليتحول إلى أمونيا سائلة، ومن ثم تدخل الأمونيا السائلة إلى المبخر لتتبخر، وفي نفس الوقت تمتص الحرارة من الخارج لتحقيق غرض التبريد، وبالتالي تشكل تبريد ممتص للانتشار المستمر. دورة.
5. يمكن استخدام النيتروجين كمبرد في الظروف "المبردة"، أي بالقرب من 0 درجة مطلقة (-273.15 درجة مئوية)، ويستخدم بشكل عام في المختبرات لدراسة الموصلية الفائقة.
6. في الطب، يستخدم النيتروجين السائل بشكل شائع كمبرد لإجراء العمليات تحت التخدير بالتبريد.
7. في مجال التكنولوجيا العالية، غالبا ما يستخدم النيتروجين السائل لخلق بيئة ذات درجة حرارة منخفضة. على سبيل المثال، بعض المواد فائقة التوصيل لا تحصل على خصائص فائقة التوصيل إلا عند درجات حرارة منخفضة بعد معالجتها بالنيتروجين السائل.
8. درجة الحرارة تحت الضغط الطبيعي للنيتروجين السائل هي -196 درجة، والتي يمكن استخدامها كمصدر بارد بدرجة حرارة منخفضة للغاية. إن سحق الإطارات بدرجة حرارة منخفضة، وتخزين الجينات في المستشفيات، وما إلى ذلك، كلها تستخدم النيتروجين السائل كمصدر للبرودة.

2. كيف يحافظ النيتروجين السائل على الخلايا؟

التقنية الأكثر استخدامًا لحفظ الخلايا بالتبريد هي طريقة الحفظ بالتبريد بالنيتروجين السائل، والتي تعتمد بشكل أساسي طريقة التجميد البطيء مع كمية مناسبة من عامل الحماية لتجميد الخلايا.
ملاحظة: إذا تم تجميد الخلايا مباشرة دون إضافة أي عامل وقائي، فإن الماء داخل الخلايا وخارجها سيشكل بسرعة بلورات ثلجية، مما سيؤدي إلى سلسلة من ردود الفعل السلبية. على سبيل المثال، يؤدي جفاف الخلايا إلى زيادة تركيز الإلكتروليت المحلي، وتغيير قيمة الرقم الهيدروجيني، وتغيير طبيعة بعض البروتينات للأسباب المذكورة أعلاه، مما يتسبب في اضطراب بنية الفضاء الداخلي للخلية. يسبب الضرر وتورم الميتوكوندريا وفقدان الوظيفة واضطراب استقلاب الطاقة. يتم أيضًا تدمير مجمع البروتين الدهني الموجود على غشاء الخلية بسهولة، مما يسبب تغيرات في نفاذية غشاء الخلية وفقدان محتويات الخلية. إذا تشكلت المزيد من بلورات الثلج في الخلايا، مع انخفاض درجة حرارة التجمد، فإن حجم بلورات الثلج سوف يتوسع، مما يؤدي إلى ضرر لا رجعة فيه في التكوين المكاني للحمض النووي النووي، مما يؤدي إلى موت الخلايا.

إن الحرارة الكامنة والمعقولة التي يمتصها الطعام النيتروجيني السائل الملامس للطعام تؤدي إلى تجميد الطعام. يتم إخراج النيتروجين السائل من الحاوية، ويتغير فجأة إلى درجة الحرارة والضغط الطبيعي، ويتحول من الحالة السائلة إلى الحالة الغازية. أثناء عملية تغيير الطور هذه، يغلي النيتروجين السائل ويتبخر عند -195.8 درجة مئوية ليصبح نيتروجين غازي، وتبلغ حرارة التبخر الكامنة 199 كيلوجول/كجم؛ إذا -195.8 عندما ترتفع درجة الحرارة إلى -20 درجة مئوية تحت النيتروجين عند الضغط الجوي، فإنه يمكن أن يمتص 183.89 كيلوجول/كجم من الحرارة المعقولة (يتم حساب السعة الحرارية المحددة على أنها 1.05 كيلوجول/(كجم؟ك)) والتي يتم امتصاصها بواسطة حرارة التبخر والحرارة المعقولة الممتصة أثناء عملية تغيير طور النيتروجين السائل. يمكن أن تصل الحرارة إلى 383 كيلوجول/كجم.
في عملية تجميد الطعام، نظرًا لأنه يتم إزالة كمية كبيرة من الحرارة في لحظة، يتم تبريد درجة حرارة الطعام بسرعة من الخارج إلى الداخل لتجميده. تستخدم تقنية التجميد السريع للنيتروجين السائل النيتروجين السائل كمصدر للبرودة، وهو ليس له أي ضرر على البيئة. بالمقارنة مع التبريد الميكانيكي التقليدي، فإنه يمكن أن يحقق درجة حرارة أقل ومعدل تبريد أعلى. تتميز تقنية التجميد السريع للنيتروجين السائل بسرعة تجميد سريعة ووقت قصير، كما أن الطعام ذو نوعية جيدة وأمان عالي وخالي من التلوث.
تم استخدام تقنية التجميد السريع للنيتروجين السائل على نطاق واسع في التجميد السريع للمنتجات المائية مثل الجمبري، والطعم الأبيض، وسرطان البحر البيولوجي، وأذن البحر. أظهرت الدراسات أن الروبيان المعالج بتقنية التجميد السريع للنيتروجين السائل يمكن أن يحافظ على نضارة ولون وطعم عالي. ليس هذا فحسب، بل قد يتم أيضًا قتل بعض البكتيريا أو إيقاف تكاثرها عند درجة حرارة منخفضة لتحقيق مستوى أعلى من النظافة المطلوبة.

الحفظ بالتبريد: يمكن استخدام النيتروجين السائل للحفظ بالتبريد للعينات البيولوجية المختلفة، مثل الخلايا والأنسجة والمصل والحيوانات المنوية وما إلى ذلك. ويمكن حفظ هذه العينات لفترة طويلة عند درجة حرارة منخفضة وإعادتها إلى حالتها الأصلية عند الحاجة. يعد حفظ النيتروجين السائل بالتبريد طريقة تخزين شائعة الاستخدام، وغالبًا ما تستخدم في أبحاث الطب الحيوي والزراعة وتربية الحيوانات وغيرها من المجالات.
زراعة الخلايا: يمكن أيضًا استخدام النيتروجين السائل في زراعة الخلايا. أثناء زراعة الخلايا، يمكن استخدام النيتروجين السائل للحفاظ على الخلايا للعمليات التجريبية اللاحقة. يمكن أيضًا استخدام النيتروجين السائل لتجميد الخلايا للحفاظ على حيويتها وخصائصها البيولوجية.
تخزين الخلايا: يمكن لدرجة الحرارة المنخفضة للنيتروجين السائل أن تحافظ على استقرار الخلايا وسلامتها، مع منع شيخوخة الخلايا وموتها. ولذلك، يستخدم النيتروجين السائل على نطاق واسع في تخزين الخلايا. يمكن استعادة الخلايا المحفوظة في النيتروجين السائل بسرعة عند الحاجة إليها واستخدامها في عمليات المعالجة التجريبية المختلفة.

إن تطبيق النيتروجين السائل من الدرجة الغذائية يشبه آيس كريم النيتروجين السائل وبسكويت النيتروجين السائل وتجميد النيتروجين السائل والتخدير في الطب يتطلب أيضًا نيتروجين سائل عالي النقاء. الصناعات الأخرى مثل الصناعة الكيميائية والإلكترونية والمعادن وغيرها لها متطلبات مختلفة لنقاء النيتروجين السائل.