PHC_Europe_logo

Nauki przyrodnicze | Instytut Biologii Molekularnej | Zamrażarki ultraniskotemperaturowe z chłodzeniem wodą

Instytut Biologii Molekularnej (IMB, ang. Institute of Molecular Biology) w Moguncji w Niemczech.

Instytut Biologii Molekularnej to centrum doskonałości w dziedzinie nauk przyrodniczych z siedzibą w Moguncji w Niemczech. Prowadzi badania naukowe nad biologią rozwojową, epigenetyką i naprawą DNA w celu pogłębienia naszej wiedzy na temat sposobu, w jaki się rozwijamy i adaptujemy do naszego środowiska, starzejemy i zapadamy na choroby, takie jak nowotwory. Jego praca jest doceniana na całym świecie.

Instytut Biologii Molekularnej zatrudnia 160 osób, w tym między innymi wiodących na świecie specjalistów z dziedziny bioinformatyki, cytometrii, histologii, zaawansowanej mikroskopii, analizy mikromacierzy i najnowocześniejszych metod sekwencjonowania DNA. Jego siedzibą jest nowoczesny kompleks laboratoryjny, wyposażony w supernowoczesne technologie. Mając na uwadze najważniejsze kwestie, takie jak wydajność, trwałość i obniżenie kosztów operacyjnych, Instytut Biologii Molekularnej podjął decyzję o wyposażeniu swoich podstawowych placówek w ultraniskotemperaturowe zamrażarki firmy PHCbi o temperaturze –86°C i –150°C ze skraplaczami chłodzonymi wodą.

Badania naukowe prowadzone przez Instytut Biologii Molekularnej obejmują szeroki zakres różnego rodzaju materiałów biologicznych, w tym ludzkie linie komórkowe, próbki tkanek i klony ludzkich białek. Wszystkie te materiały muszą być przechowywane w ultraniskich temperaturach przed wyizolowaniem kwasów nukleinowych na potrzeby dalszych badań. Przy tak istotnych zastosowaniach medycznych i badawczych Instytut Biologii Molekularnej wymagał zamrażarek, które oferowały najwyższy poziom wydajności i niezawodności, aby bezpiecznie przechowywać te cenne, często niezastąpione próbki. Placówki

Instytutu Biologii Molekularnej zostały zaprojektowane w taki sposób, aby zminimalizować zużycie energii i pozwolić na oszczędność zasobów. Mając to na uwadze, wszędzie tam, gdzie to możliwe, urządzenia, takie jak zamrażarki, wirówki, systemy laserowe i jałowe stoły robocze, są chłodzone wodą, a nie w tradycyjny sposób powietrzem, co zmniejsza koszty i zwiększa wydajność. Wykorzystanie sprzętu jest jeszcze bardziej zoptymalizowane poprzez współdzielenie zasobów pomiędzy wieloma użytkownikami z różnych grup badawczych.

Instytut Biologii Molekularnej wybrał 25 ultraniskotemperaturowych zamrażarek MDF-U74V o temperaturze –86°C i cztery zamrażarki kriogeniczne MDF-C2156VAN o temperaturze –150°C firmy PHCbi. Wszystkie zamrażarki zostały wyposażone w skraplacz chłodzony wodą i wykorzystują centralny system chłodzenia wodą Instytutu Biologii Molekularnej. Ultraniskotemperaturowe zamrażarki o temperaturze –86°C i pojemności 728 litrów, pozwalające na oszczędność miejsca i z lepszą efektywnością energetyczną, są wykorzystywane do przechowywania zbioru ponad 25 000 różnych klonów kodujących ludzkie białka, natomiast w zamrażarkach kriogenicznych o temperaturze –150°C i dużej objętości (231 litrów) przechowywane są liczne ludzkie linie komórkowe, linie komórek nowotworowych oraz próbki tkanek.

„To, co naprawdę kochamy w zamrażarkach firmy PHCbi, to fakt, że zapewniają one bardzo stabilne, stałe środowisko bez wahań temperatury” — powiedział dr Korn, były dyrektor ds. kluczowych obiektów i technologii Instytutu Biologii Molekularnej1. „Izolowane drzwi wewnętrzne redukują zmiany temperatury po otwarciu zamrażarki, a jej wnętrze jest wystarczająco przestronne, aby pomieścić duże pudełka. Szeroki wybór układu półek zapewnia elastyczność umożliwiającą dostosowanie do potrzeb przechowywania różnych grup badawczych. Zamrażarki są bardzo łatwe w obsłudze i podoba nam się fakt, że główny wyłącznik zasilania znajduje się z boku.

Oznacza to, że nie ma niebezpieczeństwa przypadkowego wyłączenia urządzenia — co jest znanym zagrożeniem, gdy przełącznik ten znajduje się na panelu przednim”.

Zaawansowana wydajność i niezawodność

Izolacja VIP firmy PHCbi pozwala na istotne zmniejszenie zajmowanej przestrzeni oraz maksymalizację wydajności energetycznej zamrażarek w porównaniu z urządzeniami z konwencjonalną izolacją, a równocześnie zapewnia doskonałą jednorodność temperatury.

Zamrażarki MDF-C2156VAN o temperaturze –150°C firmy PHCbi są wyposażone w specjalnie opracowany kaskadowy system chłodniczy ze sprężarkami Cool Safe®. Te sprężarki przeznaczone do określonego zastosowania wykorzystują innowacyjne procesy sprzężenia zwrotnego czynnika chłodniczego w celu szybkiego obniżenia temperatury sprężarki, zminimalizowania emisji ciepła oraz wydłużenia żywotności sprężarki, co prowadzi do zwiększenia trwałości zamrażarek. Temperatura we wnętrzu zamrażarek cechuje się niezwykłą jednorodnością.

Bezproblemowa integracja z systemem oszczędzania energii

Wiele ultraniskotemperaturowych zamrażarek firmy PHCbi jest wyposażonych w zaawansowany, nowy wymiennik ciepła z rurkami o strukturze kapilarnej, co w istotnym stopniu zwiększa ogólną wydajność. Poprzez optymalizacja dostępnych obszarów wymiany ciepła zwiększa się również niezawodność systemu, a zużycie energii jest ograniczane. Dodatkowo niektóre modele mogą być dostarczane z opcjonalnym skraplaczem chłodzonym wodą. Takie rozwiązanie umożliwia laboratoriom z systemem recyrkulacji chłodzonej wody, takim jak Instytut Biologii Molekularnej, zmniejszenie zapotrzebowania na klimatyzację w obiekcie, w którym znajdują się zamrażarki, ponowne wykorzystanie energii cieplnej w innym miejscu i uzyskanie jeszcze większych oszczędności.

Proces uzyskania ultraniskich temperatur wymaga dużej wymiany ciepła na różnych etapach chłodzenia. Skraplacz, czyli element, w którym gorący gaz chłodniczy pod wysokim ciśnieniem jest chłodzony do przejścia w stan ciekły, to najbardziej intensywnie pracujący element w procesie wymiany ciepła. W przypadku ultraniskotemperaturowej zamrażarki chłodzonej powietrzem całe ciepło jest następnie uwalniane do otoczenia. Ta energia cieplna jest uwalniana do otoczenia i tracona, a w większości przypadków musi zostać usunięta z budynku za pomocą klimatyzacji, co wymaga dużego nakładu dodatkowej energii. W przypadku awarii systemu klimatyzacji z dowolnej przyczyny względnie szybko może dojść do nagromadzenia ciepła w pomieszczeniu.

Chłodzone wodą ultraniskotemperaturowe zamrażarki firmy PHCbi są wyposażone w dwupłytowy wymiennika ciepła, który maksymalizuje przekazywanie energii cieplnej z czynnika chłodniczego do zamkniętego obiegu wody. Ponieważ usuwanie ciepła za pomocą wody jest bardziej wydajne niż z wykorzystaniem powietrza, wydajność sprężarki jest zwiększona, co oznacza, że zużycie energii w przypadku ultraniskotemperaturowej zamrażarki chłodzonej wodą może ulec obniżeniu o 15–20% w porównaniu z równoważnym modelem chłodzonym powietrzem. Ponieważ ciepło jest odprowadzane z wykorzystaniem wody, zapotrzebowanie na system klimatyzacji jest mniejsze, co skutkuje dodatkowymi oszczędnościami. Energia usuwana przez system chłodzenia wodą może być wykorzystywana do innych celów w placówce, takich jak podgrzewanie wody do mycia rąk lub ogrzewanie budynku, co zmniejsza koszty energii w całym obiekcie. Oprócz korzyści środowiskowych i finansowych system chłodzenia wodą może również poprawić wydajność zamrażarki i ochronę próbek.

Większa wydajność chłodnicza wody skutkuje skróceniem czasu schładzania nawet o 40%, co oznacza szybsze przywracanie temperatury po otwarciu drzwi i większe bezpieczeństwo próbek. Jeśli dojdzie do awarii klimatyzacji w pomieszczeniu, w którym znajduje się zamrażarka, pomieszczenie będzie nagrzewać się wolniej, gdyż będzie do niego uwalniana mniejsza ilość ciepła, co ułatwi utrzymanie pracy zamrażarki i ochronę próbek.

„Przy mniejszej ilości ciepła rozpraszanego w pomieszczeniu, w którym znajdują się zamrażarki, wystarczająca jest sama wentylacja i nie jest konieczne stosowanie klimatyzacji, która nie tylko wymaga energii, lecz również powoduje straty ciepła. Krążąca woda ma temperaturę 18°C, a gdy opuszcza zamrażarkę — 23–24°C. Jednak ta energia cieplna nie jest marnowana, gdyż podgrzana woda jest wykorzystywana w centralnym ogrzewaniu całego budynku” — wyjaśnił dr Korn. „Przy ponad 100 przyrządach podłączonych do systemu chłodzenia wodą w całym Instytucie Biologii Molekularnej tylko kilka laboratoriów i pomieszczeń pomiarowych wymaga aktywnego chłodzenia. Dzięki temu Instytut Biologii Molekularnej jest w stanie obniżyć koszty energii i ograniczyć swój wpływ na środowisko naturalne”. Dodatkowo Instytut Biologii Molekularnej wykorzystuje przyrządy i urządzenia, takie jak zamrażarki, przy maksimum pojemności w celu optymalizacji wydajności. Zamrażarki firmy PHcbi są ustawione razem w wydzielonym obszarze, tak aby możliwe było skorzystanie ze scentralizowanego systemu monitorowania i alarmowego, który nieustannie sprawdza temperaturę, źródło zasilania i wodę chłodzącą dla wszystkich urządzeń.

„Chociaż początkowe koszty są większe niż w przypadku równoważnych zamrażarek chłodzonych powietrzem, wybór opcji skraplacza chłodzonego wodą pozwala Instytutowi Biologii Molekularnej na mniejsze zużycie energii i istotne oszczędności w perspektywie średnio- i długoterminowej. Wierzymy, że jest to właściwy kierunek na przyszłość” — zauważył dr Korn. „Instalowanie zamrażarek zasadniczo opierało się na zasadzie „plug and play” — zostały one dostarczone, podłączone do źródła wody chłodzącej, włączone i już działały!

Od tego czasu firma PHCbi wprowadziła hybrydowe chłodzenie wodą w zamrażarkach z serii Eco (MDF-DU300H, MDF-DU500VHMDF-DU700VH). Ten system hybrydowy oferuje jeszcze większe bezpieczeństwo próbek, ponieważ w razie awarii systemu chłodzenia wodą umożliwia działanie zamrażarki z wykorzystaniem skraplacza chłodzonego powietrzem, dzięki czemu próbki są nadal chronione w tych wyjątkowych okolicznościach.

Chłodzenie wodą jest idealnym rozwiązaniem dla każdej placówki z recyrkulacyjnym obiegiem chłodnej wody, gdyż nie tylko zapewnia dużą oszczędność energii i mniejszy wpływ na środowisko, lecz również oferuje lepszą wydajność i bezpieczeństwo próbek.