Weißbuch - Ultimativer Leitfaden für Dewar-Überwachung und Alarm

Zentrale Frage: Wie kann man mit Flüssigstickstoff gefüllte Dewars ordnungsgemäß überwachen, Probleme erkennen und Alarme auslösen, um Schäden an den gelagerten Proben zu verhindern?

Einführung

Mit Flüssigstickstoff gefüllte Kryolagerungsdewars sind in vielen Labors der Standard für die langfristige Lagerung von Gewebe. Bei den Geweben kann es sich um Nabelschnurblut, menschliche Eizellen, Embryonen oder sogar Stammzellen handeln, die alle einen großen finanziellen und unersetzlichen Wert darstellen. Diese Proben müssen bei einer sehr niedrigen Temperatur aufbewahrt werden, um die biologischen Prozesse zu stoppen und die Gewebe im Wesentlichen in der Zeit einzufrieren. Der flüssige Stickstoff verdampft ständig aus den Dewars und senkt den Flüssigkeitsstand im Gefäß. Die Dewars werden daher häufig (manuell) nachgefüllt, um zu verhindern, dass die Flüssigkeit vollständig verdunstet. Die Temperatur des Dewars bleibt nur dann niedrig, wenn sich flüssiger Stickstoff im Gefäß befindet. Nachdem der flüssige Stickstoff vollständig verdunstet ist, steigt die Temperatur schnell an. Steigt die Temperatur des Lagerbehälters über eine kritische Temperatur, wird das Gewebe im Inneren lebensunfähig oder geht einfach zugrunde.

Risiken bei der Lagerung

Labors, die ein Qualitätsmanagementsystem verwenden, arbeiten mit einem risikobasierten Ansatz. Das bedeutet, dass die Risiken, die mit dem Betrieb von Dewars und Flüssigstickstoff verbunden sind, zusammen mit den Folgen der Risiken kartiert werden müssen. Sind die Risiken groß und die Folgen gravierend, müssen Maßnahmen zur Risikominderung ergriffen werden. Dieses White Paper konzentriert sich auf eine Reihe von Schlüsselfragen.

Abbildung 1: Dewar mit Eisbildung auf dem Deckel.

Was kann bei einem Dewar aus Sicht des Benutzers schiefgehen?
Wie kann man flüssigen Stickstoff in einem Dewar genau messen?
Was kann bei einem Dewar aus technischer Sicht schiefgehen?
Wie können all diese Risiken mit hoher Genauigkeit überwacht werden, so dass der Benutzer Zeit hat, zu reagieren und Schäden zu verhindern?

Wie funktioniert ein Dewar?

Ein Dewar ist im Grunde genommen eine sehr gut isolierte Thermoskanne. Der innere Behälter enthält den flüssigen Stickstoff, der in seiner flüssigen Form eine Temperatur von etwa -196 °C hat, abhängig vom atmosphärischen Druck. Würde man den flüssigen Stickstoff in ein nicht isoliertes Gefäß gießen, würde er in kürzester Zeit verdampfen. Deshalb wird der innere Dewar in mehrere Schichten eines isolierenden Aluminiummaterials eingewickelt. Dieser isolierte Dewar wird dann in einen größeren Behälter mit Abstandshaltern gestellt, um zu verhindern, dass sich die beiden Behälter mit einem Material berühren, das eine weitere Wärmeübertragung verhindern soll.

Nach der vollständigen Abdichtung des Raums zwischen dem äußeren und dem inneren Tank wird der äußere Tank unter Vakuum gesetzt, um die gesamte Luft aus der doppelwandigen Kammer zu entfernen. Durch diesen letzten Schritt wird die Luft entfernt, die Wärme von außen in das Innere des Dewars transportieren kann, was den Verdampfungsprozess beschleunigen würde (Vakuumisolierung).

In vielen Labors wird davon ausgegangen, dass die Temperatur im Dewar genau -196 °C im gesamten Dewar (oben und unten) beträgt und dass die Temperaturänderung mit oder ohne Flüssigkeit gleich ist. Das stimmt nicht: Erstens beträgt die Temperatur im Dewar nicht genau -196°C im gesamten Dewar (was wir später noch zeigen werden). Zweitens bleibt die Temperatur im Dewar für eine sehr lange Zeit konstant, um dann sehr schnell wieder anzusteigen, nachdem die gesamte Flüssigkeit verdampft ist. Diese zweite Tatsache wird oft übersehen, wenn man nach einer Überwachungs- und Alarmlösung sucht. Wenn der flüssige Stickstoff aufgebraucht ist, ist die Reaktionszeit für den Benutzer oft so kurz, dass es unter Berücksichtigung der Verzögerungszeiten eines Alarms und der Reisezeit zum Labor zu spät ist, um Schäden an der Lebensfähigkeit der Proben zu verhindern.......

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Danksagung: Ich möchte meinen Dank aussprechen an die guten Leute von Cryo-Lösungen in Rosmalen, Niederlande, aussprechen. Zuallererst möchte ich mich bedanken bei David Vaessen für seine Hilfe und sein Wissen bei der Vorbereitung und Durchführung dieser Tests. Ohne Sie wäre diese Arbeit nicht möglich gewesen. Zweitens möchte ich mich bedanken bei Richard van Woerden dafür, dass wir sein Unternehmen, seinen Kryoraum und seine Dewars für die Durchführung dieser Tests nutzen durften. Und schließlich, nicht zuletzt, danke ich Dr. Christine Allen für die Unterstützung bei der Diskussion wissenschaftlicher Ideen. Die Hinzufügung des Nackenpunktionstests hat diese Arbeit vervollständigt.

Wir hoffen, dass unsere Informationen dazu beitragen, die langfristige Kryolagerung in Dewars ein wenig sicherer zu machen und unnötige Gewebeverluste oder sogar Todesfälle zu vermeiden.

Han WeerdesteynCCO, XiltriX International