Witboek - Ultieme gids voor Dewar-monitoring en -alarmering

Centrale vraag: Hoe kunnen de met vloeibare stikstof gevulde dewars goed worden bewaakt, problemen worden opgespoord en alarmmeldingen worden verstuurd om schade aan de opgeslagen monsters te voorkomen.

Inleiding

Met vloeibare stikstof gevulde cryo-opslagdewars zijn de standaard voor langdurige weefselopslag in veel laboratoria. Weefsels kunnen variëren van navelstrengbloed tot menselijke eicellen, embryo's of zelfs stamcellen, die allemaal een grote financiële en onvervangbare waarde vertegenwoordigen. Deze monsters moeten bij een zeer lage temperatuur worden bewaard om biologische processen te stoppen en de weefsels in wezen in de tijd te bevriezen. De vloeibare stikstof verdampt voortdurend uit de dewar waardoor het vloeistofniveau in het vat daalt. De dewar wordt daarom regelmatig (handmatig) bijgevuld om te voorkomen dat de vloeistof volledig verdampt. De temperatuur van de dewar blijft alleen laag als er zich vloeibare stikstof in het vat bevindt. Nadat de vloeibare stikstof volledig is verdampt, zal de temperatuur snel gaan stijgen. Als de temperatuur van het opslagvat boven een kritische temperatuur stijgt, zullen de weefsels in het opslagvat levensvatbaarheidsschade oplopen of gewoonweg vergaan.

Risico's bij opslag

Laboratoria die een kwaliteitsbeheersysteem gebruiken, werken met een risicogebaseerde aanpak. Dit betekent dat de risico's van het werken met dewars en vloeibare stikstof in kaart moeten worden gebracht, samen met de gevolgen van de risico's. Als de risico's groot zijn en de gevolgen nijpend, moet een risicobeperkende maatregel worden geïmplementeerd. Deze white paper richt zich op een aantal belangrijke vragen.

1. Wat kan er misgaan met een dewar vanuit het oogpunt van de gebruiker?
2. Hoe meet je nauwkeurig vloeibare stikstof in een dewar?
3. Wat kan er technisch gezien misgaan met een dewar?
4. Hoe kunnen al deze risico's met hoge nauwkeurigheid worden bewaakt, zodat de gebruiker tijd heeft om te reageren en schade te voorkomen?

Hoe werkt een dewar?

Een dewar is in wezen een zeer goed geïsoleerde thermosfles. De binnenste tank bevat de vloeibare stikstof die, in vloeibare vorm, een temperatuur heeft van ongeveer -196°C, afhankelijk van de atmosferische druk. Als de vloeibare stikstof in een ongeïsoleerd vat zou worden gegoten, zou het in een mum van tijd verdampen. Daarom wordt de binnenste dewar in vele lagen aluminium isolatiemateriaal gewikkeld. Deze geïsoleerde dewar wordt vervolgens in een grotere tank geplaatst met afstandhouders om te voorkomen dat de twee tanks elkaar raken met een materiaal dat bedoeld is om verdere warmteoverdracht te voorkomen.

Nadat de ruimte tussen de buitenste en binnenste tank volledig is afgedicht, wordt de buitenste tank vacuüm getrokken om alle lucht uit de dubbelwandige kamer te verwijderen. Deze laatste stap elimineert lucht die warmte van buiten naar binnen kan transporteren, wat het verdampingsproces zou versnellen (vacuümisolatie).

De aanname van veel laboratoria is dat de temperatuur in de dewar precies -196°C is over de hele dewar (boven en onder) en dat de temperatuurverandering gelijk zal zijn met of zonder vloeistof. Ten eerste is de temperatuur in de dewar niet precies -196°C over de hele dewar (iets wat we later zullen aantonen). Ten tweede zal de temperatuur in de dewar heel lang stabiel blijven, om vervolgens heel snel te stijgen als alle vloeistof verdampt is. Dit tweede feit wordt vaak over het hoofd gezien bij het zoeken naar een bewakings- en alarmoplossing. Wanneer de vloeibare stikstof op is, is de reactietijd voor de gebruiker vaak zo kort dat, rekening houdend met de vertragingstijden van een alarm en de reistijd naar het lab, deze te laat zullen zijn om levensvatbare schade aan de monsters....... te voorkomen.

Ultieme gids voor Dewar-monitoring en alarm downloaden

Een volledige versie van dit artikel kan worden gedownload via DEZE DOWNLOAD LINK. Of klik op de link naast dit artikel.

Dankbetuigingen: Ik wil mijn dank uitspreken aan de goede mensen van Cryo Solutions in Rosmalen, Nederland. Allereerst wil ik graag bedanken David Vaessen voor zijn hulp en kennis bij het opzetten en uitvoeren van deze tests. Zonder jou was dit artikel niet mogelijk geweest. Ten tweede wil ik graag Richard van Woerden voor het mogen gebruiken van jouw bedrijf, cryokamer en dewars om deze tests uit te voeren. Als laatste, maar daarom niet minder belangrijk, dank ik Dr. Christine Allen voor haar hulp bij het bespreken van wetenschappelijke ideeën. Het toevoegen van de nekpriktest maakte dit stuk compleet.

We hopen dat onze informatie zal helpen om langdurige cryo-opslag in dewars een beetje veiliger te maken en onnodig verlies van weefsel of zelfs leven te voorkomen.

Han Weerdesteyn, CCO, XiltriX België