一、引言
低温生物学是研究低温环境对生物样品的生长、发育、代谢、遗传等影响和现象的一门学科，它是生物领域研究的一个重要分支。通常生物样品的存储需要在深冷条件（≤80℃）下才能进行长期的、稳定的保存。这是因为生物样品的代谢活动与温度存在直接关系，其中最具有代表性的公式是由瑞典的阿伦尼乌斯所创立的化学反应速率常数随温度变化关系的经验公式：
k=A×exp(−Ea/R×T) （1）
在上式（1）中，k为生物样品的代谢反应速率；A为代谢反应常数；R摩尔气体常量，T为热力学温度，Ea为表观活化能，A为指前因子（也称频率因子）。
由上式可以看出生物样品的代谢反应速率会随着温度的降低呈指数型减少，使得在深冷环境下细胞或组织的酶活性和代谢极大减慢或停滞。甚至有的生物样品可在液氮（温度-196℃）中保存多达几百年。可以说完好的低温保存重要生物制品是一个极其重要的研究方向。
二、低温保存的方法
干细胞或其他生物样品在低温下能够保存主要是因为水分是生物样品的主要成分。而水在深冷的温度下会以晶体状态或玻璃态的方式存在，在这种状态下，水分子之前存在很强的作用力，继续不会扩散及相互作用，这就为细胞的冷冻保存提供了可能。
目前受到学界广泛认可的是低温生物学家Mazur在1972年提出的两因素假说：即在生物样品的低温保存中，其保存效果一般受到两个独立因素的影响，其一是由与冷却速率有关的胞内冰形成的损伤，速率越快，其损伤越大；其二是溶质损伤，由于冷却的速率过慢，细胞在高溶质的溶液中暴露的时间较长，损伤就越大。
现阶段，低温冷冻保存方式有两种，分别是快速降温保存和慢速降温保存。快速降温保存指的是迅速将生物样品投入液氮罐中进行存储。慢速降温保存（也称“两步法“）是指先把生物样品按照一定的冷冻程序降温至－80℃，维持一段时间后，再投入到液氮中进行低温存储。
由于快速虽然操作方便、设备费用低，但由于细胞在快速投入液氮罐的过程中会因为降温速率过快，细胞内的水分会因为来不及渗透带细胞膜外面，从而导致细胞内水分会形成大量的冰晶改变细胞外形和尺寸，从而造成细胞复苏活性很低，因此，结合实验研究和临床应用，慢速降温过程还是低温保存生物制品的主流方法。
三、常用的液氮程序降温仪的问题
液氮程序降温仪采用液氮作为冷源，加热盘管作为热源，通过反馈温度控制系统，控制液氮给进电磁阀和加热功率综合调节腔体的温度情况，使温度按照设定程序进行低温冷冻保存。
- 降温过程中为了避免污染被降温的生物样品，感热元件（主要是热电偶）要么安装在生物样品容器表面，读取的实际是样品外部温度，会造成读取生物样品温度的误差；要么就采取热电偶侵入一组样品内部（冻存袋或者冻存管），这样热电偶的重金属会污染被侵入的样品内部的细胞悬浮液，造成被测温的一组样品报废，从而形成浪费。
- 由于液氮程序降温仪使用液氮喷洒达到降温效果、同时使用设备内的电钨丝加热升温的工作方式以达到精准控制样品温度。由于液氮程序降温仪是使用反馈控制方式精确控制的液氮喷口的电磁阀会频繁的进行开、断操作，这样会极大降低电磁阀的寿命。此外。因此会使诸如电磁阀、电钨丝、液氮喷口和设备的密封材料等原件经历极端的温差变化，导致它们非常容易损坏。
- 液氮程序降温仪采用淋洒的方式进行降温的过程中由于腔体设计原因，液氮喷嘴、加热盘管、热电偶位置相差较大，存在温度调节的滞后性和腔体温度的不均一，生物样品的温度调节
- 设备的造价昂贵：一套设备价格在２０万以上，日常降温过程中需要耗费大量的液氮（根据河北省干细胞库提供的数据，按照仅仅１台设备，按照每天降温３次计算，每年需要消耗5万多元的液氮），此外还存在设备的保养费昂贵（１５００元／年）、后续维修费也很贵（仅更换液氮喷头就需要2万元／只）。这些不利的因素导致了液氮程序降温仪使用成本过高。
- 在液氮程序降温仪工作期间，需要工作人员全程职守在液氮程序降温仪。边上，防止出现液氮喷口堵塞或者液氮耗尽等情况发生。整个降温过程操作人员不能离开仪器，耗时耗力。
四、点成推荐 | CRF-1免液氮程序降温仪
点成CRF-1免液氮程序降温仪无需液氮和冷冻剂，采用斯特林循环引擎（Stirling Cycle Engine），可提供精确的、重现性极佳的生物制冷效果，尤其是在重要的成核/播种阶段，这就确保了细胞解冻后的最佳恢复。该仪器适合用于多种材料的冷冻保存，包括胚胎、干细胞、哺乳动物细胞、精子、抗体、组织切片和啮齿动物器官。
CRF-1台式设计，外形精巧，根据冷冻后的细胞存活率显示，其性能比同类液氮降温仪更优。操作简单，有无PC连接都可进行；数据可以通过PC软件进行记录，冷却数据将直接显示在PC屏幕上。不同的冷却数据可通过下拉菜单获取，并且可以编写自定义的配置文件。
参考文献：
- 黄昱. 被动传热的降温速率控制方法及其在细胞冷冻保存中的应用[D]. 2018.
- 刘静. 低温生物医学工程学原理[M]. 科学出版社, 2007.
- 刘晓利. 脂肪间充质干细胞及其构建物新型低温保存方法研究[D]. 2018.
