با بیش از پنجاه سال حضور مستمر
وقتی نام آرمینکو مطرح میشود معمولاً ذهن متخصصان به سمت تجهیزاتی میرود که قرار است سالها در شرایط سخت عملکرد پایدار داشته باشند. شهرت این مجموعه بیشتر بهخاطر تولید دستگاههایی است که نهتنها دما را پایین میآورند، بلکه ثبات آن را تضمین میکنند. در میان محصولات مختلف، نقش فریزرهای آزمایشگاهی همیشه برجسته بوده است؛ تجهیزاتی که هر روز در جریان واقعی تحقیقات پزشکی، پژوهشهای سلولی و ذخیرهسازی نمونههای حساس، مورد استفاده قرار میگیرند. میان تمام ویژگیهایی که درباره این دستگاهها گفته میشود، مسئله یکنواختی دما جایگاه ویژهای دارد، زیرا پایداری دما بهصورت مستقیم بر کیفیت نتایج علمی اثر میگذارد.
در سال ۲۰۲۲، نتایج یک پیمایش بینالمللی در حوزه علوم زیستی نشان داد که حدود ۳۴ درصد از خطاهای پژوهشی مرتبط با تجهیزات برودتی، بهدلیل نوسان دمای داخلی رخ میدهد. همین آمار ساده نشان میدهد چرا تولیدکنندگان معتبر تلاش میکنند سیستم گردش هوا، ضخامت عایق، مبرد و طراحی بدنه را طوری انتخاب کنند که اختلاف دما بین بخشهای مختلف کابین به حداقل برسد. آرمینکو نیز در همین مسیر حرکت کرده و توانسته در مدلهای مختلف مانند فریزر آزمایشگاهی با دمای 40- درجه سانتی گراد یا ظرفیتهای بالاتر، این عامل را کنترل کند و به سطح عملکرد قابل اتکا برسد.
از آنجا که بسیاری از نمونههای بیولوژیک، تنها در صورتی قابل نگهداریاند که دمای ثابت داشته باشند، بررسی دقیق مفهوم یکنواختی دما و اهمیت آن در کارکرد دستگاه ضروری است. همین موضوع پایه اصلی این نوشتار را تشکیل میدهد؛ نگاهی عملی، تجربی و علمی به یکنواختی دما در فریزرهای تحقیقاتی.
در ظاهر ماجرا ساده است: دمای یک دستگاه روی عدد مشخص تنظیم میشود و باید همان عدد باقی بماند. اما در واقعیتِ یک فریز آزمایشگاهی، دما دائماً تحت فشار عوامل مختلف قرار میگیرد. باز و بسته شدن درب، مقدار مواد ذخیره شده، ظرفیت کمپرسور، نوع مبرد، طراحی کانالهای هوای سرد، همگی تعدادی از این عوامل هستند. حتی محل قرارگیری دستگاه در آزمایشگاه میتواند باعث ایجاد نقاط گرمتر یا سردتر شود. بنابراین وقتی صحبت از یکنواختی دما میشود، منظور این است که اختلاف دما در نقاط مختلف کابین حداقل باشد و تغییرات کوتاهمدت نیز سریع جبران شود.
برای درک بهتر ماجرا میتوان به نمونهای واقعی اشاره کرد. در سال ۲۰۱۹ مطالعهای در یکی از آزمایشگاههای دانشگاهی اروپا نشان داد که اختلاف دمای قطب بالایی و پایینی یک فریزر آزمایشگاهی منفی 40 در برندهای مختلف بین ۲ تا ۹ درجه متغیر بوده است. ۹ درجه اختلاف برای برخی مواد ژنتیکی یا سلولهای بنیادی میتواند بهمعنای تخریب کامل باشد. اینجاست که سیستم طراحی اهمیت خود را نشان میدهد.
هرچه حجم دستگاه بیشتر باشد، کنترل یکسانسازی دما دشوارتر است؛ برای مثال در مدلهایی مانند فریزر آزمایشگاهی با دمای 80- درجه سانتی گراد 210 لیتری، گردش هوا باید با توان و طراحی دقیقی انجام شود تا اختلاف ایجاد نشود. در مقابل، مدلهای کوچکتر مانند فریزر آزمایشگاهی با دمای 40- درجه سانتی گراد 100 لیتری بهطور طبیعی شرایط کنترلشدهتری دارند. همین تفاوتهاست که خریدار را ملزم میکند قبل از انتخاب دستگاه، نیازها، حجم ذخیرهسازی و ماهیت نمونهها را بهدقت بررسی کند.
یکی از دلایل مهم ایجاد اختلاف دما در فریزرهای بیکیفیت، نوع عایقبندی است. پلییورتان فشرده که در محصولات آرمینکو استفاده میشود، طی دهه گذشته در صنایع دارویی استاندارد شده است، زیرا تراکم مناسبی ایجاد میکند و اجازه تبادل حرارتی را کاهش میدهد. در مطالعهای که سال ۲۰۲۳ در صنعت تجهیزات پزشکی ایران منتشر شد، مشخص شد استفاده از عایق با چگالی بالا میتواند تا ۱۸ درصد مصرف انرژی را کاهش دهد و بهبود ۱۲ درصدی در حفظ یکنواختی دمای داخلی ایجاد کند.
در مدلهایی مانند فریزر آزمایشگاهی با دمای 120- درجه سانتی گراد اهمیت عایق دوچندان میشود، زیرا رسیدن به این سطح دما علاوه بر توان کمپرسور، نیازمند جلوگیری حداکثری از نفوذ گرماست. هر میلیمتر خلأ عایق ناکارآمد در چنین دستگاههایی باعث افزایش بار کمپرسور میشود و اختلاف دمای داخلی را بیشتر میکند. این موضوع هم به کیفیت نمونه ضربه میزند و هم باعث استهلاک سریعتر قطعات میشود.
اگر بخواهیم واقعبین باشیم، هیچ دستگاهی بدون یک سیستم مبرد مناسب قادر به حفظ دمای ثابت نیست. مبردهایی مانند R-404A که در بیشتر مدلهای آرمینکو دیده میشود، از نظر پایداری و قدرت خنککنندگی عملکرد خوبی داشتهاند. تحلیلهای صنعتی در سالهای اخیر نشان میدهد که کارایی مبرد R-404 در دماهای بسیار پایین، حدود ۱۵ درصد نسبت به نسلهای قبلی بهتر است.
وقتی مبرد عملکرد بهتری داشته باشد، کمپرسور مجبور نیست در فواصل کوتاه روشن و خاموش شود و همین موضوع مستقیماً ثبات دما را افزایش میدهد. این مسئله در دستگاههایی با ظرفیت بالا مانند فریزر آزمایشگاهی با دمای 60- درجه سانتی گراد یا مدلهای استفاده شده در صنایع دارویی، اهمیت بیشتری پیدا میکند.
یکی از اشتباهات رایج در آزمایشگاهها این است که کاربر تصور میکند همه قسمتهای کابین دمای یکسان دارند و نمونهها را بدون توجه به اصول چیدمان قرار میدهد. درحالیکه حتی در بهترین مدلهای دنیا میزان جزئی اختلاف وجود دارد. برای مثال یک گزارش در سال ۲۰۲۰ نشان داد در یک فریزر ۳۰۰ لیتری کلاس ULT، اختلاف دمای پایینترین کشو با بالاترین کشو حدود ۱.۲ درجه بوده است. این مقدار بسیار کم است اما برای نمونههای حساس ژنتیکی در بازه زمانی طولانی اهمیت دارد.
این موضوع زمانی مهمتر میشود که نمونههایی که به پایداری کامل نیاز دارند در کنار مواد با جرم حرارتی متفاوت قرار گیرند. به همین دلیل در هر دستگاه فریزر آزمایشگاهی باید جریان هوای سرد بهگونهای طراحی شود که سطح تماس هوا با تمامی طبقات یکسان باشد.
بدنه داخلی فریزرهای استاندارد معمولاً از ورقهای فولادی ضدزنگ یا آلومینیومی ساخته میشود. این دو ماده رسانایی حرارتی نسبتاً خوبی دارند و کمک میکنند دمای ایجاد شده در کابین سریعتر به تعادل برسد. طراحی قفسهها نیز بر این مسئله تأثیر میگذارد. اگر مسیرهای جریان هوا توسط قفسههای ضخیم یا مواد غیر استاندارد مسدود شوند، اختلاف دما افزایش مییابد.
این نکته در یخچالهای تحقیقاتی نیز صادق است، اما شدت آن در یخچال فریزر آزمایشگاهی بیشتر است، زیرا حجم گردش هوا در فریزرهای دمای پایین بیشتر بوده و نیاز به طراحی مهندسیشده دارند.
کمپرسور مانند قلب دستگاه میماند. هرچه بیشتر تحت فشار باشد، عمر دستگاه کوتاهتر میشود. وقتی اختلاف دمای داخلی زیاد باشد، کنترلر دستگاه به کمپرسور فرمان میدهد که با شدت بیشتری کار کند تا نقاط داغ را دوباره سرد کند. این مسئله باعث افزایش تعداد سیکلهای کاری میشود. در یک بررسی صنعتی مشخص شد دستگاههایی که یکنواختی دمای بهتری دارند، حدود ۲۳ درصد عمر طولانیتری نسبت به مدلهای عادی از خود نشان میدهند؛ عددی که در محیطهای تحقیقاتی اهمیت بالایی دارد.
این مسئله زمانی مهمتر است که دستگاه در دماهای پایین مانند فریزر آزمایشگاهی منفی 20 یا مدلهای پایینتر کار میکند، زیرا تشخیص اختلاف دما سختتر است و سیستم باید حساسیت بالاتری داشته باشد.
نمونههای انسانی یا حیوانی، باکتریها، سرمها، محلولهای دارویی و حتی ترکیبات شیمیایی هر کدام رفتار حرارتی مخصوصی دارند. برخی باید در دمای پایین ذخیره شوند اما نسبت به نوسان حساس نیستند. برخی دیگر مانند RNA یا آنزیمها کوچکترین نوسان را تحمل نمیکنند. همین تفاوتها نشان میدهد بدون کاربرد فریزر آزمایشگاهی دقیق، نتیجهگیری علمی ممکن نیست.
در صورتی که نیاز ذخیرهسازی در بازههای مختلف وجود داشته باشد، آگاهی از یکنواختی دما در مدلهای مختلف مانند انواع فریزر آزمایشگاهی اهمیت پیدا میکند. برای مثال در صنایع دارویی معمولاً از دستگاههایی با دمای ثابت مانند فریزر آزمایشگاهی با دمای 80- درجه سانتی گراد استفاده میشود، درحالیکه برای کاربردهای سلولی گاهی نیاز به دستگاههایی با دمای ثابتتر و تنظیمکننده دقیقتر است.
یکی از نکات کمتر دیدهشده در آزمایشگاهها این است که بسیاری از متخصصان تنها به عدد روی نمایشگر توجه میکنند و تصور دارند اگر صفحه دستگاه عدد ثابتی را نمایش دهد، دما در تمام نقاط یکسان است. اما تجربه نشان داده زمانی که حجم نمونهها زیاد باشد و درب دستگاه چند بار در روز باز شود، چالش اصلی تازه آغاز میشود. در دستگاههایی مانند فریزر آزمایشگاهی منفی 40 که بیشتر برای نمونههای عمومی و کاربردهای روتین مورد استفاده قرار میگیرند، یکنواختی دما بیشتر تحت تأثیر نوع چیدمان قرار میگیرد. در حالیکه در دستگاههایی با دمای پایینتر مانند مدلهای فریزر آزمایشگاهی با دمای 120- درجه سانتی گراد، کوچکترین تغییر دما هم میتواند ساختار مولکولی نمونه را دگرگون کند.
در یک بررسی آماری که در سال ۲۰۱۸ روی مجموعهای از فریزرهای تحقیقاتی انجام شد، مشخص گردید ۵۶ درصد از نمونههایی که دچار آسیب ساختاری شده بودند در بخشی از کابین قرار داشتند که اختلاف دمای بیشتری نسبت به نقاط دیگر داشت. این آمار نشان میدهد حتی در دستگاههایی با برند معتبر نیز مدیریت چیدمان و کنترل دورهای دما ضروری است. در این مدل دستگاهها، سنسورهای دما معمولاً در مرکز کابین قرار میگیرند، اما دمای گوشهها و قسمتهای نزدیک به درب همیشه مقداری متفاوتتر است. بنابراین دستگاهی که سیستم گردش هوای قدرتمند و هوشمند نداشته باشد، حتی اگر عدد تنظیمشده دقیق باشد، نمیتواند شرایط مطلوب را فراهم کند.
وقتی صحبت از یکنواختی دماست، باز و بسته شدن مکرر درب یک عامل مزاحم اما اجتنابناپذیر محسوب میشود. بر اساس گزارش موسسه Thermo Scientific در سال 2021، هر بار باز شدن درب، میانگین ۴ تا ۶ درجه افت دمای لحظهای در کابین ایجاد میکند و دستگاه باید حدود ۲ تا ۵ دقیقه تلاش کند تا دما را به شرایط تنظیمشده بازگرداند. این مسئله برای ابزارهایی از نوع دستگاه فریزر آزمایشگاهی که در شرایط تحقیقاتی دقیق بهکار میروند، اهمیت زیادی دارد.
همین نکته باعث شده برخی آزمایشگاهها از فریزرهایی با دو یا سه درب داخلی استفاده کنند تا میزان از دست رفتن هوای سرد کاهش یابد. در دستگاههای ظرفیت بالا مانند فریزر آزمایشگاهی با دمای 60- درجه سانتی گراد یا مدلهایی که در مراکز تحقیقاتی استفاده میشوند، این طراحی کمک زیادی به حفظ یکنواختی دما میکند.
اگر چه ظرفیت دستگاهها معمولاً بر حسب لیتر مشخص میشود، اما نحوه چیدمان نمونهها میتواند بهاندازه نوع مبرد در یکنواخت نگه داشتن دما اثرگذار باشد. چیدمان فشرده جلوی گردش هوا را میگیرد و باعث افزایش اختلاف دما میشود. برای نمونه، آزمایشی در سال ۲۰۲۰ نشان داد اگر ۷۰ درصد حجم داخلی یک دستگاه با ظروف دربسته پر شود، یکنواختی دما تا ۱۵ درصد کاهش مییابد. دلیل این پدیده ایجاد نقاطی است که هوا به خوبی در آنها جریان ندارد. بهترین روش برای چیدمان، قرار دادن نمونهها بهصورتی است که هر طبقه تا حد امکان فضای خالی کافی داشته باشد.
در نگاه اول ممکن است تفاوت مدلها تنها در ظرفیت یا بازه دمایی باشد، اما در واقعیت، هر مدل با هدف مشخصی طراحی شده. برای نمونه، دستگاههایی مانند فریزر آزمایشگاهی با دمای 40- درجه سانتی گراد بیشتر برای کاربریهای عمومی مورد استفاده قرار میگیرند. در حالی که مدلهای فوقسرد مانند فریزر آزمایشگاهی با دمای 80- درجه سانتی گراد نیازمند سیستم گردش هوای دقیقتر هستند. این دستگاهها اغلب برای نگهداری نمونههایی مانند RNA، DNA، کیتهای آزمایشگاهی یا مواد دارویی حساس استفاده میشوند.
در کاربرد بیمارستانی، بیشتر از یخچال فریزر آزمایشگاهی یا فریزرهای با دمای متوسط مانند فریزر آزمایشگاهی منفی 20 استفاده میشود که یکنواختی دما در آنها نیازمند تکرار کمتر است، زیرا نوع نمونهها حساسیت کمتری دارد. در مقابل، صنایع داروسازی و پژوهشگاههای بیولوژی مولکولی بیشتر سراغ مدلهایی با دقت بیشتر میروند. بسیاری از تولیدکنندگان بینالمللی نیز بر اساس همین نیازها دستگاههایی با گردش هوای عمودی، افقی یا ترکیبی طراحی کردهاند.
کنترلرهای دیجیتال نسل جدید قادرند دادههای دمایی را با دقت بسیار بیشتر ثبت کنند. در گذشته این کنترلرها تنها توانایی ثبت افزایش یا کاهش چند درجهای را داشتند، اما در نسل اخیر میتوان نوسانهای کمتر از یک درجه را مشاهده کرد. همین تغییر باعث میشود مدیریت دستگاه راحتتر شود. وقتی کنترلر کوچکترین تغییر را تشخیص دهد، امکان جبرانسازی سریعتر فراهم میشود. در دستگاههایی که توسط تولید کننده فریزر آزمایشگاهی داخلی طراحی و ارائه شدهاند، در سالهای اخیر استفاده از سنسورهای دقیقتر کاملاً محسوس است.
بسیاری تصور میکنند مصرف انرژی تنها به هزینه برق مربوط است، اما واقعیت این است که مصرف انرژی بالا میتواند یکی از نشانههای ضعف در یکنواختی دما باشد. دستگاهی که دمای داخلی را بهخوبی حفظ نمیکند، مجبور است کمپرسور را در سیکلهای کوتاه روشن کند و این موضوع منجر به افزایش مصرف برق میشود. برای نمونه، در یک مطالعه در سال ۲۰۱۷، مقایسه بین دو دستگاه با ظرفیت یکسان نشان داد دستگاهی که طراحی کابین بهتری داشت، ۱۹ درصد مصرف انرژی کمتر و ۲۷ درصد یکنواختی دمای بیشتر داشت.
در مدلهایی مانند فریزر آزمایشگاهی با دمای 80- درجه سانتی گراد این تفاوت بیشتر دیده میشود، زیرا هر تغییر جزئی دما نیازمند توان بالای کمپرسور است. بنابراین دستگاهی که گردش هوا و عایقبندی بهتری دارد، عملاً پایداری دمای بیشتری نیز ایجاد میکند.
برای اینکه دستگاه در طول سالها عملکرد صحیح داشته باشد، لازم است هر چند وقت یک بار دمای قسمتهای مختلف کابین اندازهگیری شود. بسیاری از آزمایشگاههای معتبر دنیا از دیتالاگرهایی استفاده میکنند که بهصورت همزمان دمای چند نقطه را ثبت میکنند. زمانی که اختلاف دما بیشتر از مقدار استاندارد باشد، معمولاً نشاندهنده ایراد در گردش هوا یا اختلال جزئی در عملکرد کمپرسور است. به همین دلیل بسیاری از سازندگان معتبر توصیه میکنند سالی یک بار دستگاه بهطور کامل کالیبره و بازبینی شود.
مهمترین نکته در انتخاب یک دستگاه استاندارد این است که نیاز واقعی آزمایشگاه مشخص شود. برای مثال، اگر پژوهشگاه در زمینه ژنتیک فعالیت دارد و با نمونههایی سروکار دارد که حساسیت حرارتی بالایی دارند، تهیه دستگاهی با گردش هوای پیشرفته ضروری است. در مقابل، برای مراکز عمومی پزشکی، مدلهایی مانند خرید فریزر آزمایشگاهی با ظرفیت متوسط میتواند پاسخگوی نیاز باشد. همچنین در نظر گرفتن مواردی مانند قیمت فریزر آزمایشگاهی یا کیفیت قطعات باید با توجه به نوع کاربرد انجام شود.
بسیاری از کارشناسان پیشنهاد میکنند قبل از انتخاب، کاتالوگ فریزر آزمایشگاهی بهصورت دقیق مطالعه شود، زیرا اطلاعات مربوط به تفاوت دمایی قسمتهای مختلف کابین معمولاً در کاتالوگ درج میشود و خریدار میتواند تخمین دقیقی از عملکرد دستگاه داشته باشد.
یکی از اشتباهات رایج در هنگام انتخاب دستگاه این است که برخی افراد تفاوت فریزرهای صنعتی و فریزرهای پزشکی را در نظر نمیگیرند. فریزرهای صنعتی بیشتر برای ذخیرهسازی مواد غذایی، مواد اولیه و برخی ترکیبات شیمیایی استفاده میشوند. ساختار این دستگاهها معمولاً برای پایداری دمای بالا مناسب است، اما دقت لازم برای یکنواختی دما را ارائه نمیکنند. در مقابل، فریزرهای پزشکی و تحقیقاتی برای نگهداری نمونههایی طراحی شدهاند که حساسیت زیادی دارند و کوچکترین اختلاف دما ممکن است به کیفیت آنها آسیب بزند.
به همین دلیل، استفاده از دستگاههای صنعتی در محیط آزمایشگاهی توصیه نمیشود. ساختار مبرد، توان کمپرسور، ضخامت عایق و حتی سیستم هشدار این دستگاهها با نمونههای آزمایشگاهی متفاوت است و نباید جایگزین یکدیگر شوند.
در بسیاری از آزمایشها، نمونهها ممکن است هفتهها، ماهها یا حتی سالها در فریزر باقی بمانند. برای مثال، در مطالعات سرطانشناسی، ذخیرهسازی طولانیمدت نمونههای بافتی رایج است. در چنین شرایطی حتی اختلاف دمای چند درجهای میتواند اثر محسوسی داشته باشد. این موضوع در زمینههایی مانند زیستبانکها اهمیت بیشتری پیدا میکند. در بسیاری از کشورها، زیستبانکها موظف هستند دمای ثبتشده را بهصورت روزانه ثبت و نگهداری کنند تا هرگونه نوسان قابل پیگیری باشد.
در این دسته از کاربردها، دستگاههایی استفاده میشوند که گردش هوای چندلایه و چند نقطهای دارند و یکنواختی دمای آنها بسیار بالاست. بسیاری از آزمایشگاههایی که با یخ آزمایشگاهی یا مواد فریز شده سر و کار دارند، از دستگاههایی استفاده میکنند که برای دمای پایین طراحی شدهاند و جریان هوای قدرتمندی دارند.
حتی بهترین دستگاهها هم اگر در مکان نامناسب نصب شوند، نمیتوانند کارایی واقعی خود را نشان دهند. اگر دستگاه در اتاقی قرار گیرد که دمای محیط بسیار بالا یا تهویه ناکافی باشد، فشار زیادی به کمپرسور وارد میشود و همین مسئله یکنواختی دما را کاهش میدهد. در بررسیهای صنعتی مشخص شد دستگاههایی که در کنار منابع حرارتی قرار دارند، تا ۹ درصد بیشتر دچار نوسان دما میشوند. به همین دلیل همیشه توصیه میشود دستگاه در مکانی قرار گیرد که جریان هوای اطراف آن آزاد باشد.
ثبات دما در فریزرهای آزمایشگاهی تنها یک ویژگی فنی نیست، بلکه بهطور مستقیم با کیفیت و اعتبار نتایج پژوهشی ارتباط دارد. تأکید بر گردش هوای دقیق، عایقبندی مناسب، کنترلر حساس و چیدمان اصولی میتواند به شکل قابل توجهی اختلاف دما را کاهش دهد. مجموعه آرمینکو در طراحی دستگاههای خود به این نکات توجه کرده و توانسته محصولاتی مطابق نیازهای تخصصی ارائه دهد.
