Stirling Ultracold hat kürzlich ein neues Phasenwechselmaterial (PCM) für -70 °C unter dem Namen Stirling Ultraguard™ auf den Markt gebracht . In der Kühlkette ist „PCM“ ein gängiger Begriff, in der Biotech- oder Life-Sciences-Branche ist er jedoch möglicherweise weniger geläufig. Doch nur weil der Begriff PCM nicht geläufig ist, heißt das noch lange nicht, dass Sie noch nie damit in Berührung gekommen sind. Die grundlegenden Phasenwechselmaterialien, die in der Wissenschaft verwendet werden, sind Eis und Trockeneis. In diesem Blogbeitrag werden die Grundlagen von PCM erläutert und seine Einsatzmöglichkeiten aufgezeigt, einschließlich der getesteten Anwendungsfälle für Stirling Ultraguard.

Was ist PCM?

Ein PCM ist ein Material, das einen Phasenübergang durchläuft und Wärme (Energie) abgibt, wenn es unter eine bestimmte Temperatur abgekühlt wird. Dies wird als latente Schmelzwärme bezeichnet. Wasser ist das im Alltag am häufigsten verwendete PCM. Unter 32°F oder 0°C kristallisiert Wasser zu Eis. Die latente Schmelzwärme während dieses Übergangs beträgt 334 Kilojoule Energie pro 1 Kilogramm Eis, oder allgemeiner ausgedrückt 334 kJ/kg (144 BTU/lb.).1.

Trockeneis ist ein weiteres gängiges PCM, das im Bereich der Biowissenschaften für die Lagerung und Aufrechterhaltung extrem niedriger Temperaturen (<-40°C) während des Transports von Proben verwendet wird. Trockeneis wird hergestellt, indem Kohlendioxid verflüssigt und in einen Vorratstank eingeleitet wird, wo es bei einer Temperatur von -109° F gefriert und zu festem Eis komprimiert wird. Je nachdem, ob es in einem Pelletizer oder einer Blockpresse hergestellt wird, kann Trockeneis dann zu Pellets oder großen Blöcken verarbeitet werden.2 Es ist ungiftig, aber brennbar und sublimiert direkt von einem Feststoff zu einem Gas mit einer latenten Schmelzwärme von 197,71 kJ/kg (85 BTU/lb.).

Stirling Ultraguard ist dem Trockeneis sehr ähnlich, benötigt aber keine regelmäßige Versorgung mit flüssigem Kohlendioxid für die Produktion. Ultraguard ist ein ungiftiges, salzbasiertes PCM, das bei einer Abkühlung unter -86 °C von einem flüssigen in einen festen Zustand übergeht und eine latente Schmelzwärme von 190 kJ/kg (81,7 BTU/lb.) aufweist.

Warum ist das wichtig? In den letzten Jahren kam es in verschiedenen Regionen zu einer Verknappung von Kohlendioxid, was wiederum zu Problemen bei der Versorgung mit Trockeneis führte.³ Dies wurde zu einer äußerst kritischen Situation, als Pfizer, Moderna und externe Logistikunternehmen versuchten, COVID-19-mRNA-Impfstoffe weltweit bei extrem niedrigen Temperaturen zu verteilen.

Wie wird PCM verwendet?

Es gibt zahlreiche Verwendungsmöglichkeiten für PCM, da es verschiedene Arten mit unterschiedlichen Lagertemperaturen gibt. Eis eignet sich hervorragend zum Kühlen von Trinkwasser an heißen Tagen oder zum Festhalten eines schmerzenden Muskels, um Entzündungen zu bekämpfen. Eis eignet sich auch hervorragend für eine Kühlbox, um Getränke am Strand kalt zu halten.

Trockeneis wird häufig verwendet, wenn eine Probe für einen begrenzten Zeitraum gekühlt werden muss. Ob in einem Transportbehälter oder an einem Arbeitsplatz – Trockeneis wird eingesetzt, um biologische Materialien während der Untersuchung extrem kalt zu halten.

Einführung von Ultraguard PCM für die Lagerung in Ultratiefkühlschränken

Ähnlich wie Eis in einer Strandkühlbox kann Ultraguard in einem Ultra-Tiefkühlschrank (ULT) dazu beitragen, die Kälte bei einem plötzlichen Stromausfall oder während des Transports mit begrenzter Reichweite aufrechtzuerhalten, wenn möglicherweise kein Strom zur Verfügung steht. Tatsächlich wurde diese PCM-Lösung für den Einsatz mit dem Stirling Ultracold ULT25NEU -Gefrierschrank entwickelt, dem branchenweit einzigen tragbaren ULT-Gerät. Ein leerer ULT25NEU kann zum Konditionieren (Befüllen) und schließlich zum Aufbewahren des befüllten PCM sowie wichtiger Gefrierinhalte verwendet werden. Bei gemeinsamer Verwendung hält konditioniertes Ultraguard die Temperatur ULT25NEU Gefrierschrank über 8 Stunden lang unter -60 °C.

In abgelegenen Regionen, in denen die Stromversorgung nicht immer stabil oder sauber ist und Trockeneis oft nicht verfügbar ist, können Ultraguard und der ULT25NEU gemeinsam eingesetzt werden, um kritische biologische Materialien thermisch vor Stromausfällen und Spannungsabfällen zu schützen. Der ULT25NEU hat sich im Labor als Tischgerät für den Schutz bei extrem niedrigen Temperaturen bewährt, benötigt jedoch mit einem konditionierten Ultraguard im Inneren keinen Stromanschluss mehr. Darüber hinaus kann Ultraguard im Labor oder in einer Biobank als hervorragende Notfalllösung oder als Zubehör für aufrecht stehende ULT-Gefrierschränke dienen, um kritische Inhalte bei Stromausfällen oder Naturkatastrophen zusätzlich zu schützen oder sogar als zusätzliche Isolierung gegen eine extrem warme Betriebsumgebung zu wirken.

Ultra-Tiefsttemperaturen unter -60°C sind schwer zu erreichen und zu halten. Ultraguard, das in einem ULT-Gefriergerät konditioniert wurde, kann nun dazu beitragen, dass diese Temperaturen etwas leichter erreicht werden können. Wenn BioLife Solutions neue Anwendungsfälle für Ultraguard erforscht, werden wir Sie auf dem Laufenden halten.

Referenzen