Stirling Ultracold ha recentemente lanciato un nuovo materiale a cambiamento di fase (PCM) da -70 °C, denominato Stirling Ultraguard Nella catena del freddo, il termine PCM è di uso comune, ma potrebbe non esserlo altrettanto nella comunità delle biotecnologie o delle scienze della vita. Tuttavia, solo perché il termine PCM non è di uso comune non significa che non lo abbiate mai incontrato. I materiali a cambiamento di fase di base utilizzati in ambito scientifico sono il ghiaccio e il ghiaccio secco. Questo articolo del blog illustrerà le nozioni fondamentali su cosa sia un PCM e su come possa essere utilizzato, inclusi i casi d’uso testati per Stirling Ultraguard.

Che cos'è il PCM?

Un PCM è un materiale che subisce una transizione di fase, espellendo calore (energia) quando viene raffreddato al di sotto di una certa temperatura. Questo fenomeno è chiamato calore latente di fusione. L'acqua è il PCM più comunemente utilizzato nella vita quotidiana. Al di sotto dei 32°F o 0°C, l'acqua si cristallizza in ghiaccio. Il calore latente di fusione durante questa transizione è di 334 kilo-Joule di energia per 1 chilogrammo di ghiaccio, o più comunemente scritto 334 kJ/kg (144 BTU/lb.).1.

Il ghiaccio secco è un altro PCM comunemente utilizzato nel settore delle scienze biologiche per la conservazione e il mantenimento di temperature ultrabasse (<40°C) durante la spedizione dei campioni. Il ghiaccio secco si ottiene liquefacendo l'anidride carbonica e iniettandola in un serbatoio di contenimento, dove viene congelata a una temperatura di -109° F e compressa in ghiaccio solido. A seconda che venga creato in una pellettizzatrice o in una pressa a blocchi, il ghiaccio secco può essere trasformato in pellet o in blocchi di grandi dimensioni.2 È atossico, ma infiammabile, e sublima direttamente da solido a gas con un calore latente di fusione di 197,71 kJ/kg (85 BTU/lb.).

Stirling Ultraguard è molto simile al ghiaccio secco, ma non richiede una fornitura regolare di anidride carbonica liquida per la produzione. Ultraguard è un PCM atossico a base di sale che, se raffreddato al di sotto di -86°C, passa dallo stato liquido a quello solido con un calore latente di fusione di 190 kJ/kg (81,7 BTU/lb.).

Perché è importante? Negli ultimi anni, diverse aree geografiche hanno registrato una carenza di anidride carbonica, che a sua volta ha causato problemi di approvvigionamento di ghiaccio secco.³ La situazione è diventata particolarmente critica quando Pfizer, Moderna e le società di logistica di terze parti hanno cercato di distribuire i vaccini a mRNA contro il COVID-19 in tutto il mondo a temperature estremamente basse.

Come si usa il PCM?

Gli usi dei PCM sono molteplici, come molteplici sono i tipi, con una gamma di temperature di conservazione. Per quanto riguarda il ghiaccio, è ottimo per raffreddare l'acqua potabile in una giornata calda o per tenerlo su un muscolo dolorante per combattere l'infiammazione. Il ghiaccio è ottimo anche in una borsa frigo per mantenere fredde le bevande in spiaggia.

Il ghiaccio secco viene spesso utilizzato quando è necessario mantenere freddo un campione per un periodo di tempo limitato. Che si tratti di un dispositivo di trasporto o di una postazione di lavoro, il ghiaccio secco viene utilizzato per mantenere i materiali biologici a temperature estremamente basse durante lo studio.

Presentazione del PCM Ultraguard per la conservazione in freezer a bassissima temperatura

Proprio come il ghiaccio in un frigo da spiaggia, l’Ultraguard all’interno di un congelatore a temperatura ultra-bassa (ULT) può aiutare a “mantenere il freddo” in caso di improvvisa interruzione di corrente o durante il trasporto del congelatore su brevi distanze, quando l’alimentazione elettrica potrebbe non essere disponibile. Infatti, questa soluzione PCM è stata progettata per l’uso con il congelatore Stirling Ultracold ULT25NEU, l’unico apparecchio ULT portatile del settore. Un ULT25NEU vuoto può essere utilizzato per condizionare (caricare) e, infine, conservare il PCM caricato insieme al contenuto critico del congelatore. Se utilizzati insieme, l’Ultraguard condizionato manterrà il congelatore ULT25NEU a una temperatura inferiore a -60 °C per oltre 8 ore.

In aree remote dove l’alimentazione elettrica non è sempre stabile o pulita e il ghiaccio secco è spesso introvabile, Ultraguard e ULT25NEU possono essere utilizzati insieme per proteggere termicamente materiali biologici critici da blackout e cali di tensione. Il congelatore ULT25NEU si è dimostrato efficace per la protezione a temperatura ultra-bassa da banco in laboratorio, ma con Ultraguard pre-condizionato al suo interno, non necessita più di una presa di corrente. Inoltre, in laboratorio o in una banca biologica, Ultraguard può rappresentare un ottimo piano di riserva o un accessorio per i congelatori verticali a temperatura ultra-bassa (ULT), al fine di proteggere ulteriormente i contenuti critici in caso di interruzione di corrente o calamità naturale, o persino fungere da isolamento aggiuntivo in un ambiente operativo estremamente caldo.

È difficile raggiungere e mantenere temperature bassissime, inferiori a -60°C. Ultraguard, dopo essere stato condizionato in un congelatore ULT, può ora contribuire a rendere queste temperature un po' più facili da raggiungere. Man mano che BioLife Solutions esplorerà nuovi casi d'uso di Ultraguard, non mancheremo di tenervi aggiornati.

Riferimenti