知识 在生物材料保存方面,冷冻干燥与传统冷冻相比有何优势?精确保存样品
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技术团队 · Kintek Solution

更新于 3 周前

在生物材料保存方面,冷冻干燥与传统冷冻相比有何优势?精确保存样品

冷冻干燥(冻干)和传统冷冻都用于保存生物材料,但两者在过程、结果和应用上有很大不同。冷冻干燥在冷冻后通过真空升华去除水分,比传统冷冻能更好地保存细胞结构和生化完整性,因为传统冷冻会造成冰晶破坏。冷冻干燥无需冷藏即可提供出色的货架稳定性,保持原有的质地/颜色,并降低污染风险。传统冷冻法在短期储存方面更简单、更便宜,但随着时间的推移会影响样本的质量。实验室冷冻干燥机 实验室冻干机 可对敏感生物样本进行精确控制,而传统冷冻则适合结构保存要求不高的批量存储。

要点说明:

  1. 工艺机制差异

    • 冷冻干燥 :结合冷冻和真空升华,去除 95-99% 的水分。首先冷冻生物材料,然后将其置于真空中,使冰直接转化为蒸汽(升华),绕过液相。
    • 传统冷冻 :只需将温度降至零下 20°C 或更低,将样本中的水冻结成冰。由于没有脱水,材料在储存/解冻过程中容易产生冰晶。
  2. 结构保存

    • 冷冻干燥可将冰晶的形成降至最低,从而保持多孔、完整的细胞结构。对以下情况至关重要
      • 实验室样品(酶、抗体)
      • 需要复溶的药品
      • 食品质地/风味保持
    • 传统冷冻会导致
      • 冰晶膨胀导致膜破裂
      • 蛋白质变性
      • 解冻后滴水损失(如冻肉中 15-30% 的细胞液)
  3. 稳定性和储存

    • 冻干材料:
      • 室温下稳定(保质期 2-5 年)
      • 无需冷链(每年每吨可节省 1,200 美元以上的运输费用)
      • 微生物污染风险较低
    • 冷冻材料:
      • 需要持续 -20°C 至 -80°C 的储存温度
      • 数月内因再结晶而降解
      • 易受停电影响
  4. 操作因素

    • 实验室冷冻干燥机 优点
      • 干燥速度比真空烘箱快 3-10 倍
      • 比传统方法节能 50-70
      • 无氧处理(保留抗氧化剂)
    • 传统冷冻
      • 前期设备成本较低
      • 操作更简单(无真空系统)
      • 初始加工速度更快
  5. 经济考虑因素

    • 冷冻干燥的初始成本较高(实验室设备的初始成本为 1.5 万至 5 万美元),但是
      • 消除了经常性制冷费用
      • 减轻运输重量(可去除高达 90% 的水分)
      • 最大限度地减少产品损耗(<1% 与 5-15% 的冷冻相比)
    • 传统冷冻适合
      • 大批量、短期储存
      • 材料对结构损坏不那么敏感
  6. 特定应用的适用性

    • 选择冷冻干燥用于
      • 疫苗和生物制剂(如 mRNA 的稳定性)
      • 微生物培养物保存
      • 高价值食品成分(如益生菌)
    • 传统冷冻适用于
      • 大宗食品(蔬菜、海鲜)
      • 临时样品储存(<6 个月)
      • 对低温保护剂耐受性高的材料

您是否考虑过冷冻过程中冰晶大小对保存后存活率的影响? 实验室冷冻干燥机 实验室冻干机 可控制成核,以实现最佳的晶体形成--这是与不受控制的传统冷冻相比的关键优势。这种精确性使冻干技术成为现代生物保存和制药业不可或缺的技术。

总表:

指标 冷冻干燥 传统冷冻
工艺 冷冻 + 真空升华(去除 95-99% 的水分) 简单冷冻(不脱水)
结构完整性 保留细胞结构;冰损伤最小 冰晶会导致膜破裂和蛋白质变性
保质期 室温下 2-5 年 需要持续 -20°C 至 -80°C 的储存;数月后降解
储存成本 无需冷藏(每年每吨可节省 1,200 多美元) 长期冷冻的能源成本高
初始成本 较高(实验室设备为 15k-50k 美元) 前期设备成本较低
最适合 疫苗、生物制品、微生物培养物、高价值食品配料 大宗食品、短期储存(<6 个月)

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