czwartek, 5 listopada, 2026
Godzinnik.pl Artykuł Sponsorowany Jak działają zamrażarki niskotemperaturowe?

Jak działają zamrażarki niskotemperaturowe?

Data publikacji:

Jak działają zamrażarki niskotemperaturowe?

Zamrażarki niskotemperaturowe to niezastąpione urządzenia szeroko stosowane szczególnie w laboratoriach, a także w przemyśle. Zamrażarka niskotemperaturowa do -86˚C zapewnia długotrwałą ochronę i przechowywanie wartościowych próbek biologicznych wykorzystywanych w zastosowaniach przemysłowych, klinicznych i badawczych na całym świecie. Zabezpieczenie integralności próbek jest wyjątkowo istotne i można to osiągnąć poprzez połączenie szybkiego powrotu temperatury, stabilności temperatury jak również wydajności operacyjnej w środowisku laboratorium.

Podział zamrażarek niskotemperaturowych

Wyróżniamy dwa typy konstrukcji zamrażarek niskotemperaturowych: poziome i pionowe. Zamrażarki niskotemperaturowe poziome oferują mniejszą utratę chłodu przez urządzenie w porównaniu do modeli pionowych. Wpływa na to fakt iż zimne powietrze pozostaje w skrzyni zamrażarki w czasie otwierania klapy. W modelach pionowych w wyniku otwarcia drzwi oraz wkładania i wyjmowania materiału następuje szybsza utrata zimnego powietrza, które ucieka w dół i zassanie górą powietrza ciepłego. Niestety poziome zamrażarki potrzebują dużo więcej miejsca w laboratorium w porównaniu do modeli pionowych. Pionowe zamrażarki ułatwiają optymalne wykorzystanie zajmowanej powierzchni w stosunku do oferowanej pojemności.

Układy chłodzenia w zamrażarkach niskotemperaturowych

Klasyczna konstrukcja zamrażarek niskotemperaturowych to układ kaskadowy złożony z dwóch kompresorów złączonych w tzw. kaskadę. Pierwszy kompresor schładza pierwotny układ urządzenia zaopatrzony w tzw. wymiennik ciepła. Po schłodzeniu układu wymiennika do temperatury ok -40 do -45°C pracę przejmuje drugi kompresor i schładza komorę zamrażarki do temperatury – 86°C. Prawidłowa i efektywna praca w takim układzie wymaga obu kompresorów. Układ kaskadowy stanowi prosty układ chłodzenia, łatwy do napraw, wykorzystujący dostępne w handlu czynniki chłodnicze który może pracować przy wysokich temperaturach otoczenia. Do prawidłowej pracy układ kaskadowy wymaga wentylatorów chłodzących przedział kompresorów i skraplacza.

Praca zamrażarki niskotemperaturowej może również opierać się na układzie jednokompresorowym złożonym z jednego pracującego kompresora. W tym układzie chłodniczym stosuje się autokaskadę umożliwiającą odpowiednie schładzanie całego układu do pracy -86°C. Uzyskanie tak niskich temperatur w układzie wykorzystującym jeden kompresor możliwe jest poprzez zastosowanie specjalnych mieszanin czynników chłodniczych a także dzięki bardzo precyzyjnemu wykonaniu układu chłodzenia. Układ jednokompresorowy nie wymaga zastosowania wentylatorów dla skraplacza. Zamrażarki niskotemperaturowe jednokompresorowe gwarantują utrzymanie odpowiedniej temperatury wyłącznie we właściwych warunkach otoczenia tzn.: zazwyczaj maksymalna temperatura pracy takiej zamrażarki niskotemperaturowej to +25°C.

Układ dwukompresorowy stanowi rozszerzenie układu jednokompresorowego. W tym przypadku w pracy biorą udział dwa niezależne od siebie układy jednokompresorowe. Układ dwukompresorowy to zwiększone bezpieczeństwo przechowywanych materiałów, szybsze schładzanie, możliwość pracy w wyższej temperaturze otoczenia oraz energooszczędność.

Zamrażarka niskotemperaturowa – Mechanizm działania

Zamrażarki niskotemperaturowe działają na zasadzie wymiany ciepła w oparciu o cykl sprężania gazu – chłodniczy cykl kompresji pary. W zamrażarkach niskotemperaturowych wykorzystuje się specjalne, bardziej wydajne czynniki chłodnicze. Działają one efektywnie przy bardzo niskich temperaturach. Czynnik chłodniczy sprężany jest za pomocą sprężarki, w wyniku czego jego temperatura wzrasta i przechodzi w stan gazowy. Następnie gorący, sprężony gaz przepływa przez skraplacz. Skraplacz odprowadza ciepło do otoczenia na zewnątrz zamrażarki, a w efekcie zachodzi ochłodzenie gazu i przejście w stan ciekły. Schłodzona ciecz trafia do zaworu rozprężnego, gdzie następuje jej gwałtowne rozprężanie. Wywołuje to drastyczne obniżenie ciśnienia i temperatury. W wyniku rozprężenia czynnik chłodniczy zmienia się w mieszankę cieczy i pary o bardzo niskiej temperaturze. W kolejnym etapie ta mieszanka przechodzi przez parownik , ulokowany wewnątrz zamrażarki. Na tym etapie czynnik chłodniczy pochłania ciepło z wnętrza zamrażarki i ulega odparowaniu. Następnie w postaci gazu powraca do sprężarki i cały cykl rozpoczyna się od początku.

Zamrażarka niskotemperaturowa – Zastosowanie w różnych dziedzinach nauki

Przechowywanie próbek w bardzo niskich temperaturach jest niezwykle istotne dla zachowania integralności próbek i ich właściwości. Zamrażarka niskotemperaturowa umożliwia przechowywanie próbek i materiałów w ekstremalnie niskich temperaturach, dlatego znajduje szerokie zastosowanie w wielu dziedzinach nauki.

Zamrażarki niskotemperaturowe to urządzenia szeroko stosowane w wielu dziedzinach nauki min.: w medycynie, biotechnologii, biologii molekularnej, genetyce, farmacji, ekologii, ochronie środowiska, kryminalistyce, kosmologii, inżynierii materiałowej jak również archeologii i paleontologii.

W medycynie służą do przechowywania szczepionek (szczególnie nowoczesnych szczepionek mRNA), osocza krwi oraz tkanek w celu zachowania ich stabilności a tym samym skuteczności. Zamrażarki niskotemperaturowe umożliwiają długoterminowe przechowywanie wrażliwych na degradację próbek DNA i RNA. Można w nich przechowywać próbki białek chroniąc je przed denaturacją oraz utratą aktywności biologicznej. Nadają się także do magazynowania kultur komórkowych (hodowle komórkowe, komórki macierzyste). Wykorzystywane są do przechowywania leków i substancji chemicznych w celu zabezpieczenia ich przed rozkładem chemicznym lub biologicznym.

Zamrażarki niskotemperaturowe stosowane są do badań i testów wytrzymałości materiałów w warunkach ekstremalnych np.: badania nad materiałami kosmicznymi. Umożliwiają symulację warunków ekstremalnych panujących w przestrzeni kosmicznej. Dodatkowo pozwalają na badanie wpływu niskich temperatura na organizmy żywe.

- Reklama -

W kryminalistyce zamrażarki umożliwiają przechowywanie próbek dowodów biologicznych (próbki DNA, krew, tkanki). Dzięki czemu próbki nie ulegają degradacji i można je wykorzystać do dalszych badań genetycznych i toksykologicznych.

Zamrażarki niskotemperaturowe mogą być wykorzystywane do przechowywania znalezisk biologicznych w postaci próbek organicznych (kości, tkanki, szczątki roślinne) pochodzących z wykopalisk archeologicznych. Stosowane są również do próbek kopalnych (próbek z lodowców, torfowisk i innych środowisk ekstremalnych) umożliwiając zachowanie ich w nienaruszonym stanie.

Korzyści przechowywania próbek biologicznych w zamrażarkach niskotemperaturowych

Zamrażarka niskotemperaturowa odgrywa kluczową rolę w nauce i badaniach. Umożliwia długotrwałe przechowywanie próbek biologicznych, chemicznych i materiałowych, a dzięki temu zachowanie ich integralności. Ma to fundamentalne znaczenie dla rozwoju nauki i nowoczesnych technologii. Przechowywanie próbek biologicznych w zamrażarkach niskotemperaturowych dostarcza wielu korzyści, które mają istotne znaczenie dla rozwoju nauki, medycyny i biotechnologii.

Długoterminowe przechowywanie próbek w niskich temperaturach skutecznie zatrzymuje procesy biologiczne min.: degradację DNA czy białek, rozkład enzymatyczny. W konsekwencji umożliwiając długotrwałe magazynowanie próbek bez utraty ich jakości i funkcjonalności. Zamrażarki niskotemperaturowe pozwalają zachować integralność próbek chroniąc je przed degradacją mikrobiologiczną, enzymatyczną czy oksydacyjną. Dlatego próbki nie tracą integralności strukturalnej i chemicznej i dzięki temu doskonale nadają się do badań, gdzie istotne znaczenie mają dokładne i powtarzalne wyniki.

Bardzo niskie temperatury wstrzymują rozrost bakterii, grzybów a także innych mikroorganizmów mogących zanieczyścić próbkę. Dlatego próbki przechowywane w zamrażarkach niskotemperaturowych doskonale nadają się do dalszych badań w każdym momencie. W zamrożonych próbkach biologicznych dochodzi do zatrzymania procesów metabolicznych. Ma to niezwykłe znaczenie w przypadku komórek, tkanek i organizmów. Można je później ożywić i wykorzystać w dalszych analizach.

Zamrażarka niskotemperaturowa umożliwia również przechowanie cennych i rzadkich materiałów, trudnych do zdobycia i odtworzenia. Dzięki zamrożeniu można je długoterminowo przechowywać i wielokrotnie wykorzystać. Dodatkową zaletą przechowywania materiałów biologicznych w zamrażarkach niskotemperaturowych jest możliwość przechowywania dużej ilości próbek i wykorzystanie ich w dowolnym momencie. Nie ma konieczności użycia całego materiału od razu.  Przechowywanie próbek z zamrażarkach niskotemperaturowych umożliwia również wykonywanie badań porównawczych. Poszczególne analizy mogą być wykonywane w różnych okresach czasu na przestrzeni lat. Zamrażarki niskotemperaturowe przyczyniają się do zachowania niepowtarzalnych zasobów genetycznych. Umożliwiają magazynowanie materiałów genetycznych gatunków roślin i zwierząt, które są zagrożone wyginięciem. W ten sposób można chronić gatunki, a także dokonać reintrodukcji organizmów w przyszłości.  

Przykłady zastosowania zamrażarek niskotemperaturowych w badaniach naukowych

Główne działania Katedry Badań i Biochemii (Śląski Uniwersytet Medyczny w Katowicach) obejmują badania:

  • Ocena stanu oksydacyjnego organizmu w przebiegu chorób metabolicznych (miażdżyca, cukrzyca, stłuszczenie wątroby, nadciśnienie, otyłość) oraz w chorobach jamy ustnej i przyzębia.
  • Badania nad oksydacyjną i zapalną teorią miażdżycy, w tym aktywnością anty- i prooksydacyjną, parametrami immunologicznymi oraz wpływem substancji przeciwutleniających w przebiegu miażdżycy i chorób towarzyszących.
  • Analiza profilu oksydacyjnego u osób narażonych na ciężkie zatrucia metalami (Pb, Cd, Zn) oraz u chorych na reumatoidalne zapalenie stawów.
  • Wpływ pierwiastków śladowych (np. selenu, siarki) na metabolizm organizmu.
  • Badania nad wpływem fluoru na właściwości pro- i antyoksydacyjne oraz zmiany biochemiczne w organizmie.
  • Badania właściwości przeciwutleniających metioniny oraz jej roli ochronnej w zatruciu fluorem.
  • Analiza wpływu spożycia nieutlenionych i utlenionych tłuszczów roślinnych i zwierzęcych na metabolizm i homeostazę.
  • Badania parametrów biochemicznych i statusu oksydacyjnego w hodowlach komórek nowotworowych (np. mysiego raka płaskonabłonkowego, czerniaka ludzkiego, ludzkiego gruczolakoraka płuc).
  • Badania nad wpływem krioterapii i pól magnetycznych na metabolizm organizmów żywych.
  • Badania zawartości biologicznie aktywnych heterocyklicznych związków aromatycznych zawierających azot oraz policyklicznych węglowodorów aromatycznych w żywności poddanej obróbce cieplnej.

Kluczowa rola zamrażarek niskotemperaturowych w nauce i technologii

Zamrażarki niskotemperaturowe stanowią niezastąpiony element współczesnych laboratoriów, w których precyzyjne przechowywanie próbek jest kluczowe dla sukcesu badań. Ich różnorodne zastosowania, od medycyny po archeologię, podkreślają ich ogromne znaczenie w wielu dziedzinach nauki. Dzięki zaawansowanym technologiom chłodzenia, zamrażarki te umożliwiają długoterminowe przechowywanie wartościowych próbek, zapewniając ich integralność i jakość. W ten sposób nie tylko wspierają bieżące badania, ale także pozwalają na zachowanie niepowtarzalnych zasobów biologicznych na przyszłość. To właśnie ich zdolność do zatrzymania procesów biologicznych i chemicznych w próbce czyni je jednym z najważniejszych narzędzi w rozwoju nauki i innowacji.

NAJNOWSZE INFORMACJE

Karolina Pilarczyk: Wiele osób częściej robi badania techniczne auta niż badania swojego organizmu. Zamiast plotkować, rozmawiajmy o zdrowiu

– Czasem jedna rozmowa, przypomnienie o badaniu czy przełamanie bariery strachu i wstydu mogą się stać pierwszym krokiem do uratowania czyjegoś życia – uważa Karolina Pilarczyk.

Paweł Szałamacha: System finansowy przygotowany na ataki na czwórkę z plusem. Długotrwała presja może ujawnić słabości

Polski system finansowy jest dobrze przygotowany na ataki, ale długotrwałe i powtarzające się działania mogą prowadzić do zakłóceń – ocenia Paweł Szałamacha, członek zarządu Narodowego Banku Polskiego.

Sztuczna inteligencja podnosi poprzeczkę dla młodych pracowników. Przekwalifikowanie stanie się codziennością rynku pracy

Sztuczna inteligencja przejmuje część prostych zadań, od których młodzi pracownicy zaczynali karierę w korporacjach. Jak ocenia prof. Jacek Męcina z Uniwersytetu Warszawskiego, oznacza to wyższe wymagania już na etapie rekrutacji.

Unia Europejska intensyfikuje dialog z Chinami. Rozmawia nie tylko o nierównościach w handlu, ale i relacjach z Rosją

Pod koniec października br. delegacja Komisji Handlu Międzynarodowego Parlamentu Europejskiego (INTA) udała się z kolejną wizytą do Chin, podczas której omówiono m.in. kwestie nierównowagi handlowej między UE a Chinami i obawy dotyczące dostępu do rynków.

Mieszkania pod klucz mogą się stać nowym standardem. Deweloperzy coraz uważniej przyglądają się potrzebom mieszkańców

Polacy najczęściej kupują nowe mieszkania w stanie deweloperskim i wykańczają je we własnym zakresie, choć oznacza to zwykle dodatkowe koszty, czas i konieczność organizacji prac.

Bronisław Komorowski: Zrobiła się moda na kryzysy i depresje. Po prostu trzeba rozwiązywać problemy

Zdaniem byłego prezydenta nie każdy problem trzeba traktować jako kryzys i nie każda trudna sytuacja musi oznaczać porażkę.

Kampania wyborcza 2027 pod znakiem nowych technologii. AI i dezinformacja mogą wpływać na decyzje wyborców

Media społecznościowe, algorytmy i narzędzia sztucznej inteligencji coraz silniej wpływają na to, jakie informacje docierają do wyborców i w jaki sposób oceniają oni kandydujących polityków.

Konsumenci szukają na półkach polskich produktów. Etykiety i oznaczenia mogą wprowadzać w błąd

Niedawna kontrola Inspekcji Jakości Handlowej Artykułów Rolno-Spożywczych (IJHARS) dotycząca mięsa wieprzowego wykazała przypadki oznaczania go jako produkt Polski, choć dokumentacja wskazywała na zagraniczne pochodzenie zwierząt. – Obecne certyfikaty i…

Polska wchodzi w erę robotów humanoidalnych. Pod Krakowem powstaje hub dla rozrywki, edukacji i biznesu

Ponad 30 robotów humanoidalnych ma funkcjonować od początku 2027 roku w rozwijanym pod Krakowem ekosystemie Alvernia Planet. Powstający hub Embodied AI ma łączyć immersyjną rozrywkę, edukację oraz praktyczne zastosowania humanoidów w biznesie.

Amerykanie odczuwają skutki drożyzny. To może kosztować republikanów większość w Kongresie

Rosnące koszty życia i niezadowolenie z sytuacji gospodarczej mogą zaważyć na wyniku wyborów połówkowych w USA i doprowadzić do przegranej republikanów.

Olga Bończyk: Rezygnuję ze smacznych, ale tłustych potraw, bo nie chcę przytyć. Moją ulubioną zupą jest pomidorowa

Aktorka podkreśla, że tradycyjna polska kuchnia ma szczególne miejsce w jej sercu i bardzo ceni sobie smaki, na których się wychowała, natomiast stara się dbać o sylwetkę i bardzo zwraca uwagę na to, jak jedzenie wpływa na jej organizm.

Banki wychodzą poza własne aplikacje. Chcą być bliżej decyzji zakupowych klientów

Liczba aktywnych użytkowników bankowości mobilnej w II kwartale 2026 roku wyniosła 28,1 mln, a tym samym wzrosła o nieco ponad 7 proc. w ujęciu rocznym – wynika z danych Związku Banków Polskich.

O TYM SIĘ MÓWI

Karolina Pilarczyk: Wiele osób częściej robi badania techniczne auta niż badania swojego organizmu. Zamiast plotkować, rozmawiajmy o zdrowiu

– Czasem jedna rozmowa, przypomnienie o badaniu czy przełamanie bariery strachu i wstydu mogą się stać pierwszym krokiem do uratowania czyjegoś życia – uważa Karolina Pilarczyk.

Paweł Szałamacha: System finansowy przygotowany na ataki na czwórkę z plusem. Długotrwała presja może ujawnić słabości

Polski system finansowy jest dobrze przygotowany na ataki, ale długotrwałe i powtarzające się działania mogą prowadzić do zakłóceń – ocenia Paweł Szałamacha, członek zarządu Narodowego Banku Polskiego.

Sztuczna inteligencja podnosi poprzeczkę dla młodych pracowników. Przekwalifikowanie stanie się codziennością rynku pracy

Sztuczna inteligencja przejmuje część prostych zadań, od których młodzi pracownicy zaczynali karierę w korporacjach. Jak ocenia prof. Jacek Męcina z Uniwersytetu Warszawskiego, oznacza to wyższe wymagania już na etapie rekrutacji.