细胞程序降温仪

      

1.产品简介

      上海智矩未来最新推出的CodeFreeze-30智能细胞程序降温仪采用免液氮斯特林制冷技术，控温精准，可以有效保证各阶段降温速度的稳定。该型细胞程序降温仪最大降温速度5℃/min，最低温度低于-110℃；产品可以进行3Q认证，有效满足GLP和GMP实验室或工厂的使用需求。

       CodeFreez-30型细胞程序降温仪适合于那些类型细胞的冷冻保存：

       （1）诱导多能干细胞（iPSC），

       （2）间充质干细胞（MSC），

       （3）免疫细胞（如T细胞、NK细胞、外周血单核细胞PBMC、巨噬细胞、DC细胞）；

       （4）精子、卵子、胚胎；

       （5）神经细胞

 

2、主要特点

      2.1 “相变智控”专利技术，保证相变前后细胞样品降温速度一致，提高细胞复苏活率10-20%

       上海智矩未来的程序降温仪拥有“相变智控”专利技术，消除了传统程序降温仪在相变阶段（细胞样品从液相转变为固相的过程称为相变）后期出现在样品降温的速度远大于设定降温速度的问题；通过相变智控技术，在相变阶段仍可以将样品温度下降速度保持在用户设定的降温速度上，极大的减少了由于降温速率加大导致的细胞损伤，与未采用“相变智控”技术的程序降温仪相比，细胞冷冻复苏后的活率可以提升10-20%。

图1：相变过程中，细胞样品的降温速度变化

       图1中，左图为使用普通程细胞程序降温仪的设备温度曲线（蓝色）和细胞样品曲线（紫色)。右图为智控未来具有”相变智控“技术的细胞程序降温仪的设备温度曲线(蓝色）和细胞样品曲线（紫色）。红圈为细胞样品发生相变的阶段，紫色曲线为细胞样品的温度曲线，蓝色曲线为设备的温度曲线，均在相变阶段进行2℃/min的速度进行降温。

   左图为不具备相变智控技术的程序降温仪，其在相变后期细胞样品的降落速度达到6℃/min（红线）远大于相变前样品的2℃/min（黄线）的降温速度（黄线与红线不保持平行）。右图为使用上海智矩未来具有”相变智控“功能的程序降温仪，其在相变后期，样品的降温速度仍维持在2℃/min，与相变前降温速度保持一致（黄线与线线保持平行）。

       注：相控智变相关专利： 一种防止因相变导致过快降温的细胞程序降温仪 专利号：2026101526708

 

      2.2 细胞冻存样品的数字化管理

      上海智矩未来细胞程序降温仪独家配置了二维码扫描器，配合具备的二维码冻存管，可以轻松实现冻存样品的数字化管理，细胞程序降温仪秒变迷你生物样本库。精准记录每一支冻存管的存放位置，具备生物样本冻存管存入、取出和检索管理功能。

图2：样品库管理软件截图

 

 

 

        注：样品库管理相关专利：一种具有扫码功能的细胞程序降温仪   专利号：2025119981089

 

 

         2.3 高导热率、高比热容金属底座设计，批内样品降温速率差异小于5%

       采用高导热率、高比热容的铝合金全属底座设计，相比液氮法细胞程序降温仪通过低导热率和低比热容的空气导热，智矩未来的细胞样品间的降温速率一致性要明显传统液氮法细胞程序降温仪，其批内样品降温速率差异小于5%，细胞复苏活率的一致性明显高于液氮法程序降温仪。

图3：铝合金金属底座

 

2.4 免液氮，使用更方便

        上海智矩未来的细胞程序仪使用斯特林制冷机，只需要插入220V市电即可使用，无需事先准备液氮，也无需另外配置液氮罐。客户使用更方便，也减少因使用液氮带来的潜在污染。

  由于无需配置液氮罐，产品占地面积小，约相当于两台电脑主机大小，可以很轻松的放入细胞房内使用。

 

3、主要技术参数

         最大冷却速率：5℃/min

     最低温度：    <-110℃

     制冷方式：    斯特林制冷，无需液氮

     控温精度：      ±0.5℃/min

     冷冻模块：    2mlX30管，可定制

     样本温度探头：3个

     扫描器：        有

     样本库管理：  具备冻存管生物样品存入、取出和检索管理功能

     显示与控制：  10.1寸触控屏

     追溯管理：      有

 

 

4、使用案例

4.1 实例一：使用程序降温仪后，iPSC(诱导多能干细胞）冷冻复苏后的细胞活率明显高于普通降温盒，细胞复苏活率提高20-30%。

图4：iPSC（诱导多能干细胞）在使用同样的冻存保护剂下，使用程序降温仪可将细胞复苏活率提升20-30%。

       图4显示降温盒与降温仪对iPSC冷冻复苏后的比较，分别使用4种不冻存保护剂进行比较；使用同样的冻存保护剂下（DMSO二甲基亚砜；EG乙二醇；PG丙二醇；GLY甘油），使用程序仪iPSC诱导多能干细胞的冷冻复苏后的活细胞比例（左轴）明显高于降温盒组（降温速度1℃/min），复苏法率提升20-30%。

注：引用文献：Igor  Kathy; DMSO-free programmed cryopreservation of fully dissociated and adheren human induced pluripotent stem cells. Stem cells international.

 

4.2 实例二： 使用程序降温仪冷冻间充质干细胞，能更好的保留间充质干细胞的生理功能和活性；程序降温仪组的间充质细胞冻存和复苏前后的倍增时间保持一致，表面标志物的表达均保存一致。而普通降温盒组的间充质干细胞冻存和复苏前后的倍增时间明显延长20%以上，部分表面标志物CD73下降达15%。

图5、间充质干细胞未冻存组、程序降温仪组和普通降温盒细胞复苏的培养显微境下图，普能降温盒组细胞复苏后其细胞增速明显慢于程序降温仪组和未冻存组间充质干细胞，而程序降温仪组和未冻存组组间充质干细胞生长基本保持一致。

        冷冻MSC细胞复苏后，培养5天、8天、12天的照片。程序降温仪与未冻存组未没明显差异，而普通降温盒的细胞生长明显慢于未冻存组和程序降温仪组

       表1数显示冷冻的MSC细胞复苏后，普通降温盒的MSC细胞的倍增时间明显慢于程序降温仪组和未冻存组，而程序降温仪与未冻存组基本保持一致。

                                            表1：细胞倍增时间

组别	倍增时间
未冻存组	54.0±2.4h
程序降温仪组	54.4±3.1h
普通降温盒组	61.3±1.9h

 

      表2：冷冻的MSC细胞复苏后，普通降温组的MSC细胞计数明显少于程序降温仪级和未冷冻组

                                                      表2：Day12细胞计数

组别	细胞计数
未冻存组	812±14.3K
程序降温仪组	794±12.1k
普通降温盒组	452±18.2k

 

         对三组的MSC细胞表面标志物进行的定量检测，结果发现在多个表面标志物的表达上，三组存在差异。对于MSC阴性指标CD34、CD45，三组均为低表达。在MSC的特异性表达标志物CD73、CD105上，普通降温组的表达明显低于未冷冻组和程序降温仪组，表明普通降温盒组细胞的生理功能己与未冷冻组发生变化。

表3：间充质干细胞未冻存组、程序降温仪组和普通降温盒组表面标志物的检测情况

标志物	未冷冻组	程序降温仪组	普通降温盒组
CD34	0.05	0.04	0.05
CD45	0.01	0.03	0.03
CD73	0.83	0.82	0.68
CD90	0.85	0.86	0.82
CD105	0.81	0.79	0.74

 

         

注：引用文献：Sharath Belame;DMSO and Serum free cryopreservation of Wharton’s Jelly Tissue Isolated from human umbilical cord.Journal of cellular biochemistry 117:2397-2412(2016).

 

 

4.3 实例三：      小脑神经元细胞颗粒细胞的最佳冷冻降温速率

      对小脑神经元细胞颗粒细胞进行了不同降温速率下的细胞进行了复苏后的活性检测，结果显示3.1℃/min其最佳的冷冻降温速率，在降温速率下，其复活细胞比例最高。

图6：不同降温速率对小脑神经元颗粒细胞复苏活率的影响，3.1℃/min是其最佳冷冻降温速率

           图6中实体柱降温终点-48℃，空心柱降温终点-24℃，在同一降温速率下，降温终点-24℃组的细胞活率明显低于降温终点-48℃组。在降温终点-48℃组中，降温速度为-3.1℃/min下，细胞的冷冻复苏后的活率最高，是其最佳的冷冻降温速率。

注：引用文献：Celeste Robert; Cryoprestervation by slow cooling of rat neuronal cells. Crybiology 72(2016)191-197.

 

5. FAQ 常见问题

5.1 有了普通的降温盒，为什么还需要使用程序降温仪？

      依据低温生物学创始人Mazure的理论，每一种细胞的冷冻复苏活率与细胞冷冻速率之间呈倒U形曲线，每一种细胞均存有一个最佳的冷冻降温速率，冷冻速率超过这个最佳降温速率，容易在细胞形成冰晶，导致细胞损伤。冷冻速率低于这个最佳降温速率，会导致细胞受到高渗损伤。

  普通降温盒无法控制盒样品的降温速率，也就无法给不同的细胞提供最佳的降温速率。如需要获得最佳的细胞冷冻复苏效果，就需要使用程序降温仪，其可以按照用户的设定，让细胞样品按设定降温速率降温。所以对于降温速率敏感型的细胞，为获得最佳的复苏活率，推荐使用细胞程序降温仪。部分文献数据显示，对于降温速率敏感型的细胞，使用程序降温仪后，可以将其细胞冻存细胞复苏活率提升20-30%，比如诱导多能干细胞、间充质干细胞、NK细胞等。  

图7：细胞复活活率与细胞降温速率的倒U字形曲线

           上图中，鼠卵细胞最佳降温速度为1℃/min，淋巴细胞的最佳降温率为15℃/min，红细胞的最佳降温速率为1000℃/min。

注：引用文献：Mazur,Peter; Freezing of living cells:mechanisms and implication.Am.J.physiol.247:C125-C142,1984

 

5.2 不同类型的细胞，其最佳的降温速率是多少？

     不同类型的细胞均有其最佳的降温速率，其一般在0.5-5℃/min之间，详见下表。

表4、不同类型细胞的最佳降温速率

细胞类型	最佳降温速率	细胞类型	最佳降温速率
干细胞	0.5-3	原代细胞	1-2℃/min
人上皮细胞	1-3 ℃/min	哺乳动物细胞系	1℃/min
精子	1-10℃/min	卵细胞	0.5-2℃/min
胚胎	0.2-0.8℃/min	酵母细胞	7℃/min
小鼠骨髓干细胞	1.6℃/min	人红细胞	1000℃/min

 

5.3 普通的降温盒可以实现1℃/min的降温速度吗？

  答案是不可以。如下图：

图8：降温盒的温度下降曲线与降温速率

       图中蓝色为降温盒中的温度（左轴），红线为降温的速度（右轴）。从上图可以看到，随着降温盒内温度的下降，其降温速率从1℃/min，逐步下降到0.2℃/min，所以降温盒无法保持近似1℃/min的降温速度。

  我们从物理原理上来分析原因：根据热传导公式

          Q=-λA(∆T/∆x)；

其中：

  Q:热流量（单位：W），表示总的热量传递速率，数值越大，升降温越快。

  负号：表示热量传递的方向与温度升高的方向相反。

 λ：导热系数，材料固有属性，与材料有关。

 A：传热面积，面积越大，单位时间传递的总热量越多。

 ∆T：温度差

 ∆x：传热距离

 ∆T/∆x：温度差大，距离越短，传热越快。

   从上述公式，可以看到在现实场景中，∆T是影响降温速率的主要因素。当程序降温盒放入-80冰箱后，冰存管与外界的温差会呈现一个由高到低的过程，所以冰存管必然会呈现一个由高到低的降温速率，也无法实现各厂家宣称的近似1℃/min的降温速率。

 

5.4 程序降温仪的降温方式有那几种？不同降温方式优劣势的比较？

    程序降温仪的降温方式主要是两种，

 第一种是液氮法：

   其原理是将液氮喷射封闭腔体内，液氮吸收热量气化后，实现空腔内温度的降低；通过控制液氮的喷射量，来实现降温速度的控制。

 第二种是免液氮法：

   其原理是使用深冷型制冷机（常见为的斯特林制冷机），实现低温制冷，最低温度可达-100℃以下。由于通过电控制制冷机的功率大小来控制程序降温仪的降温速率，其控温精度要远大于液氮法制冷。

            表5：液氮法和免液氮法优劣势比较     

	液氮法	免液氮法
使用成本	高，需要液氮	只需要电费
降温速度精度	一般	高
最大降温速度	50-99℃/min	5-10℃/min
最低温度	<-100℃	<-100℃
样本量	大	一般
使用便捷性	低，需事先液氮	高，通电即可使用
批内样品降温速率差异性	大	小
可编程降温	是	是
设备体积	大	小

          从上表中，我们可以看到，由于液氮法使用液氮喷射汽化制冷，可以在较短时间内获得大量冷量，相比免液氮法其可以获得很高的降温速率和较大的样本量，更适合工业化的大生产使用。免液氮法则由于使用电制冷，不消耗液氮，使用成本低；另一面其采用电控制，降温速度控制精度更高，批内样品降温速率差异性更小，更适合科研用户或工业用户的研发和小试阶段。

 

5.5 为什么智矩未来细胞程序降温仪的批品样品降温速率差异性要小于液氮法程序降温仪？

  液氮法程序降温仪通过降低空腔内空气的温度，再降低细胞样品的温度，容易出现空腔内温度分布不均，且始终存在波动。另一方面由于空气存在导热速度慢，且比热容小，进一步导致了设备空腔内温度分布的不均匀，温度分布的不均匀导致设备空腔内样品降温速率差异性增大，最终影响样本冷冻复苏后的批内差异性。

  智矩未来采用金属底座直接导热细胞冻存样品管，金属导热速度快，导热均匀，另一面由于金属比热容大，温度波动小，进一步导致了金属底座中细胞样品降温速率的一致性好，差异性小。最终保证了样品冷冻复苏后的批内差异性要小于液氮法程序降温仪。

 

5.6有那些因素会影响细胞冻存复苏后的活率。

   有多种因素会影响细胞冻存复苏后的活率，主要有以下4种：

  （1）细胞的生长状态和细胞密度：一般要求冻存前细胞处于对数生长期，冻存细胞的密度在10⁶-10⁷细胞/ml；

  （2）细胞冻存保护液：最常用的细胞冻存保护液是DMSO，一般使用浓度在5-10%之间，但DMSO对细胞有一定的毒性。可以联合或单独使用白蛋白、血清等非化学类的冻存保护液，或者使用商售的冻存保护液。

  （3）冻存过程中的降温速率：通常细胞冷冻采用慢速降温法，一般细胞冻存的最佳降温速度为0.5-5℃/min。普通降温盒无法实现稳定的降温速度控制，建议使用程序降温仪进行降温速度控制，以获得最佳的细胞冻存复苏后的活率。

  （4）细胞复苏升温方式：通常细胞的复苏采用快速复温，一般采用37℃水浴，如对复苏有更高要求可以采用细胞复苏仪。

 

5.7 如何解决细胞冷冻复苏后，细胞复苏活率批内差异大的问题？

   在液氮法的程序降温仪中容易出细胞复活率批内差异大的问题，主要是由于液氮法采用空气导热，其导热率低、比热容小，导致出现细胞各处降温速率差异大，且波动，最终导致细胞复苏活率批内差异大。

   解决程序降温仪细胞复苏活率批内差异大的最佳办法是选用金属底座导热，其导热率高，比热容大，实现各处均一速度降温，保证了细胞复苏活率批内差异小。

   如果对细胞复苏活的批内差异有较高要求，可以选择免液氮法细胞程序降温仪。目前市售的免液氮法细胞程序降温仪大多采用金属底座对冻存样品降温，批内样品细胞复苏活率差异小。智矩未来的细胞程序降温仪，采用铝合金底座，细胞复苏活率批内差异性小于5%。

 

6、部分客户

  （1）中国科学院生命科学院

  （2）复旦大学

  （3）上海交通大学

  （4）上海科技大学

  （5）浙江大学

  （6）南京大学

  （7）中国医学科学院

  （8）中山大学

  （9）深圳先进研究院

 

7、关于我们

  上海智矩未来生命科技有限责任公司是一家专业的生命科学仪器的研发、生产和销售公司。公司团队成员在生命科学仪器领域拥有超过20年以上的工作经验，致于为客户提供更好使用体验的生命科学仪器。

  公司的主要产品有远程温度监控仪、细胞程序降温仪、LNP纳米脂质颗粒制备仪、类器官点胶仪、全自动渗透压检测系统、芯片电泳仪、数字ELISA等。