文/Kerstin Hermut-Kleinschmidt

高效管理冰柜與樣本建議 // 實(shí)驗(yàn)室中最大的耗能設(shè)備是冰柜，需要為此付出的成本相當(dāng)高，采取合理化建議后，能夠降低該部分費(fèi)用；2018年，將會(huì)有一場(chǎng)實(shí)驗(yàn)室節(jié)能項(xiàng)目大競(jìng)賽。

實(shí)驗(yàn)室消耗資源巨大，尤其是電力能源系統(tǒng)，其中，冰箱或冰柜占據(jù)較大比重；冰柜，尤其是老型號(hào)冰柜每天耗能比單戶住宅高出30千瓦時(shí)。同時(shí)，實(shí)驗(yàn)室，特別是分子生物學(xué)實(shí)驗(yàn)室中的許多樣本必須在低溫下保存。在分子生物學(xué)實(shí)驗(yàn)室中，能耗成本占據(jù)實(shí)驗(yàn)室總成本的5%左右，但是，如果采用一些非常簡(jiǎn)單的方法則能夠降低該筆費(fèi)用。

圖 樣品的儲(chǔ)存和冷卻需要大量能量，節(jié)能行業(yè)潛力巨大圖片來源：paul_burns - stock.adobe.com

出于節(jié)能減耗考慮，近幾年來，美國(guó)大學(xué)的實(shí)驗(yàn)室中出現(xiàn)“冰箱挑戰(zhàn)賽”運(yùn)動(dòng)，推廣“最佳實(shí)踐方法”、鼓勵(lì)模仿節(jié)能的最佳實(shí)踐方法。

2017年，由“我的綠色實(shí)驗(yàn)室”和“I2SL-國(guó)際可持續(xù)發(fā)展實(shí)驗(yàn)室”兩大組織在美國(guó)組織了一場(chǎng)“冰箱挑戰(zhàn)賽”；200多家實(shí)驗(yàn)室參與了該項(xiàng)節(jié)能挑戰(zhàn)賽、節(jié)約的電力能源大約270萬(wàn)千瓦時(shí)——相當(dāng)于減少二氧化碳排放1900噸。處置的廢棄樣本超過20萬(wàn)件，需要廢棄低效的冷凍機(jī)，同時(shí)，也需要避免購(gòu)買新的冷凍機(jī)。2017～2018年，該廠競(jìng)賽已成為國(guó)際性競(jìng)賽：來自世界各地的公共機(jī)構(gòu)、大學(xué)和公司實(shí)驗(yàn)室均參與到綠色實(shí)驗(yàn)室競(jìng)賽中，平衡自身的能源利用狀況并通過各種措施贏得獎(jiǎng)品。歐洲一級(jí)可持續(xù)發(fā)展實(shí)驗(yàn)室協(xié)會(huì)Egnaton同樣積極支持該競(jìng)賽活動(dòng)。除獲得國(guó)際獎(jiǎng)項(xiàng)外，歐洲的三大最佳實(shí)驗(yàn)室獲得了Egnaton歐洲實(shí)驗(yàn)室協(xié)會(huì)獎(jiǎng)（參見本刊提示）。

樣本管理和冷凍設(shè)備管理的好處是什么？

通過冷凍設(shè)備維護(hù)保養(yǎng)能夠節(jié)約12%至25%的電力能源，不僅在生態(tài)環(huán)境方面為實(shí)驗(yàn)室?guī)砹撕锰?，也在?jīng)濟(jì)上為實(shí)驗(yàn)室?guī)砹撕锰帲好绹?guó)每個(gè)冰箱的平均節(jié)約潛力高達(dá)280美元。

什么樣的冷凍設(shè)備管理方式最佳？首先，定期除霜有助于降低能耗、延長(zhǎng)冰柜和冰箱的使用壽命。冰箱、冰柜中的冰層能夠增加能源消耗10%至50%，制冷壓縮機(jī)必須更積極運(yùn)行才能保持冰箱設(shè)定的溫度，加重了壓縮機(jī)的工作負(fù)荷、縮短壓縮機(jī)使用壽命；在最糟糕的情況下，冰會(huì)損傷冰箱門，進(jìn)一步降低制冷能力，同樣危害到冰箱內(nèi)保存的樣本。

首先，應(yīng)定期檢查過濾灰塵過濾器，最好一個(gè)月檢查一次并進(jìn)行清潔，必要時(shí)更換濾芯。密封性能好的過濾器一方面需要防止空氣進(jìn)入冷凝器，從而避免從冷藏箱內(nèi)部空氣散發(fā)出去；其次，密封性能好的過濾器能夠避免將沉積的污垢送入冷凝器內(nèi)并積留。該層灰塵能夠阻礙高效散熱——冷凝器必須更加努力工作，從而消耗更多能源并縮短冷凝器的使用壽命。

其它節(jié)能措施同樣包括冰箱內(nèi)樣本庫(kù)存的盤點(diǎn)與良好的樣本分類管理方式。始終保持冰箱內(nèi)的存儲(chǔ)量是最新采集到的樣本能夠有效避免不必要的樣本占據(jù)冰箱內(nèi)空間。利用小型試管、微孔板或深孔板（高密度存儲(chǔ)）等緊湊性樣本存儲(chǔ)方法也能確保最佳的空間利用率；最后，無論是Excel文件還是條形碼系統(tǒng)，樣本庫(kù)存盤點(diǎn)都能夠幫助您快速確定樣本位置，既能夠節(jié)約時(shí)間也可以節(jié)省冰箱。因?yàn)?，每打開冰箱一分鐘，冰箱壓縮機(jī)就需要工作十分鐘來降溫，達(dá)到冰箱門開啟前設(shè)定的溫度。

建議：注意冰箱溫度

許多樣本和試劑盒都要在零下80攝氏度的環(huán)境中存放。大多數(shù)蛋白質(zhì)、細(xì)菌、酵母和真菌能夠在-70攝氏度的環(huán)境中保存數(shù)年。試劑盒的生產(chǎn)廠家也建議在-70攝氏度的環(huán)境中保存某些試劑盒。根據(jù)冷凍設(shè)備的具體型號(hào)，將溫度提高到-70攝氏度能夠節(jié)約高達(dá)40%的電力能源。許多大學(xué)已經(jīng)改變了冰箱溫度設(shè)置：例如，Boulder大學(xué)50%的冰箱能夠在-70攝氏度環(huán)境中工作；疾病控制和防治中心也因改變冰箱溫度而節(jié)約40%的電力能源；另外，無論是分子生物學(xué)還是蛋白質(zhì)，許多種樣本都不一定必須在-70攝氏度環(huán)境中存放，只需-20攝氏度就足夠，尤其是只需短時(shí)間存放的樣本。正如標(biāo)準(zhǔn)的基因組DNA與核糖核酸RNA的穩(wěn)定性檢驗(yàn)：在-20攝氏度和在-80攝氏度環(huán)境中保存的樣本檢驗(yàn)結(jié)果沒有區(qū)別。無論是在-20攝氏度還是在-80攝氏度環(huán)境，保存一個(gè)月的樣本RNA核糖核酸樣本均具有相同的穩(wěn)定性。該想法同樣適用于DNA檢測(cè)：在上述兩個(gè)溫度環(huán)境中保存24個(gè)月的樣本具有相同的穩(wěn)定性。

按照傳統(tǒng)觀念，DNA基因樣本和RNA核糖核酸樣本需要在低溫環(huán)境中保存。多年來，新發(fā)明的方法能夠在室溫下保存DNA基因樣本與RNA核糖核酸樣本，例如，將DNA固化在特殊浸漬處理的纖維素卡片上，保存在特殊的專業(yè)基質(zhì)或保存在特殊的玻璃-金屬管中。將DNA保存在特殊浸漬處理的纖維素卡FTA上的方法非常簡(jiǎn)單、快捷。所謂的FTA就是經(jīng)過特殊處理的纖維素，能夠用來保存被測(cè)樣本，例如，血液、植物或細(xì)菌細(xì)胞。將它們滴在該纖維素卡片上，然后進(jìn)行干燥就能夠長(zhǎng)期存放。細(xì)胞表面開裂后，釋放的DNA能夠固定在纖維素基質(zhì)中?？赡艹霈F(xiàn)的核酸酶不會(huì)因基質(zhì)保護(hù)層改變其性質(zhì)，并且，存儲(chǔ)階段中的微生物生長(zhǎng)同樣受到抑制。據(jù)纖維素卡生產(chǎn)廠家GE Healthcare公司介紹：FTA卡的樣本保存時(shí)間長(zhǎng)達(dá)17年。在DNA分析時(shí)，只需從整張纖維素卡上裁剪下一小塊就能夠按照常規(guī)洗脫方法檢查DNA，而洗脫出來的DNA能夠在后續(xù)的許多檢測(cè)試驗(yàn)中使用，例如，在PCR特異性DNA序列體外引物定向酶促擴(kuò)增法或SNP單核苷酸多態(tài)性基因型分型中使用；另一種方法采用源于自然界低濕休眠機(jī)制，例如，緩步動(dòng)物門（緩步類動(dòng)物）和鹽田蟹。這些動(dòng)物能夠在極度干旱的時(shí)期存活下來并幾乎完全干燥，一旦遇到水就能夠重新復(fù)活，保持原有的生命力。該存儲(chǔ)技術(shù)基于干燥過程中在DNA及RNA表面形成的一層熱穩(wěn)定玻璃狀保護(hù)層，從而，防止其在室溫下降解。需要存儲(chǔ)的被測(cè)樣本需要放置在Gentegra公司專門研發(fā)的特種化學(xué)基質(zhì)中，將DNA嵌入到“繭”中。Biomatrica公司研發(fā)生產(chǎn)的試劑盒則是將DNA封裝到一種被他們稱之為“收縮包裝膜”薄膜中，但是，在使用收縮包裝膜時(shí)，被測(cè)樣本完全脫水并在存儲(chǔ)過程中絕對(duì)不能接觸水。在檢測(cè)分析這些脫水樣本時(shí)，只需簡(jiǎn)簡(jiǎn)單單加點(diǎn)水就可以：基質(zhì)遇水后即可溶解，釋放出DNA以及RNA，無需進(jìn)一步處理即可對(duì)其進(jìn)行檢測(cè)分析研究。在存儲(chǔ)RNA樣本時(shí)，試劑盒中還需要存放一些RNA抑制劑。

DNA與RNA的保存方法由法國(guó)Imagene公司研發(fā)成功。該種方法能夠?qū)⒈粶y(cè)樣本送入外部有金屬套管的玻璃管中并進(jìn)行干燥并在絕對(duì)無水與無氧的條件下密封起來。該種方法能夠保證被保存的DNA和RNA絕不會(huì)受到大氣中潮氣影響而水解，也不會(huì)受到空氣中氧自由基的影響。這些方法除能夠減少能源消耗之外，所占用空間極少，樣本保存成本更低、安全性更高，在意外停電時(shí)，保存在冰箱中的寶貴樣本不會(huì)受損。

最后，需要獲得能夠在室溫環(huán)境中保存分子生物學(xué)樣本的試劑與試劑盒套件。多年來，市場(chǎng)上就有名為RTG Bead產(chǎn)品，例如，該種試劑盒中具有適用于PCR聚合酶鏈反應(yīng)的全部試劑，除DNA模板和引物外，還有必不可少的、凍干形式的專用基質(zhì)。這些基質(zhì)以小球的形式存放于PCR聚合酶反應(yīng)試管中；使用時(shí)，只需將一定量的水加入到模板和引物中就可以按照常規(guī)習(xí)慣的方法開始反應(yīng)與進(jìn)行下一步處理。

通過采取這些措施，可能會(huì)使現(xiàn)有的冰箱或冰柜多余，淘汰年代最久遠(yuǎn)的“耗電大戶”。手頭上有足夠的錢購(gòu)買新的冷凍設(shè)備嗎？理所當(dāng)然，需要注意能源利用效率。當(dāng)前較高的采購(gòu)成本可以通過長(zhǎng)期的節(jié)約電力能源得到補(bǔ)償。在評(píng)判是否節(jié)能時(shí)可以注意生產(chǎn)廠家給出的信息；因?yàn)?，到目前為止，只有美?guó)才能在高效節(jié)能型冰箱上加蓋“能源之星”封條。當(dāng)前，歐洲可持續(xù)發(fā)展實(shí)驗(yàn)室協(xié)會(huì)制定了一整套可用于各種實(shí)驗(yàn)室的設(shè)備（包括：制冷設(shè)備），降低可持續(xù)發(fā)展績(jī)效評(píng)估認(rèn)證標(biāo)準(zhǔn)。

對(duì)于大學(xué)來講，可以幾個(gè)系共用一個(gè)大型冰柜或冰箱；首先，因?yàn)榘凑諉挝荒芎挠?jì)算大型冷凍設(shè)備能源消耗比小型冷凍設(shè)備少；其次，占地面積要小；第三，降低平均到各個(gè)實(shí)驗(yàn)室的采購(gòu)成本。

其它節(jié)能措施

有些實(shí)驗(yàn)室采用其它節(jié)能措施，其中之一就是按照樣本存儲(chǔ)期限長(zhǎng)短將樣本分為長(zhǎng)期樣本和短期樣本并分別存放在不同的冷凍設(shè)備中，另一種措施需要在蛋白質(zhì)純化過程中采用。所有的色譜檢測(cè)過程不一定必須在低溫環(huán)境中進(jìn)行，許多蛋白質(zhì)在室溫環(huán)境中非常穩(wěn)定，能夠在室溫條件下純化。

總之，節(jié)約能源具有很多種可能性，但是，不是所有的節(jié)能措施都適用于每個(gè)具體實(shí)驗(yàn)室，但是，其中的一些方法、樣本管理方法和儀器設(shè)備管理方法。徹底搞清楚自己實(shí)驗(yàn)室的實(shí)際情況必然會(huì)在這方面或那方面給實(shí)驗(yàn)室?guī)砀倪M(jìn)和完善；在“冰箱挑戰(zhàn)賽”中，每個(gè)實(shí)驗(yàn)室都需要有資格在2018年4月底前通過貫徹落實(shí)各種節(jié)能措施并成為最佳實(shí)踐榜樣，以贏得獎(jiǎng)金。 ■