文/Kerstin Hermut-Kleinschmidt

高效管理冰柜與樣本建議 // 實驗室中最大的耗能設備是冰柜，需要為此付出的成本相當高，采取合理化建議后，能夠降低該部分費用；2018年，將會有一場實驗室節(jié)能項目大競賽。

實驗室消耗資源巨大，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，尤其是老型號冰柜每天耗能比單戶住宅高出30千瓦時。同時，實驗室，特別是分子生物學實驗室中的許多樣本必須在低溫下保存。在分子生物學實驗室中，能耗成本占據(jù)實驗室總成本的5%左右，但是，如果采用一些非常簡單的方法則能夠降低該筆費用。

圖 樣品的儲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，美國大學的實驗室中出現(xiàn)“冰箱挑戰(zhàn)賽”運動，推廣“最佳實踐方法”、鼓勵模仿節(jié)能的最佳實踐方法。

2017年，由“我的綠色實驗室”和“I2SL-國際可持續(xù)發(fā)展實驗室”兩大組織在美國組織了一場“冰箱挑戰(zhàn)賽”；200多家實驗室參與了該項節(jié)能挑戰(zhàn)賽、節(jié)約的電力能源大約270萬千瓦時——相當于減少二氧化碳排放1900噸。處置的廢棄樣本超過20萬件，需要廢棄低效的冷凍機，同時，也需要避免購買新的冷凍機。2017～2018年，該廠競賽已成為國際性競賽：來自世界各地的公共機構、大學和公司實驗室均參與到綠色實驗室競賽中，平衡自身的能源利用狀況并通過各種措施贏得獎品。歐洲一級可持續(xù)發(fā)展實驗室協(xié)會Egnaton同樣積極支持該競賽活動。除獲得國際獎項外，歐洲的三大最佳實驗室獲得了Egnaton歐洲實驗室協(xié)會獎（參見本刊提示）。

樣本管理和冷凍設備管理的好處是什么？

通過冷凍設備維護保養(yǎng)能夠節(jié)約12%至25%的電力能源，不僅在生態(tài)環(huán)境方面為實驗室?guī)砹撕锰?，也在?jīng)濟上為實驗室?guī)砹撕锰帲好绹總€冰箱的平均節(jié)約潛力高達280美元。

什么樣的冷凍設備管理方式最佳？首先，定期除霜有助于降低能耗、延長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%，制冷壓縮機必須更積極運行才能保持冰箱設定的溫度，加重了壓縮機的工作負荷、縮短壓縮機使用壽命；在最糟糕的情況下，冰會損傷冰箱門，進一步降低制冷能力，同樣危害到冰箱內(nèi)保存的樣本。

首先，應定期檢查過濾灰塵過濾器，最好一個月檢查一次并進行清潔，必要時更換濾芯。密封性能好的過濾器一方面需要防止空氣進入冷凝器，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)樣本庫存的盤點與良好的樣本分類管理方式。始終保持冰箱內(nèi)的存儲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）等緊湊性樣本存儲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)，樣本庫存盤點都能夠幫助您快速確定樣本位置，既能夠節(jié)約時間也可以節(jié)省冰箱。因為，每打開冰箱一分鐘，冰箱壓縮機就需要工作十分鐘來降溫，達到冰箱門開啟前設定的溫度。

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、細菌、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)冷凍設備的具體型號，將溫度提高到-70攝氏度能夠節(jié)約高達40%的電力能源。許多大學已經(jīng)改變了冰箱溫度設置：例如，Boulder大學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，無論是分子生物學還是蛋白質，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，尤其是只需短時間存放的樣本。正如標準的基因組DNA與核糖核酸RNA的穩(wěn)定性檢驗：在-20攝氏度和在-80攝氏度環(huán)境中保存的樣本檢驗結果沒有區(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：在上述兩個溫度環(huán)境中保存24個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，能夠用來保存被測樣本，例如，血液、植物或細菌細胞。將它們滴在該纖維素卡片上，然后進行干燥就能夠長期存放。細胞表面開裂后，釋放的DNA能夠固定在纖維素基質中?？赡艹霈F(xiàn)的核酸酶不會因基質保護層改變其性質，并且，存儲階段中的微生物生長同樣受到抑制。據(jù)纖維素卡生產(chǎn)廠家GE Healthcare公司介紹：FTA卡的樣本保存時間長達17年。在DNA分析時，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)的許多檢測試驗中使用，例如，在PCR特異性DNA序列體外引物定向酶促擴增法或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制，例如，緩步動物門（緩步類動物）和鹽田蟹。這些動物能夠在極度干旱的時期存活下來并幾乎完全干燥，一旦遇到水就能夠重新復活，保持原有的生命力。該存儲技術基于干燥過程中在DNA及RNA表面形成的一層熱穩(wěn)定玻璃狀保護層，從而，防止其在室溫下降解。需要存儲的被測樣本需要放置在Gentegra公司專門研發(fā)的特種化學基質中，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，被測樣本完全脫水并在存儲過程中絕對不能接觸水。在檢測分析這些脫水樣本時，只需簡簡單單加點水就可以：基質遇水后即可溶解，釋放出DNA以及RNA，無需進一步處理即可對其進行檢測分析研究。在存儲RNA樣本時，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Imagene公司研發(fā)成功。該種方法能夠將被測樣本送入外部有金屬套管的玻璃管中并進行干燥并在絕對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絕不會受到大氣中潮氣影響而水解，也不會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，保存在冰箱中的寶貴樣本不會受損。

最后，需要獲得能夠在室溫環(huán)境中保存分子生物學樣本的試劑與試劑盒套件。多年來，市場上就有名為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。這些基質以小球的形式存放于PCR聚合酶反應試管中；使用時，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)習慣的方法開始反應與進行下一步處理。

通過采取這些措施，可能會使現(xiàn)有的冰箱或冰柜多余，淘汰年代最久遠的“耗電大戶”。手頭上有足夠的錢購買新的冷凍設備嗎？理所當然，需要注意能源利用效率。當前較高的采購成本可以通過長期的節(jié)約電力能源得到補償。在評判是否節(jié)能時可以注意生產(chǎn)廠家給出的信息；因為，到目前為止，只有美國才能在高效節(jié)能型冰箱上加蓋“能源之星”封條。當前，歐洲可持續(xù)發(fā)展實驗室協(xié)會制定了一整套可用于各種實驗室的設備（包括：制冷設備），降低可持續(xù)發(fā)展績效評估認證標準。

對于大學來講，可以幾個系共用一個大型冰柜或冰箱；首先，因為按照單位能耗計算大型冷凍設備能源消耗比小型冷凍設備少；其次，占地面積要??；第三，降低平均到各個實驗室的采購成本。

其它節(jié)能措施

有些實驗室采用其它節(jié)能措施，其中之一就是按照樣本存儲期限長短將樣本分為長期樣本和短期樣本并分別存放在不同的冷凍設備中，另一種措施需要在蛋白質純化過程中采用。所有的色譜檢測過程不一定必須在低溫環(huán)境中進行，許多蛋白質在室溫環(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具體實驗室，但是，其中的一些方法、樣本管理方法和儀器設備管理方法。徹底搞清楚自己實驗室的實際情況必然會在這方面或那方面給實驗室?guī)砀倪M和完善；在“冰箱挑戰(zhàn)賽”中，每個實驗室都需要有資格在2018年4月底前通過貫徹落實各種節(jié)能措施并成為最佳實踐榜樣，以贏得獎金。 ■