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怎样管理冰箱最节省能源?

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----高效管理冰柜与样本建议
2018-04-16 09:36
来源:本文作者来自Freiburg市,系NIUB可持续发展顾问。
Kerstin Hermut-Kleinschmidt
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  实验室中最大的耗能设备是冰柜,需要为此付出的成本相当高,采取合理化建议后,能够降低该部分费用;2018年,将会有一场实验室节能项目大竞赛。

  实验室消耗资源巨大,尤其是电力能源系统,其中,冰箱或冰柜占据较大比重;冰柜,尤其是老型号冰柜每天耗能比单户住宅高出30千瓦时。同时,实验室,特别是分子生物学实验室中的许多样本必须在低温下保存。在分子生物学实验室中,能耗成本占据实验室总成本的5%左右,但是,如果采用一些非常简单的方法则能够降低该笔费用。

  出于节能减耗考虑,近几年来,美国大学的实验室中出现“冰箱挑战赛”运动,推广“最佳实践方法”、鼓励模仿节能的最佳实践方法。

实验室中最大的耗能设备是冰柜

  2017年,由“我的绿色实验室”和“I2SL-国际可持续发展实验室”两大组织在美国组织了一场“冰箱挑战赛”;200多家实验室参与了该项节能挑战赛、节约的电力能源大约270万千瓦时——相当于减少二氧化碳排放1900吨。处置的废弃样本超过20万件,需要废弃低效的冷冻机,同时,也需要避免购买新的冷冻机。2017~2018年,该厂竞赛已成为国际性竞赛:来自世界各地的公共机构、大学和公司实验室均参与到绿色实验室竞赛中,平衡自身的能源利用状况并通过各种措施赢得奖品。欧洲一级可持续发展实验室协会Egnaton同样积极支持该竞赛活动。除获得国际奖项外,欧洲的三大最佳实验室获得了Egnaton欧洲实验室协会奖(参见本刊提示)。

  样本管理和冷冻设备管理的好处是什么?

  通过冷冻设备维护保养能够节约12%至25%的电力能源,不仅在生态环境方面为实验室带来了好处,也在经济上为实验室带来了好处:美国每个冰箱的平均节约潜力高达280美元。

  什么样的冷冻设备管理方式最佳?首先,定期除霜有助于降低能耗、延长冰柜和冰箱的使用寿命。冰箱、冰柜中的冰层能够增加能源消耗10%至50%,制冷压缩机必须更积极运行才能保持冰箱设定的温度,加重了压缩机的工作负荷、缩短压缩机使用寿命;在最糟糕的情况下,冰会损伤冰箱门,进一步降低制冷能力,同样危害到冰箱内保存的样本。

  首先,应定期检查过滤灰尘过滤器,最好一个月检查一次并进行清洁,必要时更换滤芯。密封性能好的过滤器一方面需要防止空气进入冷凝器,从而避免从冷藏箱内部空气散发出去;其次,密封性能好的过滤器能够避免将沉积的污垢送入冷凝器内并积留。该层灰尘能够阻碍高效散热——冷凝器必须更加努力工作,从而消耗更多能源并缩短冷凝器的使用寿命。

  其它节能措施同样包括冰箱内样本库存的盘点与良好的样本分类管理方式。始终保持冰箱内的存储量是最新采集到的样本能够有效避免不必要的样本占据冰箱内空间。利用小型试管、微孔板或深孔板(高密度存储)等紧凑性样本存储方法也能确保最佳的空间利用率;最后,无论是Excel文件还是条形码系统,样本库存盘点都能够帮助您快速确定样本位置,既能够节约时间也可以节省冰箱。因为,每打开冰箱一分钟,冰箱压缩机就需要工作十分钟来降温,达到冰箱门开启前设定的温度。

  建议:注意冰箱温度

  许多样本和试剂盒都要在零下80摄氏度的环境中存放。大多数蛋白质、细菌、酵母和真菌能够在-70摄氏度的环境中保存数年。试剂盒的生产厂家也建议在-70摄氏度的环境中保存某些试剂盒。根据冷冻设备的具体型号,将温度提高到-70摄氏度能够节约高达40%的电力能源。许多大学已经改变了冰箱温度设置:例如,Boulder大学50%的冰箱能够在-70摄氏度环境中工作;疾病控制和防治中心也因改变冰箱温度而节约40%的电力能源;另外,无论是分子生物学还是蛋白质,许多种样本都不一定必须在-70摄氏度环境中存放,只需-20摄氏度就足够,尤其是只需短时间存放的样本。正如标准的基因组DNA与核糖核酸RNA的稳定性检验:在-20摄氏度和在-80摄氏度环境中保存的样本检验结果没有区别。无论是在-20摄氏度还是在-80摄氏度环境,保存一个月的样本RNA核糖核酸样本均具有相同的稳定性。该想法同样适用于DNA检测:在上述两个温度环境中保存24个月的样本具有相同的稳定性。

  按照传统观念,DNA基因样本和RNA核糖核酸样本需要在低温环境中保存。多年来,新发明的方法能够在室温下保存DNA基因样本与RNA核糖核酸样本,例如,将DNA固化在特殊浸渍处理的纤维素卡片上,保存在特殊的专业基质或保存在特殊的玻璃-金属管中。将DNA保存在特殊浸渍处理的纤维素卡FTA上的方法非常简单、快捷。所谓的FTA就是经过特殊处理的纤维素,能够用来保存被测样本,例如,血液、植物或细菌细胞。将它们滴在该纤维素卡片上,然后进行干燥就能够长期存放。细胞表面开裂后,释放的DNA能够固定在纤维素基质中。可能出现的核酸酶不会因基质保护层改变其性质,并且,存储阶段中的微生物生长同样受到抑制。据纤维素卡生产厂家GE Healthcare公司介绍:FTA卡的样本保存时间长达17年。在DNA分析时,只需从整张纤维素卡上裁剪下一小块就能够按照常规洗脱方法检查DNA,而洗脱出来的DNA能够在后续的许多检测试验中使用,例如,在PCR特异性DNA序列体外引物定向酶促扩增法或SNP单核苷酸多态性基因型分型中使用;另一种方法采用源于自然界低湿休眠机制,例如,缓步动物门(缓步类动物)和盐田蟹。这些动物能够在极度干旱的时期存活下来并几乎完全干燥,一旦遇到水就能够重新复活,保持原有的生命力。该存储技术基于干燥过程中在DNA及RNA表面形成的一层热稳定玻璃状保护层,从而,防止其在室温下降解。需要存储的被测样本需要放置在Gentegra公司专门研发的特种化学基质中,将DNA嵌入到“茧”中。Biomatrica公司研发生产的试剂盒则是将DNA封装到一种被他们称之为“收缩包装膜”薄膜中,但是,在使用收缩包装膜时,被测样本完全脱水并在存储过程中绝对不能接触水。在检测分析这些脱水样本时,只需简简单单加点水就可以:基质遇水后即可溶解,释放出DNA以及RNA,无需进一步处理即可对其进行检测分析研究。在存储RNA样本时,试剂盒中还需要存放一些RNA抑制剂。

节能措施

  DNA与RNA的保存方法由法国Imagene公司研发成功。该种方法能够将被测样本送入外部有金属套管的玻璃管中并进行干燥并在绝对无水与无氧的条件下密封起来。该种方法能够保证被保存的DNA和RNA绝不会受到大气中潮气影响而水解,也不会受到空气中氧自由基的影响。这些方法除能够减少能源消耗之外,所占用空间极少,样本保存成本更低、安全性更高,在意外停电时,保存在冰箱中的宝贵样本不会受损。

  最后,需要获得能够在室温环境中保存分子生物学样本的试剂与试剂盒套件。多年来,市场上就有名为RTG Bead产品,例如,该种试剂盒中具有适用于PCR聚合酶链反应的全部试剂,除DNA模板和引物外,还有必不可少的、冻干形式的专用基质。这些基质以小球的形式存放于PCR聚合酶反应试管中;使用时,只需将一定量的水加入到模板和引物中就可以按照常规习惯的方法开始反应与进行下一步处理。

  通过采取这些措施,可能会使现有的冰箱或冰柜多余,淘汰年代最久远的“耗电大户”。手头上有足够的钱购买新的冷冻设备吗?理所当然,需要注意能源利用效率。当前较高的采购成本可以通过长期的节约电力能源得到补偿。在评判是否节能时可以注意生产厂家给出的信息;因为,到目前为止,只有美国才能在高效节能型冰箱上加盖“能源之星”封条。当前,欧洲可持续发展实验室协会制定了一整套可用于各种实验室的设备(包括:制冷设备),降低可持续发展绩效评估认证标准。

  对于大学来讲,可以几个系共用一个大型冰柜或冰箱;首先,因为按照单位能耗计算大型冷冻设备能源消耗比小型冷冻设备少;其次,占地面积要小;第三,降低平均到各个实验室的采购成本。

  其它节能措施

  有些实验室采用其它节能措施,其中之一就是按照样本存储期限长短将样本分为长期样本和短期样本并分别存放在不同的冷冻设备中,另一种措施需要在蛋白质纯化过程中采用。所有的色谱检测过程不一定必须在低温环境中进行,许多蛋白质在室温环境中非常稳定,能够在室温条件下纯化。

  总之,节约能源具有很多种可能性,但是,不是所有的节能措施都适用于每个具体实验室,但是,其中的一些方法、样本管理方法和仪器设备管理方法。彻底搞清楚自己实验室的实际情况必然会在这方面或那方面给实验室带来改进和完善;在“冰箱挑战赛”中,每个实验室都需要有资格在2018年4月底前通过贯彻落实各种节能措施并成为最佳实践榜样,以赢得奖金。

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