零下196攝氏度的守護(hù)：新系統(tǒng)實現(xiàn)深低溫電驅(qū)儲存

一道藍(lán)光在深低溫環(huán)境中閃爍，一排排生物樣本靜靜沉睡。盛夏時節(jié)，上海交通大學(xué)醫(yī)學(xué)院附屬瑞金醫(yī)院（以下簡稱“瑞金醫(yī)院”）智能化生物樣本庫內(nèi)，身著白色實驗服的管理員正在忙碌，由894個精密模塊部件組成的存儲系統(tǒng)默默守護(hù)著生命的密碼。

這款由上海艾爾溫生命科技有限公司（以下簡稱“艾爾溫”）研制的全球首套電驅(qū)動零下196攝氏度全自動深低溫存儲系統(tǒng)，近期在瑞金醫(yī)院投用，可同時存儲生物樣本2萬余個。在這里，筆者并未看到傳統(tǒng)液氮罐升騰的白色霧氣，取而代之的是電流在艙體般的設(shè)備中高效工作，仿若科幻場景，未來感十足。

“樣本存取完成。”隨著系統(tǒng)出現(xiàn)提示信息，管理員無須手動開啟保溫門，一組生物樣本已通過智能化設(shè)備精準(zhǔn)送達(dá)。

航天技術(shù)賦能深低溫存儲

長期以來，我國高端醫(yī)療器械和生命科技設(shè)備主要依賴進(jìn)口，國產(chǎn)化比例偏低。隨著全球?qū)Φ蜏睾蜕畹蜏卮鎯π枨蟮牟粩鄶U大，相關(guān)市場潛力加速放大。然而，傳統(tǒng)零下196攝氏度生物樣本存儲通常依靠液氮，存在著明顯弱點，難以應(yīng)對突發(fā)情況。2023年，瑞典卡羅林斯卡醫(yī)學(xué)院發(fā)生了一場震驚科學(xué)界的突發(fā)事件：其液氮供應(yīng)意外中斷，導(dǎo)致深低溫存儲設(shè)備失效，使得卡羅林斯卡醫(yī)學(xué)院30年間積累的珍稀樣本瞬間損毀，直接損失高達(dá)3.5億元。這一慘痛事件凸顯了全電驅(qū)動深低溫存儲系統(tǒng)研發(fā)與推廣的緊迫性。

5年前，面對液氮低溫和深低溫存儲技術(shù)的明顯缺陷，韓雨卿率團(tuán)隊創(chuàng)立艾爾溫，并出任董事長，全力攻克電驅(qū)動深低溫存儲系統(tǒng)相關(guān)技術(shù)難題。研發(fā)團(tuán)隊主要成員多畢業(yè)于上海交通大學(xué)，在行業(yè)內(nèi)擁有豐富的研發(fā)經(jīng)驗。韓雨卿介紹：“當(dāng)企業(yè)需要跨學(xué)科專家團(tuán)隊搭建技術(shù)交叉應(yīng)用平臺時，上海在這一領(lǐng)域有著豐富的積累。我們可以整合高校等高精尖產(chǎn)學(xué)研資源，快速找到渠道或路徑解決問題。”這些因素共同推動了尖端溫控技術(shù)的創(chuàng)新與成果轉(zhuǎn)化，促成了艾爾溫在溫控領(lǐng)域迅速取得成就。

當(dāng)筆者走進(jìn)位于上海閔行區(qū)馬橋人工智能創(chuàng)新試驗區(qū)的艾爾溫生產(chǎn)車間時，看到技術(shù)人員正在生產(chǎn)線上進(jìn)行精密組裝作業(yè)。894個模塊部件通過技術(shù)人員的手動組合，組成了零下196攝氏度全自動深低溫存儲系統(tǒng)。

“我們的技術(shù)基因源自航天領(lǐng)域十多年的積淀。”艾爾溫首席科學(xué)家黃永華指著銀色的多層絕熱材料介紹，“我們將航天器在太空極端環(huán)境中應(yīng)用的變密度真空多層絕熱技術(shù)應(yīng)用于生物樣本低溫罐體隔熱，使得整體絕熱性能提升了35%，同等條件下設(shè)備保冷時間較競品延長了50%以上。在導(dǎo)冷方面，我們將衛(wèi)星載荷在極端低溫條件下應(yīng)用的相變傳熱技術(shù)用于蒸發(fā)氣再液化裝置的均溫導(dǎo)冷，使得整體冷量傳遞效率大幅提升。”

純電驅(qū)動無須外接液氮

新研發(fā)的零下196攝氏度全自動深低溫存儲系統(tǒng)主要依靠液氮自循環(huán)維持技術(shù)，采用液氮作為冷媒介質(zhì)，只需電驅(qū)而非外接液氮加注即可長期穩(wěn)定維持深低溫環(huán)境。公司產(chǎn)品市場部相關(guān)工作人員介紹：“如同汽車產(chǎn)業(yè)發(fā)展經(jīng)歷油電混動時期一樣，未來隨著技術(shù)的不斷突破，深低溫存儲系統(tǒng)或許連初次填充少量液氮都不需要。相比傳統(tǒng)液氮深低溫存儲方案，新系統(tǒng)在我國東部沿海地區(qū)的運營成本可降低50%，在西部高原地區(qū)甚至可降低90%，解決了高原地區(qū)液氮運輸難、供應(yīng)不穩(wěn)定以及液壓不夠等問題，破解了過去高原地區(qū)無法長期存儲生物樣本的難題。”

這套系統(tǒng)還集成了空氣分離就地液氮制取、嵌入式小型深低溫制冷機等創(chuàng)新設(shè)計，實現(xiàn)了液氮近零損耗。在樣本安全方面，設(shè)備可確保環(huán)境溫度全程小于等于零下190攝氏度，均一性控制在正負(fù)3攝氏度內(nèi)。“即使遭遇斷電等突發(fā)情況，這套深低溫存儲系統(tǒng)仍能確保存儲空間15日內(nèi)無源溫度恒定低于零下135攝氏度，為生物樣本存儲筑起堅實防線。”上述工作人員介紹。

系統(tǒng)同時實現(xiàn)了高度智能化管理。其不僅配備了人臉識別、指紋密碼等安全措施，而且自動盤庫功能還能不斷優(yōu)化存儲空間，單支樣本挑管只需6秒。在894個模塊的精密配合下，這套零下196攝氏度全自動深低溫存儲系統(tǒng)真正實現(xiàn)了從存到取的全流程智能化管理。

全自動深低溫存儲系統(tǒng)自研發(fā)成功以來，降低了我國生命科技領(lǐng)域?qū)Ω叨艘旱b備的深度依賴。如今，艾爾溫已構(gòu)建起完整的產(chǎn)品矩陣：從零下196攝氏度全自動深低溫存儲系統(tǒng)、零下80攝氏度全自動超低溫存儲系統(tǒng)，到iKV-DURA高性能干冰桶，再到iKV-Rewake細(xì)胞自動復(fù)蘇儀，以及即將推出的凍融儀新品，產(chǎn)品覆蓋了生物樣本存儲、制備、運輸?shù)娜芷诠芾怼?/p>

站在新起點上，韓雨卿期待，企業(yè)能進(jìn)一步推動產(chǎn)學(xué)研深度融合。他們計劃3年內(nèi)建成覆蓋存儲—運輸—制備的國產(chǎn)化產(chǎn)業(yè)鏈，打破高端生命科學(xué)儀器依賴進(jìn)口的現(xiàn)狀，加速自主研發(fā)設(shè)備的應(yīng)用。