ما هو التبريد بدرجة حرارة منخفضة للغاية؟

تبريد بدرجة حرارة منخفضة للغاية هي تقنية تعمل على تحسين أداء المادة عن طريق خفض درجة حرارتها. ويمكنه تبريد درجة حرارة المادة إلى عشرات الدرجات تحت الصفر أو حتى أقل، لتصل إلى درجة الحرارة التي يمكن أن تظهر في جدول درجات الحرارة الحالي، أقل من -273.15 درجة مئوية (صفر درجة). المبدأ الفيزيائي للتبريد بدرجة حرارة منخفضة للغاية هو نقله من بيئة ذات درجة حرارة منخفضة إلى بيئة ذات درجة حرارة عالية عن طريق ضغط مادة التبريد، ثم ضغط مادة التبريد وتوسيعها لتحقيق تبريد الجسم ذو درجة الحرارة المنخفضة.

تستخدم تكنولوجيا التبريد بدرجة حرارة منخفضة للغاية بشكل رئيسي في المجالات التالية:

يتم استخدام التبريد بدرجة حرارة منخفضة للغاية على نطاق واسع للحفاظ على العينات البيولوجية، والأدوية، واللقاحات، والخلايا، وما إلى ذلك. ويمكن أن يمنع النشاط البيولوجي ويبطئ بشكل فعال التفاعل الأيضي للكائنات الحية.

كما يستخدم التبريد بدرجة حرارة منخفضة للغاية على نطاق واسع في مجالات الطيران والدفاع. ويمكنه جعل بعض المواد المعدنية والوقود، مثل الهيدروجين السائل، أكثر استقرارًا، وتحسين أداء الأسلحة مثل الصواريخ والقذائف.

يمكن أن يؤدي التبريد بدرجة حرارة منخفضة للغاية أيضًا إلى تسهيل تخزين ونقل الطاقة. على سبيل المثال، يمكن أن يؤدي استخدام المواد فائقة التوصيل والتبريد بدرجة حرارة منخفضة للغاية إلى تحسين كفاءة الطاقة لبعض الأجهزة الإلكترونية.

باختصار، تلعب تكنولوجيا التبريد ذات درجات الحرارة المنخفضة للغاية دورًا مهمًا في العديد من المجالات. ومن خلال الابتكار المستمر والتحسين التكنولوجي، قد تظهر المزيد من التطبيقات الناشئة في المستقبل.

تلعب المجمدات ذات درجة الحرارة المنخفضة للغاية (ULT) دورًا أساسيًا في تخزين اللقاحات، خاصة تلك التي تتطلب تخزينًا في درجات حرارة أقل بكثير من درجة التجمد، مثل -70 درجة مئوية إلى -86 درجة مئوية. كان لتطوير مجمدات اللقاحات ULT واستخدامها على نطاق واسع تأثير عميق على الصناعات الدوائية والرعاية الصحية، خاصة في أعقاب الأزمات الصحية العالمية مثل جائحة كوفيد-19. ومع ذلك، كان سعر مجمدات اللقاحات ULT عاملاً مهمًا في التأثير على اعتمادها وتوافرها، خاصة في البيئات المحدودة الموارد.

لقد شكلت التكلفة العالية لمجمدات ULT، وخاصة تلك المصممة لتخزين اللقاحات، عائقًا أمام العديد من البلدان والمؤسسات، وخاصة في المناطق النامية. تتطلب هذه المجمدات تكنولوجيا تبريد متقدمة، وهندسة دقيقة، ومواد عزل عالية الأداء، وكلها تساهم في ارتفاع أسعارها. ونتيجة لذلك، تواجه المنظمات التي تتطلب تخزينًا موثوقًا وآمنًا للقاحات تكاليف استثمار أولية كبيرة، والتي قد تكون باهظة بالنسبة للبعض.

ومع ذلك، بدأ سعر مجمدات اللقاحات ULT في الانخفاض في السنوات الأخيرة، وذلك بفضل التقدم في تكنولوجيا التبريد، وعمليات التصنيع الأكثر كفاءة، وزيادة المنافسة بين الموردين. وقد أدى هذا التخفيض في الأسعار إلى جعل هذه المجمدات في متناول مجموعة واسعة من مقدمي الرعاية الصحية والمنظمات، بما في ذلك الوكالات الحكومية والمنظمات غير الحكومية ومرافق الرعاية الصحية الخاصة. ويساعد انخفاض الأسعار أيضًا على زيادة التوزيع العالمي للقاحات، خاصة في المناطق التي كان الوصول إلى البنية التحتية لسلسلة التبريد فيها محدودًا تاريخيًا.

التبريد فائق البرودة، والذي يشير إلى أنظمة التبريد التي يمكنها الحفاظ على درجات حرارة أقل بكثير من نقطة التجمد القياسية، اكتسب أهمية كبيرة في مختلف المجالات، لا سيما في القطاعات الطبية والصيدلانية والبحثية. أصبحت أنظمة التبريد فائقة البرودة، القادرة على تحقيق درجات حرارة منخفضة تصل إلى -80 درجة مئوية إلى -150 درجة مئوية، ضرورية الآن للتخزين الآمن ونقل المواد مثل اللقاحات والعينات البيولوجية والمواد الكيميائية. يمثل ظهور هذه التكنولوجيا علامة فارقة في تلبية الاحتياجات المتطورة للصناعات التي تتطلب تخزينًا باردًا دقيقًا وموثوقًا.

لقد تزايدت الحاجة إلى التبريد فائق البرودة بالتوازي مع التقدم في التكنولوجيا الحيوية والمستحضرات الصيدلانية. على سبيل المثال، تتطلب اللقاحات المضادة لأمراض مثل كوفيد-19 تخزينها في درجات حرارة أقل بكثير مما يمكن أن توفره المجمدات التقليدية. أدى الانتشار الواسع النطاق للقاحات mRNA، والتي يجب تخزينها في درجات حرارة منخفضة للغاية للحفاظ على استقرارها، إلى تسليط الضوء على التبريد الفائق البرودة في دائرة الضوء العالمية. وقد سلط هذا التطور الضوء على أهمية وجود بنية تحتية موثوقة وفعالة لسلسلة التبريد قادرة على تخزين ونقل المنتجات الحساسة للحرارة.

لقد لعب التقدم التكنولوجي في أنظمة التبريد دورًا رئيسيًا في ظهور التبريد فائق البرودة. تستخدم المجمدات الحديثة فائقة البرودة الآن مواد عزل متقدمة، مثل الألواح المعزولة بالفراغ والرغوة عالية الكثافة، لتقليل تقلبات درجات الحرارة وتقليل استهلاك الطاقة. علاوة على ذلك، أصبحت هذه الأنظمة أكثر كفاءة في استخدام الطاقة، وتقدم حلولاً مستدامة وفعالة من حيث التكلفة للتخزين طويل الأجل.

إحدى الفوائد الأساسية للتبريد فائق البرودة هي قدرته على الحفاظ على سلامة المواد البيولوجية الحساسة، مما يضمن بقائها صالحة للبحث أو الاستخدام في العلاجات الطبية. بالإضافة إلى ذلك، أحدثت القدرة على تخزين ونقل هذه المواد في درجات حرارة منخفضة للغاية ثورة في صناعات مثل العلاج الجيني، وأبحاث الخلايا الجذعية، والطب الشخصي، حيث يعد الحفاظ على العينات البيولوجية أمرًا بالغ الأهمية.

يمتد الطلب على التبريد فائق البرودة إلى ما هو أبعد من الرعاية الصحية. ولهذه التقنية تطبيقات في مجال حفظ الأغذية، حيث تتطلب بعض المنتجات الغذائية المجمدة تخزينها في درجات حرارة منخفضة للغاية للحفاظ على نضارتها وإطالة مدة صلاحيتها. علاوة على ذلك، يُستخدم التبريد فائق البرودة أيضًا في نقل المواد الكيميائية الحساسة والكواشف المخبرية، حيث يعد الحفاظ على درجة حرارة ثابتة أمرًا بالغ الأهمية لفعاليتها.