Công nghệ dòng chảy hoạt động của thiết bị tạo nitơ lỏng hoàn toàn tự động Cryo-EM chủ yếu được sử dụng để làm mát nhanh mẫu, cho phép mẫu duy trì cấu trúc ban đầu của nó ở nhiệt độ rất thấp và tránh thiệt hại như đóng băng nước trong quá trình chuẩn bị mẫu. Dưới đây là quy trình vận hành điển hình và các bước kỹ thuật cho đơn vị này:
1. Chuẩn bị thiết bị
Kiểm tra tình trạng thiết bị: Đảm bảo rằng các thiết bị tạo nitơ lỏng và gương lạnh hoạt động bình thường, bao gồm hệ thống lưu trữ nitơ lỏng, hệ thống cung cấp khí và kiểm soát nhiệt độ.
Kiểm tra lượng nitơ lỏng: Xác nhận rằng nitơ lỏng bên trong bể là đủ và không bị rò rỉ. Nói chung, cần phải đảm bảo đủ nitơ lỏng để đảm bảo hiệu quả làm mát trong toàn bộ quá trình hoạt động.
2. Chuẩn bị mẫu
Cố định mẫu: Đặt mẫu cần quan sát trên một lưới được sử dụng trong gương đông lạnh. Các mẫu có thể là các mẫu sinh học như phức hợp protein, virus, tế bào hoặc các vật liệu khác cần được đông lạnh.
Lớp phủ mẫu: Một màng mẫu mỏng được phủ đều trên lưới để đảm bảo mẫu có thể trải đều, ngăn mẫu quá dày gây mờ đục hoặc suy giảm tín hiệu.
3. Bắt đầu thiết bị tạo nitơ lỏng
Khí hóa nitơ lỏng tự động: Thiết bị tạo nitơ lỏng chuyển đổi nitơ lỏng từ trạng thái lỏng sang trạng thái khí thông qua bộ khí hóa để sử dụng trong hệ thống làm mát. Nitơ lỏng dạng khí cung cấp nhiệt độ thấp liên tục cho mẫu qua đường ống hoặc tay áo làm mát.
Kích hoạt hệ thống làm mát: Khởi động hệ thống làm mát để đảm bảo mẫu nhanh chóng đạt đến nhiệt độ thấp. Quá trình này thường thiết lập nhiệt độ mục tiêu (chẳng hạn như -196 ° C) và thời gian làm mát (chẳng hạn như từ vài giây đến vài phút).
Giám sát thời gian làm mát: Thiết bị tạo nitơ lỏng thường được trang bị cảm biến nhiệt độ và hệ thống điều khiển tự động để theo dõi tình trạng làm mát của mẫu trong thời gian thực. Thời gian làm mát quá lâu có thể ảnh hưởng đến chất lượng mẫu, quá ngắn có thể dẫn đến việc mẫu không được làm mát hoàn toàn.
4. Làm mát mẫu
Làm mát nhanh: Với một hệ thống hoàn toàn tự động, thiết bị tạo nitơ lỏng đảm bảo rằng mẫu được làm mát nhanh chóng sau khi tiếp xúc với nitơ lỏng. Quá trình này có thể đảm bảo rằng độ ẩm trong mẫu được chuyển đổi nhanh chóng thành băng vô định hình, tránh tinh thể hóa và do đó duy trì cấu trúc ban đầu của mẫu.
Kiểm soát nhiệt độ và bảo vệ: Thiết bị tạo nitơ lỏng thường được trang bị hệ thống kiểm soát nhiệt độ, tự động điều chỉnh lưu lượng khí và nhiệt độ để đảm bảo tính đồng nhất trong quá trình làm mát mẫu.
5. Lưu trữ và chuyển mẫu
Lưu trữ mẫu đông lạnh: Sau khi làm mát mẫu hoàn tất, nó có thể nhanh chóng được chuyển vào bể nitơ lỏng để lưu trữ lâu dài. Mẫu đông lạnh có thể duy trì trạng thái ổn định trong nitơ lỏng, tránh thay đổi cấu trúc hoặc suy thoái.
Chuyển mẫu sang Cryoscope: Mẫu đông lạnh cần được chuyển đến bàn mẫu Cryoscope ở nhiệt độ cực thấp. Thiết bị tạo nitơ lỏng tự động thường được trang bị hệ thống chuyển nhanh để đảm bảo mẫu không tan trong quá trình chuyển.
6. Giám sát và tự động hóa
Giám sát tự động: Thiết bị tạo nitơ lỏng tự động hiện đại thường được trang bị hệ thống giám sát thời gian thực, có thể ghi lại dữ liệu của từng bước hoạt động (như nhiệt độ, thời gian, lưu lượng, v.v.) và có thể tạo báo cáo tự động. Dữ liệu này giúp các nhà nghiên cứu hiểu chi tiết về quá trình chuẩn bị mẫu.
Hệ thống báo động: Thiết bị thường được trang bị hệ thống báo động, nếu có gián đoạn cung cấp nitơ lỏng, nhiệt độ không đạt tiêu chuẩn, hệ thống sẽ tự động báo động để đảm bảo an toàn hoạt động.
7. Kết thúc hoạt động
Kết thúc hoạt động: Sau khi hoàn thành quá trình làm mát, thiết bị sẽ tự động tắt nguồn cung cấp nitơ lỏng, lưu cài đặt nhiệt độ và lưu lượng khí, đảm bảo tiện lợi cho lần sử dụng tiếp theo.
Lấy mẫu: Sau khi đảm bảo mẫu đã nguội và ổn định, nó có thể được lấy ra khỏi hệ điều hành Cryoscope để quan sát hoặc phân tích thêm.
Công nghệ chính
Công nghệ điều khiển tự động: Đạt được kiểm soát chính xác quá trình làm mát, bao gồm lượng nitơ lỏng được sử dụng, điều chỉnh nhiệt độ và kiểm soát thời gian.
Giám sát nhiệt độ thời gian thực: Thông qua cảm biến và hệ thống điều khiển, đảm bảo mẫu duy trì môi trường nhiệt độ thấp thích hợp trong suốt quá trình và tránh hư hỏng mẫu.
Hệ thống bảo vệ an toàn: Thiết bị tạo nitơ lỏng tự động thường sẽ được trang bị chức năng bảo vệ áp suất, lưu lượng và nhiệt độ để ngăn chặn sự cố thiết bị và các vấn đề an toàn vận hành.
Quy trình hoạt động này có thể đảm bảo hiệu quả sự ổn định và chính xác của mẫu trong các thí nghiệm cryoscope, đồng thời giảm nguy cơ lỗi vận hành thủ công.