લિક્વિડ નાઇટ્રોજનનો ઉપયોગ ક્રાયોપ્રિઝર્વેશનમાં શા માટે થાય છે?

2023-07-20

1. શા માટે પ્રવાહી નાઇટ્રોજનનો ઉપયોગ રેફ્રિજન્ટ તરીકે કરવો?

1. કારણ કે તાપમાન પ્રવાહી નાઇટ્રોજન પોતે ખૂબ જ નીચું છે, પરંતુ તેની પ્રકૃતિ ખૂબ જ હળવી છે, અને પ્રવાહી નાઇટ્રોજન માટે રાસાયણિક પ્રતિક્રિયાઓમાંથી પસાર થવું મુશ્કેલ છે, તેથી તેનો ઉપયોગ ઘણી વખત રેફ્રિજન્ટ તરીકે થાય છે.
2. પ્રવાહી નાઇટ્રોજન ગરમીને શોષવા, તાપમાન ઘટાડવા માટે બાષ્પીભવન થાય છે અને તેનો ઉપયોગ રેફ્રિજન્ટ તરીકે કરી શકાય છે.
3. સામાન્ય રીતે, એમોનિયાનો ઉપયોગ રેફ્રિજન્ટ તરીકે અને પાણી શોષક તરીકે થાય છે.
4. એમોનિયા ગેસ પ્રવાહી એમોનિયા બનવા માટે કન્ડેન્સર દ્વારા ઠંડુ થાય છે, અને પછી પ્રવાહી એમોનિયા બાષ્પીભવન કરવા માટે બાષ્પીભવકમાં પ્રવેશ કરે છે, અને તે જ સમયે રેફ્રિજરેશનના હેતુને પ્રાપ્ત કરવા માટે બહારથી ગરમીને શોષી લે છે, આમ સતત પ્રસરણ શોષણ રેફ્રિજરેશન ચક્ર બનાવે છે.
5. નાઇટ્રોજનનો ઉપયોગ "ક્રાયોજેનિક" સ્થિતિમાં રેફ્રિજન્ટ તરીકે થઈ શકે છે, એટલે કે સંપૂર્ણ 0 ડિગ્રી (-273.15 ડિગ્રી સેલ્સિયસ) ની નજીક, અને સામાન્ય રીતે સુપરકન્ડક્ટિવિટીના અભ્યાસ માટે પ્રયોગશાળાઓમાં ઉપયોગમાં લેવાય છે.
6. દવામાં, પ્રવાહી નાઇટ્રોજનનો ઉપયોગ સામાન્ય રીતે ક્રાયોએનેસ્થેસિયા હેઠળ કામગીરી કરવા માટે રેફ્રિજન્ટ તરીકે થાય છે.
7. હાઇ-ટેક ક્ષેત્રમાં, પ્રવાહી નાઇટ્રોજનનો ઉપયોગ નીચા-તાપમાનનું વાતાવરણ બનાવવા માટે થાય છે. ઉદાહરણ તરીકે, કેટલીક સુપરકન્ડક્ટિંગ સામગ્રી પ્રવાહી નાઇટ્રોજન સાથે સારવાર કર્યા પછી નીચા તાપમાને જ સુપરકન્ડક્ટિંગ ગુણધર્મો મેળવે છે.
8. પ્રવાહી નાઇટ્રોજનના સામાન્ય દબાણ હેઠળનું તાપમાન -196 ડિગ્રી છે, જેનો ઉપયોગ અલ્ટ્રા-લો તાપમાન ઠંડા સ્ત્રોત તરીકે થઈ શકે છે. ટાયરનું નીચું તાપમાન, હોસ્પિટલોમાં જનીનનો સંગ્રહ, વગેરે તમામ ઠંડા સ્ત્રોત તરીકે પ્રવાહી નાઇટ્રોજનનો ઉપયોગ કરે છે.

2. પ્રવાહી નાઇટ્રોજન કોષોને કેવી રીતે સાચવે છે?

સેલ ક્રાયોપ્રિઝર્વેશન માટે સૌથી સામાન્ય રીતે ઉપયોગમાં લેવાતી ટેકનિક એ લિક્વિડ નાઇટ્રોજન ક્રાયોપ્રિઝર્વેશન પદ્ધતિ છે, જે મુખ્યત્વે કોષોને સ્થિર કરવા માટે યોગ્ય માત્રામાં રક્ષણાત્મક એજન્ટ સાથે ધીમી ફ્રીઝિંગ પદ્ધતિ અપનાવે છે.
નોંધ: જો કોઈપણ રક્ષણાત્મક એજન્ટ ઉમેર્યા વિના કોષો સીધા જ સ્થિર થઈ જાય, તો કોષોની અંદર અને બહારનું પાણી ઝડપથી બરફના સ્ફટિકો બનાવશે, જે પ્રતિકૂળ પ્રતિક્રિયાઓની શ્રેણીનું કારણ બનશે. ઉદાહરણ તરીકે, કોશિકાઓના નિર્જલીકરણ સ્થાનિક ઇલેક્ટ્રોલાઇટ સાંદ્રતામાં વધારો કરે છે, pH મૂલ્યમાં ફેરફાર કરે છે અને ઉપરોક્ત કારણોસર કેટલાક પ્રોટીનને વિકૃત કરે છે, જેના કારણે કોષની આંતરિક અવકાશ રચના અવ્યવસ્થિત થાય છે. નુકસાન, મિટોકોન્ડ્રીયલ સોજો, કાર્ય ગુમાવવું અને ઊર્જા ચયાપચયની વિક્ષેપનું કારણ બને છે. કોષ પટલ પરનું લિપોપ્રોટીન સંકુલ પણ સરળતાથી નાશ પામે છે, જેના કારણે કોષ પટલની અભેદ્યતામાં ફેરફાર થાય છે અને કોષની સામગ્રીઓનું નુકશાન થાય છે. જો કોષોમાં વધુ બરફના સ્ફટિકો રચાય છે, જેમ જેમ ઠંડું તાપમાન ઘટશે, બરફના સ્ફટિકોનું પ્રમાણ વિસ્તરશે, પરિણામે પરમાણુ ડીએનએના અવકાશી રૂપરેખાંકનને ઉલટાવી શકાય તેવું નુકસાન થશે, પરિણામે કોષ મૃત્યુ પામે છે.

ખોરાકના સંપર્કમાં આવતા પ્રવાહી નાઈટ્રોજન ખોરાક દ્વારા શોષાયેલી સુષુપ્ત અને સંવેદનશીલ ગરમી ખોરાકને સ્થિર થવાનું કારણ બને છે. પ્રવાહી નાઇટ્રોજન કન્ટેનરમાંથી બહાર કાઢવામાં આવે છે, અચાનક સામાન્ય તાપમાન અને દબાણમાં બદલાય છે, અને પ્રવાહીમાંથી વાયુ સ્થિતિમાં પરિવર્તિત થાય છે. આ તબક્કામાં ફેરફારની પ્રક્રિયા દરમિયાન, પ્રવાહી નાઇટ્રોજન -195.8 ℃ પર ઉકળે છે અને વાયુયુક્ત નાઇટ્રોજન બનવા માટે બાષ્પીભવન થાય છે, અને બાષ્પીભવનની ગુપ્ત ગરમી 199 kJ/kg છે; જો -195.8 જ્યારે વાતાવરણીય દબાણ પર નાઇટ્રોજન હેઠળ તાપમાન -20 °C સુધી વધે છે, ત્યારે તે 183.89 kJ/kg સંવેદનશીલ ગરમીને શોષી શકે છે (ચોક્કસ ઉષ્મા ક્ષમતા 1.05 kJ/(kg?K) તરીકે ગણવામાં આવે છે), જે વરાળની ઉષ્ણતા અને વરાળના ઉષ્માકરણ દરમિયાન શોષાય છે. તબક્કો બદલવાની પ્રક્રિયા. ગરમી 383 kJ/kg સુધી પહોંચી શકે છે.
ફૂડ ફ્રીઝિંગની પ્રક્રિયામાં, કારણ કે ત્વરિતમાં મોટી માત્રામાં ગરમી દૂર કરવામાં આવે છે, ખોરાકનું તાપમાન સ્થિર થવા માટે બહારથી અંદર સુધી ઝડપથી ઠંડુ થાય છે. લિક્વિડ નાઇટ્રોજન ક્વિક-ફ્રીઝિંગ ટેક્નોલોજી લિક્વિડ નાઇટ્રોજનનો ઠંડા સ્ત્રોત તરીકે ઉપયોગ કરે છે, જેને પર્યાવરણને કોઈ નુકસાન થતું નથી. પરંપરાગત યાંત્રિક રેફ્રિજરેશનની તુલનામાં, તે નીચા તાપમાન અને ઉચ્ચ ઠંડક દર પ્રાપ્ત કરી શકે છે. લિક્વિડ નાઇટ્રોજન ક્વિક-ફ્રીઝિંગ ટેક્નોલોજીમાં ઝડપી ફ્રીઝિંગ સ્પીડ, ટૂંકા સમય અને ખોરાક સારી ગુણવત્તા, ઉચ્ચ સલામતી અને પ્રદૂષણ-મુક્ત છે.
ઝીંગા, વ્હાઇટબેટ, જૈવિક કરચલો અને એબાલોન જેવા જળચર ઉત્પાદનોના ઝડપી-ફ્રીઝિંગમાં લિક્વિડ નાઇટ્રોજન ક્વિક-ફ્રીઝિંગ ટેક્નોલોજીનો વ્યાપકપણે ઉપયોગ થાય છે. અભ્યાસોએ દર્શાવ્યું છે કે લિક્વિડ નાઇટ્રોજન ક્વિક-ફ્રીઝિંગ ટેક્નોલોજી દ્વારા સારવાર કરાયેલ ઝીંગા ઉચ્ચ તાજગી, રંગ અને સ્વાદ જાળવી શકે છે. એટલું જ નહીં, કેટલાક બેક્ટેરિયા પણ માર્યા જાય છે અથવા નીચા તાપમાને પ્રજનન બંધ કરી શકે છે જેથી ઉચ્ચ સ્વચ્છતાની જરૂર હોય.

ક્રાયોપ્રિઝર્વેશન: લિક્વિડ નાઇટ્રોજનનો ઉપયોગ વિવિધ જૈવિક નમૂનાઓ જેમ કે કોષો, પેશીઓ, સીરમ, શુક્રાણુ વગેરેના ક્રાયોપ્રિઝર્વેશન માટે કરી શકાય છે. આ નમૂનાઓને નીચા તાપમાને લાંબા સમય સુધી સાચવી શકાય છે અને જ્યારે જરૂર પડે ત્યારે તેમની મૂળ સ્થિતિમાં પુનઃસ્થાપિત કરી શકાય છે. લિક્વિડ નાઇટ્રોજન ક્રાયોપ્રિઝર્વેશન એ સામાન્ય રીતે ઉપયોગમાં લેવાતી સંગ્રહ પદ્ધતિ છે, જેનો ઉપયોગ બાયોમેડિકલ સંશોધન, કૃષિ, પશુપાલન અને અન્ય ક્ષેત્રોમાં થાય છે.
સેલ કલ્ચર: લિક્વિડ નાઇટ્રોજનનો ઉપયોગ સેલ કલ્ચર માટે પણ થઈ શકે છે. કોષ સંવર્ધન દરમિયાન, પ્રવાહી નાઇટ્રોજનનો ઉપયોગ અનુગામી પ્રાયોગિક કામગીરી માટે કોષોને બચાવવા માટે કરી શકાય છે. પ્રવાહી નાઇટ્રોજનનો ઉપયોગ કોષોને સ્થિર કરવા માટે તેમની કાર્યક્ષમતા અને જૈવિક ગુણધર્મોને જાળવી રાખવા માટે પણ થઈ શકે છે.
કોષ સંગ્રહ: પ્રવાહી નાઇટ્રોજનનું નીચું તાપમાન કોષોની સ્થિરતા અને અખંડિતતા જાળવી શકે છે, જ્યારે કોષ વૃદ્ધત્વ અને મૃત્યુને અટકાવે છે. તેથી, કોષ સંગ્રહમાં પ્રવાહી નાઇટ્રોજનનો વ્યાપકપણે ઉપયોગ થાય છે. પ્રવાહી નાઇટ્રોજનમાં સાચવેલ કોષો જ્યારે જરૂર પડે ત્યારે ઝડપથી પુનઃપ્રાપ્ત કરી શકાય છે અને વિવિધ પ્રાયોગિક મેનિપ્યુલેશન્સ માટે ઉપયોગમાં લેવાય છે.

ફૂડ-ગ્રેડ લિક્વિડ નાઈટ્રોજનનો ઉપયોગ લિક્વિડ નાઈટ્રોજન આઈસ્ક્રીમ, લિક્વિડ નાઈટ્રોજન બિસ્કિટ, લિક્વિડ નાઈટ્રોજન ફ્રીઝિંગ અને દવામાં એનેસ્થેસિયા જેવી છે, જેમાં ઉચ્ચ શુદ્ધતાવાળા પ્રવાહી નાઈટ્રોજનની પણ જરૂર પડે છે. અન્ય ઉદ્યોગો જેમ કે રાસાયણિક ઉદ્યોગ, ઈલેક્ટ્રોનિક્સ, ધાતુશાસ્ત્ર વગેરેમાં પ્રવાહી નાઈટ્રોજનની શુદ્ધતા માટે અલગ અલગ જરૂરિયાતો હોય છે.