[فعالیت ۱-۴] [فیزیک] [دهم]
تحقیق کنید برای نگهداری یاختههای بنیادی بندناف خون، به چه دمایی نیازمندیم. این دما چگونه ایجاد و حفظ میشود؟
پاسخ تشریحی و گام به گام [فعالیت ۱-۴] [فیزیک] [دهم]
این یک سوال بسیار جالب است که فیزیک و زیستشناسی را به هم پیوند میدهد. بیایید به دنیای **کرایوژنیک (Cryogenics)** یا **سرمایش عمیق** سفر کنیم!
**۱) دمای مورد نیاز برای نگهداری سلولهای بنیادی**
برای اینکه **یاختههای بنیادی (Stem Cells)**، مانند سلولهای موجود در خون بند ناف، برای مدت طولانی (سالها یا حتی دههها) زنده و قابل استفاده باقی بمانند، باید تمام فعالیتهای بیولوژیکی و شیمیایی آنها را تقریباً به طور کامل متوقف کنیم. این فرآیند **انجماد زیستی** یا **کرایوپرزرویشن (Cryopreservation)** نام دارد.
دمای مورد نیاز برای این کار بسیار پایین است. به طور کلی، سلولها باید در دمایی **کمتر از $−130^\circ C$** نگهداری شوند. اما دمای استاندارد و ایدهآل برای نگهداری طولانیمدت، دمای **نیتروژن مایع** است که برابر با:
$\boldsymbol{-196^\circ C}$ (منفی ۱۹۶ درجه سلسیوس)
این دما معادل **$77$ کلوین** است.
**۲) چگونگی ایجاد و حفظ این دما**
ایجاد و حفظ چنین دمای فوقالعاده سردی با استفاده از یخچالهای معمولی غیرممکن است. برای این کار از **نیتروژن مایع** و تجهیزات خاصی استفاده میشود:
* **ایجاد دما:** نیتروژن که حدود ۷۸٪ هوای اطراف ما را تشکیل میدهد، در دمای $-196^\circ C$ از حالت گاز به مایع تبدیل میشود. این مایع بسیار سرد، منبع اصلی سرما برای نگهداری سلولهاست.
* **حفظ دما:** سلولهای بنیادی که در کیسهها یا ویالهای مخصوص قرار دارند، در تانکهای بزرگی به نام **تانک ازت** یا **دِوار (Dewar)** نگهداری میشوند. این تانکها مانند یک فلاسک غولپیکر عمل میکنند:
1. **ساختار دوجداره:** این تانکها دیوارههای دوجداره دارند.
2. **خلاء (Vaccum):** بین این دو جداره، **خلاء** ایجاد شده است. خلاء یک عایق گرمایی فوقالعاده است زیرا از انتقال گرما به روش **رسانش** و **همرفت** جلوگیری میکند. (گرما برای انتقال در این دو روش به مولکول نیاز دارد و در خلاء تقریباً هیچ مولکولی وجود ندارد.)
3. **سطوح صیقلی:** سطوح داخلی تانکها بسیار صیقلی و براق (مانند آینه) ساخته میشوند تا انتقال گرما از طریق **تابش** را به حداقل برسانند.
نمونههای سلولی یا در فاز بخار نیتروژن (کمی بالاتر از سطح مایع) یا مستقیماً در خود نیتروژن مایع غوطهور میشوند. تبخیر بسیار آهسته نیتروژن مایع در این تانکهای عایق، تضمین میکند که دما برای مدت طولانی ثابت و در حد $-196^\circ C$ باقی بماند. مسئولین بانک خون بند ناف به طور مرتب سطح نیتروژن مایع را چک کرده و در صورت نیاز آن را شارژ میکنند.
