التجميد أحد أبسط الطرق و أهمها للحفاظ على الطعام والأنسجة الحية و الأدوية وغيرها من المواد سريعة التلف، في كثير من الأحيان قد تعني زيادة قدرتنا على الحصول على تبريد أفضل زيادة في فرص نجاحنا في حماية هذه الأشياء .
ما يعيب عملية التبريد بالماء و هي الأرخص والأكثر شيوعاً أنها محدودة بخصائص الماء الفيزيائية حيث يتحول الماء إلى جليد عند الدرجة 0 مئوية .
خلال عملية التجمد تبدأ جزيئات الماء على السطح في التبلور إلى جليد ،ثم ينتشر التبلور إلى جزيئات مجاورة حتى يتم تجميد كامل الماء.
التبريد و التجميد
هناك إيجابيات وسلبيات لتجمد الأشياء. فمن ناحية ، حينما يكون النسيج الحي أكثر برودة فإن بعض عمليات الهدم و ما يصاحبها من تفاعلات كيميائية يصبح أبطأ. كما أن البكتيريا لن تنمو ولن تتحلل الأنسجة بالسرعة الطبيعية .
إما من الناحية السلبية فإن عملية التجميد تتسبب في تكوين بلورات جليد بين الخلايا مما يؤدي إلى إتلافها (تخيل الطعنات الحادة التي يمكن أن تسددها البلورات الصلبة و المسننة لبعض الخلايا) .
هذا خلق الحاجة لآليات جديدة للحفاظ على برودة الأشياء دون أن تتجمد بشكل كامل خلال التخزين والنقل سواء أكان هذا للطعام والأنسجة والأعضاء والأدوية لفترة أطول.
و لعلاج هذه المشكلة ، طور باحثون من مستشفى ماساتشوستس العام (MGH) طريقة جديدة ل ‘التبريد الماء الفائق’ بالإضافة للسوائل المماثلة للحفاظ عليها في شكل سائل أقل بكثير من نقطة التجمد المعتادة.
إذا علمنا أن عملية التجمد تبدأ عند السطح ، حيث يلتقي الماء بالهواء البارد ، فقد يمكننا بإستخدام تقنية بسيطة بشكل مدهش لمنع التجمد عبر ابقاء الماء والهواء منفصلين.
للقيام بذلك ، قام الفريق قام بإغلاق السطح بزيت معدني ووجد العلماء أنه يمكنهم إيقاف تكوين الجليد في عينة 1 مل (0.03 أونصة) مخزنة في -13 درجة مئوية لمدة تصل إلى أسبوع.
التبريد الفائق العميق
مقاربتنا ، التي أطلقنا عليها’ التبريد الفائق العميق ‘، هي ببساطة تغطية سطح هذا السائل بمحلول لا يختلط بالماء ، مثل الزيت المعدني ، لحجب التلامس بين الماء والهواء
‘إن هذا النهج البسيط والعملي والمنخفض التكلفة للتبريد الفائق لفترات طويلة قد يسهم في الحفاظ على الأغذية والأدوية ، فضلاً عن بعض التجارب الأساسية التي لم تكن ممكنة في السابق.’
بيرك أوستا ، مؤلف مشارك مشارك في الدراسة
بناءً على تلك الاختبارات الأولية ، جرب الباحثون زيوتًا أكثر تعقيدًا وهيدروكربونات بسيطة نقية مثل الكحوليات والألكانات حتى أصبحوا كانوا قادرين على تبريد 1 مل من عينات الماء والخلايا المعلقات إلى -20 درجة مئوية لمدة كبيرة تصل إلى 100 يوم.
أما في حالة زيادة الحجم إلى كميات أكثر قابلية للاستخدام من السائل فقد تمكنوا من الاحتفاظ بعينات تصل إلى 100 مل مبردة لمدة أسبوع.
أكياس دم لمدة أطول
أحد مشاكل بنوك الدم هو قصر فترة الإحتفاظ بالدم و التي لا تتجاوز 42 يوماً يتم بعدها التخلص من الدم مع ضرورة الحفاظ على رصيد مستمر و متجدد من الدم للحالات الطارئة .
لأجل هذا انتقل الفريق لاختبار مدى قدرة هذه التقنية على الحفاظ على خلايا الدم الحمراء. وتمكنت تجاربهم الأولية من الحفاظ على 100 مل من معلقات خلايا الدم الحمراء في درجة برودة فائقة تصل لـ -13 درجة مئوية لمدة تصل إلى 100 يوم – أي مدة تتجاوز ضعف مدة الـ 42 يومًا التي تعد الحد الأقصى للممارسات الحالية.
يقول أوستا: ‘إننا نجري حاليًا تجارب لزيادة حجم عينات تخزين خلايا الدم الحمراء حتى يصل إلى 300 إلى 500 مل و هي الكميات القياسية . ‘نحن نعمل أيضًا على تطبيق هذه الطريقة على خلايا أخرى وعلى ترجمتها إلى أنسجة كبيرة وأعضاء كاملة مثل الكبد.
إلى جانب التطبيقات المحتملة في الطب والحفاظ على الأغذية ، نعتقد أيضًا أن هذا الاختراع يمكن استخدامه لدراسة التفاعلات الكيميائية في الحالة السائلة في درجات حرارة منخفضة دون معدات ذات ضغط عالي و التي تكون مكلفة ومعقدة. ‘
المصادر
Massachusetts General Hospital
https://www.nature.com/articles/s41467-018-05636-0
On Google News