مروری بر زنجیره سرد و اهمیت آن برای حمل نمونه

استفاده از زنجیره سرد در آزمایشگاه‌ها بسیار پرکاربرد و خیلی مواقع ضروری است و در ساخت واکسن‌ها نیز اهمیت ویژه‌ای دارد. در ماه‌های اخیر، همه‌گیری COVID-19  و تزریق واکسن بار دیگر توجه به زنجیره‌های سرد را جلب کرده است.

زنجیره سرد معمولاً شامل مجموعه‌ای از دستگاه‌ها و روش‌های لجستیکی است که برای حفظ دمای مناسب برای یک نمونه یا واکسن طراحی شده‌اند، از جمله یخچال‌ها، فریزرها و دستگاه‌های کنترل دما. هرگونه نقص در زنجیره سرد، منجر به از بین رفتن خواص واکسن و هدر رفتن وقت و سرمایه خواهد شد. در این مطلب  قصد داریم مروری بر زنجیره سرد و اقدامات لازم برای ایجاد آن داشته باشیم. پس در ادامه با ما همراه باشید.

زنجیره سرد چیست؟

پیش از اینکه به سراغ اقدامات لازم برای ایجاد زنجیره سرد برویم، بهتر است ابتدا مروری بر مفهوم زنجیره سرد داشته باشیم. زنجیره سرد به مجموعه فعالیت‌هایی اطلاق می‌شود که برای ذخیره، انتقال، حفظ و نگهداری یک ماده به صورت کنترل شده (در دمای پایین) به کار می‌رود. هدف از زنجیره سرد این است که یک نمونه یا ماده را در تمام مراحل تحویل، پردازش و ذخیره‌سازی در یک محدوده دمای مشخص نگه دارد.

زنجیره‌های سرد به طور گسترده‌ای برای اطمینان از ماندگاری محصولات در بخش داروسازی و کشاورزی مورد استفاده قرار می‌گیرند و جزء مهمی در برنامه‌های واکسیناسیون نیز هستند. بسیاری از نمونه‌های بیولوژیکی در معرض گرما، نور خورشید یا نور فلورسنت خواص خود را از دست داده و فاسد می‌شوند. هنگام حمل و ذخیره چنین موادی، ضروری است که تیم‌های میدانی و آزمایشگاهی شرایط محیطی را کنترل کرده و اطمینان حاصل کنند که قرار گرفتن در معرض عوامل بالقوه مخرب محیطی به حداقل رسیده است.

زنجیره سرد قرن‌ها است که برای انسان ضروری بوده و در طیف وسیعی از صنایع از جمله مواد غذایی، دارویی و پزشکی نقش بسزایی دارد. به عنوان مثال، ذخیره سازی جنین، خون، پلاسما، مواد تحقیقاتی مانند RNA و DNA، آنزیم‌ها و معرف‌ها.

انجماد یا فریز کردن ساده‌ترین راه برای اطمینان از ماندگاری نمونه‌ها برای تجزیه و تحلیل آزمایشگاهی است.

الزامات دمایی توصیه شده برای حمل و نقل و ذخیره‌سازی نمونه

یکی از نکات مهم و ضروری در زنجیره سرد، آگاهی از الزامات دمایی مطلوب برای انواع مختلف نمونه است. به عنوان مثال، نمونه‌های در نظر گرفته شده برای جداسازی ویروسی دارای دمای بسیار متفاوتی نسبت به نمونه‌هایی هستند که برای کشت باکتریایی یا تشخیص آنتی‌ژن در نظر گرفته شده‌اند. به این منظور حتما لازم است پرسنل حتما با الزامات حمل ایمن نمونه‌ها در زنجیره سرد آشنا بوده و مطابق با قوانین آزمایشگاه یا قوانین تعیین شده توسط سازمان‌های بین‌المللی عمل کنند. به همین دلیل پیش از حفظ نمونه در زنجیره سرد حتما دمای مناسب نگهداری آن را مطابق با قوانین تعیین شده بررسی کنید. دمای مناسب زنجیره سرد برای برخی نمونه‌ها در جدول ۱ ذکر شده است.

جدول ۱. دمای زخیره‌سازی برخی نمونه‌ها در زنجیره سرد

ایمنی زنجیره سرد در آزمایشگاه چه اهمیتی دارد؟

به دلیل اینکه زنجیره سرد در بسیاری از فعالیت‌های مهم آزمایشگاهی به کار برده می‌شود، توجه به فاکتورهایی که می‌تواند ایمنی این سیستم را به خطر بیندازد نیز از اهمیت بالایی برخوردار است. ایمنی سیستم زنجیره سرد از دو جهت حائز اهمیت است:

الف: حفظ ثبات نمونه‌های ذخیره شده. به عنوان مثال، معرف‌ها یا رده‌های سلولی ذخیره نشده در زنجیره سرد می‌توانند منجر به نتایج کاذب و کاهش دقت و حساسیت آزمایش‌ها شوند. علاوه‌براین، ذخیره‌سازی نادرست می‌تواند باعث هدر رفتن سرمایه و زمان گردد.

ب:  حفظ امنیت مواد ذخیره شده در برابر دسترسی فیزیکی اشخاص غیر مجاز

از همین رو ذخیره سازی مواد و نمونه‌ها به کمک زنجیره سرد از اهمیت بالایی برخوردار است

چه اقداماتی برای ایجاد یک زنجیره سرد مناسب لازم است؟

در این بخش از مقاله مراحل توصیه شده برای ایجاد یک زنجیره سرد مناسب را بیان خواهیم کرد که چکیده‌ی آن در شکل ۱ قابل مشاهده است.

الف. برنامه‌ریزی

اولین قدم در اجرای زنجیره سرد، برنامه‌ریزی است. آزمایشگاه در وهله اول باید فعالیت‌های نمونه‌گیری و حمل و نقل آن را  شناسایی کند، سپس همه مواد و منابع لازم را تهیه نماید. علاوه‌بر این، آموزش تیم برای درک لجستیک زنجیره سرد، نحوه نظارت بر دمای زنجیره سرد و نحوه حفظ سوابق سیستم، نیز بسیار حائز اهمیت است.

نکات مهم در برنامه‌ریزی زنجیره سرد:

1. در برنامه‌ریزی ایجاد زنجیره سرد ابتدا باید پاسخ سوالات زیر را مورد بررسی قرار دهید:

• برنامه نظارتی شما چیست و چه نوع زنجیره سرد برای آن طرح مناسب است؟
• چه نوع نمونه‌هایی را جمع‌آوری می‌کنید؟
• شرایط دما برای ذخیره ایمن این نمونه‌ها چیست؟

2. در قدم دوم، شرایط محیط را ارزیابی کنید. آیا به امکانات ذخیره سازی بلند مدت نمونه دسترسی دارید؟ آیا فعالیت‌های نمونه‌برداری شما در مناطق دور افتاده روستایی انجام می‌شود و یا در آزمایشگاه مجهز به تجهیزات سرمایش صورت می‌گیرد؟
3. محل پایان زنجیره سرد را مشخص کنید. اگر تیم میدانی شما نمونه‌های فریز شده و با درجه حرارت بسیار پایین به آزمایشگاه تحویل می‌دهد، شروع زنجیره سرد شما ممکن است نیازمند انتقال نمونه از محل نمونه برداری به آزمایشگاه باشد. اگر در حال توسعه یک زنجیره سرد بدون هیچگونه زیرساخت قبلی هستید، ترسیم یک زنجیره سرد مناسب از لحظه جمع‌آوری نمونه تا نقطه پایانی ضروری است.
4. حداکثر مدت زمان قرارگیری نمونه‌ها در خارج از سردخانه اصلی را تعیین کنید. برآورد کنید که ارسال نمونه از مبدا به مقصد چقدر طول می‌کشد؟ به عنوان مثال اگر فعالیت‌های میدانی شما ۵ روز با ذخیره‌سازی طولانی مدت فاصله دارد، پس به حداقل ۵ روز سردخانه سیار نیاز دارید.
5. آموزش را از قلم نیندازید. روش‌هایی را برای نظارت بر زنجیره سرد و ردیابی نمونه‌هایی که در زنجیره سرد حرکت می‌کنند، ایجاد کنید. تأیید کنید که همه اعضای تیم در زمینه نگهداری نمونه و زنجیره سرد آموزش دیده‌اند. آماده سازی فرم‌هایی برای ثبت اطلاعات و یا گزارش خرابی تجهیزات نیز اهمیت دارد.

ب. زیرساخت‌ها

برنامه‌ریزی برای ایجاد زنجیره سرد شامل آماده‌سازی یکسری زیر ساخت‌ها است که باید پیش از راه اندازی زنجیره سرد در نظر گرفته شود. اما موضوع تنها به اینجا ختم نمی‌شود، بلکه لازم است اقداماتی نیز برای حفظ زنجیره سرد صورت گیرد. این اقدامات باید طوری طراحی شوند که در شرایط محیطی و محلی، هر تیم به درستی عمل کند.

به این منظور به نکات زیر توجه کنید:

1. فرصت‌ها و محدودیت‌های ایجاد یک زنجیره سرد در منطقه خود را ارزیابی کرده و مواد و منابع مناسب مورد نیاز برای پیاده‌سازی و نگهداری زنجیره سرد را مشخص کنید. برخی از این تجهیزات و منابع عبارتند از:

• نیتروژن مایع (LN2) و تجهیزات حمل و نقل و ذخیره‌سازی آن
• یخچال با دمای بسیار پایین (زیر ۸۰- درجه سانتی‌گراد)
• ژنراتور پشتیبان و سیستم زنگ خطر برای فریزر
• تجهیزات حفاظت شخصی (PPE) برای کار با فریزرها و نیتروژن مایع
• کولرها
• بسته‌های یخ
• منبع LN2
• ظرفیت ذخیره سازی LN2 با حجم زیاد برای ذخیره طولانی مدت نمونه
• دماسنج و دیتا لاگرها (در صورت لزوم)
• سیستم‌های هشدار دهنده
• ظروف و قفسه‌های نگهداری نمونه مناسب برای سازماندهی نمونه
• کول‌باکس‌ها

2. تأمین کنندگان محلی یا منابع دیگر برای تهیه مواد و منابع را با دقت ارزیابی کنید. توجه: قابلیت اطمینان و هزینه‌های کار با هر تأمین کننده را بسنجید تا از خرید منابع قابل اطمینان و امکان سرویس تجهیزات اطمینان حاصل کنید.
3. برای نظارت بر زنجیره سرد و حفظ صحیح نمونه‌های ذخیره شده یک پروتکل مکتوب ایجاد نمایید. پروتکل باید شامل موارد زیر باشد:

• تنظیم و ثبت دما
• نحوه ذخیره سازی و ردیابی نمونه
• برنامه‌های نگهداری تجهیزات
• اقدامات لازم در صورت خرابی تجهیزات یا قطع برق
• برنامه‌های آموزشی کارکنان برای اطمینان از عملکرد مستمر و ایمن سیستم زنجیره سرد
• بررسی سالانه عملیات زنجیره سرد و روش‌های نگهداری نمونه

ج. خنک کننده‌ها

همانطور که گفته شد ارزیابی مواد و تجهیزات مناسب برای داشتن زنجیره سرد از اهمیت بالایی برخوردار است. یک زنجیره سرد می‌تواند شامل هر ترکیبی از مواد و منابع باشد که به حفظ نمونه‌ها در دمای مطلوب کمک می‌کند. توجه داشته باشید که در رابطه با دمای مورد نیاز برای نگهداری نمونه حتما به پروتکل‌های آزمایشگاه خود مراجعه کنید. این محدوده‌ی مناسب دما نیاز به استفاده از فناوری‌های خنک کننده تخصصی و فریزرهای مخصوص دارد.

خنک کننده‌های مبتنی بر گاز LN2 نیازی به برق ندارند و می‌توانند در مناطق دور افتاده و روستایی مستقر شوند. اما یخچال‌های تجاری با دمای بسیار پایین (به طور مثال کمتر از ۸۰ –درجه‌سانتی‌گراد) در صورت خاموشی یا خرابی شبکه، به شبکه برق و ژنراتورهای اضطراری وابسته هستند. بنابراین توصیه می‌شود در صورت استفاده از تجهیزات خنک کننده مختلف، حتما سیستم‌های پشتیبانی از آن‌ها را نیز در نظر بگیرید.

 د. تجهیزات مورد استفاده در زنجیره سرد

ظروف و تجهیزاتی که برای زنجیره سرد مورد استفاده قرار می‌گیرند، بسته به نوع ماده ممکن است متفاوت باشند. در ادامه به بررسی تجهیزات و ظروف مورد استفاده در زنجیره سرد خواهیم پرداخت.

·   یخچال و فریزر

یخچال و فریزرهای خانگی برای نگهداری غذا و نوشیدنی طراحی و ساخته شده‌اند و در اغلب موارد شرایط ذخیره‌سازی نمونه را برآورده نمی‌کنند. علاوه بر این، درجه حرارت در یخچال‌های خانگی با باز شدن درب به سرعت تغییر می‌کند. به همین دلیل فریزرهای خانگی نباید برای زنجیره سرد استفاده شوند.

علاوه بر این، فریزرهایی که به عنوان “بدون یخ” طراحی شده‌اند نباید برای ذخیره نمونه استفاده شوند. زیرا مکانیسم‌ سیرکولاسیون دما، که برای جلوگیری از تجمع یخ تعبیه شده است، می‌تواند به نمونه‌ها آسیب برساند.

فریزرها تجاری با درجه سرمایش‌های مختلف (۲۰ -، ۴۰ -، ۵۰- ، ۸۵-  و فریزرهای برودتی با دمای ۱۵۰- درجه سانتیگراد) و در مدل‌های مختلف (مانند فریزرهای ایستاده و رو میزی) وجود دارند. پیش از انتخاب فریزر برای زنجیره سرد خود، مهم است مطمئن شوید که فریزر دمای مطلوب را به طور مداوم حفظ می‌کند.

برای حفظ دمای مطلوب و اطمینان از زنجیره سرد، فریزرهای تجاری نیاز به منبع ثابت برق دارند. در بسیاری از نقاطی که پروژه‌های تحقیقاتی در حال انجام است، جریان برق نوسان داشته و احتمال قطع برق بالا است. به همین دلیل ضروری است که منبع الکتریکی یک فریزر تجاری توسط یک ژنراتور پشتیبان پشتیبانی شود.

همچنین توجه داشته باشید که قرار دادن فریزر در آزمایشگاه بر عملکرد آن تأثیر می‌گذارد. از قرار دادن فریزر در زیر نور مستقیم خورشید یا نزدیک منابع گرمایی (آب گرم یا دیوار خارجی گرم) خودداری کنید، زیرا این امر باعث می‌شود تا فریزر برای حفظ دمای پایین، به صورت مداوم و با شدت بالا کار کند. علاوه بر این، برای عملکرد موثر فریزرها، توصیه می‌شود حداقل ۱ متر فاصله بین فریزر و سایر فریزرها، تجهیزات یا دیوار وجود داشته باشد.

·   ظروف حمل نیتروژن مایع

برای حمل LN2 یا همان نیتروژن مایع معمولا از دو ظرف مختلف استفاده می‌شود:

1. حمل کننده خشک (vapor shippers):حمل کننده خشک، ظروف بزرگی هستند که حاوی یک ماده جاذب برای نگهداری LN2 می‌باشند. در این ظروف هیچ گونه LN2 به صورت آزاد وجود ندارد و به کمک آن می‌توان نمونه‌ها را به طور ایمن در بازه دمایی مطلوب به مدت ۲۴ ساعت تا چند هفته ذخیره کرد. (البته مدت نگهداری به نوع نمونه بستگی دارد).

زمانی که نیاز باشد نمونه‌ها حمل شوند، ( به طور زمینی، ریلی یا هوایی) استفاده از حمل کننده خشک برای ذخیره نمونه بسیار توصیه می‌شود. حمل کننده خشک به دلیل کاربرد، اغلب کوچک بوده و برای برنامه های کوتاه مدت ذخیره سازی مناسب هستند.

2. فلاسک خلاء (vacuum flasks): فلاسک‌های خلاء ظروف حاوی LN2 و فاقد مواد جاذب هستند که در آن‌ها نمونه‌ها در LN2 درون ظرف معلق هستند. توصیه می‌شود از فلاسک‌های خلاء برای حمل یا ارسال نمونه‌های بیولوژیکی استفاده نشود. فلاسک‌های خلاء برای نگهداری طولانی مدت نمونه در آزمایشگاه‌ها یا سایر مکان‌هایی که انتظار می‌رود نمونه‌ها برای مدتی طولانی در آن بمانند، مناسب هستند. فلاسک‌های خلاء در اندازه‌های مختلف از ظروف کوچک تا بسیار بزرگ موجود هستند.

برای کار با ظروف حاوی نیتروژن مایع حتما به نکات زیر توجه کنید:

• همیشه برای پر کردن ظروف از نیتروژن مایع، از دستورالعمل‌های سازنده پیروی کنید، زیرا روش‌ استفاده از ظروف مختلف ممکن است متفاوت باشد.
• برای کار با نیتروژن مایع همیشه از محافظ صورت و دستکش‌های استفاده کنید.
• همیشه در محلی کار کنید که از تهویه مناسبی برخوردار است.

·         تجهیزات اندازه گیری دما

نظارت مداوم بر دما یکی از نکات مهم در ایجاد و حفظ زنجیره سرد است. با این کار می‌توان اطمینان حاصل کرد که تمام نمونه‌ها در محیطی مطلوب هستند. روش‌های مختلفی برای نظارت بر دمای زنجیره سرد وجود دارد. از دماسنج‌های ساده گرفته تا دماسنج‌های پیچیده، مانیتورهای زنجیره سرد و دیتا لاگرها.

در جدول ۲ برخی از تجهیزات اندازه‌گیری دما که در زنجیره سرد استفاده می‌شود، ذکر شده است.

جدول ۲ . برخی از تجهیزات اندازه‌گیری دما  مورد استفاده برای زنجیره سرد

·   کول باکس‌ها

کول باکس‌ها، ظروف عایق‌بندی شده‌ای هستند که می‌توانند برای حمل نمونه برای زمان کمتر از ۴۸ ساعت مورد استفاده قرار گیرند. کول‌باکس‌ها دمای سرد را فراهم نمی‌کنند بلکه برای ثابت نگه داشتن دما و حمل نمونه‌هایی که نیاز به ذخیره در دمای حدود ۲۰ – درجه سانتی‌گراد دارند، مورد استفاده قرار می‌گیرند.

هنگام استفاده از کول باکس به نکات زیر توجه کنید:

1. نمونه‌ها باید همیشه از گرما، نور خورشید و نور فلورسنت دور باشند.
2. باز و بسته شدن مکرر درب کول باکس باعث افزایش سریعتر دمای داخل آن می‌شود.
3. کول باکس را در صندوق عقب خودرو قرار ندهید.

د. ملاحظات ایمنی

کار با خنک کننده‌های زنجیره سرد در صورت عدم رعایت اقدامات احتیاطی مناسب، می‌تواند بسیار خطرناک باشد. در زنجیره سرد توصیه می‌شود که نمونه‌ها در دمای کمتر از انجماد ذخیره شوند. قرار گرفتن در معرض این درجه حرارت می‌تواند باعث سوختگی شدید و آسیب به بافت زنده شود.

از طرف دیگر سه خنک کننده‌ای که معمولاً در اجرای یک زنجیره سرد استفاده می‌شوند (بسته‌های یخ/ژل ، یخ خشک و  نیتروژن مایع) گازهایی تولید می‌کنند که می‌تواند باعث خفگی شود . بنابراین این مواد باید توسط پرسنل آموزش دیده و در مکان‌های دارای تهویه مناسب مورد استفاده قرار گیرند.

در جدول ۳ برخی از مهم‌ترین ملاحظات ایمنی برای خنک کننده‌های زنجیره سرد ارائه شده است.

جدول ۳ . ملاحظات ایمنی برای خنک کننده‌های زنجیره سرد

جمع‌بندی

همانطور که گفته شد استفاده از زنجیره سرد در بسیاری از آزمایشگاه‌ها کاربرد زیادی دارد. در ماه‌های اخیر نیز با شیوع کووید ۱۹ و تولید واکسن، زنجیره سرد بیش از حد معمول مورد توجه قرار گرفته است و با اجرای برنامه‌های واکسیناسیون کووید ۱۹، بحث‌های زیادی پیرامون نیاز به زنجیره سرد و ذخیره‌سازی دوزهای مختلف واکسن و تدارکات مربوط به اطمینان از نگهداری و انتقال ایمن آن‌ها قبل از تجویز وجود دارد. به همین دلیل در این مطلب سعی کردیم تا درباره اهمیت ایمنی زنجیره سرد و اقدامات لازم برای ایجاد آن توضیحاتی ارائه کنیم. امیدواریم این مطلب مورد توجه شما قرار گرفته باشد.