超低温温控设备

2016年10月10日-12日，慕尼黑上海分析生化展成功举办。天美（中国）科学仪器有限公司（以下简称天美）在展会上发布了新产品Froilabo新款智能型超低温冰箱，这也是该款冰箱在中国的首次亮相。　　Froilabo公司是法国一家专门生产温控设备的制造商，1918年成立，在温控产品制造领域已有近百年的经验。其产品包括超低温冰箱、生化培养箱、烘箱等，控温极其精准、稳定，得到了全球用户的广泛认可。作为法国航天工业的供应商，其制造工艺和品质均位于世界前列。　　此次展会第一天，天美为新产品举行了发布仪式，总裁付世江先生和产品专家Tom为冰箱揭幕并致辞。Froilabo新款超低温冰箱外观更加时尚、大气，在考虑实用性的基础上，增加了多种独特的功能，在展会期间吸引了众多的参观者。天美公司总裁付世江先生和产品专家Tom为冰箱揭幕Froilabo新款超低温冰箱在展会期间得到大家的关注　　新款超低温冰箱，在延续以往冰箱优点的基础上，增加了多项革命性的创新设计。隔热层材质仍然采用VIP真空隔热板，为样品提供稳定的存储环境，同时减少冰箱占地面积和能耗。BOSS系统，可在低电压及控制器故障的条件下，持续保护样品。采用了多项创新设计：人体力学把手、可拉出样品架、具缓冲功能的门铰链、门密封圈电热丝、可加热双向压力阀等，有效改善用户使用体验。所有关键部位均可快速拆卸更换，维护更加方便，减少冰箱故障停机情况的发生。　　除了硬件上的改进，新款冰箱还配备了功能强大的操作软件，满足用户的多种需求。彩色触控屏方便进行各项参数设定，具有历史数据显示和记录功能，可监测冰箱关键部件参数，具诊断和提示功能。智慧型内置样品存储管理系统，整合条码扫描器，方便进行存储样品的管理。　　展会期间，众多用户及代理商对Froilabo超低温冰箱表现了极大的兴趣，我们也相信Froilabo冰箱能为用户的样品存储提供更加安全稳定的环境和更全面的保障。　　如有任何问题，欢迎随时联系天美（中国）科学仪器有限公司。关于天美：　　天美(控股)有限公司(“天美(控股)”)从事表面科学、分析仪器、生命科学 设备及实验室仪器的设计、开发和制造及分销 为科研、教育、检测及生产提供完整可靠的解决方案。继2004年於新加坡SGX主板上市后，2011年12月 21日天美(控股)又在香港联交所主板上市(香港股票代码1298)，成为中国分析仪器行业第一家在国际主要市场主板上市的公司。近年来天美(控股)积极 拓展国际市场，先后在新加坡、印度、澳门、印尼、泰国、越南、美国、英国、法国、德国、瑞士等多个国家设立分支机构。公司亦先后收购了法国 Froilabo公司、瑞士Precisa公司、美国IXRF公司、英国 Edinburgh Instruments公司等多家海外知名生产企业和布鲁克公司Scion气相和气质产品生产线，加强了公司产品的多样化。　　更多详情欢迎访问天美(中国)官方网站：http://www.techcomp.cn加电话、邮箱、QQ、网址、二维码等任何联系方式，新闻底部会自动添加联系我们的功能。

近年来，低维材料、超导材料、量子科技等已成为科学研究关注的焦点，在日常生活上用不上超低温制冷技术，却在这些领域中发挥了重要的作用，为相关研究创造了极端条件，推动了相关科技的进步。近日，由全国纳标委低维纳米结构与性能工作组和中国科学院半导体研究所联合主办的第四届低维材料应用与标准研讨会（LDMAS2021）在北京西郊宾馆成功召开。在展会上，北京飞斯科科技有限公司的黄社松先生向我们介绍了超低温制冷技术的发展。氦是不可再生资源，无液氦制冷意义重大目前的超低温制冷技术离不开氦，但我国却是贫氦国家。据黄社松介绍，我国氦储量仅占全球2%左右，且开采难度大，目前我国还没有氦生产能力，氦气严重依赖于美国进口。虽然我国已通过资本注入等手段向卡塔尔等国家购买氦矿，但目前来讲氦还是不可再生资源，总量有限，如果不对其进行回收，在做完实验后会排入大气，现在无液氦系统传统替代氦气制冷已成为趋势。针对我国对无液氦制冷技术的需求，北京飞斯科科技有限公司在今年四月份推出了多功能高效闭环氦气循环系统，可以为用户提供一个低温的真空环境，最低温度小于1.7k且完全无液氦。同时设备消除了冷头的震动，解决了目前商用4K制冷机普遍存在的振动较大问题，特别适用于一些对振动敏感的实验（如STM、SEM、AFM、ARPES、显微镜、红外、高能物理、高压物理、单光子探测、布里渊散射和离子阱等）。黄社松表示，飞斯科的这款产品目前在同类产品中处于世界领先地位，虽然国际上仍有两家公司也有类似产品，但这些产品最低温度只能到3~4k，在两三年之内应该还不会有能匹敌该产品制冷效果的产品。此外，飞斯科还提供了相应的一些低温插件。黄社松先生还介绍了配套的ST-500显微型低温恒温器。恒温器采用低膨胀措施和低漂移设计，使样品振动水平降至纳米量级。采用新一代高效热交换器最低温度小于1.8K，可用作单量子点/单分子低温测试平台，紧凑型设计满足高倍放大的短焦距显微物镜要求，可与多数商用显微镜和Raman光谱仪匹配使用。黄社松透露，飞斯科推出的无液氦的多功能高效闭环氦气循环系统受到了用户的欢迎，目前已有20多套的订单在做。多功能高效闭环氦气循环系统国产稀释制冷机技术亟待突破除了已经实现商业化的多功能高效闭环氦气循环系统，飞斯科还在准备研发稀释制冷机。黄社松表示，消除震动和电磁噪音的稀释制冷机目前仍是空白，我们正在努力在做，但是时间比较长,不同于实验室研究产物，相关产品将直接推商业化。现在稀释制冷机的超低温制冷主要应用在量子领域、二维材料当中，这主要是由于量子本身是微观的效应，很容易受到干扰，而超低温可以将噪音降得很低。比如，对量子比特来讲，它最怕的就是温度，因为温度产生热耦合噪音，低温之后噪音就可以被极大的限制，使它成为孤立系统，这时它的退相干时间就会大大延长，量子比特才会成功，否则包括存储、读取、叠加等都需要时间。最近中关村一个创新论坛上，飞斯科的客户于海峰研究员也介绍了突破500ms退相干时间的成果，创造了世界纪录。不过目前稀释制冷机还存在一些技术问题。一方面，稀释制冷机本身是有震动的，而且稀释制冷机制造难度大，再加上减震更难，所以大家先不考虑这个问题。另一方面，整机上的冷托有磁性会造成非常大的干扰，量子比特会大幅度无效。黄社松表示，应用分体式的创新可以解决这个问题，现在世界上还没有第二个厂家在做这些事情，飞斯科规划当中明年可以推出商用的机型，同时会以此为基础制造无震动、无磁性的稀释制冷机，虽然最后不一定成功，但是总是要做一些尝试。黄社松也向我们透露，稀释制冷机现在主流的还是500微瓦，明年飞斯科推出来也就是500微瓦，后年才能推出1毫瓦的，届时将采用新的设计，在理论上有望解决噪音和磁性震动等问题。氦三提纯技术已成为量子研究的“卡脖子”技术水有普通的水和重水，它们混合到一块是分不开的，但是氦三氦四不一样，液体的氦三和氦四在低温下在大约八九百mK的时候就会自动分开，自动分开的现象过程中会有所谓的制冷效应，其实这就是因为这两者复合在一起就会产生稀释效应，就会有降温效应，连续的补充和打破平衡，就使得混合液一直处于相分离状态，就实现了所谓的稀释制冷，这就是稀释制冷机的原理。值得注意的是，氦三是氦四的同位素，氦四实际上是天然的，在美国很多天然气矿里面有百分之几的氦四，但氦三却不是天然的，而是纯粹的人造的，但是在宇宙中氦三、氦四非常多，比如太阳中有大量的氦3、氦4，核聚变就是氕氘氚反应最后变成氦三和氦四。众所周知，月球存在很多氦三，实际上月球本身是没有氦三的，是因为太阳风上亿年日积月累把它吹到上面而形成，但月球上的资源开采不易。当前，稀释制冷机需要的氦三全部需要进口。现在氦三主要从氚中提取。我们国家不缺氦三，缺的是没有放射性的，不带氚的氦三。氦三无放射性，但氚是有放射性的，而只有俄罗斯和美国可以生产商业化的无放射性的氦三。目前来讲，我国还没有真正的把无放射性的氦三的提纯商业化，所以全进口且非常受美国管制。黄社松在采访中呼吁道，国家需要把无放射性氦三提纯技术提上日程，否则量子计算机的稀释制冷还没解决掉，氦三就没了，没有氦三我们就没法做稀释制冷。黄社松表示，实际上飞斯科稀释制冷机的研制已经准备了很多年，但闭关锁国是不行的，实际上有很多技术来自于先进的国家，这些技术不是我们讲我们憋着脑袋就能想出来的，真的很多需要全球联合。关于北京飞斯科北京飞斯科科技有限公司创建于2007年，集国内著名大学和科研院所的优秀人才，专门从事物理、化学和材料等领域的科学仪器研发、销售和技术咨询的国家高新技术企业。北京飞斯科不仅提供各种低温强磁场设备，如低温和超低温 (He-3、DR）恒温器，超导磁体，ADR恒温器，热电型恒温器，红外杜瓦，液氦杜瓦，SQUID传感器、Bolometer探测器，低温控温仪，金刚石对顶砧、低温低噪音放大器等，而且提供多种测试系统，如低温电导率测试系统、低温霍耳效应测试系统、交流磁化率测试系统、低温强磁场高压物性测试系统、低温磁光测试系统、瞬态光电流/光电压测试系统、Seebeck测试系统、热输运测试系统、RRR测试系统和多路温度巡检系统等。

2020年新冠疫情发生以来，与抗击疫情直接相关的生物安全产品如超低温冰箱等产品的需求迎来爆发式增长。例如，疫情救援中，转运的大量病例样本需要存放在专用超低温或低温保存箱中，以保持样本的活性。而在后疫情时代，随着新冠疫苗在全球范围内的接种铺开，部分疫苗所需的超低温冰箱的需求再度出现激增，例如辉瑞研发的新冠疫苗就属于mRNA疫苗，需要在-70℃环境下存储。从业内了解到，去年年底美国的超低温存储冷柜一度脱销，中国部分企业的产品订单出现暴增，符合（新冠肺炎）疫苗存储和运输要求的相关医疗级产品在短期内将面临严重的供不应求的局面。超低温冰箱属于医疗器械产品，并且有着相对较高的技术门槛。行业内对“超低温”的定义为：存储温度达到-50℃至-150℃的医用低温保存箱，其使用场景为生物样本库，主要储存物体为：人体组织、细胞、全血、血浆、血清等物质。普通及家用制冷设备采用单级制冷系统，一般最低只能达到-30℃，既无法达到生物医疗领域存储所需的低温深度，更难以实现恒温控制。只有通过双级复叠或自复叠制冷设计，并通过多种制冷剂的精确混合配比，以及换热技术的优化与控制，解决制冷系统中压力稳定、精确分凝、低温回油等技术难题，才能确保生物样本被长期可靠地低温存储。目前，国内外能够提供符合要求的医用级超低温存储设备的厂商并不多，其中，国外的生产商主要有赛默飞世尔、艾本德、斯特林超冷、普和希等，国内的生产商主要包括海尔生物医疗、澳柯玛、中科美菱等。表1 部分主流超低温冰箱产品型号及价格区间产地企业名称主营产品型号价格区间（人民币元）国内1海尔生物医疗云芯超低温DW-86L829BPT10万~20万国内2中科美菱低温科技股份有限公司-86℃超低温冷冻存储箱DW-HL398S5万~10万国内3青岛澳柯玛超低温冷冻设备有限公司-86℃超低温冰箱DW-86L6305万~10万国外1赛默飞世尔科技有限公司Thermo Scientific TSX50086A变频超低温冰箱10万~20万国外2普和希健康医疗控股有限公司超低温保存设备MDF-U500VX10万~15万国外3德国艾本德股份公司Eppendorf CryoCube F740hi 超低温冰箱10万~20万据海尔生物（688139）2月22日发布的2020年业绩快报显示，2020年度，公司实现营收14.02亿元，同比增长38.47%；归属于母公司所有者的净利润近3.81亿元，同比增长109.24%。此前，澳柯玛（600336）发布的2020年年度业绩预告显示，预计2020年度实现归属于上市公司股东的净利润达2.8亿-3.18亿，与上年同期（法定披露数据）相比增加8,683万元到12,543万元，同比增加45%到65%。中科美菱（835892）近日发布2020年业绩预告，预计业绩同向上升。报告期内归属于挂牌公司股东的净利润4200万-4800万，比上年同期增长154.28%-190.61%。表2、海尔生物、澳柯玛、中科美菱2020年预计净利润及增长率公司名称主营产品2020年预计净利润（人民币：元）同比增长海尔生物（688139）生物医疗低温存储设备3.81亿109.24%澳柯玛（600336）制冷产品、家电2.8亿-3.18亿45%-85%中科美菱（835892）超低温冷冻存储箱、疫苗冷藏箱、血液冷藏箱等4200万-4800万154.28%-190.61%由于相对较高的技术门槛，超低温冰箱的供应或将成为疫苗运输和存储最大的挑战。除此之外，如何实现移动式的疫苗低温存储也成为当前行业内纷纷探讨的难题之一。上海力统冷链科技有限公司总经理吕岩对第一财经记者表示，冷柜可以分为存储式和移动式，存储式的设备多在医院、疾控中心、生产企业或者研究机构中应用，用于存储药品、疫苗和诊断试剂，而移动式的低温储运设备则应用于冷链运输。据他所说：“存储设备市面上已经有不少了，但是新冠疫苗引发了对超低温环境下运输的新需求，这是过去行业内没有遇到的，在全球也很少有这类产品，现在国内的冷柜生产厂商都在加紧开发可用于运输超低温产品的移动式低温存储设备的开发。”而在超低温移动式存储设备短缺的背景下，干冰或液氮存储可能成为替代解决方案。据悉辉瑞已经开发出一种通过干冰存储疫苗的容器，可运输5000剂左右的疫苗。但是这些容器的缺点是只能打开两次，并且只能将疫苗保存最多十天。据了解，目前已经有国内的初创公司研发出这种液氮存储的技术，上海原能细胞医学技术有限公司就是一家能够提供这种解决方案的企业。