Ciekły azot – zastosowanie w medycynie, badaniach i przemyśle

Ciekły azot od dziesięcioleci fascynuje naukowców, lekarzy i inżynierów. To bezbarwna ciecz o ekstremalnie niskiej temperaturze, która znalazła szerokie zastosowanie w medycynie, badaniach naukowych oraz przemyśle. Choć często kojarzy się z efektownymi pokazami naukowymi czy gastronomią molekularną, prawdziwa wartość tego związku leży w jego praktycznych właściwościach i możliwościach technologicznych. W tym artykule wyjaśnimy, do czego służy ciekły azot, jakie ma właściwości, w jaki sposób się go otrzymuje, jakie jest zastosowanie ciekłego azotu w różnych dziedzinach nauki i techniki oraz zasady bezpiecznej pracy z tą niezwykłą substancją.

Charakterystyka i właściwości ciekłego azotu

Ciekły azot to skroplony gaz azotowy (N₂), który powstaje w wyniku skraplania powietrza w procesie destylacji frakcyjnej. Azot stanowi aż 78% atmosfery ziemskiej, a po skropleniu przybiera postać klarownej, bezbarwnej cieczy.

Jedną z jego najważniejszych cech jest ekstremalnie niska temperatura wrzenia, wynosząca –196°C (77 K). To właśnie dlatego ciekły azot umożliwia błyskawiczne zamrażanie tkanek, materiałów biologicznych czy metali. Ciecz ta jest bezwonna, obojętna chemicznie i nietoksyczna, jednak w kontakcie ze skórą powoduje poważne odmrożenia.

Ciekły azot – właściwości i zastosowanie:

• temperatura wrzenia: –196°C,
• brak barwy i zapachu,
• nietoksyczny,
• niska lepkość i duża zdolność pochłaniania ciepła,
• obojętność chemiczna (nie reaguje z większością substancji),

Dzięki tym cechom ciekły azot jest niezastąpiony w wielu dziedzinach – od krioterapii, przez kriokonserwację próbek biologicznych, zastosowania chłodnicze, po przemysł elektroniczny i spożywczy.

Ciekły azot jest produkowany komercyjnie w wyniku destylacji frakcyjnej ciekłego powietrza. Proces otrzymywania ciekłego azotu polega na skropleniu powietrza poprzez schładzanie i sprężanie, a następnie separację składników w kolumnie destylacyjnej. Azot skrapla się jako jeden z pierwszych składników, ponieważ ma niższą temperaturę wrzenia niż tlen.

Azot po raz pierwszy skroplili 15 kwietnia 1883 r. polscy fizycy Zygmunt Wróblewski i Karol Olszewski.

Zastosowanie w kriobiologii i medycynie

Ciekły azot ze względu na niską temperaturę i niską reaktywność ma wiele zastosowań. Najbardziej popularne zastosowanie ciekłego azotu w medycynie wiąże się z jego zdolnością do błyskawicznego zamrażania tkanek.

Przechowywanie

W laboratoriach medycznych ciekły azot jest używany do długoterminowego przechowywania i transportu materiałów biologicznych – komórek, tkanek, nasienia, zarodków czy próbek DNA. W temperaturze –196°C procesy biologiczne ulegają całkowitemu zatrzymaniu, dzięki czemu próbki mogą być przechowywane przez wiele lat bez utraty właściwości.

Zastosowania chirurgiczne

Ciekły azot wykorzystuje się do usuwania nieprawidłowych tkanek, np.: niszczenia komórek nowotworowych metodą kriochirurgiczną.

Krioterapia

Krótkotrwałe wystawianie organizmu na ekstremalnie niską temperaturę w celu leczenia schorzeń reumatycznych, zmniejszenia bólu i obrzęku oraz regeneracji tkanek. Zamrażanie zmian nowotworowych pozwala uniknąć rozległych zabiegów operacyjnych i skraca czas rekonwalescencji pacjenta.

Dermatologia 

Leczenie schorzeń dermatologicznych i usuwanie zmian skórnych, takich jak brodawki, kurzajki, włókniaki czy znamiona. Szybkie zamrożenie tkanki powoduje jej martwicę i bezpieczne odpadnięcie. Zabiegi są bezbolesne, mało inwazyjne i często nie wymagają znieczulenia.

Wykorzystanie ciekłego azotu w badaniach naukowych

W laboratoriach badawczych ciekły azot jest jednym z podstawowych narzędzi. Jego unikalne właściwości chłodzące są wykorzystywane w wielu dziedzinach nauki – od biologii molekularnej, przez fizykę materiałową, aż po astronomię.

W biologii i biotechnologii

Ciekły azot umożliwia błyskawiczne zamrażanie próbek biologicznych, dzięki czemu zachowują one pełną strukturę komórkową i funkcjonalność po rozmrożeniu. Stosowany jest do przechowywania enzymów, kultur bakterii, próbek DNA czy tkanek. W ten sposób wspiera badania nad genetyką, terapiami komórkowymi i szczepionkami.

W fizyce i inżynierii

W fizyce eksperymentalnej zastosowanie ciekłego azotu obejmuje chłodzenie nadprzewodników i detektorów czułych na temperaturę. W inżynierii materiałowej służy do testowania odporności mechanicznej materiałów w ekstremalnych warunkach niskotemperaturowych.

W przemyśle i technologii

Ciekły azot znajduje również szerokie zastosowanie przemysłowe. Wykorzystuje się go m.in.:

• do szybkiego chłodzenia elementów metalowych i tworzyw sztucznych,
• w procesach kriomielenia (rozdrabniania materiałów w niskich temperaturach),
• do chłodzenia systemów komputerowych i serwerowni,
• w gastronomii molekularnej – do błyskawicznego zamrażania potraw i deserów.

Bezpieczeństwo pracy z ciekłym azotem

Ciekły azot posiada niezwykle przydatne właściwości, jednak praca z nim wymaga przestrzegania rygorystycznych zasad bezpieczeństwa. Ekstremalnie niska temperatura może powodować poważne odmrożenia i uszkodzenia tkanek przy kontakcie ze skórą.

Podstawowe zasady bezpieczeństwa:

• stosowanie odzieży ochronnej (rękawic kriogenicznych, gogli, fartuchów),
• przechowywanie ciekłego azotu w specjalnych izolowanych pojemnikach (dewarach),
• unikanie kontaktu z zamkniętymi przestrzeniami (gazowy azot wypiera tlen, co grozi uduszeniem),
• zachowanie odpowiedniej wentylacji w pomieszczeniu.

Zachowanie tych zasad pozwala bezpiecznie korzystać z potencjału, jaki daje skroplony azot – jednocześnie minimalizując ryzyko wypadków.

Podsumowanie

Ciekły azot to użyteczna substancja, której unikalne właściwości fizyczne i chemiczne pozwalają na zastosowanie w wielu dziedzinach nauki i techniki - od krioterapii i przechowywania materiałów biologicznych po badania nad nadprzewodnikami. Zrozumienie, do czego służy ciekły azot, jakie ma właściwości i jak bezpiecznie z nim pracować, pozwala w pełni wykorzystać jego możliwości w medycynie, przemyśle i nauce.