In jedem Kryotank gibt es zwei Lagerzonen: den Flüssigstickstoff selbst bei konstanten –196 °C und die Dampfphase darüber, in der die Temperatur mit zunehmender Höhe ansteigt. Die Entscheidung zwischen beiden ist keine Detailfrage der Laborroutine — sie bestimmt Kontaminationsrisiko, Temperaturstabilität und die Auditfähigkeit Ihrer Lagerung.
Dieser Beitrag vergleicht Dampfphasen- und Flüssigphasenlagerung technisch und zeigt, wie moderne Tankkonstruktion den klassischen Zielkonflikt zwischen beiden auflöst.
Bei der Flüssigphasenlagerung sind die Proben vollständig in Flüssigstickstoff eingetaucht. Der Vorteil ist eindeutig: konstante –196 °C an jeder Position im Tank, ohne Gradient und ohne Temperaturanstieg beim Öffnen des Deckels. Für Anwendungen mit sehr langen Lagerzeiten und maximaler Anforderung an Temperaturkonstanz ist das die physikalisch stabilste Lösung.
Der Nachteil ist ebenso eindeutig. Flüssiger Stickstoff dringt bei nicht vollständig dichten Verschlüssen in Kryoröhrchen ein. Daraus folgen zwei Risiken:
Bei der Dampfphasenlagerung stehen die Proben oberhalb des LN₂-Spiegels im kalten Stickstoffdampf. Es gibt keinen direkten Flüssigkeitskontakt und damit keinen Übertragungsweg für Kreuzkontamination.
Für klinische Proben, ATMP-Chargen, Zelltherapien und alle GMP-regulierten Anwendungen ist das inzwischen der erwartete Stand der Technik. Auch Gewebebanken und Nabelschnurblutbanken lagern aus Kontaminationsgründen praktisch durchgängig in der Dampfphase.
Der technische Preis dafür ist ein vertikaler Temperaturgradient: Direkt über dem Flüssigkeitsspiegel liegen die Temperaturen nahe –190 °C, im oberen Bereich eines schlecht ausgelegten Tanks können sie bis in den Bereich von –140 °C oder darüber steigen. Und oberhalb von rund –130 °C — der Glasübergangstemperatur wässriger Systeme — beginnt die Rekristallisation.
Der Gradient ist damit kein akademisches Problem. Er entscheidet darüber, ob die oberste Rackposition noch eine sichere Lagerposition ist.
Genau an diesem Punkt unterscheiden sich Kryotanks technisch — und nicht am Datenblattwert für das Gesamtvolumen.
Consarctic®-Kryotanks arbeiten mit einer exzentrischen Tanköffnung. Die außermittige Halsöffnung verkleinert die freie Verdampfungsoberfläche und den Wärmeeintrag über den Hals. Das hat drei zusammenhängende Effekte:
Der drehbare Boden ergänzt das ergonomisch: Die gesuchte Position wird zur Öffnung gedreht, statt dass der Bediener im Tank sucht. Kürzere Entnahmezeit bedeutet weniger Wärmeeintrag für alle benachbarten Proben.
Für die Langzeitlagerung in Biobanken, bei Stammzellen und in der Pharma liefert Consarctic® die BSD+ Serie (bis 100.000 Kryoampullen) und die BSF+ Serie (bis 1.700 Beutel à 500 ml). Für die Reproduktionsmedizin und allgemeine Laboranwendungen stehen die ABV+ Serie (Aluminium, 4–150 L) und die ABS+ Serie (Edelstahl) zur Verfügung.
Dampfphasenlagerung ist eine Behauptung, solange sie nicht gemessen ist. Der Nachweis besteht aus zwei Teilen:
Temperaturmapping bei der Qualifizierung. Bei der Inbetriebnahme wird der Tank mit kalibrierten Fühlern über alle Rackpositionen und Höhen vermessen — im Ruhezustand und unter realistischen Öffnungszyklen. Das Ergebnis definiert, welche Positionen freigegeben sind und ab welchem Füllstand die obersten Positionen gesperrt werden müssen. Consarctic® führt dieses Mapping im Rahmen der IQ/OQ-Qualifizierung durch und dokumentiert es GMP-konform nach EN ISO 13485:2016 und ISO 9001:2015.
Kontinuierliche Überwachung im Betrieb. Der Füllstand ist bei Dampfphasenlagerung der entscheidende Parameter: Sinkt er, wandert der gesamte Gradient nach unten und die oberen Positionen erwärmen sich. Das Consarctic® Monitoring-System überwacht Füllstand und Temperatur kontinuierlich, protokolliert lückenlos und alarmiert per Fernzugriff, bevor eine Grenze erreicht wird. Ergänzt wird das durch den 24/7-Notfallservice an 365 Tagen im Jahr.
Einrichtungen wie die Charité Universitätsmedizin Berlin, die Qatar Biobank und die Max-Planck-Gesellschaft arbeiten mit dieser Systematik in der Consarctic-Infrastruktur.
Bei der Flüssigphasenlagerung sind die Proben in Flüssigstickstoff eingetaucht und liegen konstant bei –196 °C, es besteht jedoch ein Kreuzkontaminationsrisiko über eindringendes LN₂. Bei der Dampfphasenlagerung stehen sie oberhalb des Flüssigkeitsspiegels: kein Flüssigkeitskontakt und kein Kontaminationspfad, dafür ein vertikaler Temperaturgradient, den die Tankkonstruktion beherrschen muss.
Ja, sofern alle freigegebenen Lagerpositionen dauerhaft unter –130 °C bleiben. Das setzt eine Tankkonstruktion mit flachem Gradienten, eine Qualifizierung mit Temperaturmapping und eine kontinuierliche Füllstandsüberwachung voraus. Unter diesen Bedingungen ist die Dampfphase der klinische und regulatorische Standard.
Die kritische Grenze ist die Glasübergangstemperatur von etwa –130 °C. Oberhalb davon setzt Rekristallisation ein und die Probenintegrität wird irreversibel geschädigt. In der Praxis werden Lagerpositionen so freigegeben, dass ein Sicherheitsabstand zu diesem Wert eingehalten wird.
Flüssiger Stickstoff ist nicht steril. Über nicht vollständig dichte Verschlüsse dringt er in Kryoröhrchen ein und kann Erreger zwischen Proben übertragen. Dokumentierte Fälle viraler Kreuzkontamination in der Flüssigphase haben dazu geführt, dass klinische Anwendungen heute überwiegend in der Dampfphase lagern.
Geeignet sind Tanks mit flachem vertikalem Temperaturgradienten und zuverlässiger Füllstandsüberwachung. Die Consarctic®-Serien BSD+, BSF+, ABV+ und ABS+ nutzen dafür die exzentrische Tanköffnung, die die Verdampfungsoberfläche reduziert, die Dampfphasentemperatur absenkt und den LN₂-Verbrauch um bis zu 30 % senkt.
Die Wahl zwischen Dampf- und Flüssigphase folgt dem Kontaminationsprofil der Probe und der geltenden Regulatorik. Ob die gewählte Phase dann auch sicher ist, entscheidet die Konstruktion des Tanks, die Qualifizierung mit Temperaturmapping und die kontinuierliche Überwachung.
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