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學術園地

液態氮桶的保養與使用(上)

畜試所新竹分所  陳一明、陳怡璇、趙俊炫、李國華 編譯

  本文由美國 Select Sires 之同意授權做為教育推廣使用,內文出自該公司網頁(如 參考文獻)。
  人工授精(Artificial Insemination,AI)是目前酪農熟知繁殖策略,其做法可追溯 到古代阿拉伯騎兵時期。義大利生理學家 Spallanzani 於 1780 年進行第一篇 AI 的相關 研究,同年他也成功的對犬隻進行 AI。兩年後,1782 年,他發現授精成功的關鍵在於 存於精液中的精子,也瞭解到冷卻的時間長短會影響精子壽命。接著意識到,精子在 雪中或是低溫環境下並不會被殺死,而是處於一種類似休眠的狀態,若精子暴露在適 當溫度下又會恢復活力。二十世紀初,AI 在俄羅斯開始廣泛使用,目的是為了精進並 擴大國內畜牧業規模。俄羅斯著手研發精子稀釋液、人造假陰道、電擊刺激射精與冷 凍精液運送技術等等 AI 重要成功因素,讓現在的我們能夠瞭解並實踐在畜牧產業上。 在 1949 年,Christopher Polge 博士發現利用乾冰 -79℃ 的特性,冷凍精液進行長期保 存。乾冰使用不久後,液態氮便開始取代乾冰,液態氮可將精液冷凍至 -195℃(-320 ℉) 的環境中。到了 1954 年 12 月,安大略省滑鐵盧的滑鐵盧牛隻育種協會(Waterloo Cattle Breeding Association of Waterloo)成為世界上第一個實施 100% 冷凍精液的育種 組織。現今,大家都知道美國境內幾乎所有的家畜產業精液皆以冷凍方式保存,並儲 存於液態氮桶(也稱精液桶)。

圖 1. 正確使用精液鋁夾從液態氮桶內取出含有精子的精液麥管。

        圖 2. 液態氮桶剖面圖,瞭解
                 液態氮桶內部構造。

什麼是液態氮桶?
  John Dewar 發現若是儲存桶內部和外部之間建置絕緣的真空環境,這種儲存桶非 常適合長期存放液態氮。延伸出液態氮桶的構造原理與熱水瓶相同,皆是雙層結構, 內外層之間是真空環境,以隔絕外在環境溫度影響桶內溫度。爾後液態氮桶便裝填液 態氮,將家畜精液冷凍處存於 -195℃ 的環境中。

為什麼使用液態氮當作冷卻劑裝填在液態氮桶 ?

1.

液態氮可達到 -195℃的溫度,可有效且適合儲存冷凍精液。

2.

液態氮價錢是一種相對便宜的冷凍劑

3.

液態氮具有不被氧化、不易燃且相對惰性等物理特性,使得其為一種安全性的物質, 但是在操作及使用時盡量避免與身體皮膚接觸,因此操作時需要準備一些護具等保 護措施。

4.

液態氮桶內殼是一層一體成形的鋁製容器製成,確保桶內溫度達到均溫。

5.

當液態氮蒸發時,蒸發的氣體會在液態氮桶內殼,其與液態氮具有同樣的溫度。因 此,一個裝滿半桶液態氮的桶子,就可以讓整個液態氮桶達到 -195℃。

6.

液態氮桶的真空構造,促使冷凍精液可保存7-10 年,這是很重要的關鍵因素。而且,液 態氮桶的鋁製外殼,非常適合放置在易遭受磨損的酪農場。

7.

考慮在牧場中的使用頻率與時間長短,以減 少外在環境溫度影響桶內溫度,液態氮桶頸 口因應酪農場使用需求而有特別的設計。液 態氮桶的頸口是由環氧樹脂的玻璃纖維所製 成,具有持久耐用性的功能。熱氣沿著環氧 樹酯的頸口向下移動,使用泡棉塞塞住頸口 處,可以防止大量的熱氣進入液態氮桶內。 特別注意的是液態氮頸口是撐在液態氮內桶上面,頸口就像鐘擺依樣懸掛在內桶上面,操作不當頸口很容易變形,因此在操作上要小心謹慎。

8.

液態氮除非儲存於低於 -195℃的環境中,否則液態氮會不斷的蒸發,因此購置適合的液態氮桶可以減少液態氮的蒸發的速率,使液態氮可以保存 1-6 個月,但還是會受到液態氮桶的尺寸與型號的影響。

9.

在大量牛隻配種期間,液態氮桶的內部恆溫是非常重要的。當配種人員從液態氮桶 中取出冷凍精液時,拿起吊桶與精液鋁夾時,會使液態氮桶內溫度忽高忽低,如此 溫度的變化會影響冷凍精液的精蟲的活力,因此應盡量使整個液態氮桶內的溫度維 持在 -195℃,以確保冷凍精液不會受到溫度變化而影響。

液態氮桶挑選需考慮容積大小與儲存的精液數量

1.

液態氮桶容積大小不一,有可以裝填 11-1,400 公升等多種選擇,因此牧場主人應先 謹慎評估自身所需要的精液儲存量,再選購適宜尺寸的液態氮桶。

2.

在牧場若要進行密集配種時,可以採購小型且便於攜帶的液態氮桶,冷凍精液可以 先從大型液態氮桶換置到上述小型液態氮桶,如此可方便運輸,且避免溫度變化影 響冷凍精液品質。

3.

 20 公升的液態氮桶大約可以保存液態氮約 140 天,保存天數會依照冷暖季有所改變。

 

裝滿 11 與 20 公升的液態氮桶整體重量依序約為 16.7 與 27.2 公斤,皆可儲存約 600支精液麥管。

4.

大部分的牧場都需要將冷凍精液儲放更長久的時間,在這種情況下,建議採購 33 公升的液態氮桶,理論上可以存液態氮約 180 天,裝滿液態氮後之桶重會超過 40.8 公斤,大約可以裝 500 支冷凍精液麥管。

5.

若是牧場要採買、自製並儲存大量精液時,建議可採購 50 公升的液態氮桶,空桶重約為 54.4 公斤,可以容納約 3,500 支冷凍精液麥管,該桶建議每 76 天補充液態氮(依照冷暖季不同進行調整)。

使用液態氮時必須遵守下列事項

1.

液態氮蒸發後所產生的氮氣是一種無色、無味的氣體,若氮氣過多且在密閉空間內, 會導致人員窒息,故液態氮桶必須放置在通風良好的地方使用。

2.

人員體表皮膚若是接觸到液態氮或液態氮揮發的氮氣,皆會造成類似灼傷的冷凍傷害,因此以下列出注意事項。

(1)

傾倒液態氮入液態氮桶時,請緩慢傾倒,避免液 體飛濺或噴出來。

(2)

不論是傾倒或是操作液態氮時,都要戴護目鏡、 面罩以保護眼睛。

(3)

穿戴具有耐凍且容易穿脫的防護手套及袖套,以 保護手臂。

(4)

請穿長褲,且褲管要蓋到鞋子外緣,以防止溢出 來的液態氮凍傷腳。

(5)

假如被液態氮凍傷,請立即就醫治療。

3.

廢棄液態氮時,請將液態氮倒在戶外通風良好的石 礫地面,液態氮接觸石礫地面會迅速揮發。

        圖 3. 液態氮桶(型號 MVE
                 2000 XC 20)。

參考文獻
本資料來源 :The Care and Maintenance of Semen Tanks. Select Reproductive SolutionsTM.




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