程序降温仪是实现生物样本低温冻存的关键设备。在常温样本需要向液氮低温环境转移时，可以介导生物样本的降温过程。广泛应用在干细胞移植、脐血冻存、眼角膜、心脏瓣膜、皮肤等器官组织的低温保存等领域，并正在向低温材料学科和农牧领域扩展。
 

样品冻存过程中，降温速率过快/过慢都会对细胞造成损伤以致影响复苏活性。降温过快时，细胞内的水迅速结晶，冰晶会对细胞造成内部损伤；如果降温速度过慢，细胞外的水先结冰，会在细胞内外产生渗透压，会造成细胞脱水，降低细胞复苏率。

以上问题，可通过程序降温仪对降温速率的“精细控制”轻松解决——降温的不同阶段，采用不同的降温速率，可有效减少细胞损伤，提高复苏率。一般为“先慢冻，后快冻”。
 

目前市面上常用的程序降温仪工作原理是，通过微处理器控制系统和电磁阀，控制喷入腔体中的液氮量来控制降温速率。其优点是：控温，受外界环境影响小。尤其是处理大体积样本时，快速喷入的大量液氮更易带走样本中的潜热，从而快速降温，保证更好的样本复苏活性。
 

 

以上是一张较为典型的程序降温仪运行曲线图。由图可以看出，样品在相变过程中(液态->固态)会释放大量潜热。当潜热点出现，冻存液开始结冰时，样本开始释放热量，温度可能反而会上升。此时，就需要向腔体内迅速喷入大量液氮，从而快速降温，拉大温差，带走热量，使得生物样本迅速越过相变期。
 

实践证明：使用程控降温仪经热量补偿后，1-3℃ / min的降温速率可大大提高冻存细胞的复苏率。
 

除此之外，程序降温仪一般均配置有热敏打印机，可以记录生物样本批次冻存的温度曲线，并可打印保存。通过控制过程，消除批次实验中的差异性，保证所有批次生物样本冻存的质量稳定性和可重复性。
 

不过，复苏率才是检验冻存是否成功的重要标准。有时，即使没有程序降温仪设备介导降温程序，只要能够保证样本的稳定复苏率，也是成功的冻存过程。