SU1097875A1 - Устройство дл замораживани живых биологических объектов в контейнерах - Google Patents

Abstract

1. УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЗАМОРАЖИВАНИЯ ЖИВЫХ БИОЛОГИЧЕСКИХ ОБЪЕКТОВ В КОНТЕЙНЕРАХ, содержащее камеру замораживани , систему подачи криоагента с исполнительным органом, св занным с системой программного управлени , систему измерени  температуры в камере и контейнерах, горизонтально установленный в камере держатель с отверсти ми дл  контейнеров,. отличающеес  тем, что, с целью повышени  сохранности замораживаемых биологических объектов, устройство снабжено системой подачи жидкого хладагента, включающей термоизолированную емкость дл  хладагента, сообщенную с камерой трубкой с клапаном, свободный конец которой расположен над держателем , при этом последний представл ет собой кювету, и отверсти  выполнены в ее днище дл  установки контейнеров с нат гом , причем кювета снабжена трубкой с клапаном дл  вывода жидкого хладагента из камеры. 2.Устройство по п. 1, отличающеес тем, что емкость снабжена теплообменником, сообщенным трубками с клапанами с системой подачи криоагента. 3.Устройство по пп. 1 и 2, отличающеес  тем, что клапаны имеют электроприво (Л ды, подключенные к системе программного управлени .

Description

Изобретение относитс  к холодильной технике, а более конкретно к аппаратам глубокого программного замораживани  различных живых биологических объектов, например выделенных из организма или культивируемых в искусственных услови х Ю1еток, тканей и небольших органов животных и растений, дл  последуюа1его их сохранени  при сверхнизких температурах и регенерации после оттаивани  исходных клеток и тканей, а в случае меристем, почек и эмбрионов растений и животных дл  возобновлени  их роста и развити  и получени  полноценных организмов.

Известно устройство дл  замораживани  живых биологических объектов, включающее камеру замораживани  с контейнерами дл  биоматериала, датчики температуры, установленные в камере замораживани  и в одном изконтейнеров, и систему дл  обеспечени  программного замораживани  объектов 1.

Однако в этом устройстве обеспечиваетс  лишь автоматическа  стабилизаци  температуры Б течение периода кристаллизации в контейнере. Начинаетс  же кристаллизаци  самопроизвольно. При этом происходит значительное переохлаждение объекта , причем в различной степени в разных контейнерах и опытах, несмотр  на одинаковые услови . Это приводит к плохой воспроизводимости результатов, снижению жизнеспособности и гибели в случае особо чуЕУСтвительных объектов, к которым относ тс  клетки, ткани и органы растений,  йцеклетки , спермии некоторых видов и эмбрионы животных.

Известно устройство дл  замораживани  живых биологических объектов в контейнерах , содержащее камеру замораживани , систему подачи криоагента с исполнительным органом, св занным с системой программного управлени , систему измерени  температуры в камере и контейнерах, горизонтально установленный в камере держатель с отверсти ми дл  контейнеров. Система программного управлени  в известном устройстве обеспечивает быстрое охлаждение камеры замораживани  от точки замерзани  биообъекта (несколько ниже 0°С) до существенно более низкой температуры, например -40°С, с последующим быстрым нагревом до температуры лишь немного ниже точки замерзани  2.

Недостатком его  вл етс  трудность преодолени  тепловой инерции камеры замораживани  при резкой смене указанных процессов. Кроме того, устройство не гарантирует начало кристаллизации сразу во всех контейнерах, причем без переохлаждени , которого трудно избежать при самопроизвольной кристаллизии.

Цель изобретени  - повышение сохранности замораживаемых биологических объектов.

Дл  достижени  этой цели устройство

дл  замораживани  живых биологических объектов в контейнерах, содержащее камеру замораживани , систему подачи криоагента с исполнительным органом, св занным с системой программного управлени , систему измерени  температуры в камере и контейнерах, горизонтально установленный в камере держатель с отверсти ми дл  контейнеров , снабжено системой подачи жидкого хладагента, включающей термоизолированную емкость дл  хладагента, сообщенную

. с камерой трубкой с клапаном, свободный конец которой расположен над держателем, при этом последний представл ет собой кювету , и отверсти  выполнены в ее днище дл  установки контейнеров с нат гом, причем кювета снабжена трубкой с клапаном дл 

0 вывода жидкого хладагента из камеры.

В этом устройстве емкость может быть снабжена теплообменником, сообщенным трубками с клапанами с системой подачи криоагента. Клапаны могут иметь электроприводы , .подключенные к системе программного управлени .

На чертеже изображено устройство дл  замораживани  живых биологических объектов в контейнерах.

Устройство содержит теплоизолированQ ную камеру 1 замораживани , систему 2 подачи хладагента, соединенную с камерой 1 линией 3 с исполнительным органом 4, систему измерени  температуры 5 с термодатчиком 6, устанавливаемым в одном из контейнеров 7 с биообъектом (контрольным ) и термодатчиком 8, установленным в камере 1. Контейнеры 7 размещены в горизонтально установленном в камере 1 держателе 9, выполненном в виде низкобортной плоскодонной легкосъемной кюветы. В дне держател  9 имеютс  отверсти , размер и форма которых точно соответствует размеру и форме контейнеров 7, так что вставленные с нат гом в эти отверсти  контейнеры 7 закрывают их достаточно плотно. Дно держател  9 имеет также отверсти  со шли5 фом 10 дл  подсоединени  его к трубке 11, дл  вывода жидкого хладагента. На трубке 11 расположен клапан 12.

Устройство снабжено системой подачи жидкого хладагента, включающей термоизолированную емкость 13 дл  хладаген0 та, сообщенную с камерой 1 трубкой 14 с клапаном 15, свободный конец которой расположен над держателем 9. В емкости 13 наход тс  теплообменник 16 дл  охлаждени  жидкого хладагента, крыльчатка 17, сообщенна  с мотором 18 дл  перемещивани  жидкого хладагента, и термодатчик 19. Лини  3 дл  криоагента (жидкий азот) системы 2 подачи хладагента имеет ответвлени  с клапанами 20, соединенные теплоизолированными трубками 21 с входом и выходом теплообменника 16. Между ответвлени ми расположен клапан 22, а после них - исполнительный орган 4 системы 2 подачи хладагента. Клапаны 12, 15, 20 и 22 имеют электроприводы 23, причем клапаны 20 и 22 раздельные или имеют один общий электропривод, в последнем случае эти клапаны выполнены как едина  конструкци .

Один из клапанов 20  вл етс  трехходовым с тем, чтобы в его закрытом положении трубки 21 и теплообменник 16 были соединены с атмосферой. Термодатчики б, 8 и 19, присоединены к системе 5 измерени  температуры, а электроприводы 23 всех клапанов , исполнительный орган 4 и мотор 18 крыльчатки 17 соединены с системой 24 программного управлени .

Устройство работает следующим образом .

До включени  программы замораживани  емкость 13 заполн етс  жидким хладагентом , количество которого должно быть достаточным дл  последующего наполнени  держател  9 вместе с трубкой 11 до клапана 12. В качестве жидкого хладагента рекомендуетс  обычный спирт, как наименее токсичный и наиболее безопасный в пожарном отношении. Открываютс  клапаны 20 и закрываетс  клапан 22. Включаетс  программа замораживани  и крыльчатка 17. Жидкий азот из системы 2 по линии 3 через клапан 20, подвод щую трубку 21, теплообменник 16, отвод щую трубку 21, второй клапан 20 и исполнительный орган 4 поступает в камеру 1 замораживани  в количестве , достаточном дл  снижени  температуры внутри камеры 1 .с заданной скоростью . Тем временем оператор вставл ет охлажденные до низкой положительной температуры контейнеры 7, заполненные раствором с биообъектами, в отверсти  держател  9 таким образом, чтобы в уровне его дна располагалась та зона контейнеров, в которой имеетс  раствор, но нет биообъектов (на чертеже это зона мениска раствора). После снижени  температуры в камере 1 примерно до температуры контейнеров 7, оператор устанавливает держатель 9, причем обеспечиваетс  его горизонтальное положение и соединение с трубкой 11. В кон-, трольный контейнер 7 вставл етс  термодатчик 6 так, чтобы его конец находилс  приблизительно в уровне дна держател  9. После того, как проход щий по теплообменнику 16 жидкий азот снизит температуру жидкого хладагецта в емкости 13 до расчетрого значени , которое приблизительно в 10-12 раз ниже точки замерзани  раствора , наход щегос  в контейнерах 7, закрываютс  клапаны 20, открываетс  клапан 22 и выключаетс  крыльчатка 17. Жидкий азот по линии 3 поступает пр мо в исполнительный орган 4, а часть его, оставща с 

в теплообменнике 16 и в трубках 21, свободно испар етс  в атмосферу. При дальнейшем охлаждении камеры 1 температура в ней стабилизируетс  на величине, ко5 тора  на 1-2°С ниже точки замерзани  раствора в контейнерах 7. После этого открываетс  клапан 15 (клапан 12 при этом закрываетс ). Жидкий хладагент очень быстро вытекает из емкости 13 и свободно растекаетс  тонким слоем, высота которого 3-4 мм, по держателю 9, охватыва  все контейнеры 7. Происходит практически мгновенное , но локальное охлаждение контейнеров 7 до температуры жидкого хладагента из емкости 13, что иницирует кристалли5 зацию раствора внутри их. Держатель 9 не может быть закрыт сверху или заменен систе мой трубок, так как образующиес  в потоке жидкого хладагента из емкости 13 воздушные пузырьки в этом случае воспреп тствуют его свободному растеканию, и инициаци 

0 кристаллизации во всех без исключени  контейнерах 7 не будет гарантирована. В результате вьщелени  скрытой теплоты плавлени  температура внутри контейнеров повышаетс  до точки замерзани , сигнал тер5 модатчика 6 измен етс , и система 5 измерени  температуры регистрирует пик ,крсталлизации . После этого открываетс  клапан 12, и жидкий хладагент сливаетс  из дер жател  9 дл  устранени  возможных помех дальнейшему процессу и дл  повторного

0 использовани . После окончани  заранее заданного времени стабилизации или после завершени  кристаллизации, когда сигналы термодатчиков 6 и В снова выравниваютс , стабилизаци  выключаетс , и охлаждение продолжаетс  в соответствии с ;

дальнейшей программой замораживани . После ее окончани  оператор вынимает держатель 9, быстро извлекает из него контейнеры 7 и переносит их на хранение.

Данное устройство дл  замораживани  живых биологических объектов в контейнерах позвол ет повысить сохранность живых биологических объектов.

Подача хладагента из емкости 13 производитс  только к незначительному по размеру месту на поверхности контейнеров 7, причем температура хладагента не сверхнизка , а лишь необходима  и достаточна  дл  образовани  первых кристалликов льда изнутри на стенке каждого контейнера 7 в месте ее охлаждени . Тем самым предлага0 ема  система как бы «вносит кристаллики льда во все контейнеры одновременно, что вполне аналогично инициации кристаллизации в теоретических исследовани х и устран ет опасность переохлаждени . Кроме того, отсутствует непосредственное повреж5 дение биообъектов, так как жидкий хладаreijT действует только локально и температура его не слишком низка . Снабжение емкости 13 теплообменником 16, обеспечи

Claims (3)

1. УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЗАМОРАЖИВАНИЯ ЖИВЫХ БИОЛОГИЧЕСКИХ ОБЪЕКТОВ В КОНТЕЙНЕРАХ, содержащее камеру замораживания, систему подачи криоагента с исполнительным органом, связанным с системой программного управления, систему измерения температуры в камере и контейнерах, горизонтально установленный в камере держатель с отверстиями для контейнеров,. отличающееся тем, что, с целью повышения сохранности замораживаемых биологических объектов, устройство снабжено системой подачи жидкого хладагента, включающей термоизолированную емкость для хладагента, сообщенную с камерой трубкой с клапаном, свободный конец которой расположен над держателем, при этом последний представляет собой кювету, и отверстия выполнены в ее днище для установки контейнеров с натягом, причем кювета снабжена трубкой с клапаном для вывода жидкого хладагента из камеры.

2. Устройство по π. 1, отличающееся тем, что емкость снабжена теплообменником, сообщенным трубками с клапанами с системой подачи криоагента. _е

3. Устройство по пп. 1 и 2, отличающе- $g вся тем, что клапаны имеют электроприводы, подключенные к системе программного управления.

SU „„1097875