Устройство для программного замораживания биообъектов

 

Устройство относится к криогенной технике, используемой для криоконсервации биологических материалов при проведении медицинских, и биоло - гических исследований, а точнее к устройствам для программного замораживания биоматериалов, например компонентов крови и костного мозга человека , микроорганизмов, культур крови и т.п. Целью изобретения является повышение точности управления кристаллизацией и сохранение жизненных функций биообъектов. Па первом этапе

СООЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (19) (1И

А1 (50 4 F 25 D 3/10

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР (21) 4271586/31-13 (22) 30 ° 06.87 (46) 30,01,89, Бюл. "- 4 (7i) Специальное конструкторско- технологическое.бюро с опытным производством Института проблем криобиологии и криомедицины АН УССР (72) С.И.Ткаченко, А.С.Ковалев, В.И.Ивашков и Ю.M.Ðóäüêo (53) 621.565(088 ° 8) (56) Авторское свидетельство СССР

Р 815431, кл. F 25 D 3/10, 1979 °

Авторское свидетельство СССР

Р 1044098, кл. F 25 D 3/10, 1985 (прототип). (54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ПРОГРАММНОГО

ЗАМОРАЖИВАНИЯ БИООБЪЕКТОВ (57) Устройство относится к криогенной технике, используемой для криоконсервации биологических материалов при проведении медицинских.и биоло— гических исследований, а точнее к устройствам для программного замораживания биоматериалов, например компонентов крови и костного мозга человека, микроорганизмов, культур крови и т,п. Целью изобретения является повышение точности управления кристаллизацией и сохранение жизненных функций биообъектов. На первом этапе

| игнал, пропорциональный текущему начению температуры в контейнере 2 биоматериа ом, поступает на вход йифференцирующего блока 4, на выходе которого формируется сигнал, пропор"

)фиональный скорости изменения температуры биоматериала. Он сравнивается

Ф сигналом, пропорциональным заданноi значению скорости охлаждения, посупающим от задающего блока 6. Сигнал ассогласования поступает через ком". мутатор 7 на исполнительный орган 11, реэ который осуществляется подача адагента в камеру 1 замораживания. момент начала кристаллизации .текуя температура имеет отрицательный

184 знак, а сигнал на выходе дифференцирующего блока 4 равен нулю. Сигнал от датчика 13 поступает на блок 19.

Осуществляется фактическая стабилизация теплового потока через стенку

2 контейнера. Благодаря блокам 15, 21, 16 определяются оптимальные значения параметров фазового перехода, которые фиксируются в запоминающем блоке 17. Оператор осуществляет выборку оптимального значения из блока 17 и через второй коммутирующий блок 18 производит его подключение к второму входу сравнивающего блока 19 на все время работы с, данным биоматериалом при заданных условиях. 1 ил.

Изобретение относится к криогенной

1 ехнике, используемой для криоконсервации биологических материалов при проведении медицинских и биологичес5 их исследований, а точнее к устройтвам для программного замораживания иоматериалов, например компонентов рови и костного мозга. человека, микоорганиэмов, культур крови и т.п

Цель изобретения — повыщение точости управления кристаллизацией и охранение жизненных функций биообь ктов.

На фиг.1 изображена функциональная15 схема устройства для программного замораживания биообъектов.

Устройство содержит камеру 1 замораживания, в которой расположены кон"гейнеры 2 с биоматериалом, в одном 2р

Из которых размещен датчик 3 темпера1 туры, а также дифференцирующий блок

4, блок 5 сравнения, задающий блок 6, Коммутатор 7, блок 8 задания режимов, схему 9 совпадения, пороговый элеМент 10, исполнительный. орган, блок йодачи хладагента. Датчик 3 температуры сообщен с входами дифференцирую щего блока 4 и схемы 3 совпадения, пругой вход которой через пороговый элемент 10 подсоединен к выходу дифференцирующего блока 4, а выход схемы

9 совпадения подсоединен к одному входу коммутатора 7, второй вход которого соединен с выходом блока 5 сравнения, входы последнего соединены с выходами дифференцирующего блока 4 и задающего блока 6, а выход коммутатора 7 подсоединен к одному входу исполнительного органа 11, другой вход которого связан с блоком 12 подачи хладагента, а выход — с камерой 1.

Устройство дополнительно снабжено датчиком 13 теплового потока, размещенным на стенке контейнера 2, подсоединенным к выходу схемы совпадения источником 14 опорного напряжения, и последовательно связанными с ним первым интегрирующим блоком 15, блоком 16 деления, запоминающим блоком

17, первым коммутирующим блоком 18, сравнивающим блоком 19, выход которого подсоединен к третьему входу коммутатора 7, а также последовательно соединенными вторым коммутирующим блоком 20 и вторым интегрирующим блоком 21. При этом датчик 13 теплового потока соединен с входами сравнивающего блока 19 и второго коммутирующего блока 20. Второй вход блока 20 соединен с выходом схемы 9 совпадения, а выход второго интегрирующего блока 21 соединен с вторым входом блока 16 деления. Блок 8 задания режимов соединен с вторым входом первого коммутирующего устройства.

Устройство работает следующим образом.

1455184

Работа на предлагаемом устройстве производится в два этапа: этап .обучения (определения оптимальных режимов прохождения кристаллизации); ра5 бочий этап, когда оптимальный для данного типа биоматериала режим с учетом массы биоматериала, конфигурации и материала упаковки, а также характера теплообмена в каждом кон- lp кретном случае, при использовании определенных камер замораживания, гарантировано воспроизводится при многократном повторении циклов замораживания. 15

Первый этап работы характеризуется следующим.

Сигнал, пропорциональный текущему значению температуры в контейнере 2 с биоматериалом и датчиком 3, посту- 20 пает на вход дифференцирующего блока 4, на выходе которого формируется сигнал, пропорциональный скорости изменения температуры биоматериала. Он сравнивается с сигналом, пропорциональным заданному значению скорости охлаждения, поступающим от задающего блока 6. Сигнал рассогласования поступает через коммутатор 7 на исполнительный орган 11 (например электро- 30 магнитный позиционный клапан), через который осуществляется подача хладагента (жидкого азота) от блока 12 подачи хладагента в камеру 1 замораживания. Количество хладагента пропорционально сигналу рассогласования и в установившемся режиме обеспечивает охлаждение со скоростью, соответствующей заданной. При этом сигнал на выходе схемы 9 совпадений соответствует нулевому значению, что, в свою очередь, обеспечивает подключение через коммутатор 7 выхода блока 5 сравнения к входу исполнительного органа 11. 45

В момент начала кристаллизации текущая температура имеет отрицательный знак, а сигнал на выходе дифференцирующего блока 4 равен нулю (или даже отрицателен при наличии эффекта пере- 5О охлаждения биоматериала), что приводит к появлению на выходе схемы 9 с совпадений единичного сигнала. Это, в свою очередь, приводит к подключению к исполнительному органу 11 выхо- 5 да сравнивающего блока 19, а также включению первого коммутирующего блока 20 и источника 14 опорного напряжения.

Второе коммутирующее устройство

18, управляемое оператором, в это время подключает блок 8 задания режимов к второму входу сравнивающего устройства, Поскольку сигнал от датчика 13 теплового потока, пропорциональный потоку тепловой энергии, через стенку контейнера 2 поступает на первый вход сравнивающего блока 19, то на выходе последнего формируется сигнал рассогласования между теку1 щим и заданным от блока 8 задания режимов значениями теплового потока (т,е. интенсивности теплопередачи, определяющей время и характер кристаллообразования в биоматериале, являющимися определяющими факторами криоповреждений), который определяет количество хладагента, поступающего через исполнительный орган 11 в камеру 1 замораживания. Иначе говоря, осуществляется фактическая стабилизация теплового потока через стенку

1 контейнера 2 с биоматериалом, т,е. стабилизируется характер теплообменного процесса.

При этом в первом интегрирующем блоке 15 осушествляется интегрирование напряжения источника 14 опорного напряжения, т.е. формируется линейно-изменяющийся сигнал, пропорциональный продолжительности процесса кристаллизации, а во втором интегрирующем блоке 21 интегрируется значение текущего теплового потока за все время кристаллизации, т.е. осуществляется определение энергии фазового перехода всего количества биоматериала .в контейнере 2. В блоке 16 деления осуществляется выполнение операции выделения текущего значения отношения энергии кристаллообразования ко времени, т.е ° фактически, в конце кристаллизации, усредненного текущего значения теплового потока за все время фазового перехода.

При проведении серии экспериментов, исследователь определяет оптимальное значение указанных параметров фазового перехода, которые в виде выходного сигнала блока 16 деления фиксируются (запоминаются) в запоминающем блоке 17. При переходе к второму этапу работы исследователь (оператор) осуществляет выборку оптимального значения режима фазового перехода из запоминающего блока 17 и через второй коммутирующий блок 18 произ84 Ь

Формула изобретения

Составитель И.Шабалина

Техред М.Дидык Корректор В.Бутяга

Редактор И.Касарда

Заказ 744 1/46 Тираж 462 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

Производственно-полиграфическое предприятие, г. Ужгород, ул. Проектная, 4

5 14551 водит подключение его значения (или . его подключение) к второму входу сравнивающего блока l9 на все время работы с данным биоматериалом при

5 заданных условиях.

Работа устройства при выходе иэ кристаллизации определяется появлением на первом входе схемы 9 совпа, дений единичного сигнала, отключением 1р сравнивающего блока 19 от исполни тельного устройства 11, подключением к нему выхода блока 5 сравнения. При понижении температуры биоматериала ! сигнал пропорциональный скорости за- 1б

В мораживания, на выходе дифференциру ющего блока 4 становится больше нуля .,è при значений, большем напряжения уставки, пороговый элемент 10 устанавливается в нулевое состояние, что возвращает схему устройства в исходное, предществующее кристаллизации биоматериала состояние, т.е. в режим стабилизации скорости. Данное устройство обеспечивает суще- рб ! ственное увеличение точности управления кристаллизацией биоматериала за счет количественного автоматического измерения интенсивности теплопередачи путем вычисления отношения теку, :щего теплового потока ко времени кристаллизации в течение всего интервала фазового перехода, за счет чего увеличивается выход жизнеспособного, функционально полноценного биомате: риала. При этом значительно расширяются возможности исследования и фик, сации оптимальных режимов прохождения . кристаллизации за счет наличия sanoминающего устройства, сокращается время, необходимое для определения задающего сигнала оптимального теплового потока (усредненного на этапе фазового перехода), за счет его ав1 томатического расчета в течение любог о тек ущег о мом ента пров едения эксп еримента вследствие наличия первого и второ, го интег раторов, а также блока давления.

Устройство для программного замораживания биообъектов, содержащее камеру замораживания, установленные в ней контейнеры для биообъектов, датчик температуры, установленный в одном из контейнеров .и сообщенный с входами дифференцирующего блока и схемы совпадений, другой вход которой через пороговый элемент подсоединен к выходу дифференцирующего блока, а выход к одному входу коммутатора,, второй вход которого соединен с выхо дом блока сравнения, входы которого соединены с выходами дифференцирующего и задающего блоков, а выход коммутатора подсоединен к одному входу исполнительного органа, а также блок эадания режимов и блок подачи хладагента, связанный с вторым входом исполнительного органа, о т л н ч а ющ е е с я тем, что, с целью повышения точности управления кристаллизацией и сохранения жизненных функций биообъектов, устройство снабжено датчиком теплового потока, размещенным на стенке контейнера, подсоединенным к выходу схемы совпадения источником опорного напряжения, последовательно соединенными с ним первым интегрирующим блоком, блоками деления, запоминающим, первым коммутирующим, сравнивающим блоком, выход которого подсоединен к третьему входу коммутатора, и последовательно соединенными вторым коммутирующим и вторым интегрирующим блоками, при этом датчик теплового потока соединен с входами сравнивающего и второго коммутирующего блоков, второй вход последнего соединен с выходом схемы совпадения, а выход второго интегрирующего блока с вторым. входом блока деления, блок задания режимов с вторым входом первого коммутирующего блока.