Устройство для замораживания биоматериалов

 

1. УСТРОЙСТВО ДПЯ ЗАМОРАЖИВАНИЯ БИОМАТЕРИАЛрВ, содержащее камеру замораживания, контейнер для биоматериалов, датчиктемпературы, установленный в контейнере, блок подачи хладагента с исполнительным : органом, блок сравнения, к первому входу которого подключен задающий блок, блок задания режимов и пороговый элемент.отличающееся тем, что, с целью расширения диапазона скоростей охлаждения и : повьппения надежности работы устройства , оно дополнительно содержит дифференцирующий блок и схему совпадений , при этом датчик температуры подключен к входу дифференцирующего блока, выход последнего соединен с вторым входом блока сравнения и с входом порогового элемента, выход порогового элемента соединен с перт вым входом схемы совпадений, с вторым входом последней - вход дифсл ференцирующего блока, выход блока (Г задания режимов через коммутатор подключен к исполнительному органу , а выход блока сравнения и выход схемы совпадения подсоединены к другим входам коммутатора. 4 i4 О СО 00

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСНИХ

РЕСПУБЛИН

1(511 F 25 D 3/10

ЖИОВ3ьа ИЖТй0:

КХНЩКМА 64,ЩЭ ЛфА

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Н ABTGPCHOMV СВИДЕТЕЛЬСТБУ. Вь

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ (21) 3434724/28-13 (22) 28.04.82 (46) 07.06.85. Бюл. В 21 (72) С,И. Ткаченко и M.È. Грошевой (71) Специальное конструкторскотехнологическое бюро с опытным производством Института проблем криобиологии и криомедицины АН Украинской CCP (53) 621.59 (088.8) (56) 1. Авторское свидетельство СССР

Р 422927, кл. Р 25 D 3/10, 1972.

2. Авторское свидетельство СССР

Ф 726393, кл.F 25 D 3/1О, 1977.

3. Авторское свидетельство СССР

11 815431, кл. F 25 D 3/10, 1979 (прототип). (54)(57) 1... .УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЗАМОРАЖИ=.

ВАНИЯ БИОМАТЕРИАЛОВ, содержащее камеру замораживания, контейнер для

I биоматерналов,.датчик температуры, установленный в контейнере, блок подачи хладагента с исполнительным

„„SU„„1044098 A органом, блок сравнения, к первому входу которого подключен задающий блок, блок задания режимов и пороговый элемент, о т л и ч а ю щ е— е с я тем, что, с целью расширения диапазона скоростей охлаждения и; повышения надежности работы устройства, оно дополнительно содержит дифференцирующий блок и схему совпадений, при этом датчик температуры подключен к входу дифференцирующего блока, выход последнего соединен с вторым входом блока сравнения и с входом порогового элемента, выход порогового элемента соединен с пер-. вым входом схемы совпадений, с вторым входом последней — вход дифференцирующего блока, выход блока задания режимов через коммутатор подключен к исполнительному органу; а выход блока сравнения и выход охемы совпадения подсоединены к другим входам коммутатора.

1 1

Изобретение относится к области криогенной техники, используемой для биологических и медицинских исследований, а точнее к устройствам программного замораживания биологических материалов. например. ядросодержащих клеток крови и костного мозга человека.

Известны устройства аналогичного назначения, содержащие камеру замораживания, систему снабжения хладагентом,. систему. автоматического управления процессом замораживания 1.1 и 2), Система автоматического управления процессом замораживания в этих устройствах является следящей. Это приводит к усложнению программного задающего устройства, которое должно формировать медленно линейно-изменяющееся напряжение, что представляет собой относительно сложную техническую задачу.

Кроме того, качество переходных процессов и точность регулирования в таких системах невысоки из-за статической ошибки по температуре в системе автоматического управления.

Из известных устройств наиболее близким по технической сущности является устройство для замораживания биоматериалов, содержащее камеру замораживания, контейнер для биоматериала,, датчики температуры, один из которых установлен в контейнере, блок подачи.хладагента, связанный с исполнительным органом, блок сравнения, к первому входу которого подключен задающий блок, блок задания режимов, селективный усили1тель, датчик акустической эмиссии, укрепленный на корпусе контейнера, и пороговый элемент ГЗ 3.

Это устройство позволяет фиксировать момент начала и окончания кристаллизации и автоматически регулировать скорость прохождения кристаллизации различных биоматериалов, используя безынерционный акустический датчик.

Недостатком такого устройства является ограниченный динамический диапазон скоростей замораживания, что, в свою очередь, при переходных процессах, например, при переходе с меньшей скорости охлаждения на большую, приводит к ложным

044098

t5

55 срабатываниям элементов автоматики, т.е, снижает надежность работы такого устройства.

Целью изобретения является расши" рение диапазона скоростей охлаждения с одновременным повышением надежности работы устройства.

Это достигается тем, что в известное устройство, содержащее .камеру замораживания, контейнер для биоматериалов, датчик температуры, установленный в контейнере, блок подачи хладагента с исполнительным органом, блок сравнения, к первому входу которого подключен задающий блок, блок задания режимов и пороговый элемент, дополнительно содержит дифференцирующий блок и схему совпадений, при этом датчик температуры подключен к входу дифференцирующего блока, выход последнего соединен с вторым входом блока сравнения и с входом порогового элемента; выход порогового элемента соединен с первым входом схемы совпадений, с вторым входом последней — вход дифференцирующего блока, выход блока задания режимов через коммутатор подключен к исполнительному органу, а выход блока сравнения и выход схемы совпадения подсоединены к другим входам коммутатора.

На чертеже представлена принципиальная схема устройства.

Устройство содержит камеру l замораживания, контейнеры 2 с биоматериалом, датчик 3" температуры в контейнере 2, подключенный к входу дифференцирующего блока 4.

Выход дифференцирующего блока 4 подключен к второму входу .блока 5 сравнения, первый вход которого соединен с выходом задающего блока 6, а выход блока 5 сравнения связан с вторым входом коммутатора 7, К первому входу коммутатора 7 подключен блок 8 задания режимов, а к третьему — выход схемы 9 совпадений. Один вход схемы 9 совпадений подключен к выходу порогового элемента 10, вход которого соединен с выходом дифференцирующего блока 4. Другой вход схемы 9 совпадений подключен к входу дифференцирующего блока 4. Выход коммутатора 7 соединений с первым входом исполнительного органа Il, второй вход которого подключен к блоку 12 з,.;1044098 4

В начальный момент программы за- мораживания биоматериала сигнал, пропорциональный скорости замора- 40 живания, на выходе дифференцирующего

;блока 4 равен нулю, поэтому на выхо- . де блока 5 сравнения формируется .сиг, — : нал рассогласования, который, поступая через коммутатор 7 на первый 45 вход исполнительного органа 11, обеспечивает максимальную подачу хладагента из блока 12 подачи хладагента в камеру 1 замораживания.

По мере поступелния хладагента в :50 камеру 1 замораживания корость охлаждения биоматериала увеличивается,,. :. что приводит к -возрастанию сигнала на выходе дифференцирующего блока 4, уменьшению сигнала рассогласования, .-55

f и уменьшению подачи хладагента в ка" меру 1 замораживания в количестве,., обеспечивающем стабилизацию скоподачи хладагента, а выход — к камере 1 замораживания.

Устройство работает следующим образом.

Сигнал, пропорциональный текуще-: му значению температуры в контейне- ре 2 с биоматериалом и датчиком 3, поступает на вход дифференцирующего." блока 4, на выходе которого форми- . руется сигнал, пропорциональный скорости замораживания биоматери- . ала, В начальный момент этот сигнал равен нулю.

Сигнал, пропорциональный скорос,ти замораживания, поступает на вход " 15 порогового элемента 10, напряжение уставки которого больше нуля, Поэтому пороговый элемент 10 формирует на своем выходе единичный сигнал, который поступает на один вход схе- 2в мы 9 совпадений. На другой вход схемы 9 совпадений поступает сигнал с датчика 3 температуры контейнера 2 с биоматериалом. Когда в на чальный момент программы замора- -,25 живания температура биоматериала положительна, то на выходе схе-мы 9 совпадений присутствует нулевой сигнал.

Сигнал, пропорциональный скорости замораживания, с дифференцирующего блока 4 поступает на второй вход блока 5 сравнения, на.первый вход которого подается с выхода задающего блока 6 постоянный опорный сигнал, пропорциональный заданной . 35 скорости замораживания. рости замораживания на заданном уровне. При этом сигнал на выходе порогового элемента 10 имеет нулевой уровень, так как.сигнал, пропорциональный скорости замораживания, превышает уставку порогового элемента.

При достижении биоматериалом отрицательных значений температуры на втором входе схемы 9 совпадений появляется единичный сигнал.

При достижении биоматериалом температуры его кристаллизации сигнал .на выходе дифференцирующего блока 4 становится равным нулю, а .в случаях, например, при переохлаждении биоматериала сигнал становится меньше нуля; Это приводит к появлению на выходе порогового элемента 10 и на первом входе схемы 9 совпадений единичного сигнала..

Таким образом, на ..обоих входах схемы 9 совпадений. присутствуют единичные сигналы, что приводит к формированию единичного сигнала на выходе схемы 9 совпадений. Этот сигнал, поступая на третий управ.— . ляющий вход коммутатора 7, приводит ,коммутатор 7 в состояние, обеспечивающее отключение сигнала рассогласования и подключение к исполнительному органу ll, блока 8 задания режимов .

Выходной сигнал блока 8 задания режимов, воздействуя на исполнительный орган 11, обеспечивает пода" чу хладагента в камеру l замораживания в количестве, необходимом для обеспечения заданного режима процесса кристаллизации биоматериала.

После окончания кристаллизации температура биоматериала начинает ,понижаться, сигнал, пропорциональный скорости замораживания, на выходе дифференцирующего блока 4 становится больше нуля и при значе= нии, большем напряжения уставки, пороговый элемент 10 устанавливается в нулевое состояние, что возвращает схему устройства в исходное, предшествующее кристаллизации биоматериала, состояние, т.е. в режим стабилизации скорости.

Примен.ние предлагаемого устройства позноляеч расширить динами- ческий диапазон скоростей замораживания, ограниченный не величинами сигналов рассогласования внутри

Корректор Л. Бескид

Редактор Л. Письман ТехредЖ.Кастелевич

Тираж 509 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

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

Заказ 4465/1

Филиал ППП "Патент" г. Ужгород, ул. Проектная, 4

5 системы автоматического управления, а только мощностью блока подачи хладагента и теплофизическими характеристиками контейнеров с биоматериалом в камере замораживания. Это дает возможность осуществлять криоконсервирование безъядерных клеток крови и некоторых типов микроорганизмов, для которых необходимы максимальные скорости замораживания (сотни-тысячи С/мин). Повышается. надежность работы устройства за счет введения информации о текущем значении температуры в схему совпадений, что исключает ложные сра" / батывания элементов автоматики при .

1044098 6 переходных процессах и при переключении заданной скорости замораживания с меньшей на большую.

Данное устройство для программного замораживания биологических материалов найдет применение в системе автоматического управления процессом программного замораживания

1О ядросодержащих клеток крови, что позволит: расширить диапазон скоростей охлаждения от О,1 до

100 С/мин и тем самым повысить выживаемость клеток на 10-15Х при

j5 их низкотемпературном консервирова И е