НИЗКОТЕМПЕРАТУРНЫЙ ТЕРМОСТАТ ДЛЯ ХРАНЕНИЯ ТЕРМОЛАБИЛЬНОГО БИОЛОГИЧЕСКОГО МАТЕРИАЛА Российский патент 1995 года по МПК G05D23/30 

Изобретение относится к низкотемпературным термостатирующим устройствам предназначенным для длительного хранения емкостей с термолабильным биологическим материалом, в частности, замороженной плазмы крови, стекловидного тела, криопреципитата лекарства для больных гемофилией и т.д.

Известна термокамера фирмы "Frigera", применяемая для хранения при температуре минус 30 минус 40^оС емкостей с замороженной плазмой крови, содержащая теплоизолированную рабочую камеру сундучного типа с блоком охлаждения в виде испарителя компрессионного холодильного агрегата и датчик температуры [1]
Недостаток известного устройства состоит в том, что применение его сопряжено с высокой вероятностью использования недоброкачественной плазмы.

Этот недостаток обусловлен тем, что в известном устройстве как не обеспечивается поддержание температуры хранимого биоматериала на допускаемом уровне при отключении энергопитания, так и не выдается информация об аварийном состоянии.

Вследствие этого при отключениях, например в ночное время, энергопитания даже на сравнительно короткое время температура биоматериала может превысить допустимый уровень. Однако обслуживающий персонал, не имея об этом информации, может применять уже непригодную плазму крови, что является крайне недопустимым.

Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату к предложенному устройству является морозильник "No frost-Gerfier" Automat GS31V00" фирмы Siemens, содержащий теплоизолированную рабочую камеру с блоком охлаждения, разделенную полками на отсеки, датчик температуры, соединенный выходом со входом измерителя температуры, стационарный блок питания, контейнеры с теплоаккумулирующим веществом [2]
Недостаток известного устройства, принятого в качестве прототипа, состоит в том, что применение его также сопряжено с высокой вероятностью использования биоматериала, пришедшего в негодность вследствие несоблюдения температурных условий хранения.

Этот недостаток обусловлен тем, что в известном устройстве контейнеры с теплоаккумулирующим веществом расположены в верхней части объема рабочей камеры и служат для исключения быстрого повышения температуры при цикличной работе холодильного агрегата.

При отключениях стационарного энергопитания перестает работать также и вентилятор, обеспечивающий циркуляцию воздуха в рабочей камере. Вследствие этого температура в нижних отсеках, далеко отстоящих от контейнеров с теплоаккумулирующим веществом, начинает быстро повышатьcя и может превысить верхнее допускаемое значение Т_maxдоп для данного вида биоматериала.

Кроме того, в известном устройстве отсутствует сигнализация, срабатывающая как при повышении температуры в камере выше допускаемого уровня, так и при отключениях энергопитания.

В итоге, при использовании известного устройства для хранения термолабильного биоматериала, например замороженной плазмы крови, велика вероятность реализации в рабочей камере температурных уровней, превышающих предельно допускаемый уровень Т_maxдоп для данного вида биоматериала (для плазмы крови выше минус 18^оС). Однако никакой информации об этом событии, особенно при кратковременных отключениях энергопитания в ночное время, обслуживающий персонал не получает, что и обуславливает высокую вероятность применения плазмы крови с утерянными биологическими свойствами.

Технический результат изобретения уменьшение вероятности использования биоматериала, пришедшего в негодность вследствие несоблюдения температурных условий хранения.

Указанный технический результат в низкотемпературном термостате для хранения термолабильного биологического материала, содержащем теплоизолированную рабочую камеру с размещенным в ней блоком охлаждения, разделенную полками на отсеки, датчик температуры, измеритель температуры, стационарный блок питания и контейнеры с теплоаккумулирующим веществом достигается тем, что в него введены пороговый блок аварийной сигнализации, электрический аккумулятор, многоканальный переключатель и n-1 датчиков температуры, где n число отсеков, при этом контейнеры с теплоаккумулирующим веществом и датчики температуры установлены в каждом отсеке, теплоаккумулирующее вещество выбрано с возможностью плавления в температурном интервале:
(Т_maxдоп T_cт ±Δ Т), где: T_cт и Δ Т заданные температура и точность статирования,
Т_maxдоп максимальное значение допускаемой температуры, при которой может сохраняться биоматериал, причем выходы датчиков температуры соединены с информационными входами порогового блока аварийной сигнализации и измерителя температуры через многоканальный переключатель, шина питания электрических узлов термостата соединена с выходом аккумулятора и с выходом стационарного блока питания, а управляющий вход порогового блока аварийной сигнализации соединен с выходом стационарного блока питания.

Кроме того, в варианте исполнения многоканальный переключатель содержит мультиплексор, генератор тактовых импульсов, пороговый блок и коммутатор режимов опроса, через который генератор тактовых импульсов соединен с тактирующим входом мультиплексора, при этом первый и второй управляющие входы коммутатора режимов опроса соединены соответственно с выходом порогового блока и с элементом ручного управления опросом, информационный вход порогового блока связан через выключатель с выходом, являющимся выходом многоканального переключателя, группа входов которого является группой входов мультиплексора.

Дополнительно возможен вариант частного решения, при котором термостат содержит дополнительный датчик температуры, расположенный в емкости с теплофизическим эквивалентом сохраняемого биоматериала, установленной в рабочей камере, и соединенный выходом с одним из входов многоканального переключателя и с разъемом для подключения устройства автоматической регистрации температуры.

Также возможен вариант частного решения, при котором термостат содержит развязывающий элемент, включенный между шиной питания и выходом стационарного блока питания. При этом развязывающий элемент выполнен, например, в виде диода.

Сущность изобретения поясняется чертежами фиг.1 и фиг.2, на которых, на фиг.1 представлена конструктивная схема устройства, на фиг.2 блок-схема устройства.

Низкотемпературный термостат содержит теплоизолированную рабочую камеру 1, блок охлаждения 2 в виде испарителя компрессионного агрегата, вентилятор 3, осуществляющий циркуляцию воздуха в рабочем объеме камеры 1, разделенном полками 4 на отсеки 5.

На полках 4 размещены емкости 6 с термолабильным биологическим материалом. В отсеках 5 на боковых стенках камеры 1 установлены контейнеры 7 с теплоаккумулирующим веществом, а также датчики температуры 8, количество которых равно количеству n отсеков 5.

Температура плавления теплоаккумулирующего вещества находится в интервале (T_maxдоп, Т_ст ±Δ Т), где Т_ст и Δ Т заданные температура и точность статирования, Т_max.доп. максимальное значение допускаемой температуры, при которой может сохраняться биоматериал.

Термостат также содержит многоканальный переключатель 9, измеритель температуры 10, пороговый блок 11 аварийной сигнализации, стационарный блок 12 питания, электрический аккумулятор 13, а также развязывающий элемент, например, диод 14.

Выходы датчиков температуры 8 через предварительные усилители 15, посредством которых калибруют их сигналы, соединены через многоканальный переключатель 9 с информационными входами порогового блока 11 аварийной сигнализации и измерителя 10 температуры.

Многоканальный переключатель 9 содержит мультиплексор 16, генератор 17 тактовых импульсов, пороговый блок 18, коммутатор 19 режимов опроса, элемент 20 ручного управления опросом и выключатель 21
Выход генератора 17 через коммутатор 19 соединен с тактирующим входом мультиплексора 16, первый и второй управляющие входы коммутатора 19 соединены соответственно с выходом порогового блока 18 и с элементом 20 ручного управления опросом, информационный вход порогового блока 18 связан через выключатель 21 с выходом, являющимся выходом многоканального переключателя 9, группой входов которого является группа входов мультиплексора 16. Управляющий вход порогового блока 11 аварийной сигнализации соединен с выходом стационарного блока 12 питания.

На верхней части термокамеры на ее передней панели размещены визуальный индикатор 22 измерителя температуры 10, элемент 23 звуковой и элемент 24 световой порогового блока 11 аварийной сигнализации, а также элемент 20, посредством которого вручную обеспечивается подключение датчиков 8 ко входу измерителя 10 температуры и к первому входу порогового блока 11 аварийной сигнализации.

Термостат содержит дополнительный датчик 8 температуры, размещенный в емкости 25, заполненной теплофизическим имитатором (т.и.) сохраняемого биоматериала и располагаемой в рабочем объеме камеры 1, в одном из отсеков 5. Выход датчика 8 т.и. соединен с одним из входов многоканального переключателя 9 и также с разъемом 26 для подключения к входу устройства автоматической регистрации температуры (электронный самописец, ЭВМ и т.п. на чертеже не изображены).

Шина питания (общий энергопитающий вход) электрических узлов термостата соединен с выходом электрического аккумулятора 13, а также с выходом стационарного блока 12 питания. Соединение между блоком 12 и шиной питания может осуществляться напрямую (пунктирная линия на фиг.2) или, в частном варианте выполнения, через развязывающий элемент, например, диод 14.

Устройство работает следующим образом. При подключении термокамеры к энергопитанию температура в рабочей камере 1 начинает понижаться. На стадии выхода на режим можно выключить пороговый блок 11 аварийной сигнализации. По достижении температуры отвердевания теплоаккумулирующего вещества, находящейся в интервале T_maxдоп., Т_ст ±Δ Т, понижение температуры останавливается. После полного отвердевания теплоаккумулирующего вещества температура в рабочей камере 1 вновь начинает понижаться и достигает значения Т_ст Δ Т. Начиная с этого момента блок автоматической стабилизации температуры (на блок-схеме не показан) начинает регулировать позиционным или пропорциональным способом холодильную мощность, обеспечивая поддержание температуры в рабочей камере 1 на уровне Т_ст ±Δ Т.

Сигналы с датчиков температуры 8 и 8т.и. поочередно посредством управляемого вручную или автоматически переключателя-мультиплексора 16 поступают на вход измерителя температуры 10, а также порогового блока 11 аварийной сигнализации. При этом оператору с визуального индикатора 22 выдается текущий канал контроля отсек 5 или емкость 25 с теплофизическим имитатором, а также значение температуры в каждом отсеке 5 камеры или в емкости 25.

Если температура в отсеках 5 рабочей камеры 1 находится в интервале Т_ст ±Δ Т, исполнительные элементы 23 (звуковой) и 24 (световой) блока 11 аварийной сигнализации отключены. Однако если при отказах в работе блока охлаждения температура в одном из отсеков 5 повысится выше уровня Т_ст + Δ Т и достигнет некоторого порогового значения Т_пор, на выходе блока 18 формируется сигнал, по которому срабатывает коммутатор 19, отключающий прохождение импульсов генератора 17 на тактирующий вход мультиплексора 16, в результате чего происходит его остановка, а также срабатывает пороговый блок 11 аварийной сигнализации, что сопровождается выдачей звукового и светового сигналов. При остановке мультиплексора 16 на индикаторе 22 фиксируется канал (отсек) контроля и значение температуры в данном отсеке.

По результатам полученной аварийной информации обслуживающий персонал принимает соответствующее решение, например, выявляет и устраняет причины повышения температуры в данном отсеке, контролируя одновременно время нахождения биоматериала при неблагоприятной для хранения температуре. Дальнейший анализ функционирования камеры по другим каналам производится посредством элемента 20 ручного управления.

Возможен иной алгоритм работы устройства контроля, при котором не происходит автоматическая остановка переключений мультиплексора 16 при повышении температуры в одном из отсеков выше порогового значения Т_пор.

Для реализации этого варианта работы исключается функционирование порогового блока 18, например, за счет предварительного отключения его входа, осуществляемого посредством выключателя 21. Возможен также вариант, при котором для осуществления только последнего алгоритма работы блок 18 из схемы исключается вообще.

В результате при повышении температуры в объеме рабочей камеры 1, сигнал на остановку мультиплексора 16 не формируется, а реализуется только аварийная сигнализация. При поступлении сигналов, свидетельствующих о нарушении температурного режима в одном из каналов, в зависимости от задания обслуживающий персонал элементом 20 производит отключение генератора 17 через коммутатор 19: тем самым прекращается работа мультиплексора 16, выбранный канал индицируется непрерывно, что позволяет производить анализ его функционирования в течение длительного времени. Далее повторным воздействием на элемент 20 схема вновь приводится в состояние автоматического контроля функционирования устройства по каждому каналу.

Питание описанной выше схемы может осуществляться как от стационарного блока питания 12, так и от электрического аккумулятора 13, подключенного к зарядному устройству в стационарном блоке 12 (на блок-схеме не показано). Подключение стационарного блока питания 12 к шине питания при наличии аккумулятора 13 может быть осуществлено как напрямую (пунктирная линия на фиг. 2), так и через развязывающий элемент, например, диод 14.

Применение развязывающего элемента, в частности диода 14, позволяет избежать более ускоренной разрядки электрического аккумулятора 13 на цепь зарядного устройства при отключениях стационарного электропитания. Так как задающий вход порогового блока 11 аварийной сигнализации подключен (в данном конкретном исполнении) к соединению проводника между клеммой ПЛЮС стационарного блока 12 питания и диодом 14, то при отключении стационарного электропитания он оказывается обесточенным, что обуславливает срабатывание порогового блока 11 аварийной сигнализации, питающегоcя уже от электрического аккумулятора 13.

Питание всех остальных узлов схемы датчиков температуры 8, многоканального коммутатора 9, измерителя температуры 10 с индикатором 22 и элементов сигнализации 22 и 23 блока 11 в этот период осуществляется также от электрического аккумулятора 13.

При отключениях стационарного энергопитания блок охлаждения, например компрессионный агрегат, перестает работать. Температура в рабочей камере 1 начинает повышается до температуры, соответствующей температуре плавления Т_пл^(ак) теплоаккумулирующего вещества. Но так как Т_пл^(ак) < T_maxдоп, то в этот период биологическая полноценность биоматериала полностью сохраняется, причем в течение значительного промежутка времени около 10 15 ч.

Получив аварийную информацию либо о нарушениях температурного режима, либо об отключении стационарного энергопитания, обслуживающий персонал имеет достаточно времени, чтобы принять меры к устранению возникшей аварийной ситуации.

Используя информацию о характере изменения температуры во времени в емкости 25 с теплофизическим имитатором сохраняемого биоматериала, можно дать объективную оценку критериальных параметров биоматериала, свидетельствующих о степени его биологической полноценности.

Таким образом, в данном низкотемпературном термостате значительно снижена вероятность потери биологической полноценности хранимого биологического материала, обусловленная различными эксплуатационными и конструктивными факторами, обеспечивается удобство контроля и анализа функционирования устройства по каждому из каналов.

Термостат предназначен для длительного хранения емкостей, в частности, замороженной плазмы крови, и позволяет уменьшить вероятность использования биоматериала, пришедшего в негодность вследствие несоблюдения температурных условий хранения. В теплоизолированной рабочей камере 1, имеющей блок охлаждения 2, в отсеках 5 на полках 4 размещены емкости 6 с биоматериалом и датчики температуры 8, а на боковых стенках контейнеры 7 с теплоаккумулирующим веществом. Выходы датчиков 8 поочердно соединяются с информационными входами порогового блока аварийной сигнализации и измерителя температуры через многоканальный переключатель, работающий в режиме автоматического или ручного опроса датчиков 8. Контроль работы осуществляется по индикатору 22 измерителя температуры, звуковому 23 и световому 24 элементам, сигнализирующим о выходе за допустимые пределы температуры на соответствующей полке. Все электрические узлы термостата в случае отключения стационарного питания могут питаться от электрического аккумулятора, благодаря чему обеспечивается непрерывный контроль за температурным режимом на любой из полок 4, поддерживаемым длительное время тепловыми аккумуляторами 7. 4 з. п. ф-лы, 2 ил.

1. НИЗКОТЕМПЕРАТУРНЫЙ ТЕРМОСТАТ ДЛЯ ХРАНЕНИЯ ТЕРМОЛАБИЛЬНОГО БИОЛОГИЧЕСКОГО МАТЕРИАЛА, содержащий теплоизолированную рабочую камеру с размещенным в ней блоком охлаждения, разделенную полками на отсеки, датчик температуры, стационарный блок питания и контейнеры с теплоаккумулирующим веществом, отличающийся тем, что в него введены пороговый блок аварийной сигнализации, электрический аккумулятор, многоканальный переключатель и n 1 датчиков температуры, где n число отсеков, при этом контейнеры с теплоаккумулирующим веществом и датчики температуры установлены в каждом отсеке, теплоаккумулирующее вещество выбрано с возможностью плавления в температурном интервале: T_max.доп., T_ст± ΔT, заданные температура и точность статирования, T_ст и ΔT - максимальное значение допускаемой температуры, при которой может сохраняться биоматериал, причем выходы датчиков температуры соединены с информационными входами порогового блока аварийной сигнализации и измерителя температуры через многоканальный переключатель, шина питания электрических узлов термостата соединена с выходом аккумулятора и выходом стационарного блока питания, а управляющий вход порогового блока аварийной сигнализации соединен с выходом стационарного блока питания. 2. Термостат по п.1, отличающийся тем, что многоканальный переключатель содержит мультиплексор, генератор тактовых импульсов, пороговый блок, элемент ручного управления опросом и коммутатор режимов опроса, через который генератор тактовых импульсов соединен с тактирующим входом мультиплексора, при этом первый и второй управляющие входы коммутатора режимов опроса соединены соответственно с выходом порогового блока и с элементом ручного управления опросом, информационный вход порогового блока через выключатель связан с выходом, являющимся выходом многоканального переключателя, группой входов которого является группа входов мультиплексора. 3. Термостат по п.1, отличающийся тем, что он содержит дополнительный датчик температуры, расположенный в емкости с теплофизическим эквивалентом сохраняемого биоматериала, установленный в рабочей камере и соединенный выходом с одним из входов многоканального переключателя и с разъемом для подключения устройства автоматической регистрации температуры. 4. Термостат по п. 1, отличающийся тем, что он содержит развязывающий элемент, включенный между шиной питания и выходом стационарного блока питания. 5. Термостат по п.4, отличающийся тем, что развязывающий элемент выполнен в виде диода.