Устройство для замораживания биоматериалов Советский патент 1985 года по МПК F25D3/10 

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, содерж.ащие камеру замораживания, систему снабжения хладагентом, систему,автоматического управления процессом замораживания D и 2J.

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 к онтейнере блок подачи.хладагента, связанный с исполнительным органом, блок сравнения, к первому входу которого подключен задающий блок, блок задания режимов, селективный усилитель, датчик акустической эмиссии, укрепленный на корпусе контейнера, и пороговый элемент Сз J.

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

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

440982

срабатьгааниям элементов автоматики, т.е. снижает-надежность работы такого устройства.

Целью изобретения является расши 5 рение диапазона скоростей охлаждения с одновременным повьппением 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

ts входу которого подключен задающий блок, блок задания режимов и пороговый элемент, дополнительно содержит дифференцирующий блок и схему совпадений, при этомдатчик температуры

20 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,

30 выход блока сравнения и выход схемы совпадения подсоединены к другим входам коммутатора.

На чертеже представлена принципиальная схема устройства.

Устройство содержит камеру 1 замораживания, контейнеры 2 с биоматериалом, датчик 3-температуры в контейнере 2, подключенный к входу дифференцирующего блока 4.

40 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

45 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 срвпаде50 НИИ подключен к выходу порогового эпемента 10, вход которого соединен с выходом дифференцирующего блока 4. Другой вход схемы 9 совпадений подключен к входу дифферен55 цйрующего блока 4. Выход коммутатора 7 соединений с первым входом исполнительного органа 11, второй .вход которого подключен к блоку 12

подачи хладагента, а выход - к камере 1 замораживания.

Устройство работает следую1цим образом.

Сигнал, пропорциональный текущему значению температуры в контейнере 2 с биоматериалом и датчиком 3, поступает на вход дифференцирующего блока 4, на выходе которого формируется сигнал, пропорциональный скорости замораживания биоматериала. В начальный момент этот сигнал равен нулю.

Сигнал, пропорциональный скорос;ти замораживания, поступает на вход порогового элемента 10, напряжение уставки которого больше нуля. Поэтому пороговый элемент 10 формирует на своем выходе единичный сигнал, который поступает на один вход схемы 9 совпадений. На другойвход схемы 9 совпадений поступает сигнал с датчика 3 температуры контейнера 2 с биоматериалом. Когда в начальный момент программы замораживания температура биоматериала положительнаj то на выходе схемы 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 скорости замораживания.

В начальный момент программы замораживания биоматериала сигнал, пропорциональный скорости замораживания, на выходе дифференцирующего ;блока 4 равен нулю, поэ.тому на выходе блока 5 сравнения формируется .сиг нал рассогласования, который, поступая через коммутатор 7 на первый вход исполнительного органа 11, обес печивает максимальную- подачу хладагента из блока 12 подачи хладагента в камеру 1 замораживания.

По мере поступелния хладагенфа в камеру 1 замораживания скорость охлаждения биоматериала увеличивается, что приводит к -возрастанию сигнала на выходе дифференцирующего блока 4 уменьшению сигнала рассогласования, и уменьшению подачи хладагента в камеру 1 iзамораживания в количестве, обеспечивающем стабилизацию ско0440984

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 10 на втором входе схемы 9 совпадений появляется единичный сигнал.

При достижении биоматериалом температуры его кристаллизации сигнал на выходе дифференцирующего блока А 15 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 20 первом входе схемы 9 совпадений единичного сигнала. .

Таким образом, на .обоих схемы 9 совпадений- присутствуют единичные сигналы, что приводит 25 к формированию единичного сигнала на выходе схемы 9 совпадений. Этот сигнал, поступая на третий управг ляющий вход коммутатора 7, приводит .коммутатор 7 в состояние, обеспечиJQ вающее отключение сигнала рассогласования и подключение к исполнительному органу 11, блока 8 задания режимов .

Выходной сигнал блока 8 задания режимов, воздействуя на исполнительный орган 11, обеспечивает пода чу хладагента в 1 замораживания в количестве, необходимом для обеспечения заданного режима процесса кристаллизации биоматериала. После окончания кристаллизации температура биоматериала начинает понижаться, сигнал, пропорциональный скорости замораживания, на j 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, предшеств тощее кристаллизации биоматериала, состояние, т.е. в режим стабилизации скорости.

Примен:эние предлагаемого устройства позволяет расширить динамический диапазон скоростей -замораживания, ограничен1гый не величинами сигналов рассогласона11ия внутри

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). Повьшается надежность работы устройства за счет введения информации о текущем значении температуры в схему совпадений, что исключает ложные срабатьгоания элементов автоматики при

0986

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

ядросодержащих клеток крови, что ПОЗВОЛИТ: расширить диапазон скоростей охлаждения от 0,1 до 100 с/мин и тем самым повысить выживаемость клеток на 10-15% при

их низкотемпературном консервировании.

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