Устройство для замораживания и отогрева биологических объектов Советский патент 1984 года по МПК A01N1/02 

Изобретение относится к криобиологии и может быть использовано для низкотемпературного консервирования биологических объектов.

В практике низкотемпературного консервирования биологических объектов используются способы замораживания и отогрева, в процессе которых производится озвучивание биологических структур, позволяющее значительно повысить их жизнеспособность.

Известна установка, позволяющая одновременно воздействовать на биологический объект ультразвуком и низкими температурами.

Установка состоит из рабочей , охлаждаемой потоком жидкого азота или его парами, в которой закреплено предметное стекло. К образцу, помещаемому на предметное стекло, подводят ультразвуковые (УЗ) колебания от пьезопреобразователя по специальному звукопроводу, выполненному из кварца и служащему одновременно и светопроводом С 13.

Однако данная установка предназначена для работы только с микрообъектами (объектами объмом около О,1 см) В практике же низкотемпературного консервирования приходится иметь дело с биообъектами объемом 50-30Q см.

Известно также устройст во для замораживания и отогрева биологических объектов, содержащее ванну для контактлой ЖГщкости с крышкой, имеющую дно, на котором расположены плоские излучатели, системы регулирования температуры контактной жидкости и держатель контейнеров..

Передача УЗ-воздействия от излучателя к образцам происходит через слой контактной жидкости, которая служит одновременно для них и охлаждающей средой. Скорость охлаждения и отогрева задается блоком управления C2J.

Недостат сами известного устройства являются однородность УЗ-поля в рабочем объеме ванны; высокая интенсивность по центральной оси и резкий спад ее по мере приближения к боковым стенкам ванны. Вследствие этого, различные зоны микрообъекта, замораживаемого данном устройстве, подвер гаются воздействию акустического поля разной интенсивности, что приводит к большим различиям в жизнеспособности биологиче ских структур этих зон. Жизнеспособность клеток, обработанных

ультразвуковыми колебаниями оптимальной интенсивности, значительно вьпле, чем клеток, попавших в области с повышенной или пониженной интенсивностью акустического поля.

Цель изобретения - повьшение жизнеспособности клеток.

Поставленная цель достигается тем, что в устройстве для замораживания и отогрева биологических объектов, содержащем ванну для контактной жидкости с крышкой, имеющую дно, на котором расположены плоские излучатели, системы регулирования температуры контактной жидкости и держатель контейнеров, применяется акустический рефлектор, вьшолненный в виде системы зеркал с цилиндрической поверхностью, расположенных по периферии ванны, обращенных вьтуклостью к центру ванны, держатель контейнера установлен на крышке ванны с возможностью вращения и снабжен электроприводом, а плоские излучатели размещены по витку архимедовой спирали на дне, вьшолненном в виде полусферы.

На фиг. 1 представлено предлагаемое устройство, разрез; на фиг. 2 сечение А-А на фиг. 1.

Устройство состоит из ванны 1 с двойными стенками 2 и 3. В целях теплоизоляции пространство 4 между стенками 2 и 3 вакуумировано. Внутренние стенки 3 ванны 1 представляют собой систему соединенных между собой акустических зеркал 5, имеющих цилиндрическую поверхность и обращенных вьтуклостью внутрь рабочего объема 6 ванны 1. В местах сочленения акустических зеркал вмонтирован змеевик 7 системы охлаждения. На дне 8 по периметру ванны расположен кругльй нагревательный элемент 9. Центральная часть дна 8 выполнена в виде полусферы 10, резонансной по толщине, на которой в определенном порядке вьш1тампованы площадки 11 для размещения УЗ-излучателей 12 и 13. Ультразвуковые излучатели 12 и 13 укреплены на внешней поверхности площадок 11 с учетом надежного акустического контакта. Направленность центрального излучателя 12 совпадает с главной осью рабочего объема 5 ванны 1. Количество боковых излучателей 13 равно числу акустических зеркал. Расположены боковые излучатели на одинаковом угловом расстоянии друг от друга по первому витку

,3tl

архимедовой спирали. При этом направленность каждого бокового излучателя совпадает с направленностью соответствующего акустического зеркала. Излучатели соединяются с ульт- развуковым генератором через разъем 14 и трехпозиционный переключатель 15. Трехпозиционный переключатель позволяет использовать акустическую систему устройства в трех режимах: акустическое поле в рабочем объеме ванны создается только центральным УЗ-излучателем; в формировании поля участвуют только боковые излучатели; задействованы в.се УЗ-излучатели.

Первый режим предусмотрен для замораживания и отогрева объектов, линейные размеры которых значительно меньше диаметра УЗ-излучателя; УЗ-поле создается в этом случае толь ко в центральной части рабочего объема ванны, куда помещают микрообъект. Второй и третий режимы предусмотрены для замораживания и отогрева микрообъектов. Излучения от казкдого бокового излучателя, отражаясь на соответствующем акустическом зеркале, перекрывают определенный этаж рабочего объема ванны. Так как йсе боковые излучатели расположены по полусфере по архимедовой спирали, угол наклона их по отношению к акустическим зеркалам будет различным и, следовательно, каждый излучатель перекрывает только свой этаж рабочего объема. Такая система формирования многоэтажного акустического поля позволяет при использовании минимального количества излучателей перекрыть основное рабочее пространство ванны.

Сверху ванна закрыта крышкой 16, на которой укреплены электроконтактный термометр 17, электродвигатель 18 с редуктором 19, перемешивающее устройство 20 и держатель 21 для крепления контейнера (контейнеров) 22. Держатель 21 приводится во вращательное движение электродвигателем

04304

18 через редуктор 19. Угловая скорость его вращения 10-20 об/мин. Выводные патрубки 23 змеевика охлаждения 7 служат для крьг.ики 16 направляю5 щими.

Устройство работает следующим образом.

16 по выводным патрубкам 23 поднимают в верхнее положение и /

10 фиксируют фиксатором 24. В рабочий объем 6 ванны .заливают контактную жидкость. В качестве контактной жидкости при замораживании используют спирт, при отогреве - воду. После

15 этого включают блок управления температурным режимом, исполняющими элементами которого являются нагреватель 9 и змеевик 7 системь охлаждения. После того, как температура кон20 тактной хсидкости достигнет заданного программой замораживания или отогрева уровня, контейнер (контейнеры) 22 с биообъектом закрепляют на держателе 21, включают генератор УЗ-колеба25 НИИ и крышку 16 опускают в нижнее положение. Контейнер при этом погружается в контактную жидкость и попадает в акустически активную зону. Затем включают электродвигатель 18, ко30 торый через редуктор 19 приводит во вращательное движение мешалку 20 и .держатель 21 вместе с закрепленным на нем контейнером (контейнерами) 22, Биообъект, находящийся в контейне35 ре любой конфигурации, вращаясь во время охлаждения или отогрева в многоэтажном УЗ-поле, создаваемом акустугаеской системой устройства, подвергается равномерному озвучиванию, что

40 положительно влияет на его сохранность. Время озвучивания образцов, как и температурные режимы охлаждения и отогрева, задаются оптимальной программой криоконсервирования конк45 ipeTHoro биологического материа:а.

Данное устройство по сравнению с известным обеспечивает повышение жизнеспособности клеток на 8-10%.

УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЗАМОРАЖИВАНИЯ И ОТОГРЕВА БИОЛОГИЧЕСКИХ ОБЪЕКТОВ, содержащее ванну для контактной жидкости с крышкой, имеющую дно, на котором расположены плоские излучатели, системы регулирования температуры контактной жидкости и держатель контейнеров, отличающееся тем, что, с целью повышения жизнеспособности клеток, оно снабжено акустическим рефлектором, выполненным в виде системы зеркал с цилиндрической поверхностью, расположенных по периферии ванны, обращенных выпуклостью к центру ванны, держатель контейнера установлен на крьшгке ванны с возможностью вращения и снабжен электроприводом, а плоские излучатели размещены по витку архимедовой спирали на дне, выполненном в виде полусферы.