Устройство для замораживания биоматериалов

Э СОВЕТСКИХЦИАЛИСТИЧЕСН УБЛИН1044098 91 5 О 3/10 ОМИТЕТ СССРИЙ И ОТКРЫТИЙ ЖИОВ 3 ьа ЖАТф:Тяд.,нхийчювБВьЩЭЛфь ГОСУДАРСТВЕННЫПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕ СТВУ СВИДЕТ Н АВТОРСН про- рио- аинсАМОРАЖИ- .щеенер дляатуры,локельнь(71) Специальное конструкторскотехнологическое бюро с опытнымизводством Института проблем кбиологии и криомедицины АН Укркой ССР(56) 1. Авторское свидетельство СССР0 ф 422927, кл. Р 25 0 3/10, 1972.2. Авторское свидетельство СССРВ 726393, кл.Г 25 0 3/1 О, 1977.3, Авторское свидетельство СССРУ 815431, кл, Г 25 Р 3/1 О, 979(54)(57) 1 УСТРОЙСТВО ДЛЯ 3ВАНИЯ БИОМАТЕРИАЛОВ, содержакамеру замораживания, контейбиоматерналов, датчик темперустановленный в контейнере, бподачи хладагента с исполнит щ 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 1 еюй, другим входам коммутатора.1 1Изобретение относится к областикриогенной техники, используемойдля биологических и медицинскихисследований, а точнее к устройствам программного замораживаниябиологических материалов, например. ядросодержащих клеток кровии костного мозга человека.Известны устройства аналогичногоназначения, содержащие камеру замораживания, систему снабжения хладагентом,. систему. автоматическогоуправления процессом замораживания 1.1 и 21,Система автоматического управления процессом замораживания вэтих устройствах является следящей. Это привоцит к усложнению программного задающего устройства, которое должно формировать медленнолинейно-изменяющееся напряжение,что представляет собой относительно сложную техническую задачу.Кроме того, качество переходныхпроцессов и точность регулированияв таких системах невысоки из-застатической ошибки по температурев системе автоматического управления,Из известных устройств наиболееблизким по технической сущности является устройство для замораживаниябиоматериалов, содержащее камерузамораживания, контейнер для биоматериала датчики температуры, одиниз которых установлен в контейнере,блок подачи,хладагента, связанный сисполнительным органом, блок сравнения, к первому входу которогоподключен задающий блок, блокзадания режимов, селективный усилитель, датчик акустической эмиссии,укрепленный на корпусе контейнера,и пороговый элемент ГЗ 3,Это устройство позволяет фиксировать момент начала и окончаниякристаллизации и автоматическирегулировать скорость прохождениякристаллизации различных биоматериалов, используя безынерционный акустический датчик.Недостатком такого устройстваявляется ограниченный динамическийдиапазон скоростей замораживания,что, в свою очередь, при переходных процессах, например, при переходе с меньшей скорости охлаждения на большую, приводит к ложным044098 51 О152025Э 555 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 длябиоматериалов, датчик температуры,установленный в контейнере, блокподачи хладагента с исполнительныморганом, блок сравнения, к первомувходу которого подключен задающийблок, блок задания режимов и пороговый элемент, дополнительносодержитдифференцирующий блок и схему совпадений, при этом датчик температурыподключен к входу дифференцирующегоблока, выход последнего соединен свторым входом блока сравнения и свходом порогового элемента; выходпорогового элемента соединен с первым входом схемы совпадений, свторым входом последней - вход дифференцирующего блока, выход блоказадания режимов через коммутаторподключен к исполнительному органу,а выход блока сравнения и выход схемы совпадения подсоединены к другимвходам коммутатора,На чертеже представлена принципиальная схема устройства.Устройство содержит камеру 1 замораживания, контейнеры 2 с биоматериалом, датчик 3" температуры в контейнере 2, подключенный к входудифференцирующего 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 11, второй вход которого подключен к блоку 121 О В начальный момент программы за- мораживания биоматериала сигнал, пропорциональный скорости замора 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 хлад" агента из блока 12 подачи хладагента в камеру 1 замораживания.По мере поступелния хладагента в :.50 камеру 1 замораживания корость ох- ., лаждения биоматериала увеличивается," что приводит к возрастанию сигнала на выходе дифференцирующего блока 4, уменьшению сигнала рассогласования 55 и уменьшению подачи хладагента в ка". меру 1 замораживания в количестве, обеспечивающем стабилизацию скоподачи хладагента, а выход - ккамере 1 замораживания,Устройство работает следующимобразом.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, пропорциональныйскорости замораживания биоматери-ала, В начальный момент этот сигналравен нулю.Сигнал, пропорциональный скорос,ти замораживания, поступает на вход "15порогового элемента 10, напряжениеуставки которого больше нуля, Поэтому пороговый элемент 10 формирует "на своем выходе единичный сигнал,который поступает на один вход схе-2 Омы 9 совпадений, а другой вход схе-мы 9 совпадений поступает сигналс датчика 3 температуры контейнера 2 с биоматериалом. Когда в начальный момент программы замора- -,25живания температура биоматеоиалаположительна, то на выходе схе- .мы 9 совпадений присутствует нулевой сигнал.Сигнал, пропорциональный скорости замораживания, с дифференцирующего блока 4 поступает на второйвход блока 5 сравнения, на.первыйвход которого подается с выхода задающего блока 6 постоянный опорныйсигнал, пропорциональный заданной35скорости замораживания,рости замораживания на заданномуровне. При этом сигнал на выходепорогового элемента 10 имеет нулевой уровень, так как.сигнал, пропорциональный скорости замораживания,превышает уставку порогового элемента.При достижении биоматериалом отрицательных значений температурына втором входе схемы 9 совпаденийпоявляется единичный сигнал.При достижении биоматериалом температуры его кристаллизации сигнална выходе дифференцирующего блока 4становится равным нулю, а .в случаях,например, при переохлаждении биоматериала сигнал становится меньшенуля; Это приводит к появлению навыходе порогового элемента 10 и напервом входе схемы 9 совпаденийединичного сигналаТаким образом, на обоих входахсхемы 9 совпадений присутствуютединичные сигналы, что приводитк формированию единичного сигнала навыходе схемы 9 совпадений. Этотсигнал, поступая на третий управ. - .ляющий вход коммутатора 7, приводит,коммутатор 7 в состояние, обеспечивающее отключение сигнала рассогласования и подключение к исполнительному органу 11, блока 8 задания режимов,Выходной сигнал блока 8 заданиярежимов, воздействуя на исполнительный орган 11, обеспечивает пода"чу хладагента в камеру 1 замораживания в количестве, необходимом дляобеспечения заданного режима процесса кристаллизации биоматериала.После окончания кристаллизациитемпература биоматериала начинает,понижаться, сигнал, пропорциональный скорости замораживания, навыходе дифференцирующего блока 4становится 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 позволяет расширить динами-ческий диапазон скоростей замораживания, ограниченный не величинамисигналов рассогласования внутриКастелевич орректор Л. Бескид тор Л. Письма ех Тираж о осуд ам и с ППП "Патент" г. Ужгород, у оектная 5системы 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 . аказ 4465/1 ВНИИПИ по д 1130351044098 6переходных 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 1 О ядросодержащих клеток крови, чтопозволит: расширить диапазон скоростей охлаждения от О,1 до100 С/мин и тем самым повыситьвыживаемость клеток на 10-153 при 15 их низкотемпературном консервировафи е Подпивенного комитета СССРетений и открытийЖ, Раушская наб.,