Устройство для программного замораживания биообъектов

,01,89. Бюециальноееское. бюроР 4онструкторско-с опытным проиоблем криобиолУССРА.С.УРудьк во -титутаицины А Ковалево И.Ткаченко шков и Ю.М 1.565(088, торское сви 1, кл. Г 2 рское свид 98, кл. Р детельство СС0 3/10, 1979 тельство СССР 5 0 3/10, 198 ОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМПРИ ГКНТ СССР(21) 4 (22) 30 (46) 30 (71) Сп нологич ством И и крио (72) С В.И.Ив (53) 6 (56) А Р 8154Авт В 1044 (прото(54) УСТРОЙСТВО ЛЛЯ ПРОГРАММНОГОЗАМОРАЖИВАНИЯ БИООБЪЕКТОВ(57) Устройство относится к криогенной технике, используемой для криоконсервации биологических материаловпри проведении медицинских.и биоло -гических исследований, а точнее кустройствам для программного замораживания биоматериалов, например компонентов крови и костного мозга человека, микроорганизмов, культур кровии т,п. Целью изобретения являетсяповышение точности управления кристаллизацией и сохранение жизненныхфункций биообъектов. На первом этапе1455 игнал, пропорциональный текущему начению температуры в контейнере 2биоматериаФом, поступает на вход йифференцирующего блока 4, на выходе Которого формируется сигнал, пропор" )циональный скорости изменения температуры биоматериала. Он сравнивается Ф сигналом, пропорциональным заданному значению скорости охлаждения, посупающим от задающего блока 6. Сигнал ассогласования поступает через ком" мутатор 7 на исполнительный орган 11, реэ который осуществляется подача адагента в камеру 1 замораживания. момент начала кристаллизации .текуя температура имеет отрицательный 184знак, а сигнал на выходе дифференцирующего блока 4 равен нулю. Сигнал от датчика 13. поступает на блок 19. Осуществляется фактическая стабилизация теплового потока через стенку 2 контейнера. Благодаря блокам 15, 21, 16 определяются оптимальные значения параметров фазового перехода, которые фиксируются в запоминающем блоке 17. Оператор осуществляет выборку оптимального значения из блока 17 и через второй коммутирующий блок 18 производит его подключение к второму входу сравнивающего блока 19 на все время работы с,.данным биоматериалом при заданных условиях. 1 ил.Изобретение относится к криогенной Технике, используемой для криоконсервации биологических материалов при проведении медицинских и биологичес 5их исследований, а точнее к устройтвам для программного замораживанияиоматериалов, например компонентоврови и костного мозга. человека, микоорганиэмов, культур крови и т.п,.Цель изобретения - повыщение точости управления кристаллизацией и охранение жизненных функций биообьЬктов.На фиг.1 изображена функциональная 15 хема устройства для программного замораживания биообъектов.Устройство содержит камеру 1 замораживания, в которой расположены конТейнеры 2 с биоматериалом, в одном 2 О Из которых размещен датчик 3 темпераТуры, а также дифференцирующнй блок 4, блок 5 сравнения, задающий блок 6, Коммутатор 7, блок 8 задания режимов, схему 9 совпадения, пороговый эле Мент 10, исполнительный. орган, блок йодачи хладагента. Датчик 3 температуры сообщен с входами дифференцируюЩего блока 4 и схемы 3 совпадения, другой вход которой через пороговый элемент 10 подсоединен к выходу дифференцирующего блока 4, а выход схемы 9 совпадения подсоединен к одному входу коммутатора 7, второй вход которого соединен с выходом блока 5 сравнения, входы последнего соединеныс выходами дифференцирующего блока 4и задающего блока 6, а выход коммутатора 7 подсоединен к одному входуисполнительного органа 11, другойвход которого связан с блоком 12 подачи хладагента, а выход - с камерой 1,Устройство дополнительно снабжено датчиком 13 теплового потока, размещенным на стенке контейнера 2, подсоединенным к выходу схемы совпадения источником 14 опорного напряжения,и последовательно связанными с нимпервым интегрирующим блоком 15, блоком 16 деления, запоминающим блоком17, первым коммутирующим блоком 18,сравнивающим блоком 19, выход которого подсоединен к третьему входукоммутатора 7, а также последовательно соединенными вторым коммутирующимблоком 20 и вторым интегрирующим блоком 21, При этом датчик 13 тепловогопотока соединен с входами сравнивающего блока 19 и второго коммутирующего блока 20. Второй вход блока 20соединен с выходом схемы 9 совпадения, а выход второго интегрирующегоблока 21 соединен с вторым входомблока 16 деления. Блок 8 задания режимов соединен с вторым входом первого коммутирующего устройства.Устройство работает следующим образом.Работа на предлагаемом устройствепроизводится в два этапа; этап .обучения (определения оптимальных режимов прохождения кристаллизации); ра 5бочий этап, когда оптимальный дляданного типа биоматериала режим сучетом массы биоматериала, конфигурации и материала упаковки, а такжехарактера теплообмена в каждом конкретном случае, при использованииопределенных камер замораживания, гарантировано воспроизводится при многократном повторении циклов замораживания. 15Первый этап работы характеризуется следующим.Сигнал, пропорциональный текущемузначению температуры в контейнере 2с биоматериалом и датчиком 3, поступает на вход дифференцирующего блока 4, на выходе которого Формируетсясигнал, пропорциональный скорости изменения температуры биоматериала. Онсравнивается с сигналом, пропорциональным заданному значению скоростиохлаждения, поступающим от задающегоблока б. Сигнал рассогласования поступает через коммутатор 7 на исполнительный орган 11 (например электромагнитный позиционный клапан), черезкоторый осуществляется подача хладагента (жидкого азота) от блока 12подачи хладагента в камеру 1 замораживания. Количество хладагента пропорционально сигналу рассогласованияи в установившемся режиме обеспечивает охлаждение со скоростью, соответствующей заданной, При этом сигнална выходе схемы 9 совпадений соответ Оствует нулевому значению, что, в своюочередь, обеспечивает подключениечерез коммутатор 7 выхода блока 5сравнения к входу исполнительного органа 11. 45В момент начала кристаллизации текущая температура имеет отрицательныйзнак, а сигнал на выходе дифференцирующего блока 4 равен нулю (или дажеотрицателен при наличии эффекта пере Оохлаждения биоматериала), что приводит к появлению на выходе схемы 9 ссовпадений единичного сигнала. Это,в свою очередь, приводит к подключению к исполнительному органу 11 выхода сравнивающего блока 19, а такжевключению первого коммутирующего блока 20 и источника 14 опорного напряжения,Второе коммутирующее устройство18, управляемое оператором, в этовремя подключает блок 8 задания режимов к второму входу сравнивающегоустройства, Поскольку сигнал от датчика 13 теплового потока, пропорциональный потоку тепловой энергии, через стенку контейнера 2 поступает напервый вход сравнивающего блока 19,то на выходе последнего формируетсясигнал рассогласования между теку 1щим и заданным от блока 8 задания режимов значениями теплового потока(т,е. интенсивности теплопередачи,определяющей время и характер кристаллообразования в биоматериалв, являющимися определяющими факторамикриоповреждений), который определяетколичество хладагента, поступающегочерез исполнительный орган 11 в камеру 1 замораживания. Иначе говоря,осуществляется фактическая стабилизация теплового потока через стенкуконтейнера 2 с биоматериалом, т,е,стабилизируется характер теплообменного процесса.При этом в первом интегрирующемблоке 15 осушествляется интегрирование напряжения источника 14 опорногонапряжения, т.е. Формируется линейно-изменяющийся сигнал, пропорциональный продолжительности процессакристаллизации, а во втором интегрирующем блоке 21 интегрируется значение текущего теплового потока за всевремя кристаллизации, т.е. осуществляется определение энергии фазовогоперехода всего количества биоматериала ,в контейнере 2, В блоке 16 деления осуществляется выполнение операции выделения текущего значения отношения энергии кристаллообразованияко времени, т.ефактически, в концекристаллизации, усредненного текущего значения теплового потока за всевремя фазового перехода,При проведении серии экспериментов, исследователь определяет оптимальное значение указанных параметровфазового перехода, которые в видевыходного сигнала блока 1 б деленияфиксируются (запоминаются) в запоминающем блоке 17. При переходе к второму этапу работы исследователь (оператор) осуществляет выборку оптимального значения режима фазового перехода из запоминающего блока 17 и черезвторой коммутирующий блок 18 произ84 Ьформула изобретения 35 Составитель И.ШабалинаТехред М.Дидык Корректор В.Бутяга Редактор И.Касарда Заказ 744 1/46 Тираж 4 б 2 ПодписноеВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР 113035, Москва, Ж, Раушская наб., д. 4/5 Производственно-полиграфическое предприятие, г. Ужгород, ул. Проектная, 4 5 14551 водит подключение его значения (или его подключение) к второму входу сравнивающего блока 19 на все время работы с данным биоматериалом при5 заданных условиях.Работа устройства при выходе иэ кристаллизации определяется появлением на первом входе схемы 9 совпа,дений единичного сигнала, отключением 10 сравнивающего блока 19 от исполнительного устройства 11, подключением к нему выхода блока 5 сравнения. При понижении температуры биоматериала,сигнал пропорциональный скорости за бВмораживания, на выходе дифференциру" ющего блока 4 становится больше нуля и при значений, большем напряжения уставки, пороговый элемент 10 устанавливается в нулевое состояние, что возвращает схему устройства в исходное, предществующеекристаллизации биоматериала состояние, т,е. в режим стабилизации скорости.Данное устройство обеспечивает существенное увеличение точности управления кристаллизацией биоматериала за счет количественного автоматического измерения интенсивности теплопередачи путем вычисления отношения теку, щего теплового потока ко времени кристаллизации в течение всего интервала фазового перехода, за счет чего увеличивается выход жизнеспособного, , функционально полноценного биоматериала. При этом значительно расширяются возможности исследования и фик, сации оптимальных режимов прохождениякристаллизации за счет наличия запоминающего устройства, сокращается время, необходимое для определения задающего сигнала оптимального теплового потока (усредненного на этапе фазового перехода), за счет его автоматического расчета в течение любог о тек ущег о мом ента пров едения эксп еримента вследствие наличия первого и второ, го интеграторов,а такжеблока давления,Устройство для программного замораживания биообъектов, содержащее камеру замораживания, установленные в ней контейнеры для биообъектов, датчик температуры, установленный в одном из контейнеров .и сообщенный с входами дифференцирующего блока и схемы совпадений, другой вход которой через пороговый элемент подсоединен к выходу дифференцирующего блока, а выход к одному входу коммутатора второй вход которого соединен с выхо дом блока сравнения, входы которого соединены с выходами дифференцирующего и задающего блоков, а выход коммутатора подсоединен к одному входу исполнительного органа, а также блок эадания режимов и блок подачи хлад- агента, связанный с вторым входом исполнительного органа, о т л н ч а ющ е е с я тем, что, с целью повышения точности управления кристаллизацией и сохранения жизненных функций биообъектов, устройство снабжено датчиком теплового потока, размещенным на стенке контейнера, подсоединенным к выходу схемы совпадения источником опорного напряжения, последовательно соединенными с ним первым интегрирующим блоком, блоками деления, запоминающим, первым коммутирующим, сравнивающим блоком, выход которого подсоединен к третьему входу коммутатора, и последовательно соединенными вторым коммутирующим и вторым интегрирующим блоками, при этом датчик теплового потока соединен с входами сравнивающего и второго коммутирующего блоков, второй вход последнего соединен с выходом схемы совпадения, а выход второго интегрирующего блока с вторым. входом блока деления, блок задания режимов с вторым входом первого коммутирующего блока.