Устройство для замораживания биоматериалов

СОЮЗ СОВЕТСКИХСОЦИАЛИСТИЧЕСКИХРЕСПУБЛИК П 9) (11) 51)5 1 25 О ЗУ ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕН тИзобретение относ криогенной технике, а т для программного замо ческих материалов, н культур, гамет и эигот м роорганиэмов и т,д.ится к медицинской очнее к устройствам раживания биологи- пример клеточных екопитающих, микЦелью изо ние сохранност раживании.На фиг. 1 и ройства; на фи зависимость м нератора пилоо личины заданно фиг, 3 - эависи бретения является повыше- и биоматериалов при замозображена блок-схема уст- . 2 - график, выражающий ксимальной амплитуды гебраэного напряжения от вей программной скорости; на мость коэффициента усилеГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМПРИ ГКНТ СССР ВТОРСКО)У)У СВИДЕТЕЛЬСТВУ(71) Специальное конструкторско-технологическое бюро с опытным производством Института проблем криобиологии и криомедицины АН УССР(56) Авторское свидетельство СССР М 1044098, кл. Г 25 0 3/10, 1982,Авторское свидетельство СССР М 1593358, кл. Р 25 Р 3/10, 1989.(54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЗАМОРАЖИВАНИЯ БИОМАТЕРИАЛОВ(57) Изобретение относится к медицинской криогенной технике, а точнее к устройствам для программного замораживания биологических материалов, например клеточных культур, гамет и эигот млекопитающих, микроорганизмов и т.д. Цель изобретения - повышение сохранности биоматериалов при замораживании, Для этого в устройство для замораживания биоматериалов, содержащее камеру замораживания с да чиком температуры, блок сравнения, дифференцирующий блок задающий блок подключенные к выходу демодулятора последовательно связанные первый компаратор, первый блок совпадений, первый исполнительный орган, подсоединенный к камере замораживания, подключенный к второму входу первого компаратора генератор пилообразного напряжения, подсоединенные к первому выходу второго компаратора последовательно связанные инвертор, второй блок совпадений, второй исполнительный орган, подключенный к камере замораживания, дополнительно введены блок задания режимов, блок интегрирования, блок опорного сигнала и блок суммирования, 3 ил. ния устройства от сигналов ошибки по температуре и скорости,Устройство содержит (фиг, 1) камеру 1 замораживания с размещенными в ней контейнерами с биоматериалом (не показаны), в одном из которых установлен датчик 2 температуры, подключенный к одному входу блока 3 сравнения, блок 4 интегрирования, подсоединенный к второму входу блока 3 сравнения, дифференцирующий блок 5, подключенный к первому выходу блока 3 сравнения, блок 6 задания режимов, подсоединенный к входу генератора 7 пилообразного напряжения и к второму входу блока 4 интегрирования, первый вход которого подключен к выходу дифференцирующего бло 1709158ка 5, задающий блок 8, подсоединенный к входу задания начальной температуры блока 4 интегрирования, блок 9 опорного сигнала, вход которогс подключен к второму выходу блока 3 сравнения, а выход блока 9 опорного сигнала подсоединен к второму входу блока 10 суммирования, первый вход которого подключен к второму выходу блока 3 сравнения, демодулятор 11, подсоединенный к выходу блока 10 суммирования, подключенные к выходу демодулятора 11 последовательно связанные первый компаратор 12, первый блок 13 совпадений, первый исполнительный механизм 14, подсоединенный к камере 1 замораживания, подключенные к выходу блока 10 суммирования последовательно связанные второй компаратор 15, инвертор 16, второй блок 17 совпадений, второй исполнительный механизм 18, подсоединенный к камере 1 замораживания, При этом выход генератора 7 пилообразного напряжения подсоединен к второму входу первого компаратора 12, выход первого компаратора 12 подключен к первому входу второго блока 17 совпадений, а второй вход второго компаратара 15 подсоецинен к нулевой шине, Регулирующим органом в исполнительном механизме 14 может быть, например, электромагнитный клапан, обеспечивающий подачу хладагента (жидкога азота) в камеру 1 замораживани. Регулирующим органом исполнительного механизма 18 может служить нагреватель, размещенный в камере 1 замораживания. Причем первый контур автокорреке,ии сигнала ошибки регулирования образуется последовательно связанным блоком 3 сравнения, дифференцирующим блоком 5 и блоком 4 интегрирования, Этот контур предназначен для усиления сигнала регулирования на выходе блока 3 сравнения на участках переходного процесса за счет совпадения на фазе сигнала ошибки по скорости с выхода дифференцирующего блока 5, и сигнала заданной скорости с выхода блока 6 задания режимов, поступающих на первый и второй входы соответственно блока 4 интегаирования, На участках установившегося процесса этот контур не влияет на сигнал регулирования в виду малости ошибки регулирования. Второй контур автокар зекции сигнала ошибки регулирования образуется последовательно связанными блоеам 3 сравнения, блоком 9 опорного сигнала и блоком 10 суммирования. Этот контур предназначен для смещения рабочего диапазона клапана на величину зоны нечувствительности клапана, чем обеспечи вается значительное уменьшение ошибск стабилизации как надТ=ТЗ-Т,Ю/=-(ТЗ -Т),д 50где ЛЧ - сигнал ошибки по скорости;б-- символ дифференцирования, бхпоступает на первый вход блока 4 интегри равания, на выходе которого образуетсясигнал ТЗ, скорректированный и усиленный на величину, пропорциональную сигналу ошибки по скорости Ь Ч с выхода дифференцирующего блока 5, Одновременна сигнал дТ са второго выхода блока 5 10 15 20 25 ЗО участках переходного процесса, так и на участках установившегося процесса. Третий контур автокоррекции сигнала ошибки регулирования (внешний) образуется за счет последовательно связанных блока 6 задания режимов и генератора 7 пилообразного напряжения, Этот контур предназначен для формирования амплитуды генератора 7 пилообразного напряжения в зависимости от величины заданной программной скорости, чем обеспечивается точность регулирования в широком диапазоне скоростей.Предлагаемое устройство работает следующим образом.Сигнал, пропорциональный текущему значению температуры (Т), поступает с дат-, чика 2 температуры на один вход блока 3 сравнения, на другой вход которого поступает линейно изменяющийся сигнал (ТЗ) с выхода блока 4 интегрирования; на второй вход которого поступает сигнал, пропорци-. ональный заданной скорости (Чзад,) охлаждения с выхода блока 6 задания режимов, а на вход задания начальной температуры блока 4 интегрирования поступает сигнал (ТЗяач.), пропорциональный заданной начальной температуре, с выхода задающего блока 8, На выходе блока 3 сравнения формируется сигнал д Т, пропорциональный разности между заданным линейно изменяющимся и текущим значениями температуры. где сигнал ТЗ определяется выражением ТЗ=,а Чэад бх+ ТЗнач + М от где ОТ - текущее время;ЛЧ - сигнал ошибки по скорости (в начале процесса он равен нулю),Этот сигнал с первого выхода блока 3 сравнения через дифференцирующий блок 5, выходной сигнал которого определяется выражениемдТ 1 =дТ+ а 10 15 20 д Т 2 =д Т 1,ТЗ .= 3;+.,3 сравнения поступает на первые входы блока 9 опорного сИгнала и блока 10 суммирования. На выходе блока 10 суммирования образуется сигнал д Т 1, скорректированный на величину Ооп и определяемый выраже- нием где Ооп - сигнал, пропорциональный величине зоны нечувствительности клапана,Этот сигнал через второй компаратор 15, на выходе которого за счет сравнения с "нулевым" сигналом образуется единичный сигнал, поступает на второй вход первого блока 13 совпадений, обеспечивая этим выбор исполнительного механизма, т.е, клапана. Одновременно сигнал д Т 1 через демодулятор(детектор) 11, выходной сигнал которого определяет я выражением где д Т 2 - положительный сигнал, пропорциональный модулю д Т 1, поступает на первый вход первого компаратора 12, на второй вход которого поступает сигнал с вьхада генератора 7 пилообразного напряжения, на вход которого поступает с выхода блока б задания режимов сигнал Чд пропорциональный величине заданной скорости замораживания и обеспечивающий формирование на выходе генератора 7 пилообразного сигнала заданной крутизны. Зависимость максимальной амплитуды генератора 7 пилообразного напряжения (Р) от величины заданной скорости (Чзд.) приведена на фиг. 2. Импульсы с выхода кампаратара 12 через блок 13 совпадений поступают на исполнительный механизм 14, чем обеспечивается подача в камеру 1 замораживания хладагента, например жидкого азота. Камера начинает охлаждаться, при этом скорость охлаждения увеличивается. Сигнал д Т начинает увеличиваться в связи с ростом амплитуды генератора 7 пилообразного напряжения, ростом заданного линейно изменяющегося сигнала ТЗ,и ростом ошибки Л Ч, чта в соответствии с изложенным выше приведет к увеличению сигнала д Т 2 и длительности импульсов нэ выходе первого кампаратара 12, чта в свою очередь вьзовет увеличение подачи хладагента в камеру 1 замораживания, При достижении текущей скорости замораживания значения заданной программной скорости замораживания длительность импульсов на выходе первого кампаратора 12 установится такой, которая обеспечит заданный ре 25 30 35 40 45 50 55 жим замораживания, т,е. замораживания с заданной программной скоростью. При этом при превышении текущей температурой Т значения заданной температуры ТЗ изменится знак сигнала ошибки д Т, чта Вызовет появление сигнала "нуль" 1 э Выходе В 1 арага компаратара 15 и нэ Входе первого блока 13 совпадений и появлеие сигнала "единица" на выходе инвертарэ 1 б 11 нэ входе второго блока 117 совпадений, чта вызовет отключение исполнительнога механизма 14 и подключение испалнтель 10 ГО механизма 18, т,е, нагревателя, Для перехода в режим стабилизации темперэ 1 уры в заданной точке температурного поля не: бхадима с блока б ээдэ и ив р ежи л 10 Б и;,- сиГндл нуль нэ Вторай Вход блока 4 иТе- риравания и на вход генератора 7 пилсабразного напряжения, чта вызовет устэнаьку заданной соответствующей круиэн Г , е ратара 7 пилообразного напряжен;(ы:,1 - , , и переход блока 4 интегрирсвэ Б : Б .,с 111,1 стабилизации установленной 1 18 г пур Сигнал на выходе блока 4 ипе:,".:. 1, с ия Б этом случае будет ОГ 1 исывэться с,-,.Дуаг;. выражением; Где ТЗуст устэнавиБшэяся Б мамепт 1;.118 клачения температура,Установившийся характер с 1 Гэлэ ТЗ на выходе блока 4 интегриравэниЯ всле,с вие инерцианнссти камеры и кантсйн: 1 Б вызаьет в начальный л 1 амеГ. Б.еОни Г 1 г - обладание текущей тел 1 -.8 рэтурь 11;э;1; с - танави Вш 8 йсЯ т 81 пеаэтурай 1 3, чта БЫЗОБВТ ПОЯБЛБНИЕ ОТОИЦЭТЕЛЬН ОГО С 1 Г Э- лэ 0 1 ф 1 0 нэ Бы О/;8 алака,2 срэБнеНЯ, чта Гри ведет В саатБетстви 1 с иэлаженым Выше к поя Влен 110 си Гнала 8 ди и цэ нэ входе второго блока ;7 совпэде;ии и, ОД- клачению второго испалнтельнага мгканизмэ 18, т.е. нагревателя. Вмерз начнет ОТОГОВВЭТЬСЯ, СКОРОСТЬ ОХЛЭКДЕН:1, БЭ С 8 Т Введенных и описанных ранее капурав автокоррекций, нэ:нет резка уленьвэтьс 1, и В момент достижея текушйй температурой Т значения заданной устэнавленай т 8 мпеРэтУРы ТЗус в д 1 тел ьОсть ",Г 1 п Ул ьс ОБ на Выходе первого ком пэрэтарэ ; ус э;10- вктся тэ;011, которая ааеспечит ээдэ.1;ь:1 режим зэмарэживэниЯ, т,е, стабилизэциа установленной тел;перэтуоы, Причем изменение энэкэ си 1 нэлэ О 1 Оудет Бызывэть са ГЛЭСНО ИЗЛОЖ 8 ННОМУ ВЫШЕ ПОДКЛЮЧВНИ 8 НОКНОГО 1 СПОЛНтеЛЬНОГО М 8 ХЭ 113 Л 1 Э К КЭ- мсаеээмасэживэниЯ, Таким Образам, Б предлагаемом устрайстве коэффициент уси 1709158ления регулятора является функцией не только сигнала рассогласования, а еще и от крутизны пилообразного напряжения, и от сигнала ошибки, причем при увеличении д Т он плавно и оптималь ным образом увеличивается до значения, необходимого для обеспечения заданного режима замораживания, при д Т- О он имеет, за счет введения опорного сигнала в блок 13 суммирования, некоторое минимальное значение (фиг. 3).Формула изобретения Устройство для замораживания биоматериалов, содержащее камеру заморажйвания с датчиком температуры, блок сравнения, дифференциатор. задающий блок, последовательно соединенные первый компаратор, первый блок совпадения и первый исполнительный механизм, подсоединенный к камере замораживания, а также соединенные между собой второй блок совпадения и второй исполнительный механизм, подсоединенный к камере замораживания, и соединенные между собой второй компаратор и инвертор, выход последнего подключен к первому блоку совпадения, выход второго компаратора соединен с одним из входов второго блока совпадения, другой вход которого соединен 5 с выходом первого компаратора, подключенного к генератору пилообразного напряжения, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что, с целью повышения сохранности биоматериалов при замораживании, оно снэбжено интегра тором, блоком задания реткимов и соединенными между собой блоком опорного сигнала и сумматором, второй вход последнего связан с выходом блока сравчения, два входа которого подключены соответственно 15 к датчику температуры и дифференциатору,выход последнего соединен с одним из входов интегратора, два других входа которого подключены соответственно к задающему блоку и первому выходу блока задания 20 режимов, соединенного с генераторомпилообразного напряжения, а выход интегратора соединен с входом блока сравнения, выход которого связан с входом блока опорного сигнала,251709158 Фиг.2 Составитель З.РайтрубРедактор Л.Павлова Техред М.Моргентал К ор Л.Бескид роизводственно-издательский комбинат "Патент", г, Ужгород, ул,Гагарина, 101 аказ 419 Тираж . Подписное ВНИИПИ Гасударственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР 113035, Москва, Ж, Раушская наб.;4/5