Смесительная система для смешивания биологических образцов с добавками - RU2637220C2
Код документа: RU2637220C2
Чертежи
Описание
ОБЛАСТЬ ТЕХНИКИ
Настоящее изобретение относится к автоматизированной смесительной системе и, в частности к системе, позволяющей безопасно, плавно, равномерно и эффективно перемешивать биологические образцы, такие как цельная кровь, плацентарная/пуповинная кровь, костный мозг, продукт афереза или стромально-васкулярная фракция (СВФ, англ. SVF - stromal vascular fraction), содержащиеся в гибком контейнере для сбора, хранения в замороженном состоянии или переноса, в особенности во время добавления серосодержащего органического соединения, такого как диметилсульфоксид (ДМСО, англ. DMSO - dimethyl sulfoxide), или других биологических добавок. На протяжении всего процесса автоматизированная система поддерживает биологические образцы при стабилизированной температуре.
Такие процедуры предполагается осуществлять в больничных условиях, а также в медицинских или биологических лабораториях. К стандартным манипуляциям с кровью или биологическими образцами относятся: приготовление препаратов для длительного хранения, оттаивание после длительного хранения, подготовка перед трансплантацией, рост клеточных культур, манипуляции с жировыми тканями или другие аналогичные области применения.
ПРЕДШЕСТВУЮЩИЙ УРОВЕНЬ ТЕХНИКИ
Роль стволовых клеток в клеточных терапиях трансплантационной или регенеративной медицины стремительно возрастает. В области трансплантации современная терапевтическая стратегия требует, чтобы клетки-предшественники для практически всех аутологичных и многих аллогенных трансплантатов были криоконсервированными. Процесс криоконсервации имеет большое значение для всех типов коллекций стволовых клеток, и на протяжении ряда лет технологии замораживания и оттаивания зарекомендовали себя как эффективные, позволяя осуществлять длительное хранение биологических клеток с высоким показателем выживаемости.
Процесс криоконсервации
Процесс криоконсервации заключается в хранении биологической жидкости в среде жидкого или парообразного азота обычно при температуре -196°C в механических криогенных аппаратах. Скорость замораживания регулируют и концентрированные стволовые клетки замораживают, как правило, со скоростью 1-2°C/мин.
Для замораживания и хранения концентрированных клеток при указанных выше температурах в биологический образец необходимо добавлять серосодержащее органическое соединение, такое как диметилсульфоксид (ДМСО). В криобиологии криопротектор ДМСО используют для сохранения органов, тканей и суспензий клеток путем предотвращения повреждения живых клеток вследствие замораживания. Он ингибирует образование внутри- и внеклеточных кристаллов и, следовательно, гибель клеток.
Без добавок криопротектора до 90% замороженных клеток инактивируются. Как правило, в кроветворные стволовые клетки перед криоконсервацией добавляют 25% смесь ДМСО.
В стандартных условиях, как, например, при хранении пуповинной крови или в больничных условиях после сбора материала для аутологичного афереза необходимо добавлять криопротектор перед длительным хранением в среде жидкого или парообразного азота. Как правило, стерильный замороженный ДМСО добавляют в контейнер для крови в течение 10-15 минут. Учитывая, что биологический образец следует поддерживать при стабилизированной температуре, ДМСО необходимо добавлять постепенно во избежание повреждения клеток от осмотического стресса, вызванного воздействием высоких концентраций ДМСО, и не допуская экзотермической реакции, протекающей при смешивании концентрированного раствора ДМСО с клеточным раствором. Кроме того, для обеспечения эффективной защиты во время криоконсервации важно следить за тем, чтобы ДМСО или биологическая добавка во время добавления равномерно смешивались с кровью в контейнере для или биологическим образцом.
Помимо необходимости криоконсервации препаратов во многих областях применения требуется смешивание биологических образцов с добавками. Например, в лабораториях клеточной терапии или в исследовательских лабораториях концентрированные клеточные продукты зачастую необходимо смешивать с растворами культуральной среды для пролиферации клеток или для промывания либо разбавления обогащенных клеточных продуктов отмывочными буферными растворами, такими как раствор хлорида натрия (NaCl) или растворы лактата Рингера. В такой ситуации также существует необходимость в обеспечении надлежащего постепенного, плавного и равномерного перемешивания при регулируемой стабилизированной температуре.
Другой возможной областью применения является оттаивание криоконсервированных образцов. На сегодняшний день большинство доз аллогенной пуповинной крови и доз аутологичного афереза оттаивают на водяной бане с помощью стандартной технологии, заключающейся в затоплении контейнеров для крови, извлеченных из среды жидкого или парофазного азота, в воде при температуре 37°C. При таком способе вода служит переносчиком тепла к контейнеру и, следовательно, существует потенциальный риск микробиологического инфицирования. Таким образом, желательно иметь воспроизводимую систему, позволяющую оттаивать образцы, используя систему сухого кондиционирования с выдерживанием при стабилизированной температуре 37°C или при заданной температуре, для обеспечения эффективного оттаивания, при помощи которой контейнер для крови будет плавно перемешиваться на протяжении всего процесса.
Как следствие, снижается риск микробиологического инфицирования, и продукт не зависит от смены оператора во время механического перемешивания контейнеров в воде.
При организации банка стромально-васкулярной фракции до того, как стромально-васкулярная фракция будет сконцентрирована с мезенхимными стволовыми клетками и будет готова для хранения, понадобится несколько стадий для получения жировой ткани пациента, вываривания и обработки жира. На этих стадиях жировая ткань, как правило, должна быть промыта отмывочным буферным раствором, таким как лактат Рингера или хлорид натрия, и жир должен быть автоклавирован при стабилизированной температуре 37°C с ферментами коллагеназы. Таким образом, было бы желательно создать автоматизированную систему, способную программировать стабилизированную температуру, закачивать добавки в жировую ткань и при этом обеспечивать равномерное и плавное смешивание биологических образцов.
В настоящее время процесс перемешивания в значительной степени зависит от оператора, и в этом отношении сохраняется масштабная потребность в создании автоматизированной системы, способной обеспечивать безопасное, эффективное и равномерное перемешивание, в особенности при добавлении биологических добавок в препараты крови или другие типы биологических образцов.
СОСТОЯНИЕ УРОВНЯ ТЕХНИКИ
В настоящее время к наиболее распространенным способам перемешивания биологических образцов относятся вибрационные способы или перемещение биологического образца с помощью манипулятора.
Устройство Coolmix™ компании Biosafe S.A. является автоматизированным смесительным устройством, позволяющим осуществлять подготовку стволовых клеток для криоконсервации. В системе использован механизм смешивания при посредничестве манипулятора, перемещающегося вверх и вниз, в результате чего при сжатии поверхности контейнера манипулятором создается вихревое движение.
К недостаткам современных систем относится тот факт, что они могут вызывать быстрое движение или высокое гравитационное ускорение клеток или обрабатываемых продуктов и, таким образом, существует риск механического трения или грубого встряхивания клеток или обрабатываемых продуктов, кроме того, изготовление подобных устройств представляет определенные трудности.
СУЩНОСТЬ ИЗОБРЕТЕНИЯ
Как указано в разделе Формула изобретения, изобретение предусматривает улучшенную автоматизированную систему для обеспечения безопасного, плавного, равномерного и эффективного перемешивания для контейнеров для сбора, охлаждения, хранения или переноса, содержащих кровь или биологический раствор, в особенности во время закачивания серосодержащего органического соединения, такого как диметилсульфоксид (ДМСО), или других биологических добавок.
Согласно основному аспекту изобретения предусмотрено устройство для перемешивания биологических образцов, содержащихся в гибких контейнерах для сбора, замораживания, хранения или переноса (в дальнейшем "контейнеры для хранения") при регулируемой температуре, включающее в себя:
a) опорную плиту для поддерживания контейнера для хранения, содержащего биологический образец, подлежащий перемешиванию;
b) средство для обеспечения перемещения образца в контейнере для хранения, находящемся на опорной плите, для перемешивания образца; и
с) средство регулирования температуры для поддержания образца при регулируемой температуре во время перемешивания.
Устройство согласно изобретению характеризуется тем, что средство для обеспечения перемещения образца включает в себя по меньшей мере один надуваемый/сдуваемый мешок (в дальнейшем "воздушный мешок"), который, будучи надутым, контактирует с поверхностью части контейнера для хранения, постепенно сжимая контейнер для хранения и перемещая содержащиеся в нем образцы в другую часть контейнера для хранения.
Другие аспекты изобретения изложены в разделе Формула изобретения.
Изобретение также касается смесительного аппарата в целом и контрольно-измерительных приборов и аппаратуры, позволяющих осуществлять плавное и равномерное перемешивание одного маленького или большого контейнера, либо двух или нескольких контейнеров одновременно.
Изобретение предусматривает смесительную систему, состоящую из одного или нескольких надувных воздушных мешков, соприкасающихся с контейнерами с биологическими образцами крови. Воздушные мешки надуваются и сдуваются с разной частотой и в соответствии с заданными профилями в зависимости от типов контейнеров для крови, объема и чувствительности обоих смешиваемых продуктов. Это действие приводит к сжиманию биологического образца по определенной поверхности с распределенной силой.
Настоящее изобретение предусматривает автоматизированную систему для больничных условий, медицинских и биологических лабораторий, позволяющую плавно перемешивать образцы и, в отличие от существующих шейкеров, обеспечивающую небыстрое движение и невысокие гравитационные ускорения обрабатываемых клеток или продуктов. Способ, используемый в соответствии с настоящим изобретением, представляет собой применение плавного давления на заранее определенную поверхность, являющуюся достаточно большой, что приводит к созданию эффективного вихревого эффекта, обеспечивающего равномерное перемешивание образца.
Нажим, осуществляемый при помощи надутого воздушного мешка, обеспечивает распределенную нагрузку по площади поверхности, что приводит к плавному и равномерному перемешиванию биологического образца с меньшим риском механического трения или грубого встряхивания клеток или обрабатываемых продуктов.
Кроме того, устройство согласно изобретению может быть приспособлено для целого ряда размеров контейнеров, используемых для подобных манипуляций. Настоящее изобретение распространяется на широкий ассортимент контейнеров для крови или биопрепаратов разных размеров либо путем создания надувных воздушных мешков в соответствии с конкретными размерами обрабатываемых контейнеров, либо путем объединения нескольких воздушных мешков, чтобы охватить широкий ассортимент размеров контейнеров. Кроме того, надувные воздушные мешки могут надуваться и сдуваться в соответствии с заданным пользователем профилем, адаптированным для конкретных размеров контейнеров для крови.
Технологии изготовления воздушных мешков также являются значительно менее дорогостоящими по сравнению со сложными механизмами, использующими вибрационное или механическое движение. Для воздушных мешков обычно используют эластомеры, такие как термопластичный полиуретан или поливинилхлорид (ПВХ, англ. PVC - polyvinyl chloride), получаемые стандартными для термопластичных материалов способами.
Один контейнер
Рассмотрим в качестве примера контейнер для замораживания, содержащий 20 мл биологических образцов, см. патентный документ WO 2009/138966 (Biosafe). В этом случае перемешивание осуществляют с помощью сжатого воздуха путем повышения и понижения давления воздушного мешка, имеющего крепкую кремниевую мембрану.
Функция смесительного мешка заключается в обеспечении вертикального возвратно-поступательного движения перемешиваемому контейнеру. При нажимании с распределенной силой по протяженной поверхности образуется узкий проход, приводящий к созданию хорошего вихревого эффекта, обеспечивающего эффективное и равномерное смешивание. Контейнеры с двумя отделениями благодаря своему строению имеют узкий проход, соединяющий большее и меньшее отделения. Этот узкий проход также создает требуемый вихревой эффект.
Воздух подают из пневматической системы, приводимой в движение при помощи электрических клапанов и пневматического насоса. Посредством этого можно регулировать скорость надувания и сдувания, а также скорость движения воздушного мешка, что обеспечивает оптимизированное перемешивание биологических образцов.
Корпус устройства, как правило, имеет чашу из алюминия, в которой разложены контейнеры для криоконсервации либо другие типы контейнеров. Биологические контейнеры механически прижаты плоской крышкой, содержащей смесительный мешок.
Алюминиевая чаша, образующая опору устройства, зафиксирована поверх комплекта элементов Пельтье, имеющих размеры, позволяющие обеспечивать достаточную охлаждающую или нагревающую способность устройства. Вокруг элемента Пельтье сделана теплоизоляция. Далее тепло передается остальной части устройства через посредство теплообменного устройства и воздушной системы охлаждения.
Множество контейнеров
Система может быть выполнена с возможностью обеспечивать перемешивание в двух или нескольких хладоустойчивых контейнерах одновременно. Несколько надувных воздушных мешков могут надуваться или сдуваться синхронно либо асинхронно в соответствии с потребностями. Для управления пневматической системой используют центральный пневматический насос с несколькими электрическими клапанами для регулирования каждого воздушного мешка по отдельности.
Большие контейнеры
Система также может перемешивать большую группу контейнеров: контейнеры для охлаждения, хранения и переноса. В этом случае перемешивание обеспечивают при помощи двух или множества надувных воздушных мешков. При использовании двух вертикальных воздушных мешков для нажима и втягивания они могут быть размещены на каждой стороне биологического образца. При плавном сжимании поверхности одной стороны за один прием и чередовании обеих сторон жидкость может перемещаться от одной стороны контейнера к другой. Таким образом, биологический образец, смешанный с добавкой, будет равномерно перемешиваться во время всего процесса.
Для создания хорошего вихря в контейнерах большого объема могут использоваться дополнительные сжимающие выступы. Выступы могут быть расположены поверх контейнера и использоваться для крепкого удерживания больших контейнеров на определенной линии, фактически создавая две камеры, соединенные с помощью небольшого узкого прохода, либо могут использоваться для уменьшения ширины контейнера посередине, например, образуя узкий проход по всей длине.
КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ГРАФИЧЕСКИХ МАТЕРИАЛОВ
Особенности, аспекты и преимущества настоящего изобретения станут более понятными на основе последующего подробного описания, рассмотренного вместе с прилагаемыми графическими материалами, на которых:
Фиг. 1 представляет собой схему, показывающую принцип перемешивания биологических контейнеров при помощи надувания и сдувания воздушных мешков;
Фиг. 2А представляет собой схематическое изображение вертикального поперечного сечения, показывающее принцип перемешивания биологического образца со сдутым надувным мешком;
Фиг. 2В представляет собой схематическое изображение вертикального поперечного сечения, показывающее принцип перемешивания биологического образца с надутым пневматическим мешком;
Фиг. 3А представляет собой схему, показывающую принцип равномерного перемешивания и вихревой эффект в случае небольшого однокамерного контейнера;
Фиг. 3В представляет собой схему, показывающую принцип равномерного перемешивания и вихревой эффект в случае небольшого двухкамерного контейнера;
Фиг. 4А представляет собой схематическое изображение вертикального поперечного сечения, демонстрирующее принцип равномерного перемешивания в случае контейнера для крови большого объема в состоянии готовности со сдутыми воздушными мешками;
Фиг. 4В представляет собой схематическое изображение вертикального поперечного сечения, демонстрирующее принцип равномерного перемешивания для контейнера большого объема, когда левая сторона контейнера для крови сжата при помощи надутого воздушного мешка, создавая вихревой эффект и движение в правой стороне;
Фиг. 4С представляет собой схематическое изображение вертикального поперечного сечения, демонстрирующее принцип равномерного перемешивания для контейнера большого объема, когда правая сторона контейнера для крови сжата при помощи надутого воздушного мешка, создавая вихревой эффект и движение в левой стороне;
Фиг. 5А представляет собой схему, показывающую принцип равномерного перемешивания и вихревой эффект в случае большого контейнера для переноса, и один из вариантов изображен на Фиг. 5В;
Фиг. 6 представляет собой структурную схему, изображающую конфигурацию системы для смешивания жидкостей согласно варианту осуществления настоящего изобретения;
Фиг. 7 представляет собой блок-схему, иллюстрирующую последовательность процесса закачивания и перемешивания для системы согласно настоящему варианту осуществления;
на Фиг. 8А и 8В изображены графики различных периодичностей надувания/сдувания;
Фиг. 9 представляет собой общий вид в перспективе варианта осуществления устройства согласно изобретению с опорной плитой, которая видна благодаря тому, что крышка находится в открытом положении;
на Фиг. 10А и 10В показана возможная конфигурация размещения большого и маленького криоконтейнеров на опорной плите; и
Фиг. 11 представляет собой схему корпуса конструкции.
ПОДРОБНОЕ ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ
В дальнейшем осуществление настоящего изобретения будет подробно описано со ссылкой на графические материалы. В варианте осуществления, описанном ниже, в качестве примера будет рассмотрена автоматизированная смесительная система для биологических жидкостей.
Фиг. 1 представляет собой схему, отражающую принцип перемешивания биологических контейнеров при помощи надувающихся воздухом или выпускающих воздух мешков. Как показано на Фиг. 1, автоматизированная смесительная система состоит из опорной плиты 105, например, с контейнером 104 для хранения крови, положенным на нее. Выше расположена крышка 101, на которой закреплен надувной мешок 102. Когда надувной мешок 102 надут, показано позицией 103, он оказывает равномерное давление на контейнер 104 для крови, когда надувной мешок 102 сдут, он не соприкасается с контейнером для крови 104.
Фиг. 2А представляет собой схематическое изображение вертикального поперечного сечения, показывающее принцип действия автоматизированной смесительной системы с использованием надувного мешка. В этом случае на опорную плиту 212 положен биологический образец (кровь) 216, 217. Когда крышка 211 закрыта, сжимающий выступ 215 создает для биологической жидкости узкий проход 218. Контейнер для крови можно разделить на три части: малый резервуар 216, узкий проход 218 и большой резервуар 217.
В показанном положении надувной воздушный мешок 214 сдут и не контактирует с контейнером для крови. Это происходит, когда система находится в режиме ожидания или после стадии надувания.
Надувной мешок 214 регулируют при помощи атмосферного или сжатого воздуха, выходящего из пневматической системы, подсоединенной через пневмопровод 213.
Фиг. 2В представляет собой схематическое изображение вертикального поперечного сечения, показывающее принцип перемешивания биологического образца при помощи надувания надувного мешка 214.
Чтобы достичь этого положения, сжатый воздух, подаваемый из пневматической системы, проходит через воздушный шланг 221 для надувания воздушного мешка 222. Как только воздушный мешок надувается, мембрана воздушного мешка приходит в соприкосновение с малым резервуаром контейнера 225 для крови и равномерно оказывает на поверхность малого резервуара 223 распределенное давление.
Биологическая жидкость перемещается в резервуар 224 большого объема при повышенном давлении благодаря узкому проходу 226. Вихревой эффект будет обеспечивать хорошее и равномерное перемешивание благодаря узкому проходу, форме резервуара и конструкции сжимающего выступа.
Фиг. 3А представляет собой схему, показывающую принцип равномерного перемешивания и вихревой эффект в случае небольшого однокамерного контейнера 302, находящегося на опорной плите 301. Надувание/сдувание воздушного мешка 305 фактически видно сверху, как показано пунктирными линиями.
Если требуется перемешивать небольшой однокамерный контейнер, понадобится сжимающий выступ 306, создающий узкий проход 304, фактически образуя с обеих сторон маленький и большой резервуары. Когда воздушный мешок 305 надут и контактирует с созданным таким образом малым резервуаром, жидкость переходит в большой резервуар через узкий проход 304, создавая вихревой эффект 303. Этот вихревой эффект обеспечивает эффективное биологическое перемешивание.
Такой вихревой эффект важен для обеспечения равномерного и плавного смешивания при перемешивании образца, в особенности когда в контейнер 302 закачивают добавку при помощи входной трубки 307.
Фиг. 3В представляет собой схему, показывающую принцип равномерного перемешивания и вихревой эффект для небольшого двухкамерного контейнера 312, положенного на опорную плиту 311. Надувание/сдувание воздушного мешка 315 фактически видно сверху, как показано пунктирными линиями.
Если требуется перемешивать небольшой двухкамерный контейнер, в соответствии с конструкцией контейнера в нем уже существует узкий проход 314, в этом случае нет необходимости в сжимающем выступе 316. Когда воздушный мешок 315 надут и контактирует с малым резервуаром, жидкость переходит в большой резервуар через узкий проход 314, создавая вихревой эффект 313. Такой вихревой эффект важен для обеспечения равномерного и плавного смешивания при перемешивании образца, в особенности когда в контейнер 312 закачивают добавку при помощи входной трубки 317.
Фиг. 4А представляет собой схематическое изображение вертикального поперечного сечения, демонстрирующее принцип равномерного перемешивания в случае контейнера для крови большого объема. Универсальная опорная плита обозначена 401, крышка - 400.
Контейнер для крови большого объема фактически разделен на левый 406 и правый 407 резервуары при посредстве узкого канала 409, образованного сжимающими выступами 408 на опорной плите 401 и крышке 400. Эти два созданным таким образом объема резервуара могут иметь одинаковые или разные объемы в зависимости от формы или объема контейнера, подлежащего перемешиванию.
Пневматическая система состоит из двух надувных мешков - левого 404 и правого 405, и двух воздушных шлангов - левого 402 и, соответственно, правого 403, соединенных с пневматическим устройством. В показанном положении воздушные мешки 404, 405 не контактируют с контейнером для крови.
Фиг. 4В представляет собой схематическое изображение вертикального поперечного сечения, демонстрирующее принцип равномерного перемешивания для контейнера большого объема, когда левая сторона контейнера для крови 414 сжата при помощи надутого воздушного мешка 412, создавая движение жидкости и вихревой эффект от левого резервуара 414 к правому резервуару 413. В таком положении сжатый воздух поступает из воздушного шланга 410 и надувает левый воздушный мешок 412. Правый воздушный мешок 415 сдут и не контактирует с контейнером для крови.
Фиг. 4С представляет собой схематическое изображение вертикального поперечного сечения, демонстрирующее принцип равномерного перемешивания для контейнера большого объема, когда правая сторона контейнера для крови 424 сжата при помощи надутого воздушного мешка 423, создавая движение жидкости и вихревой эффект жидкости из правого резервуара 424 в левый резервуар 425. В таком положении сжатый воздух поступает из воздушного шланга 421 и надувает правый воздушный мешок 423. Левый воздушный мешок 422 сдут и не контактирует с контейнером для крови.
Фиг. 5А представляет собой схему, изображающую принцип равномерного перемешивания и вихревой эффект в случае большого контейнера для переноса 502, положенного на опорную плиту 501. Одна надувающаяся/сдувающаяся поверхность 503 воздушного мешка фактически видна сверху, как показано пунктирными линиями. Для создания двух фактически отдельных резервуаров необходимы сжимающие выступы 506, образующие узкий проход 504 для жидкости. Когда один воздушный мешок надувают воздухом, он толкает эквивалентный объем жидкости в другой резервуар через узкий проход 504. Во время фазы надувания воздушного мешка 503 с одной стороны жидкость, проходящая через узкий проход 504, создает вихревой эффект 505 на другой стороне контейнера для крови. После того как воздушный мешок 503 полностью надут с одной стороны, он сдувается, надувается воздушный мешок на другой стороне, создавая такой же вихревой эффект на другой стороне контейнера для крови. Чередующееся движение обеспечивает равномерное перемешивание в контейнере для крови. Такой вихревой эффект важен для обеспечения равномерного смешивания, в особенности когда в контейнер закачивают добавку при помощи соединительного шланга 507.
Фиг. 5В представляет собой схему, изображающую вариант создания вихревого эффекта в большом контейнере для переноса. Такой вихревой эффект создается за счет пережимания (суживания) прохода между двумя сторонами контейнера по всей ширине контейнера. На опорную плиту 511 положен большой контейнер для крови 512. Одна надувающаяся/сдувающаяся поверхность 513 воздушного мешка фактически видна сверху, как показано пунктирными линиями.
Для создания двух фактически отдельных резервуаров сжимающие выступы 514 образуют слегка ограниченный проход между двумя сторонами контейнера и узкий проход 516 для жидкости. Когда воздушный мешок надут с одной стороны, он будет соприкасаться с поверхностью стороны, проталкивая жидкость в другой резервуар через узкий проход 516. Во время фазы надувания одной поверхности 513 жидкость при движении через узкий проход будет создавать вихревой эффект на другой стороне контейнера 515 для крови. Как и в случае Фиг. 5А, когда надута одна сторона, образуется вихревой эффект и чередующееся движение обеспечивает равномерное перемешивание контейнера для крови 512. Такой вихревой эффект важен для обеспечения равномерного и плавного смешивания, когда перемешивают образец, в особенности когда в контейнер закачивают добавку при помощи соединительного шланга 517.
Фиг. 6 представляет собой блок-схему, изображающую конфигурацию системы для смешивания жидкостей согласно данному варианту осуществления. Как показано на Фиг. 6, система состоит из нескольких надувных воздушных мешков разных размеров 110 и автоматизированной системы 100, регулирующей расход воздуха в надувные мешки при помощи соответствующих электронных приборов.
Подвижную платформу с комплектом воздушных мешков используют, чтобы охватить широкий диапазон форм и объемов контейнеров для крови. Воздушные мешки А1 111 и А2 112 имеют одинаковый размер и используются для перемешивания двух небольших контейнеров одновременно. Воздушные мешки B 113 и C 114 представляют собой два надувных мешка больших размеров, позволяющие перемешивать обе стороны контейнера для крови большого размера.
Центральная система управления 100 (Фиг. 6) включает в себя блок питания 120 для подачи электрической энергии в основной центральный процессор (ЦП, англ. CPU - Central Processing Unit) и в систему, ЦП 121 и память 126, для управления и контроля за смесительной системой. Она включает в себя пневматическую систему с электромагнитными клапанами 115, 116, 117, 118 и пневматический насос 124, электронные приводы 122 и датчики давления 125 с обратной связью, терморегулирование 134 с приводом 133 и тепловые датчики 135 с обратной связью и, наконец, пульсирующие насосы 131, 132 и привод 130 для закачивания добавок в контейнеры для крови.
Пневматическая система управляется при помощи ЦП 121, который определяет, какой из мешков надувать или сдувать и с какой частотой и профилем. Инструкции, предусмотренные для ЦП 121, хранятся в блоке памяти 126. Первым действием является регулирование насоса 124 через управляющую схему 122 для генерации сжатого воздуха для воздушных мешков. Несколькими клапанами 115-118 управляют через посредство управляющей схемы 123, их функция заключается в том, чтобы надувать или сдувать каждый из мешков по отдельности. Клапан 118 является основным клапаном, регулирующим расход воздуха во все воздушные мешки. Электромагнитный клапан 115 управляет одновременно воздушными мешками A1 111 и А2 112. Эти два мешка надуваются или сдуваются одновременно для синхронного перемешивания двух небольших контейнеров. Электромагнитные клапаны 116 и, соответственно, 117 регулируют два воздушных мешка 113, 114 большего размера по отдельности для перемешивания обеих сторон контейнера для крови большого объема. Чередующееся движение обеспечивает перемешивание больших контейнеров. Датчик давления 125 постоянно контролирует пневматическую систему и обеспечивает информацию ЦП 121 для контроля и управления.
Система управления температурой обеспечивает стабилизированную температуру в контейнерах с биологическими образцами. Она состоит из терморегулирования 134, управляемого электронными приборами 133. Датчик температуры 135 обеспечивает информацию ЦП 121 для управления термической системой.
В системе также задействованы два пульсирующих насоса 131-132. Ими управляют при помощи управляющей схемы 130 насоса и используют для закачивания дополнительных жидкостей в контейнеры для крови. Два пульсирующих насоса необходимы в случае, когда одновременно используются два объемных контейнера.
Фиг. 7 представляет собой блок-схему, иллюстрирующую протекание процессов закачивания и перемешивания для системы согласно настоящему варианту осуществления. Программа в соответствии с этой блок-схемой введена в блок памяти 126, и процесс перемешивания осуществляют по мере того, как ЦП 121 считывает эту программу из блока памяти 126 и последовательно выполняет инструкции.
Как показано на Фиг. 7, система запускается после включения подачи электроэнергии и начала работы программы, блок S100. Когда система уже готова выполнять инструкции, первым действием является стабилизация температуры на заданном уровне, блок S101. После стабилизации температуры и помещения биологического контейнера в устройство может начинаться процесс перемешивания, S102, и процесс закачивания биологической добавки. Во время процесса перемешивания воздушные мешки постоянно надуваются, блок S103, и сдуваются, блок S104. Надуванием мешка управляют при помощи сжатого воздуха и прекращают его, когда порог давления достигает заранее заданного уровня. Сдуванием мешка управляют при помощи выпускного клапана и прекращают, когда достигнут второй порог давления.
Во время фазы перемешивания и закачивания осуществляют проверочное регулирование S105, если был достигнут требуемый объем добавки или временной предел. Если ограничения не были достигнуты, процесс продолжают, и воздушный мешок последовательно надувают, S103, и сдувают, S104.
В конце процесса в контейнер для крови добавлено достаточное количество добавочной жидкости или достигнуто ограничение по времени перемешивания. В этом состоянии, S106, прекращают работу пульсирующие насосы 131, 132 и останавливается перемешивание контейнера, после чего процесс заканчивается.
Далее описаны характерные примеры перемешивания в контейнерах.
Контейнер небольшого объема (например, 87×66 мм), содержащий биологический образец (например, 20 мл), перемешивают с помощью небольшой поверхности, нажимающей и втягивающейся при помощи воздушного мешка. Поскольку поверхность контакта небольшая, движение должно быть динамичным и многократно повторяющимся. Для этого подходит средняя частота 0,5 Гц или одно перемешивание в каждые две секунды. Воздушный мешок надувают при помощи пневматической системы, и по достижении максимального давления, например 300 мбар, напускной клапан быстро сдувает воздушный мешок. Затем система повторяет этот цикл каждые две секунды, как показано на Фиг. 8А.
Для перемешивания характерного большого объема порядка 100 мл биологического образца в большом контейнере (размером, например, приблизительно 240×145 мм) требуется более медленное движение и более низкое давление. В этом случае подходит стандартная средняя частота 0,1 Гц или одно перемешивание каждые 10 секунд. Воздушный мешок надувают через посредство пневматической системы, и по достижении максимального давления 100 мбар напускной клапан быстро сдувает воздушный мешок. Затем система повторяет этот цикл каждые 10 секунд, как показано на Фиг. 8В.
На Фиг. 9 изображен вариант осуществления устройства согласно изобретению с открытой крышкой 930. Устройство включает в себя основание 920, на котором закреплена опорная плита 901. Опорная плита 901 приспособлена для размещения двух небольших криоконтейнеров и имеет стационарные центральные выступы 915 для пережимания (суживания) средней части большого криоконтейнера. На лицевой стороне основания 920 находится сенсорный экран 922 для управления работой устройства. Также видны пульсирующие насосы 940 для подачи добавок во время работы.
Крышка 930 установлена на основании 920 с возможностью поворота при помощи петли 931. Крышка/основание снабжена средством для фиксации крышки 930 на основании 920 в закрытом положении, чтобы предотвратить открытие/поднятие крышки в результате надувания воздушного мешка 932/933 во время перемешивания. Такое фиксирующее средство может быть активировано вручную или автоматически, чтобы заблокировать или разблокировать до и после перемешивания.
Как показано в этом примере, крышка 930 содержит на себе две комплектации из большого 932 и маленьких 933 воздушных мешков. Два больших воздушных мешка 932 и маленькие воздушные мешки 933 находятся по обе стороны от стационарного выступа 915 на опоре 901. Между каждым большим воздушным мешком 932 и маленьким воздушным мешком 933 на крышке 930 имеется пространство 935 для установки съемных выступов, которые могут быть установлены и удалены оператором и которые для удобства могут фиксироваться при помощи магнита на месте напротив металлической крышки 930.
Позади основания 920 находится вертикальная рамка с двумя стойками 950, высота которых больше, чем верхняя часть крышки 930 в открытом состоянии, как изображено на рисунке.
На Фиг. 10А и 10В показаны возможные конфигурации крепления большого и маленького криоконтейнеров на данной опорной плите 1001, размеры которой составляют, например, 240×145 мм.
Как изображено на Фиг. 10А, один большой криоконтейнер 1002 может покрывать практически всю опорную плиту 1001. В этом случае во время перемешивания криоконтейнер будет разделен через часть его середины стационарным выступом 915 (Фиг. 9).
Как показано на Фиг. 10В, на опорной плите 1001 могут находиться два небольших криоконтейнера 1003 и 1004 размером, например, 87×64 мм. Маленький криоконтейнер 1003 является цельным, так что в этом случае оператор будет устанавливать магнитный съемный выступ в положение 935 (Фиг. 9) для образования пережимания (суживания) через часть ширины маленького криоконтейнера 1003. В то же время маленький криоконтейнер 1004 уже имеет интегрированное разделение, где две его поверхности сварены вместе, в этом случае отсутствует необходимость в использовании съемного выступа.
На Фиг. 11 изображен вид сбоку внутри нижней части основания 1120. На Фиг. 11 передняя часть устройства находится слева, а его тыльная часть - справа. Основание 1120 установлено на стойках 1122 и 1124 разной длины, что обеспечивает устройству наклон в несколько градусов с более низкой передней частью.
Поверх основания 1120 расположена наклонная опорная плита 1101, опирающаяся на два элемента Пельтье 1126, которые в свою очередь опираются на сетчатый/щелевой металлический поглотитель тепла 1128. Поглотитель тепла 1128 расположен над вентилятором 1130, который во время работы удаляет теплый воздух от поглотителя тепла. Воздух поступает снизу и выходит с боковых сторон. Требуемая температура для опорной плиты 1101 и, следовательно, для перемешиваемых образцов может быть установлена оператором.
При помощи сенсорного экрана 922 оператор также может устанавливать время перемешивания и частоту надувания/сдувания, а также возможное введение добавки.
Реферат
Изобретение относится к автоматизированной смесительной системеи, в частности к системе, позволяющей перемешивать биологические образцы, такие как цельная кровь, плацентарная/пуповинная кровь, костный мозг, продукт афереза или стромально-васкулярная фракция, содержащиеся в гибком контейнере для сбора, хранения в замороженном состоянии или переноса, в особенности во время добавления серосодержащего органического соединения, такого как диметилсульфоксид, или других биологических добавок. Устройство для перемешивания биологических образцов, содержащихся в гибких контейнерах для хранения (104) при регулируемой температуре, включает в себя опорную плиту (105) для поддерживания контейнера для хранения, содержащего биологический образец, подлежащий перемешиванию; средство для обеспечения перемещения образца в контейнере для хранения, находящемся на опорной плите, для перемешивания образца; и средство регулирования температуры для поддержания образца при регулируемой температуре во время перемешивания. Средство для обеспечения перемещения образца включает в себя по меньшей мере один надуваемый/сдуваемый мешок (102, 103) (воздушный мешок), который, будучи надутым, контактирует с поверхностью части контейнера для хранения, постепенно сжимая контейнер для хранения и перемещая содержащийся в нем образец в другую часть контейнера для хранения. Изобретение позволяет безопасно, плавно, равномерно и эффективно перемешивать биологические образцы. 3 н. и 5 з.п. ф-лы, 11 ил.
