Система и способ лиофилизации клеток - RU2734536C1

Чертежи

Описание

ОБЛАСТЬ ТЕХНИКИ, К КОТОРОЙ ОТНОСИТСЯ ИЗОБРЕТЕНИЕ

[0001] Настоящее изобретение относится к технической области технологии сохранения клеток, в частности к системе и способу лиофилизации клеток.

ПРЕДПОСЫЛКИ ИЗОБРЕТЕНИЯ

[0002] Общепринятый способ дегидратации клеток представляет собой способ вакуумной лиофилизации, который основан на устройстве вакуумной лиофилизации для осуществления управления давлением газообразной воды в ограниченном пространстве и подвода энергии сублимации для завершения тем самым лиофилизации клеток. Лиофилизированные клетки, полученные этим способом, имеют явные дефекты микроструктурного повреждения и низкую скорость восстановления. Конкретные причины повреждения, вызываемого лиофилизацией, не ясны, и основным влияющим фактором может быть внутреннее напряжение клеток во время лиофилизации. В современных условиях промышленного оборудования трудно получить при низких затратах управляемые температурные условия ниже -90 °C. Кроме того, начальная рабочая температура искусственной среды для лиофилизации клеток обычно не ниже -90 °C, в то время как в качестве рабочей среды для замораживаемых клеток обычно используют жидкий азот, и между начальной рабочей температурой и температурой жидкого азота существует огромная разница температур, которая может быть важной причиной повреждения клеток, вызываемого лиофилизацией.

[0003] В настоящее время общепринятое в клеточных лабораториях оборудование для лиофилизации все еще имеет серьезные проблемы загрязнения. Поскольку для такого оборудования необходима непрерывная работа вакуумного насоса в течение более 24 часов, чтобы управлять парциальным давлением газообразной воды в рабочем пространстве и поддерживать состояние отрицательного давления, неизбежными являются потребление и испарение смазочного масла, а также трудно контролировать сильную вибрацию и шум. Поэтому такое оборудование плохо совместимо с клеточными лабораториями, его невозможно эксплуатировать в помещении и трудно соединить с оборудованием для замораживания и оттаивания клеток.

[0004] Клетка является основной функциональной единицей сложного организма, и определение здоровья и заболевания человека в конечном итоге указывает на клетки. Медицина человека начиналась с органов, систем и тканей как объектов исследования и вмешательства, а теперь быстро обращается к клеточным способам, включая редактирование генома, высокопроизводительное секвенирование ДНК, искусственно модифицированные иммунные клетки и т. д. Эти способы могут называться клиническими клеточными способами, и при этом быстро создаются более эффективные и более дешевые системы клинических медицинских способов. В эпоху клеточной медицины безопасное и недорогое сохранение клеток имеет большое социальное и экономическое значение. Разработка безопасных, эффективных и недорогих способов и оборудования для лиофилизации клеток является одной из основ клеточной медицины и клеточных отраслей.

КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ НАСТОЯЩЕГО ИЗОБРЕТЕНИЯ

[0005] В одном аспекте целью варианта осуществления настоящего изобретения является предоставление системы и способа лиофилизации клеток, которые могут эффективно решать проблемы повреждения клеток, вызываемые лиофилизацией и загрязнением при одновременном достижении эффектов безопасности, высокой эффективности и низкой стоимости.

[0006] Для достижения вышеуказанной цели в варианте осуществления настоящего изобретения предоставлена система лиофилизации клеток, содержащая: устройство подачи азота с повышенной температурой, рабочую камеру лиофилизации и газоотводящее устройство; устройство подачи азота с повышенной температурой, рабочая камера лиофилизации и газоотводящее устройство соединены в этом порядке с помощью первой соединительной трубы, причем устройство подачи азота с повышенной температурой подает подогретый газообразный азот в рабочую камеру лиофилизации; рабочая камера лиофилизации подогревается в предварительно заданном режиме одновременно с непрерывной подачей подогретого газообразного азота после помещения образца клетки в рабочую камеру лиофилизации с целью лиофилизации образца клетки, вследствие чего находящаяся в твердом состоянии вода в образце клетки сублимируется в газообразную воду; причем образец клетки представляет собой образец клетки, замороженный жидким азотом; при этом в рабочей камере лиофилизации была установлена температура, подходящая для помещения образца клетки, замороженного жидким азотом; и газоотводящее устройство отводит газообразный азот и газообразную воду, полученную в результате сублимации из находящейся в твердом состоянии воды в образце клетки.

[0007] По сравнению с предшествующим уровнем техники в техническом решении, раскрытом в настоящем изобретении, в системе лиофилизации клеток предусмотрены устройство подачи азота с повышенной температурой, рабочая камера лиофилизации и газоотводящее устройство; устройство подачи азота с повышенной температурой подает подогретый газообразный азот в рабочую камеру лиофилизации; рабочая камера лиофилизации, которая была предварительно охлаждена перед помещением в нее образца клетки, подогревается в предварительно заданном режиме одновременно с непрерывной подачей подогретого газообразного азота с целью лиофилизации образца клетки; в условиях, когда в качестве теплопроводящей среды для сублимации и сушки и в качестве инертного защитного средства применяется сухой и чистый газообразный азот, а в качестве начальной температуры сублимации применяется температура жидкого азота, вследствие чего находящаяся в твердом состоянии вода в образце клетки сублимируется в газообразную воду, газоотводящее устройство отводит газообразный азот и газообразную воду, полученную в результате сублимации находящейся в твердом состоянии воды в образце клетки; причем в рабочей камере лиофилизации была предварительно установлена температура, подходящая для помещения в нее образца клетки, лиофилизированного жидким азотом. Поскольку в рабочей камере лиофилизации была предварительно установлена предпочтительная температура перед помещением в нее образца клетки, то решается проблема повреждения клетки, вызываемого большой разницей температур образца клетки и рабочей камеры лиофилизации, при помещении образца клетки. В качестве среды сублимации применяется азот, и посредством непрерывного нагрева обеспечивается энергия сублимации, вследствие чего сублимация воды в образце клетки и дегидратация образца клетки могут быть выполнены при нормальном давлении. Кроме того, азот характеризуется дешевизной в этой отрасли, незначительным загрязнением окружающей среды и небольшим потреблением энергии, что приводит к преимуществам для безопасности, высокой эффективности и низкой стоимости.

[0008] Кроме того, рабочая камера лиофилизации содержит:

часть для доступа к образцу, подходящую для помещения образца клетки в рабочую камеру лиофилизации или извлечения образца клетки, который был лиофилизирован, из рабочей камеры лиофилизации; и

нагревательную пластину, подходящую для подогрева рабочей камеры лиофилизации в предварительно заданном режиме.

[0009] Кроме того, устройство подачи азота с повышенной температурой, содержит:

резервуар для хранения жидкого азота, подходящий для хранения жидкого азота;

газогенератор, подходящий для преобразования жидкого азота в газообразный азот; и

подогреватель газа, подходящий для подогрева газообразного азота и подачи подогретого газообразного азота в рабочую камеру лиофилизации;

причем резервуар для хранения жидкого азота, газогенератор и подогреватель газа соединены в таком порядке с помощью второй соединительной трубы, и подогреватель газа соединен с рабочей камерой лиофилизации через первую соединительную трубу.

[0010] Кроме того, рабочая камера лиофилизации дополнительно содержит регулятор объема, подходящий для регулирования объема рабочей камеры лиофилизации.

[0011] Кроме того, система лиофилизации клеток дополнительно содержит:

датчик потока, расположенный во впускном отверстии камеры лиофилизации, через которое в камеру лиофилизации подается подогретый газообразный азот, подходящий для получения скорости потока подогретого газообразного азота, который подается в рабочую камеру лиофилизации; и

центральный контроллер, подходящий для управления повышением мощности газогенераторного устройства, мощности устройства подогрева газа и мощности подогрева нагревательной пластины в предварительно заданном режиме в соответствии с объемом рабочей камеры лиофилизации и скоростью потока подогретого газообразного азота, полученной датчиком потока.

[0012] Кроме того, часть для доступа к образцу дополнительно получает вес образца клетки, помещенного в рабочую камеру лиофилизации; и

центральный контроллер дополнительно управляет регулятором объема для регулирования объема рабочей камеры лиофилизации в соответствии с весом образца клетки, полученным частью для доступа к образцу.

[0013] Кроме того, газоотводящее устройство дополнительно содержит нагреватель, при этом нагреватель регулирует температуру газоотводящего устройства для управления скоростью отвода газообразного азота.

[0014] Соответственно, в варианте осуществления настоящего изобретения также предоставлен способ лиофилизации клеток, включающий:

помещение образца клетки в рабочую камеру лиофилизации; причем образец клетки представляет собой образец клетки, замороженный жидким азотом, и при этом в рабочей камере лиофилизации была предварительно установлена температура, подходящая для помещения образца клетки, замороженного жидким азотом;

запуск процесса лиофилизации в рабочей камере лиофилизации, включающего: подогрев рабочей камеры лиофилизации в предварительно заданном режиме и непрерывную подачу подогретого газообразного азота в рабочую камеру лиофилизации, вследствие чего находящаяся в твердом состоянии вода в образце клетки сублимируется в газообразную воду, которую сдерживают в подогретом газообразном азоте, в то время как газообразный азот и газообразную воду, полученную в результате сублимации находящейся в твердом состоянии воды в образце клетки, непрерывно отводят; и

завершение процесса лиофилизации в рабочей камере лиофилизации и извлечение образца клетки из рабочей камеры лиофилизации при достижении предварительно заданного условия прекращения лиофилизации.

[0015] По сравнению с предшествующим уровнем техники в техническом решении способа лиофилизации клеток, раскрытого в настоящем изобретении, образец клетки, лиофилизированный жидким азотом, помещают в рабочую камеру лиофилизации, затем инициируют процесс лиофилизации в рабочей камере лиофилизации, который включает: подогрев рабочей камеры лиофилизации в предварительно заданном режиме и непрерывную подачу подогретого газообразного азота в рабочую камеру лиофилизации, вследствие чего в образце клетки находящаяся в твердом состоянии вода сублимируется в газообразную воду, в то время как газообразный азот и газообразная вода, полученная в результате сублимации находящейся в твердом состоянии воды в образце клетки, непрерывно отводятся; при достижении предварительно заданного условия прекращения лиофилизации процесс лиофилизации в рабочей камере лиофилизации завершают и извлекают образец клетки из рабочей камеры лиофилизации. Поскольку в рабочей камере лиофилизации была предварительно установлена предпочтительная температура перед помещением в нее образца клетки, то решается проблема повреждения клетки, вызываемого большой разницей температур образца клетки и рабочей камеры лиофилизации, при помещении образца клетки. В качестве среды сублимации применяется азот, и посредством непрерывного нагрева обеспечивается энергия сублимации, вследствие чего сублимация воды в образце клетки и дегидратация образца клетки могут быть выполнены при нормальном давлении. Кроме того, азот характеризуется дешевизной в этой отрасли, незначительным загрязнением окружающей среды и небольшим потреблением энергии, что приводит к преимуществам для безопасности, высокой эффективности и низкой стоимости.

Кроме того, непрерывная подача подогретого газообразного азота в рабочую камеру лиофилизации, в частности, включает:

превращение жидкого азота в газообразный азот для получения газообразного азота;

подогрев газообразного азота; и

подачу подогретого газообразного азота в рабочую камеру лиофилизации.

[0017] Кроме того, помещение образца клетки в рабочую камеру лиофилизации, в частности, включает:

помещение образца клетки в рабочую камеру лиофилизации, которая была предварительно охлаждена, получение веса образца клетки и регулирование объема рабочей камеры лиофилизации в соответствии с весом образца клетки; и

подогрев рабочей камеры лиофилизации в предварительно заданном режиме, в частности, включает:

получение скорости потока газообразного азота, подаваемого в рабочую камеру лиофилизации, и управление рабочей камерой лиофилизации для ее подогрева в предварительно заданном режиме в соответствии с объемом рабочей камеры лиофилизации и скоростью потока газообразного азота, подаваемого в рабочую камеру лиофилизации.

КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ГРАФИЧЕСКИХ МАТЕРИАЛОВ

[0018] На фиг. 1 представлен схематический структурный вид системы лиофилизации клеток согласно варианту 1 осуществления настоящего изобретения;

[0019] на фиг. 2 представлен схематический структурный вид системы лиофилизации клеток согласно варианту 2 осуществления настоящего изобретения; и

[0020] на фиг. 3 представлена схематическая блок-схема способа лиофилизации клеток согласно варианту 3 осуществления настоящего изобретения.

ПОДРОБНОЕ ОПИСАНИЕ ПРЕДПОЧТИТЕЛЬНЫХ ВАРИАНТОВ ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ

[0021] Далее в вариантах осуществления настоящего изобретения со ссылкой на прилагаемые графические материалы ясно и полностью описаны технические решения в вариантах осуществления настоящего изобретения. Очевидно, что описанные варианты осуществления являются только частью вариантов осуществления настоящего изобретения, но не всеми вариантами осуществления. Все другие варианты осуществления, полученные специалистами в данной области техники на основе вариантов осуществления настоящего изобретения без творческих усилий, входят в объем настоящего изобретения.

[0022] Обратимся к фиг. 1, на которой представлен схематический структурный вид системы лиофилизации клеток согласно варианту 1 осуществления настоящего изобретения, и при этом система лиофилизации клеток согласно варианту 1 осуществления настоящего изобретения содержит:

устройство 1 подачи азота с повышенной температурой, рабочую камеру 2 лиофилизации и газоотводящее устройство 3; причем устройство 1 подачи азота с повышенной температурой, рабочая камера 2 лиофилизации и газоотводящее устройство 3 последовательно соединены с помощью первой соединительной трубы, в частности:

устройство 1 подачи азота с повышенной температурой подает подогретый газообразный азот в рабочую камеру 2 лиофилизации;

рабочая камера 2 лиофилизации подогревается в предварительно заданном режиме одновременно с непрерывной подачей подогретого газообразного азота после помещения образца клетки в рабочую камеру 2 лиофилизации с целью лиофилизации образца клетки, вследствие чего находящаяся в твердом состоянии вода в образце клетки сублимируется в газообразную воду; причем образец клетки представляет собой образец клетки, замороженный жидким азотом; при этом в рабочей камере 2 лиофилизации была предварительно установлена температура, подходящая для помещения образца клетки, замороженного жидким азотом.

[0023] Как правило, начальная температура лиофилизации в существующем оборудовании превышает -90 °C, и обычно в качестве рабочей среды для замораживания клетки применяют жидкий азот. Однако существует огромная разница между начальной температурой лиофилизации и температурой жидкого азота, что легко приводит к повреждению клеток, вызываемому лиофилизацией. Предпочтительная температура для помещения образца клетки, замороженного жидким азотом, в настоящем изобретении относится к температуре, которая не вызывает структурного повреждения образца клетки, замороженного жидким азотом, и идеальная предпочтительная температура составляет предпочтительно -186 °C. Фактическая температура рабочей камеры 2 лиофилизации часто немного выше, чем -186 °C, но, поскольку образец клетки защищен жидким азотом при входе в рабочую камеру 2 лиофилизации, и процесс лиофилизации начался до того, как повысилась температура образца клетки от температуры жидкого азота до температуры камеры, то есть образец клетки все еще защищен жидким азотом в начале лиофилизации, можно считать, что образец клетки лиофилизируется, начиная от температуры жидкого азота, и температура жидкого азота является начальной температурой сублимации.

[0024] Газоотводящее устройство 3 подходит для отвода газообразного азота и газообразной воды, полученной в результате сублимации находящейся в твердом состоянии воды в образце клетки.

[0025] В системе лиофилизации согласно варианту осуществления настоящего изобретения процесс лиофилизации образца клетки завершается на основе принципа, согласно которому в качестве теплопроводящей среды для сублимации и сушки и в качестве инертного защитного средства применяется сухой и чистый газообразный азот, а в качестве начальной температуры сублимации применяется температура жидкого азота, вследствие чего сублимация воды в образце клетки и дегидратация образца клетки выполняются при нормальном давлении. В частности, в рабочую камеру лиофилизации вводится азот, и, если этот азот чистый, можно считать, что в азотной среде рабочей камеры лиофилизации отсутствует вода, или считается, что в это время в рабочей камере лиофилизации достигается равновесное состояние парциального давления сублимированной воды. При повышении температуры равновесное состояние азота нарушается, что инициирует сублимацию находящейся в твердом состоянии воды в образце клетки. Непрерывный подогрев может обеспечить непрерывную сублимацию вплоть до полной дегидратации клеток.

[0026] Как первая, так и вторая соединительные трубы, применяемые в варианте осуществления, представляют собой адиабатические соединительные трубы. В первой и второй соединительных трубах соответственно предусмотрен одноходовой воздухонепроницаемый клапан для обеспечения однонаправленности циркуляции газа, обеспечивая тем самым нормальное осуществление процесса лиофилизации.

[0027] В конкретном варианте осуществления сначала запускают рабочую камеру 2 лиофилизации, чтобы начать предварительное охлаждение, затем запускают устройство 1 подачи азота с повышенной температурой и газоотводящее устройство 3, вследствие чего температура рабочей камеры 2 лиофилизации достигает температуры, подходящей для помещения образца клетки, замороженного жидким азотом, например -186 °C. Затем образец клетки помещают в рабочую камеру 2 лиофилизации, и после помещения в нее образца клетки подогревают в предварительно заданном режиме одновременно с непрерывной подачей подогретого газообразного азота с целью лиофилизации образца клетки, вследствие чего находящаяся в твердом состоянии вода в образце клетки сублимируется в газообразную воду, которая сдерживается в газообразном азоте. При достижении предварительно заданного условия прекращения лиофилизации образец клетки извлекают из рабочей камеры 2 лиофилизации, и процесс лиофилизации образца клетки заканчивается.

[0028] По сравнению с предшествующим уровнем техники в варианте осуществления настоящего изобретения решена проблема повреждения структуры клетки, имеющая место в существующих технологиях лиофилизации. Применение азота в качестве среды сублимации приводит к небольшому потреблению энергии. Кроме того, азот характеризуется дешевизной в этой отрасли и незначительным загрязнением окружающей среды, что приводит к преимуществам для безопасности, высокой эффективности и низкой стоимости.

[0029] Обратимся к фиг. 2, на которой представлен схематический структурный вид системы лиофилизации клеток согласно варианту 2 осуществления настоящего изобретения, и при этом система лиофилизации клеток согласно варианту 2 осуществления настоящего изобретения содержит:

устройство 1 подачи азота с повышенной температурой, рабочую камеру 2 лиофилизации и газоотводящее устройство 3; причем устройство 1 подачи азота с повышенной температурой, рабочая камера 2 лиофилизации и газоотводящее устройство 3 последовательно соединены с помощью первой соединительной трубы, в частности:

устройство 1 подачи азота с повышенной температурой подает подогретый газообразный азот в рабочую камеру 2 лиофилизации;

рабочая камера 2 лиофилизации подогревается в предварительно заданном режиме одновременно с непрерывной подачей подогретого газообразного азота после помещения образца клетки в рабочую камеру 2 лиофилизации с целью лиофилизации образца клетки, вследствие чего находящаяся в твердом состоянии вода в образце клетки сублимируется в газообразную воду; причем образец клетки представляет собой образец клетки, замороженный жидким азотом; при этом в рабочей камере 2 лиофилизации была предварительно установлена температура, подходящая для помещения образца клетки, замороженного жидким азотом.

[0030] Как правило, начальная температура лиофилизации в существующем оборудовании превышает -90 °C, и в качестве рабочей среды для замораживания клеток обычно применяют жидкий азот, однако существует огромная разница между температурой начала лиофилизации и температурой жидкого азота, что легко приводит к повреждению клеток, вызываемому лиофилизацией. Предпочтительная температура для помещения образца клетки, замороженного жидким азотом, в настоящем изобретении относится к температуре, которая не вызывает структурного повреждения образца клетки, замороженного жидким азотом, и идеальная предпочтительная температура составляет предпочтительно -186 °C. Фактическая температура рабочей камеры 2 лиофилизации часто немного выше, чем -186 °C, но, поскольку образец клетки защищен жидким азотом при входе в рабочую камеру 2 лиофилизации, и процесс лиофилизации начался до того, как температура образца клетки повысилась от температуры жидкого азота до температуры камеры, то есть образец клетки все еще защищен жидким азотом в начале лиофилизации, можно считать, что образец клетки лиофилизируется, начиная от температуры жидкого азота, и температура жидкого азота является начальной температурой сублимации.

[0031] Газоотводящее устройство 3 подходит для отвода газообразного азота и газообразной воды, полученной в результате сублимации находящейся в твердом состоянии воды в образце клетки.

[0037] В системе лиофилизации согласно варианту осуществления настоящего изобретения процесс лиофилизации образца клетки завершается на основе принципа, согласно которому в качестве теплопроводящей среды для сублимации и сушки и в качестве инертного защитного средства применяется сухой и чистый газообразный азот, а в качестве начальной температуры сублимации применяется температура жидкого азота, вследствие чего сублимация воды в образце клетки и дегидратация образца клетки выполняются при нормальном давлении. В частности, в рабочую камеру лиофилизации вводится азот, и, если этот азот чистый, можно считать, что в азотной среде рабочей камеры лиофилизации отсутствует вода, или считается, что в это время в рабочей камере лиофилизации достигается равновесное состояние парциального давления сублимированной воды. При повышении температуры равновесное состояние азота нарушается, что приводит к началу сублимации находящейся в твердом состоянии воды в образце клетки. Непрерывный подогрев может обеспечить непрерывную сублимацию вплоть до полной дегидратации клеток.

[0033] Предпочтительно рабочая камера 2 лиофилизации содержит:

часть 21 для доступа к образцу, подходящую для размещения образца клетки в рабочей камере 2 лиофилизации или извлечения образца клетки, который был лиофилизирован, из рабочей камеры 2 лиофилизации; и

нагревательную пластину 22, подходящую для подогрева рабочей камеры 2 лиофилизации в предварительно заданном режиме. Кроме того, как показано на фиг. 1, нагревательная пластина 22 также может быть использована в качестве опорного элемента для поддержки образца клетки, который помещен в рабочую камеру 2 лиофилизации. Образец клетки помещается в рабочую камеру 2 лиофилизации через часть для доступа к образцу и переносится на нагревательную пластину 22. Нагревательная пластина 22 согласно этому варианту осуществления предпочтительно представляет собой металлическую нагревательную пластину. Поскольку металлический материал обладает большей теплоемкостью, чем азот, нагревательную пластину 22, изготовленную из металлического материала, можно использовать в качестве температурно-управляемого буфера в рабочей камере 2 лиофилизации, вследствие чего можно уменьшить количество используемого азота и легко управлять температурой внутри рабочей камеры 2 лиофилизации.

[0034] Кроме того, рабочая камера 2 лиофилизации также содержит регулятор 23 объема, подходящий для регулирования объема рабочей камеры 2 лиофилизации.

[0035] Предпочтительно устройство 1 подачи азота с повышенной температурой содержит:

резервуар 11 для хранения жидкого азота, подходящий для хранения жидкого азота; резервуар 11 для хранения жидкого азота, снабженный датчиком положения уровня жидкого азота, является предпочтительным и применяется для получения запаса жидкого азота в резервуаре 11 для хранения жидкого азота или используемого количества жидкого азота;

газогенератор 12, подходящий для преобразования жидкого азота в газообразный азот; и

подогреватель 13 газа, подходящий для подогрева газообразного азота и подачи подогретого газообразного азота в рабочую камеру лиофилизации;

причем резервуар 11 для хранения жидкого азота, газогенератор 12 и подогреватель 13 газа последовательно соединены с помощью второй соединительной трубы, и подогреватель 13 газа соединен с рабочей камерой 2 лиофилизации через первую соединительную трубу.

[0036] С целью обеспечения автоматизации и интеллектуализации в варианте осуществления дополнительно содержится центральный контроллер 4 и датчик 5 потока. Датчик 5 потока расположен во впускном отверстии рабочей камеры 2 лиофилизации, через которое в рабочую камеру 2 лиофилизации подается подогретый газообразный азот, и он подходит для получения скорости потока подогретого газообразного азота, который подается в рабочую камеру лиофилизации. Центральный контроллер 4 подходит для управления увеличением мощности газогенератора 12, мощности подогревателя 13 газа и мощности подогрева нагревательной пластины 22 в предварительно заданном режиме в соответствии с объемом рабочей камеры 2 лиофилизации и скоростью потока подогретого газообразного азота, полученной датчиком 5 потока.

[0037] Кроме того, часть 21 для доступа к образцу получает вес образца клетки, помещенного в рабочую камеру 2 лиофилизации; и центральный контроллер 4 управляет регулятором 23 объема для регулирования объема рабочей камеры 2 лиофилизации в соответствии с весом образца клетки, полученным частью 21 для доступа к образцу.

Кроме того, газоотводящее устройство 3 содержит нагреватель 31, причем нагреватель 31 регулирует температуру газоотводящего устройства 3 для управления скоростью газообразного азота, отводимого газоотводящим устройством 3. Предпочтительно нагреватель 31 может управляться центральным контроллером 4.

[0039] Как первая, так и вторая соединительные трубы, применяемые в варианте осуществления, представляют собой адиабатические соединительные трубы. В первой и второй соединительных трубах соответственно предусмотрен одноходовой воздухонепроницаемый клапан для обеспечения однонаправленности циркуляции газа, обеспечивая тем самым нормальное осуществление процесса лиофилизации.

[0040] Кроме того, предпочтительно предусмотреть первый датчик 61 температуры в подогревателе 13 газа, второй датчик 62 температуры во впускном отверстии рабочей камеры 2 лиофилизации, через которое подается газообразный азот, третий датчик 63 температуры в нагревательной пластине 22 и четвертый датчик 64 температуры в нагревателе 31, чтобы центральный контроллер 4 получал значения температуры подогревателя 13 газа, впускного отверстия рабочей камеры 2 лиофилизации, через которую проходит газообразный азот, нагревательной пластины 22 и нагревателя 31 соответственно.

[0041] В конкретном варианте осуществления в первую очередь запускается центральный контроллер 4 для получения значений температуры подогревателя 13 газа, впускного отверстия рабочей камеры 2 лиофилизации, через которую подается газообразный азот, нагревательной пластины 22 и нагревателя 31 соответственно. Во вторую очередь запускается рабочая камера 2 лиофилизации для начала предварительное охлаждения, и затем запускаются устройство 1 подачи азота с повышенной температурой и газоотводящее устройство 3. В это время приводится в действие газогенератор устройства 1 подачи азота с повышенной температурой, вследствие чего температура рабочей камеры 2 лиофилизации достигает температуры, подходящей для помещения образца клетки, замороженного жидким азотом, например, -186 °C. Затем образец клетки помещается в часть 21 для доступа к образцу для получения веса образца клетки, после чего он переносится на нагревательную пластину 22. Затем центральный контроллер 4 управляет регулятором 23 объема для регулирования объема рабочей камеры 2 лиофилизации в соответствии с весом образца клетки. В то же время центральный контроллер 4 управляет повышением мощности газогенератора 12, мощности подогревателя 13 газа и мощности подогрева нагревательной пластины 22 в предварительно заданном режиме в соответствии с отрегулированным объемом рабочей камеры 2 лиофилизации и показаниями датчика 5 потока таким образом, что рабочая камера лиофилизации подогревается в предварительно заданном режиме одновременно с непрерывной подачей подогретого газообразного азота с целью активирования процесса лиофилизации образца клетки. При достижении предварительно заданного условия прекращения лиофилизации образец клетки извлекается с помощью части 21 для доступа к образцу из рабочей камеры 2 лиофилизации, и процесс лиофилизации образца клетки заканчивается.

[0042] Реализации, описанные в этом варианте осуществления, включающие в себя то, как центральный контроллер 4 регулирует температуру и объем рабочей камеры 2 лиофилизации, как устройство 1 подачи азота с повышенной температурой получает подогретый газообразный азот, а газоотводящее устройство 3 отводит, являются предпочтительными реализациями, однако специалистам в данной области техники должно быть понятно, что усовершенствованные реализации, которые могут заменить вышеупомянутые реализации и обеспечить технические результаты настоящего изобретения, также находятся в пределах объема защиты настоящего изобретения, не отходя от принципа настоящего изобретения.

[0043] По сравнению с предшествующим уровнем техники в варианте осуществления настоящего изобретения решена проблема повреждения клетки, вызываемая огромной разницей начальной температуры при ее помещении. Кроме того, в качестве среды сублимации применяется азот, а за счет непрерывного подогрева обеспечивается энергия сублимации, вследствие чего сублимация воды в образце клетки может выполняться при нормальном давлении. Помимо прочего, азот характеризуется дешевизной в этой отрасли, незначительным загрязнением окружающей среды и небольшим потреблением энергии, что приводит к преимуществам для безопасности, высокой эффективности и низкой стоимости. Кроме того, система лиофилизации согласно варианту осуществления представляет собой полностью управляемую среду для лиофилизации, эффективность работы которой будет обеспечиваться только посредством настройки подходящей программы.

[0044] Соответственно, как показано на фиг. 3, на которой представлена схематическая блок-схема способа лиофилизации клеток согласно варианту 3 осуществления настоящего изобретения, способ конкретно включает:

этап S1: помещение образца клетки в рабочую камеру лиофилизации; причем образец клетки представляет собой образец клетки, замороженный жидким азотом, и при этом в рабочей камере лиофилизации предварительно была установлена температура, подходящая для помещения образца клетки, замороженного жидким азотом;

этап S2: запуск процесса лиофилизации в рабочей камере лиофилизации, включающий: подогрев рабочей камеры лиофилизации в предварительно заданном режиме и непрерывную подачу подогретого газообразного азота в рабочую камеру лиофилизации, вследствие чего находящаяся в твердом состоянии вода в образце клетки сублимируется в газообразную воду, в то время как газообразный азот и газообразная вода, полученная в результате сублимации находящейся в твердом состоянии воды в образце клетки, непрерывно отводятся; и

этап S3: завершение процесса лиофилизации в рабочей камере лиофилизации и извлечение образца клетки из рабочей камеры лиофилизации при достижении предварительно заданного условия прекращения лиофилизации.

[0045] В системе лиофилизации согласно варианту осуществления настоящего изобретения процесс лиофилизации образца клетки завершается на основе принципа, согласно которому в качестве теплопроводящей среды для сублимации и сушки и в качестве инертного защитного средства применяется сухой и чистый газообразный азот, а в качестве начальной температуры сублимации применяется температура жидкого азота, вследствие чего сублимация воды в образце клетки и дегидратация образца клетки выполняются при нормальном давлении. В частности, в рабочую камеру лиофилизации вводится азот, и, если этот азот чистый, можно считать, что в азотной среде рабочей камеры лиофилизации отсутствует вода, или считается, что в это время в рабочей камере лиофилизации достигается равновесное состояние парциального давления сублимированной воды. При повышении температуры равновесное состояние азота нарушается, что инициирует сублимацию находящейся в твердом состоянии воды в образце клетки. Непрерывный подогрев может обеспечить непрерывную сублимацию вплоть до полной дегидратации клеток.

[0046] Как правило, начальная температура лиофилизации в существующем оборудовании превышает -90 °C, и в качестве рабочей среды для замораживания клеток обычно применяют жидкий азот, однако существует огромная разница между температурой начала лиофилизации и температурой жидкого азота, что легко приводит к повреждению клеток, вызываемому лиофилизацией. Предпочтительная температура для помещения образца клетки, замороженного жидким азотом, в настоящем изобретении относится к температуре, которая не вызывает структурного повреждения образца клетки, замороженного жидким азотом, и идеальная предпочтительная температура составляет предпочтительно -186 °C. Фактическая температура рабочей камеры 2 лиофилизации часто немного выше, чем -186 °C, но, поскольку образец клетки защищен жидким азотом при входе в рабочую камеру 2 лиофилизации, и процесс лиофилизации начался до того, как температура образца клетки повысилась от температуры жидкого азота до температуры камеры, то есть образец клетки все еще защищен жидким азотом в начале лиофилизации, можно считать, что образец клетки лиофилизируется, начиная от температуры жидкого азота, и температура жидкого азота является начальной температурой для сублимации.

[0047] Азот, полученный посредством прямого газообразования из жидкого азота, обладает высокой чистотой. Непрерывная подача подогретого газообразного азота в рабочую камеру лиофилизации на этапе S2 предпочтительно включает: сначала преобразование жидкого азота в газообразный азот для получения газообразного азота; затем подогрев газообразного азота; и, наконец, подачу подогретого газообразного азота в рабочую камеру лиофилизации. Здесь, в качестве предпочтительного варианта осуществления, поскольку получение газообразного азота и нагрев газообразного азота можно осуществлять способом, известным из предшествующего уровня техники, другие способы получения подогретого азота, основанные на принципе настоящего изобретения, также находятся в пределах объема защиты настоящего изобретения.

[0048] Кроме того, с целью обеспечения подогрева рабочей камеры лиофилизации в соответствии с предварительно заданным режимом при инициировании процесса лиофилизации, предпочтительно, чтобы подаваемый газообразный азот также подогревался в соответствии с предварительно заданным режимом, чтобы температура газообразного азота, подаваемого в рабочую камеру лиофилизации, могла по существу соответствовать температуре рабочей камеры лиофилизации, непрерывно обеспечивая энергию для сублимации находящейся в твердом состоянии воды в образце клетки.

[0049] Отвод газообразного азота и газообразной воды, получаемой в результате сублимации находящейся в твердом состоянии воды в образце клетки, на этапе S2 способа лиофилизации выполняется предпочтительно путем нагрева, который заставляет выходить газообразный азот и газообразную воду, полученную в результате сублимации находящейся в твердом состоянии воды в образце клетки, повышая эффективность отвода.

[0050] Помещение образца клетки в рабочую камеру лиофилизации на этапе S3, в частности, включает:

помещение образца клетки в рабочую камеру лиофилизации, которая была предварительно охлаждена, получение веса образца клетки и регулирование объема рабочей камеры лиофилизации в соответствии с весом образца клетки.

[0051] Соответственно, подогрев рабочей камеры лиофилизации в предварительно заданном режиме на этапе S2, в частности, включает:

получение скорости потока газообразного азота, подаваемого в рабочую камеру лиофилизации, и управление рабочей камерой лиофилизации для ее подогрева в предварительно заданном режиме в соответствии с объемом рабочей камеры лиофилизации и скоростью потока газообразного азота, подаваемого в рабочую камеру лиофилизации.

[0052] В конкретном варианте осуществления образец клетки, замороженный жидким азотом, сначала помещают в рабочую камеру лиофилизации, в которой предварительно установлена температура, подходящая для помещения образца клетки, замороженного жидким азотом; затем инициируют процесс лиофилизации в рабочей камере лиофилизации, который включает подогрев рабочей камеры лиофилизации в предварительно заданном режиме и непрерывную подачу подогретого газообразного азота в рабочую камеру лиофилизации, вследствие чего находящаяся в твердом состоянии вода, содержащаяся в образце клетки, сублимируется в газообразную воду, в то время как газообразный азот и газообразная вода, полученная в результате сублимации находящейся в твердом состоянии воды в образце клетки, непрерывно отводятся; и после достижения предварительно заданного условия прекращения лиофилизации завершают процесс лиофилизации в рабочей камере лиофилизации и извлекают образец клетки из рабочей камеры лиофилизации.

[0053] По сравнению с предшествующим уровнем техники вариант осуществления настоящего изобретения решает проблему повреждения структуры клетки, существующую в предшествующих технологиях лиофилизации Применение азота в качестве среды сублимации приводит к небольшому потреблению энергии. Кроме того, азот характеризуется дешевизной в этой отрасли и незначительным загрязнением окружающей среды, что приводит к преимуществам для безопасности, высокой эффективности и низкой стоимости.

Вышеуказанные варианты осуществления являются предпочтительным вариантом осуществления настоящего изобретения, и следует отметить, что специалисты в данной области техники также могут вносить усовершенствования и модификации, которые также попадают в объем защиты настоящего изобретения, не отходя от принципов настоящего изобретения.

Реферат

Группа изобретений относится к области биотехнологии. Предложены система и способ лиофилизации клеток. Система содержит устройство подачи азота с повышенной температурой, рабочую камеру лиофилизации и газоотводящее устройство. Причем устройство подачи выполнено с возможностью подачи газообразного азота при температуре -196°C в рабочую камеру лиофилизации, рабочая камера лиофилизации выполнена с возможностью работы при подходящей для помещения замороженного жидким азотом образца клетки температуре, и газоотводящее устройство выполнено с возможностью отведения газообразного азота и газообразной воды. Способ включает помещение образца клетки в рабочую камеру лиофилизации, подогрев рабочей камеры лиофилизации и непрерывную подачу в нее газообразного азота при температуре -196°C, непрерывный отвод газообразного азота и газообразной воды и завершение процесса лиофилизации. Изобретения обеспечивают отсутствие повреждения клеток при одновременной безопасности и высокой эффективности процесса. 2 н. и 8 з.п. ф-лы, 3 ил.

Формула