Размораживающий сосуд для биологических продуктов - RU2611153C2
Код документа: RU2611153C2
Чертежи
Описание
ОБЛАСТЬ ТЕХНИКИ
Здесь описаны устройства и способы для эффективного размораживания замороженных биологических продуктов, например потенциально неустойчивых белков и клеток, без нанесения при этом вреда продуктам. В частности, описан вертикальный размораживающий сосуд с совокупностью независимо расположенных средств для передачи тепла и средств для контроля температуры.
ПРЕДПОСЫЛКИ СОЗДАНИЯ ИЗОБРЕТЕНИЯ
Биологические продукты часто замораживают после того, как их соберут для того, чтобы сохранить компоненты до тех пор, пока не будет произведена последующая обработка. При этом многие биологические коллекции объединяют и гомогенизируют перед замораживанием. Когда замороженные продукты готовы к последующей обработке, их необходимо осторожно разморозить для того, чтобы предотвратить перегревание и денатурацию, поскольку некоторые компоненты являются чрезвычайно чувствительными к нагреванию и могут разложиться во время размораживания.
Размораживание часто выполняют в больших вертикальных смесительных сосудах, которые имеют внешние обшивки, где циркулирует теплоноситель. Замороженные продукты помещают в размораживающий сосуд, нагревают и размораживают вследствие теплопередачи от стен покрытого обшивкой сосуда. Размораживающийся продукт обычно размешивают мешалкой или лопаткой. Поскольку удельный вес замороженных, содержащих воду продуктов часто является меньше, чем удельный вес жидкой формы, замороженный материал всплывает и собирается наверху сосуда, при этом оттаявшая, размороженная жидкость перемещается в нижний участок сосуда. Одна из проблем, возникающая при применении таких вертикальных размораживающих сосудов, состоит в том, что жидкость размороженного продукта продолжает нагреваться уже после размораживания, и это может привести к денатурации или разложению чувствительных компонентов. Устройство и способы, описанные здесь, преодолевают указанные недостатки и обеспечивают средства для быстрого и эффективного размораживания биологических продуктов, без перегрева и/или денатурации чувствительных к нагреванию компонентов.
КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ
Здесь описаны устройства и способы для эффективного размораживания замороженных биологических продуктов, таких как белки крови и замороженные клетки, без нанесения при этом вреда продуктам.
Один вариант осуществления изобретения, описанный здесь, представляет собой устройство для размораживания замороженного биологического материала, при этом устройство содержит: сосуд, имеющий внутреннее пространство для вмещения биологического материала, при этом сосуд имеет верхний участок, простирающийся вокруг верхнего участка внутреннего пространства, и нижний участок, простирающийся вокруг нижнего участка внутреннего пространства; совокупность устройств для передачи тепла, функционально связанных с сосудом, для передачи тепла между сосудом и устройством для передачи тепла, которая содержит по меньшей мере первое устройство для передачи тепла, функционально связанное с верхним участком сосуда, для передачи тепла между верхним участком сосуда и первым устройством для передачи тепла; второе устройство для передачи тепла, функционально связанное с нижним участком сосуда, для передачи тепла между нижним участком сосуда и вторым устройством для передачи тепла; и по меньшей мере одно регулирующее устройство, функционально связанное с первым и вторым устройствами для передачи тепла, для управления первым и вторым устройствами для передачи тепла, независимо друг от друга, которое содержит по меньшей мере одно регулирующее устройство, приспособленное для управления первым устройством для передачи тепла для регулирования передачи тепла между первым устройством для передачи тепла и верхним участком сосуда, и управления вторым устройством для передачи тепла для регулирования передачи тепла между вторым устройством для передачи тепла и нижним участком сосуда.
В одном аспекте, описанном здесь, количество устройств для передачи тепла составляет 2, 3, 4, 5, 6, 8, 10, 12 или даже больше.
В одном аспекте, описанном здесь, устройство для размораживания замороженного биологического материала дополнительно содержит по меньшей мере одно смешивающее устройство и термоэлектрические элементы, которые располагаются во внутреннем пространстве сосуда, при этом: термоэлектрические элементы установлены в простирающейся вверх последовательности; при этом термоэлектрические элементы являются функционально связанными по меньшей мере с одним регулирующим устройством; и по меньшей мере одно регулирующее устройство действует для управления первым и вторым устройствами для передачи тепла по меньшей мере частично в ответ на сигналы от термоэлектрических элементов.
В одном аспекте, описанном здесь, по меньшей мере одно регулирующее устройство содержит по меньшей мере один процессор и по меньшей мере одно запоминающее устройство, включающее код компьютерной программы, и по меньшей мере одно запоминающее устройство и код компьютерной программы, вместе с процессором, настроены с возможностью обеспечивать сигналы для: управления первым и вторым устройствами для передачи тепла независимо друг от друга; управления первым устройством для передачи тепла для регулирования передачи тепла между первым устройством для передачи тепла и верхним участком сосуда; и управления вторым устройством для передачи тепла для регулирования передачи тепла между вторым устройством для передачи тепла и нижним участком сосуда.
В другом аспекте, описанном здесь, каждое из первого и второго устройств для передачи тепла содержит обшивку, которая крепится к внешней поверхности сосуда для того, чтобы обеспечить по меньшей мере передачу тепла между обшивкой и сосудом.
В другом аспекте, описанном здесь, обшивка простирается вокруг сосуда.
В другом аспекте, описанном здесь, обшивка содержит по меньшей мере один пропускной канал для обеспечения прохождения через него потока теплопередающей жидкости.
В другом аспекте, описанном здесь, теплопередающая среда включает теплопередающую жидкость.
В другом аспекте, описанном здесь, устройство содержит систему перетока жидкости по меньшей мере с одним пропускным каналом для циркуляции теплопередающей жидкости через пропускной канал.
Другой вариант осуществления изобретения, описанный здесь, представляет собой способ размораживания замороженного биологического материала, содержащий: помещение замороженного биологического материала в сосуд; осуществление теплопередачи между верхним участком сосуда и внешней по отношению к верхнему участку сосуда средой, содержащее нагревание верхнего участка сосуда; осуществление теплопередачи между нижним участком сосуда и внешней по отношению к нижнему участку сосуда средой; контроль температуры биологического материала на различных уровнях в сосуде; регулирование теплопередачи между верхним участком сосуда и внешней по отношению к верхнему участку сосуда средой по меньшей мере частично в условиях контроля температуры биологического материала; и регулирование теплопередачи между нижним участком сосуда и внешней по отношению к нижнему участку сосуда средой по меньшей мере частично в условиях контроля температуры биологического материала, регулирование теплопередачи между нижним участком сосуда и внешней по отношению к нижнему участку сосуда средой, осуществляемое независимо от регулирования теплопередачи между верхним участком сосуда и внешней по отношению к верхнему участку сосуда средой.
В одном аспекте, описанном здесь, осуществление теплопередачи между нижним участком сосуда и внешней по отношению к нижнему участку сосуда средой содержит нагревание нижнего участка сосуда; и после этого регулирование теплопередачи между нижним участком сосуда и внешней по отношению к нижнему участку сосуда средой, которое содержит по меньшей мере уменьшение нагревания нижнего участка сосуда.
В другом аспекте, описанном здесь, осуществление теплопередачи между нижним участком сосуда и внешней по отношению к нижнему участку сосуда средой содержит нагревание нижнего участка сосуда; и после этого регулирование теплопередачи между нижним участком сосуда и внешней по отношению к нижнему участку сосуда средой, которое содержит охлаждение нижнего участка сосуда.
В другом аспекте, описанном здесь, регулирование теплопередачи между верхним участком сосуда и внешней по отношению к верхнему участку сосуда средой содержит регулирование теплопередачи между верхним участком сосуда и внешней по отношению к верхнему участку сосуда средой; и регулирование теплопередачи между нижним участком сосуда и внешней по отношению к нижнему участку сосуда средой содержит регулирование теплопередачи между нижним участком сосуда и внешней по отношению к нижнему участку сосуда средой.
В другом аспекте, описанном здесь, по меньшей мере регулирование теплопередачи между верхним участком сосуда и внешней по отношению к верхнему участку сосуда средой осуществляется с помощью компьютера; и по меньшей мере регулирование теплопередачи между нижним участком сосуда и внешней по отношению к нижнему участку сосуда средой осуществляется с помощью компьютера.
Другой вариант осуществления изобретения, описанный здесь, представляет собой устройство для размораживания замороженного биологического материала, при этом устройство содержит: сосуд, имеющий внутреннее пространство для вмещения биологического материала, при этом сосуд имеет верхний участок, простирающийся вокруг верхнего участка внутреннего пространства, средний участок, простирающийся вокруг среднего участка внутреннего пространства, и нижний участок, простирающийся вокруг нижнего участка внутреннего пространства; совокупность устройств для передачи тепла, функционально связанных с сосудом, для передачи тепла между сосудом и устройством для передачи тепла, содержащих по меньшей мере первое устройство для передачи тепла, функционально связанное с верхним участком сосуда, для передачи тепла между верхним участком сосуда и первым устройством для передачи тепла; второе устройство для передачи тепла, функционально связанное с верхним средним участком сосуда, для передачи тепла между верхним средним участком сосуда и вторым устройством для передачи тепла; третье устройство для передачи тепла, функционально связанное с нижним средним участком сосуда, для передачи тепла между нижним средним участком сосуда и третьим устройством для передачи тепла; и четвертое устройство для передачи тепла, функционально связанное с нижним участком сосуда, для передачи тепла между нижним участком сосуда и четвертым устройством для передачи тепла; и по меньшей мере одно регулирующее устройство, функционально связанное с первым, вторым, третьим и четвертым устройствами для передачи тепла, для управления первым, вторым, третьим и четвертым устройствами для передачи тепла независимо друг от друга, которое содержит по меньшей мере одно регулирующее устройство, приспособленное для управления первым устройством для передачи тепла для регулирования передачи тепла между первым устройством для передачи тепла и верхним участком сосуда; для управления вторым устройством для передачи тепла для регулирования передачи тепла между вторым устройством для передачи тепла и верхним средним участком сосуда; для управления третьим устройством для передачи тепла для регулирования передачи тепла между третьим устройством для передачи тепла и нижним средним участком сосуда; и для управления четвертым устройством для передачи тепла для регулирования передачи тепла между четвертым устройством для передачи тепла и нижним участком сосуда.
В одном аспекте, описанном здесь, количество устройств для передачи тепла составляет 2, 3, 4, 5, 6, 8, 10, 12 или даже больше.
В одном аспекте, описанном здесь, устройство для размораживания замороженного биологического материала дополнительно содержит по меньшей мере одно смешивающее устройство и термоэлектрические элементы, которые располагаются во внутреннем пространстве сосуда, где: термоэлектрические элементы установлены в простирающейся вверх последовательности; при этом термоэлектрические элементы функционально связаны по меньшей мере с одним регулирующим устройством; и по меньшей мере одно регулирующее устройство действует для управления первым, вторым, третьим и четвертым устройствами для передачи тепла по меньшей мере частично в ответ на сигналы от термоэлектрических элементов.
В другом аспекте, описанном здесь, по меньшей мере одно регулирующее устройство содержит по меньшей мере один процессор и по меньшей мере одно запоминающее устройство, включающее код компьютерной программы, и по меньшей мере одно запоминающее устройство и код компьютерной программы, вместе с процессором, настроены с возможностью обеспечивать сигналы для: управления первым, вторым, третьим и четвертым устройствами для передачи тепла, независимо друг от друга; а также для управления первым устройством для передачи тепла для регулирования передачи тепла между первым устройством для передачи тепла и верхним участком сосуда; для управления вторым устройством для передачи тепла для регулирования передачи тепла между вторым устройством для передачи тепла и верхним средним участком сосуда; для управления третьим устройством для передачи тепла для регулирования передачи тепла между третьим устройством для передачи тепла и нижним средним участком сосуда; и для управления четвертым устройством для передачи тепла для регулирования передачи тепла между четвертым устройством для передачи тепла и нижним участком сосуда.
В другом аспекте, описанном здесь, каждое из первого, второго, третьего и четвертого устройств для передачи тепла содержит обшивку, которая крепится к внешней поверхности сосуда для того, чтобы обеспечить по меньшей мере передачу тепла между обшивкой и сосудом.
В другом аспекте, описанном здесь, обшивка простирается вокруг сосуда.
В другом аспекте, описанном здесь, обшивка содержит по меньшей мере один пропускной канал для обеспечения прохождения через него потока теплопередающей среды.
В другом аспекте, описанном здесь, теплопередающая среда включает теплопередающую жидкость.
В одном аспекте, описанном здесь, устройство для размораживания замороженного биологического материала дополнительно содержит систему перетока жидкости по меньшей мере с одним пропускным каналом для циркуляции теплопередающей среды через пропускной канал.
Другой вариант осуществления изобретения, описанный здесь, представляет собой способ размораживания замороженного биологического материала, содержащий: помещение замороженного биологического материала в сосуд; осуществление теплопередачи между верхним участком сосуда и внешней по отношению к верхнему участку сосуда средой, содержащее нагревание верхнего участка сосуда; осуществление теплопередачи между верхним средним участком сосуда и внешней по отношению к верхнему среднему участку сосуда средой; осуществление теплопередачи между нижним средним участком сосуда и внешней по отношению к нижнему среднему участку сосуда средой; осуществление теплопередачи между нижним участком сосуда и внешней по отношению к нижнему участку сосуда средой; контроль температуры биологического материала на различных уровнях в сосуде; регулирование теплопередачи между верхним участком сосуда и внешней по отношению к верхнему участку сосуда средой по меньшей мере частично в условиях контроля температуры биологического материала; регулирование теплопередачи между верхним участком сосуда и внешней по отношению к верхнему участку сосуда средой, которое осуществляют независимо от регулирования теплопередачи между верхним средним участком сосуда и внешней по отношению к верхнему среднему участку сосуда средой; регулирование теплопередачи между верхним участком сосуда и внешней по отношению к верхнему участку сосуда средой, которое осуществляют независимо от регулирования теплопередачи между нижним средним участком сосуда и внешней по отношению к нижнему среднему участку сосуда средой; и регулирование теплопередачи между верхним участком сосуда и внешней по отношению к верхнему участку сосуда средой, которое осуществляют независимо от регулирования теплопередачи между нижним участком сосуда и внешней по отношению к нижнему участку сосуда средой; а также регулирование теплопередачи между верхним средним участком сосуда и внешней по отношению к верхнему среднему участку сосуда средой по меньшей мере частично в условиях контроля температуры биологического материала; регулирование теплопередачи между верхним средним участком сосуда и внешней по отношению к верхнему среднему участку сосуда средой, которое осуществляют независимо от регулирования теплопередачи между верхним участком сосуда и внешней по отношению к верхнему участку сосуда средой; регулирование теплопередачи между верхним средним участком сосуда и внешней по отношению к верхнему среднему участку сосуда средой, которое осуществляют независимо от регулирования теплопередачи между нижним средним участком сосуда и внешней по отношению к нижнему среднему участку сосуда средой; и регулирование теплопередачи между верхним средним участком сосуда и внешней по отношению к верхнему среднему участку сосуда средой, которое осуществляют независимо от регулирования теплопередачи между нижним участком сосуда и внешней по отношению к нижнему участку сосуда средой; а также регулирование теплопередачи между нижним средним участком сосуда и внешней по отношению к нижнему среднему участку сосуда средой по меньшей мере частично в условиях контроля температуры биологического материала; регулирование теплопередачи между нижним средним участком сосуда и внешней по отношению к нижнему среднему участку сосуда средой, которое осуществляют независимо от регулирования теплопередачи между верхним участком сосуда и внешней по отношению к верхнему участку сосуда средой; регулирование теплопередачи между нижним средним участком сосуда и внешней по отношению к нижнему среднему участку сосуда средой, которое осуществляют независимо от регулирования теплопередачи между верхним средним участком сосуда и внешней по отношению к верхнему среднему участку сосуда средой; и регулирование теплопередачи между нижним средним участком сосуда и внешней по отношению к нижнему среднему участку сосуда средой, которое осуществляют независимо от регулирования теплопередачи между нижним участком сосуда и внешней по отношению к нижнему участку сосуда средой; и регулирование теплопередачи между нижним участком регулируемой теплопередачи между нижним участком сосуда и внешней по отношению к нижнему участку сосуда средой по меньшей мере частично в условиях контроля температуры биологического материала; регулирование теплопередачи между нижним участком сосуда и внешней по отношению к нижнему участку сосуда средой, которое осуществляют независимо от регулирования теплопередачи между верхним участком сосуда и внешней по отношению к верхнему участку сосуда средой; регулирование теплопередачи между нижним участком сосуда и внешней по отношению к нижнему участку сосуда средой, которое осуществляют независимо от регулирования теплопередачи между верхним средним участком сосуда и внешней по отношению к верхнему среднему участку сосуда средой; и регулирование теплопередачи между нижним участком сосуда и внешней по отношению к нижнему участку сосуда средой, которое осуществляют независимо от регулирования теплопередачи между нижним средним участком сосуда и внешней по отношению к нижнему среднему участку сосуда средой.
В одном аспекте, описанном здесь, осуществление теплопередачи между верхним участком сосуда и внешней по отношению к верхнему участку сосуда средой содержит нагревание верхнего участка сосуда; и после этого регулирование теплопередачи между верхним участком сосуда и внешней по отношению к верхнему участку сосуда средой, которое содержит по меньшей мере уменьшение нагревания верхнего участка сосуда.
В одном аспекте, описанном здесь, осуществление теплопередачи между верхним средним участком сосуда и внешней по отношению к верхнему среднему участку сосуда средой содержит нагревание верхнего среднего участка сосуда; и после этого регулирование теплопередачи между верхней средней частью сосуда и внешней по отношению к верхнему среднему участку сосуда средой, которое содержит охлаждение верхнего среднего участка сосуда.
В одном аспекте, описанном здесь, осуществление теплопередачи между нижним средним участком сосуда и внешней по отношению к нижнему среднему участку сосуда средой содержит нагревание нижнего среднего участка сосуда; и после этого регулирование теплопередачи между нижним средним участком сосуда и внешней по отношению к нижнему среднему участку сосуда средой, которое содержит охлаждение нижнего среднего участка сосуда.
В одном аспекте, описанном здесь, осуществление теплопередачи между нижним участком сосуда и внешней по отношению к нижнему участку сосуда средой содержит нагревание нижнего участка сосуда; и после этого регулирование теплопередачи между нижним участком сосуда и внешней по отношению к нижнему участку сосуда средой, которое содержит охлаждение нижнего участка сосуда.
В одном аспекте, описанном здесь, регулирование теплопередачи между верхним участком сосуда и внешней по отношению к верхнему участку сосуда средой содержит регулирование теплопередачи между верхним участком сосуда и внешней по отношению к верхнему участку сосуда средой; регулирование теплопередачи между верхним средним участком сосуда и внешней по отношению к верхнему среднему участку сосуда средой содержит регулирование теплопередачи между верхним средним участком сосуда и внешней по отношению к верхнему среднему участку сосуда средой; регулирование теплопередачи между нижним средним участком сосуда и внешней по отношению к нижнему среднему участку сосуда средой содержит регулирование теплопередачи между нижним средним участком сосуда и внешней по отношению к нижнему среднему участку сосуда средой; и регулирование теплопередачи между нижним участком сосуда и внешней по отношению к нижнему участку сосуда средой содержит регулирование теплопередачи между нижним участком сосуда и внешней по отношению к нижнему участку сосуда средой.
В одном аспекте, описанном здесь, по меньшей мере регулирование теплопередачи между верхним участком сосуда и внешней по отношению к верхнему участку сосуда средой осуществляют с помощью компьютера; по меньшей мере регулирование теплопередачи между верхним средним участком сосуда и внешней по отношению к верхнему среднему участку сосуда средой осуществляют с помощью компьютера; по меньшей мере регулирование теплопередачи между нижним средним участком сосуда и внешней по отношению к нижнему среднему участку сосуда средой осуществляют с помощью компьютера; и по меньшей мере регулирование теплопередачи между нижним участком сосуда и внешней по отношению к нижнему участку сосуда средой осуществляют с помощью компьютера.
Другой вариант осуществления изобретения, описанный здесь, представляет собой устройство для размораживания замороженных биологических продуктов, содержащее: по меньшей мере один сосуд; одно или более средств для перемешивания; совокупность средств для передачи тепла, расположенных по окружности сосуда; и по меньшей мере одно средство для контроля температуры.
В одном аспекте, описанном здесь, совокупность средств для передачи тепла расположена вертикально от нижнего участка сосуда до его верхнего участка.
В другом аспекте, описанном здесь, температуру совокупности средств для передачи тепла независимо контролируют.
В другом аспекте, описанном здесь, устройство для размораживания замороженного биологического материала дополнительно содержит совокупность термоэлектрических элементов.
В одном аспекте, описанном здесь, совокупность термоэлектрических элементов расположена вертикально от нижнего участка сосуда до его верхнего участка.
В другом аспекте, описанном здесь, температуру внутри сосуда измеряют при помощи использования совокупности вертикально расположенных термоэлектрических элементов.
В одном аспекте, описанном здесь, температуру средств для передачи тепла регулируют термоэлектрически, с использованием эффекта Пельтье, или с помощью жидкой среды.
В одном аспекте, описанном здесь, температуру средств для передачи тепла регулируют с помощью жидкой среды.
В одном аспекте, описанном здесь, жидкая среда включает этиленгликоль.
В одном аспекте, описанном здесь, имеются по меньшей мере четыре средства для передачи тепла и по меньшей мере четыре термоэлектрических элемента; и при этом средства для передачи тепла и термоэлектрические элементы расположены вертикально внутри размораживающего сосуда.
В одном аспекте, описанном здесь, температуру совокупности средств для передачи тепла повышают до значения, которое не более чем приблизительно на 10°C выше температуры таяния биологического продукта, пока не закончится оттаивание, и при этом температуру поддерживают на значении, составляющем приблизительно 2°C, после того, как оттаивание закончится.
В одном аспекте, описанном здесь, температуру совокупности средств для передачи тепла повышают до значения, составляющего не более чем приблизительно 8°C, когда значение измеренной температуры составляет менее чем приблизительно 2°C; и при этом температуру совокупности средств для передачи тепла понижают до значения, составляющего приблизительно 4°C, когда значение измеренной температуры составляет более чем приблизительно 10°C.
Другой вариант осуществления изобретения, описанный здесь, представляет собой способ размораживания замороженного биологического продукта, содержащий: (a) помещение замороженных биологических продуктов в сосуд, содержащий одно или более средств для перемешивания, совокупность средств для передачи тепла; совокупность термоэлектрических элементов; и средства для контроля температуры; (b) непрерывное измерение температуры на множестве уровней внутри сосуда при помощи использования совокупности термоэлектрических элементов; (c) нагревание средств для передачи тепла, расположенных рядом с замороженными биологическими продуктами, и в то же самое время перемешивание содержимого сосуда; (d) охлаждение средств для передачи тепла, расположенных рядом с размороженными биологическими продуктами, и в то же самое время перемешивание содержимого сосуда; (e) нагревание и/или охлаждение средств для передачи тепла для того, чтобы компенсировать добавление дополнительного замороженного биологического продукта и размораживание биологического продукта.
КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ФИГУР
ФИГУРА 1 иллюстрирует стандартный покрытый обшивкой вертикальный размораживающий сосуд, непосредственно после добавления замороженного биологического продукта (A) и далее, после того, как большая часть биологического продукта разморозилась и превратилась в жидкость (B).
ФИГУРА 2 иллюстрирует вертикальный размораживающий сосуд, обшивка которого состоит из нескольких частей, как описано здесь. Указанный примерный вариант осуществления изобретения имеет четыре средства для передачи тепла, расположенные вертикально от нижней части сосуда до его верхней части. Каждое средство для передачи тепла может нагреваться или охлаждаться независимо от других средств для передачи тепла. Кроме того, восемь термоэлектрических элементов располагаются в полости сосуда возле каждого средства для передачи тепла для того, чтобы измерять температуру внутри сосуда. Для того чтобы отделить жидкости, стратифицированные на каждом уровне, могут применяться перегородки.
ФИГУРА 3 иллюстрирует примерный способ размораживания, как описано здесь, показывая независимое нагревание или охлаждение соответствующих средств для передачи тепла.
ДЕТАЛЬНОЕ ОПИСАНИЕ
Здесь описаны устройства и способы для размораживания замороженных биологических продуктов, которые могут быть представлены в виде замороженных блоков или в виде других форм. Примерные замороженные биологические продукты включают кровь, различные продукты крови, такие как плазма или сыворотка, или замороженные клетки или ткани. Биологические продукты также могут включать супернатанты культуры клеток, экстракты клеток, гомогенаты, частично очищенные макромолекулы, очищенные макромолекулы или лечебные продукты.
Обычный размораживающий сосуд 20 проиллюстрирован на Фиг.1. В этом примере замороженное содержимое 5 во внутреннем пространстве закрытого вертикального размораживающего сосуда 30 нагревают посредством покрытого обшивкой внешнего пространства 25, которое простирается вертикально вокруг сосуда. Для того чтобы повышать температуру, внутри обшивки циркулирует теплоноситель, такой как гликоль или вода. На Фиг.1A, замороженный биологический продукт 5 помещают во внутреннее пространство размораживающего сосуда 30 через отверстие 35, и теплоноситель циркулирует, чтобы повысить температуру (теплоноситель и средства циркулирования являются известными в уровне техники и не показаны на чертеже). Крышка 37 закрывает отверстие сосуда. Мешалка 40 вращает жидкость размороженного биологического продукта 10 и повышает теплопередачу. Клапан 45 и выпускное отверстие 50 могут использоваться для удаления размороженного биологического продукта из сосуда, после того как размораживание завершено. Как только замороженный биологический продукт 5 размораживается и становится жидкостью 10, замороженный биологический продукт всплывает наверх уровня жидкого биологического продукта 15 в сосуде. См. Фиг.1B. Мешалка 40 вращает жидкий продукт 10 и служит для перемещения подогретой биологической жидкости вверх до остающегося замороженного продукта 5. Кроме того, биологическая жидкость охлаждается возле замороженного продукта, и мешалка точно также вращает указанную охлажденную жидкость. Однако, несмотря на вращение, внутри размороженной биологической жидкости может установиться перепад температур, по причине большой площади поверхности жидкости, которая контактирует с внутренним пространством сосуда. Кроме того, чем меньше замороженного биологического продукта остается, тем меньше замороженного продукта находится в контакте с поверхностью сосуда. Таким образом, жидкий биологический продукт становится первичной теплопередающей средой для замороженного биологического продукта. Это может увеличить время, необходимое для окончания размораживания. Даже если температуру теплоносителя понижают или изменяют, большая теплоемкость размороженной жидкости делает быстрое доведение до равновесного состояния при более низкой температуре, сложным. Следовательно, биологическая жидкость может быть чрезмерно подвержена повышенным температурам в течение длительных периодов времени. Это может вызвать денатурацию и/или разложение различных компонентов биологического продукта. Указанное является наиболее пагубным для таких компонентов, как белки, которые могут быть чувствительными к тепловой денатурации. Соответственно, процесс размораживания может значительно уменьшить выход ценных белков, которые являются теплочувствительными.
Размораживающий сосуд с разными температурными режимами, как описано здесь, преодолевает недостатки существующей технологии размораживания, позволяя пользователю, в течение процесса размораживания, точно настроить температуру размораживающего сосуда на различных вертикальных уровнях и в разные моменты времени. Кроме того, в некоторых случаях размораживающий сосуд с разными температурными режимами, как описано здесь, может снизить расход энергии, необходимой для размораживания биологических продуктов.
Примерный вариант осуществления размораживающего сосуда с разными температурными режимами, как описано здесь, проиллюстрирован на Фиг.2. Указанный примерный вариант осуществления размораживающего сосуда с разными температурными режимами 60 имеет по меньшей мере четыре независимых средства для передачи тепла, которые установлены вертикально от нижней части сосуда до верхней части сосуда (70, 75, 80, 85). Количество средств для передачи тепла может варьироваться. В некоторых аспектах, может быть 2, 3, 4, 5, 6, 8, 10, 12 или даже больше средств для передачи тепла, связанных с сосудом. Каждое средство для передачи тепла возможно нагревать или охлаждать независимо от других средств для передачи тепла. Кроме того, по меньшей мере два термоэлектрических элемента 65 размещены на уровне каждого средства для передачи тепла и располагаются по направлению к центру сосуда для того, чтобы измерять температуру среды биологического продукта на указанном уровне. Хотя размораживающий сосуд, изображенный на Фиг.2, выполнен вертикально, горизонтальная конфигурация также возможна. В горизонтальном варианте осуществления, совокупность средств для передачи тепла будет расположена от нижней части сосуда до верхней части сосуда, параллельно оси цилиндра. Средства для передачи тепла могут быть прикреплены к внешним стенкам сосуда, как показано на Фиг.2, или могут быть прикреплены на внутренних стенках сосуда. В некоторых аспектах, средства для передачи тепла могут содержать стенки сосуда.
По меньшей мере одна мешалка 40 вращает и смешивает превращенный в жидкость биологический продукт и, таким образом, повышает теплопередачу; мешалка также способствует движению замороженного биологического продукта. Может применяться несколько мешалок. Например, по меньшей мере одна мешалка может применяться на каждом уровне расположения средств для передачи тепла. В некоторых вариантах осуществления изобретения, могут применяться перегородки 90 для того, чтобы уменьшить смешивание биологического продукта на различных уровнях средств для передачи тепла и, таким образом, лучше контролировать температуру на каждом уровне средств для передачи тепла. В некоторых вариантах осуществления изобретения, могут применяться плавающие перегородки для того, чтобы отделять верхний уровень жидкого размороженного биологического продукта 15 от замороженного биологического продукта 5. В качестве неограничивающего примера, перегородки могут состоять из круглых пластин "баранкообразной формы" с полыми центрами. Такая конфигурация позволит стратификацию размороженного биологического продукта на каждом уровне средства для передачи тепла, а также обеспечит ограниченную передачу между уровнями.
Клапан 45 и выпускное отверстие 50 обеспечивают удаление размороженного биологического продукта из сосуда. Выпускное отверстие может располагаться на дне сосуда, как показано на Фиг.2, или может располагаться наверху, и удаление обеспечивают, используя насос или откачивающие средства типа сифона (не показаны). Размороженный биологический продукт может быть удален в конце процесса размораживания или удаляться непрерывно во время процесса размораживания для того, чтобы минимизировать подвергание размороженного биологического продукта повышенным температурам. Сосуд может быть выполнен таким образом, чтобы, как только биологический продукт растает, он был удален из размораживающего сосуда.
В некоторых вариантах осуществления изобретения, средства для передачи тепла, описанные здесь, могут содержать обшивку для циркуляции теплопередающей жидкости или газа. Жидкость может включать воду, этиленгликоль, масло или подобное. Газ может включать пар, CO2, N2, O2 или смеси охлаждающего газа/охлаждающей жидкости. Средства для передачи тепла могут также состоять из термоэлектрических устройств или устройств с использованием эффекта Пельтье. Средства для передачи тепла обычно способны подводить тепло и/или охлаждение в размораживающий сосуд. В некоторых случаях, может применяться совокупность термоэлектрических элементов для того, чтобы контролировать температуру внутри размораживающего сосуда, описанного здесь, а также термоэлектрические элементы могут применяться для регулирования температуры средств для передачи тепла. В некоторых аспектах, описанных здесь, температура совокупности средств для передачи тепла независимо регулируется посредством измерения температуры внутри размораживающего сосуда с помощью использования совокупности термоэлектрических элементов, а затем внутреннюю температуру регулируют (т.е. внутреннюю температуру повышают или понижают) посредством регулирования температуры средств для передачи тепла. В некоторых аспектах, указанным может автономно управлять компьютер. В других аспектах, температуру контролируют и регулируют вручную.
Размораживающий сосуд с разными температурными режимами, как описано здесь, позволяет оператору точно отрегулировать температуру стенок размораживающего сосуда на различных уровнях и/или при различных мощностях. Например, как показано на Фиг.2, средства для передачи тепла на дне сосуда (т.е. 70 и 75) могут охлаждаться, в то время как средства для передачи тепла 80 могут иметь промежуточную температуру и средства для передачи тепла 85 могут нагреваться. Указанное способствует размораживанию замороженной массы биологического продукта 5, которая плавает на уровне оттаявшей жидкости 15. Оттаявшая биологическая жидкость продукта 10 на дне сосуда не подвергается нагреванию средствами для передачи тепла 85 или промежуточными средствами для передачи тепла 80 и, таким образом, возможность разложения или денатурации уменьшается.
Кроме того, размораживающий сосуд с разными температурными режимами, как описано здесь, может уменьшить количество энергии, необходимой для размораживания биологических продуктов. Поскольку температура строго контролируется и проверяется с помощью термоэлектрических элементов 65 на каждом уровне средств для передачи тепла, то энергию для нагрева/охлаждения средств для передачи тепла применяют только тогда, когда необходимо нагреть/охладить соответствующий участок.
Размораживающие сосуды с разными температурными режимами, как описано здесь, имеют оптимальную эффективность теплопередачи, когда
замороженный/размороженный биологический продукт перемешивают, в то время как применяют нагревание (или охлаждение). Теплопередача доводится до максимальной величины как функция площади поверхности и объемного соотношения. Для цилиндрического сосуда с высотой, h, и диаметром, d, площадь поверхности, SA представляет собой: SA=πdh, и объем, V, представляет собой V=(πd2h)/4. Таким образом, соотношение площади поверхности к объему представляет собой: SA/V=4/d. Соответственно, поскольку диаметр, d, доводится до минимального значения, то соотношение доводится до максимального значения, и внутренняя теплопередача становится очень эффективной (с оптимальным перемешиванием). По этой причине, размораживающие сосуды, имеющие небольшие диаметры, могут быть особенно эффективными с применением внутренних средств для передачи тепла. Например, горизонтальный размораживающий сосуд с размещенными по ярусам внутренними средствами для передачи тепла, может иметь очень эффективную теплопередачу.
ПРИМЕРЫ
Пример 1
Примерный способ размораживания биологического продукта проиллюстрирован на Фиг.3. В начале процесса размораживания, фактически весь биологический продукт является замороженным. См. Фиг.3A. Соответственно, все средства для передачи тепла (70, 75, 80, 85) могут быть настроены на температуру нагрева для того, чтобы способствовать оттаиванию замороженного биологического продукта 5. Примечание: на Фиг.3 затенение внутри средств для передачи тепла (70, 75, 80, 85) указывает на одинаковую температуру на затененных уровнях; при этом затенение более темного цвета указывает на относительно более высокую температуру. Температура внутри размораживающего сосуда может контролироваться на различных уровнях передачи тепла с помощью использования термоэлектрических элементов 65. Как только замороженный биологический продукт 5 начинает размораживаться, жидкость начинает собираться на дне сосуда. См. Фиг.3B. Следовательно, температура нижних средств для передачи тепла (70, 75) тогда может быть снижена и/или изменена на охлаждение для того, чтобы предотвратить чрезмерное нагревание жидкого биологического продукта. Замороженный биологический продукт 5 плавает на верху жидкого биологического продукта 15. Таким образом, верхние средства для передачи тепла (80, 85) могут продолжать нагревать замороженный биологический продукт и способствовать размораживанию. По мере того как замороженный продукт размораживается, повышается уровень жидкости, и температура может быть соответствующим образом отрегулирована. Снятие показателей температуры от термоэлектрических элементов на каждом уровне позволяет оператору контролировать температуру внутри сосуда в режиме реального времени. В некоторых аспектах, описанных здесь, размороженный биологический продукт может быть удален из размораживающего сосуда непосредственно после того, как оттаивание произошло. Оптимальная скорость оттаивания и удаления размороженного продукта может быть установлена таким образом, чтобы оттаивание замороженного биологического продукта было доведено до максимальной величины, и удаление из размораживающего сосуда также оптимизируют таким образом, чтобы предотвратить термическую денатурацию биологического продукта. Различные способы удаления продукта, если вообще это нужно, могут быть оптимизированы для конкретного биологического продукта.
Позже, в процессе размораживания, биологический продукт получают примерно в равных пропорциях замороженного вида 5 и жидкого вида 10. См. Фиг.3C. На данном этапе, могут применяться три температурных уровня. Средства для передачи тепла, расположенные на дне (70, 75), охлаждают для того, чтобы предотвратить перегрев жидкости биологического продукта. Средства для передачи тепла, расположенные посредине 80, могут быть установлены на промежуточную температуру (например, среднее значение между температурой нагрева и температурой охлаждения). Это предотвращает жидкость биологического продукта, находящуюся наверху уровня жидкости 15, от того, чтобы она слишком нагревалась. Перегородки (не показаны) могут применяться для того, чтобы дополнительно уменьшить передачу тепла от верхних уровней до нижних уровней. Верхние средства для передачи тепла 85 могут продолжать нагревать замороженный биологический продукт.
На заключительных этапах процесса размораживания, подавляющая часть замороженного биологического продукта размораживается до состояния жидкости, и только незначительная фракция существует в замороженном виде 5. См. Фиг.3D. По этой причине, температура верхних средств для передачи тепла 85, может быть снижена, или может оставаться в качестве нагревающей. Температура средств для передачи тепла, расположенных посредине 80, может быть снижена до охлаждения или оставаться на промежуточном уровне. Когда замороженный биологический продукт разморожен, средства для передачи тепла (70, 75, 80, 85) могут быть охлаждены для того, чтобы жидкий биологический продукт привести в равновесное состояние при соответствующей температуре для следующего потом технологического процесса.
Объем устройств и способов, описанных здесь, включает все комбинации вариантов осуществления, аспектов, примеров, стадий и преимуществ, описанных здесь.
Реферат
Устройство для размораживания замороженного биологического материала содержит сосуд, имеющий внутреннее пространство для вмещения биологического материала, совокупность устройств для передачи тепла, функционально связанных с сосудом, по меньшей мере одно регулирующее устройство, функционально связанное с устройствами для передачи тепла. Способ размораживания замороженного биологического материала, который содержит размещение замороженного биологического материала в сосуде, осуществление теплопередачи между участком сосуда и внешней по отношению к участку сосуда средой посредством нагревания участка сосуда, при условии контроля температуры биологического материала. Использование данной группы изобретений обеспечивает эффективность размораживания биологических продуктов без нанесения им вреда. 4 н. и 24 з.п. ф-лы, 3 ил.
