AT 398 432 BAT 398 432 B
Die Erfindung betrifft ein Kühi- und Einfriergerät für menschliches, tierisches oder pflanzliches Zellmaterial (Kryokonservierung), wie beispielsweise Samenzellen, mit einem in eine Einfrierkammer einschiebbaren Probenhalter und mit einer Kältequelle, wie flüssigem Stickstoff, die mit der Einfrierkammer in Verbindung steht, wobei der Probenhalter in Ausnehmungen flüssigkeitsgefüllte Probengläser, z.B. Pajettenröhrchen trägt.The invention relates to a cooling and freezing device for human, animal or plant cell material (cryopreservation), such as sperm cells, with a sample holder which can be inserted into a freezing chamber and with a cold source, such as liquid nitrogen, which is connected to the freezing chamber, the sample holder liquid-filled sample glasses in recesses, e.g. Wearing pajette tubes.
Kryobioiogische Verfahren der Tiefgefrierkonservierung von Zellmaterial (Lebendsubstanzen) erfordern spezielle Einfrierprogramme. In vielen Fällen muß der Temperaturgradient während des Einfriervorganges nach einem genauen Zeitplan verändert werden, damit das Zellmaterial unbeschädigt bleibt. Dies gilt in gleichem Maße für das Auftauen, das ebenfalls ein Programm erfordert.Cryobio-biological processes for deep-freeze preservation of cell material (living substances) require special freezing programs. In many cases, the temperature gradient must be changed according to a precise schedule during the freezing process so that the cell material remains undamaged. This applies equally to thawing, which also requires a program.
Ein bekanntes Tiefgefriergerät arbeitet mit flüssigem Stickstoff als Kältemittel. Der flüssige Stickstoff befindet sich in einem austauschbaren Kanister, auf dem - gleichsam als Verschluß - ein Gehäuse sitzt, das sowohl eine Einfrierkammer für einschiebbare Probenhalter als auch die mikroprozessorgesteuerte Elektronik zur Steuerung des Einfrier- bzw. Auftauvorganges umfaßt. Das bekannnte Gerät ist transportabel ausgebildet. Nach der Entnahme des lebenden Zellmaterials werden die mit dem Zellmaterial und einer Flüssigkeit gefüllten Probenröhrchen in einen Probenhalter gesteckt, dieser in die Einfrierkammer eingeschoben und dem spezifisch programmierten Einfriervorgang unterworfen.A known freezer operates with liquid nitrogen as a refrigerant. The liquid nitrogen is in an exchangeable canister on which - as it were - a housing sits, which includes both a freezing chamber for insertable sample holder and the microprocessor-controlled electronics for controlling the freezing or thawing process. The known device is designed to be portable. After the living cell material has been removed, the sample tubes filled with the cell material and a liquid are inserted into a sample holder, this is inserted into the freezing chamber and subjected to the specifically programmed freezing process.
Die Erfindung zielt darauf ab, den Verlauf des Verfahrens nicht nur über die Steuerung zu kontrollieren, sondern auch unmittelbar von seiten des Zellenmaterials. In diesem Sinn ist ein Kühl- und Einfriergerät der beschriebenen Art dadurch gekennzeichnet, daß der Probenhalter mindestens eine Öffnung, vorzugsweise eine Bohrung aufweist, die in einer der Ausnehmungen für ein Probenglas einmündet und daß bei eingeschobenem Probenhalter diesseits der Öffnung insbesondere in der Achse der Bohrung eine Strahlungsquelle, vorzugsweise eine Leuchtdiode, und jenseits derselben ein Empfänger, vorzugsweise ein Fotowiderstand bzw. ein Fototransistor angeordnet sind, dem eine Auswertungsschaltung für die empfangene Strahlungsmenge oder -Intensität und eine Anzeigevorrichtung (Lämpchen) zur Anzeige des flüssigen oder kristallinen Zustandes des Inhaltes des Probenglases nachgeordnet sind. Es wird also der Zustand der Proben kontinuierlich überwacht und der Übergang von der flüssigen in die feste Phase, sowie umgekehrt, sofort signalisiert. Dabei ist es zweckmäßig, wenn die Anzeigevorrichtung den Vereisungsgrad proportional zum Strahlungsdurchgang als laufende Zustandsänderung anzeigt. Die Anzeige gibt in diesem Fall Auskunft über den Fortgang des Einfrier- oder Auftauprozesses. Bei einfachen Geräten genügt die Anzeige der flüssigen und der kristallinen Phase. Das Gerät ist dadurch gekennzeichnet, daß die Auswertungsschaltung einen Schalttransistor umfaßt, der bei Überschreiten einer Schaltschwelle einen Stromkreis einschaltet und eine Anzeigevorrichtung, wie etwa ein Lämpchen oder eine Leuchtdiode, aktiviert. Besonders zweckmäßig ist es, wenn der Empfänger außerhalb der Achse der Bohrung bzw. des direkten Strahlenganges zur Aufnahme der bei Kristallisation auftretenden Streustrahlung der Strahlenquelle angeordnet ist. Auf diese Weise wird zusätzlich oder alternativ zur Transparenzmessung die Streustrahlung als Maß für den Kristallisationsgrad herangezogen.The invention aims to control the course of the method not only via the controller, but also directly on the part of the cell material. In this sense, a refrigerator and freezer of the type described is characterized in that the sample holder has at least one opening, preferably a bore, which opens into one of the recesses for a sample glass and that when the sample holder is inserted on this side of the opening, in particular in the axis of the bore a radiation source, preferably a light-emitting diode, and beyond it a receiver, preferably a photoresistor or a phototransistor are arranged, to which an evaluation circuit for the received radiation quantity or intensity and a display device (lamp) for displaying the liquid or crystalline state of the content of the sample glass are subordinate. The condition of the samples is continuously monitored and the transition from the liquid to the solid phase and vice versa is signaled immediately. It is expedient if the display device shows the degree of icing proportional to the radiation passage as a current change of state. In this case, the display provides information about the progress of the freezing or thawing process. The display of the liquid and crystalline phases is sufficient for simple devices. The device is characterized in that the evaluation circuit comprises a switching transistor which, when a switching threshold is exceeded, switches on a circuit and activates a display device, such as a lamp or a light-emitting diode. It is particularly expedient if the receiver is arranged outside the axis of the bore or the direct beam path for receiving the scattered radiation of the radiation source that occurs during crystallization. In this way, in addition or as an alternative to the transparency measurement, the scattered radiation is used as a measure of the degree of crystallization.
Ein Ausführungsbeispiel des Erfindungsgegenstandes ist in den Zeichnungen dargestellt. Fig. 1 zeigt einen Querschnitt eines Kühl- und Einfriergerätes in schematischer Darstellung und Fig. 2 einen Probenhalter im Schnitt nach der Linie II-II in Fig. 1.An embodiment of the subject of the invention is shown in the drawings. Fig. 1 shows a cross section of a refrigerator and freezer in a schematic representation and Fig. 2 shows a sample holder in section along the line II-II in Fig. 1st
Ein Kühl- und Einfriergerät umfaßt ein Gehäuse 1 mit einer Einfrierkammer 2 (Verschluß nicht dargestellt), in die ein Probenhalter 3 einschiebbar ist. Im Probenhalter 3 sind parallel zueinander Probenröhrchen 4 vorgesehen, die das Zellmaterial in einer Flüssigkeit beinhalten. Ein Kälteleiter 5 aus einem thermisch sehr gut leitfähigem Material tritt aus dem Gehäuse 1 vor und ragt in einen Behälter für flüssigen Stickstoff, wenn das Gehäuse 1 verschlußähnlich auf dem Stickstoffbehälter aufgesetzt wird. Der Kälterleiter führt die Kältemenge über Kältebrücken dosierbar zu den Probenröhrchen 4. Um nun festzustellen, ob, wann und in welchem Ausmaß der Friervorgang - also die Kristallisation in den Probenröhrchen 4 eingesetzt hat, ist im Probenhalter 3 eine Bohrung 6 vorgesehen, deren Achse ein Probenröhrchen 4 durchsetzt. In einer mit der Bohrung 6 bei eingeschobenem Probenhalter 3 fluchtenden Position sind zunächst der Einfrierkammer 2 eine Leuchtdiode als Strahlungsquelle 7 sowie dieser gegenüberliegend ein Fotowiderstand als Empfänger 8 vorgesehen. Eine Auswertungsschaltung 9 stellt die Veränderung des vom Empfänger 8 aufgenommenen Meßwertes (Widerstandswertes des Fotowiderstandes) gegenüber dem Ausgangs-wert kurz nach dem Einschieben des Probenhalters 3 bei zunehmender Abkühlung fest und zeigt diese Veränderung, die proportial der Vereisung bzw. Kristallisation der Flüssigkeit im Probenröhrchen 4 verläuft, auf einem Anzeigefeld als Vereisungsgrad an. In Fig. 1 ist in vereinfachter Form ein Lämpchen 10 dargestellt, das bei Erreichen eines in der Auswertungsschaltung 9 eingestellten Grenzwertes aufleuchtet. Die Auswertungsschaltung kann auch einen Schalttransistor umfassen, der bei entsprechender Belichtung den Stromkreis zum Lämpchen 10 einschaltet. Über einen Mikrokontakt 11 wird das Meßsystem eingeschaltet, sobald sich ein Probenhalter 3 in der Einfrierkammer 2 befindet. 2A cooling and freezing device comprises a housing 1 with a freezing chamber 2 (closure not shown) into which a sample holder 3 can be inserted. In the sample holder 3, sample tubes 4 are provided parallel to one another and contain the cell material in a liquid. A cold conductor 5 made of a thermally highly conductive material emerges from the housing 1 and protrudes into a container for liquid nitrogen when the housing 1 is placed on the nitrogen container like a closure. The cooler conducts the amount of cold in a metered manner to the sample tubes 4 via cold bridges. In order to determine whether, when and to what extent the freezing process - that is, the crystallization in the sample tubes 4 - a bore 6 is provided in the sample holder 3, the axis of which is a sample tube 4 enforced. In a position aligned with the bore 6 when the sample holder 3 is inserted, the freezing chamber 2 is first provided with a light-emitting diode as the radiation source 7 and, opposite it, a photo resistor as the receiver 8. An evaluation circuit 9 detects the change in the measured value received by the receiver 8 (resistance value of the photoresistor) compared to the initial value shortly after the sample holder 3 has been inserted with increasing cooling, and shows this change, which is proportional to the icing or crystallization of the liquid in the sample tube 4 runs on a display panel as the degree of icing. In Fig. 1, a lamp 10 is shown in simplified form, which lights up when a limit value set in the evaluation circuit 9 is reached. The evaluation circuit can also comprise a switching transistor which, when suitably exposed, switches on the circuit to the lamp 10. The measuring system is switched on via a micro contact 11 as soon as a sample holder 3 is located in the freezing chamber 2. 2nd