CN101173834A

CN101173834A - 用于玻璃化保存的低温保护剂溶液程控冷却装置

Info

Publication number: CN101173834A
Application number: CNA2007100714641A
Authority: CN
Inventors: 张绍志; 陈光明; 虞效益
Original assignee: Zhejiang University ZJU
Current assignee: Zhejiang University ZJU
Priority date: 2007-09-28
Filing date: 2007-09-28
Publication date: 2008-05-07
Anticipated expiration: 2027-09-28
Also published as: CN100462004C

Abstract

本发明公开了一种用于玻璃化保存的低温保护剂溶液程控冷却装置。由纯低温保护剂储槽、恒流泵、存放低温保护剂溶液的不锈钢容器、电磁搅拌装置、制冷装置、加热装置、可编程控制器等组成。恒流泵不断将纯低温保护剂注入低温保护剂溶液存放容器，低温保护剂溶液在制冷装置提供的冷却介质的作用下温度不断降低，可编程控制器根据铂电阻测得的温度信号控制加热装置提供的加热量，从而使得低温保护剂溶液的温度始终高于溶液冻结点5～10℃。本发明可应用于生物材料的低温保存。

Description

用于玻璃化保存的低温保护剂溶液程控冷却装置

技术领域

本发明涉及一种用于玻璃化保存的低温保护剂溶液程控冷却装置。

背景技术

生物材料的低温保存已经在临床医疗和生物医学研究中得到广泛应用。在-80℃或-196℃生物材料可以保持活性几个月或几十年以上。为了避免生物材料在从室温到低温和从低温到室温的过程中受到伤害，人们使用低温保护剂(如甘油、二甲亚砜)来提供保护。在生物材料从室温降到低温前用低温保护剂溶液处理，从低温恢复到室温后再洗脱低温保护剂。使用高浓度低温保护剂可以避免冷冻过程中形成冰晶以及冰晶形成带来的各种危害，这种方法称为玻璃化法，高浓度的低温保护剂溶液也称为玻璃化溶液。

在处于溶液状态时，低温保护剂对组成生物材料的基本单元细胞有毒性作用，该作用与以下几个因素有关：1)低温保护剂和细胞的类型；2)温度，温度越高毒性越强；3)低温保护剂浓度，浓度越高毒性越强。为了降低毒性作用，需要在较低温度下用低温保护剂溶液处理生物材料，但温度太低也会导致溶液冻结、影响低温保护剂的均匀扩散。

发明内容

本发明的目的是提供一种用于玻璃化保存的低温保护剂溶液程控冷却装置。

用于玻璃化保存的低温保护剂溶液程控冷却装置中的纯低温保护剂储槽与恒流泵、微型电磁阀、不锈钢容器相连接，不锈钢容器外壁设有冷却盘管、电加热丝，冷却盘管与制冷装置相连接，在不锈钢容器内壁设有温度传感器，在不锈钢容器底部设有电磁搅拌子，在不锈钢容器下方设有永磁铁，永磁铁与电机、电机调速电源相连接，电加热丝与可控硅电路、可编程控制器相连接，恒流泵、微型电磁阀、温度传感器分别与可编程控制器相连接。

所述的不锈钢容器内装有低温保护剂溶液，低温保护剂溶液的用量由恒流泵调节。低温保护剂为二甲亚砜。

本发明具有的有益效果

本发明通过边降温边提高低温保护剂溶液浓度的方法来尽可能减轻低温保护剂对生物材料的毒性作用，从而提高保存后生物材料的活性。

本发明通过一个自动控温装置使低温保护剂溶液的温度按照特定的温度曲线下降，并使其温度始终高于溶液冻结点5～10℃，来避免低温保护剂溶液的冻结，保证其均匀扩散。

本发明通过可编程控制器、恒流泵、微型电磁阀来控制纯低温保护剂注入低温保护剂溶液存放容器的量，使低温保护剂溶液的浓度按规律速度上升，具有加液均匀、方便、精确的优点。

本发明通过一个电磁搅拌装置对低温保护剂溶液进行搅拌，有利于低温保护剂溶液浓度和温度快速达到均匀。

本发明通过把冷却盘管和加热丝缠绕在不锈钢容器外壁，保证了对低温保护剂溶液冷却和加热的均匀性。

通过本发明提供的装置，可在20分钟内使得二甲亚砜溶液的浓度由10％提高到49％，同时保持溶液温度始终高于冻结点8℃。

附图说明

附图是用于玻璃化保存的低温保护剂溶液程控冷却装置结构示意图，图中：纯低温保护剂储槽1、恒流泵2、微型电磁阀3、可编程控制器4、可控硅电路5、容器盖6、不锈钢容器7、冷却盘管8、电加热丝9、电磁搅拌子10、永磁铁11、电机12、电机调速电源13、制冷装置14、温度传感器15。

具体实施方式

如附图所示，用于玻璃化保存的低温保护剂溶液程控冷却装置中纯低温保护剂储槽1与恒流泵2、微型电磁阀3、不锈钢容器7相连接，不锈钢容器7外壁设有冷却盘管8、电加热丝9，冷却盘管8与制冷装置14相连接，在不锈钢容器7内壁设有温度传感器15，在不锈钢容器7底部设有电磁搅拌子10，在不锈钢容器7下方设有永磁铁11，永磁铁11与电机12、电机调速电源13相连接，电加热丝9与可控硅电路5、可编程控制器4相连接，恒流泵2、微型电磁阀3、温度传感器15分别与可编程控制器4相连接。

所述的不锈钢容器7内装有低温保护剂溶液，低温保护剂溶液的用量由恒流泵2调节。所述的低温保护剂为二甲亚砜。

本发明主要由三部分组成：溶液温度控制、溶液浓度控制、溶液搅拌。低温保护剂溶液放置在不锈钢容器中。溶液温度控制部分的作用是使温度按照特定的温度曲线下降，包括制冷装置、冷却盘管、电加热丝、可控硅电路等部件，溶液浓度控制部分的作用使浓度按照规律速度上升，包括恒流泵、纯低温保护剂储槽、微型电磁阀等部件。溶液温度和浓度的控制算法的实施通过可编程控制器。对于溶液温度，通过温度传感器予以检测，传感信号进入可编程控制器转化为数值，与预设温度进行比较，其偏差用PID算法处理，可编程控制器根据处理结果输出电压信号到可控硅电路，控制电加热丝输出的加热量。溶液的浓度通过恒流泵转速大小及开关、微型电磁阀的开关来控制，当恒流泵、微型电磁阀打开时，纯低温保护剂由储槽流向存放溶液的不锈钢容器，溶液的浓度升高，若恒流泵的转速高，则浓度升高的速度快，转速低则升高的速度慢。根据不锈钢容器内初始溶液量、溶液浓度、恒流泵的转速以及恒流泵的开关随时间的变化情况，可以得到不锈钢容器内溶液的浓度随时间的变化情况，进而根据溶液冻结点计算公式得到不锈钢容器内溶液的冻结点随时间的变化情况。在已知当前时间后，可以得到当前溶液的冻结点，溶液的预设温度即根据高于溶液冻结点5～10℃确定。溶液搅拌部分的作用是保证溶液的温度和浓度的均匀性，包括电机、电机调速电源、永磁铁、电磁搅拌子等部件。电机带动永磁铁转动，在电磁力的作用下，电磁搅拌子随永磁铁转动，电机的转动速度可用电机调速电源来调节，转动快则电磁搅拌子的转动也变快，搅拌作用增强。

实施例：

二甲亚砜是一种常见的低温保护剂，常压下玻璃化转变的最低浓度为49％(质量百分比，以下同)。通过本发明提供的装置，可在20分钟内使得二甲亚砜溶液的浓度由10％提高到49％，同时保持溶液温度始终高于冻结点8℃。实施步骤是：1)装置开启前，在不锈钢容器内放10％的二甲亚砜溶液20克，在储槽内放纯二甲亚砜20克；2)开启制冷装置和电加热，使溶液温度下降至10％的二甲亚砜溶液对应的冻结点温度(-4.3℃)以上8℃，即3.7℃，记该时刻为t₀；3)于时刻t₀打开恒流泵和微型电磁阀，使恒流泵以0.765g/min的速度将纯二甲亚砜泵入不锈钢容器，该泵入过程持续20分钟，使得二甲亚砜溶液的浓度由10％提高到49％，在每一时刻点t，可以计算得到二甲亚砜溶液的浓度为：

\frac{(t - t_{0}) * 0.765 + 2}{(t - t_{0}) * 0.765 + 20}

t、t₀均以分为单位

根据该浓度计算溶液的冻结温度，控制电加热量使得溶液的温度始终比冻结温度高8℃左右。对于实际的生物材料的低温保存，可以在上述过程结束后，关闭电加热，让溶液的温度下降至-80℃以下，再转移至液氮瓶中。在处于玻璃化的状态下，生物材料可以存放很长时间(如3年)而不丧失活性。

Claims

1.一种用于玻璃化保存的低温保护剂溶液程控冷却装置，其特征在于：纯低温保护剂储槽(1)与恒流泵(2)、微型电磁阀(3)、不锈钢容器(7)相连接，不锈钢容器(7)外壁设有冷却盘管(8)、电加热丝(9)，冷却盘管(8)与制冷装置(14)相连接，在不锈钢容器(7)内壁设有温度传感器(15)，在不锈钢容器(7)底部设有电磁搅拌子(10)，在不锈钢容器(7)下方设有永磁铁(11)，永磁铁(11)与电机(12)、电机调速电源(13)相连接，电加热丝(9)与可控硅电路(5)、可编程控制器(4)相连接，恒流泵(2)、微型电磁阀(3)、温度传感器(15)分别与可编程控制器(4)相连接。

2.根据权利要求1所述的低温保护剂溶液程控冷却装置，其特征在于：所述的不锈钢容器(7)内装有低温保护剂溶液，低温保护剂溶液的用量由恒流泵(2)调节。

3.根据权利要求2所述的低温保护剂溶液程控冷却装置，其特征在于：所述的低温保护剂为二甲亚砜。