CN106889058B - 一种细胞冻干系统和方法 - Google Patents
一种细胞冻干系统和方法 Download PDFInfo
- Publication number
- CN106889058B CN106889058B CN201710090552.XA CN201710090552A CN106889058B CN 106889058 B CN106889058 B CN 106889058B CN 201710090552 A CN201710090552 A CN 201710090552A CN 106889058 B CN106889058 B CN 106889058B
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- freeze
- work box
- drying
- drying work
- nitrogen
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Active
Links
- 238000004108 freeze drying Methods 0.000 title claims abstract description 228
- 238000000034 method Methods 0.000 title claims abstract description 35
- IJGRMHOSHXDMSA-UHFFFAOYSA-N Atomic nitrogen Chemical compound N#N IJGRMHOSHXDMSA-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 428
- 229910052757 nitrogen Inorganic materials 0.000 claims abstract description 214
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 claims abstract description 104
- 239000007788 liquid Substances 0.000 claims abstract description 73
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Substances O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 59
- 230000007246 mechanism Effects 0.000 claims abstract description 26
- 230000008569 process Effects 0.000 claims abstract description 23
- 239000007789 gas Substances 0.000 claims description 30
- 238000007710 freezing Methods 0.000 claims description 5
- 230000008014 freezing Effects 0.000 claims description 5
- 238000001816 cooling Methods 0.000 claims description 4
- 238000004260 weight control Methods 0.000 claims description 3
- 230000006378 damage Effects 0.000 abstract description 12
- 239000000523 sample Substances 0.000 description 123
- 238000004821 distillation Methods 0.000 description 20
- 230000002045 lasting effect Effects 0.000 description 7
- 230000018044 dehydration Effects 0.000 description 6
- 238000006297 dehydration reaction Methods 0.000 description 6
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 6
- 230000009286 beneficial effect Effects 0.000 description 5
- 238000005265 energy consumption Methods 0.000 description 5
- 238000003912 environmental pollution Methods 0.000 description 5
- 239000007787 solid Substances 0.000 description 5
- 239000003223 protective agent Substances 0.000 description 4
- 230000005779 cell damage Effects 0.000 description 3
- 230000006872 improvement Effects 0.000 description 3
- 238000013021 overheating Methods 0.000 description 3
- 239000003814 drug Substances 0.000 description 2
- 235000013399 edible fruits Nutrition 0.000 description 2
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 2
- 238000009413 insulation Methods 0.000 description 2
- 235000015110 jellies Nutrition 0.000 description 2
- 239000008274 jelly Substances 0.000 description 2
- 239000007769 metal material Substances 0.000 description 2
- 230000004048 modification Effects 0.000 description 2
- 238000012986 modification Methods 0.000 description 2
- 238000004321 preservation Methods 0.000 description 2
- 238000001712 DNA sequencing Methods 0.000 description 1
- 230000009471 action Effects 0.000 description 1
- 208000037887 cell injury Diseases 0.000 description 1
- 230000033077 cellular process Effects 0.000 description 1
- 201000010099 disease Diseases 0.000 description 1
- 208000037265 diseases, disorders, signs and symptoms Diseases 0.000 description 1
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 1
- 238000001704 evaporation Methods 0.000 description 1
- 230000008020 evaporation Effects 0.000 description 1
- 239000012520 frozen sample Substances 0.000 description 1
- 238000002309 gasification Methods 0.000 description 1
- 238000010362 genome editing Methods 0.000 description 1
- 230000036541 health Effects 0.000 description 1
- 230000003834 intracellular effect Effects 0.000 description 1
- 239000010687 lubricating oil Substances 0.000 description 1
- 239000002184 metal Substances 0.000 description 1
- 210000000056 organ Anatomy 0.000 description 1
- 238000002360 preparation method Methods 0.000 description 1
- 230000000192 social effect Effects 0.000 description 1
- 238000010257 thawing Methods 0.000 description 1
- 238000009777 vacuum freeze-drying Methods 0.000 description 1
Classifications
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F26—DRYING
- F26B—DRYING SOLID MATERIALS OR OBJECTS BY REMOVING LIQUID THEREFROM
- F26B5/00—Drying solid materials or objects by processes not involving the application of heat
- F26B5/04—Drying solid materials or objects by processes not involving the application of heat by evaporation or sublimation of moisture under reduced pressure, e.g. in a vacuum
- F26B5/06—Drying solid materials or objects by processes not involving the application of heat by evaporation or sublimation of moisture under reduced pressure, e.g. in a vacuum the process involving freezing
-
- A—HUMAN NECESSITIES
- A01—AGRICULTURE; FORESTRY; ANIMAL HUSBANDRY; HUNTING; TRAPPING; FISHING
- A01N—PRESERVATION OF BODIES OF HUMANS OR ANIMALS OR PLANTS OR PARTS THEREOF; BIOCIDES, e.g. AS DISINFECTANTS, AS PESTICIDES OR AS HERBICIDES; PEST REPELLANTS OR ATTRACTANTS; PLANT GROWTH REGULATORS
- A01N1/00—Preservation of bodies of humans or animals, or parts thereof
- A01N1/02—Preservation of living parts
- A01N1/0278—Physical preservation processes
- A01N1/0284—Temperature processes, i.e. using a designated change in temperature over time
-
- A—HUMAN NECESSITIES
- A01—AGRICULTURE; FORESTRY; ANIMAL HUSBANDRY; HUNTING; TRAPPING; FISHING
- A01N—PRESERVATION OF BODIES OF HUMANS OR ANIMALS OR PLANTS OR PARTS THEREOF; BIOCIDES, e.g. AS DISINFECTANTS, AS PESTICIDES OR AS HERBICIDES; PEST REPELLANTS OR ATTRACTANTS; PLANT GROWTH REGULATORS
- A01N1/00—Preservation of bodies of humans or animals, or parts thereof
- A01N1/02—Preservation of living parts
- A01N1/0236—Mechanical aspects
- A01N1/0242—Apparatuses, i.e. devices used in the process of preservation of living parts, such as pumps, refrigeration devices or any other devices featuring moving parts and/or temperature controlling components
- A01N1/0252—Temperature controlling refrigerating apparatus, i.e. devices used to actively control the temperature of a designated internal volume, e.g. refrigerators, freeze-drying apparatus or liquid nitrogen baths
- A01N1/0257—Stationary or portable vessels generating cryogenic temperatures
-
- A—HUMAN NECESSITIES
- A01—AGRICULTURE; FORESTRY; ANIMAL HUSBANDRY; HUNTING; TRAPPING; FISHING
- A01N—PRESERVATION OF BODIES OF HUMANS OR ANIMALS OR PLANTS OR PARTS THEREOF; BIOCIDES, e.g. AS DISINFECTANTS, AS PESTICIDES OR AS HERBICIDES; PEST REPELLANTS OR ATTRACTANTS; PLANT GROWTH REGULATORS
- A01N1/00—Preservation of bodies of humans or animals, or parts thereof
- A01N1/02—Preservation of living parts
- A01N1/0236—Mechanical aspects
- A01N1/0263—Non-refrigerated containers specially adapted for transporting or storing living parts whilst preserving, e.g. cool boxes, blood bags or "straws" for cryopreservation
- A01N1/0268—Carriers for immersion in cryogenic fluid, both for slow-freezing and vitrification, e.g. open or closed "straws" for embryos, oocytes or semen
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C12—BIOCHEMISTRY; BEER; SPIRITS; WINE; VINEGAR; MICROBIOLOGY; ENZYMOLOGY; MUTATION OR GENETIC ENGINEERING
- C12M—APPARATUS FOR ENZYMOLOGY OR MICROBIOLOGY; APPARATUS FOR CULTURING MICROORGANISMS FOR PRODUCING BIOMASS, FOR GROWING CELLS OR FOR OBTAINING FERMENTATION OR METABOLIC PRODUCTS, i.e. BIOREACTORS OR FERMENTERS
- C12M3/00—Tissue, human, animal or plant cell, or virus culture apparatus
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F26—DRYING
- F26B—DRYING SOLID MATERIALS OR OBJECTS BY REMOVING LIQUID THEREFROM
- F26B21/00—Arrangements or duct systems, e.g. in combination with pallet boxes, for supplying and controlling air or gases for drying solid materials or objects
- F26B21/14—Arrangements or duct systems, e.g. in combination with pallet boxes, for supplying and controlling air or gases for drying solid materials or objects using gases or vapours other than air or steam, e.g. inert gases
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F26—DRYING
- F26B—DRYING SOLID MATERIALS OR OBJECTS BY REMOVING LIQUID THEREFROM
- F26B23/00—Heating arrangements
- F26B23/10—Heating arrangements using tubes or passages containing heated fluids, e.g. acting as radiative elements; Closed-loop systems
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F26—DRYING
- F26B—DRYING SOLID MATERIALS OR OBJECTS BY REMOVING LIQUID THEREFROM
- F26B25/00—Details of general application not covered by group F26B21/00 or F26B23/00
- F26B25/06—Chambers, containers, or receptacles
- F26B25/08—Parts thereof
- F26B25/12—Walls or sides; Doors
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
- Health & Medical Sciences (AREA)
- Wood Science & Technology (AREA)
- Zoology (AREA)
- General Health & Medical Sciences (AREA)
- Mechanical Engineering (AREA)
- Dentistry (AREA)
- Environmental Sciences (AREA)
- General Engineering & Computer Science (AREA)
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Hematology (AREA)
- Physics & Mathematics (AREA)
- Thermal Sciences (AREA)
- Organic Chemistry (AREA)
- Bioinformatics & Cheminformatics (AREA)
- Sustainable Development (AREA)
- Biomedical Technology (AREA)
- Virology (AREA)
- Cell Biology (AREA)
- Combustion & Propulsion (AREA)
- Biotechnology (AREA)
- Microbiology (AREA)
- Biochemistry (AREA)
- Genetics & Genomics (AREA)
- Molecular Biology (AREA)
- Drying Of Solid Materials (AREA)
- Micro-Organisms Or Cultivation Processes Thereof (AREA)
- Agricultural Chemicals And Associated Chemicals (AREA)
- Apparatus Associated With Microorganisms And Enzymes (AREA)
Abstract
本发明公开了一种细胞冻干系统，包括：加温氮气供给机构、冻干工作箱和排气机构，所述加温氮气供给机构、所述冻干工作箱和所述排气机构之间依次通过第一连接管连接；所述加温氮气供给机构将加热后的气态氮供给至所述冻干工作箱；所述冻干工作箱在放入经过液氮冷冻后的细胞样品后按照预设模式升温同时持续通入加热后的气态氮，使细胞样品的固态水升华为气态水；所述冻干工作箱已预先调整至适宜经过液氮冷冻后的细胞样品放入的温度；所述排气机构用于排出包含由细胞样品的固态水升华而得的气态水的气态氮。本发明还对应公开一种细胞冻干方法。本发明能有效解决细胞冻干损伤和污染的问题，实现细胞冻干的安全、高效和低成本。
Description
技术领域
本发明涉及细胞保存技术领域，尤其涉及一种细胞冻干系统和方法。
背景技术
常用的细胞脱水方法为真空冻干法，该方法依赖真空冻干装置实现局限空间内气态水分压的控制和升华能源输入，完成细胞冻干。这一方法获得的冻干细胞存在明显的微结构破坏，复苏率偏低。冻干损伤的具体原理不明确，主要的影响因素可能是冻干过程中细胞内部应力作用。目前常用的工业设备条件下，难以低成本获得低于-90℃的可控温度环境，用于细胞冻干的人工环境起始工作温度一般不低于-90℃，而细胞冷冻常用液氮作为工作介质，二者存在巨大的温度差异，这可能是导致细胞冻干损伤的重要原因。
目前，细胞实验室常用的冻干设备还存在严重的污染问题。由于该设备需要真空泵连续运转超过24小时，以控制工作空间的气态水分压、维持负压状态，真空泵连续运转，不能避免滑油的蒸发消耗，也很难控制严重的振动与噪音，因此，该设备与细胞实验室存在匹配不良的问题，不能室内运行，也难以与细胞冻融设备进行工序连接。
细胞是复杂生命体基本的功能单元，人类健康与疾病的定义对象最终都指向细胞。人类医学从以器官、系统、组织为考察和干预对象开始，现在已经快速转向到细胞方法，包括基因编辑、高通量DNA测序、人工修饰的免疫细胞方法，等等。这些方法可以称为临床细胞方法，更高效率更低成本的临床医学方法体系正在快速建立。细胞医学时代，安全、低成本保存细胞，具有重大的社会意义和经济意义。建立安全、高效、低成本的细胞冻干方法和设备，是细胞医学和细胞工业的基础之一。
发明内容
本发明实施例的目的是提供一种细胞冻干系统和方法，能有效解决细胞冻干损伤和污染的问题，同时实现安全、高效、低成本。
为实现上述目的，本发明实施例提供了一种细胞冻干系统，包括：
加温氮气供给机构、冻干工作箱和排气机构，所述加温氮气供给机构、所述冻干工作箱和所述排气机构之间依次通过第一连接管连接；其中，所述加温氮气供给机构将加热后的气态氮供给至所述冻干工作箱；所述冻干工作箱在放入细胞样品后按照预设模式升温同时持续通入加热后的所述气态氮，以对所述细胞样品进行冻干处理，使所述细胞样品的固态水升华为气态水至所述气态氮中，其中，所述细胞样品为经过液氮冷冻后的细胞样品，所述冻干工作箱已预先调整至适宜所述经过液氮冷冻后的细胞样品放入的温度；所述排气机构用于排出包含由所述细胞样品的固态水升华而得的气态水的气态氮。
与现有技术相比，本发明公开的一种细胞冻干系统通过设置加温氮气供给机构、冻干工作箱和排气机构，由加热氮气供给机构提供加热后的氮气至冻干工作箱，由冻干工作箱已预先预冷的情况下在放入细胞样品后，按照预设模式升温同时持续通入加热后的所述气态氮，对所述细胞样品进行冻干处理，以干燥洁净气态氮作为升华干燥的热介质与惰性保护剂，以液氮温度为升华起点温度，使所述细胞样品的固态水升华为气态水，然后通过排气机构排出包含由所述细胞样品的固态水升华而得的气态水的气态氮的技术方案，冻干工作箱已预先调整至适宜所述经过液氮冷冻后的细胞样品放入的温度，由于细胞样品放入时冻干工作箱已预先调整至适宜温度，解决了由于放入的初始温差过大而导致的细胞损伤问题，采用氮作为升华介质，通过持续升温提供升华能量，能够在常压状态下完成细胞样品的升华脱水，而且氮工业价格，对环境污染小耗能少，获得了安全、高效、低成本的有益效果。
进一步的，所述冻干工作箱包括:
样品进出装置，用于将所述细胞样品放入冻干工作箱内或将所述冻干处理完成的细胞样品从所述冻干工作箱取出；
加热盘，使所述冻干工作箱按照预设模式升温。
进一步的，所述加温氮气供给机构包括：
液氮储箱，用于储存液态氮；
气体发生装置，用于将所述液态氮转化为所述气态氮；
气体加温装置，用于加热所述气态氮，并将加热后的所述气态氮供给至所述冻干工作箱；
所述液氮储箱、所述气体发生装置和所述气体加温装置依次通过第二连接管连接，所述气体加温装置通过所述第一连接管与所述冻干工作箱连接。
进一步的，所述冻干工作箱还包括容积调节器；所述容积调节器用于调节所述冻干工作箱的容量。
进一步的，所述细胞冻干系统还包括中央控制器和流量传感器；所述流量传感器设置于所述冻干工作箱通入加热后的所述气态氮的入口处，所述流量传感器用于获取所通入的加热后的所述气态氮的流量，所述中央控制器用于根据所述冻干工作箱的容量和所述流量传感器获取的所述气态氮的流量控制所述气体发生装置的功率、所述气体加温装置的功率和所述加热盘的热功率按照预设模式上升。
进一步的，所述样品进出装置还用于获取放入的将所述细胞样品的重量；
所述中央控制器还用于根据所述样品进出装置获取的所述细胞样品的重量控制所述容积调节器调整所述冻干工作箱的容量。
进一步的，所述排气机构还包括加热装置；所述加热装置用于通过调整所述排气机构的温度来控制所述排气机构排出所述气态氮的速率。
相应的，本发明实施例还提供一种细胞冻干方法，包括：
将细胞样品放入冻干工作箱中；其中，所述细胞样品为经过液氮冷冻后的细胞样品，所述冻干工作箱已预先调整至适宜所述经过液氮冷冻后的细胞样品放入的温度；
启动所述冻干工作箱的冻干工序，包括使所述冻干工作箱按照预设模式进行升温，并持续将加热后的气态氮通入所述冻干工作箱，使所述细胞样品包含的固态水升华为气态水至所述气态氮中，同时不断排出包含由所述细胞样品的固态水升华而得的气态水的所述气态氮；
当达到预设冻干停止条件时，结束所述冻干工作箱的冻干工序，并将所述细胞样品从所述冻干工作箱取出。
与现有技术相比，本发明公开的一种细胞冻干方法通过将经过液氮冷冻后的细胞样品放入冻干工作箱中，然后启动冻干工作箱的冻干工序，包括使冻干工作箱按照预设模式进行升温，并持续将加热后的气态氮通入冻干工作箱，使细胞样品包含的固态水升华为气态水，同时不断排出包含由细胞样品的固态水升华而得的气态水的气态氮；当达到预设冻干停止条件时，结束冻干工作箱的冻干工序，并将细胞样品从冻干工作箱取出的技术方案，由于细胞样品放入时冻干工作箱已预先调整至适宜温度，解决了由于放入的初始温差过大而导致的细胞损伤问题，采用氮作为升华介质，通过持续升温提供升华能量，能够在常压状态下完成细胞样品的升华脱水，而且氮工业价格，对环境污染小耗能少，获得了安全、高效、低成本的有益效果。
进一步的，所述持续将加热后的气态氮通入所述冻干工作箱具体包括：
将液态氮转化为所述气态氮，从而获取所述气态氮；
对所述气态氮进行加热；
将经过加热的所述气态氮通入所述冻干工作箱。
进一步的，所述将细胞样品放入冻干工作箱中具体包括：
将细胞样品放入预冷后的所述冻干工作箱，并获取所述细胞样品的重量，根据所述细胞样品的重量调整所述冻干工作箱的容量；
所述使所述冻干工作箱按照预设模式进行升温具体包括：
获取通入所述冻干工作箱的所述气态氮的流量，并根据所述冻干工作箱的容量和通入所述冻干工作箱的所述气态氮的流量，控制所述冻干工作箱按照预设模式进行升温。
附图说明
图1是本发明实施例1提供的一种细胞冻干系统的结构示意图；
图2是本发明实施例2提供的一种细胞冻干系统的结构示意图；
图3是本发明实施例3提供的一种细胞冻干方法的流程示意图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
参见图1，是本发明实施1提供的一种细胞冻干系统的结构示意图，本发明实施例包括：
加温氮气供给机构1、冻干工作箱2和排气机构3，其中，加温氮气供给机构1、冻干工作箱2和排气机构3之间依次通过第一连接管连接，具体的：
加温氮气供给机构1将加热后的气态氮供给至冻干工作箱2；
冻干工作箱2在放入细胞样品后按照预设模式升温同时持续通入加热后的气态氮，以对细胞样品进行冻干处理，使细胞样品的固态水升华为气态水至气态氮中，其中，细胞样品为经过液氮冷冻后的细胞样品，冻干工作箱2已预先调整至适宜经过液氮冷冻后的细胞样品放入的温度。
通常，现有设备的冻干起点温度一般高于-90℃，而细胞冷冻常用液氮作为工作介质，二者存在巨大的温度差异，容易导致细胞冻干损伤；本发明所指的适宜经过液氮冷冻后的细胞样品放入的温度为不会对经过液氮冷冻后的细胞样品造成结构损伤的温度，理想的适宜温度为-186℃。实际冻干工作箱2的温度往往稍高于-186℃，但是由于细胞样品在进入冻干工作箱2时是在液氮保护下，样品温度从液氮温度升高到箱内温度前，冻干已经启动了，即冻干开始时细胞样品还是在液氮保护下，可以认为就是从液氮温度冻干，以液氮温度为升华起点温度。
排气机构3用于排出包含由细胞样品的固态水升华而得的气态水的气态氮。
本发明实施例的冻干系统基于使用干燥洁净气态氮作为升华干燥的热介质与惰性保护剂，以液氮温度为升华起点温度，常压状态下完成细胞样品升华脱水的原理实现细胞样品的冻干处理。具体的，在冻干工作箱中通入氮气，在氮气为纯净的情况下，可以认为此时冻干工作箱氮气环境中不含水，或者认为此时冻干工作箱内达到升华水分压的平衡态；在温度升高后，打破了氮气的平衡态，从而启动细胞样品中的固态水的升华，持续的加温可实现持续的升华至细胞完全脱水。
本实施例所选用的第一连接管均为绝热连接管，在第一连接管中均设有单向气密阀，以保证气体流通的单向性，从而保证冻干处理的正常进行。
具体实施时，首先启动冻干工作箱2开始进行预冷，以及启动加温氮气供给机构1和排气机构3，使冻干工作箱2的温度达到适宜经过液氮冷冻后的细胞样品放入的温度，如-186℃；然后在冻干工作箱2中放入细胞样品；冻干工作箱2在放入细胞样品后按照预设模式升温同时持续通入加热后的气态氮，以对细胞样品进行冻干处理，使细胞样品的固态水升华为气态水至气态氮中，在达到预设冻干停止条件时，将细胞样品从冻干工作箱2取出，完成了对细胞样品的冻干处理。
与现有技术相比，本发明实施例解决了现有冻干技术对细胞结构的破坏问题，采用氮作为介质进行升华耗能少，而且氮的工业价格低，对环境污染小，获得了安全、高效、低成本的有益效果。
参见图2，是本发明实施2提供的一种细胞冻干系统的结构示意图，本发明实施例包括：
加温氮气供给机构1、冻干工作箱2和排气机构3，其中，加温氮气供给机构1、冻干工作箱2和排气机构3之间依次通过第一连接管连接，具体的：
加温氮气供给机构1将加热后的气态氮供给至冻干工作箱2；
冻干工作箱2在放入细胞样品后按照预设模式升温同时持续通入加热后的气态氮，以对细胞样品进行冻干处理，使细胞样品的固态水升华为气态水至气态氮中，其中，细胞样品为经过液氮冷冻后的细胞样品，冻干工作箱2已预先调整至适宜经过液氮冷冻后的细胞样品放入的温度。
通常，现有设备的冻干起点温度一般高于-90℃，而细胞冷冻常用液氮作为工作介质，二者存在巨大的温度差异，容易导致细胞冻干损伤；本发明所指的适宜经过液氮冷冻后的细胞样品放入的温度为不会对经过液氮冷冻后的细胞样品造成结构损伤的温度，理想的适宜温度为-186℃。实际冻干工作箱2的温度往往稍高于-186℃，但是由于细胞样品在进入冻干工作箱2时是在液氮保护下，样品温度从液氮温度升高到箱内温度前，冻干已经启动了，即冻干开始时细胞样品还是在液氮保护下，可以认为就是从液氮温度冻干，以液氮温度为升华起点温度。
排气机构3用于排出包含由细胞样品的固态水升华而得的气态水的气态氮。
本发明实施例的冻干系统基于使用干燥洁净气态氮作为升华干燥的热介质与惰性保护剂，以液氮温度为升华起点温度，常压状态下完成细胞样品升华脱水的原理实现细胞样品的冻干处理。具体的，在冻干工作箱中通入氮气，在氮气为纯净的情况下，可以认为此时冻干工作箱氮气环境中不含水，或者认为此时冻干工作箱内达到升华水分压的平衡态；在温度升高后，打破了氮气的平衡态，从而启动细胞样品中的固态水的升华，持续的加温可实现持续的升华至细胞完全脱水。
优选的，冻干工作箱2包括:
样品进出装置21，用于将细胞样品放入冻干工作箱2内或将冻干处理完成的细胞样品从冻干工作箱2取出。
加热盘22，使冻干工作箱2按照预设模式升温；另外，如图1所示，加热盘22还可以作为承载器来放置放入冻干工作箱2的细胞样品，通过样品进出装置21放入细胞样品并将细胞样品传送至加热盘22，本实施例的加热盘22优选采用金属加热盘，由于金属材料热容量较氮气大，采用金属材料的加热盘22可以作为冻干工作箱2内的温度控制的缓冲器，不仅能减少氮气用量，且易于控制冻干工作箱2内温度。
另外，冻干工作箱2还优选包括容积调节器23；容积调节器23用于调节冻干工作箱2的容量。
优选的，加温氮气供给机构1包括：
液氮储箱11，用于储存液态氮；优选，采用安装有液氮液面位置传感器的液氮储箱11，用于获知液氮储箱11的液氮储量或液氮用量。
气体发生装置12，用于将液态氮转化为气态氮；
气体加温装置13，用于加热气态氮，并将加热后的气态氮供给至冻干工作箱；
液氮储箱11、气体发生装置12和气体加温装置13依次通过第二连接管连接，气体加温装置13通过第一连接管与冻干工作箱2连接。
为实现自动化和智能化，本实施例还包括中央控制器4和流量传感器5；流量传感器5设置于冻干工作箱2通入加热后的气态氮的入口处，流量传感器5用于获取所通入的加热后的气态氮的流量；中央控制器用于根据冻干工作箱2的容量和流量传感器5获取的气态氮的流量控制气体发生装置12的功率、气体加温装置13的功率和加热盘22的热功率按照预设模式上升。
进一步的，样品进出装置21还用于获取放入的将细胞样品的重量；中央控制器4还用于根据样品进出装置21获取的细胞样品的重量控制容积调节器23调整冻干工作箱2的容量。
进一步的，排气机构3还包括加热装置31；加热装置31用于通过调整排气机构3的温度来控制排气机构31排出气态氮的速率。优选的，加热装置31可以通过中央控制器4进行控制。
本实施例所选用的第一连接管和第二连接管均为绝热连接管，在第一连接管和第二连接管中均设有单向气密阀，以保证气体流通的单向性，从而保证冻干处理的正常进行。
另外，优选在气体加热装置13设置第一温度传感器61，冻干工作箱2通入气态氮的入口处设置第二温度传感器62，加热盘22设置第三温度传感器63，以及加热装置31设置第四温度传感器64，以便中央控制器4获取气体加热装置13、冻干工作箱2通入气态氮的入口处、加热盘22和加热装置31各处的温度值。
具体实施时，首先启动中央控制器4，中央控制器4获取气体加热装置13、冻干工作箱2通入气态氮的入口处、加热盘22和加热装置31各处的温度值；然后启动冻干工作箱2开始进行预冷，以及启动加温氮气供给机构1和排气机构3，此处启动加温氮气供给机构1的气体发生装置，使冻干工作箱2的温度达到适宜经过液氮冷冻后的细胞样品放入的温度，如-186℃；然后通过样品进出装置21放入细胞样品，获取细胞样品的重量，并将细胞样品传送至加热盘22；接着，中央控制器4依据细胞样品的重量通过控制容积调节器23调整冻干工作箱2的容量，同时，中央控制器4依据调整后的冻干工作箱2的容量与流量传感器5的读数调整气体发生装置12的功率、气体加温装置13的功率和加热盘22的热功率按照预设模式上升，以使冻干工作箱按照预设模式升温同时持续通入加热后的气态氮，以启动对细胞样品进行冻干处理；在达到预设冻干停止条件时，通过样品进出装置21将细胞样品从冻干工作箱2取出，完成了对细胞样品的冻干处理。
本实施例中所提及的中央控制器4对冻干工作箱2的温度模式的调节和对容量的调节的实施方式、加温氮气供给机构1如何获取加热后的气态氮的实施方式，排气机构3如何实现排气的实施方式为优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，替换上述实施方式而实现本发明的技术效果的改进方案也视为本发明的保护范围。
与现有技术相比，本发明实施例解决了由于放入的初始温差过大而导致的细胞损伤问题，采用氮作为升华介质，通过持续升温提供升华能量，能够在常压状态下完成细胞样品的升华脱水，而且氮工业价格，对环境污染小耗能少，获得了安全、高效、低成本的有益效果；同时本实施例的冻干系统为完全可控的冻干环境，只需通过合理设置程序即可保证工作效率。
相应的，参见图3，图3是本发明实施例3提供的一种细胞冻干方法的流程示意图，具体包括：
S1、将细胞样品放入冻干工作箱中；其中，细胞样品为经过液氮冷冻后的细胞样品，冻干工作箱已预先调整至适宜经过液氮冷冻后的细胞样品放入的温度；
S2、启动冻干工作箱的冻干工序，包括使冻干工作箱按照预设模式进行升温，并持续将加热后的气态氮通入冻干工作箱，使细胞样品包含的固态水升华为气态水，同时不断排出包含由细胞样品的固态水升华而得的气态水的气态氮；
S3、当达到预设冻干停止条件时，结束冻干工作箱的冻干工序，并将细胞样品从冻干工作箱取出。
本发明实施例的冻干系统基于使用干燥洁净气态氮作为升华干燥的热介质与惰性保护剂，以液氮温度为升华起点温度，常压状态下完成细胞样品升华脱水的原理实现细胞样品的冻干处理。具体的，在冻干工作箱中通入氮气，在氮气为纯净的情况下，可以认为此时冻干工作箱的氮气环境中不含水，或者认为此时冻干工作箱内达到升华水分压的平衡态；在温度升高后，打破了氮气的平衡态，从而启动细胞样品中的固态水的升华，持续的加温可实现持续的升华至细胞完全脱水。
通常，现有的冻干起点温度一般高于-90℃，而细胞冷冻常用液氮作为工作介质，二者存在巨大的温度差异，容易导致细胞冻干损伤；本发明所指的适宜经过液氮冷冻后的细胞样品放入的温度为不会对经过液氮冷冻后的细胞样品造成结构损伤的温度，理想的适宜温度为-186℃。实际冻干工作箱的预冷的温度往往稍高于-186℃，但是由于细胞样品在进入冻干工作箱时是在液氮保护下，样品温度从液氮温度升高到箱内温度前，冻干已经启动了，即冻干开始时细胞样品还是在液氮保护下，可以认为就是从液氮温度冻干，以液氮温度为升华起点温度。
由液氮直接气化所获得氮气的纯度较高，步骤S2冻干工序中的持续将加热后的气态氮通入冻干工作箱优选为：首先将液态氮转化为气态氮，从而获取气态氮；然后对气态氮进行加热；最后将经过加热的气态氮通入冻干工作箱。此处为优选实施方式，由于如何获取氮气以及对氮气加热均可通过现有技术获得，基于本发明原理转换其他实施方式来获取加热后的氮气的实施方式也视为本发明的保护范围。
另外，为保证冻干工作箱启动冻干工序时按照预设模式进行升温，优选对通入气态氮也按照预设模式进行升温，使通入冻干工作箱的气态氮的温度能够基本与冻干工作箱温度保持一致，为细胞样品中的固态水的升华持续提供能量。
步骤S2冻干工序中的排出包含由细胞样品的固态水升华而得的气态水的气态氮可以优选采用加热的方式，强制使包含由细胞样品的固态水升华而得的气态水的气态氮能够排出，提高排气效率。
步骤S3中将细胞样品放入冻干工作箱中具体包括：
将细胞样品放入预冷后的冻干工作箱，并获取细胞样品的重量，根据细胞样品的重量调整冻干工作箱的容量；
对应的，步骤S2中使冻干工作箱按照预设模式进行升温具体包括：
获取通入冻干工作箱的气态氮的流量，并根据冻干工作箱的容量和通入冻干工作箱的气态氮的流量，控制冻干工作箱按照预设模式进行升温。
具体实施时，首先将经过液氮冷冻后的细胞样品放入冻干工作箱中，冻干工作箱已预先调整至适宜经过液氮冷冻后的细胞样品放入的温度；然后启动冻干工作箱的冻干工序，包括使冻干工作箱按照预设模式进行升温，并持续将加热后的气态氮通入冻干工作箱，使细胞样品包含的固态水升华为气态水，同时不断排出包含由细胞样品的固态水升华而得的气态水的气态氮；当达到预设冻干停止条件时，结束冻干工作箱的冻干工序，并将细胞样品从冻干工作箱取出。
与现有技术相比，本发明实施例解决了现有冻干技术对细胞结构的破坏问题，采用氮作为介质进行升华，耗能少，而且氮的工业价格低，对环境污染小，获得了安全、高效、低成本的有益效果。
以上所述是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也视为本发明的保护范围。
Claims (10)
1.一种细胞冻干系统，其特征在于，包括：加温氮气供给机构、冻干工作箱和排气机构，所述加温氮气供给机构、所述冻干工作箱和所述排气机构之间依次通过第一连接管连接；其中，所述加温氮气供给机构将加热后的气态氮供给至所述冻干工作箱；所述冻干工作箱在放入细胞样品后按照预设模式升温同时持续通入加热后的所述气态氮，以对所述细胞样品进行冻干处理，使所述细胞样品的固态水升华为气态水，其中，所述细胞样品为经过液氮冷冻后的细胞样品，所述冻干工作箱已预先调整至适宜所述经过液氮冷冻后的细胞样品放入的温度；所述排气机构用于排出包含由所述细胞样品的固态水升华而得的气态水的气态氮。
2.如权利要求1所述的一种细胞冻干系统，其特征在于，所述冻干工作箱包括:
样品进出装置，用于将所述细胞样品放入冻干工作箱内或将所述冻干处理完成的细胞样品从所述冻干工作箱取出；
加热盘，使所述冻干工作箱按照预设模式升温。
3.如权利要求1所述的一种细胞冻干系统，其特征在于，所述加温氮气供给机构包括：
液氮储箱，用于储存液态氮；
气体发生装置，用于将所述液态氮转化为所述气态氮；
气体加温装置，用于加热所述气态氮，并将加热后的所述气态氮供给至所述冻干工作箱；
所述液氮储箱、所述气体发生装置和所述气体加温装置依次通过第二连接管连接，所述气体加温装置通过所述第一连接管与所述冻干工作箱连接。
4.如权利要求2所述的一种细胞冻干系统，其特征在于，所述冻干工作箱还包括容积调节器；所述容积调节器用于调节所述冻干工作箱的容量。
5.如权利要求4所述的一种细胞冻干系统，其特征在于，所述细胞冻干系统还包括中央控制器、流量传感器；所述流量传感器设置于所述冻干工作箱通入加热后的所述气态氮的入口处；所述流量传感器用于获取所通入的加热后的所述气态氮的流量；所述中央控制器用于根据所述冻干工作箱的容量和所述流量传感器获取的所述气态氮的流量控制所述气体发生装置的功率、所述气体加温装置的功率和所述加热盘的热功率按照预设模式上升。
6.如权利要求5所述的一种细胞冻干系统，其特征在于，所述样品进出装置还用于获取放入的将所述细胞样品的重量；
所述中央控制器还用于根据所述样品进出装置获取的所述细胞样品的重量控制所述容积调节器调整所述冻干工作箱的容量。
7.如权利要求5所述的一种细胞冻干系统，其特征在于，所述排气机构还包括加热装置；所述加热装置用于通过调整所述排气机构的温度来控制所述排气机构排出所述气态氮的速率。
8.一种细胞冻干方法，其特征在于，包括：
将细胞样品放入冻干工作箱中；其中，所述细胞样品为经过液氮冷冻后的细胞样品，所述冻干工作箱已预先调整至适宜所述经过液氮冷冻后的细胞样品放入的温度；
启动所述冻干工作箱的冻干工序，包括使所述冻干工作箱按照预设模式进行升温，并持续将加热后的气态氮通入所述冻干工作箱，使所述细胞样品包含的固态水升华为气态水至所述气态氮中，同时不断排出包含由所述细胞样品的固态水升华而得的气态水的所述气态氮；
当达到预设冻干停止条件时，结束所述冻干工作箱的冻干工序，并将所述细胞样品从所述冻干工作箱取出。
9.如权利要求8所述的一种细胞冻干方法，其特征在于，所述持续将加热后的气态氮通入所述冻干工作箱具体包括：
将液态氮转化为所述气态氮，从而获取所述气态氮；
对所述气态氮进行加热；
将经过加热的所述气态氮通入所述冻干工作箱。
10.如权利要求9所述的一种细胞冻干方法，其特征在于，所述将细胞样品放入冻干工作箱中具体包括：
将细胞样品放入预冷后的所述冻干工作箱，并获取所述细胞样品的重量，根据所述细胞样品的重量调整所述冻干工作箱的容量；
所述使所述冻干工作箱按照预设模式进行升温具体包括：
获取通入所述冻干工作箱的所述气态氮的流量，并根据所述冻干工作箱的容量和通入所述冻干工作箱的所述气态氮的流量，控制所述冻干工作箱按照预设模式进行升温。
Priority Applications (6)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN201710090552.XA CN106889058B (zh) | 2017-02-20 | 2017-02-20 | 一种细胞冻干系统和方法 |
| PCT/CN2017/074762 WO2018148982A1 (zh) | 2017-02-20 | 2017-02-24 | 一种细胞冻干系统和方法 |
| RU2019128542A RU2734536C1 (ru) | 2017-02-20 | 2017-02-24 | Система и способ лиофилизации клеток |
| JP2019565599A JP6883672B2 (ja) | 2017-02-20 | 2017-02-24 | 細胞凍結乾燥システム及び方法 |
| EP17896492.0A EP3583847B1 (en) | 2017-02-20 | 2017-02-24 | Cell freeze-drying system and method |
| US16/487,154 US11399537B2 (en) | 2017-02-20 | 2017-02-24 | Cell freeze-drying system and method |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN201710090552.XA CN106889058B (zh) | 2017-02-20 | 2017-02-20 | 一种细胞冻干系统和方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN106889058A CN106889058A (zh) | 2017-06-27 |
| CN106889058B true CN106889058B (zh) | 2019-07-19 |
Family
ID=59184839
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CN201710090552.XA Active CN106889058B (zh) | 2017-02-20 | 2017-02-20 | 一种细胞冻干系统和方法 |
Country Status (6)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US11399537B2 (zh) |
| EP (1) | EP3583847B1 (zh) |
| JP (1) | JP6883672B2 (zh) |
| CN (1) | CN106889058B (zh) |
| RU (1) | RU2734536C1 (zh) |
| WO (1) | WO2018148982A1 (zh) |
Families Citing this family (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN106889058B (zh) * | 2017-02-20 | 2019-07-19 | 徐小杨 | 一种细胞冻干系统和方法 |
| GB2569805B (en) * | 2017-12-22 | 2023-03-08 | Asymptote Ltd | Method and system relating to cooling conditions for a biological sample |
| WO2021158759A2 (en) | 2020-02-04 | 2021-08-12 | Regeneron Pharmaceuticals, Inc. | Target residual moisture content for lyophilized drug product |
| CN111998616A (zh) * | 2020-07-16 | 2020-11-27 | 广州蓝日生物科技有限公司 | 一种升华脱水装置 |
| CN113865276B (zh) * | 2021-10-08 | 2022-10-21 | 北京理工大学珠海学院 | 一种角质细胞生长因子干燥装置 |
Family Cites Families (25)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US2411152A (en) * | 1941-05-02 | 1946-11-19 | Theodore R Folsom | Method for freezing and drying liquids and semisolids |
| US3313032A (en) * | 1966-07-28 | 1967-04-11 | George J Malecki | Freeze-drying process and apparatus |
| JPS59115020A (ja) * | 1982-12-21 | 1984-07-03 | 松下電器産業株式会社 | 乾燥器 |
| JPH07227581A (ja) * | 1993-04-07 | 1995-08-29 | Marusan Shokai:Kk | 真空洗浄・乾燥方法及び装置 |
| AU680727B2 (en) * | 1994-02-09 | 1997-08-07 | Kinerton Limited | Process for drying a material from solution |
| RU2111426C1 (ru) * | 1995-11-03 | 1998-05-20 | Государственный научный центр вирусологии и биотехнологии "Вектор" | Способ лиофильной сушки биопрепарата |
| MXPA04004726A (es) * | 2001-11-19 | 2004-07-30 | Becton Dickinson Co | Composiciones farmaceuticas en forma particulada. |
| DE10218007A1 (de) * | 2002-04-23 | 2003-11-06 | Bayer Ag | Gefriertrockenvorrichtung |
| EP1750760B1 (en) * | 2004-06-02 | 2017-06-28 | Universal Stabilization Technologies, Inc. | Preservation by vaporization |
| EP1915987A1 (en) * | 2006-10-27 | 2008-04-30 | MediGene AG | Spray-freeze-drying process for the preparation of pellets comprising percolation drying |
| US8528225B2 (en) * | 2009-12-11 | 2013-09-10 | Wyssmont Company Inc. | Apparatus and method for continuous lyophilization |
| EP2601466B1 (en) * | 2010-08-04 | 2017-10-04 | IMA Life North America Inc. | Bulk freeze drying using spray freezing and stirred drying |
| WO2012098358A1 (en) * | 2011-01-20 | 2012-07-26 | Biopharma Technology Ltd | Freeze drying method |
| HUP1100603A2 (en) * | 2011-10-28 | 2013-06-28 | Debreceni Egyetem | Method and installation for preparation of silicate - alcogels, xerogels, aerogels |
| US20140059879A1 (en) * | 2012-08-31 | 2014-03-06 | Air Liquide Industrial U.S. Lp | USE OF NITROGEN GAS IN THAWING PLATES IN A LiN-BASED LYOPHILIZATION UNIT |
| KR101272785B1 (ko) * | 2012-12-18 | 2013-06-11 | 포항공과대학교 산학협력단 | 고속 입자 빔을 이용한 액막 제거 방법 |
| CA2934066C (en) * | 2013-12-19 | 2022-12-13 | Aerosol Therapeutics, LLC | Compositions and methods for atmospheric spray freeze drying |
| US9752829B2 (en) * | 2014-01-07 | 2017-09-05 | Sudhir R. Brahmbhatt | Liquid nitrogen (LIN) integrated lyophilization system for minimizing a carbon footprint |
| US10864457B2 (en) * | 2014-11-28 | 2020-12-15 | Chr. Hansen A/S | Spray freezing |
| US9739532B2 (en) * | 2015-02-04 | 2017-08-22 | Steven F. Baugh | Botanical freeze drying system and method |
| CN106268503B (zh) * | 2015-06-29 | 2020-01-17 | 南京邮电大学 | 一种液氮喷雾冷冻造粒真空干燥装置和工作方法 |
| US10113797B2 (en) * | 2016-09-09 | 2018-10-30 | Sp Industries, Inc. | Energy recovery in a freeze-drying system |
| CN106889058B (zh) * | 2017-02-20 | 2019-07-19 | 徐小杨 | 一种细胞冻干系统和方法 |
| US10907897B2 (en) * | 2018-07-05 | 2021-02-02 | Vacuum Processes, Inc. | Vacuum extraction oven |
| CN110132707B (zh) * | 2019-05-05 | 2020-06-09 | 江南大学 | 一种超声辅助萃取沉积物中多种甾体激素的预处理方法 |
-
2017
- 2017-02-20 CN CN201710090552.XA patent/CN106889058B/zh active Active
- 2017-02-24 JP JP2019565599A patent/JP6883672B2/ja active Active
- 2017-02-24 EP EP17896492.0A patent/EP3583847B1/en active Active
- 2017-02-24 US US16/487,154 patent/US11399537B2/en active Active
- 2017-02-24 WO PCT/CN2017/074762 patent/WO2018148982A1/zh unknown
- 2017-02-24 RU RU2019128542A patent/RU2734536C1/ru active
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| US11399537B2 (en) | 2022-08-02 |
| RU2734536C1 (ru) | 2020-10-20 |
| EP3583847B1 (en) | 2022-04-20 |
| CN106889058A (zh) | 2017-06-27 |
| JP2020509336A (ja) | 2020-03-26 |
| EP3583847A1 (en) | 2019-12-25 |
| EP3583847A4 (en) | 2020-03-11 |
| JP6883672B2 (ja) | 2021-06-09 |
| WO2018148982A1 (zh) | 2018-08-23 |
| US20200054003A1 (en) | 2020-02-20 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| CN106889058B (zh) | 一种细胞冻干系统和方法 | |
| CN105102195B (zh) | 泵式蒸压系统及其蒸汽和压力的提供方法 | |
| CN103884144A (zh) | 一种蓄能型药品冷藏箱 | |
| CN101196366B (zh) | 一种实验用低温冻干机 | |
| CN103884159A (zh) | 一种食用/药用/饲用昆虫的干燥设备 | |
| CN106288666A (zh) | 二氧化碳冷阱微波真空干燥装置及干燥方法 | |
| CN206848037U (zh) | 一种细胞冻干系统 | |
| CN208419384U (zh) | 一种冷冻干燥设备 | |
| KR20150001315A (ko) | 농수산물 부산물 진공동결건조 장치 | |
| KR101806344B1 (ko) | 폴리감마글루탐산의 최적 진공동결건조 방법 | |
| CN200989866Y (zh) | 一种生物医药实验用低温冻干机 | |
| CN108070512B (zh) | 设置有熏缸吊装装置的煤火水浴两用酿醋用熏醅系统 | |
| CN204027116U (zh) | 一种蓄能型药品冷藏箱 | |
| CN112856943A (zh) | 一种低压过热蒸汽一体化塔式干燥装置及方法 | |
| CN208139807U (zh) | 干燥蔬果制程设备的盘管结构 | |
| CN205536966U (zh) | 多功能仙人掌脱水设备 | |
| CN109294525B (zh) | 一种冷链蓄冷剂 | |
| CN103667037B (zh) | 一种菌种保存管 | |
| TWI351505B (en) | An effective method to improve the drying rate of | |
| CN214567710U (zh) | 一种温区急进寒区作业用食物保温装置 | |
| CN207471981U (zh) | 一种节能高效的茶籽烘干机 | |
| CN208860101U (zh) | 一种防止碘化钾烘干结块的装置 | |
| CN103585118A (zh) | 一种重组猪干扰素α1产品的冻干方法 | |
| CN217636443U (zh) | 用于食品真空冷冻干燥的节能干燥仓 | |
| CN102038280A (zh) | 低温食品膨化机 |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| TR01 | Transfer of patent right |
Effective date of registration: 20190724 Address after: 510000 Unit 404, R&D Area B, No. 1 Spiral Fourth Road, Guangzhou International Biological Island, Guangzhou, Guangdong Province Patentee after: Guangzhou blue day Biotechnology Co., Ltd. Address before: 510550, room 183, 305 middle Yuexiu Road, Yuexiu District, Guangdong, Guangzhou Patentee before: Xu Xiaoyang |
|
| TR01 | Transfer of patent right |