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Vorrichtung zum Einfrieren von Sperma, insbesondere Bullensperma Die
künstliche Besamung hat bei der Tierzucht allgemeine Verbreitung gefunden. Es gelangt
hierbei Sperma zur Verwendung, das mit einer Verdünnerflüssigkeit, wie Glyzerin
oder Natriumzitrat, versetzt ist.
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Um das Sperma langfristig aufbewahren zu können, ohne daß die Samenzellen
absterben oder an Bewegungsfähigkeit einbüßen, wird das Sperma tiefgekühlt und eingefroren.
Das Einfrieren und Tiefkühlen des Spermas auf Temperaturen unter -70° C muß dementsprechend
nach bestimmten Gesichtspunkten vorgenommen werden. Die Abkühlung muß bis zum Gefrierpunkt
des glyzerinisierten Spermas, der bei -12 bis -18° C liegt, langsam erfolgen, da
die Samenzellen auch unter 0° C bis zu dem Gefrierpunkt gegenüber plötzlichen Temperaturerniedrigungen
sehr empfindlich sind und leicht einen Schock erleiden. Der Spermien müssen mithin
bis an den Gefrierpunkt heran langsam abgekühlt werden, dann verhältnismäßig schnell
mit etwa 5° C je Minute über den Temperaturbereich des Einfrierens, in dem sich
die Kristalle bilden und wachsen, hinweggeführt werden, um eine mechanische Zerstörung
durch die sich bildenden Eiskristalle zu verhindern. Die weitere Abkühlung bis -79°
C kann dann verhältnismäßig schnell erfolgen. Beispielsweise kann die Abkühlung
wie folgt erfolgen: von -I- 5 bis 0° C um 1 ° C je Minute= 5 Minuten von 0bis-10°Cum0,5°CjeMinute
=20Minuten von -10 bis -13 ° C um 1 ° C je Minute = 3 Minuten von -13 bis -30° C
um 6° C je Minute= 3 Minuten von -30 bis -79° C um 2 bis 5° C je Minute Die Abkühlung
erfolgt mithin stufenweise, wobei die einzelnen Kühlstufen eine verschiedene Zeitdauer
aufweisen.
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Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung, mit der sich eine solche
Tiefkühlung von Sperma auf einfache und sichere Weise durchführen läßt.
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Die Verwendung von fester Kohlensäure in Form von Schnee ist für das
Gefrieren von Lebensmitteln bekannt. Auch ist es bekannt, Lebensmittel in kalter
Luft mittels einer Kältemaschine zu gefrieren, in der als Kältemittel Kohlensäure
verwendet wird, wobei diese in einem geschlossenen System von Rohrleitungen verdampft
und mit dem Gefriergut nicht in Berührung gelangt. Ferner ist es bekannt, auf einzufrierende
Lebensmittel direkt flüssige Kohlensäure unter einem Überdruck einwirken zu lassen,
der beispielsweise bei -30° C 13,5 kg/cm= betragen kann. Es handelt sich hierbei
stets um das Gefrieren von Lebensmitteln, das während einer möglichst kurzen Gefrierzeit
erfolgen soll, ohne daß ein Abkühlen in einzelnen Kühlstufen von unterschiedlicher
Zeitdauer erforderlich ist.
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Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Einfrieren von Sperma,
insbesondere Bullensperma, die einen zur Aufnahme des einzufrierenden Gutes dienenden
Einfrierbehälter und ein von einer Flüssigkeit durchströmten Gefriermittelumlaufsystem
aufweist. Diese Vorrichtung ist gemäß der Erfindung dadurch gekennzeichnet, daß
das Gefriermittelumlaufsystem von einer bei unter -80° C erstarrenden Flüssigkeit
durchströmt wird und von einer Kühlpumpe, einem Kühler kleinerer Größe zur Erzielung
einer Abkühlung bis auf etwa -12 bis -18° C, dem Gefrierpunkt des glyzerinisierten
Spermas, und einem größeren Kühler zur Erzielung der Einfriertemperatur bis -79°C
gebildet ist, wobei die Kühler in einem als Kältereservoir dienenden, mit Trockeneis
und einer bei unter -80° C erstarrenden Flüssigkeit angefüllten Behälter angeordnet
sind, und daß in dem zur Aufnahme der einzufrierenden Spermaampullen dienenden Einfrierbehälter
ein von einem Quecksilberthermometer gebildetes Schaltorgan vorgesehen ist, das
über ein Schaltaggregat das stufenweise Abkühlen und Einfrieren der Spermaampullen
mit einstellbarer Dauer -der einzelnen Kühlstufen steuert.
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Zweckmäßig weist der Einfrierbehälter der Vorrichtung eine Umwälzpumpe
auf, die die im Einfrierbehälter befindliche Gefrierflüssigkeit zirkulieren läßt.
Der Einfrierbehälter kann sodann gemäß der Erfindung einen Thermostaten aufweisen,
der durch ein Licht- oder akustisches Signal den Beginn des Einfrierens des glyzerinisierten
Spermas anzeigt und die in den zu den Kühlern führenden Leitungen vorgesehenen,
als Magnetventile ausgebildeten Schaltorgane
so schaltet, daß die
Verbindung zwischen dem Einfrierbehälter bzw. dessen Kühlpumpe und dem kleineren
Kühler unterbrochen und mit dem größeren Kühler hergestellt wird.
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Der Einfrierbehälter kann einen weiteren Thermostaten aufweisen, der
bei einer Temperatur von -38=' C das Schaltorgan ausschaltet, die Kühlpumpe auf
Dauerbetrieb einschaltet und gegebenenfalls die Umwälzpumpe ausschaltet.
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Die Vorrichtung gemäß der Erfindung ist vorzugsweise dadurch gekennzeichnet,
daß in einem Behälter aus Isolationsmaterial der als Kältereservoir dienende Behälter
mit den Kühlern, der Einfrierbehälter und ein Aufbewahrungsbehälter vorgesehen sind,
der mit Trockeneis und einer unter -80° C erstarrenden Flüssigkeit gefüllt ist und
zur Aufnahme der eingefrorenen Spermaampullen dient.
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Es kann ein Gitterrost vorgesehen sein, in den die einzufrierenden
Spermaampullen eingesetzt werden und der zum Einfrieren der Spermaampullen in die
Einfrierbehälter befindliche Gefrierflüssigkeit und nach erfolgtem Einfrieren der
Spermaampullen in den Aufbewahrungsbehälter herabgesenkt wird.
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Eine weitere Ausführungsform der Vorrichtung gemäß der Erfindung zum
Einfrieren von Sperma ist dadurch gekennzeichnet, daß sie zur Erzeugung des Gefriermittels
eine Kleinkältemaschine, an die das Gefriermittelumlaufsystem des Einfrierbehälters
angeschlossen ist, aufweist.
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In der Zeichnung sind zwei beispielsweise Ausführungsformen des Erfindungsgegenstandes
dargestellt.
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Fig. 1 zeigt eine mit Trockeneis arbeitende Vorrichtung in schematischer
Darstellung; in Fig. 2 ist die Vorrichtung in Draufsicht dargestellt; Fig. 3 zeigt
eine mit einer Kältemaschine arbeitende Vorrichtung.
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Die in Fig. 1 und 2 dargestellte Vorrichtung weist einen isolierten
Behälter 1 auf, der rechteckig oder auch rund sein kann. In diesem Behälter
1 sind drei Einzelbehälter vorgesehen: ein als Kältereservoir dienender Behälter
2, ein Einfrierbehälter 3 und ein Aufbewahrungsbehälter 4 für die eingefrorenen
Spermaampullen. Die einzufrierenden Ampullen 5 befinden sich in einem Gitterrost
6, in den beispielsweise 200 bis 300 Ampullen einsetzbar sind und mit welchem sie
in den Einfrierbehälter 3 herabgesenkt werden. Der Einfrierbehälter 3 weist eine
Kühlpumpe 7 und eine Umwälzpumpe 8 auf. Die Kühlpumpe 7 ist über eine Leitung 9
an einen im Behälter 2 befindlichen kleineren Kühler 10 angeschlossen,
der über eine Leitung 11 mit dem Einfrierbehälter 2 verbunden ist. Im Behälter 2
ist ferner ein weiterer Kühler 12 angeordnet, der wesentlich größer als der Kühler
10 ist und der über Leitungen 16, 17 an die Leitungen 9, 11
angeschlossen ist, wobei an der Abzweigung in der Leitung 9 oder in der Leitung
11
ein Dreiwegehahn 13 vorgesehen ist, so daß die Kühlpumpe 7 entweder auf
den kleineren Kühler 10 oder auf den größeren Kühler 12 geschaltet werden kann.
In der anderen Kältemittelleitung 9 kann auch ein Absperrhahn 14 vorgesehen sein.
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In dem als Kältereservoir dienenden Behälter 2 befindet sich Trockeneis
und eine bei unter -80° C erstarrende Flüssigkeit, beispielsweise Methylalkohol.
In dem Einfrierbehälter 3 befindet sich eine Kühlflüssigkeit, die bei unter -80°
C erstarrt und deren Flüssigkeitsspiegel so hoch reicht, daß die einzufrierenden
Ampullen 5 sich in der Flüssigkeit befinden. Diese Gefrierflüssigkeit wird von der
Pumpe 7 in ständigem Kreislauf durch den Kühler 10 oder 12 in den Einfrierbehälter
3 und zu den Kühlern 10,12 im Behälter 1 wieder zurückgepumpt.
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Im Einfrierbehälter 3 ist ferner die Umwälzpumpe 8 vorgesehen, die
an ihrem unteren Ende einen Stutzen 15 aufweist, der so gestaltet und im unteren
Teil des Behälters 3 geführt ist, daß die in diesem befindliche Gefrierflüssigkeit
ständig bewegt wird, die einzufrierenden Ampullen umströmend. Im Einfrierbehälter
3 befindet sich sodann das temperaturabhängige Schaltorgan 18, das in seinem unteren
Teil ein Thermometer 19 aufweist, oberhalb dessen Quecksilberfaden ein Kontaktdraht
angeordnet ist, der mittels einer Spindel aufwärts und abwärts geführt wird, so
daß der im Schaltorgan 18 kreisende Strom nach einer einstellbaren Anzahl von Spindelumdrehungen
geschlossen oder geöffnet wird. Das Schaltorgan 18 steuert ein Schaltaggregat 20,
das die stufenweise Abkühlung steuert, indem es die Kühlpumpe 7 ein- und ausschaltet
und damit die Kühlintensität; die Abkühlzeit und die Pausen während der einzelnen
Kühlstufen steuert, und zwar einstellbar derart, daß die Abkühlung im Bereich der
Tiefkühlung, also bis -12 bis -18° C langsam und im Bereich des Einfrierens, also
unter dieser Temperatur schnell erfolgt.
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Im Einfrierbehälter 3 sind ferner zwei Thermostaten vorgesehen, die
ebenfalls an das Schaltorgan 20 angeschlossen sind. Der eine Thermostat 21 ist auf
eine Temperatur von -12 bis -18° C eingestellt. Er gibt ein Lichtsignal oder ein
akustisches Signal, wenn das Einfrieren der Ampullen beginnt. Er kann gleichzeitig
die Hähne 13, 14, die als Magnetventile ausgebildet sein können, schalten, so daß
die Gefrierflüssigkeit, die zunächst den kleinen Kühler 10 durchströmt, alsdann
den großen Kühler 12 durchströmt. Ein weiterer Thermostat 22 ist auf -38° C eingestellt.
Er schaltet bei Erreichen dieser Temperatur das Schaltorgan 18 aus, da dessen Quecksilber
bei etwa -39°C erstarrt und das Schaltorgan 18 sodann unwirksam wird. Der Thermostat
22 schaltet ferner die Kühlpumpe 7 auf Dauerbetrieb ein. Er kann schließlich die
Umwälzpumpe 8 ausschalten, um zu verhindern, daß durch das Umwälzen der Kühlflüssigkeit
im Einfrierbehälter 3 ein Wärmeverlust durch vermeidbare Reibung der Gefrierflüssigkeit
bei ihrem Umwälzen entsteht.
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Sind die Ampullen 5 auf etwa -79° C abgekühlt, so wird der Gitterrost
6 mit den Ampullen 5 aus dem Einfrierbehälter 3 herausgenommen und in den Aufbewahrungsbehälter
4 eingesetzt, in dem sich Trokkeneis und eine bei unter -80° C erstarrende
Flüssigkeit, beispielsweise Methylalkohol, befinden.
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Bei der in Fig.3 dargestellten Ausführungsform gelangt an Stelle des
mit Trockeneis und einer bei unter -80° C erstarrenden Flüssigkeit gefüllten, die
Kühler 10 und 12 aufweisenden Behälters 2 eine Kleinkältemaschine 23 zur Anwendung,
an die das Gefriermittelumlaufsystem des Einfrierbehälters 3 bzw. dessen Kühlpumpe
7 angeschlossen ist, wobei der Gefriermittelumlauf durch das Schaltorgan 18 und
das Schaltaggregat 20 entsprechend der gewünschten Dauer der einzelnen Kühlstufen
gesteuert wird.
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Das Gerät läßt sich nicht nur zum Einfrieren von Bullensperma verwenden,
sondern auch zum Einfrieren
von Spermien anderer Zuchttiere, wie
Hengste, Geflügel, um das Sperma während längerer Zeit halten und über große Strecken
transportieren zu können, ferner zum Konservieren von menschlichem Sperma. Natürlich
muß die Abkühl- und Einfrierkurve der betreffenden Spermaart angepaßt sein.