DE2242413A1

DE2242413A1 - Verfahren und vorrichtung zum gefrieren von fluessigkeiten in flexiblen beuteln

Info

Publication number: DE2242413A1
Application number: DE2242413A
Authority: DE
Inventors: Philip Frank Cilia; Clifford Charles Faust
Original assignee: Union Carbide Corp
Current assignee: Union Carbide Corp
Priority date: 1971-08-30
Filing date: 1972-08-29
Publication date: 1973-03-22
Also published as: GB1409272A; AR196081A1; AU4606172A; CH572850A5; BE788135A; CA997161A; FR2150937B1; BR7205920D0; AU467784B2; JPS528378B2; IT964352B; US3952536A; JPS4835449A; DK578975A; ZA725909B; FR2150937A1; NL7211764A; CH591376A5; DE2242413B2

Description

PATENTANWALT DR. HANS-GUNTHER .EGGERT, DIPLOMCHEMIKER

5 KÖLN-LINDENTHAL PETER-KINTGEN-STRASSE 2

Köln, den 28.8.1972 Eg/Ax

UNION CARBIDE CORPORATION, 270 Park Avenue, New York, N.Y. 10017 (U.S.A.)

Verfahren und Vorrichtung zum Gefrieren von Flüssigkeiten

in flexiblen Beuteln

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zum schnellen Gefrieren von Flüssigkeiten zu gleichmäßig dünnen Schichten, z.B. transportierbaren und lagerfähigen Einheitspackungen, die bei kryogenen Temperaturen in der Größenordnung ungefähr der Temperatur von flüssigem Stickstoff gehandhabt werden. Die Erfindung ist Insbesondere auf ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Verpacken und schnellen Gefrieren von lebensfähigen und verderblichen Flüssigkeiten, insbesondere biomedizinischen Flüssigkeiten wie Blut, Blutplättchen und anderen flüssigen Bestandteilen des Bluts zu Packungseinheiten in Form dünner Schichten gerichtet, die sich bei kryogenen Temperaturen ohne Bruch, Auslaufen, Verunreinigung oder andere Schädigung leicht handhaben und lagern lassen.

Die zweckmäßige und wirksame sterile Verpackung und Konservierung von biologischen Flüssigkeiten, z.B. flüssigen Bestandteilen des Bluts, für den späteren Gebrauch war und ist weiterhin von großer Bedeutung und von großem Interesse in der Biomedizin. Bedeutende Fortschritte sind auf diesem Gebiet durch Anwendung von Schnellgefrier-Konservlerungs-Methoden mit Kryoschutzsystemen in Verbindung mit Gefrier-Auftau-Wasch-Methoden, die auf diese Flüssigkeiten in Behäl-

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tern angewendet werden, gemacht worden. Konservierungsmittel und/oder Kryoschutzmittel wie Glycerin und andere Zusatzstoffe können ebenfalls mit der zu verarbeitenden Flüssigkeit in Mengen und nach Methoden, die dem Fachmann bekannt sind, in die Behälter gegeben werden. Diese neue Technik ermöglicht die Verwirklichung bisher unerreichbarer Desiderata, z.B. die leichte Verfügbarkeit von Blutplättchen für die Behandlung von Leukämie-Patienten, Bestandteilen von seltenen Bluttypen, die nunmehr wirksam konserviert und gelagert werden können, roten Blutzellen für die Behandlung von Sauerstoffmangelzuständen aus der Tiefkühllagerung und die leichte Handhabung von Blutplasma. Beim Gefrieren dieser Flüssigkeiten, insbesondere der Zellkomponenten des Bluts, ist es wichtig, die flüssige Masse in einem möglichst gleichmäßigen Querschnitt zu halten, um die regelbaren, zur Verhinderung des Bruchs oder anderer Schäden der Zellen wichtigen Geschwindigkeiten des Schnellgefrierens und Auftauens zu erzielen und ferner ein für die Lagerung geeignetes gleichmäßiges Produkt herzustellen.

Es hat sich gezeigt, daß ein verhältnismäßig gleichmäßiger flacher, dünner Querschnitt besonders gut geeignet ist und ein hochwertiges Produkt mit sehr gut regelbaren Schnellgefrier- und Auftaugeschwindigkeiten ergibt. Diese erwünschten, verhältnismäßig flachen, dünnen und gleichmäßigen Querschnitte werden zwangsläufig bei Verwendung flexibler Packungen oder Beutel, z.B. der in der USA-Patentschrift 3 576 650 beschriebenen Beutel, erhalten. Ein flexibler Beutel hat ein maximales Flüssigkeitsfassungsvermögen, das dem Volumen der Kugelform entspricht, die er naturgemäß annimmt, wenn er unbegrenzt in beliebiger Weise gefüllt wird Da das FlUssigkeitsfassungsvermögen eines solchen Beutels beim übergang der Beutelform von der Kugelform zur flachen Form erheblich geringer wird, müssen die Beutel bei der Anwendung der Erfindung lose und schlaff gefüllt werden, d.h. mit einem Flüssigkeitsvolumen, das nicht größer ist als das Volumen, das die Aufrechterhaltung der gewünschten Dicke und

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Formen gewährleistet, wenn die Beutel zwangsweise im flachen Zustand gehalten werden. Um diesen gewünschten Querschnitt und die Gesamtgestalt der Packung bei solchen Beuteln während des Gefrierens aufrechtzuerhalten, müssen sie zwangsweise flach gehalten werden, und hier bietet sich das Gefrieren der mit Flüssigkeit gefüllten Packungen in waagerechter Lage an. Es hat sich jedoch gezeigt, dass das" Gefrieren von waagerecht angeordneten flach verpackten Flüssigkeiten die Schnelligkeit und Gleichmässigkeit des Gefrierens nachteilig beeinflusst, weil beim Eintauchen einer mit Flüssigkeit gefüllten Packung und ihrer Unterlage in das Kältemittel., z.B. in flüssigen Stickstoff, sich Gasblasen des verdampften Kältemittels unter der Unterseite der waagerechten Anordnung bilden, so dass willkürliche isolierende Taschen gebildet werden, die einen gleichmässigen und schnellen Wärmeübergang von dem zu gefrierenden Produkt verhindern.

Die Bemühungen zur Vermeidung der Probleme, die bei schnellem Gefrieren dieser Flüssigkeiten in waagerechter Anordnung auftreten, führten zur Entwicklung und zur Verwendung von dünnen, starren Flüssigkeitsbehältern aus nicht-rostendem STahl, die den Querschnitt der Flüssigkeit nach Wunsch unabhängig von der Lage des Behälters aufrechterhalten, senkrecht in das Kältemittel getaucht werden können und durch die gute Wärmeleitfähigkeit des Metalls sehr hohe Gefriergeschwindigkeiten ermöglichen. Diese Behälter haben ferner den Vorteil, dass sie haltbar und stichfest sind und sich daher gut handhaben, transportieren und lagern lassen. Diese Metallbehälter haben jedoch zahlreiche Nachteile. Ein erster und grosser Nachteil besteht darin, dass es durch die Notwendigkeit der Verbindung eines lebensfähige Flüssigkeit enthaltenden Metallbehälters mit der Atmosphäre während des Füllens und des Entleerens schwierig ist, die für den Gebrauch eines solchen Produkts unerlässliche Sterilität aufrecht zu erhalten, besonders bei dem sterilen Verschliessen des gefüllten

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Behälters. Da das Metall undurchsichtig ist, ist eine Prüfung des Innern des Behälters auf die mögliche Anwesenheit von feinteiligen Fremdstoffen oder anderen sichtbaren Anzeichen einer Verunreinigung oder die Betrachtung des Produkts selbst unmöglich. Die Behälter sind in der Herstellung teuer und können nicht wiederverwendet werden. Ferner ist es praktisch unmöglich, nach Bedarf eine Knetwirkung auszuüben, um das flüssige Produkt während des Auftauprozesses zu mischen, da die Metallwände des Behälters nicht wie flexible Kunststoffbeutel geknetet werden können.

Es ist somit offensichtlich, dass die bisherigen Bemühungen auf dem Gebiet der kryogenen Verarbeitung lebensfähiger und verderblicher Flüssigkeiten lediglich eine Reihe von Problemkomplexen gelöst haben, um andere zu schaffen. Weitere Bemühungen, die auf die Verbesserung der waagerechten oder senkrechten Gefriertechnik gerichtet waren, führten ebenso zu nicht völlig befriedigenden Ergebnissen.

Dies war der Stand der Technik zu dem Zeitpunkt, zu dem die Erfindung konzipiert und mit dem Ziel entwickelt wurde, ein Verfahren und eine Vorrichtung zum schnellen Gefrieren lebensfähiger und verderblicher Flüssigkeiten in Kunststoffbeuteln in senkrechter Stellung bei Aufrechterhaltung der Vorteile, aber unter Ausschaltung der Nachteile, die der Verwendung der bisher beim Gefrieren in senkrechter STellung verwendeten Metallbehälter anhafteten, verfügbar zu machen.

Der Gegenstand der Erfindung ist ferner ein zum kryogenen Gefrieren von lebensfähigen und verderblichen Flüssigkeiten, insbesondere flüssigen Blutbestandteilen, geeignetes Verfahren und eine hierzu geeignete Vorrichtung, die unkompliziert

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leicht anzuwenden und steril zu halten ist und ein Produkt ergibt, das ohne besonderen Schutz gegen physikalische Schäden gehandhabt, transportiert, gelagert und verwendet werden kann.

Das Gefrierverfahren uiüdie Gefriervorrichtung gemäss der Erfindung ermöglichen die billige Herstellung der gewünschten verpackten, gefrorenen Blutprodukte unter Verwendung von im Handel erhältlichen sterilen Kunststoffbeuteln, die sich nach einmaliger Verwendung mit einem Minimum von Abfallmaterial ohne weiteres wegwerfen lassen.

Die Erfindung wird nachstehend in Verbindung mit den Abbildungen weiter erläutert.

Figur 1 zeigt perspektivisch einen ein Kältemittel enthaltenden Behälter mit Deckel.

Figur 2 zeigt perspektivisch einen Einsteckeinsatz zum Einsetzen von Flachhaltekassetten, die einen mit Flüssigkeit gefüllten Beutel enthalten, in einem Behälter zum Gefrieren.

Figur 3 ist eine perspektivische Ansicht einer aufklappbaren Flachhaltekassette, die in Verbindung mit dem in Figur 2 dargestellten Einsteckeinsatz verwendet wird, und zeigt einen mit Flüssigkeit gefüllten, auf eine der Platten der Kassette aufgelegten Beutel.

Figur 4 ist eine perspektivische Ansicht des in Figur 2 dargestellten Einsteckeinsatzes mit einer teilweise eingeschobenen, mit einem Beutel gefüllten Flachhaltekassette der in Figur 3 dargestellten Art.

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Figur 5 ist eine perspektivische .»:;o*cht einer anderen Ausführungsform einer FlachhalteXas^wcce für die mit Flüssigkeit gefüllten Beutel.

Figur 6 zeigt vergrössert äi.ö Teiiciioicht einen Querschnitt durch die in Figur 5 dargestellte Flaohhaltekassette.

Figur 7 ist eine ρ^ϋ^οΛάν-^ν.^ A-'-^rcht einer modifizierten Ausführungsforru e^-.^r Flcichiiiil'cc-.c.

A.ige.aein ^.^c..^., »,_^ .;._... cj das Gefrieren von FlÜ3Sig-

^oice.i ~u ciTcn-.b^o-.. _^i:«crc;» ^.₄ü lagerfähigen EinheitspciCwurgeri ^.-. Jo*;:. ;.l..;er Schichren nach einem Verfahren, das dadurc.* ς^.νο. .ic. c ...^ .ot, ukj^ :a^n einen Beutel aus liexiblt.ai AU».aci-o.'.'J ...o'cAuZi und lose mit einer zu gefrierenden Flüs^gke^c ;^_^_, c ::-i schlaff gefüllten Beutel abflache und zwischen zwei u>-z gei-iv^oiri Abstand zueinander angeordnete, im weöuntlichea ρ^/..ll^io planare Flächen legt, die Flächen ge«jen oine Tre^r.UiVj /o.; dom zwischc. innen angeordneten <.4i>gefΙαν..ιton isuuiol .Vixc einer Kaitekraft sichert, die genüg■*., V₄... eine DcJiTOr-^₁ISr₁.;..j _ΐΛν.- ir.it der r.icht gefrorenen Flüssig-Kext c;.:iü"ulce.~. 1'^..-'.....Vj du:.".:n ^usarrünensackung in der senkrecht cei". „ai;,e ^u ν.\»^.....d^ri., ü.'.d die aui* einen Teil der Oborfläclier.

«.iu3<.joüiji: wird, de,: λ*·. i-.;^r iue al^ uie Gesu^tcf lacr.3, die itii«: 71Ü&jj-gkaxc 9'öiux.. u,: l'-.ic.cung und die sie flachhaltender, and cjooACi.jrcer» 0*χ..:. . ic :. ;..* einer ir.: w:ji,₌r.tliche.- senkrechten Lacfe in u:..; .v...... ^. ce", c\~£, ungefähr die Temperatur von fluss icjoi.. Cci-c^u^oi; ... : ..v—.rer.J i/_r.ar Zeit taucht/ die genügt, ui.i «-j-o j. ^ ... ..... w-^ί; ^..-u ,/co'ca;-. Zustanc. zu gefr-.eren, und die verpacke= /-.u.^igko-.^ \.w^ccrAi.: auf die gewählte excrem tiefe ve:v^^u^; k^'.'.li.

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Figur 1 zeigt einen ein Kältemittel enthaltenden Behälter mit Deckel, in vorliegendem Fall einen Behälter 11 für flüssigen Stickstoff und einen Deckel 13, die zum Gefrieren gemäss der Erfindung verwendet werden. Flüssiger Stickstoff bei einer Temperatur von etwa -196°C füllt den Behälter 11 und bewirkt schnelles Gefrieren der darin eingetauchten Flüssigkeit in wenigen Sekunden. Ein in Figur 2 dargestellter Einsteckeinsatz 15 dient im Innern des Behälters 11 zum Halten der in den Flachhaltekassetten befindlichen, schlaff gefüllten Beutel, die gefroren werden sollen. Der Einsteckeinsatz 15 weist eine runde flache Bodenplatte 17 auf, an der senkrecht in der Mitte ein aufrechter Kassettenhalter befestigt ist, der so gegossen oder aus Blech so eingeschnitten ist, dass Schlitze 21 gebildet werden, die zum Halten der Beutel und Flachhaltekassetten dienen, "isolierstreifen 23 aus beliebigen, geeigneten, vorzugsweise nichtmetallischen Werkstoff, können ebenfalls vorgesehen und am Kassettenhalter 19 mit Schrauben 25 in Löchern 27 oder mit beliebigen anderen geeigneten Mitteln befestigt werden. Die Isolierstreifen 23 sind hauptsächlich vorgesehen, um die Reibung beim Einschieben der mit Beuteln gefüllten Kassetten in den Einsteckeinsatz und beim Herausziehen zu verringern und eine Abnutzung das bekanntlich bei extrem tiefen Temperaturen stattfindende Festfrieren des Metalls des Einsteckeinsatzes mit dem Kassettenmetall an den Berührungsstellen zu verhindern. Die Isolierstreifen 23 verhindern ferner Wärmeflussverluste zwischen den gefüllten Kassetten und dem Metall des Einsteckeinsatzes, jedoch ist diese Erwägung nicht sehr wichtig, wenn der Einsteckeinsatz mit Kassetten normalerweise in dem mit dem Kältemittel gefüllten Behälter gelassen wird.

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Fig. 3 zeigt eine in Verbindung mit dem in Figur 2 dargestellten Einsteckeinsatz verwendete Flachhaltekassette 29. Diese Kassette 29 weist eine erste Platte 31 mit einer aufwärtsgebogenen Verschlussleiste längs eines Randes und Scharnieraugen 35 am gegenüberliegenden Ende auf. Die Platte 31 ist mit Scharnierstiften 39, die durch die Scharnieraugen 35 der ersten Platte geführt sind, und zuger-hörigen Scharnieraugen 41 an einer zweiten Platte 37 aufklappbar an dieser zweiten Platte befestigt. Die zweite Platte 37 ist an dem Rand, der dem angelenkten Rand gegenüberliegt, mit einer aufwärtsgebogenen Verschlussleiste 43 und einem Griff 45 versehen. Ausser den Verschlussleisten 33 und 43, den Scharnieraugen 3 5 und 41 und gegebenenfalls zusätzlichen umgebogenen Kanten längs der angelenkten Seite, haben die Platten keine weiteren umgebogenen Kanten. Es ist wichtig im Rahmen der Erfindung, dass ausser an der Verschluss-Seite und an der angelenkten Seite keine umgebogenen Kanten vorhanden sind, um eine Krümmung oder sonstige unerwünschte Verwerfung, die, wie festgestellt wurde, bei Verwendung von Platten auftritt, die um den gesamten Umfang mit umgebogenen Kanten versehen sind, zu vermeiden. Ein durchsichtiger Kunststoffbeutel 47,-der mit Flüssigkeit schlaff gefüllt und abgeflacht ist, ist auf der ersten Platte 31 dargestellt.

Zum Gebrauch der vorstehend beschriebenen Vorrichtung gemäss der Erfindung füllt man einen Beutel 47 schlaff mit der zu gefrierenden Flüssigkeit, legt den Beutel flach auf die erste oder untere Platte der aufklappbaren Flachhalte-, kassetten 29, schliesst die Kassette und schiebt das Ganze senkrecht in einen Schlitz 21 des Einsteckeinsatzes 15, wie in Figur 4 dargestellt. Die Berührungslinien befinden sich

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längs der senkrechten Mittellinien der Aussenseiten der Platten 31 und 37 und der die Reibung vermindernden Isolierstreifen 23 in der dargestellten Weise. In Fällen, in denen aus dem einen oder anderen Grunde der Einsteckeinsatz ausserhalb des das Kältemittel enthaltenden Behälters gefüllt wird, besteht wenig oder kein Kontakt, über den eine starke Wärmeleitung erfolgen könnte, zwischen dem Einsteckeinsatz 29 und der zu gefrierenden Flüssigkeit und der Masse der Flachhaltekassette 19. Ein oder mehrere schlaff gefüllte Beutel und Flachhaltekassetten können in Abhängigkeit von den jeweiligen Grossen und Formen des das Kältemittel enthaltenden Behälters in den Einsteckeinsatz 15 bei senkrechter Anordnung der flachen, mit Flüssigkeit gefüllten Beutel in ihren jeweiligen Flachhaltekassetten und, jedoch in geringerem Umfange, in Abhängigkeit von der gewünschten Gefriergeschwindigkeit eingesetzt werden. Der gefüllte Einsteckeinsatz wird in den mit flüssigem Stickstoff gefüllten Behälter 15 gesenkt, der dann mit dem Deckel 13 geschlossen und eine genügende Zeit geschlossen gehalten wird, um die Flüssigkeit zu gefrieren. Der gegebenenfalls verwendete Deckel wird abgenommen, der gefüllte Einsteckeinsatz herausgehoben und entleert, und das Produkt, bestehend aus dem mit der gefrorenen Flüssigkeit gefüllten Beutel und der zugehörigen Flachhaltekässette, die nunmehr.als Schutz für den Beutel dient, ist bereit als Verpackung für die Lagerung, den Versand usw. in einer kryogenen Umgebung. In der üblichen Praxis gemass der Erfindung wird jedoch der unbesetzte Einsteckeinsatz 15 ständig im Behälter 13 in flüssigen Stickstoff eingetaucht gehalten, Und der in der Kassette flachgehaltene, schlaff gefüllte Beutel 47 wird in den Behälter eingeführt und in-situ in einen Schlitz 21 des Einsteckeinsatzes geschoben. Da nur wenig oder kein Wärmefluss nach unten in einen Behälter mit flüssigem Stickstoff vorhanden ist und das schnelle Gefrieren beeinträchtigt, ist es gewöhnlich unnötig, den Behälter 11 mit dem Deckel 13 zu

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- IO -

schliessen. Während des Gefrierprozesses wird jede Ausdehnung der Flüssigkeit, die im Querschnitt stattfindet und erheblich sein kann, leicht aufgenommen, da die auf die Flachhalteplatten 31 und 37 einwirkende Haltekraft nur senkrecht in der Mittellinie der Kassetten längs der Berührungslinien mit den Isolierstreifen 23 angreift.

Figur 5 und Figur 6 zeigen eine andere Ausführungsform einer Flachhaltekassette, die aus zwei getrennten Platten 49 und 51 besteht, die ohne Scharnier ineinander rasten und auf diese Weise den mit der zu gefrierenden Flüssigkeit gefüllten Beutel umschliessen. Die Platte 49 ist mit nach oben gebogenen, abgerundeten Kanten 53 und 55 versehen, die über zugehörige umgebogene Kanten 57 und 59 an der Platte 51 einschnappen. Um die Deckungsgleichheit der zusammengesetzten Platten 49 und 51 sicherzustellen und das öffnen zu erleichtern, kann an einer der Platten, z.B. an der Platte 49, eino vorspringende Lippe 61 vorgesehen werden, die in einen aufnehmenden Schlitz 63 an der anderen Platte einrastet- Es ist auch möglich, die Platten mit Hilfe eines federbelasteten Stiftes oder einer Rastklinke, die an einer der Platten so angeordnet sind, dass sie in ein Loch eine Halterung an der anderen Platte greifen, deckungsgleich zu halten und gegen seitliche Bewegung zu sichern.

Es hat sich als vorteilhaft erwiesen, die flachen, ebenen Oberflächen der mit dem Beutel in Berührung kommenden Seiten der Flachhalteplatten aller Typen mit Rippen 65 oder Vertiefungen 67 oder dergleichen zu unterbrechen, um den schlaff gefüllten Beutel für die Handhabung vor dem Gefrieren festzulegen oder unbeweglich zu machen und dem gefrorenen Produkt nach dem Gefrieren zusätzliche strukturelle Festigkeit zu verleihen. Ferner kann man eine oder beide Platten einer Kassette mit Hilfe von Perforationen 69 siebförmig gestalten, wie in Figur 7 dargestellt. Bei Verwendung

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von durchbrochenen Platten ist es jedoch wichtig, dass die Löcher nicht übermässig gross oder scharfkantig sind, um Blasenbildung des Beutels und Einschneiden des Randes der Blasen durch die Ausdehnung beim schnellen Gefrieren zu vermeiden. Durchbrochene Platten haben den weiteren Vorteil, dass sie höhere Gefriergeschwindigkeiten begünstigen, da das Kältemittel sich in direkter Berührung mit freiliegenden Teilen des mit Flüssigkeit gefüllten Beutels befinden.

Gemäss einer weiteren Modifikation, die, falls gewünscht, den Verzicht auf den Einsteckeinsatz 15 ermöglicht, wird einer oder beiden Flachhalteplatten eine leicht konkave Form gegeben, wie durch die Form der Platte 49 in Figur 5 und Figur 6 veranschaulicht. Konkav geformte Platten geben den in der gefrierenden Flüssigkeit entstehenden Ausdehnungskräften nach und ergeben bei beendetem Gefrieren ein Produkt mit im wesentlichen gleichmässigen Querschnitt und flachen, ebenen, parallelen Oberflächen. Bei Verwendung von konkaven Platten gemäss der Erfindung wirkt die Konkavität selbst die Haltekraft teilweise zentral auf die eingeschlossenen Oberflächen aus. Bei der dargestellten Ausf-ührungsform kommt diese Kraft zentral und waagerecht über die Breite des mit der zu gefrierenden Flüssigkeit schlaff gefüllten Beutels zur Einwirkung. Konkav geformte Platten können auch erfolgreich bei der in Figur 3 dargestellten Ausführungsform der Vorrichtung verwendet werden, und diese Ausführungsform kann dann auch in dem mit dem Kältemittel gefüllten Behälter verwendet werden, ohne dass zusätzliche Apparateteile, z.B. der Einsteckeinsatz 15, notwendig sind. Umgekehrt können die scharnierlosen Ausführungsformen der Flachhalteplätten, wie sie in Figur 5 und Figur 6 dargestellt sind, in Verbindung mit dem Einsteckeinsatz nach

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- 12 Wahl mit oder ohne Konkavität verwendet werden.

Ausser den als Beispiel dargestellten Stegen 65 und Vertiefungen 67 sind auch andere Formen von planaren Unterbrechungen erfolgreich verwendet worden, z.B. ein sich über die ganze Fläche erstreckendes vorspringendes Gitter, das den mit der gefrorenen Flüssigkeit gefüllten Beutel ein waffelartiges Aussehen verleiht.

Es ist zwar in den meisten Fällen in der Praxis der Erfindung zweckmässig und billig, das gefrorene flüssige Produkt in den umschliessenden Platten jeden Typs bis zum Gebrauch der Flüssigkeit zu transportieren, zu lagern und in anderer Weise zu handhaben, jedoch können die umschliessenden Platten auch entfernt und die mit der gefrorenen Flüssigkeit gefüllten Beutel als Produkt verwendet werden. Maximaler Schutz für den gefrorenen Beutel wird jedoch erreicht, wenn die Flachhalteplatten bis zum Zeitpunkt des Gebrauchs auf dem Beutel gelassen werden.

Der im Zusammenhang mit der flachen Beschaffenheit, der Gleichmässigkeit des Querschnitts, der Ebenheit und des parallelen Verlaufs der den Beutel umschliessenden Oberflächen und Platten gebrauchte Ausdruck "im wesentlichen" soll diese Merkmale so abschwächen, dass auch Oberflächenvorsprünge, Vertiefungen, Unterbrechungen und Perforationen, wie sie vorstehend beschrieben wurden, so wie andere Unterbrechungen, die Konkavität der Platten in bestimmten Ausführungsformen der Vorrichtung gemäss der Erfindung und die Krümmung oder andere leichte Deformationen der Platten,

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die zwangsläufig durch die Ausdehnung des Querschnitts des Beutels während des Gefrierens auftreten, einbezogen werden, Ebenso soll der im Zusammenhang mit den Platten gemäss der Erfindung gebrauchte Ausdruck "trennbar" bedeuten, dass die Platten durch Scharniere oder ähnliche Mittel verbunden sein können, wobei die einzige wesentliche Voraussetzung darin,· besteht, dass sie zur Aufnahme eines mit Flüssigkeit gefüllten Beutels geöffnet und dann über den Beutel geschlossen werden können.

Die mechanischen Teile gemäss der Erfindung können aus beliebigen Werkstoffen hergestellt werden, die bei extrem tiefen Temperaturen eingesetzt werden können. Aluminium erwies sich als besonders gut geeignet für die Flachhalteplatten und den Einsteckeinsatz. Nicht rostender Stahl kann ebenfalls verwendet werden. Beliebige haltbare Kunststoffe, die tiefen Temperaturen widerstehen, sind für die Isolierstreifen 23 geeignet. Ein Beuteltyp, der erfolgreich in der Praxis der Erfindung verwendet worden ist, wurde aus nahtlosem orientierten Polyolefin-Schlauch hergestellt, der eine Wandstärke von 75 μ hatte, flachgelegt zu Stücken, die in flachliegendem Zustand eine Länge von etwa 27 cm und eine Breite von etwa 28 cm hatten, geschnitten und an den offenen Enden heissgesiegelt wurden. Es ist bei solchen Beuteln üblich, am oberen Ende des Beutels eine zweite Heissiegelnaht parallel zur ersten Heissiegelnaht zu legen, um feste Verankerung der Entlüftung und der am Beutel angebrachten Füll- und Entleerungsschläuche zu gewährleisten. Wenn ein solcher Beutel ohne Behinderung irgendeiner Art, d.h. im freiaufgehängten Zustand gefüllt wird, hat er ein Fassungsvermögen von etwa

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4 ooo ml. Im tatsächlichen Gebrauch wird der Beutel nur teilweise mit etwa 55o bis 6oo ml gefüllt, und dies hängt gewöhnlich von dem Volumen der Spenderprobe ab. Bei Füllung mit dieser Menge umschliesst der flach gehaltene Beutel eine Flüssigkeitsschicht einer Dicke von 5 bis Io mm, vorzugsweise von etwa 7 bis 8 mm.

Beispiele;

Mehrere Laboratoriumsversuche wurden durchgeführt, bei denen menschliches Blut gemäss der Erfindung eingefroren wurde. Bei diesen Versuchen wurden Proben unter Verwendung von Beuteln ähnlich den vorstehend beschriebenen verwendet. Jeder Beutel hatte eine Wandstärke von 75 μ, eine Heisssiegelnaht am Boden, zwei parallele Heissiegelnähte am oberen Ende, eine Länge zwischen den Heissiegelnähten von etwa 26,5 cm und im flach liegenden Zustand eine Breite von etwa 28,ο cm. Die Beutel wurden lose mit je etwa 575 ml Blut gefüllt und flach liegend in einer Dicke von etwa 7,5 mm in Flachhalteplatten des in den Abbildungen dargestellten Typs gelegt.

Die verwendeten Flachhaltekassetten bestanden aus Aluminiumblechen, die o,157 mm dick, etwa 28 cm breit und etwa 3g cm lang waren. Eine Platte jeder Kassette war mit zwei in Längsrichtung verlaufenden Vorsprüngen oder Haltestegen von je etwa Io cm Länge und die anderen Platten mit einem seitlich verlaufenden Haltesteg von etwa 12,5 cm Länge versehen. Diese Stege hatten eine Breite von etwa o,8 cm und ragten etwa 2 mm bis 3 mm von der Innenfläche der Platte einwärts zum eingeschlossenen Beutel.

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Die hergestellten Proben wurden in etwa 3o sec in flüssigem Stickstoff gefroren, etwa 5 min bei der extrem tiefen
Temperatur gehalten, und zwar einige mit und einige ohne Einsteckeinsatz 15, und aus dem flüssigen Stickstoff entfernt, wobei die Beutel in den Flachhalteplatten gehalten wurden.

Diese gefrorenen Proben Hessen sich leicht handhaben,
lagern und schliesslich auftauen, wobei sie strukturell
völlig einwandfrei und steril blieben. Einige Proben * wurden dem Falltest unterworfen, wobei man sie aus einer Höhe von etwa 6o cm mit den Stirnflächen und Ecken auf
einen Betonboden fallen liess, ohne dass ein Beutel riss.

Bezüglich der strukturellen Unversehrtheit, insbesondere des Schutzes gegen Beschädigung durch Fallen, ist es vorteilhaft, die schlaff gefüllten Beutel quer in die Flachhalteplatten einzusetzen, d.h. so, dass die Heissiegelnähte in einen rechten Winkel zu den umgebogenen Verschlussleisten der Flachhalteplatte und parallel zu den
offenen Kanten der Flachhaltekassette verlaufen und die
Heissiegelnähte vor dem Schliessen mit der Flachhaltekassette und vor dem Gefrieren über oder unter den flach liegenden Beutel umgeschlagen wird. Bei dieser Verfahrensweise, die in Figur 7 veranschaulicht wird, werden die Heissiegelnähte und ihre Übergänge in den Hauptkörper, d.h. die Bereiche, die etwas schwächer sind als der Beutel insgesamt, gegen Beschädigung durch Stösse, wie sie durch zufälliges
Fallenlassen auftreten können, wirksamer geschützt.

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Claims

- 16 Patentansprüche

Verfahren zum Gefrieren von Flüssigkeiten unter Bildung von transportierbaren und lagerfähigen Einheitspackungen in Form dünner Schichten, dadurch gekennzeichnet, dass man

a) einen Beutel aus flexiblem Kunststoff mit der zu gefrierenden Flüssigkeit schlaff füllt,

b) den schlaff gefüllten Beutel zwischen zwei im wesentlichen parallele ebene Oberflächen unter Bildung einer Packung anordnet und abflacht,

c) die Oberflächen gegen eine Trennung mit einer Haltekraft sichert, die teilweise zentral auf einen Teil der Oberfläche, der geringer ist als die Gesamtoberfläche, ausgeübt wird und genügt, um Deformierung des mit der nicht gefrorenen Flüssigkeit schlaff gefüllten Beutels durch Zusammensacken zu verhindern, wenn der Beutel senkrecht zwischen den Oberflächen angeordnet ist,

d) den schlaff gefüllten Beutel mit den umschliessenden, den Beutel flach haltenden Teilen in einer im wesentlichen senkrechten Lage in ein Kältemittel, das ungefähr die Temperatur von flüssigem Stickstoff hat, für eine genügende Zeit taucht, um die verpackte Flüssigkeit zum festen Zustand zu gefrieren und auf eine gewählte extrem tiefe Temperatur zu bringen, und

e) die Gesamtpackung mit dem gefrorenen Inhalt aus dem Kältemittel entfernt .

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2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass man den Teil der zentral auf einen Teil der Oberflächen ausgeübten Haltekraft aufhebt.

3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass man die Haltekraft aufhebt und die den Beutel flach einschliessenden Oberflächen von den mit der gefrorenen Flüssigkeit gefüllten Beutel entfernt.

4. Verfahren nach Anspruch 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass ein Teil der zentral auf feinen Teil der Oberflächen ausgeübten, Haltekraft im wesentlichen linear angreift.

5. Verfahren nach Anspruch 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die im wesentlichen linear angreifende Haltekraft senkrecht während des Gefrierprozesses ausgeübt wird.

6. Verfahren nach Anpsruch. 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die im wesentlichen linear angreifende Halteki?;aft während des Gefrierprozesses waagerecht ausgeübt wird.

7. Verfahren nach Anspruch 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Halfcekraft auf nicht mehr als Io % der Oberflächen ausgeübt wird.

8. Vorrichtung zum Gefrieren von Flüssigkeiten in flexiblen Beuteln zu Einheitspackungen in Form dünner Schichten, gekennzeichnet durch:

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a) einen Behälter (11) , der sich zur Aufnahme von Kältemitteln eignet, die ungefähr die Temperatur von flüssigem Stickstoff haben,

b) ein paar (29) im wesentlichen flacher, paralleler ebener Platten (3t>37), die trennbar sind, um einen mit der zu gefrierenden Flüssigkeit schlaff gefüllten Beutel umschliessen zu können,

c) Bauteile zur Sicherung der Platten (31,37) gegen Trennung von dem mit der zu gefrierenden Flüssigkeit schlaff gefüllten Beutel (47) und

d) einen Halter (15) zum Eintauchen der Platten (31,37) und des eingeschlossenen, mit der nicht gefrorenen Flüssigkeit schlaff gefüllten Beutels (47) in den das Kältemittel enthaltenden Behälter (11) und zur Herausnahme der Platten (3L,37) und des eingeschlossenen, die gefrorene Flüssigkeit enthaltenden Beutels (47) aus deni Behalter (11) .

9. Vorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Platten (31,37) trennbar und wahlweise mit Scharnieren (35,39,41), die die entsprechenden Ränder der Platten verbinden, verschliessbar sind.

Io. Vorrichtung nach Anspruch 8 und 9, dadurch gekennzeichnet, dass als Bauteil zur Sicherung der Platten (31,37) gegen eine Trennung von der eingeschlossenen vorpackten Flüssigkeit ein Einsteckeinsatz (15) vorhanden ist, der in den mit- dem Kältemittel gefüllten Behälter (11) eingetaucht werden kann und mit einem senkrecht vollaufenden Schlitz (21) versehen ist, der eine solche Breite hat, dass er zwei Platten (31,37) und einen eingeschlossenen, mit Flüssigkeit schlaff gefüllten Beutel (47) in engem Gleitkontakt aufnehmen kann.

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11. Vorrichtung nach Anspruch 8 bis Io, dadurch gekennzeichnet, dass der Einsteckeinsatz (15) am Schlitz (21) mit reibungsverinindernden Isoliermaterial versehen ist, das so angeordnet ist, dass es das Einschieben und Herausziehen der Platten (31,37) mit dem eingeschlossenen Beutel (47) in den Schlitz und aus den Schlitz (21) erleichtert und die Platten (31,37) gegen direkte Berührung mit der Masse des Einsteckeinsatzes (15) isoliert.

12. Vorrichtung nach Anspruch 8 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass die ebene Fläche wenigstens einer Platte (49,51) durch einen Vorsprung (65) unterbrochen ist, der sich nicht vollständig durch die planare Gesamtdicke des eingeschlossenen, schlaff gefüllten Beutels (47) erstreckt.

13. Vorrichtung nach Anspruch 8 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass als Mittel zur Sicherung der Platten gegen Trennung von der eingeschlossenen verpackten Flüssigkeit und als Halter ein Einsteckeinsatz (15) mit senkrechten Schlitzen (21) zum Festhalten der Platten vorhanden ist.

14. Vorrichtung nach Anspruch 8 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens eine der Platten (49) zum eingeschlossenen, schlaff mit der Flüssigkeit gefüllten Beutel konkav ist.

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15. Vorrichtung na^h Anspruch & bis 14, dadurch gekennzeichnet, dasfc» die Konkavität aus einer Biegung besteht, die sich quer übar axe !-latte (49) erstreckt.

16. V>.-"riohcung -.ach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, . Cit.sü die quer über die Platte (43) verlaufende Biegung im wesentlichen in der Mitte der Längsdimension der Platte (49) liegt.

17. packung, bestehend uus exner c/^irorenen Flüssigkeit, einem Beutel (47), der die gefrorene Flüssigkeit als lift wesentlichen flache Schiene «schält und zwei Platten (31,37/49,51), die geg^n die jeweiligen, im wesentlichen flachen Oberfläche/, des Beutels (47) stossen.

18. Packung nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, dass die flache Ob^rfIc ,ehe rechteckig ißt.

19. Packung nach Anspruch ~7 u.'xl Io, cadurch gekennzeichnet, dass dir^ Platten (31,37/45,51) längs zwei rechtwinklig gegenüberliegende S ca. \; er. :.;it Verschlüssen verseilen und liingc; aer aAoereu beider* rechtwinklivj gegenüberliegenden Seiten cfiV bind.

20. Packung nach Anspruch 17 bis i>. ^&durch gekennzeiciii-.ct, dass wer.ig&'cenj eine der beiden Platten (49,51) mit ei neu Oberflächenvorsprung (c5) versehen ist, der teil-weise i*. den rrdw geirorer.er Fl^b^igkeit gefüllten Beutel rage.

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21. Packung nach Anspruch 17 bis 2o, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens eine Platte des Paares von Platten (31,37) durchbrochen ist.

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