DE3225672A1

DE3225672A1 - Vorrichtung zum ausloesen der kristallbildung in zu gefrierenden biologischen proben

Info

Publication number: DE3225672A1
Application number: DE19823225672
Authority: DE
Inventors: Detlef 4100 Duisburg Jankowski; Kurt Dipl.-Ing. 4054 Nettetal Pfeil-Schneider; Wolfgang 4154 Tönisvorst Volker
Original assignee: Messer Griesheim GmbH
Current assignee: Messer Griesheim GmbH
Priority date: 1982-07-09
Filing date: 1982-07-09
Publication date: 1984-01-12
Also published as: DE3225672C2

Description

Kennwort: Seeding-System Vorrichtung zum Auslösen der Kristallbildung in zu gefrierenden biologischen Proben.
Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Auslösen der Kristallbildung in zu gefrierenden biologischen Proben in einer Gefrieranlage, bestehend aus einer Gefrierkammer, einem Flüssigstickstoff-Behälter mit Zuleitung zur Gefrierkammer und Einrichtungen zur. Regelung der Temperatur ;n der Gerrierkammer.
Für eine lebenserhaltende Kryokonserviezung von biologischem Material ist eine gesteuerte und jederzeit genau reproduzierbare Gefriergeschwindigkeit in eine: Gefrierkammer erforderlich. Ein kritischer Punkt bei einer solchen kontrollierten Gefrierunq ist der Wärmeanfall während des PE,asenwechsels vom flüssigen zum festen Zustand der zu 80% aus Wasser bestehenden Zeiiflüssigkeit. Da in der Gefrierkammer in der Regel eine Vielzahl von Gefäßen mit biologischen Proben gleichzeitig gefroren werden und die Kristallbildung in den einzelnen Probengefäßen nicht gleichzeitig einsetzt, ist es nicht möglich, die Kristallisationswärme während des Phasenüberganges bei einer für alle Proben einheitlichen vorzugebenden Temperatur abzuführen.
Man leitet daher wielfach die Kristallbildung künstlich ein, in dem man die Probengefäße mit einem durch flüssigen Stickstoff tiefgekühlten Metallgegenstand, z.B. einer Zange oder einer Kupferplattet berührt. Hierdurch wird zwar ein annähernd gleichzeitiges Einsetzen der Kristallbildung in den einzelnen Proben erreicht, durch den tiefkalten Metallgegenstand wird jedoch die Temperatur in der Gefrierkammer unkontrolliert abgesenkt.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung zum Auslösen der Kristallbildung in zu gefrierenden biologischen Proben zu schaffen, welche ein gleichzeitiges Einsetzen der Kristallbildung durch Kälte zufuhr in allen Probengefäßen ermöglicht, ohne die kontrollierte Temperatur in der Gefrierkammer in irgend einer Weise zu beeinflussen.
Bei einer Vorrichtung zum Auslösen der Kristallbildung in zu gefrierenden biologischen Proben in einer Gefrieranlage, bestehend aus einer Gefrierkammer, einem Flüssigsticksto,f-BehäXter mit Zuleitung zur Gefrierkammer und Einrichtungen zur Regelung der Temperatur in der Gefrierkammer, wird dies gemäß der Erfindung erreicht durch eine vertikal in der Gefrierkammer angeordnete, als doppelwandiges, unten geschlossenes, Rohr ausgebildete Haltevorrichtung mit Öffnungen im Innen- und Außenrohr zur Aufnahme der Probengefäße, eine separate Zuleitung für flüssigen Stickstoff zum Innenrohr, eine im unteren Teil befindliche Verbindung von Innenrohr zum vom Innen- und Aussenrohr gebildeten Manteiraum, sowie eine separate Aus- trittsöffnung für 8erdampften Stickstoff aus dem Mantelraum.
Die als doppelwandliges, unten geschlossenes, Rohr ausgebildete Haltevorrichtung besitzt schon aus Fertigungsgründen vorzugsweise eine zylindrische Form. Es können jedoch auch Rohre mit nichtrundem Querschnitt, beispielsweise quadratische oder rechteckige Profile, verwendet werden.
Drei Ausführungsbeispiele der Erfindung sollen anhand der beigefügten Zeichnungen erläutert werden.
Es zeigen: Fig. 1 eine teilweise geschnittene Gefrieranlage mit einer in die Gefrlerkammer eingesetzten Haltevorrichtung mit Prcihengefäßen, Fig. 2 die Haltevorrichtung mit einigen Probengefäßen in perspektivischer Darstellung, Fig 3 einen Längs schnitt durch den unteren Teil der Haltevorrichtung entsprechend der Linie AB in Fig.21 Fig. 4 einen Querschnitt durch die Haltevorrichtung entsprechend der Linie CD in Fig.3, Fig. 5 einen Querschnitt durch eine Haltevorrichtung mit rechteckigem Querschnitt und andersartig eingesetzten Probengefäßen, Fig. 6 den Querschnitt durch eine Haltevorrichtung mit rechteckigem Querschnitt.
Die in Fig.1 dargestellte Gefrieranlage besteht im wesentlichen aus dem Flüssigstickstoff-Behälter 1 mit flüssigem Stickstoff 2, sowie einer Gefrierkammer 3, die durch die Zuleitung 4 mit flüssigem Stickstoff aus dem Flüssigstickstoff-Behälter 1 versorgt. wird. Die Einrichtungen zur Regelung der Temperatur in der Gefrierkammer 3 bestehen aus einem Temperaturregler und Programmgeber 5, einem Signalgerät 6, einem Zeitrelais 7 und einem Schreiber 8. Die Gefrierkammer 3 besteht im einzelnen aus einem Dewar-Zylinder 9, einem Gebläse und Motor 10, dem Deckel 11 und den Leitblechen 12. Der Schreiber 8 ist mit dem Widerstandsthermometer 13 verbunden. Der flüssige Stickstoff wird durch das Magnetventil 14 dosiert. Nach Eintritt in die Gefrierkammer 3 verdampft er und zirkuliert um die Leitbleche 12, was durch das Gebläse und Motor 10 bewirkt wird. Er verläßt die Gefrierkammer 3 durch eine nichtdargestellte Öffnung im Deckel 11. In die Gefrierkammer 3 ist die Haltevorrichtung 15 mit Probengefäßen 16, in denen sich das zu gefrierende biologische Material befindet, eingesetzt.
Gemäß der Erfindung ist die Haltevorrichtung 15 als doppelaelndiges Rohr ausgebildet und besitzt eine separate Zuleitung 17 zum Innerohr 18. Die Dosierung des flüssigen Stickstoffs in das Innenrohr 18 erfolgt mit dem Magnet- ventil 19.
In den Fig. 2 - 4 ist die Haltevorrichtung 15 vergrößert dargestellt. Fig.2 zeigt eine Gesamtansicht der Haltevorrichtung 15 mit einigen eingesetzten Probengefäßen 16.
Die Haltevorrichtung 15 ist im wesentlichen ein doppelwandiges Rohr, gebildet aus dem Innenrohr 18 und den Außenrohr 20. Sowohl im Innenrohr 18 als auch im Außenrohr 20 befinden sich öffnungen 21, in welche die Probegefäße 16 hineingesteckt werden, so daß sie das Innenrohr 18 durchdringen. Die Haltevorrichtung ist, wie aus Fig.3 ersichtlich, unten geschlossen, es besteht jedoch eine Verbindiung 22 vom Innenrohr 18: zum Mantelraum 23, der vom Innenrohr 18 und dem Außenrohr 20 gebildet wird. Die Strömung des Stickstoffs in der Haltevorrichtung 15 ist durch Pfeile 24 angedeutet.
Fig. 5 zeigt einen Querschnitt durch eine Haltevorrichtung 15, die aus; einem doppelwandigen Rohr mit quadratischem Profil besteht. Die Öffnungen 21 sind hier so angeordnet, daß das Probengefäß 16 sowohl das Außenrohr 20a, als auch das Innenrohr 18a durchdringt.
Das Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 6 entspricht weitgehend dem von Fig.5, nur daß anstelle von quadratischen Profilen rechteckige Profile verwendet worden sind. Auf diese Weise können im Innenrohr 1 8b und im Außenrohr 20b mehrere Öffnungen 21 auf gleicher Höhe angebracht werden, so daß sich mehr Probengefäße 16 unterbringen lassen als bei den Ausführungsbeispielen gemäß Fig.5 und gemäß Fig. 2 - t.
Die Öffnungen 21 können bei allen Ausführungsbeispielen auch so angebracht werden, daß die Probengefäße 16 sich leicht geneigt in der Haltevorrichtung 15 befinden. Fur eine einwandfreie Funktion ist es jedoch in jedem Fall erforderlich, daß in alle Öffnungen 21 Probengefäße 16 eingesetzt erden, oder, falls nicht genügend zu ge-~rierende biologische Proben vorhanden sind, die Öffnungen 21 anderweitig verschlossen werden. Dies geht aus der nun folgenden Beschreibung der Arbeitsweise der Vorrichtung hervor.
Nach Erreichen einer vorgegebenen Temperatur in der Gerierkammer 3 erhält das Zeitrelais 7 über den Tempera--.urregler und Programmgeber 5 vom Signalgerät 6 einen Impuls, der das Magnetventil 19 für eine am Zeitrelais 7 vorgegebene Zeit öffnet. Dadurch wird über die separate Zuleitung 17 flüssiger Stickstoff aus den Flüssigstickstoff-Behälter 1 in das Innenrohr 18 der Haltevorrichtung 15 geleitet. Wie in Fig.3 dargestellt, umspült der tiefkalte flüssige Stickstoff die Probengefäße 16 an einer definierten Stelle und verdampft. An den von Stickstoff umspülten Stellen der Probengefäße 16 bilden sich Kristalle 25. Der verdampfte Stickstoff gelangt durch die Verbindung 22 in den Mantelraum 23 und verläßt über die separate Austrittsöffnung 26 die Haltevorrichtung 15. Die separate Austrittsöffnung 26 ist ein das Innenrohr 18 umgebender Schlitz. Nachdem die Kristallisation einmal angeregt ist, pflanzt sie sich durch die Probengefäße 16 immer weiter fort, wie durch die Pfeile 27 angedeutet, bis schließlich das gesamte in den Prbengefäßen 16 befindliche biologische Material 28 gefroren ist. Infolge der gleichzeitig in allen Probengefäßen 16 einsetzenden Kristallbildung und durch die separate Stickstoffzu- und Abfuhr für die Haltevorrichtung 15 wird das Temperaturprofil in der Gefrierkammer 3 nicht unkontrolliert verändert.
Es ist von Vorteil, daß auch vorhandene ältere Ge£rieranlagen ohne weiteres mit der erindungsgemäßen Vorrichtung ausgestattet werden können.

Claims

Paten.nspruche 1. Vorrichtung zum Anslösen der Kristallbildung in zu gefrierenden biologischen Proben in einer Gefrieranlage, bestehend aus einer Gefrierkammer (3), einem ?lüssigstickstoff-Behäiter (1) mit Zuleitung (4) zur Gefrierkammer und Einrichtungen (5,6,7,8) zur Regelung der Temperatur in der Gefrierkammer, gekennzeichnet durch eine vertikal in der Gefrierkammer angeordnete, als doppelwandiges, unten geschlossenes, Rohr ausgebildete Haltevorrichtung (15) mit öffnungen (21) im Innen- (18,18a,18b) und Außenrohr (?0,20a,20b) zur Aufnahme der Probenge£äße (16), eine separate Zuleitung (17) für flüssigen Stickstoff zum Innenrohr: eine im unteren Teil befindliche Verbindung(22) vom Innenrohr zum vom Innen- und sllßenrohr gebildeten Mantelraum (23), sowie eine separate Austrittsöffnung (26) für verdampften Stickstoff as dem Mantelraum.
2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die als doppelwandiges, unten geschlossenes Rohr ausgebildete Haltevorrichtung eine zylindrische Form hat.