DE3225672C2

DE3225672C2 -

Info

Publication number: DE3225672C2
Application number: DE19823225672
Authority: DE
Inventors: Detlef 4100 Duisburg De Jankowski; Kurt Dipl.-Ing. 4054 Nettetal De Pfeil-Schneider; Wolfgang 4154 Toenisvorst De Volker
Original assignee: Messer Griesheim GmbH
Current assignee: Messer Griesheim GmbH
Priority date: 1982-07-09
Filing date: 1982-07-09
Publication date: 1988-12-08
Also published as: DE3225672A1

Description

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 Ge frierkammer und Einrichtungen zur Regelung der Temperatur in der Gefrierkammer.

Für eine lebenserhaltende Kryokonservierung von biologischem Material ist eine gesteuerte und jederzeit genau reprodu zierbare Gefriergeschwindigkeit in einer Gefrierkammer er forderlich. Ein kritischer Punkt bei einer solchen kontrol lierten Gefrierung ist der Wärmeanfall während des Phasen wechsels vom flüssigen zum festen Zustand der zu 80% aus Wasser bestehenden Zellflüssigkeit. Da in der Gefrierkammer in der Regel eine Vielzahl von Gefäßen mit biologischen Proben gleichzeitig gefroren werden und die Kristallbil dung in den einzelnen Probengefäßen nicht gleichzeitig einsetzt, ist es nicht möglich, die Kristallisationswär me während des Phasenüberganges bei einer für alle Pro ben einheitlichen vorzugebenden Temperatur abzuführen. Man leitet daher vielfach die Kristallbildung künstlich ein, in dem man die Probengefäße mit einem durch flüs sigen Stickstoff tiefgekühlten Metallgegenstand, z. B. einer Zange oder einer Kupferplatte, berührt. Hierdurch wird zwar ein annähernd gleichzeitiges Einsetzen der Kristallbildung in den einzelnen Proben erreicht, durch den tiefkalten Metallgegenstand wird jedoch die Tempera tur in der Gefrierkammer unkontrolliert abgesenkt.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung zum Auslösen der Kristallbildung in zu gefrierenden bio logischen Proben zu schaffen, welche ein gleichzeitiges Einsetzen der Kristallbildung durch Kältezufuhr in allen Probengefäßen ermöglicht, ohne die kontrollierte Tempera tur in der Gefrierkammer in irgendeiner Weise zu beein flussen.

Diese Aufgabe wird gemäß der Erfindung gelöst durch eine vertikal in der Gefrierkammer angeordnete, als doppelwan diges, unten geschlossenes, Rohr ausgebildete Haltevor richtung mit Öffnungen im Innen- und Außenrohr zur Auf nahme der Probengefäße, eine separate Zuleitung für flüs sigen Stickstoff zum Innenrohr, eine im unteren Teil be findliche Verbindung vom Innenrohr zum vom Innen- und Au ßenrohr gebildeten Mantelraum, sowie eine separate Aus trittsöffnung für verdampften Stickstoff aus dem Mantel raum.

Die als doppelwandiges, unten geschlossenes, Rohr ausge bildete Haltevorrichtung besitzt schon aus Fertigungs gründen vorzugsweise eine zylindrische Form. Es können jedoch auch Rohre mit nichtrundem Querschnitt, bei spielsweise quadratische oder rechteckige Profile, ver wendet werden.

Drei Ausführungsbeispiele der Erfindung sollen anhand der Zeichnungen erläutert werden. Es zeigt

Fig. 1 eine teilweise geschnittene Gefrieranlage mit einer in die Gefrierkammer eingesetzten Haltevorrichtung mit Probenge fäßen,

Fig. 2 die Haltevorrichtung mit einigen Probengefäßen in perspektivischer Darstellung,

Fig. 3 einen Längsschnitt durch den unteren Teil der Haltevorrich tung entsprechend der Linie AB in Fig. 2,

Fig. 4 einen Querschnitt durch die Haltevorrichtung entsprechend der Linie CD in Fig. 3,

Fig. 5 einen Querschnitt durch eine Haltevorrichtung mit recht eckigem Querschnitt und andersartig eingesetzten Probengefäßen,

Fig. 6 den Querschnitt durch eine Haltevorrichtung mit recht eckigem Querschnitt.

Die in Fig. 1 dargestellte Gefrieranlage besteht im wesent lichen aus dem Flüssigstickstoff-Behälter 1 mit flüssigem Stickstoff 2, sowie einer Gefrierkammer 3, die durch die Zuleitung 4 mit flüssigem Stickstoff aus dem Flüssig stickstoff-Behälter 1 versorgt wird. Die Einrichtungen zur Regelung der Temperatur in der Gefrierkammer 3 be stehen aus einem Temperaturregler und Programmgeber 5, einem Signalgerät 6, einem Zeitrelais 7 und einem Schrei ber 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 Stick stoff wird durch das Magnetventil 14 dosiert. Nach Ein tritt 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 Gefrier kammer 3 ist die Haltevorrichtung 15 mit Probengefäßen 16, in denen sich das zu gefrierende biologische Material be findet, eingesetzt.

Gemäß der Erfinduing ist die Haltevorrichtung 15 als dop pelwandiges Rohr ausgebildet und besitzt eine separate Zuleitung 17 zum Innenrohr 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 Haltevor richtung 15 mit einigen eingesetzten Probengefäßen 16. Die Haltevorrichtung 15 ist im wesentlichen ein doppel wandiges Rohr, gebildet aus dem Innenrohr 18 und dem Außenrohr 20. Sowohl im Innenrohr 18 als auch im Außen rohr 20 befinden sich Öffnungen 21, in welche die Probe gefäße 16 hineingesteckt werden, so daß sie das Innenrohr 18 durchdringen. Die Haltevorrichtung ist, wie aus Fig. 3 ersichtlich, unten geschlossen, es besteht jedoch eine Verbindung 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 Haltevorrich tung 15, die aus einem doppelwandigen Rohr mit quadra tischem Profil besteht. Die Öffnungen 21 sind hier so an geordnet, daß das Probengefäß 16 sowohl das Außenrohr 20 a, als auch das Innenrohr 18 a 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 18 b und im Außenrohr 20 b 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. 2-4. Die Öffnungen 21 können bei allen Ausführungsbeispielen auch so angebracht werden, daß die Probengefäße 16 sich leicht geneigt in der Haltevorrichtung 15 befinden. Für eine einwandfreie Funktion ist es jedoch in jedem Fall erforderlich, daß in alle Öffnungen 21 Probengefäße 16 eingesetzt werden, oder, falls nicht genügend zu ge frierende biologische Proben vorhanden sind, die Öff nungen 21 anderweitig verschlossen werden. Dies geht aus der nun folgenden Beschreibung der Arbeitsweise der Vorrichtung hervor.

Nach Erreichen einer vorgegebenen Temperatur in der Ge frierkammer 3 erhält das Zeitrelais 7 über den Tempera turregler 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 dem Flüssigstick stoff-Behälter 1 in das Innenrohr 18 der Haltevorrichtung 15 geleitet. Wie in Fig. 3 dargestellt, umspült der tief kalte flüssige Stickstoff die Probengefäße 16 an einer definierten Stelle und verdampft. An den vom Stickstoff umspülten Stellen der Probengefäße 16 bilden sich in den innerhalb der Probengefäße 16 befindlichen biologischen Proben Kristal le 25. Der verdampfte Stickstoff gelangt durch die Ver bindung 22 in den Mantelraum 23 und verläßt über die se parate Austrittsöffnung 26 die Haltevorrichtung 15. Die separate Austrittsöffnung 26 ist ein das Innenrohr 18 um gebender Schlitz. Nachdem die Kristallisation einmal ange regt ist, pflanzt sie sich durch die Probengefäße 16 immer weiter fort, wie durch die Pfeile 27 angedeutet, bis schließlich das gesamte in den Probengefäßen 16 befind liche biologische Material 28 gefroren ist. Infolge der gleichzeitig in allen Probengefäßen 16 einsetzenden Kri stallbildung und durch die separate Stickstoffzu- und Ab fuhr für die Haltevorrichtung 15 wird das Temperaturpro fil in der Gefrierkammer 3 nicht unkontrolliert verändert. Es ist von Vorteil, daß auch vorhandene ältere Gefrieran lagen ohne weiteres mit der erfindungsgemäßen Vorrichtung ausgestattet werden können.

Claims

1. Vorrichtung zum Auslösen der Kristallbildung in zu gefrierenden biologischen Proben in einer Gefrieran lage, bestehend aus einer Gefrierkammer (3), einem Flüssigkeitsstickstoff-Behälter (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 Gefrierkam mer angeordnete, als doppelwandiges, unten geschlos senes, Rohr ausgebildete Haltevorrichtung (15) mit Öffnungen (21) im Innen- (18, 18 a, 18 b) und Außenrohr (20, 20 a, 20 b) zur Aufnahme der Probengefäße (16), eine separate Zuleitung (17) für flüssigen Stickstoff zum Innenrohr, eine im unteren Teil befindliche Verbin dung (22) vom Innenrohr zum vom Innen- und Außenrohr gebildeten Mantelraum (23), sowie eine separate Aus trittsöffnung (26) für verdampften Stickstoff aus dem Mantelraum.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die als doppelwandiges, unten geschlossenes Rohr ausgebildete Haltevorrichtung eine zylindrische Form hat.