DE938207C - Verfahren zur Haltbarmachung und Lagerung von biologischen Materialien Materialien - Google Patents

Verfahren zur Haltbarmachung und Lagerung von biologischen Materialien Materialien

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DE938207C
DE938207C DEL17366A DEL0017366A DE938207C DE 938207 C DE938207 C DE 938207C DE L17366 A DEL17366 A DE L17366A DE L0017366 A DEL0017366 A DE L0017366A DE 938207 C DE938207 C DE 938207C
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DE
Germany
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pressure
preservation
ice
cools
freezing point
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Expired
Application number
DEL17366A
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English (en)
Inventor
Howard Oldford Mcmahon
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Arthur D Little Inc
Original Assignee
Arthur D Little Inc
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Publication date
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    • AHUMAN NECESSITIES
    • A01AGRICULTURE; FORESTRY; ANIMAL HUSBANDRY; HUNTING; TRAPPING; FISHING
    • A01NPRESERVATION 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
    • A01N1/00Preservation of bodies of humans or animals, or parts thereof
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F25REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
    • F25DREFRIGERATORS; COLD ROOMS; ICE-BOXES; COOLING OR FREEZING APPARATUS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • F25D3/00Devices using other cold materials; Devices using cold-storage bodies
    • F25D3/10Devices using other cold materials; Devices using cold-storage bodies using liquefied gases, e.g. liquid air

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  • Engineering & Computer Science (AREA)
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  • General Health & Medical Sciences (AREA)
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  • Micro-Organisms Or Cultivation Processes Thereof (AREA)

Description

  • Verfahren zur Haltbarmachung und Lagerung von biologischen Materialien Die Erfindung betrifft ein. Verfahren zur Haltbarmaehung und Lagerung von biologischen Materialien.
  • Biologische Materialien, die zu einem beträchtlichen Teil aus cellularen Komponenten, die wäß:rige Flüssigkeiten enthalten, bestehen, sind oft nur mit Schwierigkeit für längere Zeit haltbar zu machen und zu lagern. Das Verderben und andere nachteilige Umsetzungen, die in diesen Materialien bei Zimmertemperatur schnell erfolgen, können zwar weitgehend verlangsamt werden, wenn man die Lagertemperatur auf etwa o° C herabmindert, es erfolgt jedoch auch dann noch so schnell, daß größtmögliche Eile erforderlich ist, wenn das biologische Material von seinem Gewinnungsort zum Punkt seiner Verwendung geschafft werden soll. Wenn man diese Materialien bei noch niedrigeren Temperaturen; beispielsweise - io bis -2o° oder darunter, lagern würde, könnte man ihre Lebensdauer und damit ihre Verwendungsfähigkeit beträchtlich erhöhen. Eine Herabminderung der Temperatur bis zu und unter den Gefrierpunkt ist aber wegen der Schädigung der biologischen Materialien durch das Ausfrieren und das dadurch bedingte Unbrauchbarwerden für die beabsichtigten Zwecke im allgemeinen nicht zulässig. Diese Schädigung hat mehrere Ursachen, von denen einige noch nicht vollständig geklärt sind. Im Falle von biologischen Materialien mit Zellstruktur scheint die Schädigung wenigstens zum Teil durch die Bildung von Eiskristallen bed ngt zu sein, die sich zunächst innerhalb der Zellen bilden und dann wachsen, bis sie die Zellmembranen durchstoßen. In manchen Fällen scheint die Schädigung auf eine Denatuierung des enthaltenen Eiweißes zurückzuführen zu sein, die wiederum wahrscheinlich auf eine Extraktion oder Entfernung von Wasser aus dem Proteinmolekül bei der Bildung von. Eis zurückzuführen ist. Was auch immer der Grund dafür sein mag, so ist auf jeden Fall die Schädigung, die auftritt, wenn ein biologisches Material bis unter seinen Gefrierpunkt gekühlt wird, durch die Phasenänderung von Wasser zu Eis bedingt.
  • Hauptziel der Erfindung ist daher ein Verfahren zur Haltbarmachung und Lagerung biologischer Materialien bei einer Temperatur unter dem Gefrierpunkt .ihrer flüssigen Komponenten ohne Sichädigung der Struktur und ohne Beeinträchtigung der Verwendungsfähiglceit sowie ein Verfahren, nach welchem eine solche Haltbarmachung und Lagerung für längere Zeit, beispielsweise für einige Monate, bewirkt wird.
  • Das Verfähren der vorliegenden Erfindung ist unter anderem auf unbelebte biologische Materialien, wie Vaccine, Sera, E,ncyme und Hormone, und lebende biologische Materialien, wie Schimmelpilze, Bakterien und Gewebe, beispielsweise für Transplantationen, anwendbar. So sind z. B. verschiedene der gebräuchlichen Vaccine bei längerer Lagerung unstabil und müssen in kurzen Intervallen frisch hergestellt werden. Es würde daher einen beträchtlichen Vorteil, beispielsweise für das Militär, bedeuten, @ wenn der Transport solcher Vaccine über längere Strecken und ihre Lagerung und -Haltbarmachung für längere Zeiten möglichwäre. Auch kann gesundes lebendes Gewebe, wie menschliche Cornea, de verwendet wird, um geschädigte Teile chirurgisch zu ersetzen., nicht für längere Zeit gehalten werden, ohne unbrauchbar zu werden, und es ist daher häufig sehr schwierig, Spender und Empfänger zu koordinieren. Für viele solche Probleme der Haltbarmaohung bedeutet die vorliegende Erfindung eine bequeme Lösung.
  • Es ist bekannt, daß Wasser und wäßrige Lösungen sich beim Abkühlen unter + 4° beträchtlich ausdehnen. Läßt man diesen Vorgang in einem geschlossenen Gefäß verlaufen, so tritt eine Druckerhöhung ein, wodurch der Gefrierpunkt herabgesetzt wird.
  • Das Verfahren nach vorliegender Erfindung wird demgemäß durchgeführt, indem man, das beispiels--weise in einem wasserundurchlässigen flexiblen Sack befindliche biologische Material in einem für diesen Zweck geeigneten Behälter nach dem Auffüllen mit Wasser und Verschließen durch Abkühlen unter ausreichenden Druck setzt. Dieser Druck ist -abhängig von der Temperatur auf die man abkühlt. Auf diese Weise können Drucke bis zu 2ooo Atm. bei Temperaturen bis herab, zu mindestens - 2ö° erreicht werden. Es können auch höhere- Drucke angewendet werden, jedoch sind sie bei Temperaturen unter -2o° nicht erforderlich. Für die Lagerung bei Temperaturen zwischen - 20 und o° kann der Druck gewünschtenfalls geringer - gehalten werden als 2ooo Atm., er ruß aber stets so groß. bleiben, daß die Bildung von Eiskristallen bei der betreffenden Temperatur unterbleibt. Wenn nun das biologische, Material verwendet werden -soll, ruß zunächst die Temperatur ohne Verminderung des Druckas erhöht werden: Es dürfen sich dabei jedoch noch keine Eiskristalle bilden. .Die Begründung dafür liegt darin, daß, wenn man als erstes den Druck vermindern würde, sich Eiskristalle bilden., bevor der normale Schmelzpunkt erreicht ist. Das biologische Material ruß somit, bevor der Gesamtdruck entfernt wird, auf über o° erwärmt werden bzw. kann man den Druck während des. Erwämmens allmählich reduzieren. Er ruß aber immer so hoch bleiben, daß das Ausfirieren des biologischen Materials unterbleibt.
  • Eine Variante des oben beschriebenen VeTfahrens besteht darin, daß das. haltbar zu machende biologische Material zunächst bei einer Temperatur von mehr als o° unter einen, Druck von mehr als 2ooo Atm. gesetzt wird, und dann bis auf -2o' oder darunter .gekühlt wird. Bei Temperaturen unter -2o° bildet sieh je nach dem Druck und der Art des biologischen, Materials ohne Expansion eine allotrope Modifikation. von Eis (Eis II) in dem biologischen Material. Diese Form dies Eises hat nicht die nachteiligen Expamsi.onseigenschaften der normalen allotropen Eisform (Eis I) und zeigt daher keine Neigung, durch: die Expansion die Zellen des bsologiisahen Materials zu zerstören. Daher kann dieses Verfahren in gewissen Fällen angewendet werden, wenn eine Lagerung bei Temperaturen unter -2o° erwünscht ist und wenn das biologische- Material durch die ohne Expansion erfolgende Bildung der allotropen Eisform nicht denaturiert oder sonstwne geschädigt wird.
  • Es" sei darauf hingewiesen, d@aß gemäß dieser Variante des oben beschriebenen Verfahrens die Temperatur de.s biologischen; Materials bis über den normalen Schmelzpunkt erhöht werden ruß, bevor der Druck wenigstens auf unter 2ooo Atm, vermindert wird, da sich anderenfalls sofert unter wahrscheinEch beträchtlicher Schädigung des Materials Eis I bildet.
  • Es können verschiedene--gebräuchliche Apparaturen für die Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens verwendet werden. Dia in der Zeichnung beschriebene, Vorrichtung ist wegen ihrer einfachen Konstruktion und der -im wesentlichen autormatischen Durchführung des Verfahrens besonders ;geeignet. In. der Zeiahüung' ist eine dickwandige, vorzugsweises zylindrische Druckkammer io dargestellt, die einen .dickwandigen Deckel i i, 'der durch die Bolzen 12 auf der Kammer io befestigt werden kann, besitzt. Die Dichtung 13 paßt in die Aushebungen 14 und 15 der Druckkammer bzw. des Deckels, so.daß, wenn der Deckel fest aufgesehrauht wird, der Raum in der Kammer gegen Ein- oder Austritt von Flüssigkeit oder Dämpfen dicht verschlossen. ist.
  • Das haltbar zu machende biologische Material 16 wird in einen flüssigkeitsdichten plastischen Sack 17 gegeben, der. an seiner Öffnung 18 verschlossen wird. Dieser Sack wird dann, wie gezeigt, in die Kammer io gebracht und Wasser 19 zugegeben, um die Kammer ganz aufzufüllen. Dann wird der Deckel i i fest aufgeschraubt und die Anordnung Ausfrierbedingungen unterworfen. Das Wasser ig beginnt dann sich in Eis umzuwandeln, wobei es sich ausdehnt. Da das Wasser in dem biologischen Material 16 in Form einer wäßrigen Lösung vorliegt, also einen niedrigeren Gefrierpunkt als reines Wasser aufweist, friert es bei einem gegebenen Druck nicht bei der gleichen Temperatur wie reines Wasser. Sein Gefrierpunkt isst bei einem gegebenen Druck immer etwas niedriger als der des reinen Wassers i9. Das Wasser i9 friert in ausreichender Menge, um die Kammer auf einen von der Temperatur abhängenden Druck zu bringen, und schließlich ist der Druck bei -2o° auf igio Atm. gestiegen, ohne daß das biologische Material 16 gefroren ist.
  • Es ist selbstverständlich, daß die Kammeer 1o und der Deckel i i fest genug sein müssen, um beträchtlichen Drucken zu widerstehen. Außerdem ruß dafür gesorgt werden, daß in oder um den Sack 17 oder an anderer Stelle in der Kammer io beim Füllen und Schließen keine Gas- oder Lufteinschlüsse auftreten. Die genaue Form .und Lage des Sackes in dem Behälter ist nicht wesentlich. Er könnte beispielsweise von dem Deckel herabhängen und auf allen Seiten von Wasser umgeben sein.

Claims (5)

  1. PATENTANSPRÜCHE: i. Verfahren zur Haltbarmachung und Lagerung von biologischem Material, dadurch gekennzeichnet, da,ß man es unter Druck setzt und es dann auf eine Temperatur unter seinem normalen Gefrierpunkt bei atmosphärischem Druck kühlt und es während der Kühlung und danach, solange es sich bei. einer Temperatur unter dem Gefrierpunkt befindet, unter so hohem Druck hält, daß die Bildung vom Eis I verhindert wird.
  2. 2. Verfahren nach Anspruch i, dadurch gekennzeichnet, daß man das. Material unter einen Druck von etwa 2ooo Atm. setzt, es dann auf eine Temperatur unter seinem normalen Gefrierpunkt bei Atmosphärendruck kühlt und es für die Dauer der Konservierung in gekühltem Zustand unter diesem Druck beläßt.
  3. 3. Verfahren nach Anspruch i und 2, dadurch gekennzeichnet, daß man das Material nicht unter -2o° kühlt.
  4. 4. Verfahren; nach Anspruch i und 2, dadurch gekennzeichnet, daß man auf Temperaturen unter -2o° kühlt, gegebenenfalls so, weit, daß die Bildung von Eis II erfolgt, wobei Drucke von über 2ooo Atm. angewendet werden können.
  5. 5. Verfahren nach Anspruch i bis 4, dadurch gekennzeichnet, da.ß man das Material in, einer biegsamen wasserdichten Hülle im einen g#--eigneten druckdichten Behälter bringt, den freien. Raum völlig mit Wasser füllt, den Behälter fest verschließt und kühlt.
DEL17366A 1953-12-09 1953-12-09 Verfahren zur Haltbarmachung und Lagerung von biologischen Materialien Materialien Expired DE938207C (de)

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