ES2308559T3 - Instalacion criogenica y procedimiento de funcionamiento correspondiente. - Google Patents
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Abstract
Instalación criogénica para la congelación y/o descongelación de una muestra (1), en particular para la crioconservación de una muestra biológica (1), con a) una cámara de refrigeración enfriable (3) y b) un portamuestras (10) colocado en la cámara de refrigeración (3) para alojar temporalmente la muestra (1) durante la congelación o descongelación de dicha muestra (1), cuyo portamuestras (10) puede acondicionarse térmicamente por separado de la cámara de refrigeración (3), caracterizada por c) un recipiente de transporte (17), separable y aislado térmicamente, que se halla colocado en la cámara de refrigeración (3) para retirar la muestra (1) de la cámara de refrigeración (3) después de la congelación o para introducirla en la cámara de refrigeración (3) para su descongelación.
Description
Instalación criogénica y procedimiento de
funcionamiento correspondiente.
La invención se refiere a una instalación
criogénica para la congelación y descongelación de muestras, en
particular para la crioconservación de muestras biológicas, así como
a un procedimiento de funcionamiento según el preámbulo de las
reivindicaciones subordinadas.
En la crioconservación conocida, las muestras
biológicas se congelan de modo que se conserva su vitalidad y se
descongelan más tarde, según se necesite, de nuevo conservando la
vitalidad. Algunos ejemplos de aplicación de este tipo de
crioconservación son el almacenamiento de embriones para la
investigación sobre células troncales o la conservación de
espermatozoides para una fecundación artificial posterior. Para
conservar la vitalidad en la crioconservación es importante que,
tanto al congelar como al descongelar las muestras biológicas, se
mantenga una evolución temporal prefijada de la temperatura.
Por lo tanto, para la crioconservación de
muestras biológicas se emplean los denominados congeladores
programables, que en su mayoría emplean nitrógeno líquido, con un
punto de ebullición de -196ºC, como refrigerante y presentan una
cámara de refrigeración en la que puede ajustarse la temperatura
mediante el control de la afluencia del refrigerante, con el fin de
alcanzar la evolución deseada de la temperatura durante la
congelación o descongelación de las muestras biológicas.
En la congelación de las muestras biológicas, se
introducen éstas en la cámara de refrigeración del congelador
programable y a continuación se enfrían de acuerdo con la evolución
temporal prefijada de la temperatura, desde una temperatura inicial
de un proceso de congelación hasta una temperatura final del proceso
de congelación. Después de alcanzar la temperatura final del
proceso de congelación, las muestras biológicas congeladas se
retiran de la cámara de refrigeración del congelador programable y
se almacenan, por ejemplo, en un tanque criogénico.
En la descongelación de muestras biológicas
congeladas, se retiran éstas, por ejemplo, de un tanque criogénico
y se introducen en la cámara de refrigeración del congelador
programable. A continuación, se eleva la temperatura de la muestra
biológica congelada de acuerdo con una evolución temporal prefijada
de la temperatura, desde una temperatura inicial determinada de un
proceso de descongelación hasta una temperatura final del proceso
de descongelación. Después de alcanzar la temperatura final del
proceso de descongelación, la muestra descongelada se retira de la
cámara de refrigeración del congelador programable para su uso
posterior.
Una desventaja de los congeladores programables
conocidos descritos anteriormente consiste en que la muestra se
halla sometida a efectos no deseados de la temperatura al
introducirla en la cámara de refrigeración y al retirarla de la
cámara de refrigeración, lo que puede ocasionarle un daño térmico a
dicha muestra biológica y perjudicar el fin de la conservación de
la vitalidad.
En los congeladores programables conocidos
descritos anteriormente es desventajosa además la precisión poco
satisfactoria del ajuste de la evolución temporal prefijada de la
temperatura en la congelación o descongelación, lo que está
ocasionado por el volumen relativamente grande de la cámara de
refrigeración y los problemas técnicos de regulación que esto
conlleva.
Las referencias de patente DE 10144925 A1, EP
0181235 B1, EP 0136014 B1, DE 3125345 A1, DE 3404937 C2, EP 0275829
A2, EP 0090599 A1, EP 0072225 B1 y DE 10332799 A1 dan a conocer
instalaciones criogénicas para descongelar o congelar criomuestras.
Sin embargo, en estas instalaciones criogénicas conocidas, las
criomuestras se introducen o retiran de la cámara de refrigeración
en la congelación o descongelación sin protección térmica, lo que
puede conducir a un perjuicio térmico de dichas criomuestras.
La patente US 4783973 da a conocer una
instalación criogénica que presenta una cámara de refrigeración
enfriable con un portamuestras colocado en dicha cámara de
refrigeración para alojar la muestra, en que el portamuestras puede
acondicionarse térmicamente por separado de la cámara de
refrigeración mediante un sistema de calefacción por resistencia.
Sin embargo, en este caso el portamuestras no sirve para alojar la
muestra temporalmente durante la congelación o descongelación, sino
para el almacenamiento de la muestra en estado congelado. Por lo
tanto, este documento no da a conocer ningún recipiente de
transporte retirable y aislado térmicamente que sirva para
introducir la muestra en la cámara de refrigeración o para retirarla
de ella.
La patente US 6065294 da a conocer un recipiente
de transporte que puede introducirse en una cámara de refrigeración
o retirarse de ella. Sin embargo, de este documento no se conoce la
previsión adicional de un portamuestras separado para la
congelación o descongelación de la muestra.
Además, la patente US 5715686 da a conocer sólo
un único recipiente. Sin embargo, de este documento no se deduce la
previsión de un portamuestras que pueda acondicionarse térmicamente
de manera independiente ni de un recipiente de transporte
adicional.
Finalmente, respecto al estado de la técnica,
ha de indicarse todavía la patente más alejada US 4480682.
Por lo tanto, la invención tiene por objetivo
conseguir una instalación criogénica mejorada para la congelación
y/o descongelación de muestras y un procedimiento de funcionamiento
correspondiente.
Este objetivo se alcanza mediante una
instalación criogénica y un procedimiento de funcionamiento
correspondiente según las reivindicaciones 1 y 17.
La invención comprende la enseñanza técnica
general de colocar en la cámara de refrigeración relativamente
grande de una instalación criogénica (por ejemplo, de un congelador
programable) un portamuestras en el que la muestra se congela y/o
descongela, en que el portamuestras puede acondicionarse
térmicamente por separado de la cámara de refrigeración. Esto
significa que en el portamuestras y en la cámara de refrigeración
pueden ajustarse temperaturas diferentes.
Por un lado, la posibilidad de ajustar la
temperatura por separado en el portamuestras presenta la ventaja de
que la evolución temporal de la temperatura durante la congelación o
descongelación, importante para la conservación de la vitalidad de
la muestra biológica, debe ajustarse solamente para el menor volumen
en el interior del portamuestras, lo que puede realizarse de manera
mucho más precisa, en cuanto a la técnica de regulación, que el
acondicionamiento térmico exacto de toda la cámara de refrigeración
del congelador programable.
Por otro lado, la posibilidad de ajustar la
temperatura por separado en el portamuestras, con independencia del
resto de la cámara de refrigeración, ofrece la ventaja de que, al
introducir y al retirar la muestra, pueden evitarse los efectos
anteriormente descritos de la temperatura, perturbadores y
perjudiciales para la vitalidad, que resultan de diferencias
respecto a la temperatura inicial o final prefijada.
Además ha de mencionarse que en la cámara de
refrigeración se coloca un recipiente de transporte retirable
aislado térmicamente, para retirar la muestra de la cámara de
refrigeración después de la congelación o para introducirla en la
cámara de refrigeración para su descongelación. Al comienzo de un
proceso de descongelación se retira entonces la muestra del
recipiente de transporte y se traslada al portamuestras, donde
entonces dicha muestra se descongela. De la misma manera, al final
de un proceso de congelación se retira la muestra del portamuestras
y se traslada al recipiente de transporte, que entonces se retira de
la cámara de refrigeración y, por ejemplo, puede almacenarse en un
tanque criogénico.
Ventajosamente, la instalación criogénica según
la invención presenta un dispositivo de elevación, mediante el cual
el portamuestras puede descenderse y/o elevarse dentro de la cámara
de refrigeración de manera controlada en lazo abierto o
cerrado.
Por un lado, este movimiento vertical del
portamuestras en la cámara de refrigeración permite tener en cuenta
la estratificación vertical de la temperatura dentro de la cámara de
refrigeración. Así, la temperatura en la cámara de refrigeración
desciende de arriba a abajo, de modo que al final de un proceso de
congelación el portamuestras se halla preferentemente abajo, para
poder retirar la muestra congelada sin efectos de temperatura
perturbadores del medio circundante dentro de la cámara de
refrigeración. Por el contrario, al final de un proceso de
descongelación el portamuestras se halla preferentemente en una
posición elevada, para poder retirar la muestra congelada sin
efectos de temperatura perturbadores del medio extremadamente frío
que se encuentra en el fondo de la cámara de refrigeración.
Por otro lado, en una variante de la invención
el movimiento vertical del portamuestras por medio del dispositivo
de elevación permite un acondicionamiento térmico de dicho
portamuestras elevando o descendiendo el portamuestras según la
temperatura deseada dentro de la estratificación vertical de la
temperatura en la cámara de refrigeración. Por lo tanto, en esa
variante de la invención el portamuestras también puede
acondicionarse térmicamente por separado de la cámara de
refrigeración sin un dispositivo de refrigeración independiente,
elevando o descendiendo dicho portamuestras de la manera
correspondiente.
En este caso, es ventajoso que el portamuestras
presente un sensor de temperatura que mida la temperatura en dicho
portamuestras o a la altura del mismo o por encima o por debajo,
para poder regular el movimiento vertical del portamuestras en la
cámara de refrigeración en función de la temperatura.
En este caso es especialmente ventajoso que en
el portamuestras se hallen colocados varios sensores de temperatura
a una distancia vertical diferente respecto al portamuestras, lo que
permite la determinación de un gradiente vertical local de
temperatura. La regulación del movimiento ascendente o descendente
del portamuestras puede reaccionar entonces de manera muy sensible
a fluctuaciones locales de la temperatura en la cámara de
refrigeración.
Sin embargo, alternativamente existe también la
posibilidad de que el portamuestras esté colocado en posición fija
en la cámara de refrigeración, en lo que dicho portamuestras se
encuentra preferentemente en el fondo de la cámara frigorífica. En
este caso, la variación de temperatura en la abertura del
portamuestras no se alcanza por medio de una elevación o descenso
del portamuestras, sino que puede conseguirse, por ejemplo,
mediante un sistema de calefacción que calienta la cámara de
refrigeración, en lo que el dispositivo de calefacción
preferentemente sólo calienta un sector superior de la cámara de
refrigeración. Preferentemente, el dispositivo de calefacción se
pone en funcionamiento cuando ha de introducirse una muestra en el
portamuestras al comienzo de un proceso de congelación o cuando la
muestra ha de retirarse del portamuestras al final de un proceso de
descongelación. El calentamiento de la zona superior de la cámara de
refrigeración impide entonces ventajosamente un perjuicio térmico
perturbador de la muestra al introducirla o retirarla. Por el
contrario, el dispositivo de calefacción se desconecta
preferentemente cuando se retira la muestra del portamuestras al
final de un proceso de congelación o cuando la muestra se introduce
en el portamuestras al comienzo de un proceso de descongelación. La
desconexión del sistema de calefacción evita igualmente que la
muestra sufra un daño térmico al introducirla o retirarla.
Preferentemente, en la cámara de refrigeración
existe una estratificación vertical de la temperatura con una capa
fría inferior y una capa caliente superior. Esto es ventajoso porque
en ello, para la retirada o la introducción de la muestra, el
portamuestras puede elevarse o descenderse a la capa de temperatura
más cercana a la temperatura actual de la muestra y con ello evitar
un perjuicio térmico de dicha muestra.
En caso de una estratificación vertical
semejante de la temperatura dentro de la cámara de refrigeración,
la capa caliente presenta preferentemente una temperatura que
corresponde esencialmente a una temperatura inicial prefijada de un
proceso de congelación o a una temperatura final prefijada de un
proceso de descongelación, mientras que la capa fría presenta una
temperatura que corresponde esencialmente a una temperatura final
prefijada del proceso de congelación o a una temperatura inicial
prefijada del proceso de descongelación. Esto es ventajoso porque
entonces las dos capas de temperatura en la cámara de refrigeración
presentan siempre la temperatura adecuada para evitar un perjuicio
térmico de la muestra al retirar o introducir dicha muestra en el
portamuestras.
En un ejemplo de realización preferido de la
invención el portamuestras está térmicamente aislado y presenta una
tapa que puede abrirse para retirar la muestra y para introducir la
muestra. El aislamiento térmico del portamuestras es importante
cuando el acondicionamiento térmico del portamuestras tiene lugar de
forma activa por medio de un sistema de refrigeración y/o de
calefacción, ya que entonces el ajuste de temperatura en el
portamuestras se ve sólo mínimamente afectado por la temperatura
ambiente dentro de la cámara de refrigeración.
Sin embargo, alternativamente es posible también
que el portamuestras no esté aislado térmicamente respecto a la
cámara de refrigeración. Esto es especialmente conveniente cuando el
acondicionamiento térmico del portamuestras no tiene lugar de forma
activa por medio de un dispositivo de calefacción o de
refrigeración, sino por medio de un movimiento vertical del
portamuestras dentro de la estratificación vertical de temperatura
de la cámara de refrigeración, como se ha explicado ya
anteriormente.
En un ejemplo preferido de realización de la
invención existe al menos un pozo esencialmente vertical con una
pared de un material conductor del calor colocado en la cámara de
refrigeración, en el que el portamuestras puede moverse
verticalmente dentro el pozo. En este caso, la buena conductividad
del calor de la pared del pozo conduce ventajosamente a un
gradiente vertical de temperatura prácticamente constante en el
pozo, de modo que puede asignarse una temperatura determinada a
cada altura en el pozo. Ventajosamente, esto permite omitir los
sensores de temperatura en el portamuestras.
Preferentemente, en la instalación criogénica
según la invención, la cámara de refrigeración propiamente dicha
tiene forma de cubeta y está tapada en su parte superior por una
cubierta protectora desmontable que, preferente, es al menos
parcialmente transparente, para permitir el control visual.
Sin embargo, alternativamente existe también la
posibilidad de omitir la cubierta protectora, de modo que la cámara
de refrigeración queda abierta por arriba.
Además ha de mencionarse que en la cámara
frigorífica pueden figurar varias superficies de apoyo dispuestas a
alturas diferentes que corresponden a temperaturas diferentes según
la estratificación vertical de temperatura en dicha cámara
frigorífica.
Finalmente ha de citarse aún que la invención no
sólo comprende la instalación criogénica según la invención
descrita anteriormente, sino también un procedimiento de
funcionamiento correspondiente que resulta de la descripción
anterior.
Otras variantes ventajosas de la invención se
caracterizan en las reivindicaciones subordinadas o se explican con
más detalle a continuación junto con la descripción de los ejemplos
preferidos de realización de la invención mediante las figuras. Las
figuras muestran:
la figura 1 una vista esquemática en sección de
una instalación criogénica según la invención para la congelación y
descongelación de muestras biológicas conservando su vitalidad;
la figura 2 una representación esquemática en
sección de un ejemplo de realización modificado de una instalación
criogénica según la figura 1;
la figura 3 una vista esquemática en sección de
un ejemplo de realización alternativo de una instalación criogénica
según la invención con un dispositivo de calefacción adicional;
la figura 4 una vista esquemática en sección de
un ejemplo de realización simplificado de una instalación
criogénica de este tipo que, al contrario de las otras instalaciones
criogénicas, no presenta una cubierta protectora;
la figura 5A una vista en sección simplificada
de otro ejemplo de realización de una instalación criogénica según
la invención;
la figura 5B una vista en sección de un
dispositivo de elevación de la instalación criogénica de la figura
5A para la elevación o descenso de la muestra.
la figura 6 una vista en sección simplificada de
otro ejemplo de realización de una instalación criogénica según la
invención con varios dispositivos de elevación para la congelación o
descongelación simultánea de varias muestras independientemente
entre sí.
la figura 7A un proceso en congelación para el
ejemplo de realización según la figura 1 en forma de un diagrama de
flujo;
la figura 7B un proceso de descongelación para
el ejemplo de realización según la figura 1 en forma de un diagrama
de flujo;
la figura 8A un proceso de congelación para el
ejemplo de realización según las figuras 2 y 5A, 5B en forma de un
diagrama de flujo, así como
la figura 8B un proceso de descongelación para
los ejemplos de realización según las figuras 2 y 5A, 5B.
La instalación criogénica mostrada en la figura
1 permite una congelación y descongelación de una muestra
biológica 1 conservando su vitalidad, al enfriar o calentar,
respectivamente, dicha muestra 1 según una evolución temporal
prefijada de la temperatura durante la congelación y
descongelación.
Para ello, la instalación criogénica presenta
una cubeta criogénica 2 que incluye una cámara de refrigeración 3,
en lo que la cubeta criogénica 2 presenta una pared 4 de un material
aislante térmico.
El enfriamiento de la cámara de refrigeración 3
tiene lugar por medio de nitrógeno líquido, que está contenido en
un depósito de refrigerante 5, representado aquí sólo
esquemáticamente, y que se introduce en la cámara de refrigeración
3 a través de una válvula controlable para refrigerante 6.
Así, la introducción del nitrógeno líquido en la
cámara de refrigeración 3 tiene lugar indirectamente a través de un
material de amortiguación poroso 7, con el que se halla revestida la
parte interior de la pared 4 de la cubeta criogénica 2, en cuya
parte interior del material de amortiguación 7 figura colocada una
rejilla 8 de un material buen conductor del calor (por ejemplo
cobre). El material de amortiguación 7 impide que el nitrógeno
líquido introducido se acumule en el fondo de la cámara de
refrigeración 3 en forma de un, así denominado, lago de nitrógeno.
En lugar de ello, el material de amortiguación 7 suministra
uniformemente el nitrógeno líquido introducido en la cámara de
refrigeración 3 a través de la rejilla 8.
La cubeta criogénica 2 está cubierta en su parte
superior por una campana protectora desmontable 9, en cuya campana
protectora 9 es transparente, para permitir un control visual de la
cámara de refrigeración 3.
En la cámara de refrigeración 3 figura un
portamuestras 10 que puede elevarse o descenderse en dirección
vertical en dicha cámara de refrigeración 3, como se describirá
todavía con más detalle, mediante un dispositivo de elevación 11,
que aquí sólo está representado esquemáticamente.
El portamuestras 10 presenta un sensor de
temperatura 12, que mide la temperatura T_{ACTUAL1} en el
portamuestras 10 y la transmite a un dispositivo de control 13,
cuyo dispositivo de control 13 controla también la válvula de
refrigerante 6 y con ello ajusta la temperatura en la cámara de
refrigeración 3.
Además, el portamuestras 10 presenta un
dispositivo de refrigeración 14, que sólo está representado
esquemáticamente y que enfría el espacio interior del portamuestras
10 con una potencia frigorífica P_{FRIG} prefijada por el
dispositivo de control 13, como asimismo se describirá aún con más
detalle. Por ejemplo, el dispositivo de refrigeración 14 puede
utilizar el nitrógeno líquido contenido en el depósito de
refrigerante 5 para la refrigeración, pero también pueden emplearse
otras técnicas de refrigeración.
Además, ha de mencionarse que el portamuestras
10 está aislado térmicamente y presenta una tapa 15, asimismo
aislada térmicamente, que puede cerrarse, cuya tapa 15 se abre para
poder introducir la muestra 1 en el portamuestras 10 o retirarla
del portamuestras 10.
Adicionalmente, en el fondo de la cámara de
refrigeración 3 se halla colocado otro sensor de temperatura 16,
que mide la temperatura T_{ACTUAL2} en el fondo de la cámara de
refrigeración 3 y la transmite al dispositivo de control 13. El
dispositivo de control regula entonces la temperatura T_{ACTUAL2}
a un valor nominal prefijado, controlando la válvula de
refrigerante 6 de la manera correspondiente.
Además, en el fondo de la cámara de
refrigeración 3 se halla un recipiente de transporte retirable 17
que está aislado térmicamente y que presenta una tapa desmontable.
El recipiente de transporte 17 permite un traslado de la muestra
ultracongelada 1 desde la cámara de refrigeración 3 a un tanque
criogénico que aquí no se representa, sin que la muestra 1 se
caliente y, por tanto, sufra un daño térmico durante el traslado.
Además, el recipiente de transporte 17 permite el traslado de la
muestra ultracongelada 1 desde un tanque criogénico que aquí no se
representa a la cámara de refrigeración 3, para que dicha muestra
congelada 1 pueda descongelarse a continuación en el portamuestras
10, lo que todavía se describirá con más detalle.
El dispositivo de control 13 está finalmente
conectado con un ordenador personal convencional 18 en el que
pueden programarse las evoluciones temporales de la temperatura que
se deseen para el proceso de congelación o descongelación.
En lo que sigue se describe ahora un proceso de
congelación de la instalación criogénica según la figura 1, con
referencia al diagrama de flujo de la figura 7A.
Así, el dispositivo de control 13 hace descender
la temperatura T_{ACTUAL2} en el fondo de la cámara de
refrigeración 3 hasta la temperatura final prefijada del proceso de
congelación por medio de un control adecuado de la válvula de
refrigerante 6.
Además, el dispositivo de elevación 11 mueve el
portamuestras 10 vacío hacia arriba en la cámara de refrigeración 3
hasta la posición representada por la línea punteada, de modo que la
abertura superior del portamuestras 10 al abrirse la tapa 15 se
halla por encima de la cubeta criogénica 2.
La tapa 15 del portamuestras 10 se abre
entonces, después de lo cual la muestra 1 se introduce en el
portamuestras 10 y la tapa 15 del portamuestras se cierra. Durante
esta introducción de la muestra 1 en el portamuestras 10, dicha
muestra 1 apenas se perjudica térmicamente, dado que las
temperaturas en esta zona se hallan cerca de la temperatura inicial
del proceso de congelación.
Después de cerrar el portamuestras 10, el
dispositivo de refrigeración 14 enfría entonces su espacio interior,
por lo que el dispositivo de control 13 regula una evolución
temporal prefijada de la temperatura, controlando el dispositivo de
refrigeración 14 de acuerdo con la temperatura T_{ACTUAL} medida
por el sensor de temperatura 12.
Después de finalizar el proceso de congelación,
el dispositivo de elevación 11 hace descender el portamuestras 10
en la cámara frigorífica 3, en lo que en la zona inferior de la
cámara de refrigeración 3 hay una temperatura que corresponde
esencialmente a la temperatura final del proceso de congelación. Al
abrir a continuación la tapa 15 y retirar la muestra 1 del
portamuestras 10 apenas se perjudica térmicamente la muestra
congelada 1, dado que el medio circundante en la cámara de
refrigeración 3 tiene prácticamente la misma temperatura.
Después de su retirada del portamuestras 10, la
muestra 1 se traslada entonces al recipiente de transporte 17,
después de lo cual dicho recipiente de transporte 17, con la
muestra congelada 1 que se encuentra en su interior, puede
retirarse de la cámara de refrigeración 3 y, por ejemplo,
almacenarse en un tanque criogénico.
A continuación se describe ahora un proceso de
descongelación de la instalación criogénica según la figura 1, con
referencia al diagrama de flujo de la figura 7B.
En este caso, la cámara de refrigeración 3 se
enfría hasta que la temperatura T_{ACTUAL2} en el fondo de dicha
cámara de refrigeración 3 se corresponde esencialmente con la
temperatura inicial del proceso de descongelación.
A continuación, el recipiente de transporte 17
con la muestra ultracongelada 1 que se encuentra en su interior se
retira de un tanque criogénico que aquí no se representa y se coloca
en el suelo de la cámara de refrigeración 3.
A continuación, se abre la tapa 15 del
portamuestras 10, así como también se abre la tapa del recipiente de
transporte 17.
La muestra 1 que se encuentra dentro del
recipiente de transporte 17 se retira entonces de dicho recipiente
de transporte 17 y se traslada al portamuestras 10, tras lo cual se
cierra la tapa 15 del portamuestras 10. Al trasladar la muestra 1
desde el recipiente de transporte 17 al portamuestras 10, apenas se
perjudica térmicamente dicha muestra 1, ya que la temperatura en el
fondo de la cámara de refrigeración 3 es esencialmente igual a la
temperatura de la muestra 1.
Después de cerrar el portamuestras 10, el
dispositivo de elevación 11 mueve dicho portamuestras 10
verticalmente hacia arriba en la cámara de refrigeración 3 hasta la
posición representada por la línea punteada.
A continuación, el espacio interior del
portamuestras 10 se calienta de acuerdo con una evolución temporal
prefijada de la temperatura, reduciendo la potencia frigorífica
P_{FRIG} del dispositivo de refrigeración 14, en lo que el
dispositivo de control 13 regula la potencia frigorífica P_{FRIG}
en función de la temperatura T_{ACTUAL1} medida, para alcanzar la
evolución temporal de la temperatura deseada en el portamuestras 10
durante la descongelación de la muestra 1.
Después de finalizar el proceso de
descongelación se abre la tapa 15 del portamuestras 10, después de
lo cual la muestra descongelada 1 se retira del portamuestras
10.
También en esta retirada de la muestra
descongelada 1 del portamuestras 10, dicha muestra 1 apenas se
perjudica térmicamente por el medio circundante, ya que las
temperaturas en esta zona son relativamente elevadas.
En lo que sigue se describe ahora el ejemplo de
realización alternativo de una instalación criogénica similar
representado en la figura 2, que coincide esencialmente con el
ejemplo de realización de una instalación criogénica anteriormente
descrito y representado en la figura 1. Por lo tanto, para evitar
repeticiones se remite esencialmente a la descripción anterior, en
lo que para los componentes correspondientes se usan los mismos
números de referencia.
Una particularidad de este ejemplo de
realización consiste en que la instalación criogénica no presenta un
dispositivo de refrigeración 14 separado de funcionamiento
activo.
En lugar de ello, en este caso el
acondicionamiento térmico del portamuestras 10 tiene lugar mediante
un descenso o elevación vertical del portamuestras 10 en la cámara
de refrigeración 3. Debido a la estratificación vertical de la
temperatura en la cámara de refrigeración 3 se modifica también
entonces la temperatura en el portamuestras 10, de tal modo que
asimismo pueden ajustarse evoluciones temporales prefijadas de la
temperatura durante la descongelación o la congelación. En este
caso, el descenso o elevación del portamuestras 10 tiene lugar
regulado por el dispositivo de control 13 dependiendo de la
temperatura T_{ACTUAL1} en el portamuestras 10 medida por el
sensor de temperatura 12.
Al contrario que en el ejemplo de realización
según la figura 1, en este caso el portamuestras 10 no está aislado
térmicamente, para que el espacio interior de dicho portamuestras 10
pueda adoptar la temperatura correspondiente en función de su
altura respectiva dentro de la cámara de refrigeración 3.
En este caso, el desarrollo del proceso de
congelación resulta del diagrama de flujo según la figura 8A,
mientras que el desarrollo de un proceso de descongelación se
representa en el diagrama de flujo según la figura 8B.
A continuación, se describe ahora el ejemplo de
realización alternativo de una instalación criogénica según la
invención representado en la figura 3, que coincide en parte con los
ejemplos de realización descritos anteriormente, de modo que para
evitar repeticiones se remite a la descripción anterior, en lo que
para los componentes correspondientes se emplean los mismos números
de referencia.
Una particularidad de este ejemplo de
realización consiste primeramente en que el portamuestras 10 se
halla fijo en el fondo de la cámara de refrigeración 3, de modo que
se puede omitir el dispositivo de elevación 11.
Otra particularidad de este ejemplo de
realización consiste en que se ha instalado un dispositivo de
calefacción 19 en la parte superior de la pared interna de la
cámara de refrigeración 3, que calienta el sector superior de dicha
cámara de refrigeración 3.
El dispositivo de control 13 pone en
funcionamiento el dispositivo de calefacción 19 antes de que se
introduzca una muestra en el portamuestras 10 al comienzo de un
proceso de congelación. De este modo se calienta la zona superior
de la cámara de refrigeración 3, con lo que se evita que la muestra
sufra un daño térmico al introducirla en el portamuestras 10.
Además, el dispositivo de control 13 pone en
funcionamiento el dispositivo de calefacción 19 antes de que se
retire una muestra descongelada del portamuestras al final de un
proceso de descongelación. También de este modo se evita que la
muestra descongelada sufra un daño térmico al retirarla del
portamuestras 10.
Por el contrario, el dispositivo de calefacción
19 se desconecta cuando, al final de un proceso de congelación, la
muestra se retira del portamuestras 10 y se traslada al recipiente
de transporte 17.
Además, el dispositivo de calefacción 19 se
desconecta también cuando, al comienzo de un proceso de
descongelación, la muestra se traslada desde el recipiente de
transporte 17 al portamuestras 10.
De nuevo, esta desconexión del dispositivo de
calefacción 19 evita un perjuicio térmico de la muestra
ultracongelada durante el traslado entre el portamuestras 10 y el
recipiente de transporte 17.
El ejemplo de realización alternativo
representado en la figura 4 coincide prácticamente en su totalidad
con el ejemplo de realización descrito anteriormente y representado
en la figura 3, en lo que únicamente se ha omitido la campana
protectora 9.
A continuación se describe ahora el ejemplo de
realización alternativo de una instalación criogénica según la
invención representado en las figuras 5A y 5B, que coincide en parte
con los ejemplos de realización descritos anteriormente, de modo
que para evitar repeticiones se remite a la descripción anterior,
por lo que para los componentes correspondientes se utilizan los
mismos números de referencia.
Una particularidad de este ejemplo de
realización consiste en que figuran varias superficies de apoyo en
forma de escalones 20 dispuestas en el fondo de la cámara de
refrigeración 3, sobre las que respectivamente pueden depositarse
criosustratos temporalmente. Debido a la estructuración vertical de
la temperatura en la cámara de refrigeración 3, las superficies de
apoyo individuales 20 se hallan respectivamente a temperaturas
diferentes, de modo que puede recorrerse consecutivamente en el
tiempo un perfil escalonado de temperatura al depositar una
criomuestra sucesivamente sobre las distintas superficies de apoyo
20.
Otra particularidad de este ejemplo de
realización consiste en que existen varias superficies de apoyo 21
a modo de estantes colocadas superpuestas en la zona superior de la
cámara de refrigeración 3 que, debido igualmente a la
estructuración vertical de la temperatura dentro de la cámara de
refrigeración 3, presentan temperaturas diferentes y permiten la
deposición de una muestra.
Adicionalmente, la instalación criogénica en
este ejemplo de realización presenta una esclusa 22 a través de la
cual pueden introducirse las muestras en la cámara de refrigeración
3 y retirarlas de dicha cámara de refrigeración 3.
Además la campana protectora 9 cuenta con
elementos de intervención 23, mediante los cuales un operador puede
llevar a cabo manipulaciones dentro de la cámara de refrigeración
3.
En este caso, el enfriamiento de la cámara de
refrigeración 3 tiene lugar por medio de un lago de nitrógeno 24
que se genera en el fondo de dicha cámara de refrigeración 3.
Sin embargo, en este caso el acondicionamiento
térmico de la muestra 1, en forma de un criosustrato dentro del
portamuestras 10, tiene lugar de otra manera, como se describe a
continuación.
Para ello figura un pozo vertical 25 colocado en
la cámara de refrigeración 3, que está fabricado de un material
buen conductor del calor (por ejemplo, cobre) y dentro del pozo,
debido a la buena capacidad de conducción del calor, se genera un
gradiente vertical de temperatura prácticamente constante.
El portamuestras 10 puede elevarse o descenderse
en dirección vertical en el pozo 25 a lo largo de un eje giratorio
27 por medio de un motor 26, para acondicionar térmicamente el
portamuestras 10 de acuerdo con la estratificación vertical de la
temperatura en la cámara de refrigeración 3.
En la figura 5B puede observarse también que
existen varios sensores de temperatura 28-31
colocados a diferentes alturas por encima y por debajo del
portamuestras 10, que miden un gradiente vertical de temperatura
local, cuyos sensores de temperatura 28-31 están
conectados con un dispositivo de regulación que controla el motor
26, de modo que el portamuestras 10 siempre se encuentra a la altura
correcta dentro de la cámara de refrigeración 3 para que, durante
la congelación o descongelación de la muestra 1, se alcance la
evolución temporal deseada de la temperatura.
Además, la vista en sección ampliada de la
figura 5B muestra que el portamuestras 10 en forma de carro contiene
un criosustrato 32 y una tapa 33 y recipientes para las muestras
1.
A continuación se describe ahora el ejemplo de
realización alternativo representado en la figura 6 que coincide
esencialmente con los ejemplos de realización descritos
anteriormente y representados en las figuras 5A y 5B, de modo que
para evitar repeticiones se remite esencialmente a la descripción
anterior de estas figuras, en lo que para los componentes
correspondientes se utilizan los mismos números de referencia.
Una particularidad de este ejemplo de
realización consiste en que figuran varios pozos 25 colocados uno al
lado del otro en la cámara de refrigeración 3, dentro de los cuales
respectivamente puede elevarse o descenderse un portamuestras 10 en
dirección vertical, para ajustar la temperatura deseada en función
de la estratificación vertical de la temperatura en la cámara de
refrigeración 3. Ventajosamente, esta disposición permite procesos
paralelos de congelación o descongelación de varias muestras.
La invención no se limita a los ejemplos de
realización preferidos, descritos anteriormente. Más bien son
posibles numerosas variantes y modificaciones que igualmente hacen
uso de las ideas de la invención según las reivindicaciones 1 y 17
y, por lo tanto, se encuentran dentro del área de protección.
- 1
- Muestra
- 2
- Cubeta criogénica
- 3
- Cámara de refrigeración
- 4
- Pared
- 5
- Depósito de refrigerante
- 6
- Válvula de refrigerante
- 7
- Material de amortiguación
- 8
- Rejilla
- 9
- Campana protectora
- 10
- Portamuestras
- 11
- Dispositivo de elevación
- 12
- Sensor de temperatura
- 13
- Dispositivo de control
- 14
- Dispositivo de refrigeración
- 15
- Tapa
- 16
- Sensor de temperatura
- 17
- Recipiente de transporte
- 18
- Ordenador personal
- 19
- Dispositivo de calefacción
- 20
- Superficies de apoyo
- 21
- Superficies de apoyo
- 22
- Esclusa
- 23
- Elementos de intervención
- 24
- Lago de nitrógeno
- 25
- Pozo
- 26
- Motor
- 27
- Eje
- 28-31
- Sensores de temperatura
- 32
- Criosustrato
- 33
- Tapa.
\vskip1.000000\baselineskip
En la lista de documentos indicados por el
solicitante se ha recogido exclusivamente para información del
lector, y no es parte constituyente del documento de patente
europeo. Ha sido recopilada con el mayor cuidado; sin embargo, la
EPA no asume ninguna responsabilidad por posibles errores u
omisiones.
- \bullet DE 10144925 A1 [0008]
- \bullet EP 0072225 B1 [0008]
- \bullet EP 0181235 B1 [0008]
- \bullet DE 10332799 A1 [0008]
- \bullet EP 0136014 B1 [0008]
- \bullet US 4783973 A [0009]
- \bullet DE 3126345 A1 [0008]
- \bullet US 6065294 A [0010]
- \bullet DE 3404937 C2 [0008]
- \bullet US 5715686 A [0011]
- \bullet EP 0275829 A2 [0008]
- \bullet US 4480682 A [0012]
\bullet EP 0090599 A1 [0008]
Claims (24)
1. Instalación criogénica para la congelación
y/o descongelación de una muestra (1), en particular para la
crioconservación de una muestra biológica (1), con
- a)
- una cámara de refrigeración enfriable (3) y
- b)
- un portamuestras (10) colocado en la cámara de refrigeración (3) para alojar temporalmente la muestra (1) durante la congelación o descongelación de dicha muestra (1), cuyo portamuestras (10) puede acondicionarse térmicamente por separado de la cámara de refrigeración (3),
caracterizada por
- c)
- un recipiente de transporte (17), separable y aislado térmicamente, que se halla colocado en la cámara de refrigeración (3) para retirar la muestra (1) de la cámara de refrigeración (3) después de la congelación o para introducirla en la cámara de refrigeración (3) para su descongelación.
2. Instalación criogénica según la
reivindicación 1, caracterizada por un dispositivo de
elevación (11), mediante el cual el portamuestras (10) puede
descenderse y/o elevarse dentro de la cámara de refrigeración (3) de
manera controlada.
3. Instalación criogénica según una de las
reivindicaciones precedentes, caracterizada porque el
portamuestras (10) presenta un sensor de temperatura (12,
28-31) que mide la temperatura en el portamuestras
(10).
4. Instalación criogénica según la
reivindicación 3, caracterizada porque en el portamuestras
(10) existen varios sensores de temperatura (28-31)
colocados a distancias verticales diferentes respecto al
portamuestras (10), para determinar un gradiente vertical local de
temperatura en la cámara de refrigeración (3).
5. Instalación criogénica según la
reivindicación 1, caracterizada porque el portamuestras (10)
se encuentra colocado en posición fija en el fondo de la cámara de
refrigeración (3).
6. Instalación criogénica según una de las
reivindicaciones precedentes, caracterizada por un
dispositivo de calefacción (19) para el calentamiento de la cámara
de refrigeración (3).
7. Instalación criogénica según la
reivindicación 6, caracterizada porque el dispositivo de
calefacción (19) sólo calienta una parte superior de la cámara de
refrigeración (3), de modo que se genera una estratificación
vertical de la temperatura en la cámara de refrigeración (3) con una
capa fría inferior y una capa caliente superior, en que la capa
caliente presenta una temperatura que corresponde esencialmente a
una temperatura inicial prefijada de un proceso de congelación o a
una temperatura final prefijada de un proceso de descongelación,
mientras que la capa fría presenta una temperatura que corresponde
esencialmente a una temperatura final prefijada del proceso de
congelación o a una temperatura inicial prefijada del proceso de
descongelación.
8. Instalación criogénica según una de las
reivindicaciones precedentes, caracterizada porque la cámara
de refrigeración (3) puede enfriarse por medio de un primer
dispositivo de refrigeración (5, 6), mientras que el portamuestras
(10) puede enfriarse por medio de un segundo dispositivo de
refrigeración (14).
9. Instalación criogénica según una de las
reivindicaciones precedentes, caracterizada por un
dispositivo de control (12, 13), en cuyo dispositivo de control
(12, 13) se halla conectado por el lado de la salida con el primer
dispositivo de refrigeración (5, 6) y/o con el segundo dispositivo
de refrigeración (14) y ajusta la potencia frigorífica de los
mismos, mientras que el dispositivo de control (12, 13) está
conectado por el lado de la entrada con el sensor de temperatura
(12, 28-31) del portamuestras (10).
10. Instalación criogénica según una de las
reivindicaciones precedentes, caracterizada porque el
portamuestras (10) está aislado térmicamente y presenta una tapa
(15) que puede abrirse para retirar la muestra (1) y para
introducir la muestra (1) y que puede cerrarse para el aislamiento
térmico del portamuestras (10) durante el enfriamiento.
11. Instalación criogénica según una de las
reivindicaciones 1 a 9, caracterizado porque el portamuestras
(10) no está aislado térmicamente frente a la cámara de
refrigeración (3).
12. Instalación criogénica según una de las
reivindicaciones precedentes, caracterizada porque en la
cámara de refrigeración (3) hay colocado un pozo (25) esencialmente
vertical con una pared de un material conductor del calor, en que
el portamuestras (10) puede moverse verticalmente dentro del pozo
(25).
13. Instalación criogénica según una de las
reivindicaciones precedentes, caracterizada porque el
recipiente de transporte (17) está colocado en el fondo de la
cámara de refrigeración (3).
\newpage
14. Instalación criogénica según una de las
reivindicaciones precedentes, caracterizada porque la cámara
de refrigeración (3) tiene forma de cubeta y está cubierta en su
parte superior por una campana protectora desmontable (9).
15. Instalación criogénica según la
reivindicación 14, caracterizada porque la campana protectora
(9) es al menos parcialmente transparente.
16. Instalación criogénica según una de las
reivindicaciones precedentes, caracterizada porque en la
cámara de refrigeración (3) figuran colocadas varias superficies de
apoyo (20, 21) a diferentes alturas, que corresponden a
temperaturas diferentes.
17. Procedimiento de funcionamiento para una
instalación criogénica, en particular para la crioconservación de
una muestra biológica (1) con las etapas siguientes:
- -
- introducción de la muestra (1) en un portamuestras (10) que se coloca en una cámara de refrigeración (3),
- -
- acondicionamiento térmico de la muestra (1) que se encuentra en el portamuestras (10),
- -
- retirada de la muestra (1) del portamuestras (10), cuyo dicho portamuestras (10) se acondiciona térmicamente por separado de la cámara de refrigeración (3) entre la introducción de la muestra (1) y la retirada de la muestra (1),
caracterizado porque para la congelación
de la muestra (1)
- -
- la zona inferior de la cámara de refrigeración (3) se enfría hasta una temperatura final prefijada de un proceso de congelación,
- -
- el portamuestras (10) se enfría desde una temperatura inicial prefijada del proceso de congelación hasta la temperatura final del proceso de congelación,
- -
- después de alcanzar la temperatura final del proceso de congelación, la muestra (1) se traslada a un recipiente de transporte (17) aislado térmicamente que se encuentra en la cámara de refrigeración (3) y
- -
- el recipiente de transporte (17) con la muestra (1) que se encuentra en su interior se retira de la cámara de refrigeración (3) y/o
- para la descongelación de la muestra (1)
- -
- la zona inferior de la cámara de refrigeración (3) se enfría hasta una temperatura final prefijada de un proceso de congelación,
- -
- un recipiente de transporte (17) aislado térmicamente con la muestra (1) que se encuentra en su interior se introduce en la cámara de refrigeración (3),
- -
- la muestra (1) se traslada del recipiente de transporte (17) al portamuestras (10),
- -
- el portamuestras (10) se calienta desde una temperatura inicial prefijada de un proceso de descongelación hasta una temperatura final prefijada del proceso de descongelación,
- -
- después de alcanzar la temperatura final prefijada del proceso de descongelación, la muestra (1) se retira del portamuestras (10).
18. Procedimiento de funcionamiento según la
reivindicación 17, caracterizado porque el portamuestras (10)
se eleva y/o desciende dentro de la cámara de refrigeración
(3).
19. Procedimiento de funcionamiento según la
reivindicación 17, caracterizado porque el portamuestras (10)
se acondiciona térmicamente elevando o descendiendo dicho
portamuestras (10) de manera controlada dentro de la cámara de
refrigeración (3).
20. Procedimiento de funcionamiento según una de
las reivindicaciones 17 ó 18, caracterizado porque el
portamuestras (10) se enfría activamente por medio de un
dispositivo de refrigeración (14).
21. Procedimiento de funcionamiento según una de
las reivindicaciones 17 a 20, caracterizado porque en la
cámara de refrigeración (3) se genera una estratificación vertical
de la temperatura con una capa caliente superior y una capa fría
inferior.
22. Procedimiento de funcionamiento según la
reivindicación 21, caracterizado porque la capa caliente se
lleva a una temperatura que corresponde esencialmente a una
temperatura inicial prefijada de un proceso de congelación o a una
temperatura final prefijada de un proceso de descongelación,
mientras que la capa fría se lleva a una temperatura que
corresponde esencialmente a una temperatura final prefijada del
proceso de congelación o a una temperatura inicial prefijada del
proceso de descongelación.
23. Procedimiento de funcionamiento según una de
las reivindicaciones 17 a 22, caracterizado porque la cámara
de refrigeración (3) se calienta activamente.
24. Procedimiento de funcionamiento según la
reivindicación 23, caracterizado porque la cámara de
refrigeración (3) solamente se calienta activamente en un sector
superior.
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