JP2021506927A - 冷凍保存された試料のための容器 - Google Patents
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Abstract
少なくとも1つの冷凍保存された生物学的試料を収容するための空所(108)と、空所を少なくとも部分的に包囲する封止貯蔵器(106)とを備える、冷凍保存された生物学的試料(102)のための容器(100)が開示され、封止貯蔵器は液化空気などの液化ガス(120)を含み、ガスは、スターリング冷凍機などの熱伝達エンジン(112)を用いて広く液化されて維持される。弁(114)が、圧力逃し弁と入口弁との両方として機能するように提供され得る。入口弁は、封止貯蔵器内の液化ガスの体積を感知するためのセンサ(122)に連結され得る。容器は、熱エンジンに連結され、封止貯蔵器内へと延びる熱交換器(116)をさらに備え得る。
Description
本発明は、冷凍保存された試料が、その目的地に到着後、例えば数カ月といった長い時間の期間にわたって維持され、また、可能性としては制御された速さの凍結および解凍のために使用され得る、例えば生物学的試料といった冷凍保存された試料のための容器に関する。本発明の容器は、液体窒素または固体二酸化炭素などの従来の冷凍材料を使用せずに、低温保存を必要とする他の種類の試料を発送するために使用されてもよい。
冷凍保存は、例えば-78.5℃〜-196℃といった非常に低い温度に試料を冷却し、それらの試料をその非常に低い温度で長期間にわたって維持することを含む、生物学的試料の保存のために使用される技術である。生物学的試料を低い温度に冷却することによって、そうでない場合に試料を劣化させる化学反応または酵素反応の動特性が、試料がもはや劣化しないかまたは非常に遅い速さでのみ劣化するような程度まで遅くされる。結果として、生物学的試料は、長期間にわたって保存され、使用および/または分析のために必要とされるときに周囲温度へと戻され得る。
冷凍保存された試料は、その温度が運搬の間に十分に低い温度に維持されれば、輸送され得る。試料が、例えば試料のガラス転移点を超えるなど、特定の温度を超えて温まることが許容される場合には、試料の完全性が失われる可能性がある。これは、冷凍保存過程で使用される凍結防止剤が試料にとってある程度の毒性を有し、保存された細胞の生存能力に影響を与え得るより多くの拡散と、したがってより多くの化学反応とが起こる可能性があるためである。凍結防止剤への長期の曝露、より高い温度における化学反応、およびそれらの累積的影響は、冷凍保存された材料に害をもたらす。ガラス転移点未満では、システムの粘度は、累積的影響が非常に小さいことを意味する。冷凍保存の間、細胞の周囲温度からの冷却は、害を最小限にし、解凍の後の細胞の生存能力を最適化するために、制御された方法で行われる必要がある。そのため、発送時に試料の完全性を確保するために、冷凍保存された試料は、累積的な害の影響が輸送および保存の見込み期間において有意とならないのに十分な冷たさに維持されなければならないことが明白である。
運搬の間に適切に低い温度を維持する必要性に加えて、発送容器およびその内容物は、運搬の前、最中、および後に通過する環境と適合できなければならない。したがって、空輸の場合、液体窒素などの相転移冷却剤が使用されることは、液体窒素がこぼれる危険性がある場合には安全性の立場から許容できない。この問題を回避するために、ドライシッパ、分子篩またはゼオライトなどの多孔質材料を伴うデュワー瓶が、液体窒素がこぼれる危険性なく低温発送が達成され得ることを確保するために開発されている。このようなデュワーでは、液体窒素は多孔質材料中に吸収され、沸騰して気体の窒素として出ていくまで多孔質材料に保持される。
これらのドライシッパに関連する問題は、例えばドライシッパに残る液体窒素からの微粒子の生物学的材料で、多孔質材料が容易に汚染され、各々の使用の間に殺菌されなければならず、このことが、手術室およびクリーンルームなどの無菌環境における多孔質材料の使用を非常に望ましくないものにさせることである。また、デュワー瓶は、真空で覆われた瓶であり、瓶の壁における均等な圧力分布を確保するために、瓶の形は、おおよそ円筒形または球形でなければならない。これは、破壊的な失陥を回避するためにより厚い材料が必要とされ、それによってデュワーの実施が低質化するためである。これらの要因の組み合わせは、ドライシッパが、概して、液体窒素および試料の装填がそこを通して行われる比較的より細い開口を一端に有する円筒形または球形のデュワーの形態であることを意味する。典型的なドライシッパは、デュワーの口の中心軸から径方向に突出する孔を有する。液体窒素が吸収される多孔質材料は、孔の外側壁とデュワーの最も内側の壁との間に環状で提供され、これにより、どのような場合でも試料を最初に抽出しなければ多孔質材料(つまり、分子篩要素)を容易に除去および交換できないようにしている。
冷却剤(寒剤)として固体二酸化炭素などの相転移冷却材料を収容するより単純な発送容器も、冷凍保存された試料を発送するために使用でき、これは、固体二酸化炭素の層の上にある試料、または、そのような層に浸された試料を収容する、例えばデュワーまたは断熱箱といった断熱瓶から成る。このような容器に伴う問題は、このような容器が試料を比較的適度な時間の期間にわたって低い温度に維持することができるだけであり、相転移冷却材料を頻繁に再充填することのない長い時間尺度にわたる発送または保存には不適切なことである。固体二酸化炭素は、多くの凍結防止剤のガラス転移点を超えるおおよそ-78.5℃の温度を有し、この温度は、より長い時間尺度(数日間)にわたる輸送の前、最中、または後に、試料への害を防止するのに十分な低さではない可能性がある。
医学の発展は、冷凍材料(液体窒素、固体二酸化炭素など)および保存施設が利用可能および/または実用的ではない環境において冷凍保存された試料を発送および維持する必要性が増加していることを意味する。例えば、免疫療法の分野が急速に発展しており、例えば、白血病および黒色腫などの癌の処置において、治療に向けた相当の潜在能力を有している。ある手法では、T細胞が患者の血液から採取され、次に、その表面にキメラ抗原受容体(CAR)を導入するために遺伝子的に操作させられる。結果生じるキメラ抗原受容体T細胞(CAR T細胞)は、次に、治療に十分な数を提供するために研究室で成長させられ、さらに元の患者に注入される。次に、CAR T細胞は、腫瘍細胞の表面上の関連する蛋白質抗原を認識することができ、さらに、それらの腫瘍細胞を殺すために患者の免疫系を強化する。この過程は、遺伝的操作を実施することで必要な数のCAR T細胞を成長させることができる研究室への血液および/または組織の試料の移送を必要とする。また、CAR T細胞は、その後、患者のいる診療所に発送して戻されなければならず、患者が治療の準備ができるまで保存されなければならない。これは、通例、数週間以上の期間にわたる診療所での冷凍保存されたCAR T細胞試料の保存を必要とし、このことは、現地での冷凍保存施設の構築、または、到着すると保存ユニットの役割も果たすことができる発送容器の提供のいずれかを要求する。このような発送容器を提供することが本発明の目的である。
本発明の第1の態様では、冷凍保存された生物学的試料のための容器であって、少なくとも1つの冷凍保存された生物学的試料を収容するための空所を備える断熱筐体と、筐体の空所を少なくとも部分的に包囲し、液化ガスを含む封止貯蔵器とを備える容器が提供される。
本発明の第2の態様では、本明細書に記載される種類の容器内の液化ガスの体積を監視する方法であって、液化ガスの体積が要求体積未満であること、および/または、蒸発した液化ガスが封止貯蔵器から流れ出ていることを少なくとも1つのセンサが指示するかどうかを決定するステップと、容器の封止貯蔵器において蒸発した液化ガスを凝縮するために、制御信号を送って熱エンジンをスイッチオンするステップとを含む方法が提供される。
本発明の第3の態様では、本明細書に記載される種類の容器の完全性を監視する方法であって、容器の熱エンジンの測定された動力消費が、予測される動力消費を超えるかどうかを決定するステップと、測定された動力消費が予測される動力消費を超える場合に、先の決定に応答して、容器の完全性についての報告を出力するステップとを含む方法が提供される。
本発明の関連する態様によれば、プロセッサにおいて実施されるとき、プロセッサに、本明細書で記載される方法のいずれかを実行させるコードを保有する非一時的データキャリアが提供される。
当業者によって理解されるように、本技術の実施形態は、システム、方法、またはコンピュータプログラム製品として具現化され得る。したがって、本技術は、全体としてハードウェアの実施形態の形態、全体としてソフトウェアの実施形態、または、ソフトウェアの態様とハードウェアの態様とを組み合わせる実施形態の形態を取り得る。
さらに、本技術の実施形態は、具現化されたコンピュータ読取可能プログラムを有するコンピュータ読取可能媒体において具現化されたコンピュータプログラム製品の形態を取り得る。コンピュータ読取可能媒体は、コンピュータ読取可能信号媒体またはコンピュータ読取可能保存媒体であり得る。コンピュータ読取可能媒体は、例えば、限定されることはないが、電子的、磁気的、光学的、電磁的、赤外線、もしくは半導体のシステム、装置、もしくはデバイス、またはそれらの任意の適切な組み合わせであり得る。
本技術の動作を実行するためのコンピュータプログラムコードは、オブジェクト指向プログラミング言語および従来の手続き型プログラミング言語を含む、1つまたは複数のプログラム言語の任意の組み合わせで書かれ得る。コード要素は、手順、方法などとして具現化でき、高級なコンパイルまたはインタプリタの言語構造に設定されるネイティブ命令の直接機械命令から、任意の抽象化のレベルでの命令または命令の列の形態を取り得る部分要素を含み得る。
技術は、添付の図面において、例を用いて図式的に示されている。
多くの種類の生物学的材料が、医学、バイオテクノロジ、および獣医学において後に利用するために冷凍保存される。長期の生存能力を確保するためには、150K未満の温度に試料を維持することが必須と考えられている。このような低温を達成するための従来の方法は、液体窒素(77Kの沸点を有する)の使用によるものである。凍結防止添加物の追加および制御された速さの凍結に続いて、専門的な低温容器内の試料は、通常はデュワー瓶に収容される液体窒素または液体窒素の上方の気相のいずれかに浸される。液体窒素は蒸発し、新たな液体窒素が再び満たされ、これは、手作業で、または、大きなデュワーまたは保存タンクからの自動的な継ぎ足しシステムによって、実行され得る。液体窒素への代替として、120Kにおいて動作する機械的な冷凍庫が開発されている。
しかしながら、現在の低温保存方法にはいくつかの問題が存在する。例えば、液体窒素は高価であり、一部の地理的位置では得ることが困難であり得る。健康上および安全上の問題が、大量の液体窒素の保管および取り扱いに関連して生じる可能性がある。さらに、製造後、液体窒素は非常に低いレベルの汚染物を含んでいる可能性があり、輸送および保管の間にさらなる汚染が生じる可能性がある。したがって、液体窒素は、生存能力のある微生物で汚染されると常に考えられなければならない。氷、無生物の組織片、および生存能力のある微生物による液体窒素の汚染は実証されており、液体窒素からその蒸気への汚染物の移送の報告がいくつか明示されている。原理上は液体窒素を濾過することが可能であるが、これは専門的な機器を必要とすることがあり、また、濾過過程が実施されるたびに、汚染物が除去されたことを証明するために濾過過程が検証される必要があり得る。検証が可能でない場合、液体窒素は、空気品質を損なうことなくクリーンルームで使用することはできない。さらには、低温の温度を達成するために、機械的な冷凍庫は、大型で騒音が大きく、高価になり易いカスケード圧縮機を従来採用している。
大まかに言って、本技術は、試料が保存および/または発送されている間に冷凍保存された生物学的試料を要求温度に維持するための液化ガスの供給を含む、冷凍保存された生物学的試料のための容器に関する。本明細書に記載される容器は、液化ガスが試料に直接的に接触することはないが、冷凍保存された生物学的試料を要求温度に維持するために使用される液化ガスを少なくとも収容する封止貯蔵器を備える。封止貯蔵器内の液化ガスの蒸発は、蒸発した液化ガスを凝縮するための手段を容器内に設けることで軽減でき、それによって封止貯蔵器内の液化ガスは、容器内の試料を要求温度に維持するために必要とされる体積に維持される。容器の実施形態は、液化ガスまたは蒸発した液化ガスによって汚染される生物学的試料の可能性を有利に排除または実質的に低減することができる。さらに、容器内に液化ガスを収容する封止貯蔵器を提供することで、実質的に長時間にわたって液化ガスの同じ供給を使用することが可能ともでき、これは、液化ガスの同じ供給を実質的に長時間にわたって使用することが可能になり、液化ガスを一部の地理的位置では得ることができないという問題を解決する。なおもさらには、封止貯蔵器内に設けられると、同じ供給が使用および再使用できるため、特に試料を容器へと配置するとき、または試料を容器から除去するときに、容器の使用者が液化ガスと接触する必要がなくなるため、健康上および安全性の懸念が低減され得る。
図1Aは、冷凍保存された試料102を保存および/または発送するための容器100の概略図を示しており、ここでは、容器100内の冷凍保存された試料が、試料の完全性を確保するために長い時間の期間にわたって要求温度に維持される。冷凍保存された試料102は、液体窒素もしくは固体二酸化炭素などの従来の冷凍材料を使用せずに低温保存を必要とする、冷凍保存された生物学的試料または任意の種類の試料であってよい。
容器100は、少なくとも1つの冷凍保存された生物学的試料102を収容するための空所108を備える断熱筐体と、筐体の空所108を少なくとも部分的に包囲する封止貯蔵器106とを備える。実施形態では、封止貯蔵器106は、少なくとも1つの外部供給源(図示せず)から封止貯蔵器に入れて提供される液化ガス120を備え得る。液化ガス120は、液化ヘリウム、液化窒素、液化空気、および液化酸素のうちの任意の1つまたは複数であり得るが、これが適切な材料の非排他的で非限定的な列記であることは理解されるものである。追加または代替で、封止貯蔵器106は、適切な材料の中に吸収された液化ガスを備え得る。
封止貯蔵器106は少なくとも1つの弁114を備える。少なくとも1つの弁114は、封止貯蔵器106内の圧力を制御または制限するための逃し弁、圧力逃し弁、または安全弁であり得る。逃し弁は、所定の圧力が封止貯蔵器106内で到達されるときに自動的に開くように設計され得る。逃し弁は、蒸発した液化ガスを凝縮/再液化するための容器内の機構の失陥(これは、封止貯蔵器106内のガスの蓄積をもたらし得る)、この機構への動力の遮断、または、容器100の断熱の失陥の場合に備えて、備えられ得る。
実施形態では、少なくとも1つの弁114は、流れセンサであり得るか、または、流れセンサを備え得る。流れセンサは、ガスが、封止貯蔵器106に入っているかどうか、または、封止貯蔵器106から出ているかどうかを決定するために使用され得る。例えば、ガスが封止貯蔵器106から出ていると決定される場合、これは、圧力逃しが働いていることによる漏れ、または、ガスを封止貯蔵器106から逃がし得る漏れがあることを指示し得る(液化ガス120の供給がより頻繁に継ぎ足される必要があることを意味し得る)。流れセンサ(図1Aに示されていない)は、ガスが封止貯蔵器から逃げていることを流れセンサが指示する場合に、制御装置がこの状況を是正するための措置を取り得るように、制御装置に連結され得る。例えば、制御装置は、冷凍機をスイッチオンさせてガスを冷却/凝縮させ、それによって封止貯蔵器106から出るガスの流れを低減または停止させることができる。これについては、後でより詳細に記載される。
少なくとも1つの弁114は、封止貯蔵器106をガス(液化ガスを提供するために貯蔵器内で凝縮されることになる)または液化ガス120で充填するための入口弁であり得る。したがって、入口弁は、ガス/液化ガスが封止貯蔵器106へと流れることができるように、ガス/液化ガス120の外部供給源に連結可能であり得る。実施形態では、入口弁は封止貯蔵器106内の少なくとも1つのセンサ122に連結され得る。少なくとも1つのセンサ122は、封止貯蔵器106内の液化ガス120の体積を感知するためのセンサであり得る。入口弁114は、液化ガス120の要求体積が封止貯蔵器106内で得られていることを少なくとも1つのセンサ122が指示するとき、自動的に閉じるように構成され得る。実施形態では、封止貯蔵器106に少なくとも2つの「充填センサ」122があってもよく、一方は、液化ガス120の最小の要求体積が封止貯蔵器106に存在するかどうかを決定するために使用でき、他方は、液化ガス120の最大体積が封止貯蔵器106に存在するかどうかを決定するために使用できる。このような実施形態では、入口弁114は、液化ガス120の最大体積に到達したことをセンサが指示するまで開いたままであり得る。
実施形態では、空所108内の試料102を要求される冷却温度に維持するために、液化空気が、封止貯蔵器106内で使用され得る。液化空気は、凝縮して液体になるように非常に低い温度に冷却された空気である。外部環境からの空気が容器100の封止貯蔵器106の中に送り込まれ、液化空気を形成するために冷却される。空気および液化ガスは、典型的には、窒素、酸素、アルゴン、および他の不活性ガスを含む。試料102に冷却を提供するための手段として空気または液化ガスを使用することは、ガス/液体の別の専用の供給が容器100(例えば、液体窒素のキャニスタ)に提供される必要がないため、有利であり得る。代わりに、容器100を包囲する環境からの空気が容器に投入され、低温温度まで冷却(凝縮)され得る。これは、容器100の動作コストを低下させることができる。
しかしながら、液化空気が温まって蒸発し始めるとき、問題が起こり得る。液体空気の沸点は液体窒素の沸点と液体窒素の沸点との間である。結果として、液体空気が沸騰して蒸発するため(例えば、空気を冷却/凝縮させるための機構がスイッチオフされたため)、窒素成分が液体空気の酸素成分より素早く蒸発する。これは、最大でおおよそ50%の酸素の濃度を含む液体空気混合物をもたらす可能性がある。液体酸素は、通常の空気より体積で4000倍多くの酸素を含み、通例は非可燃性と見なされる材料(粉末形態でのカーボン、ステンレス鋼、アルミニウムなど)が液体酸素の存在下で燃える可能性がある。したがって、容器内での液体酸素の蓄積を低減、最小化、または排除することが望ましいとされ得る。
したがって、実施形態では、少なくとも1つの弁114は、容器100内の液体酸素および霜の蓄積を低減または排除するための空気流機構に連結され得る。例の空気流機構が図1Bに示されている。空気流機構は、ガスを容器100の封止貯蔵器106へと流すことができ、ガス(例えば、蒸発した、そのため温かい液化ガス)を封止貯蔵器106から流すことができる。空気流機構は、弁114に連結可能である管124を備え得る。管124は、図1Bに示されているように、第1の分岐部と第2の分岐部とに分岐または成形され得る。入口が、ガス(例えば、外部環境からの空気)を容器100の封止貯蔵器106へと流すことができるように、管124の第1の分岐部に設けられている。封止貯蔵器内からの蒸発した空気が第1の枝部に沿って流れ、入口の機能性に影響を与えるのを防止できる一方向弁126が、第1の分岐部に沿って設けられている。ガス(蒸発した液化ガスを含む)が封止貯蔵器106から流れ出ることができるように、出口が管124の第2の分岐部に設けられている。容器100の外部からのガスが第2の分岐部を通じて封止貯蔵器へと流れるのを防止できる一方向弁128が、管124の第2の分岐部に沿って設けられている。
実施形態では、封止貯蔵器106内の液体酸素の蓄積を低減するために、空気流機構は、入口と管124の第1の分岐部における一方向弁126との間に位置するチャンバ130を備え得る。チャンバ130は脱酸素剤を収容し得る。脱酸素剤または酸素吸収剤は、酸素のレベルを除去または低減するのを助ける材料である。脱酸素剤は、鉄に基づく脱酸素剤であり得るか、または、非鉄の脱酸素剤であり得る。したがって、管124の入口へと流れるガス(例えば、空気)からの酸素は少なくとも一部除去でき、これは、ガスが封止貯蔵器106内で凝縮されるときに液体酸素の潜在的な蓄積を低下させる。実施形態では、チャンバ130は、管124の第1の分岐部に取り外し可能に設けられ得る。これによって、脱酸素剤を廃棄し、新しい脱酸素材料と交換させることができるように、チャンバ130全体を取り外すことが可能になる。実施形態では、チャンバ130全体が廃棄され、新しい脱酸素材料を収容する新規のチャンバ130と交換され得る。追加または代替で、チャンバ130は、脱酸素剤を除去して新しい材料と交換させることができるようにその場で開放可能であり得る。
実施形態では、封止貯蔵器106内の霜の蓄積(これは、凝縮したガスの潜在的な冷却を低減させ得る)を低減するために、空気流機構が、管124の第1の分岐部に位置するチャンバ132を備え得る。チャンバ130が設けられていない場合、チャンバ132は、入口と管124の第1の分岐部における一方向弁126との間に位置する。チャンバ130も存在する場合、チャンバ132は、管124の第1の分岐部におけるチャンバ130と一方向弁126との間に、つまり、脱酸素材料を収容するチャンバの後に、位置する。チャンバ132は、水分/水を投入ガスから吸収するための乾燥剤または他の適切な材料を収容する。水分/水を投入空気から除去することは、霜または氷が容器100内に形成する可能性を低減し、特には封止貯蔵器106に形成する可能性を低減する。霜または氷は、封止貯蔵器106と空所108との間での熱エネルギー伝達を抑制することによって、凝縮ガスによって提供される冷却の効率を低下させ得る。チャンバ132は、管124の第1の分岐部に取り外し可能に設けられ得る。これによって、乾燥剤を廃棄し、新しい乾燥剤と交換させることができるように、チャンバ132全体を取り外すことが可能になる。実施形態では、チャンバ132全体が廃棄され、新しい乾燥剤を収容する新規のチャンバ132と交換され得る。追加または代替で、チャンバ132は、乾燥剤を除去して新しい材料と交換させることができるようにその場で開放可能であり得る。
実施形態では、単一の弁114が、圧力逃し弁と入口弁との両方として機能することが可能であり得る。
したがって、実施形態では、少なくとも1つの弁114が、封止貯蔵器をガスまたは液化ガスで充填するための入口弁である。入口弁は、ガスを封止貯蔵器(ここで、ガスは液化ガスを提供するために凝縮され得る)へと流すことができるように、および、蒸発したガスを封止貯蔵器から流すことができるように、空気流機構に連結可能であり得る。空気流機構は、ガス入口と入口弁との間に位置する少なくとも1つのチャンバを備え得る。少なくとも1つのチャンバは脱酸素剤または乾燥剤を収容し得る。実施形態では、封止貯蔵器に入る流体流れおよび/または出る流体流れを検出するために、具体的には、貯蔵器から出る蒸発した液化ガスの流れを検出するために、流れセンサが、入口弁内に設けられ得る。
容器100は、液化ガスを提供するために封止貯蔵器106における凝縮ガスのために、および/または、封止貯蔵器106における液化ガス120を冷却するために、熱エンジン112を備え得る。熱エンジンは、冷凍機、クリーメンコサイクル冷凍機、パルス管冷凍機、「音響スターリング」冷凍機、ジュールトムソン冷凍機、スターリング冷凍機(スターリングエンジンとしても知られている)、または任意の他の適切な冷却の手段であり得る。実施形態では、熱エンジンは、77Kにおいて少なくとも20Wの冷却能力を有するスターリング冷凍機であり得る。熱エンジン112は、封止貯蔵器106内の蒸発した液化ガスを凝縮/再液化して容器100内の寒剤の高さ/体積を維持するために使用され得る。
容器100は、熱エンジン112に連結された熱交換器116を備え得る。熱交換器116は、図1Aに示されているように、液化ガス120に冷却を提供するために封止貯蔵器106内へと延び得る。したがって、熱交換器116は、液化ガス120を冷却するために、および、封止貯蔵器106の上部に上昇し得る蒸発した液化ガス120を凝縮するために、熱を封止貯蔵器106の上部から抽出することが可能であり得る。矢印118は、熱エンジン112と熱交換器116とがスイッチオンされるときに形成される凝縮水の流れの方向を示している。
封止貯蔵器106における液化ガスが蒸発するとき、蒸発した液化ガスは封止貯蔵器106の上部まで上昇し、そこで、熱エンジン112に連結されている熱交換器116に近接できる。熱エンジン112は、蒸発した液化ガスの液化/凝縮を達成するために、封止貯蔵器106における液化ガスの圧力において、飽和温度未満の温度で動作できる(例えば、液体窒素については1barにおける液化について77K)。ガスを液化するために用いられていないとき、熱エンジン112は、封止貯蔵器106内の液化ガスの温度を低下させ、それによって蒸発を低減させるために使用され得る。
前述したように、容器100は、封止貯蔵器106内の液化ガス120の体積または高さを感知するための少なくとも1つのセンサ122を封止貯蔵器106内に備え得る。図1Aにおけるセンサ122の位置が例示であって非限定的であることは理解されるものである。
容器100は、少なくとも1つのセンサ122に連結された少なくとも1つの制御装置(図1Aでは示されていない)を備え得る。制御装置は、液化ガス120の体積が要求体積未満であることを少なくとも1つのセンサ122が指示しているかどうかを決定するように、および、熱エンジンをスイッチオンするために熱エンジン112に制御信号を送り、それによって封止貯蔵器106における蒸発した液化ガスを凝縮するように構成され得る。
前述したように、少なくとも1つの弁114は、封止貯蔵器106に入るおよび/または出るガス流を検出できる流れセンサであり得る、または、そのような流れセンサを備え得る。流れセンサは、ガスが封止貯蔵器から逃げていることを指示する場合、制御装置がこの状況を是正するための措置を取り得るように、制御装置に連結され得る。例えば、制御装置は、熱エンジン112に信号を送ってスイッチオンにしてガスを冷却/凝縮させ、それによって封止貯蔵器106から出るガスの流れを低減または停止させることができる。制御装置は、封止貯蔵器106における蒸発した液化ガスの再凝縮を指示し得る、封止貯蔵器106から出るガスの流れが相当に低減したこと、または、停止したことを、流れセンサが指示するとき、スイッチオフするために信号を熱エンジン112に送ることができる。流れセンサは、制御装置に高さ/体積センサ122よりも素早い応答を提供することが可能であり得る。
実施形態では、制御装置は、特定の時間の後、液化ガス120の体積が要求体積未満であることを少なくとも1つのセンサ122が指示しているかどうかを決定するように、および、熱エンジンをスイッチオフするために熱エンジン112に制御信号を送るように、および、先の決定に応答して、液化ガスが封止貯蔵器106に追加される必要があることを指示するメッセージを出力するようにさらに構成され得る。特定の時間は、その時間の後に要求体積に到達されることが予測される時間であり得る。これは、容器100の実験/較正から決定され得る。実施形態では、制御装置は、少なくとも1つのセンサ122からのデータから、封止貯蔵器106内にどれだけの体積不足(つまり、要求体積と感知された体積との間の差)があるか、および、熱エンジン112が要求体積に到達するためにどれだけの時間の間スイッチオンされなければならないかを決定することが可能であり得る。これは、その時間の後にセンサが再びポーリングされ得る特定の時間を決定することができる。
実施形態では、容器100は、封止貯蔵器106を冷却するためにスイッチオンされるとき/使用されているとき、熱エンジン112の動力消費を測定するための動力計器(図1Aには示されていない)を備え得る。
前述の制御装置、またはさらなる制御装置は、動力計器に連結され得る。制御装置は、熱エンジン112の測定された動力消費が、予測される動力消費を超えるかどうかを決定するように、および、測定された動力消費が予測される動力消費を超える場合に、先の決定に応答して、容器100の完全性についての報告を出力するように構成され得る。この方法では、容器100の完全性が決定され得る。例えば、熱エンジン112が予測されるよりも大きな動力を使用していると決定される場合、容器100は良好に断熱されていない可能性がある、または、液化ガスを容器100から蒸発または漏れさせている漏れが封止貯蔵器にある可能性がある。
容器100は、容器の使用者、遠隔サーバ、容器の製造者または供給者、電子表示装置、電子装置のうちの任意の1つまたは複数に情報を通信するための通信モジュール(図1Aには示されていない)を備え得る。例えば、関連する措置が取られ得るように、容器の完全性についての報告、および/または、より多くの液化ガスで貯蔵器を継ぎ足すことに関するメッセージが、使用者に、または、容器100の外部の装置/サーバに通信され得る。
容器100は、真空断熱/真空断熱層104を備え得る。真空断熱104は、1つまたは複数の真空断熱パネルによって提供され得る。図1Aに示されているように、真空断熱は、封止貯蔵器106における液化ガスと空所108における試料102との両方が過熱するのを防止するために、封止貯蔵器106および空所108を包囲している。対照的に、封止貯蔵器106は、冷たい液化ガスが空所108および試料102を要求温度に維持することができるように、空所108を少なくとも部分的に包囲している。
容器100は取り外し可能な断熱蓋またはカバー110を備えてもよく、筐体および空所108は取り外し可能な蓋110によって封止可能である。
本明細書に記載されている容器100は、冷凍保存された生物学的試料を保存するためのもの、および/または、冷凍保存された生物学的試料を発送するためのものであり得る。
図2は、図1Aの構成内で液化ガスの体積を監視するための例のステップの流れ図である。ステップS200において、少なくとも1つのセンサ122が封止貯蔵器106における液化ガスの体積を感知/測定するために使用される。制御装置またはプロセッサ(または同様の構成要素)が、センサデータを使用して、液化ガスの感知された体積が要求体積未満であるかどうかを決定する(ステップS202)。要求体積は、容器106の空所108、したがって試料102が、試料の完全性を確保するための要求温度にあることを確保するために必要とされる体積である。感知された体積が要求体積以上である場合、処理はステップS200へと戻る。感知された体積が要求体積未満である場合、制御装置は、熱エンジン112をスイッチオンし、それによって、封止貯蔵器106における蒸発した液化ガスを凝縮し、貯蔵器における温度を低下させるために、制御信号を送る(ステップS204)。
特定の時間Tの後、制御装置は、熱エンジン112をスイッチオフするために制御信号を送り得る(ステップS206)。少なくとも1つのセンサ122からのデータが、封止貯蔵器106における液化ガスの現在の体積を決定するために再び読み込まれ得る(ステップS208)。特定の時間は、その時間の後に要求体積に到達されることが予測される時間であり得る。これは、容器100の実験/較正から決定され得る。実施形態では、制御装置は、少なくとも1つのセンサ122からのデータから、封止貯蔵器106内にどれだけの体積不足(つまり、要求体積と感知された体積との間の差)があるか、および、熱エンジン112が要求体積に到達するためにどれだけの時間の間スイッチオンされなければならないかを決定することが可能であり得る。これは、その時間の後にセンサが再びポーリングされ得る特定の時間を決定することができる。(前述したように、弁114における流れセンサが、熱エンジン112が封止貯蔵器106における液化ガスの蒸発に対抗するためにいつスイッチオンされる必要があり得るかを決定するために、高さ/体積センサ122の追加または代替で使用され得る。流れセンサは、高さ/体積センサ122よりも良好で素早い応答を提供できる。)
ステップS210において、制御装置は、感知された体積がなおも要求体積未満であるかどうかを決定する。感知された体積が要求体積と少なくとも等しい場合、処理はステップS200へと戻る。感知された体積がなおも要求体積未満である場合、制御装置は、液化ガスが封止貯蔵器106に追加される必要があること(つまり、封止貯蔵器106が、外部供給源からのさらなる液化ガスで継ぎ足される必要があること)を指示するメッセージまたは制御信号を出力するように構成され得る(ステップS212)。前述したように、これは、容器の使用者または外部の装置/サーバと通信するために通信モジュールを使用することで達成され得る。実施形態では、ステップ212において、液化ガスが容器に追加される必要がある場合、制御装置は、警告ランプまたは同様のものを表示させ得るか、または、警告音を鳴らし得る。液化ガスの要求体積が達成されるように貯蔵器が(提供されている液化ガスに凝縮されるガス、または、液化ガスのいずれかで)継ぎ足された後、処理はステップS200に戻る。
図3は、図1Aの容器からの流体流れ、具体的には、容器100の封止貯蔵器106からの蒸発した液化ガスの流れを監視するための例のステップの流れ図である。ステップS300において、弁114における流れセンサが、封止貯蔵器106からの蒸発した液化ガスの流れを検出/感知するために使用される。制御装置またはプロセッサ(または同様の構成要素)は、流れセンサのデータに応答して、封止貯蔵器における液化ガスを冷却し、封止貯蔵器内で蒸発した液化ガスを凝縮させ、それによって、封止貯蔵器106からの蒸発した液化ガスの流れを停止または実質的に低減するために、冷凍機/熱エンジン112をスイッチオンするように命令する(ステップS302)。
制御装置は、封止貯蔵器106からのガス流れが相当に低下または停止しているかどうかを決定するために、流れセンサからデータを受信すること、または、流れセンサを定期的にポーリングすることのいずれかを継続する(ステップS304)。流れセンサのデータが、封止貯蔵器106から(弁114を通じて)のガス流れが相当に低減または停止したことを指示する場合、制御装置は、熱エンジン112にスイッチオフするように命令し(ステップS306)、処理はステップS300に戻る。しかしながら、流れセンサのデータが、ガスが封止貯蔵器106から許容不可能な速さで流れ続けていることを指示する場合、制御装置は、熱エンジン112がスイッチオンされてから特定の時間Tが経過したかどうかを決定する(ステップS308)。時間Tは、容器100の実験/較正から決定される時間とすることができ、蒸発した液化ガスの凝縮が実質的に完了されるのに掛かる時間である。代替で、時間Tは、熱エンジン112が、例えば容器の出力効率の目的のために、運転され得る最大時間であり得る。
ステップS308において、時間Tにまだ到達していない場合、制御装置は、熱エンジン112を運転させ続ける(ステップS310)。しかしながら、ステップS308において、時間Tに到達したが、ガスが封止貯蔵器106からなおも流れている場合、制御装置は、まず、熱エンジン112をスイッチオフするように命令し(ステップS312)、次に、液化ガスが封止貯蔵器106に追加される必要があること(つまり、封止貯蔵器106が、外部供給源からのさらなる液化ガスで継ぎ足される必要があること)を指示するメッセージまたは制御信号を出力するように構成され得る(ステップS314)。前述したように、これは、容器の使用者または外部の装置/サーバと通信するために通信モジュールを使用することで達成され得る。実施形態では、ステップS314において、液化ガスが容器に追加される必要がある場合、制御装置は、警告ランプまたは同様のものを表示させ得るか、または、警告音を鳴らし得る。液化ガスの要求体積が達成されるように貯蔵器が(提供されている液化ガスに凝縮されるガス、または、液化ガスのいずれかで)継ぎ足された後、処理はステップS300に戻る。
実施形態では、図2に示した方法と図3に示した方法とは組み合わされてもよい。
したがって、実施形態では、容器内の液化ガスの体積を監視する方法であって、液化ガスの体積が要求体積未満であること、および/または、蒸発した液化ガスが封止貯蔵器から流れ出ていることを少なくとも1つのセンサが指示するかどうかを決定するステップと、容器の封止貯蔵器において蒸発した液化ガスを凝縮するために、制御信号を送って熱エンジンをスイッチオンするステップとを含む方法が提供される。
方法は、特定の時間の後、液化ガスの体積がなおも要求体積未満であることを少なくとも1つのセンサが指示しているかどうかを決定することと、熱エンジンをスイッチオフするために制御信号を送ることと、先の決定に応答して、液化ガスが封止貯蔵器に追加される必要があることを指示するメッセージを出力することとをさらに含み得る。
方法は、特定の時間の後、少なくとも1つのセンサが、蒸発した液化ガスが封止貯蔵器からなおも流れ出ていることを指示するかどうかを決定することと、制御信号を送って熱エンジンをスイッチオフすることと、先の決定に応答して、液化ガスが封止貯蔵器に追加される必要があることを指示するメッセージを出力することとをさらに含み得る。
図4は、図1Aの容器の完全性を監視するための例のステップの流れ図である。前述したように、制御装置が動力計器に連結されてもよく、動力計器は動作の間に熱エンジン112の動力消費を測定する。したがって、ステップS400として、過程は、熱エンジン112への動力入力、または、熱エンジン112によって消費される動力を測定することを伴う。制御装置は、熱エンジン112の測定された動力消費が、予測される動力消費を超えるかどうかを決定するように構成され得る(ステップS402)。測定された動力消費が予測される動力消費以下である場合、過程はステップS400に戻ることができる。測定された動力消費が予測される動力消費を超える場合、制御装置は、容器100の完全性についての報告を出力できる(ステップS404)。この方法では、容器100の完全性が決定され得る。例えば、熱エンジン112が予測されるよりも大きな動力を使用していると決定される場合、容器100は良好に断熱されていない可能性がある、または、液化ガスを容器100から蒸発または漏れさせている漏れが封止貯蔵器にある可能性がある。
したがって、実施形態では容器の完全性を監視する方法であって、容器の熱エンジンの測定された動力消費が、予測される動力消費を超えるかどうかを決定することと、測定された動力消費が予測される動力消費を超える場合に、先の決定に応答して、容器の完全性についての報告を出力することとを含む方法が提供される。
本技術の実施形態は、プロセッサにおいて実施されるとき、プロセッサに、本明細書で記載される方法を実行させるコードを保有する非一時的データキャリアも提供する。
本技術は、例えば汎用コンピュータシステムまたはデジタルシグナルプロセッサ(DSP)において、前述の方法を実施するためのプロセッサ制御コードをさらに提供する。本技術は、実行するとき、前述の方法のうちのいずれかを実施するためのプロセッサ制御コードを、具体的には、非一時的データキャリアや、ディスク、マイクロプロセッサ、CD-ROM、またはDVD-ROMなどの非一時的コンピュータ読取可能媒体や、読取専用メモリ(ファームウェア)などのプログラムされた記憶装置や、または、光学または電気の信号のキャリアなどのデータキャリアにおいて保有するキャリアも提供する。コードは、ディスク、マイクロプロセッサ、CD-ROM、DVD-ROMなどの(非揮発性)キャリアや、非揮発性記憶装置(例えば、フラッシュ)または読取専用メモリ(ファームウェア)などのプログラムされた記憶装置に提供され得る。本技術の実施形態を実施するためのコード(および/またはデータ)は、Cなどの従来のプログラミング言語(インタプリタまたはコンパイル)でのソースコード、オブジェクトコード、もしくは実行可能コード、または、ASIC(特定用途向け集積回路)もしくはFPGA(フィールドプログラマブルゲートアレイ)を設定もしくは制御するためのコードや、Verilog(商標)もしくはVHDL(超高速集積回路ハードウェア記述言語)などのハードウェア記述言語のためのコードなどのアッセンブリコードを含み得る。当業者は理解するように、このようなコードおよび/またはデータは、互いと通信している複数の連結された構成要素の間で分配され得る。本技術は、システムの構成要素のうちの1つまたは複数に連結されたマイクロプロセッサ、作業メモリ、およびプログラムメモリを含む制御装置を備え得る。
前述の技術のための動作を実行するためのコンピュータプログラムコードは、オブジェクト指向プログラミング言語および従来の手続き型プログラミング言語を含む、1つまたは複数のプログラム言語の任意の組み合わせで書かれ得る。コード要素は、手順、方法などとして具現化でき、高級なコンパイルまたはインタプリタの言語構造に設定されるネイティブ命令の直接機械命令から、任意の抽象化のレベルでの命令または命令の列の形態を取り得る部分要素を含み得る。
本技術の好ましい実施形態による論理的方法の全部または一部が、前述の方法のステップを実施するための論理要素を含む論理装置で適切に具現化され得ることと、このような論理要素が、例えばプログラム可能論理アレイまたは特定用途向け集積回路など、論理ゲートなどの構成要素を備え得ることとが、当業者には明らかでもある。このような論理構成は、固定または伝送可能なキャリア媒体を用いて保存および送信され得る、例えば仮想ハードウェア記述言語を使用するアレイまたは回路などにおいて、ロジック構造を一時的または永久的に確立するための可能要素でさらに具現化され得る。
実施形態では、本技術は、機能データを有するデータキャリアの形態で実現されてもよく、前記機能データは、コンピュータシステムまたはネットワークに読み込まれ、それによって動作させられるとき、前記コンピュータシステムに前述の方法のすべてのステップ実施させることができる機能的コンピュータデータ構造を含む。
先の記載は最良の態様であると考えられているものを記載しているが、本技術を実施する適切な他のモードがある場合、本技術は、好ましい実施形態の本明細書で開示されている特定の構成および方法に限定されることはないことを、当業者は理解されよう。当業者は、本技術が幅広い用途を有することと、添付の特許請求の範囲で定められているような発明の概念から逸脱することなく実施形態が幅広い変形を取り得ることとを認識されよう。
100 容器
102 冷凍保存された試料
104 真空断熱
106 封止貯蔵器
108 空所
110 断熱蓋、カバー
112 熱エンジン
114 少なくとも1つの弁、入口弁
116 熱交換器
120 液化ガス
122 少なくとも1つのセンサ、充填センサ、高さ/体積センサ
124 管
126、128 一方向弁
130、132 チャンバ
102 冷凍保存された試料
104 真空断熱
106 封止貯蔵器
108 空所
110 断熱蓋、カバー
112 熱エンジン
114 少なくとも1つの弁、入口弁
116 熱交換器
120 液化ガス
122 少なくとも1つのセンサ、充填センサ、高さ/体積センサ
124 管
126、128 一方向弁
130、132 チャンバ
Claims (26)
- 冷凍保存された生物学的試料のための容器であって、
少なくとも1つの冷凍保存された生物学的試料を収容するための空所を備える断熱筐体と、
前記断熱筐体の前記空所を少なくとも部分的に包囲し、液化ガスを含む封止貯蔵器であって、前記容器は、液化ガスを提供するために前記封止貯蔵器内でガスを凝縮させるための、または、前記液化ガスを前記封止貯蔵器内で冷却するための熱伝達エンジンをさらに備える、封止貯蔵器と、
を備える容器。 - 前記封止貯蔵器は少なくとも1つの弁を備える、請求項1に記載の容器。
- 前記少なくとも1つの弁は圧力逃し弁である、請求項2に記載の容器。
- 前記少なくとも1つの弁は、前記封止貯蔵器をガスまたは液化ガスで充填するための入口弁である、請求項2または3に記載の容器。
- 前記入口弁は、ガスを前記封止貯蔵器へと流すことができるように、且つ、蒸発したガスを前記封止貯蔵器から流し出すことができるように、空気流機構に連結可能である、請求項4に記載の容器。
- 前記空気流機構は、ガス入口と前記入口弁との間に位置するチャンバを備え、前記チャンバは脱酸素剤を収容する、請求項5に記載の容器。
- 前記空気流機構は、ガス入口と前記入口弁との間に位置するチャンバを備え、前記チャンバは乾燥剤を収容する、請求項5または6に記載の容器。
- 流体の前記封止貯蔵器への流入および/または前記封止貯蔵器からの流出を検出するために、流れセンサが、前記入口弁内に設けられる、請求項4から7のいずれか一項に記載の容器。
- 前記熱伝達エンジンに連結された熱交換器をさらに備え、
前記熱交換器は、前記液化ガスへの冷却を可能にするために前記封止貯蔵器内へと延びている、請求項1から8のいずれか一項に記載の容器。 - 前記熱伝達エンジンは、冷凍機、クリーメンコサイクル冷凍機、パルス管冷凍機、音響スターリング冷凍機、ジュールトムソン冷凍機、およびスターリング冷凍機のうちのいずれか一つである、請求項1から9のいずれか一項に記載の容器。
- 前記封止貯蔵器内の液化ガスの体積を感知するための少なくとも1つのセンサを前記封止貯蔵器内にさらに備える、請求項1から10のいずれか一項に記載の容器。
- 前記少なくとも1つのセンサに連結された制御装置を備え、前記制御装置は、
液化ガスの前記体積が必要な体積未満であることを前記少なくとも1つのセンサが指示するかどうかを決定するように、且つ、
前記封止貯蔵器内で蒸発した液化ガスを凝縮するために、制御信号を前記熱伝達エンジンに送って前記熱伝達エンジンをスイッチオンするように
構成される、請求項11に記載の容器。 - 前記制御装置は、
特定の時間の後、液化ガスの前記体積が必要な体積未満であることを前記少なくとも1つのセンサが指示するかどうかを決定するように、
制御信号を前記熱伝達エンジンに送って前記熱伝達エンジンをスイッチオフするように、且つ、
前記決定に応答して、液化ガスが前記封止貯蔵器に追加される必要があることを指示するメッセージを出力するように
さらに構成される、請求項12に記載の容器。 - スイッチオンされたときに前記熱伝達エンジンの動力消費を測定するための動力計器をさらに備える、請求項1から13のいずれか一項に記載の容器。
- 前記動力計器に連結された制御装置をさらに備え、前記制御装置は、
前記熱伝達エンジンの測定された前記動力消費が、予測される動力消費を超えるかどうかを決定するように、且つ、
測定された前記動力消費が予測される動力消費を超える場合に、前記決定に応答して、前記容器の完全性についての報告を出力するように
構成される、請求項14に記載の容器。 - 前記容器の使用者、遠隔サーバ、前記容器の製造者または供給者、電子表示装置、電子装置のうちの任意の1つまたは複数に情報を通信するための通信モジュールをさらに備える、請求項1から15のいずれか一項に記載の容器。
- 真空断熱をさらに備える、請求項1から16のいずれか一項に記載の容器。
- 前記真空断熱は1つまたは複数の真空断熱パネルによって提供される、請求項17に記載の容器。
- 取り外し可能な断熱蓋をさらに備え、前記断熱筐体および前記空所は前記取り外し可能な蓋によって封止される、請求項1から18のいずれか一項に記載の容器。
- 前記液化ガスは、液化ヘリウム、液化窒素、液化空気、液化酸素のうちの任意の1つまたは複数である、請求項1から19のいずれか一項に記載の容器。
- 前記容器は冷凍保存された生物学的試料を発送するためのものである、請求項1から20のいずれか一項に記載の容器。
- 請求項1から21のいずれか一項に記載の容器内の液化ガスの体積を監視する方法であって、
液化ガスの体積が必要な体積未満であること、および/または、蒸発した液化ガスが前記封止貯蔵器から流れ出ていることを少なくとも1つのセンサが指示するかどうかを決定するステップと、
前記容器の前記封止貯蔵器内で蒸発した液化ガスを凝縮するために、制御信号を送って前記熱伝達エンジンをスイッチオンするステップと
を含む方法。 - 特定の時間の後、液化ガスの体積がなおも必要な体積未満であることを前記少なくとも1つのセンサが指示するかどうかを決定するステップと、
制御信号を送って前記熱伝達エンジンをスイッチオフするステップと、
前記決定に応答して、液化ガスが前記封止貯蔵器に追加される必要があることを指示するメッセージを出力するステップと、
をさらに含む、請求項22に記載の方法。 - 特定の時間の後、蒸発した液化ガスが前記封止貯蔵器からなおも流れ出ていることを前記少なくとも1つのセンサが指示するかどうかを決定するステップと、
制御信号を送って前記熱伝達エンジンをスイッチオフするステップと、
前記決定に応答して、液化ガスが前記封止貯蔵器に追加される必要があることを指示するメッセージを出力するステップと、
をさらに含む、請求項22に記載の方法。 - 請求項1から21のいずれか一項に記載の容器の完全性を監視する方法であって、
前記容器の前記熱伝達エンジンの測定された動力消費が、予測される動力消費を超えるかどうかを決定するステップと、
測定された前記動力消費が予測される動力消費を超える場合に、前記決定に応答して、前記容器の完全性についての報告を出力するステップと、
を含む方法。 - プロセッサにおいて実施されるとき、前記プロセッサに、請求項22から25のいずれか一項に記載の方法を実行させるコードを保有する非一時的データキャリア。
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