KR20170010790A - 자동화된 샘플 해동을 위한 시스템들, 디바이스들, 및 방법들 - Google Patents

Abstract

본 발명은 일반적으로 극저온으로 냉동된 샘플을 해동하는 것에 관한 것이다. 시스템들, 디바이스들, 및 방법들은 샘플 홀더를 가열하기 위해 사용될 수 있고, 샘플 홀더는 냉동된 샘플을 홀딩하는 샘플 컨테이너를 수용하도록 구성된다. 샘플 해동 시작 시간은 샘플 컨테이너의 온도 및/또는 샘플의 온도를 측정함으로써 식별될 수 있다. 샘플 해동 종료 시간은 샘플 해동 시작 시간의 함수로서 계산될 수 있다. 일부 실시예들에서, 동일한 해동 시작 시간은 레코딩된 온도 측정치들의 워밍(warming) 곡선의 제 1 도함수의 상당한 변화에 의해 식별될 수 있다. 샘플 종료 시간은 상수를 샘플 해동 시작 시간에 가산함으로써 계산될 수 있다. 상수는 샘플 컨테이너당 평균 샘플 해동 시간일 수 있다.

Description

자동화된 샘플 해동을 위한 시스템들, 디바이스들, 및 방법들{SYSTEMS, DEVICES, AND METHODS FOR AUTOMATED SAMPLE THAWING}

[0001] 본 출원은 2014년 5월 16일 출원된 미국 가 출원 번호 제 61/994,586 호 및 2014년 8월 27일에 출원된 미국 가 출원 번호 제 62/042,669 호에 대해 우선권을 주장하고, 그 전체 개시내용들은 모든 목적들을 위하여 그 전체가 인용에 의해 본원에 포함된다.

[0002] 본 발명은 일반적으로 세포(cell)들의 극저온 보존 및 보다 구체적으로 극저온으로-보존된 세포들 및 조직의 복원을 위한 시스템들, 디바이스들, 및 방법들에 관한 것이다.

[0003] 현탁액에 세포들의 극저온 보존은 생세포들의 장기간 아카이벌 저장(archival storage) 및 복원을 위하여 잘-설정되고 허용된 기술이다. 일반적인 방법으로서, 세포들은 통상적으로 염용액, 완충제(buffer), 영양소, 성장 인자, 단백질, 및 저온보호물질을 포함하는 저온보호물질 매체들에 부유된다. 그 다음으로 세포들은 원하는 사이즈 및 볼륨의 아카이벌 저장 컨테이너들로 분배되고, 그 다음으로 컨테이너들은, 컨테이너 내용물이 냉동될 때까지 온도가 감소된다. 통상적인 장기간 아카이벌 조건들은, 온도들이 통상적으로 섭씨 -196 도와 -150 도 사이인 액체 질소 증기 저장소를 포함한다.

[0004] 그런 방법들에 의해 보존된 생세포들의 성공적인 복원은 냉동 및 해동 프로세스들 둘 모두 동안 세포내 지역에서 손상을 주는 얼음 결정 성장을 최소화하는 것에 따를 수 있다. 냉동 프로세스 동안 세포내 얼음 결정 성장을 감소시키기 위하여 일부 진보들이 이루어졌다. 예컨대, 세포내 얼음 결정 성장은 세포외로 및 세포내로의 둘 모두로 얼음 결정 핵형성 및 성장을 방지하는 저온보호물질(cryoprotectant) 화합물을 조직들 또는 세포 현탁액에 부가함으로써 감소될 수 있다. 부가적으로, 세포내 얼음 성장은 샘플 온도 감소 비율의 관리를 통해 제어될 수 있다. 냉동 프로세스 동안, 세포외 얼음 결정 형성은 용질(solute)들 및 세포들을 발전하는 얼음 결정 구조로부터 배제시키고 이에 의해 용질들 및 세포들이 남아있는 액체 위상에 농축된다. 용질 농도의 증가는, 세포막-투과성 저온보호물질들이 세포내 볼륨 내의 농도를 평형화하기 위한 시간을 허용하면서 세포들의 탈수(dehydration)를 조장할 삼투 포텐셜(osmotic potential)을 설정할 것이다. 냉동 프로세스가 진행함에 따라, 높은 용질 농도가 세포내 볼륨 내의 얼음 결정 핵들의 사이즈가 최소인 유리 상태로 고형화시킬 온도에 도달될 것이다. 그 다음으로 고체-상태 세포 현탁액은, 극저온 저장 온도에 도달될 때까지 온도가 추가로 감소된다. 이런 온도에서, 분자 활동은 세포들이 무기한 저장될 수 있도록 충분히 감소된다. 극저온 저장 다음 최적 세포 복원을 위하여, 냉동 프로세스 동안 온도 감소 비율은 다양한 값들 내에 속해야 한다. 온도 감소 비율이 너무 빠르면, 세포내 수분 레벨이 충분히 감소되기 전에 세포들이 냉동되고, 이에 의해 세포내 얼음 결정들의 성장이 조장된다. 온도 감소 비율이 너무 느리면, 세포들은 과도하게 탈수될 수 있고 그리고 세포외 용질 농도는 너무 높게 될 수 있고, 이때 둘 모두의 경우들은 중대한 세포 구조들의 손상을 유도한다. 이런 이유 때문에, 냉동 프로세스 동안 온도 감소 비율은 통상적으로 제어된다. 예컨대, 온도 감소 비율을 제어하는 하나의 방법은 절연 재료로 샘플을 둘러싸고 그 어셈블리를 정적 온도 환경에 두는 것을 포함하는 반면, 다른 방법은, 노출된 샘플 컨테이너를, 내부 온도가 제어된 비율로 감소되는 절연 챔버 내에 두는 것을 포함한다.

[0005] 극저온 아카이벌 상태로부터 샘플을 리터닝하는 것은 샘플을 완전히 액체 상태로 해동하는 것을 포함한다. 해동 프로세스 동안, 다시 온도 변화 비율은 극저온으로 보존된 세포들의 생존력에 영향을 미칠 수 있다. 샘플 저장 용기(vessel)들의 고형분(solid content)들은 얼음 결정들의 작은 핵과 섞여진 유리 상태 수용질(aqueous solut)들의 채널들에 의해 개재된 결정화된 물의 큰 아일랜드(island)들을 포함한다. 극저온 저장 온도로부터 완전히 액체 상태로의 위상 변화의 결말로 전이하는 동안, 세포들의 작은 얼음 핵의 열역학적으로 바람직한 확장을 포함하여 샘플 내의 물 분자들을 재배열하기 위한 기회가 있다. 세포내 얼음 결정들의 성장이 세포 손상과 연관된 잠재성을 가지며, 그리고 결정 성장도가 시간-종속 현상이기 때문에, 위상 변화를 통한 전이의 시간 간격을 최소화하는 것이 바람직하다. 샘플 용기 온도의 빠른 슬루 레이트(slew rate)는 통상적으로, 대략 섭씨 37 도의 온도로 설정된 수조(water bath) 내에 용기의 부분 담금에 의해 달성된다. 더 빠른 해동 비율이 수조의 온도를 증가시킴으로써 달성될 수 있지만, 수조내 용기의 담금은 용기 내 온도 기울기들을 설정할 것이고 이때 가장 높은 온도들은 용기 벽에 위치된다. 결과로서, 일시적 열역학 상태들이 발생할 것이고, 여기서 액체-고체 혼합물 온도는, 냉동된 재료가 아주 근접하여 존재하더라도 녹는 온도를 초과할 것이다. 그러므로, 용기내 온도 기울기는 수조 온도에 대해 상한을 둔다. 게다가, 공통 저온보호물질들이 세포들 상에 알려진 독성 영향을 가지기 때문에, 시간 및 온도에 관하여 액체 상태 내에 세포들의 차동 노출은 해동 프로세스의 완료시에 세포들의 생존력에 변동을 가능케 한다. 저온보호물질들의 독성 효과가 상승된 온도들에서 강화되기 때문에, 더 낮은 액체 온도가 바람직하다. 이런 이유 때문에, 공통 해동 프토콜들은 통상적으로, 적은 양의 고체 물질이 여전히 샘플 컨테이너에 있을 때도 빠른 해동 위상이 종결되는 것을 포함한다. 수조로부터 제거 다음, 샘플 온도는 위상 변화 온도에 가까운 온도로 빠르게 평형화할 것이다. 해동 프로토콜들은 통상적으로, 저온보호물질이 농축된 상태로 해동된 샘플이 홀딩되는 지속시간을 최소화하는 것을 찾고자 하고, 그리고 샘플을 희석하거나 배양기(culture media)에 대한 저온보호물질 매질들을 교환하는 후속적인 단계들은 흔히 가능한 짧은 간격에서 적용된다. 샘플 바이얼(vial)들에서 극저온 샘플들의 해동을 위한 현재 방법들 및 해결책들은 개별적 근거에 대해 상이한 방법론, 프로토콜들, 및 설비에 따르기 때문에, 바이얼 해동 프로세스가 학문적 또는 임상적 공동체에 걸쳐 표준화될 수 있는 어떠한 방법도 현재 없다. 따라서, 개선들이 원해질 수 있다.

[0006] 이 특허에서 사용된 용어들 "발명", "본 발명", "이 발명" 및 "본 발명"은 이하에서의 이 특허의 청구 대상 및 특허 청구항들 모두에 널리 인용하도록 의도된다. 이들 용어들을 포함하는 설명들은 본원에 설명된 청구 대상을 제한하는 것이 아니라 아래에서의 특허 청구항들의 의미 또는 범위를 제한하는 것으로 이해되어야 한다. 이 특허에 의해 커버되는 본 발명의 실시예들은 이 요약이 아닌 아래에서의 청구항들에 의해 정의된다. 이 요약은 본 발명의 다양한 양상들의 높은-레벨 개요이고 이하에서의 상세한 설명 섹션에 추가로 설명되는 개념들의 일부를 도입한다. 이 요약은 청구된 청구 대상의 핵심 또는 필수 특징들을 식별하려고 의도되지도 않고, 청구된 청구 대상의 범위를 결정하기 위한 아이솔레이션(isolation)으로 사용되도록 의도되지도 않는다. 청구 대상은 이 특허의 전체 명세서, 임의의 또는 모든 도면들 및 각각의 청구항의 적당한 부분들을 참조함으로써 이해되어야 한다.

[0007] 세포들을 해동하는 동안, 종래의 실시는, 얼음의 마지막 부분이 녹고 그 다음 배양기(growth media) 내 세포들을 느리게 희석하려고 하는 바로 그 시점에 따뜻한 수조(예컨대, 섭씨 37 도)에서 세포들을 빠르게 워밍하는 것이다. 샘플이 너무 워밍하게 허용되면, 세포들은 대사 작용을 하기 시작할 수 있고, 그리고 냉동 프로세스에서 사용된 DMSO(dimethyl sulfoxide)에 의해 오염될 수 있다. 일반적으로, 극저온으로 보존된 세포들 및 조직의 해동은 실험실 기사들에 의해 수행되고 적용된 프로토콜은 각각의 실험실 기사 사이에서 가변할 뿐 아니라, 기술 종속적일 수 있다. 샘플 해동의 완료는 일반적으로 각각의 개별 기술자에 의해 주관적으로 판단되고 너무 따뜻하게 되도록 허용된 샘플들 또는 해동 비율에서 변동을 초래할 수 있다. 비록 반복 가능한 해동 프로파일이 욕조 및 바이얼 삽입의 수동 제어를 사용하여 달성하는 것이 이론적으로 가능하지만, 특히 해동 상태를 모니터하기 위하여 욕조로부터 바이얼을 빈번하게 제거하기 위한 요건과 결합되는 기술 및 프로토콜 준수 정도 둘 모두의 예상된 변화는 표준 프로파일로부터 편차를 확신(near certainty)하게 한다. 수조로부터 바이얼의 제거는 수조로부터 바이얼로의 열 에너지 전달을 차단하고 냉동 상황의 시각적 평가는 종종 어려울 수 있고 바이얼 제품의 집적된 피처들로서 제공되는 바이얼 라벨들 및 인쇄된 기입 표면의 존재에 의해 복잡해질 수 있다. 추가로 수조들은 또한 오염원이고 바이얼 바디-캡 접합의 우연한 담금은 바이얼 캡의 제거 동안 바이얼 함유물들로 수조 액체의 도입을 초래할 수 있다.

[0008] 단순화되고, 자동화되고, 및/또는 더 일관된 샘플 해동을 제공하는 시스템들, 디바이스들, 및 방법들은 유리할 수 있고 세포 복원을 증가시킬 수 있다. 게다가, 쉽게 구성되고 수행되는 방법론과 결합하여 자율적으로 기능하는 디바이스는, 표준 해동 프로세스가 학문적 및/또는 임상적 공동체에 걸쳐 통합될 수 있는 방식을 제공할 수 있고, 이에 의해 실험적 결과들 및 치료 결과의 변동 원인이 제거된다. 샘플 바이얼들에 대한 해동 프로세스의 자동화 및 표준화를 제공할 디바이스들 및 방법들은 이런 달성의 실행에서 다수의 장애를 해결할 수 있다. 본 발명의 실시예들은 이들 문제들 중 하나 또는 그 초과를 처리할 수 있다. 실질적인 해동 후(예컨대, 샘플의 작은 부분이 여전히 고체 위상으로 있거나 샘플이 실질적으로 고체로부터 액체로 위상 변화를 완료할 때) 워밍 위상이 종결되는 해동 프로세스를 모사하기 위하여, 해동 시스템은 해동 프로세스의 다양한 스테이지들을 예측하기 위해 하나 또는 그 초과의 센서들 및/또는 해동 알고리즘을 사용할 수 있다. 일부 실시예들에서, 해동 동안 세포내 얼음 결정 성장, 저온보호물질 노출, 및 해동 프로세스 동안 액체 상태 온도 상승의 결합된 효과들에 다양한 민감성이 있기 때문에, 주어진 세포 타입 또는 세포 혼합물에 대해 일관된 복원 상태를 얻는 것은 시간에 관하여 해동 온도 증가 프로파일의 철저한 제어에 따를 수 있다.

[0009] 따라서, 본 발명의 일부 실시예들에서, 시스템들 및 방법들은 일관되고 균일한 조건들하에서 샘플들을 해동하기 위하여 제공될 수 있다. 복원 동작들이 수행될 가열기로부터 먼 위치에 극저온 온도들하에서 저장된 샘플들이 종종 있을 것이기 때문에, 시스템은, 샘플이 너무 이르게 해동되기 시작하지 않거나 -75℃를 초과하는 온도들에서 불필요하게 긴 간격을 소비하지 않는 것을 보장하기 위하여 수송 동안 샘플의 온도를 조절하도록 설정되어야 한다. 극저온 저장으로부터 리트리벌(retrieval)과 해동 프로세스 시작 사이의 시간에서 샘플의 이상적 온도가 극저온 저장 유체의 유리 전이 온도(대략 -150℃) 미만으로 유지되어야 하지만, 그러나 다수의 세포 배양을 위해, 적어도 며칠 동안 -150℃ 내지 -75℃의 온도 범위에서 일시적 저장 간격은 복원 및 배양 시 세포 생존력의 검출 가능한 감소 없이 활용될 수 있다. 그런 샘플들에 대해, 대략 -75℃의 수송 및 일시적인 홀딩 온도는, 그 온도가 냉매로서 사용될 수 있는 고체 탄소 이산화물의 위상 변화 온도와 일치하기 때문에 쉽게 적용될 수 있다. 더 많은 온도-민감 샘플들에 대해, 대략 -195℃의 수송 및 일시적 저장 온도는 냉매로서 액체 질소를 사용함으로써 얻어질 수 있다. 시스템은 -75℃ 또는 그 미만의 온도에서 샘플의 열적 평형을 허용할 샘플 바이얼을 위한 컨테이너를 포함할 수 있다. 시스템은 또한 샘플을 홀딩 및 해동하기 위한 샘플 용기에 대한 컨테이너를 포함할 수 있다. 일부 실시예들에서, 샘플 용기의 외부 표면과 물리적 콘택하는 샘플 홀더(이후 "워밍 블록"으로서 지칭됨)의 콘택 표면은 일정한 온도(예컨대, 37℃)로 가열될 수 있다. 마이크로-프로세서는 샘플 컨테이너 홀더와 커플링될 수 있고 프로세서는 샘플 해동 프로세스의 종료 시간을 식별하기 위하여 예측 해동 모델을 사용할 수 있다. 예측 해동 모델은 해동 프로세스의 시작 시간에 부분적으로 기반하여 해동 완료 시간을 식별할 수 있다. 일부 실시예들에서, 해동 완료 시간은, 실험적 값들로부터 유도된 룩-업 데이터 테이블에 대한 레퍼런스의 사용에 의해, 특정 워밍 온도 동안 특정 샘플 볼륨 페이로드(payload)를 포함하는 특정 샘플 컨테이너 포맷에 대해 미리 결정된 평균 해동 시간으로부터 얻어질 수 있다. 다른 실시예들에서, 본 인스턴트 발명은 샘플 용기의 외부 표면과 콘택하여 놓이는 온도 센서로부터 데이터를 수신할 수 있고, 그리고 온도 데이터에 기초하여 샘플 고체 투 액체 위상(solid to liquid phase) 변환 시작을 결정할 수 있고, 등가 샘플 질량 및 바이얼 구성에 대해 실험적으로 유도된 위상 변환 간격과 결합하여, 위상 변화 변환이 완료될 것이거나 거의 완료될 시간을 예측할 수 있다. 다른 실시예들에서, 해동 완료 시간은 샘플 용기와 동작 가능하게 커플링된(예컨대, 외부 표면과 직접 콘택하여, 비접촉 적외선 센서의 사용을 통해 등) 온도 센서로부터 수신된 데이터의 분석에 기반한 예측 계산을 통해 전적으로 결정될 수 있다. 다른 실시예들에서, 위상 변화 간격의 종료의 접근은 샘플 용기와 동작 가능하게 커플링된 온도 센서에 의해 검출된 바와 같은, 바이얼의 고체 위상 잔유물(remnant)의 랜덤 움직임으로부터 유도된 데이터 스트림 내 노이즈 신호에 의해 검출될 것이다. 일부 실시예들에서, 바이얼 외부 표면 온도 센서는 용기의 일측과 콘택하는 반면 다른 실시예들에서, 센서는 용기의 바닥 표면과 콘택한다. 다른 실시예들에서, 샘플 용기 내용물들의 온도는 용기 내부에서 물리적으로 중심에 있고 그리고 용기 외부의 연속적 확장부인 재료의 커버링에 의해 내용물들로부터 격리되는 센서에 의해 측정될 것이다. 일부 실시예들에서, 외부 바이얼 표면 센서는 해동 디바이스의 컴포넌트일 수 있는 반면, 다른 실시예들에서 센서는 용기의 컴포넌트일 수 있다. 센서가 샘플 용기의 컴포넌트일 때, 센서는, 데이터가 교환될 수 있는 해동 디바이스에 대한 연결부(예컨대, 전기, 라디오, 또는 광학 연결부)를 포함할 수 있다. 일부 실시예들에서, 데이터 스트림은 배타적으로 온도 측정 데이터를 포함할 수 있는 반면, 다른 실시예들에서 데이터 스트림은 부가적인 정보 이를테면 용기 추적 정보, 바이얼 내용물들 이력 및 컴포지션(composition), 및 보관 이력의 체인(그러나 이들로 제한되지 않음)을 포함할 수 있다. 일부 실시예들에서, 온도 센서들은 열전쌍들, 서미스터(thermistor)들, 및 저항 센서들일 수 있는 반면, 다른 실시예들에서 바이얼 온도는 적외선 비콘택 온도 검출기에 의해 검출될 수 있다.

[0010] 일부 실시예들은, 워밍 블록의 온도가 모니터될 수 있는 하나 또는 그 초과의 온도 트랜스듀서들을 포함할 수 있다. 일부 실시예들에서, 워밍 블록의 온도는 워밍 블록 온도 트랜스듀서들로부터 온도 신호 피드백을 수신하는 마이크로프로세서에 의해 제어된다. 시스템은 샘플 및/또는 샘플 컨테이너의 하나 또는 그 초과의 온도들을 레코딩하기 위한 하나 또는 그 초과의 트랜스듀서들을 포함할 수 있다. 일부 실시예들에서, 하나 또는 그 초과의 트랜스듀서들은 샘플 컨테이너의 외부 표면 온도를 측정 및/또는 레코딩하기 위해 제공될 수 있다. 일부 실시예들에서, 하나 또는 그 초과의 트랜스듀서들은 샘플의 온도를 측정 및/또는 레코딩하기 위해 제공될 수 있다.

[0011] 일부 실시예들에서, 시스템은 사용자 인터페이스를 가질 수 있고 샘플 및/또는 샘플 컨테이너로부터 온도들을 레코딩하기 전에 사용자 인터페이스를 통하여 사용자 입력을 수신할 수 있다. 대안적으로, 시스템은, 샘플 컨테이너가 샘플 홀더에 삽입된 후 샘플 및/또는 샘플 컨테이너로부터 온도들을 레코딩하기 시작하기 위하여 자동으로 트리거될 수 있다. 일부 실시예들에서, 시스템은 해동 간격의 시작을 신호하기 위하여 단독의 자동적인 트리거링 메커니즘을 사용할 수 있다. 일부 실시예들에서, 시스템은 해동 간격의 시작을 신호하기 위하여 자동적인 트리거링 메커니즘을 사용할 수 있고, 시작 신호와 결합하여 해동 프로세스의 완료를 결정하기 위하여 시간 값 상수를 사용할 수 있다. 다른 실시예들에서, 샘플 컨테이너의 외부 표면의 온도 측정치들의 알고리즘 분석은 샘플 고체 투 액체 위상 변화의 간격의 시작점과 종료점을 결정하는데 사용된다. 샘플이 오로지 고체 위상에 있는 간격 동안 온도 증가는 선형 시간-불변 집중(lumped) 시스템 방정식에 의해 모델링될 수 있고, 시간 상수 값은 온도 증가 비율을 제어한다. 다른 실시예들에서, 해동 간격의 시작은, 방정식의 온도 출력 값들이 바이얼 표면 온도 센서로부터 수신된 시간-온도 데이터의 고체 위상 부분을 오버레이(overlay)하도록 선형 시간-불변 집중 시스템 방정식에 대한 시간 상수 변수의 계산에 의해, 그리고 고체 투 액체 위상 변화의 개시 시간을 표시하기 위하여 다수의 시간 상수 값을 사용함으로써 결정될 수 있다. 다른 실시예들에서, 자동화된 해동 시스템은 해동 프로세스의 시작점과 종료점을 결정하기 위하여 해동 삽입 신호, 시간 값, 및 샘플 컨테이너 표면 온도 데이터의 알고리즘 분석의 결합을 사용할 수 있다.

[0012] 일부 실시예들에서, 극저온 저장 시스템으로부터 리트리벌 다음, 냉동된 샘플 바이얼의 온도는 드라이아이스 상에 놓이고 상기 드라이아이스에 의해 둘러싸이는 알루미늄 합금 홀더("평형화 블록")에 샘플을 둠으로써 대략 -78℃ 내지 -75℃의 온도로 평형화하도록 허용된다. 이 실시예에서, 바이얼은 평형화 블록으로부터 제거되고 알려지고 일정한 온도의 웜 블록에 즉각 놓여진다. 이 실시예 및 방법을 사용하여, 매우 균일하고 예측 가능한 해동 간격("총 해동 간격")은 주어진 바이얼 기하구조 및 페이로드에 대해 결정될 수 있고, 이에 의해 해동 완료는 워밍 블록에 삽입 다음 시간 간격에 의해서만 예측되게 한다. 다른 실시예들에서, 평형화 블록에서 온도 평형화 및 워밍 블록에 삽입 다음, 해동 간격은 총 해동 시간 간격과 바이얼 외부 온도 데이터의 알고리즘 분석의 결합에 의해 결정될 수 있고, 이에 의해 해동 간격 예측 시스템에 대한 내부 자체-레퍼런스 체크가 제공된다.

[0013] 일부 실시예들에서, 워밍 블록은 적당한 디멘션(dimension)들의 다수의 수신기 웰(well)들을 제공함으로써 다수의 샘플 컨테이너 기하 구조들(예컨대, 바이얼들, 용기들, 백들 등)을 수용하도록 구성된다. 다른 실시예들에서, 해동 블록은 단 하나의 샘플 컨테이너만을 수용하도록 구성되고 워밍 블록에만 적당한 디멘션들의 해동 샘플 컨테이너에 전용된다. 다른 실시예들에서, 워밍 블록은 특정 샘플 컨테이너들을 위해 디자인된 적당한 바이얼 어댑터들의 교환에 의해 다수의 샘플 컨테이너 사이즈들 및 기하 구조들을 수용하도록 디자인된다. 선택적으로, 워밍 블록은 다수의 샘플 컨테이너 사이즈들 및 기하 구조들을 수용하기 위하여 모핑(morphing) 콘택들, 가요적 랩(wrap)들, 회전 가능 블록면들, 가열 롤러들, IR 가열기들, 및/또는 스크롤 턱 척(scroll jaw chuck)을 활용할 수 있다. 일부 실시예들에서, 시스템은 샘플 컨테이너 타입에 부분적으로 기반하여 완료 시간을 조정할 수 있다. 선택적으로, 시스템은 해동되는 샘플 컨테이너 타입을 자동으로 결정하도록 구성될 수 있다. 예컨대, 일부 샘플 컨테이너들은 시스템의 바코드 판독기 또는 시스템의 RFID 칩 센서에 의해 판독 가능한 1D 바코드들, 2D 바코드들, RFID 칩들, 또는 다른 컴퓨터 판독가능 표시를 포함할 수 있다. 컨테이너의 바코드, RFID 칩, 또는 다른 컴퓨터 판독가능 표시는 컨테이너의 해동 프로파일에 링크될 수 있고 시스템은 컨테이너에 특정한 해동 간격 또는 그렇지 않으면 컨테이너의 타입에 특정한 해동 종료 시간을 (예컨대, 룩업 테이블들, 식들 등을 통해) 자동으로 결정할 수 있다. 일부 실시예들에서, 룩-업 테이블은 수학 함수에 의해 정의될 수 있다. 선택적으로, 시스템은 해동되는 샘플 컨테이너 타입을 정의하기 위하여 사용자 인터페이스를 통해 사용자 입력을 수신할 수 있다. 일부 실시예들에서, 해동 종료 시간 및 총 해동 시간은 시작 용기 외부 온도, 워밍 블록들(예컨대, 비-유연한 고체 재료)의 온도, 및 용기 타입을 사용하여 결정될 수 있다.

[0014] 일부 실시예들에서, 워밍 블록의 샘플 바이얼-수신 웰은 샘플 컨테이너와 균일하고 반복 가능한 열적 콘택 레벨을 제공하기 위하여 열적으로 도전성의 유연한 재료 라이닝(lining)을 포함한다. 일부 실시예들에서, 워밍 블록은, 2개의 부분들이 분리될 때, 샘플 컨테이너 수용 웰의 내부 벽들이 샘플 컨테이너와 콘택하지 않거나 최소 콘택을 가지도록 2개의 부분들로 나누어지고, 이에 의해 워밍 블록으로부터 샘플 바이얼로 열적 에너지 전달을 차단하는 방식을 제공하는 것에 더하여, 웰로부터 샘플 컨테이너의 삽입 및 제거가 가능해지고, 그리고 정의된 모멘트에서 해동 프로세스를 개시하는 방법이 제공된다. 일부 실시예들에서, 워밍 블록의 샘플 바이얼-수용 웰은 샘플 수용 웰의 중앙축과 일치하는 수직 평면에 의해 분할된다. 다른 실시예들에서, 워밍 블록은, 워밍 블록 세그먼트들의 일시적인 측 변위 또는 각도 변위에 의해 워밍 블록 샘플 바이얼 수용기 웰 벽과 샘플 바이얼 외부 사이에 공간이 선택적으로 도입되게 하는 2개보다 많은 부분들(예컨대, 3개의 부분들, 4개의 부분들 등)로 분할된다. 일부 실시예들에서, 워밍 블록 세그먼트들은 기계적 링키지(linkage)들, 이를테면 슬라이드 메커니즘들, 힌지된 접합부들, 운동학적 링키지들, 유압 메커니즘들, 전기 솔레노이드 메커니즘들, 나사식 메커니즘들, 자기 링키지들, 또는 이들의 임의의 결합에 의해 제한된다. 일부 실시예들에서, 워밍 블록의 분리된 부분들은 샘플 컨테이너의 측표면들 모두 또는 대부분에 샘플 컨테이너를 효율적으로 콘택하기 위하여 워밍 블록 샘플 바이얼 수용기 웰에 샘플 바이얼의 삽입시 자동으로 폐쇄된다.

[0015] 일부 실시예들에서, 본 발명은 사용자가 샘플 해동 프로세스의 디바이스 상태 및 상황의 알림을 받도록 허용하기 위하여 오디오 또는 시각적 피드백을 제공할 것이다. 일부 실시예들에서, 녹는 프로세스의 원하는 종료점에 도달할 때, 본 발명은 시각적 및 오디오 신호들을 사용하여 사용자에게 경고할 것이다.

[0016] 일부 실시예들에서, 본 발명은 온-오프 상태의 선택 외에 어떠한 이용 가능한 사용자 입력도 없이 샘플 바이얼의 일반적인 타입 및 모양에 전용될 것이다. 다른 실시예들에서, 본 발명은 사용자로부터 입력을 수용할 것이다. 일부 실시예들에서, 예측 해동 모델은 제한 없이, 샘플을 홀딩하는 샘플 컨테이너의 타입, 샘플 컨테이너 상의 라벨 존재, 샘플 컨테이너 필(fill) 레벨, 및/또는 워밍 블록과 용기 사이의 열적 도전성 매체의 노화를 염두해 두기 위하여 사용자 입력에 의해 조정될 수 있다.

[0017] 선택적으로, 시스템은 녹는 샘플이 원하는 레벨의 남아있는 고체 위상에 도달할 때 사용자에게 경고를 제공할 수 있다. 일부 실시예들에서, 원하는 종료점은, 고체 위상이 고체 재료의 시작 양의 작은 부분인 상태이다. 다른 실시예들에서, 해동 프로세스의 원하는 종료점은, 용액이 완전히 액체일 때일 수 있다. 일부 실시예들에서, 시스템에 의해 제공된 종료점 경고는 오디오 또는 시각적 표시기 또는 오디오 및 시각적 신호들의 결합일 수 있다. 다른 실시예들에서, 종료점 경고는 해동 디바이스의 시각적 또는 청각적 범위에 있지 않을 수 있는 오퍼레이터를 호출하기 위하여 원격 수신기에 무선으로 송신될 수 있다. 일부 실시예들에서, 경고 신호들은 워밍 블록으로부터 샘플 바이얼의 제거에 의해 종결된다. 선택적으로, 시스템은 컨테이너의 가열을 자동으로 감소시키기 위하여 컨테이너로부터 하나 또는 그 초과의 가열 표면들을 자동으로 맞물림 해제할 수 있다. 일부 실시예들에서, 시스템은 해동 종료 후 또는 원하는 종료점에서 샘플의 온도를 특정 온도로 유지 또는 홀딩하기 위해 컨테이너와 콘택하는 하나 또는 그 초과의 가열 표면들을 조정하도록 구성될 수 있다.

[0018] 본 발명의 일부 양상들에서, 샘플 컨테이너 내 샘플을 해동하기 위한 방법이 제공된다. 방법은 워밍 블록을 가열하는 단계 및 워밍 블록 내에 샘플 컨테이너를 수용하는 단계를 포함할 수 있다. 그후, 온도 측정치들은 샘플 컨테이너 및/또는 샘플에서 취해질 수 있다. 트리거 포인트는 프로세스의 나머지 동안 시간 간격 값을 사용하기 위해 결정될 수 있다. 예컨대, 해동 시작 시간(예컨대, 위상 변화의 시작)은 해동 프로세스의 종료를 식별하는 시간 간격을 시작하기 위한 트리거 포인트일 수 있다. 해동 시작 시간은 온도 측정치들에 기반하여 결정될 수 있다. 샘플 및/또는 샘플 컨테이너에 대한 정보가 수신될 수 있다. 해동 완료 시간은 부분적으로 해동 시작 시간에 기반하여 결정될 수 있다. 해동 완료 시간은 수신된 샘플 및/또는 샘플 컨테이너 정보에 따라 조정될 수 있다. 신호는 해동 완료 시간에 대해 사용자에게 경고하기 위하여 제공될 수 있다.

[0019] 해동 지속 시간의 예측이 균일한 시작 온도, 균일한 워밍 블록 온도, 및 구성을 통한 균일한 샘플 바이얼에 따라서만 크게 가능하게 될 수 있기 때문에, 본 발명의 다른 양상들에서, 드라이아이스와 샘플의 어떠한 직접 콘택을 제거하면서 샘플 바이얼을 표준 시작 초저온 온도 방식 포인트로 평형화하기 위한 디바이스들 및 방법들은 제공된다. 본 발명의 일부 실시예들에서, 고체 탄소 이산화물 또는 드라이아이스가 배치되고 샘플 바이얼들에 대한 열적 도전성 컨테이너를 배치하거나 임베딩될 수 있는 격리 컨테이너가 제공된다. 본 발명의 다른 양상들에서, 극저온 온도들에서 극저온 저장소로부터 극저온으로 보존된 샘플 표본 바이얼을 리트리빙하고 그 결과 해동 프로세스의 개시 전에 샘플 바이얼을 초저온 표준 온도 방식 포인트로 재평형화하고, 그 다음 표준 및 균일한 온도의 웜 블록에 평형화된 샘플을 전달하기 위한 방법들이 제공되고, 해동 프로세스의 지속 시간은 배타적으로 알려진 시간 상수에 기반하여 예측될 수 있다. 본 발명의 다른 양상들에서, 이전에 설명된 방법이 적용되지만, 또한 샘플 바이얼 외부 표면 온도 측정 데이터의 계산적 분석으로부터 도출된 부가적인 해동 시간 예측 능력들에 의해 강화되는 방법들이 제공된다.

[0020] 본 발명의 추가 실시예들에서, 용기에 포함된 샘플의 고체 상태로부터 액체 상태로의 변환을 위한 디바이스가 제공될 수 있다. 디바이스는 용기 및 샘플의 녹는점보다 높은 온도로 유연한 고체 재료를 가열하기 위한 가열기를 수용하기 위한 리셉터클(receptacle)을 형성하는 유연한 고체 재료를 포함할 수 있다. 유연한 고체 재료는, 용기가 유연한 고체 재료에 의해 형성된 리셉터클 내에 수용될 때 용기와 비-유연한 고체 재료 사이에 개재될 수 있다. 비-유연한 고체 재료는 10 와트 퍼 미터-캘빈(Watts per meter-Kelvin)과 410 와트 퍼 미터-캘빈 사이의 열 도전성, 100과 300 와트 퍼 미터-캘빈 사이의 통상적인 열 도전성, 및 일부 실시예들에서 150과 180 와트 퍼 미터-캘빈 사이의 열적 도전성을 가지는 재료를 포함할 수 있다. 이 범위에서 열적 도전성들을 가진 재료들은, 용기 표면과 짝을 이루도록 철저한 허용 오차들로 제조될 때에도, 극히 작은 공극들이 용기와 고체 리셉터클 사이의 인터페이스에 존재할 수 있고, 이에 의해 발생 심각도 및 빈도에 있어서 예측 가능하지 않은 열적 저항성의 변동을 도입할 수 있는 재료 인터페이스에 걸친 열적 도전 경로의 차단들을 도입하도록, 75의 쇼어 듀로미터 스케일(Shore durometer scale) D 값보다 큰 재료 경도를 나타낼 수 있다. 게다가, 극저온 저장 용기들의 일반적인 모양 및 디메션들이 유사할 수 있지만, 제조 소스에 의한 변동은 예상될 것이다. 그러므로, 샘플 용기와 고체 재료 리셉터클 사이에 순응 재료의 얇은 층의 삽입은 공극들의 사이즈 및 수를 제거하거나 실질적으로 감소시킬 수 있고 그리고 열적 에너지가 고체 재료로부터 샘플 용기 내용물들로 전달될 수 있는 균일한 통로를 제공할 수 있다. 유연한 재료의 예는 제한 없이, Berquist Company에 의한 Gap Pad VO soft로서 상업적으로 판매되는 열적으로 도전성인 유연한 재료를 포함할 것이고, 그 재료는 ASTM D2240 테스트 사양에 의해 결정된 바와 같이 25의 쇼어 00 경도 레이팅을 가진다. 고체 재료 수용기와 샘플 용기 벽 사이의 공극들의 제거가 유연한 재료의 얇은 층만을 요구할 수 있기 때문에, 제한 없이, 0.5 mm 내지 2mm의 통상적인 두께는 적절한 열적 콘택을 보장하기에 충분할 수 있지만, 그러나 유연한 재료들이 고체 재료들에 비교될 때 낮은 열적 도전성들을 나타낼 수 있기 때문에, 통상적인 유연한 재료가 0.1 와트 퍼 미터-캘빈보다 큰 열적 도전성을 가질 수 있고, 일부 실시예들에서 유연한 재료가 0.5 와트 퍼 미터-캘빈보다 큰 열적 도전성을 가질 것이지만, 0.01 와트 퍼 미터-켈빈보다 큰 열적 도전성을 가진 유연한 재료들이 적용될 수 있다.

[0021] 유연한 재료 및 비-유연한 재료는 영구적으로 함께 본딩될 수 있다. 선택적으로, 유연한 재료 및 비-유연한 재료는 제거 가능하게 함께 본딩될 수 있다.

[0022] 일부 실시예들에서, 유연한 재료 및 비-유연한 재료는 2 또는 그 초과의 세그먼트들로 세그먼트화될 수 있고 그리고 세그먼트들은, 세그먼트들을 용기를 수용하거나 릴리스(release)하기 위한 개방 구성 및 리셉터클을 형성하고 용기를 해동하기 위한 폐쇄 구성에 이동시킬 수 있는 기계적 링키지에 의해 접합될 수 있다. 유연한 재료는 개방 구성으로부터 폐쇄 구성으로 세그먼트들을 전이할 때 용기와 콘택하거나 또는 폐쇄 구성으로부터 개방 구성으로 세그먼트들을 전이할 때 용기와의 콘택으로부터 제거되게 선택적으로 두어질 수 있다.

[0023] 용기 센서는, 세그먼트들이 개방 구성에 있을 때 유연한 재료의 세그먼트들과 폐쇄 구성에 있을 때 유연한 재료의 세그먼트들 사이에서 용기의 존재를 검출하기 위하여 제공될 수 있다.

[0024] 마이크로제어기는 기계적 링키지를 제어하기 위해 제공될 수 있다. 세그먼트들이 개방 구성에 있을 때, 마이크로제어기는 세그먼트들이 개방 구성에 있는 동안 세그먼트들 사이의 포지션에서 용기의 배치를 검출하도록 구성될 수 있다. 마이크로제어기는 또한, 개방 세그먼트들 사이의 포지션에 용기의 삽입시 용기를 세그먼트들의 유연한 재료와 콘택시키기 위하여 세그먼트들을 폐쇄 구성 쪽으로 이동시키도록 기계적 링키지를 작동시키기 위한 제어 신호를 전달하도록 구성될 수 있다.

[0025] 세그먼트들이 폐쇄 구성이고 용기를 해동 중일 때, 마이크로제어기는, 세그먼트들의 유연한 재료가 용기와 콘택하지 않도록, 세그먼트들을 개방 구성 쪽으로 이동시키기 위해 기계적 링키지를 작동시키기 위한 제어 신호를 전달함으로써 용기의 해동을 중단하도록 구성될 수 있다.

[0026] 일부 실시예들에서, 비-유연한 재료는 가열기에 의해 가열될 수 있다.

[0027] 온도 센서는 제공될 수 있고 비-유연한 고체에 고정될 수 있다. 온도 센서는 비-유연한 고체로부터 열적으로 격리될 수 있고 그리고 온도 센서에 의해 리포트된 온도 신호가 콘택 위치에서 용기의 외부 표면 온도와 연관될 수 있도록 콘택 위치에서 용기와 콘택하여 홀딩될 수 있다.

[0028] 일부 실시예들에서, 해동 샘플의 위상 변화의 시작은 용기 안에 포함된 샘플의 상단 레벨 아래 위치에서 용기와 동작 가능하게 커플링되는 온도 센서들 중 하나 또는 그 초과로부터 온도 데이터의 알고리즘 분석에 의해 결정될 수 있다.

[0029] 유연한 재료의 가열은 대부분 용기 필 레벨에 무관한 해동 시간을 달성하기 위하여 용기의 방사상 가열을 유발할 수 있다.

[0030] 본 발명의 추가 실시예들에서, 용기 내 샘플을 해동하는 방법은 제공될 수 있다. 방법은 용기와 동작 가능하게 커플링된 온도 센서(예컨대, 용기 내의 샘플 상단 레벨 아래인 용기의 외부 표면을 따르는 위치에서 용기의 외부 표면과 직접 콘택, 적외선 온도 센서 등)로부터 공급된 온도 데이터를 수신하는 단계, 및 공급된 온도 데이터를 프로세싱함으로써 용기 내에 포함된 샘플의 고체 투 액체 위상 변화의 시작을 식별하는 단계를 포함할 수 있다. 해동 종료 시간은 용기에 포함된 샘플의 고체 투 액체 위상 변화의 시작에 기반하여 계산될 수 있다. 신호가 계산된 해동 시간에서 용기에 포함된 샘플의 해동을 중단시키기 위해 출력될 수 있다.

[0031] 추가 실시예들에서, 용기 내의 샘플을 해동하는 다른 방법이 제공될 수 있다. 방법은 샘플 및 용기를 중간 온도로 평형화하는 것을 포함할 수 있다. 중간 온도는 샘플 녹는 온도 미만일 수 있다. 그후, 용기 측들은 해동 온도로 유지되는 고체 재료 매스(mass)와 콘택될 수 있다. 해동 온도는 샘플의 녹는 온도 플러스 또는 마이너스 2도에 비해 5도 더 높을 수 있다. 가능한 빠른 해동 비율은 해동 프로세스 동안 얼음 재결정화로부터 손상을 최소화하기 위하여 원해질 수 있다. 해동 간격의 감소는 용기 리셉터클의 온도의 증가에 의해 촉진되지만, 그러나 원통 포맷들 같은 특정 용기 모양들이 1 센티미터 직경보다 큰 고체 샘플 두께와 연관될 수 있기 때문에, 안에 포함된 고체 재료들의 녹음은 용기 내부 벽에 더 높은 온도를 가진 온도 기울기들을 수반할 것이고, 이는 중앙 쪽으로 고체 재료 잔유물 온도 크기를 감소시킨다. 표준 1.8 ml 극저온 바이얼의 37℃ 욕조 해동에 의해 초래되는 온도 기울기들로 인한 일시적인 액체 샘플 온도가 대부분의 설정된 세포 라인들의 생존력에 영향을 주지 않지만, 데이터 세트는 포괄적이지 않고 후레쉬(fresh) 세포 격리들 및 1차 배양들에 신뢰성 있게 적용 가능하지 않고, 그리고 5℃ 낮은 온도들에서 일부 냉동 보전 유체들에 대해 바람직한 결과들이 관찰되었다. 그러므로, 주어진 세포 소스 또는 바이얼 스톡(stock)에 대한 최적 해동 비율은 케이스마다 특정일 수 있지만, 그러나 리셉터클 온도들은 1℃ 내지 100℃, 통상적으로 20℃ 내지 55℃, 및 일부 실시예들에서 37℃ 내지 50℃의 범위로 예상된다. 용기에 포함된 샘플의 위상 변화의 완료는 평형화 온도 및 가열 온도에 기반하여 위상 변화의 지속 시간을 위한 시간 간격을 계산함으로써 예측될 수 있다. 신호는 용기에 포함된 샘플의 위상 변화의 예측된 완료시 용기 내에 포함된 샘플의 해동을 중단시키기 위하여 출력될 수 있다.

[0032] 중간 온도는 -78℃ 내지 -70℃ 사이일 수 있다. 샘플은 고체 탄소 이산화물과 콘택하는 수용 컨테이너에 샘플 용기를 배치함으로써 중간 온도 범위로 평형화될 수 있다. 수용 컨테이너 및 고체 탄소 이산화물은 격리부에 의해 측부들 및 바닥이 둘러싸질 수 있다. 일부 실시예들에서, 격리부는 폴리에틸렌 폼(foam), 폴리우레탄 폼, 폴리비닐 폼, 폴리스티렌 폼, 및 이들의 결합 혼합물들을 포함하는(그러나 이들로 제한되지 않음) 폴리머 폼 재료를 포함한다. 일부 실시예들에서, 격리부는 배타적으로 폼 재료만을 포함하지만, 다른 실시예들에서 격리부는 폴리우레탄 같은 반응-인-몰드 폼(reaction-in-mold foam)으로 채워진 단단한 내부 및 외부 쉘(shell)을 포함한다. 다른 실시예들에서, 격리부는 스테인레스 스틸 진공 캐니스터(canister)를 포함한다.

[0033] 일부 실시예들에서, 중간 온도는 섭씨 -196 내지 -180 도 사이일 수 있다. 샘플은 액체 질소와 직접 콘택하는 수용 컨테이너에 샘플 용기를 배치함으로써 중간 온도 범위로 평형화될 수 있다. 수용 컨테이너 및 액체 질소는 격리부에 의해 측부들 및 바닥이 둘러싸질 수 있다.

[0034] 일부 실시예들에서, 방법은, 온도 센서에 의해 리포트된 온도 신호가 용기의 외부 표면의 온도와 연관되는 용기의 외부 표면과 홀딩되는 온도 센서로부터 공급된 데이터를 수신하는 단계를 더 포함할 수 있지만, 다른 실시예들에서 온도 신호는 샘플 용기와 직접 콘택하지 않고 광학적으로-투과성 용기 벽을 통해 용기 내용물들로부터 또는 직접적으로 용기 벽으로부터 적외선 방사 신호들을 수신하는 적외선 센서에 의해 리포트된다. 위상 변화 지속 시간에 대한 계산된 시간 간격은 공급되어 수신된 온도 센서 데이터에 기반하여 조정될 수 있다.

[0035] 본 발명은 다음 설명을 판독하고 수반된 도면을 검사하여 더 잘 이해될 것이다. 이들 도면들은 단지 예로써 제공되고 결코 본 발명에 대해 제한이 아니다.

[0036] 도 1a는 열적 에너지 흐름 패턴 및 바이얼 온도 검출 방법들을 설명하는데 사용하는 통상적인 극저온 저장을 위한 모델 해동 시스템을 도시한다.
[0037] 도 1b는 동적 열적 에너지 흐름 조건하에서 워밍 블록 온도로부터 고체 샘플 위상으로 온도 감소의 개념화된 그래프를 도시한다.
[0038] 도 1c는 바이얼 표면 온도 검출 시스템의 실시예의 투시 단면도를 도시한다.
[0039] 도 2는 바이얼 온도를 대략 -77℃로 평형화하는 드라이아이스 냉매를 사용한 바이얼 온도 평형화 디바이스의 실시예를 도시한다.
[0040] 도 3은 도 2에 설명된 디바이스의 디멘셔닝 도면을 도시한다.
[0041] 도 4는 바이얼 온도 조정 디바이스의 제 2 실시예를 도시한다.
[0042] 도 5는 도 4에 설명된 디바이스의 디멘셔닝 도면을 도시한다.
[0043] 도 6의 그래프 A는 도 2 및 3에 설명된 실시예의 냉각 및 온도-홀딩 지속 시간의 그래프 디스플레이를 도시한다. 그래프 b는 도 2 및 3에 설명된 온도-평형화된 디바이스에 액체 질소가 전달될 때 샘플 바이얼 내용물들의 온도 전이 균일성을 도시한다.
[0044] 도 7은 분할된-블록 바이얼 해동 디바이스의 실시예를 도시한다.
[0045] 도 8은 도 7에 도시된 디바이스의 분해도를 도시한다.
[0046] 도 9 그래프 A는 도 7 및 8에 설명된 디바이스에서 다수의 해동 이벤트들 동안 샘플의 중간 깊이에서 샘플 바이얼의 중앙축과 일치하는 배향으로 위치된 열전쌍으로 수집된 온도 데이터의 그래프 디스플레이를 도시한다.
[0047] 도 9 부분 B는 부분 A의 데이터를 생성하기 위하여 사용된 동일한 바이얼의 내부 벽에 가까운 샘플 바이얼의 중앙축에 평행한 배향으로 부분 A와 동일한 깊이에 위치된 열전쌍으로 수집된 온도 데이터의 그래프 디스플레이를 도시한다.
[0048] 도 10은 바이얼이 도 7 및 8에 설명된 타입의 워밍 블록에 배치될 때 또는 37℃ 수조에 배치될 때, 도 9, 부분 B에서와 같이 해동 바이얼의 내부 벽에 가까이 포지셔닝된 열전쌍으로부터의 일련의 온도 변화 데이터 프로파일들을 도시한다.
[0049] 도 11은 바이얼이 도 7 및 8에 설명된 타입의 45℃ 워밍 블록에 배치될 때 또는 37℃ 수조에 배치될 때, 해동 바이얼의 내부 벽에 가까이 포지셔닝된 열전쌍으로부터의 부가적인 일련의 온도 변화 데이터 프로파일들을 도시한다.
[0050] 도 12는 2개의 상이한 레벨들의 샘플 로딩에서 저장 바이얼쪽으로 열 도전 경로들 및 열 유량들의 그래프 표현을 도시한다.
[0051] 도 13은, 바이얼이 0.5 ml의 테스트 용액으로 채워지고 바이얼이 1.0 ml의 테스트 용액으로 채워지는 조건들하에서 바이얼이 45℃ 분할된 워밍 블록에 배치될 때 바이얼의 내부 벽에 가까이 포지셔닝된 열전쌍으로부터의 일련의 온도 변화 데이터 프로파일들을 도시한다.
[0052] 도 14는 도 1에 설명된 바와 같이 해동 샘플 바이얼의 외부 벽과 콘택하여 배치되는 열전쌍에 의해 수집되는 온도 프로파일을 도시한다. 사용된 워밍 블록은 분할된-블록 모델이었고 초기 바이얼 온도는 -77℃였다.
[0053] 도 15a, 부분 A는 입력으로서 도 14에 도시된 외부 바이얼 온도 데이터를 사용하는 방정식으로부터 출력된 시간 상수 값의 그래프를 도시한다. 또한 입력 값들로서 선형 시간 불변(LTI: linear time invariant) 방정식을 사용하는 동일한 방정식의 그래프가 도시되고 이때 변수들은 도 14에 도시된 그래프에서 데이터의 고체 위상 부분을 매칭시키기 위하여 조정된다.
[0054] 도 15b는 선형 시간 불변(LTI) 집중 시스템 분석(LSA) 곡선의 그래프 부분 A를 도시하고 이때 변수 파라미터들은 도 1에 설명된 바와 같은 해동 샘플 바이얼의 외부 벽과 콘택하여 배치되는 열전쌍으로부터 수집된 데이터를 사용하여 온도-시간 플롯의 고체-위상 부분을 오버레이하도록 조정된다. 도 15의 부분 B는 부분 A에서 출력된 피팅된 LSA 방정식의 출력과 그 시점 동안 수집된 실제 온도 데이터 사이의 차이의 온도 시간 그래프를 도시한다. 그래프는, 그래프 B의 플롯에 의해 결정된 바와 같이, 0.2의 선택된 미리 설정된 값 제한을 초과하여 샘플의 녹음이 시작되는 시점을 표시한다.
[0055] 도 16은 제한 없이, 본 인스턴트 발명을 사용하여 해동될 수 있는 3개의 대표적인 샘플 바이얼들의 디멘션들을 도시한다. 바이얼들은 (A) 1.8 ml의 공칭 용량을 가진 나사식-캡 극저온-저장 바이얼, (B) 2 ml의 공칭 용량을 가진 격막-캡 바이얼, 및 (C) 10 ml의 공칭 용량을 가진 격막-캡 바이얼을 포함한다.
[0056] 도 17은 본 발명의 대표적 실시예의 외부를 도시한다.
[0057] 도 18은 도 17에 도시된 디바이스의 내부 메커니즘의 대표적 실시예의 2개의 투시도들을 도시한다.
[0058] 도 19은 도 17 및 18에 도시된 본 발명의 실시예들의 전체 디멘션들을 도시한다.
[0059] 도 20은 도 18에 도시된 실시예의 분해도를 도시한다.
[0060] 도 21은 도 17 내지 20에 도시된 실시예의 해동 사이클의 제 1 두 단계들(단계 0 및 단계 1)을 도시한다. 두-단계 예시들에서(및 도 22 및 도 23에서), 맨 앞의 가열기 블록 절반은 6개의 사이클 단계들 동안 메커니즘 포지션들 및 동작을 더 잘 드러내기 위하여 제거된 채로 도시된다.
[0061] 도 22는 도 21에 예시된 것들에 대한 해동 사이클의 후속적인 2개의 단계들, 즉 단계 2 및 단계 3을 도시한다.
[0062] 도 23은 도 22에 예시된 것들에 대한 해동 사이클의 후속적인 2개의 단계들, 즉 단계 4 및 단계 5를 도시한다.
[0063] 도 24는 해동 프로파일들의 2개의 시리즈의 시간-온도 플롯을 도시하고, 제 1 시리즈에서 45℃ 워밍 블록의 턱들은 해동으로 150 초 개방되었고 바이얼은 워밍 블록의 제자리에 남겨졌고, 그리고 제 2 시리즈에서 워밍 블록의 턱들은 해동으로 150 초 개방되었고 바이얼은 워밍 블록으로부터 제거되었고 실온에서 유지되었다. 턱들이 대략 5분 동안 폐쇄된 채로 45℃ 블록에 남겨진 바이얼로부터의 비교 트레이스(trace)는 또한 도시된다.

[0064] 본 발명의 실시예들의 청구 대상은 여기서 구체적으로 설명되지만, 이 설명은 반드시 청구항들의 범위를 제한하도록 의도되지 않는다. 청구된 청구 대상이 다른 방식들로 구현될 수 있고, 상이한 엘리먼트들 또는 단계들을 포함할 수 있고, 그리고 다른 기존 또는 미래 기술들과 결합하여 사용될 수 있다. 이 설명은, 개별 단계들의 순서 또는 엘리먼트들의 어레인지먼트가 명시적으로 설명될 때를 제외하고 다양한 단계들 또는 엘리먼트들 중에 또는 그 사이에 임의의 특정 순서 또는 어레인지먼트를 암시하는 것으로 해석되지 않아야 한다.

[0065] 본 발명의 일부 실시예들에서, 샘플 바이얼 외부와 직접 액체 콘택은, 수조 내에 샘플의 부분 담금과 함께 발생할 때 제거될 수 있다. 이와 같이, 본 발명의 많은 실시예들에서, 샘플 바이얼의 외부 표면, 또는 일부 경우들에서 샘플 바이얼 외부 플러스 라미네이션(lamination)들 이를테면 라벨들 또는 쉬링크-랩 슬리브(shrink-wrap sleeve)들은 고체 재료들과만 콘택할 것이다. 일부 실시예들에서, 바이얼 외부와 콘택하는 고체 재료는 동질의 고체인 반면, 다른 경우들에서 고체 재료는 복합 재료이다. 일부 실시예들에서, 고체 재료는 0.2 와트 퍼 미터-캘빈보다 큰 열적 도전성을 가진다. 일부 실시예들에서, 고체 재료는 알루미늄, 구리, 아연, 마그네슘, 티타늄, 철, 크롬, 니켈, 탄소, 및 동일한 엘리먼트들의 합금들을 포함한다. 일부 실시예들에서, 고체 재료는 합성 재료 이를테면 폴리머 또는 세라믹을 포함할 수 있다. 다른 실시예들에서, 고체 재료는 합성 열적-도전성 유연한 재료 이를테면, 상표명 Gap Pad VO이고 Berquist Company에 의해 제공되는 실리콘 폴리머 폼(그러나 제한 없이)을 포함할 수 있다. 일부 실시예들에서, 고체 재료는 재료들의 결합들, 예컨대 제한 없이 도전성 유연한 재료 및 금속 합금을 포함한다. 일부 실시예들에서, 샘플 바이얼 외부와 콘택하는 고체 재료는 액체 충전을 포함하는 폴리머 쉘 또는 탱크이고, 다른 실시예에서 고체 재료는 안에 포함된 샘플 바이얼과 콘택하는 유연한 재료의 열적 도전성 라이닝을 포함하는 액체 충전을 포함하는 폴리머 쉘 또는 탱크를 포함한다. 일부 실시예들에서, 폴리머 쉘 내의 액체는 물 또는 수분 함유 용액들인 반면, 다른 실시예들에서 액체는 오일 또는 액체 유기 재료이다. 다른 실시예들에서, 쉘은 다른 온도들에서 고체이지만 일부 온도들에서 액체인 왁스로 채워진다.

[0066] 일부 실시예들에서, 샘플 바이얼 또는 샘플 바이얼의 일부는 바이얼의 원주 상 고체 재료와 연속 콘택하는 반면, 다른 실시예들에서 고체 재료는 바이얼과 간헐적으로 콘택한다. 일부 실시예들에서, 고체 재료는, 샘플 바이얼이 직접 밀접한 콘택으로 고체 재료 내에 부분적으로 포함되도록 샘플 바이얼을 수용하기 위한 목적을 위하여 샘플 바이얼의 외부 표면과 밀접하게 매칭하는 리세스 또는 공동을 포함한다. 일부 실시예들에서, 컨테이너 공동은 하나 또는 그 초과의 측부들 및 바닥을 포함하는 반면, 다른 실시예들에서 컨테이너는 단지 하나 또는 그 초과의 측부들을 포함한다. 다른 실시예들에서, 샘플 바이얼을 함유하는 고체 재료는 재료로부터 샘플 바이얼의 삽입 및 제거를 가능하게 하고 그리고 고체 재료와 샘플 바이얼 사이의 열적 도전성 경로를 차단하기 위하여 세그먼트화된다. 일부 실시예들에서, 컨테이너의 고체 재료 세그먼트들은, 샘플 바이얼의 삽입 또는 제거를 가능하게 하거나 고체 재료 세그먼트들과 샘플 바이얼 사이의 열적 도전성을 차단하기 위해 분리될 때, 세그먼트들이 밀접하게 접합된 구성으로 쉽게 재어셈블리될 수 있도록, 상관적으로 제한된다. 제한들 없이, 일부 실시예들에서, 세그먼트들은 슬라이드(slide) 메커니즘들, 힌지 메커니즘들, 트랙 메커니즘들, 유압 또는 공압 피스톤들, 레일들, 운동학적 링키지들, 핀 및 그루브 링키지들, 전-자기, 또는 자기 인터페이스에 의해 접합된다. 다른 실시예들에서, 세그먼트들은 제한들 없이, 세그먼트들 상에 직접 작용하는 전기 모터들, 솔레노이드 작동기들, 공압 또는 유압 작동기들, 선형 작동기들에 의해 또는 기어 시스템들, 운동학적 링키지들, 캠 시스템들, 푸시로드(pushrod)들, 케이블 시스템, 및 나사식 메커니즘들에 의해 동적으로 분리되거나 접합된다.

[0067] 일부 실시예들에서, 샘플 바이얼에 대한 고체 재료 컨테이너는, 샘플 바이얼이 수용 공동에 배치될 때, 열적 에너지가 샘플 바이얼(여기 앞에서 "워밍 블록들"로서 지칭됨)로 이동하도록, 고체 재료의 온도를 증가시키는 목적을 위하여 하나 또는 그 초과의 가열기 엘리먼트들을 포함한다. 일부 워밍 블록들에서, 가열기 엘리먼트들은 전기 저항 가열기들인 반면, 다른 워밍 블록들에서 가열기 엘리먼트들은 열전기 엘리먼트 가열기들이다. 일부 실시예들에서, 워밍 블록은 열전기 엘리먼트에 의해 교번적으로 가열 및 냉각될 수 있다. 일부 실시예들에서, 워밍 블록은 블록의 온도를 검출할 수 있고 그리고 원하는 온도에서 워밍 블록의 온도를 유지하기 위하여 온도 측정 신호를 해석하고 이에 의해 가열기 엘리먼트에 공급되는 전력 레벨 또는 듀티 사이클(duty cycle)을 조정하도록 구성된 마이크로제어기에 아날로그 또는 디지털 신호를 제공할 수 있는 하나 또는 그 초과의 온도 센서들을 포함한다.

[0068] 일부 실시예들에서, 워밍 블록은 워밍 블록 재료로부터 열적으로 격리되지만, 샘플 바이얼의 외부 표면에서 바이얼의 온도가 시간에 따라 확인되고 추적될 수 있도록 상기 표면과 콘택하는 하나 또는 그 초과의 온도 센서들(여기서 앞에서 "바이얼 센서"로서 지칭됨)을 포함한다. 일부 실시예들에서, 바이얼 센서는 열전쌍인 반면, 다른 실시예들에서 바이얼 센서는 서미스터 또는 RTD 센서이다. 다른 실시예들에서, 바이얼 온도는 비-콘택 적외선 센서에 의해 감지된다.

[0069] 예컨대 제한 없이 -77℃인 낮은 온도로 평형화된 원통형 샘플이 45℃인 더 높은 온도로 평형화된 워밍 블록에 삽입될 때, 열적 에너지 재분배 프로세스는 시작될 것이고, 결국 결합된 매스들이 공통 온도로 될 것이다. 워밍 블록 온도가 예컨대 45℃에서 능동적으로 유지되면, 결합된 매스들의 온도는 이윽고 45℃의 온도에서 평형화할 것이다. 열적 에너지 재분배 패턴은 결합된 매스의 중앙축 쪽으로 방사상 패턴의 열 에너지 이동 또는 흐름인 것으로 고려될 수 있다.

[0070] 이제 도 1a, 부분 A 전단면도, 및 부분 B 평면 단면도를 참조하여, 워밍 블록의 대표적인 모델이 도시된다. 이 도면에서, 알루미늄 합금 원통형 컨테이너(120)는 중앙 공동을 포함하고, 여기서 열적 도전성 유연한 재료(125)의 라이닝은, 서미스터 온도 센서(130)가 공동으로 돌출하게 개구가 허용하는 곳을 제외하고 공동의 수직 벽을 둘러싼다. 이 도면에서, 공동은 나사식 캡(115)으로 밀봉된 샘플 바이얼 튜브(110)에 점유되고, 나사식 캡(115)의 결합은 액체 위상(140) 및 고체 위상(135)으로 구성된 샘플 내용물들을 격리한다. 바이얼 내부는 또한 가스 위상 볼륨(145)을 포함한다. 온도 측정 센서(130)는, 측정된 온도가 바이얼의 외부 표면 온도 이도록, 샘플 바이얼 튜브의 외부 표면과 직접 콘택한다. 세그먼트화된 라인들(150)은 알루미늄 합금 컨테이너 및 열적 도전성 유연한 재료를 2등분한다. 도 1a에 도시된 컴포넌트들의 어그리게이트(aggregate)는 뒤따르는 온도 측정 예시들을 참조하여 시스템을 표현하기 위하여 집합적으로 고려될 수 있다.

[0071] 도 1b는 도 1a와 동일한 그래프 A를 도시하고 표시된 반경들에서 특정 재료 경계들을 마킹하기 위하여 사용된다. 경계 라인들(180 내지 185)은 알루미늄 합금으로 구성된 지역을 정의하고, 라인들(175 내지 180)은 열적으로 도전성 유연한 재료로 구성된 지역을 정의하고, 라인들(170 내지 175)은 샘플 바이얼 재료, 이를테면 폴리프로필렌, 폴리에틸렌, 또는 폴리프로필렌, 폴리에틸렌 및 부가적인 플라스틱 재료들의 혼합물들로 구성된 지역을 정의하고, 라인들(165 내지 170)은 액체 샘플 위상 구역을 정의하고, 그리고 라인들(160 내지 165)은 고체 샘플 위상 지역을 정의한다. 도시된 모델이 액체 위상 및 고체 위상 둘 모두를 포함하기 때문에, 도시된 샘플의 상태는 녹는 동안 또는 위상 전이 프로세스 동안이다. 도시된 시스템이 열적 에너지 재분배 프로세스 중일 때, 동적 온도 기울기들은, 다양한 재료 경계들에서의 온도들이 재료들의 열적 저항성에 따르게 되도록, 다양한 재료들 내에서 설정된다. 도 1b 부분 B에서 표현된 바와 같이, 알루미늄 재료 내의 온도는 재료의 낮은 열적 저항 또는 높은 열적 도전성(대략 170 W/m-K)으로 인해 거의 균일하다. 그러나, 동적 열 흐름에 의해, 온도 강하는 유연한 재료의 비교적 더 높은 열적 저항 또는 비교적 낮은 열적 도전성(대략 0.8 W/m-K)으로 인해 열적 도전성 유연한 재료(175 내지 180)에 의해 점유된 지역에 걸쳐 설정된다. 더 큰 상대적 온도 강하는 시스템의 가장 큰 열적 저항 또는 가장 낮은 열적 도전성(대략 0.2 W/m-K)을 가지는 바이얼 벽 재료(170 내지 175)를 가로질러 발생할 것이다. 액체 샘플 재료(165 내지 170)를 가로질러, 더 낮은 온도 강하가 발생하는데 그 이유는 열적 저항이 열적 도전 폼(0.6 W/m-K의 열적 도전성)의 열적 저항과 값이 유사하기 때문이고, 그리고 고체 샘플 재료에 걸쳐 온도 강하는 액체 위상(대략 2 w/m-K의 열적 도전성)에 비교될 때 더 낮은 열적 저항으로 인해 더 낮을 것이다. 다양한 재료들에 걸쳐 온도 감소의 크기가 워밍 블록 온도(T₁) 및 샘플 온도(T₂)의 차이의 크기에 따라 증가하기 때문에, 다양한 재료들에 걸쳐 온도 감소들은, 샘플 바이얼이 처음에 워밍 블록에 삽입된 직후 크기가 가장 크고 그리고 시스템이 평형화 온도에 접근할 때 크기가 최소일 것이다. 열적 에너지 이동 기간 동안 임의의 정의된 시간에서, 시스템을 포함하는 다양한 재료들에 걸쳐 상대적 온도 감소들은 다양한 재료들의 열적 저항의 함수일 것이고, 다양한 재료들의 열적 저항 값은 프로세스에 걸쳐 변화하지 않고, 그러므로 재료 경계들 중 임의의 하나에서 온도는, 위상 전이에 걸친 움직임에 영향을 받을 액체-고체 위상(165(r1))을 제외하고, 다른 재료 경계들에서의 온도에 비례하는 것으로 고려될 수 있고, 이에 의해 시스템의 경계 위치에 따라 반경 및 온도가 변화된다. 그러므로, 도전성 유연한 재료 경계(175(r3))에서 시간-온도 트레이스(trace)는 바이얼 벽-액체 경계에서 및 액체 위상의 평균 온도의 정확한 근사화시 시간-온도 트레이스의 정확한 비례적 표현일 수 있다. 그러므로, 해동 프로세스 동안 외부 바이얼 온도를 모니터링함으로써, 바이얼 내용물들의 시간-온도 프로파일은 정확하게 근사화될 수 있고, 이에 의해 샘플 해동 프로세스의 진행이 비-침습적으로 결정되게 한다.

[0072] 하나의 온도로부터 제 2 온도로 샘플 바이얼 및 내용물들의 온도를 상승시키기 위하여 요구된 열적 에너지의 양은 샘플 바이얼 및 샘플 바이얼에 포함된 샘플 매스의 열 용량에만 따른다. 그러므로, 온도 전이를 달성하기 위하여 요구된 재료 매스들 및 이에 따른 열의 양이 변화하지 않고, 그리고 워머(warmer) 블록의 시작 온도 및 샘플 바이얼의 시작 온도가 일관되면, 동일한 시간 온도 프로파일은 동일한 샘플의 반복된 냉동-해동 사이클들시 예상될 수 있다. 샘플 바이얼 디메션들, 바이얼 재료들 및 매스, 및 샘플 페이로드 매스 및 컴포지션이 샘플마다 균일하면, 얻어진 시간-온도 프로파일들은, 동일한 샘플이 냉동-해동을 통해 반복적으로 사이클링되든 다른 샘플이 동일한 프로세스에 영향을 받든 무관하게 동일하여야 한다. 그러므로, 모든 샘플들을 균일한 시작 온도로 평형하기 위한 단계 또는 디바이스, 및 정확하고 균일한 워밍 블록 온도의 포함은 해동 프로세스 지속 시간의 예측이 이전 경험에 기반해서만 배타적으로 이루어지게 할 것이다.

[0073] 이제 도 1c를 참조하여, 샘플 용기 표면 온도 센서(도 1a 및 1b의 130)의 실시예의 상세 단면도가 도시된다. 이 도면에서, 유리-인케이싱된(encased) 서미스터 전구(132)는 열적으로 도전성 커플러(131)와 직접 콘택한다. 일부 실시예들에서, 커플러는 매우 도전성인 재료, 이를테면 알루미늄, 은, 구리 또는 알루미늄, 은 또는 구리를 포함하는 합금들(그러나 이들로 제한되지 않음)을 포함한다. 커플러(131)는 샘플 용기 벽(110)의 외부 표면과 직접 콘택한다. 반경식(semi-rigid) 폼 격리부 슬리브(133)는 용기 표면에 대해 커플러(131)를 홀딩하고, 그리고 격리 재료를 포함하는 램(ram) 피스톤(134)에 의해 압축하에 홀딩된다. 일부 실시예들에서, 램 재료는 제한 없이 아세탈 또는 페놀 폴리머이다. 램 피스톤은 워밍 블록을 통해 스레드된(threaded) 액세스 홀에 고정된 나사식 플러그(137)와 슬라이딩 램(134) 사이에 캡처된 스프링(136)에 의해 압축 하에 놓여진다. 나사식 플러그(137)의 관통 홀은 블록 외부로의 서미스터 리드 와이어들(139)의 통과를 허용한다. 도전성 폼(125)의 갭은 커플러(131)와 용기 벽(110) 사이의 직접 콘택을 허용하고 워밍 블록(120)으로부터 직접 열적 에너지 인플럭스(influx)를 제한한다. 워밍 블록(120)으로부터 램 피스톤(134), 격리 슬리브(133) 및 커플러(131)를 통해 용기 벽(110)으로 생성된 열적 에너지 통로는, 피스톤(134) 및 슬리브(133)에 대한 열적 저항성 재료들 및 커플러(131)에 대한 열적 도전성 재료의 선택에 의해, 커플러의 온도, 및 따라서 서미스터 전구(132)가 용기 외부 표면(110)의 온도에 밀접하게 커플링되고 그러므로 서미스터에 의해 리포트된 온도가 용기 표면의 온도를 밀접하게 따르도록, 열적 저항 스택을 생성한다. 일부 실시예들에서, 0.005 인치와 0.04 인치 사이의 대략적 두께를 가진 유연 재료의 얇은 층(도시되지 않음)은 커플러(131)에 본딩되고 열적 도전성을 증대시키기 위하여 커플러(131)와 용기 벽(110) 사이에 개재된다. 다른 실시예들에서, 서미스터 어셈블리(131, 132, 133, 134, 136, 137, 139)는 적외선 열적 센서에 의해 대체된다. 극저온 용기들의 구성에 사용되는 재료들이 적외선 광에 광학적으로 투명한 재료들을 포함할 수 있기 때문에, 용기 내용물들의 온도는 적외선 방사선에 의해 직접 측정될 수 있다. 용기 재료가 적외선 광에 광학적으로 불투명하거나, 용기가 광학적으로 불투명 라벨을 포함할 수 있는 경우, 표면 온도는 적외선 센서에 의해 측정될 수 있고 고체 투 액체 위상 변화의 진행이 검출될 수 있다. 적외선 센서는, 센서와 용기 사이의 물리적 콘택이 요구되지 않고 그러므로 용기 벽에 대한 센서 압력과 연관된 잠재적 문제점들, 열적 감지 통로에서 열적 도전성의 변동, 및 샘플 용기의 부적당한 삽입으로 인한 잠재적 센서 손상이 제거된다는 점에서 부가적인 장점들을 가진다.

[0074] 이제 도 2를 참조하여, 샘플 바이얼들을 기준 온도(또는 중간 온도)로 평형화하기 위하여 사용될 수 있는 디바이스가 도시된다. 도면에서, 샘플 바이얼 수용기는 고체 재료(215)의 직사각형 상부 블록 및 샘플 수용기 블록을 형성하는 상부 블록에 짝을 이루는 수평 플랜지(230)를 포함한다. 상부 블록(215)은, 바이얼 내에 포함된 샘플 상부가 블록의 상단 표면 아래에 있도록, 샘플을 수용하고 둘러싸기에 충분한 직경 및 깊이인 하나 또는 그 초과의 리세스들(220)을 포함한다. 일부 실시예들에서, 수용기 블록은 본 발명의 그립(grip) 안전성에 도움을 주기 위하여 상부 블록(240)의 측벽 상에 하나 또는 그 초과의 리세스들을 포함한다. 일부 실시예들에서, 플랜지(230) 및 상부 블록(215)은 부분들이 만들어지는 재료의 연속된 컨티넘(continuum)으로서 인터페이스하는 반면, 다른 실시예에서 상부 블록(215) 및 플랜지(230)는 제한들 없이, 기계적 패스너(fastener)들, 부착 본드들, 자기 패스너들 또는 용접부들에 의해 접합되는 분리된 피스들이다. 일부 실시예들에서, 상부 블록은 온도 측정 센서가 삽입되고 고정되는 홀(도시되지 않음)을 포함한다. 일부 실시예들에서, 샘플 수용기 블록은 금속으로 구성된다. 일부 실시예들에서, 금속은 알루미늄, 구리, 마그네슘, 아연, 티타늄, 철, 크롬, 니켈 또는 이들 금속 엘리먼트들의 합금들을 포함한다. 일부 실시예들에서, 수용기 블록은 수용기 블록 높이 + 1 인치보다 큰 내부 높이를 가진 공동(245)을 가진 격리 컨테이너(210)에 의해 측부들 및 바닥이 둘러싸진다. 일부 실시예들에서, 격리 컨테이너는 격리 폼 재료를 포함한다. 일부 실시예들에서, 격리 폼 재료는 폴리에틸렌, 폴리우레탄, 또는 폴리스티렌을 포함하는 반면, 다른 실시예들에서 격리 재료는 폴리에틸렌 폴리머 혼합물 같은 재료들의 혼합물을 포함한다. 일부 실시예들에서, 격리 컨테이너는 커버(도시되지 않음)를 포함한다. 수용기 블록은, 고체 탄소 이산화물 층으로서 드라이아이스(225)가 플랜지(230)의 측 표면 아래 및 위에 포지셔닝되도록 절연 컨테이너 내에 포지셔닝된다. -78.5℃ 온도 위에 있는 표면과 콘택하는 고체 탄소 이산화물이 담겨지고, 이에 의해 고체 탄소 이산화물과 표면 사이에 갭이 형성되고 재료들 사이에서 직접 콘택 열적 에너지 도전성 경로가 중단되더라도, 중력장에서, 드라이아이스는 수용기 블록 측 플랜지들의 상부 표면 및 수용기 블록의 하부 표면과 직접 콘택한 채로 있을 것이다. 실시예들에서, 수용기 블록은 제한 없이, 알루미늄 합금같이 16 W/m-K보다 큰 열 도전성을 가지는 고체 재료를 포함한다. 도 2에 도시된 수용기 블록은 개방된-상단 구성에서 -77℃의 안정된 온도를 유지할 것이다. 컨테이너의 내부 벽들이 적어도 1 인치만큼 수용기 블록의 높이를 초과할 때, 수용기 블록 아래 드라이아이스의 양은, 수용기 웰에 두어지는 샘플 바이얼 전부가 격리 컨테이너의 상단 표면 아래에 포지셔닝되도록 제한될 수 있고, 이에 의해 샘플이 냉 가스 웰에 홀딩되고, 바이얼의 상부 부분이 주변 온도로부터 격리된다. 이 구성에서, 내부 열전쌍으로 측정된 바이얼 온도들은 -77℃의 기준 온도에서 평형화 및 홀딩될 수 있다. 이와 같이, 도 2에 도시된 기준 온도 디바이스는 해동 프로세스의 지속 시간에만 배타적으로 기반하여 해동 프로세스 상황의 예측을 허용할 샘플 해동 프로세스에 대한 표준 시작 온도를 제공하기 위해 사용될 수 있다.

[0075] 이제 도 3을 참조하여, 도 2에 도시된 디바이스의 전체 디멘션들이 도시된다. 실시예는 대략 7 인치의 외측 폭, 대략 5.5 인치의 폭 및 대략 3.5 인치의 깊이를 가진다. 내부 공동은 대략 5.25 인치의 길이, 대략 3.6 인치의 폭, 및 대략 2.8 인치의 깊이를 가진다. 수용기 블록은 은 대략 5 인치의 길이, 대략 3.4 인치의 폭, 및 대략 1.35 인치의 높이를 가진다. 수용기 블록의 샘플 바이얼 수용기 웰들은 대략 0.55 인치의 직경 및 대략 1.1 인치의 깊이를 가진다. 일부 실시예들에서, 수용기 블록의 웰들은, 수용기 블록이 액체 냉매 이를테면 액체 질소가 효과적으로 사용될 수 있도록, 수용기 블록의 하부표면으로 연장되는 웰들의 바닥 통로를 포함한다. 도 3에서, 통로는 대략 0.2 인치의 직경을 가진다. 비록 도시된 샘플 수용기 웰들의 디멘션들이 표준 실험식 나사식-캡 저온바이얼을 수용하기 위한 것이지만, 샘플 수용 웰들의 간격 및 수는 다른 디멘션들의 샘플 바이얼들을 수용하도록 조정될 수 있다. 일부 실시예들에서, 웰들의 직경 및 깊이는, 해동 프로세스를 위해 의도된 바이얼이 해동 장치를 위해 너무 큰지 또는 동일한 해동 장치에 적당히 사용되기에 너무 작은지를 사용자가 결정할 수 있게 하는 샘플 바이얼에 대한 반응 무반응 게이지를 제공하도록 조정될 수 있다.

[0076] 이제 도 4를 참조하여, 온도 평형화 디바이스의 제 2 실시예가 도시된다. 이 실시예에서, 샘플 바이얼 수용기 웰들(440)의 방사상 분배를 포함하는 원형 수용기 블록(430)이 도시된다. 일부 실시예들에서, 수용기 블록은 부가적인 바이얼 수용기 웰을 제공할 수 있거나, 수용기 블록 아래 드라이아이스의 존재를 평가할 관통 홀로서 사용될 수 있거나, 또는 해동 디바이스와 호환 가능한 적당한 바이얼 디멘션들을 확인하는 목적을 위한 게이지를 제공할 수 있는 중앙 웰(450)을 포함할 수 있다. 수용기 블록(430)은 격리 컨테이너(410)의 내부 공동 내에 위치된다. 일부 실시예들에서, 수용기 블록(430)은, 온도 센서가 삽입되고 고정될 수 있는 홀(도시되지 않음)을 포함한다. 일부 실시예들에서, 격리 컨테이너(410)는 수용기 블록(430)의 움직임을 지지하거나 제한하는 공동 벽(420)의 내부 연장부들을 포함하는 반면, 다른 실시예들에서 격리 하우징(410)의 내부 벽은 연장부들 없이 원통 모양이다. 일부 실시예들에서, 수용기 블록 및 격리 컨테이너는 도 2 및 3에 제시된 실시예들에 대해 설명된 것과 동일한 재료들을 포함한다. 일부 실시예들에서, 수용기 블록(430)은 수용기 블록의 바닥 표면에 부착된 디스크-모양 플랜지(도시되지 않음)를 포함하는 반면, 다른 실시예들에서 수용기 블록은 상부 블록만을 포함한다.

[0077] 이제 도 5를 참조하여, 도 4에 설명된 디바이스의 전체 디멘션들이 도시된다. 격리 컨테이너는 대략 2 인치의 내부 공동 직경 및 대략 2.8 인치의 깊이와 함께 대략 5.5 인치의 외부 직경 및 대략 3.5 인치의 높이를 가진다. 수용기 블록은 대략 2.5 인치의 외부 직경 및 대략 1.4 인치의 높이를 가진다. 수용기 블록의 바이얼 수용기 벽들은 대략 0.51 인치의 직경 및 대략 1.15 인치의 깊이를 가진다. 중앙 공동은 대략 0.7 인치의 직경을 가지며 도시된 실시예에서 블록의 하부표면 쪽으로 관통하여 연장된다. 일부 실시예들에서, 수용기 블록의 바이얼 수용기 웰들은, 수용기 랙(rack)이 액체 냉매 이를테면 액체 질소와 함께 사용될 때 웰의 플러딩(flooding)을 허용하도록 웰의 바닥을 통해 연장되는 통로(470)를 포함한다. 일부 실시예들에서, 통로는 대략 0.2 인치의 직경을 가진다. 다른 실시예들에서, 샘플 바이얼 수용기 웰 바닥은 고체이고 통로를 포함하지 않는다.

[0078] 이제 도 6, 부분 A를 참조하여, 도 2 및 3에 설명된 수용기 블록의 온도의 데이터 그래프가 도시된다. 온도 측정치들은 0.5 인치의 깊이로 바이얼 수용기 블록 쪽으로 드릴링된 수용기 홀에 포지셔닝된 열전쌍 센서에 의해 수집되었다. 수용기 블록은 대략 0.75 인치 두께 층의 드라이아이스 위에 놓여졌고, 그리고 부가적인 드라이아이스는 수용기의 상단과 동일한 레벨로 수용기 블록의 플랜지 부분 위에 놓여졌다. 수용기는 온도가 평형화하도록 허용되었다. 그래프에서 보여지는 바와 같이, 수용기 블록은 대략 5 분 내에 -77℃의 온도에 도달되었고 드라이아이스가 소모될 때까지 7 시간 넘게 온도를 홀딩한다. 7 시간 간격 동안, 1 ml의 볼륨에서 90 퍼센트 완충 식염수 및 10% 디메틸 슬폭시드(sulfoxide)를 포함하는 샘플 바이얼은 축 배향으로 홀딩된 열전쌍 온도 센서로 구성되었고, 열전쌍 센서는 샘플 용액 내 중간 높이에 포지셔닝된다. 그 다음으로 샘플 바이얼은 액체 질소에서 -194℃의 온도로 평형화되고, 그 다음 -77℃ 평형화 블록으로 전달된다. 도 6의 부분 B에 도시된 바와 같이, 바이얼 내용물들의 온도는 대략 10분의 간격 내에서 -77℃ 온도로 평형화되었다. 해동, 액체 질소에서 재평형화 및 -77℃ 수용기 블록으로의 전달의 반복된 사이클들 다음, 샘플 내용물들의 온도 프로파일들은 매우 반복 가능하다. 이런 간단한 평형화 디바이스 및 방법을 사용하여, 극저온 온도에 저장된 샘플은 아크리벌 저장으로부터 리트리빙되고 -77℃의 안정된 온도로 빠르게 평형화될 수 있다. 그 다음으로, 샘플은, 드라이아이스 냉매가 보충되면 7 시간 또는 그 초과까지 확장된 기간 동안 저장될 수 있다. -77℃에서 수용기 블록은 해동 프로세스에 대해 매우 재현 가능한 온도 시작 포인트를 제공하고, 이는 적당한 온도로 평형화된 워밍 블록에 배치 후 해동 시간이 정확하게 예측되게 한다. 게다가, 수용기 블록은 드라이아이스 냉매와 샘플의 직접 콘택을 방지한다. 일부 바이얼 디자인들이 하부표면상에 스커트(skirt) 연장부를 포함하기 때문에(도 16, 바이얼 A 참조), 드라이아이스에 이들 바이얼의 직접 삽입은 하부측 리세스들 내 드라이아이스를 캡처할 것이고 그리고 후속적으로 워밍 블록에 삽입되면, 드라이아이스를 가스 위상으로 변경하기 위하여 요구되는 부가적인 열 인플러스로 인해 해동 시간의 상당한 변화를 경험할 것이다. 그러므로, 드라이아이스와 직접 콘택으로부터 샘플 바이얼들을 격리하는 수용기 블록의 사용은 해동 프로세스의 표준화를 위해 바람직하다.

[0079] 이제 도 7을 참조하여, 표준 워밍 블록이 도시된다. 이 실시예에서, 워밍 블록(710)은 독립적인 블록 세그먼트(720)를 생성하기 위하여 2개의 직각 평면 인터페이스들(770 및 780)에 의해 세그먼트화된다. 수직 세그먼트화 평면은 수용 웰의 원통 축과 일치하는 원통 샘플 바이얼 수용 웰의 중심을 통해 지나간다. 도시된 수용 웰은 다수의 벤더(vendor)들로부터 상업적으로 이용 가능하고 그리고 폴리프로필렌, 폴리에틸렌, 또는 폴리프로필렌, 폴리에틸렌 및 부가적인 플라스틱 재료들의 혼합물들, 플라스틱 수지들 및 수지 혼합물들, 및 유리(그러나 이들로 제한되지 않음)를 포함하는 2 와트/미터-K 미만의 열적 도전성을 가진 재료로 구성되는 것들 같은 표준 나사식-캡 저온바이얼(750)의 테이퍼(taper)에 매칭하도록 1 도 원통형 테이퍼를 포함한다. 수용 웰 벽들은 0.5 mm 두께 층의 열적 도전 재료 이를테면 열적 도전 폼(760)(그러나 이것으로 제한되지 않음)을 포함하고, 이때 최내부 표면은, 저온바이얼이 표면(770)에 가까운 콘택에 근접한 2개의 수용기 블록들 및 웰 내에 배치될 때, 저온바이얼 표면 및 도전성 폼이 모든 포인트들에서 근접하여 완전히 콘택하도록, 표준 나사식-캡핑 저온바이얼의 표면에 매칭된다. 이동 가능 슬라이딩 세그먼트(720)는 푸시-바아(730)에 의해 단부에 고정된 2개의 푸시-로드들(이 투시도에서 숨겨짐)에 의해 선형 수평 움직임으로 한정된다. 푸시-바아의 수평 작동에 의해, 워밍 블록의 세그먼트들은 저온바이얼의 삽입 또는 제거를 허용하도록 분리될 수 있다. 열적 도전성 폼을 포함하지 않는 실시예가 구성될 수 있지만, 그러나 저온바이얼의 테이퍼에 완벽하게 매칭하는 것이 어려운 성취이고 그리고 제조자마다, 테이퍼의 각도 및 바이얼의 직경의 변동을 직면할 수 있다는 것이 주의될 수 있다. 게다가, 냉동시, 샘플 바이얼의 수분 함유 내용물들은 저온바이얼의 외부 표면을 왜곡할 잠재력으로 팽창될 것이다. 추가 문제들은 바이얼들에 식별 레벨이 예측 불가능하게 라미네이팅될 수 있다는 점에서 수용기 웰 표면을 바이얼 외부 표면에 짝을 이룰 때 발생할 수 있고, 그러므로 수용기 웰 내의 순응 표면은 2개의 표면들의 균일하고, 완전하고 그리고 반복 가능한 콘택에 필수적인데, 그 이유는 물리적 콘택의 중단이 분단 위치에서 부가적인 열적 저항을 부과함으로써 열적 전달을 변경할 것이기 때문이다. 그러므로, 열적-도전성 및 순응 인터페이스(760)는 일부 실시예들에서 바람직하다. 워밍 블록(710)은 하부표면에 임베딩되고 전기 전류에 의해 전력을 공급받는 전기 저항 가열기(이 도면에서 숨겨짐)에 의해 가열된다. 워밍 블록의 온도는 워밍 블록 세그먼트(710)에 삽입된 열전쌍 센서(740)에 의해 결정될 수 있다. 블록 세그먼트들(720 및 710)은 수직 인터페이스(770) 및 수평 인터페이스 둘 다의 상에서 임베딩된 자석 쌍들에 의해 추가로 접합되고, 이에 의해 클램핑 압력을 삽입된 바이얼에 공급하는 것에 더하여 두 부분들의 밀접한 열전 도전성 콘택이 보장된다. 실시예 부분들(710, 720 및 730)은 알루미늄 합금으로 구성된다. 열적 도전성 폼 라이닝은 Tflex 상표명으로 Laird Technologies에 의해 상업적으로 판매되는 열적-도전성 실리콘 컴포지션으로 구성된다.

[0080] 이제 도 8을 참조하여, 도 7에 도시된 실시예의 분해도가 도시된다. 이 도면에서, L-모양 워밍 블록(810)은 2개의 인터페이스 평면들(811 및 812)에서 직사각형 블록(815)과 짝을 이룬다. 2개의 블록 세그먼트들은 수용기 블록들(835)은 수용기 공동들(835)의 블록(810)에 수용되는 2개의 자석 쌍들(830), 및 직사각형 블록(815) 상의 미러된(mirrored) 수용기 홀들(도면에서 보여지지 않음)의 인터페이스에 의해 수직 평면(811) 상에 제거 가능하게 고정된다. 수평 평면(812) 상에서, 2개의 블록 세그먼트들(810 및 815)은, 하나의 자석(850)이 블록(815)의 하부 표면에 임베딩되는 반면, 2개의 분리된 대향 자석들(840)이 수용기 홀들(845)의 수평 표면(812)에 임베딩되는 단일 자석 쌍에 의해 접합된다. 슬라이딩 블록(815)의 단일 자석(850)은 에지(841)에 의해 정의된 축을 따라 선형 포지션을 변경함으로써 2개의 자석들(840) 중 어느 하나와 선택적으로 인터페이스할 수 있다. 자석(840)은 0.28 인치 떨어져 이격되고 그리고 블록(815)이 2개의 안정된 포지션들을 나타나게 하고, 하나의 안정된 포지션은, 슬라이딩 블록(815)이 811 및 812 인터페이스들에서 블록(810)과 짝을 이루는 포지션이고, 다른 안정된 포지션은 평면(812)에서 2개의 수직 블록 면들 사이에 대략 0.27 인치의 갭으로 인터페이스되는 포지션이고, 이에 의해 개방 및 폐쇄된 워밍 블록 상태들이 설정된다. 2개의 열적으로 유연한 도전성 재료 라이닝들(885)은 바이얼 수용기 웰(857)의 2개의 내부 벽 절반들 상에 라미네이팅된다. 블록 세그먼트들은 웨지-모양 공동에서 블록(810)의 하부측에 임베딩된 저항 가열기(855)에 의해 워밍되고 가열기 엘리먼트(855)는 는 웨지-모양 세그먼트(860)로부터의 압력에 의해 공동 벽들과 밀접한 열적 콘택으로 홀딩되고, 상기 압력은 웨지의 후면 측(이 도면에 도시되지 않음)에 영향을 주는 나사 힘에 의해 조정될 수 있다. 가열기는 전력 와이어들(865)을 통해 도전되는 전기 전류에 의해 전력을 공급받는다. 워밍 블록의 온도는 센서 수용기 홀(875)에서 워밍 블록(810) 내에 삽입되는 열전쌍 센서(870)에 의해 모니터될 수 있다. 블록(815)은 먼쪽 단부들에서 푸시 바아(825)에 의해 브리지되는 푸시-로드들(820)에 의해 측 방향으로 지지된다. 푸시 로드들은 측부들 상에서 푸시 로드들과 콘택하는 액세스 채널들(826)을 통해 블록(810)을 관통하여 연장되고 그리고 블록(815)이 블록(810)의 수평 표면(812)에 의해서만 지지되도록 몇 도의 수직 자유도를 허용하게 수직 슬롯 구성으로 머시닝된다. 워밍 블록은 푸시 바아(825)를 압축함으로써 블록 세그먼트들(810 및 815)의 수동 분리에 의해 동작한다. 샘플 바이얼은 개방된 수용기 공동(857)에 삽입되고 턱들은, 자석(850)이 근위 자석(845)으로부터 분리되고 자석 쌍들(830)의 부가된 풀(pull)에 의해 도움을 받는 먼쪽 자석(845)과 재정렬할 때까지 블록(815) 상에 약간의 압력에 의해 폐쇄된다. 다른 실시예들에서, 도 8에 도시된 워밍 블록은 모터들, 솔레노이드 작동기들, 유압 및 공압 작동기들, 및 전자석들(그러나 이들로 제한되지 않음)을 포함하는 활성 추진 장치에 의해 연계되어 자동화될 수 있다. 추진 장치는 제한 없이 나사식 머신들, 운동학적 링키지들, 힌지들, 케이블들, 벨트들, 체인들, 핀 및 슬롯, 트랙들, 레일들, 슬라이드들 선형 및 회전 베어링들, 캠들, 및 기어들에 의해 블록 세그먼트들에 링크될 수 있다. 일부 실시예들에서, 도 8에 도시된 시스템은, 워밍 블록의 온도가 모니터될 수 있게 하는 하나보다 많은 온도 센서들을 포함할 수 있다. 일부 실시예들에서, 가열기 블록은 워밍 블록으로부터 열적으로 격리되지만 샘플 바이얼의 표면과 콘택하는 하나 또는 그 초과의 온도 센서들을 포함한다. 일부 실시예들에서, 온도 센서들은 열전쌍들, 서미스터들 및 RTD 센서들을 포함할 수 있다. 다른 실시예들에서, 워밍 블록은 원하는 블록 온도를 유지하기 위하여 블록 센서들로부터 워밍 블록 온도 피드백 신호들을 수신하고 가열기들에 공급되는 전력을 조정하는 마이크로프로세서 회로 기판을 포함한다. 다른 실시예들에서, 마이크로프로세서 기판은 블록이 개방되거나 폐쇄될 때를 결정하기 위하여 워밍 블록 상의 근접 센서들로부터 포지션 센서 데이터를 수신한다. 다른 실시예들에서, 마이크로프로세서 기판은 해동 프로세스를 수행하는 상태 알고리즘에 따라 워밍 블록을 능동적으로 개방 및 폐쇄한다. 다른 실시예들에서, 마이크로프로세서는 워밍 블록에 수용된 샘플 바이얼의 표면과 콘택하는 센서들로부터 온도 측정 신호 데이터를 수신한다. 다른 실시예들에서, 마이크로프로세서는 온도 측정 데이터의 알고리즘 해석에 의해 바이얼의 해동 상태의 결정들을 한다. 일부 실시예들에서, 마이크로프로세서 기판은 해동 프로세스의 상황을 디스플레이하고, 사용자들에게 결함 조건들을 경고하고 샘플 바이얼을 수용하고 해동 시퀀스를 개시하기 위한 준비도를 워밍 블록에게 신호하는 사용자 인터페이스를 제어한다.

[0081] 일부 실시예들에서, 자석 쌍들(830)의 사이즈 및 자석 쌍들의 필드 강도는 용기(880)에 대한 도전성 유연한 재료 라이닝들(885)의 클램핑 압력을 조정하기 위하여 사용될 수 있고, 이에 의해 라이닝들과 용기 사이의 열 도전성이 변화된다. 다른 실시예들에서, 클램핑 압력은 제한들 없이 자석, 전자석, 스프링, 공압, 유압, 또는 기계적 힘, 또는 이들의 임의의 결합에 의해 제공된다.

[0082] 이제 도 9, 부분 A를 참조하여, 90% 완충 식염수 및 10% 디메틸 슬록시드를 포함하는 1 ml 샘플의 하프-깊이에 센서 비드(bead)를 가진, 바이얼의 중앙축을 따라 샘플 바이얼 내부에 포지셔닝된 열전쌍 센서로부터의 일련의 시간-온도 트레이스들이 도시된다. 바이얼은 액체 질소 내에서 -194℃로 평형화되고, 그 다음 10 분 동안 -77℃로 평형화시키기 위하여 도 2 및 3에 설명된 평형화 디바이스에 두어진다. 그 다음으로 바이얼은 6분 동안 37℃도 미리 평형화된 도 7 및 8에 설명된 워밍 블록 디바이스로 전달되고 데이터 레코더는 10 초 간격들로 온도 트레이스를 수집하였다. 냉동 해동 사이클은 6번 반복되었고 시간 온도 트레이스들은 집합적으로 표시되었다. 트레이스 커플링으로부터, 해동 프로파일이 대략 3 분까지 매우 반복 가능하다는 것을 볼 수 있다. 3분쯤, 축 열전쌍이 여전히 고체 매스에 임베딩되기 때문에, 샘플의 중앙 고체 잔유물은 한정된다. 이 고체 잔유물이 열전쌍 센서로부터 릴리스될 때, 더 낮은 온도 고체가 센서로부터 랜덤하게 분리되거나, 콘택하거나 간헐적으로 콘택하는 것은 자유롭고, 이에 의해 아티팩트(artifact)들이 데이터 스트림에 도입된다. 3분 시점 이전 데이터 트레이스들의 반복성은, 일관된 샘플 온도에서 시작하고, 그리고 조정된 온도 워밍 블록을 사용함으로써, 해동 프로세스의 진행이 실험적-유도 해동 간격 시간 값들만을 사용하여 면밀하게 예측될 수 있다는 것을 표시한다. 그러므로, 일부 실시예들에서, 크로노미터(chronometric) 디바이스, 도 2 내지 5에 도시된 바와 같은 온도 평형화 디바이스, 및 도 7 및 8에 도시된 바와 같은 일관된 온도 웜 블록은 주어진 샘플 바이얼에 대한 해동 프로세스 지속 시간의 정확한 예측을 이루기 위하여 사용된다. 다른 실시예들에서, 상수만큼 위상 변화 완료 시간 값의 감소는 해동 프로세스를 종결하기 위하여 사용되지만, 일부 고체 위상은 여전히 바이얼에 남아있는다.

[0083] 도 9, 부분 B는, 센서가 바이얼의 내부 벽 가까이에 놓이도록 동일함 샘플 바이얼에 두어진 열전쌍으로부터의 온도 트레이스들의 클러스터를 도시한다. 트레이스들은, 어느 시간에 위상 변화가 시작하는지를 대략 1분까지 도 9, 부분 A에서 관찰된 것들을 재현한다. 온도 트레이스는, 부분 A에서 관찰된 것보다 더 높은 궤적을 디스플레이하고, 이는 내부 벽에 가까운 온도가 샘플 로드의 중앙에서보다 더 따뜻하다는 것을 표시한다. 이런 결과는, 열적 에너지가 도 1b에 설명된 것과 같이 횡단하여야 하는 복잡한 열적 저항 경로에 의해 예측된다. 또한, 3분 시간 마크 가까이에서, 온도 트레이스 클러스터의 아티팩트들이 존재하지만, 도 9, 부분 A에서 관찰된 평균 온도 값들보다 덜 심한 편차를 가지는 것이 주의된다.

[0084] 이제 도 10을 참조하여, 부가적인 데이터는 액체 질소 냉도 및 도 9의 데이터를 수집하기 위하여 사용된 -77℃ 드라이아이스 온도 평형화 디바이스를 사용하여 수집되었고, 이때 열전쌍 센서는 바이얼의 내부 벽 가까이에서, 도 9 부분 B에 사용된 것과 동일한 포지션에 위치된다. 그러나, 도시된 데이터에서, 3개의 사이클들 중 하나의 클러스터는 도 7 및 8에 설명된 37℃ 워밍 블록을 사용하여 수집된 반면, 3개의 사이클들 중 다른 클러스터는 37℃ 수조에 바이얼의 부분 담금에 의해 수집되었다. 트레이스를 비교하여, 워밍 블록(도면에서 "분할된 블록"으로서 표시됨)에서 해동된 바이얼들이 더 느린 비율로 해동하는 것을 볼 수 있다. 다시 도 1b에 설명된 복잡한 열적 저항 경로에 걸친 열적 에너지 흐름 모델을 참조하여, 결과는, 37℃ 수조에서 동일한 바이얼에 의해 경험될 것보다 더 낮은 온도 환경에 샘플 바이얼을 배치하여 효과적으로 도전성 폼 재료에 걸친 온도 강하가 존재할 것으로 이해될 수 있다.

[0085] 이제 도 11을 참조하여, 도 10에 설명된 해동 시리즈는, 웜 블록 또는 분할된 블록의 온도가 해동 시리즈를 시작하기 전에 45℃로 평형화된 것을 제외하고 동일한 시스템들을 사용하여 반복되었다. 도시된 시간-온도 그래프들에서, 2개의 트레이스 클러스터들은 오버레이되고, 이는, 웜 블록 온도를 상승시킴으로써, 인터페이스를 통한 도전성 폼-샘플 바이얼에서의 온도가 37℃로 상승될 수 있고, 이는 고체 워밍 블록을 사용하여 수조-등가 해동을 생성하는 것을 표시한다.

[0086] 이제 도 12를 참조하여, 2개의 샘플 바이얼들의 단면도는 원통형 샘플 바이얼에 대한 해동 바이얼 온도 트레이스의 로드-볼륨 독립성을 예시하기 위하여 도시된다. 바이얼의 내용물들이 더 큰 바이얼 A에서, 동일한 열적 도전 경로는, 바이얼의 내부 벽이 샘플과 직접 콘택한다는 점에서 화살표들 둘 모두의 포지션에 존재한다. 바이얼 B에서, 샘플 볼륨은 감소되고 그러므로 상부 화살표의 포지션에서, 바이얼의 내부 벽은 샘플과 콘택하지 않고, 그러므로 이 위치에서 바이얼에 진입하는 열적 에너지는 바이얼 벽의 열적 저항 폴리머를 통하여 하향으로 이동하여야 하거나 또는 폴리머 용기 벽의 열적 도전성의 대략 1/10의 열적 도전성을 가진 바이얼 위 가스를 통해 이동하여야 한다. 그러므로, 바이얼 내에 포함된 샘플에 진입하는 열의 양은 바이얼 내 샘플의 양에 비례한다. 이런 효과는 도 13에서 실험적으로 보여진다.

[0087] 이제 도 13을 참조하여, 온도 트레이스 클러스터들은, 2개의 상이한 샘플 바이얼 로드들이 2개의 해동 시리즈에 대해 사용된 것을 제외하고, 도 11에 설명된 동일한 웜 블록 해동 시스템 및 방법을 사용하여 생성되었다. 하나의 트레이스 시리즈에서, 바이얼들은 1 ml의 테스트 샘플 유체를 포함하였고 그리고 제 2 시리즈에서 바이얼들은 1.5 ml의 테스트 샘플 유체를 포함하였다. 시간-온도 플롯들에서 볼 수 있는 바와 같이, 2개의 시리즈는 오버레이되고, 이는 해동 프로파일이 바이얼 필 볼륨에 무관하다는 것을 표시한다. 도 14의 논의에 대해, 위상 변화의 시작이 웜 블록에 바이얼의 삽입 후 대략 50 초에 발생하고 그리고 위상 변화의 종료가 웜 블록에 바이얼의 삽입 후 대략 160 초에서 발생하는 것이 주의될 수 있다.

[0088] 극저온 저장으로부터 생존 가능 생물학적 샘플들을 복원하는 프로세스에서, 생세포들의 최적 복원은 -75℃의 극히-낮은 온도 지역을 통해 액체 상태로의 빠른 전이가 바람직한데, 그 이유는 이 실시가 손상된 세포 내 얼음 결정 성장이 발생할 기회를 최소화할 것이기 때문이다. 욕조 또는 워밍 블록 온도의 증가가 샘플 바이얼 내로 열적 에너지 인플러스의 비율을 증가시킴으로써 온도 전이의 지속 시간을 감소시킬 것이지만, 도 9에 도시된 실험적 증거는, 해동 프로세스 동안, 샘플의 일부의 온도가 샘플의 위상-전이 온도보다 높은 온도들을 경험하는 것을 보여준다. 비록 동적 열 인플럭스로 인한 샘플의 지역들에서 온도 증가가 일시적이더라도, 세포 현탄액 냉동 보존을 위하여 저온보호물질 매체들에 흔히 포함된 저온보호물질들의 독성은 온도에 따라 증가하고, 그러므로 욕조 또는 웜 블록 온도를 증가시킴으로써 해동 간격을 감소시키는 것은 샘플의 일부에 대해 연관된 위험들을 가진다. 상승된 온도들에 해동된 샘플의 노출을 감소시키기 위하여, 샘플 해동에 대한 공통적인 실시는, 고체 샘플의 작은 부분이 여전히 남아 있는 시간에 수조의 상승된 온도에 샘플 바이얼의 노출 중단을 포함한다. 이런 실시는 여전히-고체인 잔여물이 샘플의 액체 부분으로부터 열적 에너지를 흡수하게 하고, 이에 의해 해동된 샘플이 낮은 온도로 평형화하게 된다. 그러므로, 해동 프로세스 동안 거의 완전한 위상 변화 상태의 정확한 평가 또는 예측이 필요하다. 수조에서 샘플 바이얼의 수동 해동 동안, 공통 실시는 샘플 상태들의 빈번한 시각적 평가를 포함한다. 이런 실시가 수조로부터 샘플의 제거를 요구하기 때문에, 바이얼과 수조 열 소스 사이의 열적 콘택이 빈번하게 차단됨에 따라 해동 시간의 지속 시간의 변동이 부과된다. 샘플 상태의 대안적인 평가가 적용되지 않으면, 샘플의 반복된 시각적 검사는 또한 고체 워밍 블록으로부터 샘플 바이얼의 제거 역시 요구할 것이고, 그런 조건들하에서, 표준화된 해동 방법론은 적용 가능하지 않을 수 있다. 바이얼 내 온도측정법은 샘플 내 위상 변화 상황의 모니터링을 제공할 것이지만, 그러나 샘플에 직접 온도 측정 프로브의 도입은 매우 높은 오염 위험을 부과할 것이다. 그러므로, 본 인스턴트 발명의 일부 실시예들에서, 샘플 바이얼의 외부 표면 온도의 온도 측정 모니터링은 위상 변화의 개시 및 진행을 검출하기 위하여 적용되고, 이에 의해 바이얼 내 온도 측정 감지에 의해 부과된 온도 위험을 회피한다. 비록 외부 바이얼 온도 측정치들에 의해 수집된 온도측정 데이터가 고체 샘플 잔유물의 확률론적 이동들로 인해 위상 변화의 완료 가까이에서 변동에 영향을 받지만, 바이얼의 하부 부분 또는 바이얼의 상부 표면에 온도 측정 센서를 위치시키는 것은 고체 위상으로서 고체 위상 잔유물의 랜덤 움직임에 의해 부과되는 온도 변동들을 회피할 것이고, 액체 위상보다 덜 밀집한 것은 바이얼 내에서 떠다닐 것이고 이에 의해 샘플 바이얼의 하부 지역들로부터 배제된다. 그러므로 일부 실시예들에서, 본 인스턴트 발명은 샘플 바이얼의 상부 외부 표면의 중간에 위치된 외부 바이얼 표면 온도 측정 센서를 포함하지만, 다른 실시예들에서 온도 측정 센서는 샘플 바이얼 외부의 하부표면을 포함하여 하부 표면 중간에 위치된다. 일부 실시예들에서, 외부 바이얼 표면 온도측정법은 샘플 위상 변화의 시작을 결정하기 위하여 사용하는 반면, 다른 실시예들에서 외부 바이얼 표면 온도측정법은 위상 변화의 시작 및 종결 둘 모두를 결정하기 위하여 사용한다.

[0089] 이제 도 14를 참조하여, 도 13에 설명된 바와 같이 해동 사이클 프로세스 동안 내부 1 ml 샘플의 적당한 중간-샘플 레벨과 반대의 레벨에서 샘플 바이얼 외부와 콘택하는 열전쌍으로부터 수집된 시간-온도 트레이스가 도시된다. 외부 온도 트레이스에서, 열적으로 격리된 열전쌍(도 1의 부분(130))이 -77℃ 바이얼 외부에 콘택함에 따라, 센서가 11 초 시점에서 발생하는 온도 최소화시 바이얼 외부와 열적으로 평형화할 때까지 센서의 온도는 빠르게 감소한다. 바이얼의 온도가 증가할 때, 외부 온도 트레이스는, 위상 변화가 시작하는 것으로 알려진 대략 60 초에서의 편차를 도시한다. 트레이스는, 위상 변화의 완료가 일치되는 것으로 알려진 대략 160 초까지 얕은 기울기로 상승한다.

[0090] 바이얼 내 온도 센서 또는 외부 표면 온도 검출기를 사용하여 수집된 시간-온도 트레이스들은 3개의 지역들로 분할될 수 있다. 제 1 지역은, 바이얼의 내용물들이 액체 위상인 시간 간격과 일치하고, 제 2 지역은 바이얼 내용물들이 혼합된 고체 및 액체 위상인 시간 간격과 일치하고 그리고 제 3 시간 간격은 바이얼 내용물들의 배타적으로 액체 위상만인 지역과 일치한다. 제 1 및 제 3 지역들 동안, 바이얼 내용물들이 2개의 균질한 위상들 중 하나에 있는 경우, 바이얼 및 바이얼 내용물들의 결합된 매스는 집중 용량 시스템으로서 거동하고, 그리고 온도 전이 거동은 선형 시간 불변 방정식에 의해 설명될 수 있다:

방정식 1

[0091] 여기서, 시간(t)에서 시스템의 온도(T(t))는 위의 함수에 의해 결정될 수 있고, 여기서 T_h는 욕조 온도이고, T_c는 바이얼의 시작 온도이고, t_pc는 시간 오프셋이고(계산된 값들을 실제 데이터 플롯에 수학적으로 매칭하도록 요구됨), 그리고

는 바이얼 및 내용물들의 유효 열적 시간 상수이다. 공식은 자신의 외부 경계에서 고정된 온도에 영향을 받는 매스의 워밍을 설명한다. 도 14에 제시된 외부 바이얼 온도 데이터에 이 방정식 출력을 피팅하는 예는 도 15에 도시된다.

[0092] 대략 60 초의 시간까지에서 워밍 블록에 바이얼의 삽입 후 대략 11 초에서 센서 판독치가 최소에 도달하는 포인트 사이에서 바이얼의 고체 위상 내용물의 워밍은 위의 방정식 1을 사용하여 밀접하게 근사화될 수 있고 여기서 T_h의 값은 웜 블록 온도(39℃)이고, T_c는 바이얼 표면 센서 및 바이얼이 열적 평형에 도달된 후 시간, 및 웜 블록에 바이얼의 삽입 시간 다음 31 초가 지났을 때 유효 열적 시간 상수의 값이 최소 값(23.8℃)에 도달하는 시간에서 고체 위상 워밍 곡선의 시작에서 선택된 온도이다. 시간 상수(

)의 값은 T_h의 값 및 다음 도함수에 의한 T(t)의 값들로부터 계산될 수 있다:

방정식 2)

방정식 3)

[0093] 그러므로,

방정식 4)

[0094] 바이얼의 외부와 콘택하는 온도 센서로부터 수신된 시간-온도 데이터로부터 대략 5 또는 6 시점들의 클러스터로부터의 시간 데이터에 걸쳐 온도 데이터의 최소 회귀 기울기 분석을 적용함으로써, 방정식 4의 분모가 얻어질 수 있다. 마찬가지로, 동일한 데이터 클러스터로부터 바이얼 외부 온도 값들을 평균화하고 T_h 값을 감산함으로써, 방정식 4의 분자가 얻어질 수 있다. 그 다음으로,

값은 나눗셈 결과의 음의 값을 취함으로써 얻어질 수 있다. 데이터의 이런 처리에 의해 얻어진

값은 위상 변화의 시작 전 곡선의 부분 동안 바이얼 및 고체 샘플의 집중 용량 시스템을 설명하는 선형 시간-불변 방정식에만 관련될 것이고, 그러므로 미리 설정된 한계의 초과시 일정한

값으로부터의 편차는 위상 변화의 시작을 식별하기 위하여 사용될 수 있다.

[0095] 이제 도 15a를 참조하여, 도 14에 도시된 예시적 데이터 세트에 대한

값들의 시간 그래프가 제시된다(어두운 트레이스). 값 플롯에서, 워밍 프로세스에 대한 31 내지 50 초의 범위에서,

값들이 대략 55℃의 최소 값을 홀딩하는 것을 볼 수 있다. 게다가, 선형 시간 불변(LTI) 방정식 출력의 동일한 처리에 의해 얻어진

값들의 시간 그래프가 도시되고(밝은 회색 라인) 여기서 31 내지 50 초의 지역에서 도 14의 데이터 세트에 LTI 방정식의 회귀 분석 피트에 의해 결정된 바와 같이, 상수들의 입력 값들은 T_h = 30℃ T_c = 23.8℃,

=55 초(도 15의 실험 데이터에 대해 결정됨) 였고, t_pc 오프셋 값은 32 초이다. 예상될 수 있듯이, LTI 방정식에 대한

값은 시간에 따라 변화하지 않는다. 도 15a의

값들의 2개의 세트들을 비교하여, 대략 50 초에서 테스트 바이얼의 내용물들의 위상 변화 시작의 예측이 이론적

값으로부터 실험 데이터에 대한

값들의 편차에 의해 결정될 수 있다는 것을 볼 수 있다. 그러므로, 일부 실시예들에서, 데이터 프로세싱 알고리즘은 바이얼의 내용물들의 위상 변화의 시작을 결정하기 위하여 본 인스턴트 발명의 소프트웨어에 임베딩된다. 다음 방정식에 기반하여 시간 오프셋 값을 위상 변화 시간 값의 시작에 가산함으로써, 위상 변화 완료 시간이 추정될 수 있다. 아래의 방정식 5를 사용하여, 해동 지속 시간(T_thaw)은 계산될 수 있고 여기서

는 샘플 융합의 특정 열이고,

는 샘플의 매스이고,

는 샘플 바이얼 벽의 절대적 열적 저항이고,

는 바이얼 외부 벽의 온도이고, 그리고

는 샘플의 녹는 온도이다.

방정식 5)

[0096] 극저온 샘플 바이얼에 저장된 통상적인 생물학적 샘플이 수용액이기 때문에, 녹는 온도는 균질한 재료에 대한 경우일 바와 같이 단일 값이 아니라, 오히려 온도 범위이다. 그럼에도 불구하고, 실제 T_thaw 값과 피트를 허용할 특정 바이얼에 대한 T_m의 값의 실험 결정에 의한 방정식 5의 개선은 상이한 샘플 매스들에 대한 T_thaw 값을 예측하는 더 정확한 수단을 제공할 것이다. 그러나, 도 12 및 13에 도시된 바와 같이, 샘플 바이얼 내에 포함된 해동 샘플 내에 열적 에너지 인플럭스의 비율은 샘플 값 및 그러므로 샘플 매스에 대체로 무관하다. 그러므로, 본 발명의 일부 실시예들에서, 위상 변화의 종결은 위상 변화 완료 시간을 결정하기 위하여, 위에서 설명된 바와 같은 위상 변화의 시작에 대해 계산된 시간 값을 주어진 샘플 바이얼에 대해 실험적으로 유도된 위상 변화 지속 시간 값과 결합하는 소프트웨어 알고리즘에 의해 결정된다. 다른 실시예들에서, 상수만큼 결정된 위상 변화 완료 시간 값의 감소는 해동 프로세스를 종결하기 위하여 사용될 것이지만 몇몇 고체 위상은 여전히 바이얼에 남아 있는다.

[0097] 이제 도 15b를 참조하여, 위상 변화의 시작이 결정될 수 있는 대안적인 데이터 처리가 도시된다. 도 15a, 부분 A에서, 도 14에 설명된 실험적 바이얼 외부 온도의 플롯은 동일한 실험 동안 워밍 블록 온도 트레이스와 함께 표시된다. 워밍 시퀀스의 고체 위상 부분을 오버레이하는 LTI 방정식 출력 값들의 플롯이 실험 데이터 상에 부과되어 도시된다. 위의 방정식 1에서 설명된 바와 같은 LTI 방정식에 대한 변수 값들은 워밍 블록 온도(T_h = 39℃), 위의 방정식들 2-4에 의해 결정된 바와 같은 바이얼 표면 온도 센서 평형화 다음 최소

값, 및 최소

값이 처음 발견된 시간에서 바이얼 표면의 온도(T_c = 23.8℃)로부터 유도되었다. t_pc 값은, 최소 값이 최소

값의 검출 시간 다음 바이얼 표면 온도 데이터 포인트들의 선형 회귀 분석과 LTI 방정식 출력 사이의 차이에 대해 식별되도록, 반복 개선에 의해 결정되었다.

[0098] 이제 도 15b, 부분 B를 참조하여, 실험적 데이터와 LTI 방정식 출력 사이의 차이 그래프가 시간에 관련하여 도시된다. 대략 60 초에 위치된 수직 화살표는, 실험 데이터와 계산된 LTI 방정식 데이터가 0.2℃의 선택된 값만큼 벗어나는 포인트를 표시한다. 본 인스턴트 발명의 일부 실시예들에서, 알고리즘 소프트웨어에서 위 발산 게이트의 실시예는 위상 변화의 시작을 결정할 것이다.

[0099] 이제 도 16을 참조하여, 제한 없이, 본 인스턴트 발명이 사용될 수 있는 3개의 샘플 바이얼 타입들의 디멘션들이 도시된다. 본 발명의 일부 실시예들에서, 워밍 블록들(후속하는 도 20에서 2008 및 2010)은 도시된 샘플 바이얼 디멘션들의 차이를 수용하기 위하여 바이얼 수용기 웰(후속하는 도 20에서 2033)의 디멘션들이 조정될 수 있고, 이에 의해 본 인스턴트 발명의 공통 디자인의 적응이 다수의 샘플 바이얼 타입들에 적용되게 한다. 샘플 컨테이너는 임의의 극저온 바이얼일 수 있다. 예컨대, 샘플 컨테이너는 표준 5.0 mL 바이얼, 4.0 mL 바이얼, 2.0 mL 바이얼, 1.2 mL 바이얼, 500 μL 바이얼 등일 수 있다. 바이얼들은 예컨대 폴리프로필렌 또는 다른 재료들로 구성될 수 있고, 둥근 바닥 또는 자립형일 수 있다. 샘플 홀더는 수용된 바이얼의 측벽들과 열적-전달 콘택할 수 있다. 선택적으로, 샘플 홀더는 샘플 컨테이너의 상단 또는 하단으로부터 열 전달을 제한하도록 구성될 수 있다. 샘플 컨테이너가 일반적으로 바이얼로서 설명되지만, 다른 컨테이너들 내 샘플들은 본원에 설명된 방법들 및 시스템들을 사용하여 해동될 수 있다는 것이 이해되어야 한다. 예컨대, 컨테이너는 원하는 바와 같이 백 또는 다른 용기일 수 있다.

[0100] 다른 실시예들에서, 워밍 블록은 어댑터 부분을 포함함으로써 다수의 바이얼 타입들 및 디멘션들을 수용하도록 피팅될 수 있는 단일 바이얼 수용기 웰 디멘션을 포함할 수 있다.

[0101] 이제 도 17을 참조하여, 본 발명의 대표적 실시예의 외부가 도시된다. 실시예는 본 발명만의 기능적 예로서 제시되고 본 발명의 대안적인 실시예들을 제한하도록 의도되지 않는다. 도면은 외부 상부 쉘(1710) 및 투명하거나 반투명한 베이스(1720)를 포함하는 내부 메커니즘에 대한 커버를 식별한다. 이 실시예에서, 사용자들은 워밍 시퀀스를 시작하기 위하여 샘플 바이얼(1740)을 이용 가능한 상단 개구(1730)에 삽입한다. 바이얼 삽입이 특정 깊이를 달성할 때, 내부 메커니즘은 워밍 프로세스 동안 샘플 바이얼을 콘택하고 단단하게 홀딩할 개방되고 세그먼트화된 웜 블록의 빠른 폐쇄를 트리거한다.

[0102] 이제 도 18을 참조하여, 내부 메커니즘의 실시예의 2개의 도면들이 도시된다. 이 실시예에서, 메인 프레임(1810)은 2개의 부분 워밍 블록(1820)에 연결되고, 이 2개의 부분들은 동일하고 그의 짝 부분에 관하여 하나의 부분의 180 도 회전에 의해 접합된다. 2개의 블록 절반들은, 2개의 워밍 블록 부분들이 회전할 수 있고 부분들의 수직 평면 중앙 면들 사이에서 10도 끼임 각도로 분리될 수 있도록 힌지 핀(1825)에 의해 접합된다. 2개의 블록 절반들은, 슬라이딩 스프레더(spreader) 프레임(1815)이 메인 프레임(1810)에 관하여 올라가고 내려갈 때, 슬롯들(1819)이 워밍 블록 절반들(1820)들을 개방 및 폐쇄하도록, 각각의 부분의 양측들 상에서 워밍 블록 부분들(1820)에 임베딩되고, 각도 슬롯들(1819)을 통해 핀 샤프트들(1817)에 맞물리는 슬라이딩 스프레더 프레임(1815)에 의해 힌지 축(1825)을 중심으로 연계된다. 슬라이딩 스프레더 프레임(1815)은 2개의 솔레노이드 작동기들(1850)에 의해 연결되고, 하나의 솔레노이드 작동기는 작동될 때 스프레더 프레임(1815)을 상승시키도록 구성되고 다른 하나는 메인 프레임(1810)에 관하여 스프레더 프레임을 하강시키도록 구성된다. 2개의 워밍 블록 절반들(1820)은 2개의 워밍 블록 절반들을 분리하는 수직 평면과 일치하는 수직 평면에서 분할되는 중앙 바이얼 수용 웰(1865)을 포함한다. 중앙 바이얼 웰은 워밍 블록들의 전체를 통해 연장되고 그리고 중앙 바이얼 웰의 전체 내부 표면을 워밍 블록의 상단 표면 아래 1.1 인치 깊이까지 커버하는 열적 도전성 폼(1860)의 2mm-두께 라이닝을 포함한다. 서미스터 온도 센서(1835)는 워밍 블록 부분들 둘 모두에 임베딩되고 온도 데이터 신호들은 와이어 연결들(도시되지 않음)을 통해 마이크로프로세서 기판(1805)으로 도전된다. 워밍 블록들 중 하나 또는 둘 모두는, 샘플 바이얼이 중앙 바이얼 웰에 삽입되고 워밍 블록 턱들(1820)이 폐쇄될 때, 워밍 블록(1820)으로부터 열적으로 격리되고 샘플 바이얼(1870)의 외부 표면과 콘택하여 자리하는 부가적인 온도 센서(1830)를 포함한다. 센서(1830)로부터의 데이터 신호는 연결기 와이어들(도시되지 않음)에 의해 마이크로프로세서 기판(1805)에 도전된다.

[0103] 이제 도 19를 참조하여, 도 18에 설명된 디바이스의 전체 디멘션들이 도시된다. 부분 A에 도시된 외부 쉘은 5인치의 높이 및 대략 4 인치의 메이저 직경을 가진다. 바이얼 수용기 웰에 대한 상단 개구 액세스는 대략 0.6 인치의 직경을 가진다. 부분 B에 도시된 내부 메커니즘은 대략 4.9 인치의 전체 높이, 대략 4 인치의 메이저 직경, 및 대략 0.5 인치의 바이얼 수용 웰 직경을 가진다.

[0104] 이제 도 20을 참조하여, 도 18 및 19에 도시된 실시예의 분해도가 도시된다. 이 도면에서, 메인 프레임(2002)은 내부 메커니즘의 나머지 부분들을 지지하고 그리고 마이크로프로세서 회로 기판(2004)을 통해 연장되는 패스너들(도시되지 않음)에 의해 베이스 부분(2003)에 접합된다. 2개의 워밍 블록 절반들(2008 및 2010)은 힌지 핀(2012)에 의해 메인 프레임(2002)에 접합된다. 워밍 블록 절반들은 힌지 핀(2012) 상에서 회전하고 그리고 이에 의해 중앙 평면 면들이 평행한 폐쇄된 포지션으로부터 중앙 평면 면들이 10도의 끼인 각으로 분리되는 개방 포지션으로의 다양한 움직임으로 제한된다. 워밍 블록 절반들의 아암 연장부들(2009)은, 실시예에서 다른 컴포넌트들에 의해 적용된 연계 또는 홀딩 힘들의 부재시 홀딩 힘이 워밍 블록 턱들을 개방 또는 폐쇄 포지션으로 홀딩하는 것을 제공하는 방식으로, 설치될 때 대향 워밍 블록 부분 상에 설치된 자석들과 짝을 이룰 원통형 자석들(도시되지 않음)을 선택적으로 수용할 수 있는 원통형 홀들을 포함한다. 2개의 워밍 블록 턱들(2008 및 2010)은 워밍 블록 리세스들(2018)에 임베딩된 핀 베어링들(2016)에 맞물리는 각진 슬롯 피처들(2017)을 통해 워밍 블록들에 맞물리는 슬라이딩 스프레더 프레임(2006)에 의해 연계된다. 슬라이딩 스프레더 프레임의 슬롯들(2017)은, 슬라이딩 스프레더 프레임이 메인 프레임에 관하여 상승될 때, 워밍 블록들이 힌지 핀(2012) 상에서 회전하고 10도의 각도로 개방되도록 각이 이루어진다. 슬라이딩 스프레더 프레임이 메인 프레임에 관하여 낮아질 때, 워밍 블록들은, 내부 수직 면이 평행한 폐쇄 배향으로 회전한다. 메인 프레임에 관하여 슬라이딩 스프레더 프레임의 포지션은 광 소스(2046)로부터의 광 신호를 검출하는 광학 센서(2048)에 의해 모니터되고, 그 둘 모두는 메인 프레임에 장착된다. 슬라이딩 스프레더 프레임이 상승될 때, 소스(2046)로부터의 광 신호는 슬라이딩 스프레더 프레임의 슬롯(2049)을 통해 및 샘플 바이얼 같은 중앙 바이얼 수용기에 어떠한 다른 방해물도 없다면 개방 워밍 블록 부분들을 통해 방해받지 않는 경로를 가진다. 슬라이딩 스프레더 프레임이 메인 프레임에 관련하여 낮아질 때, 소스(2046)로부터의 광은 슬라이딩 스프레더 프레임에 의해 차단된다. 광 소스(2046) 및 광 검출기(2048)는 마이크로프로세서 회로 기판(2004)으로부터 전력 와이어들(도시되지 않음)을 통해 전력을 수신하고 마이크로프로세서는 광학 센서(2048)로부터 와이어 도관들(도시되지 않음)을 통해 디지털 신호를 수신한다. 슬라이딩 스프레더 프레임(2006)은 솔레노이드 작동기들에 의해 연계되고, 하나의 솔레노이드 작동기는 작동될 때(2052) 스프레더 프레임을 상승시키고, 다른 하나의 솔레노이드 작동기는 작동될 때(2050) 스프레더 프레임을 하강시킨다. 솔레노이드 작동기들은 스프레더 프레임 및 메인 프레임 관통 홀들(2043)에 고정되고 육각 너트(2044)에 의해 고정된 L-브래킷(2038)을 통해 슬라이딩 스프레더 프레임에 접합된다. 2개의 열적으로 도전성 폼 패드들(2030 및 2032)은 워밍 블록들(2008 및 2010)의 중앙 바이얼 수용 웰(2033)의 2개의 절반들을 라이닝한다. 폼 패드들(2030 및 2032) 중 하나 또는 그 초과는 통로(2035)를 포함하고, 워밍 블록(들)에 임베딩된 온도 센서(2042)는 통로(2035)를 통해, 블록들의 바이얼 수용 웰 내의 폼 패드들(2030 및 3032) 사이에 포함된 샘플 바이얼의 외부 표면에 접촉하도록 통과하여 지나간다. 워밍 블록들(2008 및 2010)의 각각은 워밍 블록 부분들의 하부측 공동(도시되지 않음)에 수용되는 하나 또는 그 초과의 가열기 엘리먼트들(2034)을 포함한다. 워밍 블록들(2008 및 2010)의 온도는 수용기 공동(2041)에서 워밍 블록에 임베딩되고 수직 세트 나사(도시되지 않음)에 의해 고정되는 하나 또는 그 초과의 온도 센서들(2040)에 의해 감지된다. 중앙 받침대(2024)는 동축 배향으로 중앙 바이얼 수용 웰에 포지셔닝되고 그리고 슬롯을 포함하는 슬라이딩 지지부(2026) 상에 장착되고, 힌지 핀(2012)은 슬롯을 통해 통과하고 이에 의해 슬라이딩 지지부를 캡처하고 측면으로 제한한다. 슬라이딩 지지부는 추가로, 힌지 핀이 통과하고 슬라이딩 지지 편평한 표면들의 어느 한 측 상에 포지셔닝되는 2개의 부싱 베어링들(2028)에 의해 제한되고 지지된다. 슬라이딩 지지부는 추가로, 메인 프레임(2002)의 하부측에 장착된 움직임 댐퍼(damper)(2054)의 슬라이딩 샤프트와 접합함으로써 수직 선형 움직임으로 제한된다. 슬라이딩 지지부(2026)는 부분의 상승에 따라, L-브랙킷(2038) 상에 장착되는 광학 센서(2036)의 광 신호를 허용하거나 차단하는 노치 및 홀(2029)을 더 포함한다. 슬라이딩 받침대 지지부(2026) 및 슬라이딩 스프레더 프레임(2006)의 상대적 포지션들에 따라, 광학 센서(2036)로부터의 높고 낮은 디지털 신호는 슬라이딩 스프레더 프레임 포지션 센서(2048)로부터의 수직 포지션 센서와 결합될 때 4개의 포지션 상태들 중 하나를 표시한다: 4개의 포지션 상태들은 1) 슬라이딩 지지부(2026)가 상승되고; 슬라이딩 스프레더 프레임(2006)이 상승된 상태, 2) 슬라이딩 지지부(2026)가 하강되고; 슬라이딩 스프레더 프레임(2006)이 상승된 상태, 3) 슬라이딩 지지부(2026)가 하강되고; 슬라이딩 스프레더 프레임(2006)이 하강된 상태, 및 4) 슬라이딩 지지부(2026)가 상승되고; 슬라이딩 스프레더 프레임(2006)이 하강된 상태(후속하는 도면들에서 설명된 바와 같은 결함 조건). 일부 실시예들에서 댐퍼(2054)는, 받침대(2024), 슬라이딩 지지부(2026), 및 댐퍼 샤프트가 낮아질 때, 스프링이 압축되고 부분들이 리프트된 포지션으로 복원할 수 있는 힘을 제공하도록 구성된 스프링(도시되지 않음)을 포함한다. 일부 실시예들에서, 스프링 힘으로부터 발생하는 리프팅 움직임은 샘플 바이얼 외부와 도전성 폼(2030 및 2032) 콘택의 마찰력에 의해서만 반대되는 반면, 다른 실시예들에서 리프팅 스프링 힘은 능동적으로 조정된 기계적 제한기들, 이를테면 솔레노이드 래치들(그러나 이것으로 제한되지 않음)에 의해 제어된다. 대안적인 실시예들에서, 리프팅 힘은 부분적으로 또는 배타적으로 능동 제어 작동기들 이를테면 솔레노이드들 및 모터들(그러나 이들로 제한되지 않음)에 의해 제공된다. 일부 실시예들은 LED 광들 및 광 어레이들, LCD 스크린들, 키패드들, 버튼 스위치들, 슬라이딩 스위치들, 터치 스크린들, 노브(knob)들, 슬라이드 스위치들, 용량성 스위치들, 및 원격 제어 인터페이스들에 대한 무선 링키지(그러나 이들로 제한되지 않음)를 포함하는 사용자 인터페이스를 포함한다. 도 20에 도시된 실시예에서, LED 광들(2080)의 방사상 어레이는 반투명 쉘 재료를 통해 외부 쉘(도시되지 않음)을 거쳐 보일 메인 프레임에 픽싱된다. LED 어레이 조명은 마이크로프로세서 기판(2004)에 의해 리본 와이어 연결기(도시되지 않음)를 통해 제어될 수 있고 샘플 바이얼의 해동 상황, 준비도 상태들, 및 에러 코드들을 표시할 수 있다. 디바이스의 상단 평면에 포지셔닝된 광들이 예시되지만, 다른 실시예들이 디바이스의 측부 상에 LED 어레이를 포함할 수 있다는 것이 이해되어야 한다. 일부 실시예들에서, 마이크로프로세서 기판은, 마이크로프로세서가 저장된 데이터를 송신할 수 있거나 예컨대 소프트웨어 업데이트들을 설치하는 목적을 위하여 외부 소스로부터 데이터 스트림을 수신할 수 있게 하는 데이터 포트들을 포함한다.

[0105] 이제 도 21-23을 참조하여, 도 19 및 20에 도시된 실시예의 동작 시퀀스의 예가 도시된다. 도 21-23에서, 실시예는, 부분들의 내부 메커니즘 및 포지션이 예시될 수 있도록 포워드 워밍 블록이 제거된 채로 디스플레이된다. 10 또는 그 초과의 분들의 기간 동안 도 2-5에 도시된 실시예들에 설명된 것들 같은 온도 평형화 장치에 샘플 바이얼(2001)을 배치함으로써 -77℃로 이전 온도 평형화 다음, 해동 사이클은 도 21, 부분 A에 도시된 바와 같이 워밍 블록 바이얼 수용 공동에 샘플 바이얼(2001)의 삽입에 의해 개시된다. 이 상태에서, 워밍 블록은 적당한 워밍 온도로 이전에 온도-평형화되었고, 슬라이딩 지지 프레임(2006)은 상승되고 워밍 블록들(2008 및 2010)(도시되지 않음)은 개방된다. 도 21, 부분 B에 도시된 해동 사이클 단계 1에서, 샘플 바이얼은 수동으로 눌려져, 슬라이딩 지지 광학 트리거(2029)가 광학 센서(2036)를 통과할 때까지 받침대(2024) 및 슬라이딩 지지부(2026)를 낮춘다. 이제 도 22, 부분 A를 참조하자. 샘플이 적당한 깊이로 내려간 것을 감지하여, 마이크로프로세서 기판은 슬라이딩 스프레더 프레임(2006)을 낮추기 위해 솔레노이드(도 20에서 2050)를 작동시키고, 이에 의해 샘플 바이얼(2001) 상에서 워밍 블록들이 폐쇄되고, 바이얼 및 내용물들로의 열적 에너지 전달 프로세스가 개시된다.

[0106] 이제 해동 프로세스가 완료된 도 22, 부분 B를 참조하여, 마이크로프로세서는 슬라이딩 스프레더 프레임(2006)을 상승시키기 위하여 리프팅 솔레노이드(도 20의 2052)를 작동시키고, 이에 의해 워밍 블록들(2008 및 2010)(도시되지 않음)이 개방되고 도전성 폼 라이너(2030(도시되지 않음) 및 2032)와 바이얼 사이에 제한 마찰이 풀린다. 워밍 블록들의 개방은 도전성 폼으로부터 열적 도전 경로를 방해하고 이에 의해 바이얼 내용물들의 원하지 않는 온도 상승을 방지하거나 상당히 지연시킨다.

[0107] 이제 바이얼 상 마찰 제한이 방해되는, 도 23, 부분 A를 지금 참조하여, 슬라이딩 지지부(2026) 및 바이얼 지지 받침대(2024)는 이제 상승하고 오퍼레이터에게 샘플을 제시하고 슬라이딩 지지 광학 트리거(2029)가 광학 센서(2036)를 지나갈 때, 마이크로프로세서는 바이얼이 존재한다는 신호를 수신한다. 이제 도 23, 부분 B를 참조하여, 바이얼이 워밍 블록 바이얼 수용기로부터 제거될 때, 광학 광 소스(2046)와 광학 센서(2048) 사이의 광 경로는 방해받지 않게 되고 그리고 마이크로프로세서는 바이얼이 제거되었다는 것을 표시하는 신호를 수신하고, 이에 의해 경고 및 알람 신호들의 알고리즘 활성화를 방지한다.

[0108] 이제 도 24를 참조하여, 해동 실험 시리즈의 그래픽 플롯 시간-온도 플롯은 샘플로의 열적 에너지 흐름을 차단하는데 있어서 해동 프로세스의 종결 시 워밍 블록 개방 유효성을 나타내기 위하여 도시된다. 액체 질소 내에서 바이얼 냉동, 도 2 및 도 3에 설명된 장치의 평형화, 및 도 7 및 8에 설명된 디자인의 45 도 워밍 블록에 삽입의 반복된 사이클들인 이 실험 시리즈에서, 1 ml 샘플 페이로드의 내부 온도는 샘플 높이의 절반 포지션에, 바이얼의 내부 벽에 가까운 포지션에 홀딩된 열전쌍 센서의 삽입에 의해 모니터된다. 하나의 테스트 사이클에서, 시간 측정에 의해 결정된 해동의 종결시, 워밍 블록들은 폐쇄된채로 있고 바이얼은 대략 6 분의 총 간격 동안 워밍 블록에 남아 있도록 허용된다. 이 실험에서, 샘플의 온도는 블록 온도 정도로 계속 상승한다. 해동의 완료시 샘플 바이어들인 제 2 사이클 시리즈에서, 워밍 블록은 개방되었고 바이어들은 워밍 블록으로부터 제거되었고 대략 6분의 총 지속 시간 동안 개방 공기에 홀딩된다. 이 데이터 세트에서, 샘플의 온도는 블록 개방 다음 3분 간격에 걸쳐 매우 약간 증가하였다. 제 3 사이클 시리즈에서, 바이얼이 워밍 블록의 개방 다음 워밍 블록 내에 남겨져 있도록 허용되는 것을 제외하고 이전 실험은 반복되었다. 이 시리즈에서, 바이얼 내용물들의 온도는 바이얼이 해동의 종결시 블록으로부터 제거될 때보다 약간 더 높은 비율로 증가하였지만, 온도의 증가는 워밍 블록이 해동의 종결시 폐쇄된 채로 있을 때 관찰된 것보다 상당히 낮다. 실험 세트는 해동 프로세스의 완료시 샘플로의 열적 에너지 인플럭스를 종결하기 위하여 워밍 블록과 샘플 바이얼 사이의 열적 도전 경로를 차단하는 것의 이익을 강하게 지지한다. 본 인스턴트 발명의 일부 실시예들에서, 워밍 블록 수용 웰에 샘플 바이얼의 삽입 다음 워밍 프로세스는 워밍 블록의 고체 재료와 샘플 바이얼의 외부 표면 사이의 공기 층의 도입에 의해 종결된다. 일부 실시예들에서, 시스템은 해동의 종료시 샘플을 원하는 온도로 유지하도록 구성될 수 있다.

[0109] 일부 실시예들에서, 다수의 알고리즘은 해동 종료 시간을 결정하기 위하여 제공될 수 있다. 선택적으로, 다수의 알고리즘 각각은 해동 종료 시간에 대한 별도의 추정들을 제공하기 위하여 동시에 실행될 수 있다. 시스템은, 먼저 추정된 해동 종료 시간을 제공하는 알고리즘에 기반하여 해동을 종료하도록 구성될 수 있다. 선택적으로, 시스템은 알고리즘 각각이 이들의 추정들을 완료하게 하도록 구성될 수 있고 계산된 가장 짧은 해동 간격을 활용할 수 있다. 추가 실시예들에서, 시스템은 추정된 해동 간격들을 평균화하고 해동 종료 시간을 결정하기 위하여 평균화된 해동 간격을 활용하도록 구성될 수 있다.

[0110] 도면들에 묘사되거나 위에서 설명된 컴포넌트들의 상이한 어레인지먼트들뿐 아니라, 도시되거나 설명되지 않은 컴포넌트들 및 단계들은 가능하다. 유사하게, 일부 피처들 및 서브-결합들은 유용하고 다른 피처들 및 서브-결합들을 참조함이 없이 이용될 수 있다. 본 발명의 실시예들은 제한 목적들이 아닌 예시를 위하여 설명되었고, 그리고 대안적인 실시예들은 이 특허의 독자들에게 자명하게 될 것이다. 따라서, 본 발명은 위에서 설명되거나 도면들에 묘사된 실시예들로 제한되지 않고, 그리고 다양한 실시예들 및 수정들은 아래의 청구항들의 범위에서 벗어남이 없이 이루어질 수 있다.

Claims (46)

1. 용기(vessel) 내에 포함된 샘플의 고체 상태로부터 액체 상태로의 변환을 위한 디바이스로서,
   상기 용기를 수용하기 위한 리셉터클(receptacle)을 형성하는 유연한 고체 재료;
   상기 유연한 고체 재료를 상기 샘플의 녹는 점보다 높은 온도로 가열하기 위한 가열기
   를 포함하고,
   상기 유연한 고체 재료는, 상기 용기가 상기 유연한 고체 재료에 의해 형성된 상기 리셉터클 내에 수용될 때, 상기 용기와 비-유연한 고체 재료 사이에 개재(interpose)되는,
   용기 내에 포함된 샘플의 고체 상태로부터 액체 상태로의 변환을 위한 디바이스.
2. 제 1 항에 있어서,
   상기 유연한 고체 재료는 0.05 와트 퍼 미터-캘빈(Watts per meter-Kelvin)과 10 와트 퍼 미터-캘빈 사이의 열적 도전성을 가지며 상기 비-유연한 고체 재료는 10 와트 퍼 미터-캘빈과 410 와트 퍼 미터-캘빈 사이의 열적 도전성을 가지는,
   용기 내에 포함된 샘플의 고체 상태로부터 액체 상태로의 변환을 위한 디바이스.
3. 제 1 항에 있어서,
   상기 유연한 고체 재료 및 상기 비-유연한 고체 재료는 영구적으로 함께 본딩되는,
   용기 내에 포함된 샘플의 고체 상태로부터 액체 상태로의 변환을 위한 디바이스.
4. 제 1 항에 있어서,
   상기 유연한 고체 재료 및 상기 비-유연한 고체 재료는 제거 가능하게 함께 본딩되는,
   용기 내에 포함된 샘플의 고체 상태로부터 액체 상태로의 변환을 위한 디바이스.
5. 제 1 항에 있어서,
   상기 유연한 재료 및 상기 비-유연한 고체 재료는 직사각형을 형성하기 위하여 함께 접합되는 2 또는 그 초과의 별개의 세그먼트들을 형성하고 그리고 상기 세그먼트들은 상기 세그먼트들을, 상기 용기를 수용하거나 릴리스(release)하기 위한 개방 구성 및 상기 리셉터클을 형성하고 상기 용기를 해동하기 위한 폐쇄 구성으로 이동시킬 수 있는 기계적 링키지(linkage)에 의해 접합되고, 그리고 상기 유연한 고체 재료는 상기 세그먼트들을 상기 개방 구성으로부터 상기 폐쇄 구성으로 전이할 때 상기 용기와 콘택하거나 또는 상기 세그먼트들을 상기 폐쇄 구성으로부터 상기 개방 구성으로 전이할 때 상기 용기와의 콘택으로부터 제거되게 선택적으로 배치될 수 있는,
   용기 내에 포함된 샘플의 고체 상태로부터 액체 상태로의 변환을 위한 디바이스.
6. 제 5 항에 있어서,
   상기 리셉터클 내에 포함된 상기 용기 상의 상기 세그먼트들에 클램핑 힘을 부과하기 위한 클램프(clamp)를 더 포함하고, 상기 클램핑 힘은 자기, 전자기, 스프링, 유압, 공압, 또는 기계적 힘들, 또는 이들의 임의의 결합에 의해 부과되는,
   용기 내에 포함된 샘플의 고체 상태로부터 액체 상태로의 변환을 위한 디바이스.
7. 제 5 항에 있어서,
   상기 세그먼트들이 개방 구성에 있을 때 및 폐쇄 구성에 있을 때 상기 유연한 고체 재료의 세그먼트들 사이에서 상기 용기의 존재를 검출하기 위한 용기 센서를 더 포함하는,
   용기 내에 포함된 샘플의 고체 상태로부터 액체 상태로의 변환을 위한 디바이스.
8. 제 5 항에 있어서,
   마이크로제어기를 더 포함하고, 상기 세그먼트들이 상기 개방 구성에 있을 때, 상기 마이크로제어기는 상기 세그먼트들이 개방 구성에 있는 동안 상기 세그먼트들 사이의 포지션에서 상기 용기의 배치를 검출하도록 구성되고 그리고 상기 개방 세그먼트들 사이의 포지션에 상기 용기의 삽입시 상기 용기를 상기 세그먼트들의 상기 유연한 고체 재료와 콘택시키기 위해 상기 세그먼트들을 상기 폐쇄 구성 쪽으로 이동시키기 위해 기계적 링키지를 작동시키기 위한 제어 신호를 전달하도록 구성되는,
   용기 내에 포함된 샘플의 고체 상태로부터 액체 상태로의 변환을 위한 디바이스.
9. 제 5 항에 있어서,
   마이크로제어기를 더 포함하고, 상기 세그먼트들이 폐쇄 구성이고 용기를 해동 중일 때, 상기 마이크로제어기는, 상기 세그먼트들의 유연한 고체 재료가 상기 용기와 콘택하지 않도록, 상기 세그먼트들을 상기 개방 구성 쪽으로 이동시키기 위해 기계적 링키지를 작동시키기 위한 제어 신호를 전달함으로써 상기 용기의 해동을 중단시키도록 구성되는,
   용기 내에 포함된 샘플의 고체 상태로부터 액체 상태로의 변환을 위한 디바이스.
10. 제 1 항에 있어서,
    상기 비-유연한 고체 재료는 가열기에 의해 가열되는,
    용기 내에 포함된 샘플의 고체 상태로부터 액체 상태로의 변환을 위한 디바이스.
11. 제 1 항에 있어서,
    상기 비-유연한 고체 재료에 고정된 온도 센서를 더 포함하고, 그리고 상기 샘플 용기 온도 센서는 상기 비-유연 고체 재료로부터 열적으로 격리되고 그리고 상기 온도 센서에 의해 리포트된 온도 신호가 콘택 위치에서 상기 용기의 외부 표면의 온도와 연관되도록, 상기 콘택 위치에서 상기 용기와 콘택하여 홀딩되는,
    용기 내에 포함된 샘플의 고체 상태로부터 액체 상태로의 변환을 위한 디바이스.
12. 제 1 항에 있어서,
    상기 비-유연한 고체 재료 내에 고정된 적외선 온도 센서를 더 포함하고, 그리고 상기 적외선 센서에 의해 리포트된 온도 신호는 상기 샘플 용기의 온도와 연관되는,
    용기 내에 포함된 샘플의 고체 상태로부터 액체 상태로의 변환을 위한 디바이스.
13. 제 12 항에 있어서,
    상기 샘플 해동 간격의 총 지속 시간은 용기 내에 포함된 샘플의 상단 레벨 아래 위치에서의 상기 용기의 외부 표면 온도를 리포팅하는 상기 적외선 온도 센서로부터의 온도 신호의 알고리즘 분석에 의해 결정되는,
    용기 내에 포함된 샘플의 고체 상태로부터 액체 상태로의 변환을 위한 디바이스.
14. 제 1 항에 있어서,
    상기 유연한 고체 재료의 가열은 대부분 용기 필(fill) 레벨에 무관한 해동 시간을 달성하기 위하여 상기 용기의 방사상 가열을 유발하는,
    용기 내에 포함된 샘플의 고체 상태로부터 액체 상태로의 변환을 위한 디바이스.
15. 용기 내의 샘플을 해동하는 방법으로서,
    상기 용기 내의 샘플의 상단 레벨 아래에 있는 상기 용기의 외부 표면을 따르는 위치에서 상기 용기의 외부 표면 온도를 리포팅하는 하나 또는 그 초과의 온도 센서들로부터 공급된 온도 데이터를 수신하는 단계;
    상기 하나 또는 그 초과의 온도 센서들로부터 수신되어 공급된 상기 온도 데이터에 기반하여 해동 종료 시간을 계산하는 단계; 및
    계산된 해동 시간에서 상기 용기에 포함된 상기 샘플의 해동을 중단하기 위한 신호를 출력하는 단계
    를 포함하는,
    용기 내의 샘플을 해동하는 방법.
16. 제 15 항에 있어서,
    상기 센서로부터 수신되어 공급된 상기 온도 데이터는 상기 용기에 포함된 샘플의 고체 투 액체(solid to liquid) 상태 변화와 연관된 타이밍 이벤트를 계산하기 위하여 사용되고, 그리고 상기 타이밍 이벤트에 기반하여 해동 종료 시간이 계산되는,
    용기 내의 샘플을 해동하는 방법.
17. 제 15 항에 있어서,
    상기 센서로부터 수신되어 공급된 상기 온도 데이터는 상기 샘플 용기의 온도 증가 비율을 계산하기 위하여 사용되고, 그리고 상기 온도 증가 비율에 기반하여 해동 종료 시간이 계산되는,
    용기 내의 샘플을 해동하는 방법.
18. 용기 내의 샘플을 해동하는 방법으로서,
    상기 샘플 및 용기를 중간 온도로 평형화하는 단계 ― 상기 중간 온도는 샘플 녹는 온도 미만임 ―;
    상기 용기의 일측들을 해동 온도로 유지된 고체 재료 매스(mass)와 콘택하는 단계 ― 상기 해동 온도는 샘플의 녹는 온도 플러스 또는 마이너스 2 도에 비해 5도보다 높음 ―;
    상기 평형화 온도 및 가열 온도에 기반하여 위상 변화의 지속 시간을 위한 시간 간격을 계산함으로써 상기 용기에 포함된 상기 샘플의 위상 변화 완료를 예측하는 단계;
    상기 용기에 포함된 상기 샘플의 상기 위상 변화의 예측된 완료시 상기 용기 내에 포함된 상기 샘플의 해동을 중단시키기 위한 신호를 출력하는 단계
    를 포함하는,
    용기 내의 샘플을 해동하는 방법.
19. 제 18 항에 있어서,
    상기 중간 온도는 섭씨 -78 내지 -70 도 사이인,
    용기 내의 샘플을 해동하는 방법.
20. 제 18 항에 있어서,
    상기 샘플은 고체 탄소 이산화물과 콘택하는 수용 컨테이너에 상기 샘플 용기를 배치함으로써 중간 온도 범위로 평형화되는,
    용기 내의 샘플을 해동하는 방법.
21. 제 20 항에 있어서,
    상기 수용 컨테이너 및 상기 고체 탄소 이산화물은 격리부에 의해 측부들 및 바닥이 둘러싸지는,
    용기 내의 샘플을 해동하는 방법.
22. 제 18 항에 있어서,
    상기 중간 온도는 섭씨 -196 내지 -180 도 사이인,
    용기 내의 샘플을 해동하는 방법.
23. 제 22 항에 있어서,
    상기 샘플은 액체 질소와 직접 콘택하는 수용 컨테이너에 상기 샘플 용기를 배치함으로써 중간 온도로 평형화되는,
    용기 내의 샘플을 해동하는 방법.
24. 제 23 항에 있어서,
    상기 수용 컨테이너 및 상기 액체 질소는 격리부에 의해 측부들 및 바닥이 둘러싸지는,
    용기 내의 샘플을 해동하는 방법.
25. 제 18 항에 있어서,
    상기 온도 센서에 의해 리포트된 온도 신호가 상기 용기의 온도와 연관되도록 상기 용기의 온도를 측정하는 온도 센서로부터 공급된 데이터를 수신하는 단계; 및
    공급되어 수신된 온도 센서 데이터에 기반하여 상기 위상 변화 지속 시간 을 위해 계산된 시간 간격을 조정하는 단계
    를 더 포함하는,
    용기 내의 샘플을 해동하는 방법.
26. 샘플 컨테이너 내의 극저온 샘플을 해동하기 위한 방법으로서,
    가열기를 사용하여 샘플 컨테이너를 가열하는 단계;
    상기 극저온 샘플에 대한 해동 시작 시간을 결정하는 단계;
    상기 극저온 샘플의 결정된 해동 시작 시간에 적어도 부분적으로 기반하여 상기 극저온 샘플의 추정된 해동 종료 시간을 결정하는 단계
    를 포함하는,
    샘플 컨테이너 내의 극저온 샘플을 해동하기 위한 방법.
27. 제 26 항에 있어서,
    상기 추정된 해동 종료 시간 후 가열기에 의한 상기 샘플 컨테이너의 가열을 중단하는 단계를 더 포함하는,
    샘플 컨테이너 내의 극저온 샘플을 해동하기 위한 방법.
28. 제 26 항에 있어서,
    상기 샘플 컨테이너의 외부 표면의 온도를 측정하는 단계; 및
    온도 측정치들을 레코딩하는 단계
    를 더 포함하는,
    샘플 컨테이너 내의 극저온 샘플을 해동하기 위한 방법.
29. 제 28 항에 있어서,
    상기 극저온 샘플의 해동 시작 시간을 결정하는 단계는 레코드된 온도 측정치들에 의해 정의된 워밍 곡선(warming curve)의 제 1 도함수의 상당한 변화를 식별하는 단계를 포함하는,
    샘플 컨테이너 내의 극저온 샘플을 해동하기 위한 방법.
30. 제 26 항에 있어서,
    상기 극저온 샘플의 해동 종료 시간을 결정하는 단계는 상기 해동 시작 시간에 평균 해동 시간을 가산하는 단계를 포함하는,
    샘플 컨테이너 내의 극저온 샘플을 해동하기 위한 방법.
31. 제 30 항에 있어서,
    상기 해동 종료 시간을 결정하는 단계는 평균 해동 시간들의 라이브러리(library)를 액세싱하는 단계를 포함하는,
    샘플 컨테이너 내의 극저온 샘플을 해동하기 위한 방법.
32. 제 31 항에 있어서,
    상기 라이브러리는 복수의 상이한 컨테이너 타입들에 대한 평균 해동 시간들을 포함하는,
    샘플 컨테이너 내의 극저온 샘플을 해동하기 위한 방법.
33. 제 31 항에 있어서,
    상기 샘플 컨테이너 타입을 식별하는 단계 및 상기 샘플 컨테이너 타입에 대한 평균 해동 시간들의 라이브러리를 액세싱하는 단계를 더 포함하는,
    샘플 컨테이너 내의 극저온 샘플을 해동하기 위한 방법.
34. 제 26 항에 있어서,
    상기 해동 종료 시간에 기반하여 사용자에게 신호 경고를 제공하는 단계를 더 포함하는,
    샘플 컨테이너 내의 극저온 샘플을 해동하기 위한 방법.
35. 제 34 항에 있어서,
    상기 신호 경고는 오디오 및/또는 시각적 경고인,
    샘플 컨테이너 내의 극저온 샘플을 해동하기 위한 방법.
36. 제 26 항에 있어서,
    샘플 컨테이너 재료에 기반하여 상기 해동 종료 시간을 조정하는 단계를 더 포함하는,
    샘플 컨테이너 내의 극저온 샘플을 해동하기 위한 방법.
37. 제 36 항에 있어서,
    샘플 컨테이너 라벨의 존재에 기반하여 상기 해동 종료 시간을 조정하는 단계를 더 포함하는,
    샘플 컨테이너 내의 극저온 샘플을 해동하기 위한 방법.
38. 샘플 컨테이너 내의 극저온 샘플을 해동하기 위한 시스템으로서,
    가열기와 커플링된 샘플 홀더 ― 상기 샘플 홀더는 상기 샘플 컨테이너를 수용하도록 구성됨 ―;
    상기 샘플 컨테이너가 상기 샘플 홀더 내에서 가열될 때 적어도 상기 샘플 컨테이너의 온도를 측정하기 위한 하나 또는 그 초과의 트랜스듀서들;
    상기 하나 또는 그 초과의 트랜스듀서들과 커플링된 프로세서
    를 포함하고, 상기 프로세서는:
    상기 샘플 컨테이너의 온도에 기반하여 샘플의 해동 시작 시간을 결정하고;
    상기 해동 시작 시간에 기반하여 상기 샘플의 해동 종료 시간을 결정
    하도록 구성되는,
    샘플 컨테이너 내의 극저온 샘플을 해동하기 위한 시스템.
39. 제 38 항에 있어서,
    사용자 인터페이스를 더 포함하고; 그리고 상기 프로세서는 상기 사용자 인터페이스를 통하여 상기 샘플의 해동 종료 시간을 신호하기 위한 경고를 사용자에게 제공하도록 추가로 구성되는,
    샘플 컨테이너 내의 극저온 샘플을 해동하기 위한 시스템.
40. 제 39 항에 있어서,
    상기 사용자 인터페이스는 사용자 입력을 수신하도록 구성되고, 상기 사용자 입력은 상기 샘플 컨테이너에 대한 평균 해동 시간을 포함하는,
    샘플 컨테이너 내의 극저온 샘플을 해동하기 위한 시스템.
41. 제 40 항에 있어서,
    상기 프로세서는 사용자 입력된 평균 해동 시간을 상기 해동 시작 시간에 가산함으로써 상기 해동 종료 시간을 결정하도록 구성되는,
    샘플 컨테이너 내의 극저온 샘플을 해동하기 위한 시스템.
42. 제 39 항에 있어서,
    상기 프로세서와 커플링된 메모리를 더 포함하고, 상기 메모리는 복수의 샘플 타입들에 대한 평균 해동 시간들의 라이브러리를 포함하는,
    샘플 컨테이너 내의 극저온 샘플을 해동하기 위한 시스템.
43. 제 42 항에 있어서,
    상기 사용자 인터페이스는 상기 샘플 컨테이너 타입의 사용자 입력을 수신하도록 구성되는,
    샘플 컨테이너 내의 극저온 샘플을 해동하기 위한 시스템.
44. 제 43 항에 있어서,
    상기 프로세서는 상기 사용자 입력된 샘플 컨테이너 타입에 대응하는 상기 평균 해동 시간을 식별하기 위하여 상기 라이브러리에 액세싱하고 그리고 식별된 평균 해동 시간을 상기 해동 시작 시간에 가산함으로써 상기 해동 종료 시간을 결정하도록 구성되는,
    샘플 컨테이너 내의 극저온 샘플을 해동하기 위한 시스템.
45. 제 38 항에 있어서,
    상기 프로세서는 레코드된 온도 측정치들에 의해 정의된 워밍 곡선의 제 1 도함수의 상당한 변화를 식별함으로써 상기 극저온 샘플의 해동 시작 시간을 결정하도록 구성되는,
    샘플 컨테이너 내의 극저온 샘플을 해동하기 위한 시스템.
46. 제 34 항에 있어서,
    하나 또는 그 초과의 트랜스듀서들은 적외선 온도 센서를 포함하는,
    샘플 컨테이너 내의 극저온 샘플을 해동하기 위한 시스템.

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