NO137926B - Kunststoffisolert koblingsblokk med uttrekkbare enheter for h¦yspenningskoblingsanlegg - Google Patents

Description

Fremgangsmåte for konservering av biologiske stoffer, spesielt blod.

Oppfinnelsen angår konservering av

biologiske stoffer ved lav temperatur, spesielt fremgangsmåter og apparater for hurtig kjøling, med følgende lagring og deretter hurtig oppvarmning av biologiske

stoffer som blod, benmarg, andre suspen-sjoner av celler og biologiske væsker.

Konservering av biologiske stoffer, slik

at disse ikke nedbrytes ved lagring, har

vært et stadig opptredende problem for

videnskapen. Problemet har særlig vært

akutt når det gjelder blod. Ønsket om opprettholdelse av blodbanker og lagring av

friskt blod i uhyre store mengder, for bruk

i katastrofetilfeller, har gjort det av av-gjørende betydning å skaffe et system for

konservering av lagret blod i stor måle-stokk. Ingen av de hittil foreslåtte fremgangsmåter og apparater for dette bruk

har vist seg å være fullstendig tilfredsstillende for lengere tids konservering og lagring av porsjoner på i/> liter overførings-blod.

Når det gjelder blod, består de pri-mære levedyktige bestanddeler av erythro-cyter eller røde blodlegemer. Problemet å konservere friskt blod består derfor i før-ste rekke i å konservere de røde blodlegemer. De røde blodlegemene har form av

små, runde plater og inneholder en spe-siell art av cytoplasma innesluttet i en

halvgjennomtrengelig membran. Den

membran sørger for at proteinet og elek-trolyttinnholdet i det innesluttede cytoplasma ikke påvirkes uheldig. Membranen

er duktil, men stort sett ikke elastisk og

har derfor et kritisk maksimalvolum, som

hvis det overskrides skader membranens

integritet. Ved denne beskadigelse av membranen frigjøres det røde blodlegemes ok-sygenbærende element, nemlig hemoglobin, som går inn i blodplasmaet, hvor det ikke kan utføre sin funksjon å føre oksy-gen og kulldioksyd. Den mengde hemoglobin som frigjøres fra et gitt antall blodlegemer gir et mål for effektiviteten av forskjellige blodkonserveringsmetoder. Jo mindre hemoglobin det frigis jo større er effektiviteten av den anvendte metode og/ eller apparat som benyttes for konserve-ringer.

Normalt, dvs. i legemets blodkretsløp, har de røde blodlegemene en levetid på mellom ca. 100 og 120 dager. Men utenfor legemet forringes de røre blodlegemer langt hurtigere. En av de forandringer som foregår i blod utenfor legemet er den såkalte levring. Det er viktig at levring unngås ved lagring av blod. For dette formål er tilsetning av citrat-, oksalat- eller fluoridioner effektiv. Disse ioner hindrer kjemiske forandringer, f. eks. reaksjon mellom kalsiumioner og visse bestanddeler, som vanlig resulterer i levring. Men levring er ikke de eneste problem ved lagring av blod.

Det røde blodlegeme har sin egen un-derstøttende metabolisme og fortsetter utenfor legemet sine metaboliske prosesser inntil blodsukkeret er oppbrukt og omdan-net til melkesyre. Når dette inntrer, er det slutt på de stoffer og prosesser som er av-gjørende for opprettholdelse av cellestruk-turen. Dessuten blir plasmaets pH minsket til en utilfredsstillende verdi, ved at det samler seg opp melkesyre. Den osmotiske likevekt mellom det intracellulare og det ekstracellulare materiale ødelegges hurtig i fra legemet uttappet blod, og vann fra plasmaet diffunderer inn i blodlegemet og bevirker unormal svelling av og eventuell brudd i membranen. Disse forandringer inntrer hurtig ved romtemperatur og ved vanlige citrat- og glukosekonsentrasjoner.

Den vanligst anvendte fremgangsmåte for å hindre disse skadelige forandringer i blod består i at blod fra en blodgiver sam-les opp i en sur citrat-dekstroseoppløsning, fulgt av kjøling til mellom 4 og 6° C. Men ved denne fremgangsmåte kari friskt blod bare lagres sikkert i ca. 3 uker. Etter denne tids forløp er forringelsesprosessene skre-det frem til et punkt hvor blodlegemenes funksjonelle effektivitet er sunket til under brukbar verdi. Det har vist seg umulig å lagre sådant blod i større porsjoner, da hver enhet må utskiftes hver tredje uke.

Andre fremgangsmåter er blitt for-søkt, men ingen av dem har vist seg hen-siktsmessige for lagring av friskt menneskeblod i enkeltporsjoner på 14— y2 liter hver.

En rimelig tenkbar fremgangsmåte for å stanse den ovenfor beskrevne nedbry-tende prosess ville være å senke blodets temperatur til et punkt, hvor den metaboliske prosess praktisk talt blir stanset. Dette medfører imidlertid, at blodet må passere gjennom det temperaturområde hvor blodet stivner ved å fryses. Uten beskyttende tilsetninger under frysingen og opptøyingen av blod blir cellemembranen så skadd at blodlegemene hemolyseres.

Blod er blitt frosset i porsjoner og som tynn film. Hvor frysing i porsjoner er blitt forsøkt er det blitt anvendt beskyttende kjemikalier, f. eks. glysering, i konsentrasjoner opp til 50 pst., for å beskytte de røde blodlegemene mot å bli skadd ved krystallisasjon av is. Disse beskyttende kjemikalier må fjernes fra blodet før dette benyttes til blodoverføring. Disse porsjons-frysemetoder har derfor i og for seg vist seg å være kostbare og tidsspillende. Enn-videre er de apparater og arbeidsmåter som behøves for å fjerne de beskyttende kjemikalier fra blodet vanskelige og kostbare å anvende, og er ikke egnet til bruk i hos-pitaler. Heller ikke er det egnet for lagring av overføringsblod i større porsjoner.

Det er blitt beskrevet forsøk med en annen fremgangsmåte hvor det benyttes polyvinylpyrrolidon som beskyttende medium ved konservering av friskt blod (Comptes-Rendus des Sciences de la Soc de Biologie, 149, 875, 1955). I denne fremgangsmåte fryses blod sammen med 35 pst. polyvinylpyrrolidon ved å dryppes i et tørrisbad. Fremgangsmåten er av liten verdi på grunn av det store volum polyvinylpyrrolidon som må anvendes, og at det

derfor blir nødvendig å fraskille de røde

blodlegemer og av suspendere disse igjen

i nytt plasma, hvorved det er mulighet for at blodlegemene klumper seg sammen, ødelegges fysisk og lignende.

Andre fremgangsmåter er blitt fore-slått for frysing av matvarer, blodplasma og lignende i dråpeform. Blant disse er en fremgangsmåte for frysing av kaffeek-strakt ved å sprøyte den ut i et bad av tri-fluortrikloretan og normal heksan av lav temperatur, (h- 50° C).

I denne fremgangsmåte sprøytes kaf-fen inn i frysebadet ved bunnen av en kolonne og flyter oppover til et uttak-ningssted. Denne fremgangsmåte med apparat kan ikke anvendes for konservering av blod, fordi hydrokarbonene og halogen-hydrokarbonene bevirker hemolyse av de røde blodlegemer. Dessuten medfører inn-sprøytning av det varme blod direkte inn i et kjølemiddel som har lav temperatur, at blodet fryser i sprøytemunnstykkene og følgelig stopper igjen disse.

Det er derfor et formål for den foreliggende oppfinnelse å skaffe en forbedret fremgangsmåte med apparat for behand-ling og konservering av biologiske substan-ser.

Et videre formål er å skaffe en fremgangsmåte med apparat hvor friskt blod kan lagres som porsjoner av betydelig volum i lang tid uten vesentlig forringelse av de røde blodlegemer, og hvor en stor del av de røde blodlegemer kan gjenvinnes i bruksform ved slutten av lagringen.

Et videre formål er å skaffe en fremgangsmåte med apparat for porsjonsfrys-ning og opptøing av blod, hvor de beskyttende tilsetninger ikke behøver å fjernes etter opptøingen og før blodoverføringen.

Den foreliggende oppfinnelse er basert på den oppdagelse, at hvis biologiske sub-stanser som f. eks. blod fryses og super-kjøles tilstrekkelig hurtig og etter en hvilken som helst ønsket lagringsperiode tøes opp igjen tilstrekkelig hurtig, kan substan-sens biologiske egenskaper bli bibeholdt uten vesentlig beskadigelse. Dessverre kan de overordentlig store fryse- og opptøings-hastigheter, som er nødvendige for at bio-: logisk bsekadigelse skal unngås, ikke oppnås ved de hittil i teknikken anvendte me-l toder, som f. eks. dypping av en blodlagringsbeholder i et bad av flytende nitrogen. I denne tidligere anvendte metode ligger varmeoverføringen mellom det flytende nitrogen og beholderen på omkring 1360 g-kal/time/cm2 beholderoverflate, inntil temperaturen av beholderens inner-vegg er sunket til ca. —175° C, ved hvilket punkt varmeoverføringen plutselig tiltar sterkt. Men den førstnevnte varmeoverfø-ring er for liten for hurtig frysning, uten f. eks. betydelig beskadigelse av de røde blodlegemer. Oppfinnerne har funnet, at hvis varmeoverføringen er minst 3660 g-kal/t/cms, og fortrinsvis minst 6520 g-kal/ t/cm2, under hele frysetrinnet, kan frys-ninger foregå i løpet av så kort tid at minst 85 pst. av de røde blodlegemer kan gjenvinnes i nyttig form.

Den foreliggende oppfinnelse omfatter derfor en fremgangsmåte for konservering av biologiske stoffer, hvor man anbringer vedkommende stoff i en beholder, trekker bort varme fra beholderens ytterside, ved å bringe beholderen i berøring med et kjø-lemiddel i tilstrekkelig lang tid til å fryse det biologiske stoff inne i beholderen, og deretter lagrer det frosne stoff, karakterisert ved at varme trekkes bort fra beholderveggen i en mengde av minst 3660 g-kal/t/cm2 beholderoverflate.

Denne borttrekking av varme kan eksempelvis skje ved å anvende en beholder som er belagt med en tynn, isolerende film som har tilstrekkelig isolasjonsevne til å innstille en temperaturdifferanse mellom den varmebortførende overflate av det belagte faste materiale og et kokende kjø-lemiddel, som har en størrelse ved hvilken det resulterer en mere effektiv varmeoverføring. Varmeoverføringsgraden kan forbedres videre ved at det på den nevnte, tynne isolerende film anbringes et lag av pulverformet materiale. Dette pulverformede lag antas å ytterligere øke varmeoverføringen av to grunner, nemlig for den første at diskontinuiteten i overflaten befordrer bobledannelse, og for den annen at de frilagte partier av pulverpartiklene kjøles ned hurtig, slik at det hurtig frem-kommer kobling i kjerneområdet. Eksempelvis er glyserin utmerket egnet som materiale for dannelse av den tynne isolerende film, og f. eks. findelt kiselsyre har vist seg å være særlig effektiv som pulverformet materialelag.

Glyserin er oppløselig i vann, og oppfinnelsen omfatter også en meget effektiv metode for opptøing av frosne biologiske stoffer ved at beholderveggene bringes i berøring med vann ved en temperatur av fortrinsvis under ca. 55° C. Den isolerende film og pulverlaget blir fortrinsvis fjernet ved denne berøring. For at den nødven-dige hurtige opptøing skal oppnås er beholderen fortrinsvis fremstilt av et materiale som gir en K/L-verdi av minst 2500, hvor K er lik minst 0,3375, når K angir g-kal/t/cms i °C, og L er veggtykkelsen målt i cm.

Fortrinsvis blir beholderen rystet både under fryseoperasjonen og opptøingsope-rasjonen, for å lette en jevn strøm av varme gjennom det biologiske stoff inne i beholderen.

Kjølekontakten fortsettes fortrinsvis tilstrekkelig lenge til at det biologiske materiale kjøles ned gjennom dettes kritiske temperaturområde, hvoretter det frosne materiale kan lagres hvor lenge man øn-sker. Det her anvendte uttrykk «kritisk temperaturområde» skal omfatte både frysesonen og superkjølingssonen, da beskadigelse av cellene (blodlegemene) kan inntre i begge soner. Når det f. eks. gjelder blod strekker det kritiske temperaturområde seg fra det punkt hvor blodblandingen er praktisk talt frossen til ca. 50° C.

Oppfinnelsen blir nedenfor beskrevet spesielt i forbindelse med konservering av blod, men den er også godt egnet for konservering av andre biologiske stoffer, som f. eks. benmarg, blodserum, som er blod fra hvilket cellene (blodlegemene) og fi-bringen er blitt fjernet, blodplasmafrak-sjoner og ryggmargsøylevæsker. Det kan også konserveres mikroorganismer, f. eks. bakteriene Azotobacter vinelandi, Escheri-chia coli og Micrococcus pyrogenes, samt soppen Aspergillus niger og gjæren Sac-charomyces sp.

På de vedlagte tegninger viser:

Fig. 1 en varmeoverføringskurve ved koking og illustrerer forholdet mellom var-mestrømningen og temperaturdifferansen mellom overflaten av et oppvarmet fast legeme og overflaten av en kokende væske. Fig. 2 viser et kjølekurve for flytende nitrogen, hvor kjøletiden er angitt i forhold til tykkelsen, av det isolerende filmbelegg. Fig. 3 viser en rekke av varmeoverføringskurver for forskjellige tykkelser av et beleggmateriale. Fig. 4 viser en rekke varmeoverførings-kurver for forskjellige isolerende materialer. Fig. 5 angir en kurve som illustrerer forbedringen av varmeoverføringen hos et prøvestykke som har et sukker-glyserin-belegg. Fig. 6 viser en rekke kjølekurver for sukker-glyserin-belegg og illustrerer virkningen av forskjellige variable i et temperaturområde fra + 25° C til -f- 196° C. Fig. 7 viser en rekke kjølingskurver for sukker-glyserintaelegg og illustrerer virkningen av forskjellige variable i et temperaturområde av 0 til -=- 75° C. Fig. 8 viser en del varmeoverførings-kurver for sukker-glyserinbelegg, som viser virkningen av de samme variable som i fig. 7, men i et temperaturområde fra 75° C til 0° C. Fig. 9 er et perspektivriss av en beholder av rektangulær type for lagring av biologiske stoffer i henhold til oppfinnelsen. Fig. 10 viser -på tilsvarende måte en beholder av sylindrisk type, mens

fig. 11 i perspektiv viser ennå en ut-førelsesform.

Fig. 12 viser et snitt gjennom beholderen i fig. 11, tatt etter linjen 12—12.

■De faktorer som påvirker konservering av blod i større porsjoner skal nedenfor bli diskutert i detalj.

Antikoagulerende medium.

Særlig egnet som slike media er stan-dard oppløsninger av citrat-dekstrose eller heparin. Dette er en vanlig arbeids-måte ved for tiden anvendt fremgangsmåte for konservering av friskt blod ved avkjø-ling til ca. 4—6° C.

Beskyttende tilsetninger.

Blodet oppsamles i en blanding av an-tikoaguleringsmidlet og den beskyttende tilsetning i fryse-, lagrings- og opptøings-beholderen. Alternativt kan blodet bli oppsamlet i et egnet antikoaguleringsmiddel og den beskyttende tilsetning bli blandet med dette. Frysing og opptøing av men-neskers røde blodlegemer resulterer vanlig i frigjørelse av hemoglobinet (hemolyse) og at en stor del av legemene mister sin biologiske integritet. Degraderingsgra-den er avhengig av det anvendte blods sammensetning og av de fysiske forhold som hersker under avkjølingen og opp-varmningen. Således bevirker, som foran nevnt, hurtig kjøling til meget lav temperatur og hurtig oppvarmning fra frossen til flytende tilstand, at en stor del av de røde blodlegemer kan gjenvinnes i brukbar tilstand. Tilstedeværelsen av visse opp-løsningsmidler, her kalt beskyttende tilsetninger, i kombinasjon med andre trekk i henhold til oppfinnelsen bevirker at frysing og opptøing kan utføres med god gjenvinning åv brukbare blodlegemer.

Frysing og opptøing av røde blodlegemer i menneskeblod i henhold til oppfin-

nelsen er med godt resultat blitt utført i nærvær av mange slags beskyttende tilsetninger, deriblant sukkerarter og opp-løselige polymere.

De forskjellige tilsetninger adskiller seg markert med hensyn til den hastighet og mengde som tas opp i cellene (blodlegemene), på grunn av størrelse eller struk-tur går enkelte av dem ikke inn i cellene. Eksempelvis er røde blodlegemer perme-able for glukose, men er ugjennomtrenge-lige for laktose og sukrose. For dens vedkommende som går inn i cellen kan inn-trengningen skje ved enkel diffusjon eller «aktiv opptakelse». Det sistnevnte avhen-ger av enzymsystemer eller bærestoffer i cellemembranen. Glyserin trenger hurtig inn mens glukose trenger langsommere inn. På grunn av molekylstørrelse samt mangel på egnet transportsystem går di-og trisakkarider ikke inn. Slike forskjel-ler i permabilitet kan lett vises ved å ut-sette røde blodlegemer for innvirkning fra forskjellige stoffer og ved direkte å analy-sere cellekonsentrasj onene eller å måle samlet øket intracellular konsentrasjon, ved hjelp av osmotiske fremgangsmåter.

Alt i alt kan beskyttende tilsetninger deles i 4 klasser. (a) Sukkerarter med 5 og 6 kull-stoffatomer.

Disse er kjent derved at de kan trenge gjennom de røde blodlegemers membran. Denne art omfatter for eksempel xylose, arabinose, ribose, glukose, fruktose, galak-tose og mannitol. Effektive konsentrasjoner for denne art ligger i området 0,3—0,75 mol/liter.

(b) Di- og trisakkarider.

Disse er karakterisert ved at de ikke trenger inn i røde blodlegemer. Som eksempler på disse kan nevnes maltose, sukrose, laktose og raffinose. Effektive konsentrasjoner ligger mellom 0,075 og 0,3 mol pr. liter. (c) Høymolekylære, vannoppløselige polymere.

Disse er også karakterisert, som ovennevnte (b), ved at de ikke trenger inn i de røde blodlegemer. Som eksempler kan nevnes dekstran og polyvinylpyrrolidon. Virk-somme konsentrasjoner er fra 6 til 10 vekt-pst. Disse stoffer betegnes mere hensikts-messig i vekt-pst. enn i molaritet, fordi de har så høy molekylvekt.

(d) Blandinger av minst én fra hver av de ovennevnte klasser (a) og (b). Laktose og glukose er et eksempel på en slik blanding. Disse blandingene ventes å være mere effektive enn hver enkelt av tilsetningene, anvendt i omkring minimale konsentrasjoner. Denne antakelse under-støttes i de i tabell I angitte data.

Fremgangsmåten for oppnåelse av de i tabell I angitte data var som følger: prø-ver på hver 4 volumdeler blod blev blandet med en 0,9 pst.'s NaCl-oppløsning, og test-sukkerarten blev tilsatt så man fikk den angitte sukkeroppløsning. Det blev deretter frosset fem milliliters prøver i tynnveggede aluminiumrør av elliptisk tverrsnitt, 4 x 29 mm, ved dypping i pas-sende bad av tørris-metanol 20° C, h-40° C, -r- 77° C) eller i isopentan som var kjølet ved hjelp av flytende nitrogen (-r- 120° C). Opptøing blev foretatt ved dypping i vann av 40° C.

Tabell I viser også, at gjenvinningen av røde blodlegemer økes når prøvene fryses i bad av mer og mer lavere temperatur.

Belegg som skaffer forbedret

varmeoverf øring.

Varmeoverføring skjer som en jevn eller en ujevn prosess. I alle tilfeller er varmeoverf øring, enten denne skjer ved ledning, konveksjon eller koking, må det foreligge en temperaturforskjell.

I de tilfelle hvor temperaturen forblir konstant på sted og i tid er varmeoverføringen en jevn prosess. Hvis f. eks. et ved damp opphetet rør dyppes ned i en dam av kokende, flytende nitrogen, vil rø-rets temperatur synke under den første periode av neddyppingen, men blir deretter eventuelt praktisk talt konstant, og forblir slik under ensartede betingelser, så lenge som damp får strømme gjennom det ned-dyppende rør med en konstant mengde pr. tidsenhet.

Ikke jevn varmeoverføring inntrer i de tilfeller hvor temperaturen i et system varierer med tid og sted. Eksempelvis vil en plutselig avkjølende operasjon bevirke en ujevn eller ikke-stadig varmeoverføring. Temperaturene på forskjellige steder i prøvestykket vil synke med forskjellige hastigheter under bråkjølingsoperasjonen. Da varmeoverføringshastighetene påvirkes av foranderlig temperatur, vil disse hastigheter også være variable.

Når en væske, som er i berøring med et opphetet fast legeme, koker ved et bestemt trykk, er varmeoverføringen bestemt ved temperaturdifferansen mellom overflaten av det faste legeme og den kokende væske.

Denne avhengighet resulterer i de spesifikke kokeregimer, som kan illustreres grafisk. Fig. 1 viser den generelle form av en varmeoverføringskurve, hvor varme-strømningen, Q/A, er avsatt i forhold til temperaturdifferansen, AT, mellom overflaten av det opphetede faste legeme og den kokende væske. Koordinatene er opptegnet i logaritmisk skala. Når temperaturen av det faste legeme, som er i berøring med væsken, økes til over væskens smelt-ningstemperatur, dannes det dampbobler på spesifikke områder av overflaten (kjernedannelsessteder). Disse blærer vokser til en kritisk størrelse, frigjør seg selv fra overflaten og stiger opp gjennom væsken. Når temperaturdifferansen AT økes fra A til B langs kurven fåes det et større antall kjernedannelsessteder og en økende frekvens av blæredannelsen fra hvert kjer-nedannelsessted. Den av disse blærer be-virkede turbulens resulterer i større varmeoverføring, inntil punktet B nås. Ved punkt B, som blir kalt det kritiske varme: strømningspunkt, er antallet av kjernedannelsessteder så stort at blærene begynner å innvirke på hverandre innbyrdes, og dannes av dampfilm over flaten. I AT-området fra B til C er denne dampfilm ustabil og holder stadig på med å spres og nydan-nes med meget stor hastighet. Dampfil-mens lave varmeledningsevne nedsetter varmeovergangshastigheten i dette område. Ved punktet C blir dampfilmen stabil, omslutter det fastse legeme fullstendig, og danner således en forholdsvis rolig bar-riere over den varme flate. Bortenfor punktet C økes varmeovergangshastigheten, delvis på grunn av strålevirkninger og delvis på grunn av at dampens varmeledningsevne tiltar med temperaturer. Alt i alt kan områdene defineres som følger:

Kokekurvene har omtrent den samme form for alle væsker, men de numeriske verdier som er knyttet til kurvene vil va-riere sterkt. For vann ved atmosfæretrykk svarer punktet B omtrent til en AT på 25° C eller varmeovergang på 89.500 g-kal/ t/cm2. Punktet C inntrer ved en AT på ca. 56° C og en varmeovergang på 27 200 g-kal/t/cma. For flytende nitrogen ved atmosfæretrykk svarer punktet B omtrent til en AT på 55°C og en varmeovergang på 7880 g-kal/t/cm2 og punktet C svarer til en AT på 17° C og en varmeovergang på 544 g-kal/t/cm.2. De forskjellige kokeom-råder kan illustreres ved betraktning av en vannfylt panne som opphetes ved hjelp av en ovn. Vannet som befinner seg nærmest varmekilden oppnår sin metnings-temperatur først, og blir deretter litt over-opphetet. Det begynner da å danne seg små blærer på adskilte punkter av bunnen. Disse blærer stiger oppover og kon-denseres i den kaldere væske. Ettersom varme fortsettes å bli tilført til pannens bunn dannes det blærer på flere og flere steder, og frekvensen av blæredannelse på hvert enkelt punkt tiltar. Dette er området for kjernedannelseskoking. Det nås imidlertid eventuelt et punkt, hvor det dannes så mange blærer, at blærene kommer i be-røring med hverandre og det dannes en ustabil film på pannens bunn. Den eksplo-sive . vekst og sammenfatning av denne film viser seg øyeblikkelig ved væskens overflate, idet forholdsvis store volumer av damp frigjøres og bevirker en hel del turbulens, som undertiden resulterer i at væsken «koker over». Dette er koking med ustabil filmdannelse. La oss så tenke oss, at pannen er blitt kokt tørr, og at en liten mengde vann dryppes ned på pannens bunn. Da inntrer det såkalte «Leidenfrost-fenomen», nemlig at vannperler danser på den varme flate, uten særlig fordamp-ning. Grunnen er, at det under hver liten kule av vann er dannet en film av over-hetet damp, som virker som varmeisola-sjon mellom vannkulen og den opphetende flate. Dette er koking ved stabil filmdannelse.

I den foreliggende oppfinnelses fremgangsmåte, hvor blod skal konserveres i porsjoner, må varme overføres gjennom lagringsbeholderens faste vegg til et kokende kjølemiddel. Varmeoverf øringshas-tigheten økes sterkt, hvis man forandrer temperaturdifferansen slik at systemet kommer i de ustabile eller kjernepunkt-dannende områder. Av fig. 1 vil det frem-gå at koketypen og dermed varmeovergangen kan forandres ved å endre temperaturdifferansen AT mellom den kokende væske og den flate som denne væske er i berøring med. Således vil en nedsettelse av verdien av AT fra et punkt som f. eks. C til et punkt hvorsomhelst mellom C og A' medføre en øket varmeovergang fra det faste legeme til den kokende væske. Dette oppnås ved at man mellom et fast legeme og en væske som er på sitt kokepunkt inn-skyter et materiale som har en tilstrekkelig lav varmeledningsevne til at temperaturdifferansen AT reguleres til en verdi som tillater en større varmeoverføring pr. tidsenhet. 'Det faste legeme består med fordel av metall, fortrinnsvis et godt varmeledende sådant, slik at motstanden mot varmestrømning gjennom skilleveggens masse er minst mulig.

Det isolerende materiale kan være et hvilket som helst stoff som er kjemisk og termisk stabilt i det temperaturområde som anvendes og som har en lavere varmeledningsevne enn materialet i blodlagrings-beholderen. Det isolerende materiales varmeledningsevne er med fordel under 0,00062 g-kal/sek/cm2/°c. Det isolerende materiale skal ha en tilstrekkelig tykkelse til at verdien av AT mellom det kokende flate og metningstemperaturen av det flytende kjølemiddel innstilles på størrelse ved hvilken en mere effektiv varmeovergang finner sted. Den tykkelse av den isolerende film som er nødvendig for å regulere temperaturdifferansen AT til den mest effektive verdi er en funksjon av fil-mens varmeledningsevne og tykkelse og av beholderveggens varmeledningsevne, samt av kjølemidlet kokeegenskaper.

For å belyse innvirkningen av tynne, isolerende belegg på koking fra et fast legeme under ustabile kokeforhold ble aluminiumsylindere av 9,6 mm diameter og 2,5 cm lengde plutselig dyppet ned i flytende nitrogen, som kokte ved ca. 196° C, med og uten isolerende belegg. Et termoelement ble anbragt midt inne i alumini-umsylinderen og ble forbundet med et apparat som anga temperaturen i beholderens akse som funksjon av tiden. Det ble notert hvor lang tid det tok å avkjøle aluminiumsylinderne fra 25° C til 196° C. Resultatene av disse bestemmelser for en ikke isolert sylinder og for sylindere med forskjellige tykke belegg av petroleumpa-raffinrester, såkalt «vaselin», er vist i fig. 2.

Fra hellingen av kjølekurvene på tem-peraturanviseren ble det videre beregnet og opptegnet varmeovergang som funksjon av sylindertemperaturen.

Som det fremgår av fig. 2 behøvde den ubelagte sylinder ca. 55 sekunder for å av-kjøles fra 25° C til 196° C, mens det bare behøvdes ca. 14 sekunder for å kjøle en ellers lik sylinder som var isolert med et 0,10 mm tykt belegg av «Vaselin». Av fig.

3 fremgår det, at den ubelagte sylinder avkjøles fra 0° C til ca. -f- 150° C med en hastighet av under 1630 g-kal/t/cm2, og deretter går gjennom en rask varmeover-gangstopp på 8150 g-kal/t/cm2 ved en lavere temperatur, Med økende isolasjons-lagtykkelse blir varmeovergangstoppen bredere i forhold til temperaturen. Som før diskutert, er det blitt funnet at varmeovergangen må være minst 3310 g-kal/t/ cm2 over hele temperaturområdet for å fryse en blodporsjon tilstrekkelig hurtig til at en stor mengde av de røde blodlegemer kan gjenvinnes. Dette vil si, at hvis de foran nevnte aluminiumsylindere anvendes for fryselagring av blod ved dyp-

ping i flytende nitrogen, viser fig. 3 at det kreves bruk av et vaselinbelegg hvis tykkelse er minst 0,15 mm.

Det blev også anbragt andre isolerende filmbelegg på aluminiumsylinderne, og den tid som trengtes for å kjøle fra 25° C til 196° C i kokende, flytende nitrogen ble notert. Resultatene av disse forsøk er angitt i tabell II.

Forsøk har avgjørende bevist at an-vendelsen av tynne belegg, f. eks. av den foran nevnte «vaselin», på blodlagrings-beholdere gir meget kortere avkjølings-tider og øket gjenvinning av røde blodlegemer etter at blodet er blitt tødd opp igjen. Eksempelvis ble menneskeblod, som inneholdt 0,3 mol/liter laktose som beskyttende tilsetning frosset i de ovenfor nevnte alu-miniumbeholdere ved å dyppes i et bad av flytende nitrogen ved —196° C. Det ble anbrakt stadig tykkere lag av «vaselin» på beholderne og gjenvinningen av røde blodlegemer etter opptøing ble bestemt. Tabell III viser de erholdte resultater.

Oppfinnerne har funnet at varme-o ver gangen mellom kjølemidlet og beholderveggen kan forbedres ytterligere hvis et lag av pulverformet materiale anbringes på det tynne, isolerende filmbelegg. Et slikt pulverlag skaffer en diskontinuer-lig overflate som befordrer blæredannelse, og de frie partier av pulverpartiklene kjø-les ned hurtig. Herved økes den hastighet med hvilken koking i kjernedannelsesom-rådet etableres. De egenskaper hos pulveret som synes å være de viktigste hva angår effektiviteten av varmeoverførin-gen er pulverpartiklenes størrelse og for-delingen av partikkelstørrelsen. Hvis de fysiske egenskaper hos de anvendte partik-ler er ens, mens partikkelstørrelsene varieres, kreves det en noe tykkere isolerende film når og ettersom pulverpartikkelstør-relsen minskes. Et silika-aerogelpulver med en partikkelstørrelse på 0,04 mikron ga de beste resultater med et 127 mikron tykt underlag av glyserin, mens pulverformede, krystallinske metallaluminium-silikat-zeolitter av partikkelstørrelse 2— 4 mikron ga en optimal varmeovergang nåi de ble anbrakt på en glycerinfilm av ca. 102 mikron tykkelse.

Hvis pulveret består av det forholdsvis dårlig varmeledende materiale, f. eks. av ikke-metalliske stoffer som eksempelvis silika-aerogel eller zeolittpulvere, som nevnt ovenfor, vil deres isolerende egenskaper hjelpe til med å etablere en overflate mot kokende væske som befordrer kjernedannelseskoking, og det behøves et forholdsvis tynnere isolerende underbelegg, enn hvis det benyttes et pulver som har stor varmeledningsevne, f. eks. metallpulver.

På grunn av det innbyrdes forhold mellom pulverpartikkelstørrelsen og un-derlagsfilmens tykkelse, kreves det en viss uniformitet i pulverpartiklenes størrelse. Generelt foretrekkes pulvere av finere par-tikkelstørrelse, og disse er generelt mere jevnstore enn grovere pulverpartikler.

Foruten findelt kiselsyre, f. eks. silika-aerogel, hvis agglomerat-partikkelstør-relse er mindre enn ca. 0,1 mikron, samt krystallinsk zeolitt, mol-sikt A og X, begge i agglomerat-partikkelstørrelser på 2—4 mikron, er det også blitt anvendt pulverisert sukker. Silika-aerogel foretrekkes frem for sukker fordi den lettere kan skaffes i ultrafine partikkelstørrelser med jevn størrelse, hvilket er ønskelig for at fremgangsmåten skal kunne reproduseres i praksis, mens sukker må males ned til rik-tig partikkelstørrelse, for at optimale resultater skal oppnås. Zeolitt A er beskrevet i U.S. patent nr. 2 882 243 og zeolitt B er beskrevet i U.S. patent nr. 2 882 244, begge offentliggjort 14.4 1959, i navnet R. M. Milton.

Det er å bemerke, at når et pulverlag skal anvendes stilles det et ekstra krav til egnede filmbelegg. Underbelegget må nemlig bestå av et materiale som tar opp og holder fast på pulveret. Både glyserin og pyrrolidon er blitt anvendt med hell. Glyserin er blitt anvendt alene, og også for-tynnet med metanol. Blant andre under-beleggmaterialer kan generelt nevnes oljer i sin alminnelighet, samt silikonvæs-ker. I den foreliggende blodkonserverings-metode foretrekkes det å benytte et vann-oppløselig underbelegg, slik at det vaskes bort under opptøingsprosesser. Alle de ovennevnte materialer er enten vannopp-løselige eller kan fåes i en vannoppløselig form. Eksempelvis er mange rensende oljer tilgjengelige. Oppløsnings- eller fortyn-ningsmidlet, f. eks. den ovennevnte metanol, kan også varieres. Eksempelvis kan etanol, vann eller annet stoff som ikke innvirker på fjernelse av vann fra filmen benyttes. Fortynningsmidlets funksjon er

å regulere den isolerende films egenskaper, slik at (a) det fås en godt vedhen-gende, jevn film, enten denne blir påført ved dusjing, dypping eller på annen måte, (b) at filmen holder seg flytende iallfall inntil pulveret er blitt påført, og (c), i enkelte tilfeller, å virke som et plastisiserende middel og å hjelpe til med å hindre ut-tørking og avflaking eller avskalling under k j øleoperasj onen.

Den tynne isolerende film og pulverlaget kan anbringes på yttersiden av blod-lagringsbeholderen på en hvilken som helst egnet måte, f. eks. ved å dyppe beholderen i en oppløsning som inneholder det isolerende materiale. I et slikt tilfelle kan den isolerende films tykkelse reguleres ved å tilpasse konsentrasjonen av oppløsningen og antallet av dyppinger.

Eksempelvis kan det fremstilles en av glyserin og metanol bestående fortynnings-oppløsning, som inneholder minst 20 pst. glyserin. Beholderen dyppes i denne opp-løsning og trekkes deretter ut og får for-bli i luften i ca. 30 sekunder. Det sistnevnte «modnings»-trinn bevirker at filmen blir stabilisert før pulverlaget påføres. Iallfall en del av oppløsningsmidlet fordampes, og den resulterende film blir mere ensartet, sannsynligvis fordi dens viskositet tiltar. Enkelte filmkomposisjoner kan naturligvis påvirkes uheldig ved for langvarig mod-ning, derved at et for stort tap av opp-løsningsmiddel vil medføre dårlig vedheng-ningsevne, før eller under frysetrinnet. Modningen skjer fortrinsvis før pulveret tilsettes til filmen, selv om den dog også kan skje etter denne tilsetning.

Forsøk har vist, at den optimale varmeoverføringskoeffisient i den kritiske temperatursone fås når en 50 pst.'s glyse-rinmetanoloppløsning anvendes — til forskjell fra oppløsninger som har større eller lavere innhold — og når pulveret er findelt silika-aerogel. Hvis det benyttes et sukkerbelegg, foretrekkes det en 22 pst.'s glyserin i metanoloppløsning. En 50 pst.'s glyserinoppløsning gir en filmtykkelse av ca. 0,13 mm, mens en 22 pst.'s glyserinopp-løsning gir en beleggtykkelse av ca. 0,038 mm. Som foran nevnt er den foretrukne kiselsyrepartikkelstørrelse under 0,1 mikron, og den foretrukne sukkerpartikkel-størrelse er fra 0,221—0,107 med siktmaske-åpninger (60—140 masker Tyler).

I stedet for å påføre den tynne isolerende film ved dypping kan det anvendes andre fremgangsmåter, f. eks. bedus-jing for hånd. Pulver blir fortrinsvis på-ført den modnede, isolerende film ved hjelp av en drivgass.

Det ble utført en rekke forsøk som viser at underlag av glyserinfilm med på-ført lag av findelt kiselsyre og sukker, øker varmeoverføringen i henhold til oppfinnelsen. I disse forsøk ble et prøvestykke av 4,13 cm diameter og 10,2 cm lengde, bestående av massivt kobber, forsynt med et termoelement nær ved sin overflate og med et annet termoelement nær ved sin midte. På prøvestykket ble det anbrakt glyserinfilm ved at dette ble dyppet i en bestemt glyserinoppløsning og deretter trukket opp og filmen fikk stabilisere seg i 30—60 sekunder, hvoretter vedkommende pulver ble dusjet på filmen. Den således preparerte prøve ble dyppet i flytende nitrogen, og kjølehastigheten ble bestemt ved hjelp av de to termoelementer. Som kjøle-tid ble notert den tid fra hvilken det ytre termoelement passerte 0° C til det tids-punkt da det indre termoelement nådde

-46° C. Dette omfatter det kritiske temperaturområdet for frysing av blod. Det ble oppnådd følgende resultater:

Av tabell IV frembår det, at en glyserinfilmtykkelse av ca. 0,13 mm skaff ei-den største varmeovergang for tidsenhet når findelt kiselsyre anvendes som pulver-formig materiale. Det sees også at maksimal varmeovergang ble oppnådd ved en glyserinfilmtykkelse av 0,038 mm som var forsynt med et sukkerbelegg hvis partik-kelstørrelse var fra 0,221-0,107 mm (Tyler masker 60—140).

Det ble utført en annen rekke av for-søk som tydelig viste hvilken ekstra varmeoverføring som kan oppnås ved å benytte et pulverlag på det tynne, isolerende filmunderlag. I disse forsøk ble et tynt glyserinbelegg dusjet på en kobbersylinder av 4,13 mm diameter og 5,1 cm lengde, hvoretter et overskudd av pulverisert sukker ble påført på belegget. Varmeoverfø-ringshastigheten som ble oppnådd sammen med sukkerbelegget var i middel 16 gan-ger større enn den som ble oppnådd med en ubelagt beholder. Det tok 350 sekunder å kjøle den ubelagte sylinder ned fra 25° C til —196° C i flytende nitrogen. Den samme sylinder ble nedkjølt i løpet av 22 sekunder når den var forsynt med glyserin-sukker-belegg. Fig. 4 viser de varmeoverføringer som oppnås med et slikt belegg, angitt som en funksjon av prøvestykkets temperatur. Fig. 5 viser forbedringen i varmeovergang ved forskjellige prøvestykke-temperaturer. Forbedringen i varmeovergang kan være så stor som det 35-dobbelte ved en prøvetemperatur på —100° C. Ved denne temperatur er varmeovergangen hos en ubelagt prøve meget liten, nemlig ca. 544 g-kal/t/cm2. Det fremgår av fig. 4 og 5 at de beste frysehastigheter kan fås ved anvendélse av glyserin-sukker-belegg.

Det ble utført forsøk for å finne ut om varmeoverføringsegenskapene hos glyserin-sukkerpulver-beleggene' var reprodu-serbare, og det funnet en optimal beleg-gingskomposisjon for frysing av blod por-sjonsvis i henhold til den foreliggende fremgangsmåte. Ved denne undersøkelse ble det undersøkt de følgende variables betydning: 1. Tykkelsen av belegget av glyserin-suk-kerpulver. 2. Vekten av glyserin-sukkerpulverbeleg-get. 3. Partikkelstørrelsen av sukkerpulveret i belgget. 4. Modningen (alderen) av glyserin-suk-kerpulverbelegget. Fig. 6 angir den tid som behøves for å avkjøle den nevnte kobbersylinder fra 25° C til —196° C, som funksjon av de fire ovennevnte variable. De fire kurver har brede, flate partier i hvilke kjøleperiodene er konstante, hvilket viser at beleggenes varmeoverføringskarakteristikker lett kan reproduseres innenfor kurvenes flate områder. Men ved frysing av blod er varmeovergangen ned til ca. —50° C av større betydning enn den samlede varmeoverfø-ringshastighet. Fig. 7 viser varmeoverfø-ringshastighetene i området 0° C til —75° C som funksjon av de samme fire variable, som er nevnt ovenfor. Også her har kurvene forholdsvis brede, noe flate eller helt flate avsnitt, hvilket antyder at varmeoverføringshastighetene kan reproduseres, for et forholdsvis stort område av belegg-ingsbetingelser. Varmeoverføringshastigheten ved over —50° C, under opptøingen av frosset blod, er også viktig fordi at de røde blodlegemer kan bli skadd i dette temperaturområde, både under opptøing og under frysing. Fig. 8 belyser varmeovergangshastighetene på de belagte sylindere under oppvarming i en jevn strøm av vann, som funksjon av de fire variable. Et studium av fig. 8 viser at varmeovergangshastighetene ikke påvirkes av disse variable i temperaturområdet fra —75° C til 0° C. Dette er meget fordelaktig for at opptøingsoperasjonen skal kunne reproduseres.

De anvendte beleggmaterialer er ikke giftige, er billige og lette å skaffe. De innvirker uheldig på oppsamling eller over-føring av blod hvis beholderen belegges etter at blodet er blitt oppsamlet. Glyserin-sukker-belegget oppløses lett i vann under opptøingstrinnet, og har derfor ingen uheldig innflytelse når en pasient skal få en blodoverføring.

Kjølemiddel.

Et for anvendelse i den foreliggende oppfinnelse egnet kjølemiddel må naturligvis være koldt nok til å fryse det biologiske materiale. Når det gjelder blod, be-tyr dette at kjølemidlet må ha en temperatur under ca. —120° C, hvis en rimelig mengde brukbare røde blodlegemer skal kunne gjenvinnes.

Som kjølemiddel foretrekkes flytende nitrogen, da det har den fordel å være forholdsvis inert, være sikkert å håndtere og være relativt billig. Det har også et meget lavt kokepunkt, nemlig —196° C ved atmosfæretrykk. Flytende nitrogen kan f. eks. fås på vel kjent måte ved rektifisering av luft. Det kan imidlertid benyttes andre kjølemidler, f. eks. flytende luft (som inneholder normale mengder av nitrogen), helium, neon, argon og krypton.

Flytende nitrogen og de andre lavt-kokende kjølemidler er mettede væsker ved atmosfæretrykk og koker heftig når en varm gjenstand, f. eks. en blodlagringsbeholder, dyppes i den. Varmeovergangen er avhengig av temperaturdifferansen AT mellom væsken og den varme gjenstand, som forklart foran. Ved meget store verdier av AT dannes det omkring den varme beholder en dampfilm, som bevirker at varmeovergangen blir meget dårlig. Denne dampfilm blir mindre og mindre stabil ettersom AT-verdien avtar, og varmeovergangen forbedres. Ved en AT-verdi av ca. 3° C (for flytende nitrogen) fås maksimal varmeoverføring, som faller ettersom AT nedsettes til null. I betraktning herav skulle man kunne tenke seg, at en prohibi-tiv lav varmeoverføringshastighet inntrer når en blodlagringsbeholder av 25° C blir plutselig dyppet i flytende nitrogen av —196° C. Men anvendelse av de foran beskrevne belegg på yttersiden av beholderveggen gjør det imidlertid mulig at overflaten som er i berøring med den flytende nitrogen kjøles meget hurtig og at gir en AT-verdi nærmere til 3° C.

For å tø opp en beholder som inneholder frossent blod er det nødvendig på-nytt å passere gjennom det kritiske temperaturområde fra —50° C til smelting, så hurtig som mulig. Uheldigvis ligger det en ytterligere begrensning deri at blod blir hurtig og irreversibelt skadd ved høyere temperaturer enn 50° C. Derfor må temperaturen av det fluidum som anvendes for å foreta opptøingen ikke være noe vesentlig over denne verdi. Vann er det foretrukne medium, men det kan også tenkes andre metoder, f. eks. opptøing ved hjelp av radiofrekvensenergi.

Den nøyaktige grunn til at blodlegemene skades ved den kritiske temperatur er ikke kjent, men den kan bero på den ene eller begge følgende, nemlig (1) fort-satt utvidelse av iskrystallene og (2) øk-ningen av elektrolytt- eller saltkonsentra-sjonen ettersom vann fryses ut av oppløs-ningen. Hvis dette er tilfelle skulle det ikke være nødvendig å ta hensyn til den tid som behøves for å fjerne smeltevarmen for alt blodet, men bare den siste økning. Det ble foretatt forsøk for å finne sam-menhengen mellom den tid blodet befinner seg i temperaturområdet fra —10 til

—50° C og gjenvinningen av røde blodlegemer. Dette ble gjort ved å plassere et termoelement i midten av blodmassen, i for-søk hvor beholderen ble rystet både under frysingen og under opptøingen. Resultatene viste, at med 0,3 mol/liter laktose (10,7 pst.) som beskyttende tilsetning er det nødvendig å føre blodet gjennom denne temperatursone, både under frysing og under opptøing, i løpet av under 15 sek., for at 85 pst. eller mere av de røde blodlegemer skal gjenvinnes. Hvis denne tid nedsettes til 10 sek. eller mindre kan 90

pst. gjenvinning oppnås. Med en beskyttende tilsetning av 5 pst. glukose og ll/ 2 pst. laktose vil en kumulativ tid på under 40 sek. gi 85 pst. gjenvinning og 25 sek. gi 90 pst. gjenvinning av de røde blodlegemer.

Det kan benyttes en hvilken som helst i praksis anvendbar metode for å bringe varmeutvekslende fluider i berøring med blodlagringsbeholderveggene, omenn det i de foran beskrevne forsøk bare ble anvendt enkel dypping i et flytende bad. En alternativ metode består i å benytte et fluidum-sirkulasjonssystem, hvor kjølemidlet og/ eller opptøingsmidlet kan tvangsdrives langs beholderveggen, hvorved det muli-gens kan oppnås hurtigere varmeoverf øring enn ved enkel dypping. Et annet alternativ er å sprøyte kjølemidlet mot beholderveggen, og forsøk med flytende nitrogen har vist at det herved fås betydelig bedre varmeovergang enn ved enkel dypping. Grunnen hertil er antakelig at dusjens skrubbende virkning hindrer dannelse av en sammenhengende dampfilm.

Beholderne.

Oppfinnerne har funnet, at en betydelig økning av gjenvinningen av røde blodlegemer kan oppnås under visse forhold, hvis blodoppbevaringsbeholderen rystes under fryse- og opptiningsoperasjonene. Dette skyldes antakelig, at varmeoverfø-ringseffektiviteten økes ved det smeltende resp. frysende blod sirkulerer, sammenlik-net med stillestående beholdere, hvor varme må overføres til og fra midtpartiet av det lagrede blod, gjennom det omgivende blod, som er i berøring med beholderveggene.

Grunnene til denne foreteelse vil for-stås best ved å studere fryse- og oppti-

ningsmekanismene. Straks den kalde beholder bringes i berøring med varmt vann dannes det nærmest ved beholderveggen

et lag av tinet blod. Dette lag har % av is'

varmeledningsevne, og langt mindre varmeledningsevne enn beholderveggen, hvor-for det øyeblikkelig nedsetter varmeoverføringen fra beholderen. Ved å ryste det flytende lag oppnår man bedre varmeoverføring mellom dette og den isholdige overflate av det øvrige, frosne blod. Hvis beholderen rystes under opptiningen fås det derfor relativ bevegelse mellom væsken og isen, og varmeovergangen forbedres. Forsøk har vist, at rysting av beholderen under opptiningen ikke gir noen vesentlig fordel hvis blodmassens tykkelse er 6 mm eller mindre, men hvis tykkelsen er ca. 10 mm eller mere gir rysting en av-gjort fordel. Forsøk har også vist, at hvis blodmassens tykkelse er 17 mm eller mere gir rysting under frysing en forbedring, f. eks. slik at gjenvinningen av røde blodlegemer kan bli 1—2 pst. større. I en beholder av 33 mm diameter kan denne økning gå opp til 20—25 pst.

Det ble foretatt en rekke forsøk, som tydelig viser den forbedring som fås ved å ryste under opptining, i disse forsøk var et glyserin-sukkerbelegg anbrakt på en beholder og blod, som inneholdt 0,3 mol/liter laktose som beskyttende tilsetning, ble frosset i sin beholder ved at denne ble dyppet i flytende nitrogen. Blodet ble deretter tint opp igjen i et vannbad. Beholderen ble rystet mekanisk og amplituden er angitt i den nedenstående tabell V, som den maksimale distanse fra maksimal ut-svingning i én retning til maksimal ut-svingning i den motsatte retning. Ryste-frekvensen ble konstant holdt på 188 syk-ler pr. min.

Det fremgår av tabell VII, at hvis blodprøven opptar for meget av det tilgjengelige beholdervolum blir graden av indre turbulens ved rystingen minsket og resulterer i at prosenten av gjenvunne blodlegemer blir mindre. Mot denne til-bøyelighet står imidlertid de hensyn som bør tas med hensyn til volum- og tran-sportforhold, og et blodblandingsvolum som utgjør ca. 60 pst. av beholdervolumet foretrekkes som en optimal balanse mellom de to ekstremer, når oppfinnelsen skal anvendes i praksis.

Med hensyn til det materiale som blodbeholderne utføres av ble det funnet at egnede materialer må gi en K/L-verdi av minst 0,3375, hvor K er materialets varmeledningsevne i g-kal/t/cm/°C og L er beholderens vegg-tykkelse i cm. Hvis K/L-verdien er mindre enn 0,3375, kan varme ikke innføres gjennom de fortrinsvis ubelagte beholdervegger tilstrekkelig hurtig under opptiningen til å unngå vesentlig beskadigelse av de røde blodlegemer. Blant de beholdermaterialer som oppfinnerne har funnet egnet er aluminium, magne-sium og rustfritt stål. Tabell VII viser at 35 ml beholdere av disse materialer opp-viser meget liten forskjell i deres oppfør-sel under ellers like forhold.

Det ble undersøkt mange forskjellige beholderfasonger, som ble funnet egnet for den foreliggende oppfinnelsen. Det fin-nes to grunnfasonger, nemlig en flat form og en sylindrisk form, eller kombinasjoner av disse to. I og for seg er den sylindriske form mere effektiv enn den flate, da den førstnevnte gir det dobbelte forhold areal : volum enn den sistnevnte gir. Fra et praktisk synspunkt har imidlertid den flate fasong visse fordeler. Den kan eksempelvis bygges med en mindre fysisk størrelse enn den sylindriske, for et gitt volum. Den er sannsynligvis også billigere å fremstille. Eksempevis er en beholder av flat, rektangulær type, som vist i fig. 9, med innløps- og utløpsrør 50 resp. 51, særlig egnet da den kan lagres med den største pakkingsfaktor (minst dødrom) blant forskjellige mulige konfigurasjoner. Dette gir besparelse i lagringssystemet, og beholderen er billig å fremstille. Den praktiske fordel ved beholderen i fig. 9 er en funksjon av tykkelsesdimensjonen C. En beholder av full størrelse for bruk i den foreliggende oppfinnelse må kunne oppta ca. 500 ml blod, foruten den beskyttende tilsetning. Hvis det antas at den beskyttende tilsetning svarer til 10 pst. av blodvolumet og at det i beholderen skal være 10 pst. fritt rom for isens utvidelse under frysingen, må beholderens samlede kapasitet være 600—650 ml. Selvfølgelig er det ønskelig å gjøre beholderen så liten som mulig, hvilket vil si at tykkelsesdimensjonen C må være så stor som mulig, hvilket vil si at tykkelsesdimensjonen C må være så stor som mulig, samtidig som gjenvinningen av røde blodlegemer må være akseptabel.

Hvis frysingen skjer ved enkel dryp-ping i flytende nitrogen, under anvendelse av glysering-sukkerbelegg på beholderne og opptiningen skjer ved dypping i varmt vann, kan tykkelsen C sannsynligvis ikke overstige ca. 6 mm. Hvis denne er større vil den indre motstand mot varmeovergang bli for stor til at det kan oppnås tilstrekkelig hurtig kjøling og oppvarming. En slik verdi for tykkelsen C fører til at bredden A og høyden B må bli ca. 40 cm. Imidlertid foretrekkes det, som før nevnt, å ryste beholderen både under frysingen og opptiningen. Under disse forhold er C fortrinsvis større enn 10 mm. Videre foretrekkes det at bare ca. 60 pst. av beholderkapasi-teten blir opptatt av blodblandingen. Dette krever en beholderkapasitetet på ca. 900 ml.

Det ble funnet, at tilfredsstillende gjenvinning av røde blodlegemer kan oppnås med en rektangulær beholder hvor C er 19 cm. Det kan være mulig å benytte rektangulære beholdere som har ennå større tykkelse.

En sylindrisk beholder, som vist i fig. 10, kunne også være egnet for lagring av blod i henhold til oppfinnelsen. For den foretrukne metode, hvor beholderen rystes under frysing og opptining, måtte da beholderens diameter D være over 10 mm og under 33 mm. En samlet kapasitet på 900 ml ville være nødvendig.

En annen i praksis brukbar beholder-fasong er vist i fig. 11 og 12. Denne beholder har et skall 52, som ved hver ende er lukket av en rør-plate 53 resp. 54. Disse siste er forsynt med en flerhet av jevnt fordelte åpninger 55, og hver åpning er plasert omkring den samme lengdeakse som en tilsvarende åpning i rørplaten ved beholderens annen ende. De til hinannen svarende åpninger kommuniserer med hinannen gjennom en ledning eller kanal 56 som ved hver ende er forseglet til kanten av vedkommende plates åpning. Ledningene 56 strekker seg altså i hele skallets 52 lengde, og danner passasjer gjennom hvilke fryse- resp. opptiningsfluidum kan strømme, som antydet i fig. 12. Blodblandingen innføres resp. trekkes ut gjennom rørstusser 50 resp. 51, som strekker seg gjennom den øvre rørplate 53.

Det varmeutvekslende medium kan for eksempel sirkuleres kontinuerlig gjennom passasjene 56, eller alternativt kan beholderen dyppes i et kjølebad slik at «termisk hevert»-virkning nyttes. Dette skjer når

et rør innføres vertikalt i en kokende

væske. Idet væsken trer inn ved den ne-derste ende av røret blir den delvis for-dampet av rørets varme vegg. Dampen ek-spanderer væsken og uøver en «stempel-liknende» virkning som driver væsken opp gjennom røret med stor hastighet.

Tabell VIII gir en oversikt over fremgangsmåten ifølge oppfinnelsen og dennes fordeler, stillet sammen som resultat av forskjellige forsøk.

Claims (14)

1. Fremgangsmåte for konservering av biologiske stoffer, spesielt blod, hvor man anbringer vedkommende stoff i en beholder, trekker varme fra beholderens ytterside ved å bringe beholderen i berø-ring med et kjølemiddel, fortrinsvis flytende nitrogen, i tilstrekkelig lang tid til å fryse det biologiske stoff inne i beholderen, og deretter lagrer det frosne stoff, karakterisert ved at varme trekkes bort fra beholderveggen i en mengde av minst 3660 g-kal/t/cm2 beholderoverflate ved at et tynt varmeisolerende belegg som har en varmeledningsevne på under 0,00062 g-kal/sek/°C anbringer på yttersiden av beholderen, før beholderen bringes i berøring med kjølemiddelet.

2. Fremgangsmåte ifølge påstand 1, karakterisert ved at det anvendes et belegg som er oppløselig i vann, og at det frossede stoff tines opp ved at beholderen bringes i berøring med vann, hvorved belegget fjernes.

3. Fremgangsmåte ifølge påstand 1 eller 2, karakterisert ved at et lag av pulverformet materiale anbringes over det nevnte belegg.

4. Fremgangsmåte ifølge en hvilken som helst av påstandene 1—3, karakterisert ved at det anvendes en beholder som består av et materiale som gir en K/L-verdi av minst 0,3375, hvor K er materialets varmeledningsevne i g-kal/sek/ cm/°C, og L er beholderens veggtykkelse i cm.

5. Fremgangsmåte ifølge påstand 4, karakterisert ved at den anvendte beholder har en kapasitet på minst 500 ml.

6. Fremgangsmåte ifølge påstand 1 —5, karakterisert ved at det anvendte belegg består av polyvinylpyroli-don.

7. Fremgangsmåte ifølge påstand 1 —5, karakterisert ved at det anvendes et belegg som inneholder glyserin.

8. Fremgangsmåte ifølge påstand 7, karakterisert ved at belegget har en tykkelse av minst 0,15 mm.

9. Fremgangsmåte ifølge påstand 7 eller 8, karakterisert ved at et lag av pulverformet sukker anbringes over glyseringbelegget.

10. Fremgangsmåte ifølge påstand 9, karakterisert ved at det anvendte pulverformede sukker har en partikkel-størrelse av mellom 60 og 140 Tylermasker (åpninger på 0,221—0,107 mm).

11. Fremgangsmåte ifølge påstand 10, karakterisert ved at det anvendes et glyseringbelegg som har en tykkelse av 0,038 mm.

12. Fremgangsmåte ifølge påstand 7 eller 8, karakterisert ved at et lag av findelt kiselsyre anbringes ovenpå gly-serinbelegget.

13. Fremgangsmåte ifølge påstand 12, karakterisert ved at den findelte kiselsyre består av agglomeratstørrelser på under 0,1 mikron.

14. Fremgangsmåte ifølge påstand 13, karakterisert ved at det benyttes et glyserinbelegg som har en tykkelse av 0,13 mm.