Пристрій для заморожування або відтавання біологічних об`єктів

Винахід відноситься до кріобіології, а саме до розробки пристрою у вигляді щипців для кріоконсервації біологічних об'єктів і може бути застосований у біотехнології, медицині, тваринництві, рибному господарстві. Відомий пристрій для заморожування-відтавання біооб'єктів, який дозволяє отримати швидкість заморожування Вз=90°С/с та відтавання Вв=80°С/с (Вв/Вз=0,9), що складається з термоізоляційної посудини з холодоагентом, виготовленим з теплопровідного матеріалу, розміщеним в теплоізольованій посудині, яка заповнюється високотеплопровідним порошком з дисперсністю 5-200 мкм. Тривалість заморожування при цьому складає близько 2 с хА. с. №1655426 Пристрій для заморожування біооб'єктів МКВ5 A01N1/00, 3.3875501/14, заявл. 18.04.85. Опубл. 15.06.91, Бюл. №22ї. Проте цей пристрій має істотний недолік, а саме налипання порошку та забруднення контейнера і всіх матеріалів, які знаходяться з ним в безпосередньому контакті. Відомо також пристрій для заморожування біооб'єктів, який дозволяє виключити забруднення матеріалів холодо- або теплоагентом і збільшити швидкість заморожування до Вз=370°С/с, а відтавання - до Вв=417°С/с (Вв/Вз=1,1). Він складається з двох паралельно стикованих мідних пластин розміром 10х20х40 мм, що прилягають одна до другої з розміром щілини 250-300 мкм та має вигляд щипців. Паралельність сходження пластин забезпечується через шарнірне кріплення, між мідними пластинами передбачені обмежувальні елементи, що запобігають механічному пошкодженню пластин та забезпечують фіксацію розміру щілини між ними. На верхній частині мідних пластин розміщуються пластикові чохли та фторопластові прокладки, завдяки яким зменшується інтенсивність теплообміну між мідними пластинами щипців та навколишнім середовищем хПатент 357445А Україна, МКВ5 A01N1/00 Пристрій для заморожування-відтавання біооб'єктів. - з. 98041888, заявл. 14.04.98. Опубл. 16.04.2001, Бюл. №3ї. Проте цей пристрій має істотні недоліки, а саме, передбачає використання контейнеру для біоматеріалу з фіксованим об'ємом (V=100 мкл), не дозволяє кріоконсервувати суспензії клітин з більшими об'ємами, не забезпечує точне регулювання та збільшення швидкості відтавання біооб'єктів. Завданням винаходу є створення пристрою для заморожування або відтавання біологічних об'єктів, в якому завдяки новому конструктивному рішенню забезпечується можливість збільшення об'єму заморожуваного біооб'єкту та регульоване збільшення швидкості відтавання, що дозволяє уникнути рекристалізації в клітинах при відтаванні. Поставлене завдання вирішується таким чином, що у пристрої для заморожування або відтавання біооб'єктів, виконаному у формі щипців з двома паралельно стикованими у робочому стані металевими пластинами в якості холодо- або теплоносія з утворенням між ними щілини для розміщення контейнеру з біооб'єктом, розмір якої заданий обмежувальними елементами, розміщеними між металевими пластинами, причому останні оснащені термозахисними чохлами та прокладками, винаходом передбачено, що обмежувальні елементи виконані у вигляді гвинтів з можливістю зміни розміру щілини між металевими пластинами, а між ручками щипців розміщена пружина у формі скоби з можливістю фіксації обох її кінців у положенні, що забезпечує стикування мідних пластин, причому один з кінців пружини контактує з механічним запобіжником, здатним здійснювати роз'єднання кінців скоби через короткий проміжок часу. Згідно з винаходом металеві пластини заявленого пристрою можуть бути виготовлені з будь-якого металу або сплаву з теплопровідністю не нижчою за теплопровідність міді. Технічна суть і принцип дії запропонованого пристрою у формі щипців пояснюється кресленням, на якому фіг. - схема пристрою для заморожування або відтавання біооб'єктів, де 1 - металеві пластини, 2 -обмежувальні гвинти, 3 - Х-подібна основа щипців, 4 - ручки щипців, 5 -пружина у формі скоби, 6 - запобіжник, 7 - термозахисні чохли, 8 -контейнер з біооб'єктом, 9 - термозахисні прокладки, 10 - шарнірне кріплення, 11 - фіксатор. Заявлений пристрій для заморожування або відтавання біооб'єктів складається з двох металевих пластин 1 з обмежувальними гвинтами 2, X-подібної основи щипців 3, ручок щипців 4, пружини у формі скоби 5, запобіжника 6. На зовнішньому боці металевих пластин 1 розміщені темозахисні чохли 7. У зоні розміщення контейнеру з біооб'єктом 8 для додаткової теплоізоляції між термозахисними чохлами 7 і поверхнею металевих пластин 1 додатково розміщені термозахисні прокладки 9. Одна з металевих пластин 1 жорстко з'єднана з Х-подібною основою щипців 3. Для забезпечення паралельного розташування металевих пластин 1 у робочому стані при їх стисканні передбачене шарнірне кріплення 10 другої металевої пластини 1 до Х-подібної основи щипців 3. Між ручками щипців 4, виготовлених із термоізолюючого матеріалу, розміщена пружина у формі скоби 5 з можливістю фіксації обох її кінців при стикуванні металевих пластин 1, наприклад, за допомогою фіксатора 11, виконаного у формі рухливого гачка або пластини з виступом або будь-якої іншої конструкції, яка забезпечує роз'єднання кінців пружини у формі скоби 5 при переміщенні запобіжника 6. Конструкція запобіжника 6 обумовлює стикання металевих пластин 1 протягом короткого часу, забезпечуючи практично миттєве їх роз'єднання. Заявлений пристрій передбачає використання будь-якої конструкції запобіжника 6, що відповідає вище наведеним умовам. Заявлений пристрій може працювати у двох режимах: заморожування або відтавання. Особливого значення застосування запобіжника 6 набуває при проведенні відтавання біоо'єктів, коли забезпечується короткочасність теплового впливу на біооб'єкт, що виключає його перегрівання. Пристрій використовують наступним чином. При режимі заморожування металеві пластини занурюють у рідкий азот, після чого між розкритими металевими пластинами поміщають контейнер, виготовлений у формі конверту з поліетилену або алюмінієвої фольги, з біооб'єктом, попередньо відрегулювавши за допомогою обмежувальних гвинтів розмір щілини між металевими пластинами, достатній для заданого об'єму контейнера. При стиканні металевих пластин відбувається швидке або надшвидке заморожування біооб'єкту завдяки високій теплопровідності металевих пластин та їх тісному контакту з усією поверхнею конверту з біооб'єктом. За умов такого надшвидкого охолодження виключається можливість утворення кристалів льоду та досягається склування середовища, що забезпечує підвищення збереженості біооб'єкта. У режимі відтавання металеві пластини попередньо нагрівають на водяній бані. Завдяки наявності у конструкції пристрою запобіжника, який забезпечує надкороткий контакт металевих пластин з поверхнею контейнеру з біооб'єктом, можливе нагрівання металевих пластин до 80°С, що майже вдвічі вище від стандартної температури розморожування біооб'єктів При цьому досягається значне збільшення швидкості відтавання біооб'єкту та виключається можливість рекристалізації середовища. Винахід ілюструється прикладами. Приклад 1. Як варіант пристрій для заморожування або відтавання складається з двох паралельно стикованих мідних пластин розміром 10х40х80 для посудини Дьюара Х-35 і 10х20х40 для посудини Дьюара Х-5. У пристрої перед використанням відповідно до об'єму зразка регулюють положення обмежувальних гвинтів. У режимі заморожування безпосередньо перед заморожуванням пристрій охолоджують у рідкому азоті. Контейнер об'ємом 0,8 мл, виготовлений із харчової алюмінієвої фольги заповнюють водою і поміщають у пристрій між обмежувальними гвинтами. За допомогою ручки щипців пластини стикують до упору і витримують протягом 1-2 с, після чого розтискують і контейнер переносять до рідкого азоту, який знаходиться у посудині Дьюара. Приклад 2. Як варіант пристрій для заморожування або відтавання складається з двох паралельно стикованих мідних пластин розміром 10х40х80 для посудини Дьюара Х-35 і 10х20х40 для посудини Дьюара Х-5. У пристрої перед використанням відповідно до об'єму регулюють положення обмежувальних гвинтів. У режимі відтавання безпосередньо перед відтаванням пристрій нагрівається у водяній бані до 80°С протягом 7-10 хв. Контейнер об'ємом 0,8 мл, виготовлений із харчової алюмінієвої фольги, який містить зразок у вигляді води, поміщають в пристрій між двома мідними обмежувальними пластинами. За допомогою ручок мідні пластини стискують до упору. Для виключення можливості перегріву контейнеру, що містить біооб'єкт вище фізіологічної температури використовується запобіжник. При повному обтисненні контейнера під час його розморожування здійснюється натиснення на фіксатор скоби, що роз'єднує кінці скоби, тим самим забезпечуючи розтиснення мідних пластин. Потім контейнер виймають із пристрою. Приклад 3. Використання запропонованого пристрою у відповідності з прикладами 1 та 2 проведено на зразках води. Контейнер об'ємом 0,8 мл, виготовлений з харчової алюмінієвої фольги, заповнюють водою і поміщають в заявлений пристрій. У режимі заморожування мідні пластини охолоджують зануренням у рідкий азот. Температура від 0 до -100°С при заморожуванні змінюється за 27 с, а швидкість заморожування при цьому становить 370°С/с. При режимі відтавання мідні пластини нагрівають на водяній бані до 80°С/с протягом 7-10 хв. Швидкість відтавання при цьому складає 833°С/с. При цьому співвідношення швидкості відтавання до швидкості заморожування складає В в/Вз=2,3, що повністю виключає можливість рекристалізації зразка. В іншому варіанті досліду при використанні контейнерів об'ємом 0,1 мл при відтаванні мідні пластини нагрівали до 40°С. Швидкість відтавання при цьому складає 417°С/с. Співвідношення швидкості відтавання до швидкості заморожування становить В в/Вз=1,1. При використанні такого режиму заморожування та відтавання виникає загроза рекристалізації зразка. Результати дослідів наведені у таблиці 1. Аналіз таблиці 1 свідчить, що при нагріванні мідних пластин до 80°С скорочується час відтавання у 2 рази, що дозволяє виключити процес рекристалізації у середовищі, що містить біооб'єкт, і тим самим підвищити його збереженість після деконсервації. Таким чином, заявлений пристрій для заморожування або відтавання біологічних об'єктів, конструктивні особливості якого дозволяють використовувати контейнери з біооб'єктом різного об'єму, забезпечують високу швидкість як заморожування, так і відтавання біооб'єктів, дозволяють досягти співвідношення швидкості відтавання до швидкості заморожування, при якому виключається можливість рекристалізації та забезпечується максимальне збереження біоо'єкту при розморожуванні. Перевагами заявленого пристрою є його простота, технологічність у виготовленні та використанні, доступність застосування у клінічних, лабораторних та польових умовах. Пристрій може бути використаний у біотехнології, медицині, тваринництві, рибному господарстві. Перспективне використання заявленого пристрою в репродуктивних технологіях ссавців, риб, при кріоконсервації тканинних трансплантатів. Таблиця 1 Залежність швидкості заморожування та відтавання від температури мідних пластин Об'єм контейнера V, мл 0,1 0,8 Температура мідних пластин Т,°С Заморожува Відтаван ння ня -196 40 -196 80 Заморожування Час t, c 0,27 0,27 Швидкість, Вз, °С/с 370 370 Співвідношення швидкості відтавання до швидкості Швидкість, заморожування Вв, °с/с 417 1,1 833 2,3 Відтавання Час t, c 0,24 0,12