Пристрій для кріоконсервування ембріонів ссавців при пасивному охолодженні в горловині посудини дьюара

Реферат: Пристрій для кріоконсервування ембріонів ссавців при пасивному охолодженні в горловині посудини Дьюара містить термоблок, який виготовлено з нержавіючої сталі у вигляді стакана, який за допомогою кронштейна, різьбової втулки і гайок кріпиться в горловині посудини Дьюара. Товщина стінки термоблока становить 10 мм, всередині посудини розміщено вставку у вигляді циліндра, який виконано з міді, заморожувач виготовлено для пробірок Уленгута, він реалізує лінійний режим заморожування при пасивному охолодженнні термоблока в горловині посудини 2 Дьюара з величиною середньої швидкості В~0,3 °C/хв. та прискоренням А~0 °C/хв . UA 107462 U (54) ПРИСТРІЙ ДЛЯ КРІОКОНСЕРВУВАННЯ ЕМБРІОНІВ ССАВЦІВ ПРИ ПАСИВНОМУ ОХОЛОДЖЕННІ В ГОРЛОВИНІ ПОСУДИНИ ДЬЮАРА UA 107462 U UA 107462 U 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 Корисна модель належить до галузі сільського господарства, а саме до пристроїв для заморожування, які можуть бути застосовані у біотехнології. Традиційний програмний пристрій [Замораживатель программный эмбрионов мобильный// Руководство по эксплуатации ЗЭМ4.00.00.00.РЭ. - 1989] для кріоконсервування ембріонів ссавців із використанням постійної швидкості охолодження (В0,3 °С/хв.) при активній подачі холодоагенту в камеру для заморожування забезпечує відносно високий рівень їхньої збереженості (80÷90 %). Він включає нагрівальний елемент, який нагріваючи рідкий азот створює надмірний тиск, який регулюється відповідною системою контролю. Далі пари азоту надходять в камеру для заморожування, в якій розміщені пробірки Уленгута з ембріонами. На вхід пульта управління надходить сигнал, пропорційний поточному значенню температури в камері заморожування. Пульт управління здійснює порівняння сигналу з програмно заданим сигналом і виробляє за результатами порівняння дію, що управляє, за рахунок чого в камеру заморожування надходить необхідна кількість азоту від системи постачання холодоагентом. Недоліком даного пристрою є: дорожнеча пристрою (ЗЕМ-4) - 17000 грн.; відключення електропостачання (навіть короткочасне) призводить до збою режиму заморожування; велика витрата азоту на один цикл заморожування (10 літрів); подання холодоагенту здійснюється порціями, тобто температура об'єкта змінюється не плавно, а стрибкоподібно; тривалість перебування біооб'єкта у гіпертонічному розчині кріопротектору в процесі заморожування (2,5-3 години). Для кріоконсервування з повільними швидкостями охолодження також застосовують пристрої, основані на пасивному охолодженні термоблока в горловині посудини Дьюара [Горбунов Л. В. Криоконсервация половых клеток и эмбрионов// Горбунов Л. В., Бучацкий Л. П.: Монография -К.: Издательско-полиграфический центр "Киевский университет", 2005.-325 с.; Ав. св. 1802700A3 СССР, МКИ А 61 D 19/00. Установка для замораживания эмбрионов: Ав. св. 1802700 A3 СССР, МКИ А 61 D 19/00/ Ф. И. Осташко, Н. Д. Безуглый, Е. Г. Валигура, Л. В. Горбунов (СССР); УНИ ИЖ. - № 492296/14; Заявл. 29.03.91; Опубл. 15.03.93; Бюл. № 10. - 4 с.]. Вартість даних пристроїв (20 $) на два порядки нижче вартості існуючих аналогів (2000 $), а результати збереженості деконсервованого біоматеріалу залишаються на відносно високому рівні. Використання таких пристроїв дозволяє здійснювати короткочасне зберігання ембріонів за білянульових температур і проводити заморожування до різних кінцевих температур завдяки фіксованим рівням занурення контейнера з біооб'єктом у посудину Дьюара. Оптимальний режим охолодження різних типів біоб'єктів реалізується за рахунок зміни характерного часу охолодження термоблока. Зміна швидкості заморожування стає можлива завдяки використанню особливих термодинамічних властивостей повітря, що становить основу термоблока. Найближчим аналогом є пристрій, оснований на пасивному охолодженні термоблока в горловині посудини Дьюара [Ав. св. 1802700A3 СССР, МКИ А 61 D 19/00. Установка для замораживания эмбрионов: Ав. св. 1802700 A3 СССР, МКИ А 61 D 19/00/ Ф. И. Осташко, Н. Д. Безуглый, Е. Г. Валигура, Л. В. Горбунов (СССР); УНИ ИЖ. - № 492296/14; Заявл. 29.03.91; Опубл. 15.03.93; Бюл. № 10. - 4 с.]. Даний пристрій (двокомпонентний термоблок) який включає термоблок, котрий є укріпленим на стійці контейнером у вигляді циліндра з нержавіючої сталі з полімерною пробкою, в якій просвердлені отвори для упаковок (соломинок) з біоматеріалом. За допомогою кронштейна, що кріпиться на посудині, різьбової втулки і гайок, термоблок кріпиться в горловині посудини Дьюара на необхідній глибині. Недоліком його є те, що цей пристрій має відхилення температури до 10 °C від лінійного режиму, наслідком чого є періодичне зниження рівня збереженості деконсервованих ембріонів на 5-10 %, ніж у контролі. Проведені нами дослідження показали, що при охолодженні середовища з ембріонами спостерігали зростання кристалів у діапазоні температур від -5 до -25 °C. Зростання кристалів приводить до зміни об'єму середовища приблизно на 8 %, а це в свою чергу є причиною зміни місця положення ембріонів в соломинці. При проведенні ділатометричних вимірювань встановлено, що в процесі охолодження середовища, повітряний міхур в соломинці, який визначає місце розташування ембріонів, підіймається на 4-5 мм. Це в свою чергу приводить до зміни кінцевої температури охолодження ембріонів приблизно на 8-10 °C (унаслідок температурного градієнта, який спостерігається в термоблоці - 2 °C на 1 мм), що є причиною скорочення температурного діапазону обезводнення клітин приблизно в півтора разу від -30 °C до -20 °C. В основу корисної моделі поставлена задача розробити пристрій для кріоконсервування ембріонів ссавців, оснований на пасивному охолодженні термоблока, що забезпечує режим заморожування близький до лінійного зі швидкістю 0,3 °C/хв. Поставлена задача вирішується тим, що заявлений пристрій містить термоблок, який виготовлено з неіржавіючої сталі у вигляді стакана, який за допомогою кронштейна, різьбової 1 UA 107462 U 5 10 15 20 25 втулки і гайок кріпиться в горловині посудини Дьюара, в якому згідно з корисною моделлю, товщина стінки термоблока становить 10 мм, всередині посудини розміщено вставку у вигляді циліндра, яку виконано з міді, заморожувач виготовлено для пробірок Уленгута, він реалізує режим заморожування при пасивному охолодженні термоблока в горловині посудини Дьюара з 2 величиною середньої швидкості В~0,3 °C/хв. та прискоренням А0 °C/хв . Пристрій для заморожування ембріонів ссавців (креслення) складається: нарізна втулка (1); кріпильна гайка (2); обмежувальна скоба для кріплення (3); вставка у вигляді циліндра з міді (4); отвори для пробірок Уленгута (5); термоблок з неіржавіючої сталі у вигляді стакана (6). Пристрій працює наступним чином: пробірки Уленгута з ембріонами встановлюють в спеціальні отвори (5), які розташовані у вставці у вигляді циліндра з міді (4), потім термоблок з нержавіючої сталі у вигляді стакана (6) розміщують у горловині посудини Дьюара і закріплюють на певній глибині за допомогою обмежувальної скоби для кріплення (3), що кріпиться на горловині посудини Дьюара нарізною втулкою (1) та кріпильною гайкою (2). Для отримання режиму заморожування близького до лінійного глибина занурення термоблока повинна складати від 20 до 21 см., а об'єм заповнення азотом посудини Дьюара - від 10 до 25 літрів. Для підтвердження працездатності пристрою проведено заморожування ембріонів миші. Результати апробації показали, що після кріоконсервування ембріонів миші рівень збереженості становив 73,3 % і життєздатності 70,3 %. Отриманні результати при використанні розробленого пристрою показують, що показник збереженості деконсервованих ембріонів на 7 % нижче ніж при заморожуванні в ЗЕМ 4. Вважаємо, що розкид показників збереженості пояснюється нелінійним режимом заморожування ембріонів. Проведено оцінку ефективності пристроїв (табл.). Основні компоненти розробленого термоблока: мідь і нержавіюча сталь, середня ціна за 1 кг нержавіючої сталі становить 35 грн., а за 1 кг міді - 85 грн., крім того, додали витрати на виготовлення, тому вартість пристрою становила 200-300 грн. Вартість програмного заморожувача ЗЕМ-4-17000 грн. Розрахунки проведені за умови кріоконсервування 1000 шт. ембріонів, оскільки доцільно і рентабельно розробляти новий пристрій для використання у виробничих масштабах, а саме дослідних господарствах України. Таблиця Порівняльний аналіз використання пристроїв для заморожування ембріонів у пробірках Уленгута за повільним режимом охолодження Пристрої Аналог Найближчий аналог Розроблений пристрій С, грн. 17000,0 Кількісні показники порівнюваних пристроїв L, грн. V, (М±m, %) Р, грн. Р, грн. 1260 74,9±12,0 7530 25790 Е, % 250,0 78 59,2±16,1 12240 12568 52,2 300,0 201 70,3±12,0 8910 9411 64,2 Примітка: де аналог - ЗЕМ-4; найближчий аналог - Осташко Ф. І., Безуглий М. Д. та інш., 1991; С - вартість пристрою; L - витрати азоту; V - життєздатність ембріонів; Р - грошові втрати при кріоконсервуванні 1000 шт. ембріонів миші; P - всього грошові витрати (вартість пристрою, витрати азоту, грошові втрати при кріоконсервуванні 1000 шт. ембріонів миші); Е - економічна ефективність 30 35 40 Проведено порівняльний аналіз за витратами азоту. Для проведення одного циклу заморожування ЗЕМ-4 витрачає 10,0 л азоту, при ринковій вартості 1 л азоту 4,2 грн. один цикл заморожування обійдеться в 42,0 грн. Тоді як при використанні розробленого пристрою витрати азоту на один цикл заморожування складають 1,6 л., що коштує 6,7 грн. Провели розрахунки за визначенням скільки необхідно провести циклів охолодження пристрою для заморожування 1000 шт. ембріонів. У пристрої є 7 отворів для розташування пробірок Уленгута, в одну пробірку Уленгута можемо розмістити 5 шт. ембріонів, отже для заморожування 1000 шт. ембріонів необхідно провести 30 циклів охолодження. Вартість холодоагенту необхідного для проведення 30 циклів заморожування при використанні ЗЕМ-4 склала 1260 грн. При використанні найближчого аналогу вартість холодоагенту склала 78 грн., а для - розробленого склала 201 грн. 2 UA 107462 U 5 10 Таким чином, після проведення оцінки ефективності пристроїв за всіма показниками, котрі досліджені у табл., показано, що запропонований двокомпонентний термоблок є економічно виправданим і вигідним, при цьому економічна ефективність складає 64,2 % при заморожуванні 1000 шт. ембріонів. Одержані результати свідчать, що вартість виготовлення пристрою та самого процесу заморожування подібні до наведеного найближчого аналогу, але розроблений пристрій виготовлено для пробірок Уленгута, який реалізує режим заморожування з величиною 2 середньої швидкості В~0,3 °C/хв., прискоренням А~0 °C/хв ., а також знижує в 10 разів градієнт температури в термоблоці, що стабілізує режим заморожування. Це робить доцільним використання пристрою у біотехнології. Впровадженням у виробництво кріоконсервування ембріонів корів та овець у розробленому пристрої передбачається в умовах лабораторії з трансплантації ембріонів. ФОРМУЛА КОРИСНОЇ МОДЕЛІ 15 20 Пристрій для кріоконсервування ембріонів ссавців при пасивному охолодженні в горловині посудини Дьюара, що містить термоблок, який виготовлено з нержавіючої сталі у вигляді стакана, який за допомогою кронштейна, різьбової втулки і гайок кріпиться в горловині посудини Дьюара, який відрізняється тим, що товщина стінки термоблока становить 10 мм, всередині посудини розміщено вставку у вигляді циліндра, який виконано з міді, заморожувач виготовлено для пробірок Уленгута, він реалізує лінійний режим заморожування при пасивному охолодженнні термоблока в горловині посудини Дьюара з величиною середньої швидкості 2 В~0,3 °C/хв. та прискоренням А~0 °C/хв . 3 UA 107462 U Комп’ютерна верстка О. Гергіль Державна служба інтелектуальної власності України, вул. Василя Липківського, 45, м. Київ, МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут інтелектуальної власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601 4