Пристрій для заморожування біоматеріалів

Устройство для замораживания биоматериалов, содержащее камеру замораживания с датчиком температуры, подключенным к последовательно соединенным блоку сравнения, линейному задатчику температуры, задатчику начальной температуры, а также дифференцирующий блок, вход которого соединен с датчиком температуры, генератор пилообразного напряжения, подключенный к последовательно соединенным первому компаратору, первому блоку совпадений, первому исполнительному устройству, выход которого сое динен с камерой замораживания, второй компаратор, второй вход которого соединен с нулевой шиной, а выход второго компаратора подключен ко второму входу первого блока совпадений и к последовательно соединенным первому инвертору, второму блоку совпадений, первый вход которого соединен с выходом первого компаратора, второму исполнительному устройству, выход которого соединен с камерой замораживания, блок формирования периода управления, второй вход которого соединен с вторым выходом генератора пилообразного напряжения, а выход соединен с входами первого и второго блоков совпадений, зада тчи к скорости, выход которого соединен с входами линейного задатчика температуры и блока формирования периода управления, отличающееся тем, что устройство снабжено блоком формирования длительности импульсов, вход которого подключен к выходу задатчика скорости, а его выход подсоединен к первому входу первого компаратора, первый вход второго компаратора подключен к выходу блока сравнения. Изобретение относится к области криогенной техники, используемой для биологических и медицинских исследований, а точнее к устройствам для программного замораживания биологических материалов, например, бактериальных и клеточных культур, гамет и зигот млекопитающих, микроорганизмов и т.д. В качестве прототипа выбрано устройство для замораживания биоматериалов, со держащее камеру замораживания с датчиком температуры, подключенным к последовательно соединенным блоку сравнения, линейному задатчику температуры, задатчику начальной температуры, а также дифференцирующий блок, вход которого соединен с датчиком температуры, генератор пилообразного напряжения, подключенный к последовательно соединенным первому компаратору, первому блоку совпадений. С > ел ел О 15511 первому исполнительному устройству, выход которого соединен с камерой замораживания, второй компаратор, второй вход которого соединен с нулевой шиной, а выход второго компаратора подключен ко второму входу первого блока совпадений и к последовательно соединенным первому инвертору, второму блоку совпадений, первый вход которого соединен с выходом первого компаратора, второму исполнительному устройству, выход которого соединен с камерой замораживания, блок формирования периода управления, второй вход которого соединен со вторым выходом генератора пилообразного напряжения, а выход соединен с входами первого и второго блоков совпадений, задатчик скорости, выход которого' соединен с входами линейного задатчика температуры и блока формирования периода управления. Задачей изобретения является повышение сохранности биоматериалов при замораживании путем повышения точности регулирования процесса программного замораживания за счет формирования управляющих импульсов постоянной длительности. Для решения поставленной задачи в устройство для замораживания биоматериалов, содержащее камеру замораживания с датчиком температуры, подключенным к последовательно соединенным блоку сравнения, линейному задатчику температуры, задатчику начальной температуры, а также дифференцирующий блок, вход которого соединен с датчиком температуры, генератор пилообразного напряжения, подключенный к последовательно соединенным первому компаратору, первому блоку совпадений, первому исполнительному устройству, выход которого соединен с камерой замораживания, второй компаратор, второй вход которого соединен с нулевой шиной, а выход второго компаратора подключен к второму входу первого блока совпадений и к последовательно соединенным первому инвертору, второму блоку совпадений, первый вход которого соединен с выходом первого компаратора,» второму исполнительному устройству, выход которого соединен с камерой замораживания, блок формирования периода управления, второй вход которого соединен с вторым выходом генератора пилообразного напряжения, а выход соединен с входами первого и второго блоков совпадений, задатчик скорости, выход которого соединен с входами линейного задатчика температуры и блока формирования периода управления, согласно изобретению дополнительно введен блок формирования длительности им пульсов, при этом вход блока формирования длительности импульсов подключен к выходу задатчика скорости, а его выход подсоединен к первому входу первого 5 компаратора, первый вход второго компаратора подключен к выходу блока сравнения. Введенный новый существенный признак обеспечивает в целом формирование управляющих импульсов постоянной дли10 тельности, длительность которых пропорциональна величине заданной скорости замораживания (отогрева), упрощение характера нахождения оптимальных параметров настройки этого устройства, использование 15 для управления на участках стабилизации температуры и скорости, во всем диапазоне скоростей, только информации о знаке сигнала рассогласования по температуре, чем исключается использование дифференциру20 ющего блока в контуре управления, внося» щего на участках стабилизации малых скоростей (< 1°/мин) значительные ошибки по скорости из-за соизмеримости амплитуд его сигналов с уровнем помех и наводок, что 25 все в целом в свою очередь обеспечивает качество и стабильность регулируемых параметров процесса стабилизации и повышение сохранности биоматериалов при замораживании. 30 Блок-схема предложенного устройства для замораживания биоматериалов представлена на фиг.1; на фиг.2,3 и 4 приведены графики, иллюстрирующие работу этого устройства. 35 Предложенное устройство содержит (фиг.1) камеру 1 замораживания с размещенными в ней контейнерами с биоматериалом (на чертеже не показаны), в одном из которых установлен датчик 2 температуры, 40 вход которого подключен к входу дифференцирующего блока 3, используемого в дальнейшем только для контроля текущего значения скорости, выход датчика 2 температуры подключен также к первому входу 45 блока 4 сравнения, второй вход которого через линейный задатчик 5 температуры подсоединен к выходу задатчика 6 начальной температуры. Выход блока 4 сравнения подключен к 50 первому входу второго компаратора 7, другой вход которого подсоединен к нулевой шине. Выход задатчика 8 скорости подключен к второму входу линейного за^зтчика 5 температуры и к первым входам блока 9 форми55 рования периода управления и блока 10 формирования длительности импульсов, выход которого подсоединен к первому входу первого компаратора 11. Первый и второй выходы генератора 12 пилообразного напряжения подключены со 15511 ответственно к вторым входам первого компаратора 11 и блока 9 формирования периода управления. Выход первого компаратора 11 подсое динен к первым входам первого и второго 5 блоков 13 и 14 совпадений, вторые входы которых подключены соответственно к вы ходу второго компаратора 7 и к выходу пер вого инвертора 15, вход которого подсоединен к выходу второго компаратора 7. 10 Выход блока 9 формирования периода управления подключен к третьим входам первого и второго блоков 13 и 14 совпадений. Выходы блоков 13 и 14 соединений под- 15 соединены соответственно к входам исполнительных устройств 16 и 17, причем регулирующим органом в первом исполнительном устройстве 16 может быть, например, электромагнитный клап ан, 20 обеспечивающий подачу хладагента (жидкого азота) в камеру 1 замораживания. Регулирующим органом второго исполнительного устройства 17 может служить нагреватель, размещенный в камере 1 замораживания. 25 Предложенное устройство работает следующим образом (фиг.1). Сигнал Т, пропорциональный текущему значению температуры в контейнере, с выхода датчика 2 температуры поступает на 30 вход дифференцирующего блока 3, выходной сигнал которого, пропорциональный скорости изменения температуры, используется в дальнейшем только для контроля текущего значения скорости, и первый вход 35 блока 4 сравнения, на другой вход которого подается сигнал Т3 ад с выхода линейного задатчика 5 температуры в виде линейно-изменяющегося напряжения, угол наклона которого пропорционален заданной скорости 40 \/3ад охлаждения контейнера с биоматериалом, поступающей в виде заданного напряжения с выхода задатчика 8 скорости на второй вход линейного задатчика 5 температуры. Сигнал установки начального значе- 45 ния линейноизменяющегося напряжения, на выходе линейного задатчика 5 температуры, поступает с выхода задатчика 6 начальной температуры на первый вход, задания начальных условий, линейного задатчика 5 50 температуры. Сигнал рассогласования д Т, пропорци ональный разности между текущим Т и за данным Тзад значениями температуры, определяемый выражением 55 д Т - Т - Тзад, с выхода блока 4 сравнения поступает на первый вход второго компаратора 7, где, сравниваясь с нулевым сигналом обеспечи вает в начальный момент времени появление на его выходе единичного сигнала положительной полярности. В начальный момент времени д Т - 0, так как сигнал Т равен сигналу Тзад, но в дальнейшем из-за инерционного запаздывания, связанного с временем прохождения по трубопроводам холодового воздействия, т.е. жидкого азота, к контейнерам с биоматериалом, текущая температура Т на всем участке стабил изации скорости будет преобладать над заданной температурой, чем обеспечивается постоянная положительная полярность медленно и монотонно возрастающего сигнала рассогласования д Т, появление положительного единичного сигнала на втором входе блока 13 совпадений и отрицательного единичного сигнала на втором входе блока 14 совпадений и в конечном счете выбор нужного исполнительного органа, т.е. электромагнитного клапана (исполнительное устройство 16)(фиг.4, *1, *4) На первые входы блоков 13 и 14 совпадений поступают управляющие импульсы постоянной длительности с выхода первого компаратора 11, при этом длительность импульсов на выходе первого компаратора 11, пропорциональна величине заданной скорости Узад, формируемой на выходе задатчи" ка 8 скорости (фиг.4, *2; *6). Рассмотрим формирование управляющих импульсов постоянной длительности на выходе первого компаратора 11. Сигнал \/зад, пропорциональный заданному значению скорости охлаждения или отогрева, формируемый на выходе задатчика 8 скорости (фиг.4, *2), поступает на вход блока 10 формирования длительности импульсов, на выходе которого формируется нормированный сигнал д О, пропорциональный заданной скорости \/3ад(фиг.2). С выхода блока 10 формирования длительности импульсов сигнал д U поступает на первый вход первого компаратора 11, на второй вход которою, с первого выхода генератора 12 пилообразного напряжения, поступает пилообразное напряжение и Гпн, угол наклона которого равен 45°, чем обеспечивается пропорциональная зависимость длительности управляющих импульсов на выходе компаратора 11 от величины заданной скорости Узад, поступающей в виде Сигнала N/зад на вход блока 10 формирования длительности импульсов с выхода задатчика 8 скорости (фиг.4, *5, *6). Кроме того, импульсы синхронизации, со второго выхода генератора 12 пилообразного напряжения, поступают на второй вход 15511 Фиг 2 Nnep Jlf ' -6 - 5 -Ч -3 -2 -/ 0 фцг.З і 2 З S 6 V5 15511 ! І ї Упорядник В. Резніков Замовлення 4187 Техред М.Моргентал Коректор Л. Пилипенко Тираж Підписне Державне патентне відомство України, 254655, ГСП, КиТв-53, Львівська пл., 8 Відкрите акціонерне товариство "Патент", м. Ужгород, вул.ГагарІна, 101