Патент на изобретение №2254850

(54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ РАЗМОРАЖИВАНИЯ КРИОКОНСЕРВИРОВАННОГО БИОПРОДУКТА

(57) Реферат:

Изобретение относится к теплообменной технике, используемой в медицине, и может использоваться на станциях переливания крови. Устройство содержит экранированную рабочую камеру и расположенный в ней цилиндрический сосуд из диэлектрического материала, выполненный с возможностью его вращения с помощью электродвигателя, источник микроволновой энергии с излучателем, датчики температуры, соединенные с блоком управления. Сетчатый контейнер выполнен из диэлектрика с отверстиями в дне и стенках. Диэлектрик имеет низкую температуру плавления, заполняет цилиндрический сосуд, сетчатый контейнер и окружает неметаллический контейнер с размораживаемым биопродуктом. Датчики температуры размещены внутри сетчатого контейнера вблизи неметаллического контейнера. Дополнительный излучатель с источником микроволновой энергии расположен с противоположной стороны цилиндрического сосуда относительно первого излучателя и подключен к блоку управления. Выход блока управления подключен к регулятору температуры, который присоединен к нагревательным элементам, установленным в диэлектрике в нижней части цилиндрического сосуда. Технический результат заключается в обеспечении равномерности температуры по объему размораживаемого биопродукта. 2 з.п. ф-лы, 1 ил.

Изобретение относится к области медицинской техники и может использоваться на станциях переливания крови, в отделениях переливания крови, в хирургических и реанимационных отделениях больниц и клиник, а также в научно-исследовательских медицинских учреждениях.

Известны устройства для размораживания криоконсервированного продукта – крови (см. Водяные бани типов Р-01262-17 и Р12-201 -10. Каталог фирмы Valtex International Corporation, 1999-2000 г., с.67,70 и полезную модель U1 20243, кл. А 61 К 35/14, 27.10.2001). Устройства содержат ванну с теплоносителем (водой) и нагревательные элементы. Размораживание криоконсервированного продукта – крови (или биопродукта) осуществляется путем нагрева воды нагревательными элементами и передачи тепла через воду контейнерам с размораживаемыми продуктами. Для уменьшения времени размораживания применяется перемешивание воды в ванне.

Недостатками указанных устройств являются длительное время размораживания и недостаточная производительность устройства.

В последнее время для размораживания криоконсервированного продукта – крови начали применять устройства, использующие микроволновую энергию. Известно устройство для размораживания криоконсервированного продукта – крови (см. US 4503307, кл. А 61 М 1/03, 05.03.1985), в котором теплопередача осуществляется активным образом, путем воздействия на размораживаемый продукт микроволновой энергией. Устройство представляет собой металлический короб для размещения контейнера с размораживаемой кровью, имеющий дно, боковые стороны и металлическую крышку. Короб установлен на вращающемся поддоне внутри микроволновой печи. В крышке и дне короба выполнены отверстия для прохода микроволнового излучения. Вдоль отверстий установлены абсорбирующие излучение полоски и отражающие его на контейнер с кровью. Отверстия позволяют микроволновой энергии концентрироваться на большей части контейнера с кровью, в то время как края контейнера защищаются металлическим коробом.

Недостатком известного устройства является низкая точность регулирования температуры размораживания. Наиболее близким устройством является устройство для размораживания криоконсервированного биопродукта в неметаллическом контейнере, содержащее экранированную рабочую камеру и расположенный в ней цилиндрический сосуд из диэлектрического материала, выполненный с возможностью его вращения от электродвигателя, источник микроволновой энергии с излучателем, датчики температуры, подключенные к блоку управления (см. US 3427422, кл. Н 05 В 9/00, 11.02.1969).

Недостатком этого устройства являются длительное время размораживания, недостаточная производительность устройства и недостаточная равномерность температуры по объему размораживаемого продукта.

Технический результат, на достижение которого направлено изобретение, заключается в устранении вышеуказанных недостатков и создание устройства, обеспечивающего высокую скорость размораживания при равномерности температуры по объему размораживаемого биопродукта и, таким образом, обеспечивающего его жизнеспособность.

Указанный технический результат достигается тем, что устройство для размораживания криоконсервированного биопродукта в неметаллическом контейнере, содержащее экранированную рабочую камеру и расположенный в ней цилиндрический сосуд из диэлектрического материала, выполненный с возможностью его вращения с помощью электродвигателя, датчики температуры, соединенные с блоком управления, первый выход которого соединен с источником микроволновой энергии с излучателем, содержит сетчатый контейнер с отверстиями в дне и стенках, установленный внутри цилиндрического сосуда, диэлектрик с низкой температурой плавления, дополнительный источник микроволновой энергии с излучателем и нагревательные элементы для нагрева диэлектрика и регулятор температуры, причем диэлектрик заполняет цилиндрический сосуд и сетчатый контейнер и окружает неметаллический контейнер с размораживаемым криоконсервированным биопродуктом, датчики температуры размещены внутри сетчатого контейнера вблизи неметаллического контейнера, дополнительный излучатель с источником микроволновой энергии расположен с противоположной стороны цилиндрического сосуда относительно первого излучателя и подключен ко второму выходу блока управления, третий выход которого подключен к регулятору температуры, который присоединен к нагревательным элементам, установленным в диэлектрике в нижней части цилиндрического сосуда.

Технический результат достигается также тем, что отношение площади отверстий в дне сетчатого контейнера к общей площади отверстий в стенках составляет, по крайней мере, два к одному.

Технический результат достигается также тем, что в качестве диэлектрика применен один из диэлектриков из ряда парафин, стеарин, церезин.

На чертеже показана принципиальная схема устройства для размораживания криоконсервированного биопродукта.

Устройство для размораживания криоконсервированного биопродукта содержит экранированную рабочую камеру 1 и расположенный в ней цилиндрический сосуд 2 из диэлектрического материала, выполненный с возможностью его вращения с помощью электродвигателя 3, два источника микроволновой энергии 4 с излучателями 5, датчики температуры 6, соединенные с блоком управления 7, сетчатый контейнер 8 из диэлектрика с отверстиями в дне и стенках, установленный внутри цилиндрического сосуда 2, диэлектрик 9 с низкой температурой плавления, нагревательные элементы 10 для нагрева диэлектрика и регулятор температуры 11, причем диэлектрик заполняет цилиндрический сосуд и сетчатый контейнер и окружает неметаллический контейнер 12 с размораживаемым криоконсервированным биопродуктом, датчики температуры размещены внутри сетчатого контейнера вблизи неметаллического контейнера. Первый излучатель с источником микроволновой энергии подключен к первому выходу блока управления, дополнительный излучатель с источником микроволновой энергии расположен на противоположной стороне цилиндрического сосуда относительно первого излучателя и подключен ко второму выходу блока управления, третий выход которого подключен к регулятору температуры, который присоединен к нагревательным элементам, установленным в диэлектрике в нижней части цилиндрического сосуда.

Работа устройства для размораживания криоконсервированного биопродукта осуществляется следующим образом.

Криоконсервированным продуктом может быть замороженная плазма крови, человеческий орган или ткани, помещенные в неметаллический контейнер 12. Устройство позволяет размещать в сетчатом контейнере 8 либо один, либо несколько неметаллических контейнеров 12.

Неметаллический контейнер 12 с размораживаемым криоконсервированным биопродуктом помещают в диэлектрик, который заполняет цилиндрический сосуд 2 и сетчатый контейнер 8. Диэлектрик выбирается из ряда продуктов, которые имеют низкую температуру плавления, например, из ряда – парафин, стеарин, церезин.

Включают электрическое питание блока управления 7, который соответственно включает электродвигатель 3, обеспечивающий циркуляцию диэлектрика в цилиндрическом сосуде 2 (на схеме соединение не показано). При этом диэлектрик проникает через отверстия в дне и стенках сетчатого контейнера, омывая неметаллический контейнер 12 с размораживаемым криоконсервированным биопродуктом. Опытным путем установлено, что наилучшие результаты омывания неметаллического контейнера при выборе диэлектрика из ряда – парафин, стеарин, церезин получаются при соотношении площади отверстий в дне сетчатого контейнера к общей площади отверстий в стенках, по крайней мере, два к одному.

Блок управления 7 одновременно включает два источника микроволновой энергии 4 с излучателями 5, которые обеспечивают быстрый разогрев диэлектрика. Расположение излучателей микроволновой энергии на противоположных сторонах цилиндрического сосуда позволяет обеспечить более равномерный нагрев диэлектрика, расположенного внутри цилиндрического сосуда 2. Мощность излучения, так же как и уставки температуры размораживания, в зависимости от характеристик размораживаемого криоконсервированного продукта, задаются блоком управления.

В устройстве используется свойство диэлектрика с низкой температурой плавления при нагреве иметь участок с постоянной температурой. Во время нагрева диэлектрика на участке фазового перехода поддерживается постоянная температура.

При выходе температуры, которая измеряется датчиками 10, за установленные пределы, блок управления включает или отключает регулятор температуры 11, который соответственно включает нагревательные элементы.

Система нагрева – охлаждения может быть выполнена в виде блока полупроводниковых термобатарей (элементов Пельте), обеспечивающих нагрев и охлаждение в зависимости от полярности подаваемого на них напряжения. Регулятор температуры может быть как позиционным, так и аналоговым. Блок управления может быть выполнен на элементах логики или в виде микропроцессора и может быть синтезирован с помощью методов, известных до даты приоритета изобретения, см. Сташин В.В. и др. Проектирование цифровых устройств на однокристальных микроконтроллерах, М., Энергоатомиздат, 1990. Реально указанный блок выполнен на микропроцессоре типа AT 89S 8252 фирмы ATMEL, см. Каталог “МиТраКон” Электронные компоненты для разработчиков, Москва, издательство МиТраКон, №2, 2002, с.9-10.

Одновременное применение диэлектрика с низкой температурой плавления при нагреве, равномерное перемешивание диэлектрика путем его прохода при вращении цилиндрического сосуда через отверстия в сетчатом контейнере и размещение источников микроволновой энергии с двух сторон позволяют обеспечить высокую скорость размораживания при равномерности температуры по объему размораживаемого биопродукта и, таким образом, обеспечить его жизнеспособность.

Формула изобретения

1. Устройство для размораживания криоконсервированного биопродукта в неметаллическом контейнере, содержащее экранированную рабочую камеру и расположенный в ней цилиндрический сосуд из диэлектрического материала, выполненный с возможностью его вращения с помощью электродвигателя, датчики температуры, соединенные с блоком управления, который соединен с источником микроволновой энергии с излучателем, отличающееся тем, что содержит сетчатый контейнер с отверстиями в дне и стенках, установленный внутри цилиндрического сосуда, диэлектрик с низкой температурой плавления, дополнительный источник микроволновой энергии с излучателем и нагревательные элементы для нагрева диэлектрика и регулятор температуры, причем диэлектрик заполняет цилиндрический сосуд и сетчатый контейнер и окружает неметаллический контейнер с размораживаемым криоконсервированным биопродуктом, датчики температуры размещены внутри сетчатого контейнера вблизи неметаллического контейнера, дополнительный излучатель с источником микроволновой энергии расположен с противоположной стороны цилиндрического сосуда относительно первого излучателя и подключен к блоку управления, выход которого подключен к регулятору температуры, который присоединен к нагревательным элементам, установленным в диэлектрике в нижней части цилиндрического сосуда.

2. Устройство по п.1, отличающееся тем, что отношение площади отверстий в дне сетчатого контейнера к общей площади отверстий в стенках составляет, по крайней мере, 2:1.

3. Устройство по п.1, отличающееся тем, что в качестве диэлектрика применен один из диэлектриков из ряда парафин, стеарин, церезин.

РИСУНКИ