ОБОЛОЧКА УПАКОВКИ ЗАДАННОГО ОБЪЕМА БИОЛОГИЧЕСКОГО ВЕЩЕСТВА ДЛЯ ПОГРУЖЕНИЯ В ЖИДКИЙ КРИОГЕННЫЙ АГЕНТ
SHELL OF BIOLOGICAL SUBSTANCE SPECIFIED VOLUME PACK FOR SUBMERSION INTO LIQUID CRYOGENIC AGENT

Настоящее изобретение касается оболочки упаковки жидкого биологического вещества для погружения в жидкий криогенный агент.
Известны оболочки, изготовленные из тонкой трубки, в которых хранят подлежащее хранению жидкое вещество, используемое, в частности, для консервации образцов биологических веществ, например, методом их «остекловывания», заключающимся в том, что предназначенное для хранения вещество по существу мгновенно охлаждается путем его погружения вместе с оболочкой, в которой оно содержится, в жидкий криогенный агент (например, в жидкий азот).
После помещения указанного жидкого биологического вещества в тонкую трубку последняя немедленно заваривается с двух концов методом термической сварки с целью обеспечения ее герметизации, а затем образованная таким образом оболочка погружается в жидкий азот.
Задача настоящего изобретения состоит в создании оболочки упаковки, аналогичной вышеописанной оболочке, но только более удобной и простой в использовании.
Указанная задача решается настоящим изобретением, которое предлагает оболочку упаковки заданного объема биологического вещества, предназначенного для погружения в жидкий криогенный агент, выполненную из тонкой трубки, причем отличительной особенностью предлагаемой оболочки является то, что она дополнительно содержит балласт, также помещенный в указанную тонкую трубку.
Связь балласта с оболочкой позволяет обеспечить эффективное погружение последней в жидкий азот и препятствует воздуху, оставшемуся в указанной оболочке, удерживать последнюю на плаву в жидком азоте, благодаря чему охлаждение биологического вещества происходит гомогенным образом и по существу мгновенно.
В соответствии с предпочтительными характеристиками предлагаемого изобретения, в связи с чем эти характеристики и приведены ниже,
указанный балласт расположен внутри указанной тонкой трубки; и, возможно,
указанный балласт представляет собой стержень, содержащий первый участок с круглым сечением и второй участок с овальным сечением; или
указанный балласт представляет собой шарик; и/или
в указанной тонкой трубке имеется сварной участок, в который упирается указанный балласт; и/или
между указанным балластом и указанной тонкой трубкой существуют удерживающие средства указанного балласта в указанной тонкой трубке в заданном положении; и, возможно,
указанные удерживающие средства содержат по меньшей мере один выступающий участок указанного балласта; и/или
указанный балласт расположен вокруг указанной тонкой трубки; и, возможно, указанный балласт представляет собой кольцо; и, возможно,
указанная тонкая трубка имеет наружный, заданный диаметр, и указанный балласт имеет внутренний заданный диаметр, величина которого меньше величины указанного выше наружного диаметра указанной тонкой трубки, благодаря чему указанный балласт удерживается на месте за счет деформации указанной тонкой трубки; и/или
указанный балласт расположен в конце указанной тонкой трубки; и/или
указанный балласт изготовлен из металла; и/или
средство идентификации указанного биологического вещества присоединено к указанному балласту; и, возможно,
указанное средство идентификации является визуальным; и/или
указанное средство идентификации является электронным.
Характеристики и преимущества предлагаемого изобретения станут более понятны из описания нижеприведенного предпочтительного варианта реализации изобретения, данного в порядке иллюстративного материала и неносящего ограничительного характера, а также после рассмотрения приведенных ниже фигур, на которых:
фиг.1 представляет собой увеличенный вид в продольном сечении оболочки с тонкой трубкой, способной по своей конструкции действовать совместно с балластом, конструкция которого соответствует предлагаемому изобретению, причем как опора, так и толкатель всего упаковочного устройства располагаются в единичной упаковке;
фиг.2 представляет собой вид, аналогичный вышеописанному, но соответствующий поперечному разрезу;
фиг.3 представляет собой вид в разрезе, иллюстрирующий расположение оболочки, опоры и толкателя указанного упаковочного устройства в конце операции установки внутри оболочки;
фиг.4 представляет собой вид, подобный тому, который изображен на фиг.3, но отличающийся от последнего тем, что в рассматриваемой конструкции отсутствует толкатель;
фиг.5 представляет собой вид, подобный тому, который изображен на фиг.4, но отличающийся от последнего тем, что в рассматриваемой конструкции оболочка заварена с двух концов ;
фиг.6 и 7 представляют собой виды в разрезе, иллюстрирующие соответственно второй и третий способ выполнения опоры всего указанного упаковочного устройства;
на фиг.8 и 9 представлены соответственно вид в разрезе и вид спереди, взятый со стороны, которая видна слева на фиг.8, иллюстрирующей четвертый способ реализации опоры всего упаковочного устройства;
фиг.10 представляет собой вид в разрезе оболочки, изготовленной согласно предлагаемому изобретению и содержащей тонкую трубку, показанную на фиг. с 1 по 5, а также балласт, расположенный в тонкой трубке;
фиг.11 представляет собой вид в разрезе, подобный тому, который изображен на фиг.10, но иллюстрирующий положение опоры в указанной оболочке в конце операции установки опоры в оболочке;
на фиг.12 и 13 представлены соответственно вид в разрезе и вид спереди, взятый со стороны, которая видна слева на фиг.12, на которой изображен балласт, расположенный в указанной оболочке;
на фиг.14 и 15 представлены два вида в разрезе, иллюстрирующие два способа реализации оболочки, в которых применен балласт различных конструкций, соответствующих предлагаемому изобретению; и
на фиг.16 и 17 представлены два схематических вида балластов, к которым были присоединены средства идентификации биологического вещества, из которых одно средство является визуальным, а второе - электронным.
Для удобства здесь описана на примере фиг.1-5 оболочка, лишенная балласта, но тем не менее подразумевается, что оболочка, изготовленная согласно предлагаемому изобретению, содержит такой балласт, который показан на фиг.10 и на последующих фигурах.
Целиком упаковочное устройство 1, представленное на фиг.1, предназначено для упаковки заданного объема вещества, подлежащего остекловыванию, и с этой целью оно содержит оболочку 2, опору 3 и толкатель 4.
Целиком упаковочное устройство 1 размещается в единичной упаковке 5.
Оболочка 2, представленная на Фиг. 1-5, содержит тонкую трубку 6 длиной L и с внутренним диаметром D (фиг.3). Тонкая трубка 6 имеет на одном из концов 7 расширяющийся участок 8, а возле противоположного конца 9 - суженный заваренный участок 10.
Отметим здесь, что термином «заваренный участок» обозначаем как саму зону произведенной сварки в прямом смысле этого слова, так и по отдельности саму сварку и деформированный участок трубки, который окружает место сварки.
Оболочка 2 изготовлена из полимерного материала, специально подобранного, например из числа имеющихся на рынке ионосодержащих полимеров, обладающих высокой механической стойкостью, морозостойкими свойствами, способностью хорошо свариваться и обеспечивать при всех этих качествах еще и хорошую герметизацию сформированной на их базе оболочки.
Ионосодержащие полимеры, получаемые в результате сочетания сополимера этилена и карбоновой кислоты с катионом металла, обладают способностью вести себя в зоне, расположенной выше зоны переходных температур, характеризующейся диапазоном 40°C - 90°C, как термопластичные материалы, тогда как ниже указанной переходной зоны они ведут себя уже как ретикулярные материалы с сетчатой структурой, характеризующейся наличием поперечных связей, причем содержащиеся в них катионы металла образуют между линейными связями сополимера поперечные связи. Преобразование является необратимым. Выше зоны переходных температур сварка рассматриваемых полимеров происходит быстро и эффективно; охлаждение сваренного материала после сварки приводит лишь к незначительному возникновению в сваренном материале внутренних напряжений, причем затвердевание полимера, происходящее в результате образования в нем поперечных связей, не сопровождается на ионном уровне сколько-нибудь значительными колебаниями объема.
Указанные полимеры реализуются на рынке под торговой маркой Surlyn.
Сетчатая структура, которую приобретают полимеры марки Surlyn при температуре окружающей среды, придает оболочке высокую механическую прочность; оболочка не становится текучей под собственным весом и сохраняет прямоугольную форму. Следует также отметить, что полимеры марки Surlyn обладают достаточной прозрачностью и биологической нейтральностью по отношению к веществам, содержащимся в изготовленных из них оболочках.
Полимер, используемый в рассматриваемом изобретении, относится к типу тех, которые продаются на рынке под торговой маркой Surlyn 8921 (он известен также под торговой маркой Surlyn «PC100»). Указанный полимер содержит металлический катион натрия, но нам не удалось определить для него температуру охрупчивания. Что касается переходной зоны, то его температура плавления равна 84°C, а температура отвердевания составляет 52°C.
Сварка рассматриваемого материала происходит в диапазоне температур 90-110°C.
В рассматриваемом примере стенка тонкой трубки 6 имеет толщину в диапазоне от 125 до 0,300 мм, а внутренний диаметр - в диапазоне от 0,95 до 2,55 мм (1,60 мм в рассматриваемом примере), и это при длине в 133 мм. Расширение 7 распространяется по длине трубки на расстояние 1,5 мм. Опора 3 состоит из трубчатого удлиненного участка 11, вставленного соосно, посредством раструбного соединения, в трубчатый насадок 12, наружный диаметр которого превышает наружный диаметр трубчатого участка 11, что позволяет получить ступенчатую опору длиной L1 (см. фиг.3).
Часть трубчатого участка 11 в этом соединении вырезана по дуге, соответствующей приблизительно 180 градусам, и приблизительно на расстоянии 15 мм от конца, расположенного напротив того, который вставлен в насадок 12, что позволяет создать желобок 13, который, как это будет показано ниже, служит зоной приема заданного объема вещества.
-,
Трубчатый насадок 12 представляет собой трубку с наружным диаметром, меньшим по величине внутреннего диаметра Dоболочки.
Насадок 12 имеет отличающую его окраску, причем цвет этой окраски может соответствовать типу содержащегося в оболочке биологического вещества.
На единичную упаковку 5 и трубчатый насадок 12 нанесены дополнительно буквенно-цифровые обозначения и/или шрифт-код (ни указанные надписи, ни шрифт-код не представлены на фигурах), позволяющие идентифицировать все упаковочное устройство 1.
j
Как это будет показано ниже на примере фиг.3, опора 3 имеет максимальный поперечный размер, меньший внутреннего диаметра D тонкой трубки, и длину L1, имеющую меньшую величину по сравнению с длиной L указанной тонкой трубки, что позволяет вводить ее внутрь оболочки 2, сохраняя при этом один и тот же промежуток между каждым концом 21 и 22 опоры 3 и соответствующим соседним концом 8, 9 тонкой трубки 6, что необходимо для обеспечения возможности заварки тонкой трубки поблизости от двух концов последней в том случае, когда опора 3 находится в положении, в котором она пространственно полностью центрирована внутри тонкой трубки 6.
Насадок 12 и трубчатый участок 11 выполнены в рассматриваемом случае из PETG.
Теперь перейдем к описанию толкателя 4 и упаковки 5 и сделаем это на примере фиг. 1-3.
j
j
Наружный диаметр первого цилиндрического участка 14 толкателя 4 превышает по величине внутренний диаметр D тонкой трубки 6, а наружный диаметр второго цилиндрического участка 15 меньше внутреннего диаметра D указанной тонкой трубки. Второй цилиндрический участок имеет длину 12 (см. фиг.3).
Упаковка 5, представляющая собой лоток со съемной крышкой, выполненный в рассматриваемом случае из Tyvek, cнабжен зоной приема 16 каждого из элементов указанного упаковочного устройства, расположенных друг рядом с другом (в число этих элементов упаковочного устройства входят: оболочка 2, опора 3 и толкатель 4), причем указанная зона приема закрыта герметичным образом посредством съемной пленки 17.
Теперь опишем операцию упаковки подлежащего хранению объема биологического вещества и сделаем это на примере Фиг.1-5.
Оператор, снимая пленку 17, открывает упаковку 5 для получения доступа к опоре 3 и захватывает последнюю за манипуляционный насадок 12. Объем жидкого вещества (не представленный на рассматриваемых фигурах) помещается оператором в желобок 13 опоры 3.
Опора 3 вводится затем в тонкую трубку 6 оболочки 2, причем вводится таким образом, чтобы конец 8 желобка 13 входил первым. Расширяющийся участок 7 облегчает направление опоры 3 внутрь тонкой трубки.
После этого толкатель помещается перед концом 8 тонкой трубки 6 для того, чтобы ввести туда участок 15. Ступенчатая форма толкателя 4 и его размеры позволяют вводить участок 15 в самый конец тонкой трубки, не допуская при этом проникновения туда же участка 14, так как выступ, который имеется у участка 14 в месте его контакта с участком 15, образует своего рода упор, который упирается в борт расширения 7.
В указанном положении упора, представленном на фиг.3, опора 3 продвигается в тонкую трубку 6 длиной, равной длине L2 участка 15.
В указанном положении опора 3 пространственно полностью центрирована внутри тонкой трубки 6, причем с сохранением заданного промежутка между каждым из его концов 21 и 22 и соответствующим соседним концом 8, 9 указанной тонкой трубки.
Тотчас после извлечения толкателя промежуток между концом 21 опоры 3 и соседним концом 8 тонкой трубки 6 становится достаточным для выполнения без затруднений заварки тонкой трубки в месте 20, расположенном на участке вблизи конца тонкой трубки, длиной L2 (фиг.5).
Точно так же выполняется заваренный участок 10 на противоположном концевом участке тонкой трубки 6 длиной L3, равной разнице длин, а именно длины L тонкой трубки 6 и суммы длин (L1+L2), а именно длины L2 участка 15 и длины L1 опоры 3.
Промежуток между концом 22 опоры 3 и концом 9 тонкой трубки 6 вполне достаточен для того, чтобы опора 3, с уже нанесенным на тонкую трубку сварным швом, могла быть легко введена внутрь тонкой трубки на длину, по меньшей мере равную сумме длин (L1+L2), а именно сумме длины L2 участка 15 и длины L1 опоры 3, при этом введению опоры не мешает заваренный участок 10, выполненный на тонкой трубке.
В этом примере длина L2 равна 8 мм.
Трубчатый насадок 12 позволяет поместить желобок 13 вдоль оси тонкой трубки 6, что позволяет избежать любого контакта вещества, подлежащего остекловыванию, с внутренней поверхностью указанной тонкой трубки.
Толкатель 4 применяется индивидуально для каждой единицы упаковки и относится к элементам одноразового пользования, что делается для того, чтобы минимизировать риски заражения образцов в процессе упаковки.
Оболочка 2, содержащая опору 3 и заваренная с двух концов, погружается в вертикальном направлении (для облегчения ее последующего хранения) в низкотемпературную жидкость (например, в жидкий азот) для остекловывания содержащегося в ней вещества в целях обеспечения последующего низкотемпературного хранения этого вещества.
Как только оболочка 2 оказывается погруженной вертикально в низкотемпературную жидкость, вещество (которое до замерзания находилось в жидком состоянии) теряет свои текучие свойства по причине повышенной вязкости содержащихся в рассматриваемом веществе крио-протекторов, которые, в свою очередь, обуславливают наличие поверхностных натяжений вещества в местах его контакта с опорой 3, которые являются достаточно значительными, чтобы воспрепятствовать истечению даже капель вещества.
Опора 3 может быть заменена опорами 103, 203 и 303, показанными соответственно на Фиг.6, 7 и 8. Как правило, в тексте объяснения к настоящему изобретению для всех полностью идентичных элементов сохраняются те же самые цифровые обозначения, что и в случае опоры 3, тогда как для подобных элементов, применявшихся в каждом новом способе реализации предлагаемого изобретения, в цифровые обозначения добавляется цифра 100.
Опора 103, показанная на фиг.6, имеет трубчатый участок 111, конец которого не открыт на выходе в желобок, в силу чего жидкое вещество отсасывается за счет действия капиллярного эффекта или за счет искусственного создания разрежения (например, за счет использования дополнительного источника создания вакуума) на конце 121 опоры 103. Жидкое вещество проникает в результате этого через конец 122 во внутренний объем 18 трубчатого участка 111, чтобы занять в нем определенную его часть.
Опора 203, показанная на фиг.7, имеет трубчатый участок 211, сдавленный на участке длиной в 15 мм, с целью образования на нем плоской части 19, представляющей собой зону приема 5, на которую помещается объем жидкого вещества.
i
В опоре 303, представленной на Фиг.8 и 9, трубчатый насадок 312 имеет два выступа 23, расположенные диаметрально друг против друга. Указанные выступы получаются за счет локального сдавливания материала трубчатого участка, выполняемого для того, чтобы увеличить максимальный поперечный размер опоры 303 таким образом, чтобы указанный размер несколько превышал внутренний диаметр D тонкой трубки 6. При таком соотношении указанных размеров обеспечивается ситуация, в которой во время ввода опоры 303 в тонкую трубку 6 сдавленные участки 23 начинают опираться на внутреннюю поверхность тонкой трубки 6 оболочки 2, локально деформируя при этом тонкую трубку 6 и действуя, таким образом, наподобие тормоза позиционирования, благодаря чему опора 303 удерживается в заданном положении и не может самопроизвольно перемещаться в том или ином направлении внутри оболочки 2 под действием собственного веса.
В рассматриваемом примере формирование выступов путем сдавливания материала трубчатого участка позволяет увеличить максимальный поперечный размер опоры с 1,4 до 1,7 мм.
В вариантах, которые в настоящем описании изобретения не проиллюстрированы фигурами, выступы 23 заменены на выступы, сформированные на тонкой трубке 6 оболочки, у которых выступающий участок ориентирован в сторону расположения внутренней части трубки, что делается для того, чтобы локально уменьшить внутренний диаметр тонкой трубки 6, либо же эти выступы заменены на один или несколько отдельных выступающих участков, принадлежащих одному выступу.
Опора может также иметь такие размеры, которые позволяют обеспечить возможность ее плотного скольжения внутри оболочки.
Оболочка 2 может быть также заменена оболочками 102, 202 и 302, представленными соответственно на Фиг.10, 14 и 15. Указанные оболочки включают в себя каждый балласт, взаимодействующий с тонкой трубкой.
Так, оболочка 102, представленная на фиг.10, содержит помимо тонкой трубки 6 еще и балласт, расположенный внутри тонкой трубки 6.
Указанный балласт представляет собой стержень 24, первый участок 25 которого имеет круглое сечение, а второй участок 26 расплющен с образованием у него овального сечения. Часть участка 26, ограниченная поверхностью 27, выступает за участок 25. Указанный стержень выполнен из материала (в рассматриваемом примере из металла), удельный вес которого превышает тот, который имеет жидкая низкотемпературная среда.
j
Участок с овальным сечением 26 имеет максимальный поперечный размер, несколько превышающий внутренний диаметр Dтонкой трубки 6, что выполняется для того, чтобы выступающий участок опирался во время выполнения операции по установке стержня 24 в оболочке 2 на внутреннюю поверхность тонкой трубки 6, локально деформируя при этом тонкую трубку 6 и действуя, таким образом, наподобие тормоза позиционирования, благодаря чему стержень 24 удерживается в заданном положении и не может самопроизвольно перемещаться в том или ином направлении внутри тонкой трубки 6 под действием собственного веса.
Перейдем теперь к описанию операции по установке стержня 24 в тонкую трубку 6 и сделаем это на примере Фиг.10 и 11.
Стержень 24 должен вводиться в тонкую трубку 6 до выполнения заваренного участка 10 этой трубки, причем при вводе указанного стержня в трубку должен сохраняться промежуток между балластом 24 и концом 9 тонкой трубки 6.
Сразу же после установки стержня внутри тонкой трубки 6 на концевом участке указанной трубки 6, расположенной между концом 9 и стержнем 24, выполняют заваренный участок 10.
После чего стержень проталкивается в тонкую трубку посредством толкателя (не показан), вводимого внутрь трубки через конец 8 до того момента, когда стержень упрется в заваренный участок 10, в котором на тонкую трубку 6 был нанесен сварной шов, как показано на фиг.10.
Размеры стержня 24 рассчитаны таким образом, чтобы он мог упереться в заваренный участок 10, располагаясь между концом 22 опоры 3 (после того, как указанный стержень будет введен в оболочку и займет с помощью толкателя 4 нужное положение) и заваренным участком 10 тонкой трубки, причем с поддержанием требуемого промежутка с концом 22.
В рассмотренном примере балласт в виде стержня имеет длину L4, равную 10 мм, а промежуток между концом 21 опоры 3 и соседним концом 8 тонкой трубки 6 составляет 8 мм, тогда как промежуток между противоположным концом 22 опоры 3 и балластом в виде стержня 24 равен всего 5 мм.
Указанный балласт способствует погружению заваренной оболочки в вертикальном направлении, препятствуя, таким образом, воздуху, скопившемуся в этой оболочке, вынуждать последнюю плавать на жидком азоте.
Благодаря наличию балласта вся поверхность оболочки оказывается очень быстро окруженной жидким азотом, в результате чего биологическое вещество остекловывается гомогенно и по существу мгновенно.
Балласт, расположенный в конце тонкой трубки 6, никоим образом не влияет на процесс охлаждения биологического вещества, подлежащего остекловыванию.
Указанный процесс охлаждения биологического вещества, который проходит гомогенно и по существу мгновенно, обеспечивает качественное проведение процесса остекловывания, которое минимизирует риск разрушения микро- или клеточных организмов, присутствующих в биологическом веществе.
i
В оболочке 202, представленной на фиг.14, балласт выполнен в виде металлического шарика 28 диаметром, несколько превышающим по величине внутренний диаметр D тонкой трубки 6. Шарик 28 располагается внутри тонкой трубки 6, где он прижат к заваренному участку 10, причем указанное прижатие выполняется тем же способом, который использовался и для ввода стержня 24 в тонкую трубку 6.
В случае балласта, расположенного внутри тонкой трубки, два сварных шва, аналогичных заваренному участку 10, могут быть нанесены по одну и другую стороны от балласта в целях исключения возможности любого контакта оператора с биологическим веществом (например, в том случае, когда жидкое биологическое вещество заливается непосредственно во внутренний объем тонкой трубки 6).
e
Альтернативным решением вышеуказанной проблемы может стать также использование кольцеобразного балласта, подобного тому, который представлен на фиг.15. В качестве балласта для оболочки 302 в этом примере используется металлическое кольцо 29, надвинутое поверх тонкой трубки 6. Внутренний диаметр указанного кольца 29 немного меньше наружного диаметра D тонкой трубки 6, что сделано для того, чтобы обеспечить прижатие кольца 29 к наружной поверхности тонкой трубки 6 и тем самым обеспечить локальную деформацию тонкой трубки.
В способах реализации предлагаемого изобретения, представленных на Фиг.16 и 17, средство идентификации биологического вещества, находящегося внутри тонкой трубки, присоединено к балласту 24. Средство идентификации 30, представленное на фиг.16, является визуальным и состоит из цветного кода, шрифт-кода или дополнительной последовательности знаков.
Средство идентификации 31, представленное на фиг.17, является электронным, например микросхемой RFID или электромагнитным слоем, приклеенным к балласту или встроенным в него.
В вышеописанных вариантах выполнения, не показанных на чертежах, средства идентификации, такие как 30 или 31, установлены непосредственно на балластах 28 и 29; и/или же муфта идентификации устанавливается непосредственно на самой оболочке, и в этом случае она окружает тонкую трубку 6.
Следует также сказать, что балласт 29 может быть заменен балластом, который аналогично тому, как это было описано выше, также располагается снаружи тонкой трубки 6, но, например, вокруг заваренного участка 10 последней, после того, как этот участок будет заварен.
Можно также комбинировать любую из оболочек с любой опорой из числа тех, которые описаны выше.
Отметим только, что независимо от того, какой способ реализации предлагаемого изобретения был выбран, заваривание участка 10 может быть выполнено лишь после того, как опора будет введена в оболочку и займет с помощью толкателя 4 предусмотренное для нее положение.
Предлагаемая изобретением оболочка пригодна для всех типов упаковок биологических веществ, снабженных балластами и предназначенных для погружения в жидкий агент, служащий для консервации указанных веществ.
Настоящее изобретение не ограничивается описанными и представленными выше способами реализации предлагаемого изобретения, но охватывает все возможные варианты его выполнения.