一種應用電磁冷凍法的低溫保存裝置及其操作方法
2023-04-24 07:05:51 1
一種應用電磁冷凍法的低溫保存裝置及其操作方法
【專利摘要】本發明公開了一種應用電磁冷凍法的低溫保存裝置及其操作方法，裝置包括低溫恆溫槽、亥姆霍茲線圈、穩壓電源和冷卻臺；其中，低溫恆溫槽通過循環泵連接冷卻臺，亥姆霍茲線圈布設於冷卻臺上兩側，穩壓電源連接亥姆霍茲線圈，所述冷卻臺上設有凹槽，裝有藥品或生物體的西林瓶放置於冷卻臺的凹槽中；本發明利用電磁冷凍法進行低溫保存藥品或生物體，保證了被保存物品的完整性和時效性。
【專利說明】一種應用電磁冷凍法的低溫保存裝置及其操作方法
【技術領域】
[0001]本發明涉及一種應用電磁冷凍法的低溫保存裝置及其操作方法。
【背景技術】
[0002]現代藥品大多是熱敏性藥品，即對溫度(主要是高溫)比較敏感的藥品。在生產熱敏性藥品時，為防止溫度過高而使藥品變性，影響產品的質量，就要對藥品進行低溫保存。而許多生物體也需要在低溫下保存其活性。如何最大程度地避免冷凍和復溫過程中的損傷是人們長期以來所追求的目標。目前低溫保存技術主要有兩種方法，分別是慢速冷凍法和玻璃化保存法。慢速冷凍法降溫速率比較慢，並且添加一定量的低溫保護劑。所以這種方法不僅會導致破壞生物體細胞結構的較大冰晶的形成，而且還會對細胞產生毒性。嚴重影響了被保存生物體的完整性和時效性。雖然玻璃化保存法可以通過在快速冷凍下添加低溫保護劑的方法較大程度的避免冰晶所造成的細胞損傷，但是低溫保護劑具有一定的損害性，且實際過程不可能將冷卻速度提高得過快。
【發明內容】
[0003]本發明為了解決上述問題，提出了一種應用電磁冷凍法的低溫保存裝置及其操作方法，該裝置通過電磁場冷凍法來彌補目前主要低溫保存方法的不足之處，可以良好的對含蔗糖類藥品或以蔗糖作為低溫保護劑的生物體進行低溫保存。
[0004]為了實現上述目的，本發明採用如下技術方案:
[0005]一種應用電磁冷凍法的低溫保存裝置，包括低溫恆溫槽、亥姆霍茲線圈、穩壓電源和冷卻臺；其中，低溫恆溫槽通過循環泵連接冷卻臺，亥姆霍茲線圈布設於冷卻臺上兩側，穩壓電源連接亥姆霍茲線圈，所述冷卻臺上設有凹槽，裝有藥品或生物體的西林瓶放置於冷卻臺的凹槽中。
[0006]所述冷卻臺內部設有彎折的載冷液流道，冷卻臺設有載冷液入口和出口，載冷液流道與載冷液入口和出口相通。
[0007]所述冷卻臺為導熱係數228W/ (m.K)的鋁合金製成。
[0008]一種採用上述低溫保存裝置的操作方法，具體包括以下步驟:
[0009](I)利用低溫恆溫槽將載冷液冷卻至零下30°C至零下15°C ；
[0010](2)通過循環泵將載冷劑送入冷卻臺內，使冷卻臺上表面保持零下20°C至零下IO0C的溫度，將裝有藥品的西林瓶放在冷卻臺上表面凹槽處；
[0011](3)穩壓電源向亥姆霍茲線圈供電，在放有西林瓶的冷卻臺周圍施加磁場，磁場強度在5-300G之間，為直流或交流磁場，磁場強度與穩壓電源的電壓相對應；
[0012](4)保證外加磁場作用與藥品冷卻同時開始進行，並持續作用於藥品。
[0013]本發明的工作原理為:本方法應用於含蔗糖類藥品或以蔗糖作為低溫保護劑的生物體的低溫保存，當外加磁場作用於蔗糖溶液時，水分子和蔗糖分子都會產生擺動，由於水分子的極性大於蔗糖分子，所以水分子的擺動頻率大於蔗糖分子的擺動頻率。這樣就會導致蔗糖分子與水分子之間的氫鍵斷裂，所以蔗糖溶液物理性質會受到一定的影響，以達到低溫保存的效果。
[0014]本發明的有益效果為:
[0015]1、利用電磁冷凍法進行低溫保存藥品或生物體，保證了被保存物品的完整性和時效性；
[0016]2、降溫速率快、無需添加保護劑，提高保護質量；
[0017]3、避免大冰晶的生成，避免低溫保護劑對藥品/生物體的危害。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0018]圖1為本發明的結構示意圖；
[0019]圖2為本發明的冷卻臺剖面正視圖；
[0020]圖3為本發明的冷卻臺剖面側視圖；
[0021]圖4為8%蔗糖溶液在不同磁場強度下的冷卻曲線圖。
[0022]其中，1、低溫恆溫槽；2、亥姆霍茲線圈；3、西林瓶；4、穩壓電源；5、冷卻臺；6、載冷液入口 ；7、載冷液出口 ；8、凹槽；9、流道。
【具體實施方式】:
[0023]下面結合附圖與實施例對本發明作進一步說明。
[0024]實施例一:
[0025]如圖1所示，一種應用電磁冷凍法的低溫保存裝置，包括低溫恆溫槽1、亥姆霍茲線圈2、穩壓電源4和冷卻臺5 ;其中，低溫恆溫槽I通過循環泵連接冷卻臺5，亥姆霍茲線圈2布設於冷卻臺5上兩側，穩壓電源4連接亥姆霍茲線圈2，冷卻臺5為導熱係數228W/(m -K)的鋁合金製成的，冷卻臺5上設有凹槽8，裝有藥品或生物體的西林瓶3放置於冷卻臺5的凹槽8中。
[0026]如圖2、圖3所示，冷卻臺5內部設有彎折的載冷液流道9，冷卻臺設有載冷液入口6和載冷液出口 7，載冷液流道9與載冷液入口 6和載冷液出口 7相通。
[0027]本方法應用於含蔗糖類藥品或以蔗糖作為低溫保護劑的生物體的低溫保存，當外加磁場作用於蔗糖溶液時，水分子和蔗糖分子都會產生擺動，由於水分子的極性大於蔗糖分子，所以水分子的擺動頻率大於鹿糖分子的擺動頻率。這樣就會導致鹿糖分子與水分子之間的氫鍵斷裂，所以蔗糖溶液物理性質會受到一定的影響，已達到低溫保存的效果。
[0028]一種採用所述低溫保存裝置的操作方法，具體包括以下步驟:
[0029]( I)利用低溫恆溫槽I將載冷液冷卻至零下20°C ；
[0030](2)通過循環泵將載冷劑送入冷卻臺5內，使冷卻臺5上表面保持零下15°C的恆溫，將裝有藥品的西林瓶3放在冷卻臺5上表面凹槽8處；
[0031](3)穩壓電源4向亥姆霍茲線圈2供電，在放有西林瓶3的冷卻臺5周圍施加磁場，磁場強度取6G，磁場強度與穩壓電源4的電壓相對應；
[0032](4)保證外加磁場作用與藥品冷卻同時開始進行，並持續作用於藥品。
[0033]如圖4所示，對8%蔗糖溶液作為實驗樣本進行了實驗，並且通過數據採集儀得到了 6G磁場強度下的樣本中心處的冷卻曲線。磁場的作用使得蔗糖溶液的過冷度增大，也就是說在磁場的作用下，過冷態的蔗糖溶液的穩定性增加，分子間能量的增強有效地抵消了溫度下降過程中的能量交換，使得過冷態的蔗糖溶液能夠在更低的溫度下保存。而自由分子和小分子簇的存在使得結晶過程的晶核尺寸達不到臨界半徑，從而抑制了結晶過程。同時過冷度的增加導致過冷態時間延長，從而使得水體溫度均勻性增加，推遲了成核時間，另一方面一旦晶核形成，則會誘導整個溶液迅速形成大量晶核，結晶過程迅速完成，生成的晶體尺寸大大減小。
[0034]實施例二:
[0035]如圖1所示，一種應用電磁冷凍法的低溫保存裝置，包括低溫恆溫槽1、亥姆霍茲線圈2、穩壓電源4和冷卻臺5 ;其中，低溫恆溫槽I通過循環泵連接冷卻臺5，亥姆霍茲線圈2布設於冷卻臺5上兩側，穩壓電源4連接亥姆霍茲線圈2，冷卻臺5為導熱係數228W/(m -K)的鋁合金製成的，冷卻臺5上設有凹槽8，裝有藥品或生物體的西林瓶3放置於冷卻臺5的凹槽8中。
[0036]如圖2、圖3所示，冷卻臺5內部設有彎折的載冷液流道9，冷卻臺設有載冷液入口6和載冷液出口 7，載冷液流道9與載冷液入口 6和載冷液出口 7相通。
[0037]本方法應用於含蔗糖類藥品或以蔗糖作為低溫保護劑的生物體的低溫保存，當外加磁場作用於蔗糖溶液時，水分子和蔗糖分子都會產生擺動，由於水分子的極性大於蔗糖分子，所以水分子的擺動頻率大於鹿糖分子的擺動頻率。這樣就會導致鹿糖分子與水分子之間的氫鍵斷裂，所以蔗糖溶液物理性質會受到一定的影響，已達到低溫保存的效果。
[0038]一種採用所述低溫保存裝置的操作方法，具體包括以下步驟:
[0039]( I)利用低溫恆溫槽I將載冷液冷卻至零下20°C ；
[0040](2)通過循環泵將載冷劑送入冷卻臺5內，使冷卻臺5上表面保持零下15°C的恆溫，將裝有藥品的西林瓶3放在冷卻臺5上表面凹槽8處；
[0041](3)穩壓電源4向亥姆霍茲線圈2供電，在放有西林瓶3的冷卻臺5周圍施加磁場，磁場強度取12G，磁場強度與穩壓電源4的電壓相對應；
[0042](4)保證外加磁場作用與藥品冷卻同時開始進行，並持續作用於藥品。
[0043]如圖4所示，對8%蔗糖溶液作為實驗樣本進行了實驗，並且通過數據採集儀得到了 12G磁場強度下的樣本中心處的冷卻曲線。可以看出，跟不使用電磁冷凍法的低溫保存情況相比，使用該裝置及操作方法，實驗樣品結晶過程迅速完成，生成的晶體尺寸大大減小。
[0044]實施例三:
[0045]如圖1所示，一種應用電磁冷凍法的低溫保存裝置，包括低溫恆溫槽1、亥姆霍茲線圈2、穩壓電源4和冷卻臺5 ;其中，低溫恆溫槽I通過循環泵連接冷卻臺5，亥姆霍茲線圈2布設於冷卻臺5上兩側，穩壓電源4連接亥姆霍茲線圈2，冷卻臺5為導熱係數228W/(m -K)的鋁合金製成的，冷卻臺5上設有凹槽8，裝有藥品或生物體的西林瓶3放置於冷卻臺5的凹槽8中。
[0046]如圖2、圖3所示，冷卻臺5內部設有彎折的載冷液流道9，冷卻臺設有載冷液入口
6和載冷液出口 7，載冷液流道9與載冷液入口 6和載冷液出口 7相通。
[0047]本方法應用於含蔗糖類藥品或以蔗糖作為低溫保護劑的生物體的低溫保存，當外加磁場作用於蔗糖溶液時，水分子和蔗糖分子都會產生擺動，由於水分子的極性大於蔗糖分子，所以水分子的擺動頻率大於鹿糖分子的擺動頻率。這樣就會導致鹿糖分子與水分子之間的氫鍵斷裂，所以蔗糖溶液物理性質會受到一定的影響，已達到低溫保存的效果。
[0048]一種採用所述低溫保存裝置的操作方法，具體包括以下步驟:
[0049]( I)利用低溫恆溫槽I將載冷液冷卻至零下20°C ；
[0050](2)通過循環泵將載冷劑送入冷卻臺5內，使冷卻臺5上表面保持零下15°C的恆溫，將裝有藥品的西林瓶3放在冷卻臺5上表面凹槽8處；
[0051](3)穩壓電源4向亥姆霍茲線圈2供電，在放有西林瓶3的冷卻臺5周圍施加磁場，磁場強度取25G，磁場強度與穩壓電源4的電壓相對應；
[0052](4)保證外加磁場作用與藥品冷卻同時開始進行，並持續作用於藥品。
[0053]如圖4所示，對8%蔗糖溶液作為實驗樣本進行了實驗，並且通過數據採集儀得到了 25G磁場強度下的樣本中心處的冷卻曲線。可以看出，跟不使用電磁冷凍法的低溫保存情況相比，使用該裝置及操作方法，實驗樣品結晶過程迅速完成，生成的晶體尺寸大大減小。
[0054]上述雖然結合附圖對本發明的【具體實施方式】進行了描述，但並非對本發明保護範圍的限制，所屬領域技術人員應該明白，在本發明的技術方案的基礎上，本領域技術人員不需要付出創造性勞動即可做出的各種修改或變形仍在本發明的保護範圍以內。
【權利要求】
1.一種應用電磁冷凍法的低溫保存裝置，其特徵是:一種應用電磁冷凍法的低溫保存裝置，包括低溫恆溫槽、亥姆霍茲線圈、穩壓電源和冷卻臺；其中，低溫恆溫槽通過循環泵連接冷卻臺，亥姆霍茲線圈布設於冷卻臺上兩側，穩壓電源連接亥姆霍茲線圈，所述冷卻臺上設有凹槽，裝有藥品或生物體的西林瓶放置於冷卻臺的凹槽中。
2.如權利要求1所述的一種應用電磁冷凍法的低溫保存裝置，其特徵是:所述冷卻臺內部設有彎折的載冷液流道，冷卻臺設有載冷液入口和出口，載冷液流道與載冷液入口和出口相通。
3.如權利要求1所述的一種應用電磁冷凍法的低溫保存裝置，其特徵是:所述冷卻臺為導熱係數228W/(m*K)的鋁合金製成。
4.一種採用上述低溫保存裝置的操作方法，其特徵是:具體包括以下步驟: (I)利用低溫恆溫槽將載冷液冷卻至零下30°C至零下15°C ； (2 )通過循環泵將載冷劑送入冷卻臺內，使冷卻臺上表面保持零下20°C至零下I (TC的溫度，將裝有藥品的西林瓶放在冷卻臺上表面凹槽處； (3 )穩壓電源向亥姆霍茲線圈供電，在放有西林瓶的冷卻臺周圍施加磁場，磁場強度在5-300G之間，為直流或交流磁場，磁場強度與穩壓電源的電壓相對應； (4)保證外加磁場作用與藥品冷卻同時開始進行，並持續作用於藥品。
【文檔編號】F25D3/00GK103759483SQ201410042651
【公開日】2014年4月30日 申請日期:2014年1月28日 優先權日:2014年1月28日
【發明者】趙紅霞, 李文博, 韓吉田, 陳常念 申請人:山東大學