用于自动样品解冻的系统、装置和方法与流程

本申请要求2014年5月16日提交的美国临时申请No.61/994,586和2014年8月27日提交的美国临时申请No.62/042,669的优先权，所述申请的全部内容通过引用并入本文用于所有目的。

技术领域

本发明总体涉及细胞的低温保存，并且更具体地涉及用于回收低温保存的细胞和组织的系统、装置和方法。

背景技术：

悬浮液中细胞的低温保存是用于活细胞的长期存档储存和回收的完善的和公认的技术。作为一般方法，将细胞悬浮在通常包括盐溶液、缓冲液、营养物、生长因子、蛋白质和冷冻保存剂的冷冻保存介质中。然后将细胞分配到具有所需尺寸和体积的存档存储容器中，之后降低容器的温度，直到容器内容物冷冻。典型的长期存档条件包括液氮蒸汽存储，其中温度通常在-196和-150摄氏度之间。

通过这种方法保存的活细胞的成功回收可以取决于在冷冻和解冻处理期间使细胞内区域中有害的冰晶体生长最小化。在冷冻过程期间已经取得了一些进展以减少细胞内冰晶生长。例如，可以通过向组织或细胞悬浮液中加入冷冻保护剂化合物来减少细胞内冰晶体生长，所述冷冻保护剂化合物抑制细胞外和细胞内的冰晶成核和生长。另外，可以通过管理样品温度降低的速率来控制细胞内冰的生长。在冷冻过程期间，细胞外冰晶形成将从发育的冰晶体结构中排除溶质和细胞，从而将溶质和细胞浓缩在剩余的液相中。溶质浓度的增加将建立渗透势，该渗透势将促进细胞的脱水，同时允许细胞膜可渗透的冷冻保护剂在细胞内体积内的浓度达到平衡的时间。随着冷冻过程的进行，将达到一定的温度，在该温度下高溶质浓度将凝固成玻璃状态，在细胞内体积内具有最小尺寸的冰晶核。然后将固态细胞悬浮液进一步降低温度，直到达到低温储存温度。在该温度下，分子活性充分降低，使得细胞可以无限期地被储存。对于在低温储存后的最佳细胞回收，在冷冻过程期间降温速率必须在值的一定范围内。如果降温速率太快，则细胞可在细胞内水的水平已经充分降低之前冻结，从而促进细胞内冰晶体的生长。如果降温速率太慢，则细胞可变得过度脱水，并且细胞外溶质浓度可变得太高，两种情况都导致关键细胞结构的损伤。因此，通常控制冷冻处理期间的降温速率。例如，控制降温速率的一种方法包括用绝缘材料包围样品并将组件置于静态温度环境中，而另一种方法包括将暴露的样品容器置于其中内部温度以受控的速率降低的隔离室中。

使样品从低温存档状态返回包括将样品解冻至完全液体状态。在解冻处理期间，温度变化速率也会影响低温保存的细胞的生存力。样品存储容器的固体内容物含有结晶水的大的岛状物，其通过与冰晶的小核混合的玻璃态水溶质的通道插入。在从低温储存温度到最终相变成完全液体状态的转变期间，存在样品中水分子的重排的机会，包括细胞内的小冰核的热力学有利的延伸。由于细胞内冰晶的生长具有与细胞损伤相关的潜在性，并且由于晶体生长的程度是时间相关的现象，因此最小化通过相变的转变的时间间隔是合乎期望的。样品容器温度中的快速回转速率通常通过将容器在设定为约37摄氏度的温度的水浴中部分浸没来实现。虽然可以通过提高浴的温度来实现更快的解冻速率，但是将容器浸没在浴中将在容器内建立温度梯度，其中最高温度位于容器壁处。结果，将发生瞬态热力学状态，其中液体-固体混合物的温度将超过熔化温度，即使冷冻材料在非常靠近之处也是如此。因此，器皿内温度梯度对浴温度设置了上限。此外，由于常见的冷冻保护剂对细胞具有已知的毒性作用，所以液体状态的细胞相对于时间和温度的差异暴露允许在完成解冻处理时细胞的存活力的变化。由于冷冻保护剂的毒性效应在高温下增强，因此较低的液体温度是合乎期望的。为此，常见的解冻方案通常包括快速解冻阶段，当少量固体材料仍然保留在样品容器中时该解冻阶段终止。样品从水浴中取出后，样品温度将迅速平衡至接近相变温度的温度。解冻方案通常寻求使经解冻的样品保持在冷冻保护剂浓缩的状态下的持续时间最小化，并且稀释样品或替换用于培养基的冷冻保存介质的后续步骤通常以尽可能短的间隔应用。因为用于解冻样品小瓶中的低温样品的当前方法和解决方案取决于在个体基础上不同的方法、方案和设备，所以没有可用的现有的方法，通过所述方法解冻处理可以在学术或临床社区上标准化。因此，可能需要改进。

技术实现要素：

在本发明中使用的术语“发明”、“本发明”、“该发明”和“当前发明”旨在广泛地指代本发明和下面的专利权利要求的所有主题。包含这些术语的语句应理解为不限制本文所描述的主题或限制以下专利权利要求的含义或范围。本发明所涵盖的本发明的实施方式由下面的权利要求而不是发明内容来限定。本发明内容是本发明的各个方面的高级概述，并且介绍在下面的具体实施方式部分中进一步描述的一些概念。本发明内容不旨在标识所要求保护的主题的关键或必要特征，也不旨在单独用于确定所要求保护的主题的范围。应当通过参考本发明的整个说明书的适当部分、任何或所有附图和每个权利要求来理解主题。

对于解冻细胞，常规实践是在温水浴(例如，37℃)中将细胞快速加热至刚好在最后一滴冰即将融化的点，然后将细胞慢慢稀释到生长培养基中。如果使得样品温度过高，那么细胞可能开始代谢，并被冷冻过程中使用的DMSO(二甲基亚砜)污染。通常，低温保存的细胞和组织的解冻由实验室技术人员进行，并且应用的方案不仅可以在每个实验室技术人员之间变化，而且还可以是技术依赖性的。样品解冻的完成通常由每个技术人员主观判断，并且可能导致解冻速率的变化或者已经允许样品变得太热。尽管使用浴和手动控制小瓶插入在理论上可能实现可重复的解冻曲线，但是技术和方案顺从性程度的预期差异，特别是结合频繁地从浴中取出小瓶以监测解冻状态的要求，使得偏离标准曲线是几乎确定的。从浴中取出小瓶中断从浴池水到小瓶的热能传递，并且对解冻状态的视觉评估通常是困难的，并且可能由于作为小瓶产品的整体特征而提供的小瓶标签和印刷书写表面的存在而变得复杂。另外的水浴也是污染源，并且小瓶主体-盖接头的不经意的浸没可能导致在移除小瓶盖期间将浴液引入小瓶内容物。

提供简化的、自动化的和/或更一致的样品解冻的系统、装置和方法可能是有利的并且可以提高细胞回收性。此外，与容易配置和执行的方法结合的自主运作的装置可以提供标准解冻处理可以跨学术和/或临床社区整合的方式，从而消除实验结果和治疗结果中的变异源。将提供对于样品小瓶的解冻处理的自动化和标准化的装置和方法可以解决在实现该成就时的多个障碍。本发明的实施方式可以解决这些问题中的一个或多个。为了复制解冻处理，其中加热阶段在实质解冻后终止(例如，当小部分样品仍然处于固相时或当样品基本上完成从固体到液体的相变时)，解冻系统可以使用一个或多个传感器和/或解冻算法来预测解冻处理的各个阶段。在一些实施方式中，由于存在一定范围的对在解冻期间的细胞内冰晶生长、冷冻保护剂暴露和在解冻处理期间液态温度升高的组合效应的易感性，获得针对给定细胞类型或细胞混合物的一致恢复状态可取决于相对于时间的解冻温度升高曲线的紧密控制。

因此，在本发明的一些实施方式中，可以提供用于在一致和均匀条件下解冻样品的系统和方法。由于在低温下储存的样品通常位于远离将进行回收操作的加热器的位置，因此必须建立系统以在运输期间调节样品的温度，以确保样品不会过早地解冻或在高于-75℃的温度下花费不必要的长时间间隔。尽管理想地，在从低温储存取出和开始解冻处理之间的时间间隔中样品的温度应当保持在低温储存流体的玻璃化转变温度(约-150℃)以下，然而对于许多细胞培养物，可以使用在-150℃至-75℃的温度范围内的临时储存间隔至少几天，而在回收和培养时细胞活性没有可检测的降低。对于这样的样品，容易施加约-75℃的运输和临时保持温度，这是由于该温度与可用作制冷剂的固体二氧化碳的相变温度一致。对于更多的温度敏感样品，可以通过使用液氮作为制冷剂获得约-195℃的运输和临时储存温度。系统可以包括用于样品小瓶的容器，所述样品小瓶将允许样品在等于或低于-75℃的温度下的热平衡。该系统还可以包括用于样品器皿的容器，所述样品器皿用于保持和解冻样品。在一些实施方式中，与样品器皿的外表面物理接触的样品保持器(以下称为“加温块”)的接触表面可以被加热到恒定温度(例如37℃)。微处理器可以与样品容器保持器耦合，并且处理器可以使用预测解冻模型来识别样品解冻处理的结束时间。预测解冻模型可以部分地基于解冻处理的开始时间来识别解冻完成时间。在一些实施方式中，解冻完成时间可从针对特定样品容器格式的预定平均解冻时间获得，所述特定样品容器格式包含针对特定加热温度的特定样品体积有效载荷，如参考从实验值导出的查找数据表。在其它实施方式中，本发明可以接收来自与样品容器的外表面处于接触的温度传感器的数据，并且可以基于温度数据确定样品固相到液相转变的开始，并且结合对于等效的样品质量和小瓶配置实验得到的相转变的间隔，预测相变转换将完成或接近完成的时间。在其他实施方式中，解冻完成时间可以完全基于对从与样品器皿可操作地耦合(例如，直接接触外表面、通过使用非接触红外传感器等)的温度传感器接收的数据的分析通过预测计算来确定。在其他实施方式中，相变间隔的结束的接近将由数据流中的噪声信号来检测，该数据流如由与样品器皿可操作地耦合的温度传感器检测的、从小瓶中的固相残余物的随机运动导出。在一些实施方式中，小瓶外表面温度传感器与容器的侧面接触，而在其它实施方式中，传感器与容器的底部表面接触。在其它实施方式中，样品容器内容物的温度将通过物理上居中在容器内部的传感器测量，并且通过作为容器外部的连续延伸的材料覆盖与内容物隔离。在一些实施方式中，外部小瓶表面传感器可以是解冻装置的部件，而在其他实施方式中，传感器可以是容器的部件。当传感器是样品器皿的部件时，传感器可以包括与解冻装置的连接件(例如，电、无线电或光学连接件)，通过该连接件可以交换数据。在一些实施方式中，数据流可以仅包括温度数据，而在其他实施方式中，数据流可以包括附加信息，例如但不限于：器皿跟踪信息、小瓶内容历史和构成、以及监管链历史。在一些实施方式中，温度传感器可以是热电偶、热敏电阻和电阻传感器，而在其他实施方式中，小瓶温度可以由红外非接触温度检测器来检测。

一些实施方式可以包括一个或多个温度换能器，通过该换能器可以监测加温块的温度。在一些实施方式中，加温块的温度由接收来自加温块温度换能器的温度信号反馈的微处理器来控制。该系统可以包括用于记录样品和/或样品容器的一个或多个温度的一个或多个换能器。在一些实施方式中，可以提供一个或多个换能器用于测量和/或记录样品容器的外表面的温度。在一些实施方式中，可以提供一个或多个换能器用于测量和/或记录样品的温度。

在一些实施方式中，系统可以具有用户界面，并且可以在记录来自样品和/或样品容器的温度之前经由用户界面接收用户输入。或者，系统可以在样品容器插入样品保持器之后被自动触发以开始记录来自样品和/或样品容器的温度。在一些实施方式中，系统可以单独使用自动触发机构来用信号通知解冻间隔的开始。在一些实施方式中，系统可以使用自动触发机构来用信号通知解冻间隔的开始，并且结合起动信号使用时间值常数来确定解冻处理的完成。在其他实施方式中，样品容器的外表面的温度测量的算法分析用于确定样品固体到液体相变的间隔的开始和结束点。在样品完全处于固相的间隔期间的温度升高可以通过线性时不变集总系统方程式来建模，其中时间常数值控制温度升高的速率。在其他实施方式中，解冻间隔的开始可以通过计算线性时不变集总系统方程式的时间常数变量来确定，使得方程式的温度输出值将覆盖从小瓶表面温度传感器接收的时间-温度数据的固相部分，以及通过使用所述时间常数值的倍数来指示固相到液相的开始时间。在其他实施方式中，自动解冻系统可以使用解冻插入信号、时间值和样品容器表面温度数据的算法分析的组合来确定解冻处理的开始和结束点。

在一些实施方式中，在从低温存储系统取回冷冻的样品小瓶之后，通过将样品放置在铝合金保持器(“平衡块”)中，冷冻的样品小瓶的温度平衡至大约-78℃至-75℃的温度，所述铝合金保持器搁置在干冰上并被干冰包围。在该实施方式中，将小瓶从平衡块移除并立即放入具有已知和恒定温度的加温块中。使用该实施方式和方法，可以针对给定的小瓶几何形状和有效载荷确定非常均匀和可预测的解冻间隔(“总解冻间隔”)，从而允许仅仅通过在插入加温块后的时间间隔预测解冻完成。在其它实施方式中，在平衡块中的温度平衡和插入到加温块中之后，解冻间隔可以通过总解冻时间间隔和小瓶外部温度数据的算法分析的组合来确定，由此提供用于解冻间期预测系统的内部自参考检查。

在一些实施方式中，加温块被配置为通过提供具有适当尺寸的多个接收孔来接受多个样品容器几何形状(例如，小瓶、容器、袋子等)。在其它实施方式中，加温块被配置为接受仅一个样品容器，并且专用于仅针对该加温块的具有尺寸的解冻样品容器。在其它实施方式中，加温块被设计成通过更换设计用于特定样品容器的适当的小瓶适配器来接受多个样品容器尺寸和几何形状。可选地，加温块可以利用变形接触、柔性包裹物、旋转块面、热辊、IR加热器和/或滚动爪卡盘，以接受多个样品容器尺寸和几何形状。在一些实施方式中，系统可以部分地基于样品容器类型来调整完成时间。可选地，系统可以被配置为自动确定被解冻的样品容器的类型。例如，一些样品容器可以包括可由系统的条形码读取器或系统的RFID芯片传感器读取的1D条形码、2D条形码、RFID芯片或其他计算机可读标记。容器的条形码、RFID芯片或其它计算机可读标记可以链接到容器的解冻数据图表，并且系统可以自动确定针对容器特有的解冻间隔或以其他方式确定特定于容器类型的解冻结束时间(例如，通过查找表、公式等)。在一些实施方式中，查找表可以由数学函数定义。可选地，系统可以经由用户界面接收用户输入，用于定义被解冻的样品容器的类型。在一些实施方式中，解冻结束时间和总解冻时间可以使用起始容器外部温度、加温块(例如，不可弯曲的固体材料)的温度和容器类型来确定。

在一些实施方式中，加温块的样品小瓶接收孔包括导热易弯材料衬里，以提供与样品容器的均匀且可重复的热接触水平。在一些实施方式中，加温块被分成两部分，使得当两个部分分离时，样品容器接收孔的内壁不接触样品容器或与样品容器具有最小接触，从而便于从孔插入样品容器和从孔移出样品容器并且提供在限定的时刻启动解冻处理的方式，此外还提供中断从加温块到样品小瓶的热能流的方式。在一些实施方式中，加温块的样品小瓶接收孔被与样品接收孔的中心轴重合的垂直平面分开。在其他实施方式中，加温块被分成多于两个部分(例如，三个部分、四个部分或更多个部分)，其允许选择性地将空间以加温块段的瞬时横向或者角位移引入加温块样品小瓶接收孔壁和样品小瓶外部之间。在一些实施方式中，加温块段由机械连接件限制，所述机械连接件诸如滑动机构、铰接接头、运动学连接件、液压机构、电螺线管机构、螺旋机构、磁性连接件或它们的任何组合。在一些实施方式中，当将样品小瓶插入加温块样品小瓶接收器孔中时，加温块的分离部分自动关闭，以在样品容器的所有或大部分侧表面上有效地接触样品容器。

在一些实施方式中，本发明将提供声音或视觉反馈，以允许向用户通知装置状态和样品解冻处理的状态。在一些实施方式中，在达到熔化处理的期望终点时，本发明将使用视觉和声音信号警告用户。

在一些实施方式中，本发明将专用于除了选择开关状态之外没有可用用户输入的样品小瓶的一般类型和形状。在其他实施方式中，本发明将接受来自用户的输入。在一些实施方式中，预测解冻模型可以但不限于通过用户输入来调整以考虑保持样品的样品容器的类型、样品容器上的标签的存在、样品容器填充水平、和/或加温块与容器之间的导热介质的老化。

可选地，当熔化样品达到剩余固相的期望水平时，系统可以向用户提供警报。在一些实施方式中，所需的终点是其中固相为固体材料起始量的小部分的状态。在其它实施方式中，解冻处理的期望终点可以是当溶液是完全液体时。在一些实施方式中，由系统提供的端点警报可以是声音或视觉指示或声音和视觉信号的组合。在其他实施方式中，端点警报可以被无线地发送到远程接收器以召集可能不在解冻装置的视觉或听觉范围内的操作者。在一些实施方式中，通过从加温块移除样品小瓶来终止警报信号。可选地，系统可以自动地从容器脱离一个或多个加热表面，以自动地减少容器的加热。在一些实施方式中，系统可以被配置成调节与容器接触的一个或多个加热表面，以在解冻结束之后或在期望的终点处将样品的温度维持或保持在特定温度。

在本发明的一些方面，提供了一种用于解冻样品容器中的样品的方法。该方法可以包括加热加温块并在加温块内接收样品容器的步骤。此后，可以从样品容器和/或样品获取温度测量值。可以确定触发点以使用用于处理的剩余部分的时间间隔值。例如，解冻开始时间(例如，相变开始)可以是用于开始识别解冻处理的结束的时间间隔的触发点。可以基于温度测量来确定解冻开始时间。可以接收关于样品和/或样品容器的信息。可以部分地基于解冻开始时间确定解冻完成时间。可以根据所接收的样品和/或样品容器信息来调整解冻完成时间。可以提供用于提醒用户解冻完成时间的信号。

由于通过仅依赖于均匀的起始温度、均匀的加温块温度和均匀的样品小瓶配置可以极大地促进解冻持续时间的预测，在本发明的其他方面中，提供了用于平衡样品小瓶到标准起始超低温温度通路点，同时消除样品小瓶与干冰的任何直接接触的方法和装置。在本发明的一些实施方式中，提供了一种绝热容器，其中可以放置固体二氧化碳或干冰，并且可以在其上放置或嵌入用于样品小瓶的导热容器。在本发明的其它方面，提供了用于在低温温度下从低温储存取回低温保存的样品小瓶并在将平衡的样品转移到标准和均匀温度的加温块之后在开始解冻处理之前将样品小瓶重新平衡到超冷标准温度路径点的方法，可以仅基于已知的时间常数预测解冻处理的持续时间。在本发明的其它方面，提供了其中应用前述方法但是通过从样品小瓶外表面温度测量数据的计算分析导出的额外解冻时间预测能力增强的方法。

在本发明的另外的实施方式中，可以提供一种用于从器皿中包含的样品的固态转化为液态的装置。该装置可包括形成用于接收器皿的容器的柔性固体材料和用于将柔性固体材料加热至高于样品的熔点的温度的加热器。当器皿被容纳在由柔性的固体材料形成的容器内时，柔性的固体材料可以置于器皿和非柔性的固体材料之间。非柔性的固体材料可以包括介于10瓦/米·开尔文和410瓦/米·开尔文之间的热导率的材料，典型的热导率在100和300瓦/米·开尔文之间，在一些实施方式中，热导率在150和180瓦特每米开尔文之间。具有在该范围内的热导率的材料可以表现出大于肖氏硬度计D值75的材料硬度，使得即使当被制造为紧密公差以与器皿表面配合时，在器皿和固体容器之间的界面中可以存在微小的气隙，从而在穿过材料界面的热传导路径中引入中断，这可能引入在发生的严重性和频率方面不可预测的热阻率的变化。此外，尽管低温储存器皿的一般形状和尺寸可以相似，但是可以预期到制造源的变化。因此，在样品器皿和固体材料容器之间插入柔性材料的薄层可以消除或基本上减小空气间隙的尺寸和数量，并提供均匀的路径，热能可以通过该路径从固体材料转移到样品器皿内容物。柔性材料的实例将包括但不限于由Berquist公司以商品名Gap Pad VO soft出售的导热柔性材料，该材料具有通过ASTM D2240测试规范确定的肖氏00硬度等级25。由于消除固体材料接收器和样品器皿壁之间的空气间隙可能仅需要柔性材料的薄层，因此0.5mm至2mm(不限于)的典型厚度可足以确保足够的热接触，然而，由于柔性材料可以表现出与固体材料相比低的热导率，可以应用具有大于0.01瓦/米·开尔文的热导率的柔性材料，而典型的柔性材料可以具有大于0.1瓦/米·开尔文的热导率，而在一些实施方式中，柔性材料将具有大于0.5瓦/米·开尔文的热导率。

柔性材料和非柔性材料可以永久地结合在一起。可选地，柔性材料和非柔性材料可以可移除地结合在一起。

在一些实施方式中，柔性和非柔性材料可以分割成两个或更多个段，并且段可以通过机械连接件连接，该机械连接件可以将段移动到用于接收或释放器皿的打开配置和用于形成容器和解冻器皿的闭合配置。当将段从打开配置转变为闭合配置时柔性材料可以选择性地放置成与器皿接触，或当将段从闭合配置转变为打开配置时，柔性材料可以选择性地从与器皿的接触移开。

可以提供器皿传感器，用于当段处于打开配置和闭合配置时检测柔性材料的段之间的器皿的存在。

可以提供微控制器用于控制机械连接件。当段处于打开配置时，微控制器可以被配置成在段处于打开配置时检测器皿在段之间的位置处的放置。微控制器还可以被配置成传输控制信号以致动机械连接件以移动段朝向闭合配置，以在插入器皿到开放段之间的位置时使器皿接触段的柔性材料。

当段处于关闭配置并且解冻器皿时，微控制器可以被配置成通过递送控制信号来中断器皿的解冻，从而致动机械件连接以使节段朝向打开配置移动，使得段的柔性材料不接触容器。

在一些实施方式中，非柔性材料可以由加热器加热。

可以提供温度传感器并且可以将其固定在非柔性固体中。温度传感器可以与非柔性固体热绝缘，并且可以在接触位置保持与器皿接触，使得由温度传感器报告的温度信号可以与在接触位置的器皿的外表面的温度相关联。

在一些实施方式中，解冻样品的相变的开始可以通过对来自一个或多个温度传感器的温度数据的算法分析来确定，所述温度传感器在低于包含在其中的样品的顶部水平的位置处与器皿可操作地耦合。

柔性材料的加热可引起器皿的径向加热，以实现显著与器皿填充水平无关的解冻时间。

在本发明的另外的实施方式中，可以提供一种在器皿内解冻样品的方法。该方法可以包括从与器皿可操作地耦合的温度传感器接收温度数据馈送(例如，在沿着器皿的外表面低于器皿内的样品的顶部水平的位置处与器皿的外表面直接接触、红外温度传感器等)，以及通过处理温度数据馈送来识别器皿中包含的样品的固相到液相变化的开始。解冻结束时间可以基于器皿中包含的样品的固相到液相的变化的开始来计算。可以输出信号以在计算的解冻时间中断器皿中容纳的样品的解冻。

在另外的实施方式中，可以提供在器皿内解冻样品的另一种方法。该方法可以包括将样品和器皿平衡至中间温度。中间温度可以低于样品熔化温度。此后，器皿的侧面可以与保持在解冻温度下的固体材料物质接触。解冻温度可以比样品的熔化温度高大于5度加或减两度。尽可能快的解冻速率是合乎期望的，以最小化在解冻处理期间来自冰重结晶的损伤。解冻间隔的减少由于器皿容器的温度的升高而有利，然而由于某些容器形状例如圆柱形形状可能与直径大于1厘米的固体样品厚度相关，所以其中包含的固体材料的熔化将伴随着在器皿内壁处具有较高温度的温度梯度，大小朝向中心减小到固体材料残余物温度。虽然由于标准1.8ml低温小瓶的37℃浴解冻引起的温度梯度而造成的液体样品温度瞬变似乎不影响大多数建立的细胞系的生存力，但数据集不是全面的，并且不可靠地适用于新鲜细胞分离物和原代培养物，并且在低至5℃的温度下对于一些冷冻保存流体观察到不利的结果。因此，针对给定细胞来源或病毒原种的最佳解冻速率可以是具体情况，然而预期容器温度范围为-1℃至100℃，通常为20℃至55℃，在一些实施方式中，37℃至50℃。可以通过基于平衡温度和加热温度计算相变持续时间的时间间隔来预测器皿中包含的样品的相变的完成。可以输出信号以在预测器皿中包含的样品的相变的完成时中断容纳在器皿中的样品的解冻。

中间温度可以介于-78℃至-70℃之间。通过将样品器皿置于与固体二氧化碳接触的接收容器中，可以将样品平衡至中间温度范围。接收容器和固体二氧化碳可以被绝缘体包围在侧面和底部。在一些实施方式中，绝缘体包括聚合物泡沫材料，包括但不限于：聚乙烯泡沫、聚氨酯泡沫、聚乙烯泡沫、聚苯乙烯泡沫及其组合混合物。在一些实施方式中，绝缘体仅包括泡沫材料，而在其它实施方式中，绝缘体包括填充有模内反应泡沫(例如聚氨酯)的硬的内部和外部壳体。在其他实施方式中，绝缘体包括不锈钢真空罐。

在一些实施方式中，中间温度可以介于-196至-180摄氏度之间。通过将样品容器置于与液氮直接接触的接收容器中，可以将样品平衡至中间温度。接收容器和液氮可以被绝缘体包围在侧面和底部。

在一些实施方式中，该方法还可以包括从与器皿的外表面保持接触的温度传感器接收数据馈送，使得由温度传感器报告的温度信号与器皿的外表面的温度相关联，而在其他实施方式中，温度信号由不与样品器皿直接接触的红外传感器报告并且通过光学透射的器皿壁接收来自器皿内容物的红外发射信号，或者从器皿壁直接接收。可以基于接收到的温度传感器数据馈送来调整所计算的相位改变持续时间的时间间隔。

通过阅读下面的描述和检查附图，可以更好地理解本发明。这些附图仅以说明的方式提供，并且不以任何方式限制本发明。

附图说明

图1A示出了用于描述热能流模式和小瓶温度检测方法的典型低温存储小瓶的模型解冻系统。

图1B示出了在动态热能流的条件下从加温块温度降低到固体样品相的温度的概念图。

图1C示出了小瓶表面温度检测系统的实施方式的横截面透视图。

图2示出了具有使小瓶温度平衡至约-77℃的干冰制冷剂的小瓶温度平衡装置的实施方式。

图3示出了图2中描述的装置的尺寸图。

图4示出了小瓶温度调节装置的第二实施方式。

图5示出了图4中描述的装置的尺寸图。

图6的绘图A示出了图2和3中所述的实施方式的冷却和温度保持持续时间的图形显示。绘图B示出了当样品小瓶内容物从液氮转移到图2和图3中描述的温度平衡装置时样品小瓶内容物的温度转变的均匀性。

图7示出了分裂块小瓶解冻装置的实施方式。

图8示出了图7所示的装置的分解图。

图9的部分A示出了在图7和8中所描述的装置中的多次解冻事件期间，用位于与样品中部深度处的样品小瓶的中心轴重合的取向的热电偶收集的温度数据的图形显示。

图9的部分B示出了用在用于产生部分A中的数据的相同的小瓶的内壁附近的在平行于样品小瓶的中心轴的取向上位于与部分A相同深度的热电偶收集的温度数据的图形显示。

图10示出了当小瓶置于37℃水浴中或置于图7和图8中描绘的类型的加温块时，来自位于如图9的部分B所示的解冻小瓶的内壁附近的热电偶的一系列温度变化数据曲线。

图11示出了当小瓶置于37℃水浴中并进入在图7和8中描绘的类型的45℃加温块时，来自位于解冻小瓶内壁附近的热电偶的另一系列温度变化数据曲线。

图12示出在两个不同水平的样品加载下进入储存小瓶的热传导路径和热流速率的图形显示。

图13示出了当将小瓶在其中小瓶填充有0.5ml测试溶液并且其中小瓶填充有1.0ml的测试溶液的条件下置于45℃分裂加温块中时，来自位于小瓶内壁附近的热电偶的一系列温度变化数据曲线。

图14示出了通过热电偶收集的温度曲线，该热电偶与图1所述的解冻样品小瓶的外壁接触。使用的加温块是分裂块模型并且初始小瓶温度是-77℃。

图15A的部分A示出了使用图14中所示的外部小瓶温度数据作为输入从公式输出的时间常数值的曲线图。还示出了使用作为输入值的线性时间不变(LTI)方程式的相同方程式的曲线图，LTI方程式具有被调节以匹配图14中所示的曲线图中的数据的固相部分的变量。

图15B的部分A示出了具有可变参数的线性时间不变(LTI)集总系统分析(LSA)曲线的图形，所述可变参数使用从热电偶收集的数据调整以覆盖温度-时间曲线的固相部分，所述热电偶被放置为与图1所示的解冻样品小瓶的外壁接触。图15的部分B示出了部分A中拟合的LSA方程式输出的输出与针对该时间点收集的实际温度数据之间的差的温度时间图。如绘图B中的曲线图所示，该曲线图指示样品熔化开始的时间点超过选择的预设值极限0.2。

图16示出了三个代表性样品小瓶的尺寸，其可以使用本发明解冻，但不限于此。小瓶包括(A)具有标称容量为1.8ml的螺旋盖低温储存小瓶、(B)具有标称容量为2ml的隔片-盖小瓶、和(C)具有标称容量容量为10ml的隔片-盖小瓶。

图17示出了本发明的代表性实施方式的外部。

图18示出了图17所示装置的内部机构的代表性实施方式的两个透视图。

图19示出了图17和18所示的本发明的实施方式的总体尺寸。

图20示出了图18中所示的实施方式的分解图。

图21示出了图17至20所示实施方式的解冻循环的前两个步骤(步骤0和步骤1)。在两步骤的示意图(以及图22和23)中，最前面的加热器块半部被示出去除以更好地揭示在六个循环步骤期间的机构位置和动作。

图22示出了如图21所示的解冻循环的步骤的后续两个步骤，步骤2和步骤3。

图23示出了如图22所示的解冻循环的步骤的后续两个步骤，步骤4和步骤5。

图24示出了两系列(第一系列和第二系列)的解冻曲线的时间-温度图，第一系列中，45℃加温块的夹爪打开150秒进入解冻，并且小瓶在加温块中保持原位，在第二系列中，加温块的夹爪打开150秒进入解冻，并将小瓶从加温块中取出并保持在室温。还示出了来自留在45℃块中的小瓶的比较图示，其中夹爪关闭持续约5分钟。

具体实施方式

这里具体地描述了本发明的实施方式的主题，但是该描述不一定旨在限制权利要求的范围。所要求保护的主题可以以其他方式实施，可以包括不同的元件或步骤，并且可以与其他现有或未来技术结合使用。该描述不应被解释为暗示各个步骤或元件之中或之间的任何特定顺序或布置，除非明确描述了各个步骤或元件布置的顺序。

在本发明的一些实施方式中，可以消除与样品小瓶外部的直接液体接触，如同将样品部分浸没在水浴中所发生的那样。因此，在本发明的许多实施方式中，样品小瓶的外表面，或者在一些情况下样品小瓶外部加上诸如标签或收缩包装套筒的叠层将仅与固体材料接触。在一些实施方式中，与小瓶外部接触的固体材料是均质固体，而在其他情况下，固体材料是复合材料。在一些实施方式中，固体材料具有大于0.2瓦/米·开尔文的热导率。在一些实施方式中，固体材料包括铝、铜、锌、镁、钛、铁、铬、镍、碳和相同元素的合金。在一些实施方式中，固体材料可包括合成材料，例如聚合物或陶瓷。在其它实施方式中，固体材料可包括合成导热柔性材料，例如但不限于由Berquist公司提供的品牌名为Gap PadVO的有机硅聚合物泡沫。在一些实施方式中，固体材料包括材料的组合，例如但不限于导热柔性材料和金属合金。在一些实施方式中，与样品小瓶外部接触的固体材料是含有液体填充物的聚合物壳或罐，而在另一个实施方式中，固体材料包括含有液体填充物的聚合物壳或罐，所述液体填充物包含接触容纳在其中的样品小瓶的柔性材料的导热衬里。在一些实施方式中，聚合物壳中的液体是水或水溶液，而在其它实施方式中，液体是油或液体有机材料。在其它实施方式中，壳用在某些温度下为液体而在其它温度下为固体的蜡填充。

在一些实施方式中，样品小瓶或样品小瓶的一部分与小瓶的圆周上的固体材料持续接触，而在其它实施方式中，固体材料间歇地接触小瓶。在一些实施方式中，固体材料包括与样品小瓶的外表面紧密匹配的凹部或腔，以便接收样品小瓶，使得样品小瓶以直接和紧密接触的方式部分地包含在固体材料内。在一些实施方式中，容器腔包括一个或多个侧面和底板，而在其它实施方式中，容器仅包括一个或多个侧面。在其它实施方式中，含有样品小瓶的固体材料被分段以便于将样品小瓶从材料中插入和移除，并且中断固体材料和样品小瓶之间的热传导路径。在一些实施方式中，容器的固体材料段被相关约束，使得当被分离以便于插入或移除样品小瓶或者中断固体材料段和样品小瓶之间的热传导时，段可以容易地重新组装成紧密连接的配置。在一些实施方式中，没有限制，段通过滑动机构、铰链机构、轨道机构、液压或气动活塞、轨道、运动学连接件、销和槽连接件、电磁或磁性接口连接。在其它实施方式中，没有限制，段通过电动机、螺线管致动器、气动或液压致动器、线性致动器直接作用在段上或通过齿轮系统、运动学连接件、凸轮系统、推杆、电缆系统和螺杆机构而分开或连接在一起。

在一些实施方式中，用于样品小瓶的固体材料容器包括用于提高固体材料的温度的一个或多个加热器元件，使得当样品小瓶被放置到接收腔中时，热能将迁移到样品小瓶(此后称为“加温块”)。在一些加温块中，加热器元件是电阻加热器，而在其它加温块中，加热器元件是热电元件加热器。在一些实施方式中，加温块可以可选地由热电元件加热和冷却。在一些实施方式中，加温块包括可以检测块的温度并且向微控制器提供模拟或数字信号的一个或多个温度传感器，微控制器被配置为解释温度信号，从而调节提供给加热器元件的占空比，以便将加温块的温度保持在期望温度下。

在一些实施方式中，加温块包括一个或多个温度传感器，一个或多个温度传感器与加温块材料热隔离，但是与样品小瓶的外表面接触，使得可以确定并随时间跟踪在表面处的小瓶的温度(此后称为“小瓶传感器”)。在一些实施方式中，小瓶传感器是热电偶，而在其他实施方式中，小瓶传感器是热敏电阻或RTD传感器。在其它实施方式中，小瓶温度由非接触式红外传感器感测。

当已经平衡至低温(例如但不限于-77℃)的圆柱形样品小瓶插入已经平衡至较高温度(例如45℃)的加温块中时，将开始热能再分配过程，这将最终使组合物质达到共同的温度。如果主动地维持加温块温度，例如在45℃，则组合物质的温度将适时地在45℃的温度下平衡。热能再分布模式可以被认为是朝着组合物质的中心轴线以放射状模式的热能的迁移或流动。

现在参考图1A，部分A，前横截面视图，以及B，顶部横截面视图，示出了加温块的代表性模型。在该图中，铝合金圆柱形容器120包括中心腔，其中导热柔性材料衬里125围绕腔的垂直壁，其中开口允许热敏电阻温度传感器130能突出到腔中。在该图中，腔由样品小瓶管110占据，样品小瓶管110用螺帽115密封，螺帽115的组合隔离由液相140和固相135组成的样品内容物。小瓶内部还包括气相体积145。温度传感器130与样品小瓶管的外表面直接接触，使得测量的温度是小瓶的外表面的温度。分段线150将铝合金容器和导热柔性材料二等分。图1A中所示的组件的集合可以统称为代表参考下面的热力学说明的系统。

图1B示出了与图1A中相同的图形A，并且用于在指示的半径处标记特定材料边界。边界线180至185限定由铝合金构成的区域，线175至180限定由导热柔性材料构成的区域，线170至175限定由样品瓶材料构成的区域，样品瓶材料例如聚丙烯、聚乙烯、或聚丙烯、聚乙烯和另外的塑料材料的混合物，线165至170限定液体样品相的区域，线160至165限定固体样品相的区域。由于所示的模型包含液相和固相，所示样品的状态是在熔融或相变过程中。当所示的系统处于热能再分布的过程中时，在各种材料内建立动态温度梯度，使得各种材料边界处的温度变得依赖于材料的热阻率。如图1B中B部分所示，由于材料的低热阻或高热导率(大约170W/m-K)，铝材料中的温度几乎均匀。然而，对于动态热流，由于柔性材料的相对较高的热阻或相对较低的热导率(约0.8W/m-K)，建立跨越由导热柔性材料(175至180)占据的区域的温降。跨越具有系统的最大热阻或最低热导率(大约0.2W/m-K)的管形瓶壁材料(170至175)将发生较大的相对温度下降。跨越液体样品材料(165至170)将发生更小的温度下降，因为热阻的值与导热泡沫(热导率为约0.6W/m-K)的值相似，并且由于固体样品材料与液相相比具有较低的热阻(热导率为约2w/m-K)，跨越固体样品材料的温降将更小。随着跨越各种材料的温降的大小随着加温块温度(T₁)和样品温度(T₂)之间的差值的大小而增加，跨越各种材料的温降的大小将在样品小瓶首先插入加温块中之后不久最大，并且当系统接近平衡温度时最小。在热能迁移期间的任何给定时间，构成系统的各种材料的相对温度降低将是各种材料的热阻的函数，其值在整个处理中不改变，因此在任何一个材料边界处的温度可以被认为与在其它材料边界处的温度成比例，除了液体-固相165(r₁)以外，其将在整个相变过程中经历运动，从而改变取决于系统中边界的位置的半径值和温度。因此，在导热柔性材料边界175(r₃)处的时间-温度迹线可以是在小瓶壁-液体边界处的时间-温度迹线的精确比例表示以及液相平均温度的近似值。因此，通过在解冻处理期间监测外部小瓶温度，可以非常接近小瓶内容物的时间-温度轮廓，从而允许非侵入地确定样品解冻处理的进展。

将样品小瓶的温度和内容物从一个温度升高到第二温度所需的热能量仅取决于样品小瓶和其中包含的样品物质的热容量。因此，如果材料质量和因此实现温度转变所需的热量不改变，并且加温器块的起始温度和样品小瓶的起始温度是一致的，则可以预期相同的时间温度分布相同样品的重复冻融循环。如果样品小瓶尺寸、小瓶材料和质量以及样品有效负载质量和组成从样品到样品是均匀的，则获得的时间-温度曲线应该是相同的，而不管相同样品是否通过冻融重复循环或另一样品是否进行相同的处理。因此，包括用于将所有样品平衡至均匀的起始温度以及准确和均匀的加温块温度的步骤或装置将允许仅基于现有经验预测解冻处理持续时间。

现在参考图1C，示出了样品器皿表面温度传感器(图1A和1B中的130)的实施方式的详细横截面。在该图中，玻璃封装的热敏电阻灯泡132与导热耦合器131直接接触。在一些实施方式中，耦合器包括高导热材料，例如但不限于铝、银、铜或包含铝、银或铜。耦合器131与样品器皿壁110的外表面直接接触。半刚性泡沫绝缘体套筒133将耦合器131保持抵靠器皿表面，并且通过包括绝缘材料的柱塞活塞134保持在压缩下。在一些实施方式中，柱塞材料是，但不限于，乙缩醛或酚类聚合物。柱塞活塞通过弹簧136处于压缩下，弹簧136被捕获在滑动柱塞134和螺栓137之间，螺栓137固定在穿过加温块的螺纹通入孔中。螺塞137中的通孔允许热敏电阻引线139通向块的外部。导热泡沫125中的间隙允许耦合器131和容器壁110之间的直接接触，并且限制从加温块120直接热能流入。通过柱塞活塞134、绝缘套管133和耦合器131到器皿壁110的从加温块120产生的热能路径产生热阻堆叠，使得通过选择用于活塞134和套筒133的热阻材料以及用于耦合器131的导热材料，耦合器的温度以及因此热敏电阻灯泡132的温度，与器皿外表面110的温度紧密耦合，因此由热敏电阻报告的温度紧密地跟随器皿表面的温度。在一些实施方式中，具有厚度大致在0.005英寸和0.04英寸之间的柔性材料(未示出)的薄层可以结合到耦合器131并插入在耦合器131和器皿壁110之间，以增加热传导。在其它实施方式中，热敏电阻组件(131,132,133,134,136,137,139)由红外热传感器代替。由于用于构造低温器皿的材料可以包括对于红外光是光学透明的材料，器皿内容物的温度可以通过红外发射直接测量。在器皿材料对于红外光是光学不透明的，或者器皿可以包括光学不透明的标签的情况下，表面温度可以通过红外传感器测量，并且可以检测从固体到液体的相变的进展。红外传感器具有另外的优点，因为不需要传感器和器皿之间的物理接触，因此消除了与器皿壁上的传感器压力相关联的潜在的问题、热感测路径中的热传导的变化以及由于样品器皿的不当插入而造成的潜在传感器损坏。

现在参考图2，示出了可用于使样品小瓶平衡至参考温度(或中间温度)的装置。在图中，样品小瓶接收器包括固体材料的矩形上部块215和水平凸缘230，水平凸缘230与形成样品接收器块的上部块配合。上部块215包括一个或多个凹部220，凹部220具有足够的直径和深度以接收和围绕样品小瓶，使得容纳在小瓶内的样品的顶部低于块的顶部表面。在一些实施方式中，接收器块包括在上部块240的侧壁上的一个或多个凹部，以有助于本发明的抓握安全性。在一些实施方式中，凸缘230和上部块215作为构成部件的材料的不间断连续体接合，而在其它实施方式中，上部块215和凸缘230是分离的部件，其在没有限制的情况下通过机械紧固件、粘合剂粘结剂、磁性紧固件或焊接件连接。在一些实施方式中，上部块包括孔(未示出)，测温传感器可以插入并固定在该孔中。在一些实施方式中，样品接收器块由金属构成。在一些实施方式中，金属包括铝、铜、镁、锌、钛、铁、铬、镍或这些金属元素的合金。在一些实施方式中，接收器块在侧面和底部被具有腔245的绝缘容器210包围，该腔245的内部高度大于接收器块的高度加上1英寸。在一些实施方式中，绝缘容器包括绝缘泡沫材料。在一些实施方式中，绝缘泡沫材料包括聚乙烯、聚氨酯或聚苯乙烯，而在其它实施方式中，绝缘材料包括材料的混合物，例如聚乙烯聚合物混合物。在一些实施方式中，绝热容器包括盖(未示出)。接收器块定位在绝缘容器中，使得固体二氧化碳或干冰225的层位于凸缘230的侧表面的下方和上方。虽然与高于-78.5℃的温度的表面接触的固体二氧化碳将升华，从而在固体二氧化碳和表面之间形成间隙并且中断材料之间的直接接触热能传导路径，在重力场中，干冰将保持与接收器块的下表面与接收器块横向凸缘的上表面直接接触。在一些实施方式中，没有限制地，接收器块包括具有大于16W/m-K的热导率的固体材料，例如铝合金。图2所示的接收器块在开放顶部配置中将保持-77℃的稳定温度。由于容器的内壁超过接收器块的高度至少一英寸，接收器块下面的干冰的量可以被限制，使得放置到接收器孔中的样品小瓶的整体将定位在绝缘容器的顶表面的下方从而将样品保持在冷气体的孔中，并且使小瓶的上部与环境温度绝缘。在此配置中，用内部热电偶测量的样品瓶温度可以平衡并保持在-77℃的参考温度。因此，图2所示的参考温度装置可用于为样品解冻处理提供标准起始温度，从而将允许仅基于解冻处理的持续时间来预测解冻处理状态。

现在参考图3，示出了图2所示的装置的总体尺寸。该实施方式具有约7英寸的外部宽度、约5.5英寸的宽度和约3.5英寸的深度。内腔具有约5.25英寸的长度、约3.6英寸的宽度和约2.8英寸的深度。接收器块具有约5英寸的长度、，约3.4英寸的宽度和约1.35英寸的高度。接收器块的样品小瓶接收器孔具有约0.55英寸的直径和约1.1英寸的深度。在一些实施方式中，接收器块的孔包括在孔底部中延伸到接收器块的下表面的通道，使得接收器块可以有效地与诸如液氮的液体制冷剂一起使用。在图3中，通道具有大约0.2英寸的直径。虽然所示的样品接收孔的尺寸是用于接收标准实验室螺旋盖冷冻管，但是可以调整样品接收孔的尺寸、间距和数量以容纳其他尺寸的样品小瓶。在一些实施方式中，可以调节孔的直径和深度以提供用于样品小瓶的过端不过端式量具，用户可以通过该量具来确定用于解冻处理的小瓶是否对于解冻装置来说太大或太小以至于不能与解冻装置一起正常使用。

现在参考图4，示出了温度平衡装置的第二实施方式。在该实施方式中，圆形接收器块430被示出为包括径向分布的样品小瓶接收器孔440。在一些实施方式中，接收器块可以包括中心孔450，中心孔450可以提供另外的小瓶接收器孔，被用于通孔，通过该通孔评估接收器块下方是否存在干冰，或者提供用于确认与解冻装置相容的适当的小瓶尺寸的量具。接收器块430位于绝缘容器410的内部腔内。在一些实施方式中，接收器块430包括可以插入并固定温度传感器(未示出)的孔。在一些实施方式中，绝缘容器410包括支撑或限制接收器块430的运动的腔壁420的内部延伸部，而在其它实施方式中，绝缘壳体410的内壁是没有延伸部的圆柱形。在一些实施方式中，接收器块和绝缘容器包括针对图2和图3中所示的实施方式描述的相同的材料。在一些实施方式中，接收器块430包括附接在接收器块的底表面(未示出)处的盘形凸缘，而在其他实施方式中，接收器块仅包括上部块。

现在参考图5，示出了图4中描述的装置的总体尺寸。绝缘容器具有约5.5英寸的外径和约3.5英寸的高度，内部腔体直径为约2英寸，深度为约2.8英寸。接收器块具有约2.5英寸的外径和约1.4英寸的高度。接收器块的小瓶接收器孔具有约0.51英寸的直径和约1.15英寸的深度。中心腔具有约0.7英寸的直径，并且在所示的实施方式中延伸到块的下表面。在一些实施方式中，接收器块的小瓶接收器孔包括延伸穿过孔的底部的通道470，以在接收器架与液体制冷剂(例如液氮)一起使用时允许孔的溢流。在一些实施方式中，通道具有约0.2英寸的直径。在其它实施方式中，样品小瓶接收器孔底是实心的，并且不包括通道。

现在参考图6的部分A，示出了如图2和图3中所描述的接收器块的温度的数据图。通过热电偶传感器收集温度测量值，该热电偶传感器定位在钻入小瓶接收器块中的接收器孔中至0.5英寸的深度。将接收器块放置在约0.75英寸厚的干冰层上，并且将额外的干冰放置在接收器块的凸缘部分上以达到等于接收器顶部的水平面。使接收器温度平衡。如图所示，接收器块在约5分钟内达到-77℃的温度，并保持该温度7小时以上，直到干冰耗尽。在7小时的间隔期间，含有90％缓冲盐水和10％二甲基亚砜的体积为1ml的样品小瓶被配置有保持在轴向取向的热电偶温度传感器，其中热电偶传感器位于样品液体中的中间高度。然后将样品小瓶在液氮中平衡至-194℃的温度，然后转移至-77℃平衡块。如图6的B部分所示，小瓶内容物的温度在约10分钟的间隔内平衡至-77℃的温度。在重复的解冻循环后，在液氮中重新平衡并转移至-77℃接收器块，样品内容物的温度曲线是高度可重复的。使用这种简单的平衡装置和方法，储存在低温温度下的样品可以从存档存储器中回收，并快速平衡至-77℃的稳定温度。然后如果补充干冰制冷剂，则可以将样品储存长达7小时或更长的时间。在-77℃的接收器块为解冻处理提供高度可再现的温度起始点，从而允许在放置到已经平衡至适当温度的加温块之后精确预测样品的解冻时间。此外，接收器块防止样品与干冰制冷剂的直接接触。由于一些小瓶设计在下表面上包括裙边延伸部(参见图16，小瓶A)，所以将这些小瓶直接插入干冰将在下侧凹部中捕获干冰，并且如果这些小瓶随后插入到加温块中将经历由于将干冰转变为气相所需的额外的热流入所引起的解冻时间的显著变化。因此，使样品小瓶与干冰直接接触的接收器块的使用对于解冻处理的标准化是优选的。

现在参考图7，示出了标准加温块。在该实施方式中，加温块710由两个直角平面界面770和780分段以产生独立的块段720。垂直分段平面穿过圆柱形样品瓶接收孔的中心，其与接收孔的圆柱形轴重合。所示的接收孔包括1度圆柱形锥度以匹配标准螺旋盖的冷冻管750(例如可从多个供应商购得的那些)的锥度，并且由具有小于2W/m-K的热导率的材料制成，所述材料包括但不限于聚丙烯、聚乙烯、或聚丙烯、聚乙烯和另外的塑料材料的混合物、塑料树脂和树脂共混物、以及玻璃。接收孔壁包括0.5mm厚的导热材料层，例如但不限于导热泡沫760，其中最内表面与标准螺旋盖的冷冻管的表面匹配，使得当将冷冻管置于孔并且两个接收器块接近表面770处几乎接触，冷冻管表面和导热泡沫在所有点处紧密且完全接触。可移动滑动段720通过两个推杆(隐藏在该透视中)限制为线性水平运动，所述推杆在端部通过推杆730固定。通过推杆的水平致动，加温块的段可以被分离以允许冷冻管的插入或去除。可以注意到，可以构造不包括导热泡沫的实施方式，然而，完美地匹配冷冻管的锥度是一个困难的成就，并且在不同的制造商，可能遇到锥度角度和小瓶直径的变化。此外，在冷冻时，由于扭曲冷冻管的外表面的可能性，样品小瓶的含水内容物将膨胀。在将接收器孔表面配合到小瓶外表面时可能出现进一步的复杂性，因为小瓶可能与识别标签不可预测地层叠，因此接收孔中的柔性表面对于两个表面的均匀、完全和可重复接触是必不可少的，物理接触中的任何破坏将通过在破坏的位置处施加额外的热阻来改变热传递。因此，在一些实施方式中，导热和柔性接口760是优选的。加温块710由嵌入在下表面中并由电流供电的电阻加热器(在该视图中隐藏)加热。加温块的温度可以通过将热电偶传感器740插入加温块段710中来确定。块段720和710进一步通过在垂直界面770和水平界面上的嵌入磁体对连接，从而除了向插入的小瓶提供夹紧压力之外，还确保两个部件的紧密导热接触。实施方式中的部件710、720和730由铝合金构成。导热泡沫衬里由Laird Technologies在Tflex商标下销售的导热硅树脂组合物构成。

现在参考图8，示出了图7所示的实施方式的分解图。在该图中，L形加温块810在两个接口平面811和812处与矩形块815匹配。两个块段通过两个磁体对830的接口可移除地紧固在垂直平面811上，两个磁体对830被接收在接收器腔835中的块810中，以及与矩形块815上的接收器孔(在视图中不可见)镜像。在水平面812上，两个块段810和815通过单个磁体对连接，其中一个磁体850嵌入块815的下表面中，而两个分离的相对磁体840嵌入接收器孔845中的水平表面812中。滑动块815中的单个磁体850可以通过改变沿着由边缘841限定的轴线的线性位置而选择性地与两个磁体840中的任一个接合。磁体840的中心间隔开0.28英寸，并且允许块815呈现两个稳定位置，一个位置是滑动块815在811和812接口处与块810配合的位置，另一个位置是两个块在平面812处接合并且在两个垂直块面之间具有大约0.27英寸的间隙，从而建立打开和关闭的加温块状态。两个热易变的导热材料衬里885被层压到小瓶接收孔857的两个内壁半部上。块段由电阻加热器855加热，电阻加热器855嵌入在楔形腔中的块810的下侧，加热器元件855通过来自楔形段860的压力保持与腔壁紧密热接触，楔形段860上的压力可通过螺钉的力调节，该螺钉撞击在楔形物的背侧(在该视图中未示出)上。加热器由通过电力线865传导的电流供电。加温块的温度可以由在传感器接收器孔875处插入到加温块810中的热电偶传感器870监测。块815由两个推杆820横向支撑，两个推杆820在远端通过推杆825桥接。推杆通过入口通道826穿过块810延伸，入口通道826仅接触侧面上的推杆，并且被加工成垂直狭槽构造，以允许一定程度的垂直自由度，使得块815仅由块810的水平表面812支撑。加温块通过在推杆825上的按压手动裂块段810和815来操作。将样品小瓶插入到开放的接收器腔857中，并且通过对块815的轻微压力关闭爪，直到磁体850与近端磁体845分离并且通过磁体对830的增加的拉力辅助而与远端磁体845重新对准。在其他实施方式中，图8所示的加温块可以通过主动推进机械进行关节式运动和自动化，所述推进机械包括但不限于：电动机、螺线管致动器、液压和气动致动器，以及电磁体。推进机械可以通过螺杆机、运动联动装置、铰链、缆索、带、链、销和槽、轨道、轨、滑动件线性和旋转轴承、凸轮和齿轮而不限制地连接到块段。在一些实施方式中，图8所示的系统可以包括多于一个的温度传感器，通过该温度传感器可以监测加温块的温度。在一些实施方式中，加热器块包括与加温块热隔离但与样品小瓶的表面接触的一个或多个温度传感器。在一些实施方式中，温度传感器可以包括热电偶、热敏电阻和RTD传感器。在其它实施方式中，加温块包括微处理器电路板，其接收来自块传感器的加温块温度反馈信号，并调节提供给加热器的功率以维持期望的块温度。在其它实施方式中，微处理器板从加温块上的传感器接近处接收位置传感器数据，以确定块何时打开或关闭。在其他实施方式中，微处理器板根据进行解冻处理的状态算法主动地打开和关闭加温块。在其它实施方式中，微处理器从与接收到加温块中的样品小瓶的表面接触的传感器接收测温信号数据。在其它实施方式中，微处理器通过对温度数据的算法解释来确定小瓶的解冻状态。在一些实施方式中，微处理器板控制显示解冻处理的状态的用户界面，警告用户错误状态并用信号表示加温块准备好接受样品小瓶并启动解冻序列。

在一些实施方式中，磁体对830的尺寸和/或磁体对的场强度可以用于调节器皿880上的导电柔性材料衬里885的夹持压力，从而改变在衬里与器皿之间的导热性。在其它实施方式中，夹紧压力通过，但不限于，磁力、电磁、弹簧、气动、液压或机械力或其任何组合来提供。

现在参考图9的部分A，示出了沿着小瓶的中心轴线位于样品小瓶内部的热电偶传感器的一系列时间-温度曲线，其中传感器小珠在1ml的包含90％缓冲盐水和10％二甲基亚砜的样品的半深度处。将小瓶在液氮中平衡至-194℃，然后置于图2和图3所述的平衡装置中，平衡至-77℃持续10分钟。然后将小瓶转移到图7和8所描述的加温块装置中，其预平衡至37℃持续6分钟，而数据记录器以10秒间隔收集温度迹线。将冻融循环重复6次，并且共同绘制时间温度迹线。从迹线组可以看出，解冻轮廓是高度可重复直至约3分钟。在三分钟标记附近，由于轴向热电偶仍然嵌入固体物质中，样品的中心固体残留物被限制。当该固体残留物从热电偶传感器释放时，较低温度的固体可自由随机地与传感器分离、接触或间歇地接触，从而将伪影引入到数据流中。在3分钟点之前的数据迹线的重复性表明，通过在一致的样品温度开始并使用调节温度的加温块，可以仅使用实验得到的解冻间隔时间值来密切预测解冻处理的进展。因此，在一些实施方式中，使用计时装置，如图2至5所示的温度平衡装置和如图7和8所示的恒温加温块，以针对给定的样品小瓶准确地预测解冻处理的持续时间。在其它实施方式中，相变完成时间值减少常数将用于终止解冻处理，同时某些固相仍然保留在小瓶中。

图9的部分B示出了来自放置在同一样品小瓶中的热电偶使得传感器位于小瓶的内壁附近的温度迹线组。这些迹线再现了在图9的部分A中观察到的那些温度迹线，直到大约一分钟标记，在该时间相位变化开始。温度迹线显示了在部分A中观察到的更高的轨迹，表明内壁附近的温度比样品负载的中心温度高。该结果由热能必须穿过的复杂热阻路径预测，如图1B所示。还注意到，在3分钟时间标记附近，存在温度迹线组中的伪影，但是与平均温度值的偏差不如在图9的部分A中观察到的偏差那么剧烈。

现在参考图10，使用液氮冷冻和用于收集图9中的数据的-77℃干冰温度平衡装置收集附加数据，其中热电偶传感器位于图9部分B中使用的相同位置，在小瓶的内壁附近。然而，在所示的数据中，使用图7和8中描述的37℃加温块收集三个循环的一个组，而通过将小瓶在37℃水浴中部分浸没来收集三个循环的另一个组。比较迹线，可以看出，在加温块中解冻的小瓶(在图中表示为“裂块(splitblock)”)以较慢的速率解冻。再次参考如图1B中所描述的复杂热阻路径上的热能流模型，结果可以理解为，跨越导热泡沫材料的温降将有效地将样品小瓶置于比在37℃水浴中由相同小瓶经历的温度环境更低的温度环境。

现在参考图11，使用相同的系统重复图10中所述的解冻系列，不同的是在开始解冻系列之前将加温块或裂块的温度平衡至45℃。在所示的时间-温度图中，两个迹线组重叠，指示通过升高加温块的温度，导热泡沫-样品小瓶界面处的温度可以升高至37℃，从而使用固体加温块有效地产生水浴当量解冻。

现在参考图12，示出了两个样品小瓶的横截面图，以说明圆柱形样品小瓶的解冻小瓶温度迹线的负载-体积独立性。在其中小瓶的内容物较大的小瓶A中，在两个箭头的位置处存在相同的热传导路径，因为小瓶的内壁与样品直接接触。在小瓶B中，样品体积减小，因此在上箭头的位置处，小瓶的内壁不接触样品，因此在该位置进入小瓶的热能必须向下迁移通过小瓶壁的耐热聚合物或迁移通过小瓶上方的气体，其热导率为聚合物器皿壁的热导率的约十分之一。因此，进入包含在小瓶内的样品的热量与小瓶中的样品的量成比例。该效应在图13中通过实验证明。

现在参考图13，使用与图11中描述的相同的加温块解冻系统和方法产生温度迹线组，除了两个不同的样品小瓶负载用于两个解冻系列以外。在一个迹线系列中，小瓶包含1ml的测试样品流体，在第二系列中，小瓶包含1.5ml的测试样品流体。如在时间-温度图中可以看到的，两个系列叠加，表明解冻轮廓独立于小瓶填充体积。可以注意到，对于图14的讨论，相变的开始发生在将小瓶插入加温块中后约50秒，并且相变的结束发生在小瓶插入加温块后约160秒。

在从低温储存中回收活的生物样品的处理中，通过在-75℃的超低温度区域到液体状态的快速转变有利于活细胞的最佳回收，因为这种做法将使对于有害细胞内冰晶生长发生的机会最小化。虽然浴或加温块温度的增加将通过增加热能流入样品小瓶的速率而降低温度转变的持续时间，但图9中所示的实验证据表明，在解冻处理期间，一部分样品的温度将经历高于样品的相变温度的温度。虽然由于动态热流是瞬时的而引起样品的区域中的温度升高，但通常包括在用于细胞悬浮液冷冻保存的冷冻保存介质中的冷冻保存剂的毒性随温度增加而增加，因此通过增加浴或加温块温度降低解冻间隔对于样品的一部分具有相关风险。为了减少解冻的样品暴露于升高的温度，样品解冻的通常实践包括在小部分固体样品仍然剩余时停止将样品小瓶暴露于水浴的升高的温度。这种做法允许仍固体的残留物从样品的液体部分吸收热能，从而使解冻的样品平衡至低温。因此，在解冻处理期间准确评估或预测几乎完整的相变状态是必要的。在水浴中手动解冻样品小瓶期间，通常实践包括频繁地目视评估样品状态。由于这种实践需要从水浴中取出样品，因为小瓶和水浴热源之间的热接触经常被中断，所以施加解冻时间的持续时间进行变化。除非应用样品状态的替代评估，否则对样品的重复目视检查也将需要从固体加温块中移除样品瓶，并且在这样的条件下，标准化解冻方法不适用。小瓶内温度测定法将提供对样品中相变的状态的监测，然而将温度测量探针直接引入样品将施加非常高的污染风险。因此，在本发明的一些实施方式中，应用样品小瓶的外表面温度的温度监测来检测开始和进展的相变，从而避免由小瓶内温度测量感测施加的污染风险。尽管通过外部小瓶温度测量收集的温度测量数据在由于固体样品残留物的随机运动而导致的相变完成附近经受变化，将温度测量传感器定位到小瓶的下部或小瓶的下表面将避免由固相残留物的随机运动施加的温度波动，因为比液相密度小的固相将漂浮在小瓶内，从而从样品小瓶的下部区域排除。因此，在一些实施方式中，本发明包括位于样品瓶的中部至上部外表面处的外部小瓶表面温度传感器，而在其它实施方式中，温度传感器位于中间至下表面，包括样品小瓶外部的下表面。在一些实施方式中，外部小瓶表面温度测定法用于确定样品相变的开始，而在其它实施方式中，外部小瓶表面温度测定用于确定相变的开始和终止。

现在参考图14，在与如在图13中所述的解冻循环处理期间内部1ml样品的近似中间样品水平相反的水平下，从与样品小瓶外部接触的热电偶收集的时间-温度迹线。在外部温度迹线中，当热隔离的热电偶(图1中的部分130)接触-77℃的小瓶外部时，传感器的温度迅速下降，直到传感器与在11秒时间点发生的温度最小值的小瓶外部热平衡。随着小瓶温度的升高，外部温度迹线显示在已知开始相变的约60秒处的偏差。迹线在浅斜度上升直到约160秒，在约160秒已知相变的完成是重合的。

使用小瓶内温度传感器或外表面温度检测器收集的时间-温度迹线可以分成三个区域。第一区域与小瓶的内容物处于固相的时间间隔一致，第二区域与小瓶内容物是固相和液相混合的时间间隔一致，以及第三时间间隔与小瓶内容物仅为液相的区域一致。在第一和第三区域期间，其中小瓶内容物是两个均匀相中的一个，小瓶和小瓶内容物的组合质量表现为集总容量系统，并且温度转变行为可以通过线性时间不变式描述：

式1)

其中，系统在时间t的温度T(t)可以通过上述函数确定，其中T_h是浴温度，T_c是小瓶的起始温度，t_pc是时间偏移(在数学上匹配计算值与实际数据图所需要的)，τ_v是小瓶和内容物的有效热时间常数。该方程式描述了质量的升温受限于在其外边界处的固定温度。图15中示出了将该式输出拟合到图14中给出的外部小瓶温度数据的示例。

在将小瓶插入加温块中直到约60秒的时间之后，在传感器读数在约11秒达到最小值的点之间小瓶的固相内容物的升温可以是紧密近似，使用上面的式1，其中T_h的值是加温块温度(39℃)，T_c是在小瓶表面传感器和小瓶已经达到热平衡之后的时间在固相加温曲线的开始处，并且在有效热时间常数的值达到最小值的时间点(23.8℃)，在将小瓶插入温块中的时间后31秒选择的温度。时间常数τ_v的值可以从T_h的值和T(t)的值通过以下推导计算：

式2)

式3)

因此，

式4)

通过对来自从与小瓶外部接触的温度传感器接收的时间-温度数据的约5或6个时间点的群集的时间数据应用温度数据的最小回归斜率分析，可以获得式4的分母。同样地，通过对来自相同数据群集的小瓶外部温度值求平均值并减去T_h值，可以获得式4的分子。然后可以通过获取除法结果的负值来获得τ_v值。通过这种数据处理获得的τ_v值将仅涉及描述在开始相变之前的曲线部分期间小瓶和固体样品的集总容量系统的线性时不变方程式，因此可以使用超过预定极限的与常数τ_v值的偏差来识别相变的开始。

现在参考图15A，示出了图14所示的示例数据集的τ_v值的时间图(暗迹线)。在数值图中可以看出，在进入加热处理的31至50秒的范围内，τ_v值保持约55℃的最小值。另外，通过对其中常数的输入值为T_h＝30℃，Tc＝23.8℃，τ_v＝55秒(如图15中的实验数据所确定的)的线性时不变(LTI)方程式的输出进行相同处理而获得的τ_v值的时间图(浅灰色线)，并且t_pc时间偏移值为32秒，如通过LTI方程式与图14的数据集在31至50秒的区域的回归分析拟合所确定的。如可以预期的，LTI方程式的τ_v值不随时间推移而改变。比较图15A中的两组τ_v值，可以看出，在大约50秒时测试小瓶的内容物的相变的开始的预测可以由实验数据的τ_v值与理论τ_v值的偏差来确定。因此，在一些实施方式中，数据处理算法被嵌入本发明的软件中，以确定小瓶的内容物的相变的开始。通过基于以下式将时间偏移值加到相位变化时间值的开始，可以估计相位变化完成的时间。使用下面的式5，可以计算解冻的持续时间(T_thaw)，其中ΔH_f是样品的比熔化热，m_soln是样品的质量，R_v是样品管瓶壁的绝对热阻，T_vial是小瓶外壁的温度，T_m是样品的熔融温度。

式5)

由于存储在低温样品小瓶中的典型生物样品是水溶液，熔融温度不是如同均质材料的情况下的单一值，而是温度范围。然而，对于特定的小瓶，通过实验确定T_m值，将允许与实际T_thaw值拟合的式5的精化将提供更精确的方法来预测不同样品质量的T_thaw值。然而，如图12和13所示，包含在样品小瓶内的解冻样品中的热能流入的速率在很大程度上与样品体积无关，因此与样品质量无关。因此，在本发明的一些实施方式中，相变的终止由软件算法确定，该软件算法将对于如上所述的相变的开始计算的时间值与对于给定样品瓶的实验导出的相变持续时间值结合以确定相变完成时间。在其它实施方式中，将所确定的相变完成时间值减少常数将用于终止解冻处理，同时某些固相仍然保留在小瓶中。

现在参考图15B，示出了可以确定相变的开始的替代数据处理。在图15A中，部分A，显示了图14中描述的实验小瓶外部温度的曲线连同相同实验的加温块温度迹线一起。在实验数据上示出了覆盖加温序列的固相部分的LTI方程式输出值的曲线图。如上面式1中所述的LTI方程式的变量值从加温块温度(T_h＝39℃)，通过上面的式2-4确定的小瓶表面温度传感器平衡之后的最小τ_v值，在最初观察到最小τ_v值时(T_c＝23.8℃)的小瓶表面的温度导出。通过迭代精化来确定t_pc值，使得在检测到最小τ_v值的时间之后，针对LTI方程式输出和小瓶表面温度数据点的线性回归分析之间的差异确定最小值。

现在参考图15B，部分B，相对于时间示出了实验数据和LTI方程式的输出之间的差的曲线图。位于约60秒的垂直箭头表示实验数据和计算的LTI方程式数据偏离0.2℃的选定值的点。在本发明的一些实施方式中，算法软件中的上述发散门的实施方式将确定相变的开始。

现在参考图16，没有限制地，示出了可以用于本发明的三种样品小瓶类型的尺寸。在本发明的一些实施方式中，可以在小瓶接收孔(在随后的图20中的2033)的尺寸中调节加温块(在随后的图20中的2008和2010)以适应所示的样品小瓶尺寸的差异，从而允许本发明的通用设计适用于多种样品瓶类型。样品容器可以是任何低温小瓶。例如，样品容器可以是标准5.0mL小瓶、4.0mL小瓶、2.0mL小瓶、1.2mL小瓶、500μL小瓶等。小瓶可以由例如聚丙烯或其他材料构成，并且可以是圆底或自立式。样品保持器可以与所接收的小瓶的侧壁进行热传递接触。可选地，样品保持器可以被配置为限制来自样品容器的顶部或底部的热传递。虽然样品容器通常被描述为小瓶，但是应当理解，可以使用本文所述的方法和系统来解冻其他容器中的样品。例如，根据需要，容器可以是袋或其他器皿。

在其他实施方式中，加温块可以包括单个小瓶接收器孔尺寸，其通过包括适配器部件可以适于适应多种小瓶类型和尺寸。

现在参考图17，示出了本发明的代表性实施方式的外部。该实施方式仅作为本发明的功能实例给出，并且不旨在限制本发明的替代实施方式。该图标识用于内部机构的盖，该内部机构包括外部上壳1710和透明或半透明基部1720。在该实施方式中，使用者将样品小瓶1740插入可用的顶部开口1730中以开始加温序列。当小瓶插入达到特定深度时，内部机构触发开放分段温块的快速闭合，开放分段温块将在加温处理期间接触样品小瓶并保持样品小瓶的固定。

现在参考图18，示出了内部机构的实施方式的两个视图。在该实施方式中，主框架1810连接到两个部分加温块1820，其两个部分是相同的，并且通过一部分相对于其配合部分的180度旋转而连接。两个块半部通过铰链销1825连接，使得两个加温块部分可以旋转并且在部件的垂直平面正中面之间分开成10度夹角。两个块半部通过滑动吊具框架1815围绕铰链轴线1825铰接，所述滑架吊具框架1815通过角狭槽1819接合嵌入在每个部件两侧的加温块部件1820中的销轴1817，使得当滑动吊具框架1815相对于主框架1810上升并且下降时，狭槽1819打开和关闭加温块半部1820。滑动吊具框架1815由两个螺线管致动器1850铰接，一个螺线管致动器1850被配置为在被启动时提升吊具框架1815，并且一个螺线管致动器1850被配置为相对于主框架1810提升吊具框架。两个加温块半部1820包括中央小瓶接收孔1865，其在垂直平面中分开，该垂直平面与分开两个加温块半部的垂直平面重合。中心小瓶孔延伸穿过整个加温块，并且包括2mm厚的导热泡沫衬里1860，其覆盖中心小瓶孔的整个内表面，达到加温块的顶表面下方1.1英寸的深度。热敏电阻温度传感器1835嵌入在两个加温块部分中，并且温度数据信号通过导线连接(未示出)传导到微处理器板1805。加温块中的一个或两个包括附加的温度传感器1830，其与加温块1820热隔离，并且当样品小瓶插入中心小瓶孔中时停靠与样品小瓶1870的外表面接触，并且夹爪1820是闭合的。来自传感器1830的数据信号通过连接器导线(未示出)传导到微处理器板1805。

现在参考图19，示出了图18所示的实施方式的总体尺寸。在部分A中示出的外壳具有5英寸的高度和约4英寸的主直径。用于小瓶接收孔的顶部开口通道具有约0.6英寸的直径。在部分B中示出的内部机构具有约4.9英寸的总高度，约4英寸的主直径和约0.5英寸的小瓶接收孔直径。

现在参考图20，示出了图18和19所示的实施方式的分解图。在该图中，主框架2002支撑内部机构的其余部分，并且通过延伸穿过微处理器电路板2004的紧固件(未示出)连接到基座部分2003。两个加温块半部2008和2010通过铰链销2012连接到主框架2002。加温块半部在铰链销2012上旋转，并且由此被限制在从闭合位置到打开位置的运动范围，在闭合位置，中间平面是平行的，在打开位置，中间平面以10度的夹角分开。加温块半部的臂延伸部2009包括圆柱形孔，圆柱形孔可以可选地容纳圆柱形磁体(未示出)，在不存在由实施方式中的其它部件施加的关节运动或保持力的情况下，圆柱形磁体安装时将以提供将加温块夹爪保持在打开或关闭位置的保持力的方式与安装在相对的加温块部件上的磁体配合。两个加温块夹爪2008和2010由滑动吊具框架2006铰接，滑动吊具框架2006通过倾斜狭槽特征2017接合加温块，所述倾斜狭槽特征2017接合嵌入加温块凹部2018中的销轴承2016。滑动吊具框架中的狭槽2017成角度，使得当滑动吊具框架相对于主框架升高时，加温块在铰链销2012上旋转并打开10度的角度。当滑动吊具框架相对于主框架降低时，加温块旋转到闭合取向，在闭合取向内部垂直面是平行的。滑动吊具框架相对于主框架的位置由光学传感器2048监测，光学传感器2048检测来自光源2046的光信号，光源2046都安装到主框架上。当滑动吊具框架升高时，只要在中心小瓶接收器例如样品中小瓶没有其他障碍物，来自源2046的光信号具有通过滑动吊具框架中的狭槽2049并且通过开放的加温块部分的无障碍路径。当滑动吊具框架相对于主框架降低时，来自源2046的光被滑动吊具框架阻挡。光源2046和光检测器2048通过电源线(未示出)从微处理器电路板2004接收电力，并且微处理器通过电线管道(未示出)从光学传感器2048接收数字信号。滑动吊具框架2006由螺线管激活器铰接，所述螺线管激活器在激活时提升吊具框架2052，并且在激活时使吊具框架升降2050。螺线管致动器通过L形托架2038连接到滑动吊具框架，L形托架2038通过孔2043紧固到吊具框架和主框架并且由六角螺母2044紧固。两个导热泡沫垫2030和2032将在加温块2008和2010中的中央小瓶接收孔2033的两半部进行划线。泡沫垫2030和2032中的一个或多个包括通道2035，嵌入在加温块中的温度传感器2042可穿过该通道2035以接触在块的小瓶接收孔中的泡沫垫2030和3032之间包含的样品瓶的外表面。加温块2008和2010中的每个包括一个或多个加热器元件2034，加热器元件2034被接收到加温块部件(不可见)的下侧中的腔中。加温块2008和2010的温度由一个或多个温度传感器2040感测，所述一个或多个温度传感器2040嵌入在接收器腔2041中的加温块中并且由垂直的固定螺钉(未示出)固定。中心基座2024定位在与中心小瓶接收孔同轴的方向上，并且安装在滑动支撑件2026上，滑动支撑件2026包括槽，铰链销2012穿过该槽，从而捕获并横向约束滑动支撑件。滑动支撑件由铰链销穿过的并且定位在滑动支撑平坦表面的任一侧上两个衬套轴承2028进一步约束和支撑。通过与安装到主框架2002的下侧的运动阻尼器2054的滑动轴接合，滑动支撑件进一步被限制为垂直线性运动。滑动支撑件2026还包括凹口和孔2029，其根据部件的高度，允许或阻挡安装在L形支架2038上的光学传感器2036的光信号。根据滑动基座支撑件2026和滑动吊具框架2006的相对位置，当来自光学传感器2036的高和低数字信号与来自滑动吊具框架位置传感器2048的垂直位置信号组合时，可指示四个位置状态中的一个状态：1)滑动支撑件2026升高；滑动吊具框架2006升高，2)滑动支撑件2026降低；滑动吊具框架2006升高，3)滑动支撑件2026降低；滑动吊具框架2006降低，以及4)滑动支撑件2026升高；滑动吊具框架2006降低(如在随后的附图中描述的故障状况)。在一些实施方式中，阻尼器2054包括弹簧(未示出)，该弹簧被构造成使得当基座2024、滑动支撑件2026和阻尼器轴下降时，弹簧被压缩并提供可将部件恢复到提升位置的力。在一些实施方式中，由弹簧力产生的提升运动仅与由导热泡沫2030和2032与相同的样品小瓶外部接触的摩擦力相对，而在其他实施方式中，提升弹簧力由主动调节的机械限制器控制，例如，但不限于，螺线管锁存器。在替代实施方式中，提升力部分地或排他地由主动控制的致动器提供，但不限于螺线管和电动机。一些实施方式包括用户接口，包括但不限于LED灯和灯阵列、LCD屏幕、键盘、按钮开关、滑动的开关、触摸屏、旋钮、滑动开关、电容开关以及到远程控制接口的无线连接。在图20所示的实施方式中，LED灯2080的径向阵列固定到主框架，其将通过半透明壳体材料通过外壳(未示出)可见。LED阵列照明可以由微处理器板2004通过带状线连接器(未示出)控制，并且可以指示样品小瓶的解冻状态、就绪状态和错误代码。虽然用位于设备的顶表面上的灯示出，但是应当理解，其他实施方式可以在设备的一侧上包括LED阵列。在一些实施方式中，微处理器板包括数据端口，通过该数据端口微处理器可以传输所存储的数据，或者可以从外部源接收数据流，例如用于安装软件更新的目的。

现在参考图21-23，示出了图19和20所示的实施方式的操作序列的示例。在图21-23中，显示了去除正向加温块的实施方式，从而可以示出部件的内部机构和位置。通过将样品小瓶2001放置在温度平衡装置(例如图2-5中所示的实施方式中所述的那些装置)持续等于或大于10分钟的时间段，将先前温度平衡至-77℃后，通过将样品小瓶2001插入到加温块小瓶接收腔中，如图21中的部分A所示，使解冻循环开始。在该状态下，加温块已经预先温度平衡到适当的加热温度，滑动支撑框架2006升高，加温块2008和2010(未示出)被打开。在解冻循环步骤1中，如图21的部分B所示，手动压下样品小瓶，降低基座2024和滑动支撑件2026，直到滑动支撑光学触发器2029通过光学传感器2036。现在参考图22，部分A。感测到样品小瓶已下降到适当深度，微处理器板启动螺线管(图20中的2050)以降低滑动吊具框架2006，从而关闭样品瓶2001上的加温块，启动热能转移到小瓶和内容物的处理。

现在参考图22，部分B，解冻处理已经完成，微处理器激活提升螺线管(图20中的2052)以升高滑动吊具框架2006，从而打开加温块2008和2010(未示出)，释放导热泡沫衬里2030(未示出)和2032与小瓶之间的约束摩擦。加温块的打开破坏了来自导热泡沫的热传导路径，从而防止或显著延迟小瓶内容物中不期望的温度升高。

现在参考图23，部分A，小瓶上的摩擦约束现在中断，滑动支撑件2026和小瓶支撑基座2024现在升高并将样品提供给操作者，并且当滑动支撑件光学触发器2029通过光学传感器2036，微处理器接收已经出现小瓶的信号。现在参考图23，部分B，当小瓶从加温块小瓶接收器移除时，光学光源2046和光学传感器2048之间的光路径变得畅通，并且微处理器接收到指示小瓶已经移除的信号，从而防止警报和警报信号的算法激活。

现在参考图24，示出解冻实验系列的图形描绘时间-温度图，以示出在中断进入样品的热能流中的解冻处理终止时打开加温块的有效性。在该实验系列中，重复在液氮中冷冻小瓶的循环，在图2和3所述的装置中平衡，并插入到图7和8所述的设计的45度加温块中，并且通过将保持在靠近小瓶内壁的位置的热电偶传感器插入到样品高度一半的位置来监测1ml样品有效载荷的内部温度。在一个测试循环中，在通过时间测量确定的解冻终止时，将加温块保持关闭，并使小瓶保持在加温块中约6分钟的总间隔。在该实验中，样品的温度继续朝向块温度上升。在第二循环系列中，样品小瓶在解冻完成后，打开加温块并将小瓶从加温块中取出并保持在开放空气中约6分钟的总持续时间。在该数据集中，样品的温度在块打开后的三分钟间隔内非常小地增加。在第三循环系列中，重复先前的实验，除了在加温块打开之后使小瓶保持在加温块中。在该系列中，小瓶内容物的温度以稍微更高的速率增加，使得当解冻终止时小瓶从块中移出，然而温度的增加显著小于一旦解冻当加温块被关闭时观察到的温度的增加。实验集强烈支持中断加温块和样品小瓶之间的热传导路径以在解冻处理完成时终止热能流入样品的益处。在本发明的一些实施方式中，通过在加温块的固体材料和样品小瓶的外表面之间引入空气空间来终止将样品小瓶插入加温块接收孔中之后的加温处理。在一些实施方式中，系统可以被配置为在解冻结束时将样品保持在期望的温度。

在一些实施方式中，可以提供多种算法来确定解冻结束时间。可选地，多个算法中的每一个可以同时运行以提供解冻结束时间的单独估计。该系统可以被配置为基于首先提供估计解冻结束时间的算法结束解冻。可选地，系统可以被配置为允许每个算法完成它们的估计，并且可以利用所计算的最短解冻间隔。在另外的实施方式中，系统可以被配置为对所预测的解冻间隔求平均并利用平均的解冻间隔来确定解冻结束时间。

附图中描述的或上述的组件的不同布置以及未示出或描述的组件和步骤是可能的。类似地，一些特征和子组合是有用的，并且可以在不参考其他特征和子组合的情况下使用。已经出于说明性而非限制性目的描述了本发明的实施方式，并且替代实施方式对于本发明的读者将是显而易见的。因此，本发明不限于上述实施方式或附图所示的实施方式，在不脱离权利要求的范围的情况下，可以进行各种实施方式和修改。