用于将冷冻的生物材料解冻的设备和方法
【专利摘要】本发明提供了用于将冷冻的生物材料解冻的设备、用于将冷冻的生物材料解冻的方法，所述设备包括：具有内部空间的容器；多个热传递装置，操作性地与容器相关联，热传递装置包括至少：第一、第二、第三、以及第四热传递装置；以及至少一个控制器，操作性地与第一、第二、第三、以及第四热传递装置相关联以彼此独立地控制这些热传递装置，至少一个控制器包括至少一个适于进行以下操作的控制器：控制第一热传递装置以控制其与容器的上部之间的热传递；控制第二热传递装置以控制其与容器的中上部之间的热传递；控制第三热传递装置以控制其与容器的中下部之间的热传递；以及控制第四热传递装置以控制其与容器的下部之间的热传递。
【专利说明】用于将冷冻的生物材料解冻的设备和方法
【技术领域】
[0001]在本文中描述了用于将冷冻的生物产品(例如，可能不稳定的蛋白质和细胞)有效地解冻而不损害产品的装置和方法。具体地，描述了一种具有多个独立的热传递装置和温度控制装置的立式解冻容器。
【背景技术】
[0002]通常将生物产品在采集之后冷冻以保存成分，直到进行进一步处理。在冷冻之前，将多种采集物汇集并且使其均匀化。当冷冻产品准备好用于额外的处理时，必须小心地将这些冷冻产品解冻以防止过热和变质，因为某些成分对热极其敏感并且可在解冻过程中分解。通常在大型立式混合容器内进行解冻，所述容器具有加热介质在其中流通的外部护套。冷冻产品被添加至解冻容器，被加热，并且通过装有护套的容器的壁的热传递来解冻。通常通过搅拌器或叶轮(impeller)搅拌解冻的产品。由于冷冻的含水产品的密度通常低于液体形式，因而冷冻材料会漂浮并且聚集在容器的顶部处，其中融化的解冻液体转移至容器的下部。这样的立式解冻容器的一个问题在于，解冻的液体在已解冻之后被继续加热，并且这可能使敏感的成分变质或分解。在本文中描述的设备和方法克服了这样的缺点，并且提供了一种用于使生物产品解冻而不使热敏感成分过热和/或变质的快速且有效的手段。
【发明内容】
[0003]在本文中描述了用于将冷冻的生物产品(诸如，血蛋白和冷冻细胞)有效地解冻而不损害所述产品的装置和方法。
[0004]在本文中所描述的一个实施例为一种用于将冷冻的生物材料解冻的设备，该设备包括:容器，所述容器具有用于接收生物材料的内部空间，所述容器具有围绕所述内部空间的上部延伸的上部以及围绕所述内部空间的下部延伸的下部；多个热传递装置，所述多个热传递装置操作性地与所述容器相关联，以用于在容器与热传递装置之间传递热，所述多个热传递装置包括至少:第一热传递装置，操作性地与容器的上部相关联，以用于在容器的上部与第一热传递装置之间传递热；第二热传递装置，操作性地与容器的下部相关联，以用于在容器的下部与第二热传递装置之间传递热；并且该设备还包括至少一个控制器，所述至少一个控制器操作性地与第一热传递装置和第二热传递装置相关联，以用于彼此独立地控制第一热传递装置和第二热传递装置，所述至少一个控制器包括至少一个适于进行以下操作的控制器:控制第一热传递装置以控制第一热传递装置与容器的上部之间的热传递，并且控制第二热传递装置以控制第二热传递装置与容器的下部之间的热传递。
[0005]在本文中描述的一个方面中，热传递装置的数量为2个、3个、4个、5个、6个、8个、10个、12个或者甚至更多。
[0006]在本文中描述的一个方面中，用于将冷冻的生物材料解冻的设备进一步包括延伸到容器的内部空间中的至少一个搅拌设备和热电偶，其中:所述热电偶以向上延伸的系列布置；热电偶操作性地与所述至少一个控制器相关联；并且所述至少一个控制器操作性地用于至少部分地响应于来自热电偶的信号来控制第一热传递装置和第二热传递装置。
[0007]在本文中描述的一个方面中，所述至少一个控制器包括至少一个处理器以及包含计算机程序代码的至少一个存储器，并且所述至少一个存储器和所述计算机程序代码被配置成与所述处理器一起提供用于进行以下操作的信号:彼此独立地控制第一热传递装置和第二热传递装置；控制第一热传递装置以控制第一热传递装置与容器的上部之间的热传递；以及控制第二热传递装置以控制第二热传递装置与容器的下部之间的热传递。
[0008]在本文中描述的另一个方面中，所述第一热传递装置和第二热传递装置中的每一个均包括安装至容器的外部的护套，以用于在护套与容器之间提供至少传导性热传递。
[0009]在本文中描述的另一个方面中，护套围绕容器延伸。
[0010]在本文中描述的另一个方面中，护套包括至少一个通路，所述通路用于使热传递流体在其中流动。
[0011]在本文中描述的另一个方面中，热传递介质包括热传递液体。
[0012]在本文中描述的另一个方面中，该设备包括与至少一个通路流体连通的系统，该系统用于使热传递流体在通路中流通。
[0013]在本文中描述的另一个实施例为一种用于将冷冻的生物材料解冻的方法，该方法包括:将冷冻的生物材料引入到容器中；在容器的上部与处于容器的上部外部的介质之间引起热传递，包括加热容器的上部；在容器的下部与处于容器的下部外部的介质之间引起热传递；监控容器中的不同水平高度处的生物材料的温度；至少部分地响应于生物材料的温度的监控来调节容器的上部与处于容器的上部外部的介质之间的热传递；以及至少部分地响应于生物材料的温度的监控来调节容器的下部与处于容器的下部外部的介质之间的热传递，容器的下部与处于容器的下部外部的介质之间的热传递的调节独立于容器的上部与处于容器的上部外部的介质之间的热传递的调节来执行。
[0014]在本文中描述的一个方面中，在容器的下部与处于容器的下部外部的介质之间引起热传递包括加热容器的下部；并且随后，容器的下部与处于容器的下部外部的介质之间的热传递的调节包括至少减少对容器的下部的加热。
[0015]在本文中描述的另一个方面中，在容器的下部与处于容器的下部的外部的介质之间引起热传递包括加热容器的下部；并且随后，容器的下部与处于容器的下部外部的介质之间的热传递的调节包括冷却容器的下部。
[0016]在本文中描述的另一个方面中，容器的上部与处于容器的上部外部的介质之间的热传递的调节包括自动地调节容器的上部与处于容器的上部外部的介质之间的热传递；并且容器的下部与处于容器的下部外部的介质之间的热传递的调节包括自动地调节容器的下部与处于容器的下部外部的介质之间的热传递。
[0017]在本文中描述的另一个方面中，至少容器的上部与处于容器的上部外部的介质之间的热传递的调节由计算机执行；并且至少容器的下部与处于容器的下部外部的介质之间的热传递的调节由计算机执行。
[0018]在本文中描述的另一个实施例为一种用于将冷冻的生物材料解冻的设备，该设备包括:容器，所述容器具有用于接收生物材料的内部空间，所述容器具有围绕所述内部空间的上部延伸的上部、围绕所述内部空间的中部延伸的中部、以及围绕所述内部空间的下部延伸的下部；多个热传递装置，所述多个热传递装置操作性地与所述容器相关联，以用于在容器与热传递装置之间传递热，所述多个热传递装置包括至少:第一热传递装置，其操作性地与容器的上部相关联，以用于在容器的上部与第一热传递装置之间传递热；第二热传递装置，其操作性地与容器的中上部相关联，以用于在容器的中上部与第二热传递装置之间传递热；第三热传递装置，操作性地与容器的中下部相关联，以用于在容器的中下部与第三热传递装置之间传递热；以及第四热传递装置，操作性地与容器的下部相关联，以用于在容器的下部与第四热传递装置之间传递热；并且该设备还包括至少一个控制器，所述至少一个控制器操作性地与第一热传递装置、第二热传递装置、第三热传递装置、以及第四热传递装置相关联，以用于彼此独立地控制第一热传递装置、第二热传递装置、第三热传递装置、以及第四热传递装置，所述至少一个控制器包括至少一个适于进行以下操作的控制器:控制第一热传递装置，以控制第一热传递装置与容器的上部之间的热传递；控制第二热传递装置，以控制第二热传递装置与容器的中上部之间的热传递；控制第三热传递装置，以控制第三热传递装置与容器的中下部之间的热传递；以及控制第四热传递装置，以控制第四热传递装置与容器的下部之间的热传递。
[0019]在本文中描述的一个方面中，热传递装置的数量为2个、3个、4个、5个、6个、8个、10个、12个或者甚至更多。
[0020]在本文中描述的一个方面中，用于将冷冻的生物材料解冻的设备进一步包括延伸到容器的内部空间中的至少一个搅拌设备和热电偶，其中:热电偶以向上延伸的系列布置；热电偶操作性地与所述至少一个控制器相关联；并且所述至少一个控制器操作性地用于至少部分地响应于来自热电偶的信号来控制所述第一热传递装置、第二热传递装置、第三热传递装置、以及第四热传递装置。
[0021]在本文中描述的另一个方面中，所述至少一个控制器包括至少一个处理器以及包含计算机程序代码的至少一个存储器，并且所述至少一个存储器和所述计算机程序代码被配置为与所述处理器一起提供用于进行以下操作的信号:彼此独立地控制所述第一热传递装置、第二热传递装置、第三热传递装置、以及第四热传递装置；以及控制第一热传递装置，以控制第一热传递装置与容器的上部之间的热传递；控制第二热传递装置，以控制第二热传递装置与容器的中上部之间的热传递；控制第三热传递装置，以控制第三热传递装置与容器的中下部之间的热传递；以及控制第四热传递装置，以控制第四热传递装置与容器的下部之间的热传递。
[0022]在本文中所描述的另一个方面中，第一热传递装置、第二热传递装置、第三热传递装置、以及第四热传递装置中的每一个均包括安装至容器的外部的护套，以用于在护套与容器之间提供至少传导性热传递。
[0023]在本文中描述的另一个方面中，护套围绕容器延伸。
[0024]在本文中描述的另一个方面中，护套包括至少一个通路，所述通路用于使热传递介质在其中流动。
[0025]在本文中描述的另一个方面中，热传递介质包括热传递液体。
[0026]在本文中描述的一个方面中，用于将冷冻的生物材料解冻的设备进一步包括与所述至少一个通路流体连通的系统，该系统用于使热传递介质在通路中流通。
[0027]在本文中所描述的另一个实施例为一种用于将冷冻的生物材料解冻的方法，该方法包括:将冷冻的生物材料引入到容器中；在容器的上部与处于容器的上部外部的介质之间引起热传递，包括加热容器的上部；在容器的中上部与处于容器的中上部外部的介质之间引起热传递；在容器的中下部与处于容器的中下部外部的介质之间引起热传递；在容器的下部与处于容器的下部外部的介质之间引起热传递；监控容器中的不同水平高度处的生物材料的温度；至少部分地响应于生物材料的温度的监控来调节容器的上部与处于容器的上部外部的介质之间的热传递；容器的上部与处于容器的上部外部的介质之间的热传递的调节独立于容器的中上部与处于容器的中上部外部的介质之间的热传递的调节来执行；容器的上部与处于容器的上部外部的介质之间的热传递的调节独立于容器的中下部与处于容器的中下部外部的介质之间的热传递的调节来执行；并且容器的上部与处于容器的上部外部的介质之间的热传递的调节独立于容器的下部与处于容器的下部外部的介质之间的热传递的调节来执行；以及至少部分地响应于生物材料的温度的监控来调节容器的中上部与处于容器的中上部外部的介质之间的热传递；容器的中上部与处于容器的中上部外部的介质之间的热传递的调节独立于容器的上部与处于容器的上部外部的介质之间的热传递的调节来执行；容器的中上部与处于容器的中上部外部的介质之间的热传递的调节独立于容器的中下部与处于容器的中下部外部的介质之间的热传递的调节来执行；并且容器的中上部与处于容器的中上部外部的介质之间的热传递的调节独立于容器的下部与处于容器的下部外部的介质之间的热传递的调节来执行；以及至少部分地响应于生物材料的温度的监控来调节容器的中下部与处于容器的中下部外部的介质之间的热传递；容器的中下部与处于容器的中下部外部的介质之间的热传递的调节独立于容器的上部与处于容器的上部外部的介质之间的热传递的调节来执行；容器的中下部与处于容器的中下部外部的介质之间的热传递的调节独立于容器的中上部与处于容器的中上部外部的介质之间的热传递的调节来执行；并且容器的中下部与处于容器的中下部外部的介质之间的热传递的调节独立于容器的下部与处于容器的下部外部的介质之间的热传递的调节来执行；以及至少部分地响应于生物材料的温度的监控来调节容器的下部与处于容器的下部外部的介质之间的热传递；容器的下部与处于容器的下部的外部介质之间的热传递的调节独立于容器的上部与处于容器的上部外部的介质之间的热传递的调节来执行；容器的下部与处于容器的下部外部的介质之间的热传递的调节独立于容器的中上部与处于容器的中上部外部的介质之间的热传递的调节来执行；并且容器的下部与处于容器的下部外部的介质之间的热传递的调节独立于容器的中下部与处于容器的中下部外部的介质之间的热传递的调节来执行。
[0028]在本文中描述的一个方面中，在容器的上部与处于容器的上部外部的介质之间引起热传递包括加热容器的上部；并且随后，容器的上部与处于容器的上部外部的介质之间的热传递的调节包括至少减少对容器的上部的加热。
[0029]在本文中描述的一个方面中，在容器的中上部与处于容器的中上部外部的介质之间引起热传递包括加热容器的中上部；并且随后，容器的中上部与处于容器的中上部外部的介质之间的热传递的调节包括冷却容器的中上部。
[0030]在本文中描述的一个方面中，在容器的中下部与处于容器的中下部外部的介质之间引起热传递包括加热容器的中下部；并且随后，容器的中下部与处于容器的中下部外部的介质之间的热传递的调节包括冷却容器的中下部。
[0031]在本文中描述的一个方面中，在容器的下部与处于容器的下部外部的介质之间引起热传递包括加热容器的下部；并且随后，容器的下部与处于容器的下部外部的介质之间的热传递的调节包括冷却容器的下部。
[0032]在本文中描述的一个方面中，容器的上部与处于容器的上部外部的介质之间的热传递的调节包括自动地调节容器的上部与处于容器的上部外部的介质之间的热传递；容器的中上部与处于容器的中上部外部的介质之间的热传递的调节包括自动地调节容器的中上部与处于容器的中上部外部的介质之间的热传递；容器的中下部与处于容器的中下部外部的介质之间的热传递的调节包括自动地调节容器的中下部与处于容器的中下部外部的介质之间的热传递；并且容器的下部与处于容器的下部外部的介质之间的热传递的调节包括自动地调节容器的下部与处于容器的下部外部的介质之间的热传递。
[0033]在本文中描述的一个方面中，至少容器的上部与处于容器的上部外部的介质之间的热传递的调节由计算机执行；至少容器的中上部与处于容器的中上部外部的介质之间的热传递的调节由计算机执行；至少容器的中下部与处于容器的中下部外部的介质之间的热传递的调节由计算机执行；并且至少容器的下部与处于容器的下部外部的介质之间的热传递的调节由计算机执行。
[0034]在本文中描述的另一个实施例为一种用于将冷冻的生物产品解冻的设备，该设备包括:至少一个容器；一个或多个搅拌装置；围绕所述容器的多个热传递装置；以及至少一个用于温度控制的装置。
[0035]在本文中描述的一个方面中，所述多个热传递装置从容器的底部至容器的顶部竖直地定位。
[0036]在本文中描述的另一个方面中，所述多个热传递装置的温度为独立控制的。
[0037]在本文中描述的另一个方面中，用于将冷冻的生物材料解冻的设备进一步包括多个热电偶。
[0038]在本文中描述的一个方面中，所述多个热电偶从容器的底部至容器的顶部竖直地定位。
[0039]在本文中描述的另一个方面中，使用竖直设置的所述多个热电偶来测量容器的内部温度。
[0040]在本文所描述的一个方面中，热传递装置的温度通过热电介质、珀尔帖介质、或液体介质来调整。
[0041]在本文中描述的一个方面中，热传递装置的温度通过液体介质来调整。
[0042]在本文中描述的一个方面中，液体介质包括乙二醇。
[0043]在本文中描述的一个方面中，存在至少四个热传递装置以及至少四个热电偶；并且其中，所述热传递装置和所述热电偶竖直地定位在解冻容器内。
[0044]在本文中描述的一个方面中，使所述多个热传递装置的温度上升至比生物产品的熔点高出不超过大约10° C，直到完成融化，并且其中，在完成融化之后，使所述温度保持在大约2° C。
[0045]在本文中描述的一个方面中，当测量到温度低于大约2。C时，使所述多个热传递装置的温度上升至不高于大约8° C ;并且其中，当测量到温度高于大约10° C时，使所述多个热传递装置的温度降低至大约4° C。
[0046]在本文中描述的另一个实施例为一种用于将冷冻的生物产品解冻的工艺，包括:Ca)将冷冻的生物产品引入到容器中，该容器包括一个或多个搅拌装置；多个热传递装置；多个热电偶；以及用于温度控制的装置；(b)使用所述多个热电偶来连续地测量容器内的多个水平高度处的温度；(C)加热与冷冻的生物产品邻近的热传递装置，同时将容器的内容物相混合；(d)冷却与解冻的生物产品邻近的热传递装置，同时将容器的内容物相混合；Ce)加热和/或冷却热传递装置，以补偿额外的冷冻生物产品的添加以及生物产品的解冻。
【专利附图】
【附图说明】
[0047]图1A示出了在添加冷冻的生物产品不久后的标准的护套型立式解冻容器；
[0048]图1B示出了随后在大部分生物产品已解冻并液化之后的标准的护套型立式解冻容器；
[0049]图2示出了在本文中描述的多护套型立式解冻容器，该示例性实施例具有从容器的底部至顶部竖直地间隔开的四个热传递装置。每个热传递装置可独立于其他热传递装置进行加热或冷却。此外，八个热电偶延伸到靠近每个热传递装置的容器腔中，以测量内部温度。可使用挡板以将在每个水平高度处分层的液体分隔开；
[0050]图3A至图3D示出了在本文中描述的示例性解冻工艺，其示出了各个热传递装置的单独的加热或冷却。
【具体实施方式】
[0051]在本文中描述了将能够以冷冻块体或以其他构造供给的冷冻生物产品解冻的设备和方法。示例性冷冻生物产品包括血液、各种血液制品(诸如，血浆或血清)、或冷冻的细胞或组织。生物产品还可包括细胞培养上清液(supernatant )、细胞提取物、勻衆、部分净化的高分子、净化的高分子、或治疗产品(therapeutic product)。
[0052]在图1A和图1B中示出了典型的解冻容器20。在该实例中，处于封闭的立式解冻容器的内部30中的冷冻内容物5由围绕容器竖直地延伸的护套型外部25加热。热介质(诸如，乙二醇或水)流通通过护套以提高温度。在图1A中，通过开口 35将冷冻的生物产品5放到解冻容器的内部30中，并且使热介质流通以提高温度(热介质和流通装置在现有技术中是已知的并且未在图示中示出)。顶部37覆盖容器的开口。叶轮40使解冻的生物产品液体10流通并且增加热传递。可使用阀45和喷嘴50以在完成解冻之后从容器中移除解冻的生物产品。当冷冻的生物产品5解冻并且变成液体10时，冷冻的生物产品会漂浮至容器中的液态生物产品的液面15的顶部。参见图1B。叶轮40使液体产品10流通，并且用于将经过加热的生物液体朝向其余的冷冻产品5向上传送。另外，生物液体在冷冻产品附近被冷却，并且叶轮同样地使该被冷却的液体流通。然而，尽管存在流通，由于液体与容器内部接触的表面面积大，因而还是会在冷冻的生物液体内产生温度梯度。此外，由于存在的冷冻生物产品更少，因而与容器表面接触的冷冻产品更少。因此，液态生物产品成为冷冻的生物产品的主要热传递介质。这可增加完成解冻的时间。即使热介质的温度降低或改变，解冻的液体的大热质量也使得难以对降低的温度作出快速的平衡。因此，生物液体可能不必要地在延长的时期内暴露于增加的温度。这可导致生物产品的各种成分的变质和/或分解。这对于可能对热变质敏感的成分(诸如蛋白质)是最为有害的。因此，解冻工艺可能显著地降低有价值的热敏感性蛋白质的产量。
[0053]通过允许使用者在整个解冻过程中在不同的竖直水平高度和时间点处精细地调节解冻容器的温度，如在本文中描述的多温度解冻容器克服了现有解冻技术的缺点。此外，在一些情况下，如在本文中描述的多温度解冻容器可能降低用于将生物产品解冻的能量需求。
[0054]在图2中示出了在本文中描述的多温度解冻容器的示例性实施例。多温度解冻容器60的该示例性实施例的特征在于，从容器的底部至容器的顶部竖直地布置的至少四个独立的热传递装置(70、75、80、85)。热传递装置的数量可变化。在一些方面，可存在与容器相关联的2个、3个、4个、5个、6个、8个、10个、12个或者甚至更多个热传递装置。每个热传递装置能够独立于其他热传递装置进行加热或冷却。另外，至少两个热电偶65定位在每个热传递装置的水平高度处并且朝向容器的中央向外延伸，以用于测量在该水平高度处的生物产品介质的温度。尽管在图2中示出的解冻容器是竖直地布置的，然而还构想了水平的配置。在水平的实施例中，多个热传递装置将会平行于柱体的轴线从容器的底部至容器的顶部间隔开。热传递装置可以附接至如在图2中所示的容器的外壁，或者可附接在容器的内壁上。在一些方面，热传递装置可包括容器的壁。
[0055]至少一个叶轮40使液化的生物产品流通并混合，从而加强热传递；叶轮还有利于冷冻的生物产品的移动。可以使用多个搅拌机。例如，可在每个传递装置的水平高度处使用至少一个叶轮。在一些实施例中，可使用挡板90以减少处于不同的热传递装置水平高度处的生物产品的混合，并且从而更好地控制每个热传递装置水平高度处的温度。在一些实施例中，可使用浮动挡板来将解冻的生物产品液体的上液面15与冷冻的生物产品5隔开。作为非限制性实例，挡板可包括中央中空的圆形“面包圈状”板。这样的构造允许解冻的生物产品在每个热传递装置水平高度处的分层，并且允许不同水平高度之间的有限传递。
[0056]阀45和喷嘴50允许从容器移除解冻的生物产品。喷嘴可位于容器的底部处(如在图2中所示)或者可位于顶部处，并且使用泵或虹吸装置(未示出)有利于进行移除。可在解冻周期结束时或者在解冻处理过程中持续地移除解冻的生物产品，以使解冻的生物产品最少地暴露于升高的温度。该容器可被配置成使得，一旦生物产品融化，就立即将其从解冻容器中移除。
[0057]在一些实施例中，在本文中描述的热传递装置可包括用于使导热液体或气体流通的护套。所述液体可包括水、乙二醇、油等。所述气体可包括水蒸汽、co2、N2、o2或制冷剂气体/液体混合物。热传递装置还可包括热电装置或珀尔帖装置。热传递装置通常能够对解冻容器提供加热和/或冷却。在一些情况下，所述多个热电偶可用于监控在本文中描述的解冻容器的内部温度以及用于调节热传递装置的温度。在本文中描述的一些方面中，通过使用多个热电偶测量解冻容器的内部温度并且然后通过调节热传递装置的温度以调节该内部温度(即，升高或降低内部温度)，来单独地调节所述多个热传递装置的温度。在一些方面，这可由计算机自主地控制。在其他方面，手动监控和调节这些温度。
[0058]如在本文中描述的多温度解冻容器允许操作人员在各种水平高度和/或各种容量处精确地调节解冻容器壁部的温度。例如，如在图2中所示，位于容器的底部处的热传递装置(即，70和75)可以被冷却，而热传递装置80可以处于中间温度并且热传递装置85可以被加热。这将会有利于使在解冻的液体的液面15处漂浮的生物产品5的冷冻团块解冻。位于容器10的底部处的解冻的生物产品液体不经受加热热传递装置85或中间热传递装置80的处理，并且因此降低分解或变质的可能性。[0059]另外，如在本文中描述的多温度解冻容器能降低使生物产品解冻所需的能量。由于所述温度被处于每个热传递装置水平高度处的热电偶65严格地控制和监控，因而用以对热传递装置进行加热/冷却的能量仅在需要对该区域进行加热/冷却时施加。
[0060]当进行加热(或冷却)期间冷冻/解冻的生物产品相混合时，如在本文中描述的多温度解冻容器具有最佳的热传递效率。热传递依据表面积与体积之比而最大化。对于高度为h且直径为d的柱形容器而言,表面积SA为SA= π dh,并且体积V为V= ( π d2h) /4。因此，表面积与容量之比为SA/V=4/d。因此，当直径d最小时，该比率最大，并且内部热传递变得具有高的效率(具有最佳的混合)。这样，利用内部热传递装置，具有小直径的解冻容器可以是特别有效的。例如，具有分层的内部热传递装置的水平解冻容器可具有非常有效的热传递。
[0061]实例
[0062]实例I
[0063]在图3A至图3D中示出了用于使生物产品解冻的示例性过程。在解冻处理开始时，几乎所有的生物产品都被冷冻。见图3A。因此，可调节所有的热传递装置(70、75、80、85)以将温度加热至有利于使冷冻的生物产品5融化。注意:在图3中，热传递装置(70、75、80、85)内的阴影表示处于阴影水平高度处的相同温度；较暗的阴影表示相对较高的温度。使用热电偶65，可在各个热传递水平高度处监控解冻容器内的温度。当冷冻的生物产品5开始解冻时，液体开始聚集在容器的底部处。见图3B。因此，下部热传递装置(70、75)的温度然后可降低和/或改变以进行冷却，从而防止液体生物产品的过度加热。冷冻的生物产品5漂浮在液态生物产品15的顶部处。因此，上部热传递装置(80、85)可继续对冷冻的生物产品进行加热并且有利于解冻。当冷冻的产品解冻时，液面将上升并且可相应地调节温度。来自处于每个水平高度处的热电偶的温度测量允许操作员实时监控内部容器温度。在本文中描述的一些方面中，可在在已发生融化不久之后从解冻容器中移除解冻的生物产品。可建立解冻的产品融化与移除的最佳比率，使得冷冻的生物产品的融化最大化，并且还优化从解冻容器的移除，以防止生物产品的热变质。如果可以的话，可对于特定的生物产品来优化产品移除的各种模式。
[0064]在解冻工艺的稍后过程中，生物产品以大致相等的冷冻部分5和液态部分10的形式存在。见图3C。在该阶段中，可利用三个温度等级。使底部热传递装置(70、75)冷却，以防止生物产品液体过热。中间热传递装置80可设置成处于中间温度(例如，介于加热温度和冷却温度之间的中间值)。这防止位于液面15的顶部处的生物产品液体被过度加热。可使用挡板(未示出)以进一步减少从上部水平高度到下部水平高度的热传递。上部热传递装置85可继续加热冷冻的生物产品。
[0065]在解冻工艺的最后阶段中，大部分冷冻的生物产品已解冻成液体，并且仅仅一小部分以冷冻形式5存在。见图3D。这样，上部热传递装置85的温度可降低或保持为进行加热。中间热传递装置80可降温以冷却或者保持在中间温度等级处。当冷冻的生物产品解冻时，热传递装置(70、75、80、85)可冷却，以使液态生物产品在适当的温度处均衡，以用于随后的下游处理。
[0066]在本文中描述的装置和方法的范围包括本文中描述的实施例、方面、实例、步骤、以及优选方式的所有组合。
【权利要求】
1.一种用于将冷冻的生物材料解冻的设备，所述设备包括: 容器，具有用于接收所述生物材料的内部空间，所述容器具有围绕所述内部空间的上部延伸的上部、围绕所述内部空间的中部延伸的中部、以及围绕所述内部空间的下部延伸的下部； 多个热传递装置，操作性地与所述容器相关联以用于在所述容器与所述热传递装置之间传递热，所述热传递装置包括至少: 第一热传递装置，操作性地与所述容器的上部相关联，以用于在所述容器的上部与所述第一热传递装置之间传递热； 第二热传递装置，操作性地与所述容器的中上部相关联，以用于在所述容器的中上部与所述第二热传递装置之间传递热； 第三热传递装置，操作性地与所述容器的中下部相关联，以用于在所述容器的中下部与所述第三热传递装置之间传递热；以及 第四热传递装置，操作性地与所述容器的下部相关联，以用于在所述容器的下部与所述第四热传递装置之间传递热；以及 至少一个控制器，操作性地与所述第一热传递装置、所述第二热传递装置、所述第三热传递装置、以及所述第四热传递装置相关联，以用于彼此独立地控制所述第一热传递装置、所述第二热传递装置、所述第三热传递装置、以及所述第四热传递装置，所述至少一个控制器包括至少一个适于进行以下操作的控制器: 控制所述第一热传递装置，以控制所述第一热传递装置与所述容器的上部之间的热传递; 控制所述第二热传递装置，以控制所述第二热传递装置与所述容器的中上部之间的热传递； 控制所述第三热传递装置，以控制所述第三热传递装置与所述容器的中下部之间的热传递；以及 控制所述第四热传递装置，以控制所述第四热传递装置与所述容器的下部之间的热传递。
2.根据权利要求1所述的设备，进一步包括延伸到所述容器的内部空间中的至少一个搅拌设备和热电偶，其中: 所述热电偶以向上延伸的系列设置； 所述热电偶操作性地与所述至少一个控制器相关联；并且 所述至少一个控制器操作性地用于至少部分地响应于来自所述热电偶的信号来控制所述第一热传递装置、所述第二热传递装置、所述第三热传递装置、以及所述第四热传递装置。
3.根据权利要求1所述的设备，其中，所述至少一个控制器包括至少一个处理器以及包含计算机程序代码的至少一个存储器，并且所述至少一个存储器和所述计算机程序代码被配置为与所述处理器一起提供用于进行以下操作的信号: 彼此独立地控制所述第一热传递装置、所述第二热传递装置、所述第三热传递装置、以及所述第四热传递装置；以及 控制所述第一热传递装置，以控制所述第一热传递装置与所述容器的上部之间的热传递; 控制所述第二热传递装置，以控制所述第二热传递装置与所述容器的中上部之间的热传递； 控制所述第三热传递装置，以控制所述第三热传递装置与所述容器的中下部之间的热传递；以及 控制所述第四热传递装置，以控制所述第四热传递装置与所述容器的下部之间的热传递。
4.根据权利要求1所述的设备，其中，所述第一热传递装置、所述第二热传递装置、所述第三热传递装置、以及所述第四热传递装置中的每一个均包括安装至所述容器的外部的护套，以用于在所述护套与所述容器之间提供至少传导性的热传递。
5.根据权利要求4所述的设备，其中，所述护套围绕所述容器延伸。
6.根据权利要求4所述的设备，其中，所述护套包括至少一个通路，所述通路用于使热传递介质在其中流动。
7.根据权利要求6所述的设备，其中，所述热传递介质包括热传递液体。
8.根据权利要求6所述的设备，包括与所述至少一个通路流体连通的系统，所述系统用于使热传递介质在所述通路中流通。
9.一种用于将冷冻的生物材料解冻的方法，包括: 将冷冻的生物材料引入到容器中； 在所述容器的上部与处于所述容`器的上部外部的介质之间引起热传递，包括加热所述容器的上部； 在所述容器的中上部与处于所述容器的中上部外部的介质之间引起热传递； 在所述容器的中下部与处于所述容器的中下部外部的介质之间引起热传递； 在所述容器的下部与处于所述容器的下部外部的介质之间引起热传递； 在所述容器中的不同水平高度处监控所述生物材料的温度； 至少部分地响应于所述生物材料的温度的监控来调节所述容器的上部与处于所述容器的上部外部的介质之间的热传递； 所述容器的上部与处于所述容器的上部外部的介质之间的热传递的调节独立于所述容器的中上部与处于所述容器的中上部外部的介质之间的热传递的调节来执行； 所述容器的上部与处于所述容器的上部外部的介质之间的热传递的调节独立于所述容器的中下部与处于所述容器的中下部外部的介质之间的热传递的调节来执行；以及所述容器的上部与处于所述容器的上部外部的介质之间的热传递的调节独立于所述容器的下部与处于所述容器的下部外部的介质之间的热传递的调节来执行；以及 至少部分地响应于所述生物材料的温度的监控来调节所述容器的中上部与处于所述容器的中上部外部的介质之间的热传递； 所述容器的中上部与处于所述容器的中上部外部的介质之间的热传递的调节独立于所述容器的上部与处于所述容器的上部外部的介质之间的热传递的调节来执行；所述容器的中上部与处于所述容器的中上部外部的介质之间的热传递的调节独立于所述容器的中下部与处于所述容器的中下部外部的介质之间的热传递的调节来执行；以及所述容器的中上部与处于所述容器的中上部外部的介质之间的热传递的调节独立于所述容器的下部与处于所述容器的下部外部的介质之间的热传递的调节来执行；以及至少部分地响应于所述生物材料的温度的监控来调节所述容器的中下部与处于所述容器的中下部外部的介质之间的热传递； 所述容器的中下部与处于所述容器的中下部外部的介质之间的热传递的调节独立于所述容器的上部与处于所述容器的上部外部的介质之间的热传递的调节来执行； 所述容器的中下部与处于所述容器的中下部外部的介质之间的热传递的调节独立于所述容器的中上部与处于所述容器的中上部外部的介质之间的热传递的调节来执行；以及所述容器的中下部与处于所述容器的中下部外部的介质之间的热传递的调节独立于所述容器的下部与处于所述容器的下部外部的介质之间的热传递的调节来执行；以及 至少部分地响应于所述生物材料的温度的监控来调节所述容器的下部与处于所述容器的下部外部的介质之间的热传递； 所述容器的下部与处于所述容器的下部外部的介质之间的热传递的调节独立于所述容器的上部与处于所述容器的上部外部的介质之间的热传递的调节来执行； 所述容器的下部与处于所述容器的下部外部的介质之间的热传递的调节独立于所述容器的中上部与处于所述容器的中上部外部的介质之间的热传递的调节来执行；以及所述容器的下部与处于所述容器的下部外部的介质之间的热传递的调节独立于所述容器的中下部与处于所述容器的中下部外部的介质之间的热传递的调节来执行。
10.根据权利要求9所述的方法，其中: 在所述容器的上部与处于所述容器的上部外部的介质之间引起热传递的步骤包括加热所述容器的上部；并且 随后，所述容器的上部与处于所述容器的上部外部的介质之间的热传递的调节的步骤包括至少减少对所述容器的上部的加热。
11.根据权利要求9所述的方法，其中: 在所述容器的中上部与处于所述容器的中上部外部的介质之间引起热传递的步骤包括加热所述容器的中上部；并且 随后，所述容器的中上部与处于所述容器的中上部外部的介质之间的热传递的调节的步骤包括冷却所述容器的中上部。
12.根据权利要求9所述的方法，其中: 在所述容器的中下部与处于所述容器的中下部外部的介质之间引起热传递的步骤包括加热所述容器的中下部；并且 随后，所述容器的中下部与处于所述容器的中下部外部的介质之间的热传递的调节的步骤包括冷却所述容器的中下部。
13.根据权利要求9所述的方法，其中: 在所述容器的下部与处于所述容器的下部外部的介质之间引起热传递的步骤包括加热所述容器的下部；并且 随后，所述容器的下部与处于所述容器的下部外部的介质之间的热传递的调节的步骤包括冷却所述容器的下部。
14.根据权利要求9所述的方法，其中: 所述容器的上部与处于所述容器的上部外部的介质之间的热传递的调节的步骤包括自动地调节所述容器的上部与处于所述容器的上部外部的介质之间的热传递； 所述容器的中上部与处于所述容器的中上部外部的介质之间的热传递的调节的步骤包括自动地调节所述容器的中上部与处于所述容器的中上部外部的介质之间的热传递； 所述容器的中下部与处于所述容器的中下部外部的介质之间的热传递的调节的步骤包括自动地调节所述容器的中下部与处于所述容器的中下部外部的介质之间的热传递；并且 所述容器的下部与处于所述容器的下部外部的介质之间的热传递的调节的步骤包括自动地调节所述容器的下部与处于所述容器的下部外部的介质之间的热传递。
15.根据权利要求9所述的方法，其中: 至少所述容器的上部与处于所述容器的上部外部的介质之间的热传递的调节由计算机执行； 至少所述容器的中上部与处于所述容器的中上部外部的介质之间的热传递的调节由计算机执行； 至少所述容器的中下部与处于所述容器的中下部外部的介质之间的热传递的调节由计算机执行；并且 至少所述容器的下部与处于所述容器的下部外部的介质之间的热传递的调节由计算机执行。
16.一种用于将冷冻的生物产品解冻的设备，包括: 至少一个容器； 一个或多个搅拌装置； 围绕所述容器设置的多个热传递装置；以及 至少一个用于温度控制的装置。
17.根据权利要求16所述的设备，其中，所述多个热传递装置从所述容器的底部至所述容器的顶部竖直地定位。
18.根据权利要求16所述的设备，其中，所述多个热传递装置的温度为独立控制的。
19.根据权利要求1所述的设备，进一步包括多个热电偶。
20.根据权利要求19所述的设备，其中，所述多个热电偶从所述容器的底部至所述容器的顶部竖直地定位。
21.根据权利要求19所述的设备，其中，使用竖直布置的所述多个热电偶来测量所述容器的内部温度。
22.根据权利要求16所述的设备，其中，所述热传递装置的温度通过热电介质、珀尔帖介质、或液体介质来调整。
23.根据权利要求22所述的设备，其中，所述液体介质包括乙二醇。
24.根据权利要求19所述的设备，其中，具有至少四个热传递装置以及至少四个热电偶；并且其中，所述热传递装置和所述热电偶竖直地定位在所述解冻容器内。
25.根据权利要求21所述的设备，其中，使所述多个热传递装置的温度上升至比所述生物广品的溶点闻出不超过大约10 C，直到完成融化，并且其中，在完成融化之后，将所述温度保持在大约2V。
26.根据权利要求21所述的设备，其中，当测量到温度低于大约2°C时，使所述多个热传递装置的温度上升至不高于大约8°C ;并且其中，当测量到温度高于大约10°C时，使所述多个热传递装置的温度降低至大约4°C。
27. 一种用于将冷冻的生物产品解冻的方法，包括: (a)将所述冷冻的生物产品引入容器中，所述容器包括:一个或多个搅拌装置；多个热传递装置；多个热电偶；以及用于温度控制的装置； (b)使用所述多个热电偶来连续地在所述容器内的多个水平高度处测量温度； (C)加热与所述冷冻的生物产品邻近的所述热传递装置，同时将所述容器的内容物相混合； Cd)冷却与解冻的生物产品邻近的所述热传递装置，同时将所述容器的内容物相混合； Ce)加热和/或冷却所述热传递装置，以补偿额外的冷冻生物产品的添加以及所述生物产品的解冻。
【文档编号】B65D81/18GK103569511SQ201310291503
【公开日】2014年2月12日 申请日期:2013年7月11日 优先权日:2012年7月25日
【发明者】阿乔伊·韦拉尤丹, 罗伯特·拉奇 申请人:基立福有限公司