DE102006032435A1 - Transportbehälter zur Kühlhaltung von gefrorenem Gut - Google Patents
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Abstract
Der Transportbehälter 1 weist eine Superisolierung in Form eines evakuierten Isolierbehälters 2 mit einem Vakuumstützmaterial 55 auf. In ihn ist ein Kühlbehälter 16 integriert, der eine wärmeleitende Metallwollefüllung 57 enthält und mit einem organischen Kältemittel gefüllt ist, das eine Phasenumwandlung fest/flüssig im Temperaturbereich von -30° bis -85° erfährt und eine Schmelzwärme von mindestens 50 J/ml aufweist. Es ist eine schlanke zylindrische Probenkammer 24 zur Aufnahme von tiefgefrorenen Gewebeproben 26 vorgesehen, die vom Kühlbehälter 16 umschlossen ist und einstückig in eine lange Halsöffnung 25 übergeht, die vom Isolierschaft 30 eines einschraubbaren Stopfens 28 weitgehend ausgefüllt und gegenüber der Probenkammer 24 abgedichtet werden kann. Der dann verbleibende Ringspalt 32 ist mittels einer Evakuiereinrichtung 48 evakuierbar. Der Stopfen 28 ist mit einem in die Probenkammer 24 ragenden Tampon 38 und einem Datenlogger 41 zur Aufzeichnung der Temperatur in der Probenkammer 24 versehen. Der Transportbehälter 1 ermöglicht nach der Vereisung des Kältemittels Versandzeiten und eine Zwischenlagerung von bis zu 14 Tagen ohne Gefährdung der aufgenommenen Gewebeproben 26.
Description
- Die Erfindung bezieht sich auf einen Transportbehälter zur Kühlhaltung von gefrorenem Gut, insbesondere von gefrorenen biologischen Gewebeproben oder Zellkulturen.
- Bei der klinischen Diagnose und im klinischen Forschungsbereich besteht oft die Notwendigkeit, Gewebeproben in einem externen Speziallabor schnell analysieren zu lassen, um Ergebnisse für eine Therapie-Entscheidung zu erhalten. Die zur Anwendung kommenden Analysemethoden (z.B. RNA-Analysen, Proteinmarker) entwickeln sich rapide weiter. Es hat sich gezeigt, dass durch Tieffrieren einer Probe am wenigsten der in ihr enthaltenen Information zerstört wird. Da in der Forschung nahezu täglich neue Marker gefunden werden, ist das Konservieren der Information wichtig und macht es Sinn, an der Probe nicht nur die heute möglichen Untersuchungen durchzuführen sondern die Proben möglichst dauerhaft durch Tieffrieren zu konservieren. Sollte Monate oder gar Jahre nach der Probenentnahme der Patient ein Problem bekommen, z.B. einen Rückfall erleiden und eine Therapie benötigen, könnte eine erneute Untersuchung der originären Probe mit möglicherweise zum Zeitpunkt der Probenentnahme noch unbekannten Analysemethoden hilfreich sein und z.B. eine Erfolg versprechende gezielte teure, moderne Therapie an Stelle einer ungezielten Standard-Therapie indizieren sowie finanziell gegenüber Kostenträgern rechtfertigen.
- Es ist daher wichtig, einen Transportbehälter für das Versenden von gefrorenen Einzelproben zu haben, der bei möglichst kleiner und leichter Bauweise zuverlässig eine transportbedingte Unterbrechung der geschlossenen Gefrierkette vermeidet, be stehenden Vorschriften genügt und den Versandaufwand niedrig hält. Der Aufwand und die Kosten des Versandes können zwar bis zu einem gewissen Grad durch Sammeln von Proben und gemeinsamem Versand herabgesetzt werden, wobei ein Sammelzeitraum von maximal fünf Tagen in Betracht kommt, jedoch führt das zu administrativem und logistischem Aufwand, wobei eine Zwischenlagerung der Proben bei Tiefsttemperaturen nötig wird. Nur die wenigsten Krankenhäuser besitzen eine dazu benötigte Tiefkühltruhe, die auf beispielsweise –70°C kühlt.
- Aus
WO 2005/066 559 A2 ist bereits ein Transportbehälter zur Kühlhaltung von gefrorenen biologischen Gewebeproben und Zellkulturen bekannt. Er besteht aus einem Isolierbehälter, der durch ein isolierendes Deckelteil zugänglich ist und eine Superisolierung mit einer Wärmeleitzahl λ ≤ 0,002 W/m K aufweist. Im Isolierbehälter ist ein Kühlbehälter mit einer Kältemittelkammer vorgesehen, die eine Probenkammer für das gefrorene Gut unter Freilassung einer verschlußteilseitigen Zugangsöffnung umschließt, dauerhaft hermetisch verschlossen ist und ein Kältemittel enthält, das durch Phasenumwandlung fest/flüssig Kälte abgibt. Das Kältemittel erfährt die Phasenumwandlung im Temperaturbereich von –15° bis –100°C, insbesondere –30° bis –85°C, und weist eine Schmelzwärme von mindestens 50 J/ml auf. - Bei diesem bekannten Transportbehälter ist der Kühlbehälter mit der Kältemittelkammer und der Probenkammer aus dem Isolierbehälter entnehmbar. Die Probenkammer erstreckt sich nahezu bis zum oberen Ende des Kühlbehälters. Die metallische Innenwand des Isolierbehälters geht mit metallischem Kontakt in die Außenwand über.
- Diese bekannte Ausbildung ermöglicht durch die Verwendung eines Kältemittels mit hoher Schmelzwärme sowie durch die Superisolierung mit niedriger Wärmeleitzahl bereits eine mehrtägige Kühlhaltung von gefrorenen Proben, die vorbeschriebenen hohen Anforderungen lassen sich jedoch nicht immer zuverlässig erfüllen, weil Wärmebrücken vorhanden sind, die wegen des schädlichen Eindringens von Wärme zu einer vorzeitigen Erschöpfung des Kältemittels und damit zu einem Verlust von Informationen der Probe führen können. Außerdem hat sich auch die Handhabung des bekannten Transportbehälters als noch nicht optimal erwiesen.
- Dementsprechend liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, einen hinsichtlich seiner Funktion und Handhabung verbesserten Transportbehälter zu schaffen, der eine sichere Tiefkühlhaltung während Lagerung und Transport gewährleistet, den bestehenden Transportvorschriften für gefrorenes biologisches Material in vollem Umfang entspricht und sich problemlos herstellen lässt.
- Diese Aufgabe wird ausgehend vom vorstehend beschriebenen bekannten Transportbehälter erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass der Kühlbehälter mit der Kältemittelkammer fest in den Isolierbehälter integriert ist, dass der Isolierbehälter unter Bildung einer halsförmigen Öffnung von einer ihre Querabmessungen mindestens um das Dreifache übersteigenden Länge über die Probenkammer hinaus ragt, dass am äußeren Ende der Halsöffnung ein Isolierring vorgesehen ist, der die Innenwand und die Außenwand des Isolierbehälters voneinander isoliert und die Innenwand mit dem angeschlossenen Kühlbehälter elastisch zur Außenwand lagert, dem Deckelteil ein Stopfen zugeordnet ist, der mit einem Isolierschaft in die Halsöffnung ragt, diese im wesentlichen über ihre ganze Länge ausfüllt und am vorragenden Ende durch eine Halsdichtung gegenüber der Innenwand des Isolierbehälters abgedichtet ist, und dass eine Behälterdichtung zwischen dem Isolierbehälter und dem Deckelteil angeordnet ist, das eine Evakuiereinrichtung zum Evakuieren des Deckelinnenraums einschließlich des den Isolierschaft umgebenden Halsöffnungsspalts vorgesehen ist.
- Mit diesen Maßnahmen lassen sich Wärmebrücken im Bereich des Zugangs zur Probenkammer zuverlässig vermeiden, so dass eine besonders hohe Leistung mit lang anhaltender Kühlwirkung erzielt wird. Durch den Isolierring wird eine wärmeleitende metallische Verbindung zwischen Innenwand und Außenwand des Isolierbehälters vermieden, wobei durch die lange Halsöffnung ein Einströmen von Wärme durch die Innenwand zur Probenkammer weiter verringert wird. Zusätzlich kann die Innenwand trotz des an ihr aufgehängten Gewichts des Kühlbehälters mit dem Kältemittel infolge ihrer elastischen Lagerung dünn ausgeführt und damit der Leitungsquerschnitt weiter verringert werden. Die Integrierung des Kühlbehälters ermöglicht zudem eine vergleichsweise enge Halsöffnung, was ebenfalls den Wärme leitenden Innwandquerschnitt herabgesetzt. Zusätzlich wird einem Wärmeeintrag durch Konvektion der Luft im Deckelinnenraum und innerhalb der anschließenden Halsöffnung dadurch entgegen gewirkt, dass infolge des Stopfens mit dem Isolierschaft nur ein enger Halsöffnungsspalt verbleibt und zudem die eingeschlossene Luftmenge evakuiert werden kann.
- Würde man zur Vermeidung der Wärmebrücke zwischen Innenwand und Außenwand des Isolierbehälters den ganzen Isolierbehälter aus schlecht Wärme leitendem Kunststoff machen, so hat das den Nachteil, dass dieser nicht nur gegen das (organische) Kältemittel resistent sein muß sondern zusätzlich sowohl tiefsttemperaturstabil als auch hochvakuumdicht sein muss. Das heißt auch, dass keine organische Ausgasung vom Kunststoff selbst und keine Diffusion des Kältemittels erlaubt sind. Das Dilemma lässt sich auch nicht dadurch lösen, dass man einen separaten Kältemittelbehälter aus Metall in den Kunststoffbehälter einbaut, weil dann ein Spalt zwischen Probenkammer und Hals entsteht, der im täglichen Gebrauch nicht mehr zugänglich ist. Wegen bestehender Transportvorschriften für biologische Proben und Gewebeproben sowie aus hygienischen Gründen muss aber der Probenraum abgeschlossen und bei Wiederverwendung des Transportbehälters leicht zu reinigen sein. Daher ist es sinnvoll, den Kühlbehälter fest in den Isolierbehälter zu integrieren und die Wand der Probenkammer und die Halsöffnung zusammen mit der Innenwand des Kühlbehälters in einem Stück z.B. aus Edelstahl zu fertigen und so eine nahtlose Probenkammer zu erhalten. Dabei hat die metallische Innenwand zusätzlich den Vorteil eines verbesserten Wärmeübergangs während des Kältebeladens vor dem Einsatz des Behälters, also während der Umwandlung des flüssigen Kältemittels in die feste Phase.
- Der erfindungsgemäße Transportbehälter erlaubt nach der Kältebeladung unter vollständigem Übergang des Kältemittels in den festen Zustand eine circa 14-tägige Kühldauer und macht somit eine Kältebeladung beim Lieferanten sowie ein „ready to use" System möglich, bei dem der Kunde, z.B. ein Krankenhaus, mit gebrauchsfertigen Transportbehältern versorgt wird, die mit der erforderlichen Sicherheit vom Lieferanten zum Kunden geschickt, von diesem bis zu einer Woche zwischengelagert und dann vom Kunden an ein Zentrallabor gesendet werden können.
- Zweckmäßige Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen. Diese betreffen auch zweckmäßige Maßnahmen im Zu sammenhang mit der Kältebeladung und werden in der nachfolgenden Figurenbeschreibung noch angesprochen.
- Der erfindungsgemäße Transportbehälter und seine Herstellung sowie dem Transportbehälter zugeordnete Kälteübertragungsvorrichtungen für die Kältebeladung werden nachfolgend beispielhaft anhand von schematischen Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen:
-
1 einen Transportbehälter mit drei Proben in einem Schnitt durch die Behälterachse; -
2 den Transportbehälter gemäß1 mit einem als Umverpackung dienenden Außenbehälter in verkleinertem Maßstab und ebenfalls in Schnittdarstellung; -
3 den Außenbehälter gemäß2 im weiter verkleinerten Querschnitt; -
4 bis7 in Vertikalschnitten Herstellungschritte beim Zusammenbau des Kühlbehälters und seiner Verbindung mit der Innenwand des Isolierbehälters; -
8 im Vertikalschnitt das Befüllen des Kühlbehälters mit dem Kältemittel durch einen Einfüllöffnung; -
8a eine Detailvergrößerung aus8 nach dem hermetischen Verschließen der Einfüllöffnung; -
9 bis12 in Vertikalschnitten den weiteren Zusammenbau des Isolierbehälters unter Integrierung des Kühlbehälters; -
13 in einem Vertikalschnitt den Deckelteil des Isolierbehälters mit angedeutetem Einbau eines Evakuierventils; -
14 in vergrößertem Maßstab und teilweise vertikal geschnitten den gemäß1 vorgesehenen Stopfen, der vor dem Aufsetzen des Deckelteils in die Halsöffnung eingebaut wird; -
15 in einem Vertikalschnitt das direkte Kältebeladen des Transportbehälters mit Flüssig-Stickstoff; -
16 eine Kältebeladungseinrichtung zur indirekten Kältebeladung des Transportbehälters mit Flüssig-Stickstoff unter Verwendung eines aufragenden Kühlfingers; -
17 die Kältebeladung mittels eines Kühlfingers bei Nutzung einer anderen Kältequelle; -
18 eine Kälteübertragungsvorrichtung mit aufragendem Kühlfinger zur Anordnung in einem Tiefkühlraum; -
19 eine Draufsicht auf die Kälteübertragungsvorrichtung gemäß19 aus Lamellen und aufragendem Kühlfinger; -
20 in einem Vertikalschnitt den versandfertigen Zusammenbau des Transportbehälters nach erfolgter Kältebeladung; und -
21 das Öffnen, Füllen und Wiederverschließen des Transportbehälters an einem dezentralen Ort, an dem die Proben anfallen. - Der in
1 in aufrechter Stellung gezeichnete Transportbehälter1 weist einen in etwa becherförmigen Isolierbehälter2 mit einer Innenwand3 und einer Außenwand4 sowie einem Innenboden5 und einem Außenboden6 auf. Der Außenboden6 ist wie auch in11 erläutert auf das leicht eingezogene untere Ende der Außenwand4 aufgesteckt und mit dieser verklebt oder verschweißt. - Am oberen Ende geht die Außenwand in einen Innenflansch
7 über, der eine Ringnut8 zur Aufnahme einer Behälterdichtung9 aufweist und in einen abwärts ragenden umlaufenden Anschlußsteg10 übergeht. - Die aus dünnwandigem Edelstahl gefertigte Innenwand
3 ist röhrenartig schlank ausgeführt, am unteren Ende mit einem Kammerboden11 versehen, weist in mittlerer Höhe eine sickenförmige Einschnürung12 auf, trägt an ihrem oberen Ende ein Innengewinde13 und geht unmittelbar darüber in einen nach außen vorspringenden Ringflansch14 über. - Am oberen Ende des Isolierbehälters
2 ist ein Isolierring15 vorgesehen, mit dem der Ringflansch14 der Innenwand3 und der Anschlußsteg10 der Außenwand4 im Ab stand zueinander fest verklebt sind, wie es auch aus10 und11 zu ersehen ist. Auf diese Weise befindet sich eine Isolierstrecke zwischen den metallischen Wänden3 und4 des Isolierbehälters2 . Der eingeklebte Isolierring15 bewirkt zugleich eine elastische Lagerung der Innenwand3 gegenüber der Außenwand4 nach Art eines Silent-Blocks. - In den Isolierbehälter
2 ist ein ringförmiger Kühlbehälter16 fest integriert, der eine Umfangswand17 aufweist, die an ihrem oberen Ende in einen Deckelflansch18 mit aufragendem Innensteg19 übergeht. Der Kühlbehälter16 ist derart in den Isolierbehälter integriert, dass seine innere Umfangswand20 von der unteren Hälfte der Innenwand3 gebildet ist, während der Innenboden5 und der Kammerboden11 den flachen Zentralbereich der Kältemittelkammer21 bilden. Ein mittiger Schweißpunkt22 zwischen dem Innenboden5 und dem Kammerboden11 verringert eventuelle mechanische Beanspruchungen im oberen Bereich der Innenwand3 . Durch eine Schweißraupe23 ist der Innensteg18 des Kühlbehälters16 fest mit der Innenwand3 verbunden und dadurch die Kältemittelkammer21 hermetisch verschlossen. - Die Einschnürung
12 der Innenwand3 unterteilt den Raum innerhalb der Innenwand3 in eine untere Probenkammer24 und eine obere Halsöffnung25 (5 ). Wie dargestellt kann die Probenkammer24 gleichzeitig drei verschiedene Proben26 in jeweils einem Probenbehälter27 aufnehmen, bei denen es sich z.B. um Nunk Röhrchen handeln kann. - In die Halsöffnung
25 ist ein Stopfen28 eingebaut, der in14 vergrößert dargestellt ist. Der Stopfen28 ist im Vertikalschnitt T-förmig mit einem oberen verbreiterten Kopf29 und einem zentral herabragenden Isolierschaft30 ausgebildet, der an seinem oberen Ende ein Außengewinde31 aufweist. Damit ist der Stopfen28 in das Innengewinde13 der Innenwand3 eingeschraubt. Dabei entspricht die Länge des Isolierschafts30 der Höhe der Halsöffnung25 , so dass von dieser nur ein Ringspalt32 frei bleibt. Der Isolierschaft30 trägt an seinem unteren Ende eine ringförmige Halsdichtung33 , die beim Einschrauben des Stopfens28 gegen den von der Einschnürung12 an der Innenseite der Innenwand3 gebildeten Ventilsitz34 (20 ) gedrückt wird und dadurch die Probenkammer24 gegenüber der Halsöffnung25 bzw. dem Ringspalt32 abdichtet. Dieser Ringspalt32 ist durch O-Ringe35 , die in Ringnu ten36 des Isolierschafts30 eingesetzt sind, in Abschnitte unterteilt. Dadurch wird der Wärmeübertragung durch den Ringspalt32 infolge Konvektion entgegen gewirkt. Eine Längsnut37 (14 ) im Isolierschaft30 erstreckt sich über die O-Ringe35 und das Außengewinde31 hinaus und sorgt für einen Druckausgleich zwischen den Spaltabschnitten und der Oberseite des Stopfens28 . - An seiner Unterseite trägt der Isolierschaft
30 einen vorspringenden Tampon38 , der dem Aufsaugen evtl. austretender Probenflüssigkeit dient und leicht auswechselbar ist. Der Kopf29 ist mit Hohlräumen39 versehen, die von oben zugänglich und durch Hohlraumdeckel40 abgedeckt sind. Die Hohlräume39 können beispielsweise einen Datenlogger41 und eine diesem zugeordnete Batterie42 aufnehmen. Der Datenlogger41 ist über eine vakuumdicht eingegossene Signalleitung43 mit einem Temperatursensor44 am unteren Ende des Isolierschafts30 verbunden, so dass die in der Probenkammer24 herrschende Temperatur fortlaufend aufgezeichnet werden kann. Alternativ kann ein vereinfachter Stopfen ohne Datenlogger, Batterie und Temperatursensor vorgesehen sein. - Der Isolierbehälter
2 ist durch ein wärmeisolierendes Deckelteil45 abgedeckt, das an seiner Unterseite mit einem Ringsteg46 versehen ist, der mit der Behälterdichtung9 abdichtend zusammenwirkt. Das Deckelteil45 weist an seiner Unterseite eine Ausnehmung auf, die den Deckelinnenraum47 bildet. Dieser nimmt den Kopf29 des Stopfens28 lose auf. - Im Deckelteil
45 ist eine an den Deckelinnenraum47 angeschlossene Evakuiereinrichtung48 in Form eines Evakuierventils49 mit aufgesetzter Schutzkappe50 vorgesehen. - Eine entsprechende Evakuiereinrichtung
51 mit einem Evakuierventil52 und einer Schutzkappe53 ist in den Außenboden6 des Isolierbehälters2 eingebaut. Damit kann die im Isolierbehälter2 gebildete Isolierkammer54 , die vollständig mit einem Vakuumstützmaterial55 wie beispielsweise pyrogene Kieselsäure gefüllt ist. Dieses bewirkt bei der Evakuierung der Isolierkammer eine Versteifung der Konstruktion. Zum Binden von Restgasen in der Isolierkammer54 ist im Bodenbereich des Isolierbehälters2 ein Getter56 eingebaut. - Auch die Kältemittelkammer
21 ist abgesehen von der Kältemittelfüllung mit einer Metallwollefüllung57 versehen, wodurch die Wärmeleitung innerhalb der Kältemittelkammer wesentlich verbessert wird, was der Kältebeladung bzw. der Phasenumwandlung flüssig/fest des Kältemittels zugute kommt. -
2 und3 zeigen im Vertikalschnitt und im Horizontalschnitt eine wahlweise zum Einsatz kommende Umverpackung58 für den Transportbehälter1 . Diese Umverpackung58 besteht aus einem Außenbehälter59 mit einem Außendeckel60 , der mit einem umlaufenden Dichtungssteg61 in eine entsprechende Dichtungsnut62 im oberen Rand des Außenbehälters59 eingreift. Der Außenbehälter59 und der Außendeckel60 sind aus isolierendem Material hergestellt und weisen einen quadratischen Außenquerschnitt sowie einen kreisförmigen Innenquerschnitt auf. - Der Außenbehälter
59 ist als Hohlkörper mit einer Außenwand63 und einer Innenwand64 hergestellt, zwischen denen sich Verbindungsstege65 erstrecken. Die Innenwand64 umschließt zusammen mit dem Außendeckel60 eine an den Transportbehälter1 angepaßte zylindrische Aufnahmekammer66 . - Der zwischen Außenwand
63 und Innenwand64 gebildete Hohlraum ist ebenfalls mit einem Kältemittel67 gefüllt, das eine Phasenumwandlung fest/flüssig in einem vergleichsweise höheren Temperaturbereich von 0 bis –15°C erfährt. Dabei kann es sich um Wasser oder auch eine Salzlösung handeln. Die Umverpackung58 und insbesondere das vor ihrem Einsatz vereise Kältemittel67 bilden eine Barriere gegen das Eindringen von Wärme zum umschlossenen Transportbehälter1 . -
4 bis13 zeigen, aus welchen Einzelteilen der Transportbehälter1 zusammengesetzt ist und wie der Zusammenbau zweckmäßigerweise durchgeführt wird. - Gemäß
4 wird der Kühlbehälter16 mit der Metallwollefüllung57 versehen, bei der es sich zweckmäßigerweise um einen geknäuelten Metallfaden beispielsweise aus Kupfer handeln kann. Diese Metallwollefüllung57 wird im wesentlichen ringförmig im Kühlbehälter16 angeordnet, wie es6 deutlich macht, wobei eine dünne Metallwolleschicht oder wenigstens ein Fadenabschnitt zentral oberhalb des Bodens5 des Kühlbehälters16 verbleibt. - Gemäß
5 wird die Innenwand3 mit dem Innengewinde13 sowie der Einschnürung12 in den Isolierring15 eingeschoben, und zwar bis in die in6 gezeigte Stellung, worauf die Innenwand3 wie in6 gezeigt in den Kühlbehälter16 eingeführt wird, bis die in7 gezeigte Stellung erreicht ist. In dieser werden die Böden der Innenwand3 und des Kühlbehälters16 durch einen Schweißpunkt22 aneinander abgestützt und der Kühlbehälter16 an seinem oberen Ende unter Bildung der Schweißraupe23 mit der Innenwand3 fest verbunden. - Der Kühlbehälter
16 weist an seiner Oberseite eine Gewindeöffnung69 auf, durch die gemäß8 aus einem Gefäß68 flüssiges Kältemittel eingefüllt wird, bis der Kühlbehälter16 im wesentlichen vollständig gefüllt ist. Bei diesem Kältemittel handelt es sich um eine organische Substanz mit einer Phasenumwandlungstemperatur fest/flüssig im Temperaturbereich von –15° bis –100°C und vorzugsweise von –30° bis –85°C sowie mit einer Schmelzwärme von mindestens 50 J/ml. Als derartige Kältemittel kommen beispielsweise Oktan 1-Hexanol, 2-Hexanon, Hexanal, Pyridin, 1,2,4-Trimethylbenzol, 1,3,5-Trimethylbenzol oder Chlorbenzol in Betracht. - Im Anschluß an das Befüllen wird die Gewindeöffnung
69 des Kühlbehälters16 dadurch dauerhaft hermetisch verschlossen, dass gemäß8a zunächst eine Madenschraube70 eingeschraubt, dann die verbleibende Restöffnung zugeschweißt und dann das Schweißmaterial71 soweit es übersteht bündig abgetragen wird. - Nunmehr wird gemäß
9 die Anordnung aus dem Kühlbehälter16 , der Innenwand3 und dem Isolierring15 in die Außenwand4 eingeführt bis zum Erreichen der Stellung gemäß10 . In dieser Stellung werden die Innenwand3 und die Außenwand4 durch Klebemittelschichten72 und73 vakuumdicht mit dem Isolierring15 verbunden, wobei zugleich die elastische Lagerung der Anordnung aus Kühlbehälter16 und Innenwand3 gegenüber der Außenwand4 erzielt wird. - Daraufhin wird gemäß
11 die innerhalb der Außenwand4 gebildete Isolierkammer54 des Isolierbehälters2 mit dem Vakuumstützmaterial55 gefüllt und der Außenboden6 mit dem Getter56 auf das untere Ende der Außenwand4 aufgeschoben und mittels eines Klebers74 vakuumdicht mit der Außenwand4 verbunden, so dass die in12 gezeigte Anordnung erhalten wird, in die dann am oberen Ende die Behälterdichtung9 eingelegt und am unteren Ende das Evakuierventil52 mit der Schutzkappe53 vakuumdicht eingeschraubt wird, worauf der Isolierbehälter2 evakuiert wird. Gemäß13 wird auch in den Deckelteil45 das Evakuierventil49 vakuumdicht eingeschraubt. - Schließlich wird der Stopfen
28 gemäß14 fertig gestellt, indem in ihn der Datenlogger41 , die Batterie42 und der Temperatursensor44 eingebaut werden sowie die O-Ringe35 und der Tampon38 angebracht werden. - Das Kältebeladen des Transportbehälters
1 , also die Phasenumwandlung des Kältemittels im Kühlbehälter16 von der flüssigen Phase in die feste Phase, kann auf unterschiedliche Weise und mit Hilfe von verschiedenartigen Vorrichtungen durchgeführt werden, die in den15 bis19 erläutert sind. -
15 zeigt das direkte Kältebeladen beispielsweise mit Flüssigstickstoff75 , wozu in das Innengewinde13 des offenen Transportbehälters1 (ohne Deckelteil45 und Stopfen28 ) ein Einfülltrichter76 eingeschraubt ist, das während der Kältebeladung mit einem offenen Deckel77 versehen ist. Einfülltrichter76 und Deckel77 sind aus einem isolierenden Material hergestellt. Bei dieser direkten Kältebeladung ergibt sich der Vorteil, dass die gesamte untere Hälfte der Innenwand3 mit der inneren Umfangswand20 und dem Kammerboden11 vom Flüssigstickstoff75 kontaktiert ist und damit kälteübertragend wirksam ist, was im Interesse einer kurzen Beladungszeit liegt. Allerdings muss besonders darauf geachtet werden, dass nach Abschluß der Kältebeladung kein (flüssiger) Stickstoff in der Probenkammer24 und der Halsöffnung25 verbleibt. - Gemäß
16 ist eine indirekte Kältebeladung mittels Flüssigstickstoff (oder auch Trockeneis bzw. eine Trockeneis-Flüssigkeitsmischung, z.B. Isopropanol) vorgesehen. Dazu dient eine topfförmige Kälteübertragungsvorrichtung78 mit einer Bodenplatte79 , von der zentral ein langer Kühlfinger80 sowie eine Innenumfangswand81 und eine Außenumfangswand82 aufragen. Zwischen den beiden Umfangswänden81 und82 ist eine Ringkammer83 für den Flüssig-Stickstoff84 gebildet. Die Kälteübertragungsvorrichtung78 ist mit einer Außenisolierung85 versehen, welche die Bodenplatte79 und die Außenumfangswand82 umschließt. Die Bodenplatte79 , die Umfangswände81 und82 sowie der Kühlfinger80 sind vorzugsweise einstückig aus einem gut wärmeleitenden Material wie beispielsweise Kupfer hergestellt. - Zur Kältebeladung wird der deckelfreie Transportbehälter
1 in umgekehrter Lage mit der Innenwand3 auf den Kühlfinger80 von etwas größerer Länge aufgesteckt, wobei das Behältergewicht einen guten Kontakt der oberen Stirnfläche des Kühlfingers80 mit dem Kammerboden11 gewährleistet. Dabei ist der Durchmesser der Innenumfangswand81 so bemessen, dass sie wie dargestellt das in Beladungsstellung untere Ende des Transportbehälters1 aufnimmt. - Bei der Beladung gemäß
16 erfolgt der Kältetransport bzw. Wärmetransport durch die Bodenplatte79 und den Kühlfinger80 sowie im wesentlichen durch den Kammerboden11 . Dabei wird der Wärmeaustausch mit dem Kältemittel im Kühlbehälter16 maßgeblich durch die sich auch zwischen dem Kammerboden11 und dem Innenboden5 erstreckende Metallwollefüllung bewirkt, die im Hinblick auf die schlechte Wärmeleiteigenschaft von organischen Kältemitteln die Kältebeladungszeit wesentlich abkürzt. Das wird auch dadurch unterstützt, dass der Wärmeübergang durch den Kammerboden11 am höchsten Punkt des Kältemittels erfolgt, das beim Abkühlen nach unten sinkt und so das Durchfrieren des Kältemittels verbessert. - Gemäß
17 ist in einer der Kältebeladung gemäß16 entsprechenden Weise eine indirekte Kältebeladung mittels eines aktiven Kühlers86 als Kältequelle, beispielsweise eines Stirlingkühlers, vorgesehen. Von diesem ragt wiederum ein entsprechend langer metallischer Kühlfinger87 aus gut wärmeleitendem Material, z.B. Kupfer, auf. - Gemäß
18 und19 ist wiederum eine indirekte Kältebeladung jedoch mit passiver Kühlung vorgesehen, die durch Einbringen in einen Tiefkühlraum erfolgt. Dazu ist eine Kälteübertragungsvorrichtung89 vorgesehen, die wiederum einen aufragenden Kühlfinger90 aufweist, der an seinem unteren Ende mit sternförmig angeordneten Lamellen91 verbunden ist, wie es19 zeigt. Auch hier bestehen der Kühlfinger90 und die Lamellen91 aus einem gut wärmeleitenden Metall wie beispielsweise Kupfer. -
20 veranschaulicht den versandfertigen Zusammenbau des Transportbehälters1 , bei dem der Stopfen28 eingesetzt und gemäß Pfeil1 eingedreht wird, bis seine Halsdichtung33 abdichtend an den Ventilsitz34 angedrückt ist. Gemäß Pfeil2 wird sodann der Deckelteil45 aufgesetzt, worauf gemäß Pfeil3 die Evakuierung des Deckelinnenraums47 mittels des Evakuierventils49 erfolgt. Der dadurch bewirkte äußere Überdruck sorgt für ein axiales Andrücken des Deckelteils45 an den Isolierbehälter2 unter sicherer Abdichtung mittels der Behälterdichtung9 . Zugleich wird eine Wärmeübertragung durch Konvektion im Ringspalt32 unterbunden. - Dann ist der Kühlbehälter
16 mit dem vereisten Kältemittel durch die vom evakuierten Isolierbehälter2 gebildete Superisolierung sowie durch den Stopfen28 mit seinem Isolierschaft30 und durch den evakuierten Ringspalt32 rings um den Isolierschaft30 vor einem Eindringen von Wärme abgeschirmt, so dass der Vereisungszustand bzw. die Kältebeladung auch bei der Umgebungstemperatur während des Versands an den Einsatzort (Krankenhaus) weitestgehend erhalten bleibt. -
21 veranschaulicht die Handhabung am Einsatzort. Entsprechend den durch Pfeile1 bis4 angedeuteten Schritten werden die Schutzkappe50 abgenommen, der Deckelinnenraum47 durch Betätigen des Evakuierventils49 belüftet, der Deckelteil45 abgehoben und der Stopfen28 herausgedreht und entnommen, worauf die gefrorenen Proben26 in den Probenbehältern27 in die Probenkammer24 eingebracht werden. Dann wird alsbald der Transportbehälter1 in umgekehrter Reihenfolge wieder verschlossen, nämlich durch Einschrauben des Stopfens28 , Aufsetzen des Deckelteils45 , Evakuieren des Deckelinnenraums47 und Aufsetzen der Schutzkappe50 . Danach liegt der in1 dargestellte Zustand vor. Jetzt können die durch die vorbeschriebene Isolierwirkung des Transportbehälters1 und insbesondere die Kältekapazität des vereisten Kältemittels im Kühlbehälter16 vor Erwärmung geschützten Proben26 an den Bestimmungsort versandt werden. Das ist ggf. auch ohne Verwendung der Umverpackung58 gemäß2 und3 möglich. Die Umverpackung59 kommt insbesondere bei längerer Lagerzeit und/oder Transportzeit sowie bei vergleichsweise hohen Umgebungstemperaturen zum Einsatz. - Am Bestimmungsort werden dann die Proben
26 dem Transportbehälter1 entnommen, analysiert und ggf. auf Dauer in einem Tiefkühlraum gelagert. Anhand des Da tenloggers41 wird kontrolliert, dass die vorgesehene Lagertemperatur in der Probenkammer24 eingehalten wurde und die Proben26 dementsprechend keinen Schaden genommen haben. - Der Transportbehälter
1 ist für eine Wiederverwendung vorgesehen, wozu es lediglich einer erneuten Kältebeladung sowie des bereits beschriebenen Zusammenbaus und Versands an den Einsatzort bedarf. Außerdem empfiehlt es sich, nach erfahrungsgemäß festgelegten Zeitintervallen die Evakuierung des Isolierbehälters2 zu überprüfen und zu erneuern. - Der erfindungsgemäße Tansportbehälter kann zusammenfassend wie folgt beschrieben werden: Der Transportbehälter
1 weist eine Superisolierung in Form eines evakuierten Isolierbehälter2 mit einem Vakuumstützmaterial55 auf. In ihn ist ein Kühlbehälter16 integriert, der eine wärmeleitende Metallwollefüllung57 enthält und mit einem organischen Kältemittel gefüllt ist, das eine Phasenumwandlung fest/flüssig im Temperaturbereich von –30° bis –85°C erfährt und eine Schmelzwärme von mindestens 50 J/ml aufweist. Es ist eine schlanke zylindrische Probenkammer24 zur Aufnahme von tiefgefrorenen Gewebeproben26 vorgesehen, die vom Kühlbehälter16 umschlossen ist und einstückig in eine lange Halsöffnung25 übergeht, die vom Isolierschaft30 eines einschraubbaren Stopfens28 weitgehend ausgefüllt und gegenüber der Probenkammer24 abgedichtet werden kann. Der dann verbleibende Ringspalt32 ist mittels einer Evakuiereinrichtung48 evakuierbar. Der Stopfen28 ist mit einem in die Probenkammer24 ragenden Tampon38 und einem Datenlogger41 zur Aufzeichnung der Temperatur in der Probenkammer24 versehen. Der Transportbehälter1 ermöglicht nach der Vereisung des Kältemittels Versandzeiten und eine Zwischenlagerung von bis zu 14 Tagen ohne Gefährdung der aufgenommenen Gewebeproben26 .
Claims (23)
- Transportbehälter zur Kühlhaltung von gefrorenem Gut (
26 ), insbesondere von gefrorenen biologischen Gewebeproben oder Zellkulturen, mit a) einem Isolierbehälter (2 ), der b) durch ein isolierendes Deckelteil (45 ) zugänglich ist und c) eine Superisolierung mit einer Wärmeleitzahl λ ≤ 0,002 W/m K aufweist, d) einem im Isolierbehälter (2 ) angeordneten Kühlbehälter (16 ) mit einer Kältemittelkammer (21 ), die e) eine Probenkammer (24 ) für das gefrorene Gut (26 ) unter Freilassung einer verschlußteilseitigen Zugangsöffnung (25 ) umschließt, f) dauerhaft hermetisch verschlossen ist und g) ein Kältemittel enthält, das h) durch Phasenumwandlung fest/flüssig Kälte abgibt, i) die Phasenumwandlung im Temperaturbereich von –15° bis –100°C erfährt und j) eine Schmelzwärme von mindestens 50 J/ml aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass k) der Kühlbehälter (16 ) mit der Kältemittelkammer (21 ) fest in den Isolierbehälter (2 ) integriert ist, l) der Isolierbehälter (2 ) unter Bildung einer halsförmigen Öffnung (25 ) von einer ihre Querabmessungen mindestens um das 3-fache übersteigenden Länge über die Probenkammer (24 ) hinausragt, m) am äußeren Ende der Halsöffnung (25 ) ein Isolierring (15 ) vorgesehen ist, der n) die Innenwand (3 ) und die Außenwand (4 ) des Isolierbehälters (2 ) voneinander isoliert und n) die Innenwand (3 ) mit dem angeschlossenen Kühlbehälter (16 ) elastisch zur Außenwand (4 ) lagert, p) dem Deckelteil (45 ) ein Stopfen (28 ) zugeordnet ist, q) der mit einem Isolierschaft (30 ) in die Halsöffnung (25 ) ragt, r) der die Halsöffnung (25 ) im wesentlichen über ihre ganze Länge ausfüllt und s) am vorragenden Ende durch eine Halsdichtung (33 ) gegenüber der Innenwand (3 ) des Isolierbehälters (2 ) abgedichtet ist, t) eine Behälterdichtung (9 ) zwischen dem Isolierbehälter (2 ) und dem Deckelteil (45 ) angeordnet ist, und u) eine Evakuiereinrichtung (48 ) zum Evakuieren des Deckelinnenraums (47 ) einschließlich des den Isolierschaft (30 ) umgebenden Ringspalts (32 ) vorgesehen ist. - Transportbehälter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Kältemittel eine organische Reinsubstanz mit einer Phasenumwandlungstemperatur zwischen –30° und –85°C ist.
- Transportbehälter nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Isolierbehälter (
2 ) hohlzylindrisch mit einem an seine Außenwand (4 ) anschließenden Außenboden (6 ) ausgebildet ist und seine Innenwand (3 ) zugleich die innere Umfangswand (20 ) des Kühlbehälters (16 ) bildet sowie die Probenkammer (24 ) umgrenzt und am inneren Ende in einen Kammerboden (11 ) übergeht, der im Spaltabstand zum den Kühlbehälterboden bildenden Innenboden (5 ) des Isolierbehälters (2 ) angeordnet ist. - Transportbehälter nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Isolierbehälter (
2 ) zur Vakuumisolierung mit einer Evakuiereinrichtung (51 ) versehen und mit einem Vakuumstützmaterial (55 ) gefüllt ist. - Transportbehälter nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Isolierbehälter (
2 ) mit pulverförmiger, pyrogener Kieselsäure als Vakuumstützmaterial (55 ) gefüllt ist. - Transportbehälter nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, dass in den Isolierbehälter (
2 ) ein Getter (56 ) eingebaut ist. - Transportbehälter nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Stopfen (
28 ) mit dem Isolierschaft (30 ) ein separates Teil ist. - Transportbehälter nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass der Stopfen (
28 ) als Schraubstopfen ausgebildet ist, der mit einem Innengewinde (13 ) am äußeren Ende der Halsöffnung (25 ) zusammen wirkt. - Transportbehälter nach Anspruch 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, dass der Stopfen (
28 ) einen gegenüber dem Isolierschaft (30 ) verbreiterten Kopf (29 ) umfaßt, der von einer Aussparung im Deckelteil (45 ) aufgenommen ist. - Transportbehälter nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass der Kopf (
29 ) des Stopfens (28 ) einen Datenlogger (41 ) und eine diesem zugeordnete Batterie (42 ) aufnimmt, wobei der Datenlogger (41 ) über eine durch den Isolierschaft (30 ) geführte Signalleitung (43 ) mit einem Temperatursensor (44 ) im Bereich des freien Endes des Isolierschafts (30 ) verbunden ist. - Transportbehälter nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass der Isolierschaft (
30 ) wenigstens eine Ringnut (36 ) mit einem O-Ring (35 ) zur Abdichtung gegenüber der Innenwand (3 ) des Isolierbehälters (2 ) und zur Unterteilung des Ringspalts (32 ) zwischen der Innenwand (3 ) und dem Isolierschaft (30 ) aufweist. - Transportbehälter nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass der Stopfen (
28 ) an seinem die Probenkammer (24 ) begrenzenden vorragenden Ende einen auswechselbaren Tampon (38 ) zum Aufsaugen von Probenkammerflüssigkeit aufweist. - Transportbehälter nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass die Kältemittelkammer (
21 ) des Kühlbehälters (16 ) außer dem Kältemittel auch eine wärmeleitende Metallwollefüllung (57 ) zur besseren Kältebeladung vor der Aufnahme des gefrorenen Guts (26 ) aufweist. - Transportbehälter nach einem der Ansprüche 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass das Kältemittel eine organische Substanz ist.
- Transportbehälter nach einem der Ansprüche 1 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass der Isolierbehälter (
2 ) und der Kühlbehälter (16 ) aus Edelstahl gefertigt sind. - Transportbehälter nach einem der Ansprüche 1 bis 15, dadurch gekennzeichnet, dass ihm eine Umverpackung (
58 ) aus einem isolierenden Außenbehälter (59 ) und einem isolierenden Außendeckel (60 ) zugeordnet ist, die eine den Abmessungen des Transportbehälters (1 ) entsprechende Aufnahmekammer (66 ) umschließen. - Transportbehälter nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, dass der Außenbehälter (
59 ) ein Kältemittel (67 ) mit einer Phasenumwandlung fest/flüssig im Temperaturbereich von 0° bis –15°C enthält. - Transportbehälter nach einem der Ansprüche 1 bis 17, dadurch gekennzeichnet, dass ihm eine Kältebeladungseinrichtung zugeordnet ist, die einen hochwärmeleitenden massiven Kühlfinger (
80 ,88 ,90 ), insbesondere aus Kupfer, umfaßt, der eine der addierten Länge von Probenkammer (24 ) und Halsöffnung (25 ) entsprechende Länge sowie eine der Probenkammer (24 ) und Halsöffnung (25 ) angepaßte Querabmessung aufweist, wobei der Kühlfinger (80 ,88 ,90 ) am einen Ende an eine Kälteübertragungsvorrichtung (78 ,87 ,89 ) angeschlossen ist. - Transportbehälter nach Anspruch 18, dadurch gekennzeichnet, dass die Kälteübertragungsvorrichtung (
78 ) ein mit einer Außenisolierung (85 ) versehenes Gefäß (79 ,81 ,82 ) zur Aufnahme eines Tieftemperatur-Kältemittel (84 ) wie Flüssigstickstoff oder Trockeneis ist. - Transportbehälter nach Anspruch 19, dadurch gekennzeichnet, dass der Kühlfinger (
80 ) zentral vom Boden (79 ) des Gefäßes (79 ,81 ,82 ) aufragt, das eine innere Kammer zur Aufnahme des mit abwärts weisender Halsöffnung (25 ) auf den Kühlfinger (80 ) aufgeschobenen Isolierbehälters (2 ) und eine äußere Ringkammer (83 ) für das Kältemittel (84 ) aufweist. - Transportbehälter nach Anspruch 18, dadurch gekennzeichnet, dass die Kälteübertragungsvorrichtung (
89 ) mit Lamellen (91 ) zum erhöhten Wärmeübergang beim Kältebeladen in einem Tiefkühlschrank ausgebildet ist. - Transportbehälter nach einem der Ansprüche 18 bis 21, dadurch gekennzeichnet, dass der Kühlfinger in feste stirnseitige Anlage am Probenkammerboden (
11 ) angedrückt und dynamisch nachgeführt ist, insbesondere durch Gewichtsbelastung. - Transportbehälter nach einem der Ansprüche 1 bis 17, dadurch gekennzeichnet, dass ihm ein Einfülltrichter (
76 ) für eine direkte Kältebeladung mit einem Tieftemperatur-Kältemedium (75 ) wie Flüssigstickstoff zugeordnet ist, wobei der Einfülltrichter (76 ) in ein/das Innengewinde (13 ) am äußeren Ende der Halsöffnung (25 ) einschraubbar ist.
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