eng
Выпуск #1/1999
В. Макаров.
"Криотерм-600". Размораживание органов и тканей после криоконсервации
"Криотерм-600". Размораживание органов и тканей после криоконсервации
Просмотры: 2298
Ключевая проблема криоконсервации органов и тканей – уберечь ценнейший биологический материал от повреждений при размораживании. Специалисты ГНПП “Торий”, работающие в этом направлении, создали установку “Криотерм-600”, которая уже прошла весь комплекс технических и медицинских испытаний и рекомендована к применению Минздравом РФ.
Чтобы уменьшить и даже исключить повреждения биообъектов, вызываемые рекристаллизацией льда и длительным воздействием растворов с высокой концентрацией солей, процесс размораживания должен проходить со скоростью более 20оС/мин в области температур, соответствующих фазовому переходу. Проблему решает микроволновый нагрев, который обеспечивает практически безынерционное управление тепловым потоком по всему объему биообъекта. Сегодня этот метод стал наиболее перспективной технологией размораживания. Микроволновый подогрев крови от 4 до 36оС уже давно вошел в практику зарубежных клиник. Успешными оказались и опыты по размораживанию плазмы крови, лейкоцитов, эритроцитов. Однако при попытках размораживать объемные органы их поверхность перегревалась. Серьезные проблемы возникали и из-за существенной неравномерности нагрева по объему биооргана.
Математическое моделирование процесса размораживания показало, что при микроволновом нагреве объекта следует одновременно охлаждать его поверхность. А с проблемой неравномерности нагрева можно справиться путем подбора скоростей объемного СВЧ-нагрева и поверхностного охлаждения, что позволяет менять ширину зоны оттаивания и перемещать эту зону по объему объекта [1]. Исходя из этих положений, специалисты ГНПП “Торий” в содружестве со специалистами НИИ трансплантологии и искусственных органов Минздрава РФ разработали установку “Криотерм-600” для размораживания любых органов и тканей.
Функциональная схема установки приведена на рис.1. Ее основной рабочий орган – цилиндрический СВЧ-резонатор, в который поступает мощность от магнетронного генератора. Уровнем средней выходной мощности магнетрона управляет блок программатора режимов нагрева, в памяти которого хранятся программы размораживания, задаваемые оператором с внешнего пульта. Биообъект, размещенный в резонаторе, нагревается за счет поглощения мощности СВЧ-колебаний. Чтобы исключить локальные перегревы его поверхности, в рабочий резонатор с помощью испарителя подаются пары жидкого азота при температуре до —40оС. Работой испарителя управляет специальная система регулировки подачи паров жидкого азота в рабочую камеру.
Настольная установка “Криотерм-600” состоит из двух блоков, расположенных один над другим (рис.2). Средняя из трех частей цилиндрического резонатора может выдвигаться вместе с фторопластовым поддоном, в котором размещается размораживаемый объект. Чтобы предотвратить излучение СВЧ-мощности, на стыках подвижной части с неподвижными размещены кольцевые четвертьволновые дроссели. В нижней части резонатора расположены балластная нагрузка, связанная с резонатором через кольцевую щель, и штуцер трубопровода, через который поступает азот в парообразном состоянии. В верхней части находится коаксиальный ввод энергии со штыревой антенной, который соединен с магнетроном через специальную радиальную линию, обеспечивающую оптимальную нагрузку магнетронного генератора.
Специальный теплоизолирующий корпус предотвращает теплообмен резонатора с окружающей средой и защищает обслуживающий персонал от случайного обморожения при подаче паров жидкого азота. Механическая блокировка дверцы, расположенной на передней панели установки, препятствует открыванию камеры во время процесса разморозки. На задней панели размещен соединитель для подключения испарителя, представляющего собой тепловой насос. Испаритель содержит трубопровод с внешней теплоизоляцией и нагреватель, погруженный в сосуд Дьюара. Для герметизации сосуда на трубопроводе имеется уплотняющая пробка. Нагреватель выполнен из нихромовой спирали, на которую поступает напряжение от отдельного источника питания. При нагреве спирали жидкий азот интенсивно испаряется, давление в сосуде повышается, и газообразный азот начинает поступать в рабочую камеру.
Система регулируемой подачи паров азота снабжена датчиком, измеряющим температуру в рабочей камере. Цифровой термостат позволяет устанавливать температуру с панели управления и автоматически поддерживать ее в рабочей камере установки. При снижении уровня азота в сосуде Дьюара до минимально допустимого спираль нагревателя может выйти из строя. Предотвратить это помогает автоматическое отключение подачи напряжения на испаритель и включение звуковой сигнализации, информирующей о необходимости доливки азота в сосуд. Система имеет следующие характеристики:
Верхний блок установки, помимо магнетрона, содержит источник питания, выполненный по схеме с удвоением напряжения, и программатор режимов работы, позволяющий устанавливать девять режимов работы магнетрона (максимальная длительность работы в одном режиме – до 10 мин). Дискретная установка длительности каждого режима составляет 10 с, погрешность не превышает 10%.Внешний вид установки с отсоединенным испарителем показан на рис.3.
Основные технические характеристики “Криотерм-600”:
Программы размораживания подбирались на имитаторах биообъектов, близких к ним по своим физическим свойствам. В частности, использовался прозрачный гелеобразный термоиндикатор на основе диметилсульфида (в медицинской практике при замораживании используется как криопротектор) с добавками солей кобальта, специально разработанный для индикации низких температур [2]. Равномерность и темп нагрева оценивались по изменению цвета индикатора от розового (при температуре ниже —30оС) до темно-фиолетового (выше 0оС) и его структуры (от кристаллического состояния до расплавленного геля). Экспериментальные исследования показали, что равномерность нагрева и разморозки при поверхностном охлаждении имитатора значительно выше, чем при обычном СВЧ-нагреве (без охлаждения поверхности объекта).
ЛИТЕРАТУРА
1. Макаров В.Н., Неделько В.А., Нутович Л.М. Моделирование СВЧ-нагрева неоднородных сред с фазовым переходом. – Радиотехника и электроника, 1991, т.36, № 5.
2. Макаров В.Н., Корепанова Е.А., Хитров Ю.А. Термоиндикаторные составы для объемной визуализации тепловых полей при нагреве электромагнитными полями. – Электронная обработка материалов, 1990, № 1.
Координаты для связи: тел. (095)332-96-29, факс (095)332-64-66, e-mail : techsvet@elnet.msk.ru.
Математическое моделирование процесса размораживания показало, что при микроволновом нагреве объекта следует одновременно охлаждать его поверхность. А с проблемой неравномерности нагрева можно справиться путем подбора скоростей объемного СВЧ-нагрева и поверхностного охлаждения, что позволяет менять ширину зоны оттаивания и перемещать эту зону по объему объекта [1]. Исходя из этих положений, специалисты ГНПП “Торий” в содружестве со специалистами НИИ трансплантологии и искусственных органов Минздрава РФ разработали установку “Криотерм-600” для размораживания любых органов и тканей.
Функциональная схема установки приведена на рис.1. Ее основной рабочий орган – цилиндрический СВЧ-резонатор, в который поступает мощность от магнетронного генератора. Уровнем средней выходной мощности магнетрона управляет блок программатора режимов нагрева, в памяти которого хранятся программы размораживания, задаваемые оператором с внешнего пульта. Биообъект, размещенный в резонаторе, нагревается за счет поглощения мощности СВЧ-колебаний. Чтобы исключить локальные перегревы его поверхности, в рабочий резонатор с помощью испарителя подаются пары жидкого азота при температуре до —40оС. Работой испарителя управляет специальная система регулировки подачи паров жидкого азота в рабочую камеру.
Настольная установка “Криотерм-600” состоит из двух блоков, расположенных один над другим (рис.2). Средняя из трех частей цилиндрического резонатора может выдвигаться вместе с фторопластовым поддоном, в котором размещается размораживаемый объект. Чтобы предотвратить излучение СВЧ-мощности, на стыках подвижной части с неподвижными размещены кольцевые четвертьволновые дроссели. В нижней части резонатора расположены балластная нагрузка, связанная с резонатором через кольцевую щель, и штуцер трубопровода, через который поступает азот в парообразном состоянии. В верхней части находится коаксиальный ввод энергии со штыревой антенной, который соединен с магнетроном через специальную радиальную линию, обеспечивающую оптимальную нагрузку магнетронного генератора.
Специальный теплоизолирующий корпус предотвращает теплообмен резонатора с окружающей средой и защищает обслуживающий персонал от случайного обморожения при подаче паров жидкого азота. Механическая блокировка дверцы, расположенной на передней панели установки, препятствует открыванию камеры во время процесса разморозки. На задней панели размещен соединитель для подключения испарителя, представляющего собой тепловой насос. Испаритель содержит трубопровод с внешней теплоизоляцией и нагреватель, погруженный в сосуд Дьюара. Для герметизации сосуда на трубопроводе имеется уплотняющая пробка. Нагреватель выполнен из нихромовой спирали, на которую поступает напряжение от отдельного источника питания. При нагреве спирали жидкий азот интенсивно испаряется, давление в сосуде повышается, и газообразный азот начинает поступать в рабочую камеру.
Система регулируемой подачи паров азота снабжена датчиком, измеряющим температуру в рабочей камере. Цифровой термостат позволяет устанавливать температуру с панели управления и автоматически поддерживать ее в рабочей камере установки. При снижении уровня азота в сосуде Дьюара до минимально допустимого спираль нагревателя может выйти из строя. Предотвратить это помогает автоматическое отключение подачи напряжения на испаритель и включение звуковой сигнализации, информирующей о необходимости доливки азота в сосуд. Система имеет следующие характеристики:
Верхний блок установки, помимо магнетрона, содержит источник питания, выполненный по схеме с удвоением напряжения, и программатор режимов работы, позволяющий устанавливать девять режимов работы магнетрона (максимальная длительность работы в одном режиме – до 10 мин). Дискретная установка длительности каждого режима составляет 10 с, погрешность не превышает 10%.Внешний вид установки с отсоединенным испарителем показан на рис.3.
Основные технические характеристики “Криотерм-600”:
Программы размораживания подбирались на имитаторах биообъектов, близких к ним по своим физическим свойствам. В частности, использовался прозрачный гелеобразный термоиндикатор на основе диметилсульфида (в медицинской практике при замораживании используется как криопротектор) с добавками солей кобальта, специально разработанный для индикации низких температур [2]. Равномерность и темп нагрева оценивались по изменению цвета индикатора от розового (при температуре ниже —30оС) до темно-фиолетового (выше 0оС) и его структуры (от кристаллического состояния до расплавленного геля). Экспериментальные исследования показали, что равномерность нагрева и разморозки при поверхностном охлаждении имитатора значительно выше, чем при обычном СВЧ-нагреве (без охлаждения поверхности объекта).
ЛИТЕРАТУРА
1. Макаров В.Н., Неделько В.А., Нутович Л.М. Моделирование СВЧ-нагрева неоднородных сред с фазовым переходом. – Радиотехника и электроника, 1991, т.36, № 5.
2. Макаров В.Н., Корепанова Е.А., Хитров Ю.А. Термоиндикаторные составы для объемной визуализации тепловых полей при нагреве электромагнитными полями. – Электронная обработка материалов, 1990, № 1.
Координаты для связи: тел. (095)332-96-29, факс (095)332-64-66, e-mail : techsvet@elnet.msk.ru.
Отзывы читателей
