本申請要求2014年5月16日提交的美國臨時(shí)申請No.61/994,586和2014年8月27日提交的美國臨時(shí)申請No.62/042,669的優(yōu)先權(quán)，所述申請的全部內(nèi)容通過引用并入本文用于所有目的。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明總體涉及細(xì)胞的低溫保存，并且更具體地涉及用于回收低溫保存的細(xì)胞和組織的系統(tǒng)、裝置和方法。

背景技術(shù)：

懸浮液中細(xì)胞的低溫保存是用于活細(xì)胞的長期存檔儲存和回收的完善的和公認(rèn)的技術(shù)。作為一般方法，將細(xì)胞懸浮在通常包括鹽溶液、緩沖液、營養(yǎng)物、生長因子、蛋白質(zhì)和冷凍保存劑的冷凍保存介質(zhì)中。然后將細(xì)胞分配到具有所需尺寸和體積的存檔存儲容器中，之后降低容器的溫度，直到容器內(nèi)容物冷凍。典型的長期存檔條件包括液氮蒸汽存儲，其中溫度通常在-196和-150攝氏度之間。

通過這種方法保存的活細(xì)胞的成功回收可以取決于在冷凍和解凍處理期間使細(xì)胞內(nèi)區(qū)域中有害的冰晶體生長最小化。在冷凍過程期間已經(jīng)取得了一些進(jìn)展以減少細(xì)胞內(nèi)冰晶生長。例如，可以通過向組織或細(xì)胞懸浮液中加入冷凍保護(hù)劑化合物來減少細(xì)胞內(nèi)冰晶體生長，所述冷凍保護(hù)劑化合物抑制細(xì)胞外和細(xì)胞內(nèi)的冰晶成核和生長。另外，可以通過管理樣品溫度降低的速率來控制細(xì)胞內(nèi)冰的生長。在冷凍過程期間，細(xì)胞外冰晶形成將從發(fā)育的冰晶體結(jié)構(gòu)中排除溶質(zhì)和細(xì)胞，從而將溶質(zhì)和細(xì)胞濃縮在剩余的液相中。溶質(zhì)濃度的增加將建立滲透勢，該滲透勢將促進(jìn)細(xì)胞的脫水，同時(shí)允許細(xì)胞膜可滲透的冷凍保護(hù)劑在細(xì)胞內(nèi)體積內(nèi)的濃度達(dá)到平衡的時(shí)間。隨著冷凍過程的進(jìn)行，將達(dá)到一定的溫度，在該溫度下高溶質(zhì)濃度將凝固成玻璃狀態(tài)，在細(xì)胞內(nèi)體積內(nèi)具有最小尺寸的冰晶核。然后將固態(tài)細(xì)胞懸浮液進(jìn)一步降低溫度，直到達(dá)到低溫儲存溫度。在該溫度下，分子活性充分降低，使得細(xì)胞可以無限期地被儲存。對于在低溫儲存后的最佳細(xì)胞回收，在冷凍過程期間降溫速率必須在值的一定范圍內(nèi)。如果降溫速率太快，則細(xì)胞可在細(xì)胞內(nèi)水的水平已經(jīng)充分降低之前凍結(jié)，從而促進(jìn)細(xì)胞內(nèi)冰晶體的生長。如果降溫速率太慢，則細(xì)胞可變得過度脫水，并且細(xì)胞外溶質(zhì)濃度可變得太高，兩種情況都導(dǎo)致關(guān)鍵細(xì)胞結(jié)構(gòu)的損傷。因此，通?？刂评鋬鎏幚砥陂g的降溫速率。例如，控制降溫速率的一種方法包括用絕緣材料包圍樣品并將組件置于靜態(tài)溫度環(huán)境中，而另一種方法包括將暴露的樣品容器置于其中內(nèi)部溫度以受控的速率降低的隔離室中。

使樣品從低溫存檔狀態(tài)返回包括將樣品解凍至完全液體狀態(tài)。在解凍處理期間，溫度變化速率也會影響低溫保存的細(xì)胞的生存力。樣品存儲容器的固體內(nèi)容物含有結(jié)晶水的大的島狀物，其通過與冰晶的小核混合的玻璃態(tài)水溶質(zhì)的通道插入。在從低溫儲存溫度到最終相變成完全液體狀態(tài)的轉(zhuǎn)變期間，存在樣品中水分子的重排的機(jī)會，包括細(xì)胞內(nèi)的小冰核的熱力學(xué)有利的延伸。由于細(xì)胞內(nèi)冰晶的生長具有與細(xì)胞損傷相關(guān)的潛在性，并且由于晶體生長的程度是時(shí)間相關(guān)的現(xiàn)象，因此最小化通過相變的轉(zhuǎn)變的時(shí)間間隔是合乎期望的。樣品容器溫度中的快速回轉(zhuǎn)速率通常通過將容器在設(shè)定為約37攝氏度的溫度的水浴中部分浸沒來實(shí)現(xiàn)。雖然可以通過提高浴的溫度來實(shí)現(xiàn)更快的解凍速率，但是將容器浸沒在浴中將在容器內(nèi)建立溫度梯度，其中最高溫度位于容器壁處。結(jié)果，將發(fā)生瞬態(tài)熱力學(xué)狀態(tài)，其中液體-固體混合物的溫度將超過熔化溫度，即使冷凍材料在非常靠近之處也是如此。因此，器皿內(nèi)溫度梯度對浴溫度設(shè)置了上限。此外，由于常見的冷凍保護(hù)劑對細(xì)胞具有已知的毒性作用，所以液體狀態(tài)的細(xì)胞相對于時(shí)間和溫度的差異暴露允許在完成解凍處理時(shí)細(xì)胞的存活力的變化。由于冷凍保護(hù)劑的毒性效應(yīng)在高溫下增強(qiáng)，因此較低的液體溫度是合乎期望的。為此，常見的解凍方案通常包括快速解凍階段，當(dāng)少量固體材料仍然保留在樣品容器中時(shí)該解凍階段終止。樣品從水浴中取出后，樣品溫度將迅速平衡至接近相變溫度的溫度。解凍方案通常尋求使經(jīng)解凍的樣品保持在冷凍保護(hù)劑濃縮的狀態(tài)下的持續(xù)時(shí)間最小化，并且稀釋樣品或替換用于培養(yǎng)基的冷凍保存介質(zhì)的后續(xù)步驟通常以盡可能短的間隔應(yīng)用。因?yàn)橛糜诮鈨鰳悠沸∑恐械牡蜏貥悠返漠?dāng)前方法和解決方案取決于在個(gè)體基礎(chǔ)上不同的方法、方案和設(shè)備，所以沒有可用的現(xiàn)有的方法，通過所述方法解凍處理可以在學(xué)術(shù)或臨床社區(qū)上標(biāo)準(zhǔn)化。因此，可能需要改進(jìn)。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

在本發(fā)明中使用的術(shù)語“發(fā)明”、“本發(fā)明”、“該發(fā)明”和“當(dāng)前發(fā)明”旨在廣泛地指代本發(fā)明和下面的專利權(quán)利要求的所有主題。包含這些術(shù)語的語句應(yīng)理解為不限制本文所描述的主題或限制以下專利權(quán)利要求的含義或范圍。本發(fā)明所涵蓋的本發(fā)明的實(shí)施方式由下面的權(quán)利要求而不是發(fā)明內(nèi)容來限定。本發(fā)明內(nèi)容是本發(fā)明的各個(gè)方面的高級概述，并且介紹在下面的具體實(shí)施方式部分中進(jìn)一步描述的一些概念。本發(fā)明內(nèi)容不旨在標(biāo)識所要求保護(hù)的主題的關(guān)鍵或必要特征，也不旨在單獨(dú)用于確定所要求保護(hù)的主題的范圍。應(yīng)當(dāng)通過參考本發(fā)明的整個(gè)說明書的適當(dāng)部分、任何或所有附圖和每個(gè)權(quán)利要求來理解主題。

對于解凍細(xì)胞，常規(guī)實(shí)踐是在溫水浴(例如，37℃)中將細(xì)胞快速加熱至剛好在最后一滴冰即將融化的點(diǎn)，然后將細(xì)胞慢慢稀釋到生長培養(yǎng)基中。如果使得樣品溫度過高，那么細(xì)胞可能開始代謝，并被冷凍過程中使用的DMSO(二甲基亞砜)污染。通常，低溫保存的細(xì)胞和組織的解凍由實(shí)驗(yàn)室技術(shù)人員進(jìn)行，并且應(yīng)用的方案不僅可以在每個(gè)實(shí)驗(yàn)室技術(shù)人員之間變化，而且還可以是技術(shù)依賴性的。樣品解凍的完成通常由每個(gè)技術(shù)人員主觀判斷，并且可能導(dǎo)致解凍速率的變化或者已經(jīng)允許樣品變得太熱。盡管使用浴和手動控制小瓶插入在理論上可能實(shí)現(xiàn)可重復(fù)的解凍曲線，但是技術(shù)和方案順從性程度的預(yù)期差異，特別是結(jié)合頻繁地從浴中取出小瓶以監(jiān)測解凍狀態(tài)的要求，使得偏離標(biāo)準(zhǔn)曲線是幾乎確定的。從浴中取出小瓶中斷從浴池水到小瓶的熱能傳遞，并且對解凍狀態(tài)的視覺評估通常是困難的，并且可能由于作為小瓶產(chǎn)品的整體特征而提供的小瓶標(biāo)簽和印刷書寫表面的存在而變得復(fù)雜。另外的水浴也是污染源，并且小瓶主體-蓋接頭的不經(jīng)意的浸沒可能導(dǎo)致在移除小瓶蓋期間將浴液引入小瓶內(nèi)容物。

提供簡化的、自動化的和/或更一致的樣品解凍的系統(tǒng)、裝置和方法可能是有利的并且可以提高細(xì)胞回收性。此外，與容易配置和執(zhí)行的方法結(jié)合的自主運(yùn)作的裝置可以提供標(biāo)準(zhǔn)解凍處理可以跨學(xué)術(shù)和/或臨床社區(qū)整合的方式，從而消除實(shí)驗(yàn)結(jié)果和治療結(jié)果中的變異源。將提供對于樣品小瓶的解凍處理的自動化和標(biāo)準(zhǔn)化的裝置和方法可以解決在實(shí)現(xiàn)該成就時(shí)的多個(gè)障礙。本發(fā)明的實(shí)施方式可以解決這些問題中的一個(gè)或多個(gè)。為了復(fù)制解凍處理，其中加熱階段在實(shí)質(zhì)解凍后終止(例如，當(dāng)小部分樣品仍然處于固相時(shí)或當(dāng)樣品基本上完成從固體到液體的相變時(shí))，解凍系統(tǒng)可以使用一個(gè)或多個(gè)傳感器和/或解凍算法來預(yù)測解凍處理的各個(gè)階段。在一些實(shí)施方式中，由于存在一定范圍的對在解凍期間的細(xì)胞內(nèi)冰晶生長、冷凍保護(hù)劑暴露和在解凍處理期間液態(tài)溫度升高的組合效應(yīng)的易感性，獲得針對給定細(xì)胞類型或細(xì)胞混合物的一致恢復(fù)狀態(tài)可取決于相對于時(shí)間的解凍溫度升高曲線的緊密控制。

因此，在本發(fā)明的一些實(shí)施方式中，可以提供用于在一致和均勻條件下解凍樣品的系統(tǒng)和方法。由于在低溫下儲存的樣品通常位于遠(yuǎn)離將進(jìn)行回收操作的加熱器的位置，因此必須建立系統(tǒng)以在運(yùn)輸期間調(diào)節(jié)樣品的溫度，以確保樣品不會過早地解凍或在高于-75℃的溫度下花費(fèi)不必要的長時(shí)間間隔。盡管理想地，在從低溫儲存取出和開始解凍處理之間的時(shí)間間隔中樣品的溫度應(yīng)當(dāng)保持在低溫儲存流體的玻璃化轉(zhuǎn)變溫度(約-150℃)以下，然而對于許多細(xì)胞培養(yǎng)物，可以使用在-150℃至-75℃的溫度范圍內(nèi)的臨時(shí)儲存間隔至少幾天，而在回收和培養(yǎng)時(shí)細(xì)胞活性沒有可檢測的降低。對于這樣的樣品，容易施加約-75℃的運(yùn)輸和臨時(shí)保持溫度，這是由于該溫度與可用作制冷劑的固體二氧化碳的相變溫度一致。對于更多的溫度敏感樣品，可以通過使用液氮作為制冷劑獲得約-195℃的運(yùn)輸和臨時(shí)儲存溫度。系統(tǒng)可以包括用于樣品小瓶的容器，所述樣品小瓶將允許樣品在等于或低于-75℃的溫度下的熱平衡。該系統(tǒng)還可以包括用于樣品器皿的容器，所述樣品器皿用于保持和解凍樣品。在一些實(shí)施方式中，與樣品器皿的外表面物理接觸的樣品保持器(以下稱為“加溫塊”)的接觸表面可以被加熱到恒定溫度(例如37℃)。微處理器可以與樣品容器保持器耦合，并且處理器可以使用預(yù)測解凍模型來識別樣品解凍處理的結(jié)束時(shí)間。預(yù)測解凍模型可以部分地基于解凍處理的開始時(shí)間來識別解凍完成時(shí)間。在一些實(shí)施方式中，解凍完成時(shí)間可從針對特定樣品容器格式的預(yù)定平均解凍時(shí)間獲得，所述特定樣品容器格式包含針對特定加熱溫度的特定樣品體積有效載荷，如參考從實(shí)驗(yàn)值導(dǎo)出的查找數(shù)據(jù)表。在其它實(shí)施方式中，本發(fā)明可以接收來自與樣品容器的外表面處于接觸的溫度傳感器的數(shù)據(jù)，并且可以基于溫度數(shù)據(jù)確定樣品固相到液相轉(zhuǎn)變的開始，并且結(jié)合對于等效的樣品質(zhì)量和小瓶配置實(shí)驗(yàn)得到的相轉(zhuǎn)變的間隔，預(yù)測相變轉(zhuǎn)換將完成或接近完成的時(shí)間。在其他實(shí)施方式中，解凍完成時(shí)間可以完全基于對從與樣品器皿可操作地耦合(例如，直接接觸外表面、通過使用非接觸紅外傳感器等)的溫度傳感器接收的數(shù)據(jù)的分析通過預(yù)測計(jì)算來確定。在其他實(shí)施方式中，相變間隔的結(jié)束的接近將由數(shù)據(jù)流中的噪聲信號來檢測，該數(shù)據(jù)流如由與樣品器皿可操作地耦合的溫度傳感器檢測的、從小瓶中的固相殘余物的隨機(jī)運(yùn)動導(dǎo)出。在一些實(shí)施方式中，小瓶外表面溫度傳感器與容器的側(cè)面接觸，而在其它實(shí)施方式中，傳感器與容器的底部表面接觸。在其它實(shí)施方式中，樣品容器內(nèi)容物的溫度將通過物理上居中在容器內(nèi)部的傳感器測量，并且通過作為容器外部的連續(xù)延伸的材料覆蓋與內(nèi)容物隔離。在一些實(shí)施方式中，外部小瓶表面?zhèn)鞲衅骺梢允墙鈨鲅b置的部件，而在其他實(shí)施方式中，傳感器可以是容器的部件。當(dāng)傳感器是樣品器皿的部件時(shí)，傳感器可以包括與解凍裝置的連接件(例如，電、無線電或光學(xué)連接件)，通過該連接件可以交換數(shù)據(jù)。在一些實(shí)施方式中，數(shù)據(jù)流可以僅包括溫度數(shù)據(jù)，而在其他實(shí)施方式中，數(shù)據(jù)流可以包括附加信息，例如但不限于：器皿跟蹤信息、小瓶內(nèi)容歷史和構(gòu)成、以及監(jiān)管鏈歷史。在一些實(shí)施方式中，溫度傳感器可以是熱電偶、熱敏電阻和電阻傳感器，而在其他實(shí)施方式中，小瓶溫度可以由紅外非接觸溫度檢測器來檢測。

一些實(shí)施方式可以包括一個(gè)或多個(gè)溫度換能器，通過該換能器可以監(jiān)測加溫塊的溫度。在一些實(shí)施方式中，加溫塊的溫度由接收來自加溫塊溫度換能器的溫度信號反饋的微處理器來控制。該系統(tǒng)可以包括用于記錄樣品和/或樣品容器的一個(gè)或多個(gè)溫度的一個(gè)或多個(gè)換能器。在一些實(shí)施方式中，可以提供一個(gè)或多個(gè)換能器用于測量和/或記錄樣品容器的外表面的溫度。在一些實(shí)施方式中，可以提供一個(gè)或多個(gè)換能器用于測量和/或記錄樣品的溫度。

在一些實(shí)施方式中，系統(tǒng)可以具有用戶界面，并且可以在記錄來自樣品和/或樣品容器的溫度之前經(jīng)由用戶界面接收用戶輸入?；蛘?，系統(tǒng)可以在樣品容器插入樣品保持器之后被自動觸發(fā)以開始記錄來自樣品和/或樣品容器的溫度。在一些實(shí)施方式中，系統(tǒng)可以單獨(dú)使用自動觸發(fā)機(jī)構(gòu)來用信號通知解凍間隔的開始。在一些實(shí)施方式中，系統(tǒng)可以使用自動觸發(fā)機(jī)構(gòu)來用信號通知解凍間隔的開始，并且結(jié)合起動信號使用時(shí)間值常數(shù)來確定解凍處理的完成。在其他實(shí)施方式中，樣品容器的外表面的溫度測量的算法分析用于確定樣品固體到液體相變的間隔的開始和結(jié)束點(diǎn)。在樣品完全處于固相的間隔期間的溫度升高可以通過線性時(shí)不變集總系統(tǒng)方程式來建模，其中時(shí)間常數(shù)值控制溫度升高的速率。在其他實(shí)施方式中，解凍間隔的開始可以通過計(jì)算線性時(shí)不變集總系統(tǒng)方程式的時(shí)間常數(shù)變量來確定，使得方程式的溫度輸出值將覆蓋從小瓶表面溫度傳感器接收的時(shí)間-溫度數(shù)據(jù)的固相部分，以及通過使用所述時(shí)間常數(shù)值的倍數(shù)來指示固相到液相的開始時(shí)間。在其他實(shí)施方式中，自動解凍系統(tǒng)可以使用解凍插入信號、時(shí)間值和樣品容器表面溫度數(shù)據(jù)的算法分析的組合來確定解凍處理的開始和結(jié)束點(diǎn)。

在一些實(shí)施方式中，在從低溫存儲系統(tǒng)取回冷凍的樣品小瓶之后，通過將樣品放置在鋁合金保持器(“平衡塊”)中，冷凍的樣品小瓶的溫度平衡至大約-78℃至-75℃的溫度，所述鋁合金保持器擱置在干冰上并被干冰包圍。在該實(shí)施方式中，將小瓶從平衡塊移除并立即放入具有已知和恒定溫度的加溫塊中。使用該實(shí)施方式和方法，可以針對給定的小瓶幾何形狀和有效載荷確定非常均勻和可預(yù)測的解凍間隔(“總解凍間隔”)，從而允許僅僅通過在插入加溫塊后的時(shí)間間隔預(yù)測解凍完成。在其它實(shí)施方式中，在平衡塊中的溫度平衡和插入到加溫塊中之后，解凍間隔可以通過總解凍時(shí)間間隔和小瓶外部溫度數(shù)據(jù)的算法分析的組合來確定，由此提供用于解凍間期預(yù)測系統(tǒng)的內(nèi)部自參考檢查。

在一些實(shí)施方式中，加溫塊被配置為通過提供具有適當(dāng)尺寸的多個(gè)接收孔來接受多個(gè)樣品容器幾何形狀(例如，小瓶、容器、袋子等)。在其它實(shí)施方式中，加溫塊被配置為接受僅一個(gè)樣品容器，并且專用于僅針對該加溫塊的具有尺寸的解凍樣品容器。在其它實(shí)施方式中，加溫塊被設(shè)計(jì)成通過更換設(shè)計(jì)用于特定樣品容器的適當(dāng)?shù)男∑窟m配器來接受多個(gè)樣品容器尺寸和幾何形狀?？蛇x地，加溫塊可以利用變形接觸、柔性包裹物、旋轉(zhuǎn)塊面、熱輥、IR加熱器和/或滾動爪卡盤，以接受多個(gè)樣品容器尺寸和幾何形狀。在一些實(shí)施方式中，系統(tǒng)可以部分地基于樣品容器類型來調(diào)整完成時(shí)間。可選地，系統(tǒng)可以被配置為自動確定被解凍的樣品容器的類型。例如，一些樣品容器可以包括可由系統(tǒng)的條形碼讀取器或系統(tǒng)的RFID芯片傳感器讀取的1D條形碼、2D條形碼、RFID芯片或其他計(jì)算機(jī)可讀標(biāo)記。容器的條形碼、RFID芯片或其它計(jì)算機(jī)可讀標(biāo)記可以鏈接到容器的解凍數(shù)據(jù)圖表，并且系統(tǒng)可以自動確定針對容器特有的解凍間隔或以其他方式確定特定于容器類型的解凍結(jié)束時(shí)間(例如，通過查找表、公式等)。在一些實(shí)施方式中，查找表可以由數(shù)學(xué)函數(shù)定義?？蛇x地，系統(tǒng)可以經(jīng)由用戶界面接收用戶輸入，用于定義被解凍的樣品容器的類型。在一些實(shí)施方式中，解凍結(jié)束時(shí)間和總解凍時(shí)間可以使用起始容器外部溫度、加溫塊(例如，不可彎曲的固體材料)的溫度和容器類型來確定。

在一些實(shí)施方式中，加溫塊的樣品小瓶接收孔包括導(dǎo)熱易彎材料襯里，以提供與樣品容器的均勻且可重復(fù)的熱接觸水平。在一些實(shí)施方式中，加溫塊被分成兩部分，使得當(dāng)兩個(gè)部分分離時(shí)，樣品容器接收孔的內(nèi)壁不接觸樣品容器或與樣品容器具有最小接觸，從而便于從孔插入樣品容器和從孔移出樣品容器并且提供在限定的時(shí)刻啟動解凍處理的方式，此外還提供中斷從加溫塊到樣品小瓶的熱能流的方式。在一些實(shí)施方式中，加溫塊的樣品小瓶接收孔被與樣品接收孔的中心軸重合的垂直平面分開。在其他實(shí)施方式中，加溫塊被分成多于兩個(gè)部分(例如，三個(gè)部分、四個(gè)部分或更多個(gè)部分)，其允許選擇性地將空間以加溫塊段的瞬時(shí)橫向或者角位移引入加溫塊樣品小瓶接收孔壁和樣品小瓶外部之間。在一些實(shí)施方式中，加溫塊段由機(jī)械連接件限制，所述機(jī)械連接件諸如滑動機(jī)構(gòu)、鉸接接頭、運(yùn)動學(xué)連接件、液壓機(jī)構(gòu)、電螺線管機(jī)構(gòu)、螺旋機(jī)構(gòu)、磁性連接件或它們的任何組合。在一些實(shí)施方式中，當(dāng)將樣品小瓶插入加溫塊樣品小瓶接收器孔中時(shí)，加溫塊的分離部分自動關(guān)閉，以在樣品容器的所有或大部分側(cè)表面上有效地接觸樣品容器。

在一些實(shí)施方式中，本發(fā)明將提供聲音或視覺反饋，以允許向用戶通知裝置狀態(tài)和樣品解凍處理的狀態(tài)。在一些實(shí)施方式中，在達(dá)到熔化處理的期望終點(diǎn)時(shí)，本發(fā)明將使用視覺和聲音信號警告用戶。

在一些實(shí)施方式中，本發(fā)明將專用于除了選擇開關(guān)狀態(tài)之外沒有可用用戶輸入的樣品小瓶的一般類型和形狀。在其他實(shí)施方式中，本發(fā)明將接受來自用戶的輸入。在一些實(shí)施方式中，預(yù)測解凍模型可以但不限于通過用戶輸入來調(diào)整以考慮保持樣品的樣品容器的類型、樣品容器上的標(biāo)簽的存在、樣品容器填充水平、和/或加溫塊與容器之間的導(dǎo)熱介質(zhì)的老化。

可選地，當(dāng)熔化樣品達(dá)到剩余固相的期望水平時(shí)，系統(tǒng)可以向用戶提供警報(bào)。在一些實(shí)施方式中，所需的終點(diǎn)是其中固相為固體材料起始量的小部分的狀態(tài)。在其它實(shí)施方式中，解凍處理的期望終點(diǎn)可以是當(dāng)溶液是完全液體時(shí)。在一些實(shí)施方式中，由系統(tǒng)提供的端點(diǎn)警報(bào)可以是聲音或視覺指示或聲音和視覺信號的組合。在其他實(shí)施方式中，端點(diǎn)警報(bào)可以被無線地發(fā)送到遠(yuǎn)程接收器以召集可能不在解凍裝置的視覺或聽覺范圍內(nèi)的操作者。在一些實(shí)施方式中，通過從加溫塊移除樣品小瓶來終止警報(bào)信號?？蛇x地，系統(tǒng)可以自動地從容器脫離一個(gè)或多個(gè)加熱表面，以自動地減少容器的加熱。在一些實(shí)施方式中，系統(tǒng)可以被配置成調(diào)節(jié)與容器接觸的一個(gè)或多個(gè)加熱表面，以在解凍結(jié)束之后或在期望的終點(diǎn)處將樣品的溫度維持或保持在特定溫度。

在本發(fā)明的一些方面，提供了一種用于解凍樣品容器中的樣品的方法。該方法可以包括加熱加溫塊并在加溫塊內(nèi)接收樣品容器的步驟。此后，可以從樣品容器和/或樣品獲取溫度測量值?？梢源_定觸發(fā)點(diǎn)以使用用于處理的剩余部分的時(shí)間間隔值。例如，解凍開始時(shí)間(例如，相變開始)可以是用于開始識別解凍處理的結(jié)束的時(shí)間間隔的觸發(fā)點(diǎn)。可以基于溫度測量來確定解凍開始時(shí)間?？梢越邮贞P(guān)于樣品和/或樣品容器的信息?？梢圆糠值鼗诮鈨鲩_始時(shí)間確定解凍完成時(shí)間?？梢愿鶕?jù)所接收的樣品和/或樣品容器信息來調(diào)整解凍完成時(shí)間?？梢蕴峁┯糜谔嵝延脩艚鈨鐾瓿蓵r(shí)間的信號。

由于通過僅依賴于均勻的起始溫度、均勻的加溫塊溫度和均勻的樣品小瓶配置可以極大地促進(jìn)解凍持續(xù)時(shí)間的預(yù)測，在本發(fā)明的其他方面中，提供了用于平衡樣品小瓶到標(biāo)準(zhǔn)起始超低溫溫度通路點(diǎn)，同時(shí)消除樣品小瓶與干冰的任何直接接觸的方法和裝置。在本發(fā)明的一些實(shí)施方式中，提供了一種絕熱容器，其中可以放置固體二氧化碳或干冰，并且可以在其上放置或嵌入用于樣品小瓶的導(dǎo)熱容器。在本發(fā)明的其它方面，提供了用于在低溫溫度下從低溫儲存取回低溫保存的樣品小瓶并在將平衡的樣品轉(zhuǎn)移到標(biāo)準(zhǔn)和均勻溫度的加溫塊之后在開始解凍處理之前將樣品小瓶重新平衡到超冷標(biāo)準(zhǔn)溫度路徑點(diǎn)的方法，可以僅基于已知的時(shí)間常數(shù)預(yù)測解凍處理的持續(xù)時(shí)間。在本發(fā)明的其它方面，提供了其中應(yīng)用前述方法但是通過從樣品小瓶外表面溫度測量數(shù)據(jù)的計(jì)算分析導(dǎo)出的額外解凍時(shí)間預(yù)測能力增強(qiáng)的方法。

在本發(fā)明的另外的實(shí)施方式中，可以提供一種用于從器皿中包含的樣品的固態(tài)轉(zhuǎn)化為液態(tài)的裝置。該裝置可包括形成用于接收器皿的容器的柔性固體材料和用于將柔性固體材料加熱至高于樣品的熔點(diǎn)的溫度的加熱器。當(dāng)器皿被容納在由柔性的固體材料形成的容器內(nèi)時(shí)，柔性的固體材料可以置于器皿和非柔性的固體材料之間。非柔性的固體材料可以包括介于10瓦/米·開爾文和410瓦/米·開爾文之間的熱導(dǎo)率的材料，典型的熱導(dǎo)率在100和300瓦/米·開爾文之間，在一些實(shí)施方式中，熱導(dǎo)率在150和180瓦特每米開爾文之間。具有在該范圍內(nèi)的熱導(dǎo)率的材料可以表現(xiàn)出大于肖氏硬度計(jì)D值75的材料硬度，使得即使當(dāng)被制造為緊密公差以與器皿表面配合時(shí)，在器皿和固體容器之間的界面中可以存在微小的氣隙，從而在穿過材料界面的熱傳導(dǎo)路徑中引入中斷，這可能引入在發(fā)生的嚴(yán)重性和頻率方面不可預(yù)測的熱阻率的變化。此外，盡管低溫儲存器皿的一般形狀和尺寸可以相似，但是可以預(yù)期到制造源的變化。因此，在樣品器皿和固體材料容器之間插入柔性材料的薄層可以消除或基本上減小空氣間隙的尺寸和數(shù)量，并提供均勻的路徑，熱能可以通過該路徑從固體材料轉(zhuǎn)移到樣品器皿內(nèi)容物。柔性材料的實(shí)例將包括但不限于由Berquist公司以商品名Gap Pad VO soft出售的導(dǎo)熱柔性材料，該材料具有通過ASTM D2240測試規(guī)范確定的肖氏00硬度等級25。由于消除固體材料接收器和樣品器皿壁之間的空氣間隙可能僅需要柔性材料的薄層，因此0.5mm至2mm(不限于)的典型厚度可足以確保足夠的熱接觸，然而，由于柔性材料可以表現(xiàn)出與固體材料相比低的熱導(dǎo)率，可以應(yīng)用具有大于0.01瓦/米·開爾文的熱導(dǎo)率的柔性材料，而典型的柔性材料可以具有大于0.1瓦/米·開爾文的熱導(dǎo)率，而在一些實(shí)施方式中，柔性材料將具有大于0.5瓦/米·開爾文的熱導(dǎo)率。

柔性材料和非柔性材料可以永久地結(jié)合在一起?？蛇x地，柔性材料和非柔性材料可以可移除地結(jié)合在一起。

在一些實(shí)施方式中，柔性和非柔性材料可以分割成兩個(gè)或更多個(gè)段，并且段可以通過機(jī)械連接件連接，該機(jī)械連接件可以將段移動到用于接收或釋放器皿的打開配置和用于形成容器和解凍器皿的閉合配置。當(dāng)將段從打開配置轉(zhuǎn)變?yōu)殚]合配置時(shí)柔性材料可以選擇性地放置成與器皿接觸，或當(dāng)將段從閉合配置轉(zhuǎn)變?yōu)榇蜷_配置時(shí)，柔性材料可以選擇性地從與器皿的接觸移開。

可以提供器皿傳感器，用于當(dāng)段處于打開配置和閉合配置時(shí)檢測柔性材料的段之間的器皿的存在。

可以提供微控制器用于控制機(jī)械連接件。當(dāng)段處于打開配置時(shí)，微控制器可以被配置成在段處于打開配置時(shí)檢測器皿在段之間的位置處的放置。微控制器還可以被配置成傳輸控制信號以致動機(jī)械連接件以移動段朝向閉合配置，以在插入器皿到開放段之間的位置時(shí)使器皿接觸段的柔性材料。

當(dāng)段處于關(guān)閉配置并且解凍器皿時(shí)，微控制器可以被配置成通過遞送控制信號來中斷器皿的解凍，從而致動機(jī)械件連接以使節(jié)段朝向打開配置移動，使得段的柔性材料不接觸容器。

在一些實(shí)施方式中，非柔性材料可以由加熱器加熱。

可以提供溫度傳感器并且可以將其固定在非柔性固體中。溫度傳感器可以與非柔性固體熱絕緣，并且可以在接觸位置保持與器皿接觸，使得由溫度傳感器報(bào)告的溫度信號可以與在接觸位置的器皿的外表面的溫度相關(guān)聯(lián)。

在一些實(shí)施方式中，解凍樣品的相變的開始可以通過對來自一個(gè)或多個(gè)溫度傳感器的溫度數(shù)據(jù)的算法分析來確定，所述溫度傳感器在低于包含在其中的樣品的頂部水平的位置處與器皿可操作地耦合。

柔性材料的加熱可引起器皿的徑向加熱，以實(shí)現(xiàn)顯著與器皿填充水平無關(guān)的解凍時(shí)間。

在本發(fā)明的另外的實(shí)施方式中，可以提供一種在器皿內(nèi)解凍樣品的方法。該方法可以包括從與器皿可操作地耦合的溫度傳感器接收溫度數(shù)據(jù)饋送(例如，在沿著器皿的外表面低于器皿內(nèi)的樣品的頂部水平的位置處與器皿的外表面直接接觸、紅外溫度傳感器等)，以及通過處理溫度數(shù)據(jù)饋送來識別器皿中包含的樣品的固相到液相變化的開始。解凍結(jié)束時(shí)間可以基于器皿中包含的樣品的固相到液相的變化的開始來計(jì)算。可以輸出信號以在計(jì)算的解凍時(shí)間中斷器皿中容納的樣品的解凍。

在另外的實(shí)施方式中，可以提供在器皿內(nèi)解凍樣品的另一種方法。該方法可以包括將樣品和器皿平衡至中間溫度。中間溫度可以低于樣品熔化溫度。此后，器皿的側(cè)面可以與保持在解凍溫度下的固體材料物質(zhì)接觸。解凍溫度可以比樣品的熔化溫度高大于5度加或減兩度。盡可能快的解凍速率是合乎期望的，以最小化在解凍處理期間來自冰重結(jié)晶的損傷。解凍間隔的減少由于器皿容器的溫度的升高而有利，然而由于某些容器形狀例如圓柱形形狀可能與直徑大于1厘米的固體樣品厚度相關(guān)，所以其中包含的固體材料的熔化將伴隨著在器皿內(nèi)壁處具有較高溫度的溫度梯度，大小朝向中心減小到固體材料殘余物溫度。雖然由于標(biāo)準(zhǔn)1.8ml低溫小瓶的37℃浴解凍引起的溫度梯度而造成的液體樣品溫度瞬變似乎不影響大多數(shù)建立的細(xì)胞系的生存力，但數(shù)據(jù)集不是全面的，并且不可靠地適用于新鮮細(xì)胞分離物和原代培養(yǎng)物，并且在低至5℃的溫度下對于一些冷凍保存流體觀察到不利的結(jié)果。因此，針對給定細(xì)胞來源或病毒原種的最佳解凍速率可以是具體情況，然而預(yù)期容器溫度范圍為-1℃至100℃，通常為20℃至55℃，在一些實(shí)施方式中，37℃至50℃?？梢酝ㄟ^基于平衡溫度和加熱溫度計(jì)算相變持續(xù)時(shí)間的時(shí)間間隔來預(yù)測器皿中包含的樣品的相變的完成?？梢暂敵鲂盘栆栽陬A(yù)測器皿中包含的樣品的相變的完成時(shí)中斷容納在器皿中的樣品的解凍。

中間溫度可以介于-78℃至-70℃之間。通過將樣品器皿置于與固體二氧化碳接觸的接收容器中，可以將樣品平衡至中間溫度范圍。接收容器和固體二氧化碳可以被絕緣體包圍在側(cè)面和底部。在一些實(shí)施方式中，絕緣體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、聚苯乙烯泡沫及其組合混合物。在一些實(shí)施方式中，絕緣體僅包括泡沫材料，而在其它實(shí)施方式中，絕緣體包括填充有模內(nèi)反應(yīng)泡沫(例如聚氨酯)的硬的內(nèi)部和外部殼體。在其他實(shí)施方式中，絕緣體包括不銹鋼真空罐。

在一些實(shí)施方式中，中間溫度可以介于-196至-180攝氏度之間。通過將樣品容器置于與液氮直接接觸的接收容器中，可以將樣品平衡至中間溫度。接收容器和液氮可以被絕緣體包圍在側(cè)面和底部。

在一些實(shí)施方式中，該方法還可以包括從與器皿的外表面保持接觸的溫度傳感器接收數(shù)據(jù)饋送，使得由溫度傳感器報(bào)告的溫度信號與器皿的外表面的溫度相關(guān)聯(lián)，而在其他實(shí)施方式中，溫度信號由不與樣品器皿直接接觸的紅外傳感器報(bào)告并且通過光學(xué)透射的器皿壁接收來自器皿內(nèi)容物的紅外發(fā)射信號，或者從器皿壁直接接收。可以基于接收到的溫度傳感器數(shù)據(jù)饋送來調(diào)整所計(jì)算的相位改變持續(xù)時(shí)間的時(shí)間間隔。

通過閱讀下面的描述和檢查附圖，可以更好地理解本發(fā)明。這些附圖僅以說明的方式提供，并且不以任何方式限制本發(fā)明。

附圖說明

圖1A示出了用于描述熱能流模式和小瓶溫度檢測方法的典型低溫存儲小瓶的模型解凍系統(tǒng)。

圖1B示出了在動態(tài)熱能流的條件下從加溫塊溫度降低到固體樣品相的溫度的概念圖。

圖1C示出了小瓶表面溫度檢測系統(tǒng)的實(shí)施方式的橫截面透視圖。

圖2示出了具有使小瓶溫度平衡至約-77℃的干冰制冷劑的小瓶溫度平衡裝置的實(shí)施方式。

圖3示出了圖2中描述的裝置的尺寸圖。

圖4示出了小瓶溫度調(diào)節(jié)裝置的第二實(shí)施方式。

圖5示出了圖4中描述的裝置的尺寸圖。

圖6的繪圖A示出了圖2和3中所述的實(shí)施方式的冷卻和溫度保持持續(xù)時(shí)間的圖形顯示。繪圖B示出了當(dāng)樣品小瓶內(nèi)容物從液氮轉(zhuǎn)移到圖2和圖3中描述的溫度平衡裝置時(shí)樣品小瓶內(nèi)容物的溫度轉(zhuǎn)變的均勻性。

圖7示出了分裂塊小瓶解凍裝置的實(shí)施方式。

圖8示出了圖7所示的裝置的分解圖。

圖9的部分A示出了在圖7和8中所描述的裝置中的多次解凍事件期間，用位于與樣品中部深度處的樣品小瓶的中心軸重合的取向的熱電偶收集的溫度數(shù)據(jù)的圖形顯示。

圖9的部分B示出了用在用于產(chǎn)生部分A中的數(shù)據(jù)的相同的小瓶的內(nèi)壁附近的在平行于樣品小瓶的中心軸的取向上位于與部分A相同深度的熱電偶收集的溫度數(shù)據(jù)的圖形顯示。

圖10示出了當(dāng)小瓶置于37℃水浴中或置于圖7和圖8中描繪的類型的加溫塊時(shí)，來自位于如圖9的部分B所示的解凍小瓶的內(nèi)壁附近的熱電偶的一系列溫度變化數(shù)據(jù)曲線。

圖11示出了當(dāng)小瓶置于37℃水浴中并進(jìn)入在圖7和8中描繪的類型的45℃加溫塊時(shí)，來自位于解凍小瓶內(nèi)壁附近的熱電偶的另一系列溫度變化數(shù)據(jù)曲線。

圖12示出在兩個(gè)不同水平的樣品加載下進(jìn)入儲存小瓶的熱傳導(dǎo)路徑和熱流速率的圖形顯示。

圖13示出了當(dāng)將小瓶在其中小瓶填充有0.5ml測試溶液并且其中小瓶填充有1.0ml的測試溶液的條件下置于45℃分裂加溫塊中時(shí)，來自位于小瓶內(nèi)壁附近的熱電偶的一系列溫度變化數(shù)據(jù)曲線。

圖14示出了通過熱電偶收集的溫度曲線，該熱電偶與圖1所述的解凍樣品小瓶的外壁接觸。使用的加溫塊是分裂塊模型并且初始小瓶溫度是-77℃。

圖15A的部分A示出了使用圖14中所示的外部小瓶溫度數(shù)據(jù)作為輸入從公式輸出的時(shí)間常數(shù)值的曲線圖。還示出了使用作為輸入值的線性時(shí)間不變(LTI)方程式的相同方程式的曲線圖，LTI方程式具有被調(diào)節(jié)以匹配圖14中所示的曲線圖中的數(shù)據(jù)的固相部分的變量。

圖15B的部分A示出了具有可變參數(shù)的線性時(shí)間不變(LTI)集總系統(tǒng)分析(LSA)曲線的圖形，所述可變參數(shù)使用從熱電偶收集的數(shù)據(jù)調(diào)整以覆蓋溫度-時(shí)間曲線的固相部分，所述熱電偶被放置為與圖1所示的解凍樣品小瓶的外壁接觸。圖15的部分B示出了部分A中擬合的LSA方程式輸出的輸出與針對該時(shí)間點(diǎn)收集的實(shí)際溫度數(shù)據(jù)之間的差的溫度時(shí)間圖。如繪圖B中的曲線圖所示，該曲線圖指示樣品熔化開始的時(shí)間點(diǎn)超過選擇的預(yù)設(shè)值極限0.2。

圖16示出了三個(gè)代表性樣品小瓶的尺寸，其可以使用本發(fā)明解凍，但不限于此。小瓶包括(A)具有標(biāo)稱容量為1.8ml的螺旋蓋低溫儲存小瓶、(B)具有標(biāo)稱容量為2ml的隔片-蓋小瓶、和(C)具有標(biāo)稱容量容量為10ml的隔片-蓋小瓶。

圖17示出了本發(fā)明的代表性實(shí)施方式的外部。

圖18示出了圖17所示裝置的內(nèi)部機(jī)構(gòu)的代表性實(shí)施方式的兩個(gè)透視圖。

圖19示出了圖17和18所示的本發(fā)明的實(shí)施方式的總體尺寸。

圖20示出了圖18中所示的實(shí)施方式的分解圖。

圖21示出了圖17至20所示實(shí)施方式的解凍循環(huán)的前兩個(gè)步驟(步驟0和步驟1)。在兩步驟的示意圖(以及圖22和23)中，最前面的加熱器塊半部被示出去除以更好地揭示在六個(gè)循環(huán)步驟期間的機(jī)構(gòu)位置和動作。

圖22示出了如圖21所示的解凍循環(huán)的步驟的后續(xù)兩個(gè)步驟，步驟2和步驟3。

圖23示出了如圖22所示的解凍循環(huán)的步驟的后續(xù)兩個(gè)步驟，步驟4和步驟5。

圖24示出了兩系列(第一系列和第二系列)的解凍曲線的時(shí)間-溫度圖，第一系列中，45℃加溫塊的夾爪打開150秒進(jìn)入解凍，并且小瓶在加溫塊中保持原位，在第二系列中，加溫塊的夾爪打開150秒進(jìn)入解凍，并將小瓶從加溫塊中取出并保持在室溫。還示出了來自留在45℃塊中的小瓶的比較圖示，其中夾爪關(guān)閉持續(xù)約5分鐘。

具體實(shí)施方式

這里具體地描述了本發(fā)明的實(shí)施方式的主題，但是該描述不一定旨在限制權(quán)利要求的范圍。所要求保護(hù)的主題可以以其他方式實(shí)施，可以包括不同的元件或步驟，并且可以與其他現(xiàn)有或未來技術(shù)結(jié)合使用。該描述不應(yīng)被解釋為暗示各個(gè)步驟或元件之中或之間的任何特定順序或布置，除非明確描述了各個(gè)步驟或元件布置的順序。

在本發(fā)明的一些實(shí)施方式中，可以消除與樣品小瓶外部的直接液體接觸，如同將樣品部分浸沒在水浴中所發(fā)生的那樣。因此，在本發(fā)明的許多實(shí)施方式中，樣品小瓶的外表面，或者在一些情況下樣品小瓶外部加上諸如標(biāo)簽或收縮包裝套筒的疊層將僅與固體材料接觸。在一些實(shí)施方式中，與小瓶外部接觸的固體材料是均質(zhì)固體，而在其他情況下，固體材料是復(fù)合材料。在一些實(shí)施方式中，固體材料具有大于0.2瓦/米·開爾文的熱導(dǎo)率。在一些實(shí)施方式中，固體材料包括鋁、銅、鋅、鎂、鈦、鐵、鉻、鎳、碳和相同元素的合金。在一些實(shí)施方式中，固體材料可包括合成材料，例如聚合物或陶瓷。在其它實(shí)施方式中，固體材料可包括合成導(dǎo)熱柔性材料，例如但不限于由Berquist公司提供的品牌名為Gap PadVO的有機(jī)硅聚合物泡沫。在一些實(shí)施方式中，固體材料包括材料的組合，例如但不限于導(dǎo)熱柔性材料和金屬合金。在一些實(shí)施方式中，與樣品小瓶外部接觸的固體材料是含有液體填充物的聚合物殼或罐，而在另一個(gè)實(shí)施方式中，固體材料包括含有液體填充物的聚合物殼或罐，所述液體填充物包含接觸容納在其中的樣品小瓶的柔性材料的導(dǎo)熱襯里。在一些實(shí)施方式中，聚合物殼中的液體是水或水溶液，而在其它實(shí)施方式中，液體是油或液體有機(jī)材料。在其它實(shí)施方式中，殼用在某些溫度下為液體而在其它溫度下為固體的蠟填充。

在一些實(shí)施方式中，樣品小瓶或樣品小瓶的一部分與小瓶的圓周上的固體材料持續(xù)接觸，而在其它實(shí)施方式中，固體材料間歇地接觸小瓶。在一些實(shí)施方式中，固體材料包括與樣品小瓶的外表面緊密匹配的凹部或腔，以便接收樣品小瓶，使得樣品小瓶以直接和緊密接觸的方式部分地包含在固體材料內(nèi)。在一些實(shí)施方式中，容器腔包括一個(gè)或多個(gè)側(cè)面和底板，而在其它實(shí)施方式中，容器僅包括一個(gè)或多個(gè)側(cè)面。在其它實(shí)施方式中，含有樣品小瓶的固體材料被分段以便于將樣品小瓶從材料中插入和移除，并且中斷固體材料和樣品小瓶之間的熱傳導(dǎo)路徑。在一些實(shí)施方式中，容器的固體材料段被相關(guān)約束，使得當(dāng)被分離以便于插入或移除樣品小瓶或者中斷固體材料段和樣品小瓶之間的熱傳導(dǎo)時(shí)，段可以容易地重新組裝成緊密連接的配置。在一些實(shí)施方式中，沒有限制，段通過滑動機(jī)構(gòu)、鉸鏈機(jī)構(gòu)、軌道機(jī)構(gòu)、液壓或氣動活塞、軌道、運(yùn)動學(xué)連接件、銷和槽連接件、電磁或磁性接口連接。在其它實(shí)施方式中，沒有限制，段通過電動機(jī)、螺線管致動器、氣動或液壓致動器、線性致動器直接作用在段上或通過齒輪系統(tǒng)、運(yùn)動學(xué)連接件、凸輪系統(tǒng)、推桿、電纜系統(tǒng)和螺桿機(jī)構(gòu)而分開或連接在一起。

在一些實(shí)施方式中，用于樣品小瓶的固體材料容器包括用于提高固體材料的溫度的一個(gè)或多個(gè)加熱器元件，使得當(dāng)樣品小瓶被放置到接收腔中時(shí)，熱能將遷移到樣品小瓶(此后稱為“加溫塊”)。在一些加溫塊中，加熱器元件是電阻加熱器，而在其它加溫塊中，加熱器元件是熱電元件加熱器。在一些實(shí)施方式中，加溫塊可以可選地由熱電元件加熱和冷卻。在一些實(shí)施方式中，加溫塊包括可以檢測塊的溫度并且向微控制器提供模擬或數(shù)字信號的一個(gè)或多個(gè)溫度傳感器，微控制器被配置為解釋溫度信號，從而調(diào)節(jié)提供給加熱器元件的占空比，以便將加溫塊的溫度保持在期望溫度下。

在一些實(shí)施方式中，加溫塊包括一個(gè)或多個(gè)溫度傳感器，一個(gè)或多個(gè)溫度傳感器與加溫塊材料熱隔離，但是與樣品小瓶的外表面接觸，使得可以確定并隨時(shí)間跟蹤在表面處的小瓶的溫度(此后稱為“小瓶傳感器”)。在一些實(shí)施方式中，小瓶傳感器是熱電偶，而在其他實(shí)施方式中，小瓶傳感器是熱敏電阻或RTD傳感器。在其它實(shí)施方式中，小瓶溫度由非接觸式紅外傳感器感測。

當(dāng)已經(jīng)平衡至低溫(例如但不限于-77℃)的圓柱形樣品小瓶插入已經(jīng)平衡至較高溫度(例如45℃)的加溫塊中時(shí)，將開始熱能再分配過程，這將最終使組合物質(zhì)達(dá)到共同的溫度。如果主動地維持加溫塊溫度，例如在45℃，則組合物質(zhì)的溫度將適時(shí)地在45℃的溫度下平衡。熱能再分布模式可以被認(rèn)為是朝著組合物質(zhì)的中心軸線以放射狀模式的熱能的遷移或流動。

現(xiàn)在參考圖1A，部分A，前橫截面視圖，以及B，頂部橫截面視圖，示出了加溫塊的代表性模型。在該圖中，鋁合金圓柱形容器120包括中心腔，其中導(dǎo)熱柔性材料襯里125圍繞腔的垂直壁，其中開口允許熱敏電阻溫度傳感器130能突出到腔中。在該圖中，腔由樣品小瓶管110占據(jù)，樣品小瓶管110用螺帽115密封，螺帽115的組合隔離由液相140和固相135組成的樣品內(nèi)容物。小瓶內(nèi)部還包括氣相體積145。溫度傳感器130與樣品小瓶管的外表面直接接觸，使得測量的溫度是小瓶的外表面的溫度。分段線150將鋁合金容器和導(dǎo)熱柔性材料二等分。圖1A中所示的組件的集合可以統(tǒng)稱為代表參考下面的熱力學(xué)說明的系統(tǒng)。

圖1B示出了與圖1A中相同的圖形A，并且用于在指示的半徑處標(biāo)記特定材料邊界。邊界線180至185限定由鋁合金構(gòu)成的區(qū)域，線175至180限定由導(dǎo)熱柔性材料構(gòu)成的區(qū)域，線170至175限定由樣品瓶材料構(gòu)成的區(qū)域，樣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，線165至170限定液體樣品相的區(qū)域，線160至165限定固體樣品相的區(qū)域。由于所示的模型包含液相和固相，所示樣品的狀態(tài)是在熔融或相變過程中。當(dāng)所示的系統(tǒng)處于熱能再分布的過程中時(shí)，在各種材料內(nèi)建立動態(tài)溫度梯度，使得各種材料邊界處的溫度變得依賴于材料的熱阻率。如圖1B中B部分所示，由于材料的低熱阻或高熱導(dǎo)率(大約170W/m-K)，鋁材料中的溫度幾乎均勻。然而，對于動態(tài)熱流，由于柔性材料的相對較高的熱阻或相對較低的熱導(dǎo)率(約0.8W/m-K)，建立跨越由導(dǎo)熱柔性材料(175至180)占據(jù)的區(qū)域的溫降?？缭骄哂邢到y(tǒng)的最大熱阻或最低熱導(dǎo)率(大約0.2W/m-K)的管形瓶壁材料(170至175)將發(fā)生較大的相對溫度下降?？缭揭后w樣品材料(165至170)將發(fā)生更小的溫度下降，因?yàn)闊嶙璧闹蹬c導(dǎo)熱泡沫(熱導(dǎo)率為約0.6W/m-K)的值相似，并且由于固體樣品材料與液相相比具有較低的熱阻(熱導(dǎo)率為約2w/m-K)，跨越固體樣品材料的溫降將更小。隨著跨越各種材料的溫降的大小隨著加溫塊溫度(T₁)和樣品溫度(T₂)之間的差值的大小而增加，跨越各種材料的溫降的大小將在樣品小瓶首先插入加溫塊中之后不久最大，并且當(dāng)系統(tǒng)接近平衡溫度時(shí)最小。在熱能遷移期間的任何給定時(shí)間，構(gòu)成系統(tǒng)的各種材料的相對溫度降低將是各種材料的熱阻的函數(shù)，其值在整個(gè)處理中不改變，因此在任何一個(gè)材料邊界處的溫度可以被認(rèn)為與在其它材料邊界處的溫度成比例，除了液體-固相165(r₁)以外，其將在整個(gè)相變過程中經(jīng)歷運(yùn)動，從而改變?nèi)Q于系統(tǒng)中邊界的位置的半徑值和溫度。因此，在導(dǎo)熱柔性材料邊界175(r₃)處的時(shí)間-溫度跡線可以是在小瓶壁-液體邊界處的時(shí)間-溫度跡線的精確比例表示以及液相平均溫度的近似值。因此，通過在解凍處理期間監(jiān)測外部小瓶溫度，可以非常接近小瓶內(nèi)容物的時(shí)間-溫度輪廓，從而允許非侵入地確定樣品解凍處理的進(jìn)展。

將樣品小瓶的溫度和內(nèi)容物從一個(gè)溫度升高到第二溫度所需的熱能量僅取決于樣品小瓶和其中包含的樣品物質(zhì)的熱容量。因此，如果材料質(zhì)量和因此實(shí)現(xiàn)溫度轉(zhuǎn)變所需的熱量不改變，并且加溫器塊的起始溫度和樣品小瓶的起始溫度是一致的，則可以預(yù)期相同的時(shí)間溫度分布相同樣品的重復(fù)凍融循環(huán)。如果樣品小瓶尺寸、小瓶材料和質(zhì)量以及樣品有效負(fù)載質(zhì)量和組成從樣品到樣品是均勻的，則獲得的時(shí)間-溫度曲線應(yīng)該是相同的，而不管相同樣品是否通過凍融重復(fù)循環(huán)或另一樣品是否進(jìn)行相同的處理。因此，包括用于將所有樣品平衡至均勻的起始溫度以及準(zhǔn)確和均勻的加溫塊溫度的步驟或裝置將允許僅基于現(xiàn)有經(jīng)驗(yàn)預(yù)測解凍處理持續(xù)時(shí)間。

現(xiàn)在參考圖1C，示出了樣品器皿表面溫度傳感器(圖1A和1B中的130)的實(shí)施方式的詳細(xì)橫截面。在該圖中，玻璃封裝的熱敏電阻燈泡132與導(dǎo)熱耦合器131直接接觸。在一些實(shí)施方式中，耦合器包括高導(dǎo)熱材料，例如但不限于鋁、銀、銅或包含鋁、銀或銅。耦合器131與樣品器皿壁110的外表面直接接觸。半剛性泡沫絕緣體套筒133將耦合器131保持抵靠器皿表面，并且通過包括絕緣材料的柱塞活塞134保持在壓縮下。在一些實(shí)施方式中，柱塞材料是，但不限于，乙縮醛或酚類聚合物。柱塞活塞通過彈簧136處于壓縮下，彈簧136被捕獲在滑動柱塞134和螺栓137之間，螺栓137固定在穿過加溫塊的螺紋通入孔中。螺塞137中的通孔允許熱敏電阻引線139通向塊的外部。導(dǎo)熱泡沫125中的間隙允許耦合器131和容器壁110之間的直接接觸，并且限制從加溫塊120直接熱能流入。通過柱塞活塞134、絕緣套管133和耦合器131到器皿壁110的從加溫塊120產(chǎn)生的熱能路徑產(chǎn)生熱阻堆疊，使得通過選擇用于活塞134和套筒133的熱阻材料以及用于耦合器131的導(dǎo)熱材料，耦合器的溫度以及因此熱敏電阻燈泡132的溫度，與器皿外表面110的溫度緊密耦合，因此由熱敏電阻報(bào)告的溫度緊密地跟隨器皿表面的溫度。在一些實(shí)施方式中，具有厚度大致在0.005英寸和0.04英寸之間的柔性材料(未示出)的薄層可以結(jié)合到耦合器131并插入在耦合器131和器皿壁110之間，以增加熱傳導(dǎo)。在其它實(shí)施方式中，熱敏電阻組件(131,132,133,134,136,137,139)由紅外熱傳感器代替。由于用于構(gòu)造低溫器皿的材料可以包括對于紅外光是光學(xué)透明的材料，器皿內(nèi)容物的溫度可以通過紅外發(fā)射直接測量。在器皿材料對于紅外光是光學(xué)不透明的，或者器皿可以包括光學(xué)不透明的標(biāo)簽的情況下，表面溫度可以通過紅外傳感器測量，并且可以檢測從固體到液體的相變的進(jìn)展。紅外傳感器具有另外的優(yōu)點(diǎn)，因?yàn)椴恍枰獋鞲衅骱推髅笾g的物理接觸，因此消除了與器皿壁上的傳感器壓力相關(guān)聯(lián)的潛在的問題、熱感測路徑中的熱傳導(dǎo)的變化以及由于樣品器皿的不當(dāng)插入而造成的潛在傳感器損壞。

現(xiàn)在參考圖2，示出了可用于使樣品小瓶平衡至參考溫度(或中間溫度)的裝置。在圖中，樣品小瓶接收器包括固體材料的矩形上部塊215和水平凸緣230，水平凸緣230與形成樣品接收器塊的上部塊配合。上部塊215包括一個(gè)或多個(gè)凹部220，凹部220具有足夠的直徑和深度以接收和圍繞樣品小瓶，使得容納在小瓶內(nèi)的樣品的頂部低于塊的頂部表面。在一些實(shí)施方式中，接收器塊包括在上部塊240的側(cè)壁上的一個(gè)或多個(gè)凹部，以有助于本發(fā)明的抓握安全性。在一些實(shí)施方式中，凸緣230和上部塊215作為構(gòu)成部件的材料的不間斷連續(xù)體接合，而在其它實(shí)施方式中，上部塊215和凸緣230是分離的部件，其在沒有限制的情況下通過機(jī)械緊固件、粘合劑粘結(jié)劑、磁性緊固件或焊接件連接。在一些實(shí)施方式中，上部塊包括孔(未示出)，測溫傳感器可以插入并固定在該孔中。在一些實(shí)施方式中，樣品接收器塊由金屬構(gòu)成。在一些實(shí)施方式中，金屬包括鋁、銅、鎂、鋅、鈦、鐵、鉻、鎳或這些金屬元素的合金。在一些實(shí)施方式中，接收器塊在側(cè)面和底部被具有腔245的絕緣容器210包圍，該腔245的內(nèi)部高度大于接收器塊的高度加上1英寸。在一些實(shí)施方式中，絕緣容器包括絕緣泡沫材料。在一些實(shí)施方式中，絕緣泡沫材料包括聚乙烯、聚氨酯或聚苯乙烯，而在其它實(shí)施方式中，絕緣材料包括材料的混合物，例如聚乙烯聚合物混合物。在一些實(shí)施方式中，絕熱容器包括蓋(未示出)。接收器塊定位在絕緣容器中，使得固體二氧化碳或干冰225的層位于凸緣230的側(cè)表面的下方和上方。雖然與高于-78.5℃的溫度的表面接觸的固體二氧化碳將升華，從而在固體二氧化碳和表面之間形成間隙并且中斷材料之間的直接接觸熱能傳導(dǎo)路徑，在重力場中，干冰將保持與接收器塊的下表面與接收器塊橫向凸緣的上表面直接接觸。在一些實(shí)施方式中，沒有限制地，接收器塊包括具有大于16W/m-K的熱導(dǎo)率的固體材料，例如鋁合金。圖2所示的接收器塊在開放頂部配置中將保持-77℃的穩(wěn)定溫度。由于容器的內(nèi)壁超過接收器塊的高度至少一英寸，接收器塊下面的干冰的量可以被限制，使得放置到接收器孔中的樣品小瓶的整體將定位在絕緣容器的頂表面的下方從而將樣品保持在冷氣體的孔中，并且使小瓶的上部與環(huán)境溫度絕緣。在此配置中，用內(nèi)部熱電偶測量的樣品瓶溫度可以平衡并保持在-77℃的參考溫度。因此，圖2所示的參考溫度裝置可用于為樣品解凍處理提供標(biāo)準(zhǔn)起始溫度，從而將允許僅基于解凍處理的持續(xù)時(shí)間來預(yù)測解凍處理狀態(tài)。

現(xiàn)在參考圖3，示出了圖2所示的裝置的總體尺寸。該實(shí)施方式具有約7英寸的外部寬度、約5.5英寸的寬度和約3.5英寸的深度。內(nèi)腔具有約5.25英寸的長度、約3.6英寸的寬度和約2.8英寸的深度。接收器塊具有約5英寸的長度、，約3.4英寸的寬度和約1.35英寸的高度。接收器塊的樣品小瓶接收器孔具有約0.55英寸的直徑和約1.1英寸的深度。在一些實(shí)施方式中，接收器塊的孔包括在孔底部中延伸到接收器塊的下表面的通道，使得接收器塊可以有效地與諸如液氮的液體制冷劑一起使用。在圖3中，通道具有大約0.2英寸的直徑。雖然所示的樣品接收孔的尺寸是用于接收標(biāo)準(zhǔn)實(shí)驗(yàn)室螺旋蓋冷凍管，但是可以調(diào)整樣品接收孔的尺寸、間距和數(shù)量以容納其他尺寸的樣品小瓶。在一些實(shí)施方式中，可以調(diào)節(jié)孔的直徑和深度以提供用于樣品小瓶的過端不過端式量具，用戶可以通過該量具來確定用于解凍處理的小瓶是否對于解凍裝置來說太大或太小以至于不能與解凍裝置一起正常使用。

現(xiàn)在參考圖4，示出了溫度平衡裝置的第二實(shí)施方式。在該實(shí)施方式中，圓形接收器塊430被示出為包括徑向分布的樣品小瓶接收器孔440。在一些實(shí)施方式中，接收器塊可以包括中心孔450，中心孔450可以提供另外的小瓶接收器孔，被用于通孔，通過該通孔評估接收器塊下方是否存在干冰，或者提供用于確認(rèn)與解凍裝置相容的適當(dāng)?shù)男∑砍叽绲牧烤?。接收器塊430位于絕緣容器410的內(nèi)部腔內(nèi)。在一些實(shí)施方式中，接收器塊430包括可以插入并固定溫度傳感器(未示出)的孔。在一些實(shí)施方式中，絕緣容器410包括支撐或限制接收器塊430的運(yùn)動的腔壁420的內(nèi)部延伸部，而在其它實(shí)施方式中，絕緣殼體410的內(nèi)壁是沒有延伸部的圓柱形。在一些實(shí)施方式中，接收器塊和絕緣容器包括針對圖2和圖3中所示的實(shí)施方式描述的相同的材料。在一些實(shí)施方式中，接收器塊430包括附接在接收器塊的底表面(未示出)處的盤形凸緣，而在其他實(shí)施方式中，接收器塊僅包括上部塊。

現(xiàn)在參考圖5，示出了圖4中描述的裝置的總體尺寸。絕緣容器具有約5.5英寸的外徑和約3.5英寸的高度，內(nèi)部腔體直徑為約2英寸，深度為約2.8英寸。接收器塊具有約2.5英寸的外徑和約1.4英寸的高度。接收器塊的小瓶接收器孔具有約0.51英寸的直徑和約1.15英寸的深度。中心腔具有約0.7英寸的直徑，并且在所示的實(shí)施方式中延伸到塊的下表面。在一些實(shí)施方式中，接收器塊的小瓶接收器孔包括延伸穿過孔的底部的通道470，以在接收器架與液體制冷劑(例如液氮)一起使用時(shí)允許孔的溢流。在一些實(shí)施方式中，通道具有約0.2英寸的直徑。在其它實(shí)施方式中，樣品小瓶接收器孔底是實(shí)心的，并且不包括通道。

現(xiàn)在參考圖6的部分A，示出了如圖2和圖3中所描述的接收器塊的溫度的數(shù)據(jù)圖。通過熱電偶傳感器收集溫度測量值，該熱電偶傳感器定位在鉆入小瓶接收器塊中的接收器孔中至0.5英寸的深度。將接收器塊放置在約0.75英寸厚的干冰層上，并且將額外的干冰放置在接收器塊的凸緣部分上以達(dá)到等于接收器頂部的水平面。使接收器溫度平衡。如圖所示，接收器塊在約5分鐘內(nèi)達(dá)到-77℃的溫度，并保持該溫度7小時(shí)以上，直到干冰耗盡。在7小時(shí)的間隔期間，含有90％緩沖鹽水和10％二甲基亞砜的體積為1ml的樣品小瓶被配置有保持在軸向取向的熱電偶溫度傳感器，其中熱電偶傳感器位于樣品液體中的中間高度。然后將樣品小瓶在液氮中平衡至-194℃的溫度，然后轉(zhuǎn)移至-77℃平衡塊。如圖6的B部分所示，小瓶內(nèi)容物的溫度在約10分鐘的間隔內(nèi)平衡至-77℃的溫度。在重復(fù)的解凍循環(huán)后，在液氮中重新平衡并轉(zhuǎn)移至-77℃接收器塊，樣品內(nèi)容物的溫度曲線是高度可重復(fù)的。使用這種簡單的平衡裝置和方法，儲存在低溫溫度下的樣品可以從存檔存儲器中回收，并快速平衡至-77℃的穩(wěn)定溫度。然后如果補(bǔ)充干冰制冷劑，則可以將樣品儲存長達(dá)7小時(shí)或更長的時(shí)間。在-77℃的接收器塊為解凍處理提供高度可再現(xiàn)的溫度起始點(diǎn)，從而允許在放置到已經(jīng)平衡至適當(dāng)溫度的加溫塊之后精確預(yù)測樣品的解凍時(shí)間。此外，接收器塊防止樣品與干冰制冷劑的直接接觸。由于一些小瓶設(shè)計(jì)在下表面上包括裙邊延伸部(參見圖16，小瓶A)，所以將這些小瓶直接插入干冰將在下側(cè)凹部中捕獲干冰，并且如果這些小瓶隨后插入到加溫塊中將經(jīng)歷由于將干冰轉(zhuǎn)變?yōu)闅庀嗨璧念~外的熱流入所引起的解凍時(shí)間的顯著變化。因此，使樣品小瓶與干冰直接接觸的接收器塊的使用對于解凍處理的標(biāo)準(zhǔn)化是優(yōu)選的。

現(xiàn)在參考圖7，示出了標(biāo)準(zhǔn)加溫塊。在該實(shí)施方式中，加溫塊710由兩個(gè)直角平面界面770和780分段以產(chǎn)生獨(dú)立的塊段720。垂直分段平面穿過圓柱形樣品瓶接收孔的中心，其與接收孔的圓柱形軸重合。所示的接收孔包括1度圓柱形錐度以匹配標(biāo)準(zhǔn)螺旋蓋的冷凍管750(例如可從多個(gè)供應(yīng)商購得的那些)的錐度，并且由具有小于2W/m-K的熱導(dǎo)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、塑料樹脂和樹脂共混物、以及玻璃。接收孔壁包括0.5mm厚的導(dǎo)熱材料層，例如但不限于導(dǎo)熱泡沫760，其中最內(nèi)表面與標(biāo)準(zhǔn)螺旋蓋的冷凍管的表面匹配，使得當(dāng)將冷凍管置于孔并且兩個(gè)接收器塊接近表面770處幾乎接觸，冷凍管表面和導(dǎo)熱泡沫在所有點(diǎn)處緊密且完全接觸?？梢苿踊瑒佣?20通過兩個(gè)推桿(隱藏在該透視中)限制為線性水平運(yùn)動，所述推桿在端部通過推桿730固定。通過推桿的水平致動，加溫塊的段可以被分離以允許冷凍管的插入或去除。可以注意到，可以構(gòu)造不包括導(dǎo)熱泡沫的實(shí)施方式，然而，完美地匹配冷凍管的錐度是一個(gè)困難的成就，并且在不同的制造商，可能遇到錐度角度和小瓶直徑的變化。此外，在冷凍時(shí)，由于扭曲冷凍管的外表面的可能性，樣品小瓶的含水內(nèi)容物將膨脹。在將接收器孔表面配合到小瓶外表面時(shí)可能出現(xiàn)進(jìn)一步的復(fù)雜性，因?yàn)樾∑靠赡芘c識別標(biāo)簽不可預(yù)測地層疊，因此接收孔中的柔性表面對于兩個(gè)表面的均勻、完全和可重復(fù)接觸是必不可少的，物理接觸中的任何破壞將通過在破壞的位置處施加額外的熱阻來改變熱傳遞。因此，在一些實(shí)施方式中，導(dǎo)熱和柔性接口760是優(yōu)選的。加溫塊710由嵌入在下表面中并由電流供電的電阻加熱器(在該視圖中隱藏)加熱。加溫塊的溫度可以通過將熱電偶傳感器740插入加溫塊段710中來確定。塊段720和710進(jìn)一步通過在垂直界面770和水平界面上的嵌入磁體對連接，從而除了向插入的小瓶提供夾緊壓力之外，還確保兩個(gè)部件的緊密導(dǎo)熱接觸。實(shí)施方式中的部件710、720和730由鋁合金構(gòu)成。導(dǎo)熱泡沫襯里由Laird Technologies在Tflex商標(biāo)下銷售的導(dǎo)熱硅樹脂組合物構(gòu)成。

現(xiàn)在參考圖8，示出了圖7所示的實(shí)施方式的分解圖。在該圖中，L形加溫塊810在兩個(gè)接口平面811和812處與矩形塊815匹配。兩個(gè)塊段通過兩個(gè)磁體對830的接口可移除地緊固在垂直平面811上，兩個(gè)磁體對830被接收在接收器腔835中的塊810中，以及與矩形塊815上的接收器孔(在視圖中不可見)鏡像。在水平面812上，兩個(gè)塊段810和815通過單個(gè)磁體對連接，其中一個(gè)磁體850嵌入塊815的下表面中，而兩個(gè)分離的相對磁體840嵌入接收器孔845中的水平表面812中?；瑒訅K815中的單個(gè)磁體850可以通過改變沿著由邊緣841限定的軸線的線性位置而選擇性地與兩個(gè)磁體840中的任一個(gè)接合。磁體840的中心間隔開0.28英寸，并且允許塊815呈現(xiàn)兩個(gè)穩(wěn)定位置，一個(gè)位置是滑動塊815在811和812接口處與塊810配合的位置，另一個(gè)位置是兩個(gè)塊在平面812處接合并且在兩個(gè)垂直塊面之間具有大約0.27英寸的間隙，從而建立打開和關(guān)閉的加溫塊狀態(tài)。兩個(gè)熱易變的導(dǎo)熱材料襯里885被層壓到小瓶接收孔857的兩個(gè)內(nèi)壁半部上。塊段由電阻加熱器855加熱，電阻加熱器855嵌入在楔形腔中的塊810的下側(cè)，加熱器元件855通過來自楔形段860的壓力保持與腔壁緊密熱接觸，楔形段860上的壓力可通過螺釘?shù)牧φ{(diào)節(jié)，該螺釘撞擊在楔形物的背側(cè)(在該視圖中未示出)上。加熱器由通過電力線865傳導(dǎo)的電流供電。加溫塊的溫度可以由在傳感器接收器孔875處插入到加溫塊810中的熱電偶傳感器870監(jiān)測。塊815由兩個(gè)推桿820橫向支撐，兩個(gè)推桿820在遠(yuǎn)端通過推桿825橋接。推桿通過入口通道826穿過塊810延伸，入口通道826僅接觸側(cè)面上的推桿，并且被加工成垂直狹槽構(gòu)造，以允許一定程度的垂直自由度，使得塊815僅由塊810的水平表面812支撐。加溫塊通過在推桿825上的按壓手動裂塊段810和815來操作。將樣品小瓶插入到開放的接收器腔857中，并且通過對塊815的輕微壓力關(guān)閉爪，直到磁體850與近端磁體845分離并且通過磁體對830的增加的拉力輔助而與遠(yuǎn)端磁體845重新對準(zhǔn)。在其他實(shí)施方式中，圖8所示的加溫塊可以通過主動推進(jìn)機(jī)械進(jìn)行關(guān)節(jié)式運(yùn)動和自動化，所述推進(jìn)機(jī)械包括但不限于：電動機(jī)、螺線管致動器、液壓和氣動致動器，以及電磁體。推進(jìn)機(jī)械可以通過螺桿機(jī)、運(yùn)動聯(lián)動裝置、鉸鏈、纜索、帶、鏈、銷和槽、軌道、軌、滑動件線性和旋轉(zhuǎn)軸承、凸輪和齒輪而不限制地連接到塊段。在一些實(shí)施方式中，圖8所示的系統(tǒng)可以包括多于一個(gè)的溫度傳感器，通過該溫度傳感器可以監(jiān)測加溫塊的溫度。在一些實(shí)施方式中，加熱器塊包括與加溫塊熱隔離但與樣品小瓶的表面接觸的一個(gè)或多個(gè)溫度傳感器。在一些實(shí)施方式中，溫度傳感器可以包括熱電偶、熱敏電阻和RTD傳感器。在其它實(shí)施方式中，加溫塊包括微處理器電路板，其接收來自塊傳感器的加溫塊溫度反饋信號，并調(diào)節(jié)提供給加熱器的功率以維持期望的塊溫度。在其它實(shí)施方式中，微處理器板從加溫塊上的傳感器接近處接收位置傳感器數(shù)據(jù)，以確定塊何時(shí)打開或關(guān)閉。在其他實(shí)施方式中，微處理器板根據(jù)進(jìn)行解凍處理的狀態(tài)算法主動地打開和關(guān)閉加溫塊。在其它實(shí)施方式中，微處理器從與接收到加溫塊中的樣品小瓶的表面接觸的傳感器接收測溫信號數(shù)據(jù)。在其它實(shí)施方式中，微處理器通過對溫度數(shù)據(jù)的算法解釋來確定小瓶的解凍狀態(tài)。在一些實(shí)施方式中，微處理器板控制顯示解凍處理的狀態(tài)的用戶界面，警告用戶錯(cuò)誤狀態(tài)并用信號表示加溫塊準(zhǔn)備好接受樣品小瓶并啟動解凍序列。

在一些實(shí)施方式中，磁體對830的尺寸和/或磁體對的場強(qiáng)度可以用于調(diào)節(jié)器皿880上的導(dǎo)電柔性材料襯里885的夾持壓力，從而改變在襯里與器皿之間的導(dǎo)熱性。在其它實(shí)施方式中，夾緊壓力通過，但不限于，磁力、電磁、彈簧、氣動、液壓或機(jī)械力或其任何組合來提供。

現(xiàn)在參考圖9的部分A，示出了沿著小瓶的中心軸線位于樣品小瓶內(nèi)部的熱電偶傳感器的一系列時(shí)間-溫度曲線，其中傳感器小珠在1ml的包含90％緩沖鹽水和10％二甲基亞砜的樣品的半深度處。將小瓶在液氮中平衡至-194℃，然后置于圖2和圖3所述的平衡裝置中，平衡至-77℃持續(xù)10分鐘。然后將小瓶轉(zhuǎn)移到圖7和8所描述的加溫塊裝置中，其預(yù)平衡至37℃持續(xù)6分鐘，而數(shù)據(jù)記錄器以10秒間隔收集溫度跡線。將凍融循環(huán)重復(fù)6次，并且共同繪制時(shí)間溫度跡線。從跡線組可以看出，解凍輪廓是高度可重復(fù)直至約3分鐘。在三分鐘標(biāo)記附近，由于軸向熱電偶仍然嵌入固體物質(zhì)中，樣品的中心固體殘留物被限制。當(dāng)該固體殘留物從熱電偶傳感器釋放時(shí)，較低溫度的固體可自由隨機(jī)地與傳感器分離、接觸或間歇地接觸，從而將偽影引入到數(shù)據(jù)流中。在3分鐘點(diǎn)之前的數(shù)據(jù)跡線的重復(fù)性表明，通過在一致的樣品溫度開始并使用調(diào)節(jié)溫度的加溫塊，可以僅使用實(shí)驗(yàn)得到的解凍間隔時(shí)間值來密切預(yù)測解凍處理的進(jìn)展。因此，在一些實(shí)施方式中，使用計(jì)時(shí)裝置，如圖2至5所示的溫度平衡裝置和如圖7和8所示的恒溫加溫塊，以針對給定的樣品小瓶準(zhǔn)確地預(yù)測解凍處理的持續(xù)時(shí)間。在其它實(shí)施方式中，相變完成時(shí)間值減少常數(shù)將用于終止解凍處理，同時(shí)某些固相仍然保留在小瓶中。

圖9的部分B示出了來自放置在同一樣品小瓶中的熱電偶使得傳感器位于小瓶的內(nèi)壁附近的溫度跡線組。這些跡線再現(xiàn)了在圖9的部分A中觀察到的那些溫度跡線，直到大約一分鐘標(biāo)記，在該時(shí)間相位變化開始。溫度跡線顯示了在部分A中觀察到的更高的軌跡，表明內(nèi)壁附近的溫度比樣品負(fù)載的中心溫度高。該結(jié)果由熱能必須穿過的復(fù)雜熱阻路徑預(yù)測，如圖1B所示。還注意到，在3分鐘時(shí)間標(biāo)記附近，存在溫度跡線組中的偽影，但是與平均溫度值的偏差不如在圖9的部分A中觀察到的偏差那么劇烈。

現(xiàn)在參考圖10，使用液氮冷凍和用于收集圖9中的數(shù)據(jù)的-77℃干冰溫度平衡裝置收集附加數(shù)據(jù)，其中熱電偶傳感器位于圖9部分B中使用的相同位置，在小瓶的內(nèi)壁附近。然而，在所示的數(shù)據(jù)中，使用圖7和8中描述的37℃加溫塊收集三個(gè)循環(huán)的一個(gè)組，而通過將小瓶在37℃水浴中部分浸沒來收集三個(gè)循環(huán)的另一個(gè)組。比較跡線，可以看出，在加溫塊中解凍的小瓶(在圖中表示為“裂塊(splitblock)”)以較慢的速率解凍。再次參考如圖1B中所描述的復(fù)雜熱阻路徑上的熱能流模型，結(jié)果可以理解為，跨越導(dǎo)熱泡沫材料的溫降將有效地將樣品小瓶置于比在37℃水浴中由相同小瓶經(jīng)歷的溫度環(huán)境更低的溫度環(huán)境。

現(xiàn)在參考圖11，使用相同的系統(tǒng)重復(fù)圖10中所述的解凍系列，不同的是在開始解凍系列之前將加溫塊或裂塊的溫度平衡至45℃。在所示的時(shí)間-溫度圖中，兩個(gè)跡線組重疊，指示通過升高加溫塊的溫度，導(dǎo)熱泡沫-樣品小瓶界面處的溫度可以升高至37℃，從而使用固體加溫塊有效地產(chǎn)生水浴當(dāng)量解凍。

現(xiàn)在參考圖12，示出了兩個(gè)樣品小瓶的橫截面圖，以說明圓柱形樣品小瓶的解凍小瓶溫度跡線的負(fù)載-體積獨(dú)立性。在其中小瓶的內(nèi)容物較大的小瓶A中，在兩個(gè)箭頭的位置處存在相同的熱傳導(dǎo)路徑，因?yàn)樾∑康膬?nèi)壁與樣品直接接觸。在小瓶B中，樣品體積減小，因此在上箭頭的位置處，小瓶的內(nèi)壁不接觸樣品，因此在該位置進(jìn)入小瓶的熱能必須向下遷移通過小瓶壁的耐熱聚合物或遷移通過小瓶上方的氣體，其熱導(dǎo)率為聚合物器皿壁的熱導(dǎo)率的約十分之一。因此，進(jìn)入包含在小瓶內(nèi)的樣品的熱量與小瓶中的樣品的量成比例。該效應(yīng)在圖13中通過實(shí)驗(yàn)證明。

現(xiàn)在參考圖13，使用與圖11中描述的相同的加溫塊解凍系統(tǒng)和方法產(chǎn)生溫度跡線組，除了兩個(gè)不同的樣品小瓶負(fù)載用于兩個(gè)解凍系列以外。在一個(gè)跡線系列中，小瓶包含1ml的測試樣品流體，在第二系列中，小瓶包含1.5ml的測試樣品流體。如在時(shí)間-溫度圖中可以看到的，兩個(gè)系列疊加，表明解凍輪廓獨(dú)立于小瓶填充體積?？梢宰⒁獾?，對于圖14的討論，相變的開始發(fā)生在將小瓶插入加溫塊中后約50秒，并且相變的結(jié)束發(fā)生在小瓶插入加溫塊后約160秒。

在從低溫儲存中回收活的生物樣品的處理中，通過在-75℃的超低溫度區(qū)域到液體狀態(tài)的快速轉(zhuǎn)變有利于活細(xì)胞的最佳回收，因?yàn)檫@種做法將使對于有害細(xì)胞內(nèi)冰晶生長發(fā)生的機(jī)會最小化。雖然浴或加溫塊溫度的增加將通過增加熱能流入樣品小瓶的速率而降低溫度轉(zhuǎn)變的持續(xù)時(shí)間，但圖9中所示的實(shí)驗(yàn)證據(jù)表明，在解凍處理期間，一部分樣品的溫度將經(jīng)歷高于樣品的相變溫度的溫度。雖然由于動態(tài)熱流是瞬時(shí)的而引起樣品的區(qū)域中的溫度升高，但通常包括在用于細(xì)胞懸浮液冷凍保存的冷凍保存介質(zhì)中的冷凍保存劑的毒性隨溫度增加而增加，因此通過增加浴或加溫塊溫度降低解凍間隔對于樣品的一部分具有相關(guān)風(fēng)險(xiǎn)。為了減少解凍的樣品暴露于升高的溫度，樣品解凍的通常實(shí)踐包括在小部分固體樣品仍然剩余時(shí)停止將樣品小瓶暴露于水浴的升高的溫度。這種做法允許仍固體的殘留物從樣品的液體部分吸收熱能，從而使解凍的樣品平衡至低溫。因此，在解凍處理期間準(zhǔn)確評估或預(yù)測幾乎完整的相變狀態(tài)是必要的。在水浴中手動解凍樣品小瓶期間，通常實(shí)踐包括頻繁地目視評估樣品狀態(tài)。由于這種實(shí)踐需要從水浴中取出樣品，因?yàn)樾∑亢退嵩粗g的熱接觸經(jīng)常被中斷，所以施加解凍時(shí)間的持續(xù)時(shí)間進(jìn)行變化。除非應(yīng)用樣品狀態(tài)的替代評估，否則對樣品的重復(fù)目視檢查也將需要從固體加溫塊中移除樣品瓶，并且在這樣的條件下，標(biāo)準(zhǔn)化解凍方法不適用。小瓶內(nèi)溫度測定法將提供對樣品中相變的狀態(tài)的監(jiān)測，然而將溫度測量探針直接引入樣品將施加非常高的污染風(fēng)險(xiǎn)。因此，在本發(fā)明的一些實(shí)施方式中，應(yīng)用樣品小瓶的外表面溫度的溫度監(jiān)測來檢測開始和進(jìn)展的相變，從而避免由小瓶內(nèi)溫度測量感測施加的污染風(fēng)險(xiǎn)。盡管通過外部小瓶溫度測量收集的溫度測量數(shù)據(jù)在由于固體樣品殘留物的隨機(jī)運(yùn)動而導(dǎo)致的相變完成附近經(jīng)受變化，將溫度測量傳感器定位到小瓶的下部或小瓶的下表面將避免由固相殘留物的隨機(jī)運(yùn)動施加的溫度波動，因?yàn)楸纫合嗝芏刃〉墓滔鄬⑵≡谛∑績?nèi)，從而從樣品小瓶的下部區(qū)域排除。因此，在一些實(shí)施方式中，本發(fā)明包括位于樣品瓶的中部至上部外表面處的外部小瓶表面溫度傳感器，而在其它實(shí)施方式中，溫度傳感器位于中間至下表面，包括樣品小瓶外部的下表面。在一些實(shí)施方式中，外部小瓶表面溫度測定法用于確定樣品相變的開始，而在其它實(shí)施方式中，外部小瓶表面溫度測定用于確定相變的開始和終止。

現(xiàn)在參考圖14，在與如在圖13中所述的解凍循環(huán)處理期間內(nèi)部1ml樣品的近似中間樣品水平相反的水平下，從與樣品小瓶外部接觸的熱電偶收集的時(shí)間-溫度跡線。在外部溫度跡線中，當(dāng)熱隔離的熱電偶(圖1中的部分130)接觸-77℃的小瓶外部時(shí)，傳感器的溫度迅速下降，直到傳感器與在11秒時(shí)間點(diǎn)發(fā)生的溫度最小值的小瓶外部熱平衡。隨著小瓶溫度的升高，外部溫度跡線顯示在已知開始相變的約60秒處的偏差。跡線在淺斜度上升直到約160秒，在約160秒已知相變的完成是重合的。

使用小瓶內(nèi)溫度傳感器或外表面溫度檢測器收集的時(shí)間-溫度跡線可以分成三個(gè)區(qū)域。第一區(qū)域與小瓶的內(nèi)容物處于固相的時(shí)間間隔一致，第二區(qū)域與小瓶內(nèi)容物是固相和液相混合的時(shí)間間隔一致，以及第三時(shí)間間隔與小瓶內(nèi)容物僅為液相的區(qū)域一致。在第一和第三區(qū)域期間，其中小瓶內(nèi)容物是兩個(gè)均勻相中的一個(gè)，小瓶和小瓶內(nèi)容物的組合質(zhì)量表現(xiàn)為集總?cè)萘肯到y(tǒng)，并且溫度轉(zhuǎn)變行為可以通過線性時(shí)間不變式描述：

式1)

其中，系統(tǒng)在時(shí)間t的溫度T(t)可以通過上述函數(shù)確定，其中T_h是浴溫度，T_c是小瓶的起始溫度，t_pc是時(shí)間偏移(在數(shù)學(xué)上匹配計(jì)算值與實(shí)際數(shù)據(jù)圖所需要的)，τ_v是小瓶和內(nèi)容物的有效熱時(shí)間常數(shù)。該方程式描述了質(zhì)量的升溫受限于在其外邊界處的固定溫度。圖15中示出了將該式輸出擬合到圖14中給出的外部小瓶溫度數(shù)據(jù)的示例。

在將小瓶插入加溫塊中直到約60秒的時(shí)間之后，在傳感器讀數(shù)在約11秒達(dá)到最小值的點(diǎn)之間小瓶的固相內(nèi)容物的升溫可以是緊密近似，使用上面的式1，其中T_h的值是加溫塊溫度(39℃)，T_c是在小瓶表面?zhèn)鞲衅骱托∑恳呀?jīng)達(dá)到熱平衡之后的時(shí)間在固相加溫曲線的開始處，并且在有效熱時(shí)間常數(shù)的值達(dá)到最小值的時(shí)間點(diǎn)(23.8℃)，在將小瓶插入溫塊中的時(shí)間后31秒選擇的溫度。時(shí)間常數(shù)τ_v的值可以從T_h的值和T(t)的值通過以下推導(dǎo)計(jì)算：

式2)

式3)

因此，

式4)

通過對來自從與小瓶外部接觸的溫度傳感器接收的時(shí)間-溫度數(shù)據(jù)的約5或6個(gè)時(shí)間點(diǎn)的群集的時(shí)間數(shù)據(jù)應(yīng)用溫度數(shù)據(jù)的最小回歸斜率分析，可以獲得式4的分母。同樣地，通過對來自相同數(shù)據(jù)群集的小瓶外部溫度值求平均值并減去T_h值，可以獲得式4的分子。然后可以通過獲取除法結(jié)果的負(fù)值來獲得τ_v值。通過這種數(shù)據(jù)處理獲得的τ_v值將僅涉及描述在開始相變之前的曲線部分期間小瓶和固體樣品的集總?cè)萘肯到y(tǒng)的線性時(shí)不變方程式，因此可以使用超過預(yù)定極限的與常數(shù)τ_v值的偏差來識別相變的開始。

現(xiàn)在參考圖15A，示出了圖14所示的示例數(shù)據(jù)集的τ_v值的時(shí)間圖(暗跡線)。在數(shù)值圖中可以看出，在進(jìn)入加熱處理的31至50秒的范圍內(nèi)，τ_v值保持約55℃的最小值。另外，通過對其中常數(shù)的輸入值為T_h＝30℃，Tc＝23.8℃，τ_v＝55秒(如圖15中的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)所確定的)的線性時(shí)不變(LTI)方程式的輸出進(jìn)行相同處理而獲得的τ_v值的時(shí)間圖(淺灰色線)，并且t_pc時(shí)間偏移值為32秒，如通過LTI方程式與圖14的數(shù)據(jù)集在31至50秒的區(qū)域的回歸分析擬合所確定的。如可以預(yù)期的，LTI方程式的τ_v值不隨時(shí)間推移而改變。比較圖15A中的兩組τ_v值，可以看出，在大約50秒時(shí)測試小瓶的內(nèi)容物的相變的開始的預(yù)測可以由實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的τ_v值與理論τ_v值的偏差來確定。因此，在一些實(shí)施方式中，數(shù)據(jù)處理算法被嵌入本發(fā)明的軟件中，以確定小瓶的內(nèi)容物的相變的開始。通過基于以下式將時(shí)間偏移值加到相位變化時(shí)間值的開始，可以估計(jì)相位變化完成的時(shí)間。使用下面的式5，可以計(jì)算解凍的持續(xù)時(shí)間(T_thaw)，其中ΔH_f是樣品的比熔化熱，m_soln是樣品的質(zhì)量，R_v是樣品管瓶壁的絕對熱阻，T_vial是小瓶外壁的溫度，T_m是樣品的熔融溫度。

式5)

由于存儲在低溫樣品小瓶中的典型生物樣品是水溶液，熔融溫度不是如同均質(zhì)材料的情況下的單一值，而是溫度范圍。然而，對于特定的小瓶，通過實(shí)驗(yàn)確定T_m值，將允許與實(shí)際T_thaw值擬合的式5的精化將提供更精確的方法來預(yù)測不同樣品質(zhì)量的T_thaw值。然而，如圖12和13所示，包含在樣品小瓶內(nèi)的解凍樣品中的熱能流入的速率在很大程度上與樣品體積無關(guān)，因此與樣品質(zhì)量無關(guān)。因此，在本發(fā)明的一些實(shí)施方式中，相變的終止由軟件算法確定，該軟件算法將對于如上所述的相變的開始計(jì)算的時(shí)間值與對于給定樣品瓶的實(shí)驗(yàn)導(dǎo)出的相變持續(xù)時(shí)間值結(jié)合以確定相變完成時(shí)間。在其它實(shí)施方式中，將所確定的相變完成時(shí)間值減少常數(shù)將用于終止解凍處理，同時(shí)某些固相仍然保留在小瓶中。

現(xiàn)在參考圖15B，示出了可以確定相變的開始的替代數(shù)據(jù)處理。在圖15A中，部分A，顯示了圖14中描述的實(shí)驗(yàn)小瓶外部溫度的曲線連同相同實(shí)驗(yàn)的加溫塊溫度跡線一起。在實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)上示出了覆蓋加溫序列的固相部分的LTI方程式輸出值的曲線圖。如上面式1中所述的LTI方程式的變量值從加溫塊溫度(T_h＝39℃)，通過上面的式2-4確定的小瓶表面溫度傳感器平衡之后的最小τ_v值，在最初觀察到最小τ_v值時(shí)(T_c＝23.8℃)的小瓶表面的溫度導(dǎo)出。通過迭代精化來確定t_pc值，使得在檢測到最小τ_v值的時(shí)間之后，針對LTI方程式輸出和小瓶表面溫度數(shù)據(jù)點(diǎn)的線性回歸分析之間的差異確定最小值。

現(xiàn)在參考圖15B，部分B，相對于時(shí)間示出了實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)和LTI方程式的輸出之間的差的曲線圖。位于約60秒的垂直箭頭表示實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)和計(jì)算的LTI方程式數(shù)據(jù)偏離0.2℃的選定值的點(diǎn)。在本發(fā)明的一些實(shí)施方式中，算法軟件中的上述發(fā)散門的實(shí)施方式將確定相變的開始。

現(xiàn)在參考圖16，沒有限制地，示出了可以用于本發(fā)明的三種樣品小瓶類型的尺寸。在本發(fā)明的一些實(shí)施方式中，可以在小瓶接收孔(在隨后的圖20中的2033)的尺寸中調(diào)節(jié)加溫塊(在隨后的圖20中的2008和2010)以適應(yīng)所示的樣品小瓶尺寸的差異，從而允許本發(fā)明的通用設(shè)計(jì)適用于多種樣品瓶類型。樣品容器可以是任何低溫小瓶。例如，樣品容器可以是標(biāo)準(zhǔn)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構(gòu)成，并且可以是圓底或自立式。樣品保持器可以與所接收的小瓶的側(cè)壁進(jìn)行熱傳遞接觸?？蛇x地，樣品保持器可以被配置為限制來自樣品容器的頂部或底部的熱傳遞。雖然樣品容器通常被描述為小瓶，但是應(yīng)當(dāng)理解，可以使用本文所述的方法和系統(tǒng)來解凍其他容器中的樣品。例如，根據(jù)需要，容器可以是袋或其他器皿。

在其他實(shí)施方式中，加溫塊可以包括單個(gè)小瓶接收器孔尺寸，其通過包括適配器部件可以適于適應(yīng)多種小瓶類型和尺寸。

現(xiàn)在參考圖17，示出了本發(fā)明的代表性實(shí)施方式的外部。該實(shí)施方式僅作為本發(fā)明的功能實(shí)例給出，并且不旨在限制本發(fā)明的替代實(shí)施方式。該圖標(biāo)識用于內(nèi)部機(jī)構(gòu)的蓋，該內(nèi)部機(jī)構(gòu)包括外部上殼1710和透明或半透明基部1720。在該實(shí)施方式中，使用者將樣品小瓶1740插入可用的頂部開口1730中以開始加溫序列。當(dāng)小瓶插入達(dá)到特定深度時(shí)，內(nèi)部機(jī)構(gòu)觸發(fā)開放分段溫塊的快速閉合，開放分段溫塊將在加溫處理期間接觸樣品小瓶并保持樣品小瓶的固定。

現(xiàn)在參考圖18，示出了內(nèi)部機(jī)構(gòu)的實(shí)施方式的兩個(gè)視圖。在該實(shí)施方式中，主框架1810連接到兩個(gè)部分加溫塊1820，其兩個(gè)部分是相同的，并且通過一部分相對于其配合部分的180度旋轉(zhuǎn)而連接。兩個(gè)塊半部通過鉸鏈銷1825連接，使得兩個(gè)加溫塊部分可以旋轉(zhuǎn)并且在部件的垂直平面正中面之間分開成10度夾角。兩個(gè)塊半部通過滑動吊具框架1815圍繞鉸鏈軸線1825鉸接，所述滑架吊具框架1815通過角狹槽1819接合嵌入在每個(gè)部件兩側(cè)的加溫塊部件1820中的銷軸1817，使得當(dāng)滑動吊具框架1815相對于主框架1810上升并且下降時(shí)，狹槽1819打開和關(guān)閉加溫塊半部1820。滑動吊具框架1815由兩個(gè)螺線管致動器1850鉸接，一個(gè)螺線管致動器1850被配置為在被啟動時(shí)提升吊具框架1815，并且一個(gè)螺線管致動器1850被配置為相對于主框架1810提升吊具框架。兩個(gè)加溫塊半部1820包括中央小瓶接收孔1865，其在垂直平面中分開，該垂直平面與分開兩個(gè)加溫塊半部的垂直平面重合。中心小瓶孔延伸穿過整個(gè)加溫塊，并且包括2mm厚的導(dǎo)熱泡沫襯里1860，其覆蓋中心小瓶孔的整個(gè)內(nèi)表面，達(dá)到加溫塊的頂表面下方1.1英寸的深度。熱敏電阻溫度傳感器1835嵌入在兩個(gè)加溫塊部分中，并且溫度數(shù)據(jù)信號通過導(dǎo)線連接(未示出)傳導(dǎo)到微處理器板1805。加溫塊中的一個(gè)或兩個(gè)包括附加的溫度傳感器1830，其與加溫塊1820熱隔離，并且當(dāng)樣品小瓶插入中心小瓶孔中時(shí)?？颗c樣品小瓶1870的外表面接觸，并且夾爪1820是閉合的。來自傳感器1830的數(shù)據(jù)信號通過連接器導(dǎo)線(未示出)傳導(dǎo)到微處理器板1805。

現(xiàn)在參考圖19，示出了圖18所示的實(shí)施方式的總體尺寸。在部分A中示出的外殼具有5英寸的高度和約4英寸的主直徑。用于小瓶接收孔的頂部開口通道具有約0.6英寸的直徑。在部分B中示出的內(nèi)部機(jī)構(gòu)具有約4.9英寸的總高度，約4英寸的主直徑和約0.5英寸的小瓶接收孔直徑。

現(xiàn)在參考圖20，示出了圖18和19所示的實(shí)施方式的分解圖。在該圖中，主框架2002支撐內(nèi)部機(jī)構(gòu)的其余部分，并且通過延伸穿過微處理器電路板2004的緊固件(未示出)連接到基座部分2003。兩個(gè)加溫塊半部2008和2010通過鉸鏈銷2012連接到主框架2002。加溫塊半部在鉸鏈銷2012上旋轉(zhuǎn)，并且由此被限制在從閉合位置到打開位置的運(yùn)動范圍，在閉合位置，中間平面是平行的，在打開位置，中間平面以10度的夾角分開。加溫塊半部的臂延伸部2009包括圓柱形孔，圓柱形孔可以可選地容納圓柱形磁體(未示出)，在不存在由實(shí)施方式中的其它部件施加的關(guān)節(jié)運(yùn)動或保持力的情況下，圓柱形磁體安裝時(shí)將以提供將加溫塊夾爪保持在打開或關(guān)閉位置的保持力的方式與安裝在相對的加溫塊部件上的磁體配合。兩個(gè)加溫塊夾爪2008和2010由滑動吊具框架2006鉸接，滑動吊具框架2006通過傾斜狹槽特征2017接合加溫塊，所述傾斜狹槽特征2017接合嵌入加溫塊凹部2018中的銷軸承2016?；瑒拥蹙呖蚣苤械莫M槽2017成角度，使得當(dāng)滑動吊具框架相對于主框架升高時(shí)，加溫塊在鉸鏈銷2012上旋轉(zhuǎn)并打開10度的角度。當(dāng)滑動吊具框架相對于主框架降低時(shí)，加溫塊旋轉(zhuǎn)到閉合取向，在閉合取向內(nèi)部垂直面是平行的?；瑒拥蹙呖蚣芟鄬τ谥骺蚣艿奈恢糜晒鈱W(xué)傳感器2048監(jiān)測，光學(xué)傳感器2048檢測來自光源2046的光信號，光源2046都安裝到主框架上。當(dāng)滑動吊具框架升高時(shí)，只要在中心小瓶接收器例如樣品中小瓶沒有其他障礙物，來自源2046的光信號具有通過滑動吊具框架中的狹槽2049并且通過開放的加溫塊部分的無障礙路徑。當(dāng)滑動吊具框架相對于主框架降低時(shí)，來自源2046的光被滑動吊具框架阻擋。光源2046和光檢測器2048通過電源線(未示出)從微處理器電路板2004接收電力，并且微處理器通過電線管道(未示出)從光學(xué)傳感器2048接收數(shù)字信號?；瑒拥蹙呖蚣?006由螺線管激活器鉸接，所述螺線管激活器在激活時(shí)提升吊具框架2052，并且在激活時(shí)使吊具框架升降2050。螺線管致動器通過L形托架2038連接到滑動吊具框架，L形托架2038通過孔2043緊固到吊具框架和主框架并且由六角螺母2044緊固。兩個(gè)導(dǎo)熱泡沫墊2030和2032將在加溫塊2008和2010中的中央小瓶接收孔2033的兩半部進(jìn)行劃線。泡沫墊2030和2032中的一個(gè)或多個(gè)包括通道2035，嵌入在加溫塊中的溫度傳感器2042可穿過該通道2035以接觸在塊的小瓶接收孔中的泡沫墊2030和3032之間包含的樣品瓶的外表面。加溫塊2008和2010中的每個(gè)包括一個(gè)或多個(gè)加熱器元件2034，加熱器元件2034被接收到加溫塊部件(不可見)的下側(cè)中的腔中。加溫塊2008和2010的溫度由一個(gè)或多個(gè)溫度傳感器2040感測，所述一個(gè)或多個(gè)溫度傳感器2040嵌入在接收器腔2041中的加溫塊中并且由垂直的固定螺釘(未示出)固定。中心基座2024定位在與中心小瓶接收孔同軸的方向上，并且安裝在滑動支撐件2026上，滑動支撐件2026包括槽，鉸鏈銷2012穿過該槽，從而捕獲并橫向約束滑動支撐件。滑動支撐件由鉸鏈銷穿過的并且定位在滑動支撐平坦表面的任一側(cè)上兩個(gè)襯套軸承2028進(jìn)一步約束和支撐。通過與安裝到主框架2002的下側(cè)的運(yùn)動阻尼器2054的滑動軸接合，滑動支撐件進(jìn)一步被限制為垂直線性運(yùn)動?；瑒又渭?026還包括凹口和孔2029，其根據(jù)部件的高度，允許或阻擋安裝在L形支架2038上的光學(xué)傳感器2036的光信號。根據(jù)滑動基座支撐件2026和滑動吊具框架2006的相對位置，當(dāng)來自光學(xué)傳感器2036的高和低數(shù)字信號與來自滑動吊具框架位置傳感器2048的垂直位置信號組合時(shí)，可指示四個(gè)位置狀態(tài)中的一個(gè)狀態(tài)：1)滑動支撐件2026升高；滑動吊具框架2006升高，2)滑動支撐件2026降低；滑動吊具框架2006升高，3)滑動支撐件2026降低；滑動吊具框架2006降低，以及4)滑動支撐件2026升高；滑動吊具框架2006降低(如在隨后的附圖中描述的故障狀況)。在一些實(shí)施方式中，阻尼器2054包括彈簧(未示出)，該彈簧被構(gòu)造成使得當(dāng)基座2024、滑動支撐件2026和阻尼器軸下降時(shí)，彈簧被壓縮并提供可將部件恢復(fù)到提升位置的力。在一些實(shí)施方式中，由彈簧力產(chǎn)生的提升運(yùn)動僅與由導(dǎo)熱泡沫2030和2032與相同的樣品小瓶外部接觸的摩擦力相對，而在其他實(shí)施方式中，提升彈簧力由主動調(diào)節(jié)的機(jī)械限制器控制，例如，但不限于，螺線管鎖存器。在替代實(shí)施方式中，提升力部分地或排他地由主動控制的致動器提供，但不限于螺線管和電動機(jī)。一些實(shí)施方式包括用戶接口，包括但不限于LED燈和燈陣列、LCD屏幕、鍵盤、按鈕開關(guān)、滑動的開關(guān)、觸摸屏、旋鈕、滑動開關(guān)、電容開關(guān)以及到遠(yuǎn)程控制接口的無線連接。在圖20所示的實(shí)施方式中，LED燈2080的徑向陣列固定到主框架，其將通過半透明殼體材料通過外殼(未示出)可見。LED陣列照明可以由微處理器板2004通過帶狀線連接器(未示出)控制，并且可以指示樣品小瓶的解凍狀態(tài)、就緒狀態(tài)和錯(cuò)誤代碼。雖然用位于設(shè)備的頂表面上的燈示出，但是應(yīng)當(dāng)理解，其他實(shí)施方式可以在設(shè)備的一側(cè)上包括LED陣列。在一些實(shí)施方式中，微處理器板包括數(shù)據(jù)端口，通過該數(shù)據(jù)端口微處理器可以傳輸所存儲的數(shù)據(jù)，或者可以從外部源接收數(shù)據(jù)流，例如用于安裝軟件更新的目的。

現(xiàn)在參考圖21-23，示出了圖19和20所示的實(shí)施方式的操作序列的示例。在圖21-23中，顯示了去除正向加溫塊的實(shí)施方式，從而可以示出部件的內(nèi)部機(jī)構(gòu)和位置。通過將樣品小瓶2001放置在溫度平衡裝置(例如圖2-5中所示的實(shí)施方式中所述的那些裝置)持續(xù)等于或大于10分鐘的時(shí)間段，將先前溫度平衡至-77℃后，通過將樣品小瓶2001插入到加溫塊小瓶接收腔中，如圖21中的部分A所示，使解凍循環(huán)開始。在該狀態(tài)下，加溫塊已經(jīng)預(yù)先溫度平衡到適當(dāng)?shù)募訜釡囟龋瑒又慰蚣?006升高，加溫塊2008和2010(未示出)被打開。在解凍循環(huán)步驟1中，如圖21的部分B所示，手動壓下樣品小瓶，降低基座2024和滑動支撐件2026，直到滑動支撐光學(xué)觸發(fā)器2029通過光學(xué)傳感器2036?，F(xiàn)在參考圖22，部分A。感測到樣品小瓶已下降到適當(dāng)深度，微處理器板啟動螺線管(圖20中的2050)以降低滑動吊具框架2006，從而關(guān)閉樣品瓶2001上的加溫塊，啟動熱能轉(zhuǎn)移到小瓶和內(nèi)容物的處理。

現(xiàn)在參考圖22，部分B，解凍處理已經(jīng)完成，微處理器激活提升螺線管(圖20中的2052)以升高滑動吊具框架2006，從而打開加溫塊2008和2010(未示出)，釋放導(dǎo)熱泡沫襯里2030(未示出)和2032與小瓶之間的約束摩擦。加溫塊的打開破壞了來自導(dǎo)熱泡沫的熱傳導(dǎo)路徑，從而防止或顯著延遲小瓶內(nèi)容物中不期望的溫度升高。

現(xiàn)在參考圖23，部分A，小瓶上的摩擦約束現(xiàn)在中斷，滑動支撐件2026和小瓶支撐基座2024現(xiàn)在升高并將樣品提供給操作者，并且當(dāng)滑動支撐件光學(xué)觸發(fā)器2029通過光學(xué)傳感器2036，微處理器接收已經(jīng)出現(xiàn)小瓶的信號?，F(xiàn)在參考圖23，部分B，當(dāng)小瓶從加溫塊小瓶接收器移除時(shí)，光學(xué)光源2046和光學(xué)傳感器2048之間的光路徑變得暢通，并且微處理器接收到指示小瓶已經(jīng)移除的信號，從而防止警報(bào)和警報(bào)信號的算法激活。

現(xiàn)在參考圖24，示出解凍實(shí)驗(yàn)系列的圖形描繪時(shí)間-溫度圖，以示出在中斷進(jìn)入樣品的熱能流中的解凍處理終止時(shí)打開加溫塊的有效性。在該實(shí)驗(yàn)系列中，重復(fù)在液氮中冷凍小瓶的循環(huán)，在圖2和3所述的裝置中平衡，并插入到圖7和8所述的設(shè)計(jì)的45度加溫塊中，并且通過將保持在靠近小瓶內(nèi)壁的位置的熱電偶傳感器插入到樣品高度一半的位置來監(jiān)測1ml樣品有效載荷的內(nèi)部溫度。在一個(gè)測試循環(huán)中，在通過時(shí)間測量確定的解凍終止時(shí)，將加溫塊保持關(guān)閉，并使小瓶保持在加溫塊中約6分鐘的總間隔。在該實(shí)驗(yàn)中，樣品的溫度繼續(xù)朝向塊溫度上升。在第二循環(huán)系列中，樣品小瓶在解凍完成后，打開加溫塊并將小瓶從加溫塊中取出并保持在開放空氣中約6分鐘的總持續(xù)時(shí)間。在該數(shù)據(jù)集中，樣品的溫度在塊打開后的三分鐘間隔內(nèi)非常小地增加。在第三循環(huán)系列中，重復(fù)先前的實(shí)驗(yàn)，除了在加溫塊打開之后使小瓶保持在加溫塊中。在該系列中，小瓶內(nèi)容物的溫度以稍微更高的速率增加，使得當(dāng)解凍終止時(shí)小瓶從塊中移出，然而溫度的增加顯著小于一旦解凍當(dāng)加溫塊被關(guān)閉時(shí)觀察到的溫度的增加。實(shí)驗(yàn)集強(qiáng)烈支持中斷加溫塊和樣品小瓶之間的熱傳導(dǎo)路徑以在解凍處理完成時(shí)終止熱能流入樣品的益處。在本發(fā)明的一些實(shí)施方式中，通過在加溫塊的固體材料和樣品小瓶的外表面之間引入空氣空間來終止將樣品小瓶插入加溫塊接收孔中之后的加溫處理。在一些實(shí)施方式中，系統(tǒng)可以被配置為在解凍結(jié)束時(shí)將樣品保持在期望的溫度。

在一些實(shí)施方式中，可以提供多種算法來確定解凍結(jié)束時(shí)間。可選地，多個(gè)算法中的每一個(gè)可以同時(shí)運(yùn)行以提供解凍結(jié)束時(shí)間的單獨(dú)估計(jì)。該系統(tǒng)可以被配置為基于首先提供估計(jì)解凍結(jié)束時(shí)間的算法結(jié)束解凍。可選地，系統(tǒng)可以被配置為允許每個(gè)算法完成它們的估計(jì)，并且可以利用所計(jì)算的最短解凍間隔。在另外的實(shí)施方式中，系統(tǒng)可以被配置為對所預(yù)測的解凍間隔求平均并利用平均的解凍間隔來確定解凍結(jié)束時(shí)間。

附圖中描述的或上述的組件的不同布置以及未示出或描述的組件和步驟是可能的。類似地，一些特征和子組合是有用的，并且可以在不參考其他特征和子組合的情況下使用。已經(jīng)出于說明性而非限制性目的描述了本發(fā)明的實(shí)施方式，并且替代實(shí)施方式對于本發(fā)明的讀者將是顯而易見的。因此，本發(fā)明不限于上述實(shí)施方式或附圖所示的實(shí)施方式，在不脫離權(quán)利要求的范圍的情況下，可以進(jìn)行各種實(shí)施方式和修改。