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冷冻保存设备和方法

阅读：163发布：2021-04-13

专利汇可以提供冷冻保存设备和方法专利检索，专利查询，专利分析的服务。并且提供包含非牛顿流体作为冷冻保存介质的用于防止在生物样品中形成冰晶的设备。设备可用来通过改变非牛顿流体的粘度来防止在生物样品的冷冻保存期间或在冷冻保存的生物样品的升温期间形成冰。设备(200)包括：用于容器(212)的壳体(202)，该容器(212)包含生物样品(214)和非牛顿流体；以及用于引起冷冻保存介质的粘度上的改变的装置(204)。可通过引起冷冻保存介质的剪切增稠来增加粘度上的改变，或可通过引起冷冻保存介质的剪切稀化来减小粘度上的改变。可能的粘度改变装置包括敲打装置、活塞、旋转装置、压缩装置、声音生成装置、永磁体或电磁场生成装置。设备还可包括温度控制装置。，下面是冷冻保存设备和方法专利的具体信息内容。

权利要求

1.一种用于防止在冷冻保存过程期间形成冰晶的设备，所述设备包括：
用于容器的壳体，所述容器包含生物样品以及作为冷冻保存介质的非牛顿流体；以及用于引起所述冷冻保存介质的粘度上的改变的装置。
2.根据权利要求1所述的设备，其特征在于，所述装置包括：
敲打装置，所述敲打装置用于向所述容器中的所述生物样品施加力。
3.根据权利要求2所述的设备，其特征在于，所述敲打装置包括：
至少一个杆；以及
促动元件，所述促动元件可联接到所述至少一个杆，以将所述杆升高和降低到与所述容器中所述生物样品的表面接近。
4.根据权利要求3所述的设备，其特征在于，所述杆冲击所述生物样品的表面。
5.根据权利要求3所述的设备，其特征在于，所述杆冲击所述容器的表面。
6.根据权利要求3所述的设备，其特征在于，所述杆冲击设在所述生物样品的表面与所述杆之间的中间层。
7.根据权利要求3所述的设备，其特征在于，所述敲打装置包括：
多个杆；以及
至少一个促动元件，所述至少一个促动元件可联接到所述多个杆，以将所述杆升高和降低到与所述容器中所述生物样品的表面接近。
8.根据权利要求3至权利要求7中任一项所述的设备，其特征在于，所述杆或每个杆的至少一部分由下者中的任一种形成：铝、钛、氧化钛、玻璃纤维、塑料、聚丙烯、聚碳酸酯、金属、金属合金或医用级材料。
9.根据权利要求1所述的设备，其特征在于，所述装置包括：
活塞，所述活塞用于向所述容器中的所述生物样品施加力；以及
促动元件，所述促动元件可联接到所述活塞，以使所述活塞在所述容器内移动。
10.根据权利要求9所述的设备，其特征在于，所述活塞与所述生物样品之间的所述容器中的体积填充有流体。
11.根据权利要求10所述的设备，其特征在于，所述流体为下者中的任一种：气体、空气、氮气、二氧化碳、氩气、液体或油。
12.根据权利要求1所述的设备，其特征在于，所述装置包括：
旋转装置，所述旋转装置用于向所述容器中的所述生物样品施加旋转力；以及促动元件，所述促动元件可联接到所述旋转装置，以在所述容器中的所述生物样品内旋转。
13.根据权利要求12所述的设备，其特征在于，所述旋转装置包括桨或推进器，所述桨或推进器至少部分地插入所述生物样品中。
14.根据权利要求12所述的设备，其特征在于，所述旋转装置包括圆筒，所述圆筒至少部分地插入所述容器中。
15.根据权利要求14所述的设备，其特征在于，所述圆筒在所述容器内旋转。
16.根据权利要求15所述的设备，其特征在于，所述促动元件可联接到所述容器，且引起所述容器相对于所述圆筒旋转。
17.根据权利要求12至权利要求16中任一项所述的设备，其特征在于，所述旋转装置的至少一部分由下者中的任一种形成：铝、钛、氧化钛、玻璃纤维、塑料、聚丙烯、聚碳酸酯、金属、金属合金或医用级材料。
18.根据权利要求1所述的设备，其特征在于，所述装置包括：
压缩装置，所述压缩装置用于压缩所述容器中的所述生物样品；以及
促动元件，所述促动元件可联接到所述压缩装置以操作所述压缩装置。
19.根据权利要求18所述的设备，其特征在于，所述压缩装置包括：
导轨；以及
联接到所述导轨的滚子。
20.根据权利要求19所述的装置，其特征在于，所述容器放置在所述壳体中，且所述滚子横跨所述容器的表面移动以压缩所述生物样品。
21.根据权利要求18所述的设备，其特征在于，所述压缩装置包括：
第一可移动板；以及
第二板，所述第二板平行于所述第一可移动板设置；
其中所述容器夹在所述第一可移动板与所述第二板之间的空间中。
22.根据权利要求21所述的设备，其特征在于，所述促动元件使所述第一可移动板相对于所述第二板移动以压缩所述容器。
23.根据权利要求22所述的设备，其特征在于，所述第二板为可移动板，且其中所述促动元件使所述第二板相对于所述第一可移动板移动以压缩所述容器。
24.根据权利要求1所述的设备，其特征在于，所述装置为声音生成装置，所述声音生成装置用于生成引导通过所述容器和生物样品的声波。
25.根据权利要求24所述的设备，其特征在于，所述声音生成装置生成超声波。
26.根据权利要求1所述的设备，其特征在于，所述装置为包括永磁体的磁场生成装置。
27.根据权利要求1所述的设备，其特征在于，所述装置为电磁场生成装置。
29.根据任何前述权利要求所述的设备，其特征在于，所述冷冻保存过程为冷冻保存所述生物样品的冷却过程，且所述设备包括冷却所述生物样品的温度控制装置。
30.根据权利要求29所述的设备，其特征在于，所述容器能够在所述冷却过程完成时从所述设备去除且存储在外部存储装置中。
31.根据权利要求30所述的设备，其特征在于，所述容器在所述冷却过程完成时保留在所述设备内。
32.根据权利要求29至权利要求31中任一项所述的设备，其特征在于，所述温度控制装置将所述生物样品冷却到下者中的一个：-80℃、-100℃、-120℃或-150℃。
33.根据权利要求29至权利要求32中任一项所述的设备，其特征在于，所述温度控制装置包括下者中的至少一种：斯特林发动机冷却器，以及基于冷却剂的冷却系统。
34.根据权利要求1至权利要求33中任一项所述的设备，其特征在于，所述冷冻保存过程为使所述生物样品液化的加热过程，且所述设备包括加热所述生物样品的另外的温度控制装置。
35.根据权利要求34所述的设备，其特征在于，所述容器能够在所述加热过程完成时从所述设备去除。
36.根据权利要求34或权利要求35中任一项所述的设备，其特征在于，所述另外的温度控制装置将所述生物样品加热到等于或高于所述生物样品的平衡熔点的温度。
37.根据权利要求34至权利要求36中任一项所述的设备，其特征在于，所述另外的温度控制装置包括下者中的至少一种：电阻丝/电阻元件、被动升温系统以及基于流体的升温系统。
38.根据权利要求1至权利要求37中任一项所述的设备，其特征在于，用于引起所述冷冻保存介质的粘度上的改变的所述装置引起所述冷冻保存介质中的剪切增稠和/或剪切稀化。
39.根据权利要求1至权利要求38中任一项所述的设备，其特征在于，所述设备还包括温度传感器。
40.根据权利要求1至权利要求39中任一项所述的设备，其特征在于，所述设备还包括冰检测器。
41.根据权利要求40所述的设备，其特征在于，所述冰检测器包括光发射器和光检测器。
42.根据权利要求40所述的设备，其特征在于，所述冰检测器包括用于检测所述生物样品中电阻或电导上改变的电传感器。
43.一种用于防止在冷冻保存过程期间形成冰晶的方法，所述方法包括使用根据权利要求1至权利要求42中任一项所述的设备来执行所述冷冻保存过程，以引起非牛顿冷冻保存介质的粘度上的改变。

说明书全文

冷冻保存设备和方法

技术领域

[0001] 本发明大体上涉及用于防止在生物样品的冷冻保存期间或在冷却/冷冻保存的生物样品的升温期间形成冰的设备、方法和系统。特别地，本发明提供包含(contain)非牛顿流体作为冷冻保存介质的用于防止在生物样品中形成冰晶的设备。

背景技术

[0002] 通常需要保存生物材料(例如，细胞、疫苗、组织和蛋白)。例如，生物材料可需要保存，使得它们可在以后的时间点研究或用于科学实验中。在另一示例中，人类卵母细胞或受精胚胎可保存为体外受精(IVF)过程的部分。在这些示例中，重要的是，保存生物材料使得最大限度地减小对生物材料的损害(damage)或生物材料的降解。冷却技术通常用来保存生物材料。存在不同方式来冷却生物材料以便保存它们。例如，冷冻保存是其中将生物材料冷却到非常低的温度(例如-80℃或-196℃)且然后以冷却状态存储的过程，而冷冻干燥(冻干)是其中冷冻生物样品且在冷冻步骤之后从样品去除水使得样品以干燥状态存储的过程。

[0003] 冷冻保存是广泛采用的技术，其用来维持生物样品的长期活力(viability)，以用于随后在医学、生物技术和兽医学中的应用。为了在使冷冻保存的样品升温时获得高的活力，在冷冻保存过程期间有必要向生物样品添加防护性化合物(也称为防冷冻添加剂)且然后以受控速率冷却样品。冷冻保存大体上涉及将样品冷却到非常低的温度(例如-80℃、-136℃或-196℃)且在该温度下在延长的时段内维持它们。通过将生物样品冷却到低温，另外将降解样品的化学或酶促反应的动力学减慢到一定程度，使得样品不再降解或仅以非常缓慢的速率降解。结果，生物样品可在延长的时段内存储，且然后根据对于使用和/或分析的需要被带回到环境温度。

[0004] 然而，冷却过程可对生物样品具有有害影响，且为减轻这些影响，开发了用于冷冻保存的许多技术，虽然所有的这些技术具有固有的局限性。传统的冷冻保存技术涉及受控冷却且导致冰晶的形成。备选的无冰技术(玻璃化)避免在冷却期间形成冰晶，且改为涉及将水固化成非晶玻璃。

[0005] 在冷冻保存过程期间对生物样品的损害主要发生在冷却/冷冻阶段和升温阶段期间。溶液影响、细胞外冰形成、细胞内冰形成、膜影响、溶质毒性和脱水都可导致样品损害。这些影响中的一些可通过在冷冻保存周期期间引入带有已知防护性影响的化合物来减小。
在冷冻保存期间带有防护性影响的化合物被称为防冷冻剂或防冷冻添加剂(CPA)。

[0006] 存在生物样品在冷冻保存期间可遇到的各种应力，这些应力以及它们在细胞级别上的影响的示例包括：i)温度上的降低–可潜在地引起膜脂质相上的改变和/或细胞骨架的解聚；ii)溶质浓度上的增加，例如，在溶剂的一部分冷冻时溶液中溶质的浓度增加–可导致渗透收缩；iii)离子浓度上的增加–可具有对膜的直接影响，包括膜蛋白的增溶作用；iv)脱水–可引起脂质双层的不稳定；v)盐的沉淀和共晶形成–可引起细胞损害(虽然未充分理解机理)；vi)气泡的形成–可引起机械损害；vii)粘度上的增加–可影响包括渗透的扩散过程；viii)pH改变–可引起蛋白等的变性；以及ix)细胞变得紧密地堆积–可引起膜的损害。因此需要最大限度地减小生物样品对这些各种应力的暴露的冷冻保存技术。

[0007] 在标准的冷冻保存技术(有时被称为常规或平衡冷冻保存)中，细胞或生物质在受控速率的冷冻器或较廉价的装置(诸如Mr Frosty或CellCool)中以特定速率冷却。在样品温度下降到低于其平衡熔点时，冰开始形成(成核)，且冰晶然后从成核点扩散到样品各处，通常引起不能弥补的损害。在冰形成过程进行时，生物样品(诸如细胞)集中在冰之间溶质稠密的通道中，直到这些通道自身固化(通过玻璃化)，且样品然后在它们指定的存储温度下存储。

[0008] 这些存在冰的冷冻保存技术由于可发生直接的冰损害大体上被认为不适合于组织和器官的保存。简单地说，冰晶可在细胞之间扩展或生长到细胞中，引起组织宏观结构以及因此组织的功能的破坏。实际上，虽然一些细胞外冰可支承在器官和组织中，细胞内冰对细胞几乎总是致命的。

[0009] 虽然常规的冷冻保存对于许多应用是已证明的技术，其应用大体上限于小聚集体或细胞的悬浮液。对于体积上大于约1mm3的活检样品(诸如组织、器官或多细胞有机体)，由于冰的损害，在冷冻和解冻期间发生对材料的不可接受的损害。

[0010] 与平衡冷冻保存对比，玻璃化是无冰的冷冻保存技术。在玻璃化中利用各种机理来避免在冷却时冰的生长。玻璃化依赖于在不允许冰晶形成的情况下将驻留在玻璃化/冷冻保存介质中的样品带到低于该玻璃化/冷冻保存介质的玻璃化转变温度(Tg)。在低于玻璃化转变的温度下，系统的粘度增加，且溶剂/介质最终固化以提供稳定的样品，其中生物材料存在于非晶固体玻璃化/冷冻保存介质的低温基质内。

[0011] 通过玻璃化的冷冻保存通常需要在冷却之前向生物样品添加包含冷冻保存介质的防冷冻剂(CPA)，其降低介质和样品的含水成分的冷冻温度，且还增加样品的含水成分的粘度，使得避免在冷却期间低于平衡凝固点形成冰晶，且液态到固态之间的转变不涉及结晶。然而生物样品的玻璃化典型地需要快速冷却，例如10000℃/min以上的冷却速率，且这固有地将方法限于非常小的样品尺寸。典型地，玻璃化样品存在于带有1mm以下内径的细管(straw)中。对于较大的样品，非常难以获得玻璃化。

[0012] 玻璃化也可利用快速冷却和同时施加高压的组合来实现，但这涉及高成本且需要熟练的操作者。在冷却之前玻璃化过程中添加高浓度的溶质(诸如二甲亚砜(DMSO))可为有用的，然而通常观察到所得溶液对生物样品的毒性，而将这些高粘度的液体灌注/扩散到复杂组织中可为困难的。

[0013] 在小体积的液体中哺乳动物胚胎和卵母细胞的玻璃化(无冰冷冻保存)被证明在保持细胞活力和功能方面是有效的。然而，尽管广泛研究，未证明较大的生物样品的玻璃化在升温时保持活力和功能，这主要似乎是在实现足够快速的冷却/升温速率、避免冰成核以及最大限度地减小防冷冻剂毒性方面的实际困难的结果。

[0014] 许多组织和组织工程器官在从患者或培养基去除之后不具有任何保质期。这导致浪费且损害使用这些材料的技术的经济性，且因而及时制造对于组织工程构造通常是不可行的。

[0015] 因此，本申请人认识到对于用于防止在生物样品的冷冻保存期间和在冷冻保存的生物样品的升温/液化期间形成冰的改进设备的需要。

发明内容

[0016] 根据本发明的第一方面，提供一种用于防止在冷冻保存过程期间形成冰晶的设备，该设备包括：用于容器的壳体，该容器包含生物样品以及作为冷冻保存介质的非牛顿流体；以及用于引起冷冻保存介质的粘度上的改变的装置。

[0017] 在实施例中，装置包括：敲打装置，该敲打装置用于向容器中的生物样品施加力。

[0018] 敲打装置可包括：至少一个杆；以及促动元件，该促动元件可联接到该至少一个杆，以使杆升高和降低到与容器中生物样品的表面接近。杆可冲击生物样品的表面或容器的表面或设在杆与生物样品的表面之间的中间层。

[0019] 敲打装置可包括：多个杆；以及至少一个促动元件，该至少一个促动元件可联接到该多个杆，以使杆升高和降低到与容器中生物样品的表面接近。

[0020] 该或每个杆的至少一部分可由适合于供生物样品使用的非反应性材料形成，诸如铝、钛、氧化钛、玻璃纤维、塑料、聚丙烯、聚碳酸酯、金属、金属合金或医用级材料。

[0021] 在实施例中，装置包括：用于向容器中的生物样品施加力的活塞；以及可联接到活塞以在容器内移动活塞的促动元件。

[0022] 活塞与生物样品之间的容器中的体积可填充有流体。活塞可压缩该流体，且从而引起生物样品被压缩，其引起粘度上的改变。流体可为下者中的任一种：非反应性气体、空气、氮气、二氧化碳、氩气、非反应性液体、带有比生物样品更低密度的液体，或油。

[0023] 在实施例中，装置包括：用于向容器中的生物样品施加旋转力的旋转装置；以及可联接到旋转装置以在容器中的生物样品内旋转的促动元件。

[0024] 旋转装置可包括桨(paddle)或推进器，该桨或推进器至少部分地插入生物样品中且在生物样品内旋转以引起粘度上的改变。

[0025] 旋转装置可包括圆筒，该圆筒以同心布置至少部分地插入容器中。圆筒可在容器内旋转。另外或备选地，促动元件可联接到容器且引起容器相对于圆筒旋转。

[0026] 旋转装置的至少一部分可由下者中至少一种形成：铝、钛、氧化钛、玻璃纤维、塑料、聚丙烯、聚碳酸酯、金属、金属合金或医用级材料。

[0027] 在实施例中，装置包括：用于压缩容器中的生物样品的压缩装置；以及可联接到压缩装置以操作压缩装置的促动元件。

[0028] 压缩装置可包括：导轨；以及联接到导轨的滚子。容器可放置在壳体中，且滚子可横跨容器的表面移动以压缩生物样品。

[0029] 压缩装置可包括：第一可移动板；以及第二板，该第二板平行于第一可移动板设置；其中容器夹在第一可移动板与第二板之间的空间中。促动元件可使第一可移动板相对于第二板移动以压缩容器。第二板可为可移动板，且促动元件可使第二板相对于第一可移动板移动以压缩容器。

[0030] 在实施例中，装置是用于生成声波的声音生成装置，该声波引导通过容器和生物样品以引起粘度上的改变。声音生成装置可例如生成超声波。

[0031] 在实施例中，装置为包括永磁体的磁场生成装置。在实施例中，装置为电磁场生成装置(其可包括电磁体)。

[0032] 冷冻保存过程可为冷冻保存生物样品的冷却过程，且设备可包括温度控制装置，以冷却生物样品。

[0033] 容器可能够在冷却过程完成时从设备去除且存储在外部存储装置中。备选地，容器可在冷却过程完成时保留在设备内，使得设备用作冷却样品的长期存储装置。

[0034] 温度控制装置可将生物样品冷却到用于冷冻保存的任何需要的温度，诸如，冷却到-80℃、-100℃、-120℃或-150℃。(这些仅为示例性温度值)。

[0035] 温度控制装置可包括下者中的至少一种：斯特林发动机冷却器，以及基于冷却剂的冷却系统。

[0036] 冷冻保存过程可为使生物样品升温/液化的加热过程，且设备可包括另外的温度控制装置来加热生物样品。容器可能够在加热过程完成时从设备去除。

[0037] 另外的温度控制装置可将生物样品加热到等于或高于生物样品的平衡熔点的温度。另外的温度控制装置可包括下者中的至少一种：电阻丝/电阻元件、被动升温系统以及基于流体的升温系统。

[0038] 用于引起冷冻保存介质的粘度上的改变的装置可引起冷冻保存介质中的剪切增稠(thicken)和/或剪切稀化(thin)。

[0039] 设备可包括温度传感器。设备可包括冰检测器。冰检测器可包括光发射器和光检测器，和/或用于检测生物样品中电阻或电导上改变的电传感器。

[0040] 根据本发明的第二方面，提供一种用于防止在冷冻保存过程期间形成冰晶的方法，该方法包括使用本文中描述的设备来执行冷冻保存过程以引起非牛顿冷冻保存介质的粘度上的改变。根据本发明的第三方面，提供一种携带代码的非暂时性数据载体，该代码在处理器上实施时引起处理器执行本文中描述的方法中的任一个。

[0041] 用于执行本发明的操作的计算机程序代码可以以一个或多个编程语言的任何组合编写，包括面向对象的编程语言和常规的程序(procedural)编程语言。代码构件可体现为程序、方法等，且可包括子构件，该子构件可采取从本地指令集的直接机器指令到高级别的编译或解释语言构造的抽象级别中任一个处的指令或指令序列的形式。附图说明

[0042] 技术在附图中通过示例示意性地示出，在附图中：

[0043] 图1示出用于防止在冷冻保存过程期间形成冰晶的设备的示意性框图；

[0044] 图2示出包括防止冰晶形成的敲打装置的设备的示意图；

[0045] 图3示出包括防止冰晶形成的桨装置的设备的示意图；

[0046] 图4示出包括防止冰晶形成的旋转装置的设备的示意图；

[0047] 图5示出包括防止冰晶形成的滚动装置的设备的示意图；

[0048] 图6示出包括防止冰晶形成的压缩装置的设备的示意图；

[0049] 图7示出包括防止冰晶形成的声音生成装置的设备的示意图；以及

[0050] 图8示出包括防止冰晶形成的磁场生成装置的设备的示意图。

具体实施方式

[0051] 概括地说，本技术的实施例提供包含非牛顿流体作为冷冻保存介质的用于防止在生物样品中形成冰晶的设备。设备可用来防止在生物样品的冷冻保存期间或在冷冻保存的生物样品的升温/液化期间形成冰。有利地，设备的实施例可制造成用于与现有的、广泛使用的实验室设备兼容，诸如小瓶、冷冻小瓶(cryovial)、冷冻袋(cryobag)、微量离心管、离心管、医用小瓶以及适合于存储生物样品的其它容器。设备的另外的优点是在冷冻保存样品的冷冻保存和随后的升温之后增加的样品活力。设备的实施例的另外的优点是，质量和过程控制可在冷却或升温过程期间执行。例如，冰晶形成可能够使用设备在冷却/升温期间检测到，其可提供在冷冻保存的样品升温之后关于样品活力在早期阶段的信息。

[0052] 本文中描述的设备通过改变用作冷冻保存介质的非牛顿流体的粘度来防止在生物样品中形成冰晶。在实施例中，可通过引起冷冻保存介质的剪切增稠来增加粘度上的改变。在实施例中，可通过引起冷冻保存介质的剪切稀化来减小粘度上的改变。在实施例中，可在冷却或升温过程期间(例如以顺次的方式(即，相继地))引起剪切增稠和剪切稀化两者。例如，在冷却或升温过程期间，设备可引起剪切增稠且然后引起冷冻保存介质的剪切稀化。在设备的实施例中，可通过机械、声、磁或电磁辐射手段或多个这些手段的组合以同时或顺次的方式实现粘度上的改变。下文关于图更详细地描述设备。

[0053] 图1示出用于防止在冷冻保存过程期间形成冰晶的设备100的示意性框图。本文中使用的用语‘冷冻保存过程’意指使生物样品冷却或玻璃化的冷冻保存技术和/或使先前冷冻保存的生物样品升温的过程。

[0054] 设备100包括适合于(或特别设计成用于)至少一个样品容器112的壳体102。样品容器112包含生物样品以及作为冷冻保存介质的非牛顿流体。样品容器112可为用于包含生物样品的任何适合的容器。例如，样品容器112可为冷冻小瓶、冷冻袋、微量离心管、医用小瓶、离心管等。将理解的是，容器类型的该名单(list)仅提供用于说明的目的，且为非限制性的。样品容器112可具有开口(如在例如离心管的情况下)，当样品容器在壳体102中时，可经由该开口接近样品容器内的生物样品。出于引起粘度上改变的目的，这可使设备100的装置能够插入样品容器112中。在实施例中，样品容器112可为密封的(如在例如冷冻袋的情况下)。在该情况下，当样品容器在壳体102中时，样品容器内的生物样品可能是不可接近的。

[0055] 壳体102可用来在冷却或升温过程期间容纳一个或多个样品容器112，且在过程完成之后，去除该或每个样品容器112以用于在别处存储。例如，在冷却的情况下，包含冷冻保存的生物样品的样品容器112可从壳体102去除且存储在长期存储装置(例如冷冻器或冷却室)中。类似地，包含冷冻保存的生物样品的样品容器112可放置到壳体102中以经受升温来液化样品，且在升温完成之后，样品容器112可从壳体102去除且立即使用或放置在适合的短期存储装置(例如冰箱或冷却室)中。

[0056] 在实施例中，壳体102可能够一次容纳多于一个样品容器112。这可允许生物样品的大量冷却和/或大量升温。如果需要使相同类型的和/或包含于相同样品容器类型中的多个生物样品同时冷却/升温，这可为有用的。在实施例中，设备100可包括多个壳体102，壳体102各自适合于容纳一个或多个样品容器112。另外或备选地，每个壳体102可包括适合于容纳一个或多个样品容器112的单独的室。如果需要使多个生物样品冷却/升温，但需要对样品应用不同的过程，多个壳体/单独的室可为有用的。例如，一些样品可需要冷却到第一温度，而其它样品可需要冷却到第二、不同的温度。具有多个壳体或壳体内单独的室可使得能够对样品容器112应用不同的冷却或升温曲线(profile)。这些实施例还可使设备100能够用来使多个样品同时冷却和/或升温，或用于对多个样品同时应用多个不同的冷却/升温曲线。

[0057] 在实施例中，样品容器112与壳体102分离且能够从壳体102去除。在该情况下，当需要使包含于样品容器112中的生物样品冷冻保存或升温时，将样品容器112插入壳体102中。在备选实施例中，样品容器112集成在壳体102内。

[0058] 设备102包括用于引起样品容器112内冷冻保存介质的粘度上的改变以防止冰形成的至少一个装置104。设备102内的该或每个装置104(在图1中被称为粘度改变装置104)可为用于引起非牛顿流体冷冻保存介质的粘度上改变的任何适合的装置。装置104可能够引起非牛顿流体的剪切增稠，或非牛顿流体的剪切稀化，或两者。装置104可包括能够引起冷冻保存介质中粘度改变的机械构件、磁或电磁构件、声音生成构件，或此类构件的组合。下文关于图2至图8描述装置104可如何引起冷冻保存介质中粘度改变的一些示例。

[0059] 设备100包括控制电路106。控制电路106可包括处理器或处理电路，以控制由设备100执行的各种处理操作，诸如，控制改变样品容器112中生物样品的温度的加热和/或冷却机构，和/或控制引起生物样品的粘度上的改变的装置104。控制电路106可控制设备100内的其它传感器和装置，诸如，用来监测冷却/升温过程和/或检测冰晶形成的那些。控制电路
106可包括下者中的一种或多种：微处理器、微控制器和集成电路。在实施例中，单个控制电路/处理器106可用来控制设备100的所有功能。在备选实施例中，设备100内的一些或所有功能/装置可联接到它们自己的专用控制电路/处理器。

[0060] 设备100可包括通信模块107，通信模块107使设备100能够与装置的用户/操作者通信(例如，经由设备100的视觉、音频或音视频接口)和/或与远程服务器、远程数据库或其它装置通信。与位于远程的装置(例如，在设备100外部的服务器、数据库、装置等)通信可使在由设备100执行冷却/升温过程期间获得的数据能够以简单的方式与用户或与其它相关方共享。例如，设备100可能够在冷却/升温过程期间或之后与用户共享关于质量控制或关于冰晶检测的信息，使得用户可接收关于过程和/或关于样品活力的信息。通信模块可为包括任何适合的通信电路和使用任何适合的通信协议来传输和接收消息(或数据，或数据包)的任何适合的通信模块。通信模块107可使用任何适合的通信协议来与其它机器(例如，远程服务器、数据库、运行特定服务/应用的机器等)通信，诸如但不限于：无线通信(例如WiFi)；短程通信，诸如射频通信(RFID)或近场通信(NFC)；或通过使用由ZigBee、Thread、蓝牙、蓝牙LE、基于IPv6的低功率无线标准(6LoWPAN)或受限的应用协议(CoAP)所规定的通信协议。通信模块107可使用无线移动(蜂窝)电信协议来与远程机器通信，例如3G、4G、5G等。在实施例中，设备100可使用有线通信技术(诸如经由金属线缆或光纤线缆)与远程机器通信。设备100可使用多于一种通信技术来与远程机器通信。

[0061] 设备100可包括存储装置113。存储装置113可包括：用作临时存储器的易失性存储器，诸如随机存取存储器(RAM)；和/或用于存储数据、程序或指令的非易失性存储器，诸如闪存、只读存储器(ROM)或电可擦可编程ROM(EEPROM)。存储装置113可存储用来控制冷却或升温过程的数据或指令。可对不同类型的生物样品或包含于不同类型的样品容器中的样品应用不同的冷却和升温过程。因此，存储装置113可存储多个不同的指令，在实施例中，这些指令可通过样品类型或样品容器来索引，使得可对特定的样品类型或样品容器类型应用正确的温度曲线。存储装置113可存储在冷却或升温过程期间收集的数据，诸如质量控制数据、冰晶检测数据等。

[0062] 设备100可包括温度控制装置108，温度控制装置108用于控制在冷却或升温过程期间施加到样品容器112的温度。设备100可包括适合于冷却/冷冻保存生物样品的一个或多个构件，且可包括适合于使冷冻保存的生物样品升温的一个或多个构件。例如，设备100可包括用于冷却样品的下者中的一种或两种：斯特林发动机冷却器，以及基于冷却剂的冷却系统。设备100可包括用于加热样品的下者中的任一种或多种：电阻丝/电阻元件、被动升温系统以及基于流体的升温系统。将理解的是，冷却和加热机构的这些示例仅提供用于说明的目的，且为非限制性的。备选地，(一个或多个)相同的构件可用于冷却和加热两者。例如，基于流体的系统可适合于冷却和加热。

[0063] 温度控制装置108可包括或联接到控制温度控制装置108的操作的处理器/控制电路。例如，控制电路可用来开启温度控制装置，控制施加到样品容器112的温度，控制特定温度施加到样品容器112多久等。在其中多个样品可同时在设备100中冷却和/或升温的实施例中，单独的温度控制装置108可联接到每个壳体102或联接到壳体102内的每个室。在该情况下，可为每个温度控制装置108提供专用的处理器/控制电路。备选地，单个处理器/控制电路可用来控制每个温度控制装置108。

[0064] 该或每个温度控制装置108可包括温度传感器109。温度传感器109可用来感测样品容器112的温度，或感测样品容器112附近的温度，或感测壳体102(样品容器112设在该壳体102中)的温度。温度传感器109可用来感测在执行冷却或升温过程之前、期间和/或之后的温度。温度传感器109可用来控制由温度控制装置108施加的温度。在实施例中，冷冻保存过程可需要将生物样品冷却到例如-80℃、-100℃、-120℃或-150℃或中间某处(且可能在该温度下存储)。(这些仅为示例性的、非限制性的温度，且仅提供用于说明的目的)。在实施例中，升温过程可包括使冷冻保存的、玻璃化的生物样品升温到高于样品的平衡熔点的温度。温度传感器109可用来收集温度数据作为质量控制过程的部分和/或作为过程控制的部分。设备100可包括向设备的构件(例如，温度控制装置108、粘度改变装置104等)提供功率的功率供应部110。功率供应部110可连接到电源功率，或可为至少一个电池，或两者的组合。

[0065] 设备100可包括一个或多个额外的传感器115。例如，设备100可包括功率传感器、监控旋转运动(例如转/秒)的传感器，和/或用于检测冰晶形成的传感器。用于检测冰晶形成的传感器可为例如基于激光或基于光的传感器。光/激光束可通过经受冷却/升温的样品容器112，且光检测器可设在壳体102中以检测光/激光束的偏转。光/激光束的特定偏转(例如特定的偏转角度)可指示，在样品中形成了冰晶。用于检测冰晶形成的传感器可为例如电传感器。电传感器可为或包括阳极，该阳极检测冷冻保存/升温的样品中电阻或电导上的改变，其可指示冰晶的形成。在实施例中，窗口可设在设备100中(且潜在地在壳体102中)，使得可在冷却/升温过程期间执行壳体102中样品容器112的视觉检查，使得可由设备100的操作者检测冰晶。可向处理器/控制电路106提供由(一个或多个)传感器115收集的数据。处理器106可使用数据来确定样品中是否形成了冰。如果感测到的数据指示形成了冰，处理器106可向通信模块107提供该信息。通信模块107可将该信息传输到用户(例如，经由设备100的用户接口)或远程机器。感测到的数据以及由处理器106做出的任何确定可存储在存储装置113中以用于未来的使用/分析。

[0066] 粘度改变装置104可与温度控制装置108串联操作以在特定温度下引起粘度上的改变。例如，粘度改变装置104可用来在加速防冷冻剂(CPA)灌注和/或扩散到生物样品中的温度下引起粘度改变。在另一示例中，粘度改变装置104可用来在冷却开始之前或在对要冷冻保存的样品施加冷却的同时引起粘度改变。在另一示例中，粘度改变装置104可用来在样品的玻璃化转变温度下(或低于该温度)引起冷却样品(其可或可不经由冷冻保存来冷却)中的粘度改变。可(连续地或间歇地)使用粘度改变装置104，直到样品温度升高到高于样品的凝固点。本发明的设备利用冷冻保存介质的非牛顿流体特性来调节(即，增加(经由剪切增稠)或减小(经由剪切稀化))冷冻保存介质的粘度，以便适合于冷冻保存过程的阶段。因为防冷冻剂(CPA)胶体溶液最初可花费许多分钟来灌注和/或扩散到器官组织中，减小冷冻保存介质的粘度可为有利的。引起粘度(即，防冷冻剂胶体溶液或冷冻保存介质的粘度)上的减小可减小灌注时间。因为CPA毒性是依赖时间的，在灌注状态期间总毒性随减小的灌注时间减小。

[0067] 增加冷冻保存介质的粘度可有利地用来在冷却到低于水的凝固点的温度的同时防止在样品中形成冰晶，从而基本上或完全地消除冰晶的生长。该粘度调节的影响在升温周期期间同样重要，因为以增加的粘度加热防止或至少基本上减小在冷冻保存过程的该阶段冰结晶的机会。冷冻保存介质的粘度的修改可通过施加外部应力以引起非牛顿特性来实现。引起非牛顿特性可通过剪切增稠或剪切稀化、通过声音增稠或声音稀化，或通过电磁场增稠或稀化(例如磁稀化或增稠)来实现。一些优选的非牛顿流体在暴露于低频应力时经受粘度上的减小，且响应于高频应力来经受粘度上的增加。

[0068] 剪切力可例如通过摇晃(振动)、搅拌(搅动)，压力波或其它机械手段来施加。例如，可通过将杆浸入冷冻保存介质中且然后旋转该杆来向圆柱形容器中的冷冻保存介质中的生物样品施加剪切力。其中可向样品施加剪切力的构造的另一示例将涉及将生物样品放置在两个平行板之间的冷冻保存介质中，其中这些板中的一个或两个相对于另一个平行移动。剪切增稠是非牛顿行为，其中流体的粘度在向流体施加应力时增加。剪切稀化是其粘度在剪切应力下减小的流体的非牛顿行为。经受剪切稀化或剪切增稠的流体可为溶液或悬浮液，例如胶体悬浮液。例如，剪切增稠流体冷冻保存介质可为包含细颗粒(诸如二氧化硅)的悬浮液、胶体溶液/悬浮液或溶液自身。该机理(即，冷冻保存的本发明的方法，其利用冷冻保存介质的非牛顿流体特性来提供基本上无冰的冷冻保存方法)不仅限于其中CPA掺有硬壳胶体(诸如硅、HES、淀粉、细胞、细胞成分、玻璃等)的系统。也可能掺有允许电磁场引起粘度改变、声音和/或光引起粘度改变的材料。该名单未穷举(exhaustive)。

[0069] 现在更详细地描述许多可能的粘度改变装置104。

[0070] 图2示出用于防止在冷冻保存过程期间形成冰晶的包括粘度改变装置204的设备200的示意图。除了设备200包括特定的粘度改变装置204之外，设备200与图1的设备100基本上相同。因此，相似的参考标号表示相同或类似的元件。例如，设备200包括温度控制装置
208、温度传感器209、控制电路206、功率供应部210和存储装置213，其与上文描述的元件
108、109、106、110和113相同或类似。因此，为了简洁起见，不再描述此类元件。

[0071] 在设备200中，粘度改变装置204为敲打装置。在实施例中，粘度改变装置204设在壳体202内或与壳体202成整体(如由壳体202和装置204周围的框所示出的)。在备选实施例中，壳体202可与装置204分离但在装置204附近(如由图2中的虚线框所示出的)。

[0072] 粘度改变装置204包括杆218和促动元件/促动装置216。杆218可固定地联接到促动元件216，或可释放地联接到促动元件216(或可与促动元件216分开)。促动元件216布置成将杆218反复升高和降低到与样品容器212中生物样品214的表面接近。促动元件216可联接到控制电路206，或可具有控制促动元件216和因此杆218的操作的专用控制电路。在图2的实施例中，样品容器212可为适合于包含生物样品的任何容器。例如，样品容器212可为冷冻小瓶、冷冻袋、微量离心管、医用小瓶、离心管等。样品容器212包含生物样品以及作为冷冻保存介质的非牛顿流体。样品容器212可具有开口(如在例如离心管的情况下)，当样品容器在壳体202中时可经由该开口接近样品容器内的生物样品。出于引起粘度上改变的目的，这可使粘度改变装置204的杆218能够插入样品容器212中。在实施例中，样品容器212可为密封的(如在例如冷冻袋的情况下)。在该情况下，杆218可与样品容器的表面进行接触。

[0073] 杆218用来在样品容器212的表面上、在样品容器212中生物样品214的表面上，或在位于生物样品214与杆218之间的中间元件上反复敲打。敲打动作引起生物样品214内非牛顿流体的剪切稀化或剪切增稠。如果流体的粘度随剪切速率增加而增加，流体是剪切增稠的。如果流体的粘度随剪切速率增加而减小，流体是剪切稀化的。在其中样品容器212是密封的情况下(例如，冷冻袋或封闭的管)，杆218可在样品容器212的表面上反复敲打，以引起生物样品214的粘度上的改变。在其中样品容器212具有开口的情况下，杆218可插入样品容器212中(如图2中示出的)，且可在生物样品214的表面上反复敲打，或可反复插入生物样品214中。杆218可降低到生物样品214的表面正下方，或可降低到生物样品214中达足以引起粘度上所需要的改变的量。如果装置204用来防止在升温/液化过程期间形成冰晶，杆218可不插入生物样品214中，直到生物样品至少部分地液化。在实施例中，中间元件(未在图2中示出)可放置在杆218与生物样品214之间。例如，薄膜可放置在生物样品214上方/之上，以防止杆218与生物样品214之间的直接接触。例如，如果存在污染/交叉污染的风险，这可为有用的。如果存在杆变得截留在冷冻保存介质内的风险，这可有用。在该情况下，杆218在中间元件(例如膜)上敲打，且由敲打引起的力经由中间元件传递到生物样品214。

[0074] 促动元件216用来控制杆218的移动，包括敲打的速率。杆218可从任何方向冲击生物样品214的表面/在生物样品214的表面上敲打。在实施例中，装置204可包括多个杆218，杆218可一致地工作或可单独地控制。多个杆218可都从相同方向或从不同方向或以不同角度冲击生物样品214或样品容器212。杆218可在不同的时间和/或以不同的速率冲击样品214/样品容器212。即，杆218可彼此同相或异相。促动元件216可引起该或每个杆218以适合于引起生物样品214内粘度上改变的速率敲打。例如，可引起该或每个杆218以从每秒100次(且包括)最多达每秒0.1次(且包括)的速率敲打。在特定实施例中，该或每个杆218可以以每秒3次的速率敲打。促动元件216可引起该或每个杆218以适合于引起生物样品214内粘度上改变的特定力敲打(即，施加特定力)。例如，可引起该或每个杆218施加从0.5N(且包括)最多达20N(且包括)的力。在特定实施例中，该或每个杆218可施加10N至13N之间的力。在特定实施例中，杆可施加与样品的体积相关的力。例如，杆208可施加每毫升1N与2N之间的力。
在实施例中，引起适合于防止冰晶形成的粘度上改变所需要的敲打速率和力可随温度变化。如上文提到的，每个杆218可由促动元件216控制以不同的速率/力敲打，且对于不同的样品、不同的过程(升温或冷却)或升温/冷却过程内的不同点，每个杆218可以以不同的速率/力敲打。

[0075] 该或每个杆218可为施加所需要的力来引起粘度改变的任何形状和尺寸。在特定实施例中，杆218可为圆柱形的。该或每个杆218可由任何材料形成。因为杆218可同生物样品214直接接触或插入生物样品214中，杆218可由将不改变生物样品214的强的(strong)、非反应性材料形成。例如，杆218可由铝、医学上认可的材料、医学上认可用于人造关节/人造肢体中的材料(例如钛)、玻璃纤维、塑料(例如聚丙烯或聚碳酸酯)、金属或金属合金形成。将理解的是，这是可能材料的未穷举的名单。在实施例中，杆218的整个长度可由非反应性材料形成。在备选实施例中，将与生物材料接触的杆218的至少一个区段可由非反应性材料形成。

[0076] 在实施例中，杆218可为活塞。在该情况下，杆218可紧密地装配在样品容器212内。活塞的促动可引起样品容器212中样品214上方的流体层被反复压缩和减压，使得样品214上方的压力改变。压力上的该改变可提供引起样品214的粘度上的改变所需要的力。将理解的是，杆218可采取任何形式以作用为样品容器212内的活塞。例如，杆218可为附接到盘的细杆，该盘可抵靠样品容器212中的流体层移动。样品容器212中的生物样品214与活塞之间的间隙可填充有气体以提供气体层。例如，间隙可填充有空气、氮气、二氧化碳、氩气或不与样品214反应的任何其它气体。样品容器212中的生物样品214与活塞之间的间隙可填充有液体以提供流体层。例如，间隙可填充有与生物样品214相比不那么稠密的液体，使得它位于样品容器212中生物样品上方。液体优选地不与样品214反应。例如，液体可为油。在实施例中，间隙可填充有气体和液体的组合。

[0077] 在其中敲打装置204插入生物样品214中的实施例中，敲打装置204的杆218可在生物样品214固化时保留在生物样品214内。因此，杆218可保留在生物样品214内。在该情况下，对于杆218可有利的是，可释放地联接到促动元件216，使得杆218可与促动元件216分开且样品容器212从壳体202去除。样品容器212可在杆218就位的情况下存储在长期存储装置(例如冷冻器)中。当包含于样品容器212内的样品升温/液化时，样品容器212可重新插入壳体202中且杆218可重新附接到促动元件216。这可使敲打装置能够在升温过程期间使用。

[0078] 图3示出用于防止在冷冻保存过程期间形成冰晶的包括粘度改变装置304的设备300的示意图。除了设备300包括特定的粘度改变装置304之外，设备300与图1的设备100基本上相同。因此，相似的参考标号表示相同或类似的元件。例如，设备300包括温度控制装置
308、温度传感器309、控制电路306、功率供应部310和存储装置313，其与上文描述的元件
108、109、106、110和113相同或类似。因此，为了简洁起见，不再描述此类元件。

[0079] 在设备300中，粘度改变装置304为旋转装置。在实施例中，粘度改变装置304设在壳体302内或与壳体302成整体(如由壳体302和装置304周围的框所示出的)。在备选实施例中，壳体302可与装置304分离但在装置304附近(如由图3中的虚线框所示出的)。

[0080] 粘度改变装置304包括杆318、桨320和促动元件/促动装置316。桨320设在杆318的一端处。如图3中示出的，桨320可插入生物样品314中。杆318的相反端可固定地联接到促动元件316，或可释放地联接到促动元件316(或可与促动元件316分开)。促动元件316布置成使杆318旋转，且从而使桨320在生物样品314内旋转。促动元件316可联接到控制电路306，或可具有控制促动元件316以及因此杆318和桨320的操作的专用控制电路。在图3的实施例中，样品容器312可为适合于包含生物样品的任何容器，其中容器具有用于插入桨320的开口。例如，样品容器312可为微量离心管、医用小瓶、离心管等。样品容器312包含生物样品以及作为冷冻保存介质的非牛顿流体。样品容器312具有开口，当样品容器在壳体302中时，可经由该开口接近样品容器内的生物样品。出于引起粘度上改变的目的，这可使粘度改变装置304的杆318和桨320能够插入样品容器312中。

[0081] 桨(或推进器)320用来搅拌样品容器312中的生物样品314。旋转动作引起生物样品314内非牛顿流体的剪切稀化或剪切增稠。如果流体的粘度随剪切速率增加而增加，流体是剪切增稠的。如果流体的粘度随剪切速率增加而减小，流体是剪切稀化的。桨320可部分地或完全地插入生物样品314中，或可插入生物样品314中达足以在桨320旋转时引起粘度上所需要的改变的量。如果装置304用来防止在升温过程期间形成冰晶，桨320可不插入生物样品314中，直到生物样品至少部分地升温/液化。因此，备选的粘度改变装置可用来防止在开始升温过程时形成冰晶，其不需要插入生物样品314中。

[0082] 促动元件316用来控制杆318和桨320的旋转，包括旋转速度。杆318和桨320可沿顺时针或逆时针方向旋转，或可能够切换方向。在实施例中，装置304可包括多个小杆318和桨320，其可一致地旋转或可单独地旋转。多个桨320可以以不同的速度和/或沿不同的方向旋转。促动元件316可引起该或每个桨320以适合于引起生物样品314内粘度上改变的速度旋转。例如，可引起该或每个桨320以从每秒100转(且包括)最多达每秒0.1转(且包括)的速度旋转。在特定实施例中，该或每个桨320可以以每秒3转的速度旋转。在实施例中，引起适合于防止冰晶形成的粘度上改变所需要的旋转速度可随温度变化。如上文提到的，每个桨320可由促动元件316控制以不同的速度旋转，且对于不同的样品、不同的过程(升温或冷却)或升温/冷却过程内的不同点，每个桨320可以以不同的速度旋转。

[0083] 该或每个桨320可为施加所需要的力来引起粘度改变的任何形状和尺寸。该或每个桨320可由任何材料形成。因为桨320(以及潜在地，杆318)插入生物样品314中，桨320(以及杆318的全部或部分)可由将不改变生物样品314的强的、非反应性材料形成。例如，桨320可由铝、医学上认可的材料、医学上认可用于人造关节/人造肢体中的材料(例如钛)、玻璃纤维、塑料(例如聚丙烯或聚碳酸酯)、金属或金属合金形成。将理解的是，这是可能材料的未穷举的名单。在实施例中，桨320的整体可由非反应性材料形成。在备选实施例中，插入生物样品中的桨320的至少一个区段可由非反应性材料形成。

[0084] 在实施例中，敲打装置304的桨320可在生物样品314固化时保留在生物样品314内。因此，桨320可保留在生物样品314内。在该情况下，对于杆318可有利的是，可释放地联接到促动元件316，使得杆318和因此桨320可与促动元件316分开且样品容器312从壳体302去除。在实施例中，桨320可释放地联接到杆318，使得当桨320截留在固化的冷却样品314内时，桨320可与杆318分开。这可使样品容器312能够从壳体302去除。样品容器312可在桨320(或桨320和杆318)就位的情况下存储在长期存储装置(例如冷冻器)中。当包含于样品容器312内的样品升温时，样品容器312可重新插入壳体302中且桨320可重新附接到杆318(或杆
318可重新附接到促动元件316)。这可使旋转桨装置能够在升温过程期间使用。

[0085] 可监测/记录在旋转期间的功率输入和桨320的旋转速度来确定在冷却或升温期间是否形成冰晶。例如，如果在冷却或升温期间使桨320旋转所需要的力或功率意外地增加，可确定在生物样品314中形成了冰晶。这可能是因为桨320在冰晶形成时可更多地‘滑动’，使得与冰晶不存在时相比，使桨320以相同的速度旋转要使用更多的功率。

[0086] 图4示出用于防止在冷冻保存过程期间形成冰晶的包括粘度改变装置404的设备400的示意图。除了设备400包括特定的粘度改变装置404之外，设备400与图1的设备100基本上相同。因此，相似的参考标号表示相同或类似的元件。例如，设备400包括温度控制装置
408、温度传感器409、控制电路406、功率供应部410和存储装置413，其与上文描述的元件
108、109、106、110和113相同或类似。因此，为了简洁起见，不再描述此类元件。

[0087] 在设备400中，粘度改变装置404为旋转装置。在实施例中，粘度改变装置404设在壳体402内或与壳体402成整体(如由壳体402和装置404周围的框所示出的)。在备选实施例中，壳体402可与装置404分离但在装置404附近(如由图4中的虚线框所示出的)。

[0088] 粘度改变装置404包括圆筒418和促动元件/促动装置416。圆筒418在一端处固定地或可释放地联接到促动元件416。如图4中示出的，圆筒418的相反端可插入生物样品414中。促动元件416布置成使圆筒418在生物样品414内转动/旋转。促动元件416可联接到控制电路406，或可具有控制促动元件416和因此圆筒418的操作的专用控制电路。在图4的实施例中，样品容器412可为适合于包含生物样品的任何容器，其中容器具有用于插入圆筒418的开口。例如，样品容器412可为微量离心管、医用小瓶、离心管等。样品容器412包含生物样品以及作为冷冻保存介质的非牛顿流体。样品容器412具有开口，当样品容器在壳体402中时，可经由该开口接近样品容器内的生物样品。出于引起粘度上改变的目的，这可使粘度改变装置404的圆筒418能够插入样品容器412中。

[0089] 圆筒418可在样品容器412中生物样品414内旋转。如图4中示出的，圆筒418和样品容器412以同心布置。生物样品418位于样品容器412的内表面与圆筒418之间的体积中。旋转动作引起生物样品414内非牛顿流体的剪切稀化或剪切增稠。如果流体的粘度随剪切速率增加而增加，流体是剪切增稠的。如果流体的粘度随剪切速率增加而减小，流体是剪切稀化的。圆筒418可部分地或完全地插入生物样品414中，或可插入生物样品414中达足以在圆筒418旋转时引起粘度上所需要的改变的量。

[0090] 在实施例中，样品容器412可联接到促动元件416，使得样品容器412自身可旋转。因此，可在样品容器412保持静态的同时旋转圆筒418，或可在圆筒418保持静态的同时旋转样品容器412，或可旋转样品容器412和圆筒418两者以引起剪切稀化或剪切增稠。在后者情况下，样品容器412可与圆筒418的旋转以相同或不同的速度和/或沿相同或相反的方向旋转。

[0091] 如果装置304用来防止在升温过程期间形成冰晶，桨320可不插入生物样品314中，直到生物样品至少部分地升温/液化。因此，备选的粘度改变装置可用来防止在开始升温过程时形成冰晶，其不需要插入生物样品314中。

[0092] 促动元件416用来控制圆筒418和/或样品容器412的旋转，包括旋转速度。圆筒418和样品容器412可沿顺时针或逆时针方向旋转，或可能够切换方向。促动元件416可引起样品容器412和/或圆筒418以适合于引起生物样品414内粘度上改变的速度旋转。例如，可引起样品容器412和/或圆筒418以从每秒100转(且包括)最多达每秒0.1转(且包括)的速度旋转。在实施例中，引起适合于防止冰晶形成的粘度上改变所需要的旋转速度可随温度变化。如上文提到的，对于不同的样品、不同的过程(升温或冷却)或升温/冷却过程内的不同点，样品容器412和/或圆筒418可由促动元件416控制以不同的速度旋转。

[0093] 圆筒418和/或样品容器412(其与生物样品414接触)的内表面可由任何材料形成，优选为将不改变生物样品414或不与生物样品414反应的非反应性材料。例如，圆筒418和样品容器412的至少内表面可由铝、医学上认可的材料、医学上认可用于人造关节/人造肢体中的材料(例如钛、氧化钛)、玻璃纤维、塑料(例如聚丙烯或聚碳酸酯)、金属或金属合金形成。将理解的是，这是可能材料的未穷举的名单。在实施例中，接触样品414的圆筒418的表面和样品容器412的内表面可粗糙化以减小滑动。

[0094] 在实施例中，旋转装置404的圆筒418可在生物样品414冷却时保留在生物样品414内。因此，圆筒418可保留在固化的生物样品414内。在该情况下，对于圆筒418可有利的是，可释放地联接到促动元件416，使得圆筒418可与促动元件416分开且样品容器412从壳体402去除。样品容器412可在圆筒418就位的情况下存储在长期存储装置(例如冷冻器)中。当包含于样品容器412内的样品升温/液化时，样品容器412可重新插入壳体402中且圆筒418可重新附接到促动元件316。这可使旋转装置能够在升温过程期间使用。

[0095] 可监测/记录在旋转期间的功率输入和圆筒418的旋转速度来确定在冷却或升温期间是否形成冰晶。例如，如果在冷却或升温期间使圆筒418旋转所需要的力或功率意外地增加，可确定在生物样品414中形成了冰晶。这可能是因为圆筒418和/或样品容器412在冰晶形成时可更多地‘滑动’，使得与冰晶不存在时相比，使圆筒418和/或样品容器412以相同的速度旋转要使用更多的功率。

[0096] 图5示出用于防止在冷冻保存过程期间形成冰晶的包括粘度改变装置504的设备500的示意图。除了设备500包括特定的粘度改变装置504之外，设备500与图1的设备100基本上相同。因此，相似的参考标号表示相同或类似的元件。例如，设备500包括温度控制装置
508、温度传感器509、控制电路506、功率供应部510和存储装置513，其与上文描述的元件
108、109、106、110和113相同或类似。因此，为了简洁起见，不再描述此类元件。

[0097] 在设备500中，粘度改变装置504为滚动装置。在实施例中，粘度改变装置504设在壳体502内或与壳体502成整体。粘度改变装置504包括至少一个导轨或导杆516以及滚子514。导轨516可在每端处固定地联接到壳体502，或可释放地联接到壳体502(或可与壳体
502分开)。滚子514联接到导轨516，使得滚子514能够旋转且横跨样品容器512的表面移动。
如图5中示出的，样品容器512可放置在壳体502中，使得滚子514与样品容器512的表面进行接触。滚子516能够横跨样品容器512的表面滚动，且这样做时，滚子516压缩样品容器512。
滚子514可联接到促动元件(未示出)，该促动元件控制滚子514的运动(即，速度和移动方向)。促动元件可联接到控制电路506，或可具有控制促动元件和因此滚子514的操作的专用控制电路。

[0098] 在图5的实施例中，样品容器512可为适合于包含生物样品且滚子514可在其上滚动的任何容器。因此，样品容器512可为可延展的容器，诸如冷冻袋或血袋。样品容器512包含生物样品以及作为冷冻保存介质的非牛顿流体。滚子514横跨样品容器512的表面的全部或部分反复滚动。滚动动作引起生物样品的压缩，其引起生物样品内非牛顿流体的剪切稀化或剪切增稠。如果流体的粘度随剪切速率增加而增加，流体是剪切增稠的。如果流体的粘度随剪切速率增加而减小，流体是剪切稀化的。

[0099] 促动元件(未示出)用来控制滚子514的移动，包括旋转速率或滚子从杆516的一端移动到另一端所处的速度。促动元件可引起滚子514以适合于引起生物样品内粘度上改变的旋转速率或速度横跨样品容器512滚动。例如，滚子514可以以每秒一个周期的速度横跨样品容器512来回地移动。滚子514和杆516在壳体502内的高度/位置可为可调整的(手动或自动)，使得可在壳体50内使用任何尺寸的样品容器512，和/或使得可调整由滚子514施加的压缩力。例如，这可使由滚子514施加的力能够调整成从0.5N(且包括)最多达20N(且包括)。在特定实施例中，滚子514可施加10N至13N之间的力。在特定实施例中，滚子514可施加与样品的体积/样品容器512的尺寸相关的力。例如，滚子514可施加每毫升1N与2N之间的力。在实施例中，引起适合于防止冰晶形成的粘度上改变所需要的移动速度和/或力可随温度变化。因此，对于不同的样品、不同的过程(升温或冷却)或升温/冷却过程内的不同点，滚子514可由促动元件控制以不同的速率移动(或施加不同的力)。

[0100] 图6示出用于防止在冷冻保存过程期间形成冰晶的包括粘度改变装置604的设备600的示意图。除了设备600包括特定的粘度改变装置604之外，设备600与图1的设备100基本上相同。因此，相似的参考标号表示相同或类似的元件。例如，设备600包括温度控制装置
608、温度传感器609、控制电路606、功率供应部610和存储装置613，其与上文描述的元件
108、109、106、110和113相同或类似。因此，为了简洁起见，不再描述此类元件。

[0101] 在设备600中，粘度改变装置604为压缩装置。在实施例中，粘度改变装置604设在壳体602内或与壳体602成整体。粘度改变装置604包括第一板614、第二板618和促动元件616。如图6中示出的，样品容器612可放置在壳体602中，在第一板614与第二板618之间的空间中。第一板614和第二板618中的一个或两个可朝彼此移动，以便压缩样品容器612。第一板614和第二板618可以以摇动(rock)运动来移动，使得样品容器612区段地压缩。第一板
614和/或第二板618联接到促动元件616，促动元件616控制板的运动。促动元件616可联接到控制电路606，或可具有控制促动元件和因此板614/618的操作的专用控制电路。

[0102] 在图6的实施例中，样品容器612可为适合于包含生物样品且可压缩的任何容器。因此，样品容器612可为可延展的容器，诸如冷冻袋或血袋。样品容器612包含生物样品以及作为冷冻保存介质的非牛顿流体。板614和板618中的一个或两个在样品容器612的表面的全部或部分上摇动。图6示出板614和618可如何相对于彼此移动来压缩样品容器612。摇动动作引起生物样品的压缩，其引起生物样品内非牛顿流体的剪切稀化或剪切增稠。如果流体的粘度随剪切速率增加而增加，流体是剪切增稠的。如果流体的粘度随剪切速率增加而减小，流体是剪切稀化的。

[0103] 促动元件用来控制第一板614和/或第二板618的移动，包括移动速率、移动量和施加在样品容器612上的力。促动元件616可引起板614、618以适合于引起生物样品内粘度上改变的速率和力来压缩样品容器612。例如，由板614、618施加的力可为从0.5N(且包括)最多达20N(且包括)的任一者(anything)。在特定实施例中，板614、618可施加与样品的体积/样品容器612的尺寸相关的力，例如每毫升1N与2N之间。在实施例中，引起适合于防止冰晶形成的粘度上改变所需要的移动速度和/或力可随温度变化。因此，对于不同的样品、不同的过程(升温或冷却)或升温/冷却过程内的不同点，板614、618可由促动元件以不同的速度移动(或施加不同的力)。

[0104] 在图2至图6中示出的设备的实施例中，温度控制装置可完全地或部分地设在粘度改变装置内。例如，在设备200的实施例中，温度控制装置208或温度控制装置208的一部分可并入粘度改变装置204的杆218内。这可使杆218能够引起生物样品的粘度上的改变且改变生物样品的温度。在其中杆218在冷冻保存过程期间变得截留在冷却、固化的生物样品214内的实施例中，这可特别有用。在该场景下，杆218内的温度控制装置可能够从样品内加热生物样品(在需要时)，且杆218可能够移动来执行敲打过程，与在外部应用升温过程时相比更快地引起粘度上的改变。类似地，桨320、圆筒418、滚子514、板614和/或板618可包括温度控制装置20，使得生物样品可通过粘度改变装置至少部分地冷却/升温。

[0105] 图7示出用于防止在冷冻保存过程期间形成冰晶的包括粘度改变装置704的设备700的示意图。除了设备700包括特定的粘度改变装置704之外，设备700与图1的设备100基本上相同。因此，相似的参考标号表示相同或类似的元件。例如，设备700包括温度控制装置
708、温度传感器709、控制电路706、功率供应部710和存储装置713，其与上文描述的元件
108、109、106、110和113相同或类似。因此，为了简洁起见，不再描述此类元件。

[0106] 在设备700中，粘度改变装置704为声音生成装置。在实施例中，粘度改变装置704设在壳体702内或与壳体702成整体。在实施例中，如图7中示出的，声音生成装置704设在壳体702附近。声音生成装置704产生特定频率下的声波，其能够引起生物样品内粘度上的改变。例如，声音生成装置704可生成具有特定频率和幅度的超声波，当声波通过生物样品时，该超声波引起粘度改变。声音生成装置704可联接到控制电路706，以控制所生成的波的频率和幅度。本发明的该实施例的优点在于，技术可供任何类型的样品容器712使用。

[0107] 在图7的实施例中，样品容器712可为适合于包含生物样品714的任何容器。例如，样品容器712可为冷冻小瓶、冷冻袋、微量离心管、医用小瓶、离心管等。样品容器712包含生物样品以及作为冷冻保存介质的非牛顿流体。由声音生成装置704生成的声波引起生物样品内非牛顿流体的剪切稀化或剪切增稠。如果流体的粘度随剪切速率增加而增加，流体是剪切增稠的。如果流体的粘度随剪切速率增加而减小，流体是剪切稀化的。

[0108] 图8示出用于防止在冷冻保存过程期间形成冰晶的包括粘度改变装置804的设备800的示意图。除了设备800包括特定的粘度改变装置804之外，设备800与图1的设备100基本上相同。因此，相似的参考标号表示相同或类似的元件。例如，设备800包括温度控制装置
808、温度传感器809、控制电路806、功率供应部810和存储装置813，其与上文描述的元件
108、109、106、110和113相同或类似。因此，为了简洁起见，不再描述此类元件。

[0109] 在设备800中，粘度改变装置804为磁场生成装置。在实施例中，粘度改变装置804设在壳体802内或与壳体802成整体。在实施例中，如图8中示出的，磁场生成装置804设在壳体802附近。装置804产生磁场或电磁场，该磁场或电磁场具有能够引起生物样品内粘度上改变的场强度。装置804可包括磁体或电磁体，该磁体或电磁体设成与壳体802接近或在壳体802周围。磁或电磁场强度可由装置804来变化，以确保引起所需要的粘度。装置804可联接到控制电路806，以控制所生成的波的频率和幅度。本发明的该实施例的优点在于，技术可供任何类型的样品容器812使用。

[0110] 在图8的实施例中，样品容器812可为适合于包含生物样品814的任何容器。例如，样品容器812可为冷冻小瓶、冷冻袋、微量离心管、医用小瓶、离心管等。样品容器812包含生物样品以及作为冷冻保存介质的非牛顿流体。冷冻保存介质可含铁或另外可受磁或电磁场影响。由装置804生成的场引起生物样品内非牛顿流体的剪切稀化或剪切增稠。如果流体的粘度随剪切速率增加而增加，流体是剪切增稠的。如果流体的粘度随剪切速率增加而减小，流体是剪切稀化的。

[0111] 本技术的实施例还提供一种携带代码的非暂时性数据载体，该代码在处理器上实施时引起处理器执行本文中描述的方法。

[0112] 技术还提供处理器控制代码以实施上文描述的方法(例如在通用计算机系统上或在数字信号处理器(DSP)上)。技术还提供携带处理器控制代码的载体以在运行时实施上文方法中的任一个，特别是在非暂时性数据载体上或在非暂时性计算机可读介质(诸如盘、微处理器、CD-或DVD-ROM、诸如只读存储器(固件)的编程的存储器)上或在诸如光或电信号载体的数据载体上。代码可设在(非暂时性)载体上，诸如盘、微处理器、CD-或DVD-ROM、编程的存储器，诸如非易失性存储器(例如闪存)或只读存储器(固件)。实施技术的实施例的代码(和/或数据)可包括：按诸如C的常规编程语言(解释或编译)的源代码、目标代码或可执行代码；或汇编代码，用于设置或控制ASIC(专用集成电路)或FPGA(现场可编程门阵列)的代码；或关于硬件描述语言(诸如VerilogTM或VHDL(超高速集成电路硬件描述语言))的代码。如技术人员将了解的，此类代码和/或数据可分布在彼此通信的多个联接的构件之间。技术可包括控制器，该控制器包括微处理器、工作存储器和程序存储器，其联接到系统的构件中的一个或多个。

[0113] 用于执行用于上文描述技术的操作的计算机程序代码可按一种或多种编程语言的任何组合来编写，包括面向对象的编程语言和常规的程序编程语言。代码构件可体现为程序、方法等，且可包括子构件，该子构件可采取从本地指令集的直接机器指令到高级别的编译或解释语言构造的抽象级别中任一个处的指令或指令序列的形式。

[0114] 对本领域技术人员还将清楚的是，根据本技术的优选实施例的逻辑方法的全部或部分可适当地(suitably)体现在包括执行上文描述方法的步骤的逻辑元件的逻辑设备中，且此类逻辑元件可包括诸如逻辑门(例如在可编程逻辑阵列或专用集成电路中)的构件。此类逻辑布置还可体现在用于使用例如虚拟硬件描述符语言(其可使用固定的或可传输的载体介质来存储和传输)来临时地或持久地在此类阵列或电路中建立逻辑结构的使能元件中。

[0115] 在实施例中，本技术可以以其上具有功能性数据的数据载体的形式来实现，所述功能性数据包括功能性计算机数据结构，以在加载到计算机系统或网络中且从而对其操作时使所述计算机系统能够执行上文描述方法的所有步骤。

[0116] 本领域技术人员将了解，虽然上文描述了被认为是最佳模式以及在适合的情况下执行本技术的其它模式的内容，本技术不应限于在优选实施例的该描述中公开的特定构造和方法。本领域技术人员将认识到，本技术具有广泛的应用范围，且在不脱离如所附权利要求书中限定的任何发明构思的情况下，实施例可采取各种各样的修改。

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冷冻保存设备和方法

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