ES3052808T3

ES3052808T3 - Devices for automated sample thawing

Info

Publication number: ES3052808T3
Application number: ES15793552T
Authority: ES
Inventors: Brian Schryver; David Shannon
Original assignee: Biolife Solutions Inc
Current assignee: Biolife Solutions Inc
Priority date: 2014-05-16
Filing date: 2015-05-14
Publication date: 2026-01-14
Anticipated expiration: 2035-05-14
Also published as: EP3142533A4; WO2015175819A1; SG11201609446TA; US20210227632A1; US10917941B2; EP4623769A3; US12615697B2; CA2949165C; CA2949165A1; KR20170010790A; JP6661616B2; EP3142533A1; CN106455862B; CN117288555A; JP2017526375A; US10555374B2; CN106455862A; EP3142533B1; CA3276128A1; US20150334774A1

Abstract

La presente invención se refiere en general a la descongelación de una muestra criogénica. Los sistemas, dispositivos y métodos pueden utilizarse para calentar un portamuestras, configurado para alojar un recipiente que contiene la muestra congelada. El tiempo de inicio de la descongelación de la muestra puede determinarse midiendo la temperatura del recipiente o de la muestra. El tiempo de finalización de la descongelación puede calcularse en función del tiempo de inicio de la descongelación. En algunas implementaciones, el mismo tiempo de inicio de la descongelación puede determinarse mediante un cambio significativo en la primera derivada de la curva de calentamiento de las mediciones de temperatura registradas. El tiempo de finalización de la muestra puede calcularse sumando una constante al tiempo de inicio de la descongelación. La constante puede ser el tiempo promedio de descongelación de la muestra por recipiente. (Traducción automática con Google Translate, sin valor legal)

Description

[0001] DESCRIPCIÓN

[0003] Dispositivos para descongelación automatizada de muestras

[0005] Antecedentes de la invención

[0007] Como se especifica mediante las reivindicaciones, la presente invención se relaciona en general con la conservación criogénica de células y más específicamente con dispositivos para la recuperación de células y tejidos conservados criogénicamente.

[0009] La conservación criogénica de células en suspensión es una técnica bien establecida y aceptada para el almacenamiento y recuperación de archivos a largo plazo de células vivas. Como un método general, las células se suspenden en un medio de crioconservación que típicamente incluye soluciones salinas, tampones, nutrientes, factores de crecimiento, proteínas y crioconservantes. Las células luego se distribuyen a contenedores de almacenamiento de archivo del tamaño y volumen deseados y los contenedores luego se reducen en temperatura hasta que los contenidos de contenedor se congelan. Las condiciones típicas de archivo a largo plazo incluyen el almacenamiento en vapor de nitrógeno líquido donde las temperaturas típicamente están entre -196 y -150 grados Celsius.

[0011] La recuperación exitosa de células vivas conservadas mediante tales métodos puede ser dependiente de minimizar el crecimiento dañino de cristales de hielo en la región intracelular durante tanto los procesos de congelación como descongelación. Se han hecho algunos avances para reducir el crecimiento de cristales de hielo intracelulares durante el proceso de congelación. Por ejemplo, el crecimiento de cristales de hielo intracelulares se puede reducir agregando un compuesto crioprotector a los tejidos o a la solución de suspensión celular que inhibe la nucleación y el crecimiento de cristales de hielo tanto a nivel extracelular como intracelular. Adicionalmente, el crecimiento del hielo intracelular se puede controlar a través de la gestión de la tasa de reducción de temperatura de muestra. Durante el proceso de congelación, la formación de cristales de hielo extracelulares excluirá solutos y células de la estructura de cristal de hielo en desarrollo concentrando de esa manera los solutos y las células en la fase líquida restante. El aumento en la concentración de soluto establecerá un potencial osmótico que promoverá la deshidratación de las células mientras que, permite tiempo para que los crioprotectores permeables a membrana celular se equilibren en concentración dentro del volumen intracelular. A medida que avanza el proceso de congelación, se alcanzará una temperatura en la cual la alta concentración de soluto se solidificará en un estado vítreo con un tamaño mínimo de núcleos de cristales de hielo dentro del volumen intracelular. Luego se reduce además en temperatura la suspensión celular en estado sólido hasta que se alcanza la temperatura de almacenamiento criogénico. A esta temperatura la actividad molecular se reduce lo suficiente como para que las células puedan almacenarse indefinidamente. Para una recuperación celular óptima después del almacenamiento criogénico, la tasa de reducción de temperatura durante el proceso de congelación debe caer dentro de un rango de valores. Si la tasa de reducción de temperatura es demasiado rápida, las células pueden congelarse antes de que el nivel de agua intracelular se haya reducido lo suficiente, promoviendo de esa manera el crecimiento de cristales de hielo intracelulares. Si la tasa de reducción de temperatura es demasiado lenta, las células pueden deshidratarse excesivamente y la concentración de soluto extracelular puede volverse demasiado alta, llevando ambos casos a daño de estructuras celulares críticas. Por esta razón, la tasa de reducción de temperatura durante el proceso de congelación típicamente está controlada. Por ejemplo, un método para controlar la tasa de reducción de temperatura incluye rodear la muestra con un material aislante y colocar el ensamblaje en un entorno de temperatura estática, mientras que, otro método incluye colocar el contenedor de muestra expuesto en una cámara de aislamiento en la cual la temperatura interior se reduce a una tasa controlada.

[0013] Retornar la muestra del estado de archivo criogénico involucra descongelar la muestra hasta un estado completamente líquido. El documento WO2013/126379A1 describe un dispositivo y método para descongelar material biológico congelado, en donde los compartimentos del dispositivo de descongelación están revestidos con un material compresible que tiene alta conducción de calor. Durante el proceso de descongelación, de nuevo la tasa de cambio de temperatura puede influir en la viabilidad de las células conservadas criogénicamente. Los contenidos sólidos de los recipientes de almacenamiento de muestras contienen grandes islas de agua cristalizada que están intercaladas por canales de solutos acuosos en estado vítreo entremezclados con pequeños núcleos de cristales de hielo. Durante la transición desde la temperatura de almacenamiento criogénico hasta la conclusión del cambio de fase a un estado completamente líquido, hay una oportunidad de regestión de las moléculas de agua dentro de la muestra incluyendo una extensión termodinámicamente favorecida de los pequeños núcleos de hielo dentro de las células. Como el crecimiento de los cristales de hielo intracelulares tiene un potencial asociado de daño celular, y como el grado de crecimiento de cristales es un fenómeno dependiente del tiempo, es deseable minimizar el intervalo de tiempo de la transición a través del cambio de fase. Típicamente se logra una rápida tasa de respuesta en la temperatura de recipiente de muestra mediante la sumersión parcial del recipiente en un baño de agua ajustado a una temperatura de aproximadamente 37 grados Celsius. Aunque se puede lograr una tasa de descongelación más rápida aumentando la temperatura del baño, la sumersión del recipiente en el baño establecerá gradientes de temperatura dentro del recipiente estando las temperaturas más altas ubicadas en la pared de recipiente. Como resultado, se producirán estados termodinámicos transitorios en donde la temperatura de la mezcla líquido-sólido excederá la temperatura de fusión incluso aunque esté presente material congelado en estrecha proximidad. El gradiente de temperatura intrarrecipiente por lo tanto coloca un límite superior en la temperatura de baño. Además, como los crioprotectores comunes tienen una influencia tóxica conocida sobre las células, la exposición diferencial de las células en el estado líquido con respecto al tiempo la temperatura permite una variación en la viabilidad de las células tras la compleción del proceso de descongelación. Como el efecto tóxico de los crioprotectores se mejora a temperaturas elevadas, es deseable una temperatura de líquido más baja. Por esta razón, los protocolos de descongelación comunes típicamente incluyen una fase de descongelación rápida que se termina cuando todavía queda una pequeña cantidad de material sólido en el contenedor de muestra. Después del retiro del baño de agua, la temperatura de muestra se equilibrará rápidamente a una temperatura que esté cercana a la temperatura de cambio de fase. Los protocolos de descongelación típicamente buscan minimizar la duración en la cual la muestra descongelada se mantiene en un estado donde el crioprotector está concentrado, y las etapas subsecuentes para diluir la muestra o intercambiar los medios de crioconservación por medios de cultivo se aplican comúnmente en un intervalo lo más breve posible. Como los métodos y soluciones actuales para la descongelación de muestras criogénicas en viales de muestra dependen de la metodología, los protocolos y el equipo que difieren sobre una base de individuo, no está disponible ningún método actual mediante el cual el proceso de descongelación de viales pueda estandarizarse a través de la comunidad académica o clínica. Por consiguiente, pueden desearse mejoras.

[0015] Resumen

[0017] La materia objeto debe entenderse mediante referencia a las porciones apropiadas de toda la especificación de esta patente, cualquiera o todos los dibujos y cada reivindicación. Como se especifica mediante las reivindicaciones, la invención proporciona un dispositivo para la conversión de un estado sólido a estado líquido de una muestra criogénica contenida en un recipiente.

[0019] Para descongelar células, la práctica convencional es calentar las células rápidamente en un baño de agua tibia (por ejemplo, 37 grados C) hasta aproximadamente el punto en el cual el último trozo de hielo esté a punto de derretirse y luego diluir las células lentamente en un medio de crecimiento. Si se permite que la muestra se caliente demasiado, las células pueden comenzar a metabolizarse y ser envenenadas por el DMSO (dimetilsulfóxido) que se usa en el proceso de congelación. Generalmente, la descongelación de células y tejido conservados criogénicamente es realizada por técnicos de laboratorio y el protocolo aplicado no solo puede variar entre cada técnico de laboratorio, sino que también puede ser dependiente de la técnica. La compleción de la descongelación de muestra generalmente es juzgada subjetivamente por cada técnico individual y puede dar como resultado una variación en la tasa de descongelación o en muestras que se hayan dejado calentar demasiado. Aunque es teóricamente posible lograr un perfil de descongelación repetible usando un baño y control manual de la inserción de vial, la variación esperada tanto en la técnica como en el grado de cumplimiento de protocolo, en particular combinada con el requisito de retirar frecuentemente el vial del baño para monitorizar el estado de descongelación, hace que la desviación del perfil estándar sea casi una certeza. El retiro del vial del baño interrumpe la transferencia de energía térmica del agua de baño al vial y la evaluación visual del estado de descongelación a menudo es difícil y puede complicarse por la presencia de etiquetas de vial y superficies de escritura impresas que se proporcionan como características integradas del producto de vial. Los baños de agua adicionales también son una fuente de contaminación y la sumersión inadvertida de la unión de cuerpo-tapa de vial puede dar como resultado la introducción de líquido de baño en los contenidos de vial durante el retiro de la tapa de vial.

[0021] Los sistemas, dispositivos y métodos que proporcionan una descongelación de muestras simplificada, automatizada y/o más consistente pueden ser ventajosos y pueden aumentar la recuperación de células. Además, un dispositivo que funciona de manera autónoma en combinación con una metodología que se configura y se realiza fácilmente puede proporcionar una manera mediante la cual se puede integrar un proceso de descongelación estándar a través de las comunidades académicas y/o clínicas, eliminando de esa manera una fuente de variación en los resultados experimentales y los resultados terapéuticos. Los dispositivos y métodos que proporcionarán automatización y estandarización del proceso de descongelación de viales de muestra pueden resolver múltiples obstáculos en la ejecución de este logro. Las realizaciones de la presente invención pueden abordar una o más de estas cuestiones. Para replicar un proceso de descongelación en el cual la fase de calentamiento finaliza después de una descongelación sustancial (por ejemplo, mientras una pequeña porción de la muestra todavía está en la fase sólida o cuando la muestra completa sustancialmente el cambio de fase de sólido a líquido), un sistema de descongelación puede usar uno o más sensores y/o algoritmos de descongelación para predecir diversas etapas del proceso de descongelación. En algunas realizaciones, como hay un rango de susceptibilidad a los efectos combinados del crecimiento de cristales de hielo intracelulares durante la descongelación, exposición a crioprotectores y elevación de temperatura de estado líquido durante el proceso de descongelación, la obtención de un estado de recuperación consistente para un tipo de célula o mezcla de células dados puede ser dependiente de un control estrecho del perfil de aumento de temperatura de descongelación con respecto al tiempo.

[0023] Se describen sistemas y métodos (no de acuerdo con la invención) para descongelar muestras bajo condiciones consistentes y uniformes. Como se especifica mediante las reivindicaciones, la invención proporciona un dispositivo para la conversión de un estado sólido a estado líquido de una muestra criogénica contenida en un recipiente. Como las muestras almacenadas bajo temperaturas criogénicas a menudo estarán en una ubicación que está alejada del calentador en el cual se realizarán las operaciones de recuperación, se debe establecer un sistema para regular la temperatura de la muestra durante el transporte para garantizar que la muestra no comience a descongelarse prematuramente o pase un intervalo innecesariamente largo a temperaturas superiores a -75°C. Aunque idealmente la temperatura de una muestra en el intervalo de tiempo entre la recuperación del almacenamiento criogénico y el inicio del proceso de descongelación debe mantenerse por debajo de la temperatura de transición vítrea del fluido de almacenamiento criogénico (aproximadamente -150°C), sin embargo, para un número de cultivos celulares, se puede utilizar un intervalo de almacenamiento temporal en el rango de temperatura de -150°C a -75°C durante al menos varios días sin una disminución detectable en la viabilidad celular tras la recuperación y el cultivo. Para tales muestras, se aplica fácilmente una temperatura de transporte y retención temporal de aproximadamente -75°C ya que la temperatura coincide con la temperatura de cambio de fase de dióxido de carbono sólido que puede usarse como un refrigerante. Para muestras más sensibles a temperatura, se puede obtener una temperatura de transporte y almacenamiento temporal de aproximadamente -195°C usando nitrógeno líquido como un refrigerante. Un sistema puede incluir un contenedor para un vial de muestra que permitirá el equilibrio térmico de la muestra a una temperatura en o por debajo de -75°C. El sistema también puede incluir un contenedor para el recipiente de muestra para contener y descongelar una muestra. En algunas realizaciones, una superficie de contacto del soporte de muestra (de aquí en adelante denominada como un "bloque de calentamiento") que está en contacto físico con la superficie exterior del recipiente de muestra puede calentarse a una temperatura constante (por ejemplo, 37°C). Un microprocesador está acoplado con el soporte de contenedor de muestra y el procesador usa un modelo de descongelación predictiva para identificar un tiempo de finalización del proceso de descongelación de muestra. El modelo predictivo de descongelación identifica un tiempo de compleción de descongelación basado en parte en el tiempo de partida del proceso de descongelación. En algunas realizaciones, el tiempo de compleción de descongelación puede obtenerse a partir de un tiempo de descongelación promedio predeterminado para un formato de contenedor de muestra particular que contiene una carga útil de volumen de muestra particular para una temperatura de calentamiento particular, como mediante el uso de referencia a una tabla de datos de búsqueda derivada de valores experimentales. En otras realizaciones, la presente invención puede recibir datos de un sensor de temperatura que descansa en contacto con la superficie exterior del recipiente de muestra, y puede determinar el comienzo de la conversión de fase sólida a líquida de muestra con base en los datos de temperatura, y en combinación con un intervalo de conversión de fase que se deriva experimentalmente para una masa de muestra y configuración de vial equivalentes, predecir el tiempo en el cual la conversión de cambio de fase se completará o estará cerca de la compleción. En otras realizaciones, el tiempo de compleción de descongelación puede determinarse completamente a través de un cálculo predictivo basado en el análisis de datos recibidos de un sensor de temperatura que está acoplado operativamente con el recipiente de muestra (por ejemplo, en contacto directo con la superficie exterior, a través del uso de un sensor infrarrojo sin contacto o similar). En otras realizaciones, la aproximación del final del intervalo de cambio de fase será detectada por una señal de ruido en el flujo de datos derivada del movimiento aleatorio del remanente de fase sólida en el vial como se detecta por un sensor de temperatura que está acoplado operativamente con el recipiente de muestra. En algunas realizaciones, el sensor de temperatura de superficie exterior de vial está en contacto con el lado del recipiente mientras que, en otras realizaciones, el sensor está en contacto con la superficie inferior del recipiente. En otras realizaciones, la temperatura de los contenidos de recipiente de muestra se medirá mediante un sensor que está centrado físicamente en el interior del recipiente y está aislado de los contenidos por una cubierta de material que es una extensión continua del exterior de recipiente. En algunas realizaciones, el sensor de superficie de vial externo puede ser un componente del dispositivo de descongelación, mientras que, en otras realizaciones, que no forman parte de la presente invención, el sensor puede ser un componente del recipiente. Cuando el sensor es un componente del recipiente de muestra, el sensor puede incluir una conexión (por ejemplo, conexión eléctrica, de radio u óptica) al dispositivo de descongelación mediante el cual se pueden intercambiar datos. En algunas realizaciones, el flujo de datos puede comprender exclusivamente datos termométricos mientras que, en otras realizaciones, el flujo de datos puede comprender información adicional tal como, pero no se limita a, información de rastreo de recipiente, historial y composición de contenidos de viales e historial de cadena de custodia. En algunas realizaciones, los sensores de temperatura pueden ser termopares, termistores y sensores de resistencia, mientras que, en otras realizaciones, la temperatura de vial puede detectarse mediante un detector de temperatura infrarrojo sin contacto.

[0025] Algunas realizaciones pueden comprender uno o más transductores de temperatura mediante los cuales se puede monitorizar la temperatura del bloque de calentamiento. En algunas realizaciones, la temperatura del bloque de calentamiento está controlada por un microprocesador que recibe retroalimentación de señal de temperatura de los transductores de temperatura de bloque de calentamiento. El sistema puede incluir uno o más transductores para registrar una o más temperaturas de la muestra y/o del contenedor de muestra. En algunas realizaciones, se pueden proporcionar uno o más transductores para medir y/o registrar la temperatura de la superficie exterior del contenedor de muestra. En algunas realizaciones, se pueden proporcionar uno o más transductores para medir y/o registrar la temperatura de la muestra.

[0026] En algunos casos, el sistema (no de acuerdo con la invención) puede tener una interfaz de usuario y puede recibir una entrada de usuario a través de la interfaz de usuario antes de registrar las temperaturas de la muestra y/o del contenedor de muestra. Alternativamente, el sistema puede activarse automáticamente para comenzar a registrar las temperaturas de la muestra y/o del contenedor de muestra después de que el contenedor de muestra se inserta en el soporte de muestra. En algunos casos, el sistema puede usar solamente el mecanismo de activación automática para señalar el comienzo del intervalo de descongelación. En algunos casos, el sistema puede usar el mecanismo de activación automática para señalar el comienzo del intervalo de descongelación, y en combinación con la señal de partida usar un valor de tiempo constante para determinar la compleción del proceso de descongelación. En otras realizaciones, se usa un análisis algorítmico de las mediciones de temperatura de la superficie exterior del contenedor de muestra para determinar el punto inicial y final del intervalo del cambio de fase sólida a líquida de muestra. El aumento de temperatura durante el intervalo donde la muestra está exclusivamente en una fase sólida se puede modelar mediante una ecuación de sistema concentrado lineal invariante en el tiempo en donde un valor de constante de tiempo controla la tasa de aumento de temperatura. En otras realizaciones, el inicio del intervalo de descongelación puede determinarse mediante el cálculo de la variable de constante de tiempo para una ecuación de sistema concentrado lineal invariante en el tiempo de tal manera que los valores de salida de temperatura de la ecuación se superpondrán a la porción de fase sólida de los datos de tiempo-temperatura recibidos del sensor de temperatura de superficie de vial, y usando un múltiplo del valor de constante de tiempo para indicar el tiempo del comienzo del cambio de fase sólida a líquida. En otras realizaciones, el sistema de descongelación automatizado puede usar una combinación de una señal de inserción de descongelación, un valor de tiempo y un análisis algorítmico de los datos de temperatura de superficie de contenedor de muestra para determinar el comienzo y el punto final del proceso de descongelación.

[0028] En algunas realizaciones, después de la recuperación del sistema de almacenamiento criogénico, se permite que la temperatura del vial de muestra congelado se equilibre a una temperatura de aproximadamente -78°C a -75°C colocando la muestra en un soporte de aleación de aluminio (el "bloque de equilibrio") que está descansando sobre y rodeado por hielo seco. En esta realización, el vial se retira del bloque de equilibrio y se coloca inmediatamente en el bloque caliente de temperatura conocida y constante. Usando esta realización, se puede determinar un intervalo de descongelación muy uniforme y predecible (el "intervalo de descongelación total") para una geometría de vial y carga útil dadas, permitiendo de esa manera que se prediga una compleción de descongelación exclusivamente mediante un intervalo de tiempo después de la inserción en el bloque de calentamiento. En otras realizaciones, después del equilibrio de temperatura en el bloque de equilibrio y la inserción en el bloque de calentamiento, el intervalo de descongelación se puede determinar mediante una combinación del intervalo de tiempo de descongelación total y el análisis algorítmico de los datos de temperatura exterior de vial, proporcionando de esa manera una verificación de autorreferencia interna para el sistema de predicción de intervalo de descongelación.

[0030] En algunas realizaciones, el bloque de calentamiento está configurado para aceptar múltiples geometrías de contenedores de muestra (por ejemplo, viales, recipientes, bolsas o similares) al proporcionar múltiples pozos receptores de las dimensiones apropiadas. En otras realizaciones, el bloque de calentamiento está configurado para aceptar solo un contenedor de muestra y está dedicado a un contenedor de muestra de descongelación de las dimensiones apropiadas solo para ese bloque de calentamiento. En otras realizaciones, el bloque de calentamiento está diseñado para aceptar múltiples tamaños y geometrías de contenedores de muestra mediante el intercambio de adaptadores de viales apropiados diseñados para los contenedores de muestra específicos. Opcionalmente, el bloque de calentamiento puede utilizar contactos transformantes, envolturas flexibles, caras de bloque giratorias, rodillos de calor, calentadores IR y/o mandriles de mordaza de desplazamiento para aceptar múltiples tamaños y geometrías de contenedores de muestra. En algunas realizaciones, el sistema (no de acuerdo con la invención) puede ajustar un tiempo de compleción con base en parte en un tipo de contenedor de muestra. Opcionalmente, el sistema (no de acuerdo con la invención) puede configurarse para determinar automáticamente el tipo de contenedor de muestra que se descongela. Por ejemplo, algunos contenedores de muestra pueden incluir códigos de barras 1D, códigos de barras 2D, chips de RFID u otros indicios legibles por ordenador que son legibles mediante un lector de código de barras del sistema o un sensor de chip de RFID del sistema. El código de barras del contenedor, chip de RFID u otros indicios legibles por ordenador se pueden vincular a un perfil de descongelación del contenedor y el sistema puede determinar automáticamente un intervalo de descongelación específico para el contenedor o determinar de otro modo un tiempo de finalización de descongelación específico para el tipo de contenedor (por ejemplo, a través de tablas de búsqueda, fórmulas o similares). En algunas realizaciones, una tabla de búsqueda puede definirse mediante una función matemática. Opcionalmente, el sistema (no de acuerdo con la invención) puede recibir entrada de usuario a través de una interfaz de usuario para definir el tipo de contenedor de muestra que se descongela. En algunas realizaciones, el tiempo de finalización de descongelación y el tiempo de descongelación total se pueden determinar usando la temperatura externa de recipiente de partida, la temperatura de los bloques de calentamiento (por ejemplo, material sólido no flexible) y el tipo de recipiente.

[0031] En algunas realizaciones, el pozo receptor de vial de muestra del bloque de calentamiento comprende un revestimiento de material flexible térmicamente conductor para proporcionar un nivel uniforme y repetible de contacto térmico con el contenedor de muestra. En algunas realizaciones, el bloque de calentamiento se divide en dos partes de tal manera que cuando las dos partes se separan, las paredes interiores del pozo receptor de contenedor de muestra no entran en contacto o tienen contacto mínimo con el contenedor de muestra, facilitando de esa manera la inserción y el retiro del contenedor de muestra del pozo y proporcionando una manera con la cual iniciar el proceso de descongelación en un momento definido, además de proporcionar una forma de interrumpir el flujo de energía térmica del bloque de calentamiento al vial de muestra. En algunas realizaciones, el pozo receptor de vial de muestra del bloque de calentamiento está dividido por un plano vertical que es coincidente con el eje central del pozo receptor de muestra. En otras realizaciones, el bloque de calentamiento se divide en más de dos partes (por ejemplo, tres partes, cuatro partes o más) que permiten que se introduzca selectivamente un espacio entre la pared de pozo receptor de vial de muestra de bloque de calentamiento y el exterior de vial de muestra mediante un desplazamiento lateral o angular transitorio de los segmentos de bloque de calentamiento. En algunas realizaciones, los segmentos de bloque de calentamiento están restringidos por conexiones mecánicas tales como mecanismos de deslizamiento, uniones articuladas, conexiones cinemáticas, mecanismos hidráulicos, mecanismos de solenoide eléctrico, mecanismos de tornillo, conexiones magnéticas o cualquier combinación de los mismos. En algunas realizaciones, las partes separadas del bloque de calentamiento se cierran automáticamente tras inserción del vial de muestra en el pozo receptor de vial de muestra de bloque de calentamiento para entrar en contacto de manera eficiente con el contenedor de muestra en todas o la mayoría de las superficies laterales del contenedor de muestra.

[0033] En algunas realizaciones, la invención proporcionará retroalimentación de audio o visual para permitir que el usuario esté informado del estado de dispositivo y el estado del proceso de descongelación de muestra. En algunas realizaciones, tras alcanzar el punto final deseado del proceso de fusión, la invención alertará al usuario usando una señal visual y de audio.

[0035] En algunas realizaciones, la invención estará dedicada a un tipo y conformación generales de vial de muestra sin ninguna entrada de usuario disponible aparte de la selección de un estado de encendido-apagado. En otras realizaciones, la invención aceptará la entrada del usuario. En algunas realizaciones, el modelo de descongelación predictiva puede, sin limitación, ajustarse mediante la entrada de usuario para tener en cuenta el tipo del contenedor de muestra que contiene la muestra, la presencia de una etiqueta en el contenedor de muestra, un nivel de llenado de contenedor de muestra y/o la antigüedad del medio térmicamente conductor entre el bloque de calentamiento y el recipiente.

[0037] Opcionalmente, el sistema (no de acuerdo con la invención) puede proporcionar una alerta a un usuario cuando la muestra de fusión alcanza un nivel deseado de fase sólida restante. En algunas realizaciones, el punto final deseado es un estado en donde la fase sólida es una pequeña fracción de la cantidad de partida de material sólido. En otras realizaciones, el punto final deseado del proceso de descongelación puede ser cuando la solución esté completamente líquida. En algunas realizaciones, la alerta de punto final proporcionada por el sistema puede ser un indicador de audio o visual o una combinación de señales de audio y visuales. En otras realizaciones, una alerta de punto final puede transmitirse de manera inalámbrica a un receptor remoto para convocar a un operador que puede no estar en el rango visual o auditivo del dispositivo de descongelación. En algunas realizaciones, las señales de alerta se terminan mediante el retiro del vial de muestra del bloque de calentamiento. Opcionalmente, el sistema (no de acuerdo con la invención) puede desacoplar automáticamente una o más superficies de calentamiento del contenedor para reducir automáticamente el calentamiento del contenedor. En algunas realizaciones, el sistema (no de acuerdo con la invención) puede estar configurado para ajustar una o más superficies de calentamiento en contacto con el contenedor para mantener o conservar la temperatura de la muestra a una temperatura específica después del final de la descongelación o en el punto final deseado.

[0039] Se describe un método (no de acuerdo con la invención) para descongelar una muestra en un contenedor de muestra. El método puede incluir la etapa de calentar un bloque de calentamiento y recibir el contenedor de muestra dentro del bloque de calentamiento. Posteriormente, se pueden tomar medidas de temperatura del contenedor de muestra y/o de la muestra. Se puede determinar un punto de activación para usar un valor de intervalo de tiempo durante el resto del proceso. Por ejemplo, un tiempo de inicio de descongelación (por ejemplo, el inicio de cambio de fase) puede ser el punto de activación para iniciar un intervalo de tiempo que identifica el final del proceso de descongelación. El tiempo de inicio de descongelación puede determinarse con base en las mediciones de temperatura. Se puede recibir información sobre la muestra y/o el contenedor de muestra. Un tiempo de compleción de descongelación puede determinarse en parte en el tiempo de inicio de descongelación. El tiempo de compleción de descongelación se puede ajustar según la muestra recibida y/o la información de contenedor de muestra. Se puede proporcionar una señal para alertar a un usuario sobre el tiempo de compleción de descongelación.

[0041] Como la predicción de la duración de descongelación se puede facilitar en gran medida al depender solo de una temperatura de partida uniforme, una temperatura de bloque de calentamiento uniforme y una configuración de vial de muestra uniforme, en otros aspectos no de acuerdo con la presente invención, se describen dispositivos y métodos para equilibrar un vial de muestra a un punto de referencia de temperatura ultra fría de partida estándar mientras se elimina cualquier contacto directo del vial de muestra con hielo seco. En algunas realizaciones no de acuerdo con la invención, se proporciona un contenedor aislante en el cual se puede colocar dióxido de carbono sólido o hielo seco y sobre el cual se puede colocar o embeber un contenedor térmicamente conductor para los viales de muestra. Se describen métodos (no de acuerdo con la invención) para recuperar un vial de espécimen de muestra conservado criogénicamente del almacenamiento criogénico a temperaturas criogénicas y reequilibrar el vial de muestra a un punto de referencia de temperatura estándar ultra fría antes del inicio del proceso de descongelación con lo cual, después de la transferencia de la muestra equilibrada a un bloque caliente de temperatura estándar y uniforme, la duración del proceso de descongelación se puede predecir sobre la base exclusivamente de una constante de tiempo conocida. Se describen métodos (no de acuerdo con la invención) en donde se aplica el método descrito previamente, pero también se mejora mediante capacidades adicionales de predicción de tiempo de descongelación derivadas del análisis computacional de datos termométricos de superficie externa de vial de muestra.

[0043] En la presente invención, se proporciona un dispositivo como se especifica por las reivindicaciones para la conversión de un estado sólido a estado líquido de una muestra contenida en un recipiente. El dispositivo incluye un material sólido flexible que forma un receptáculo para recibir el recipiente y un calentador para calentar el material sólido flexible a una temperatura superior al punto de fusión de la muestra. El material sólido flexible se interpone entre el recipiente y un material sólido no flexible cuando el recipiente es recibido dentro del receptáculo formado por el material sólido flexible. El material sólido no flexible puede comprender un material con una conductividad térmica entre 10 vatios por metro-Kelvin y 410 vatios por metro-Kelvin, con una conductividad térmica típica entre 100 y 300 vatios por metro-Kelvin, y en algunas realizaciones una conductividad térmica entre 150 y 180 vatios por metro-Kelvin. Los materiales con conductividades térmicas en este rango pueden exhibir una dureza de material mayor que un valor D en escala de durómetro Shore de 75 de tal manera que incluso cuando se fabrican con tolerancias estrechas para emparejarse con la superficie de recipiente, pueden estar presentes pequeños entrehierros en la interfaz entre el recipiente y el receptáculo sólido, introduciendo de esa manera interrupciones en la trayectoria de conducción térmica a través de la interfaz de material que pueden introducir una variación en la resistividad térmica que es impredecible en severidad y frecuencia de ocurrencia. Además, aunque la conformación y las dimensiones generales de los recipientes de almacenamiento criogénico pueden ser similares, debe esperarse variación mediante la fuente de fabricación. Por lo tanto, una interposición de una capa delgada de material conforme entre el recipiente de muestra y el receptáculo de material sólido puede eliminar o reducir sustancialmente el tamaño y el número de los entrehierros y proporcionar una vía uniforme a través de la cual se puede transferir energía térmica desde el material sólido a los contenidos de recipiente de muestra. Un ejemplo de un material flexible incluiría, sin limitación, el material flexible térmicamente conductor vendido comercialmente como Gap Pad VO soft por The Berquist Company, teniendo el material una clasificación de dureza Shore 00 de 25 como se determinado por la especificación de prueba ASTM D2240. Como la eliminación de los entrehierros entre un receptor de material sólido y la pared de recipiente de muestra puede requerir solo una capa delgada de material flexible, un espesor típico, sin limitación, de 0.5 mm a 2 mm puede ser suficiente para asegurar un contacto térmico adecuado, sin embargo como los materiales flexibles pueden exhibir conductividades térmicas que son bajas cuando se comparan con los materiales sólidos, se pueden aplicar materiales flexibles con una conductividad térmica mayor que 0.01 vatios por metro-Kelvin, mientras que, un material flexible típico puede tener una conductividad térmica mayor que 0.1 vatios por metro-Kelvin, mientras que, en algunas realizaciones el material flexible tendrá una conductividad térmica mayor que 0.5 vatios por metro-Kelvin.

[0045] El material flexible y el material no flexible pueden unirse entre sí de manera permanente. Opcionalmente, el material flexible y el material no flexible pueden unirse entre sí de manera removible.

[0047] En algunas realizaciones, el material flexible y el no flexible se puede segmentar en dos o más segmentos y los segmentos se pueden unir mediante una conexión mecánica que puede mover los segmentos a una configuración abierta para recibir o liberar el recipiente y una configuración cerrada para formar el receptáculo y descongelar el recipiente. El material flexible puede colocarse selectivamente en contacto con el recipiente cuando hacen transición los segmentos de la configuración abierta a la configuración cerrada o retirarse del contacto con el recipiente cuando hacen transición los segmentos de la configuración cerrada a la configuración abierta.

[0049] Se puede proporcionar un sensor de recipiente para detectar la presencia del recipiente entre los segmentos del material flexible cuando los segmentos están en la configuración abierta y en la configuración cerrada.

[0050] Se puede proporcionar un microcontrolador para controlar la conexión mecánica. Cuando los segmentos están en la configuración abierta, el microcontrolador puede configurarse para detectar una colocación del recipiente en una posición entre los segmentos mientras los segmentos están en la configuración abierta. El microcontrolador también puede configurarse para suministrar una señal de control para accionar la conexión mecánica para mover los segmentos hacia la configuración cerrada para entrar en contacto con el recipiente con el material flexible de los segmentos tras inserción del recipiente en la posición entre los segmentos abiertos.

[0052] Cuando los segmentos están en la configuración cerrada y descongelando el recipiente, el microcontrolador puede configurarse para interrumpir la descongelación del recipiente al suministrar una señal de control para accionar la conexión mecánica para mover los segmentos hacia la configuración abierta de tal manera que el material flexible de los segmentos no entre en contacto con el recipiente.

[0053] En algunas realizaciones, el material no flexible puede calentarse mediante el calentador.

[0054] Se proporciona un sensor de temperatura y se fija en el material sólido no flexible. El sensor de temperatura está aislado térmicamente del sólido no flexible y puede mantenerse en contacto con el recipiente en una ubicación de contacto de tal manera que una señal de temperatura reportada por el sensor de temperatura puede asociarse con una temperatura de una superficie exterior del recipiente en la ubicación de contacto. En algunas realizaciones, el inicio del cambio de fase de una muestra de descongelación puede determinarse mediante un análisis algorítmico de los datos de temperatura de uno o más de los sensores de temperatura acoplados operativamente con el recipiente en una ubicación debajo del nivel superior de la muestra contenida en el mismo.

[0055] El calentamiento del material flexible provoca un calentamiento radial del recipiente para lograr un tiempo de descongelación que es predominantemente independiente de un nivel de llenado de recipiente.

[0056] Se describe un método (no de acuerdo con la invención) para descongelar una muestra dentro de un recipiente. El método puede incluir recibir una alimentación de datos de temperatura desde un sensor de temperatura acoplado operativamente con el recipiente (por ejemplo, en contacto directo con una superficie exterior del recipiente en una ubicación a lo largo de la superficie exterior del recipiente que está por debajo de un nivel superior de la muestra dentro del recipiente, un sensor de temperatura infrarrojo o similar), e identificar un comienzo de un cambio de fase sólida a líquida de la muestra contenida en el recipiente procesando la alimentación de datos de temperatura. Un tiempo de finalización de descongelación se puede calcular con base en el inicio del cambio de fase sólida a líquida de la muestra contenida en el recipiente. Se puede emitir una señal para interrumpir la descongelación de la muestra contenida en el recipiente en el tiempo de descongelación calculado.

[0057] Se describe otro método (no de acuerdo con la invención) para descongelar una muestra dentro de un recipiente. El método puede incluir equilibrar la muestra y el recipiente a una temperatura intermedia. La temperatura intermedia puede estar por debajo de una temperatura de fusión de muestra. Posteriormente, los lados del recipiente pueden entrar en contacto con una masa de material sólido que se mantiene a una temperatura de descongelación. La temperatura de descongelación puede ser mayor que 5 grados por encima de la temperatura de fusión de la muestra más o menos dos grados. Puede ser deseable una tasa de descongelación lo más rápida posible para minimizar el daño a partir de la recristalización de hielo durante el proceso de descongelación. Una reducción en el intervalo de descongelación se ve favorecida por un aumento en la temperatura del receptáculo de recipiente, sin embargo como ciertas conformaciones de recipientes tales como formatos cilíndricos pueden estar asociadas con espesores de muestra sólida mayores que 1 centímetro en diámetro, la fusión de los materiales sólidos contenidos en el mismo estará acompañada por gradientes de temperatura con una temperatura más alta en la pared interior de recipiente, disminuyendo en magnitud a la temperatura de remanente de material sólido hacia el centro. Aunque los transitorios de temperatura de muestra líquida debido a los gradientes de temperatura en los que se incurre por una descongelación de baño a 37°C de un vial criogénico estándar de 1.8 ml no parecen afectar la viabilidad de la mayoría de las líneas celulares establecidas, el conjunto de datos no es exhaustivo ni es aplicable de manera fiable a aislamientos de células frescas y cultivos primarios, y se han observado resultados desfavorables para algunos fluidos de crioconservación a temperaturas tan bajas como 5°C. Por lo tanto, la tasa de descongelación óptima para una fuente de células o existencias virales dadas puede ser específica del caso, sin embargo se espera que las temperaturas de receptáculo oscilen desde -1°C a 100°C, típicamente desde 20°C a 55°C, y en algunos casos, 37°C a 50°C. Una compleción de un cambio de fase de la muestra contenida en el recipiente se puede predecir calculando un intervalo de tiempo para una duración del cambio de fase con base en la temperatura de equilibrio y la temperatura de calentamiento. Se puede emitir una señal para interrumpir la descongelación de la muestra contenida en el recipiente en la compleción prevista del cambio de fase de la muestra contenida en el recipiente. La temperatura intermedia puede estar entre -78°C a -70°C. La muestra se puede equilibrar al rango de temperatura intermedio colocando el recipiente de muestra en un contenedor receptor que esté en contacto con dióxido de carbono sólido. El contenedor receptor y el dióxido de carbono sólido pueden estar rodeados por los lados y una parte inferior por aislamiento. En algunos casos, el aislamiento comprende un material de espuma de polímero que incluye, pero no se limita a espuma de polietileno, espuma de poliuretano, espuma de polivinilo, espuma de poliestireno y mezclas de combinación de las mismas. En algunos casos, el aislamiento comprende material de espuma exclusivamente mientras que, en otros casos, el aislamiento comprende una cubierta interior y exterior dura llena de una espuma de reacción en molde tal como poliuretano. En otros casos, el aislamiento comprende un bote de vacío de acero inoxidable

[0058] En algunos casos, la temperatura intermedia puede estar entre -196 a -180 grados Celsius. La muestra se puede equilibrar a la temperatura intermedia colocando el recipiente de muestra en un contenedor receptor que esté en contacto directo con nitrógeno líquido. El contenedor receptor y el nitrógeno líquido pueden estar rodeados por los lados y una parte inferior por aislamiento.

[0059] En algunos casos, el método puede incluir además recibir una alimentación de datos desde un sensor de temperatura que se mantiene en contacto con una superficie exterior del recipiente de tal manera que una señal de temperatura reportada por el sensor de temperatura se asocia con una temperatura de la superficie exterior del recipiente, mientras que, en otros casos la señal de temperatura es reportada por un sensor de infrarrojos que no está en contacto directo con el recipiente de muestra y está recibiendo señales de emisión de infrarrojos desde los contenidos de recipiente a través de una pared de recipiente ópticamente transmisiva o desde la pared de recipiente directamente. El intervalo de tiempo calculado para la duración de cambio de fase se puede ajustar con base en la alimentación de datos de sensor de temperatura recibida.

[0060] La invención se entenderá mejor en la lectura de la siguiente descripción y el examen de las figuras que la acompañan. Estas figuras se proporcionan solo a modo de ilustración y de ninguna manera están limitando la invención.

[0061] Breve descripción de los dibujos

[0062] La figura 1A muestra un sistema de descongelación modelo para un vial de almacenamiento criogénico típico que se usa para describir el patrón de flujo de energía térmica y los métodos de detección de temperatura de vial.

[0063] La figura 1B muestra un gráfico conceptualizado de la disminución de temperatura desde la temperatura de bloque de calentamiento hasta la fase de muestra sólida bajo una condición de flujo de energía térmica dinámico.

[0064] La figura 1C muestra una perspectiva en sección transversal de una realización de un sistema de detección de temperatura de superficie de vial.

[0065] La figura 2, que no cae dentro del alcance de las reivindicaciones, muestra una realización de un dispositivo de equilibrio de temperatura de vial con refrigerante de hielo seco que equilibra una temperatura de vial a aproximadamente -77°C.

[0066] La figura 3, que no cae dentro del alcance de las reivindicaciones, muestra un dibujo acotado del dispositivo descrito en la figura 2.

[0067] La figura 4, que no cae dentro del alcance de las reivindicaciones, muestra una segunda realización de un dispositivo de ajuste de temperatura de vial.

[0068] La figura 5, que no cae dentro del alcance de las reivindicaciones, muestra un dibujo acotado del dispositivo descrito en la figura 4.

[0069] La figura 6, que no cae dentro del alcance de las reivindicaciones, gráfico A, muestra una visualización gráfica de la duración de enfriamiento y mantenimiento de temperatura de la realización descrita en las figuras 2 y 3. El gráfico B muestra la uniformidad en la transición de temperatura de los contenidos de vial de muestra cuando se transfieren del nitrógeno líquido al dispositivo de temperatura equilibrada descrito en las figuras 2 y 3. La figura 7 muestra una realización de un dispositivo de descongelación de viales de bloque dividido.

[0070] La figura 8 muestra una vista en despiece del dispositivo que se muestra en la figura 7.

[0071] La figura 9, parte A muestra una visualización gráfica de datos de temperatura recolectados con un termopar ubicado en una orientación coincidente con el eje central del vial de muestra a media profundidad en la muestra durante múltiples eventos de descongelación en el dispositivo descrito en las figuras 7 y 8.

[0072] La figura 9 parte B muestra una visualización gráfica de los datos de temperatura recolectados con un termopar ubicado a la misma profundidad que la parte A en una orientación paralela al eje central del vial de muestra cerca de la pared interior del mismo vial usado para generar los datos en la parte A.

[0073] La figura 10 muestra una serie de perfiles de datos de cambio de temperatura de un termopar posicionado cerca de la pared interior de un vial de descongelación como en la figura 9, parte B, cuando el vial se coloca en un baño de agua a 37°C o se coloca en un bloque de calentamiento del tipo descrito en las figuras 7 y 8. La figura 11 muestra una serie adicional de perfiles de datos de cambio de temperatura de un termopar posicionado cerca de la pared interior de un vial de descongelación cuando el vial se coloca en un baño de agua a 37°C y en un bloque de calentamiento a 45°C del tipo descrito en las figuras 7 y 8.

[0074] La figura 12 muestra una representación gráfica de las vías de conducción de calor y las tasas de flujo de calor en un vial de almacenamiento en dos niveles diferentes de carga de muestra.

[0075] La figura 13 muestra una serie de perfiles de datos de cambio de temperatura de un termopar posicionado cerca de la pared interior de un vial cuando el vial se coloca en un bloque de calentamiento dividido a 45°C bajo condiciones donde el vial se llena con 0.5 ml de solución de prueba y donde el vial se llena con 1.0 ml de solución de prueba.

[0076] La figura 14 muestra el perfil de temperatura recolectado por un termopar que se coloca en contacto con la pared exterior de un vial de muestra en descongelación como se describe en la figura 1. El bloque de calentamiento usado fue un modelo de bloque dividido y la temperatura inicial de vial fue de -77°C.

[0077] La figura 15A, parte A muestra un gráfico de la salida de valor de constante de tiempo de una ecuación que usa los datos de temperatura de vial externo que se muestran en la figura 14 como entrada. También se muestra un gráfico de la misma ecuación usando como valores de entrada una ecuación invariante en el tiempo lineal (LTI) con variables ajustadas para que coincidan con la porción de fase sólida de los datos en el gráfico que se muestra en la figura 14.

[0078] La figura 15B muestra un gráfico, Parte A, de una curva de análisis de sistema concentrado (LSA) invariante en el tiempo lineal (LTI) con parámetros variables ajustados para superponerse a la porción de fase sólida de una gráfica de temperatura-tiempo usando datos recolectados de un termopar que se coloca en contacto con la pared exterior de un vial de muestra en descongelación como se describe en la figura 1. La parte B de la figura 15 muestra un gráfico de tiempo de temperatura de la diferencia entre la salida de la salida de ecuación de LSA ajustada en la parte A y los datos de temperatura reales recolectados para ese punto de tiempo. El gráfico indica el punto de tiempo donde comienza la fusión de la muestra, como se determina por la gráfica en el gráfico B superando un límite de valor preestablecido seleccionado de 0.2.

[0079] La figura 16 muestra las dimensiones de tres viales de muestra representativos que pueden, sin limitación, descongelarse usando la presente invención. Los viales incluyen (A) un vial de crioalmacenamiento con tapa de rosca con una capacidad nominal de 1.8 ml, (B) un vial con tapa de tabique con una capacidad nominal de 2 ml y (C) un vial con tapa de tabique con una capacidad nominal de 10 ml.

[0080] La figura 17 muestra el exterior de una realización representativa de la invención.

[0081] La figura 18 muestra dos perspectivas de una realización representativa del mecanismo interior del dispositivo mostrado en la figura 17.

[0082] La figura 19 muestra las dimensiones globales de las realizaciones de la invención mostradas en las figuras 17 y 18.

[0083] La figura 20 muestra una vista en despiece de la realización mostrada en la figura 18.

[0084] La figura 21 muestra las dos primeras etapas (etapa 0 y etapa 1) del ciclo de descongelación de la realización mostrada en las figuras 17 hasta 20. En las ilustraciones de dos etapas (y en las figuras 22 y 23), se muestra la mitad más frontal de bloque calentador retirada para revelar mejor las posiciones y acción de mecanismo durante las seis etapas de ciclo.

[0085] La figura 22 muestra las dos etapas subsecuentes, etapa 2 y etapa 3, del ciclo de descongelación a las ilustradas en la figura 21.

[0086] La figura 23 muestra las dos etapas subsecuentes, etapa 4 y etapa 5, del ciclo de descongelación a las ilustradas en la figura 22.

[0087] La figura 24 muestra una gráfica de tiempo-temperatura de dos series de perfiles de descongelación, la primera serie en la cual las mordazas del bloque de calentamiento a 45°C se abrieron 150 segundos en la descongelación y el vial fue dejadoin situen el bloque de calentamiento, y una segunda serie en la cual las mordazas del bloque de calentamiento se abrieron 150 segundos en la descongelación y el vial fue retirado del bloque de calentamiento y mantenido a temperatura ambiente. También se muestra una traza comparativa de un vial que fue dejado en el bloque a 45°C con las mordazas cerradas durante aproximadamente 5 minutos. Descripción detallada

[0088] Esta descripción no debe interpretarse como que implica ningún orden o disposición particular en medio o entre diversas etapas o elementos excepto cuando se describa explícitamente el orden de etapas individuales o la disposición de los elementos.

[0089] En algunas realizaciones de la invención, se puede eliminar el contacto directo de líquido con el exterior de vial de muestra, como se produciría con una sumersión parcial de la muestra en un baño de agua. Como tal, en ciertas realizaciones de la invención, la superficie exterior del vial de muestra, o en algunos casos el exterior de vial de muestra más laminaciones tales como etiquetas o fundas retráctiles, estarán en contacto solo con materiales sólidos. En algunas realizaciones, el material sólido en contacto con el exterior de vial es un sólido homogéneo, mientras que, en otros casos, el material sólido es un material complejo. En algunas realizaciones, el material sólido tiene una conductividad térmica de más de 0.2 vatios por metro-kelvin. En algunas realizaciones, el material sólido comprende aluminio, cobre, zinc, magnesio, titanio, hierro, cromo, níquel, carbono y aleaciones de los mismos elementos. En algunas realizaciones, el material sólido puede comprender un material sintético tal como un polímero o cerámica. En otras realizaciones, el material sólido puede comprender un material sintético flexible térmicamente conductor tal como, pero sin limitación, la espuma de polímero de silicona proporcionada por The Berquist Company bajo la marca Gap Pad VO. En algunas realizaciones, el material sólido comprende combinaciones de materiales, por ejemplo y sin limitación, un material flexible conductor y una aleación de metal. En algunas realizaciones, el material sólido en contacto con el exterior de vial de muestra es una cubierta o tanque de polímero que contiene un relleno líquido mientras que, en otras realizaciones, el material sólido comprende una cubierta o tanque de polímero que contiene un relleno líquido que comprende un revestimiento térmicamente conductor de material flexible que entra en contacto con el vial de muestra contenido en el mismo. En algunas realizaciones, el líquido en la cubierta de polímero es agua o soluciones acuosas mientras que, en otras realizaciones el líquido es un aceite o un material orgánico líquido. En otras realizaciones la cubierta se llena con una cera que es líquida a algunas temperaturas mientras que, es sólida en otras temperaturas.

[0091] En algunas realizaciones, el vial de muestra o una porción del vial de muestra está en contacto continuo con el material sólido en la circunferencia del vial mientras que, en otras realizaciones, el material sólido entra en contacto con el vial de manera intermitente. En algunas realizaciones, el material sólido comprende un rebaje o cavidad que coincide estrechamente con la superficie exterior del vial de muestra con el propósito de recibir el vial de muestra de tal manera que el vial de muestra esté parcialmente contenido dentro del material sólido en contacto directo y estrecho. En algunas realizaciones, la cavidad de contenedor comprende uno o más lados y un suelo, mientras que, en otras realizaciones, el contenedor comprende solo uno o más lados. En otras realizaciones, el material sólido que contiene el vial de muestra está segmentado para facilitar la inserción y retiro del vial de muestra del material y para interrumpir la vía de conducción térmica entre el material sólido y el vial de muestra. En algunas realizaciones, los segmentos de material sólido del contenedor están restringidos relacionalmente de tal manera que cuando se separan para facilitar la inserción o retiro del vial de muestra o para interrumpir la conducción térmica entre los segmentos de material sólido y el vial de muestra, los segmentos se pueden reensamblar fácilmente en una configuración estrechamente unida. Sin limitaciones, en algunas realizaciones, los segmentos están unidos por mecanismos de deslizamiento, mecanismos de bisagra, mecanismos de oruga, pistones hidráulicos o neumáticos, rieles, conexiones cinemáticas, conexiones de pasador y ranura, interfaz electromagnética o magnética. En otras realizaciones, los segmentos están, sin limitaciones, separados o unidos activamente por motores eléctricos, activadores de solenoide, accionadores neumáticos o hidráulicos, accionadores lineales, ya sea actuando directamente sobre los segmentos o por sistemas de engranajes, conexiones cinemáticas, sistemas de levas, varillas de empuje, sistema de cables y mecanismos de tornillo.

[0093] El contenedor de material sólido para el vial de muestra comprende uno o más elementos calentadores con el propósito de aumentar la temperatura del material sólido de tal manera que cuando se coloca un vial de muestra en la cavidad receptora, la energía térmica migrará al vial de muestra (de aquí en adelante denominado como "bloques de calentamiento"). En algunos bloques de calentamiento, los elementos calentadores son calentadores resistivos eléctricamente mientras que, en otros bloques de calentamiento, los elementos calentadores son calentadores de elementos termoeléctricos. En algunas realizaciones, el bloque de calentamiento puede calentarse y enfriarse alternativamente mediante un elemento termoeléctrico. En algunas realizaciones, el bloque de calentamiento comprende uno o más sensores de temperatura que pueden detectar la temperatura del bloque y proporcionar una señal analógica o digital a un microcontrolador que está configurado para interpretar la señal termométrica y de esa manera regular el nivel de potencia o ciclo de trabajo suministrado al elemento calentador con el fin de mantener la temperatura del bloque de calentamiento a la temperatura deseada.

[0095] En algunas realizaciones, el bloque de calentamiento comprende uno o más sensores de temperatura que están aislados térmicamente del material de bloque de calentamiento pero están en contacto con la superficie exterior del vial de muestra de tal manera que la temperatura del vial en la superficie se puede establecer y rastrear a lo largo del tiempo (de aquí en adelante denominado como el "sensor de vial"). En algunas realizaciones, el sensor de vial es un termopar mientras que, en otras realizaciones, el sensor de vial es un termistor o un sensor RTD. En otras realizaciones, la temperatura de vial se detecta mediante un sensor de infrarrojos sin contacto.

[0097] Cuando un vial de muestra cilíndrico que se ha equilibrado a una temperatura baja, por ejemplo y sin limitación, -77°C, se inserta en un bloque de calentamiento que se ha equilibrado a una temperatura más alta, por ejemplo 45°C, comenzará un proceso de redistribución de energía térmica que eventualmente llevará las masas combinadas a una temperatura común. Si la temperatura de bloque de calentamiento se mantiene activamente, por ejemplo a 45°C, entonces la temperatura de las masas combinadas se equilibrará en el tiempo a una temperatura de 45°C. El patrón de redistribución de energía térmica puede considerarse como una migración o flujo de energía térmica en un patrón radial hacia el eje central de la masa combinada.

[0099] Ahora con referencia a la figura 1A parte A, una vista en sección transversal frontal, y B, una vista en sección transversal superior, se muestra un modelo representativo de un bloque de calentamiento 100 de acuerdo con la invención. En esta figura, un contenedor cilíndrico de aleación de aluminio 120 comprende una cavidad central en donde un revestimiento de material flexible térmicamente conductor 125 rodea la pared vertical de la cavidad excepto donde una abertura permite que un sensor de temperatura de termistor 130 sobresalga en la cavidad. En esta figura, la cavidad está ocupada por un tubo de vial de muestra 110 que está sellado con una tapa de rosca 115 cuya combinación aísla los contenidos de muestra compuestos por una fase líquida 140 y una fase sólida 135. El interior de vial también comprende un volumen de fase gaseosa 145. El sensor termométrico 130 está en contacto directo con la superficie exterior del tubo de vial de muestra de tal manera que la temperatura medida es la temperatura de la superficie exterior del vial. Las líneas de segmentación 150 dividen en dos el contenedor de aleación de aluminio y el material flexible térmicamente conductor. El agregado de los componentes que se muestran en la figura 1A puede considerarse colectivamente que representa un sistema en referencia a las ilustraciones termodinámicas que siguen.

[0101] La figura 1B muestra el mismo gráfico A que en la figura 1A y se usa para marcar límites de material específicos en los radios indicados. Las líneas de límite 180 a 185 definen una región compuesta por aleación de aluminio, las líneas 175 a 180 definen una región compuesta por material flexible térmicamente conductor, las líneas 170 a 175 definen una región compuesta por material de vial de muestra tal como polipropileno, polietileno o mezclas de polipropileno, polietileno y materiales plásticos adicionales, las líneas 165 a 170 definen una región de fase de muestra líquida y las líneas 160 a 165 definen una región de fase de muestra sólida. Como el modelo mostrado contiene tanto fase líquida como sólida, el estado de la muestra mostrada es durante el proceso de fusión o transición de fase. Cuando el sistema mostrado está en el proceso de redistribución de energía térmica, se establecen gradientes dinámicos de temperatura dentro de los diversos materiales de tal manera que las temperaturas en los diversos límites de materiales se vuelvan dependientes de la resistividad térmica de los materiales. Como se representa en la figura 1B, parte B, la temperatura dentro del material de aluminio es casi uniforme debido a la baja resistencia térmica o alta conductividad térmica (aproximadamente 170 W/m-K) del material. Sin embargo, con el flujo de calor dinámico, se establece una caída de temperatura en la región ocupada por el material flexible térmicamente conductor (175 a 180) debido a la resistencia térmica relativamente mayor o la conductividad térmica relativamente baja del material flexible (aproximadamente 0.8 W/m-K). Se producirá una mayor caída de temperatura relativa al cruzar el material de pared de vial (170 a 175) que tiene la mayor resistencia térmica o la conductividad térmica más baja del sistema (aproximadamente 0.2 W/m-K). Al cruzar el material de muestra líquido (165 a 170) se producirá una caída de temperatura poco profunda ya que la resistencia térmica es similar en valor a la de la espuma térmicamente conductora (conductividad térmica de aproximadamente 0.6 W/m-K), y la caída de temperatura a través del material de muestra sólido será más superficial debido a la menor resistencia térmica cuando se compara con la fase líquida (conductividad térmica de aproximadamente 2 w/m-K). A medida que la magnitud de la disminución de temperatura a través los diversos materiales aumenta con la magnitud de la diferencia en la temperatura de bloque de calentamiento (T<1>) y la temperatura de muestra (T<2>), la disminución de temperatura a través de los diversos materiales será mayor en magnitud poco después de que el vial de muestra se inserte por primera vez en el bloque de calentamiento y menor en magnitud a medida que el sistema se acerca a una temperatura de equilibrio. En cualquier tiempo dado durante el período de migración de energía térmica, la disminución de temperatura relativa a través de los diversos materiales que componen el sistema será una función de la resistencia térmica de los diversos materiales, cuyo valor no cambia a lo largo del proceso, por lo tanto la temperatura en uno cualquiera de los límites de material puede considerarse que es proporcional a la temperatura en los otros límites de material, con la excepción de la fase líquida-sólida 165 (r<1>) que estará sujeta a movimiento a lo largo de la transición de fase, cambiando de esa manera el valor de radio y la temperatura dependiendo de la ubicación del límite en el sistema. Por lo tanto, una traza de tiempo-temperatura en el límite de material flexible conductor 175 (r<3>) puede ser una representación proporcional precisa de la traza de tiempotemperatura en el límite de pared de vial-líquido y una aproximación cercana de la temperatura promedio de la fase líquida. Por lo tanto, al monitorizar la temperatura externa de vial durante el proceso de descongelación, se puede aproximar estrechamente el perfil de tiempo-temperatura de los contenidos de vial, permitiendo de esa manera que se determine de manera no invasiva el progreso del proceso de descongelación de muestra.

[0102] La cantidad de energía térmica requerida para elevar la temperatura de un vial de muestra y los contenidos de una temperatura a una segunda temperatura es dependiente solamente de la capacidad térmica del vial de muestra y de la masa de muestra contenida en el mismo. Por lo tanto, si las masas de material y por tanto la cantidad de calor requerida para lograr la transición de temperatura no cambian, y la temperatura inicial del bloque más cálido y la temperatura inicial del vial de muestra son consistentes, se puede esperar el mismo perfil de temperatura de tiempo tras ciclos repetidos de congelación-descongelación de la misma muestra. Si las dimensiones de vial de muestra, materiales y masa de vial y masa y composición de carga útil de muestra son uniformes de muestra a muestra, los perfiles de tiempo-temperatura obtenidos deberían ser idénticos independientemente de si la misma muestra se somete repetidamente a un ciclo a través de congelacióndescongelación o si otra muestra se somete al mismo proceso. Por lo tanto, la inclusión de una etapa o dispositivo para equilibrar todas las muestras a una temperatura de partida uniforme y una temperatura de bloque de calentamiento precisa y uniforme permitirá que la predicción de la duración de proceso de descongelación se haga exclusivamente sobre la base de la experiencia previa.

[0104] Ahora con referencia a la figura 1C, se muestra una sección transversal detallada de una realización del sensor de temperatura de superficie de recipiente de muestra (130 en las figuras 1A y 1B). En esta figura, una bombilla de termistor revestida de vidrio 132 está en contacto directo con un acoplador térmicamente conductor 131. En algunas realizaciones, el acoplador comprende un material altamente conductor tal como, pero no limitado a, aluminio, plata, cobre o aleaciones que comprenden aluminio, plata o cobre. El acoplador 131 está en contacto directo con la superficie exterior de la pared de recipiente de muestra 110. Una funda aislante de espuma semirrígida 133 sostiene el acoplador 131 contra la superficie de recipiente, y se mantiene bajo compresión mediante un pistón de ariete 134 que comprende un material aislante. En algunas realizaciones, el material de ariete es, sin limitación, un acetal o polímero fenólico. El pistón de ariete se coloca bajo compresión mediante un resorte 136 que está capturado entre el ariete deslizante 134 y un tapón de tornillo 137 que está fijado en un orificio de acceso roscado a través del bloque de calentamiento. Un orificio pasante en el tapón roscado 137 permite el paso de los cables conductores de termistor 139 al exterior del bloque. Una brecha en la espuma conductora 125 permite el contacto directo entre el acoplador 131 y la pared de recipiente 110 y limita la entrada directa de energía térmica desde el bloque de calentamiento 120. La trayectoria de energía térmica creada desde el bloque de calentamiento 120 a través del pistón de ariete 134, funda aislante 133 y acoplador 131 hasta la pared de recipiente 110 crea una pila de resistencia térmica de tal manera que mediante la selección de materiales térmicamente resistivos para el pistón 134 y la funda 133 y un material térmicamente conductor para el acoplador 131, la temperatura del acoplador, y por tanto de la bombilla de termistor 132, está estrechamente acoplada a la temperatura de la superficie exterior de recipiente 110 y por lo tanto la temperatura reportada por el termistor sigue estrechamente la temperatura de la superficie de recipiente. En algunas realizaciones, una capa delgada de un material flexible (no se muestra), con un espesor aproximado entre 0.005 pulgadas (0.127 mm) y 0.04 pulgadas (1.016 mm) se puede unir al acoplador 131 e interponer entre el acoplador 131 y la pared de recipiente 110 para aumentar la conducción térmica. En otras realizaciones, el ensamblaje de termistor (131, 132, 133, 134, 136, 137, 139) se reemplaza por un sensor térmico infrarrojo. Como los materiales usados en la construcción de recipientes criogénicos pueden comprender materiales que son ópticamente transparentes a la luz infrarroja, la temperatura de los contenidos de recipiente se puede medir directamente mediante emisión infrarroja. Cuando el material de recipiente es ópticamente opaco a la luz infrarroja, o el recipiente puede comprender una etiqueta ópticamente opaca, la temperatura de superficie se puede medir mediante un sensor de infrarrojos y se puede detectar la progresión del cambio de fase de sólido a líquido. El sensor de infrarrojos tiene ventajas adicionales ya que no se requiere contacto físico entre el sensor y el recipiente y por lo tanto se eliminan los potenciales problemas asociados con la presión de sensor en la pared de recipiente, la variación en la conducción térmica en la vía de detección térmica y el potencial daño al sensor debido a la inserción incorrecta de un recipiente de muestra.

[0106] Ahora con referencia a la figura 2, que no cae dentro del alcance de las reivindicaciones, se muestra un dispositivo 200 que puede usarse para equilibrar viales de muestra a una temperatura de referencia (o temperatura intermedia). En la figura, un receptor de vial de muestra comprende un bloque superior rectangular de material sólido 215 y una brida horizontal 230 que está emparejada al bloque superior formando un bloque receptor de muestra. El bloque superior 215 comprende uno o más rebajes 220 que son de suficiente diámetro y profundidad para recibir y rodear el vial de muestra de tal manera que la parte superior de la muestra contenida dentro del vial esté debajo de la superficie superior del bloque. En algunas realizaciones, el bloque receptor comprende uno o más rebajes en la pared lateral del bloque superior 240 para ayudar en la seguridad de agarre de la invención. En algunas realizaciones, la brida 230 y el bloque superior 215 se interconectan como un continuo ininterrumpido del material del cual están hechas las partes, mientras que, en otras realizaciones el bloque superior 215 y la brida 230 son piezas separadas que se unen, sin limitaciones, mediante sujetadores mecánicos, uniones adhesivas, sujetadores magnéticos o soldaduras. En algunas realizaciones, el bloque superior comprende un orificio (no se muestra) en el cual se puede insertar y asegurar un sensor termométrico. En algunas realizaciones, el bloque receptor de muestras está construido a partir de un metal. En algunas realizaciones, el metal comprende aluminio, cobre, magnesio, zinc, titanio, hierro, cromo, níquel o aleaciones de estos elementos metálicos. En algunas realizaciones, el bloque receptor está rodeado en los lados y en la parte inferior por un contenedor aislante 210 que tiene una cavidad 245 con una altura interior que es mayor que la altura del bloque receptor más 1 pulgada (25.4 mm). En algunas realizaciones, el contenedor aislante comprende un material de espuma aislante. En algunas realizaciones, el material de espuma aislante comprende polietileno, poliuretano o poliestireno, mientras que, en otras realizaciones, el material aislante comprende una mezcla de materiales tal como una mezcla de polímeros de polietileno. En algunas realizaciones, el contenedor aislante comprende una cubierta (no se muestra). El bloque receptor se posiciona en el contenedor aislante de tal manera que una capa de dióxido de carbono sólido o hielo seco 225 se posiciona debajo y encima de la superficie lateral de la brida 230. Aunque el dióxido de carbono sólido en contacto con una superficie que está por encima de la temperatura de -78.5°C se sublimará, formando de esa manera una brecha entre el dióxido de carbono sólido y la superficie e interrumpiendo la vía de conducción de energía térmica de contacto directo entre los materiales, en un campo gravitacional, el hielo seco permanecerá en contacto directo con la superficie inferior del bloque receptor y la superficie superior de las bridas laterales de bloque receptor. En realizaciones el bloque receptor, sin limitación, comprende un material sólido que tiene una conductividad térmica mayor que 16 W/m-K tal como una aleación de aluminio. El bloque receptor que se muestra en la figura 2 mantendrá una temperatura constante de -77°C en una configuración abierta. Como las paredes interiores del contenedor exceden la altura del bloque receptor en al menos una pulgada (25.4 mm), la cantidad de hielo seco debajo del bloque receptor puede limitarse de tal manera que la totalidad de un vial de muestra colocado en un pozo receptor se posicionará debajo de la superficie superior del contenedor aislante, manteniendo de esa manera la muestra en un pozo de gas frío y aislando la porción superior del vial de la temperatura ambiente. En esta configuración, las temperaturas de vial, como se miden con un termopar interno se pueden equilibrar y mantener a una temperatura de referencia de -77°C. Como tal, el dispositivo de temperatura de referencia que se muestra en la figura 2 se puede usar para proporcionar una temperatura de partida estándar para el proceso de descongelación de muestra que permitirá la predicción del estado de proceso de descongelación con base exclusivamente en la duración del proceso de descongelación.

[0108] Ahora con referencia a la figura 3 que no cae dentro del alcance de las reivindicaciones, se muestran las dimensiones globales del dispositivo mostrado en la figura 2. La realización tiene un ancho exterior de aproximadamente 7 pulgadas (177.8 mm), un ancho de aproximadamente 5.5 pulgadas (139.7 mm) y una profundidad de aproximadamente 3.5 pulgadas (88.9 mm). La cavidad interna tiene una longitud de aproximadamente 5.25 pulgadas (133.35 mm), un ancho de aproximadamente 3.6 pulgadas (91.44 mm) y una profundidad de aproximadamente 2.8 pulgadas (71.12 mm). El bloque receptor tiene una longitud de aproximadamente 5 pulgadas (127 mm), un ancho de aproximadamente 3.4 pulgadas (86.36 mm) y una altura de aproximadamente 1.35 pulgadas (34.29 mm). Los pozos receptores de vial de muestra del bloque receptor tienen un diámetro de aproximadamente 0.55 pulgadas (13.97 mm) y una profundidad de aproximadamente 1.1 pulgadas (27.94 mm). En algunas realizaciones, los pozos del bloque receptor comprenden un paso en el suelo de los pozos que se extiende hasta la superficie inferior del bloque receptor de tal manera que el bloque receptor pueda usarse de manera eficiente con un refrigerante líquido tal como nitrógeno líquido. En la figura 3, el paso tiene un diámetro de aproximadamente 0.2 pulgadas (5.08 mm). Aunque las dimensiones de los pozos receptores de muestra que se muestran son para recibir un criovial con tapa de rosca de laboratorio estándar, las dimensiones, espaciado y número de los pozos receptores de muestra se pueden ajustar para acomodar viales de muestra de otras dimensiones. En algunas realizaciones, el diámetro y profundidad de los pozos se pueden ajustar para proporcionar un indicador de paso/no paso para el vial de muestra mediante el cual un usuario puede determinar si el vial previsto para el proceso de descongelación es demasiado grande para el aparato de descongelación o es demasiado pequeño para usarse adecuadamente con el mismo.

[0109] Ahora con referencia a la figura 4 que no cae dentro del alcance de las reivindicaciones, se muestra una realización de un dispositivo de equilibrio de temperatura 400. En esta realización, se muestra un bloque receptor circular 430 que comprende una distribución radial de pozos receptores de viales de muestra 440. En algunas realizaciones, el bloque receptor puede comprender un pozo central 450 que puede proporcionar un pozo receptor de vial adicional, usarse como un orificio pasante mediante el cual evaluar la presencia de hielo seco debajo del bloque receptor o proporcionar un indicador con el propósito de confirmar las dimensiones de vial apropiadas que sean compatibles con el dispositivo de descongelación. El bloque receptor 430 está situado dentro de la cavidad interna de un contenedor aislante 410. En algunas realizaciones, el bloque receptor 430 comprende un orificio en el cual se puede insertar y asegurar un sensor de temperatura (no se muestra). En algunas realizaciones, el contenedor aislante 410 comprende extensiones internas de la pared de cavidad 420 que soportan o limitan el movimiento del bloque receptor 430, mientras que, en otras realizaciones, la pared interior de la carcasa de aislamiento 410 es una conformación cilíndrica sin extensiones. En algunas realizaciones, el bloque receptor y el contenedor aislante comprenden los mismos materiales descritos para las realizaciones presentadas en las figuras 2 y 3. En algunas realizaciones, el bloque receptor 430 comprende una brida en forma de disco fijada en la superficie inferior del bloque receptor (no se muestra) mientras que, en otras realizaciones el bloque receptor comprende solo el bloque superior 460.

[0111] Ahora con referencia a la figura 5 que no cae dentro del alcance de las reivindicaciones, se muestran las dimensiones globales del dispositivo 500 descrito en la figura 4. El contenedor aislante tiene un diámetro exterior de aproximadamente 5.5 pulgadas (139.7 mm) y una altura de aproximadamente 3.5 pulgadas (88.9 mm) con un diámetro de cavidad interna de aproximadamente 2 pulgadas (50.8 mm) y una profundidad de aproximadamente 2.8 pulgadas (71.12 mm). El bloque receptor tiene un diámetro exterior de aproximadamente 2.5 pulgadas (63.5 mm) y una altura de aproximadamente 1.4 pulgadas (35.56 mm). Los pozos receptores de vial del bloque receptor tienen un diámetro de aproximadamente 0.51 pulgadas (12.954 mm) y una profundidad de aproximadamente 1.15 pulgadas (29.21 mm). La cavidad central tiene un diámetro de aproximadamente 0.7 pulgadas (17.78 mm) y en la realización mostrada se extiende hasta la superficie inferior del bloque. En algunas realizaciones, los pozos receptores de viales del bloque receptor comprenden un paso 470 que se extiende a través del suelo del pozo para permitir la inundación del pozo cuando el bastidor receptor se usa con un refrigerante líquido tal como nitrógeno líquido. En algunas realizaciones, el paso tiene un diámetro de aproximadamente 0.2 pulgadas (5.08 mm). En otras realizaciones, el suelo de pozo receptor del vial de muestra es sólido y no comprende un pasaje.

[0113] Ahora con referencia a la figura 6, parte A, que no cae dentro del alcance de las reivindicaciones, se muestra un gráfico de datos de la temperatura de un bloque receptor como se describe en la figura 2 y 3. Las mediciones de temperatura fueron recolectadas mediante un sensor de termopar que fue posicionado en un orificio receptor perforado en el bloque receptor de vial a una profundidad de 0.5 pulgadas (12.7 mm). El bloque receptor fue colocado sobre una capa de hielo seco de aproximadamente 0.75 pulgadas (19.05 mm) de espesor, y fue colocado hielo seco adicional sobre la porción de brida del bloque receptor hasta un nivel igual a la parte superior del receptor. Fue dejado el receptor a la temperatura equilibrada. Como se ve en el gráfico, el bloque receptor alcanzó una temperatura de -77°C en aproximadamente 5 minutos y mantuvo la temperatura durante más de 7 horas hasta que se agotó el hielo seco. Durante el intervalo de 7 horas, un vial de muestra que contenía solución salina tamponada a 90 por ciento y dimetilsulfóxido al 10% en un volumen de 1 ml fue configurado con un sensor de temperatura de termopar mantenido en una orientación axial con el sensor de termopar posicionado a media altura en el líquido de muestra. El vial de muestra luego fue equilibrado a una temperatura de -194°C en nitrógeno líquido, luego transferido al bloque de equilibrio de -77°C. Como se muestra en la parte B de la figura 6, que no cae dentro del alcance de las reivindicaciones, la temperatura de los contenidos de vial se equilibró a la temperatura de -77°C dentro de un intervalo de aproximadamente 10 minutos. Después de ciclos repetidos de descongelación, reequilibrio en nitrógeno líquido y transferencia al bloque receptor de - 77°C, los perfiles de temperatura de los contenidos de muestra son altamente repetibles. Usando este sencillo dispositivo y método de equilibrio, una muestra almacenada a temperatura criogénica puede recuperarse de un almacenamiento de archivo y equilibrarse rápidamente a una temperatura constante de -77°C. La muestra puede luego almacenarse durante un período prolongado de hasta 7 horas o más si se repone el refrigerante de hielo seco. El bloque receptor a -77°C proporciona un punto de inicio de temperatura altamente reproducible para un proceso de descongelación, lo que permite predecir con precisión el tiempo de descongelación de una muestra después de la colocación en un bloque de calentamiento que se ha equilibrado a la temperatura adecuada. Además, el bloque receptor evita el contacto directo de la muestra con el refrigerante de hielo seco. Como algunos diseños de viales comprenden una extensión de faldón en la superficie inferior (véase figura 16, vial A), la inserción directa de estos viales en hielo seco capturará el hielo seco en los rebajes inferiores y si subsecuentemente se insertan en un bloque de calentamiento experimentarán un cambio significativo en el tiempo de descongelación debido a la entrada de calor adicional requerida para cambiar el hielo seco a la fase gaseosa. Por lo tanto, es preferible el uso de un bloque receptor que aísle los viales de muestra del contacto directo con el hielo seco para la estandarización del proceso de descongelación.

[0115] Ahora con referencia a la figura 7, se muestra un bloque de calentamiento estándar 700. En esta realización, el bloque de calentamiento 710 está segmentado por dos interfaces planas en ángulo recto 770 y 780 para crear un segmento de bloque independiente 720. El plano de segmentación vertical pasa a través del centro de un pozo receptor de vial de muestra cilíndrico coincidente con el eje cilíndrico del pozo receptor. El pozo receptor mostrado comprende un ahusamiento cilíndrico de 1 grado para coincidir con el ahusamiento de un criovial con tapa de rosca estándar 750 tales como los disponibles comercialmente de múltiples proveedores y que está compuesto de un material que tiene una conductividad térmica de menos de 2 vatios/metro-K que incluye, pero no se limita a, polipropileno, polietileno o mezclas de polipropileno, polietileno y materiales plásticos adicionales, resinas plásticas y mezclas de resinas, y vidrio. Las paredes de pozo receptor comprenden una capa de 0.5 mm de espesor de material térmicamente conductor tal como, pero no limitado a, espuma térmicamente conductora 760, con la superficie más interna coincidente con la superficie del criovial con tapa de rosca estándar de tal manera que cuando el criovial se coloca en el pozo y los dos bloques receptores cerca del contacto cercano en la superficie 770, la superficie de criovial y la espuma conductora están en contacto estrecho y completo en todos los puntos. El segmento deslizante móvil 720 está confinado a un movimiento horizontal lineal por dos varillas de empuje (ocultas en esta perspectiva) que están aseguradas en el extremo por una barra de empuje 730. Mediante el accionamiento horizontal de la barra de empuje, los segmentos del bloque de calentamiento pueden separarse para permitir la inserción o retiro del criovial. Se puede anotar que se puede construir una realización que no comprenda la espuma térmicamente conductora, sin embargo, hacer coincidir perfectamente el ahusamiento del criovial es un logro difícil y de fabricante a fabricante, se puede encontrar variación en el ángulo del ahusamiento y el diámetro del vial. Además, tras congelarse, los contenidos acuosos del vial de muestra se expandirán con el potencial de distorsionar la superficie exterior del criovial. Pueden surgir complicaciones adicionales al emparejar la superficie de pozo receptor a la superficie exterior de vial ya que los viales pueden estar laminados de manera impredecible con una etiqueta de identificación, por lo tanto, una superficie compatible en el pozo receptor es esencial para un contacto uniforme, completo y repetible de las dos superficies ya que cualquier interrupción en el contacto físico alterará la transferencia térmica al imponer una resistencia térmica adicional en la ubicación de la interrupción. Por lo tanto, en algunas realizaciones se prefiere la interfaz térmicamente conductora y compatible 760. El bloque de calentamiento 710 se calienta mediante un calentador de resistencia eléctrica (oculto en esta vista) que está embebido en la superficie inferior y alimentado por una corriente eléctrica. La temperatura del bloque de calentamiento puede determinarse mediante un sensor de termopar 740 que se inserta en el segmento de bloque de calentamiento 710. Los segmentos de bloque 720 y 710 están además unidos por pares de imanes embebidos tanto en la interfaz vertical 770 como en la interfaz horizontal, asegurando de esa manera un estrecho contacto conductor térmico de las dos partes además de suministrar presión de sujeción al vial insertado. Las partes de realización 710, 720 y 730 están construidas a partir de una aleación de aluminio. El revestimiento de espuma térmicamente conductora está construido a partir de una composición de silicona térmicamente conductora vendida comercialmente por Laird Technologies bajo la marca Tflex.

[0117] Ahora con referencia a la figura 8, se muestra un diagrama explotado de la realización mostrada en la figura 7. En este diagrama, el bloque de calentamiento en forma de L 810 se empareja con un bloque rectangular 815 en dos planos de interfaz, 811 y 812. Los dos segmentos de bloque están sujetados de manera removible en el plano vertical 811 mediante la interfaz de dos pares de imanes 830 que son recibidos en el bloque 810 en las cavidades receptoras 835, y orificios receptores reflejados en el bloque rectangular 815 (no visibles en la vista). En el plano horizontal 812, los dos segmentos de bloque 810 y 815 están unidos por un único par de imanes en el cual un imán 850 está embebido en la superficie inferior del bloque 815 mientras que, dos imanes opuestos separados 840 están embebidos en la superficie horizontal 812 en los orificios receptores 845. El imán único 850 en el bloque deslizante 815 puede interconectarse selectivamente con cualquiera de los dos imanes 840 cambiando la posición lineal a lo largo del eje definido por el borde 841. Los centros de imán 840 están espaciados 0.28 pulgadas (7.112 mm) y permiten que el bloque 815 asuma dos posiciones estables, una siendo una posición donde el bloque deslizante 815 se empareja al bloque 810 en las interfaces 811 y 812, y otra donde los dos bloques se interconectan en el plano 812 y con una brecha de aproximadamente 0.27 pulgadas (6.858 mm) entre las dos caras verticales de bloque, estableciendo de esa manera unos estados de bloque de calentamiento abierto y cerrado. Se laminan dos revestimientos de material flexible térmicamente conductor 885 sobre las dos mitades de pared interior del pozo receptor de vial 857. Los segmentos de bloque se calientan mediante un calentador de resistencia 855 que está embebido en el lado inferior del bloque 810 en una cavidad en forma de cuña y el elemento calentador 855 se mantiene en estrecho contacto térmico con las paredes de cavidad mediante la presión de un segmento en forma de cuña 860, cuya presión se puede ajustar mediante una fuerza de un tornillo que incide en el lado posterior de la cuña (no se muestra en esta vista). El calentador está alimentado por una corriente eléctrica que se conduce a través de cables de potencia 865. La temperatura del bloque de calentamiento puede ser monitorizada por el sensor de termopar 870 insertado en el bloque de calentamiento 810 en el orificio receptor de sensor 875. El bloque 815 está soportado lateralmente por dos varillas de empuje 820 que están unidas por una barra de empuje 825 en los extremos distales. Las varillas de empuje se extienden a través del bloque 810 a través de canales de acceso 826 que entran en contacto con las varillas de empuje solo en los lados y están mecanizados en una configuración de ranura vertical para permitir algún grado de libertad vertical de tal manera que el bloque 815 esté soportado exclusivamente por la superficie horizontal 812 del bloque 810. El bloque de calentamiento opera mediante la separación manual de los segmentos de bloque 810 y 815 presionando la barra de empuje 825. Se inserta un vial de muestra en la cavidad receptora abierta 857 y se cierran las mordazas mediante una ligera presión sobre el bloque 815 hasta que el imán 850 se separa del imán proximal 845 y se realinea con el imán distal 845 asistido por la atracción agregada de los pares de imanes 830. En otras realizaciones, el bloque de calentamiento que se muestra en la figura 8 puede ser articulado y automatizado por maquinaria de propulsión activa que incluye pero no se limita a motores, accionadores de solenoide, accionadores hidráulicos y neumáticos y electroimanes. La maquinaria de propulsión puede estar vinculada a los segmentos de bloque, sin limitación, mediante máquinas de tornillo, conexiones cinemáticas, bisagras, cables, correas, cadenas, pasador y ranura, pistas, rieles, correderas, cojinetes lineales y rotacionales, levas y engranajes. En algunas realizaciones, el sistema que se muestra en la figura 8 puede comprender más de un sensor de temperatura mediante los cuales se puede monitorizar la temperatura del bloque de calentamiento. En algunas realizaciones, el bloque calentador comprende uno o más sensores de temperatura que están aislados térmicamente del bloque de calentamiento pero están en contacto con la superficie del vial de muestra. En algunas realizaciones, los sensores de temperatura pueden comprender termopares, termistores y sensores RTD. En otras realizaciones, el bloque de calentamiento comprende una placa de circuito de microprocesador que recibe señales de retroalimentación de temperatura de bloque de calentamiento desde los sensores de bloque y regula la potencia suministrada a los calentadores para mantener la temperatura de bloque deseada. En otras realizaciones, la placa de microprocesador recibe datos de sensor de posición de los sensores de proximidad en el bloque de calentamiento para determinar cuándo el bloque está abierto o cerrado. En otras realizaciones, la placa de microprocesador abre y cierra activamente el bloque de calentamiento de acuerdo con un algoritmo de estado que realiza el proceso de descongelación. En otras realizaciones, el microprocesador recibe datos de señales termométricas de sensores en contacto con la superficie del vial de muestra recibido en el bloque de calentamiento. En otras realizaciones, el microprocesador hace determinaciones del estado de descongelación del vial mediante interpretación algorítmica de los datos termométricos. En algunas realizaciones, la placa de microprocesador controla una interfaz de usuario que muestra el estado del proceso de descongelación, alerta a los usuarios sobre condiciones de falla y señala la disposición del bloque de calentamiento para recibir un vial de muestra e iniciar la secuencia de descongelación.

[0118] En algunas realizaciones, el tamaño de los pares de imanes 830 y/o la intensidad de campo de los pares de imanes se pueden usar para ajustar la presión de sujeción de los revestimientos de material flexible conductor 885 en el recipiente 880, cambiando de esa manera la conducción térmica entre los revestimientos y el recipiente. En otras realizaciones, la presión de sujeción se proporciona, sin limitaciones, mediante fuerza magnética, electromagnética, de resorte, neumática, hidráulica o mecánica, o cualquier combinación de las mismas.

[0120] Ahora con referencia a la figura 9, parte A, se muestra una serie de trazas de tiempo-temperatura de un sensor de termopar posicionado internamente en un vial de muestra a lo largo del eje central del vial con el sensor a la mitad de la profundidad en una muestra de 1 ml que comprende 90 % de solución salina tamponada y 10 % de dimetilsulfóxido. El vial fue equilibrado a -194°C en nitrógeno líquido, luego colocado en el dispositivo de equilibrio descrito en las figuras 2 y 3 para equilibrar a -77°C durante 10 minutos. El vial luego fue transferido al dispositivo de bloque de calentamiento descrito en las figuras 7 y 8 que fue preequilibrado a 37°C durante 6 minutos mientras un registrador de datos recolectaba la traza de temperatura a intervalos de 10 segundos. El ciclo de congelación descongelación fue repetido 6 veces y las trazas de temperaturas de tiempo fueron graficadas colectivamente. A partir de la agrupación de trazas, se puede ver que el perfil de descongelación es altamente repetible hasta aproximadamente 3 minutos. Cerca de la marca de los tres minutos, el resto sólido central de la muestra es confinado ya que el termopar axial todavía está embebido en la masa sólida. A medida que este remanente sólido se libera del sensor de termopar, el sólido de menor temperatura es libre de separarse aleatoriamente de, entrar en contacto o entrar en contacto intermitentemente con el sensor, introduciendo de esa manera artefactos en el flujo de datos. La repetibilidad de las trazas de datos antes del punto de 3 minutos indica que al comenzar con una temperatura de muestra constante y usar un bloque de calentamiento de temperatura regulada, el progreso del proceso de descongelación se puede predecir estrechamente usando solo valores de tiempo de intervalo de descongelación derivados experimentalmente. Por lo tanto, en algunas realizaciones se usan un dispositivo cronométrico, un dispositivo de equilibrio de temperatura como se muestra en las figuras 2 hasta 5, y un bloque caliente de temperatura constante como se muestra en las figuras 7 y 8, para hacer una predicción precisa de la duración del proceso de descongelación para un vial de muestra dado. En otras realizaciones, se usará la reducción del valor de tiempo de compleción de cambio de fase mediante una constante para finalizar el proceso de descongelación mientras todavía está quedando algo de fase sólida en el vial.

[0122] La figura 9, parte B muestra un grupo de trazas de temperatura de un termopar colocado en el mismo vial de muestra de tal manera que el sensor yace cerca de la pared interior del vial. Las trazas reproducen las observadas en la figura 9, parte A hasta aproximadamente la marca de un minuto en el cual comienza el cambio de fase. La traza de temperatura muestra una trayectoria más alta que la observada en la parte A, lo que indica que la temperatura cerca de la pared interior es más caliente que en el centro de la carga de muestra. Este resultado se predice por la compleja vía de resistencia térmica que debe recorrer la energía térmica como se describe en la figura 1B. También se nota que cerca de la marca de tiempo de 3 minutos, están presentes artefactos en el grupo de trazas de temperatura, pero con una desviación menos severa de los valores de temperatura promedio que la observada en la figura 9, parte A.

[0124] Ahora con referencia a la figura 10, fueron recolectados datos adicionales usando el dispositivo de congelación con nitrógeno líquido y el equilibrio de temperatura con hielo seco de -77°C usado para recolectar los datos en la figura 9 con el sensor de termopar situado en la misma posición usada en la figura 9 parte B, cerca de la pared interior del vial. Sin embargo, en los datos mostrados, fue recolectado un grupo de tres ciclos usando un bloque de calentamiento a 37°C descrito en las figuras 7 y 8, mientras que, el otro grupo de tres ciclos fue recolectado mediante sumersión parcial del vial en un baño de agua a 37°C. Al comparar las trazas, se puede ver que los viales que fueron descongelados en el bloque de calentamiento (indicado como el "bloque dividido" en la figura) se están descongelando a una tasa más lenta. De nuevo, con referencia al modelo de flujo de energía térmica a través de una vía de resistencia térmica compleja como se describe en la figura 1B, el resultado se puede entender ya que habría una caída de temperatura a través del material de espuma conductora que colocaría efectivamente el vial de muestra en un entorno de temperatura más baja que el que se experimentaría por el mismo vial en un baño de agua a 37°C.

[0126] Ahora con referencia a la figura 11, la serie de descongelación descrita en la figura 10 fue repetida usando los sistemas idénticos con la excepción de que la temperatura del bloque caliente o del bloque dividido fue equilibrada a 45°C antes de comenzar la serie de descongelación. En los gráficos de tiempo-temperatura que se muestran, los dos grupos de trazas se superponen lo que indica que al elevar la temperatura de bloque caliente, la temperatura en la interfaz de vial de espuma-muestra conductora se puede elevar a 37°C, creando efectivamente una descongelación equivalente a baño de agua usando un bloque de calentamiento sólido.

[0127] Ahora con referencia a la figura 12, se muestra un diagrama de sección transversal de dos viales de muestra para ilustrar la independencia de volumen de carga de una traza de temperatura de vial de descongelación para un vial de muestra cilíndrico. En el vial A donde los contenidos del vial son mayores, existe una vía de conducción térmica idéntica en la posición de ambas de las flechas ya que la pared interior del vial está en contacto directo con la muestra. En el vial B, el volumen de muestra se reduce y por lo tanto en la posición de la flecha superior, la pared interior del vial no entra en contacto con la muestra, por lo tanto la energía térmica que ingresa al vial en esta ubicación debe ya sea migrar hacia abajo a través del polímero térmicamente resistente de la pared de vial o migrar a través del gas sobre el vial que tiene una conductividad térmica de aproximadamente una décima parte de la pared de recipiente de polímero. Por lo tanto, la cantidad de calor que ingresa a la muestra contenida dentro del vial es proporcional a la cantidad de muestra en el vial. Este efecto se demuestra experimentalmente en la figura 13.

[0129] Ahora con referencia a la figura 13, los grupos de trazas de temperatura fueron generados usando el mismo sistema y método de descongelación de bloque caliente descritos en la figura 11, con la excepción de que fueron usadas dos cargas de viales de muestra diferentes para las dos series de descongelación. En una serie de trazas, los viales contenían 1 ml del fluido de muestra de prueba y en la segunda serie, los viales contenían 1.5 ml del fluido de muestra de prueba. Como se puede ver en las gráficas de tiempo-temperatura, las dos series se superponen lo que indica que el perfil de descongelación es independiente del volumen de llenado de vial. Se puede notar para la discusión de la figura 14 que el comienzo del cambio de fase se produce a aproximadamente 50 segundos después de la inserción del vial en el bloque caliente y que el final del cambio de fase se produce a aproximadamente 160 segundos después de la inserción del vial en el bloque caliente.

[0130] En el proceso de recuperación de muestras biológicas viables del almacenamiento criogénico, la recuperación óptima de células vivas se ve favorecida por una rápida transición a través de la región de temperatura ultra fría de -75°C al estado líquido, ya que esta práctica minimizará la posibilidad de que se produzca crecimiento de cristales de hielo intracelulares dañino. Aunque un aumento en la temperatura de baño o de bloque de calentamiento disminuirá la duración de la transición de temperatura al aumentar la tasa de entrada de energía térmica en el vial de muestra, la evidencia experimental que se muestra en la figura 9 demuestra que durante el proceso de descongelación, la temperatura de una porción de la muestra experimentará temperaturas más altas que la temperatura de transición de fase de la muestra. Aunque el aumento de temperatura en las regiones de la muestra debido a la entrada de calor dinámico es transitorio, la toxicidad de los crioprotectores comúnmente incluidos en los medios de crioconservación para la crioconservación de suspensiones celulares aumenta con la temperatura, por lo tanto reducir el intervalo de descongelación aumentando la temperatura de baño o de bloque caliente tiene riesgos asociados para una porción de la muestra. Para reducir la exposición de la muestra descongelada a temperaturas elevadas, una práctica común para la descongelación de muestra incluye el cese de exposición del vial de muestra a la temperatura elevada del baño de agua en un momento cuando aún queda una pequeña porción de la muestra sólida. Esta práctica permite que el remanente aún sólido absorba energía térmica de la porción líquida de la muestra, equilibrando de esa manera la muestra descongelada a una temperatura baja. Por lo tanto es necesaria la evaluación o predicción precisa del estado de cambio de fase casi completo durante el proceso de descongelación. Durante la descongelación manual de un vial de muestra en un baño de agua, una práctica común incluye la evaluación visual frecuente del estado de muestra. Como esta práctica requiere el retiro de la muestra del baño de agua, se impone una variación en la duración del tiempo de descongelación ya que el contacto térmico entre el vial y la fuente de calor de baño de agua se interrumpe con frecuencia. A menos que se aplique una evaluación alternativa del estado de muestra, una inspección visual repetida de la muestra también requeriría el retiro del vial de muestra de un bloque de calentamiento sólido también, y bajo tales condiciones, una metodología de descongelación estandarizada no podría ser aplicable. La termometría intravial proporcionaría la monitorización del estado del cambio de fase en una muestra, sin embargo la introducción de una sonda termométrica directamente en una muestra impondría un riesgo muy alto de contaminación. Por lo tanto, en algunas realizaciones de la presente invención, se aplica la monitorización termométrica de la temperatura de superficie externa del vial de muestra para detectar el cambio de fase de iniciación y progresión, evitando de esa manera el riesgo de contaminación impuesto por la detección termométrica intravial. Aunque los datos termométricos recolectados por las mediciones de temperatura de vial externo están sujetos a variaciones cerca de la compleción del cambio de fase debido a los movimientos estocásticos del remanente de muestra sólida, la ubicación del sensor termométrico en la porción inferior del vial o en la superficie inferior del vial evitaría las fluctuaciones de temperatura impuestas por el movimiento aleatorio del remanente de fase sólida ya que la fase sólida, al ser menos densa que la fase líquida, flotará dentro del vial siendo de esa manera excluida de las regiones inferiores del vial de muestra. Por lo tanto en algunas realizaciones, la presente invención comprende un sensor termométrico de superficie de vial externo que está ubicado en la superficie exterior media a superior del vial de muestra mientras que, en otras realizaciones el sensor termométrico está ubicado en la superficie media a inferior, incluyendo la superficie inferior del exterior de vial de muestra. En algunas realizaciones, se usa la termometría de superficie de vial externo para determinar el inicio del cambio de fase de muestra mientras que, en otras realizaciones, se usa la termometría de superficie de vial externo para determinar tanto el inicio como la finalización del cambio de fase.

[0132] Ahora con referencia a la figura 14, se muestra una traza de tiempo-temperatura recolectada de un termopar en contacto con el exterior de vial de muestra a un nivel opuesto al nivel de muestra medio aproximado de la muestra interna de 1 ml durante el proceso de ciclo de descongelación, como se describe en la figura 13. En el traza de temperatura externa, a medida que el termopar aislado térmicamente (parte 130 en la figura 1) entra en contacto con el exterior de vial de -77°C, la temperatura del sensor disminuye rápidamente hasta que el sensor se equilibra térmicamente con el exterior de vial en la temperatura mínima que se produce en el punto de tiempo de 11 segundos. A medida que aumenta la temperatura del vial, la traza de temperatura externa muestra una desviación a los 60 segundos aproximadamente donde se conoce que comienza el cambio de fase. La traza asciende en una pendiente poco profunda hasta aproximadamente los 160 segundos donde se conoce que coincide la compleción del cambio de fase.

[0134] Las trazas de tiempo-temperatura recolectadas usando un sensor de temperatura intravial o un detector de temperatura de superficie exterior se pueden dividir en tres regiones. La primera región coincide con el intervalo de tiempo en el cual los contenidos del vial están en la fase sólida, la segunda coincide con el intervalo de tiempo donde los contenidos de vial están en fase sólida y líquida mixta y el tercer intervalo de tiempo coincide con la región donde los contenidos de vial están exclusivamente en fase líquida. Durante la primera y tercera regiones, donde los contenidos de vial son una de dos fases homogéneas, la masa combinada del vial y los contenidos de vial se comportan como un sistema de capacidad concentrada, y el comportamiento de transición de temperatura puede describirse mediante una ecuación invariante en el tiempo lineal:

[0135]

[0138] en donde T(t), la temperatura del sistema en el tiempo t, puede determinarse mediante la función anterior en donde T<h>es la temperatura de baño, T<c>es la temperatura de partida del vial, t<pc>es la compensación de tiempo (requerida para hacer coincidir matemáticamente los valores calculados con la gráfica de datos real) y τ<v>es la constante de tiempo térmico efectiva del vial y contenidos. La fórmula describe el calentamiento de una masa sujeta a una temperatura fija en su límite exterior. En la figura 15 se muestra un ejemplo de ajustar esta salida de ecuación a los datos de temperatura de vial externo presentados en la figura 14.

[0140] El calentamiento del contenido de fase sólida del vial entre el punto donde la lectura de sensor alcanza un mínimo aproximadamente 11 segundos después de la inserción del vial en el bloque de calentamiento hasta un tiempo de aproximadamente 60 segundos se puede aproximar estrechamente usando la Ecuación 1 anterior donde el valor de T<h>es la temperatura de bloque caliente (39°C), T<c>es la temperatura seleccionada al comienzo de la curva de calentamiento de fase sólida en un momento después de que el sensor de superficie de vial y el vial hayan alcanzado el equilibrio térmico, y en el punto de tiempo donde el valor de la constante de tiempo térmico efectivo alcanza un valor mínimo (23.8°C), a 31 segundos después del momento de inserción del vial en el bloque caliente. El valor de la constante de tiempo τ<v>se puede calcular a partir del valor de T<h>y los valores de T(t) mediante la siguiente derivación:

[0143]

[0146] Por lo tanto,

[0149]

[0152] Al aplicar un análisis de pendiente de regresión mínima de los datos de temperatura a lo largo de los datos de tiempo de un grupo de aproximadamente 5 o 6 puntos de tiempo de los datos de tiempo-temperatura recibidos de un sensor de temperatura en contacto con el exterior del vial, se puede obtener el denominador de la ecuación 4. Igualmente, al promediar los valores de temperatura exterior de vial del mismo grupo de datos y restar el valor T<h>, se puede obtener el numerador de la ecuación 4. El valor τ<v>puede entonces obtenerse tomando el valor negativo del resultado de división. El valor τ<v>obtenido mediante este tratamiento de los datos solo se relacionará con la ecuación lineal invariante en el tiempo que describe el sistema de capacidad concentrada del vial y la muestra sólida durante la porción de la curva anterior al comienzo del cambio de fase, y por lo tanto una desviación de un valor τ<v>constante más de un límite preestablecido se puede usar para identificar el comienzo del cambio de fase.

[0154] Ahora con referencia a la figura 15A, se presenta un gráfico de tiempo de los valores τ<v>para el conjunto de datos de ejemplo que se muestra en la figura 14 (traza oscura). En la gráfica de valores se puede ver que en el rango de 31 a 50 segundos en el proceso de calentamiento, los valores τ<v>mantienen un valor mínimo de aproximadamente 55°C. Además, se muestra el gráfico de tiempo (línea gris claro) de los valores τ<v>obtenidos por un tratamiento idéntico de la salida de la ecuación invariante en el tiempo lineal (LTI) en la cual los valores de entrada de las constantes fueron T<h>= 30°C, T<c>= 23.8°C, τ<v>=55 segundos (como se determinó para los datos experimentales en la figura 15), y el valor de compensación de tiempo t<pc>es 32 segundos, como se determinó mediante un ajuste de análisis de regresión de la ecuación de LTI al conjunto de datos de la figura 14 en la región de 31 a 50 segundos. Como puede esperarse, el valor τ<v>de la ecuación de LTI no cambia con el tiempo. Al comparar los dos conjuntos de valores τ<v>en la figura 15A, se puede ver que se puede determinar una predicción del comienzo del cambio de fase en los contenidos del vial de prueba a aproximadamente 50 segundos mediante la desviación de los valores τ<v>para los datos experimentales a partir del valor τ<v>teórico.

[0155] Por lo tanto en algunas realizaciones, se embebe un algoritmo de procesamiento de datos en el software de la presente invención para determinar el comienzo del cambio de fase de los contenidos de un vial. Al agregar un valor de compensación de tiempo al comienzo del valor de tiempo de cambio de fase con base en la siguiente ecuación, se puede estimar el tiempo de la compleción de cambio de fase. Usando la ecuación 5 a continuación, se puede calcular la duración de la descongelación (T<descongelación>) donde ΔH<f>es el calor específico de fusión de la muestra, m<soln>es la masa de la muestra, R<v>es la resistencia térmica absoluta de la pared de vial de muestra, T<vial>es la temperatura de la pared exterior de vial y T<m>es la temperatura de fusión de la muestra.

[0158]

[0161] Como una muestra biológica típica almacenada en un vial de muestra criogénica es una solución acuosa, la temperatura de fusión no es un valor único como sería el caso de un material homogéneo, sino más bien un rango de temperatura. No obstante, el refinamiento de la ecuación 5 mediante la determinación experimental de un valor de T<m>, para un vial específico, que permitirá un ajuste con el valor real T<descongelación>proporcionará un medio más preciso para predecir el valor T<descongelación>para diferentes masas de muestra. Sin embargo, como se muestra en las figuras 12 y 13, la tasa de entrada de energía térmica en una muestra de descongelación contenida dentro de un vial de muestra es en gran medida independiente del volumen de muestra y por lo tanto de la masa de muestra. Por lo tanto, en algunas realizaciones de la presente invención, la terminación del cambio de fase se determina mediante un algoritmo de software que combina el valor de tiempo calculado para el inicio del cambio de fase como se describió anteriormente con un valor de duración de cambio de fase derivado experimentalmente para un vial de muestra dado para determinar el tiempo de compleción de cambio de fase. En otras realizaciones, la reducción del valor de tiempo de compleción de cambio de fase determinado por una constante se usará para finalizar el proceso de descongelación mientras todavía esté quedando algo de fase sólida en el vial.

[0163] Ahora con referencia a la figura 15B, se muestra un tratamiento de datos alternativo mediante el cual se puede determinar el comienzo del cambio de fase. En la figura 15A, parte A, se indica la gráfica de la temperatura exterior de vial experimental descrita en la figura 14 junto con la traza de temperatura de bloque de calentamiento para el mismo experimento. Se muestra una gráfica de los valores de salida de ecuación de LTI que superpone la porción de fase sólida de la secuencia de calentamiento impuesta sobre los datos experimentales. Los valores variables para la ecuación de LTI como se describe en la ecuación 1 anterior fueron derivados de la temperatura de bloque de calentamiento (T<h>= 39°C), el valor mínimo τ<v>después del equilibrio de sensor de temperatura de superficie de vial, como se determina mediante las ecuaciones 2-4 anteriores, y la temperatura de la superficie de vial en el momento donde fue observado por primera vez el valor mínimo τ<v>(T<c>= 23.8°C). El valor t<pc>fue determinado mediante refinamiento iterativo de tal manera que fue identificado un valor mínimo para la diferencia entre la salida de ecuación de LTI y un análisis de regresión lineal de los puntos de datos de temperatura de superficie de vial después del momento de detección del valor mínimo τ<v>.

[0165] Ahora con referencia a la figura 15B, parte B, se muestra un gráfico de la diferencia entre los datos experimentales y la salida de la ecuación de LTI con respecto al tiempo. La flecha vertical ubicada aproximadamente a 60 segundos indica el punto donde los datos experimentales y los datos de ecuación de LTI calculados divergen en un valor seleccionado de 0.2°C. En algunas realizaciones de la presente invención, la realización de la puerta de divergencia anterior en el software algorítmico determinará el comienzo del cambio de fase.

[0167] Ahora con referencia a la figura 16, sin limitación, se muestran las dimensiones de tres tipos de viales de muestra que pueden usarse en la presente invención. En algunas realizaciones de la invención, los bloques de calentamiento (2008 y 2010 en la figura 20 subsecuente) pueden ajustarse en las dimensiones del pozo receptor de vial (2033 en la figura 20 subsecuente) para acomodar la diferencia en las dimensiones de vial de muestra mostradas, permitiendo de esa manera la adaptación de un diseño común de la presente invención para ser aplicado a múltiples tipos de viales de muestra. El contenedor de muestra puede ser cualquier vial criogénico. Por ejemplo, el contenedor de muestra puede ser un vial estándar de 5.0 mL, vial de 4.0 mL, vial de 2.0 mL, vial de 1.2 mL, vial de 500 µL, etc. Los viales pueden estar construidos de polipropileno u otros materiales, por ejemplo, y pueden tener fondo redondo o ser autónomos. El soporte de muestra puede estar en contacto de transferencia de calor con las paredes laterales de un vial recibido. Opcionalmente, el soporte de muestra puede configurarse para limitar la transferencia de calor desde la parte superior o inferior de un contenedor de muestra. Aunque el contenedor de muestra generalmente se describe como un vial, debe entenderse que las muestras en otros contenedores pueden descongelarse usando los métodos y sistemas descritos en este documento. Por ejemplo, el contenedor puede ser una bolsa u otro recipiente según se desee.

[0168] En otras realizaciones, los bloques de calentamiento pueden comprender una única dimensión de pozo receptor de vial que puede adaptarse para acomodar múltiples tipos y dimensiones de viales al comprender una parte adaptadora.

[0170] Ahora con referencia a la figura 17, se muestra el exterior de una realización representativa de la invención. La realización se presenta solamente como un ejemplo funcional de la invención y no está prevista para limitar realizaciones alternativas de la invención. La figura identifica la cubierta 1700 del mecanismo interno que comprende una cubierta superior externa 1710 y una base transparente o translúcida 1720. En esta realización, el usuario inserta un vial de muestra 1740 en la abertura superior disponible 1730 para comenzar la secuencia de calentamiento. Cuando la inserción de vial alcanza una profundidad específica, el mecanismo interno activa el cierre rápido de un bloque caliente segmentado abierto que entrará en contacto y mantendrá seguro el vial de muestra durante el proceso de calentamiento.

[0172] Ahora con referencia a la figura 18, se muestran dos vistas de una realización del mecanismo interno 1800. En esta realización, el marco principal 1810 está conectado a un bloque de calentamiento de dos partes 1820, cuyas dos partes son idénticas y están unidas por una rotación de 180 grados de una parte con respecto a su parte de emparejamiento. Las dos mitades de bloque están unidas por un pasador de bisagra 1825 de tal manera que las dos partes de bloque de calentamiento pueden girar y separarse en un ángulo incluido de 10 grados entre las caras medianas de plano vertical de las partes. Las dos mitades de bloque están articuladas alrededor del eje de bisagra 1825 mediante un marco esparcidor deslizante 1815 que se acopla a árboles de pasador 1817, embebidos en las partes de bloque de calentamiento 1820 en ambos lados de cada parte, a través de ranuras angulares 1819 de tal manera que cuando el marco esparcidor deslizante 1815 asciende y desciende con relación al marco principal 1810, las ranuras 1819 abren y cierran las mitades de bloque de calentamiento 1820. El marco esparcidor deslizante 1815 está articulado por dos accionadores de solenoide 1850, uno configurado para elevar el marco esparcidor 1815 cuando se activa y uno configurado para deselevar el marco esparcidor en relación con el marco principal 1810. Las dos mitades de bloque de calentamiento 1820 comprenden un pozo receptor de vial central 1865 que está dividido en un plano vertical que es coincidente con el plano vertical que separa las dos mitades de bloque de calentamiento. El pozo de vial central se extiende a través de la totalidad de los bloques de calentamiento y comprende un revestimiento de 2 mm de espesor de espuma térmicamente conductora 1860 que cubre toda la superficie interior del pozo de vial central hasta una profundidad de 1.1 pulgadas (27.94 mm) debajo de la superficie superior del bloque de calentamiento. Un sensor de temperatura de termistor 1835 está embebido en ambas de las partes de bloque de calentamiento y las señales de datos de temperatura se conducen a la placa de microprocesador 1805 a través de conexiones de cables (no se muestran). Uno o ambos de los bloques de calentamiento comprenden un sensor de temperatura adicional 1830 que está aislado térmicamente del bloque de calentamiento 1820 y descansa en contacto con la superficie exterior del vial de muestra 1870 cuando el vial de muestra se inserta en el pozo de vial central y las mordazas de bloque de calentamiento 1820 están cerradas. La señal de datos del sensor 1830 se conduce a la placa de microprocesador 1805 mediante cables conectores (no se muestran).

[0174] Ahora con referencia a la figura 19, se muestran las dimensiones globales de la realización mostrada en la figura 18. La cubierta exterior que se muestra en la parte A tiene una altura de 5 pulgadas (127 mm) y un diámetro mayor de aproximadamente 4 pulgadas (101.6 mm). El acceso de abertura superior para el pozo receptor de vial tiene un diámetro de aproximadamente 0.6 pulgadas (15.24 mm). El mecanismo interior que se muestra en la parte B tiene una altura global de aproximadamente 4.9 pulgadas (124.46 mm), un diámetro mayor de aproximadamente 4 pulgadas (101.6 mm) y un diámetro de pozo receptor de vial de aproximadamente 0.5 pulgadas (12.7 mm).

[0176] Ahora con referencia a la figura 20, se muestra una vista en despiece de la realización mostrada en las figuras 18 y 19. En este diagrama, el marco principal 2002 soporta las partes restantes del mecanismo interno 2000 y está unido a la parte base 2003 mediante sujetadores (no se muestran) que se extienden a través de la placa de circuito de microprocesador 2004. Las dos mitades de bloque de calentamiento 2008 y 2010 están unidas al marco principal 2002 mediante el pasador de bisagra 2012. Las mitades de bloque de calentamiento giran sobre el pasador de bisagra 2012 y de esta manera están restringidas a un rango de movimiento desde una posición cerrada en la cual las caras de plano medio son paralelas a una posición abierta donde las caras de plano medio están separadas con un ángulo incluido de 10 grados. Las extensiones de brazo 2009 de las mitades de bloque de calentamiento comprenden orificios cilíndricos 2011 que opcionalmente pueden recibir imanes cilíndricos (no se muestran) que cuando se instalan se emparejarán con imanes instalados en la parte opuesta de bloque de calentamiento de una manera que proporcionará una fuerza de sujeción que mantendrá las mordazas de bloque de calentamiento ya sea en una posición abierta o cerrada en ausencia de articulación o fuerzas de sujeción aplicadas por otros componentes en la realización. Las dos mordazas de bloque de calentamiento 2008 y 2010 están articuladas por un marco esparcidor deslizante 2006 que se acopla a los bloques de calentamiento a través de características de ranuras en ángulo 2017 que se acoplan a cojinetes de pasador 2016 que están embebidos en los rebajes de bloque de calentamiento 2018. Las ranuras 2017 en el marco esparcidor deslizante están en ángulo de tal manera que cuando el marco esparcidor deslizante se eleva en relación con el marco principal, los bloques de calentamiento giran en el pasador de bisagra 2012 y se abren en un ángulo de 10 grados. Cuando el marco esparcidor deslizante se baja en relación con el marco principal, los bloques de calentamiento giran a una orientación cerrada donde las caras verticales interiores son paralelas.

[0177] La posición del marco esparcidor deslizante en relación con el marco principal es monitorizada por un sensor óptico 2048 que detecta una señal de luz de una fuente de luz 2046, ambos de los cuales están montados en el marco principal. Cuando se eleva el marco esparcidor deslizante, la señal de luz de la fuente 2046 tiene una trayectoria sin obstrucciones a través de la ranura 2049 en el marco esparcidor deslizante y a través de las partes abiertas de bloque de calentamiento siempre que no haya otra obstrucción en el receptor de vial central tal como un vial de muestra. Cuando el marco esparcidor deslizante se baja en relación con el marco principal, la luz de la fuente 2046 es bloqueada por el marco esparcidor deslizante. La fuente de luz 2046 y el detector de luz 2048 reciben potencia de la placa de circuito de microprocesador 2004 a través de cables de potencia (no se muestran) y el microprocesador recibe una señal digital del sensor óptico 2048 a través de conductos de cables (no se muestran). El marco esparcidor deslizante 2006 está articulado por activadores de solenoide, uno que eleva el marco esparcidor cuando se activa 2052, y uno que deseleva el marco esparcidor cuando se activa 2050. Los accionadores de solenoide están unidos al marco esparcidor deslizante a través de una abrazadera en L 2038 que se sujeta al marco esparcidor y al marco principal a través de orificios 2043 y se sujeta mediante una tuerca hexagonal 2044. Dos almohadillas de espuma térmicamente conductoras 2030 y 2032 revisten las dos mitades del pozo receptor de vial central 2033 en los bloques de calentamiento 2008 y 2010. Una o más de las almohadillas de espuma 2030 y 2032 comprenden un paso 2035 a través del cual puede pasar un sensor de temperatura 2042 embebido en los bloques de calentamiento para entrar en contacto con la superficie exterior de un vial de muestra contenido entre las almohadillas de espuma 2030 y 3032 dentro del pozo receptor de vial de los bloques. Cada uno de los bloques de calentamiento 2008 y 2010 comprende uno o más elementos calentadores 2034 que se reciben en una cavidad en el lado inferior de las partes de bloque de calentamiento (no visible). La temperatura de los bloques de calentamiento 2008 y 2010 es detectada por uno o más sensores de temperatura 2040 que están embebidos en el bloque de calentamiento en una cavidad receptora 2041 y asegurados por un tornillo de fijación perpendicular (no se muestra). Un pedestal central 2024 está posicionado en una orientación coaxial con el pozo receptor de vial central y está montado sobre un soporte deslizante 2026 que comprende una ranura 2027 a través de la cual pasa el pasador de bisagra 2012 capturando de esa manera y restringiendo lateralmente el soporte deslizante. El soporte deslizante está además restringido y soportado por dos cojinetes de casquillo 2028 a través de los cuales pasa el pasador de bisagra y que están posicionados a cada lado de las superficies planas de soporte deslizante. El soporte deslizante se restringe además a un movimiento lineal vertical al unirse con el árbol deslizante de un amortiguador de movimiento 2054 que está montado en el lado inferior del marco principal 2002. El soporte deslizante 2026 comprende además una muesca y orificio 2029 que, dependiendo de la elevación de la parte, permite o bloquea una señal de luz de un sensor óptico 2036 que está montado en la abrazadera en L 2038. Dependiendo de las posiciones relativas del soporte de pedestal deslizante 2026 y el marco esparcidor deslizante 2006, una señal digital alta y baja del sensor óptico 2036 puede indicar uno de cuatro estados de posiciones cuando se combina con la señal de posición vertical del sensor de posición de marco esparcidor deslizante 2048: 1) soporte deslizante 2026 elevado; marco esparcidor deslizante 2006 elevado, 2) soporte deslizante 2026 bajado; marco esparcidor deslizante 2006 elevado, 3) soporte deslizante 2026 bajado; marco esparcidor deslizante 2006 bajado, y 4) soporte deslizante 2026 elevado; marco esparcidor deslizante 2006 bajado (una condición de falla como se describe en las figuras subsecuentes). El amortiguador 2054 en algunas realizaciones comprende un resorte (no se muestra) que está configurado de tal manera que cuando el pedestal 2024, el soporte deslizante 2026 y el árbol de amortiguador se bajan, el resorte se comprime y proporciona una fuerza que puede restaurar las partes a la posición elevada. En algunas realizaciones, el movimiento de elevación resultante de la fuerza de resorte se opone solamente por la fuerza de fricción de la espuma conductora 2030 y 2032 en contacto con el exterior de vial de muestra, mientras que, en otras realizaciones, la fuerza de resorte de elevación está controlada por limitadores mecánicos regulados activamente, tales como, pero no limitados a, pestillos de solenoide. En realizaciones alternativas, la fuerza de elevación es proporcionada parcial o exclusivamente por accionadores controlados activamente tales pero no limitados a solenoides y motores. Algunas realizaciones comprenden una interfaz de usuario que incluye, pero no se limita a, luces de LED y arreglos de luces, pantallas LCD, teclados, conmutadores de botón, conmutadores deslizantes, pantallas táctiles, perillas, conmutadores deslizantes, conmutadores capacitivos y conexión inalámbrica a interfaces de control remoto. En la realización mostrada en la figura 20, un arreglo radial de luces LED 2080 está fijado al marco principal que será visible a través de la cubierta exterior (no se muestra) a través de un material de cubierta translúcido. La iluminación de arreglo de LED puede ser controlada por la placa de microprocesador 2004 a través de un conector de cable plano (no se muestra) y puede indicar el estado de descongelación del vial de muestra, estados de disposición y códigos de error. Aunque se ilustra con las luces posicionadas en una superficie superior del dispositivo, debe entenderse que otras realizaciones pueden incluir un arreglo de LED en un lado del dispositivo. En algunas realizaciones, la placa de microprocesador comprende puertos de datos mediante los cuales el microprocesador puede transmitir datos almacenados o puede recibir un flujo de datos de una fuente externa, por ejemplo con el propósito de instalar actualizaciones de software.

[0178] Ahora con referencia a las figuras 21-23, se muestra un ejemplo de la secuencia de operación de la realización mostrada en las figuras 19 y 20. En las figuras 21-23, la realización se muestra con el bloque de calentamiento delantero retirado de tal manera que se pueda ilustrar el mecanismo interno y la posición de las partes. Después del equilibrio de temperatura previo a -77°C colocando el vial de muestra 2001 en un aparato de equilibrio de temperatura tales como los descritos en las realizaciones mostradas en las figuras 2-5, que no caen dentro del alcance de las reivindicaciones, durante un período de diez o más minutos, se inicia el ciclo de descongelación mediante la inserción de un vial de muestra 2001 en la cavidad receptora de viales de bloque de calentamiento como se muestra en la figura 21, parte A. En este estado, el bloque de calentamiento ha sido previamente equilibrado en temperatura a la temperatura de calentamiento adecuada, el marco de soporte deslizante 2006 está elevado y los bloques de calentamiento 2008 y 2010 (no se muestran) están abiertos. En la etapa 1 de ciclo de descongelación, que se muestra en la figura 21, parte B, se presiona manualmente el vial de muestra, bajando el pedestal 2024 y el soporte deslizante 2026 hasta que el activador óptico de soporte deslizante 2029 pasa el sensor óptico 2036. Ahora con referencia a la figura 22, parte A. Al detectar que el vial de muestra ha descendido a la profundidad adecuada, la placa de microprocesador activa el solenoide (2050 en la figura 20) para bajar el marco esparcidor deslizante 2006, cerrando de esa manera los bloques de calentamiento en el vial de muestra 2001, iniciando el proceso de transferencia de energía térmica al vial y contenidos.

[0180] Ahora con referencia a la figura 22, parte B, habiendo sido completado el proceso de descongelación, el microprocesador activa el solenoide de elevación (2052 en la figura 20) para elevar el marco esparcidor deslizante 2006, abriendo de esa manera los bloques de calentamiento 2008 y 2010 (no se muestran) y liberando la fricción de restricción entre el revestimiento de espuma conductora, 2030 (no se muestra) y 2032, y el vial. La apertura de los bloques de calentamiento interrumpe la vía de conducción térmica de la espuma conductora evitando de esa manera o retrasando significativamente un aumento de temperatura no deseado en los contenidos de vial.

[0182] Ahora con referencia a la figura 23, parte A, la restricción de fricción sobre el vial ahora se interrumpe, el soporte deslizante 2026 y el pedestal de soporte de vial 2024 ahora se elevan y presentan la muestra al operador y a medida que el activador óptico de soporte deslizante 2029 pasa el sensor óptico 2036, el microprocesador recibe una señal de que se ha presentado el vial. Ahora con referencia a la figura 23, parte B, cuando se retira el vial del receptor de vial de bloque de calentamiento, la vía de luz entre la fuente de luz óptica 2046 y el sensor óptico 2048 se vuelve sin obstrucciones y el microprocesador recibe una señal que indica que se ha retirado el vial, evitando de esa manera la activación algorítmica de señales de alerta y alarma.

[0184] Ahora con referencia a la figura 24, se muestra una gráfica de tiempo-temperatura de gráfica ilustrada de una serie de experimentos de descongelación para demostrar la efectividad de abrir los bloques de calentamiento tras la finalización del proceso de descongelación para interrumpir el flujo de energía térmica hacia la muestra. En esta serie experimental, ciclos repetidos de congelación de viales en nitrógeno líquido, equilibrio en el aparato descrito en las figuras 2 y 3, e inserción en un bloque de calentamiento a 45 grados del diseño descrito en las figuras 7 y 8, y la temperatura interna de una carga útil de muestra de 1 ml monitorizada mediante la inserción de un sensor de termopar mantenido en una posición cercana a la pared interior del vial hasta una posición a la mitad de la altura de la muestra. En un ciclo de prueba, tras finalización de la descongelación según se determina por la medición de tiempo, los bloques de calentamiento fueron dejados cerrados y el vial se permitió permanecer en el bloque de calentamiento durante un intervalo total de aproximadamente 6 minutos. En este experimento, la temperatura de la muestra continúa aumentando hacia la temperatura del bloque. En una segunda serie de ciclos, los viales de muestra tras compleción de la congelación, fue abierto el bloque de calentamiento y fueron retirados los viales del bloque de calentamiento y mantenidos al aire libre por una duración total de aproximadamente 6 minutos. En este conjunto de datos, la temperatura de la muestra aumentó muy poco durante el intervalo de tres minutos después de la apertura de bloque. En una tercera serie de ciclos, fue repetido el experimento previo con la excepción de que fue permitido que el vial permaneciera en el bloque de calentamiento después de la apertura del bloque de calentamiento. En esta serie, la temperatura de los contenidos de vial aumentó a una tasa ligeramente mayor que cuando el vial fue retirado del bloque tras la finalización de la descongelación, sin embargo, el aumento en temperatura fue significativamente menor que el observado cuando el bloque de calentamiento fue dejado cerrado tras finalización de la descongelación. El conjunto de experimentos soporta firmemente el beneficio de interrumpir la vía de conducción térmica entre el bloque de calentamiento y el vial de muestra para terminar la entrada de energía térmica en la muestra tras la compleción del proceso de descongelación. En algunas realizaciones de la presente invención, el proceso de calentamiento después de la inserción de un vial de muestra en el pozo receptor de bloque de calentamiento finaliza mediante la introducción de un espacio de aire entre el material sólido del bloque de calentamiento y la superficie exterior del vial de muestra. En algunas realizaciones, el sistema puede configurarse para mantener la muestra a una temperatura deseada al final de la descongelación.

[0186] En algunas realizaciones, se pueden proporcionar múltiples algoritmos para determinar un tiempo de finalización de descongelación. Opcionalmente, cada uno de los múltiples algoritmos puede ejecutarse simultáneamente para proporcionar estimaciones separadas para el tiempo de finalización de descongelación. El sistema puede configurarse para finalizar la descongelación con base en el algoritmo que primero proporciona un tiempo estimado de finalización de descongelación. Opcionalmente, el sistema puede configurarse para permitir que cada uno de los algoritmos complete sus estimaciones y puede utilizar el intervalo de descongelación más corto calculado. En realizaciones adicionales, un sistema puede configurarse para promediar los intervalos de descongelación estimados y utilizar el intervalo de descongelación promedio para determinar el tiempo de finalización de descongelación.

[0188] Son posibles diferentes disposiciones de los componentes representados en los dibujos o descritos anteriormente, así como componentes y etapas no mostrados o descritos. Se han descrito realizaciones de la invención con propósitos ilustrativos y no restrictivos, y se harán evidentes realizaciones alternativas para los lectores de esta patente.

Claims

1. REIVINDICACIONES

1. Un dispositivo para la conversión de un estado sólido a estado líquido de una muestra criogénica contenida en un recipiente (110;750;880;2001), comprendiendo el dispositivo:

un material sólido flexible (125;760;885;2030;2032) que forma un receptáculo para recibir el recipiente (110;750;880;2001);

un material sólido no flexible (120;710;720;810;815;1820;2008;2010) configurado para formar una cavidad, en donde el material sólido flexible (125;760;885;2030;2032) forma un revestimiento dentro de la cavidad; un calentador configurado para calentar el material sólido flexible (125;760;885;2030;2032) a través del material sólido no flexible (120;710;720;810;815;1820;2008;2010) a una temperatura más alta que un punto de fusión de la muestra y para calentar radialmente el recipiente (110;750;880;2001), cuando el recipiente está en el receptáculo, de tal manera que un tiempo de descongelación de los contenidos dentro del recipiente (110;750;880;2001) es predominantemente independiente de un nivel de llenado de recipiente;

un sensor de temperatura (130;2042) que está fijado en, y aislado térmicamente de, el material sólido no flexible (120;710;720;810;815;1820;2008;2010), en donde el sensor de temperatura está configurado para mantenerse en contacto con el recipiente en una ubicación de contacto o es un sensor infrarrojo sin contacto, estando una señal de temperatura reportada por el sensor de temperatura (130;2042) asociada con una temperatura de una superficie exterior del recipiente (110;750;880;2001) cuando el recipiente (110;750;880;2001) está en el receptáculo;

un microprocesador configurado para controlar el calentador; y

estando el microprocesador configurado para suministrar una primera señal de control para interrumpir el calentamiento en un tiempo de finalización de descongelación calculado; en donde:

la muestra criogénica en el tiempo de finalización de descongelación calculado tiene alguna fase sólida restante en una solución acuosa en el recipiente, y

el tiempo de finalización de descongelación calculado se determina usando:

un valor de tiempo para el inicio de un cambio de fase de sólido a líquido calculado con base en los datos de temperatura recibidos del sensor de temperatura;

y

un valor de duración de cambio de fase para el recipiente (110;750;880;2001).

2. El dispositivo de la reivindicación 1, en donde el material sólido flexible (125;760;885;2030;2032) tiene una conductividad térmica entre 0.05 vatios por metro-Kelvin y 10 vatios por metro-Kelvin y el material sólido no flexible (120;710;720;810;815;1820;2008;2010) tiene una conductividad térmica entre 10 vatios por metro-Kelvin y 410 vatios por metro-Kelvin.

3. El dispositivo de la reivindicación 1, en donde el material sólido flexible (125;760;885;2030;2032) y el material sólido no flexible (120;710;720;810;815;1820;2008;2010) están unidos permanentemente entre sí.

4. El dispositivo de la reivindicación 1, en donde el material sólido flexible y el material sólido no flexible están unidos entre sí de manera removible.

5. El dispositivo de la reivindicación 1, en donde el material sólido flexible (760;885;2030;2032) y el material sólido no flexible (710;720;810;815;2008;2010) forman un primer segmento, el material sólido flexible (760;885;2030;2032) y el material sólido no flexible (710;720;810;815;2008;2010) forman un segundo segmento, el primer segmento y el segundo segmento se unen para formar el receptáculo, una conexión mecánica que une el primer segmento y el segundo segmento, la conexión mecánica configurada para mover el primer segmento y el segundo segmento a una configuración abierta para recibir o liberar el recipiente (750;880;2001) y una configuración cerrada para formar el receptáculo y descongelar el recipiente (750;880;2001), el material sólido flexible (760;885;2030;2032) configurado para colocarse selectivamente en contacto con el recipiente (750;880;2001) cuando hace transición el primer segmento y el segundo segmento de la configuración abierta a la configuración cerrada o retirarse del contacto con el recipiente (750;880;2001) cuando hace transición el primer segmento y el segundo segmento de la configuración cerrada a la configuración abierta.

6. El dispositivo de la reivindicación 5, que comprende además una pinza (830) para imponer una fuerza de sujeción sobre los segmentos en el recipiente (750;880;2001) contenidos dentro del receptáculo, donde la fuerza de sujeción es impuesta por fuerzas magnéticas, electromagnéticas, de resorte, hidráulicas, neumáticas o mecánicas, o cualquier combinación de las mismas.

7. El dispositivo de la reivindicación 5, que comprende además un sensor de recipiente para detectar la presencia del recipiente (750;880;2001) entre los segmentos cuando los segmentos están en la configuración abierta y en la configuración cerrada.

8. El dispositivo de la reivindicación 5, en donde, cuando los segmentos están en la configuración abierta, el microprocesador está configurado para detectar una colocación del recipiente (750;880;2001) en una posición entre los segmentos mientras los segmentos están en la configuración abierta y configurado para suministrar una señal de control para accionar la conexión mecánica para mover los segmentos hacia la configuración cerrada para entrar en contacto con el recipiente (750;880;2001) con el material sólido flexible (760;885;2030;2032) de los segmentos tras la inserción del recipiente (750;880;2001) en la posición entre los segmentos abiertos.

9. El dispositivo de la reivindicación 5, en donde, cuando los segmentos están en la configuración cerrada y descongelando el recipiente (750;880;2001), el microprocesador está configurado para interrumpir la descongelación del recipiente (750;880;2001) al suministrar una señal de control para accionar la conexión mecánica para mover los segmentos hacia la configuración abierta de tal manera que el material sólido flexible (760;885;2030;2032) de los segmentos no entre en contacto con el recipiente (750;880;2001).

10. El dispositivo de la reivindicación 1, en donde el material flexible (760;885;2030;2032) que en uso se interpone entre el recipiente y el material sólido no flexible (120;710;720;810;815;1820;2008;2010) proporciona una vía uniforme para conducir el calor desde el calentador a las paredes exteriores del recipiente (110;750;880;1870;2001).

11. El dispositivo de la reivindicación 1, en donde el sensor de temperatura (130;1830;2042) está configurado para mantenerse en contacto con el recipiente (110;750;880;1870;2001) en la ubicación de contacto.

12. El dispositivo de la reivindicación 1, en donde el sensor de temperatura (130;2042) está configurado para estar ubicado en una posición en una región inferior de la superficie exterior del recipiente (110;750;880;2001) de tal manera que, en uso, está por debajo del nivel superior de la muestra contenida en el recipiente.

13. El dispositivo de la reivindicación 12, en donde el microprocesador está configurado para determinar el tiempo de finalización de descongelación de acuerdo con un modelo de descongelación predictivo.

14. El dispositivo de la reivindicación 13, en donde el valor de duración de cambio de fase se basa en la duración del intervalo de descongelación de muestra (T<descongelación>) que sigue la ecuación:

en donde ΔH<f>es el calor específico de fusión de la muestra, m<soln>es la masa de la muestra, R<v>es la resistencia térmica absoluta de la pared de vial de muestra, T<vial>es la temperatura de la pared exterior de vial y T<m>es la temperatura de fusión de la muestra.