用于保持冷冻物品温度的运输容器

摘要

本发明涉及一种运输容器(1)，它包括以排空的绝热容器(2)的形式的超绝热，该绝热容器包括一种真空维持材料(55)。该运输容器配有冷却容器(16)，该冷却容器包括热传导金属棉填料(57)和一种有机冷冻剂，这种冷冻剂在介于－30℃与－85℃之间的温度范围经历固态/液态相变，并具有至少为50J/ml的溶解热。一个细长圆柱形样本室(24)用于容纳深冷冻的组织样本(26)，该样本室由冷却容器(16)包围并同与之形成一体的一个长颈开口(25)相交汇，所述开口基本上由一个旋塞(28)的绝热杆(30)填充并与样本室(24)密封。产生的环形间隙(32)中的空气可由排空系统(48)排空。旋塞(28)设有伸到样本室(24)内的一个停止件(38)和数据记录器(41)，样本室该数据记录器用于记录样本室(24)内的温度。在已将冷冻剂冷冻之后，运输容器(1)能够使分销时间和中间储存达到14天，而对所容纳的这些组织样本(26)无任何风险。

说明书

技术领域

本发明涉及用于保持冷冻物品尤其是冷冻生物组织样本或细胞培养物的 温度的运输容器。

背景技术

临床诊断与研究经常要求在外部的专家实验室中对组织样本进行快速分 析以获的用于对治疗做出决定的结果。所使用的分析方法(如RNA分析、蛋 白质标记)正在迅速发展。已证明将样本深度冷冻对含在样本中的信息破坏最 小。由于几乎是在每一日的基础研究都导致发现新标记，所以保存这种信息是 重要的，并且有意义的是不仅对样本进行目前可得到的检验而且还要通过深度 冷冻尽可能持久地保存样本。若患者在取样之后的几个月甚至几年内出现问题 如旧病复发并要求治疗，则利用取样时可能仍未知的分析方法进行的原始样本 的重新检验可能会有帮助，并可能指明一种定向的昂贵的新式疗法来代替一种 不定向的标准疗法，而且在财务上向捐助人证明其合理性。

因此，重要的是具有一种用于运送冷冻样本的运输容器，并且这种运输容 器可靠地避免闭合的冷冻链与运输有关的断裂，同时具有尽可能小而轻的设 计，这种设计满足现有的规定并保持低运送成本。虽然通过采集样本并将这些 样本一起运送可将运送复杂性和成本降低到某种程度，而且至多五天的采集期 也是可行的，但这确实会导致管理和物流方面的复杂性，使得样本在非常低的 温度下的中间储存成为必须。仅有极少数的医院具有用于这种目的所要求的卧 式冷冻柜，例如，这种卧式冷冻柜能够冷却至-70℃。

WO 2005/066 559 A2已披露了一种用于保持冷冻生物组织样本和细胞培 养物的温度的运输容器。它包括一个绝热容器，这种绝热容器可经由绝热盖部 件进入，并且这种绝热容器具有导热率为λ≤0.002W/(mK)的超绝热。这种绝热 容器内设有包括冷冻剂室的冷却容器，这种冷冻剂室包围着除了在扣件侧面上 的进入开口之外的用于冷冻物品的样本室；冷冻剂室被永久性密封并包括通过 固态/液态相变释放冷的冷冻剂。这种冷冻剂在介于-15℃与-100℃之间尤其是 介于-30℃与-85℃之间的温度范围经历相变，并具有至少为50J/ml的溶解热。

在这种已知的运输容器中，可将带有冷冻剂室和样本室的冷却容器从绝热 容器取下。样本室几乎延伸到冷却容器的上端。绝热容器的金属内壁合汇合到 外壁之中并且在该内壁与外壁之间有金属接触。

这种已知的实施方式通过使用具有高溶解热的冷冻剂并通过具有低导热 率的超绝热已提供了在几天的时间内保持冷冻样本的温度的可能性；不过，因 为存在热桥而并非总是能够可靠地满足所规定的严格要求，其结果是由于有害 的热量流入而将冷冻剂提前耗尽，并因此这可能导致样本中信息的丢失。此外， 已发现对这个已知运输容器的操作仍不理想。

因此，本发明所依据的目的是开发一种功能度和操作得到改进的运输容 器，这种运输容器确保储存和运输期间的可靠深度冷冻状态、完全满足现有的 对冷冻生物材料的运输规定、并且能够无问题地进行制造。

根据本发明，利用上述公知的运输容器作为起点，通过以下事实来实现这 种目的：将包括冷冻剂室的冷却容器固定地结合在绝热容器内；该绝热容器以 一个长度延伸超过该样本室，这种长度通过形成一个颈状开口而以至少为三的 因数超过绝热容器的横向尺寸；在该颈开口的外端上设有绝热环，这种绝热环 将绝热容器的内壁与外壁相互绝热，并相对于该外壁将内壁与相连接的冷却容 器弹性地安装在一起，将一个插塞分配给该盖部件，并且这种插塞用绝热杆延 伸到该颈开口内、基本上超过该颈开口的整个长度填充该颈开口，且通过一个 颈密封件在突出端将该插塞与绝热容器的内壁密封；以及，将一个容器密封件 安排在该绝热容器与该盖部件之间，提供一种排空装置用于将包括包围该绝热 杆的颈开口间隙的这种盖的内部排空。

可通过这些措施可靠地避免样本室的入口的区域中的热桥，以实现具有长 期制冷效果的特别良好的性能。通过该绝热环来避免绝热容器的内壁与外壁之 间的导热金属连接，其中通过长的颈开口进一步减少热量穿过该内壁流入样本 室。此外，尽管带有悬在该内壁上的冷冻剂冷却容器的重量，由于该内壁的弹 性配置，可将内壁设计成薄的，并因此而能够进一步地降低传导截面。整合这 种冷却容器可使颈开口相对较窄，这同样降低热传导内壁截面。此外，由于空 气在盖内部并且在相邻的颈开口内的对流所导致的热输入通过由于带有绝热 杆的插塞的原因而仅保留一个窄的颈开口间隙而被抵消，另外，有可能将截留 的空气量排空。

若用具有低导热率的塑料制成整个绝热容器以避免这种绝热容器的内壁 与外壁之间的热桥，这样具有的缺陷是所述塑料不仅必须耐受这种(有机)冷 冻剂，而且还必须在非常低的温度和高度真空密闭时稳定。这也就意味着既不 允许这种塑料本身的有机脱气，也不允许这种冷冻剂的弥散。这一难题不能够 通过将用金属制成的分离的冷冻剂容器安装到塑料容器内来解决，因为在此情 形中，在该样本室与这颈部之间产生一种间隙，使得不能够在日常使用时进入 样本室。不过，由于现有的对生物样本和组织样本的运输法规并出于卫生的原 因，这种样品空间必须独立并且若需再次使用运输容器时易于清洁。出于这种 原因，有利的是将这种冷却容器固定整合到绝热容器中并将样本室和颈开口的 壁与冷却容器的内壁一起由单件(例如用不锈钢)制成，并因此而获得一个无 缝的样本室。在此情形下，这种金属内壁还具有在该容器的使用之前在冷加载 期间的改进的热传递的优点，这就是说，在液态冷冻剂至固态相的转变期间。

根据本发明的运输容器在使冷冻剂达到固态的完全转变的冷加载之后允 许约为14天的冷却持续时间，并因此允许由供应商进行冷加载，并且一个“立 即可用”的系统且由顾客中间储存高达一周，并然后由顾客运送到一个中心实 验室，在这种系统中向顾客(例如，一个医院)供应立即可用的运输容器，这 些运输容器由供应商以所要求的可靠性运送给顾客。

本发明的有利的改进和发展得自从属权利要求。这些权利要求还涉及与冷 加载相关的有利措施，并且在下面对附图进行的描述中进行说明。

下面在示意图的基础上以示范性方式对根据本发明的运输容器及其制造 以及分配给该运输容器用于冷加载的冷传递器件进行更加详细的描述，在附图 中：

图1示出了穿过带有三个样本的运输容器的容器轴线的截面；

图2以缩小的比例并且同样用截面图示出了根据图1的运输容器，这种运 输容器带有用作外包装的外容器；

图3示出了根据图2的外容器的进一步缩小的截面图；

图4至图7以垂直截面图示出了冷却容器的组装和冷却容器连接到绝热容 器的内壁期间的制造步骤；

图8示出了穿过填充开口用冷冻剂填充该冷却容器的垂直截面图；

图8a示出了已将该填充开口密封之后的图8的详细放大图；

图9至图12以垂直截面图示出了在整合该冷却容器时该绝热容器的进一 步组装；

图13以垂直截面图示出了绝热容器的盖部件，其中表示了排气阀的安装；

图14示出了用放大比例并部分地以垂直截面图示出了根据图1提供的插 塞，在将这种盖部件装上之前将该插塞安装到该颈开口内；

图15以垂直截面图示出了带有液态氮的运输容器的直接冷加载；

图16示出了用于利用向上延伸的冷却指件将带有液态氮的运输容器间接 冷加载的冷加载装置；

图17示出了通过使用不同的冷源用冷却指件进行的冷加载；

图18示出了带有向上延伸的冷却指件的冷传递器件，将这种冷却指件有 待安排在冷冻器室内；

图19示出了根据图19的冷传递器件的平面图，该器件包括薄层和向上延 伸的冷却指件；

图20以垂直截面图示出运输容器的组装件，冷加载之后即可运送；以及

图21示出了在一个样本聚集的分散位置处该运输容器的打开、填充和重 新密封。

在图1中的竖直位置绘制的运输容器1包括带有内壁3和外壁4的接近于 杯形的绝热容器2、连同内基底5和外基底6。外基底6(也在图11中说明) 被插入到外壁4的略微收缩的下端上并粘合到或焊接到外壁4上。

在上端，该外壁合汇入内凸缘7内，内凸缘7包括用于保持容器密封件9 的环状槽8并结合到向下延伸的外周连接板10。

将用薄壁不锈钢制成的内壁3设计成类似于管道一样薄，并在内壁3的下 端设有室基底11；它在中间高度具有凸圆缩颈12以及其上端的阴螺纹13，并 且它直接在阴螺纹上方汇合到一个向外突出的环状凸缘14内。

绝热环15设在绝热容器2的上端，内壁3的环状凸缘14和外壁4的连接 板10通过绝热环15以一个距离相互固定粘合，这同样也可在图10和图11中 看出。在这种方式中，在绝热容器2的金属壁3与金属壁4之间有绝热伸展。 粘合在金属壁3与金属壁4之间的绝热环15同时以一个无声块的方式进行内 壁3相对于外壁4的弹性安装。

环状冷却容器16被固定地整合到绝热容器2中并它具有外周壁17，该外 周壁在其上端以一个向上延伸的内板19结合到盖凸缘18内。冷却容器16被 整合到盖绝热容器内，其方式是使冷却容器6的内部周壁20由内壁3的下半 部分形成，而内基底5和室基底11形成冷冻剂室21的平坦中心区。内基底5 与室基底11之间的一个中心焊点22减小了在内壁3的上部区内的可能的机械 负载。冷却容器16的内板18通过焊缝23固定连接到内壁3上，其结构是使 冷冻剂室21被密封。

内壁3的缩颈12将内壁3内的空间细分成下样本室24和上颈开口25(图 5)。如图所示，样本室24能够同时将三个不同的样本26分别保持在一个样 本容器27内，这些样本可以是(例如)Nunk管。

一个插塞28安装在颈开口25内，它在图14中以放大形式示出。在该垂 直截面中，插塞28呈带有上头部29的T形，该上头部具有增加的宽度以及一 个中心绝热杆30，该绝热杆向下延伸并具有在其上端的阳螺纹31。以此方式， 插塞28被旋入内壁3的阴螺纹13内。在此情形下，绝热杆30的长度对应于 颈开口25的高度，这样，仅有颈开口的环状间隙32仍保持空置。绝热杆30 在其下端带有一个环状颈密封件33，在将插塞28旋入时，该密封件被推靠在 由缩颈12在内壁3的内侧上形成的阀门座34(图20)上，并因此而将样本室 24相对于颈开口25或环状间隙32密封。这一环状间隙32由多个O形环35 细分成多个区段，将这些O形环被插入绝热杆30的多个环状沟槽36内。这就 抵消了由于对流而导致的穿过环状间隙32的热传递。绝热杆30中的纵向沟槽 37(图14)延伸超过这些O形环35以及该阳螺纹31并确保这些间隙区段与 插塞28的上侧之间的压力平衡。

绝热杆30在其底侧带有一个突出垫38，该垫38被用于吸收可能泄漏的样 本液体并可容易地被替换。在头部29内设有多个腔体39，这些腔体可从上面 进入并且由腔体盖40所覆盖。作为举例，这些腔体39能够容纳一个数据记录 器41和与之关联的电池42。数据记录器41经由信号线43连接到在绝热杆30 的下端的温度传感器44，该信号线以真空密封方式模制，这样就能够连续地记 录在样本室24内的主导温度。作为一种替代方式，可提供一种没有数据记录 器、电池和温度传感器的简化插塞。

绝热容器2由热绝热盖部件45覆盖，该热绝热盖部件45的底侧提供了一 个环状板46，它以密封方式与容器密封件9相互作用。盖部件45在其底侧上 具有一个凹陷，该凹陷形成盖的内部47。这里松散地保持插塞28的头部29。

一个排空装置48设在盖部件45内，该排空装置邻近于盖内部47并且是 出于带有安装了保护帽50的一个排气阀49的形式。

带有排气阀52和保护帽53的一个对应的排空装置51被安装在绝热容器2 的外基底6中。其结果是它有可能用于绝热室54，这种绝热室在绝热容器2中 形成并用真空维持材料55，如热解硅酸，完全充满。这就在排空该绝热室时实 现这种结构的增强。将吸气剂56安装在绝热容器2的基部区域内，以便与绝 热室54中的剩余气体结合。

除了冷冻剂填料之外，在冷冻剂室21中还提供了一种金属棉填料57；其 结果是明显地改进了该冷冻剂室内的热传导，而且这也有助于冷冻剂的冷加载 和液态/固态相变。

图2和图3分别在垂直截面和水平截面中示出用于运输容器1的任选使用 的环绕包装58。该环绕包装58包括带有外盖60的外容器59，该外盖通过一 个外周密封板61与外容器59的上缘内的一个对应的密封槽62啮合。外容器 59和外盖60是用绝缘材料制成并具有方形外截面和圆形内截面。

外容器59被制成带有外壁63和内壁64的中空体，具有在二者之间延伸 的连接板65。内壁64与外盖60一起围绕一个圆柱形接收室66，该接收室与 运输容器1相匹配。

在外壁63与内壁64之间形成的腔体也充有一种冷冻剂67，该冷冻剂在介 于0℃与-15℃之间的一个相对较高的温度范围经历固态/液态相变。这种冷冻 剂可以是水或盐水。环绕包装58和特别是在使用之前被冷冻的冷冻剂67形成 对抗热流进入被周围的运输容器1之中的一个屏障。

图4至图13示出了形成运输容器1的这些单个部件以及如何有利地组装 运输容器。

根据图4，冷却容器16配有金属棉填料57，例如，它有利地是一种铜的 缠结金属线。这一金属棉填料57是以基本上呈环形的方式安排在冷却容器16 内，如在图6中清楚地示出，其中一薄层金属棉或至少一个线区段保留在冷却 容器16的基底5上方的中心位置。

根据图5，带有阴螺纹13和缩颈12的内壁3被推入绝热环15内；事实上， 将它推入直到它处于图6中所示的位置，如图6所示，在该位置上内壁3被插 入冷却容器16，直到达到图7所示的位置。在此位置，内壁3和冷却容器16 的基底由一个焊点22彼此相互支撑，并且冷却容器16在其上端通过形成焊缝 23而固定连接到内壁3上。

冷却容器16在其上侧上具有一个螺纹开口69，根据图8，穿过该螺纹开 口从器皿68将液态冷冻剂注入冷却容器，直到该冷却容器16基本上完全充满。 这种冷冻剂是一种有机物质，它具有在介于-15℃与-100℃之间优选介于-30℃ 与-85℃之间的温度范围内的固态/液态相变温度，并具有至少为50J/ml的溶解 热。例如，此类冷冻剂可以是辛烷1-己醇、2-己酮、己醛、吡啶、1，2，4-三甲苯、 1，3，5-三甲苯或氯苯。

根据图8a，在填充之后，将冷却容器16的螺纹开口69永久密封，首先将 定位螺钉70旋入；然后开口残留的余下部分焊接闭合，接着将突出的焊料71 去除，以使其平齐。

现在，根据图9，将包括冷却容器16、内壁3和绝热环15的安排插入外 壁4内，直到该安排到达根据图10的位置。在此位置，通过粘合剂层72和73 将内壁3和外壁4以真空密封的方式连接到绝热环15上，其中同时实现了包 括冷却容器16和内壁3的安排的相对于外壁4的弹性安装。

根据图11，接着用真空支持材料55填充在外壁4内形成的绝热容器2的 绝热室54，并且将带有吸气剂56的外基底6推到外壁4的下端上并通过粘合 剂74以真空密封方式连接到外壁4，这样就获得示于图12中的安排，接着在 上端将容器密封件9插入这种安排，并且在该下端以真空密封方式将带有防护 帽53的排气阀52旋入，在排气阀上将绝热容器2排空。根据图13，同样以真 空密封方式将排气阀49旋入到盖部件45内。

最后，根据图14，通过将数据记录器41、电池42和温度传感器44安装 在插塞28内并通过附装这些O形环35和垫38来完成插塞28。

可用不同的方式并借助在图15至图19中说明的不同器件来实现运输容器 1的冷加载，即冷却容器16中的冷冻剂从液相至固相的相变。

图15示出了用如液态氮75的直接冷加载，出于这种目的，将一个填充漏 斗76旋入打开的运输容器1(无盖部件45和插塞28)的阴螺纹13中，并且 在冷加载期间配备一个开放盖77。填充漏斗76和开放盖77是用绝缘材料制成。 这种直接冷加载的优点在于包括内部周壁20和室地板11的内壁3的整个下半 部分与液态氮75接触，并因此而在传递冷时起到积极作用，这就有利于短的 加载时间。不过，一定要注意在完成冷加载之后在样本室24和颈开口25内不 留有(液态)氮。

根据图16，通过液态氮(或另外通过干冰或干冰/液体混合物，如异丙醇) 提供间接冷加载。为此目的使用了带有基底79的一个碗形冷传递器件78，一 个中心长冷却指件80以及内部周壁81和外部周壁82从该基底向上延伸。在 这两个周壁81与82之间形成用于液态氮84的一个环形室83。冷传递器件78 配有外绝热85，它包围基底79和外部的外周壁82。优选用具有高导热率的材 料如铜制成基底79、周壁81和82以及冷却指件80。

出于冷加载的目的，将运输容器1的内壁3插到冷却指件80上，同时无 盖运输容器1处于倒置位置，该冷却指件略长于该壁，其中这种容器的重量确 保冷却指件80的上端面与室地板11之间的良好接触。如图所示，在此情形中， 内部周壁81的尺寸被确定为使内部周壁81容纳处于加载位置的运输容器1的 下端。

根据图16，在加载的情况下，穿过基底79和冷却指件80并实质性地穿过 室地板11来输送冷或热量。与冷却容器16内的冷冻剂的热交换主要由该金属 棉填料进行，这种金属棉填料还在室地板11与内基底5之间延伸，并且，鉴 于有机冷冻剂的不良导热率的原因，这种金属棉填料在实质上缩短冷加载时 间。在冷冻剂的最高点穿过室地板11传递热也对此有所帮助，在冷却期间冷 冻剂下沉，从而提高了冷冻剂的总体的冷冻。

根据图17，通过作为冷源的活性冷冻器86(例如一台Stirling冷冻器)提 供了间接冷加载，这种间接冷加载对应于根据图16的冷加载。从这里，仍然 是一个用具有高导热率的材料如铜制成的相对较长的金属冷却指件87向上延 伸。

根据图18和图19，再次提供间接冷加载；不过，在此情形中，这种冷加 载的提供用于通过插入到制冷室来实现的被动冷却。出于这种目的，提供了一 个冷传递器件89，该冷传递器件进而具有向上延伸的冷却指件90，该冷却指 件在其下端连接到薄层91，这些薄层被安排成星形，如图19所示。同样在这 种情形中，冷却指件90和这些薄层91是用具有高导热率的金属如铜制成。

图20示出了准备运送的运输容器1的组件，其中已根据箭头1将插塞28 插入并旋入，直到将其颈密封件33以密封方式压靠在阀座34上。然后根据箭 头2将盖部件45盖上，在盖部件上，盖内部47由排气阀49根据箭头3排空。 以这种方式所实现的外部过压确保盖部件45在轴向方向上被推在绝热容器2 上，同时绝热容器由容器密封件9牢固地密封。同时，环形间隙32中通过对 流的热传递得到了抑制。

然后通过由排空的绝热容器2形成的超绝热、并且通过带有绝热杆30的 插塞28，并且通过绝热杆30周围的排空的环形间隙32将带有冻结的冷冻剂的 冷却容器16与热量的流入隔开，这样就尽可能地保持了这种冻结状态或冷加 载，即便是在运送到工作地点(医院)时处于环境温度中的时候。

图21示出了在工作地点的使用。根据由箭头1至4所指明的步骤，将防 护帽50取下、通过启动排气阀49使盖内部47通风、将盖部件45取下并将插 塞28拧开并取下；之后将样本容器27内的冷冻样本26插入样本室24。随后， 具体地通过将插塞28旋入、将盖部件45盖上、将盖内部47排空并将防护帽 50盖上而尽快以反向次序将运输容器1再次密封。这就产生示于图1中的状态。 至此，可将样本26运送到它们的目的地，这些样本26由前面所描述的运输容 器1的绝热效果并且特别是在冷却容器16内的冻结的冷冻剂的冷容量保护而 不会被加热。若有必要，不使用根据图2和图3的环绕包装58这也是可能的。 环绕包装59是特别用于在长储存期和/或运输期的情形中以及相对较高的环境 温度的情形中。

然后，在目的地将这些样本26从运输容器1取出、进行分析，并且可能 永久性地储存在冷冻器室内。数据记录器41用于检查样本室24内的设计储存 温度得到保持并且这些样本26相应敌未受损害。

为运输容器1所做的准备使之可重复使用；为此仅要求更新的冷加载和前 面所描述的组装，并将运输容器1运送到工作地点。此外，建议在根据经验所 限定的时间间隔之后对绝热容器2的排空进行检查和更新。

总之，根据本发明的运输容器可描述如下：运输容器1包括处于带有真空 维持材料55的排空的绝热容器2的形式中的超绝热。将一个冷却容器16整合 在运输容器1内，该冷却容器含有热传导金属棉填料57并充有一种有机冷冻 剂，这种冷冻剂在介于-30℃与-85℃之间的温度范围经历固态/液态相变并具 有至少为50J/ml的溶解热。提供了一个薄的圆柱形样本室24用于容纳深度冷 冻的组织样本26，该样本室由冷却容器16包围并整体结合到一个长颈开口25 中，该开口进而基本上由插塞28的绝热杆30填充，可将插塞旋入并相对于样 本室24密封。因此而留下的环形间隙32可通过排空装置48排空。插塞28配 备有延伸到样本室24内的一个垫38和用于记录样本室24内温度的一个数据 记录器41。在冷冻剂已被冷冻之后，运输容器1使之有可能有高达14天的运 输时间和中间储存时间而对所容纳的这些组织样本26无任何风险。