CN104488851A - 一种全自动多步程序冷冻仪 - Google Patents

Abstract

本发明公布了一种全自动多步程序冷冻仪，属于生物技术领域，它包括箱体，箱盖，动力装置，箱体内部为空腔无盖结构，底部设置有顶出斜块；箱盖上设置有主杆导孔和支架，安装有动力装置和温控装置。本发明的目的是，解决现有设备细胞冷冻保存过程中，冷冻室的所有样品只能执行同一套冷冻程序，要么依赖进口，要么需要人工操作，主观性强、精度低、劳动力成本高，设备容器结构复杂，不利于取样和清洁仪器，试验完成取出样品才能进行下次试验等问题，提供一种冷冻速率达到甚至高于-70℃/min，冷冻室中同批样品有多套冷冻速率，精度高，全自动，自主研发生产、成本较低，容器结构简单，利于取出样品、清洁仪器，可多次试验后统一取出样品的细胞冷冻装置。

Description

一种全自动多步程序冷冻仪

技术领域

本发明属于生物技术领域，涉及一种细胞样品冷冻装置，具体为一种全自动多步程序冷冻仪。

背景技术

自20世纪末起，发达国家加紧对生物物种资源的争夺，该领域已经成为无硝烟的战场。建立生物细胞资源库，保存生物细胞（目前多为精细胞、胚胎或卵细胞），能在多年后恢复动物活体，对于物种资源保存、育种与繁殖等领域具有重要的意义。

现有冷冻仪按自动化程度分为两类，一是全自动型，二是手动。全自动型，依赖进口，同冷冻室样品执行一套程序所有样品只能获得相同效果，且便携式的降温速率没有超过-70℃/min。手动型主观性强，精度差，整个冷冻过程需人小心观察守候并据程序及时调整，这在劳动力成本日益增加的时代是致命缺限；而无论是全自动型还是手动型冷冻仪，在每次冷冻程序执行完毕后，都需要取出样品，才能执行下一次冷冻程序，不具备冷冻保存的功能，使得多次冷冻的操作相当复杂。

目前，细胞的保存多采用细胞冷冻技术，但冷冻的精细胞受精率不高，其它细胞冷冻效果也不稳定，提高细胞的冷冻技术水平已经迫在眉睫。现今广泛使用的冷冻仪，普遍存在以下缺陷：

1）冷冻速度较低，检索到的最高冷冻速率只有8℃/min，难以满足已知最佳保存冷冻速率的细胞的冷冻要求，同时对于未知最佳保存冷冻速率的细胞，研究其最佳保存冷冻速率十分困难。

2）执行同一冷冻程序，样品室里所有样品，都只能是一套冷冻程序，冷冻效果很单一，尤其不适合研究单位使用。

3）恒温控制大多采用液氮浓度来控制，冷冻过程中需要不断补充液氮（多采用喷入方式），工艺复杂且难以混合均匀。

3）缺少国产自主研发的产品，对进口产品的依赖程度非常高，而进口产品价格昂贵。

4）对于现有简易装置，则需要人工操作和控制，全自动设备则由于容器结构较为复杂，实验完毕后取样品、清洁仪器工作复杂。

5）每次冷冻程序执行完毕后，必须取出样品室中的样品，才能进行下次冷冻程序，不具有冷冻保存的功能，多次冷冻操作复杂，且液氮的损耗大。

解决以上问题，将对冷冻技术水平的提高，具有重大意义。

通过专利检索，存在以下已知的现有技术方案：

专利1：

申请号：CN201310576212.X，申请日：2013.11.18，授权公告日：2014.02.05，本发明涉及一种液氮直入式细胞程序降温盒，属于生物医学技术领域。该装置包括盒身和盒盖，盒身内设置有多个管槽，盒体外层主体材料采用304不锈钢，盒体内密封件采用硅胶，管槽采用白色高密度聚乙烯材料；管槽内部填充物采用泡沫塑料。具体制作工艺为，盒体外层为不锈钢无尾真空主体，在近1000℃条件下对304不锈钢进行抽真空和封焊而制成，盒身与盒盖通过螺纹密合，并在盒盖上加了硅胶密封圈，防止液氮的渗入。本发明具有三大优势：（1）可以直接降温到-196℃，不用转移细胞，适合长期冻存细胞；（2）无需异丙醇，属于无损耗永久使用品；（3）分层设计，即使短暂取(30min)出都可以保证细胞温度低于-80℃。

专利2：

申请号：CN201010189738.9，申请日：2010.05.24，授权公告日：2010.10.06，一种便携式鱼类精子冷冻降温仪，它的结构是由螺轴、壳体、浮块、提手、盖板、螺块构成；壳体系圆筒杯形，内壁下方标有装液氮的最低和最高液面线；壳体内中下部设有圆柱体浮块；浮块的顶部设有由支腿支撑的提手，上部配装可使精子冻存管位置固定的盖板；螺轴通过提手、盖板和浮块的中心孔垂直位于壳体内，下端固定于壳体的底部；螺块配装于螺轴上端螺杆上，左右两侧各设有一个锁定螺钉。本发明构思合理，结构精巧，操作简便，便于携带和使用，可有效地克服根据液氮液面目测冷冻误差大、重复性差的缺点，适合于野外鱼类精子取样两步法冷冻，也适用于研究人员对鱼类精子或其它材料进行程序降温冷冻保存的实验室精密研究。

专利3：

申请号：CN00218101.0，申请日：2000.06.20，授权公告日：2001.05.30，本发明涉及一种用于生物、医疗、畜牧、水产、食品等领域的内加热加压喷射式液氮程序降温仪,特点是它由数据采集和控制装置、旋流器、热电偶、绝热箱、支架、输液氮管、加热丝及液氮容器构成,加热丝与输液氮管固定置于液氮容器中,加热丝与数据采集和控制装置连接,输液氮管口从绝热箱顶部进入,并置有旋流器,绝热箱内置有支架,热电偶与数据采集和控制装置连接,优点是无低温电磁阀以及高压氮气的液氮输送管路,结构简单,成本低,性能可靠。

通过以上的检索发现，以上技术方案没有影响本发明的新颖性；并且以上专利文件的相互组合没有破坏本发明的创造性。

发明内容

本发明的目的是提供一种全自动多步程序冷冻仪，以解决现有设备细胞冷冻保存过程中，冷冻室的所有样品只能执行同一套冷冻程序，要么依赖进口，要么需要人工操作，主观性强、精度低、劳动力成本高，设备容器结构复杂，不利于取样和清洁仪器，试验完成取出样品才能进行下次试验等问题，提供一种冷冻速率达到甚至高于-70℃/min，冷冻室中同批样品有多套冷冻速率，精度高，全自动，自主研发生产、成本较低，容器结构简单，利于取出样品、清洁仪器，可多次试验后统一取出样品的细胞冷冻装置。

为实现以上目的，本发明采用的技术方案是：一种全自动多步程序冷冻仪，它包括箱体（6），箱盖（5），动力装置（1），所述箱体（6）与箱盖（5）配合，所述箱体（6）内部为空腔无盖结构，其底部设置有顶出斜块（602）；所述箱盖（5）上设置有主杆导孔（501），下表面设置有支架（502）；所述箱盖（5）上安装有动力装置（1）和温控装置（2）；所述动力装置（1）和温控装置（2）外侧设置有密封壳（4），所述密封壳（4）与所述箱盖（5）连接；所述动力装置（1）包括控制电机（101）、传动齿轮（102）、主杆（103）、传动杆（104）、齿条（105）、报警装置（106）、行程控制块（1071）和行程开关（1072）；所述控制电机（101）与箱盖（5）固定连接，其上设置有传动杆（104），侧面设置有报警装置（106）；所述传动杆（104）上安装有所述传动齿轮（102）；所述主杆导孔（501）中安装有主杆（103），所述主杆（103）上设置有齿条（105），所述齿条（105）与所述传动齿轮（102）啮合；所述主杆（103）侧面设置有行程控制块（1071），底端连接有样品台装置（3）。所述行程控制块（1071）正下方设置有行程开关（1072），所述行程开关（1072）与箱盖（5）连接。

进一步的，所述箱体（6）上设置有密封边（601），所述箱体（6）上密封边（601）外侧位置处设置有防护开关（602）。

进一步的，所述样品台装置（3）上安装有样品架装置（7）或支撑网。

进一步的，所述温控装置（2）包括温度表（201）、温度探头（202）和测温引线（203）；所述温度表（201）固定连接于箱盖（5）上，其读数表盘嵌在所述密封壳（4）上，读数部分露出密封壳（4）外；所述温度探头（202）固定连接于所述主杆（103）底端侧面；所述温度表（201）上设置有控制按钮组（401）。

进一步的，所述主杆（103）为空心柱体，其内部设置有所述测温引线（203）。

进一步的，所述样品台装置（3）包括支撑框（301）和挡框（302）；所述支撑框（301）和挡框（302）固定连接为一个整体，整体连接于所述主杆（103）底端。

进一步的，所述样品架装置（7）包括样品架（701）、侧板（702）和挡板（703）；所述样品架（701）上设置有锯齿形的样品架卡齿（7011），两端连接有侧板（702）；所述侧板（702）上设置有组合卡扣（7021）；所述侧板（702）上样品架（701）外侧与样品架（701）平行设置有挡板（703）；所述挡板（703）上设置有自锁铰链（7031）和转板（7032）。

进一步的，所述样品架装置（7）与导向板装置（8）配合；所述导向板装置（8）包括定位圆柱组（801）和垫块（802）；所述定位圆柱组（801）下方设置有垫块（802）。

本发明的有益效果：

1.本发明利用液氮容器中自然存在的不同温度，调整样品离液氮液面的距离，可以实现非常高的冷冻速率，达到-70℃/min左右。

2.本发明利用样品离液面的距离来控制冷冻速率，因此夹持在夹持装置上的样品，通过样品架的堆叠，可以实现每层样品架到液氮液面具有不同的距离，由此在执行一套程序时，可以实现多套不同的冷冻效果。尤其适用于最佳冷冻速率筛选等研究领域工作。

3.本发明通过对温度的检测反馈系统，控制动力装置调整样品距离液面的距离，整个实验过程中，不断反馈调整，控温精度高。也规避了随着时间延长，液氮蒸发导致液面下降，出现温度不准的困境。

4.本发明完全自主研发、生产，不依赖进口，成本低。

5.本发明冷冻过程全自动控制执行，容器结构简单，取出样品、清洁仪器十分方便。

6.本发明冷冻程序执行完毕后，可将样品和样品架装置整体丢入液氮中冷冻保存，无需取出样品就可在样品台装置上安装其它样品，执行下一次冷冻程序，多次冷冻操作简单，液氮的损耗小。

附图说明

图1为本发明的外观结构示意图。

图2为本发明去保护壳4后外观结构示意图。

图3为本发明所述动力装置1的结构示意图。

图4为本发明所述温控装置2的结构示意图。

图5为本发明所述温控装置2的剖视结构示意图。

图6为本发明所述样品台装置3的结构示意图。

图7为本发明所述箱体6的结构示意图。

图8为本发明所述箱体6的剖视结构示意图。

图9为本发明所述样品架装置7的结构示意图。

图10为本发明所述导向板装置8的结构示意图。

图11为本发明传动装置1、温控装置2和样品台装置3连接的结构示意图。

图12为本发明所述箱盖5及与其所连接机构的结构示意图。

图13为本发明所述样品架装置7与导向板装置8配合结构示意图。

图14为本发明所述样品架装置7与导向板装置8配合仰视结构示意图。

图中所述文字标注表示为：

1、动力装置；101、控制电机；102、传动齿轮；103、主杆；104、传动杆；105、齿条；106、报警装置；1071、行程控制块；1072、行程开关；2、温控装置；201、温度表；202、温度探头；203、测温引线；3、样品台装置；301、支撑框；302、挡框；4、密封壳；401、控制按钮组；5、箱盖；501、主杆导孔；502、支架；6、箱体；601、密封边；602、顶出斜块；603、防护开关；7、样品架装置；701、样品架；7011、样品架卡齿；702、侧板；7021、组合卡扣；703、挡板；7031、自锁铰链；7032、转板；8、导向板装置；801、定位圆柱组；802、垫块。

具体实施方式                                                                       

为了使本领域技术人员更好地理解本发明的技术方案，下面结合附图对本发明进行详细描述，本部分的描述仅是示范性和解释性，不对本发明的保护范围有任何的限制作用。

如图1-图14所示，其结构关系为，它包括箱体6，箱盖5，动力装置1，所述箱体6与箱盖5配合，所述箱体6内部为空腔无盖结构，其底部设置有顶出斜块602；所述箱盖5上设置有主杆导孔501，下表面设置有支架502；所述箱盖5上安装有动力装置1和温控装置2；所述动力装置1和温控装置2外侧设置有密封壳4，所述密封壳4与所述箱盖5连接；所述动力装置1包括控制电机101、传动齿轮102、主杆103、传动杆104、齿条105、报警装置106、行程控制块1071和行程开关1072；所述控制电机101与箱盖5固定连接，其上设置有传动杆104，侧面设置有报警装置106；所述传动杆104上安装有所述传动齿轮102；所述主杆导孔501中安装有主杆103，所述主杆103上设置有齿条105，所述齿条105与所述传动齿轮102啮合；所述主杆103侧面设置有行程控制块1071，底端连接有样品台装置3。所述行程控制块1071正下方设置有行程开关1072，所述行程开关1072与箱盖5连接。

优选的，所述箱体6上设置有密封边601，所述箱体6上密封边601外侧位置处设置有防护开关602。

优选的，所述样品台装置3上安装有样品架装置7或支撑网。

优选的，所述温控装置2包括温度表201、温度探头202和测温引线203；所述温度表201固定连接于箱盖5上，其读数表盘嵌在所述密封壳4上，读数部分露出密封壳4外；所述温度探头202固定连接于所述主杆103底端侧面；所述温度表（201）上设置有控制按钮组（401）。

优选的，所述主杆103为空心柱体，其内部设置有所述测温引线203。

优选的，所述样品台装置3包括支撑框301和挡框302；所述支撑框301和挡框302固定连接为一个整体，整体连接于所述主杆103底端。

优选的，所述样品架装置7包括样品架701、侧板702和挡板703；所述样品架701上设置有锯齿形的样品架卡齿7011，两端连接有侧板702；所述侧板702上设置有组合卡扣7021；所述侧板702上样品架701外侧与样品架701平行设置有挡板703；所述挡板703上设置有自锁铰链7031和转板7032。

优选的，所述样品架装置7与导向板装置8配合；所述导向板装置8包括定位圆柱组801和垫块802；所述定位圆柱组801下方设置有垫块802。

具体使用时，如果样品为细管，使用者将细管铺放导向板装置8放入样品架装置7中间，将整套装置按701边方向，702边靠左，水平放置于胸前，将一定量细管样品堆放在细管样品架组合的右手端，用右手将细管向左抹过来，使细管单层排列在细管样品架组合上。由于圆柱之间形成凹槽，管子会被定位，整齐的排放好，定位在样品架卡齿7011上，样品管子水平向的移动和旋转被限制。而样品管子两端因有挡板703，轴向的移动也被限制。安装时，样品架装置的转板7032与挡板703处于同一平面，安装完毕后，使用者转动被自锁铰链7031锁住的转板7032，使其到达另一个自锁位置，与挡板703相垂直，限制样品管子竖直方向的移动。样品管子固定好之后，提起样品架装置7，将导向板装置8与样品架装置7分离开来，以用于与下一个样品架装置7安装配合。重复铺放另一层样品。带有细管后一个样品架7，抬起后叠放在前一个含有细管的样品架7上。每两层之间在堆叠好之后用组合卡扣7021加以固定。按需确定叠放样品架7的个数。样品架也可以作为调节样品架之间的距离用。

样品准备完毕后，将连成整体的多个样品架装置7放置于样品台装置3的支撑框301上，与支撑框301连接的挡框302可以保证细微震动下样品架装置不会滑落。

如果样品为袋装或其它合适形式，则在样品台装置3上设置支撑网，直接将样品放置于支撑网上。

由于箱盖5上设置有支架502，箱盖5和连接在其上的机构，可以依靠支架502平放于桌面，稳定性好，方便样品的整体安装。

在准备正式开始冷冻程序之前，箱盖5和与其连接为整体的所有机构，一起放入箱体6，与箱体6配合。箱体6上设置有防护开关602，只有当箱体6与箱盖5完全配合，将防护开关602压下，冷冻电路才能接通，如果箱盖5和箱体6在安装时没有完全配合好，将无法启动冷冻程序，而在冷冻程序执行的过程中，如果出现箱盖5和箱体6的分离，控制电机也将紧急制动，停止程序运行。

在箱盖5和箱体6配合好后，工作人员可以通过控制按钮组401选择启动自动冷冻程序，或使用控制按钮组401，根据温度表201显示的温度，控制样品台装置3的上下移动，手动执行冷冻程序。

细胞冷冻的过程中，控制电机101或者工作人员按照预设好的冷冻步骤，带动样品快速移动到程序指定冷冻温度的高度以获得需要的冷冻速率，停留指定的时间，之后带动样品快速移动到下一指定温度的高度，重复执行这个过程数次。 在样品停留的时间内，温控装置2中的温度探头202实时反馈温度信息，同时温度信息会被显示在温度表201中，方便工作人员观察。如果随着时间延长，液氮面下降，影响到温度超出允许误差范围，程序或工作人员下达指令，使得控制电机101对样品高度进行微调，满足冷冻预设的温度，在整个冷冻过程执行完毕后，程序或者工作人员指示控制电机101带动样品台装置3快速下降，即将下降到底时减慢速度继续下降，箱体6底部设置的顶出斜块602与连成整体的样品架装置7或支撑网接触，继而将连成整体的样品架装置7或支撑网及其上的袋装样品顶起，使其从样品台装置3上滑落，滑入液氮中；当主杆103下降到行程控制块1071按压到行程开关1072的高度时，行程开关1072被压下，控制电机101接到指令，停止下降。整个过程执行完毕后，报警装置106发出提示信息，提醒工作人员进行后续操作。

实验结束后，样品和连成整体的样品架装置7留在箱体6的液氮中，其它结构均设置在箱盖5上，将箱盖5整体拿开后，既可以方便地取出箱体6中的样品进行装袋工作，也可以将前一次冷冻完毕的样品留在箱体6中进行冷冻保存，重新在样品台装置3上安装新的样品进行下一次冷冻，多次冷冻的操作简单，且不用每次都重新添加液氮，液氮损耗小。同时由于箱体6仅仅是一个箱结构，易于回收剩余液氮，方便清洁凝集的水分。

由于液氮的温度很低（可低达-196℃），本发明在露出箱盖5的动力装置1和温控装置2外侧设置有密封壳4，用以缓解冷的金属物件遇热空气导致的结霜与结冰。

本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想。以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，由于文字表达有限性，而客观上存在无限的具体结构，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进、润饰或变化，也可以将上述技术特征以适当的方式进行组合；这些改进润饰、变化或组合，或未经改进将发明的构思和技术方案直接应用于其它场合的，均应视为本发明的保护范围。

Claims (8)

1.一种全自动多步程序冷冻仪，它包括箱体（6），箱盖（5），动力装置（1），所述箱体（6）与箱盖（5）配合，其特征在于，所述箱体（6）内部为空腔无盖结构，其底部设置有顶出斜块（602）；所述箱盖（5）上设置有主杆导孔（501），下表面设置有支架（502）；所述箱盖（5）上安装有动力装置（1）和温控装置（2）；所述动力装置（1）和温控装置（2）外侧设置有密封壳（4），所述密封壳（4）与所述箱盖（5）连接；所述动力装置（1）包括控制电机（101）、传动齿轮（102）、主杆（103）、传动杆（104）、齿条（105）、报警装置（106）、行程控制块（1071）和行程开关（1072）；所述控制电机（101）与箱盖（5）固定连接，其上设置有传动杆（104），侧面设置有报警装置（106）；所述传动杆（104）上安装有所述传动齿轮（102）；所述主杆导孔（501）中安装有主杆（103），所述主杆（103）上设置有齿条（105），所述齿条（105）与所述传动齿轮（102）啮合；所述主杆（103）侧面设置有行程控制块（1071），底端连接有样品台装置（3）；所述行程控制块（1071）正下方设置有行程开关（1072），所述行程开关（1072）与箱盖（5）连接。

2.根据权利要求1所述的一种全自动多步程序冷冻仪，其特征在于，所述箱体（6）上设置有密封边（601），所述箱体（6）上密封边（601）外侧位置处设置有防护开关（602）。

3.根据权利要求1所述的一种全自动多步程序冷冻仪，其特征在于，所述样品台装置（3）上安装有样品架装置（7）或支撑网。

4.根据权利要求1所述的一种全自动多步程序冷冻仪，其特征在于，所述温控装置（2）包括温度表（201）、温度探头（202）和测温引线（203）；所述温度表（201）固定连接于箱盖（5）上，其读数表盘嵌在所述密封壳（4）上，读数部分露出密封壳（4）外；所述温度探头（202）固定连接于所述主杆（103）底端侧面；所述温度表（201）上设置有控制按钮组（401）。

5.根据权利要求1所述的一种全自动多步程序冷冻仪，其特征在于，所述主杆（103）为空心柱体，其内部设置有所述测温引线（203）。

6.根据权利要求1所述的一种全自动多步程序冷冻仪，其特征在于，所述样品台装置（3）包括支撑框（301）和挡框（302）；所述支撑框（301）和挡框（302）固定连接为一个整体，整体连接于所述主杆（103）底端。

7.根据权利要求1所述的一种全自动多步程序冷冻仪，其特征在于，所述样品架装置（7）包括样品架（701）、侧板（702）和挡板（703）；所述样品架（701）上设置有锯齿形的样品架卡齿（7011），两端连接有侧板（702）；所述侧板（702）上设置有组合卡扣（7021）；所述侧板（702）上样品架（701）外侧与样品架（701）平行设置有挡板（703）；所述挡板（703）上设置有自锁铰链（7031）和转板（7032）。

8.根据权利要求1所述的一种全自动多步程序冷冻仪，其特征在于，所述样品架装置（7）与导向板装置（8）配合；所述导向板装置（8）包括定位圆柱组（801）和垫块（802）；所述定位圆柱组（801）下方设置有垫块（802）。