CN104938475A - 机械切换保温复温模式的低温保存装置 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种机械切换保温复温模式的低温保存装置，包括用于盛放工作溶液和样品的工作容器，还设有保温容器和驱动机构；其中保温容器设有密闭空腔，用于装保温溶液，且工作容器和保温容器的至少一部分外形互补；所述驱动机构与工作容器和保温容器的至少一者联动用以改变工作容器和保温容器的间距。本发明可以精确的控制保温容器内保温溶液的量和温度；可以自由切换工作溶液的保温和复温过程，全程温度可以控制。
Description
技术领域
本发明涉及一种保存装置，尤其涉及一种机械切换保温复温模式的低温保存装置。
背景技术
在现代社会背景条件下，低温保存在很多领域都有很广泛的利用。而小型的低温保存装置的缺乏，使得在很多相关领域中，低温长期保存，反复式低温试验等等存在着设备笨重，成本高昂等等缺陷。而现阶段小型低温保存实验装置的研究十分缺乏，但是该方面的成果对于低温生物等方面的研究有着良好的支持作用。
在实际应用中，低温装置有着以下几个特点：(1)小型化：小型装置的需求在现代化的实验和保存中显得十分重要；(2)结构简单化：装置的批量化生产和一定的精度要求是现行小型低温装置的目的，因而，装置机械结构简单且安全是必不可少的条件；(3)成本低：对于特定的实验，装置的可回收和成本低廉，使得实验和保存处理可以更自由的进行，该部分的存在同样非常重要。
以关节软骨的保存为例，玻璃化保存是一种很有希望实现关节软骨长期保存的技术。玻璃化保存的基本原理是将高浓度的冷冻保护剂在超低温环境下凝固，形成不规则的玻璃化样固体，保存了液态时正常分子和离子分布，因而在细胞内发生玻璃化时能起到保护作用。所保存细胞在冷冻保护液中脱水到一定程度后，则引起内源性胞质大分子如蛋白质及渗透到胞内的冷冻保护剂浓缩，从而使细胞在剧烈的快速降温中得到保护。
然而，玻璃化保存的难点是：(1)把高浓度的低温保护剂载入生物材料；(2)突破样品实际的降温和升温速率的制约。一边降低温度一边将二甲亚砜载入关节软骨，并始终使温度略高于组织的冻结点，最终使关节软骨内的二甲亚砜达到近60％(w/w)的高浓度，如此高浓度的二甲亚砜也使得实现玻璃化和避免反玻璃化与所需的降温和升温速率无关。而该方法也被称为液相线跟踪法。
传统玻璃化法操作比较简单，一般是在0℃或以上某一温度位分多步加载较高浓度的低温保护剂，然后实施快速冷却(通常是直接投入液氮)以实现玻璃化；复温时，将样品放入恒温水浴(通常是37℃)中，最后再分多步将低温保护剂洗脱掉，整个过程通常不需要特殊的设备。由于此法的加载温度相对较高，受低温保护剂毒性以及冷却速率的限制，采用单种低温保护剂通常是不可行的。
对于液相线跟踪法，整个过程不仅没有冰晶形成，而且最终组织内高浓度的二甲亚砜也使得实现玻璃化和避免反玻璃化与冷却和复温速率的大小无关。对于液相线跟踪法的使用，对于温度的控制是重中之重，其实验所需的仪器同样需求的是普冷温区的特定温度点，因而特定机械切换保温复温式低温保存装置具有的独特意义。
发明内容
本发明的目的在于提供一种机械切换保温复温模式的低温保存装置，能够适用于液相线跟踪法低温保存关节软骨。
为实现上述目的，本发明提供了如下技术方案：
一种机械切换保温复温模式的低温保存装置，包括用于盛放工作溶液和样品的工作容器，还设有保温容器和驱动机构；
其中保温容器设有密闭空腔，用于装保温溶液，且工作容器和保温容器的至少一部分外形互补；
所述驱动机构与工作容器和保温容器的至少一者联动用以改变工作容器和保温容器的间距。
本发明的工作容器和保温容器至少有一部分外形互补，保温容器包覆或部分包覆在工作容器外，通过保温容器来控制工作容器内的温度，从而来保存工作容器中的样品。本发明的保温溶液是高比热容并且比较稳定的溶液，并且可根据具体需要保存的样品的不同，可以通过控制保温溶液的溶质种类和浓度而改变其共熔点从而达到控制工作溶液温度的目的。因此，通过更换不同种类的工作溶液和保温溶液，同一个低温保存装置可用于保存不同低温要求的样品。工作溶液的凝固点应低于保温溶液的凝固点。工作容器和保温容器之间的驱动机构可以改变两者之间的间距，可实现保温模式和复温模式之间的自由切换。
作为优选，所述保温容器设有换液通道，所述换液通道设有液位开关，用以控制保温容器内保温溶液的液位高度。通过换液通道可以更换保温容器的密闭空腔内的保温溶液的种类，不同保温溶液具有不同的凝固点，通过更换不同保温溶液来控制工作容器能达到不同的最低温度，从而适合不同样品的低温保存。通过液位开关控制保温容器中保温溶液的液位高度，合适的液位高度使保温容器不会因为保温溶液的热胀冷缩造成损坏。
作为优选，所述工作容器和保温容器分别设有第一温度传感器和第二温度传感器。通过第一温度传感器和第二温度传感器对工作容器和保温容器进行温度检测，从而对工作容器和保温容器进行相应的温度控制。
作为优选，所述保温容器设有浓度传感器，用以检测保温溶液的浓度。
作为优选，所述保温容器的外围包裹有绝热装置。保温容器包覆或部分包覆工作容器，保温容器不与工作容器相接触的外壁上设有绝热装置，可防止保温容器不与工作容器相接触的外壁与外界发生冷量传递，使保温容器的冷量传递只发生在与工作容器相接触的部分，从而达到冷量的节约使用和保温过程的长效工作性能。
作为优选，所述的工作容器为中空的半球形或半椭球形，保温容器处在工作容器下方，且与工作容器底部形状互补。中空的半球形或半椭球形的工作容器加工方便，并且使工作容器与保温容器的外形更容易形成互补关系。当然，本发明的工作容器并不限于半球形或半椭球形，具体形状可以根据材料和加工工艺的限制来进行变化。
作为优选，所述保温容器固定设置，所述驱动机构包括电机以及联动在电机与工作容器之间以驱动工作容器升降的丝杠机构。当然，也可以采用下述技术方案：所述保温容器固定设置，所述驱动机构为驱动工作容器升降的气缸或电动推杆。也可以采用手动完成保温模式和复温模式之间的切换。
通过驱动机构来改变工作容器和保温容器之间的间距，实现保温模式与复温模式之间的自由切换。
本发明的有益效果体现为：
本发明的机械切换保温复温模式的低温保存装置结构简单，并且保温过程不涉及化学反应，没有毒副作用。本发明的机械切换保温复温模式的低温保存装置除了作为“液相线跟踪法”的专用仪器外，该装置同样可以使用于简单的温度控制保存方面，尤其对于需要反复保温、复温的实验过程，该装置具有突出的效果。
本发明的机械切换保温复温模式的低温保存装置可以实现：
(1)可以精确的控制保温容器内保温溶液的量和温度；
(2)自由切换工作溶液的保温和复温过程，全程温度可以控制；
(3)保温溶液可以自由的充注和排出，并且设有密封口防止污染。
附图说明
图1为本发明在保温模式时的结构示意图；
图2为本发明在复温模式时的结构示意图。
上述附图中：
1、工作容器；2、保温容器；3、绝热装置；4、换液通道；5、液位开关；6、电机；7、丝杆机构。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明作进一步详细描述，需要指出的是，以下所述实施例旨在便于对本发明的理解，而对其不起任何限定作用。
如图1和图2所示，一种机械切换保温复温模式的低温保存装置，包括工作容器1、保温容器2、驱动机构、绝热装置3。
工作容器1用于盛放工作溶液和样品，保温容器2设有密闭空腔，密闭空腔内装有比热容高的保温溶液，工作容器1为中空的半球形，保温容器2为与工作容器1外形互补的半球形，保温容器2部分包覆在工作容器1的外部，用于控制工作容器1的温度。当然，工作容器1也可以为其他形状，比如，中空的半椭球形，等。
保温容器2的不与工作容器1相接触的外壁被绝热装置3所包覆，可防止保温容器2不与工作容器1相接触的外壁与外界发生冷量传递，使保温容器2的冷量传递只发生与工作容器1相接触的部分，从而达到冷量的节约使用和保温过程的长效工作性能。
本实施例的驱动机构为丝杆螺母副，包括电机6和由电机6驱动的丝杆机构7，丝杆机构7与工作容器1连接，驱动机构可以驱动工作容器1远离或接近保温容器2，调节两者之间的间距，使本发明在保温模式和复温模式之间进行切换(图1为保温模式，图2为复温模式)。
本发明的驱动机构也可以采用其他形式，比如，驱动机构可以为气缸，气缸的活塞杆与工作容器1相连，启动气缸，气缸的活塞杆带动工作容器1脱离保温容器2，本发明就由原来的保温模式切换为复温模式(图1为保温模式，图2为复温模式)。
保温容器2上设有换液通道4，换液通道4上设有液位开关5，可通过换液通道4对保温溶液进行更换，液位开关5可以控制保温溶液在保温容器2内的液位高度，合适的液位高度使保温容器2不会因为保温溶液的热胀冷缩造成损坏。
工作容器1内的工作溶液和保温容器2内的保温溶液可以根据具体要保持样品的需要进行选择，工作溶液的凝固点应低于保温溶液的凝固点。
工作容器1和保温容器2上分别设有第一温度传感器和第二温度传感器(图中未示出)，分别用于检测工作容器1和保温容器2内的温度，同时保温容器2上还设有用于检测保温溶液浓度的浓度传感器(图中未示出)。
实施例1
保温溶液(蓄冷介质)：19.7％(质量百分数)KCl水共晶盐溶液；
工作溶液(低温保护剂)：100ml的50％二甲基亚砜(DMSO)、0.9％NaCl(质量百分数)的溶液。
保温溶液的预冷可采用液氮或低温冰箱。将本发明的低温保存装置放入-80℃的低温箱内冷冻，在温度到达保温溶液的共晶温度后保持一段时间以使所有溶液均完成相变；该保温溶液的稳定温度为-10.5℃，稳定时间在30～90分钟。
从保存关节软骨所采用的方案看，上述稳定时间作为处理时间是足够的。如果需要更长的处理时间，可以增加共晶盐溶液的量以及绝热装置层厚度。
然后将事先配好的100g工作溶液倒入工作容器内，盖好盖子，将低温保存装置放在慢速摇床上，在工作容器中设置热电偶监测其温度变化。
本实施例的工作溶液使用最常见的二甲基亚砜(DMSO)和NaCl的水溶液。由于0℃以下DMSO溶液的定压比热容数据很少，使用差示扫描量热法(耐驰DSC200F3)测量了不同浓度DMSO-NaCl-水三元溶液的定压比热容，随着DMSO浓度的提高，在同样的温度下溶液的比热容有所降低。10％、50％DMSO+0.9％NaCl的水溶液冻结点分别为-3.2℃、-48.9℃。根据保存样品的需要，可以选择不同浓度的工作溶液，本实施例的工作溶液为50％DMSO+0.9％NaCl的水溶液。
实施例2
与实施例1相比，不同之处在于：
保温溶液为23.3％(质量百分数)NaCl水共晶盐溶液，其稳定温度为-21.1，稳定时间在30～90分钟。
实施例3
与实施例1相比，不同之处在于：
保温溶液为21.0％(质量百分数)MgCl2水共晶盐溶液，其稳定温度为-33.8，稳定时间在30～90分钟。
实施例4
与实施例1相比，不同之处在于：
保温溶液为30.5％(质量百分数)CaCl2水共晶盐溶液，其稳定温度为-46.6℃，稳定时间在30～90分钟。
以上所述的实施例对本发明的技术方案和有益效果进行了详细说明，应理解的是以上所述仅为本发明的具体实施例，并不用于限制本发明，凡在本发明的原则范围内所做的任何修改、补充和等同替换等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (8)
1.一种机械切换保温复温模式的低温保存装置，包括用于盛放工作溶液和样品的工作容器，其特征在于，还设有保温容器和驱动机构；
其中保温容器设有密闭空腔，用于装保温溶液，且工作容器和保温容器的至少一部分外形互补；
所述驱动机构与工作容器和保温容器的至少一者联动用以改变工作容器和保温容器的间距。
2.根据权利要求1所述的低温保存装置，其特征在于，所述保温容器设有换液通道，所述换液通道设有液位开关，用以控制保温容器内保温溶液的液位高度。
3.根据权利要求1所述的低温保存装置，其特征在于，所述工作容器和保温容器分别设有第一温度传感器和第二温度传感器。
4.根据权利要求1所述的低温保存装置，其特征在于，所述保温容器设有浓度传感器，用以检测保温溶液的浓度。
5.根据权利要求1所述的低温保存装置，其特征在于，所述保温容器的外围包裹有绝热装置。
6.根据权利要求1所述的低温保存装置，其特征在于，所述的工作容器为中空的半球形或半椭球形，保温容器处在工作容器下方，且与工作容器底部形状互补。
7.根据权利要求1所述的低温保存装置，其特征在于，所述保温容器固定设置，所述驱动机构包括电机以及联动在电机与工作容器之间以驱动工作容器升降的丝杠机构。
8.根据权利要求1所述的低温保存装置，其特征在于，所述保温容器固定设置，所述驱动机构为驱动工作容器升降的气缸或电动推杆。
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| C06 | Publication | ||
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| C10 | Entry into substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| CB03 | Change of inventor or designer information |
Inventor after: Zhang Shaozhi Inventor after: Huang Gensheng Inventor after: Jiang Hongqiang Inventor after: Chen Guangming Inventor before: Zhang Shaozhi Inventor before: Huang Gensheng Inventor before: Jiang Hongqiang Inventor before: Chen Guangming |
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| COR | Change of bibliographic data | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| CF01 | Termination of patent right due to non-payment of annual fee | ||
| CF01 | Termination of patent right due to non-payment of annual fee |
Granted publication date: 20170510 |