CN107642938A - 一种超低温存取系统及其工作方法 - Google Patents

Abstract

一种超低温存取系统及其工作方法。涉及超低温保存领域，具体涉及一种超低温存取系统及其工作方法。提供了一种能够有效保护生物体性能并方便存取的超低温存取系统及其工作方法。包括密闭的仓库，所述仓库上设有存取窗口，所述仓库内设有进样区和存样区，所述进样区位于窗口处，还包括环绕在存样区的四周的梯度降温机构，所述梯度降温机构包括若干由同心的环形风帘构成的环形降温空腔，所述降温空腔的入口处分别设降温装置使得从外到内的降温空腔的温度梯度降低，所述降温空腔的出口连通各自的入口。本发明结构简单，操作方便，能耗小，易维修，对高温差环境下的运输或存取具有良好的实用性。

Description

一种超低温存取系统及其工作方法

技术领域

本发明涉及超低温保存领域，具体涉及一种超低温存取系统及其工作方法。

背景技术

随着医学和生物技术的发展，生物样品保存对温度的要求越来越高。医学上用于保存胎盘、精液、骨髓及特殊生物样品的设备运行温度要求达到-80℃，而细胞长期保存温度是-130 ℃或更低。这种超低温或深度低温的保存环境，与室温有100-200℃的温差，如果生物体瞬间降温或升温，将对生物体造成不可逆的极大伤害，大大降低其生物性能，甚至失去生物性能。

目前普遍的低温降温步骤为：先将样品放在-20℃左右的温度下1-2个小时，然后取出放入更低温度的冰箱过夜，最后再转入保存温度长期保存。该方法存在以下缺陷：（1）从较高温度向低温转运的过程中还是需要取出，不可避免地与室温环境接触，对生物体的生物性能造成影响；（2）降温过程只是基于空气的传导，降温速度缓慢；（3）低温环境中会产生冰渣覆盖在样品上，不仅会导致样品冻住搬不动还会导致辨别不清，给取样带来很多不便；（4）极高温差环境下，开关门将暖气和水分带入存样环境中，对超低温环境造成极大影响，导致样品生命周期大大缩短，无法长期保存。

发明内容

本发明针对以上问题，提供了一种能够有效保护生物体性能并方便存取的超低温存取系统及其工作方法。

本发明的技术方案是：一种超低温存取系统，包括密闭的仓库，所述仓库上设有存取窗口，所述仓库内设有进样区和存样区，所述进样区位于窗口处，还包括环绕在存样区的四周的梯度降温机构，

所述梯度降温机构包括若干由同心的环形风帘构成的环形降温空腔，所述降温空腔的入口处分别设降温装置使得从外到内的降温空腔的温度梯度降低，所述降温空腔的出口连通各自的入口；

最内侧的降温空腔与存样区连通，进样区位于最外侧的降温空腔内；

各所述降温空腔靠近窗口的一侧设有活动保温板。

还包括干燥区，所述干燥区连通若干降温空腔的出口并分别连接降温空腔的入口，

所述干燥区内设有干燥剂。

还包括预冷压缩机，所述预冷压缩机通过管道分别连接降温空腔的入口。

各所述降温空腔的入口处设有风机。

还包括机械手，所述机械手包括机械臂和设在机械臂一端的夹取机构，所述机械臂包括若干通过肘部连接的连接臂，所述肘部设有电热丝。

所述机械手还包括连接在机械臂另一端的鼓风机，

所述机械臂内部中空，所述肘部设有开口。

所述仓库上设气压调节阀。

还包括控制器和与之连接的操作面板，所述机械手、窗口、活动保温层分别与控制器连接。

一种超低温存取系统的工作方法，包括如下步骤：

1）、存样

1.1）、人工在操作面板输入待存的样品名称、数量、欲存放区域，然后按操作面板提示将样品从窗口放入进样区，关闭窗口；

1.2）、窗口关闭后控制器开始计时，使样品在进样区停留0.5-2小时；

1.3）、然后控制器启动机械手的加热装置10-30分钟；

1.4）、机械手的夹取机构将样品夹起，在2-10小时内将样品存至存样区，存样期间从外向内依次打开靠近机械手的活动保温板；

1.5）、机械手放下样品，收回即可；

2）、取样

2.1）、人工在操作面板输入待取的样品名称、数量，根据操作面板提示选择取样区域，然后启动取样工作；

2.2）、控制器启动机械手的加热装置10-30分钟；

2.3）、控制器打开所有的活动保温板，控制机械手伸至取样区域将样品夹起，在2-10小时内将样品取至进样区，取样期间从内向外依次关闭靠近机械手的活动保温板；

2.4）、机械手放下样品，收回；

2.5）、控制器打开窗口，人工取出样品后关闭窗口。

所述步骤1.4）中机械手每到达一个降温空腔内分别停留0.5-3小时，然后再次启动至下一个降温空腔。

本发明的有益效果是：（1）利用压缩机级别不同或者对液氮加热不同制造不同区域的吸热环境实现梯度降温，使得由外向内温度逐渐降低，而不是骤然降低，有效保护了样品的生物性能；（2）在各降温空腔内设风机，产生气流，加快降温速度，提高工作效率；（3）在系统内增设干燥区，将系统内的气流循环干燥，有效避免了冰渣的产生，方便取样和系统的管理；（4）仓库只需开设较小的存取窗口即可，样品由机械手实现存取，不会认为带入大量的暖气流而对系统内造成不利影响；（5）使用循环风，能耗只有两个地方，一个是保温层一个是加热能耗，通过预冷压缩机对损失能力进行补充，综合能耗极小；（6）机械臂的肘部有加热装置，工作前对肘部进行加热，防止肘部冻住无法工作。本发明结构简单，操作方便，能耗小，易维修，对高温差环境下的运输或存取具有良好的实用性。

附图说明

图1是本发明第一种实施方式的结构示意图，

图2是本发明第二种实施方式的结构示意图；

图中1是仓库，2是进样区，3是存样区，31是隔板，41是风帘，42是降温空腔，421是制冷压缩机，422是风机，43是氮源，44是加热装置，5是干燥区，6是预冷压缩机，7是机械手，71是电热丝，72是开口。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作具体说明。

如图1-2所示，本发明包括密闭的仓库1，所述仓库1上设有存取窗口，所述仓库1内设有进样区2和存样区3，所述进样区2位于窗口处，本发明还包括环绕在存样区3的四周的梯度降温机构，

所述梯度降温机构包括若干由同心的环形风帘41构成的环形降温空腔42，所述降温空腔42的入口处分别设降温装置使得从外到内的降温空腔42的温度梯度降低，所述降温空腔42的出口连通各自的入口；可根据需要设置合适数量的风帘和降温空腔，如将风帘设为3-11个，降温空腔设为2-10个。

最内侧的降温空腔与存样区3连通，使得存样区的温度与最内侧的降温空腔中的温度一致（即最低温），

进样区2位于最外侧的降温空腔内；

各所述降温空腔靠近窗口的一侧设有活动保温板。

本发明的第一种实施方式，如图1所示，所述降温装置为分别设在降温空腔入口处的制冷压缩机421，在从内到外的制冷压缩机存放制冷效果梯度变弱的制冷剂，使得从内到外的降温空腔中的温度梯度升高。（如降温空腔为3个，从外向内各对应的制冷压缩机的温度分别设为-30℃、-60℃、-80℃）

本发明的第二种实施方式，如图2所示，所述降温装置包括液氮源43和分别设在降温空腔入口处的加热装置44，加热装置为电热丝，将从内到外的降温空腔相对应的电热丝的温度设为梯度升高，电热丝将液氮加热为从内到外温度梯度升高的气氮，使得从内到外的降温空腔中的温度梯度升高。（如降温空腔为3个，从外向内各对应的制冷压缩机的温度分别设为-30℃、-60℃、-80℃或-40℃、-80℃、-130℃）

本发明还包括干燥区5，所述干燥区5连通若干降温空腔的出口并分别连接降温空腔的入口，

所述干燥区5内设有干燥剂，如分子筛、活性氧化铝等。

为了防止干燥区5中的气流进入存样区3中，将梯度降温机构围成的中间的空间用不密封的隔板31分为两个区域，这两个区域分别通过风帘上的开口于最内侧的降温空腔连通，其中一个区域不存样，直接与干燥区5连通，另一个存样区域不与干燥区5直接连通，而是通过不存样的区域与干燥区5间接连通，这样干燥区的暖空气回流至存样区的量就可以忽略，不会对其产生很大的影响。

本发明还包括预冷压缩机6，所述预冷压缩机6通过管道分别连接降温空腔的入口，为了提高工作效率，将预冷压缩机6设在干燥区5内并设在干燥区5的出口处，这样，各降温空腔内的气流到干燥区会和，经干燥剂吸水后变为干燥的气流（无水分，不会产生冰渣），然后经预冷压缩机预冷后（以补充因系统内发热导致的能量损耗）再分别进入降温空腔入口处的制冷压缩机制冷到需要的温度。

各所述降温空腔的入口处设有风机422，使系统中产生气流，加快气流循环速度以提高降温速度，从而提高存样和取样的效率。

本发明还包括机械手7，所述机械手包括机械臂和设在机械臂一端的夹取机构，所述机械臂包括若干通过肘部连接的连接臂，所述肘部设有电热丝71。比较合理的方案是将机械臂的另一端（即固定端设在靠近窗口处）。

所述机械手还包括连接在机械臂另一端的鼓风机，

所述机械臂内部中空，所述肘部设有开口72，机械臂工作前，电热丝72对其活动肘部进行加热，融化肘部可能存在的冰渣，防止冰渣将肘部冻住导致其无法正常工作，从机械臂中吹来的风将融化形成的冰水吹散，不会留在肘部继续形成冰渣。

所述仓库上设气压调节阀。在图1所示的第一种实施方式中，在所述仓库上设低压进气阀，因系统内的空气被降温，导致气体体积缩小，系统内气压减小，当气压减小到正常气压的0.6-0.9倍时，打开低压进气阀补充空气，使系统内气压上升；在图2所示的第二种实施方式中，想所述仓库上设高压泄压阀，系统由源源不断进入的气氮作为冷源，气氮的持续进入会导致系统内气压升高，当气压升高到正常气压的1.1-1.5倍时，打开高压泄压阀将系统内多余的其他放出，使气压恢复正常，在该实施方案中，可在高压泄压阀的出口处设回收压缩机，将气氮回收为液氮，可作为制冷源再次使用，减少资源浪费。

本发明还包括控制器和与之连接的操作面板，所述机械手7、窗口、活动保温层分别与控制器连接。

本发明的超低温存取系统的工作方法，包括如下步骤：

1）、存样

1.1）、人工在操作面板输入待存的样品名称、数量、欲存放区域，然后按操作面板提示将样品从窗口放入进样区，关闭窗口；

1.2）、窗口关闭后控制器开始计时，使样品在进样区停留0.5-2小时；

1.3）、然后控制器启动机械手的加热装置10-30分钟；

1.4）、机械手的夹取机构将样品夹起，在2-10小时内将样品存至存样区，机械手可以持续动作2-10小时将样品存至存样区（动作过程中，机械手的加热装置每隔2-3小时启动一次，以融合可能存在的冰渣），也可以每到达一个降温空腔内分别停留0.5-3小时，然后再次启动至下一个降温空腔，机械手每次启动前10-30分钟，加热装置都回对其肘部进行加热，以融合可能存在的冰渣，存样期间从外向内依次打开靠近机械手的未打开的活动保温板，以减少高温气流进入低温环境中的量。

1.5）、机械手放下样品，收回，关闭活动保温板即可；

2）、取样

2.1）、人工在操作面板输入待取的样品名称、数量，根据操作面板提示选择取样区域，然后启动取样工作；

2.2）、控制器启动机械手的加热装置10-30分钟；

2.3）、控制器打开所有的活动保温板，控制机械手伸至取样区域将样品夹起，在2-10小时内将样品取至进样区（取样也可以是持续取样或断续停留取样），取样期间从内向外依次关闭靠近机械手的活动保温板；

2.4）、机械手放下样品，收回；

2.5）、控制器打开窗口，人工取出样品后关闭窗口。

Claims (10)

1.一种超低温存取系统，包括密闭的仓库，所述仓库上设有存取窗口，所述仓库内设有进样区和存样区，所述进样区位于窗口处，其特征在于，还包括环绕在存样区的四周的梯度降温机构，

所述梯度降温机构包括若干由同心的环形风帘构成的环形降温空腔，所述降温空腔的入口处分别设降温装置使得从外到内的降温空腔的温度梯度降低，所述降温空腔的出口连通各自的入口；

最内侧的降温空腔与存样区连通，进样区位于最外侧的降温空腔内；

各所述降温空腔靠近窗口的一侧设有活动保温板。

2.根据权利要求1所述的一种超低温存取系统，其特征在于，还包括干燥区，所述干燥区连通若干降温空腔的出口并分别连接降温空腔的入口，

所述干燥区内设有干燥剂。

3.根据权利要求1所述的一种超低温存取系统，其特征在于，还包括预冷压缩机，所述预冷压缩机通过管道分别连接降温空腔的入口。

4.根据权利要求1所述的一种超低温存取系统，其特征在于，各所述降温空腔的入口处设有风机。

5.根据权利要求1所述的一种超低温存取系统，其特征在于，还包括机械手，所述机械手包括机械臂和设在机械臂一端的夹取机构，所述机械臂包括若干通过肘部连接的连接臂，所述肘部设有电热丝。

6.根据权利要求5所述的一种超低温存取系统，其特征在于，所述机械手还包括连接在机械臂另一端的鼓风机，

所述机械臂内部中空，所述肘部设有开口。

7.根据权利要求1所述的一种超低温存取系统，其特征在于，所述仓库上设气压调节阀。

8.根据权利要求1所述的一种超低温存取系统，其特征在于，还包括控制器和与之连接的操作面板，所述机械手、窗口、活动保温层分别与控制器连接。

9.一种权利要求1所述的超低温存取系统的工作方法，其特征在于，包括如下步骤：

1）、存样

1.1）、人工在操作面板输入待存的样品名称、数量、欲存放区域，然后按操作面板提示将样品从窗口放入进样区，关闭窗口；

1.2）、窗口关闭后控制器开始计时，使样品在进样区停留0.5-2小时；

1.3）、然后控制器启动机械手的加热装置10-30分钟；

1.4）、机械手的夹取机构将样品夹起，在2-10小时内将样品存至存样区，存样期间从外向内依次打开靠近机械手的活动保温板；

1.5）、机械手放下样品，收回即可；

2）、取样

2.1）、人工在操作面板输入待取的样品名称、数量，根据操作面板提示选择取样区域，然后启动取样工作；

2.2）、控制器启动机械手的加热装置10-30分钟；

2.3）、控制器打开所有的活动保温板，控制机械手伸至取样区域将样品夹起，在2-10小时内将样品取至进样区，取样期间从内向外依次关闭靠近机械手的活动保温板；

2.4）、机械手放下样品，收回；

2.5）、控制器打开窗口，人工取出样品后关闭窗口。

10.根据权利要求9所述的一种超低温存取系统的工作方法，其特征在于，所述步骤1.4）中机械手每到达一个降温空腔内分别停留0.5-3小时，然后再次启动至下一个降温空腔。