CN108639514A - 一种面向生物3d打印的细胞冷冻存储装置及其方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种面向生物3D打印的细胞冷冻存储装置及其方法,包括箱体、与箱体连接的箱盖和位于箱体内的存取装置;所述的存取装置包括细胞冻存大管、存储转盘、棘轮、驱动棘爪、驱动摆杆、驱动推杆、止动棘爪、固定杆、支撑结构、连杆、顶杆和扭转弹簧;本发明装置体积小、质量轻、模块化,可以安装于便携式3D打印机,改善了上述现有存储装置的笨重的缺点,改良了存取环节的安全性和便捷性,创造一个能较长时间保存细胞的低温环境,适应机动化的应用场所。
Description
技术领域
本发明属于机械工程、生物3D打印技术领域,具体涉及一种面向生物3D打印的便携式细胞冷冻存储装置及其方法
背景技术
对人体受损皮肤的治疗,根据创口面积采取不同的治疗方案。若创面较小,临床上一般采用直接包扎或自体移植;若创面很大,则通常采用异体移植的方法,
自身健康皮肤移植会导致重症患者的皮肤缺失,造成二次损伤;而皮肤捐赠又会引发免疫排斥反应。因此利用培养出的患者自身细胞与生物材料,打印出人工皮肤的皮肤损伤治疗方式受到广泛重视。
用于生物3D打印的细胞存储现有方案一般为存储在大型的液氮罐或冰箱中,置于低温环境,能被冻存极长时间。当需要使用细胞时,再将装有细胞的冻存管捞出解冻。这种方案虽然简单,但是存在以下缺陷:
存储装置过于笨重,仅适用于实验室等固定的环境,不能适应于机动、灵活的使用要求。这一缺陷掣肘了便携式3D打印机在野外急救时的使用。
这种方案需要人工将细胞冻存管从液氮中捞出或浸入,在存取过程中若操作不当容易导致人身上沾上液氮,进而造成冻伤等危害。
发明内容
本发明基于细胞保存的基本原理,设计了一种面向3D打印的便携式细胞冷冻存储装置及其方法。本发明装置体积小、质量轻、模块化,可以安装于便携式3D打印机,改善了上述现有存储装置的笨重的缺点,改良了存取环节的安全性和便捷性,创造一个能较长时间保存细胞的低温环境,适应机动化的应用场所。
本发明的技术方案具体如下:
一种面向生物3D打印的细胞冷冻存储装置,包括箱体、与箱体连接的箱盖和位于箱体内的存取装置;所述的存取装置包括细胞冻存大管、存储转盘、棘轮、驱动棘爪、驱动摆杆、驱动推杆、止动棘爪、固定杆、支撑结构、连杆、顶杆和扭转弹簧;
支撑结构底部与箱体固连,顶部与棘轮中心可旋转连接;存储转盘安装在棘轮上且两者同轴心,存储转盘上设有呈圆形均匀排布的圆孔,细胞冻存大管放置于圆孔内;驱动棘爪和止动棘爪上设有扭转弹簧使其始终与棘轮紧贴;其中驱动棘爪与驱动摆杆铰接,止动棘爪与固定杆铰接,驱动摆杆一端与支撑结构上部铰接,驱动推杆一端穿过支撑结构底部并与连杆铰接、连杆与顶杆铰接;
顶杆位于存储转盘的圆孔底部,每个圆孔底部均设有贯穿棘轮的小孔,小孔可供顶杆穿过;棘轮每转过一个棘齿角度时,顶杆顶部的存储转盘也正好转动到下一圆孔;
固定杆与箱体固定连接;驱动摆杆、驱动推杆的另一端均穿出箱体;
箱体内设有冷却盘管,箱体上设有透气螺钉、透气管口;透气管口与冷却盘管相连,透气螺钉设置在透气管口内。
优选的,所述的箱体由金属层、绝热层和可动夹层构成;金属层位于内部,绝热层位于外部,金属层和绝热层之间设有弧形空腔,可动夹层呈弧形位于弧形空腔内,可动夹层与驱动摆杆固连;金属层、绝热层上均设有供驱动摆杆摆动的横槽。可动夹层位于箱体壁的横槽处,当驱动摆杆摇动时,可动夹层跟随驱动摆杆移动,始终将横槽内外的环境隔断,减少经横槽的热量交换。优选的,所述的可动夹层为绝热材质。
优选的,所述的透气螺钉和透气管口用螺纹连接,冷却盘管和箱体壁内壁焊接,透气管口穿过箱体壁和冷却管焊接。
进一步的,所述的透气螺钉包括螺钉和多孔绝热材料;螺钉中心为通孔,多孔绝热材料装在通孔中,两者为过盈连接。液氮吸热温度升高的过程中会有部分转化为氮气,氮气可以通过多孔绝热材料被排出装置。
优选的,所述的箱盖由包括金属层、绝热层组成;金属层在下,绝热层在上,两者用胶粘牢,箱盖上设有一箱盖口;箱盖口位于顶杆正上方,且箱盖口直径大于细胞冻存大管的直径;箱盖口上设有一螺栓。
本发明还公开了一种所述装置的细胞冷冻存取方法,具体如下:
将装有细胞的若干冻存管装入细胞冻存大管,将细胞冻存大管依此放入存储转盘的圆孔内;
通过透气管口向里灌注足量液氮,用透气螺钉旋紧管口;
盖上箱盖,用螺栓旋紧箱盖口,进行冷冻存储;
当需要取出细胞时,打开箱盖口的螺栓;推动驱动推杆,推动驱动通过连杆带动顶杆向上运动,顶杆将细胞冻存大管顶出箱盖口,即可取走细胞冻存大管;
每摇动一次驱动摆杆,存储转盘转动一个棘齿单位,使下一个存储转盘上的圆孔对准箱盖口;推动驱动推杆,可以再次将细胞冻存大管顶出箱盖口,若取细胞完毕,用螺栓旋紧箱盖口。
本发明采用密绕的冷却管,管内灌入液氮,密绕冷却管与空气的接触面积大,吸热效率高,从而在箱体内部制造一个低温的环境。这个方案大大减少了所需液氮的量,从而减轻整体装置的重量,创造的低温环境足以使细胞存活很长时间。此外,箱体外壁的绝热层减少箱体内外部的热量交换,从而保证箱体内能较长时间处于低温环境。
本发明利用棘轮机构的单向步进的运动特性,设计存取机构,规避了存取风险,减少热量交换,方便快捷。该存取机构有两个相互独立的主动件。下端为驱动推杆,前后推动可带动顶杆上下运动,顶杆穿过存储转盘下的小孔将细胞冻存大管顶出,箱盖上的孔与存储转盘的某一圆孔同轴心,细胞冻存大管被顶出后从箱盖孔中拿出。上端为驱动摆杆,摇动摆杆带动棘轮使存储转盘转动,换为下一个圆孔正对箱盖孔,如此可以取出下一个细胞冻存大管。此外,细胞冻存大管内可装入一组八个冻存管,故取一次就能获得更多的细胞。注:箱盖孔在不使用装置时用螺栓拧紧堵住,避免热量经该孔交换。
附图说明
图1为本发明的装置内部(去箱盖)示意图图;
图2为本发明的装置外观示意图。
图3为本发明的存取机构示意图。
图4为本发明的棘轮、棘爪配合示意图。
图5为本发明的透气螺钉示意图。
图6为本发明的可动夹层示意图。
具体实施方式
下面结合实施例和附图对本发明做进一步的说明。
如图1-4所示,本发明的一种面向生物3D打印的细胞冷冻存储装置,包括箱体1、与箱体1连接的箱盖12和位于箱体1内的存取装置;所述的存取装置包括细胞冻存大管5、存储转盘6、棘轮7、驱动棘爪8、驱动摆杆9、驱动推杆10、止动棘爪11、固定杆13、支撑结构14、连杆15、顶杆16和扭转弹簧21;
支撑结构14底部与箱体1固连,顶部与棘轮7中心可旋转连接;存储转盘6安装在棘轮7上且两者同轴心,存储转盘6上设有呈圆形均匀排布的圆孔,细胞冻存大管5放置于圆孔内;驱动棘爪8和止动棘爪11上设有扭转弹簧21使其始终与棘轮7紧贴;其中驱动棘爪8与驱动摆杆9铰接,止动棘爪11与固定杆13铰接,驱动摆杆9一端与支撑结构14上部铰接,驱动推杆10一端穿过支撑结构14底部并与连杆15铰接、连杆15与顶杆16铰接;
顶杆16位于存储转盘6的圆孔底部,每个圆孔底部均设有贯穿棘轮7的小孔,小孔可供顶杆16穿过;棘轮每转过一个棘齿角度时,顶杆16顶部的存储转盘6也正好转动到下一圆孔;
固定杆13与箱体1固定连接;驱动摆杆9、驱动推杆10的另一端均穿出箱体1;
箱体1内设有冷却盘管4,箱体1上设有透气螺钉2、透气管口3;透气管口3与冷却盘管4相连,透气螺钉2设置在透气管口3内。
本发明的工作过程如下:将装有细胞的若干冻存管装入细胞冻存大管,将细胞冻存大管依此放入存储转盘的圆孔内;
通过透气管口向里灌注足量液氮,用透气螺钉旋紧管口;
盖上箱盖,用螺栓旋紧箱盖口,进行冷冻存储;
当需要取出细胞时,打开箱盖口的螺栓;推动驱动推杆,推动驱动通过连杆带动顶杆向上运动,顶杆将细胞冻存大管顶出箱盖口,即可取走细胞冻存大管;
每摇动一次驱动摆杆往后拉再往前推为一次,存储转盘转动一个棘齿单位,使下一个存储转盘上的圆孔对准箱盖口;在图4所示的示意图中,每摇动一次驱动摆杆,棘轮即逆时针方向选择一个棘齿单元,止动棘爪11用于卡主棘轮,防止棘轮在驱动摆杆运动时回退。推动驱动推杆,可以再次将细胞冻存大管顶出箱盖口,若取细胞完毕,用螺栓旋紧箱盖口。
如图6所示,在本发明的一个具体实施例中,所述的箱体1由金属层19、绝热层18和可动夹层20构成;金属层位于内部,绝热层位于外部,金属层和绝热层之间设有弧形空腔,可动夹层呈弧形位于弧形空腔内,可动夹层与驱动摆杆9固连;金属层、绝热层上均设有供驱动摆杆9摆动的横槽。可动夹层位于箱体壁的横槽处,当驱动摆杆9摇动时,可动夹层跟随驱动摆杆移动,始终将横槽内外的环境隔断,减少经横槽的热量交换。优选的,所述的可动夹层为绝热材质。
在本发明的一个具体实施例中,所述的透气螺钉和透气管口用螺纹连接,冷却盘管和箱体壁内壁焊接,透气管口穿过箱体壁和冷却管焊接。
如图5所示,在本发明的一个具体实施例中,所述的透气螺钉包括螺钉和多孔绝热材料17;螺钉中心为通孔,多孔绝热材料装在通孔中,两者为过盈连接。液氮吸热温度升高的过程中会有部分转化为氮气,氮气可以通过多孔绝热材料被排出装置。
在本发明的一个具体实施例中,所述的箱盖12由包括金属层、绝热层组成;金属层在下,绝热层在上,两者用胶粘牢,箱盖12上设有一箱盖口;箱盖口位于顶杆16正上方,且箱盖口直径大于细胞冻存大管5的直径;箱盖口上设有一螺栓。
本发明采用密绕的冷却管,管内灌入液氮,密绕冷却管与空气的接触面积大,吸热效率高,从而在箱体内部制造一个低温的环境。这个方案大大减少了所需液氮的量,从而减轻整体装置的重量,创造的低温环境足以使细胞存活很长时间。此外,箱体外壁的绝热层减少箱体内外部的热量交换,从而保证箱体内能较长时间处于低温环境。
本发明利用棘轮机构的单向步进的运动特性,设计存取机构,规避了存取风险,减少热量交换,方便快捷。该存取机构有两个相互独立的主动件。下端为驱动推杆,前后推动可带动顶杆上下运动,顶杆穿过存储转盘下的小孔将细胞冻存大管顶出,箱盖上的孔与存储转盘的某一圆孔同轴心,细胞冻存大管被顶出后从箱盖孔中拿出。上端为驱动摆杆,摇动摆杆带动棘轮使存储转盘转动,换为下一个圆孔正对箱盖孔,如此可以取出下一个细胞冻存大管。此外,细胞冻存大管内可装入一组八个冻存管,故取一次就能获得更多的细胞。注:箱盖孔在不使用装置时用螺栓拧紧堵住,避免热量经该孔交换。
Claims (6)
1.一种面向生物3D打印的细胞冷冻存储装置,其特征在于包括箱体(1)、与箱体(1)连接的箱盖(12)和位于箱体(1)内的存取装置;所述的存取装置包括细胞冻存大管(5)、存储转盘(6)、棘轮(7)、驱动棘爪(8)、驱动摆杆(9)、驱动推杆(10)、止动棘爪(11)、固定杆(13)、支撑结构(14)、连杆(15)、顶杆(16)和扭转弹簧(21);
支撑结构(14)底部与箱体(1)固连,顶部与棘轮(7)中心可旋转连接;存储转盘(6)安装在棘轮(7)上且两者同轴心,存储转盘(6)上设有呈圆形均匀排布的圆孔,细胞冻存大管(5)放置于圆孔内;驱动棘爪(8)和止动棘爪(11)上设有扭转弹簧(21)使其始终与棘轮(7)紧贴;其中驱动棘爪(8)与驱动摆杆(9)铰接,止动棘爪(11)与固定杆(13)铰接,驱动摆杆(9)一端与支撑结构(14)上部铰接,驱动推杆(10)一端穿过支撑结构(14)底部并与连杆(15)铰接、连杆(15)与顶杆(16)铰接;
顶杆(16)位于存储转盘(6)的圆孔底部,每个圆孔底部均设有贯穿棘轮(7)的小孔,小孔可供顶杆(16)穿过;棘轮每转过一个棘齿角度时,顶杆(16)顶部的存储转盘(6)也正好转动到下一圆孔;
固定杆(13)与箱体(1)固定连接;驱动摆杆(9)、驱动推杆(10)的另一端均穿出箱体(1);
箱体(1)内设有冷却盘管(4),箱体(1)上设有透气螺钉(2)、透气管口(3);透气管口(3)与冷却盘管(4)相连,透气螺钉(2)设置在透气管口(3)内;
箱盖(12)上设有一箱盖口;箱盖口位于顶杆(16)正上方,且箱盖口直径大于细胞冻存大管(5)的直径;箱盖口上设有一螺栓。
2.根据权利要求1所述的面向生物3D打印的细胞冷冻存储装置,其特征在于所述的箱体(1)由金属层(19)、绝热层(18)和可动夹层(20)构成;金属层位于内部,绝热层位于外部,金属层和绝热层之间设有弧形空腔,可动夹层呈弧形位于弧形空腔内,可动夹层与驱动摆杆(9)固连;金属层、绝热层上均设有供驱动摆杆(9)摆动的横槽。
3.根据权利要求1所述的面向生物3D打印的细胞冷冻存储装置,其特征在于所述的透气螺钉和透气管口用螺纹连接,冷却盘管和箱体壁内壁焊接,透气管口穿过箱体壁和冷却管焊接。
4.根据权利要求1所述的面向生物3D打印的细胞冷冻存储装置,其特征在于所述的透气螺钉包括螺钉和多孔绝热材料(17);螺钉中心为通孔,多孔绝热材料装在通孔中,两者为过盈连接。
5.根据权利要求1所述的面向生物3D打印的细胞冷冻存储装置,其特征在于所述的箱盖(12)由包括金属层、绝热层组成;金属层在下,绝热层在上,两者用胶粘牢。
6.一种权利要求1所述装置的细胞冷冻存取方法,具体如下:
将装有细胞的若干冻存管装入细胞冻存大管,将细胞冻存大管依此放入存储转盘的圆孔内;
通过透气管口向里灌注足量液氮,用透气螺钉旋紧管口;
盖上箱盖,用螺栓旋紧箱盖口,进行冷冻存储;
当需要取出细胞时,打开箱盖口的螺栓;推动驱动推杆,推动驱动通过连杆带动顶杆向上运动,顶杆将细胞冻存大管顶出箱盖口,即可取走细胞冻存大管;
每摇动一次驱动摆杆,存储转盘转动一个棘齿单位,使下一个存储转盘上的圆孔对准箱盖口;推动驱动推杆,可以再次将细胞冻存大管顶出箱盖口,若取细胞完毕,用螺栓旋紧箱盖口。
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