CN108726069A - 一种低温存储装置及存储系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种低温存储装置及存储系统，通过设置上提式的存储架和具有上存储区、下存储区的存储区域，配合机械手组件，当不需要存取样本时，存储架位于下存储区内；当需要存取样本时，目标样本所在的存储架由下存储区向上运动至上存储区，机械手组件存取样本后，存储架向下运动至下存储区。应用本发明，在样本存储量一定的情况下，存储装置的空间更小，可以有效地节省空间、降低能耗。

Description

一种低温存储装置及存储系统

技术领域

本发明涉及低温存储技术领域，尤其涉及一种低温存储装置及存储系统。

背景技术

生命科学研究的发展以及临床医疗领域疾病分析检测和治疗保健技术的进步，促进了对生物样本越来越广泛的需求，也对生物样本的存储技术和设备提出了更高的要求，包括对存储样本的安全性、可靠性和稳定性，以及样本存取过程和程序的准确性、高效性和科学性的要求。生物样品存储的对象往往涵盖生物大分子、细胞、组织和器官等样本，如人体器官组织、全血、血浆、血清、生物体液或经处理过的生物样本(包括DNA、RNA、蛋白等)，等等。生物样本在存储前，需要经过程序降温使其休眠，然后存入液氮容器或深低温冻存库内。对于某些特定的生物样本，其存储过程需要保证全冷链保护，全程都需要处于深低温环境中，以保护其生物活性，避免反复冻融的损伤。

为了实现大批量生物样本的长期、稳定、可靠存储和取样，自动化的低温或超低温生物样本存取设备的研制和使用是必然的一个发展方向。

针对大批量生物样本的低温存储，现有技术中直接借鉴传统的自动化仓储系统，将生物样本放置在仓储系统内的冻存架上。冻存架为固定式间隔排布，前方留出存取机械手的运转通道，对于多排冻存架的大容积存储库来说，其通道面积占比过大，使得同样容积的存储库外形尺寸非常大。由于是超低温存储，存储库的存储空间即等同于能耗，存储空间越大、能耗越大。

如何在不影响存储库的生物样本存储容量的前提下，减小存储库尺寸、降低能耗，是本领域亟待解决的技术难题。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是：提出一种低温存储装置及存储系统，解决现有技术中针对大批量样本的低温存储，存储库尺寸大、能耗大的缺陷，实现在样本存储容量不变的前提下，存储库尺寸小、能耗小，节约空间和能源。

本发明提供的技术方案是一种低温存储装置，一种低温存储装置，包括存储区域、缓冲区域、存储架、机械手组件及制冷系统；所述存储区域包括上下分布的上存储区和下存储区；所述存储架用于存储样本，且在所述上存储区和所述下存储区之间上下运动；所述机械手组件用于存取样本；所述制冷系统用于保持所述存储区域和所述缓冲区域的低温环境；

所述存储区域、所述缓冲区域、所述存储架及所述机械手组件的配置为：当不需要存取样本时，所述存储架位于所述下存储区内；当需要取出样本时，目标样本所在的所述存储架从所述下存储区向上运动至所述上存储区，所述机械手组件将目标样本运送至所述缓冲区域，在所述缓冲区域完成目标样本的取出，所述存储架向下运动至所述下存储区；当需要存入样本时，在所述缓冲区域完成目标样本的存入，所述机械手组件将目标样本从所述缓冲区域运送至所述上存储区，所述存储架从所述下存储区向上运动至所述上存储区，所述机械手组件将目标样本存入所述存储架，所述存储架从所述上存储区向下运动至所述下存储区。

进一步的，所述缓冲区域内设置有对样本进行读码识别的识别区，所述识别区内设置有识别装置。

进一步的，所述样本为生物样本，所述缓冲区域内设置有用于对样本盒进行读码识别的读码区和用于对样本管进行读码识别的挑管区，所述识别装置为设置在所述读码区内的第一读码器和设置在所述挑管区内的第二读码器。

进一步的，所述缓冲区域与所述存储区域之间设置有进出口，由机械手组件存取的样本经所述进出口在所述存储区域和所述缓冲区域之间进/出。

进一步的，所述机械手组件包括位于所述上存储区内的第一机械手和位于所述缓冲区域内的第二机械手，所述第一机械手和所述第二机械手在所述进出口处完成样本的传递。

进一步的，所述上存储区内沿横向方向设置有第一轨道，所述上存储区内沿纵向方向设置有移动梁，所述移动梁与所述第一轨道垂直设置、并沿所述第一轨道往复运动；所述第一机械手设置在所述移动梁上、并沿所述移动梁往复运动；所述缓冲区域内沿竖直方向设置有第二轨道，所述第二机械手沿所述第二轨道往复运动。

进一步的，所述下存储区的温度低于所述上存储区的温度。

进一步的，所述缓冲区域的温度为-20℃，所述上存储区的温度为-20℃，所述下存储区的温度为-80℃。

进一步的，所述下存储区内设置有多个框架，所述框架将所述下存储区分隔成多个下存储单元，每个所述下存储单元内设置有所述存储架。

进一步的，所述缓冲区域的侧面上设置有单个样本存取口和批量样本存取口，所述单个样本存取口用于单个样本的存取，所述批量样本存取口用于批量样本的存取。

进一步的，所述缓冲区域内设置有用于对样本进行降温和除霜的暂存区。

本发明还提出一种低温存储系统，包括如上所述的低温存储装置，所述低温存储系统包括单个样本的存入/取出及批量样本的存入/取出。

进一步的，所述单个样本的存入和所述批量样本的存入均分别包括以下步骤：

（1）将样本放置在所述单个样本存取口或所述批量样本存取口；

（2）所述第二机械手从所述单个样本存取口或所述批量样本存取口取到样本，并将样本运送至所述识别区，所述识别区对样本进行读码识别；或者，将样本先运送至所述暂存区，待样本的温度接近于所述缓冲区域的温度且无霜后，再将样本运送至所述识别区，所述识别区对样本进行读码识别；

（3）所述第二机械手将样本经所述第二轨道运送至所述进出口；

（4）所述第一机械手从所述进出口取到样本，并经所述第一轨道和所述移动梁将样本运送至目标存储架附近；

（5）所述目标存储架从所述下存储区向上运动至所述上存储区；

（6）将样本存入所述目标存储架上的相应位置；

（7）所述目标存储架向下运动至所述下存储区。

进一步的，所述单个样本的取出和所述批量样本的取出均分别包括以下步骤：

（1）目标样本所在的所述存储架从所述下存储区向上运动至所述上存储区；

（2）所述第一机械手从所述存储架上取出目标样本；

（3）所述存储架从所述上存储区向下运动至所述下存储区；

（4）所述第一机械手将目标样本经所述第一轨道和所述移动梁运送至所述进出口；

（5）所述第二机械手从所述进出口取到目标样本，并经所述第二轨道将目标样本运送至所述识别区，所述识别区对目标样本进行读码识别；

（6）所述第二机械手将目标样本运送至单个样本存取口或批量样本存取口，等待取出。

与现有技术相比，本发明的优点和积极效果是：

本发明公开一种低温存储装置及存储系统，通过设置上提式的存储架和具有上存储区、下存储区的存储区域，配合机械手组件，当不需要存取样本时，存储架位于下存储区内；当需要存取样本时，目标样本所在的存储架由下存储区向上运动至上存储区，机械手组件存取样本后，存储架向下运动至下存储区。应用本发明，在样本存储量一定的情况下，存储装置的空间更小，可以有效地节省空间、降低能耗。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作一简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明实施例低温存储装置的结构示意图；

图2为本发明实施例下存储区的结构示意图；

图3为本发明实施例低温存储系统单个生物样本的存入流程图；

图4为本发明实施例低温存储系统批量生物样本的存入流程图；

图5为本发明实施例低温存储系统单个生物样本的取出流程图；

图6为本发明实施例低温存储系统批量生物样本的取出流程图。

其中，100-存储区域，110-上存储区，111-第一轨道，112-第一机械手，120-下存储区，121-框架，200-缓冲区域，210-识别区，211-读码区，212-挑管区，220-暂存区，230-第二机械手，300-存储架，310-保温板，400-样本存取口。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

本发明公开一种低温存储装置，主要用于需要低温存储的样本的存储，样本包括生物样本、疫苗等。本实施例以生物样本为例进行说明。

参照图1所示的低温存储装置的结构示意图和图2所示的下存储区的结构示意图，本实施例低温存储装置包括存储区域100、缓冲区域200、存储架300、机械手组件及制冷系统（未图示）。存储区域100包括上下分布的上存储区110和下存储区120，存储架300用于存储生物样本，且在上存储区110和下存储区120之间上下运动，机械手组件用于存取生物样本，制冷系统用于保持存储区域100和缓冲区域200的低温环境。系统所需的低温环境根据存储的样本具体设置，比如，若样本为生物样本，则系统低温环境低于零摄氏度；若样本为疫苗，则系统低温环境高于零摄氏度。

当不需要存取生物样本时，存储架300位于下存储区120内；当需要取出生物样本时，目标生物样本所在的存储架300从下存储区120向上运动至上存储区110，机械手组件将目标生物样本运送至缓冲区域200，在缓冲区域完成目标生物样本的取出，存储架300向下运动至下存储区120；当需要存入生物样本时，在缓冲区域200完成目标生物样本的存入，机械手组件将目标生物样本从缓冲区域200运送至上存储区110，存储架300从下存储区120向上运动至上存储区110，机械手组件将目标生物样本存入存储架300，存储架300从上存储区110向下运动至下存储区120。

通过设置上提式的存储架300，本实施例在样本存储量一定的情况下，存储装置的空间更小，可以有效地节省空间、降低能耗。

下文将对低温存储系统中各个组成部分进行详细描述。

存储架300为长条状，便于在上存储区110和下存储区120之间上下运动、节省空间。存储架300内部的细节设置，可以根据需要存储的样本而具体设置。本实施例中，存储架300从上到下依次设置有多个样本盒，样本盒内放置有多个样本管，生物样本存于样本管中。在对生物样本进行存入和取出的过程中，为了便于对生物样本进行读码识别，以便于正确地存入或取出生物样本，在样本盒的侧面设置有条形码，样本管的底部设置有二维码。

为了尽可能地降低能耗、减小冷量损失、且又不影响生物样本的活性，存储区域100分为上存储区110和下存储区120。下存储区120主要用于存储生物样本，在不需要对生物样本进行存入或取出操作时，放置有生物样本的存储架300位于下存储区120内。上存储区110主要用于对生物样本进行运转操作，当需要对生物样本存入或取出操作时，放置有生物样本的存储架300从下存储区120向上运动至上存储区110，待将目标生物样本存入或取出后，存储架300再向下运动至下存储区120。

下存储区120内设置有多个框架121，多个框,121将下存储区120分隔成多个下存储单元，每个下存储单元内都分别设置有长条状的存储架300，参照图2。每个下存储单元的侧壁上都设置有保温层（未图示），以达到保持低温、降低冷量损失的效果。此外，由于上存储区110内设置有机械手组件等其他部件，为了便于这些部件在低温环境下的正常使用及维修，上存储区110的温度不宜过低。本实施例设定上存储区110的温度高于下存储区120的温度，为了减少上存储区110和下存储区120之间的能量交换，在存储架300的上部设置保温板310，当所有的存储架300都位于下存储区120内时，其上部的保温板310相当于一整块的保温隔绝层。

进一步的，为了适用生物样本的深低温存储，本实施例设定缓冲区域200的温度为-20℃，上存储区110的温度为-20℃，下存储区120的温度为-80℃。

缓冲区域200位于存储区域100的侧面，其在高度上能到触及上存储区110，以便于生物样本在上存储区110和缓冲区域200之间的传递。缓冲区域200主要用于在生物样本进行存入或取出操作时，对生物样本进行识别，以确保生物样本能够正确地存入或取出。为了实现识别功能，缓冲区域200内设置有对生物样本进行读码识别的识别区210。本实施例结合样本盒的条形码和样本管的二维码，识别区210包括读码区211和挑管区212，读码区211内设置有第一读码器（未图示），挑管区212内设置有第二读码器（未图示），第一读码器对样本盒的条形码进行读码识别，第二读码器对样本管的二维码进行读码识别。

为了便于及实现生物样本在室内环境与缓冲区域200之间的运转、在缓冲区域200与上存储区110之间的运转，在室内环境与缓冲区域200之间设置有样本存取口400，缓冲区域200与上存储区110之间设置有进出口（未标示）。在实际操作过程中，有时是对单个或少量的生物样本进行存入或取出，有时是对批量的生物样本进行存入或取出，为了提高存取效率，本实施例样本存取口400包括单个样本存取口和批量样本存取口。需要指出的是，单个样本存取口每次存入或取出的是一个样本盒，该样本盒放置有单个或多个样本管；批量样本存取口每次存入或取出的是多个样本盒。

进一步的，在进行生物样本的存入时，由于室内温度与缓冲区域200、存储区域100之间的温差较大，为了避免影响生物样本的活性，在缓冲区域200内设置有暂存区220。若待存入的生物样本需要预降温或除霜处理时，先将生物样本放置于暂存区220内，待生物样本的温度接近于缓冲区域200的温度且无霜后，再进行后续的存入工作。

进一步的，生物样本在缓冲区域200和存储区域100内的运转，是通过机械手组件实现的。本实施例机械手组件包括位于上存储区110内的第一机械手112和位于缓冲区域200内的第二机械手230，第一机械手112和第二机械手230在进出口处完成生物样本的传递。上存储区110内沿横向方向设置有第一轨道111，沿纵向方向设置有移动梁（未标示）。移动梁与第一轨道111垂直设置，并沿第一轨道111往复运动。第一机械手112设置在移动梁上，随着移动梁沿第一轨道111的往复运动及第一机械手112沿移动梁的往复运动，实现第一机械手112在上存储区110内在水平面上的横向和纵向运动。缓冲区域200内沿竖直方向设置有第二轨道（未标示），第二机械手230沿第二轨道往复运动。

本发明基于本实施例的低温存储装置，还公开一种低温存储系统，主要用于需要低温存储的样本的存储，样本包括生物样本、疫苗等。本实施例以生物样本为例进行说明。该低温存储系统可以实现单个生物样本的存入/取出及批量生物样本的存入/取出。

下文对单个生物样本的存入/取出及批量生物样本的存入/取出的具体步骤进行详细说明。需要指出的是，由于该存储系统内对生物样本的运转是以样本盒为单位的，所以单个生物样本的存入/取出是指单个样本盒的存入/取出，该样本盒内放置有单个或多个样本管；批量生物样本存入/取出是指多个样本盒的存入/取出。

参照图3，单个生物样本和批量生物样本的存入均分别包括以下步骤：

（1）将生物样本放置在单个样本存取口或批量样本存取口；

（2）第二机械手230从单个样本存取口或批量样本存取口取到生物样本，若生物样本不需要预降温或除霜处理，则将生物样本运送至识别区210，识别区210对生物样本进行读码识别；若生物样本需要预降温或除霜处理，则将样本先运送至暂存区220，待样本的温度接近于缓冲区域200的温度且无霜后，再将样本运送至识别区210，识别区210对样本进行读码识别；

（3）第二机械手230将生物样本经第二轨道运送至进出口；

（4）第一机械手112从进出口取到生物样本，并经第一轨道111和移动梁将生物样本运送至目标存储架300附近；

（5）目标存储架300从下存储区120向上运动至上存储区110；

（6）将样本存入目标存储架300的相应位置；

（7）目标存储架300向下运动至下存储区120。

其中，对于单个生物样本的存入来说，参照图3，识别区210对生物样本的读码识别包括两个步骤，先将生物样本放置在读码区211内，通过第一读码器对样本盒侧面的条形码进行读码识别；再将生物样本放置在挑管区212内，通过第二读码器对样本管底部的二维码进行读码识别。对于批量生物样本的存入来说，参照图4，识别区210对生物样本的读码识别主要指读码区211对样本盒侧面的条形码的读码识别。

需要说明的是，单个生物样本和批量生物样本的存入步骤中，步骤（4）和步骤（5）还可以同步进行，后者步骤（5）先于步骤（4）进行。

参照图5所示的单个生物样本的取出流程图及图6所示的批量生物样本的取出流程图，单个生物样本的取出和批量生物样本的取出均分别包括以下步骤：

（1）目标生物样本所在的存储架300从下存储区120向上运动至上存储区110；

（2）第一机械手112从存储架300上取出目标生物样本；

（3）存储架300从上存储区110向下运动至下存储区120；

（4）第一机械手112将目标生物样本经第一轨道111和移动梁运送至进出口；

（5）第二机械手230从进出口取到目标生物样本，并经第二轨道将目标生物样本运送至识别区210，识别区210对目标生物样本进行读码识别；

（6）第二机械手230将目标生物样本运送至单个样本存取口或批量样本存取口，等待取出。

其中，对于单个生物样本的取出，识别区210对生物样本的读码识别包括两个步骤，先将生物样本放置在读码区211内，通过第一读码器对样本盒侧面的条形码进行读码识别；再将生物样本放置在挑管区212内，通过第二读码器对样本管底部的二维码进行读码识别。对于批量生物样本的取出，识别区210对生物样本的读码识别主要指读码区211对样本盒侧面的条形码的读码识别。

需要指出的是，单个生物样本的取出和批量生物样本的取出步骤中，步骤（3）和步骤（4）还可以同时进行，后者步骤（4）先于步骤（3）进行。

进一步的，生物样本也可以放置在暂存区220内，等待取出。

最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。

Claims (14)

1.一种低温存储装置，其特征在于，包括存储区域、缓冲区域、存储架、机械手组件及制冷系统；所述存储区域包括上下分布的上存储区和下存储区；所述存储架用于存储样本，且在所述上存储区和所述下存储区之间上下运动；所述机械手组件用于存取样本；所述制冷系统用于保持所述存储区域和所述缓冲区域的低温环境；

所述存储区域、所述缓冲区域、所述存储架及所述机械手组件的配置为：当不需要存取样本时，所述存储架位于所述下存储区内；当需要取出样本时，目标样本所在的所述存储架从所述下存储区向上运动至所述上存储区，所述机械手组件将目标样本运送至所述缓冲区域，在所述缓冲区域完成目标样本的取出，所述存储架向下运动至所述下存储区；当需要存入样本时，在所述缓冲区域完成目标样本的存入，所述机械手组件将目标样本从所述缓冲区域运送至所述上存储区，所述存储架从所述下存储区向上运动至所述上存储区，所述机械手组件将目标样本存入所述存储架，所述存储架从所述上存储区向下运动至所述下存储区。

2.根据权利要求1所述的低温存储装置，其特征在于，所述缓冲区域内设置有对样本进行读码识别的识别区，所述识别区内设置有识别装置。

3.根据权利要求2所述的低温存储装置，其特征在于，所述样本为生物样本，所述缓冲区域内设置有用于对样本盒进行读码识别的读码区和用于对样本管进行读码识别的挑管区，所述识别装置为设置在所述读码区内的第一读码器和设置在所述挑管区内的第二读码器。

4.根据权利要求2所述的低温存储装置，其特征在于，所述缓冲区域与所述存储区域之间设置有进出口，由机械手组件存取的样本经所述进出口在所述存储区域和所述缓冲区域之间进/出。

5.根据权利要求4所述的低温存储装置，其特征在于，所述机械手组件包括位于所述上存储区内的第一机械手和位于所述缓冲区域内的第二机械手，所述第一机械手和所述第二机械手在所述进出口处完成样本的传递。

6.根据权利要求5所述的低温存储装置，其特征在于，所述上存储区内沿横向方向设置有第一轨道，所述上存储区内沿纵向方向设置有移动梁，所述移动梁与所述第一轨道垂直设置、并沿所述第一轨道往复运动；所述第一机械手设置在所述移动梁上、并沿所述移动梁往复运动；所述缓冲区域内沿竖直方向设置有第二轨道，所述第二机械手沿所述第二轨道往复运动。

7.根据权利要求1-6中任一项所述的低温存储装置，其特征在于，所述下存储区的温度低于所述上存储区的温度。

8.根据权利要求7所述的低温存储装置，其特征在于，所述缓冲区域的温度为-20℃，所述上存储区的温度为-20℃，所述下存储区的温度为-80℃。

9.根据权利要求7所述的低温存储装置，其特征在于，所述下存储区内设置有多个框架，所述框架将所述下存储区分隔成多个下存储单元，每个所述下存储单元内设置有所述存储架。

10.根据权利要求7所述的低温存储装置，其特征在于，所述缓冲区域的侧面上设置有单个样本存取口和批量样本存取口，所述单个样本存取口用于单个样本的存取，所述批量样本存取口用于批量样本的存取。

11.根据权利要求10所述的低温存储装置，其特征在于，所述缓冲区域内设置有用于对样本进行降温和除霜的暂存区。

12.一种低温存储系统，其特征在于，包括如权利要求11所述的低温存储装置，所述低温存储系统包括单个样本的存入/取出及批量样本的存入/取出。

13.根据权利要求12所述的低温存储系统，其特征在于，所述单个样本的存入和所述批量样本的存入均分别包括以下步骤：

（1）将样本放置在所述单个样本存取口或所述批量样本存取口；

（2）所述第二机械手从所述单个样本存取口或所述批量样本存取口取到样本，并将样本运送至所述识别区，所述识别区对样本进行读码识别；或者，将样本先运送至所述暂存区，待样本的温度接近于所述缓冲区域的温度且无霜后，再将样本运送至所述识别区，所述识别区对样本进行读码识别；

（3）所述第二机械手将样本经所述第二轨道运送至所述进出口；

（4）所述第一机械手从所述进出口取到样本，并经所述第一轨道和所述移动梁将样本运送至目标存储架附近；

（5）所述目标存储架从所述下存储区向上运动至所述上存储区；

（6）将样本存入所述目标存储架上的相应位置；

（7）所述目标存储架向下运动至所述下存储区。

14.根据权利要求12所述的低温存储系统，其特征在于，所述单个样本的取出和所述批量样本的取出均分别包括以下步骤：

（1）目标样本所在的所述存储架从所述下存储区向上运动至所述上存储区；

（2）所述第一机械手从所述存储架上取出目标样本；

（3）所述存储架从所述上存储区向下运动至所述下存储区；

（4）所述第一机械手将目标样本经所述第一轨道和所述移动梁运送至所述进出口；

（5）所述第二机械手从所述进出口取到目标样本，并经所述第二轨道将目标样本运送至所述识别区，所述识别区对目标样本进行读码识别；

（6）所述第二机械手将目标样本运送至单个样本存取口或批量样本存取口，等待取出。