CN108770835B - 生物样本自动存储工作舱 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种生物样本自动存储工作舱，生物样本存储于液氮罐内的存储架上，液氮罐内设置提升机构，通过该提升机构可将存储架提升至液氮罐外，存储架上放置样本管；工作舱分为前舱和后舱，前舱和后舱之间安装闸门，前舱开设有样本进出口，后舱底部液氮罐且连接处设有存储架通道，后舱内还安装液氮蒸发器，后舱顶部有排气阀，前后舱分别安装第一加热器和第二加热器，工作舱外设置液氮补给罐和控制器。持续维持工作舱内部正压，并持续稀释、置换工作舱内气体，保障工作舱的在深低温下干燥，实现工作舱内实施底部最低达到‑130℃，满足电气传动部件运行温度的较为稳定的温度场分布，并降低液氮消耗。

Description

生物样本自动存储工作舱
技术领域
本发明涉及生物样本存储领域，具体涉及一种生物样本自动存储工作舱。
背景技术
在细胞等生物样本自动存储领域，样本管存取时的挑管作业往往不在长期存储区液氮罐内进行，而是在一个结构上与液氮罐相联接的过渡性工作舱内进行，然后才经由传递舱等装置传送至设备外部或液氮罐内。经冻存后的细胞等生物样本需在-130℃玻璃化温度以下才是安全的，否则暴露在高于这个温度的环境，细胞内部水存在再结晶的风险而降低细胞复苏活性。因此用于挑管分拣作业的过渡工作舱内温度需达到-130℃以下，并保障工作舱内布置的其它自动化传动件和电气部件，现有技术达不到这样的温度条件，只能限制暴露的时间或牺牲细胞复苏质量。
发明内容
本发明的目的，就是为了解决上述问题而提供了一种生物样本自动存储工作舱，能为挑管机械臂及电机、传感器等电气传动部件在空间区域持续提供合适的温度分布，提供持续可维持的干燥环境。
本发明的目的是这样实现的：
本发明的一种生物样本自动存储工作舱，生物样本存储于液氮罐内的存储架上，液氮罐内设置提升机构，通过该提升机构可将存储架提升至液氮罐外，存储架上放置样本管工作舱分为前舱和后舱，前舱和后舱之间设有高度为H的通道，该通道处安装有上下滑动的闸门；
前舱的底部开设一个样本进出口，生物样本通过该样本进出口进出前舱内，样本管在前舱内的活动高度位于A点之下，A点处安装第一温度传感器，A点距前舱的顶板高度差为HA；
后舱底部安装有液氮罐且后舱底部与液氮罐连接处设有存储架通道，存储架可经过该存储架通道提升至后舱内，后舱内还安装有液氮蒸发器，液氮蒸发器上方B点处安装有第二温度传感器，B点距后舱的顶板高度差为HB，所述工作舱外设有液氮补给罐，所述液氮补给罐的出口的液氮管设有两路支管，该两路支管中一路支管与液氮蒸发器连接，另一路支管与所述液氮罐连接；所述后舱的顶板上安装有排气阀，所述排气阀只有在所述后舱为正压的情况下才能开启，即单向开启泄压；
所述生物样本自动存储工作舱处于除湿工作状态时，所述存储架通道打开，所述液氮罐中的氮气经过所述存储架通道进入所述工作舱中，并对所述工作舱进行除湿；
所述生物样本自动存储工作舱处于制冷工作状态时，所述液氮蒸发器沿水平方向吹出氮气，所述氮气往下扩散并在所述工作舱中形成温度梯度。
上述的生物样本自动存储工作舱中前舱和后舱的顶板为铝合金盖板。
上述的生物样本自动存储工作舱中闸门为铝合金材料制成的表面为筛孔状，后舱的低温气流可通过闸门进入前舱。
上述的生物样本自动存储工作舱中液氮管的出口的两路支管上分别安装有电磁阀；液氮管上设有总阀和泄压阀，优选的，液氮管为真空绝热软管。
上述的生物样本自动存储工作舱中蒸发器包括垂直方向设置的储液管，储液管顶部出口管路与盘管顶部入口连接，盘管一侧安装有布风器且该布风器侧面上设有气孔和/或窄缝，该布风器的底部入口与所述盘管的底部的末端连接；蒸发器上储液管下部补液管路和顶部的出口管路上分别设有第六温度传感器和第七温度传感器。
上述的生物样本自动存储工作舱中前舱的上部安装有第一加热器，第一加热器和第一温度传感器之间的C点处安装有第三温度传感器，该第三温度传感器用于作为是否启动第一加热器一个参考条件；A点和C点之间的高度差为HC。HA＜800mm的情况下必须安装第一加热器，否则可选择安装。HC的值由挑管机械臂驱动电机及编码器或位移传感器等电气传动部件的最低受限温度T(即温度下限)决定，如T＝-40℃时，HC≥300mm，最低受限温度T越高，则HC越大。
上述的生物样本自动存储工作舱中后舱的上部安装有第二加热器，第二加热器和第二温度传感器之间的D点处安装有第四温度传感器，该第四温度传感器用于作为是否启动第二加热器参考条件，D点与B之间的高度差为HD。同样的，HD的值由电气传动部件的最低受限温度(即温度下限)T决定，当电气传动部件的最低受限温度(即温度下限)T＝-40℃时，D点与B点高度差HD≥300mm，最低受限温度T越高，则HD越大。
上述的生物样本自动存储工作舱中排气阀下方安装有第五温度传感器，排气阀长期低温可能导致排气阀外侧凝露，第五温度传感器监测的温度作为第二加热器是否启动的参考。
上述的生物样本自动存储工作舱中还包括控制器，第一温度传感器、第二温度传感器与控制器连接，闸门、排气阀、样本进出口、液氮罐内的提升机构和液氮蒸发器通过控制器控制。
本发明生物样本自动存储工作舱持续维持工作舱内部正压，并持续稀释、置换工作舱内气体，保障工作舱的在深低温下干燥，实现工作舱内实施底部最低达到-130℃，满足电气传动部件运行温度的较为稳定的温度场分布，并降低液氮消耗。
附图说明
图1是本发明生物样本自动存储工作舱的存储状态结构示意图；
图2是本发明生物样本自动存储工作舱的挑管状态结构示意图；
图3是本发明的闸门结构示意图；
图4是本发明的蒸发器结构示意图。
具体实施方式
下面将结合附图，对本发明作进一步说明。
请参阅图1～3，生物样本存储于液氮罐1内的存储架11上，液氮罐1内设置提升机构12，通过该提升机构12可将存储架11提升至液氮罐1外，存储架11上放置样本管，工作舱分为前舱2和后舱3，前舱2和后舱3之间设有高度为H的通道，该通道处安装有上下滑动的闸门4，闸门4为铝合金材料制成的表面为筛孔状；
前舱2的底部开设一个样本进出口21，生物样本通过该样本进出口21进出前舱2内，样本管在前舱2内的活动高度位于A点之下，A点处安装第一温度传感器22，所述第一温度传感器22的高度低于所述通道的高度H，A点距前舱的顶板23高度差为HA，顶板23为铝合金盖板；前舱2的上部安装有第一加热器24，第一加热器24和第一温度传感器22之间的C点处安装有第三温度传感器25；A点和C点之间的高度差为HC。
后舱3底部安装液氮罐1且后舱3底部与液氮罐1连接处设有存储架通道31，存储架11可经过该存储架通道31提升至后舱3内，后舱3内还安装有液氮蒸发器32，液氮蒸发器32上方B点处安装有第二温度传感器33，所述第二温度传感器33的高度高于所述通道的高度H，B点距后舱的顶板34高度差为HB，顶板34为铝合金盖板；工作舱外设有液氮补给罐5，液氮补给管的出口安装液氮管51，液氮管51有两路支管，该两路支管中一路支管与液氮蒸发器32连接并安装有电磁阀52，一路支管与液氮罐1连接并设有电磁阀53，液氮管51为真空绝热软管且在总管上有总阀54和泄压阀55。后舱3的上部安装有第二加热器35，第二加热器35和第二温度传感器33之间的D点处安装有第四温度传感器36，D点与B之间的高度差为HD，后舱3的顶板34上安装有排气阀37；排气阀37下方安装有第五温度传感器38。
控制器6连接第一温度传感器22、第二温度传感器33、第三温度传感器25、第四温度传感器36和第五温度传感器38并控制提升机构12、闸门4、样本进出口21、第一加热器24、第二加热器35、液氮蒸发器32、电磁阀52、电磁阀53、总阀54、泄压阀55和排气阀37。
请参阅图4，液氮蒸发器32包括垂直方向设置的储液管32a，所述储液管32a顶部出口管路与盘管32b顶部入口连接，所述盘管32b一侧安装有布风器32c且该布风器32c侧面上设有气孔和/或窄缝，盘管32b的底部末端与布风器32c的底部入口连接；蒸发器32上储液管32a下部补液管路和顶部的出口管路上分别设有第六温度传感器32d和第七温度传感器32e。
工作舱使用时先进行初始化的除湿工作，流程如下：
打开该存储架通道31，关闭样本进出口21，打开总阀54和电磁阀53对液氮罐1进行缓慢加注液氮，液氮罐1底部不产生积液为宜，液氮气化后产生气体稀释、置换液氮罐内含水空气，经存储架通道31进入工作舱并不断稀释、置换含水空气，直到能达到-130℃的温度下也不结霜的湿度。液氮罐1中的液氮蒸发气体的经过存储架通道31的间隙进入工作舱，工作舱在排气阀37控制下维持正压，残留水分被稀释越来越低，从而保证工作舱一旦初始化除湿后，能一直保持干燥环境。
工作舱的制冷工作流程如下：
液氮通过电磁阀52经管路进入储液管32a，再由储液管32a进入蒸发器盘管32b，蒸发器盘管32b内介质吸热温度升高并全部变成氮气经液氮蒸发器32的盘管32b上的布风器32c上的出气孔或微缝沿水平方向均匀低速吹出；低温氮气往下扩散并下沉，高度方向因温度差而形成对流并形成高度方向的温度梯度场，控制器6收件到第六温度传感器32d、第七温度传感器32e的数据作为控制电磁阀52，进而控制储液管32a中的液氮储量。前舱2和后舱3之间的闸门4为筛孔状的铝合金材质，后舱3的低温气流可通过闸门4进入前舱2。当第一温度传感器22和第二温度传感器33同时满足低于-130℃时，电磁阀52可关闭停止制冷，本实施例中挑管机械臂驱动电机及编码器、位移传感器等电气传动部件的受限温度(即温度下限)T为-40℃，第三温度传感器25低于-40℃时启动第一加热器24，第四温度传感器36低于-40℃时启动第二加热器35，第五温度传感器38低于凝露温度值时，启动第二加热器35。
以上实施例仅供说明本发明之用，而非对本发明的限制，有关技术领域的技术人员，在不脱离本发明的精神和范围的情况下，还可以作出各种变换或变型，因此所有等同的技术方案也应该属于本发明的范畴，应由各权利要求所限定。

Claims (10)

1.一种生物样本自动存储工作舱，生物样本存储于液氮罐内的存储架上，所述液氮罐内设置提升机构，通过该提升机构可将存储架提升至液氮罐外，所述存储架上放置样本管；其特征在于，所述工作舱分为前舱和后舱，所述前舱和后舱之间设有高度为H的通道，该通道处安装有上下滑动的闸门；
所述前舱的底部开设一个样本进出口，生物样本通过该样本进出口进出所述前舱内，所述样本进出口的上方安装有第一温度传感器，所述样本管在所述前舱内的活动高度位于所述第一温度传感器之下；
所述后舱底部安装有所述液氮罐且所述后舱底部与所述液氮罐连接处设有存储架通道，所述存储架可经过该存储架通道提升至所述后舱内，所述后舱内还安装有液氮蒸发器，所述液氮蒸发器上方安装有第二温度传感器，所述工作舱外设有液氮补给罐，所述液氮补给罐的液氮管设有两路支管，该两路支管中一路支管与所述液氮蒸发器连接，一路支管与液氮罐连接；所述后舱的顶板上安装有排气阀；
所述生物样本自动存储工作舱处于除湿工作状态时，所述存储架通道打开，所述液氮罐中的氮气经过所述存储架通道进入所述工作舱中，并对所述工作舱进行除湿；
所述生物样本自动存储工作舱处于制冷工作状态时，所述液氮蒸发器沿水平方向吹出氮气，所述氮气往下扩散并在所述工作舱中形成温度梯度场。
2.一种如权利要求1所述的生物样本自动存储工作舱，其特征在于，所述前舱和所述后舱的顶板为铝合金盖板。
3.一种如权利要求1所述的生物样本自动存储工作舱，其特征在于，所述闸门为铝合金材料制成的表面为筛孔状，所述后舱的低温气流可通过所述闸门进入前舱。
4.一种如权利要求1所述的生物样本自动存储工作舱，其特征在于，所述液氮管的出口的两路支管上分别安装有电磁阀；所述液氮管上设有总阀和泄压阀。
5.一种如权利要求1所述的生物样本自动存储工作舱，其特征在于，所述液氮蒸发器包括垂直方向设置的储液管，所述储液管的出口管路与盘管顶部入口连接，所述盘管一侧前部安装布风器且该布风器侧面上设有气孔和/或窄缝，该布风器的底部入口与所述盘管的底部的末端连接；所述蒸发器上储液管下部补液管路和顶部的出口管路上分别设有第六温度传感器和第七温度传感器。
6.一种如权利要求1所述的生物样本自动存储工作舱，其特征在于，所述前舱的上部安装有第一加热器，所述第一加热器和所述第一温度传感器之间安装有第三温度传感器，所述第一温度传感器和所述第三温度传感器之间的高度差为HC，HC的数值根据所述前舱的电气传动部件的温度下限确定。
7.一种如权利要求1所述的生物样本自动存储工作舱，其特征在于，所述后舱的上部安装有第二加热器，所述第二加热器和所述第二温度传感器之间安装有第四温度传感器，所述第四温度传感器与所述第二温度传感器之间的高度差为HD，HD的数值根据所述后舱的电气传动部件的温度下限确定。
8.一种如权利要求1所述的生物样本自动存储工作舱，其特征在于，所述排气阀下方安装有第五温度传感器。
9.一种如权利要求1所述的生物样本自动存储工作舱，其特征在于，还包括控制器，所述第一温度传感器、所述第二温度传感器与所述控制器连接，所述闸门、所述排气阀、所述样本进出口、所述液氮罐内的提升机构和所述液氮蒸发器通过所述控制器控制。
10.一种如权利要求1所述的生物样本自动存储工作舱，其特征在于，所述液氮管为真空绝热软管。
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