CN108820581B - 一种生物样本存储系统 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种生物样本存储系统，包括：存储罐，包括具有罐口的罐体，罐体至少包括内层罐体、外层罐体，内层罐体的内部为生物样本存储区，内层罐体与外层罐体之间形成绝热区，内层罐体的外壁面设有自下而上延伸的导热层；冷源，向导热层提供冷量；盖体，设置在罐口处使内层罐体的内部为密封的空间。冷源向导热层提供冷量，生物样本放在内层罐体的内部，避免了冷源与生物样本的直接接触，降低了生物样品受污染的风险，内层罐体与外层罐体之间形成绝热区有效避免了冷量损失，使内层罐体内部保持较低的温度，保证了生物样本的储存品质，导热层的设置有效减小了罐体内部的温度梯度，使罐体内上下表面温度更加均匀，提高了生物样本的储存品质。

Description

一种生物样本存储系统

技术领域

本发明涉及生物样本低温存储技术领域，具体涉及一种生物样本存储系统。

背景技术

在低温生物样本存储领域，液氮蒸发制冷是目前较为普遍的一种制冷方式，其优点在于制冷迅速，价格便宜。液氮杜瓦罐因其操作简单、体积小、成本低等特点，是一种理想、短期降温快速的超低温存储装置。现有的液氮存储系统通过对罐体外壁与内壁间抽真空，并填充绝热材料以隔绝液氮与外部环境间的热交换，将液氮注入罐内，被保存的生物样本通过提桶浸泡在液氮中。如果液氮中存在污染物，当常温冻存管存入液氮后，因冻存管内部热胀冷缩导致液氮进入冻存管，造成存储样本的污染，从而给科学研究、病毒检测等带来难以弥补的损失。

针对冻存管浸泡在液氮里的污染问题，常采用的解决办法之一是对冻存管进行密封，即对冻存管中的样品进行熔封，然后存储在液氮中。另外就是将冻存管存储在液氮的气相区，避免存储物品与液氮接触，降低样品污染概率。中国专利文献CN106477175A公开了一种气相液氮生物存储罐，包括真空罐壁、位于该真空罐壁内的内腔以及连通该内腔及所述真空罐壁外侧的罐口，所述的内腔内具有位于底部的内腔液氮层以及位于该内腔液氮层上方的冻存架平台，该冻存架平台上设置有冻存架，所述的真空罐壁与所述的内腔之间设置有液氮存储腔，该液氮存储腔通过补液管连通所述的内腔。但是由于罐内的温度分布不均匀，导致罐内存储物品的品质较低。

发明内容

因此，本发明要解决的技术问题在于克服现有技术中的气相液氮生物存储罐存储物品的品质较低的缺陷，从而提供一种存储物品的品质较高的生物样本存储系统。

为解决上述技术问题，本发明提供一种生物样本存储系统，包括：

存储罐，包括具有罐口的罐体，所述罐体至少包括内层罐体、外层罐体，所述内层罐体的内部为生物样本存储区，所述内层罐体与所述外层罐体之间形成绝热区，所述内层罐体的外壁面设有自下而上延伸的导热层；

冷源，向所述导热层提供冷量；

盖体，设置在所述罐口处使所述内层罐体的内部为密封的空间。

所述存储罐还包括设置在所述内层罐体与所述外层罐体的中间层罐体，所述内层罐体与所述中间层罐体之间为液氮存储区，所述冷源包括向所述液氮存储区输送冷凝液氮的液氮补充系统，以及将所述液氮存储区中蒸发的液氮排出的排气系统，所述绝热区为设置在所述外层罐体与所述中间层罐体之间的真空区。

所述内层罐体的内部设有使其内部气体进行流动换热的气流循环系统。

所述气流循环系统包括

轴状结构，为空心结构，所述轴状结构的上端设有进风口，下端设有出风口；

轴流风机，安装在所述轴状结构内部，且位于所述进风口与所述出风口之间。

所述轴状结构的下端延伸至所述液氮存储区，所述轴状结构与所述内层罐体之间密封连接，所述出风口位于所述内层罐体底部的上方。

所述轴状结构为不锈钢夹心无氧铜结构。

所述内层罐体的内部设有若干隔板，若干所述隔板分别与所述轴状结构连接，所述隔板将所述生物样本存储区划分为若干区域。

所述隔板为薄壁不锈钢夹心无氧铜结构。

所述导热层为无氧铜导热格栅。

所述真空区设有防辐射隔热屏。

还包括用于监控所述液氮存储区的压力、温度以及液氮液位高度的监控系统。

所述监控系统包括设置在液氮存储区内分别与控制中心连接的压力传感器、温度传感器、液位传感器，所述压力传感器、温度传感器、液位传感器将检测到的压力值、温度值、液位高度值传递给控制中心。

所述监控系统还包括报警模块，所述控制中心预设有压力、温度报警阈值，当所述控制中心接收到的所述压力传感器、温度传感器检测到的压力、温度值高于预设的压力、温度报警阈值时，触发所述报警模块发出报警信息。

所述报警模块连接有通讯模块，所述报警模块被触发时通过所述通讯模块向预定的装置发送短信报警信息。

所述控制中心还包括备用电源，所述控制中心正常通电时，所述备用电源为充电模式，所述控制中心断电时，所述备用电源为向所述控制中心供电的供电模式，所述控制中心断电时触发所述报警模块，向预设的手机号码发送短信报警信息。

所述液氮补充系统包括液氮补液罐、制冷机，所述制冷机与所述液氮补液罐的灌口密封连接且制冷机的冷头换热器深入所述液氮补液罐内，所述存储罐的液氮存储区上方的气体通过第一管路与所述冷头换热器连接，所述第一管路上设有进气阀，所述排气系统包括将所述液氮补液罐与所述存储罐连通的第二管路，以及设置在所述第二管路上的回液阀。

所述液氮补充系统包括制氮系统，所述制氮系统包括液氮收集罐与设置在所述液氮收集罐罐口处的制氮机，所述液氮收集罐通过第三管路与存储罐的液氮存储区连通，所述第三管路上设有回液阀，所述排气系统包括将所述存储罐的液氮存储区上方的气体与外界连通的第四管路，以及设置在所述第四管路上的排气阀。

所述导热层为无氧铜导热层，所述冷源包括制冷机，所述制冷机的冷头与所述导热层接触连接。

还包括与所述生物样本存储区连接的用于监控其内的压力、温度的监控系统，所述生物样本存储区通过第五管路与外界连通，所述第五管路上设有排气阀。

本发明技术方案，具有如下优点：

1.本发明提供的一种生物样本存储系统，存储罐至少包括两层罐体，内层罐体、外层罐体，所述内层罐体的内部为生物样本存储区，所述内层罐体与所述外层罐体之间形成绝热区，所述内层罐体的外壁面设有自下而上延伸的导热层，冷源向所述导热层提供冷量，生物样本放在所述内层罐体的内部，避免了冷源与生物样本的直接接触，降低了生物样品受污染的风险，所述内层罐体与所述外层罐体之间形成绝热区有效避免了冷量损失，使内层罐体内部保持较低的温度，保证了生物样本的储存品质，导热层的设置有效减小了罐体内部的温度梯度，使罐体内上下表面温度更加均匀，提高了生物样本的储存品质。

2.本发明提供的一种生物样本存储系统，所述存储罐还包括设置在所述内层罐体与所述外层罐体的中间层罐体，所述内层罐体与所述中间层罐体之间为液氮存储区，所述冷源包括向所述液氮存储区输送冷凝液氮的液氮补充系统，以及将所述液氮存储区中蒸发的液氮排出的排气系统，所述绝热区为设置在所述外层罐体与所述中间层罐体之间的真空区，液氮设置在内层罐体与中间层罐体之间，不会对生物样本造成污染，保证了生物样本的储存品质，液氮补充系统可向液氮存储区补充液氮，使液氮存储区中的液氮充足，排气系统的设置保证了存储罐内的压力平衡。

3.本发明提供的一种生物样本存储系统，所述内层罐体的内部设有使其内部气体进行流动换热的气流循环系统，使罐体内部的上下表面的气体流动换热，进一步减小了罐体内的温度梯度，使存储温度更为均匀。

4.本发明提供的一种生物样本存储系统，所述轴状结构的下端延伸至所述液氮存储区，所述轴状结构与所述内层罐体之间密封连接，所述出风口位于所述内层罐体底部的上方，轴状结构的下端延伸至液氮存储区可将液氮的低温沿轴状结构传递至内层罐体的内部，使内层罐体的内部具有较低的温度。

5.本发明提供的一种生物样本存储系统，所述轴状结构为不锈钢夹心无氧铜结构，无氧铜的导热性好，使液氮的低温沿轴状结构均匀传递至内层罐体的内部，罐体内部的温度较为均匀。

6.本发明提供的一种生物样本存储系统，所述内层罐体的内部设有若干隔板，若干所述隔板分别与所述轴状结构连接，所述隔板将所述生物样本存储区划分为若干区域，可避免不同的生物样本之间互相污染。

7.本发明提供的一种生物样本存储系统，所述隔板为不锈钢夹心无氧铜结构，隔板的导热性好，使每个区域内的温度都比较均匀，保证了生物样本的储存品质。

8.本发明提供的一种生物样本存储系统，所述导热层为无氧铜导热格栅，有效减小了罐体内部的温度梯度，使罐体内上下表面温度更为均匀，提高罐内存储物品的储存品质。

9.本发明提供的一种生物样本存储系统，所述真空区设有防辐射隔热屏，可隔绝热量的传导，保证了罐体内较低的温度。

10.本发明提供的一种生物样本存储系统，还包括用于监控所述液氮存储区的压力、温度以及液氮液位高度的监控系统，监控系统的设置便于观察存储罐内的情况，并根据液氮液位高度进行补液。

11.本发明提供的一种生物样本存储系统，所述监控系统还包括报警模块，所述控制中心预设有压力、温度报警阈值，当所述控制中心接收到的所述压力传感器、温度传感器检测到的压力、温度值高于预设的压力、温度报警阈值时，触发所述报警模块发出报警信息，便于对存储罐内的情况进行监控，保证存储罐的正常工作。

12.本发明提供的一种生物样本存储系统，所述报警模块连接有通讯模块，所述报警模块被触发时通过所述通讯模块向预定的装置发送短信报警信息，便于远程监控。

13.本发明提供的一种生物样本存储系统，所述控制中心还包括备用电源，所述控制中心正常通电时，所述备用电源为充电模式，所述控制中心断电时，所述备用电源为向所述控制中心供电的供电模式，所述控制中心断电时触发所述报警模块，向预设的手机号码发送短信报警信息，便于远程监控，可保证存储罐能一直进行正常工作。

14.本发明提供的一种生物样本存储系统，所述液氮补充系统包括液氮补液罐、制冷机，所述制冷机与所述液氮补液罐的灌口密封连接且制冷机的冷头换热器深入所述液氮补液罐内，所述存储罐的液氮存储区上方的气体通过第一管路与所述冷头换热器连接，所述第一管路上设有进气阀，所述排气系统包括将所述液氮补液罐与所述存储罐连通的第二管路，以及设置在所述第二管路上的回液阀，这种设置方式将存储罐内蒸发的氮气在液氮补液罐内进行冷凝，然后再输送至存储罐内，氮气的再利用率高，避免了资源的浪费。

15.本发明提供的一种生物样本存储系统，所述液氮补充系统包括制氮系统，所述制氮系统包括液氮收集罐与设置在所述液氮收集罐罐口处的制氮机，所述液氮收集罐通过第三管路与存储罐的液氮存储区连通，所述第三管路上设有回液阀，所述排气系统包括将所述存储罐的液氮存储区上方的气体与外界连通的第四管路，以及设置在所述第四管路上的排气阀，这种设置方式损耗的液氮通过制氮机进行补给，保持存储罐内液氮量维持不变。

16.本发明提供的一种生物样本存储系统，所述导热层为无氧铜导热层，所述冷源包括制冷机，所述制冷机的冷头与所述导热层接触连接，通过将制冷机的冷头直接冷却导热层，可保持内层罐体内部的温度较低且均匀。

附图说明

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

图1为本发明的实施例1中提供的存储罐的结构示意图；

图2为图1所示的存储罐的剖视图；

图3为图2所示的存储罐的无氧铜导热格栅的结构示意图；

图4为图1所示的轴状结构的安装方式的结构示意图；

图5为本发明的实施例2中提供的液氮补充系统的结构示意图；

图6为本发明的实施例3中提供的液氮补充系统的结构示意图；

图7为本发明的实施例4中提供的一种生物样本存储系统的结构示意图。

附图标记说明：

1-内层罐体； 2-中间层罐体； 3-外层罐体；

4-轴状结构； 5-隔板； 6-无氧铜导热格栅；

7-液氮补液罐； 8-制冷机； 9-第一管路；

10-第二管路； 11-制氮机； 12-液氮收集罐；

13-第三管路； 14-第四管路； 15-冷头；

16-第五管路； 17-监控系统； 41-进风口；

42-出风口； 43-轴流风机； 81-冷头换热器；

91-进气阀； 101-回液阀； 131-回液阀；

141-排气阀； 151-冷头； 161-排气阀。

具体实施方式

下面将结合附图对本发明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做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。

在本发明的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

此外，下面所描述的本发明不同实施方式中所涉及的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互结合。

实施例1

如图1-4所示，为一种生物样本存储系统的一种具体实施方式，包括存储罐，该存储罐包括具有罐口的罐体，该罐体包括内层罐体1、中间层罐体2、外层罐体3，所述内层罐体1的内部为生物样本存储区，所述内层罐体1与所述中间层罐体2之间为液氮存储区，所述外层罐体3与所述中间层罐体2之间为真空区，真空区的设置可隔绝外界与液氮存储区之间的热传递。盖体盖在所述罐口处使所述内层罐体1的内部为密封的空间。所述内层罐体1的外壁自下而上延伸设置有无氧铜导热格栅6。所述内层罐体1的内部设置有使其内的气体进行流动换热的气流循环系统，该气流循环系统包括为空心结构的轴状结构4，所述轴状结构4的下端延伸至所述液氮存储区并与所述内层罐体1之间密封连接，所述轴状结构4的上端设有进风口41，下端设有出风口42，轴流风机43安装在所述轴状结构4内部，且位于所述进风口41与所述出风口42之间，在轴流风机43的作用下，内层罐体1内部的气体经进风口41进入，从出风口42排出，形成一个气流循环，从而使罐体内部上下表面的温度比较均匀。在本实施方式中，所述轴状结构4为无氧铜结构，可以将液氮的低温传递至内层罐体1的内部，使内层罐体1的内部保持一个较低的温度。所述内层罐体1的内部设有为不锈钢夹心无氧铜结构的若干隔板5，若干所述隔板5分别与所述轴状结构4连接，所述隔板5将所述生物样本存储区划分为若干区域。所述真空区还设有防辐射隔热屏。

在本实施方式中，为保证存储罐内的压力平衡，存储罐设有将所述液氮存储区中的蒸发的液氮排出的排气系统。还设置有用于监控所述液氮存储区的压力、温度以及液氮液位高度的监控系统，所述监控系统包括设置在液氮存储区内分别与控制中心连接的压力传感器、温度传感器、液位传感器以及报警模块，所述压力传感器、温度传感器、液位传感器将检测到的压力值、温度值、液位高度值传递给控制中心，所述控制中心预设有压力、温度报警阈值，当所述控制中心接收到的所述压力传感器、温度传感器检测到的压力值、温度值高于预设的压力、温度报警阈值时，触发所述报警模块发出报警信息，所述报警模块连接有通讯模块，所述报警模块被触发时通过所述通讯模块向预设的手机号码发送短信报警信息。所述控制中心还包括备用电源，所述控制中心正常通电时，所述备用电源为充电模式，所述控制中心断电时，所述备用电源为向所述控制中心供电的供电模式，所述控制中心断电时触发所述报警模块，向预设的手机号码发送短信报警信息。

在监控系统检测到需要补充液氮时，通过液氮补充系统向所述液氮存储区输送冷凝的液氮，在本实施方式中，补液的方式为通过补液泵进行补液，补液泵需要在通电的情况下才能工作，在停电的工况下，可通过补液罐与存储罐液氮层的压力差进行自动补液，补液的启停由存储罐内液氮层的高度决定。所述液氮补充系统、排气系统、液氮存储区形成向所述内层罐体1提供冷量的冷源。

在可替换的实施方式中，补液的方式可采用手动补液，即直接将补液罐内的液氮导入存储罐中的液氮存储区内。

在可替换的实施方式中，所述无氧铜导热格栅6可替换为其他导热性能好的材料制成的导热层，比如银、金、石墨烯、硅等材料制成的导热层。

在可替换的实施方式中，可以向所述中间层罐体2与所述外层之间填充绝热材料以使所述内层罐体1与所述外层罐体3之间形成绝热区。

在可替换的实施方式中，所述手机号码可替换为云端服务器等其他与所述通讯模块连接的预定的装置。

实施例2

本实施例与上述实施例的区别在于，如图5所示，所述液氮补充系统包括液氮补液罐7、制冷机8，所述制冷机8与所述液氮补液罐7的灌口密封连接且制冷机8的冷头换热器81深入所述液氮补液罐7内，所述存储罐的液氮存储区上方的气体通过第一管路9与所述冷头换热器81连接，所述第一管路9上设有进气阀91，所述排气系统包括将所述液氮补液罐7与所述存储罐连通的第二管路10，以及设置在所述第二管路10上的回液阀101，所述液氮补液罐7与外界连通的管路上设有排气阀。打开进气阀91，使存储罐内蒸发的氮气进入液氮补液罐7内，经过制冷机8的冷头换热器81进行冷凝，然后通过回液阀101将液氮补液罐7内的液氮送至存储罐的液氮存储区内。这种补液方式的循环利用率高，避免了能量的损失。

实施例3

本实施例与上述实施例的区别在于，如图6所示，所述液氮补充系统包括制氮系统，所述制氮系统包括液氮收集罐12与设置在所述液氮收集罐12罐口处的制氮机11，所述液氮收集罐12通过第三管路13与存储罐的液氮存储区连通，所述第三管路13上设有回液阀131，所述排气系统包括将所述存储罐的液氮存储区上方的气体与外界连通的第四管路14，以及设置在所述第四管路14上的排气阀141。储存罐内蒸发的氮气通过第四管路14排出，损耗的液氮通过制氮机11进行补给，可保持存储罐内的液氮量维持不变。

实施例4

本实施例与上述实施例的区别在于，如图7所示，所述存储罐只包括内层罐体1、外层罐体3，所述内层罐体1的外壁设有无氧铜导热层，所述冷源包括制冷机15，所述制冷机15的冷头151与所述导热层接触连接。所述生物样本存储区连接用于监控其内的压力、温度的监控系统17，所述生物样本存储区通过第五管路16与外界连通，所述第五管路16上设有排气阀161。这种设置方式制冷机15的冷头151直接冷却导热层，可保持内层罐体1内部的温度较低且均匀，并且不需要液氮，结构更加简单。

显然，上述实施例仅仅是为清楚地说明所作的举例，而并非对实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。而由此所引伸出的显而易见的变化或变动仍处于本发明创造的保护范围之中。

Claims (1)

1.一种生物样本存储系统，其特征在于，包括:

存储罐，包括具有罐口的罐体 ，所述罐体至少包括内层罐体和外层罐体，所述内层罐体的内部为生物样本存储区，所述内层罐体与所述外层罐体之间形成绝热区，所述内层罐体的外壁面设有自下而上延伸的导热层；

冷源，向所述导热层提供冷量；

盖体，设置在所述罐口处使所述内层罐体的内部为密封的空间；

所述存储罐还包括设置在所述内层罐体与所述外层罐体的中间层罐体，所述内层罐体与所述中间层罐体之间为液氮存储区，所述冷源包括向所述液氮存储区输送冷凝液氮的液氮补充系统，以及将所述液氮存储区中的蒸发的液氮排出的排气系统，所述绝热区为设置在所述外层罐体与所述中间层罐体之间的真空区，所述内层罐体的内部设有使其内部气体进行流动换热的气流循环系统，所述气流循环系统包括

轴状结构，为空心结构，所述轴状结构的上端设有进风口，下端设有出风口；

轴流风机，安装在所述轴状结构内部，且位于所述进风口与所述出风口之间；

所述轴状结构的下端延伸至所述液氮存储区，所述轴状结构与所述内层罐体之间密封连接，所述出风口位于所述内层罐体底部的上方；

所述轴状结构为不锈钢夹心无氧铜结构；

所述内层罐体的内部设有若干隔板，若干所述隔板分别与所述轴状结构连接，所述隔板将所述生物样本存储区划分为若干区域，所述隔板为不锈钢夹心无氧铜结构；

所述导热层为无氧铜导热格栅；

所述真空区设有防辐射隔热屏；

还包括用于监控所述液氮存储区的压力、温度以及液氮液位高度的监控系统，

所述监控系统包括设置在液氮存储区内分别与控制中心连接的压力传感器、温度传感器和液位传感器，所述压力传感器、温度传感器和液位传感器将检测到的压力值、温度值和液位高度值传递给控制中心；

所述监控系统还包括报警模块，所述控制中心预设有压力和温度报警阈值，当所述控制中心接收到的所述压力传感器或温度传感器检测到的压力或温度值高于预设的压力或温度报警阈值时，触发所述报警模块发出报警信息；

所述报警模块连接有通讯模块，所述报警模块被触发时通过所述通讯模块向预定的装置发送报警信息；

所述控制中心还包括备用电源，所述控制中心正常通电时，所述备用电源为充电模式，所述控制中心断电时，所述备用电源为向所述控制中心供电的供电模式，所述控制中心断电时触发所述报警模块，向预设的手机号码发送短信报警信息；

所述液氮补充系统包括液氮补液罐和制冷机，所述制冷机与所述液氮补液罐的灌口密封连接且制冷机的冷头换热器深入所述液氮补液罐内，所述存储罐的液氮存储区上方的气体通过第一管路与所述冷头换热器连接，所述第一管路上设有进气阀，所述排气系统包括将所述液氮补液罐与所述存储罐连通的第二管路，以及设置在所述第二管路上的回液阀；

所述液氮补充系统包括制氮系统，所述制氮系统包括液氮收集罐与设置在所述液氮收集罐罐口处的制氮机，所述液氮收集罐通过第三管路与存储罐的液氮存储区连通，所述第三管路上设有回液阀，所述排气系统包括将所述存储罐的液氮存储区上方的气体与外界连通的第四管路，以及设置在所述第四管路上的排气阀；

所述冷源包括制冷机，所述制冷机的冷头与所述导热层接触连接；

还包括与所述生物样本存储区连接的用于监控其内的压力和温度的监控系统，所述生物样本存储区通过第五管路与外界连通，所述第五管路上设有排气阀。