CN109335325B - 一种生物样本分区降温存储装置及其操作方法 - Google Patents

Abstract

一种生物样本分区降温存储装置及其操作方法，该装置包括：保温箱体，上端开口；存储降温机构，包括：存储箱体，设于保温箱体内，其上端开口，其内设若干存储腔室、中转腔室、降温腔室；若干注氮管，分别设于各存储腔室、中转腔室、降温腔室内；若干温控装置，分设于存储腔室、中转腔室、降温腔室的外侧壁上；传递舱，通过一支撑台设置于保温箱体一侧；外罩，罩设于保温箱体上端及传递舱外，该外罩一侧壁中部设传送窗口；三维移动夹持机构，设于外罩内，位于所述存储降温机构上方，其包括三维移动机构及其上的板架夹持装置、吸管装置；控制器及显示屏，所述温控装置、控制阀、三维移动夹持机构、传递舱电性连接所述控制器。

Description

一种生物样本分区降温存储装置及其操作方法

技术领域

本发明属于冻存盒降温及存储的技术领域，特别涉及一种生物样本分区降温存储装置及其操作方法。

背景技术

目前，生物样本冻存管及冻存盒存取已实现自动化操作，但是现有技术中的冻存管及冻存盒存取装置是通过液氮冻存罐进行存取动作的。常规的生物样本存储，并未实现自动化流程一体式的功能，而且不具有程序降温环节，生物样本通常需要在超低温环境下保存维持生物样本的活性，存储温度一般有-80℃、-140℃、-196℃等，而生物样本的冻存速度的快慢对生物样本的活性起到重要作用，常规的存储方式是直接将中转箱或中转罐中的冻存盒放入罐体内，并未实现一定的梯度缓慢降温动作，易造成生物样本温度降温过快而造成的损坏风险。

发明内容

本发明的目的在于提供一种生物样本分区降温存储装置及其操作方法，采用板架降温存取一体式设计，同时实现了分区式板架降温方式，梯度性降温更加精准有效，提高了冻存管内存放的生物样本的活性，降低安全隐患，提高工作效率。

为达到上述目的，本发明的技术方案是：

一种生物样本分区降温存储装置，其包括：保温箱体，其上端开口；所述保温箱体的材料为保温材料，该保温材料优选为PIR、PUR；存储降温机构，包括：存储箱体，设置于所述保温箱体内，该存储箱体上端开口，其内沿长度方向设若干保温隔板，在存储箱体内依次形成存储腔室、中转腔室、降温腔室及各腔室上端口的保温盖板；所述保温箱体侧壁对应各腔室设若干安装通孔；若干注氮管，分别设置于所述存储降温机构的存储箱体内的存储腔室、中转腔室、降温腔室内，各注氮管上端自所述保温箱体侧壁的安装通孔伸出，并通过连接管道及控制阀连接一外设的液氮罐；若干温控装置，为温度测量仪，分别设于所述存储降温机构存储箱体内的存储腔室、中转腔室、降温腔室的外侧壁上；三维移动夹持机构，设置于外罩内，位于所述存储降温机构上方，其包括三维移动机构及其上的板架夹持装置、吸管装置；传递舱，通过一支撑台设置于所述保温箱体一侧；外罩，罩设于所述保温箱体上端及传递舱外，该外罩一侧壁中部设传送窗口；控制器及显示屏，设于所述保温箱体一侧，所述温控装置、控制阀、三维移动夹持机构、生物样本转运装置电性连接所述控制器；

优选的，所述三维移动机构包括，两根X向导轨及其上X向滑块，分别平行设置于所述保温箱体上端两侧边上；X向导轨上沿长度方向设中心通道；X向驱动机构，包括，两X向驱动丝杆，分别设置于所述两根X向导轨的中心通道内；X向驱动丝杆一端设第一扇形齿轮；两X向驱动块，设置于所述X向驱动丝杆上，与X向驱动丝杆螺纹配合；所述X向滑块连接该X向驱动块；X向驱动电机，设置于所述两根X向导轨端部之间，通过安装板固定于所述保温箱体一端侧边框上；X向驱动电机输出轴设X向驱动扇形齿轮；两驱动轴，其两端分别设X向扇形齿轮，并分别与X向驱动电机输出轴的X向驱动扇形齿轮和X向驱动丝杆上的第一扇形齿轮啮合；一Y方向固定座，其两端分别设置于所述两根X方向导轨上的X向滑块上；一Y向驱动丝杆及其上Y向滑块，沿Y方向固定座长度方向设置于所述Y方向固定座上，Y向驱动丝杆一端设扇形齿轮；Y向滑块上端面设一Y方向安装板；Y向驱动电机，设置于所述一根X方向导轨的X向滑块上端面，其输出轴端部设Y向驱动扇形齿轮，并与Y向驱动丝杆一端的扇形齿轮啮合；所述X向驱动电机、Y向驱动电机均电性连接所述控制器。

优选的，所述板架夹持装置包括，第一滑轨及其上滑块，第一滑轨沿所述Y向固定座长度方向设置于所述Y向固定座一侧面；第一固定架，包括，固定板，其背面竖直连接于所述Y向安装板一侧端及第一滑轨上的滑块顶面，固定板下部设通孔；固定框，U形，设置于所述固定板前面下部；升降框架，其为一个上下开口的箱体结构，插置于所述固定架的固定框内，升降框架对应固定板的背面沿长度方向设第一齿条；升降框架两侧面中部沿长度方向设升降导向滑轨及升降导向滑块，该升降导向滑块顶面连接于所述固定框的内壁；所述升降框架的前面上部设两个安装通孔；所述升降框架的上方设一可感测冻存盒的传感器；第一驱动电机，设置于所述Y向安装板上，其输出轴端部伸出所述固定板下部的通孔，并设置第一驱动齿轮，该第一驱动齿轮与第一齿条啮合，以此带动所述升降框架上下运动；剪叉式升降装置，设置于所述升降框架内；位置传感器，设置于所述固定板下部的通孔旁；一深度传感器，设置于所述升降框架的内壁上端口处；所述第一驱动电机、位置传感器、深度传感器分别电性连接所述控制器；卡夹装置，设置于所述剪叉式升降装置下。

优选的，所述的剪叉式升降装置包括：剪叉式升降架，设置于所述升降框架内，其上部两端分别连接一剪叉滑动块，该两剪叉滑动块两端滑设于两剪叉滑动轴，该两剪叉滑动轴平行设置于所述升降框架内上部；两剪叉滑动块的中部穿设一正反丝杠；步进电机，其输出轴联接所述正反丝杆，步进电机电性连接所述控制器。

优选的，所述的剪叉式升降装置包括：剪叉式升降架，设置于所述升降框架内；一驱动气缸，设置于所述升降框架内，其活塞杆端部连接所述剪叉式升降架，所述驱动气缸连接所述控制器。

优选的，所述卡夹装置包括：卡夹框架，为箱体结构，套设于所述剪叉式升降架下端，卡夹框架下端设底板；所述卡夹框架为保温体，其材质为PIR或PUR材料；两卡夹，枢轴连接于所述卡夹框架底板两侧，卡夹中部向上凸起形成一连接部；两活动板，两活动板下端部活动连接所述两卡夹中部的连接部；磁铁框架，设置于所述卡夹框架的底板上端面中央；所述两活动板上端部伸入该磁铁框架内；框架式电磁铁，设置于所述磁铁框架内，框架式电磁铁内设一动铁芯，该动铁芯下端设容置槽，所述两活动板上端部伸入该容置槽，并通过一连接轴穿设连接所述动铁芯；所述连接轴的两侧设挡片，对应的，所述磁铁框架的内壁两侧设挡块；所述框架式电磁铁与所述控制器电性连接。

优选的，所述剪叉式升降架的两侧上下分别设一滚动轴承，对应的，所述升降框架内壁上部中央轴向设置一与所述滚动轴承配合的带凹槽的导柱，所述卡夹框架内壁上部中央轴向设导槽。

优选的，所述卡夹框架的两侧外壁中央分别竖直设置至少一滑轮，对应的，所述升降框架内壁中央下部分别竖直设置一与该滑轮配合的导向柱。

优选的，所述剪叉式升降装置中的步进电机输出轴端部及所述正反丝杠的一端部分别设一同步带轮，并通过一同步带联接；所述正反丝杠的两侧设轴承和轴承座，该轴承座固定于所述升降框架内壁。

优选的，所述吸管装置，包括：底板，其为长条形，其背面竖直连接于所述Y向安装板的另外一侧端；两第二滑轨，沿底板轴向设置于所述底板正面两侧；上、下滑块，滑设于所述两第二滑轨上，上、下滑块沿轴向设通孔；丝杆，穿设于所述上、下滑块的通孔，且与上滑块螺纹配合；所述丝杆上、下端部通过第一、第二轴承座设置于所述底板正面上下端部；吸管驱动机构，通过安装板设置于所述底板上端部一侧，并联接所述丝杆；位置传感器，设置于所述底板外侧面上部；吸管组件，包括：第一、第二套管座，分别设置于所述上、下滑块的顶面；第一、第二套管座、分别包括基座、和第一、第二套管，其中，第二套管座的第二套管下还设一连接管和连接套筒，该连接套筒内壁下部设环形凹槽；吸杆，其为中空结构，穿设于所述第一、第二套管座，吸杆上端部依次设气管接头和气缸顶出接头；吸杆上部套设第一连接法兰，并通过第一连接法兰连接于所述第一套管座上端面；吸杆下端口套设一吸头；定距套，套设于所述吸杆上，位于所述第一套管座下，定距套下端口外缘凸设台阶，定距套下端插置于所述第二套管座的第二套管内，并由第二连接法兰与定距套下端口外缘台阶配合将定距套下端限位于第二套管座的第二套管内；弹簧，套设于所述第二套管座的第二套管内，其下端抵靠于第二套管内底部，弹簧上端伸入第一套管座的第一套管内；保温卡扣机构，包括：外套管，套设于所述吸杆下端，外套管上端插置于所述第二套管座下连接套筒内壁下的环形凹槽内；所述外套管下端内壁沿周向均设三个卡扣槽，卡扣槽内腔为上大下小的梯形体；对应卡扣槽下端口的外套管的下端面设固定凹槽；三个卡扣体，分别设置于所述三个卡扣槽内，该卡扣体包括呈杆状的基部、自基部内侧面上部凸起形成弧形的卡扣部及自基部下端部向外弯折延伸形成U形的固定部，该固定部嵌扣于所述外套管下端面的固定凹槽；保温套管，其上端套设于所述第二套管座下的连接套筒外；下端盖，包括一环形底板及其上端面的导管，所述导管插置于所述外套管内的三个卡扣体内侧面下部，以此限位该三个卡扣体于所述卡扣槽内。

优选的，所述吸管驱动机构，包括：驱动电机，通过安装板设置于所述底板上端部一侧，其输出轴与所述丝杆平行；第二同步带轮及同步带，分别设置于所述丝杆上端部和驱动电机输出轴端部。

优选的，所述传递舱包括：固定基座，其为箱体结构，包括固定框架及其上左、右侧板、后板及底板；固定基座的前端和顶部开口，并相应的设置可开启式前门机构及可开启式上盖机构；所述固定基座的后板上部设进气孔，所述底板设出气孔；所述底板下的出气孔处设负压抽气盒；两个多段式伸缩滑轨，分别水平设置于所述固定基座的左、右侧板内侧面下部；托板，其两侧连接于所述两个多段式伸缩滑轨；驱动机构，包括：支撑杆，设置于所述固定基座的底板上端面中央，与所述多段式伸缩滑轨平行布置；链条，设置于所述支撑杆上，链条前端通过连接块连接于所述托板后部；所述链条为单向链条或防弯链；电机，设置于所述固定基座的底板上端面，位于支撑杆的后部一侧，电机输出轴连接一转轴，该转轴联接所述链条；链条盛放装置，设置于所述固定基座的底板上端面，位于支撑杆的后端外侧，所述链条可收容于该链条盛放装置内输出端通过一连接块连接于所述托板的后部。

优选的，所述可开启式前门机构包括：前门框，设置于所述固定基座的前部开口处；前门板，其大小与所述固定门框匹配，前门板下部枢轴连接所述前门框前端面下部；前门板的内侧面对应所述前门框的开口凸设前门密封条；第一电缸及其上推杆，第一电缸缸体连接于所述固定基座内一侧内壁，推杆的前端部活动连接于所述前门板的内侧面；所述前门框内侧设对应前门板的限位开关。

优选的，所述可开启式上盖机构包括：上盖框，设置于所述固定基座的顶部开口处；上盖，其大小与所述上盖框的开口匹配，上盖下部枢轴连接所述上盖框上端面；上盖的内侧面对应所述上盖框的开口凸设上盖密封条；第二电缸及其上推杆，第二电缸缸体连接于所述固定基座内一侧内壁，推杆的前端部活动连接于所述上盖的内侧面；所述上盖框的内侧设对应上盖的限位开关。

优选的，所述多段式伸缩滑轨为三段式结构，包括：第一滑轨，水平设置于所述固定基座的左侧板或右侧板内侧面下部；双向滑槽，其端面为工字型，其一侧滑设于所述第一滑轨；第二滑轨，水平设置于所述固定基座的左侧板或右侧板内侧面下部，其滑设于所述双向滑槽的另一侧；所述托板底部两侧沿轴向设连接板，该连接板连接所述第二滑轨；所述第一滑轨、第二滑轨的上下面设带滚珠的滚珠条。

本发明所述的生物样本分区降温存储装置的操作方法，其包括以下步骤：

1)通过若干注氮管及液氮罐和温控装置配合，对所述存储降温机构的存储箱体内的存储腔室、中转腔室、降温腔室内温度进行控制，所述存储降温机构的存储槽内的温度设置为-140℃以下，优选为-196℃；所述中转腔室内的温度设定在4～8℃之间；所述降温腔室内沿高度方向设四个温度场，分别为-20℃、-40℃、-60℃和-80℃；

2)对中转罐中的板架进行梯度性降温时，先将板架从实验室内通过中转罐放入传递舱内，经传递舱除湿干燥处理，通过三维移动机构和板架夹持装置移入降温腔室中，由于降温腔室中设有多个不同温度场，温度在-20℃--80℃之间，先将板架放入较高的温度场，静置设定时间后，更换至较低的温度场，随后逐渐移至最低的温度场区域，最后，生物样本实现梯度性的降温；

3)在降温腔室内完成程序性降温后，直接通过三维移动机构将板架移入存储腔室内，进行生物样本的存储；或，通过三维移动机构将板架移入传递舱的中转罐中，通过中转罐再转移至液氮存储罐中进行存储。

优选的，所述存储降温机构存储箱体内的降温腔室内沿高度方向设四个温度场，分别为-20℃、-40℃、-60℃和-80℃，通过板架夹持装置抓取需要降温的板架自高至低依次放入四个温度场，且，每个温度场停留一定时间后再至下一个温度场。

优选的，所述存储降温机构存储箱体内的若干降温腔室分别设置不同的温度，形成若干不同的温度场，通过三维移动机构和板架夹持装置抓取需要降温的板架在不同温度场的若干降温腔室之间逐步降温，且，每个温度场停留一定时间后再至下一个温度场。

本发明的有益技术效果：

本发明采用板架降温存取一体式设计，分区式板架降温的方式，梯度性降温更加精准有效，提高了冻存管内存放的生物样本的活性，降低安全隐患，提高工作效率。

附图说明

图1为本发明实施例的立体图1；

图2为本发明实施例的立体图2；

图3为本发明实施例中存储降温机构的立体分解图1；

图4为本发明实施例中存储降温机构的立体分解图2；

图5为本发明实施例中三维移动机构的立体图1；

图6为本发明实施例中三维移动机构的立体图2；

图7为本发明实施例中板架夹持装置的立体图；

图8为本发明实施例中板架夹持装置的立体分解图1；

图9为本发明实施例中板架夹持装置的立体分解图2；

图10为本发明实施例中剪叉式升降装置实施例1的立体图；

图11为本发明实施例中卡夹装置的立体图1；

图12为本发明实施例中卡夹装置的立体图2；

图13为本发明实施例中剪叉式升降装置实施例2的立体图；

图14为本发明实施例中吸管装置的立体图；

图15为图14的俯视图；

图16为图15的A-A剖视图；

图17为本发明实施例中吸管装置的立体分解图1；

图18为本发明实施例中吸管装置的立体分解图2；

图19为本发明实施例中吸管组件的立体分离图；

图20为本发明实施例中保温卡扣机构的立体分离图1；

图21为本发明实施例中保温卡扣机构的立体分离图2；

图22为本发明实施例中传递舱的立体图1；

图23为本发明实施例中传递舱的立体图2；

图24为本发明实施例中传递舱的立体图3；

图25为本发明实施例中传递舱的立体图4；

图26为本发明实施例中传递舱的立体分解图；

图27为本发明实施例中传递舱的托板及其驱动机构的立体图1；

图28为本发明实施例中传递舱的托板及其驱动机构的立体图2；

图29为本发明实施例中传递舱的托板及其驱动机构的立体分解图；

图30为本发明实施例中传递舱的使用状态示意图。

具体实施方式

参见图1～图30，本发明的一种生物样本分区降温存储装置，其包括：

保温箱体1，其上端开口；所述保温箱体1的材料为保温材料，该保温材料优选为PIR、PUR；

存储降温机构2，包括：存储箱体21，设置于所述保温箱体1内，该存储箱体21上端开口，其内沿长度方向设若干保温隔板22，在存储箱体21内依次形成存储腔室201、中转腔室202、降温腔室203及各腔室上端口的保温盖板24；所述保温箱体1侧壁对应各腔室设若干安装通孔；

若干注氮管23，分别设置于所述存储降温机构2的存储箱体21内的存储腔室201、中转腔室202、降温腔室203内，各注氮管23上端自所述保温箱体1侧壁的安装通孔伸出，并通过连接管道及控制阀连接一外设的液氮罐；

若干温控装置，为温度测量仪，分别设于所述存储降温机构2存储箱体21内的存储腔室201、中转腔室202、降温腔室203的外侧壁上；

传递舱3，通过一支撑台30设置于所述保温箱体1一侧；

外罩4，罩设于所述保温箱体1上端及传递舱3外，该外罩4一侧壁中部设传送窗口41；

三维移动夹持机构，设置于外罩4内，位于所述存储降温机构1上方，其包括三维移动机构5及其上的板架夹持装置6、吸管装置7；

控制器及显示屏8，设于所述保温箱体1一侧，所述温控装置、控制阀、三维移动夹持机构中的三维移动机构5及其上的板架夹持装置6、吸管装置7、传递舱3电性连接所述控制器；

进一步，所述三维移动机构5包括，

两根X向导轨51、51’及其上X向滑块52、52’，分别平行设置于所述保温箱体1上端两侧；X向导轨51、51’上沿长度方向设中心通道；

X向驱动机构53，包括，

两X向驱动丝杆531(以X向驱动丝杆531为例，下同)，分别设置于所述两根X向导轨51的中心通道中；X向驱动丝杆531一端设第一扇形齿轮；

两X向驱动块532，设置于所述X向驱动丝杆531上，与X向驱动丝杆531螺纹配合；所述X向滑块52连接该X向驱动块532；

X向驱动电机533，设置于所述两根X向导轨51、51’端部之间，通过安装板固定于所述保温箱体1一端侧边框上；X向驱动电机533输出轴设X向驱动扇形齿轮；

两驱动轴534，其两端分别设X向扇形齿轮，并分别与X向驱动电机533输出轴的X向驱动扇形齿轮和X向驱动丝杆531上的第一扇形齿轮啮合；

一Y方向固定座54，其两端分别设置于所述两根X方向导轨51、51’上的X向滑块52上；

一Y向驱动丝杆55及其上Y向滑块56，沿Y方向固定座54长度方向设置于所述Y方向固定座54上，Y向驱动丝杆55一端设扇形齿轮；Y向滑块56上端面设一Y方向安装板57；

Y向驱动电机58，设置于所述一根X方向导轨51的X向滑块52上端面，其输出轴端部设Y向驱动扇形齿轮，并与Y向驱动丝杆55一端的扇形齿轮啮合；所述X向驱动电机、Y向驱动电机均电性连接所述控制器。

又，本发明所述板架夹持装置6包括，

第一滑轨61及其上滑块611，第一滑轨61沿所述Y方向固定座54长度方向设置于所述Y方向固定座54一侧面；

第一固定架62，包括，

固定板621，其背面竖直连接于所述Y方向安装板57一侧端及第一滑轨61上的滑块611顶面，固定板621下部设通孔6211；

固定框622，U形，设置于所述固定板621前面下部；

升降框架63，其为一个上下开口的箱体结构，插置于所述固定架62的固定框622内，升降框架63对应固定板621的背面沿长度方向设第一齿条64；升降框架63两侧面中部沿长度方向设升降导向滑轨631及升降导向滑块632，该升降导向滑块632顶面连接于所述固定框622的内壁；所述升降框架63的前面上部设两个安装通孔633；

第一驱动电机65，设置于所述Y方向安装板57上，其输出轴端部伸出所述固定板621下部的通孔6211，并设置第一驱动齿轮66，该第一驱动齿轮66与第一齿条64啮合，以此带动所述升降框架63上下运动；

剪叉式升降装置67，设置于所述升降框架63内；

位置传感器17，设置于所述固定板621下部的通孔6211旁；

一深度传感器18，设置于所述升降框架63的内壁上端口处；所述第一驱动电机、位置传感器、深度传感器分别电性连接所述控制器；

卡夹装置68，设置于所述剪叉式升降装置67下。

优选的，所述剪叉式升降装置67，包括：

剪叉式升降架671，设置于所述升降框架63内，其上部两端分别连接一剪叉滑动块672、672’，该两剪叉滑动块672、672’两端滑设于两剪叉滑动轴673、673’，该两剪叉滑动轴673、673’平行设置于所述升降框架63内上部；两剪叉滑动块62、62’的中部穿设一正反丝杠674；

步进电机65，其输出轴联接所述正反丝杆674；

卡夹装置68，设置于所述剪叉式升降架671下端；

所述驱动电机、步进电机、卡夹装置分别电性连接所述控制器。

优选的，所述卡夹装置68包括：

卡夹框架681，设置于所述剪叉式升降机架671下端，卡夹框架681下端设底板6811；

两卡夹682、682’，枢轴连接于所述卡夹框架底板6811两侧，卡夹682、682’中部分别向上凸起形成一连接部6821、6821’；两卡夹682、682’夹持板架100；

两活动板683、683’，两活动板683、683’下端部活动连接所述两卡夹682、682’中部的连接部6821、6821’；

磁铁框架684，设置于所述卡夹框架681的底板6811上端面中央；所述两活动板683、683’上端部伸入该磁铁框架684内；

框架式电磁铁685，设置于所述磁铁框架684内，框架式电磁铁685内设一动铁芯6851，该动铁芯6851下端设容置槽68511，所述两活动板683、683’上端部伸入该容置槽68511，并通过一连接轴686穿设连接所述动铁芯6851；所述框架式电磁铁685与所述控制器电性连接。

优选的，所述剪叉式升降架671的两侧上下分别设一滚动轴承15、15’(以剪叉式升降架671一侧为例，下同)，对应的，所述升降框架63内壁上部中央轴向设置一与所述滚动轴承15配合的带凹槽的导柱16，所述卡夹框架681内壁上部中央轴向设导槽6812。

优选的，所述卡夹框架681的两侧外壁中央分别竖直设置两滑轮687(以一侧滑轮687为例，下同)，对应的，所述升降框架63内壁中央下部分别竖直设置一与该滑轮687配合的导向柱634。

优选的，所述剪叉式升降装置67中的步进电机675输出轴端部及所述正反丝杠674的一端部分别设一同步带轮677、677’，并通过一同步带678联接。

优选的，所述正反丝杠674的两侧设轴承和轴承座679、679’，该轴承座679、679’固定于所述升降框架63内壁。

优选的，所述连接轴686的两侧设挡片6861、6862，对应的，所述磁铁框架684的内壁两侧设挡块6841、6842，以此控制连接轴686转动范围。

参见图8，本发明所述的剪叉式升降装置67，包括，剪叉式升降架671，设置于所述升降框架63内；一驱动气缸676，设置于所述升降框架63内，其活塞杆端部连接所述剪叉式升降架671。

另外，本发明所述吸管装置7包括，

底板71，其为长条形；

两导轨72、72’，沿底板71轴向设置于所述底板71正面两侧；

上、下滑块73、73’，滑设于所述两导轨72、72’上，上、下滑块73、73’沿轴向设通孔；

丝杆74，穿设于所述上、下滑块73、73’的通孔，且与上滑块73螺纹配合；所述丝杆74上、下端部通过第一、第二轴承座75、75’设置于所述底板71正面上下端部；

驱动机构76，包括：

驱动电机761，通过安装板设置于所述底板71上端部一侧，其输出轴与所述丝杆74平行；

第一、第二同步带轮762、763及同步带764，分别设置于所述丝杆4上端部和驱动电机761输出轴端部；

吸管组件77，包括：

第一套管座771、第二套管座772，分别设置于所述上、下滑块73、73’的顶面；第一、第二套管座771、772分别包括基座7711、7721和第一、第二套管7712、7722，其中，第二套管座7772的第二套管7722下还设一连接管7723和连接套筒7724，该连接套筒7724内壁下部设环形凹槽77241；

吸杆773，其为中空结构，穿设于所述第一、第二套管座771、772，吸杆773上端部依次设气管接头7731和气缸顶出接头7732；吸杆773上部套设第一连接法兰7733，并通过第一连接法兰733连接于所述第一套管座771上端面；吸杆773下端口套设一可吸取冻存管200的吸头7734；

定距套774，套设于所述吸杆773上，位于所述第一套管座771下，定距套774下端口外缘凸设台阶7741，定距套774下端插置于所述第二套管座772的第二套管7722内，并由第二连接法兰776与定距套774下端口外缘台阶7741配合将定距套774下端限位于第二套管座772的第二套管722内；

弹簧775，套设于所述第二套管座772的第二套管7722内，其下端抵靠于第二套管7722内底部，弹簧775上端伸入第一套管座771的第一套管712内；

保温卡扣机构78，包括：

外套管781，套设于所述吸杆773下端，外套管781上端插置于所述第二套管座772下连接套筒7724内壁下的环形凹槽77241内；所述外套管781下端内壁沿周向均设三个卡扣槽7811(以卡扣槽7811为例，下同)，卡扣槽7811内腔为上大下小的梯形体；对应卡扣槽7811下端口的外套管781的下端面设固定凹槽7812；

三个卡扣体782，分别设置于所述三个卡扣槽7811内，该卡扣体782包括呈杆状的基部7821、自基部7821内侧面上部凸起形成弧形的卡扣部7822及自基部7821下端部向外弯折延伸形成U形的固定部7823，该固定部7823嵌扣于所述外套管781下端面的固定凹槽7812；三个卡扣体782可卡住吸头7734吸取的冻存管200；

保温套管783，其上端套设于所述第二套管座72下的连接套筒724外；

下端盖784，包括一环形底板7841及其上端面的导管7842，所述导管842插置于所述外套管781内的三个卡扣体782内侧面下部，以此限位该三个卡扣体782于所述卡扣槽7811内。

优选的，所述底板71外侧面上部设有位置传感器711。

优选的，本发明所述传递舱3包括：

固定基座31，其为箱体结构，包括固定框架311及其上左、右侧板312、313、后板314及底板315；固定基座1的前端和顶部开口，并相应的设置可开启式前门机构32及可开启式上盖机构33；

两个多段式伸缩滑轨34、34’，分别水平设置于所述固定基座31的左、右侧板312、313内侧面下部；

托板35，其两侧连接于所述两个多段式伸缩滑轨34、34’；

驱动机构36，设置于所述固定基座1的底板315上端面，其输出端通过一连接块37连接于所述托板35的后部。

进一步，所述可开启式前门机构32包括：

前门框321，设置于所述固定基座31的前部开口处；

前门板322，其大小与所述固定门框321匹配，前门板322下部枢轴连接所述前门框321前端面下部；前门板322的内侧面对应所述前门框21的开口凸设前门密封条323；

第一电缸324及其上推杆325，第一电缸324缸体连接于所述固定基座1内一侧内壁，推杆325的前端部活动连接于所述前门板322的内侧面。

进一步，所述可开启式上盖机构33包括：

上盖框331，设置于所述固定基座31的顶部开口处；

上盖332，其大小与所述上盖框331开口匹配，上盖332下部枢轴连接所述上盖框331上端面；上盖332的内侧面对应所述上盖框331的开口凸设上盖密封条333；

第二电缸334及其上推杆335，第二电缸334缸体连接于所述固定基座1内一侧内壁，推杆335的前端部活动连接于所述上盖332的内侧面。

优选的，所述多段式伸缩滑轨34为三段式结构，包括：

第一滑轨341，水平设置于所述固定基座1的左侧板312或右侧板313内侧面下部；

双向滑槽342，其端面为工字型，其一侧滑设于所述第一滑轨341；

第二滑轨343，水平设置于所述固定基座31的左侧板312或右侧板103内侧面下部，其滑设于所述双向滑槽342的另一侧；

所述托板35底部两侧沿轴向设连接板351，该连接板351连接所述第二滑轨343。

优选的，所述第一滑轨341、第二滑轨343的上下面设带滚珠的滚珠条344，以此保证与双向滑槽342之间的顺滑。

优选的，所述驱动机构36包括：

支撑杆361，设置于所述固定基座31的底板315上端面中央，与所述多段式伸缩滑轨34平行布置；

链条362，设置于所述支撑杆361上，链条362前端通过所述连接块7连接于所述托板35后部；所述链条362为单向链条或防弯链；

电机363，设置于所述固定基座31的底板315上端面，位于支撑杆361的后部一侧，电机输出轴连接一转轴，该转轴联接所述链条362；

链条盛放装置364，设置于所述固定基座31的底板315上端面，位于支撑杆361的后端外侧，所述链条362可收容于该链条盛放装置364内。

优选的，所述固定基座31的后板314上部设进气孔3141，所述底板315设出气孔3151。

优选的，所述底板315下的出气孔3151处设负压抽气盒9。

优选的，所述可开启式前门机构32的前门框321内侧设对应前门板322的限位开关10。所述可开启式上盖机构33的上盖框331的内侧设对应上盖332的限位开关11。

所述可开启式前门机构32、可开启式上盖机构33、托板35的驱动机构36、限位开关10、11均电性连接所述控制器。

本发明所述的生物样本分区降温存储装置的操作方法，其包括以下步骤：

1)通过若干注氮管3及液氮罐和温控装置4配合，对所述存储降温机构2的存储箱体21内的存储腔室201、中转腔室202、降温腔室203内温度进行控制，所述存储降温机构2的存储槽21内的温度设置为-140℃以下，优选为-196℃；所述中转腔室202内的温度设定在4～8℃之间；所述降温腔室内沿高度方向设四个温度场，分别为-20℃、-40℃、-60℃和-80℃；

2)对中转罐中的板架100进行梯度性降温时，先将板架100从实验室内通过中转罐300放入传递舱82内，经传递舱82除湿干燥处理，通过三维移动机构和板架夹持装置移入降温腔室中，由于降温腔室中设有多个不同温度场，温度在-20℃～-80℃之间，先将板架100放入较高的温度场，静置设定时间后，更换至较低的温度场，随后逐渐移至最低的温度场区域，最后，生物样本实现梯度性的降温；

3)在降温腔室内完成程序性降温后，直接通过三维移动机构将板架100移入存储腔室内，进行生物样本的存储；或，通过三维移动机构将板架100移入传递舱的中转罐中，通过中转罐再转移至液氮存储罐中进行存储。

优选的，所述存储降温机构存储箱体内的降温腔室内沿高度方向设四个温度场，分别为-20℃、-40℃、-60℃和-80℃，通过板架夹持装置抓取需要降温的板架自高至低依次放入四个温度场，且，每个温度场停留一定时间后再至下一个温度场。

优选的，所述存储降温机构存储箱体内的若干降温腔室分别设置不同的温度，形成若干不同的温度场，通过三维移动机构和板架夹持装置抓取需要降温的板架在不同温度场的若干降温腔室之间逐步降温，且，每个温度场停留一定时间后再至下一个温度场。

Claims (13)

1.一种生物样本分区降温存储装置，其特征在于，包括：

保温箱体，其上端开口；所述保温箱体的材料为保温材料；

存储降温机构，包括：存储箱体，设置于所述保温箱体内，该存储箱体上端开口，其内沿长度方向设若干保温隔板，在存储箱体内依次形成存储腔室、中转腔室、降温腔室及各腔室上端口的保温盖板；所述保温箱体侧壁对应各腔室设若干安装通孔；所述降温腔室中设有多个不同温度场，且梯度性降温设置；

若干注氮管，分别设置于所述存储降温机构的存储箱体内的存储腔室、中转腔室、降温腔室内，各注氮管上端自所述保温箱体侧壁的安装通孔伸出，并通过连接管道及控制阀连接一外设的液氮罐；

若干温控装置，为温度测量仪，分别设于所述存储降温机构存储箱体内的存储腔室、中转腔室、降温腔室的外侧壁上；

传递舱，通过一支撑台设置于所述保温箱体一侧；

外罩，罩设于所述保温箱体上端及传递舱外，该外罩一侧壁中部设传送窗口；

三维移动夹持机构，设置于外罩内，位于所述存储降温机构上方，其包括三维移动机构及其上的板架夹持装置、吸管装置；

控制器及显示屏，设于所述保温箱体一侧，所述温控装置、控制阀、三维移动夹持机构、生物样本转运装置电性连接所述控制器。

2.如权利要求1所述的生物样本分区降温存储装置，其特征在于，所述三维移动机构包括，

两根X向导轨及其上X向滑块，分别平行设置于所述保温箱体上端两侧边上；X向导轨上沿长度方向设中心通道；

X向驱动机构，包括，

两X向驱动丝杆，分别平行设置于所述两根X向导轨的中心通道内；X向驱动丝杆一端设第一扇形齿轮；

两X向驱动块，设置于所述X向驱动丝杆上，与X向驱动丝杆螺纹配合；所述X向滑块连接该X向驱动块；

X向驱动电机，设置于所述两根X向导轨端部之间，通过安装板固定于所述保温箱体一端侧边框上；X向驱动电机输出轴设X向驱动扇形齿轮；

两驱动轴，其两端分别设X向扇形齿轮，并分别与X向驱动电机输出轴的X向驱动扇形齿轮和X向驱动丝杆上的第一扇形齿轮啮合；

一Y向固定座，其两端分别设置于所述两根X向导轨上的X向滑块上；

一Y向驱动丝杆及其上Y向滑块，沿Y向固定座长度方向设置于所述Y向固定座上，Y向驱动丝杆一端设扇形齿轮；Y向滑块上端面设一Y向安装板；

Y向驱动电机，设置于所述一根X向导轨的X向滑块上端面，其输出轴端部设Y向驱动扇形齿轮，并与Y向驱动丝杆一端的扇形齿轮啮合；所述X向驱动电机、Y向驱动电机均电性连接所述控制器。

3.如权利要求2所述的生物样本分区降温存储装置，其特征在于，所述板架夹持装置包括，

第一滑轨及其上滑块，第一滑轨沿所述Y向固定座长度方向设置于所述Y向固定座一侧面；

第一固定架，包括，

固定板，其背面竖直连接于所述Y向安装板一侧端及第一滑轨上的滑块顶面，固定板下部设通孔；

固定框，U形，设置于所述固定板前面下部；

升降框架，其为一个上下开口的箱体结构，插置于所述固定架的固定框内，升降框架对应固定板的背面沿长度方向设第一齿条；升降框架两侧面中部沿长度方向设升降导向滑轨及升降导向滑块，该升降导向滑块顶面连接于所述固定框的内壁；所述升降框架的前面上部设两个安装通孔；所述升降框架的上方设一可感测冻存盒的传感器；

第一驱动电机，设置于所述Y向安装板上，其输出轴端部伸出所述固定板下部的通孔，并设置第一驱动齿轮，该第一驱动齿轮与第一齿条啮合，以此带动所述升降框架上下运动；

剪叉式升降装置，设置于所述升降框架内；

位置传感器，设置于所述固定板下部的通孔旁；

一深度传感器，设置于所述升降框架的内壁上端口处；所述第一驱动电机、位置传感器、深度传感器分别电性连接所述控制器；

卡夹装置，设置于所述剪叉式升降装置下。

4.如权利要求3所述的生物样本分区降温存储装置，其特征在于，所述的剪叉式升降装置包括：

剪叉式升降架，设置于所述升降框架内，其上部两端分别连接一剪叉滑动块，该两剪叉滑动块两端滑设于两剪叉滑动轴，该两剪叉滑动轴平行设置于所述升降框架内上部；两剪叉滑动块的中部穿设一正反丝杠；所述正反丝杠的两侧设轴承和轴承座，该轴承座固定于所述升降框架内壁；

步进电机，其输出轴端部及所述正反丝杠的一端部分别设一同步带轮，并通过一同步带联接，步进电机电性连接所述控制器。

5.如权利要求3所述的生物样本分区降温存储装置，其特征在于，所述的剪叉式升降装置包括：剪叉式升降架，设置于所述升降框架内；一驱动气缸，设置于所述升降框架内，其活塞杆端部连接所述剪叉式升降架，所述驱动气缸连接所述控制器。

6.如权利要求5所述的生物样本分区降温存储装置，其特征在于，所述卡夹装置包括：

卡夹框架，为箱体结构，套设于所述剪叉式升降架下端，卡夹框架下端设底板；所述卡夹框架为保温体，其材质为PIR或PUR材料；

两卡夹，枢轴连接于所述卡夹框架底板两侧，卡夹中部向上凸起形成一连接部；

两活动板，两活动板下端部活动连接所述两卡夹中部的连接部；

磁铁框架，设置于所述卡夹框架的底板上端面中央；所述两活动板上端部伸入该磁铁框架内；

框架式电磁铁，设置于所述磁铁框架内，框架式电磁铁内设一动铁芯，该动铁芯下端设容置槽，所述两活动板上端部伸入该容置槽，并通过一连接轴穿设连接所述动铁芯；所述连接轴的两侧设挡片，对应的，所述磁铁框架的内壁两侧设挡块；所述框架式电磁铁与所述控制器电性连接；

所述剪叉式升降架的两侧上下分别设一滚动轴承，对应的，所述升降框架内壁上部中央轴向设置一与所述滚动轴承配合的带凹槽的导柱，所述卡夹框架内壁上部中央轴向设导槽；

所述卡夹框架的两侧外壁中央分别竖直设置至少一滑轮，对应的，所述升降框架内壁中央下部分别竖直设置一与该滑轮配合的导向柱。

7.如权利要求2所述的生物样本分区降温存储装置，其特征在于，所述吸管装置，包括：

底板，其为长条形，其背面竖直连接于所述Y向安装板的另外一侧端；

两第二滑轨，沿底板轴向设置于所述底板正面两侧；

上、下滑块，滑设于所述两第二滑轨上，上、下滑块沿轴向设通孔；

丝杆，穿设于所述上、下滑块的通孔，且与上滑块螺纹配合；所述丝杆上、下端部通过第一、第二轴承座设置于所述底板正面上下端部；

吸管驱动机构，通过安装板设置于所述底板上端部一侧，并联接所述丝杆；

位置传感器，设置于所述底板外侧面上部；

吸管组件，包括：

第一、第二套管座，分别设置于所述上、下滑块的顶面；第一、第二套管座、分别包括基座、和第一、第二套管，其中，第二套管座的第二套管下还设一连接管和连接套筒，该连接套筒内壁下部设环形凹槽；

吸杆，其为中空结构，穿设于所述第一、第二套管座，吸杆上端部依次设气管接头和气缸顶出接头；吸杆上部套设第一连接法兰，并通过第一连接法兰连接于所述第一套管座上端面；吸杆下端口套设一吸头；

定距套，套设于所述吸杆上，位于所述第一套管座下，定距套下端口外缘凸设台阶，定距套下端插置于所述第二套管座的第二套管内，并由第二连接法兰与定距套下端口外缘台阶配合将定距套下端限位于第二套管座的第二套管内；

弹簧，套设于所述第二套管座的第二套管内，其下端抵靠于第二套管内底部，弹簧上端伸入第一套管座的第一套管内；

保温卡扣机构，包括：

外套管，套设于所述吸杆下端，外套管上端插置于所述第二套管座下连接套筒内壁下的环形凹槽内；所述外套管下端内壁沿周向均设三个卡扣槽，卡扣槽内腔为上大下小的梯形体；对应卡扣槽下端口的外套管的下端面设固定凹槽；

三个卡扣体，分别设置于所述三个卡扣槽内，该卡扣体包括呈杆状的基部、自基部内侧面上部凸起形成弧形的卡扣部及自基部下端部向外弯折延伸形成U形的固定部，该固定部嵌扣于所述外套管下端面的固定凹槽；保温套管，其上端套设于所述第二套管座下的连接套筒外；下端盖，包括一环形底板及其上端面的导管，所述导管插置于所述外套管内的三个卡扣体内侧面下部，以此限位该三个卡扣体于所述卡扣槽内。

8.如权利要求7所述的生物样本分区降温存储装置，其特征在于，所述吸管驱动机构包括：

驱动电机，通过安装板设置于所述底板上端部一侧，其输出轴与所述丝杆平行；

第一、第二同步带轮及同步带，分别设置于所述丝杆上端部和驱动电机输出轴端部。

9.如权利要求1所述的生物样本分区降温存储装置，其特征在于，所述传递舱包括：

固定基座，其为箱体结构，包括固定框架及其上左、右侧板、后板及底板；固定基座的前端和顶部开口，并相应的设置可开启式前门机构及可开启式上盖机构；所述固定基座的后板上部设进气孔，所述底板设出气孔；所述底板下的出气孔处设负压抽气盒；

两个多段式伸缩滑轨，分别水平设置于所述固定基座的左、右侧板内侧面下部；

托板，其两侧连接于所述两个多段式伸缩滑轨；

驱动机构，包括：

支撑杆，设置于所述固定基座的底板上端面中央，与所述多段式伸缩滑轨平行布置；

链条，设置于所述支撑杆上，链条前端通过连接块连接于所述托板后部；所述链条为单向链条或防弯链；

电机，设置于所述固定基座的底板上端面，位于支撑杆的后部一侧，电机输出轴连接一转轴，该转轴联接所述链条；

链条盛放装置，设置于所述固定基座的底板上端面，位于支撑杆的后端外侧，所述链条可收容于该链条盛放装置内输出端通过一连接块连接于所述托板的后部；

所述可开启式前门机构包括：

前门框，设置于所述固定基座的前部开口处；

前门板，其大小与所述前门框匹配，前门板下部枢轴连接所述前门框前端面下部；前门板的内侧面对应所述前门框的开口凸设前门密封条；

第一电缸及其上推杆，第一电缸缸体连接于所述固定基座内一侧内壁，推杆的前端部活动连接于所述前门板的内侧面；

所述前门框内侧设对应前门板的限位开关；

所述可开启式上盖机构包括：

上盖框，设置于所述固定基座的顶部开口处；

上盖，其大小与所述上盖框的开口匹配，上盖下部枢轴连接所述上盖框上端面；上盖的内侧面对应所述上盖框的开口凸设上盖密封条；

第二电缸及其上推杆，第二电缸缸体连接于所述固定基座内一侧内壁，推杆的前端部活动连接于所述上盖的内侧面；

所述上盖框的内侧设对应上盖的限位开关；

所述多段式伸缩滑轨为三段式结构，包括：

第一滑轨，水平设置于所述固定基座的左侧板或右侧板内侧面下部；

双向滑槽，其端面为工字型，其一侧滑设于所述第一滑轨；

第二滑轨，水平设置于所述固定基座的左侧板或右侧板内侧面下部，其滑设于所述双向滑槽的另一侧；

所述托板底部两侧沿轴向设连接板，该连接板连接所述第二滑轨；所述第一滑轨、第二滑轨的上下面设带滚珠的滚珠条。

10.如权利要求1中所述的生物样本分区降温存储装置的操作方法，其特征是，包括以下步骤：

1)通过若干注氮管及液氮罐和温控装置配合，对所述存储降温机构的存储箱体内的存储腔室、中转腔室、降温腔室内温度进行控制，所述存储降温机构的存储箱体内的温度设置为-140℃以下；所述中转腔室内的温度设定在4～8℃之间；所述降温腔室内沿高度方向设四个温度场，分别为-20℃、-40℃、-60℃和-80℃；

2)对中转罐中的板架进行梯度性降温时，先将板架从实验室内通过中转罐放入传递舱内，经传递舱除湿干燥处理，通过三维移动机构和板架夹持装置移入降温腔室中，由于降温腔室中设有多个不同温度场，温度在-20℃～-80℃之间，先将板架放入较高的温度场，静置设定时间后，更换至较低的温度场，随后逐渐移至最低的温度场区域，最后，生物样本实现梯度性的降温；

3)在降温腔室内完成程序性降温后，直接通过三维移动机构将板架移入存储腔室内，进行生物样本的存储；或，通过三维移动机构将板架移入传递舱的中转罐中，通过中转罐再转移至液氮存储罐中进行存储。

11.如权利要求10所述的生物样本分区降温存储装置的操作方法，其特征是，所述存储降温机构存储箱体内的降温腔室内沿高度方向设四个温度场，分别为-20℃、-40℃、-60℃和-80℃，通过板架夹持装置抓取需要降温的板架自高至低依次放入四个温度场，且，每个温度场停留一定时间后再至下一个温度场。

12.如权利要求10所述的生物样本分区降温存储装置的操作方法，其特征是，所述存储降温机构存储箱体内的若干降温腔室分别设置不同的温度，形成若干不同的温度场，通过三维移动机构和板架夹持装置抓取需要降温的板架在不同温度场的若干降温腔室之间逐步降温，且，每个温度场停留一定时间后再至下一个温度场。

13.如权利要求10所述的生物样本分区降温存储装置的操作方法，其特征是，步骤1)中，所述存储降温机构的存储箱体内的温度设置为-196℃。

Images