CN109628297B - 一种微流控高通量生物样品滴冻保存装置 - Google Patents

一种微流控高通量生物样品滴冻保存装置 Download PDF

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Abstract

本发明公开一种微流控高通量生物样品滴冻保存装置，包括斯特林制冷机、加热台、样品罩、微流控芯片、第一注射泵、第二注射泵和可编程控制器，所述斯特林制冷机的冷端套设有保温壳，加热台设于所述保温壳内并与斯特林制冷机冷端接触，加热台的上表面设有微孔样品板，微孔样品板的底部设有热电偶，所述加热台内设有加热丝；样品罩密封套设于加热台上方，样品罩内可移动地设有样品滴头，样品滴头通过软管连通微流控芯片，所述可编程控制器控制样品滴头将所述混合溶液滴入微孔样品板的微孔内。本发明将玻璃化溶液处理生物样品的过程以及滴冻过程均由可编程控制器控制，实现了自动化保存，提高了操作效率，避免了人为操作可能带来的偏差。

Description

一种微流控高通量生物样品滴冻保存装置
技术领域
本发明涉及低温保存技术领域，具体涉及一种微流控高通量生物样品滴冻保存装置。
背景技术
低温保存是长期保存生物样品活性的有效方法，它是指将活的生物样品采用特殊的方法冷却至低温，待需要时再按特殊的方法复温，仍能获得活的生物样品。滴冻法是低温保存的方法之一，它是将含有生物样品的玻璃化溶液滴在铝箔上，然后再投入液氮，由于降温比较迅速、均匀，因此能获得较高的样品存活率。而目前，滴冻法保存多是由人工操作完成，不仅效率低，而且不可避免地会出现保存结果的不一致性。若是能有自动化的滴冻保存设备，则能够使滴冻保存实现自动化、标准化和批量化，从而使该方法得到更加广泛的应用，而目前尚没有此类装置。
发明内容
为解决上述现有技术存在的问题，本发明提供一种能够应用滴冻法大批量、快速地保存生物样品的微流控高通量滴冻保存装置。
为实现上述技术目的，本发明采用以下技术方案：
一种微流控高通量生物样品滴冻保存装置，包括斯特林制冷机、加热台、样品罩、微流控芯片、第一注射泵、第二注射泵和可编程控制器，所述斯特林制冷机的冷端套设有保温壳，所述加热台设于所述保温壳内并与斯特林制冷机冷端接触，所述加热台的上表面设有微孔样品板，所述微孔样品板的底部设有热电偶，所述加热台内设有加热丝；所述样品罩密封套设于加热台上方，所述样品罩内可移动地设有样品滴头，所述样品滴头通过软管连通微流控芯片，所述微流控芯片连通第一注射泵和第二注射泵，所述第一注射泵内设有样品悬液，所述第二注射泵内设有玻璃化溶液，样品悬液与玻璃化溶液在微流控芯片内形成混合溶液；所述斯特林制冷机、加热丝、热电偶、第一注射泵和第二注射泵均与可编程控制器电连接；所述可编程控制器控制样品滴头将所述混合溶液滴入微孔样品板的微孔内。
优选地，所述样品罩的顶部设有一通孔，固定臂穿过所述通孔设置，固定臂的底部一侧活动连接一活动臂，所述活动臂夹持样品滴头，所述活动臂由可编程控制器控制实现上下、左右、前后移动。
优选地，所述固定臂的内部设有空腔，所述软管穿过所述空腔与微流控芯片连通。
优选地，所述微流控芯片内为S形混合通道，并设有第一进液口、第二进液口和出液口，所述第一进液口连通第一注射泵，所述第二进液口连通第二注射泵，所述出液口连通软管。
优选地，所述样品罩的一侧设有进气口和出气口，高压氮气经所述进气口进入所述样品罩内，所述样品罩通过所述出气口排气。
优选地，所述样品罩的壁面均设有保温层，所述样品罩的底部与保温壳的顶部密封连接。
优选地，所述加热台的上表面设有凹槽，保温壳的侧壁设有通线孔，加热丝和热电偶的接线沿着凹槽穿过通线孔后与可编程控制器连接。
优选地，所述样品滴头是单通道或多通道。
优选地，所述微孔样品板的微孔具有圆形底或V形底。
优选地，所述微孔样品板还配设有密封盖。
采用上述结构后，本发明具有以下有益效果：
1.玻璃化溶液处理生物样品的过程以及滴冻过程均由可编程控制器控制，使得整个保存过程实现了自动化，提高了操作效率，并且避免了人为操作可能带来的偏差。
2.不仅可获得微米级直径的样品液滴，而且可提供低于液氮温度的最低制冷温度，从而使样品能够更加快速、均匀的降温，提高低温保存效果。
附图说明
图1为本发明一种微流控高通量生物样品滴冻保存装置的结构示意图；
图2为本发明加热台的结构示意图；
图3为本发明样品滴头的单通道结构示意图；
图4为本发明样品滴头的多通道结构示意图；
图5为本发明微孔样品板的结构示意图；
图6为本发明微孔样品板的U型微孔结构示意图；
图7为本发明微孔样品板的另一微孔结构示意图。
图中：1-斯特林制冷机，2-保温壳，3-加热台，4-加热丝，5-通线孔，6-热电偶，7-微孔样品板，8-样品罩，9-进气口，10-出气口，11-固定臂，12-可动臂，13-样品滴头，14-软管，15-微流控芯片，15.1-第一进液口，15.2-第二进液口，15.3-出液口，16-第一注射泵，17-第二注射泵，18-可编程控制器。
具体实施方式
下面结合附图，并结合实施例对本发明做进一步的说明。
如图1所示，一种微流控高通量生物样品滴冻保存装置，包括斯特林制冷机1、加热台3、样品罩8、微流控芯片15、第一注射泵16、第二注射泵17和可编程控制器18，斯特林制冷机1的冷端套设有保温壳2，所述加热台3设于所述保温壳2内并与斯特林制冷机1冷端接触，所述加热台3的上表面设有微孔样品板7，所述微孔样品板7的底部设有热电偶6，所述加热台内设有加热丝4；样品罩8密封套设于加热台3上方，所述样品罩8内可移动地设有样品滴头13，所述样品滴头13通过软管14连通微流控芯片15，所述微流控芯片15连通第一注射泵16和第二注射泵17，所述第一注射泵16内设有样品悬液，所述第二注射泵17内设有玻璃化溶液，样品悬液与玻璃化溶液在微流控芯片15内形成混合溶液；斯特林制冷机1、加热丝4、热电偶6、第一注射泵16和第二注射泵17均与可编程控制器18电连接；所述可编程控制器18控制样品滴头13将所述混合溶液滴入微孔样品板7的微孔内。
本发明将样品滴头13设于样品罩8内，将微孔样品板7设于加热台上表面，样品罩8内形成密闭滴冻环境，便于可编程控制器18控制样品罩8内的滴冻温度、气体流量、压力等参数，通过控制样品滴头13的移动，完成微孔样品板7上的每个微孔内混合溶液的滴入。由此实现了滴冻过程的自动化，提高了操作效率，并且避免了人为操作可能带来的偏差。
所述样品罩8的顶部设有一通孔，固定臂11穿过所述通孔设置，固定臂11的底部一侧活动连接一活动臂12，所述活动臂12夹持样品滴头13，所述活动臂12由可编程控制器18控制实现上下、左右、前后移动。优选地，活动臂12可以为电动机械臂，其具有驱动器和机械臂，驱动器与可编程控制器18电连接，驱动器驱动活动臂12实现上下、左右、前后移动，从而实现样品滴头3的上下、左右、前后移动。
为了提高样品罩8内的密闭性，软管14可穿过固定臂11内的空腔，与外界的微流控芯片15连通。优选地，活动臂12的驱动器的导线也经固定臂11内的空腔连接至外侧的可编程控制器18，从而避免穿孔太多而引起样品罩8内气体的泄露。
本实施例所述微流控芯片15采用标准化微流控产品，具有统一的外形尺寸和接口标准产品尺寸为75.5mm×25.5mm×1.5mm，进液孔直径1mm，间距6.5mm通过通孔从产品顶部进液，微流道位于产品底部，可用薄膜封接后在显微镜下观察薄膜厚度0.175mm，材料为透明PP材料或其他材料，可根据实际需求而定。
本实施例所述微流控芯片15内为S形混合通道，并设有第一进液口15.1、第二进液口15.2和出液口15.3，所述第一进液口15.1连通第一注射泵16，所述第二进液口15.2连通第二注射泵17，所述出液口15.3连通软管14。
所述样品罩8的一侧设有进气口9和出气口10，高压氮气经所述进气口9进入所述样品罩8内，所述样品罩8通过所述出气口10排气。进气口9可连接氮气发生器或者装有高压氮气的钢瓶。
为了提高样品罩8内的温度控制，样品罩8的壁面均设有保温层，且样品罩8与保温壳2接触的部分设有密封垫片或其他密封件，以保证样品罩的密封效果。
如图2所示，所述加热台3的上表面设有凹槽和通线孔5，加热丝4和热电偶6的接线沿着凹槽穿过通线孔5后与可编程控制器18连接，以提高整体美观效果。
如图3、4所示，所述样品滴头13可以是单通道或多通道。选用多通道滴头时，可实现一次滴加多滴样品。
如图5所示，所述微孔样品板7内设有多个向内凹的微孔，且配套设有密封板。如图6、7所示，微孔的底部可呈圆形底或V形底。样品液滴体积较大时选用圆形底微孔样品板，样品液滴体积较小时选用V形底微孔样品板。
本发明所述微流控高通量生物样品滴冻保存装置的操作过程如下：
将圆形底或V形底微孔样品板7嵌入到加热台3中；将单通道或多通道样品滴头13夹在可动臂12上；将软管14的一端与样品滴头连接，另一端与微流控芯片15上的出液口15.3连接；将样品罩8套在加热台3上，将样品罩8上的进气口9与装有高压氮气的钢瓶或氮气发生器连接；在可编程控制器18内设定好控制程序，包括第一注射泵16和第二注射泵17的流量与启停间隔，可动臂12的移动方向和距离，样品的滴冻温度；将样品悬液和玻璃化溶液分别装入第一注射泵16和第二注射泵17。
完成上述准备工作后，开启装有高压氮气的钢瓶或氮气发生器，并调节气体流量至合适大小，然后开启整个装置运行。热电偶6检测微孔样品板7的温度，传感信号进入可编程控制器18转化为数值，并与预设温度进行比较，以此控制斯特林制冷机1的制冷量和加热丝4的加热量。当微孔样品板7的温度达到预设值时，可编程控制器18触发第一注射泵16、第二注射泵17和可动臂12按预设控制程序工作。样品悬液和玻璃化溶液分别通过第一进液口15.1和第二进液口15.2进入微流控芯片15的S形混合通道，充分混合后从出液口15.3流出，然后经过软管14流入样品滴头，最后滴入微孔样品板7的微孔内，样品液滴迅速降温进而玻璃化。可动臂12按照预设的程序移动，当微孔样品板7的每个微孔内都滴入样品液滴时，操作完成。此时可拿出微孔样品板7，并盖上盖子密封，然后转移至液氮中长期保存，该过程需快速完成，以免样品温度出现明显地回升。

Claims (8)

1.一种微流控高通量生物样品滴冻保存装置，其特征在于：
包括斯特林制冷机(1)、加热台(3)、样品罩(8)、微流控芯片(15)、第一注射泵(16)、第二注射泵(17)和可编程控制器(18)，
所述斯特林制冷机(1)的冷端套设有保温壳(2)，所述加热台(3)设于所述保温壳(2)内并与斯特林制冷机(1)冷端接触，所述加热台(3)的上表面设有微孔样品板(7)，所述微孔样品板(7)的底部设有热电偶(6)，所述加热台内设有加热丝(4)；
所述样品罩(8)密封套设于加热台(3)上方，所述样品罩(8)内可移动地设有样品滴头(13)，所述样品滴头(13)通过软管(14)连通微流控芯片(15)，所述微流控芯片(15)连通第一注射泵(16)和第二注射泵(17)，所述第一注射泵(16)内设有样品悬液，所述第二注射泵(17)内设有玻璃化溶液，样品悬液与玻璃化溶液在微流控芯片(15)内形成混合溶液；
所述斯特林制冷机(1)、加热丝(4)、热电偶(6)、第一注射泵(16)和第二注射泵(17)均与可编程控制器(18)电连接；
所述可编程控制器(18)控制样品滴头(13)将所述混合溶液滴入微孔样品板(7)的微孔内；所述样品罩(8)的顶部设有一通孔，固定臂(11)穿过所述通孔设置，固定臂(11)的底部一侧活动连接一活动臂(12)，所述活动臂(12)夹持样品滴头(13)，所述活动臂(12)由可编程控制器(18)控制实现上下、左右、前后移动；
所述加热台(3)的上表面设有凹槽，所述保温壳(2)的侧壁设有通线孔(5)，加热丝(4)和热电偶(6)的接线沿着凹槽穿过通线孔(5)后与可编程控制器(18)连接。
2.根据权利要求1所述的微流控高通量生物样品滴冻保存装置，其特征在于：
所述固定臂(11)的内部设有空腔，所述软管(14)穿过所述空腔与微流控芯片(15)连通。
3.根据权利要求1所述的微流控高通量生物样品滴冻保存装置，其特征在于：所述微流控芯片(15)内为S形混合通道，并设有第一进液口(15.1)、第二进液口(15.2)和出液口(15.3)，所述第一进液口(15.1)连通第一注射泵(16)，所述第二进液口(15.2)连通第二注射泵(17)，所述出液口(15.3)连通软管(14)。
4.根据权利要求1所述的微流控高通量生物样品滴冻保存装置，其特征在于：所述样品罩(8)的一侧设有进气口(9)和出气口(10)，高压氮气经所述进气口(9)进入所述样品罩(8)内，所述样品罩(8)通过所述出气口(10)排气。
5.根据权利要求1所述的微流控高通量生物样品滴冻保存装置，其特征在于：所述样品罩(8)的壁面均设有保温层，所述样品罩(8)的底部与保温壳(2)的顶部密封连接。
6.根据权利要求1所述的微流控高通量生物样品滴冻保存装置，其特征在于：所述样品滴头(13)是单通道或多通道。
7.根据权利要求1所述的微流控高通量生物样品滴冻保存装置，其特征在于：所述微孔样品板(7)的微孔具有圆形底或V形底。
8.根据权利要求6所述的微流控高通量生物样品滴冻保存装置，其特征在于：所述微孔样品板(7)还配设有密封盖。
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