CN110476955A - 一种细胞程序植冰装置 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种一种细胞程序植冰装置，用于在低温冷冻前对待冷冻细胞进行植冰，包括：内盒体，容纳有用于对待冷冻细胞进行预冷的控温相变液；冻存管安装件，安装在内盒体上，具有多个冻存管槽；多个冻存管，安装在对应的冻存管槽内，冻存管中至少一个容纳有待冷冻细胞以及用于保护待冷冻细胞的冷冻保护液；第一温度采集部，用于实时采集冻存管内的细胞温度；超声波振子，用于向待冷冻细胞发射超声波；控制部，用于根据细胞温度控制超声波振子的开启，从而对待冷冻细胞进行植冰，该装置能够使冻存管内温度更均匀，细胞成核后形成的冰晶更小，从而能够避免细胞损伤，有利于提高细胞冷冻保存时的存活率。
Description
技术领域
本发明属于细胞生物学领域，涉及一种植冰装置，特别涉及一种细胞程序植冰装置。
背景技术
细胞一般采用低温冷冻的方法实现长期保存，在细胞降温的过程中，降温速率会对细胞的存活和继续发育造成巨大的影响，为了保护细胞，通常需要对细胞进行植冰处理。植冰时，要求细胞缓慢降温到冷冻保护液冰点以下，然后向冷冻保护液中提供晶核，让冷冻保护液和细胞迅速成核，之后将成核后的细胞继续降温至-80℃以下。通过植冰能够避免细胞过冷，且产生的冰晶较小，对细胞伤害较小，同时，在复温过程中能够有效避免重结晶，从而提高细胞的存活率。
目前在对细胞进行植冰时，通常将容纳有待冷冻的细胞和冷冻保护液的冻存管放置在-4℃左右的冰箱中预冷，然后用在液氮中预冷后的镊子或金属针触碰冻存管的管壁，造成冻存管局部过冷结晶，由于冷冻保护液已经达到冰点温度以下，因此，冰晶能够迅速生长，并扩散到全部冻存管，从而完成植冰过程。
但是，在现有的细胞植冰过程中，用预冷后的镊子或金属针触碰冻存管的管壁进行植冰，会造成冰晶形成不均匀，使得靠近镊子或金属针触碰位置温度较低，形成的冰晶较大，从而容易对细胞造成损伤，影响细胞冷冻保存的存活率和完整性。
发明内容
为解决上述问题，提供一种无需触碰冻存管，且能够使细胞形成冰晶更小、更均匀，避免细胞损伤的细胞程序植冰装置，本发明采用了如下技术方案：
本发明提供了一种细胞程序植冰装置，用于在低温冷冻前对待冷冻细胞进行植冰，其特征在于，包括：内盒体，容纳有用于对待冷冻细胞进行预冷的控温相变液；冻存管安装件，安装在内盒体上，具有多个位于内盒体的内部并且与控温相变液相接触的冻存管槽；多个冻存管，安装在对应的冻存管槽内，冻存管中的至少一个容纳有待冷冻细胞以及用于保护待冷冻细胞的冷冻保护液；第一温度采集部，用于实时采集冻存管内的细胞温度；超声波振子，安装在冻存管安装件上，用于向待冷冻细胞发射超声波；以及控制部，用于根据细胞温度控制超声波振子的开启，从而对待冷冻细胞进行植冰。
本发明提供的细胞程序植冰装置，还可以具有这样的技术特征，还包括第二温度采集部和恒温外箱，其中，第二温度采集部用于采集控温相变液的温度，作为相变液温度，恒温外箱用于在相变液温度达到预定的预冷温度时，容纳内盒体，从而对待冷冻细胞进行预冷，当细胞温度达到预定的植冰温度时，控制部控制超声波振子开启，从而对待冷冻细胞进行植冰。
本发明提供的细胞程序植冰装置，还可以具有这样的技术特征，其中，第一温度采集部包括：第一温度传感器，安装在冻存管内，用于将采集的细胞温度的信号发送至控制部，第一开关，用于控制第一温度传感器与控制部信号传递过程的通断；第二温度采集部包括：第二温度传感器，安装在内盒体内，用于将采集的相变液温度的信号发送至控制部；第二开关，用于控制第二温度传感器与控制部信号传递过程的通断。
本发明提供的细胞程序植冰装置，还可以具有这样的技术特征，其中，控制部还包括报警器，用于在相变液温度达到预冷温度时或细胞温度达到植冰温度时进行报警。
本发明提供的细胞程序植冰装置，还可以具有这样的技术特征，其中，预冷温度为-20℃。
本发明提供的细胞程序植冰装置，还可以具有这样的技术特征，其中，植冰温度在-4℃到-10℃之间。
本发明提供的细胞程序植冰装置，还可以具有这样的技术特征，其中，容纳有待冷冻细胞以及用于保护待冷冻细胞的冷冻保护液的冻存管作为细胞冻存管，仅容纳有冷冻保护液的冻存管作为对照冻存管，用于与细胞冻存管作对照，第一温度采集部采集对照冻存管内的温度，作为细胞温度。
本发明提供的细胞程序植冰装置，还可以具有这样的技术特征，其中，对照冻存管的顶端设有插入孔，用于让第一温度采集部插入。
本发明提供的细胞程序植冰装置，还可以具有这样的技术特征，其中，冻存管安装件还包括设置在内盒体顶部的固定盘，该固定盘具有控温相变液注入口，冻存管槽设置在固定盘的底端，超声波振子固定安装在冻存管槽的底端。
本发明提供的细胞程序植冰装置，还可以具有这样的技术特征，其中，内盒体还具有相配合的盒盖，用于内盒体的密封。
发明作用与效果
根据本发明提供的细胞程序植冰装置，由于包括内盒体、冻存管安装件、多个冻存管、第一温度采集部、超声波振子以及控制部，内盒体容纳有用于对待冷冻细胞进行预冷的控温相变液，冻存管安装件安装在内盒体上，具有多个位于内盒体的内部并且与控温相变液相接触的冻存管槽，冻存管安装在对应的冻存管槽内，冻存管中的至少一个容纳有待冷冻细胞以及用于保护待冷冻细胞的冷冻保护液，第一温度采集部用于实时采集冻存管内的细胞温度，超声波振子安装在冻存管安装件上，用于向待冷冻细胞发射超声波，控制部用于根据细胞温度控制超声波振子的开启，从而对待冷冻细胞进行植冰，因此，在对待冷冻细胞进行植冰时，通过超声波振动，能够降低细胞成核势能，使其瞬间成核，达到植冰的效果，与现有的植冰方法相比，无需使用预冷后的镊子或金属针触碰冻存管的管壁，可以使冻存管内温度更均匀，细胞成核后形成的冰晶更小，从而能够避免细胞损伤，有利于提高细胞冷冻保存的存活率和完整性。
附图说明
图1是本发明实施例的细胞程序植冰装置的整体结构示意图；
图2是本发明实施例的细胞程序植冰装置的内盒体结构示意图；
图3是本发明实施例的细胞程序植冰装置的控制部结构框图。
具体实施方式
以下将结合附图对本发明的构思、具体结构及产生的技术效果作进一步说明，以充分地了解本发明的目的、特征和效果。
图1是本发明实施例的细胞程序植冰装置的整体结构示意图。
如图1所示，本发明实施例提供了一种细胞程序植冰装置1，用于在低温冷冻前对待冷冻细胞进行植冰，包括内盒体10、冻存管安装件20、多个冻存管30、第一温度采集部40、超声波振子50、控制部60、第二温度采集部70和恒温外箱80。
图2是本发明实施例的细胞程序植冰装置的内盒体结构示意图。
如图1和图2所示，内盒体10容纳有用于对待冷冻细胞进行预冷的控温相变液，在本实施例中，控温相变液为18％的无水乙醇或15％的氯化钠溶液。
内盒体10还具有相配合的盒盖11，用于内盒体10的密封，从而避免控温相变液的泄露，在本实施例中，内盒体10呈圆柱形，盒盖11通过螺纹结构旋拧在内盒体10上，在其他的实施例中，内盒体10也可以为多边形等，盒盖11可以通过铰接、卡扣连接等方式与内盒体10连接。
冻存管安装件20安装在内盒体10上，包括冻存管槽21和固定盘22。
固定盘22安装在内盒体10顶部，具有控温相变液注入口23，用于向内盒体10中注入控温相变液。
冻存管槽21具有多个位于内盒体10的内部并且与控温相变液相接触，从而能够使冻存管槽21在控温相变液的作用下降温。冻存管槽21设置在固定盘22的底端且向下延伸，从而使得冻存管30能够从固定盘22上插入冻存管槽21中，并在控温相变液的作用下降温。
冻存管30安装在对应的冻存管槽21内，冻存管30中的至少一个容纳有待冷冻细胞以及用于保护待冷冻细胞的冷冻保护液，通过与冻存管槽21接触的控温相变液，能够对冻存管30中的待冷冻细胞进行预冷。
冻存管30与冻存管槽21之间留有一定的活动空间，以便于冻存管30的插入和取出，冻存管槽21的四周均设有海绵层，用于保护冻存管30。
图3是本发明实施例的细胞程序植冰装置的控制部结构框图。
如图1至图3所示，第一温度采集部40用于实时采集冻存管30内的细胞温度，第一温度采集部40包括第一温度传感器41和第一开关42，第一温度传感器41安装在冻存管30内，用于将采集的细胞温度的信号发送至控制部60，第一开关42用于控制第一温度传感器41与控制部60信号传递过程的通断，在本实施例中，第一温度传感器41为热电偶。
在本实施例中，容纳有待冷冻细胞以及用于保护待冷冻细胞的冷冻保护液的冻存管30作为细胞冻存管，仅容纳有冷冻保护液的冻存管30作为对照冻存管，用于与细胞冻存管作对照，细胞冻存管和对照冻存管内的冷冻保护液完全相同，通过将第一温度采集部40的第一温度传感器41安装在对照冻存管内，并采集对照冻存管内的温度，作为细胞温度，能够避免第一温度传感器41与待冷冻细胞直接接触，可以防止细胞污染，且能够避免细胞植冰时形成的冰晶较大，有利于保护细胞，对照冻存管的顶端设有插入孔31，用于让第一温度采集部40插入。
超声波振子50安装在冻存管安装件20上，用于向待冷冻细胞发射超声波，在本实施例中，超声波的频率在20kHz-500kHz之间，超声波振子50固定安装在冻存管槽21的底端，从而能够使超声波充分作用于待冷冻细胞。
第二温度采集部70用于采集控温相变液的温度，作为相变液温度，第二温度采集部70包括第二温度传感器71和第二开关72，第二温度传感器71安装在内盒体10内，用于将采集的相变液温度的信号发送至控制部60，第二开关72用于控制第二温度传感器71与控制部60信号传递过程的通断，在本实施例中，第二温度传感器71为热电偶。
恒温外箱80用于在相变液温度达到预定的预冷温度时，容纳内盒体10，从而对待冷冻细胞进行预冷，在本实施例中，预冷温度为-20℃。
控制部60用于根据测得的细胞温度控制超声波振子50的开启，从而对待冷冻细胞进行植冰，在本实施例中，控制部60与超声波振子50通信连接，通过超声波控制电路控制超声波振子50的开启和关闭。
在本实施例中，控制部60还包括报警器61和控制端电缆接口62，报警器61用于在相变液温度达到预冷温度时或细胞温度达到植冰温度时进行报警，从而避免错过最佳预冷或植冰时刻，内盒体10还包括与控制端电缆接口62相配合的内盒电缆接口12，控制端电缆接口62用于与控制部60相连接，内盒电缆接口12用于与第一温度传感器41、第二温度传感器71以及超声波振子50相连接，从而实现信号的传递。
以下结合附图对本发明实施例的细胞程序植冰装置1的工作流程进行说明，具体包括：
步骤S1，通过控温相变液注入口23向内盒体10中注入控温相变液，将内盒体10放入冰箱中，并通过第一温度采集部40采集相变液的温度；
步骤S2，当相变液温度达到预设的预冷温度时，将内盒体10放入恒温外箱80中；
步骤S3，向内盒体10的冻存管安装件20中放入冻存管30(即细胞冻存管和对照冻存管)，并利用控温相变液对冻存管30进行预冷；
步骤S4，通过第一温度采集部40实时采集对照冻存管内的温度，即可获得细胞冻存管内的细胞温度；
步骤S5，当细胞温度达到预设的植冰温度时，控制部60控制超声波振子50开启，从而对待冷冻细胞进行植冰；
步骤S6，植冰瞬间结束后，控制部60控制超声波振子50关闭。
在完成植冰之后，操作人员可以将内盒体10从恒温外箱80取出，并放入-80℃以下的冰箱中保存，当细胞冻存管内的细胞温度也达到-80℃以后，再将细胞冻存管转移到液氮中保存。
实施例作用与效果
根据本发明提供的细胞程序植冰装置，由于包括内盒体、冻存管安装件、多个冻存管、第一温度采集部、超声波振子以及控制部，内盒体容纳有用于对待冷冻细胞进行预冷的控温相变液，冻存管安装件安装在内盒体上，具有多个位于内盒体的内部并且与控温相变液相接触的冻存管槽，冻存管安装在对应的冻存管槽内，冻存管中的至少一个容纳有待冷冻细胞以及用于保护待冷冻细胞的冷冻保护液，第一温度采集部用于实时采集冻存管内的细胞温度，超声波振子安装在冻存管安装件上，用于向待冷冻细胞发射超声波，控制部用于根据细胞温度控制超声波振子的开启，从而对待冷冻细胞进行植冰，因此，在对待冷冻细胞进行植冰时，通过超声波振动，能够降低细胞成核势能，使其瞬间成核，达到植冰的效果，且无需使用预冷后的镊子或金属针触碰冻存管的管壁，可以使冻存管内温度更均匀，细胞成核后形成的冰晶更小，从而能够避免细胞损伤，有利于提高细胞冷冻保存的存活率和完整性。
在本实施例中，由于还包括第二温度采集部和恒温外箱，第二温度采集部用于采集控温相变液的温度，作为相变液温度，恒温外箱用于在相变液温度达到预定的预冷温度时容纳内盒体，从而对待冷冻细胞进行预冷，当细胞温度达到预定的植冰温度时，控制部控制超声波振子开启，从而对待冷冻细胞进行植冰，因此，在对细胞进行植冰时，能够严格控制细胞预冷的温度以及植冰的温度，从而使植冰的效果更好。
在本实施例中，由于控制部还包括报警器，用于在相变液温度达到预冷温度时或细胞温度达到植冰温度时进行报警，因此，在对细胞进行植冰时，通过报警器报警能够提醒工作人员及时进行细胞预冷或植冰，避免错过最佳预冷或植冰时刻。
在本实施例中，由于容纳有待冷冻细胞以及用于保护待冷冻细胞的冷冻保护液的冻存管，作为细胞冻存管，其余的冻存管作为对照冻存管，对照冻存管容纳有与细胞冻存管中相同的冷冻保护液，用于与细胞冻存管作对照，第一温度采集部采集对照冻存管内的温度，作为细胞温度，因此，在获取细胞温度时，无需直接测量待冷冻细胞，只需测量对照冻存管内的温度即可，既能够避免细胞污染，又能够避免测温时导致细胞形成冰晶较大，有利于保护细胞。
在本实施例中，由于冻存管安装件还包括设置在内盒体顶部的固定盘，该固定盘具有控温相变液注入口，冻存管槽设置在固定盘的底端，超声波振子固定安装在冻存管槽的底端，因此，能够使装有冻存管的冻存管槽与控温相变液直接接触，有利于待冷冻细胞的预冷，且能够使超声波振子发出的超声波更好地作用于待冷冻细胞，有利于提高细胞植冰的效果。
以上详细描述了本发明的较佳具体实施例。应当理解，本领域的普通技术无需创造性劳动就可以根据本发明的构思做出诸多修改和变化。因此，凡本技术领域中技术人员依本发明的构思在现有技术的基础上通过逻辑分析、推理或者有限的实验可以得到的技术方案，皆应在由权利要求书所确定的保护范围内。
Claims (10)
1.一种细胞程序植冰装置，用于在低温冷冻前对待冷冻细胞进行植冰，其特征在于，包括：
内盒体，容纳有用于对所述待冷冻细胞进行预冷的控温相变液；
冻存管安装件，安装在所述内盒体上，具有多个位于所述内盒体的内部并且与所述控温相变液相接触的冻存管槽；
多个冻存管，安装在对应的所述冻存管槽内，所述冻存管中的至少一个容纳有所述待冷冻细胞以及用于保护所述待冷冻细胞的冷冻保护液；
第一温度采集部，用于实时采集所述冻存管内的细胞温度；
超声波振子，安装在所述冻存管安装件上，用于向所述待冷冻细胞发射超声波；以及
控制部，用于根据所述细胞温度控制所述超声波振子的开启，从而对所述待冷冻细胞进行植冰。
2.根据权利要求1所述的细胞程序植冰装置，其特征在于：
还包括第二温度采集部和恒温外箱，
其中，所述第二温度采集部用于采集所述控温相变液的温度，作为相变液温度，
所述恒温外箱用于在所述相变液温度达到预定的预冷温度时，容纳所述内盒体，从而对所述待冷冻细胞进行预冷，
当所述细胞温度达到预定的植冰温度时，所述控制部控制所述超声波振子开启，从而对所述待冷冻细胞进行植冰。
3.根据权利要求2所述的细胞程序植冰装置，其特征在于：
其中，所述第一温度采集部包括：
第一温度传感器，安装在所述冻存管内，用于将采集的所述细胞温度的信号发送至所述控制部，
第一开关，用于控制所述第一温度传感器与所述控制部信号传递过程的通断；
所述第二温度采集部包括：
第二温度传感器，安装在所述内盒体内，用于将采集的所述相变液温度的信号发送至所述控制部；
第二开关，用于控制所述第二温度传感器与所述控制部信号传递过程的通断。
4.根据权利要求2所述的细胞程序植冰装置，其特征在于：
其中，所述控制部还包括报警器，用于在所述相变液温度达到所述预冷温度时或所述细胞温度达到所述植冰温度时进行报警。
5.根据权利要求2所述的细胞程序植冰装置，其特征在于：
其中，所述预冷温度为-20℃。
6.根据权利要求2所述的细胞程序植冰装置，其特征在于：
其中，所述植冰温度在-4℃到-10℃之间。
7.根据权利要求1所述的细胞程序植冰装置，其特征在于：
其中，容纳有所述待冷冻细胞以及用于保护所述待冷冻细胞的冷冻保护液的所述冻存管作为细胞冻存管，
仅容纳有冷冻保护液的所述冻存管作为对照冻存管，用于与所述细胞冻存管作对照，
所述第一温度采集部采集所述对照冻存管内的温度，作为所述细胞温度。
8.根据权利要求7所述的细胞程序植冰装置，其特征在于：
其中，所述对照冻存管的顶端设有插入孔，用于让所述第一温度采集部插入。
9.根据权利要求1所述的细胞程序植冰装置，其特征在于：
其中，所述冻存管安装件还包括设置在所述内盒体顶部的固定盘，该固定盘具有控温相变液注入口，
所述冻存管槽设置在所述固定盘的底端，
所述超声波振子固定安装在所述冻存管槽的底端。
10.根据权利要求1所述的细胞程序植冰装置，其特征在于：
其中，所述内盒体还具有相配合的盒盖，用于所述内盒体的密封。
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Application publication date: 20191122 Assignee: Shanghai Bozhen Medical Technology Co.,Ltd. Assignor: University of Shanghai for Science and Technology Contract record no.: X2023310000150 Denomination of invention: A Cell Programmed Ice Planting Device Granted publication date: 20210720 License type: Common License Record date: 20231016 |