CN112770839B - 将样品插置于腔室中的系统和方法 - Google Patents

Abstract

样品插置系统(10)包括通道(12)、密封元件(16)和真空设备(18)。通道(12)具有可以连接至诸如低温恒温器的腔室的端口(14)。真空设备(18)可以降低通道(12)中的压力。密封元件(16)布置在通道(12)中并且从通道密封出容积(V)。密封元件(16)包括用于搬运样品的载体构件。密封元件(16)配置为响应于通道(12)中的压力降低至小于由密封元件(16)密封出的容积(V)中的压力，向端口(14)移动载体构件。这有助于减少当将样品插置于腔室中时的存取时间。

Description

将样品插置于腔室中的系统和方法

技术领域

本公开涉及将物体装载至外壳中以及从外壳中卸载物体，例如，用于在实验腔室中使用、用于材料处理等。

背景技术

本公开涉及相对于腔室移动样品的系统和方法。

外壳或者腔室可以用于为待研究、处理或者以其它方式处理的物体提供和维持特定环境。例如，可以有助于在精确限定和控制的环境中研究某些材料性质。在一些示例中，物体可以能暴露于100K以下的相对低的温度。外壳或者腔室可以被称为环境腔室，或者在特定条件下，被称为低温恒温器。

为防止干扰，将腔室的内部与外部绝热可能是有帮助的。为此目的，抑制气态和/或液态物质在腔室的内部和外部之间交换可能是有帮助的。特别地，当将样品插置于腔室中或者从腔室中去除样品时，减少存取时间可能是有帮助的。此外，避免和减少来自腔室的外部的物体与腔室的内部接触可能是有帮助的。

此外，减小将样品插置于腔室中以及从腔室中去除样品的系统的所占空间可能是有帮助的。如果不必要使用致冷剂，则可以进一步降低此类系统的成本和时间费用。

发明内容

在此背景下，本文公开的主题改善将样品插置于腔室中的系统和方法。本领域公知的问题可以由权利要求1的主题解决。根据从属权利要求给出具体实施方式或者示例。

本文中公开一种样品插置系统。该系统包括通道、密封元件和真空设备。通道具有可以连接至腔室的端口。真空设备可以降低通道中的压力。密封元件布置在通道中并从通道密封出一定容积。密封元件包括用于搬运样品的载体构件。密封元件配置为响应于通道中的压力降低至小于由密封元件密封出的容积中的压力，向端口移动载体构件。

根据该样品插置系统，可以通过操作真空设备降低通道内的压力。由密封元件密封出的容积内的压力可以保持不受或较少地受真空设备的操作的影响。当操作真空设备以降低通道内的压力时，在由密封元件密封出的容积和通道的剩余部分之间可以产生压力差或者压力梯度，从而导致从由密封元件密封出的容积指向通道的剩余部分的力。因此，具体地，由密封元件密封出的容积可以沿着通道向端口延伸。因此，附接至密封元件的载体构件的样品可以以与压力有关的方式向端口移动。

本文所述的样品插置系统可以允许样品快速地向通道的端口移动，例如，插置于腔室中。与具有从外部到达腔室内部的刚性物理结构的系统相比，本文所述的样品插置系统可以有助于减小对空间的需求。此外，由于可以使用真空设备降低通道中的压力，因此可以在不使用冷却剂、致冷剂或者任何其它物质来调节通道的温度的情况下，将样品插置于腔室中。

通道可以设置为用于在内部运输样品的导管。通道可以是以气密方式可密封的。通道可以包括气闸或者为气闸的一部分。通道可以为具有圆形截面、或多边形截面或其组合的细长的形状。通道可以从端口线性延伸。通道的截面积可以为常数，或者至少朝向端口部分地减小或增大。在一些示例中，通道可以具有弯曲部分或曲线部分。通道可以是在外部涂覆的、覆盖的或者以其它方式处理的，以使通道的内部容积与外部绝热。通道可以是在内部涂覆的、覆盖的或者以其它方式处理的，以促进密封元件在通道内的机械运动。通道可以包括远离待连接至腔室的端口的进入端口，以允许进入其内部容积，例如，将样品附接至密封元件或者将样品从密封元件分离。

腔室可以为指在温度和/或压力方面提供受控环境的外壳。此外，腔室内的内容物的成分可以是可控的。在一些示例中，腔室指用于在低于10^-4N/m²的真空压力下保持低于150K的温度的低温恒温器。

通道可以通过端口可操作地连接至腔室。端口可以具有形状和/或尺寸与腔室的开口对应的截面。通道还可以包括待固定至腔室的机制。端口可以允许通道以气密方式和密闭方式连接至腔室。为此目的，通道可以包括附加的密封结构，例如，由合成物、橡胶或者硅树脂材料制成的O型环。

可以通过从通道去除或吸取流体来操作真空设备以降低通道内的压力。在本公开中，流体可以指气体、液体、或其混合物。为此目的，真空设备可以流畅地连接至腔室或者可以连接至腔室。真空设备可以包括真空泵或者用于降低压力的任何其它设备。

表述“密封出”可以特指以气密方式将通道的部分容积从通道的剩余部分分离。密封元件可以是不透气的，以保持密封出的容积内的压力独立于真空设备的操作。在一些实例中，密封元件包括密封结构(例如，O型环)以密封通道的内表面。

载体构件可以是不透气的，以保持由密封元件密封出的容积内的压力。载体构件可以由刚性材料制成，或者包括刚性部分。载体构件可以包括待样品附接至其上的部分。载体构件通常可以具有平坦形状、弯曲部分和/或曲率。载体构件可以具有形状与通道的截面相匹配的截面。载体构件可以由例如金属制成，诸如，钢、钢合金、钛、铝、碳纤维增强聚合物、高性能塑料，诸如PEEK等。

根据示例，密封元件可以响应于通道中的压力降低至小于由密封元件密封出的容积中的压力，向端口移动。在该示例中，密封元件可以气密方式将通道的一部分与通道的连接至真空设备的剩余部分分离。此外，通道和密封元件可以布置成当真空设备降低通道内的压力时，与通道的剩余部分分离的部分可以延伸，从而使密封元件朝向端口移动。因此，通道的与通道的剩余部分分离的部分可以与由密封元件密封出的容积对应。

根据示例，密封元件可以响应于通道中的压力降低至小于由密封元件密封出的容积中的压力，向端口延伸。在该示例中，密封元件可以以气密方式围绕通道的一部分，从而将该部分从通道的剩余部分密封出。通道和密封元件可以布置成当通道内的压力降低时，由密封元件密封出的容积可以延伸，以相应地延伸密封元件，并由此向端口移动载体构件。因此，通道的由密封构件围绕的部分可以与由密封元件密封出的容积对应。

根据示例，密封元件配置为以气密方式密封出一定容积。具体地，载体构件可以由不透气材料制成或者涂覆有不透气材料。通过密封元件的气密密封可以允许保持由密封元件密封出的容积和通道之间的压力差。

根据示例，密封元件还包括连接至载体构件的套筒构件。载体构件和套筒构件组合可以以气密方式密封由密封元件密封出的容积。载体构件和/或套筒构件可以根据通道的内部成形和/或定尺寸。例如，通道可以具有圆柱形的内部形状。载体构件可以设置为不透气板状结构，该结构布置成垂直于通道的圆柱体轴或者平行于通道的端口。套筒构件可以设置为可延伸的结构，该结构沿着通道的圆柱形轴布置。载体构件和套筒构件可以以气密方式彼此连接。密封元件还可以包括附加结构(例如，O型环)，以附加地支持通道内部的气密密封。

根据示例，通道具有沿着穿过端口的轴的细长的形状。套筒构件可以沿着该轴延伸和收起，并且载体构件可以沿着该轴移动。套筒构件可以设置为长筒管(gaiter)、波纹管(bellows)、靴管(boot)、柔性管、伸缩管或其组合中的至少一个，以允许由密封元件密封出的容积响应于通道中的压力降低而延伸。套筒构件可以固定至通道的与通道的端口相对的一端。在其中通道具有圆柱形形状的示例中，套筒构件可以沿着圆柱体轴延伸和收起。载体构件可以设置在密封元件的面向通道的端口的端面。载体构件可以物理地联接至套筒构件，以响应于套筒构件沿着通道的圆柱体轴延伸和收起而移动。

根据示例，样品插置系统还包括收起设备，该收起设备配置为在与由密封元件密封出的容积和通道之间的压力差所引起的力相反的方向上收回密封元件。密封元件可以连接至收起设备。因此，收起设备可以用于以可控方式移动或停止密封元件。具体地，可以操作收起设备以防止密封元件不可控地向端口加速并达到不期望的高速。

通道内的压力可以降低至例如10^-7N/m²至10^-10N/m²的超高真空水平，同时由密封元件密封出的容积内的压力保持在大气水平，例如，约10⁵N/m²。由密封元件密封出的容积和通道之间产生的压力差可以加速密封元件而达到朝向通道的端口的非常高的速度。收起设备可以在与朝向端口的方向相反的方向上施加恒定的力，以防止密封元件过快地延伸。

因此，可以操作收起设备以在密封元件上产生和施加力，以至少部分地补偿由密封元件密封出的容积与通道之间的压力差所引起的力。收起设备可以定位于接近通道远离其端口的一端的位置处。例如，收起设备可以包括绞盘，以拉动缆绳、绳、绳索、线等，缆绳、绳、绳索、线等的一端连接至密封元件，另一端连接至绞盘。收起设备还可以包括电动机或者任何其它形式的致动器，以驱动绞盘。

根据示例，样品插置系统还包括以气密方式围绕通道的外壳。外壳可以包括通向通道的进入端口。具体地，外壳可以允许样品插置系统作为一个单元安装至腔室。在一些示例中，外壳可以允许样品插置系统是便携式的。外壳还可以围绕如上所述的收起设备，以及样品插置系统的任何其它结构特征和/或功能特征。

外壳的进入端口可以提供进入通道内部的通道，例如，将样品放置在通道内或者从通道中取出样品。为此目的，通道可以包括如上所述的接入端口。外壳的进入端口和/或通道的进入端口可以允许与外部的气密密封。

根据本公开的另一方面，一种系统包括腔室、通道、密封元件和真空设备。腔室提供其中温度和/或压力受到控制的环境。通道连接至腔室。真空设备可以降低通道中的压力。密封元件布置在通道中并从通道密封出一定容积。密封元件包括用于搬运样品的载体构件。密封元件配置为响应于通道中的压力降低至小于由密封元件密封出的容积中的压力，向腔室移动载体构件和/或将载体构件移动至腔室中。

因此，公开了其中样品插置系统或者如上所述的其任何实施方式连接至腔室的系统。密封元件可以移动载体构件，并且因此当样品附接至载体构件时，可以移动样品超过通道的端口，以将样品插置于腔室中。除非另外指示，否则系统的特征可以对应于上述样品插置系统的特征。

根据示例，腔室可以为提供低于300K、或者低于100K、或者低于5K、或者低于1K的温度的低温恒温器。此外，腔室可以为提供和保持温度、压力或者成分可控的环境的任何其它环境腔室。在示例中，腔室可以为材料处理腔室，诸如炉子、保温箱(incubator)、洁净室、干燥器、高压灭菌器(autoclave)等。

根据本公开的另一方面，提供一种将样品插置于腔室中的方法。该方法包括以下方法步骤：将通道连接至腔室；使用密封元件从通道密封出一定容积；将样品联接至密封元件；以及降低通道中的压力。密封元件可以配置为响应于通道中的压力降低至小于由密封元件密封出的容积中的压力，向腔室移动样品。

如上所述的方法步骤以示例性顺序给出，并且可以以不同顺序重新布置。例如，将通道连接至腔室的方法步骤可以在样品联接至密封元件之后执行。从通道密封出一定容积可以在通道联接至腔室之后执行。

具体地，本文中公开的方法可以使用或者操作如上所述的样品插置系统、系统或者其任何实施方式的至少一部分来应用。该方法的特征可以对应于如上所述的样品插置系统或者系统的结构特征和/或功能特征。例如，可以使用如上所述的真空设备来降低通道内的压力。

根据本公开，由密封元件密封出的容积内的压力可以保持不受或较少地受通道内压力降低的影响。因此，在由密封元件密封出的容积和通道的剩余部分之间产生压力差。压力差导致由密封元件密封出的容积朝向通道(特别是朝向其端口)延伸。因此，如果附接至密封元件，则样品可以以与压力有关的方式向通道的端口移动。

根据示例，该方法还包括在与由密封元件密封出的容积和通道之间的压力差所产生的力相反的方向上机械地收回密封元件的方法步骤。例如，可以使用如上所述的收起设备来执行收回密封元件。

根据示例，该方法还包括通过增加用于机械地收回密封元件所施加的力从腔室移开和/或移出样品。根据该示例，如上所述的样品插置系统或者系统可以操作用于从腔室内取出样品。

根据该方法的示例，密封元件是可延伸的，并且由密封元件密封出的容积响应于通道中的压力降低而延伸。密封元件可以对应于如上所述的密封元件或者其任何示例。

根据示例，该方法还包括将通道中的压力调整至腔室中的压力。例如，可以将腔室内的压力调节至10-⁷N/m²至10^-10N/m²的超高真空水平。通道内的压力可以降低到至少近似该水平，以防止通道和腔室之间的大的压力梯度。

在下文中，将参考附图详细讨论本公开的示例。

附图说明

图1示出根据示例的样品插置系统的截面图的示意图；

图2A和图2B示出根据示例的样品插置系统的截面图的示意图；

图3A和图3B示出根据示例的系统的截面图的示意图；

图4A和图4B示出根据示例的样品插置系统的立体图的示意图；以及

图5示出根据示例的方法的流程图。

具体实施方式

图1示出根据示例(未示出)的样品插置系统10的示意截面图。样品插置系统10包括通道12，通道12具有可连接至腔室的端口14。样品插置系统10还包括密封元件16和真空设备18。

通道12可以是具有圆形或者多边形截面的细长的形状。通道可以具有沿着圆柱轴的旋转对称性。尽管在图1中描绘的通道12具有线性形状，但是通道12还可以包括弯曲部分、曲线部分、结点或其组合。此外，通道12的截面从封闭的前表面(图1中通道12的上边界)向端口14可以是不变的或者改变的。例如，通道12可以朝向端口14逐渐变窄或者变宽。在一些示例中，通道12可以具有在形状和/或大小方面具有不同截面的部分。

通道12的端口14可以为待连接至外壳的开口。如上所述，外壳可以为或者包括诸如低温恒温器的腔室。端口14可以具有圆形截面、多边形截面或其组合。端口14可以包括固定至外壳的结构特征和/或功能特征。例如，端口14可以包括具有固定孔的凸缘，该固定孔待被固定于外壳。附加地或可选地，端口14可以包括固定外壳的不同机制，例如，卡口接头、螺纹部分、摩擦锁等。端口14还可以设置有待以气密方式连接至外壳的密封装置。

密封元件16布置在通道12中。密封元件16可以是可移动地设置在通道12中。例如，密封元件16可以是沿着通道12的圆柱轴可移动的，如附图中的箭头M所示。密封元件16配置为从通道12密封出容积V。从通道12被密封元件16密封出的容积V可以指以气密方式与通道12的剩余部分分离的通道12的容积V，以便抑制或排除通道和密封出的容积V之间的气体交换和/或压力补偿。密封元件16可以是不透气的，以便以气密方式分隔通道12的容积V，从而将其从通道12中密封出。为此目的，密封元件16可以至少部分地围绕容积V。可选地或附加地，密封元件16可以相对于通道12的内侧密封，以将容积V从通道12分离出来。

应理解，当密封元件16在通道12内移动时，密封出的容积V和通道12的剩余部分C两者都改变。例如，当密封元件16向端口14移动时，密封出的容积V增大，通道12的剩余部分C减小。类似地，当密封元件16远离端口14时，密封出的容积V减小，通道12的剩余部分C增大。

密封元件16可以包括载体构件(图1中未示出)以搬运样品。载体构件可以为密封元件16的刚性部分或者结构特征，样品可以附接和/或固定至该刚性部分或者结构特征上。载体构件可以设置有固定机制以固定样品。本文中使用的样品可以指待研究的物体和/或含有待研究的物体的容器。

真空设备18可以降低通道12中的压力，特别是没有被密封元件16密封出的通道12的剩余部分C中的压力。真空设备18可以包括真空泵，以从通道12中吸取流体，特别是气体分子。真空设备18能够将通道12内的压力降低至10^-1至10^-7N/m²的高真空水平、或者10^-7至10^-10的超高真空水平、或者甚至更高的真空水平。

密封元件16可以响应于通道12中的压力降低至小于由密封元件16密封出的容积V中的压力，而向端口14移动。例如，密封元件16可以配置为以气密方式从通道12密封出容积V，以便保持容积V与通道12的剩余部分C之间的压力差。在一些示例中，容积V内的压力保持在约10⁵N/m²的大气水平，而真空设备18降低通道12的剩余部分C内的压力。当通道12的剩余部分C内的压力降低至小于容积V内的压力时，密封元件可以向端口14移动和/或延伸。密封出的容积V和通道12的剩余部分C之间的压力差产生施加在密封元件16上的朝向端口的力F。密封元件16配置为例如相对于通道12成形和布置，以便响应于所述压力差和所产生的力F增加密封出的容积V。密封元件16的载体构件可以布置成响应于密封元件16向端口14移动和/或延伸而向端口14移动。

图2A和图2B示出样品插置系统20的另一示例的示意截面图。除非另外指示，否则样品插置系统20的结构特征和功能特征对应于或类似于或等同于如上参照图1所述的样品插置系统10的结构特征和功能特征。样品插置系统20的与样品插置系统10的特征对应的特征用相同的参考标号表示。

样品插置系统20的密封元件16包括载体构件22以搬运样品。载体构件22可以是密封元件16的刚性部分或者结构特征，样品可以附接和/或固定至该刚性部分或者结构特征。例如，载体构件22为不透气金属板，该不透气金属板具有在形状和/或大小方面与通道12的截面对应的截面。载体构件22可以由钢、合金、钛、铝等制成。此外，载体构件22可以设置有固定机制(未示出)以固定样品。例如，载体构件22可以具有螺纹部分、卡口接头、槽部分或互补突起、或闩锁、或其组合，以与样品结合。

样品插置系统20的密封元件16另外包括套筒构件24。套筒构件24定位于通道12的与端口14相对的一端。套筒构件24可以包括向通道12的端口14延伸的柔性部分。可选地或附加地，套筒构件24可以包括可延伸并可收回的部分。例如，套筒构件24包括伸缩式、可折叠、或者能够卷起和展开的部分。在一些示例中，套筒构件24可以为长筒管(gaiter)、波纹管(bellows)、靴管(boot)、柔性管、伸缩管或其组合。图2A和图2B分别示出处于收起状态和延伸状态的套筒构件24，其中套筒构件24被描绘为波纹管。套筒构件24可以配置为超过端口14延伸，即，通过端口14到达通道12的外部。

密封元件16通过载体构件22和套筒构件24包围容积V。密封元件16以及套筒构件24可以向通道12的外部打开或者是可以打开的，使得密封出的容积V内的压力保持在例如约10⁵N/m²的环境压力下。

因此，当通道12的剩余部分C中的压力降低时，套筒构件24配置为延伸。假设通道12具有圆柱形形状，则套筒构件24布置成沿着通道12的圆柱轴延伸及收回。载体构件22和套筒构件24以气密方式彼此物理连接。因此，载体构件22通过套筒构件24响应于通道12的剩余部分C中的压力降低而延伸，来向端口14移动。因此，套筒构件24的侧表面延伸，导致由密封元件16从通道12密封出的容积V增加。

样品插置系统20还包括收起设备26。收起设备26联接至密封元件16。在一些示例中，收起设备26经由固定至收起设备26和载体构件22两者的连接装置27物理地连接至载体构件22。例如，连接装置包括绳、线、绳索、链、缆绳等以在密封元件16和收起设备26之间形成连接。收起设备26可以配置为施加、调节和/或保持连接装置27的张力。例如，收起设备26配置为放出及拉回连接装置27。在一些示例中，收起设备26是卷起及卷出由电动机28驱动的连接装置27的绞盘。

收起设备26可以施加收回力R，收回力R具有与由容积C和容积V之间的压力差引起的力F相反的分量。因此，收起设备26可以允许控制载体构件22向端口14和/或在超过端口14的相同轴方向上的速度。此外，收起设备26可以用于向收起设备26收回载体构件22。

图3A和图3B示出包括如以上参照图2A和图2B描述的样品插置系统20的系统30的示例的示意截面图。系统30还包括腔室40，样品插置系统20连接至腔室40。特别地，通道12的端口14布置为与腔室40的开口连通。端口14可以包括以上述方式的连接装置，以提供与腔室40的气密联接和/或真空联接。

如图3A和图3B所示的样品插置系统20还包括以气密方式围绕通道12的外壳32。在一些示例中，样品插置系统20可以设置为由外壳32包围的实体。尽管在图3中未明确地示出，但是外壳32可以包括进入端口，该进入端口允许进入通道12的内部，例如，用于插置和取出样品S。在该示例中，外壳32的进入端口以气密和/或真空密封方式从外部密封外壳32的内部。

腔室40的内部空间42由壁44包围。壁44可以以气密、真空密封、绝热、防辐射和/或电绝缘的方式从外部密封腔室40的内部空间42。可以操作腔室40以提供和保持温度和/或压力方面的受控环境。此外，腔室40内的流体的成分可以是可控的。

在一些示例中，腔室40指用于在低于10^-4N/m²的真空压力下保持低于150K的温度的低温恒温器。在具体示例中，腔室40可以为提供低于300K、或低于100K、或低于5K的温度的低温恒温器。在进一步的示例中，腔室40可以是材料处理腔室，诸如炉子、保温箱(incubator)、洁净室等。腔室40还包括平台46，样品S将放置在平台46上。腔室40的内部空间42内的压力可以处于10^-4N/m²至10-¹⁰N/m²的真空水平。

为了将样品S插置于腔室40中，样品S例如经由外壳32的进入端口(未示出)联接到载体构件22。通道12中的压力通过使用真空设备18降低至例如与腔室40的内部空间42内部相同的水平。因此，由密封元件16密封出的容积V向端口14延伸，并超过端口14进入腔室40的内部空间42。

图3A示出系统30的其中密封元件16在通道12内向端口14延伸的状态。图3B示出系统30的其中密封元件16已延伸，使得样品S与平台46接触的另一状态。在系统30的后一状态中，样品S可以被移动或者以其它方式操作，以与载体构件22分离，同时固定至平台46。

在一些示例中，收起设备26可以用于将密封元件16停止在收起状态并阻止密封元件16延伸，直至通道12内的压力降低至期望水平。然后，收起设备26可以通过减小收回力R来允许密封元件16延伸。可以保持收回力R的降低水平，以防止密封元件16过快地延伸。可以对收起设备26的操作进行定时，以在样品S到达平台46时精确地停止密封元件16的延伸。

因此，密封元件16，更具体地说是载体构件22，进入腔室40的内部空间42。因此，附接至载体构件22的样品S插置于腔室40中。密封构件16可以延伸至腔室40的内部空间42中及其内部，直到载体构件22或者样品S到达平台46。样品S可以设置有待固定至平台46的结构，而不需要机械地操作密封元件16。

图4A和图4B示出样品插置系统50的示例的示意立体图。样品插置系统50的结构特征和功能特征可以与以上参照图1至图3B描述的样品插置系统10或者样品插置系统20的结构特征和功能特征对应、或者相似、或者相同。与样品插置系统10或者样品插置系统20的特征对应的样品插置系统50的特征用相同的参考标号表示。图4A描绘样品插置系统50的一些部件从外壳32拆开。图4B描绘处于组装状态的样品插置系统50，即，密封元件16完全插置于腔室12中。

样品插置设备50的外壳32具有带用于组装和安装的结构特征的块状形状。外壳32包括用于提供进入通道12的进入端口52。进入端口52可以通过门54是可关闭的，门54配置为以气密方式密封进入端口52。

外壳32还包括上部端口56，上部端口56是形成在外壳32的上表面58中的开口，用于插置密封元件16，密封元件16包括如上所述的载体构件22和套筒构件24。密封元件16还可以包括凸缘60，以在插置时抵靠上表面58。凸缘60和外壳32的上表面58可以具有相应的固定孔以固定在一起，例如，通过螺钉或螺栓固定在一起。

外壳32还包括第一下部端口62，第一下部端口62是形成在外壳32的侧表面64中的开口，以连接至真空设备。例如，第一下部端口62可以配置为连接至如以上参照图1至图3B所述的真空设备18。侧表面64还可以具有固定孔，以通过例如螺钉或螺栓与管、真空法兰(vacuum flange)、密封件等连接。

外壳32还包括第二下部端口66，第二下部端口66是形成在外壳32的另一侧表面68中的开口。第二下部端口66可以用于例如安装阀以控制通道12和连接至第一下部端口62的真空设备之间的导管的截面。

外壳32还包括具有带固定孔的凸缘部分的端口14。凸缘部分可以是与腔室的端口可连接的，例如，如以上参照图3A和图3B描述的腔室40。凸缘和固定孔可以用于使用例如螺钉或螺栓与腔室的另一凸缘、密封设备等的气密连接。

图5示出将样品S插置于腔室40中的方法70的示例的流程图。具体地，方法70的任何方法步骤可以使用如上所述的样品插置设备10、样品插置设备20和样品插置设备50、以及腔室40(如果适用)中的任何一个来应用和执行。

根据方法70，在72处，将通道连接至外壳，例如，腔室。例如，通道可以具有端口，该端口连接至外壳的端口。外壳可以是环境腔室，具体地可以是低温恒温器，或者用于在其内部提供和保持所期望的温度和/或压力的任何其它腔室。

在74处，使用密封元件将容积从通道密封出。密封元件可以对应于如上所述的密封元件16。密封出可以指以气密方式将通道的部分容积从通道的剩余部分分离。密封元件可以通过抑制密封出的容积与通道的剩余部分之间的气体交换来密封出所述容积。可选地或附加地，密封元件可以通过至少部分地包围所述容积来密封所述容积。

在76处，将样品联接至密封元件。如上所述，样品可以指待研究、加工、处理等的物体。样品还可以包括容纳此类物体的容器。

在78处，降低在通道中的压力。可以使用如上所述的真空设备降低压力。在该方法中，密封元件可以响应于通道中的压力降低至小于由密封元件密封出的容积中的压力，向腔室移动联接至载体构件的样品。根据方法70，密封出的容积内的压力保持较少受通道内压力降低的影响。因此，在密封出的容积和通道的剩余部分之间产生压力差，压力差产生施加在密封元件上的力。密封元件可以布置在通道中，以当经受所述力时，向通道的端口移动。

此外，密封元件可以沿与由密封出的容积和通道的剩余部分之间的所述压力差引起的力相反的方向机械地收回。密封元件可以使用如上所述的收起设备来收回。

此外，通过增加用于机械地收回密封元件所施加的力，样品可以移开和/或移出腔室。因此，如上所述的样品插置系统或者系统也可以操作用于从腔室内取出样品。

此外，可以将通道中的压力调节至10^-1N/m²至10-¹³N/m²之间的真空水平。具体地，通道内的压力可以至少近似地降低至该水平，以防止通道和腔室之间的大的压力梯度。

本文中公开的系统和方法有助于抑制腔室的内部和外部之间的气态物质和/或液态物质的交换。具体地，所公开的主题有助于减少将样品插置于腔室中或者从腔室中取出样品的存取时间。此外，所公开的主题允许避免或者减少来自腔室外部的物体与腔室内部的接触。

此外，所公开的主题可以减少用于将样品插置于腔室中和从腔室中取出样品的系统的空间需求。此外，所公开的主题不需要使用致冷剂，因此降低了成本和时间费用。

参考标号列表

10 样品插置系统

12 通道

14 端口

16 密封构件

18 真空设备

20 样品插置系统

22 载体构件

24 套筒构件

26 收起设备

27 连接装置

28 电动机

30 系统

32 外壳

40 腔室

42 内部空间

44 壁

46 平台

50 样品插置系统

52 进入端口

54 门

56 上部端口

58 上表面

60 凸缘

62 第一下部端口

64 侧表面

66 第二下部端口

68 侧表面

70 方法

72-78 方法步骤

C 剩余部分

F 由压力差产生的力

M 运动方向

R 收回力

S 样品

V 密封出的容积。

Claims (15)

1.样品插置系统(10)，包括：

通道(12)，具有能够连接至腔室(40)的端口(14)；

密封元件(16)，布置在所述通道(12)中，从所述通道(12)密封出容积(V)；以及

真空设备(18)，降低所述通道(12)中的压力，

其中，所述密封元件(16)包括载体构件(22)以搬运样品(S)，

其中，所述密封元件(16)配置为响应于所述通道(12)中的压力降低至小于由所述密封元件(16)密封出的所述容积(V)中的压力，向所述端口(14)移动所述载体构件(22)。

2.根据权利要求1所述的系统，其中，所述密封元件(16)能够响应于所述通道(12)中的压力降低至小于由所述密封元件(16)密封出的所述容积(V)中的压力，向所述端口(14)移动。

3.根据权利要求1或2所述的系统，其中，所述密封元件(16)能够响应于所述通道(12)中的压力降低至小于由所述密封元件(16)密封出的所述容积(V)中的压力，向所述端口(14)延伸。

4.根据权利要求1所述的系统，其中，所述密封元件(16)配置为以气密方式密封出所述容积(V)。

5.根据权利要求1所述的系统，其中，所述密封元件(16)还包括连接至所述载体构件(22)的套筒构件(24)，以及

其中，所述载体构件(22)和所述套筒构件(24)组合以气密方式密封由所述密封元件(16)密封出的所述容积(V)。

6.根据权利要求5所述的系统，

其中，所述通道(12)具有沿着穿过所述端口(14)的轴的细长的形状，

其中，所述套筒构件(24)能够沿着所述轴延伸和收起，以及

其中，所述载体构件(22)能够沿着所述轴移动。

7.根据权利要求1所述的系统，还包括：

收起设备(26)，所述收起设备(26)配置为在与由所述密封元件(16)密封出的所述容积(V)与所述通道(12)之间的压力差产生的力相反的方向上，收回所述密封元件(16)，其中，所述密封元件(16)联接至所述收起设备(26)。

8.根据权利要求1所述的系统，还包括，以气密方式围绕所述通道(12)的外壳(32)，所述外壳(32)包括所述通道(12)的进入端口(52)。

9.根据权利要求1所述的系统，其中，所述腔室(40)为提供低于300K、低于100K、或者低于5K的温度的低温恒温器。

10.系统(30)，包括：

腔室(40)，在所述腔室(40)中温度和/或压力受到控制；

通道(12)，连接至所述腔室(40)；

密封元件(16)，布置在所述通道(12)中，所述密封元件(16)从所述通道(12)密封出容积(V)；以及

真空设备(18)，降低所述通道(12)中压力，

其中，所述密封元件(16)包括用于搬运样品(S)的载体构件(22)，

其中，所述密封元件(16)配置为响应于所述通道(12)中的压力降低至小于由所述密封元件(16)密封出的所述容积(V)中的压力，向所述腔室(40)移动所述载体构件(22)和/或将所述载体构件(22)移动至所述腔室(40)中。

11.将样品(S)插置于腔室(40)中的方法(70)，包括：

(72)将通道(12)连接至腔室(40)；

(74)使用密封元件(16)从所述通道(12)密封出容积(V)；

(76)将样品(S)联接至所述密封元件(16)；以及

(78)降低所述通道(12)中的压力，

其中，所述密封元件(16)配置为响应于所述通道(12)中的压力降低至小于由所述密封元件(16)密封出的所述容积(V)中的压力，向所述腔室(40)移动所述样品(S)。

12.根据权利要求11所述的方法，还包括：

在与由所述密封元件(16)密封出的所述容积(V)和所述通道(12)之间的压力差产生的力(F)相反的方向上机械地收回所述密封元件(16)。

13.根据权利要求12所述的方法，还包括：

通过增加用于机械地收回所述密封元件(16)所施加的力(F)，来将所述样品(S)从所述腔室(40)移开和/或移出。

14.根据权利要求11-13中任一项所述的方法，其中，所述密封元件(16)是可延伸的，并且由所述密封元件(16)密封出的所述容积(V)响应于所述通道(12)中的压力下降而延伸。

15.根据权利要求11所述的方法，还包括：将所述通道(12)中的压力调节至所述腔室(40)中的压力。

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