CN112938105A - 深低温生殖样本自动化存储系统 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种深低温生殖样本自动化存储系统，属于样本存储设备技术领域，包括：平台，平台开设有存取口，存取口设有存取封盖；液氮罐，位于平台下方，液氮罐的罐口与存取口对接；多个冻存架，设置在液氮罐内，冻存架的顶部具有液相液氮预留消耗的空置腔，空置腔下方设置有多层用于承载样本盒的存放腔；存取模组，设置在液氮罐内，并位于冻存架上方，具有多个样本盒定位空间，用于将样本盒在冻存架与样本盒定位空间之间进行存取；转运机械手，位于平台上方；具有样本试管夹爪，用于在各样本盒定位空间之间转运样本试管；具有样本盒夹爪，用于转运样本盒和带动冻存架升降。结构紧凑合理，可存放大量生殖样本并使其长期处于液氮中。

Description

深低温生殖样本自动化存储系统
技术领域
本发明属于样本存储设备技术领域，具体涉及一种深低温生殖样本自动化存储系统。
背景技术
在生物医疗领域，精子、卵子、胚胎等生殖细胞需要进行冷冻保存。目前的医院或研究机构等普遍是通过手动将放有样本试管的样本盒放置到液氮罐内，不仅效率低，存储过程风险较大，而且通常需要放置大量的液氮罐，占用了较大的空间和大量罐体，但并未达到较高的存储量。
而目前已有的冻存设备普遍是用于一般的细胞和组织样本，其存放是在液氮气相环境中，实现自动存取。但生殖样本需要在液相液氮环境中保存，样本浸泡在液氮液面以下，因此需研发能够用于生殖样本存储的设备。
发明内容
本发明的目的在于提供一种深低温生殖样本自动化存储系统，以解决生殖样本的存储问题。
为实现本发明目的，采用的技术方案为：深低温生殖样本自动化存储系统，包括：
平台，平台开设有存取口，存取口设有存取封盖；
液氮罐，位于平台下方，液氮罐的罐口与存取口对接；
多个冻存架，设置在液氮罐内，冻存架的顶部具有液相液氮预留消耗的空置腔，空置腔下方设置有多层用于承载样本盒的存放腔；
存取模组，设置在液氮罐内，并位于冻存架上方，具有多个样本盒定位空间，用于将样本盒在冻存架与样本盒定位空间之间进行存取；
转运机械手，位于平台上方；具有样本试管夹爪，用于在各样本盒定位空间之间转运样本试管；具有样本盒夹爪，用于转运样本盒和带动冻存架升降。
作为进一步可选方案，所述液氮罐内转动支承有支撑架，支撑架具有将液氮罐的内部上下分为提取区和存放区的支撑板，支撑板竖向开设有与冻存架对应的通孔；冻存架穿过通孔进入存放区、且顶部悬挂支撑于支撑板。
作为进一步可选方案，所述存取模组包括固定架、升降架、并排设置在升降架上的多个铲板，在铲板上形成所述样本盒定位空间，固定架与平台固定连接；每个铲板连接有驱动其伸向冻存架的平移组件，铲板伸向冻存架的一端具有挡条；升降架连接有驱动其沿固定架升降滑动的升降机构。
作为进一步可选方案，所述平移组件包括竖向设置的中心轴、驱动中心轴转动的平移电机、轴向滑动套设在中心轴上的轴套、固定于轴套的齿轮、与齿轮啮合的齿条，轴套转动支承于升降架，平移电机固定于固定架顶部，齿条与铲板固定连接，中心轴与轴套之间设置有防转结构。
作为进一步可选方案，所述升降机构包括固定在固定架顶部的升降电机、与升降电机输出端连接的丝杠、配合在丝杠上的丝杠螺母，丝杠螺母固定于升降架，丝杠转动支承于固定架；丝杠与各平移组件的中心轴并排设置。
作为进一步可选方案，所述存取模组还包括围板，围板共同围设在所有样本盒定位空间的外围。
作为进一步可选方案，所述冻存架的顶端固定有夹持悬挂座。
作为进一步可选方案，所述平台还开设有传送口，传送口设有传送封盖，平台上设置有与传送封盖连接的传送开盖机构。
作为进一步可选方案，所述平台上设置有与存取封盖连接的存取开盖机构。
作为进一步可选方案，还包括固定罩设在平台外围的密封罩，密封罩开设有维护口，维护口设置有将其封闭的密封组件。
本发明的有益效果是：使冻存架浸泡在液相液氮中，需存入样本时，转运机械手带动冻存架上升使待存入的存放腔离开液体，通过液氮罐内上部的存取模组将该存放腔的目标样本盒移至一样本盒定位空间，冻存架下降回位即继续浸泡在液相液氮中，装有外部待存入样本的样本盒则由转运机械手放至另一样本盒定位空间，通过转运机械手实现这两个样本盒定位空间之间的样本试管的转移，即进行挑管，将待存入的样本试管挑至目标样本盒后，冻存架再次上升，由存取模组将该目标样本盒再送回相应的存放腔，液相液氮消耗到液面快低于空置腔时，即在存放腔露出液面之前进行补加液氮。挑管和向冻存架的存取均在液氮罐中的存取模组中进行，结构紧凑合理，空间充分利用，尽量多的存放大量的生殖样本，保证其能够长期处于液氮浸泡状态。
附图说明
为了更清楚地说明本发明的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解的是，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，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是本发明实施例提供的深低温生殖样本自动化存储系统的结构示意图，设备外壳为局部剖开状态；
图2是本发明实施例提供的深低温生殖样本自动化存储系统的内部结构示意图；
图3是平台与下方液氮罐的俯视图；
图4是图3中A-A剖视图；
图5是液氮罐内部结构分布示意图；
图6是图5中支撑板上冻存架顶部悬挂处的局部示意图；
图7是冻存架的结构示意图；
图8是冻存架顶部的夹持悬挂座的结构示意图；
图9是存取模组的结构示意图；
图10是存取模组内部结构示意图；
图11是图10中B处放大图；
图12是图10中平移组件与升降架安装处的局部剖视图；
图13是对接模组的结构示意图；
图14是对接模组的内部结构示意图；
图15是平台上密封罩的结构示意图；
图16是密封组件与平台板的结构示意图，风琴密封套为伸展状态；
附图标记：
100-平台，101-存取口，102-存取封盖，103-存取开盖机构，104-传送口，105-传送封盖，106-传送开盖机构，107-密封罩，108-维护口，109-固定板，120-活动板，121-风琴密封套，122-手套，123-肘夹，
200-液氮罐，201-提取区，202-存放区，203-支撑板，204-通孔，205-冻存架，206-空置腔，207-存放腔，208-夹持悬挂座，209-悬挂轴，210-凸棱，211-平板，212-支撑块，213-样本盒支撑条，214-弹片，
300-存取模组，301-样本盒定位空间，302-固定架，303-升降架，304-铲板，305-挡条，306-导引限位块，307-末端限位板，308-中心轴，309-平移电机，310-轴套，311-齿轮，312-齿条，313-升降电机，314-丝杠，315-丝杠螺母，316-导槽，317-凸条，318-防护板，319-围板，
400-转运机械手，401-样本试管夹爪，402-样本盒夹爪，
500-对接模组，501-仓体，502-抽屉，503-样本盒定位腔，504-封闭外壳，505-加热片，506-风扇，507-挡板。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得所有其他实施例，都属于本发明的保护范围。可以理解的是，附图仅仅提供参考与说明用，并非用来对本发明加以限制。附图中显示的连接关系仅仅是为了便于清晰描述，并不限定连接方式。
需要说明的是，当一个组件被认为是“连接”另一个组件时，它可以是直接连接到另一个组件，或者可能同时存在居中组件。除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本发明的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本发明的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，不是旨在于限制本发明。
下面结合附图及具体实施例对本发明作进一步阐述。
图1至图16示出了本发明提供的深低温生殖样本自动化存储系统，包括：平台100，平台100开设有存取口101，存取口101设有存取封盖102；液氮罐200，位于平台100下方，液氮罐200的罐口与存取口101对接；多个冻存架205，设置在液氮罐200内，冻存架205的顶部具有液相液氮预留消耗的空置腔206，空置腔206下方设置有多层用于承载样本盒的存放腔207；存取模组300，设置在液氮罐200内，并位于冻存架205上方，具有多个样本盒定位空间301，用于将样本盒在冻存架205与样本盒定位空间301之间进行存取；转运机械手400，位于平台100上方；具有样本试管夹爪401，用于在各样本盒定位空间301之间转运样本试管；具有样本盒夹爪402，用于转运样本盒和带动冻存架205升降。
液氮罐200内转动支承有支撑架，支撑架具有将液氮罐200的内部上下分为提取区201和存放区202的支撑板203，支撑板203竖向开设有与冻存架205对应的通孔204；冻存架205穿过通孔204进入存放区202、且顶部悬挂支撑于支撑板203。避免冻存架205直接放置在支撑架底部平板211而因平板211变形造成偏置进而影响冻存架205提取，使冻存架205平稳置于存放区202。冻存架205的顶端固定有夹持悬挂座208，可用于悬挂支撑在支撑板203上，同时样本盒夹爪402通过夹持该夹持悬挂座208将冻存架205提起和放回。
冻存架205即具有顶板、底板、及在顶板与底板之间的侧板，夹持悬挂座208固定在顶板上，可与顶板可拆卸连接，方便维护更换，夹持悬挂座208具有悬挂轴209，悬挂轴209可为四个，并呈十字形分布，即可实现XY两个方向的悬挂限位。冻存架205穿过通孔204进入存放区202、并通过悬挂轴209悬挂支撑于支撑板203。夹持悬挂座208的边缘下表面具有凸棱210，方便样本盒夹爪402利用凸棱210将冻存架205稳定的夹持提起，避免滑落。样本盒夹爪402和样本试管夹爪401均可采用以往现有的夹爪，利用样本盒夹爪402进行夹盒及冻存架205提升，减小了设备空间，结构紧凑。
支撑架转动支撑在液氮罐200内，可平台100上安装驱动支撑架旋转的电机等，冻存架205位于支撑板203与底部的平板211之间，支撑板203与平板211固定连接。冻存架205的底面与平板211之间留有间隙。支撑板203上固定有位于通孔204周围的支撑块212，支撑块212具有与悬挂轴209匹配的支撑槽，对应支撑悬挂轴209，支撑槽可为弧形槽。支撑块212与支撑板203螺钉连接。
液氮罐200内的液相液氮可添加至支撑板203，顶部的空置腔206不放置样本盒，用于液相液氮的预留消耗，这样在需要新补入液氮之前使下方的各层存放腔207中的样本盒始终都能浸泡在液氮中，空置腔206的高度可根据液氮消耗预留的需要来设定。冻存架205最底层的存放腔207也空置，不放置样本盒，防止在冻存架205提升到提取区201时脱离支撑架而难以落回原位，同时也保证了位于最下部的样本盒能够被提取到，存放稳定可靠，能够保障生殖样本的存储环境，并且将冻存架205提升到提取区201进行取放样本盒，仍然保证了深低温环境。
冻存架205中每个存放腔207的底部均固定有两个样本盒支撑条213，两样本盒支撑条213分别固定于冻存架205内的两侧，两样本盒支撑条213之间形成提取操作间隙，即为存取模组300将样本盒进入和移出冻存架205提供操作空间，同时也减轻了冻存架205重量。样本盒支撑条213远离背板3的一端可设有样本盒挡边，起阻挡作用，防止样本盒从冻存架205中脱落。冻存架205中每个存放腔207内的两侧均设置有弹片214，给样本盒施加一定的双向夹紧力，防止样本盒在液相液氮中出现漂浮，紧固样本盒的存放状态，保护样本。
存取模组300包括固定架302、升降架303、并排设置在升降架303上的多个铲板304，在铲板304上形成所述样本盒定位空间301，固定架302与平台100固定连接；每个铲板304连接有驱动其伸向冻存架205的平移组件，铲板304伸向冻存架205的一端具有挡条305；升降架303连接有驱动其沿固定架302升降滑动的升降机构。通过平移组件带动铲板304伸出升降架303，进入存放腔207的样本盒下方，铲板304上升将样本盒承托，再将样本盒勾出进入该铲板304上的样本盒定位空间301，外界的样本盒由转运机械手400带动样本盒夹爪402将样本盒转运至另一铲板304上的样本盒定位空间301，由样本试管夹爪401进行挑管工作，挑管过程在液氮罐200内的液面上方的提取区201进行，既方便操作，又保证了深低温环境，相较于常规机械手更加适用于生殖样本在液氮罐200内的准确存取操作。
升降架303上位于每个铲板304的两侧均固定有导引限位块306，背离挡条305的铲板304上方设有固定于升降架303上的末端限位板307，挡条305与末端限位块相对，与两侧的导引限位块306实现了XY两个方向的定位，末端限位板307和导引限位块306与挡条305之间形成样本盒定位空间301。铲板304设置3个，可以同时对三个样本盒进行挑管处理，对样本试管的存取更加灵活，并可以减少不同样本盒之间挑管的取放时间，提高整体挑管效率。固定架302的顶部悬挂安装固定在平台100上，通过顶部悬挂安装使电机等驱动可处于液氮罐200外部。
平移组件包括竖向设置的中心轴308、驱动中心轴308转动的平移电机309、轴向滑动套设在中心轴308上的轴套310、固定于轴套310的齿轮311、与齿轮311啮合的齿条312，轴套310转动支承于升降架303，平移电机309固定于固定架302顶部，齿条312与铲板304固定连接，中心轴308与轴套310之间设置有防转结构。升降机构包括固定在固定架302顶部的升降电机313、与升降电机313输出端连接的丝杠314、配合在丝杠314上的丝杠螺母315，丝杠螺母315固定于升降架303，丝杠314转动支承于固定架302。在实现了升降和平移功能的同时，结构更加紧凑，减少了占用空间，平移电机309和升降电机313都可竖直安装在固定架302顶部，这样通过顶部驱动器件来带动下方的齿轮311等相关执行零件实现相应的移动，使电机等驱动器件可置于液氮罐200外部来带动液氮罐200内部的执行零件来实现样本盒的提升或平移等动作，不仅保证了功能动作的实现，还避免电机处于深低温环境工作，利于电机的维护，保障其使用寿命。丝杠314与各平移组件的中心轴308并排设置。丝杠314位于任意两个中心轴308之间，利于稳定驱动和力的均衡。
轴套310与中心轴308之间是轴向相对滑动的关系，并且中心轴308的转动通过防转结构带动轴套310一起转动，进而带动齿轮311转动，实现齿条312带动铲板304在升降架303上的平移滑动，防转结构包括相互适配的导槽316和凸条317，导槽316和凸条317中的一者设置在中心轴308的外圆面，另一者设置在轴套310的内圆面。既保障了中心轴308与轴套310间的轴向滑动，又可通过凸条317与导槽316的相嵌配合来带动轴套310随中心轴308一起旋转，实现传动，凸条317与导槽316可设置多组共同作用，防转结构也可采用花键等结构。
升降机构和平移组件外可设置有防护板318，避免样本试管掉入其中。存取模组300还包括围板319，围板319共同围设在所有样本盒定位空间301的外围，避免在挑管过程中出现试管从台面掉落到液氮罐200内这样的重大事故，捡管困难且容易造成样本损坏。
平台100上设置有与存取封盖102连接的存取开盖机构103，可采用常规的升降平移驱动机构即可，将存取封盖102提起后移开，避让存取口101上方空间，方便在上方空间进行转运等动作。
平台100还开设有传送口104，传送口104设有传送封盖105，平台100上设置有与传送封盖105连接的传送开盖机构106。传送口104用于设备与外界的对接，通过传送口104将装有外界待存放样本的样本盒送入设备内，由样本盒夹爪402将其转运至液氮罐200内存取模组300的样本盒定位空间301以进行挑管和存储，存储后再将空的样本盒转运回传送口104送出设备。传送口104的外一侧可设置扫码器，安装在平台100上用于对进入设备的样本盒进行扫码。平台100的传送口104下方可设置对接模组500，对接模组500包括仓体501和滑动设置在仓体501内的抽屉502，抽屉502内具有样本盒定位腔503，仓体501上端与传送口104对接连通，样本盒定位腔503对应在传送口104下方，仓体501固定安装到平台100下方，实现人工向设备存取样本时的样本盒对接，开启抽屉502即可，样本盒经抽屉502送入设备。通过将外界样本盒放置到样本盒定位腔503中即可定位，样本盒夹爪402经传送口104将样本盒从抽屉502取出转运至存取模组300，由试管夹爪进行在存取模组300上的挑管动作，由存取模组300进行与冻存架205之间的存取动作。
由于设备内外温差使样本盒容易结霜，可在仓体501下端连通有除霜循环腔，除霜循环腔包括固定于仓体501的封闭外壳504、在封闭外壳504内上下分布安装的加热片505和风扇506，使空气在仓体501内进行内循环，除霜化水，利于样本盒进入设备内进行后续的存储挑管等工作。仓体501一侧具有开口，仓体501内设置有驱动抽屉502向开口外往复滑动的驱动机构，通过驱动机构带动抽屉502启闭，驱动机构可采用电机和齿轮齿条机构，也可采用其他现有驱动装置。传送开盖机构106也采用常规的升降平移驱动机构即可，进行传送封盖105的升降以及平移，以避让出传送口104上方的空间，方便对样本盒进行转移操作。仓体501外固定有挡板507，挡板507可围设在抽屉502伸出仓体501时的下方和左右两侧，可防止对接操作时样本意外掉落。
平台100上设有固定罩设在平台100外围的密封罩107，密封罩107开设有维护口108，维护口108设置有将其封闭的密封组件。实现设备上腔的密封，并且能够通过维护口108的密封组件来人工手动对设备内干预操作，在不需打开设备上腔、不破坏密封的同时，方便操作，为设备内维护和捡管等情况提供了极大的便利，不影响设备正常工作和样本的日常存储环境，保证了密封性，提高了维护效率。
密封组件包括固定板109、位于密封罩107内部的活动板120和风琴密封套121；风琴密封套121一端与固定板109连接、并与密封罩107外部相通，另一端与活动板120连接；活动板120设置有伸入密封罩107内的手套122，手套122与风琴密封套121相通；固定板109为环状、并固定在密封罩107外表面的维护口108周围；固定板109与密封罩107可拆卸连接，且二者之间设置有密封条。通过手部伸入手套122，风琴密封套121伸展，活动板120跟随手部和风琴密封套121的一端向密封罩107内部移动，不仅帮助手部可在密封罩107内移动到所需位置进行捡管等操作，而且不会影响密封罩107内的深低温环境。完成维护操作后即可将风琴密封套121收缩，同时带动活动板120回到原位，不影响密封罩107内设备正常存取工作。
密封罩107上设置有多个将固定板109向密封罩107压紧的肘夹123，多个肘夹123周向分布在固定板109外围，既能保证密封效果，又能方便实现快速装拆。固定板109上还可设置有把手，便于固定板109的装拆。肘夹123和风琴密封套121均为现有购买件。密封罩107上端还可开设排气口，在排气口安装有单向阀，在充液氮时将设备内的水汽通过排气口挤出密封罩107。
本发明不局限于上述可选实施方式，任何人在本发明的启示下都可得出其他各种形式的产品，但不论在其形状或结构上作任何变化，凡是落入本发明权利要求界定范围内的技术方案，均落在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.深低温生殖样本自动化存储系统，其特征在于，包括：
平台，平台开设有存取口，存取口设有存取封盖；
液氮罐，位于平台下方，液氮罐的罐口与存取口对接；
多个冻存架，设置在液氮罐内，冻存架的顶部具有液相液氮预留消耗的空置腔，空置腔下方设置有多层用于承载样本盒的存放腔；
存取模组，设置在液氮罐内，并位于冻存架上方，具有多个样本盒定位空间，用于将样本盒在冻存架与样本盒定位空间之间进行存取；
转运机械手，位于平台上方；具有样本试管夹爪，用于在各样本盒定位空间之间转运样本试管；具有样本盒夹爪，用于转运样本盒和带动冻存架升降。
2.根据权利要求1所述的深低温生殖样本自动化存储系统，其特征在于，所述液氮罐内转动支承有支撑架，支撑架具有将液氮罐的内部上下分为提取区和存放区的支撑板，支撑板竖向开设有与冻存架对应的通孔；冻存架穿过通孔进入存放区、且顶部悬挂支撑于支撑板。
3.根据权利要求1所述的深低温生殖样本自动化存储系统，其特征在于，所述存取模组包括固定架、升降架、并排设置在升降架上的多个铲板，在铲板上形成所述样本盒定位空间，固定架与平台固定连接；每个铲板连接有驱动其伸向冻存架的平移组件，铲板伸向冻存架的一端具有挡条；升降架连接有驱动其沿固定架升降滑动的升降机构。
4.根据权利要求3所述的深低温生殖样本自动化存储系统，其特征在于，所述平移组件包括竖向设置的中心轴、驱动中心轴转动的平移电机、轴向滑动套设在中心轴上的轴套、固定于轴套的齿轮、与齿轮啮合的齿条，轴套转动支承于升降架，平移电机固定于固定架顶部，齿条与铲板固定连接，中心轴与轴套之间设置有防转结构。
5.根据权利要求3所述的深低温生殖样本自动化存储系统，其特征在于，所述升降机构包括固定在固定架顶部的升降电机、与升降电机输出端连接的丝杠、配合在丝杠上的丝杠螺母，丝杠螺母固定于升降架，丝杠转动支承于固定架；丝杠与各平移组件的中心轴并排设置。
6.根据权利要求1或3所述的深低温生殖样本自动化存储系统，其特征在于，所述存取模组还包括围板，围板共同围设在所有样本盒定位空间的外围。
7.根据权利要求1所述的深低温生殖样本自动化存储系统，其特征在于，所述冻存架的顶端固定有夹持悬挂座。
8.根据权利要求1所述的深低温生殖样本自动化存储系统，其特征在于，所述平台还开设有传送口，传送口设有传送封盖，平台上设置有与传送封盖连接的传送开盖机构。
9.根据权利要求1所述的深低温生殖样本自动化存储系统，其特征在于，所述平台上设置有与存取封盖连接的存取开盖机构。
10.根据权利要求1所述的深低温生殖样本自动化存储系统，其特征在于，还包括固定罩设在平台外围的密封罩，密封罩开设有维护口，维护口设置有将其封闭的密封组件。
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