CN115494054A - 细胞低温超快速冷冻过程观测的可视化冷冻系统 - Google Patents

Abstract

一种用于少量细胞低温超快速冷冻过程观测的可视化冷冻系统，主要包括用于放置待测样品的生物样品舱，用于提供冷冻冷量的低温冷冻台，用于保护系统不结霜、结露的保护气体子系统，用于观察和记录冷冻过程的成像记录子系统，用于控制系统运动实现系统功能的运动控制子系统以及用于监控系统温度的温度测量控制子系统。本发明可对细胞样本进行快速且速度可控的降温；可对在极短时间进行的快速降温过程进行可视成像，便于研究细胞冰晶形成机理；可改变生物样品舱内气氛以及一定程度上改变舱内压力，便于研究不同氛围下样品冷冻过程；通过吹拂干燥保护气的方式防止低温下结露结霜的问题，且换样操作简单。

Description

细胞低温超快速冷冻过程观测的可视化冷冻系统

技术领域

本发明涉及低温生物及生物医疗领域，尤其涉及一种细胞低温超快速冷冻过程可视化观测系统。

背景技术

精子、卵子、胚胎以及微小组织切片等在冷冻保护剂的保护下经历低温过程不会死亡，可以实现长期的低温保存。以往国内外开展了大量的生物样本低温保存相关研究，形成了诸多保存方案，应用于血红细胞、干细胞及免疫细胞等细胞高效保存、辅助生殖、眼角膜肝脏等组织及器官移植和珍稀物种生命资源保护等领域。

生物样品主要成分是水。水分子在低温(主要指-80℃以下)可能存在晶体和玻璃态两种形式，分别对应程序化慢速降温和玻璃化快速降温两种低温保存方式。程序化慢速降温应用相对成熟，但过程中易形成冰晶，造成低温损伤，并且操作多凭经验。玻璃化快速冷冻是通过极快的降温速率，使生物样本中的水直接进入玻璃化状态，细胞内外无冰晶形成，从而避免了低温损伤。对细胞内冰晶形成和细胞外低温保护剂冰晶形成情况的研判是发展细胞及组织损伤最小化冻存技术的前提。有必要对生物样品快速冷冻期间内发生的物理现象进行可视化揭示。

根据现有的专利检索技术发现，公告号为CN203985779U的专利公开了一种细胞组织玻璃化冷冻载体套件，包括承载细胞组织的金属塞网状载体以及用于加持载体的加持件。该套件可将细胞固定在网状载体上，通过浸入液氮的方式进行降温。该发明专利的结构简单，但不具有可视观察及高速记录玻璃化冷冻过程的功能。

公告号为CN210809003U的专利公开了一种玻璃化冷冻装置，包括几个沿同一方向依次设置的腔室，腔室间由管道联通，各腔室注有不同浓度的低温保护剂。该发明旨在解决由于保护剂浓度强烈变化造成细胞/胚胎不良的应激反应。但该装置的体量较大且需要很好的机械配合，并且不能对玻璃化过程中细胞内外形态进行观察。

公告号为CN106153622A的专利公开了一种用于玻璃化冷冻复融观察装置，其主要包括立式显微镜、中空圆柱形隔离盒、底座、观察载体和载体移动仪器。该装置可以观察快速冷冻和复融过程不同玻璃液的状态，但该装置采用液氮或氮气熏蒸进行，易起霜结雾。

公告号为CN110057821A的专利公开了一种用于人类配子快速冻融过程观测的低温显微成像系统，其主要包括配子冻融装置、液氮循环冷却系统、显微成像系统、测量控制系统和抽真空系统，可实现人类配子快速降温并实时观察和记录冷冻过程中样本的变化细节。采用真空的形式对系统内低温部件进行保护，虽然解决了系统内低温部件绝热及防止结雾结霜的需求，但系统的导热机理和绝热结构设计层面必然导致样品舱与冷源需同处于一个真空环境中，从而使得整体系统较庞大，换样过程需要反复进行恢复常压和抽真空操作，不利于研究和临床应用。

发明内容

鉴于现有技术的上述缺陷，本发明提供一种细胞低温超快速冷冻过程的观测系统。该系统可对细胞样本进行快速且速度可控的降温；可对在极短时间进行的快速降温过程进行可视成像，便于研究细胞冰晶形成机理；可改变生物样品舱内气氛以及一定程度上改变舱内压力，便于研究不同氛围下样品冷冻过程；通过吹拂干燥保护气的方式放置低温下结露结霜的问题，且换样操作简单。

本发明的技术解决方案如下：

一种细胞低温超快速冷冻过程观测的可视化冷冻系统，特点在于该系统包括生物样品舱、低温冷冻台、保护气体子系统、成像记录子系统、运动控制子系统和温度测量控制子系统：

所述的生物样品舱整体呈扁圆饼形，包括舱体外壳、样品台和载样片，所述的舱体外壳分为上盖板及底面板两部分，上盖板与底面板通过螺纹形式连接配合为样品提供一个相对封闭的空间；所述的上盖板上开设有观察视窗；所述的底面板开设三个孔：位于所述的底面板中心的中心孔和非中心的保护气体软管通孔和引线孔，该中心孔用于安装所述的样品台，该样品台通过螺纹和低温胶密封粘接形式嵌入所述的底面板；在所述的样品台上设有载样片供放置待冷却的生物样品，所述的样品台、载样片和观察视窗呈同轴分布；

所述的低温冷冻台呈圆筒形，包括冷瓶、导冷棒和柔性遮罩，所述的冷瓶为一开口向上的低温液体容器，内部储存冷冻所需要的工作介质，所述的导冷棒为一圆柱体，高度略高于所述的冷瓶，下端固定在所述的冷瓶内底面中心，浸没在所述的低温工作介质中；所述的柔性遮罩为可伸缩的薄圆筒，下端固定在所述的冷瓶的瓶口，上端为自由端，对裸露在所述的冷瓶外的导冷棒周围进行遮蔽，所述的冷瓶的顶面开设冷瓶保护气体管孔和冷瓶引线孔；

所述的保护气体子系统包括低温液体罐、电加热丝、两条导气软管和流量调节阀，所述的电加热丝伸入所述的低温液体罐内，通过电加热产生干燥的保护气体，在所述的两条导气软管上分别设有所述的流量调节阀；所述的低温液体罐通过所述的两条导气软管分别经所述的样品舱保护气体管孔，冷瓶保护气体管孔与所述的样品舱和所述的导冷棒上端面相通；

所述的运动控制子系统包括样品舱xy轴微调位移台、低温冷冻台z轴移动台、运动控制器和计算机，所述的低温冷冻台z轴移动台的控制端经导线经所述的运动控制器与所述的计算机相连；

所述的生物样品舱置于所述的样品舱xy轴微调位移台上，并在其z方向上固定，所述的低温冷冻台置于所述的低温冷冻台z轴移动台上；

所述的成像记录子系统包括显微镜、高速相机、支架和计算机，所述的支架包括上支架和下支架，所述的上支架将所述的显微镜和高速相机固定在所述的生物样品舱观察视窗的正上方，所述的下支架与所述的样品舱xy轴微调位移台和低温冷冻台的z轴移动台耦合连接；

所述的测量控制子系统包括电加热膜、加热控制器、应力传感器、微型热电偶、数据采集仪和计算机，所述的电加热膜置于所述的样品舱内生物样品台的周壁，该电加热膜通过导线经所述的生物样品舱引线孔与所述的计算机相连，所述的应力传感器置于所述的低温冷冻台导冷棒的下底端，用于测量所述的导冷棒与样品台之间的接触情况；所述的微型热电偶位于所述的样品台和载样片的上表面，用于监测样品的温度，所述的微型热电偶的导线经所述的样品舱的引线孔、数据采集仪与所述的计算机相连；

所述的计算机采集所述的压力传感器的信号，并驱动所述的运动控制子系统调整所述的低温冷冻台在高度方向的位置，所述的应力传感器、导冷棒、低温冷冻台、生物样品舱、生物样品舱观察视窗、显微镜和高速相机自下而上同轴分布，由所述的低温冷冻台z轴移动台将低温冷冻台移升，所述的计算机通过调整所述的低温冷冻台的导冷棒接触所述的样品台下底面的接触程度，实现对样品的按需降温，同时通过样品台周壁的电加热膜协同控制样品的降温速率。

本发明具有以下有益的技术效果：

1.本发明以充分预冷的热沉和高效热传导为技术手段，实现样品的超快速降温；避免样品直接暴露在液氮中；通过协同控制导冷棒和样品台的接触程度以及电加热膜的加热功率可在一定范围内控制样品降温速率。

2.本发明采用样品舱和冷源分体式结构，采用开式低温部件配合干燥保护气体氛围(对导冷棒裸露处和生物样品舱吹拂干燥保护气体)的方式，实现冷冻操作，使整个装置结构简化，置换样操作简化，且无结霜结露隐患。并且生物样品舱内气氛可控，压力一定范围可控，可实现不同气氛条件下的生物样品快速冷冻。

3.可实现极短时间内快速冷冻过程的视频捕捉和记录。

附图说明

图1为本发明细胞低温超快速冷冻过程的观测系统结构示意图。

图2是样品舱的示意图

图3是低温冷冻台的示意图

具体实施方式

下面结合附图介绍本发明的优选实施例，对发明进行更清晰详细的说明。

请参见图1、图2、图3，图1为本发明细胞低温超快速冷冻过程的观测系统结构示意图，图2是样品舱的示意图，图3是低温冷冻台的示意图，由图可见，本发明细胞低温超快速冷冻过程观测的可视化冷冻系统，包括生物样品舱1、低温冷冻台2、保护气体子系统3、成像记录子系统4、运动控制子系统5和温度测量控制子系统6：

所述的生物样品舱1整体呈扁圆饼形，包括舱体外壳1-1、样品台1-2和载样片1-3，所述的舱体外壳1-1分为上盖板1-5及底面板1-4两部分，上盖板1-5与底面板1-4通过螺纹形式连接配合为样品提供一个相对封闭的空间；所述的上盖板1-5上开设有观察视窗1-6；所述的底面板1-4开设三个孔：位于所述的底面板1-4中心的中心孔和非中心的保护气体软管通孔1-7和引线孔1-8，该中心孔用于安装所述的样品台1-2，该样品台1-2通过螺纹和低温胶形式嵌入所述的底面板1-4；在所述的样品台1-2上设有载样片1-3供放置待冷却的生物样品，所述的样品台1-2、载样片1-3和观察视窗1-6呈同轴分布；

所述的低温冷冻台2呈圆筒形，包括冷瓶2-1、导冷棒2-2和柔性遮罩2-3，所述的冷瓶2-1为一开口向上的低温液体容器，内部储存冷冻所需要的工作介质，所述的导冷棒2-2为一圆柱体，高度略高于所述的冷瓶2-1，其下端固定在所述的冷瓶2-1内底面中心，浸没在所述的低温工作介质中；所述的柔性遮罩2-3为可伸缩的薄圆筒，下端固定在所述的冷瓶2-1的瓶口，上端为自由端，对裸露在所述的冷瓶2-1外的导冷棒2-2周围进行遮蔽，所述的冷瓶2-1的顶面开设冷瓶保护气体管孔2-4和冷瓶引线孔2-5；

所述的保护气体子系统3包括低温液体罐3-1、电加热丝3-2、两条导气软管3-3和流量调节阀3-4，所述的电加热丝3-3伸入所述的低温液体罐3-1内，通过电加热产生干燥的保护气体，在所述的两条导气软管3-3上分别设有所述的流量调节阀3-4；所述的低温液体罐3-1通过所述的两条导气软管3-3分别经所述的样品舱保护气体管孔1-7，冷瓶保护气体管孔2-4与所述的样品舱1和所述的导冷棒2-2上端面相通；

所述的运动控制子系统4包括样品舱xy轴微调位移台4-1、低温冷冻台z轴移动台4-2、运动控制器4-3和计算机7，所述的低温冷冻台z轴移动台4-2的控制端经导线经所述的运动控制器4-3与所述的计算机7相连；

所述的生物样品舱1置于所述的样品舱xy轴微调位移台4-1上，并在其z方向上固定，所述的低温冷冻台2置于所述的低温冷冻台z轴移动台4-2上；

所述的成像记录子系统5包括显微镜5-1、高速相机5-2、支架5-3和计算机7，所述的支架5-3包括上支架和下支架，所述的上支架将所述的显微镜5-1和高速相机5-2固定在所述的生物样品舱观察视窗1-6的正上方，所述的下支架与所述的样品舱xy轴微调位移台4-1和低温冷冻台的z轴移动台4-2耦合连接；

所述的测量控制子系统6包括电加热膜6-1、加热控制器6-2、应力传感器6-3、微型热电偶6-4、数据采集仪6-5和计算机7，所述的电加热膜6-1置于所述的样品舱内生物样品台1-2的周壁，该电加热膜6-1通过导线经所述的生物样品舱引线孔1-8与所述的计算机7相连，所述的应力传感器6-3置于所述的低温冷冻台导冷棒2-2的下底端，用于测量所述的导冷棒2-2与样品台1-2之间的接触情况；所述的微型热电偶6-4位于所述的样品台1-2和载样片1-3的上表面，用于监测样品的温度，所述的微型热电偶6-4的导线经所述的样品舱的引线孔1-8、数据采集仪6-5与所述的计算机7相连；

所述的计算机7控制所述的运动控制子系统4，所述的低温冷冻台2、生物样品舱1、生物样品舱观察视窗1-6、应力传感器6-3、导冷棒2-2、显微镜5-1和高速相机5-2自下而上同轴分布，由所述的低温冷冻台z轴移动台4-2将低温冷冻台2移升，所述的计算机7通过调整所述的低温冷冻台2的导冷棒2-2接触所述的样品台1-2的下底面，实现对样品的快速降温，通过样品台1-2周壁的电加热膜6-1、导冷棒2-2和样品台1-2的接触程度协同控制样品的降温速率。

实施例

上盖板1-4上开设有材质为石英玻璃的观察视窗1-6。底面板1-5开设三个孔：一孔位于底面板1-5中心处，该孔用于定位安装样品台1-2，样品台1-2通过螺纹和低温胶的形式嵌入底面板1-5；另外两孔设于中心孔外侧，分别为保护气氛控制孔1-7和引线孔1-8。导气管通过保护气氛控制孔1-7将保护气体输送至生物样品舱内，从而控制舱内氛围，并且一定程度控制舱内压力。引线孔1-8实现样品舱1内外引线连接通信。样品台1-2由导热系数高的纯银材料制成，呈小圆柱体状，嵌入底面板1-5中并微微向外凸起于底面板1-5。样品台1-2上设有蓝宝石材质的载样片1-3供放置待冷却的生物样品，以防止生物样品直接接触纯银材质的样品台可能带来的不良影响。载样片1-3与样品台1-2间通过机械固定方式压紧，以保证良好的传热效果。空间位置上，观察视窗1-6、载样片1-3和样品台1-2呈上下同轴分布。

所述的低温冷冻台2整体呈圆柱筒形，为一开口系统，置于生物样品舱1正下方，其包括冷瓶2-1、导冷棒2-2和柔性遮罩2-3冷瓶2-1是有真空夹层的，双层绝热材料制成的开口式瓶装容器，内贮存一定量低温液体，具体地为液氮，为样品冷冻提供冷量。导冷棒2-2是由导热系数高的材料制成，具体地为无氧铜，为圆柱形，其直径小于样品台的直径，其高度略高于冷瓶2-1。导冷棒2-2固定于冷瓶2-1内底面的中心处，样品台呈同轴心分布：即导冷棒2-2下部浸没在低温液体中，上端一小部分裸露在冷瓶2-1外可与样品台1-2底面接触，将低温液体的冷量传导给样品台1-2，进而传导给样品台1-2上的样品，实现样品冷冻降温。柔性遮罩2-3可伸缩变形的薄圆筒形结构，其一端固定于冷瓶2-1的瓶口，另一端为自由端，其伸展高度高过导冷棒2-2，可为裸露在冷瓶2-1外的导冷棒2-2周围提供一定遮蔽。冷瓶2-1上底面开设保护气氛控制孔2-4，和引线孔2-5。导气管通过气氛控制孔2-4引入保护气体对导冷棒2-2上端面进行吹拂，以防止其结霜结露从而导致传热恶化。引线孔13使压力传感器6-3引线穿出冷瓶，与数据采集仪6-5连接，实现通信。

所述的保护气体子系统3包括低温液体罐3-1，电加热丝3-2，导气软管3-3，流量调节阀3-4。保护气体子系统主要用来产生和输送保护气体。出于简便操作过程及减少设备体量的考虑，整体系统存在开口式低温部件，而未采用真空方式进行隔离，而采用干燥气体置换开口部件附近潮湿氛围的方式从源头上防止结霜结露问题。具体地，低温液体罐内贮存液体为一定量液氮。电加热丝3-3伸入低温液体罐3-1内，罐口接有导气软管3-3，导气软管的一端接有流量调节阀。通过电加热使液氮汽化，产生保护气体，具体地为干燥氮气。罐内压力的增加使保护气体沿导气软管向罐外排出，通过流量调节阀3-4控制输送气体流量。保护气体通过保护气氛控制孔1-7和2-4输送至样品舱内和导冷棒2-2上断面处，改变样品舱和开式低温部件的环境氛围，防止出现结霜揭露现象。

所述的运动控制子系统4包括样品舱xy轴微调位移台4-1、低温冷冻台z轴移动台4-2、运动控制器4-3和计算机17。生物样品舱1置于样品舱xy轴微调位移台4-1上，并在其z方向上固定，通过样品舱xy轴微调位移台4-1可对样品舱水平面内位置进行调节从而进行置样操作。低温冷冻台2置于低温冷冻台z轴移动台4-2上，通过运动控制器将低温冷冻台z轴移动台4-2和计算机17进行通讯连接。通过低温冷冻台z轴移动台4-2可改变低温冷台2竖直面内位置，从而决定导冷棒2-2上端面是否与样品台下端面接触，进而控制样品的冷冻降温。

所述成像记录子系统5包括显微镜5-1，高速相机5-2，支架5-3以及计算机7。支架5-3上部分将显微镜5-1镜头和高速相机5-2固定于生物样品舱观察视窗1-6正上方，支架5-3下部分耦合连接样品舱xy轴微调位移台4-1和低温冷冻台z轴移动台4-2。

所述的测量控制子系统6包括电加热膜6-1，加热控制器6-2，应力传感器6-3，微型热电偶6-4，数据采集仪6-5和计算机7。电加热膜6-1置于样品舱内生物样品台1-2周壁，通过生物样品舱引线孔6-1与加热控制器6-2和计算机7进行连接，通过计算机7可调节加热功率。应力传感器6-3置于低温冷冻台导冷棒底端，测量导冷棒2-2与样品台1-2间接触程度。微型热电偶6-4位于样品台1-2上表面，用于监测样品温度，通过样品舱引线孔1-8与数据采集仪6-5以及计算机7连接。

所述的低温冷冻台2和生物样品舱1上下同轴心分布。由低温冷冻台z轴移动台4-2将低温冷冻台2移升，从而使低温冷冻台的导冷棒2-2上底面接触生物样品舱样品台1-2的下底面。具体的导冷棒2-2为无氧铜制成，样品台1-2为纯银材质，通过热传导的方式，实现对样品的快速降温。使用过程中可在样品台1-2与导冷棒2-2间垫入铟片强化两者的接触情况。两者间不同的压紧力会导致两平面间不同的接触程度，从而导致两者间不同的接触热阻，再配合样品台周壁的电加热膜6-1协同控制样品的降温速率。

该装置的工作过程如下：

首先将系统各个子系统正确连接。

然后检查保护气体子系统3是否可以正常输出保护气体，导气软管3-3有无漏气现象；检查运动控制子系统4是否可以正常工作；检查测量控制子系统6读数是否正确。

检查实验系统无系统问题后，将低温冷冻台1降至最低端，开启保护气体子系统3，打开低温冷冻台的保护气体阀3-4，等待一段时间待导冷棒2-2在保护气体氛围内，向冷瓶2-2中倒入合适体积的液氮。然后打开生物样品舱上盖板1-4进行置样操作，再旋紧上盖板1-4，打开生物样品舱保护气体阀3-4。调节样品舱xy轴微调位移台4-1以及显微镜5-1使生物样本出现在目镜视野中心，并且成像清晰。

开启高速相机5-2准备记录，控制低温冷冻台z轴移动台4-2抬升低温冷冻台2，至导冷棒2-2与样品台1-2以合适的接触程度接触，输入合适的电加热膜6-1功率，记录样品降温过程。降温冷冻过程结束后，将低温冷冻台2下降，使导冷棒2-2与样品台1-2脱离，等待样品复温后，检查冷瓶2-1中液氮是否具有合适的体积，如果液氮量过少可进行补加，然后可重新进行置样操作，开始下一个低温冷冻实验。

实验表明，本发明可对细胞样本进行快速且速度可控的降温；可对在极短时间进行的快速降温过程进行可视成像，便于研究细胞内外冰晶形成机理；可改变生物样品舱内气氛以及一定程度上改变舱内压力，便于研究不同氛围下样品冷冻过程；通过吹拂干燥保护气的方式放置低温下结露结霜的问题，且换样操作简单。

以上详细描述了本发明的具体实施例。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改变。因此凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、替换等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (1)

1.一种细胞低温超快速冷冻过程观测的可视化冷冻系统，特征在于该系统包括生物样品舱(1)、低温冷冻台(2)、保护气体子系统(3)、成像记录子系统(4)、运动控制子系统(5)和温度测量控制子系统(6)：

所述的生物样品舱(1)整体呈扁圆饼形，包括舱体外壳(1-1)、样品台(1-2)和载样片(1-3)，所述的舱体外壳(1-1)分为上盖板(1-5)及底面板(1-4)两部分，上盖板(1-5)与底面板(1-4)通过螺纹形式连接配合为样品提供一个相对封闭的空间；所述的上盖板(1-5)上开设有观察视窗(1-6)；所述的底面板(1-4)开设三个孔：位于所述的底面板(1-4)中心的中心孔和非中心的保护气体软管通孔(1-7)和引线孔(1-8)，该中心孔用于安装所述的样品台(1-2)，该样品台(1-2)通过螺纹和低温胶密封粘接形式嵌入所述的底面板(1-4)；在所述的样品台(1-2)上设有载样片(1-3)供放置待冷却的生物样品，所述的样品台(1-2)、载样片(1-3)和观察视窗(1-6)呈同轴分布；

所述的低温冷冻台(2)呈圆筒形，包括冷瓶(2-1)、导冷棒(2-2)和柔性遮罩(2-3)，所述的冷瓶(2-1)为一开口向上的低温液体容器，内部储存冷冻所需要的工作介质，所述的导冷棒(2-2)为一圆柱体，高度略高于所述的冷瓶(2-1)，其下端固定在所述的冷瓶(2-1)内底面中心，浸没在所述的低温工作介质中；所述的柔性遮罩(2-3)为可伸缩的薄圆筒，下端固定在所述的冷瓶(2-1)的瓶口，上端为自由端，对裸露在所述的冷瓶(2-1)外的导冷棒(2-2)周围进行遮蔽，所述的冷瓶(2-1)的顶面开设冷瓶保护气体管孔(2-4)和冷瓶引线孔(2-5)

所述的保护气体子系统(3)包括低温液体罐(3-1)、电加热丝(3-2)、两条导气软管(3-3)和流量调节阀(3-4)，所述的电加热丝(3-3)伸入所述的低温液体罐(3-1)内，通过电加热产生干燥的保护气体，在所述的两条导气软管(3-3)上分别设有所述的流量调节阀(3-4)；所述的低温液体罐(3-1)通过所述的两条导气软管(3-3)分别经所述的样品舱保护气体管孔(1-7)，冷瓶保护气体管孔(2-4)与所述的样品舱(1)和所述的导冷棒(2-2)上端面相通；

所述的运动控制子系统(4)包括样品舱xy轴微调位移台(4-1)、低温冷冻台z轴移动台(4-2)、运动控制器(4-3)和计算机(7)，所述的低温冷冻台z轴移动台(4-2)的控制端经导线经所述的运动控制器(4-3)与所述的计算机(7)相连；

所述的生物样品舱(1)置于所述的样品舱xy轴微调位移台(4-1)上，并在其z方向上固定，所述的低温冷冻台(2)置于所述的低温冷冻台z轴移动台(4-2)上；

所述的成像记录子系统(5)包括显微镜(5-1)、高速相机(5-2)、支架(5-3)和计算机(7)，所述的支架(5-3)包括上支架和下支架，所述的上支架将所述的显微镜(5-1)和高速相机(5-2)固定在所述的生物样品舱观察视窗(1-6)的正上方，所述的下支架与所述的样品舱xy轴微调位移台(4-1)和低温冷冻台的z轴移动台(4-2)耦合连接；

所述的测量控制子系统(6)包括电加热膜(6-1)、加热控制器(6-2)、应力传感器(6-3)、微型热电偶(6-4)、数据采集仪(6-5)和计算机(7)，所述的电加热膜(6-1)置于所述的样品舱内生物样品台(1-2)的周壁，该电加热膜(6-1)通过导线经所述的生物样品舱引线孔(1-8)与所述的计算机(7)相连，所述的应力传感器(6-3)置于所述的低温冷冻台导冷棒(2-2)的下底端，用于测量所述的导冷棒(2-2)与样品台(1-2)之间的接触情况；所述的微型热电偶(6-4)位于所述的样品台(1-2)和载样片(1-3)的上表面，用于监测样品的温度，所述的微型热电偶(6-4)的导线经所述的样品舱的引线孔(1-8)、数据采集仪(6-5)与所述的计算机(7)相连；

所述的计算机(7)采集所述的应力传感器(6-3)的信号，并驱动所述的运动控制子系统(4)调整所述的低温冷冻台(2)在高度方向的位置，所述的应力传感器(6-3)、导冷棒(2-2)、低温冷冻台(2)、生物样品舱(1)、生物样品舱观察视窗(1-6)、显微镜(5-1)和高速相机(5-2)自下而上同轴分布，由所述的低温冷冻台z轴移动台(4-2)将低温冷冻台(2)移升，所述的计算机(7)通过调整所述的低温冷冻台(2)的导冷棒(2-2)接触所述的样品台(1-2)下底面的接触程度，实现对样品的按需降温，同时通过样品台(1-2)周壁的电加热膜(6-1)协同控制样品的降温速率。

Images