CN115875887A - 自动低温储存系统 - Google Patents

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Abstract

本申请涉及自动低温储存系统。一种自动低温储存系统包括冷冻器(120)和自动化系统，该自动化系统用于提供样品去往和离开该冷冻器的自动转移。该冷冻器包括轴承和穿过该冷冻器的驱动轴，该驱动轴被联接到位于该冷冻器内部的架承载器上并且被适配成用于联接到电机上。该自动化模块包括被自动地定位在该冷冻器的进入端口(122)上方的架拉出器(150)。该架拉出器与该冷冻器内的样品架接合、并将该架升高到位于该冷冻器外部的绝热套管(160)中。由该绝热套管，在该样品架返回至该冷冻器之前可以向该样品架添加以及从该样品架移除样品。

Description

自动低温储存系统
本申请是申请号为201680019912.0(国际申请号PCT/US2016/025002)、国际申请日为2016年03月30日、发明名称为“自动低温储存系统”的发明专利申请的分案申请。
技术领域
本申请涉及自动低温储存系统。
背景技术
低温保存是在长期储存中维持生物物质完整性所必需的过程。在足够低的温度下，此类物质的所有化学过程和生物功能被有效地停止，从而允许它们在几乎任何时间长度内被安全地储存。低温储存冷冻器通过提供绝热和受控的低温环境来容纳许多生物样品或其他样品，实现了这种储存。在典型的储存冷冻器中，将样品装载到架或托盘中，每个架或托盘都保持若干样品。从冷冻器的低温环境中手动移除架或托盘，将该架或托盘呈现给使用者，以便从储存冷冻器移除样品或者向储存冷冻器添加样品。
发明内容
本披露的示例性实施例提供了一种包括冷冻器和自动取出系统的低温储存系统。该冷冻器在低温环境中储存多个样品架，并且包括能够通过位于该冷冻器的顶部部分处的端口进入低温环境的门。该取出系统可以包括驱动系统、绝热套管和架拉出器。该驱动系统可以安装到该冷冻器的该顶部部分上，并且操作来使这些样品架旋转以便将这些样品架中的选定一个与该端口对准。该绝热套管在该端口上方容纳该选定的样品架，并且包括套管端口以用于使得用户能够从该样品架触及选定样品盒。该架拉出器可以安装到该冷冻器的该顶部部分上，并且操作来接合该选定的样品架，以便将该架升高穿过该冷冻器端口并进入该绝热套管中。
在另外的实施例中，该冷冻器可以还包括架承载器，该架承载器被配置成用于通过对应的架顶部部分来悬挂该多个样品架中的每一个。该架承载器可以包括具有多个开口的架安装件，该架安装件将该多个样品架中的每一个悬挂在该多个开口中的对应一个处。这些开口中的每一个可以包括从该架安装件的顶表面竖直延伸的引导件，该引导件被适配成用于使对应的样品架在该开口内居中。该驱动系统可以与轴接合以便使该架承载器旋转。在这种构型中，该架承载器可以还包括架安装件，该轴基本上经由该架安装件来悬挂该架承载器。该架承载器还可以包括多个轨道，每个轨道邻近该多个样品架中的对应一个定位。
在另外一些实施例中，该多个架中的每一个可以包括位于该架的顶部部分处的引导板，该引导板包括用于与该架拉出器接合的至少一个成型件(formation)。该取出系统还可以包括用于自动地打开和关闭该门的致动器。该系统可以还包括安装件，该安装件被配置成用于将该绝热套管和该架拉出器中的一者或两者安装到该冷冻器的该顶部部分上。该安装件可以使得能够手动地远离该端口重新定位该绝热套管，以便使得能够手动地触及该多个样品架。该安装件可以还包括手动释放件，该手动释放件使得能够独立于该取出系统的动力状态进行该手动重新定位。
在另外的其他实施例中，该架拉出器可以操作来将该选定的样品架升高到使该选定样品盒与套管端口对准的位置。当该选定的样品盒与该套管端口对准时，该绝热套管还可以防止触及该选定的样品架的其他样品盒。该绝热套管可以还包括将排出气体引导到该绝热套管中的入口。在将这些样品架中的该选定一个升高到该绝热套管中之前，该取出系统可以将该排出气体引导到该绝热套管中。
在另外的实施例中，该系统可以包括传送机，该传送机操作来使该绝热套管和架拉出器自动地朝向该端口移动。该绝热套管和架拉出器可以通过该传送机安装到该冷冻器的顶表面上。进一步地，该冷冻器可以是低温液体冷却的真空绝缘容器。
另外一些实施例可以包括一种低温储存的方法。多个样品架可以储存在维持低温环境的冷冻器中。这些样品架可以被自动地旋转，以使这些样品架中的选定一个与穿过该冷冻器的顶部部分的端口对准。可以自动地打开与该端口对应的门，并且可以经由夹持设备自动地接合该选定的样品架。然后，可以经由该夹持设备自动地将该选定的样品架升高穿过该端口并穿过该冷冻器外部的绝热套管。该选定样品架的选定样品盒可以自动地与该绝热套管的套管端口对准，以使得用户能够触及该选定样品盒。
另外其他的实施例可以包括一种从低温环境取出样品的方法。可以在冷冻器之上的绝热套管内维持不受控制的环境。可以将排出气体引导到该绝热套管中。可以将样品架升高穿过该冷冻器的端口进入该绝热套管中，以便使得能够通过该绝热套管的端口触及该架中的至少一个样品。然后可以将该样品架从该绝热套管下降到该冷冻器中。该绝热套管可以安装到该冷冻器的顶部部分上。进一步地，在该样品架下降之后，可以将该不受控制的环境重新引入该绝热套管内。
在另外的实施例中，一种低温储存设备可以包括含有低温环境的冷冻器以及使得能够通过该冷冻器的顶部部分进入该低温环境的端口。该冷冻器内的旋转的架承载器包括多个架安装特征，这些架安装特征被配置成用于接纳样品储存架。该支架承载器通过联接到这些样品储存架的每个上端的接口构件来紧固这些样品储存架。该架承载器使得能通过该端口手动地移除这些样品储存架，并且该架承载器可以被重新配置成通过电机进行旋转，并允许通过与该冷冻器联接的取出模块来取出这些样品储存架。该冷冻器包括具有与该架承载器联接的旋转轴承构件的轴承以及联接到该冷冻器的固定座圈。为了进行手动操作，该轴承被配置成用于当该固定座圈与该旋转轴承构件联接时支撑该架承载器。该冷冻器还包括轴接口，该轴接口提供穿过该冷冻器的至少一部分的驱动轴。为了实现自动旋转，驱动轴具有被配置成用于联接到电机上的外部部分和联接到架承载器上的内部部分。为了重新配置该冷冻器，该驱动轴能够使得该架承载器的竖直平移能够将该旋转轴承构件与该固定座圈脱离。该驱动轴被配置成用于当该旋转轴承构件与该固定座圈脱离时支撑该架承载器。
在一些实施例中，这些样品储存架通过这些接口构件从这些架安装特征悬垂。与该电机联接的该驱动轴可以将该旋转轴承提升离开该固定座圈，并且使得该电机能够经由该驱动轴来支撑该架承载器并将其调平。
该低温储存设备可以包括手动旋转配置和自动旋转配置，其中在该手动旋转配置中该支架承载器安置在该旋转轴承上，并且在该自动旋转配置中该架承载器从联接到该电机上的该驱动轴悬垂。将该驱动轴连接到该电机提升该架承载器离开该旋转轴承，并且使该可配置的低温储存设备从该手动旋转配置变换到该自动旋转配置。在一些实施例中，在该自动旋转配置中，该电机经由该驱动轴来支撑该架承载器的重量。这些架安装特征可以联接到该驱动轴的内端，这些架安装特征支撑该架承载器。
在一些实施例中，该驱动轴的外端包括被适配成用于将该驱动轴拧入电机组件的相应螺纹中的螺纹，并且将该驱动轴拧入该电机组件的相应螺纹中提升该架承载器离开该轴承。
在一些实施例中，该冷冻器还包括一定体积的低温液体，其中该架承载器的下部部分延伸到该一定体积的低温液体中。该顶板与该下部部分的热接触使得这些架安装特征能够将热传导到该一定体积的低温液体中，并且在这些样品储存架上方形成冷却的热质体。
在一些实施例中，这些接口构件中的每一个包括被适配成用于接纳定位销的通孔，这些通孔使得能够通过这些定位销推动该接口构件上的任何霜冻穿过这些通孔。
在一些实施例中，该旋转轴承可以是球形轴承，该球形轴承包括球形特征以及围绕该球形特征的表面的一部分的相应的运行表面，该球形特征可以整合到该驱动轴中并且该相应的运行表面可以联接到该冷冻器上，并且将该驱动轴联接到该电机提升该球形特征并将该球形特征与该相应的运行表面分开。
在一些实施例中，该冷冻器的该顶部部分的外表面包括被适配成用于将该电机紧固到该冷冻器上的安装点。当该可配置的低温储存设备处于该自动配置中时，这些安装特征支持该电机和该架承载器的重量。这些安装点可以将该电机和该架承载器调平。
在一些实施例中，该冷冻器的该顶部部分的外表面包括被适配成用于紧固取出模块的至少一个安装特征，该取出模块被配置成进入该冷冻器并且经由该接口构件接合该多个样品储存架中的选定一个并且将这些样品储存架中的该选定一个升高穿过该门并进入该取出模块。
在一些实施例中，每个接口构件包括从该接口构件的至少两个相对侧突出的三个定位销，并且可以整合到顶板中的每个架安装特征还包括被适配成用于接纳该接口构件的每个定位销的相应凹槽。在一些实施例中，该多个架安装特征的每个相应开口包括围绕该相应开口的引导翅片，以便当该样品储存架通过这些架安装特征或该顶板中具有这些架安装特征的相应开口下降时、引导该多个样品储存架中的一个的底端。在一些实施例中，围绕每个相应开口的这些引导翅片包括相应的凹槽。当被接纳时，该三个定位销和相应的凹槽在三个维度上限制该接口构件和所附接的样品储存架。
本发明的另一个示例性实施例是一种低温储存设备，其具有冷冻器和使得能够通过该冷冻器的顶部部分进入该低温环境的门。该冷冻器包括：旋转轴承以及提供穿过该冷冻器的驱动轴的轴接口，该驱动轴具有被适配成用于联接到电机上的外端和位于该冷冻器内部的内端；位于该冷冻器内部的一定体积的低温流体，该一定体积的低温流体在该冷冻器内部的底面上形成池；以及定位在该冷冻器内部的架承载器，该架承载器保持多个样品储存架。该架承载器包括具有多个架安装特征的顶板，其中这些架安装特征中的每一个被适配成用于通过该顶板中的相应开口接纳样品储存架。该架承载器的下部部分延伸到该一定体积的低温液体中。该顶板经由该架承载器的该下部部分与该低温流体热收缩，并且该顶板将热传导到该一定体积的低温液体中以便在该样品储存架上方形成热质体。
本发明的另一个示例性实施例是一种将手动操作冷冻器转换成自动操作冷冻器的方法，该方法包括：提供一个冷冻器，该冷冻器具有穿过该冷冻器的顶部部分的驱动轴以及定位在该冷冻器内部的架承载器，该架承载器安置在轴承上并且被适配成由该驱动轴支撑；将电机附接到该冷冻器的该顶部部分的外表面上；使用该驱动轴来提升该架承载器离开该旋转轴承，该提升致使该架承载器由该驱动轴支撑；并且将该驱动轴紧固到该电机上。
在一些实施例中，该驱动轴包括螺纹端，并且使用该驱动轴提升该架承载器离开该旋转轴承可以包括将该驱动轴的该螺纹端旋拧到该电机组件的相应螺纹中，从而提升该架承载器离开该旋转轴承。将该驱动轴的该螺纹端旋拧到该电机组件上可以包括手动地旋转将该架承载器穿过该冷冻器的顶部部分中的门。
另外的实施例包括一种用于与样品架接合的设备，该设备包括托架、夹持模块以及在该托架与该夹持模块之间延伸的轴。该托架可以被配置成用于与自动取出系统联接，并且该夹持模块可以被配置成用于与样品架的安装表面接合。该设备还可以包括至少一个水分转向器，该至少一个水分转向器被配置成用于引导水分远离该夹持模块。该夹持模块可以还包括被配置成用于选择性地与该安装表面锁定在一起的闩锁，并且该闩锁可以被配置成经由位于该轴内的杆的旋转进行控制。密封件可以将该杆包围在该轴内并且与该夹持模块的顶部部分邻近的位置处。该水分转向器包括滴液防护罩，该滴液防护罩包括成角度的叶片，这些叶片被配置成用于引导水分远离该夹持模块的下侧。该夹持模块还可以包括从该夹持模块的底表面向下延伸的至少一个间隔销，其中该间隔销被配置成用于当该夹持模块与该样品架的该安装表面接合时接触该安装表面。
另外一些实施例包括一种与样品架接合的方法。夹持模块朝向样品架的安装表面下降，直到该夹持模块的间隔件接触该安装表面为止，该夹持模块的底表面与该安装表面隔离开。然后，接合该夹持模块以便与该安装表面闩锁在一起。然后可以抬起该夹持模块与该样品架。该间隔件可以包括间隔销。
附图说明
根据本发明的示例性实施例的以下更具体的说明，上述内容将是明显的，如在这些附图中所展示的，其中贯穿这些不同的视图的相同的参照字符是指相同的部分。这些图不一定是按比例绘制，而是着重展示本发明的实施例。
图1是根据所披露实施例的各方面的可配置的低温储存设备的图解。
图2A至图2B是根据所披露实施例的各方面的低温储存冷冻器的图解。
图3是根据所披露实施例的各方面的架承载器和顶板的剖视图。
图4是根据所披露实施例的各方面的具有附接的接口构件的储存架的图解。
图5A至图5B是根据所披露实施例的各方面的架承载器和顶板的图解，其中顶板通过它们对应的接口构件来紧固多个样品储存架。
图6是根据所披露实施例的各方面的图5A的顶板和整合的架安装特征的图解，其示出了接口构件上的定位销与架安装特征之间的接口。
图7是根据所披露实施例的各方面的低温储存冷冻器的截面图，其中架承载器联接到驱动轴和电机上。
图8是根据所披露实施例的各方面的低温储存冷冻器的截面的等距视图，其中架承载器被构造用于手动操作。
图9是根据所披露实施例的各方面的图7和图8的驱动轴的图解。
图10是根据所披露实施例的各方面的从冷冻器移除样品储存架的取出模块的图解。
图11A至图11B是根据所披露实施例的各方面的与样品储存架的接口构件相匹配的取出模块的夹持器组件的图解。
图12A至图12B是根据所披露实施例的各方面的与样品储存架的接口构件相匹配的夹持组件的截面图。
图13A至图13C是根据所披露实施例的各方面的与接口构件相匹配的夹持组件的闩锁的图解。
图14示出在一个实施例中的手动夹持器设备。
图15示出在一个实施例中的自动取出系统。
图16示出在一个实施例中的自动驱动系统。
图17示出可与图16的驱动系统一起操作的冷冻器门。
图18示出在一个实施例中的架拉出器组件。
图19A至图19B示出在一个实施例中的夹持器组件。
图20A至图20D示出在一个实施例中的绝热套管。
图21A至图21C示出在一个实施例中的传送机及其操作。
图22示出传送机和架拉出器组件的接合部分。
图23A至图23B示出用于手动触及的架拉出器组件的旋转。
图24是在一个实施例中包括控制器的自动低温储存系统的框图。
图25是在一个实施例中从自动低温储存系统取出样品的过程的流程图。
图26A至图26C示出在另外的实施例中的自动低温冷冻器。
图27A至图27B示出在一个实施例中用于与驱动轴接合并锁定的电机组件的一部分。
图28A至图28D示出在另一个实施例中的夹持器组件。
具体实施方式
以下是对本发明的示例性实施例的说明。
图1是根据所披露实施例的各方面的可配置的低温储存设备的图解。图1示出可配置的低温储存设备100，该低温储存设备包括冷冻器120和自动化系统105，该自动化系统具有安装到冷冻器120上的取出模块110、旋转电机组件130和冷冻器门140。冷冻器120包括冷冻器盖121和外壁123。在所示的实施例中，冷冻器120是圆柱形容器；然而，该冷冻器可以具有任何形状，例如像矩形盒。在一些优选实施例中，冷冻器120包括通过真空绝缘空间(例如，杜瓦瓶)与内壁或内壳分开的外壁或外壳。冷冻器盖121的外部包括电机安装件139，其能够附接电机组件130。低温制冷剂端口109进入和退出以便将低温制冷剂(例如像液氮)运送到冷冻器120的内室以及从该冷冻器的内室运送低温制冷剂。最后，位于冷冻器120前部且靠近取出模块110的任选的楼梯108允许操作者触及取出模块110。
在操作中，冷冻器120在具有多个样品储存架(未示出)的内室中维持低温环境。取出模块110通过冷冻器盖121中的进入端口122进入冷冻器120的内腔，并且取出样品储存架(未示出)中的一个。为了使得取出模块110能够取出冷冻器120中的任何样品储存架，样品储存架被收纳在冷冻器120内部的架承载器(图1中未示出)上，该架承载器例如可以是可旋转的滚筒，并且电机组件130控制架承载器的旋转，以便将给定的样品储存架定位在取出模块110下方。
图2A至图2B是根据所披露实施例的各方面的低温储存冷冻器的图解。图2A示出被配置用于手动触及的低温储存冷冻器120。当被配置用于手动触及(也被称为处于自动化就绪配置)时，冷冻器120缺少取出模块110、电机组件130和自动门140(如图1所示)。相反，冷冻器盖121包括被配置成用于紧固取出模块110的安装架224以及由密封件232覆盖、从盖121突出的驱动轴231，其中安装螺柱被定位成将电机组件紧固到冷冻器盖121以便与驱动轴231联接。冷冻器120的进入端口122被配置成用于接纳标准圆形低温冷冻器门(未示出)。密封件232有助于防止水分进入冷冻器，并且保持冷的气体不会从冷冻器逃逸。在一些实施例中，驱动轴231由低导热材料构成，以便最小化到冷冻器中的热传递。
图2B是图2A的冷冻器120的自上而下视图。图2B示出通过冷冻器盖121的进入端口122定位在冷冻器120内部的架承载器(图3中示出为360)的顶板250。冷冻器120内部的架承载器(示出为可旋转的滚筒)被配置成用于保持多个样品储存架并且在冷冻器120内部旋转以允许通过进入端口122触及每个样品储存架。为了保持多个样品储存架，架承载器的顶板250保持多个接口构件270，其中每个接口构件270被附接到样品储存架(图2B中未示出)的顶部上并且精确地将每个样品储存架的顶部定位在架承载器中。接口构件270在架承载器的顶板250中的精确定位允许将取出模块110附接到冷冻器120，并且通过经由驱动轴231旋转顶板250来准确地触及每个接口构件270的位置。在手动操作中，站在楼梯108上的用户可以通过进入端口122够到，并且手动地旋转顶板250以向用户呈现期望的接口构件270，并允许用户通过经由进入端口122拉动接口构件270和样品储存架而取出附接到接口构件270上的样品储存架。
图3是根据所披露实施例的各方面的架承载器滚筒和顶板的剖视图。图3示出了具有顶板250的架承载器360，多个架安装特征351定位在顶板250周围。架承载器360包括外壁361和底板363。外壁361在底板363下方延续到下部部分362，该下部部分被配置成用于与安置在冷冻器120底部的一池低温流体(未示出)接触。通过接触低温流体，外壁361的下部部分362将热从顶板250传导到低温流体中，并且板250是在架承载器360顶上的冷却的热质体。热质体的存在通过增加架承载器360顶部处的热吸收来提高架承载器360的热储存效率，这导致架承载器360内部较低的温度梯度。适合的配置例如在标题为“液体制冷冷冻器(Liquid Cryogen Freezer)”的美国专利号6,393,847中示出，该专利的全部内容通过引用结合在此。在优选实施例中，架承载器由具有高导热性的材料(例如铝)构成，以促进冷冻器内的热传递和热均匀性。
在图3中还示出，三个稳定翅片(也被称为竖直支撑面板366)从架承载器360的中心轴365向外伸展。竖直支撑面板366可以固定到外壁361、下部面板363和顶板250上，以增加架承载器360的刚性。顶板250可以连接到外壁361或中心轴365上。顶板250中的驱动轴开口352允许驱动轴231与架承载器360的顶板250或中心轴365联接，并且当电机组件130连接到驱动轴231上时旋转架承载器360。
在操作中，顶板250的每个架安装特征351包括一个开口，该开口被设定尺寸以接收样品储存架(图4中示出为480)和支撑结构，以便将样品储存架定位在该开口中并且使得每个样品储存架能够从顶板250悬垂而不停靠在架承载器360的底板363上，如图5A至图5B所示。此外，架承载器360包括邻近顶板250的每个架安装特征351下方的竖直空间定位的支撑突片364。支撑突片364防止邻近支撑突片储存在样品储存架中的样品托盘离开样品储存架，并且在架承载器360旋转过程中阻止样品储存架的移动。
图4是根据所披露实施例的各方面的具有附接的接口构件的储存架的图解。图4示出具有附接到样品储存架480顶部上的接口构件270的样品储存架480。样品储存架480被配置成用于通过将每个样品储存托盘放置在横跨样品储存架长度的多个竖直安排的搁架481中的一个上来保持多个样品储存托盘(未示出)，这些样品储存托盘也被称为储存盒。每个搁架481具有一对摩擦弹簧夹483，该一对摩擦弹簧夹被配置成用于将样品储存托盘(未示出)保持在搁板481上。虽然样品储存架480被示出为被配置成用于保持矩形样品储存托盘(例如，如图20A至图20C所示)，样品储存架可以被配置成用于保持任何形状的样品储存托盘。例如，在一些实施例中，样品储存托盘和样品储存架具有三角形或饼形的水平截面。
如图4所示，附接到样品储存架480顶部上的接口构件270包括任选的手柄471，当样品储存架480从接口构件270上悬垂时，该手柄允许手动地取出样品储存架480；并且接口构件270停靠在架承载器360的顶板250上。接口构件270还包括从接口构件270的三个相应侧面向外突出的三个定位销472。定位销472延伸到样品储存架480的轮廓之外并且被定位成与顶板250上的架安装特征351对接。
图5A至图5B是根据所披露实施例的各方面的架承载器图解，其中顶板通过它们对应的接口构件来紧固多个样品储存架。图5A示出架承载器360的透视图，其中外壁361的一部分被移除以示出紧固到可旋转储存滚筒360的顶板250上的样品储存架480的安排，其中接口构件270被附接到样品储存架480的顶部上。还示出了抵靠每个样品储存架480定位的支撑突片364。
图5B示出架承载器360的下部透视图，其中外壁361的一部分被移除以示出紧固到可旋转储存滚筒360的顶板250上的样品储存架480的安排。样品储存架480从顶板250悬垂，并且不接触架承载器360的底板363。在这样做时，样品储存架480在架承载器360中的位置由顶板250确定，如图6中更详细地示出。
图6是根据所披露实施例的各方面的图5A的顶板和整合的架安装特征的图解，其示出了接口构件上的定位销与架安装特征之间的接口。图6示出具有多个架安装特征351的架承载器360的顶板，每个架安装特征支撑一个接口部件270。架安装特征351包括倾斜的引导翅片652，该引导翅片被定位成当样品储存架480穿过顶板250时对它进行定位。每个引导翅片652包括v形凹口653或平坦凹口654，其中每个凹口653、654被定位成接纳每个接口构件270上的三个定位销472中的一个。两个v形凹口653一起限制接口构件270在顶板250的平面中的位置，并且v形凹口653和平坦凹口654一起将接口构件270的位置限制在与顶板250的主平面正交的轴线中。
图7是根据所披露实施例的各方面的低温储存冷冻器的截面图，其中架承载器联接到驱动轴和电机上。图7示出具有附接的电机组件130和自动门140的处于自动配置的冷冻器120。架承载器360被定位在冷冻器120的内壁725内部并且由连接到电机组件130上的驱动轴231支撑。制冷剂进入端口109将低温液体供应到冷冻器的底部区729，低温流体可以形成池并且与架承载器360的外壁361的下部部分362接触以冷却顶板250。驱动轴231包括球形轴承733，该球形轴承被配置成抵靠联接到冷冻器盖121上的座圈729安置。在手动操作配置中，架承载器360从驱动轴231悬垂，并且由抵靠座圈729搁置的球形轴承733支撑。在一些实施例中，一旦冷冻器被配置用于自动旋转，驱动轴231就可以存在，例如，在没有驱动轴231的情况下，架承载器360可以在手动操作中完全由轴承支撑。在图7所示的自动配置中，架承载器360从驱动轴231悬垂，并且驱动轴231可以通过例如齿轮系统从电机组件或外部驱动系统获得支持。
当构造冷冻器时，在冷却器120的外壁123与内壁725之间抽真空，并且由于支持真空而导致的内壁725上的应力，内壁725可能略微变形。内壁725中任何变形的结果是：不能精确地控制座圈729的位置，并且在手动操作过程中，当驱动轴231的球形轴承733正在将架承载器360的重量支撑在座圈729上时，旋转架承载器360可能导致驱动轴231的长轴线进动。驱动轴231的进动在手动旋转过程中是无关紧要的，但是可能通过在电机组件130的内部部件上引起应力、以及因此在架承载器的自动旋转过程中在电机安装件139上引起应力而损坏附接到驱动轴231上的电机组件130。此外，样品储存架480的自动取出需要自动化设备与在冷冻器120中处于精确且可预测位置的接口构件270相匹配。
继续参考图7，为了减小电机组件130和电机安装件139上的应力，并且为了通过使冷冻器120中的顶板250调平来精确地定位接口构件270，通过电机组件130保持驱动轴231离开座圈729。电机安装件139使得能够将电机组件130调平，并且因此将架承载器360和顶板250在冷冻器120内部调平。为了进一步增加相对于驱动轴231通过电机组件130实现的旋转、顶板250的位置的精确度，架承载器360可以经由顶板250连接到驱动轴上，并且顶板250可以经由连接盘734直接连接到驱动轴231上。在没有将顶板250直接连接到驱动轴231上的情况下，施加到可旋转冷冻器360的扭矩可以扭转可旋转冷冻器360并且降低顶板250的位置与驱动轴231的旋转之间的准确度。
图8是根据所披露实施例的各方面的低温储存冷冻器的截面的等距视图，其中架承载器被构造用于手动操作。图8示出冷冻器，该冷冻器被配置用于通过冷冻器盖121中的进入端口122手动地触及架承载器360并使其旋转。驱动轴231经由连接盘734联接到架承载器360的顶板250上，并且驱动轴231的球形轴承733安置在座圈729上。以这种方式，使用者够到冷冻器120内，并且通过戴手套的手使架承载器360围绕座圈729旋转。一旦用户已将期望的接口构件270呈现给进入端口122，用户就通过抓住接口构件270的手柄471来从冷冻器120取出样品储存架480，并且通过进入端口122移除样品储存架480。
为了将冷冻器120配置用于自动旋转和取出样品储存架480，将电机组件附接到电机安装件239和驱动轴231上。为了将球形轴承733提升离开座圈729，驱动轴可以包括螺纹外端(图9中示出为934)。驱动轴231的螺纹外端使得架承载器360能够旋转，以便将驱动轴231旋拧到电机组件130中，并且将球形轴承733提升离开座圈729。一旦被提升，驱动轴231就可以被锁定在电机组件130中的适当位置，以防止驱动轴231的进一步旋进(threading)或旋出(de-threading)。以下参考图16和图27A至图27B进一步详细描述提升和锁定驱动轴231的过程。
图9是根据所披露实施例的各方面的图7和图8的驱动轴的图解。图9示出了驱动轴230，该驱动轴包括被适配成用于旋拧到电机组件130中的螺纹外端934、被适配成用于联接到连接盘734上或直接联接到顶板250上的内端935、以及球形轴承733。
图10是根据所披露实施例的各方面的从冷冻器移除样品储存架的取出模块的图解。图10示出包括取出模块11和冷冻器120的可配置的低温储存设备100。为了配置用于自动化，包括夹持组件1011的取出模块110被紧固到冷冻器盖121上，并且驱动轴提升架承载器360并且与电机组件130联接以使得架承载器360能够自动地旋转。在操作中，电机组件130将架承载器360旋转到期望的位置，并且夹持组件1011下降到冷冻器中并与样品储存架的接口构件270相匹配，以便通过冷冻器120的进入端口122取出或收起样品储存架480。
图11A至图11B是根据所披露实施例的各方面的与样品储存架的接口构件相匹配的取出模块的夹持器组件的图解。图11A示出具有定位在下端的夹持模块1112的夹持组件1011以及具有所附接的接口构件270的样品储存架480。夹持模块1112被适配成用于与接口构件270相匹配并且将样品储存架480紧固到夹持组件1011上。夹持模块1112包括定位销1113、弹簧弹出销1114和感测杆1116。接口构件270包括支撑附接开口1174、圆形定位孔1175和椭圆形定位孔1176的安装表面1173。定位销1113被设置成用于在将T形闩锁(未示出)接合在附接开口1174中之前、抵靠安装表面1173精确地定位夹持模块1112。
在操作中，当夹持模块1112接近安装表面1173时，夹持模块1112下降到抵靠接合构件270并且定位销1113进入定位孔1175、1176。椭圆形定位孔1176防止接口构件270的热收缩或热膨胀阻止定位销1113进入定位孔1175、1176。当与定位销1113相匹配时，圆形定位孔1175将夹持模块1112定位在夹持表面1173的平面周围，并且椭圆形定位孔1176限制夹持模块1112围绕圆形定位孔1175的中心线的旋转。当夹持模块1112被压靠在安装表面1173上时，弹簧弹出销1114被安装表面1173压缩。压缩弹簧弹出销1114产生推动接合构件270远离夹持模块1112的力，并且该力有助于该夹持模块与安装表面1173随后通过克服例如可能由安装表面1173与夹持模块1112之间的冰或霜冻导致的任何粘附而实现的脱离。当夹持模块1112下降时，感测杆1116可以例如在接触安装表面1173时发生偏转，并且使用该偏转来感测安装表面1173的位置，并且指示何时能够开始匹配操作，如图13A至图13C所示。
在给出安装表面1173的已知位置的情况下，还可以使用感测杆1116通过由于在与安装表面1173接触之前与安装表面1173上的霜冻接触而导致比预期更早地发生偏转来检测在安装表面1173上积聚的霜冻。此外，安装表面1173中的所有三个开口1174-1176都是通孔，以防止当夹持模块1112与接口构件270相匹配时，接口构件270上的霜冻被压缩成这些开口内的冰。
图11B示出与接口构件270相匹配的夹持组件1011的夹持模块1112。在所示的位置中，弹簧弹出销1114被压靠在接口构件270上，并且感测杆1116被接口构件270向上推动。此外，定位销1113定位在定位孔1175、1176的内部。
图12A至图12B是根据所披露实施例的各方面的与样品储存架的接口构件相匹配的夹持组件的截面图。图12A示出与样品储存架480的接口构件270相匹配的夹持组件1011的夹持模块1112。图12B是图12A的细节B的特写视图。图12B示出在接合构件270的定位孔1175、1176内的夹持模块1112的定位销1113。T形闩锁1218位于接口构件270的安装表面1173下方。T形闩锁1218被连接到夹持组件1011内部的闩锁轴1217上。如图13A至图13C所示，T形闩锁1218被配置成用于穿过安装表面1173中的附接开口1174并且在安装表面1173下方旋转，以便将接口构件270紧固到夹持模块1112上。
图13A至图13C是根据所披露实施例的各方面的与接口构件相匹配的夹持组件的闩锁的图解。图13A示出在将接口构件270紧固到夹持组件1011上之前的夹持组件1011的T形闩锁1218。图13B是图13A的细节A的特写视图。图13B示出抵靠夹持组件1011的夹持模块1112定位的接口构件270。夹持模块1112的定位销1113位于接口构件270的相应定位孔1175、1176内，并且T形闩锁1218已经穿过安装表面1173中的适配器开口1174。如图13C所示，T形闩锁1218通过闩锁轴1217的旋转将T形闩锁1218的端部定位在接口构件270的安装表面1173下方，并且使得夹持组件1011能够提升联接到接口构件270上的样品储存架480。
图14是手动夹持器1400的图解。手动夹持器1400可以被配置成用于结合与以上参考图10至图13C所描述的夹持组件1011相当的特征，但是还包括用于使得用户能够手动操纵储存架的特征。具体地，手动夹持器1400可以包括：被配置成用于与储存架的接口构件270对准的板；以及定位销1413，这些定位销被设置用于在接合T形闩锁1418之前将板1412精确地定位在安装表面1173上。T形闩锁1418被连接到下轴1417，该下轴经由壳体1411与上轴1420接合。上轴1420进而又连接到T形棒1422，以便由用户手动操纵。
壳体1411可以容纳被配置成用于将下轴1417和T形闩锁1418维持在朝向板1412缩回的位置的弹簧或其他设备。然而，用户可以对T形棒1422施加向下的力，以致使下轴1417和T形闩锁1418延伸到与储存架的接口构件270接合。通过旋转T形棒1422，用户可以旋转下轴1417和T形闩锁1418以便与接口构件270锁定在一起，从而允许用户经由手动夹持器1400提升和运送储存架。
如以上参考图13A至图13C所描述的，容纳夹持组件1011的储存架的接口构件270使得能够使用手动夹持器1400来提取架而无需使用绝热手套来抓住传统的架手柄。因此，在佩戴保护装置的同时，手动夹持器1400使得能够更容易地操纵架。
再次转到图1，如上所述，自动低温储存系统100通常包括低温冷冻器120和安装到冷冻器120的顶部部分上的自动化系统105。如以上参考图2A至图14所描述的，冷冻器120可以独立于自动化系统105提供，而包括上述特征以便使得能够与自动化系统105一起进行操作。因此，冷冻器120可以被配置成在自动化系统105不存在的“手动”模式下以及与自动化系统105结合的“自动”模式下进行操作。同样，自动化系统105可以独立于冷冻器120或与其一起提供。例如，自动化系统105可以被安装到冷冻器120上并且被配置成作为改装与冷冻器120一起操作，从而将冷冻器120从单独的手动可触及的冷冻器转换成自动冷冻器(即，自动储存系统100)。以下描述自动化系统105的示例性实施例。
图15示出在一个实施例中的用于自动取出的自动化系统105。系统105可以在诸如以上参考图1所描述的系统100的自动低温储存系统中实现，并且可以包括如上所述的特征。自动化系统105操作来自动地取出和替换低温冷冻器120内的样品架，该低温冷冻器可以如以上参考图1至图14所描述的那样进行配置。系统105可以经由多个安装件(例如，安装件132、133、134)安装到冷冻器盖121上，并且包括电机组件130、自动门140、架拉出器150、绝热套管160和传送机170。
电机组件130经由对应的安装件132安装到冷冻器盖121，并且可以操作来使架组件在冷冻器120内旋转。例如，电机组件130可以如以上参考图3所描述的那样驱动架承载器360的旋转，例如以便将选定的架(例如，图4中的架480)定位在冷冻器120的进入端口122下方。电机组件130还可以驱动自动门140的移除和替换。如图15所示，门140通过电机组件130定位在直立或“打开”位置，从而允许在样品转移操作过程中进入冷冻器120的进入端口122。当样品架未被移除或被重新放置到冷冻器120时，电机组件130可以将门140下降到“关闭”位置，在该位置它在进入端口122处形成密封。以下参考图16和图17更详细地描述电机组件130和自动门的实施例。
架拉出器150可以包括如以上参考图10至图13B所描述的夹持器组件1011，并且操作来闩锁到选定的架(例如，图4中的架480)上，并且将该架升高穿过进入端口122并进入绝热套管160中。架拉出器150可以由传送机170支撑，并且可以在进入端口122处与安装件133滑动接触。绝热套管160可以在转移操作过程中容纳所移除的架，并且包括绝热壁，用于在该操作过程中将所移除的架维持在阈值温度以下。套管端口165使得能够从该选定的架手动地和/或自动地转移样品盒以及将样品盒手动地和/或自动地转移到该选定的架。以下参考图18至图19B进一步详细描述架拉出器的实施例，并且以下参考图20A至图20D进一步详细描述绝热套管160的实施例。
传送机170可以包括连接到架拉出器150上的机动轨道和滑架装置，并且可以操作来相对于冷冻器120的进入端口122沿着线性路径移动和定位架拉出器150和绝热套管160。具体地，传送机170可以在打开和关闭自动门140的过程中将架拉出器150和绝热套管160定位成远离该进入端口。进一步地，在架转移操作过程中和门140打开之后，传送机170可以移动以便将架拉出器150和绝热套管150定位在选定的架上方，从而使得架拉出器150能够升高穿过进入端口并进入绝热套管160。此外，传送机可以使得架拉出器150和绝热套管160能够手动地和/或自动地旋转，从而使得能够手动进入或紧急进入冷冻器120或特定的架。以下参考图21A至图23B更详细地描述传送机170的实施例。
图16示出在一个实施例中的自动电机组件130(也被称为“驱动系统”)。电机组件130可以如以上参考图1和图15所描述的那样配置。具体地，电机组件130可以经由安装件132安装到冷冻器盖121上，并且可以操作来使架承载器在冷冻器120内旋转。为了提供这种操作，电机1620(在图17中进一步详细地示出)操作齿轮组件1630以控制中心齿轮1640的旋转，该中心齿轮进而被联接到驱动轴(例如，图7中的驱动轴230)上以旋转架承载器(例如，图3中的架承载器360)。可替代地，电机1620可以直接连接到使架承载器旋转的驱动轴。位于中心齿轮1640下方的锁定板1645被配置成用于与驱动轴231接合以便将驱动轴231提升并锁定到适当位置。以下参考图27A至图27B进一步详细描述该锁定板。
电机组件130还可以驱动自动门140的移除和替换。附加的电机1650驱动齿轮1660，该齿轮进而又连接到支撑门140的门托架1670。门托架1670可以延伸到朝向齿轮1660的一端定位的狭槽1680中。狭槽1680使得托架1670在齿轮1660内具有一定的移动范围，并且从而防止电机组件130经由齿轮1660迫使门140被密封。相反，门140一旦通过电机1650而下降，就可能由于门140的重量而保持关闭，并且可以由用户手动地提升至给定的程度。该特征可以使得能够手动地提升门140以触及样品，而不管电机组件130的状态如何。例如，可以在诸如影响电机组件130的断电的紧急情况下触及样品架。
如图16所示，通过电机组件130将门140定位在直立或“打开”位置，从而允许在转移操作过程中进入冷冻器120的进入端口122。当样品架未被移除或被重新放置到冷冻器120时，电机组件130可以将门140下降到“关闭”位置，在该位置它在进入端口122处形成密封。
图17示出以上参考图16所描述的电机组件130和门140的截面视图。门140可以由金属(例如，不锈钢)上表面以及泡沫下部(underportion)构成，该泡沫下部被成形为插入到冷冻器进入端口122中，以便在冷冻器120内部与外部(例如，不受控制的)环境之间基本上形成热密封。此处，门140被示为处于沿其移动范围(如由电机1650和齿轮1660所控制的)的三个位置：与进入端口122(140A)形成密封的“闭合”位置；部分打开位置(140B)；以及完全打开的位置，其中门140完全从端口122(140C)上方的竖直空间中清除。例如，如图15所示，当处于完全打开位置(140C)时，该门使得能够移除和替换冷冻器120内的架(例如，图4中的架480)、以及在进入端口122上方定位架拉出器和绝热套管。在另外的实施例中，可以减小泡沫下部的尺寸或完全消除该泡沫下部，并且利用替代的下部诸如氯丁橡胶或其他绝热材料的层来替换该泡沫下部。通过减小门140的下部的尺寸和表面积，可以减少在门140的下侧上积聚的霜冻。
图18示出在一个实施例中的架拉出器150。与图16所示的实施例相反，架拉出器150被示出为缺少外盖和相关联的绝热套管(例如，图16中的160)，以便示出其内部部件，包括支柱1810、螺纹轴1840、轴电机组件1830、支架1820和夹具器组件1011。支柱1810通常支撑其余的部件，并且可以如以下参考图21A至图23B所描述的安装到传送机170上。轴电机组件1830操作来旋转螺纹轴1840，该螺钉轴进而致使托架1820和夹持器组件1011沿着螺纹轴1840的长度竖直移动。螺纹轴1840可以包括粗螺纹和/或其他特征，以使得托架1820和夹持器组件1011诸如在架拉出器150断电的情况下能够手动地沿着螺纹轴1840移动。夹持器组件1011可以如以上参考图10至图13C所描述的那样配置，并且具体地，可以操作来与样品架480接合，以使得架拉出器150能够使样品架480升高和下降。
图19A至图19B示出在一个实施例中的夹持器组件1011。以上参考图10至图13C描述了与夹持器接口1112相关的夹持器组件1011的特征。除了上述特征之外，夹持器组件1011可以包括用于联接到如图18所示的托架1820的托架接口1920、以及支持自动闩锁操作的特征。如图19A所示，具体地，夹持器组件可以包括被配置成用于使齿轮1935A-B旋转的电机1930。齿轮1935B可以进一步连接到延伸穿过夹持器组件1011的长度的内轴(图12B中示出为轴1217)，从而使锁定机构(例如，图12B中的T形闩锁1218)旋转以便与样品架的接口接合和脱离。为了提供反馈以控制此类操作，夹持器组件1011还可以包括一个或多个传感器1940、1950。旋转传感器1950可以检测齿轮1935B的齿轮阈值旋转，以确定锁定机构的旋转位置，该旋转位置可以指示锁定或解锁状态。旋转传感器1950可以包括光学传感器或红外光束传感器，这些传感器在相应的光束被阻挡时提供指示。
深度传感器1940指示夹持器接口1112与其所接合的样品架480之间的一个或多个阈值距离。如图19B所示，传感器1940可以位于感测杆上方(以上参考图11A至图11B进行描述)，并且在检测到感测杆1116时提供指示。例如，深度传感器可以包括光学传感器或红外光束传感器，这些传感器在相应的光束何时被感测棒1116阻挡时进行指示。通过在闩锁操作过程中检测感测杆1116和/或另一个杆在一个或多个位置中的存在，深度传感器1940可以指示以下各项下中的一个或多个：1)夹持器接口1112与架480之间的第一阈值距离，该第一阈值距离指示架480的存在；2)第二阈值距离，该第二阈值距离指示在夹持器接口1112处接合锁定机构的适当距离；以及3)第三阈值距离，该第三阈值距离指示夹持器接口1112的一部分(例如，锁定机构)已经延伸了不可接受的距离。由于变化的条件，诸如在架480的顶表面和/或夹持器接口1112的底表面处的不同的架布置和霜冻积聚，夹持器组件1011可能在连续的架取出过程中由于许多物理变化而变湿。因此，传感器1940、1950可以有助于与一系列架精确地接合，尽管存在此类变化的条件。
图20A至图20D示出在一个实施例中的绝热套管160。该绝热套管可以如以上参考图1和图15所描述的那样进行构造。具体地，该绝热套管可以经由架拉出器150和传送机170安装到冷冻器盖121上。如图20A所示，绝热套管160可以容纳在架取出操作过程中从冷冻器移除的架480，并且包括用于在操作过程中将所移除的架480保持在阈值温度以下的绝热壁2020。绝热套管160的壁2020可以延伸到一个高度，以便在从冷冻器完全移除时容纳架480的全长以及用于将架480升高的夹持器组件(例如，图18至图19B中的夹持器组件1011)的长度。具有门2075的套管端口165使得能够进入架480的给定搁板，其中绝热套管160可以提供从架480的手动地和/或自动地转移样品盒2080以及将该样品盒手动地和/或自动地转移到该架上。
图20B至图20C示出了在转移样品盒2080的过程中绝热套管160的下部部分的侧面截面视图。如图20B所示，在转移之前或之后，样品盒2080被容纳在绝热套管160内(并且在该架的搁板上)。套管端口165以密封或非密封的方式被套管门2075覆盖，该套管门可以包括用于手动移除的手柄2070。位于套管160的与门2075相对的后侧处的电机2030可以操作来朝向样品盒2080驱动弹出杆2035，从而推动盒2080至少部分地穿过端口165，如图20C所示。传感器2095可以指示盒2080的存在或位置。在盒2080的自动弹出过程中，如果传感器检测到盒2080已经到达端口165外部的阈值距离，则传感器2095可以向电机2030提供信号以停止驱动弹出杆2035。此时，用户可以手动地从套管端口165完全移除盒2080。
在将样品盒2080重新放置到架的搁板中时，用户可以将盒2080插入到套管端口165中，如图20C所示。在关闭端口165的门2075时，门缓冲器2055可以进一步推动盒2080，以确保盒2080完全位于架的搁板内。诸如传感器2095的传感器还可以指示盒2080的存在和/或位置，以进一步确保盒2080被正确地定位。一旦盒子2080被证实定位在该架内，该架就可以在套管内下降或升高，例如以便去除或替换另一个样品盒，或者将该架重新放置到冷冻器中。
图20D示出绝热套管160的顶部部分。此处，示出套管160的每个壁2020包括对应的绝热层2060(包括例如泡沫或其他绝热材料)。壁2020中的一个还包括延伸壁的长度的2层垫圈2090。垫圈2090容纳如上所述从架拉出器150支撑夹持器组件1011的托架1920，从而使得夹持器组件1011能够升高和下降通过绝热套管160的长度，同时最小化套管160内部与周围环境之间的空气传递，这可能是不受控制的。尽管绝热套管160可以或可以不形成套管160内部与周围环境之间的气密密封，但是最小化这种空气传递可以有助于使到达套管160内的样品架的热传递和水分传递最小化。支持最小化空气传递的其他特征可以包括形成绝热层2060以便紧密地容纳该架(该架与层2060之间的空间最小)、以及封闭套管160的顶部的盖(未示出)。
进一步地，绝热套管160可以容纳气体入口2098以便将排出气体(例如，氮气)引导到套管160中。尽管套管160通常可以包含不受控制的环境，但是在转移操作过程中，可以将排出气体引导到套管160中以最小化套管160内的水分和/或温度。可以在架升高到套管160中之前不久或同时引导该排出气体。在从套管160移除该架之后，可以允许套管160的内部返回到不受控制的环境，它可以保持在该环境中直到一个并发的转移操作为止。
图21A至图20C示出在一个实施例中的传送机170的自上而下视图以及相对于自动化系统和冷冻器120的操作。传送机170可以如以上参考图15所描述的那样进行配置。具体地，传送机可以经由对应的安装件134而安装到冷冻器盖121上。传送机170可以包括机动轨道和滑架装置(在以下描述的图22中进一步详细示出)，并且连接到架拉出器150上，从而支撑该架拉出器和和绝热套管160两者。传送机170可以操作来使架拉出器150和绝热套管160相对于冷冻器120的进入端口122沿着线性路径移动和定位。在图21A至图21C中分别示出可由传送机170获得的三个不同的位置。
在图21A中，传送机170将绝热套管160定位在位于进入端口122下方的架上方、架承载器的内圆周处。相反，在图21B中，该选定的架位于架承载器的外圆周处。因此，传送机170将绝热套管160定位在进入端口122上方并且定位在架承载器的外圆周上方。在图21A和图21B所示的两个位置中，架拉出器150和绝热套管160被定位成与选定的架接合并且将该选定的架从冷冻器120升高到绝热套管160中。在自动门140的打开和关闭过程中，架拉出器150和绝热套管160必须完全远离进入端口122。因此，如图21C所示，传送机170还可以将绝热套管160和架拉出器150定位成远离进入端口122，从而允许将自动门140从进入端口122移除或者重新放置到进入端口122。
图22示出传送机170和架拉出器150的接合部分。传送机170包括机动皮带驱动器2245和安装到对应安装件134上的轨道2240，以及被配置成用于在皮带驱动器2245的控制下沿导轨2240移动的滑架板2250。滑架板2250进一步支撑枢转轴2260以便连接到架拉出器150的互补部分上。枢转轴2260可以与通过手动释放件(诸如释放销2265或者可替代地开关)固定的架拉出器150形成可旋转的连接。当接合释放销2265时，枢转轴2260维持与架拉出器150的固定连接。在释放销2265脱离(即，移除)的情况下，枢转轴2260使得架拉出器150能够水平旋转，从而允许手动进入或紧急进入冷冻室进入端口122或位于绝热套管内的架。进一步地，手动制动器释放臂2255控制限制架拉出器150的手动竖直移动的锁件。当制动器释放臂2255脱离时，可以手动地控制架拉出器150以便使由架拉出器150接合的架抬起或降下。因此，释放销2265和制动器释放臂2255都使得能够根据需要手动触及和移动架，诸如在发生紧急情况或断电的情况下。
图23A至图23B示出了由于如以上参考图22所描述的脱离释放销2265而导致的架拉出器150和绝热套管160的旋转。在图23A中，示出在架转移操作过程中的架拉出器150和绝热套管160。在脱离传送机170的释放销2265之后，如图23B所示，可以使架拉出器150和绝热套管160顺时针旋转。作为这种旋转的结果，可以手动地触及冷冻器120的进入端口122。此外，如果样品架位于绝热套管160内，则可以从绝热套管160中手动地移除该样品架远离冷冻器120。
图24是在另一个实施例中的包括控制器180的自动低温储存系统2400的框图。系统2400可以包括以上参考图13A至图23B所描述的低温储存系统100的特征，包括样品自动化系统105和冷冻器120，并且还包括控制器180。控制器180可以连通性地联接到自动化系统105和冷冻器120，并且通常控制每一个的一些或全部操作。例如，控制器180可以监测和调节冷冻器120内的温度、湿度和其他条件。控制器180还可以控制自动化系统105(例如，电机组件160、架拉出器150、绝热套管160和传送机170)以便管理和控制样品往返于冷冻器120的转移。控制器180还可以控制其他操作，例如机械部件的校准，识别样品，以及故障或灾难恢复。进一步地，该控制器可以维护数据库185，该数据库存储关于储存在冷冻器120内的样品的信息，包括每个样品(即，架和样品盒)在冷冻器120内的位置。控制器180可以响应于样品进入或离开冷冻器120的转移而更新数据库185。
为了提供此类控制操作，控制器180可以包括合适的计算机硬件和软件资源，诸如一个或多个计算机工作站和被配置用于与自动化系统105和冷冻器120进行通信的接口。控制器180还可以包括允许用户监测系统2400并且监测系统2400的上述操作的启动的接口(例如，工作站)。
图25是从自动低温储存系统取出样品的过程2500的流程图，该过程可以由以上参考图1至图24所描述的系统100、2400中的任一个来执行。参考图15和图24，控制器180可以接收一个或多个待转移的样品的样品标识符(ID)(2505)。对于每个待转移的样品，控制器180可以访问数据库185以确定样品的目前位置，包括样品在冷冻器120内的地址(架和样品盒)(2510)。基于该位置，控制器180可以引导电机组件130以便使冷冻器120内的架承载器旋转，从而将选定的架与进入端口122对准(2515)。然后，控制器180可以引导电机组件130以便打开自动门140(2520)，并且引导传送机170以便将架拉出器150和绝热套管160定位在进入端口122和选定的架上方(2525)。一旦被定位，架拉出器150就使夹持器组件1011下降以便与选定的架接合(2530)并将该选定的架升高到绝热套管160中、达到使该选定样品盒与套管端口165对准的高度(2535)。在将该选定的架升高之前或同时，可以利用排出气体对该绝热套管进行处理，如以上述参考图20D所描述的。
一旦将选定的盒与套管端口165对准，控制器180就可以引导绝热套管160以便通过套管端口165部分地弹出盒(2540)。然后用户可以手动地完全移除该盒，以便将样品从该盒移除和/或将样品转移到该盒。一旦检测到盒已经被重新放置到套管端口165和架(2545)，该控制器就可以引导架拉出器150、电机组件130和传送机170以便将该架重新放置到冷冻器120中，重新定位架拉出器150和绝热套管160，并且将门140重新放置到进入端口122，从而将系统100返回到转移操作之前的状态(2550)。进一步地，如果在给定时间内盒未被重新放置到套管端口165(2555)，则可能发生超时状况，并且系统100可以在没有选定样品盒的情况下将架重新放置到冷冻器120。这样做可以有助于在从冷冻器120提取的同时防止所取出的架达到不合期望的高温。
图26A至图26C示出在替代实施例中的自动化系统111、112、113。自动化系统111、112、113可以被配置成包括以上参考图1至图25所描述的系统100和自动化系统105的一些或全部特征。进一步地，如图26A所示，自动化系统111可以包括用于在离开和/或去往架的转移过程中容纳样品盒2080的前室2630。盒传送机2645可以自动地将样品盒2080移动到该架与前室2630之间。进一步地，前室门2635可以由用户手动地打开以触及样品盒2080。通过提供前室2630和盒传送机2645，自动化系统111可以提供样品转移操作的进一步自动化，以及减少冷的样品盒上的霜冻形成和/或减少进入冷冻器的热和/或湿度的量。
图26B所示的自动化系统112可以包括与上述图26A的系统111的前室和盒传送机相当的前室2631和盒传送机，不同的是前室门2638可以包括手套端口2636。手套端口2636可以使得用户能够在不打开门2638的情况下操纵在前室2631中的样品盒内的样品，并且从而减少冷的样品盒上的霜冻形成。
图26C所示的自动化系统113可以包括前室2638，该前室被适配成用于容纳整个样品储存架(例如，如图4所示的样品储存架480)。在操作中，传送机170可以将样品储存架(在绝热套管160内)定位在前室2638上方，其中然后该样品储存架下降到前室2639中。然后，用户可以打开门2639以便从样品架移除和/或替换一个或多个样品盒。可替代地，用户可以移除和/或替换样品储存架本身。因此，自动化系统113提供样品到冷冻器120的批量装载以及从该冷冻器的批量卸载。
图27A至图27B示出了用于与驱动轴接合并锁定在一起的电机组件的一部分。如以上参考图8所描述的，为了将冷冻器120配置用于自动旋转和取出样品储存架480，将电机组件130附接到电机安装件239和驱动轴231上。为了将球形轴承733提升离开座圈729，驱动轴231可以包括螺纹外端(图9中示出为934)。驱动轴231的螺纹外端使得架承载器360能够旋转，以便将驱动轴231旋拧到电机组件130中，并且将球形轴承733提升离开座圈729。一旦被提升，驱动轴231就可以被锁定在电机组件130中的适当位置，以防止驱动轴231的进一步旋进或旋出。以上参考图16所描述的电机组件130包括锁定板1650，该锁定板与驱动轴231接合以便提升该驱动轴并将该驱动轴锁定到适当位置。
在图27A至图27B中更详细地示出锁定板1650。如图27A所示，锁定板1650的下侧(即，面向冷冻器盖121的一侧)包括可移除的夹具2710。夹具2710可以包括螺纹孔口2715，以便与驱动轴231的螺纹部分(图9中示出为934)接合。夹具2710可以通过定位在螺纹孔2720处的调整螺栓(未示出)来拧紧。通过在没有完全锁定驱动轴231的情况下将夹具2710拧紧到给定的程度，夹具2710可以对驱动轴231提供扭矩控制。例如，通过适当地调整夹具2710，当向驱动轴231施加给定量的扭矩时，夹具2710将允许驱动轴231相对于夹具2710旋转。通过允许驱动轴231响应于阈值扭矩而旋转，可以防止对驱动轴231以及连接到驱动轴231的部件(包括架承载器360)造成损坏。也可以将粘合剂施加到夹紧孔口的内壁上以控制阈值扭矩。
如图27A所示，锁定板1650的顶侧(即，接触中心齿轮1640的一侧，如图16所示)包括与夹具2710的孔口2715对准的孔口2730。
图28A至图28D示出在另一实施例中的夹持组件2800。夹持组件2800可以结合以上参考图11A至图11B、图12A至图12B、图13A至图13C和图19A至图19B所描述的夹持组件1011的特征，并且可以在以上所描述的实施例中代替夹持组件1011来实现。具体地，如图28A所示，夹持组件2800包括用于与架拉出器150的托架1820(如图18所示)连接的顶部组件2820、轴2840、以及用于与样品架480(如图11A至图11B所示)接合的夹持器模块2812。
作为冷冻器重复进入和离开较暖(例如室温)环境的结果，夹持组件可以将水分冷凝在其部件的表面处，当该组件处于冷冻器中时，该水分可以冻结到那些表面上。随着时间的推移，这种效应可能导致组件表面上的冰和霜冻的积聚，这可能会干扰该组件的操作。夹持组件2800与夹持组件1011的不同之处在于如下所述的多个特征。具体地，一些特征可以有助于防止霜冻在夹持组件2800处积聚，并且防止霜冻干扰夹持组件2800的操作。夹持组件1011可以被修改为包括这些特征中的一个或多个。
如图28B所示，与上述夹持组件1011的轴的实心形状相反，轴2240包括具有开放内部的框架。同样地，定位销2813包括朝向模块2812的下侧的锥形表面。通过减小轴2240、定位销2813和任选地其他部件的质量和表面积，也可以减少可以形成在这些表面上的霜冻的量。进一步地，水分密封件2835位于轴2840内并且包围延伸到T形闩锁2018的杆。通过在该杆周围形成密封，水分密封件2835防止该杆的上部部分上的水分沿着该杆向下迁移到T形闩锁2818并导致霜冻在T形闩锁2818处的积聚。相反，同样在图28D中示出的水分密封件2018的倾斜顶部部分有助于将水分沿着夹持器模块2812的侧面引导到滴液防护罩2830。
如图28C所示，滴液防护罩2830包括叶片2832，这些叶片中的第一个向上成角度，这些叶片中第二个向下成角度。因此，(例如，从轴2840或水分密封件2835)到达滴液防护罩2830表面的液体水分被向下引向下部叶片，在该下部叶片处，该液体水分可以在它在这些模块表面上形成霜冻之前远离该防护罩并且远离滴液防护罩2830下方的部件滴落。防护罩2830还防止水分滴落到夹持模块2812下方的架的顶部上，从而防止在该架的顶部上出现霜冻积聚，在出现霜冻积聚的情况下可能会干扰夹持操作。上部叶片2832还包括用于容纳感测棒2816的孔口，该感测棒可以以与以上参考图19A至图19B所描述的感测棒1116相当的方式进行操作。
间隔销2824从滴液防护罩2830的底表面延伸并且渐缩到接触点。间隔销2824可以延伸到一定长度，这样使得当模块2812与架接合时，只有间隔销与架的上表面接触，而定位销2813和T形锁闩2818进入该架的上表面中的相应孔。如果模块的较宽表面(该较宽表面更易于累积霜冻)将与架的上表面接触，则可能在该模块与该架之间形成冰桥，这可能阻止该模块与该架分离。相反，通过仅允许间隔销2824接触该架的上表面，当模块2812与该架分离时，可能在间隔销2824之间形成的任何冰桥将断裂。因此，间隔销2824有利于模块2812与架之间的分离。尽管示出了单个间隔销2824，但是可以实现两个或更多个间隔销。可替代地，可以实现另一种适合的部件，诸如O形环、格栅或另一长度的材料，用于代替间隔销2824，以确保在模块2812与架之间维持一定的距离。
在另外的实施例中，可以连续地、周期性地或在插入冷冻器中之前或之后对间隔销2824、定位销2813和T形闩锁2818中的一个或多个进行加热，以便移除霜冻并防止冰或霜冻的积聚。可以以电子方式、通过对流或其他适合的手段来对这些部件进行加热。可替代地，可以将热源应用于套管(例如，绝热套管160)内的环境，从而当夹持组件2800位于该套管内时对其进行加热。
用于与在此所描述的本发明一起使用的冷冻器的进一步的细节可在2015年3月30日提交的标题为“低温冷冻器(Cryogenic Freezer)”的临时专利申请62/140,160中找到，并且该申请现于2016年3月30日作为美国实用申请(代理人案号0100.2401-001)提交，该申请的全部内容通过引用结合在此。
虽然本发明参考其示例性的实施例已经进行了具体显示和描述，本领域的技术人员应当理解的是，在不偏离由所附权利要求书所包括的本发明的范围下，可以在其中做出在形式和细节方面的多种改变。

Claims (31)

1.一种低温储存系统，包括：
冷冻器，所述冷冻器被配置成用于在低温环境中储存多个样品架，所述冷冻器包括能够通过所述冷冻器的顶部部分处的端口进入所述低温环境的门；
架承载器，所述架承载器包括定位在所述冷冻器内部用于经由多个开口接收所述多个样品架的顶板，所述多个开口中的每个开口包括在所述顶板上方竖直延伸的引导件，所述引导件配置成在所述样品架下降通过每个开口时使所述多个样品架中的样品架在每个开口内居中；以及
取出系统，所述取出系统包括：
驱动系统，所述驱动系统被安装到所述冷冻器的所述顶部部分，所述驱动系统被配置成使这些样品架旋转，以便使这些样品架中的选定一个与所述端口对准；
绝热套管，所述绝热套管被配置成用于在所述端口上方容纳这些样品架中的所述选定一个，所述绝热套管包括用于从这些样品架中的所述选定一个触及选定样品盒的套管端口；以及
架拉出器，所述架拉出器被配置成用于接合这些样品架中的所述选定一个，并且将这些样品架中的所述选定一个升高穿过所述端口并进入所述绝热套管中。
2.如权利要求1所述的系统，其中，所述多个开口均被设定尺寸以接收所述多个样品架中的一个。
3.如权利要求2所述的系统，其中，所述多个开口中的每个开口的形状是矩形的，并且所述多个样品架中的每个样品架的横截面是矩形的。
4.如权利要求2所述的系统，其中，在储存期间，所述多个样品架中的每个样品架定位在所述多个开口中的一个开口内。
5.如权利要求1所述的系统，其中，所述架承载器包括外壁，并且所述顶板沿着所述外壁的整个外周连接到所述外壁。
6.如权利要求1所述的系统，其中，所述驱动系统被配置成用于与轴接合以便使所述架承载器旋转。
7.如权利要求6所述的系统，其中，所述轴进一步被配置成悬挂所述架承载器。
8.如权利要求1所述的系统，其中，所述顶板连接到所述架承载器并与所述架承载器一起旋转。
9.如权利要求1所述的系统，其中，所述架承载器还包括多个支撑突起，当所述样品架处于所述低温储存系统内时，每个支撑突起邻近所述多个样品架中的一个样品架定位。
10.如权利要求1所述的系统，其中，所述多个样品架中的每一个包括位于所述样品架的顶部部分处的引导板，所述引导板包括用于与所述架拉出器接合的至少一个成型件。
11.如权利要求1所述的系统，其中，所述取出系统还包括用于自动地打开和关闭所述门的致动器。
12.一种低温储存系统，包括：
冷冻器，所述冷冻器被配置成用于在低温环境中储存多个样品架，所述冷冻器包括能够通过所述冷冻器的顶部部分处的端口进入所述低温环境的门；
架承载器，所述架承载器包括定位在所述冷冻器内部用于接收所述多个样品架的顶板；以及
取出系统，所述取出系统包括：
驱动系统，所述驱动系统被安装到所述冷冻器的所述顶部部分，所述驱动系统被配置成使这些样品架旋转，以便使这些样品架中的选定一个与所述端口对准；
绝热套管，所述绝热套管被配置成用于在所述端口上方容纳这些样品架中的所述选定一个，所述绝热套管包括用于从这些样品架中的所述选定一个触及选定样品盒的套管端口；以及
架拉出器，所述架拉出器被配置成用于接合这些样品架中的所述选定一个，并且将这些样品架中的所述选定一个升高穿过所述端口并进入所述绝热套管中；以及
安装件，所述安装件被配置成用于将所述绝热套管和所述架拉出器中的至少一者安装到所述冷冻器的所述顶部部分，所述安装件进一步被配置成用于使得能够手动地远离所述端口重新定位所述绝热套管以便使得能够手动地触及所述多个样品架。
13.如权利要求12所述的系统，其中，所述安装件还包括手动释放件，所述手动释放件使得能够独立于所述取出系统的动力状态进行手动重新定位。
14.如权利要求1所述的系统，其中，所述架拉出器进一步被配置成用于将所述多个样品架中的所述选定一个升高到使由所述多个样品架中的所述选定一个承载的所述选定样品盒与所述套管端口对准的位置。
15.如权利要求14所述的系统，其中，当所述选定样品盒与所述套管端口对准时，所述绝热套管防止触及由这些样品架中的所述选定一个承载的其他样品盒。
16.如权利要求1所述的系统，其中，所述绝热套管还包括入口以便将排出气体引导到所述绝热套管中。
17.如权利要求16所述的系统，其中，所述取出系统进一步被配置成用于在将这些样品架中的所述选定一个升高到所述绝热套管中之前将所述排出气体引导到所述绝热套管中。
18.如权利要求1所述的系统，所述系统还包括传送机，所述传送机被配置成用于使所述绝热套管和所述架拉出器自动地朝向所述端口移动。
19.一种低温储存系统，包括：
冷冻器，所述冷冻器被配置成用于在低温环境中储存多个样品架，所述冷冻器包括能够通过所述冷冻器的顶部部分处的端口进入所述低温环境的门；
架承载器，所述架承载器包括定位在所述冷冻器内部用于接收所述多个样品架的顶板；以及
取出系统，所述取出系统包括：
驱动系统，所述驱动系统被安装到所述冷冻器的所述顶部部分，所述驱动系统被配置成使这些样品架旋转，以便使这些样品架中的选定一个与所述端口对准；
绝热套管，所述绝热套管被配置成用于在所述端口上方容纳这些样品架中的所述选定一个，所述绝热套管包括用于从这些样品架中的所述选定一个触及选定样品盒的套管端口；以及
架拉出器，所述架拉出器被配置成用于接合这些样品架中的所述选定一个，并且将这些样品架中的所述选定一个升高穿过所述端口并进入所述绝热套管中；以及
传送机，所述传送机被配置为自动地将所述绝热套管和所述架拉出器朝向所述端口移动；
其中，所述绝热套管和所述架拉出器通过所述传送机被安装到所述冷冻器的所述顶表面。
20.如权利要求19所述的系统，其中，所述门还被配置为当所述绝热套管和所述架拉出器由所述传送机朝向所述端口移动时远离所述端口重新定位。
21.如权利要求19所述的系统，其中，所述冷冻器是低温液体冷却的真空绝缘容器。
22.如权利要求19所述的系统，其中，所述门还被配置为当所述绝热套管和所述架拉出器位于所述端口处时远离所述端口重新定位。
23.如权利要求19所述的系统，其中，所述多个样品架中的全部样品架能够经由所述架拉出器的操作从所述架承载器被移除。
24.一种低温储存的方法，包括：
将多个样品架储存在维持低温环境的冷冻器中，其中所述多个样品架中的每个样品架被插入到由旋转架承载器的顶板形成的相应开口中，所述相应开口中的每个开口包括在所述顶板上方竖直延伸的引导件，所述引导件适配成在所述多个样品架中的样品架下降通过每个开口时使所述样品架在每个开口内居中；
自动地使所述架承载器旋转，以便使这些样品架中的选定一个与穿过所述冷冻器的顶部部分的端口对准；
自动地经由夹持设备接合这些样品架中的所述选定一个；
自动地经由所述夹持设备将这些样品架中的所述选定一个升高穿过所述端口并进入位于所述冷冻器外部的绝热套管；并且
自动地将由这些样品架中的所述选定一个承载的选定样品盒与所述绝热套管的套管端口对准，以便能够触及所述选定样品盒。
25.一种低温储存的方法，包括：
将多个样品架储存在维持低温环境的冷冻器中，其中所述多个样品架中的每个样品架被插入到由旋转架承载器的顶板形成的相应开口中；
自动地使所述架承载器旋转，以便使这些样品架中的选定一个与穿过所述冷冻器的顶部部分的端口对准；
自动地经由夹持设备接合这些样品架中的所述选定一个；
自动地经由所述夹持设备将这些样品架中的所述选定一个升高穿过所述端口并进入位于所述冷冻器外部的绝热套管；并且
自动地将由这些样品架中的所述选定一个承载的选定样品盒与所述绝热套管的套管端口对准，以便能够触及所述选定样品盒；以及
将所述绝热套管和所述架拉出器中的至少一者远离所述端口手动重新定位以便使得能够手动地触及所述多个样品架。
26.如权利要求25所述的方法，其中，将这些样品架中的所述选定一个升高包括将这些样品架中的所述选定一个升高到使所述选定样品盒与所述套管端口对准的位置。
27.如权利要求26所述的方法，所述方法还包括当所述选定样品盒与所述套管端口对准时，防止触及由这些样品架中的所述选定一个承载的其它样品盒。
28.如权利要求25所述的方法，所述方法还包括将排出气体引导到所述绝热套管中。
29.如权利要求28所述的方法，其中，引导所述排出气体发生在将这些样品架中的所述选定一个升高到所述绝热套管中之前。
30.如权利要求25所述的方法，所述方法还包括使所述绝热套管自动地朝向所述端口移动。
31.如权利要求25所述的方法，所述方法还包括自动地打开与所述端口对应的门。
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