CN1620247A - 具有发射机应答器的低温存储设备 - Google Patents

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Abstract

描述了一种操作低温存储设备(100)，特别是针对生物样品的低温存储设备(100)的方法，该低温存储设备(100)包括用于容纳至少一个样品(11)的样品载体(10)和数据存储器(20)，其中，通过利用一连接至数据存储器(20)的谐振电路(30)，将数据感应地从数据存储器(20)传输到一无线传输通道(40)和/或进行反向的传输。

Description

具有发射机应答器的低温存储设备
技术领域
本发明涉及用于操作被配置用于存储和/或保存特殊生物样品的一种低温存储设备的方法，特别是在低温存储期间用于数据传输的方法，以及用于实现这些方法的低温存储设备。
背景技术
低温存储是人们通常所熟悉的一种用于存储和/或保存那些生命期或稳定性对温度敏感的样品，例如生物样品的技术。依据具体的任务，把动物或蔬菜产品、生物器官或生物系统成份，例如细胞，细胞成分，高分子、微生物、病毒等转换为低温状态，并加以存储。若想在长时间存储期间加以保存，较佳的做法在液氮温度下或在氮蒸汽气氛中加以保存。
在本专利申请提交日期时尚未公开的专利申请DE 100 60 889和DE 101 44 925，描述了用于低温存储显微生物样品的设备。其中特别提供了在低温存储设备把每一样品随作为相关样品特征的样品数据一起存放的方法。在样品处于低温存储状态时，需要读取或者补充数据存储器中的样品数据。根据样品数据的存储原理，传统上已实现向数据存储器的“数据总线边界”(data-bus-bound)或光存取。这种方法的缺点是，限制了低温存储的处理能力。
在数据传输技术中，发射机应答器(transponder)系统正越来越多地取代传统的使用条形码的物体识别。例如，自动化生产(汽车工业)、监视技术(存取控制)中以及活体动物身份识别或路由追综(例如，快递服务)中的应用，是人们所熟悉的。具有与具体应用相匹配的较宽设计范围的发射机应答器也已为人们所熟悉(要想做进一步的考察，可参照K.Frinkenzeller的“RFID Handbook”一书，2000年，慕尼黑，Hanser-Verlag)。
作为“发射机”(transmitter)和“应答器”(responder)的一个缩写，术语“发射机应答器”(transponder)是指一种发送和接收设备，这种设备对一个所接收和所评估的查询做出反应，例如，给出回答。总体上讲，一个发射机应答器包括一个谐振电路和一个具有数据存储设备(例如EEPROM)的集成电路。从数据存储器(发射机应答器存储器)经由一个无线传输通道，把数据例如传输到一个中心控制系统的传输，是通过把谐振电路用作传输或接收天线而实现的。把谐振电路调谐到一个确定的传输或接收频率(例如62kHz)。相对电源来说，特别是在写/读过程中，发射机应答器被暴露在一个不同频率的交变电磁场中，例如暴露于一个两倍于在谐振电路中会感应出电流的频率(例如124Khz)的交变电磁场中。通常，发射机应答器具有大约为80cm的范围。这一电路通常包含一个电压调节器、一个分频器，以及一个编码器。
发射机应答器的优点在于它们的小型化、稳定性、以及存取安全性。例如，人们所熟悉的节省空间的箔片形式的发射机应答器(所谓的智能标签，例如来自Texas Instruments公司的“Tag-it”发射机应答器)。用于实现安全存取的鉴别和加密方法使人们所熟悉的。然而，发射机应答器系统的一个问题是，它们的传输功能较为敏感地依赖于周围的环境。例如，附近的金属材料和强的外电磁场可能会把发射机应答器的范围限制到20cm。出于这一原因，迄今对发射机应答器的使用仍局限于以上所提到的其周围环境可很好地加以控制的应用领域。
发明内容
本发明的目的是，提供一种改进的方法，利用这种方法可以克服以上所描述的传统低温存储方法的缺点，并且该方法具有简化了的处理能力和扩展了的应用范围。特别是，根据本发明的方法可实现对样品数据的快速和安全的存取，而不管低温存储设备的操作状态如何。本发明的目的还在于提供实现这一方法的装置。
使用拥有根据权利要求1、9以及15的特征的方法和装置，可以实现这些目的。所附权利要求定义了本发明的优选实施例和应用。
本发明的基本构思是，在一种低温存储，特别是低温存储生物样品的方法中，使用至少一个谐振电路，在提供于样品载体(carrier)上的至少一个数据存储器，和一个无线传输通道之间感应地传输数据，其中，样品载体用于容纳至少一个样品。根据本发明的用于低温存储的数据存储器与谐振电路的组合有利地实现了上述目的，原因在于，可以在低温环境下同时操作多个低温存储设备，并且可以在无需提供低温存储设备与一个光传输部分的一个特殊的连接或总线连接的情况下，写和/或读相关的数据。可以在与具体存储条件相同的环境下，在样品的冷却的状态下传输数据。有利的是，可以在-40℃之下进行数据传输。总体上讲，使用感应元件形成谐振电路，其中数据存储器可以经由该感应元件与电磁传输通道进行交互。
根据本发明的一个优选实施例，使用一个包含作为发射机应答器的存储器的数据存储器和谐振电路的发射机应答器来传输数据。发明人证实了，原本熟悉的发射机应答器，可令人惊奇地用于极端的操作环境下，例如低温保存期间。这特别适用于在-60℃一下或在更低的温度下操作，或在用于保存冷却介质的冷却容器中操作。冷却容器通常为多壁的器皿，具有复杂的结构，根据本发明其内部至少有一个发射机应答器系统在操作。发射机应答器存储器可以有利地承担针对样品数据的数据存储器的功能，因此简化了低温存储设备的结构。
对于一个简化了的结构来说，如果可以经由发射机应答器向低温存储系统的数据存储器，额外的数据处理单元，和/或其他的功能元件提供能量，则可获得特别的好处。这些功能元件可以为例如测量元件或用于操纵(处理或处置)低温样品的操纵元件。
根据一个根据本发明的方法的有益实施例，谐振电路经由电磁传输通道连接至一个传输天线，数据由该天线传输到一个控制和评估设备。较佳的做法是令多个根据本发明的低温存储设备共用一个传输天线，这些存储设备的谐振电路被调谐到传输天线的频率。在这一情况下，有利的是，把天线永久地或暂时地配置在冷却容器中或冷却容器的边缘，以接收多个低温存储设备。
较佳的做法是令根据本发明所传输的数据包括用以标识样品和对样品进行特征化的样品数据，样品的迄今为止的存储环境的处理数据特征，用以调整或触发低温存储设备的预定操作状态的控制数据，和/或额外的数据，例如个人数据和诊断结果等。
本发明的可应用性，远远超出传统发射机应答器的标识功能，与传统的发射机应答器应用相比，具有明显的优点。根据依照本发明的具体实施例，实现这样的控制电路也是可能的：其中，样品数据含有已经对低温存储设备中的样品所获得的测量值，并且根据这些测量值使用控制与评估设备调整控制数据。
一种低温存储设备也是本发明的一个主题，特别是用于在冷冻状态下存储生物样品的低温存储设备，这种设备包括至少一个用于容纳至少一个样品的样品载体，以及至少一个数据存储器，其中提供了至少一个连接于数据存储器的谐振电路，并将这一谐振电路加以设置，以感应地把数据从数据存储设备传输到一个无线传输通道中和/或反向加以传输。
根据一个根据本发明的低温存储设备的优选实施例，谐振电路为发射机应答器一部分，这一发射机应答器包括一个数据存储器和谐振电路。数据存储器是一个专用的发射机应答器存储器，这是人们由传统的发射机应答器而原本所熟悉的，或者是一种数据存储器，其既执行发射机应答器的存储器的功能又执行样品数据存储器的功能。简化了低温存储设备的结构。也可以把数据存储器集成在相应分配给一个样品载体的数据处理单元中。
一种低温存储器系统也是本发明的一个主题，这种低温存储器系统具有多个低温存储设备，每一个低温存储设备具有所述的结构。这种低温存储器系统还装备有一个针对所有低温存储设备而被共同调谐的传输天线，以及一个控制和评估设备。数据可以经由所分配的谐振电路和以传导或无线方式连接至控制和评估设备的传输天线，在控制和评估设备与相应的一个数据存储器之间传输。较佳的做法是把低温存储器系统配置在一个绝热的容器中，以接收冷却介质，特别是液氮。
本发明还拥有下列进一步的优点。本发明是非常适用于问题的具体方案。下列情况是可能的(i)唯一地标识样品(标识)和在不接触的情况下读出标识信息(只读取发射机应答器)，(ii)把数据直接存储在样品处或样品上，而无需样品处的一个特有的导通电源，以及(iii)可以在不接触的情况下读和写数据，如果需要的话，可以在低温环境下读和写数据(写-读发射机应答器)。而且，还可以首次为存在于低温存储设备上的传感器(测量设备)提供一个无接触电源(无源发射机应答器)。
在不接触的情况下实现的数据传输和电力供应，提供了发射机应答器先前的应用所不具有的优点。因此，可以通过保护性包装(例如通过箔片)和热绝缘，来提供使用高频电磁场对低温样品的存取。无接触操作防止了因磨损、腐蚀或污染对寿命的限制。由于实现了高的故障安全性，所以尽管在数据存储器上写和/或读处理的数量可能偏高，但可以确保低温样品的寿命达数年之久。对样品数据的感应存取在样品的低温保存状态下是尤其可能的。
无接触操作还避免了传统技术中因信息的传导写入或者光写入而可能出现的任何潜在的热效应。增强了低温样品的稳定性。
本发明使操作具有大量低温存储设备的低温存储器系统成为可能。发射机应答器能够以很高的经济效率用在大规模生产之中。发射机应答器系统允许高度并行的操作，这对于追综众多样品或对于搜寻功能来说是尤其有利的。
附图说明
从以下对附图的描述，可以了解本发明的其它优点以及本发明的详情。在这些图中：
图1示意性地说明了根据本发明的低温存储设备的一个实施例；
图2是根据本发明的低温存储设备的另一个实施例；以及
图3示意性地说明了根据本发明的具有多个低温存储设备的低温存储系统一个实施例。
具体实施方式
图1中示意性描述的根据本发明的低温存储设备100包括一个样品载体10，用于容纳至少一个样品11；一个数据存储器20以及谐振电路30，其连接至数据存储设备20和样品载体10。样品载体10按照例如，如以上所提到的未公开的专利申请中所描述的方式，连接至数据存储器20。较佳的做法是令样品11由生物样品形成。较佳的做法是令所提供的样品为分别包含一个样品悬浮液(sample suspension)的特征体积在nl～μl之间的小型化的样品，以及生物材料，例如细胞、细胞成分、高分子、微生物、病毒等等。也可以把生物的参照样品或合成本原(synthetic origin)提供在样品载体10上。
数据存储器20也形成了用于谐振电路30的载体，在所示的这一例子中，谐振电路30包括4个感应回路31，建立这些感应回路以便传输和/或接收千赫兹频率范围内的高频电磁振荡(或其更高的谐波)。把感应回路31以传统发射机应答器中人们原本所熟悉的方式连接至数据存储器20。
谐振电路30的至少一个共振频率范围形成了针对用于在低温存储设备100和传输天线50之间进行数据传输的高频电磁振荡的传输通道40。对于传输天线50来说，是以传导或无线的方式连接到一个控制与评估设备60，或将其集成在其中。参考数字70表示一个低温容器，这一低温容器包括至少一个低温存储设备100和冷却介质，并形成了相对于周围环境的热绝缘。也可以把传输天线50配置在低温容器70中(参照图3)。
数据存储器20为例如EEPROM或所谓的闪速存储器，其被设置用于永久的数据存储，并为其配备一个微控制器。还可以把数据存储器20与一个数据处理设备组合在一起。可以把两个部件作为一个连接于样品载体10的共同的集成电路加以提供。
较佳的做法是，使用人们原本熟悉的芯片上线圈(coil-on-chip)方法，把谐振电路30的感应回路31作为发射机应答器天线，直接集成在数据存储器20的半导体材料上或直接形成在包含数据存储器20以及可能的数据处理单元的微芯片的包封中。可以提供一个附加的绝缘层，以把谐振电路30相对数据存储器20加以绝缘。根据本发明，还可以把样品载体10配置在人们原本熟悉的具有数据存储器20(发射机应答器存储器)和谐振电路30的发射机应答器上。与图1中的图不同，也可以把样品11配置在谐振电路30的附近，或配置在数据存储器20的相反的一侧上。
根据本发明的低温存储设备的进一步的细节在例如图2中示出。在这一实施例中，样品载体10包括容纳样品的软管形腔(参见DE 10144 925)。样品腔附加在一个框架12上，框架12固定在集成电路21的包装上或被加工成包装。集成电路21包含样品数据存储器。附加于样品腔的是一个具有谐振电路和数据存储器的发射机应答器32。在这一配置中，不存在发射机应答器32和样品数据存储器之间的连接。发射机应答器32在这里被专门用于标识样品。然而，向电路21的电力和数据供给是经由独立连接的导线22得以实现的，数据存储器利用该导线22例如插入一个固定器，而经由这一过程实现了与控制电路的连接。作为选择，也可以在发射机应答器31和电路21之间形成一个电连接。
在实际应用中，根据下列原理来使用图1或2中所示的低温存储设备100。在给样品载体10加载了生物样品的例如，细胞悬浮液之后，把用以标识样品和对样品进行特征化处理的样品数据写入作为数据存储器20的一部分的样品数据存储器。该样品数据例如含有针对生物样品预先确定的测量值以及关于样品的本原及特性的信息。可以在低温保存之前经由谐振电路30写入数据。作为选择，也可以低温保存之后才传输数据。
总体上讲，低温保存包括把低温存储设备100输送到一种降低了温度的冷却介质中，例如，输送到液氮或其蒸汽中。低温存储设备也可在样品加载期间至少部分地与冷却介质相接触，并可能具有适当降低了的温度。
在低温保存状态下，低温存储设备100被存储在冷却介质中。存储在例如冷却容器70中(参见图3)进行。在存储期间，还可以把进一步的数据传输到数据存储器20。该数据包括例如样品的存储环境的过程数据特征、在所保存的样品的供体机体组织上获得的进一步的测量数据，和/或控制数据。过程数据包括例如在低温容器中或在周围环境中使用传感器记录的温度特征，并且过程数据在不与数据存储器20相接触的情况下被存储。控制数据包括例如用以在样品上触发预定的测量或操作过程的控制信息。例如，为了确定样品的存储状态，可以通过一条开始命令，在外部进行特征样品参数的测量。测量在冷冻状态下的低温保存样品上进行，或作为选择，在一个局部解冻的部分样品上进行。相应的测量值被存储在数据存储器20中。除了在低温存储设备上向数据存储器20的所述数据传输(写)之外，也可反方向地向评估与控制设备60进行数据传输(读)。较佳的做法是，数据传输通过使用传输协议，例如由发射机应答器遥测应用而为人们所原本所熟悉的传输协议，来进行。遥测发射机应答器基于与电有关的量(例如，频率、相位、振幅)形式的数据传输，其中，与电有关的量与将被传输的数据具有预定的关系。
有利的做法是，也可以将写和读过程合成为一个反馈机制。在这一机制中，来自温度传感器的测量值最初被存储在数据存储器20中。所存储的数据按一定的时间间隔读出，并被用于调整一个外部温度控制系统。于是，可根据局部普遍的存储环境，使样品在低温保存过程、冷却和/或解冻过程中保持活性。反过来，局部确定的测量值可以用于根据预定的温度分布图来控制样品或样品部分的局部解冻过程，或用于可能处于局部解冻状态的样品的处置或处理过程。
也可以使用控制数据来改变样品载体10。例如，为了去除部分样品，可以把控制数据发送到导致样品载体发生机械变化的预先确定的低温存储设备。机械变化例如可以包括样品载体部分的热分离。也可以把控制数据用于触发对低温保存的或局部解冻的样品的诊断过程。
图3说明了根据本发明的具有多个低温存储设备100的一个低温存储系统200，其中这些低温存储设备100例如根据图1或2中所显示的实施例形成。每一个低温存储设备100包括具有一个连接于谐振电路30的数据存储器20的样品载体10。把低温存储设备100配置在冷却容器70中，为了清晰起见，仅部分地示出了冷却容器70的外壁。低温存储设备100通常例如插入具有间隔的架子系统中。通过提供在容器壁中的一个锁71来对低温存储设备100或排列在其上的样品进行存取。而且，在低温容器70中具有传输天线50和传感器设备80。传输天线50以无线或传导的形式连接至控制与评估设备60，较佳的做法是，控制与评估设备60内置于冷却容器70的壁中。特别是，设备60包含一个显示屏幕(较佳的做法是，具有数据输入的可能，例如，一个所谓的触摸屏屏幕)和一个信号设备62，可以利用该信号设备62来以声或光的方式用信号通知低温存储系统200的操作状态。设备60还包括一个接口63，经由这一接口形成与一个中心控制系统的进一步的连接或网络连接。
使用图3的系统的低温保存在例如液氮蒸汽中进行。液氮被注入冷却容器70中作为冷却介质90。为此，给出了一个示意性说明的填充设备73。在该容器容积中，冷却介质90的上方，形成大约-120℃～-170℃的温度。
本发明的一个特别的优点是，冷却系统200是一个独立的单元。冷却容器70本身可操作和可移动，而无需永久性地附接连接导线。例如，冷却容器70可以依靠轮子72来移动。
对于按本发明的不同实施例实现本发明来说，单独的或组合形式的以上描述中所公开的本发明的特性、附图、以及权利要求可能是重要的。

Claims (18)

1.一种操作低温存储设备(100)，特别是用于生物样品的低温存储设备的方法，该低温存储设备(100)包括用于容纳至少一个样品(11)的样品载体(10)和数据存储器(20)，
该方法的特征在于，通过利用连接至数据存储器(20)的谐振电路(30)，将数据感应地从数据存储器(20)传输到无线传输通道(40)中和/或将数据反向地传输。
2.根据权利要求1所述的方法，其中，使用发射机应答器传输数据，该发射机应答器包括数据存储器(20)和谐振电路(30)。
3.根据权利要求1或权利要求2所述的方法，其中，使用谐振电路(30)向数据存储器(20)和/或一数据处理单元提供能量。
4.根据上述权利要求之一所述的方法，其中，所述谐振电路经由所述数据传输通道(40)连接至一传输天线(50)，数据从该传输天线(50)传输到一控制与评估设备(60)。
5.根据上述权利要求之一所述的方法，其中，当至少一个样品(11)处于低温保存状态时，进行数据传输。
6.根据上述权利要求之一所述的方法，其中，使用谐振电路(30)进行数据传输，这些数据包括用以标识样品(11)和对样品进行特征化处理的样品数据，迄今为止的样品存储条件的处理数据特征，和/或用以设置或触发低温存储设备的预定的操作状态的控制数据。
7.根据权利要求6所述的方法，其中，所述样品数据包含已经针对样品或低温存储设备而获得的测量值，并且利用所述控制与评估设备(60)根据所述测量值来调整所述控制数据。
8.根据上述权利要求中的任何一个所述的方法，其中，数据传输在-40℃以下的温度进行。
9.一种低温存储设备(100)，特别是用于在冷冻状态下存储生物样品的低温存储设备(100)，包括用于容纳至少一个样品(11)的至少一个样品载体(10)，和至少一个数据存储器(20)，所述低温存储设备(100)的特征在于，
至少一个连接至数据存储器(20)的谐振电路(30)，该谐振电路(30)被设置以感应地将数据从数据存储器(20)传输到一无线传输通道(40)和/或反向加以传输。
10.根据权利要求9所述的低温存储设备，其中，所述谐振电路(30)为一发射机应答器的一部分，该发射机应答器包括所述数据存储器(20)和所述谐振电路(30)。
11.根据权利要求9或10之一所述的低温存储设备，其中，提供了一个独立的样品数据存储器。
12.根据权利要求9～11之一所述的低温存储设备，该低温存储设备包括一数据处理单元，数据存储器(20)被集成在该数据处理单元中。
13.根据权利要求9～12之一所述的低温存储设备，其中，提供了一传输天线(50)和一控制与评估设备(60)，其中，数据可以经由所述谐振电路(30)和所述传输天线(50)，在所述数据存储器(20)和所述控制与评估设备(60)之间传输。
14.根据权利要求9～13之一所述的低温存储设备，其中，所述样品载体(10)、所述数据存储器(20)以及所述谐振电路(30)配置在一热绝缘的容器(70)中，该容器(70)用于容纳一种冷却介质，特别是液氮。
15.一种低温存储系统(200)，包括多个根据上述权利要求9～14中任何一个所述的低温存储设备。
16.根据权利要求15所述的低温存储系统，其中，所述低温存储设备被配置在具有传输天线(50)和一控制与评估设备的低温容器(70)中。
17.根据权利要求15或16之一所述的低温存储系统，其中，该系统配备有冷却用的液氮或液氮蒸汽。
18.一种把遥测发射机应答器用于针对生物样品的低温存储设备中的数据传输的使用。
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