CN206848037U - 一种细胞冻干系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种细胞冻干系统，包括：加温氮气供给机构、冻干工作箱和排气机构，所述加温氮气供给机构、所述冻干工作箱和所述排气机构之间依次通过第一绝热连接管连接；所述加温氮气供给机构将加热后的气态氮供给至所述冻干工作箱；所述冻干工作箱在放入经过液氮冷冻后的细胞样品后按照预设模式升温同时持续通入加热后的气态氮，使细胞样品的固态水升华为气态水；所述冻干工作箱已预先调整至适宜经过液氮冷冻后的细胞样品放入的温度；所述排气机构用于排出包含由细胞样品的固态水升华而得的气态水的气态氮。本实用新型能有效解决细胞冻干损伤和污染的问题，实现细胞冻干的安全、高效和低成本。

Description

一种细胞冻干系统

技术领域

本实用新型涉及细胞保存技术领域，尤其涉及一种细胞冻干系统。

背景技术

常用的细胞脱水方法为真空冻干法，该方法对应的细胞冻干设备通过真空冻干装置实现局限空间内气态水分压的控制和升华能源输入，完成细胞冻干。这一方法获得的冻干细胞存在明显的微结构破坏，复苏率偏低。目前常用的工业设备条件下，难以低成本获得低于-90℃的可控温度环境，用于细胞冻干的人工环境起始工作温度一般不低于-90℃，而细胞冷冻常用液氮作为工作介质，二者存在巨大的温度差异，这可能是导致细胞冻干损伤的重要原因。

目前，细胞实验室常用的冻干设备还存在严重的污染问题。由于该设备需要真空泵连续运转超过24小时，以控制工作空间的气态水分压、维持负压状态，真空泵连续运转，不能避免滑油的蒸发消耗，也很难控制严重的振动与噪音，因此，该设备与细胞实验室存在匹配不良的问题，不能室内运行，也难以与细胞冻融设备进行工序连接。

细胞是复杂生命体基本的功能单元，人类健康与疾病的定义对象最终都指向细胞。人类医学从以器官、系统、组织为考察和干预对象开始，现在已经快速转向到细胞方法，包括基因编辑、高通量DNA测序、人工修饰的免疫细胞方法，等等。这些方法可以称为临床细胞方法，更高效率更低成本的临床医学方法体系正在快速建立。细胞医学时代，安全、低成本保存细胞，具有重大的社会意义和经济意义。建立安全、高效、低成本的细胞冻干设备，是细胞医学和细胞工业的基础之一。

实用新型内容

本实用新型实施例的目的是提供一种细胞冻干系统，能有效解决细胞冻干损伤和污染的问题，同时实现安全、高效、低成本。

为实现上述目的，本实用新型实施例提供了一种细胞冻干系统，包括：

加温氮气供给机构、冻干工作箱和排气机构，所述加温氮气供给机构、所述冻干工作箱和所述排气机构之间依次通过第一绝热连接管连接；其中，所述加温氮气供给机构将加热后的气态氮供给至所述冻干工作箱；所述冻干工作箱在放入细胞样品后按照预设模式升温同时持续通入加热后的所述气态氮，以对所述细胞样品进行冻干处理，使所述细胞样品的固态水升华为气态水至所述气态氮中，其中，所述细胞样品为经过液氮冷冻后的细胞样品，所述冻干工作箱已预先调整至适宜所述经过液氮冷冻后的细胞样品放入的温度；所述排气机构用于排出包含由所述细胞样品的固态水升华而得的气态水的气态氮。

与现有技术相比，本实用新型公开的一种细胞冻干系统通过设置加温氮气供给机构、冻干工作箱和排气机构，由加热氮气供给机构提供加热后的氮气至冻干工作箱，由冻干工作箱已预先预冷的情况下在放入细胞样品后，按照预设模式升温同时持续通入加热后的所述气态氮，对所述细胞样品进行冻干处理，以干燥洁净气态氮作为升华干燥的热介质与惰性保护剂，以液氮温度为升华起点温度，使所述细胞样品的固态水升华为气态水，然后通过排气机构排出包含由所述细胞样品的固态水升华而得的气态水的气态氮的技术方案，冻干工作箱已预先调整至适宜所述经过液氮冷冻后的细胞样品放入的温度，由于细胞样品放入时冻干工作箱已预先调整至适宜温度，解决了由于放入的初始温差过大而导致的细胞损伤问题，采用氮作为升华介质，通过持续升温提供升华能量，能够在常压状态下完成细胞样品的升华脱水，而且氮工业价格，对环境污染小耗能少，获得了安全、高效、低成本的有益效果。

进一步的，所述冻干工作箱包括:

样品进出装置，用于将所述细胞样品放入冻干工作箱内或将所述冻干处理完成的细胞样品从所述冻干工作箱取出；

加热盘，使所述冻干工作箱按照预设模式升温。

进一步的，所述加温氮气供给机构包括：

液氮储箱，用于储存液态氮；

气体发生装置，用于将所述液态氮转化为所述气态氮；

气体加温装置，用于加热所述气态氮，并将加热后的所述气态氮供给至所述冻干工作箱；

所述液氮储箱、所述气体发生装置和所述气体加温装置依次通过第二绝热连接管连接，所述气体加温装置通过所述第一绝热连接管与所述冻干工作箱连接。

进一步的，所述冻干工作箱还包括容积调节器；所述容积调节器用于调节所述冻干工作箱的容量。

进一步的，所述细胞冻干系统还包括中央控制器和流量传感器；所述流量传感器设置于所述冻干工作箱通入加热后的所述气态氮的入口处，所述流量传感器用于获取所通入的加热后的所述气态氮的流量，所述中央控制器用于根据所述冻干工作箱的容量和所述流量传感器获取的所述气态氮的流量控制所述气体发生装置的功率、所述气体加温装置的功率和所述加热盘的热功率按照预设模式上升。

进一步的，所述样品进出装置还用于获取放入的所述细胞样品的重量；

所述中央控制器还用于根据所述样品进出装置获取的所述细胞样品的重量控制所述容积调节器调整所述冻干工作箱的容量。

进一步的，所述排气机构还包括加热装置；所述加热装置用于通过调整所述排气机构的温度来控制所述排气机构排出所述气态氮的速率。

进一步的，所述冻干系统还包括第一温度传感器、第二温度传感器、第三温度传感器和第四温度传感器，其中，所述第一温度传感器设于所述气体加温装置，所述第二温度传感器设于所述冻干工作箱通入气态氮的入口处，所述第三温度传感器设于加热盘，所述第四温度传感器设于所述加热装置。

进一步的，所述加热盘为金属加热盘。

附图说明

图1是本实用新型实施例1提供的一种细胞冻干系统的结构示意图；

图2是本实用新型实施例2提供的一种细胞冻干系统的结构示意图。

具体实施方式

下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型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实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。

参见图1，是本实用新型实施1提供的一种细胞冻干系统的结构示意图，本实用新型实施例包括：

加温氮气供给机构1、冻干工作箱2和排气机构3，其中，加温氮气供给机构1、冻干工作箱2和排气机构3之间依次通过第一绝热连接管连接，具体的：

加温氮气供给机构1将加热后的气态氮供给至冻干工作箱2；

冻干工作箱2在放入细胞样品后按照预设模式升温同时持续通入加热后的气态氮，以对细胞样品进行冻干处理，使细胞样品的固态水升华为气态水至气态氮中，其中，细胞样品为经过液氮冷冻后的细胞样品，冻干工作箱2已预先调整至适宜经过液氮冷冻后的细胞样品放入的温度。

通常，现有设备的冻干起点温度一般高于-90℃，而细胞冷冻常用液氮作为工作介质，二者存在巨大的温度差异，容易导致细胞冻干损伤；本实用新型所指的适宜经过液氮冷冻后的细胞样品放入的温度为不会对经过液氮冷冻后的细胞样品造成结构损伤的温度，理想的适宜温度为-186℃。实际冻干工作箱2的温度往往稍高于-186℃，但是由于细胞样品在进入冻干工作箱2时是在液氮保护下，样品温度从液氮温度升高到箱内温度前，冻干已经启动了，即冻干开始时细胞样品还是在液氮保护下，可以认为就是从液氮温度冻干，以液氮温度为升华起点温度。

排气机构3用于排出包含由细胞样品的固态水升华而得的气态水的气态氮。

本实用新型实施例的冻干系统基于使用干燥洁净气态氮作为升华干燥的热介质与惰性保护剂，以液氮温度为升华起点温度，常压状态下完成细胞样品升华脱水的原理实现细胞样品的冻干处理。具体的，在冻干工作箱中通入氮气，在氮气为纯净的情况下，可以认为此时冻干工作箱氮气环境中不含水，或者认为此时冻干工作箱内达到升华水分压的平衡态；在温度升高后，打破了氮气的平衡态，从而启动细胞样品中的固态水的升华，持续的加温可实现持续的升华至细胞完全脱水。

本实施例在第一绝热连接管中设有单向气密阀，以保证气体流通的单向性，从而保证冻干处理的正常进行。

具体实施时，首先启动冻干工作箱2开始进行预冷，以及启动加温氮气供给机构1和排气机构3，使冻干工作箱2的温度达到适宜经过液氮冷冻后的细胞样品放入的温度，如-186℃；然后在冻干工作箱2中放入细胞样品；冻干工作箱2 在放入细胞样品后按照预设模式升温同时持续通入加热后的气态氮，以对细胞样品进行冻干处理，使细胞样品的固态水升华为气态水至气态氮中，在达到预设冻干停止条件时，将细胞样品从冻干工作箱2取出，完成了对细胞样品的冻干处理。

与现有技术相比，本实用新型实施例解决了现有冻干技术对细胞结构的破坏问题，采用氮作为介质进行升华耗能少，而且氮的工业价格低，对环境污染小，获得了安全、高效、低成本的有益效果。

参见图2，是本实用新型实施2提供的一种细胞冻干系统的结构示意图，本实用新型实施例包括：

加温氮气供给机构1、冻干工作箱2和排气机构3，其中，加温氮气供给机构1、冻干工作箱2和排气机构3之间依次通过第一绝热连接管连接，具体的：

加温氮气供给机构1将加热后的气态氮供给至冻干工作箱2；

冻干工作箱2在放入细胞样品后按照预设模式升温同时持续通入加热后的气态氮，以对细胞样品进行冻干处理，使细胞样品的固态水升华为气态水至气态氮中，其中，细胞样品为经过液氮冷冻后的细胞样品，冻干工作箱2已预先调整至适宜经过液氮冷冻后的细胞样品放入的温度。

通常，现有设备的冻干起点温度一般高于-90℃，而细胞冷冻常用液氮作为工作介质，二者存在巨大的温度差异，容易导致细胞冻干损伤；本实用新型所指的适宜经过液氮冷冻后的细胞样品放入的温度为不会对经过液氮冷冻后的细胞样品造成结构损伤的温度，理想的适宜温度为-186℃。实际冻干工作箱2的温度往往稍高于-186℃，但是由于细胞样品在进入冻干工作箱2时是在液氮保护下，样品温度从液氮温度升高到箱内温度前，冻干已经启动了，即冻干开始时细胞样品还是在液氮保护下，可以认为就是从液氮温度冻干，以液氮温度为升华起点温度。

排气机构3用于排出包含由细胞样品的固态水升华而得的气态水的气态氮。

本实用新型实施例的冻干系统基于使用干燥洁净气态氮作为升华干燥的热介质与惰性保护剂，以液氮温度为升华起点温度，常压状态下完成细胞样品升华脱水的原理实现细胞样品的冻干处理。具体的，在冻干工作箱中通入氮气，在氮气为纯净的情况下，可以认为此时冻干工作箱氮气环境中不含水，或者认为此时冻干工作箱内达到升华水分压的平衡态；在温度升高后，打破了氮气的平衡态，从而启动细胞样品中的固态水的升华，持续的加温可实现持续的升华至细胞完全脱水。

优选的，冻干工作箱2包括:

样品进出装置21，用于将细胞样品放入冻干工作箱2内或将冻干处理完成的细胞样品从冻干工作箱2取出。

加热盘22，使冻干工作箱2按照预设模式升温；另外，如图1所示，加热盘22还可以作为承载器来放置放入冻干工作箱2的细胞样品，通过样品进出装置 21放入细胞样品并将细胞样品传送至加热盘22，本实施例的加热盘22优选采用金属加热盘，由于金属材料热容量较氮气大，采用金属材料的加热盘22可以作为冻干工作箱2内的温度控制的缓冲器，不仅能减少氮气用量，且易于控制冻干工作箱2内温度。

另外，冻干工作箱2还优选包括容积调节器23；容积调节器23用于调节冻干工作箱2的容量。

优选的，加温氮气供给机构1包括：

液氮储箱11，用于储存液态氮；优选，采用安装有液氮液面位置传感器的液氮储箱11，用于获知液氮储箱11的液氮储量或液氮用量。

气体发生装置12，用于将液态氮转化为气态氮；

气体加温装置13，用于加热气态氮，并将加热后的气态氮供给至冻干工作箱；

液氮储箱11、气体发生装置12和气体加温装置13依次通过第二绝热连接管连接，气体加温装置13通过第一绝热连接管与冻干工作箱2连接。

为实现自动化和智能化，本实施例还包括中央控制器4和流量传感器5；流量传感器5设置于冻干工作箱2通入加热后的气态氮的入口处，流量传感器5用于获取所通入的加热后的气态氮的流量；中央控制器用于根据冻干工作箱2的容量和流量传感器5获取的气态氮的流量控制气体发生装置12的功率、气体加温装置13的功率和加热盘22的热功率按照预设模式上升。

进一步的，样品进出装置21还用于获取放入的细胞样品的重量；中央控制器4还用于根据样品进出装置21获取的细胞样品的重量控制容积调节器23调整冻干工作箱2的容量。

进一步的，排气机构3还包括加热装置31；加热装置31用于通过调整排气机构3的温度来控制排气机构31排出气态氮的速率。优选的，加热装置31可以通过中央控制器4进行控制。

本实施例在第一绝热连接管和第二绝热连接管中均设有单向气密阀，以保证气体流通的单向性，从而保证冻干处理的正常进行。

另外，优选在气体加温装置13设置第一温度传感器61，冻干工作箱2通入气态氮的入口处设置第二温度传感器62，加热盘22设置第三温度传感器63，以及加热装置31设置第四温度传感器64，以便中央控制器4获取气体加温装置13、冻干工作箱2通入气态氮的入口处、加热盘22和加热装置31各处的温度值。

具体实施时，首先启动中央控制器4，中央控制器4获取气体加温装置13、冻干工作箱2通入气态氮的入口处、加热盘22和加热装置31各处的温度值；然后启动冻干工作箱2开始进行预冷，以及启动加温氮气供给机构1和排气机构3，此处启动加温氮气供给机构1的气体发生装置，使冻干工作箱2的温度达到适宜经过液氮冷冻后的细胞样品放入的温度，如-186℃；然后通过样品进出装置21 放入细胞样品，获取细胞样品的重量，并将细胞样品传送至加热盘22；接着，中央控制器4依据细胞样品的重量通过控制容积调节器23调整冻干工作箱2的容量，同时，中央控制器4依据调整后的冻干工作箱2的容量与流量传感器5的读数调整气体发生装置12的功率、气体加温装置13的功率和加热盘22的热功率按照预设模式上升，以使冻干工作箱按照预设模式升温同时持续通入加热后的气态氮，以启动对细胞样品进行冻干处理；在达到预设冻干停止条件时，通过样品进出装置21将细胞样品从冻干工作箱2取出，完成了对细胞样品的冻干处理。

本实施例中所提及的中央控制器4对冻干工作箱2的温度模式的调节和对容量的调节的实施方式、加温氮气供给机构1如何获取加热后的气态氮的实施方式，排气机构3如何实现排气的实施方式为优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型原理的前提下，替换上述实施方式而实现本实用新型的技术效果的改进方案也视为本实用新型的保护范围。

与现有技术相比，本实用新型实施例解决了由于放入的初始温差过大而导致的细胞损伤问题，采用氮作为升华介质，通过持续升温提供升华能量，能够在常压状态下完成细胞样品的升华脱水，而且氮工业价格，对环境污染小耗能少，获得了安全、高效、低成本的有益效果；同时本实施例的冻干系统为完全可控的冻干环境，只需通过合理设置程序即可保证工作效率。

以上所述是本实用新型的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也视为本实用新型的保护范围。

Claims (9)

1.一种细胞冻干系统，其特征在于，包括：加温氮气供给机构、冻干工作箱和排气机构，所述加温氮气供给机构、所述冻干工作箱和所述排气机构之间依次通过第一绝热连接管连接；其中，所述加温氮气供给机构将加热后的气态氮供给至所述冻干工作箱；所述冻干工作箱在放入细胞样品后按照预设模式升温同时持续通入加热后的所述气态氮，以对所述细胞样品进行冻干处理，使所述细胞样品的固态水升华为气态水，其中，所述细胞样品为经过液氮冷冻后的细胞样品，所述冻干工作箱已预先调整至适宜所述经过液氮冷冻后的细胞样品放入的温度；所述排气机构用于排出包含由所述细胞样品的固态水升华而得的气态水的气态氮。

2.如权利要求1所述的一种细胞冻干系统，其特征在于，所述冻干工作箱包括:

样品进出装置，用于将所述细胞样品放入冻干工作箱内或将所述冻干处理完成的细胞样品从所述冻干工作箱取出；

加热盘，用于使所述冻干工作箱按照预设模式升温。

3.如权利要求1所述的一种细胞冻干系统，其特征在于，所述加温氮气供给机构包括：

液氮储箱，用于储存液态氮；

气体发生装置，用于将所述液态氮转化为所述气态氮；

气体加温装置，用于加热所述气态氮，并将加热后的所述气态氮供给至所述冻干工作箱；

所述液氮储箱、所述气体发生装置和所述气体加温装置依次通过第二绝热连接管连接，所述气体加温装置通过所述第一绝热连接管与所述冻干工作箱连接。

4.如权利要求3所述的一种细胞冻干系统，其特征在于，所述冻干工作箱还包括容积调节器；所述容积调节器用于调节所述冻干工作箱的容量。

5.如权利要求4所述的一种细胞冻干系统，其特征在于，所述细胞冻干系统还包括中央控制器、流量传感器；所述流量传感器设置于所述冻干工作箱通入加热后的所述气态氮的入口处；所述流量传感器用于获取通入的加热后的所述气态氮的流量；所述中央控制器用于根据所述冻干工作箱的容量和所述流量传感器获取的所述气态氮的流量控制所述气体发生装置的功率、所述气体加温装置的功率和所述加热盘的热功率按照预设模式上升。

6.如权利要求5所述的一种细胞冻干系统，其特征在于，所述样品进出装置还用于获取放入的所述细胞样品的重量；

所述中央控制器还用于根据所述样品进出装置获取的所述细胞样品的重量控制所述容积调节器调整所述冻干工作箱的容量。

7.如权利要求5所述的一种细胞冻干系统，其特征在于，所述排气机构还包括加热装置；所述加热装置用于通过调整所述排气机构的温度来控制所述排气机构排出所述气态氮的速率。

8.如权利要求7所述的一种细胞冻干系统，其特征在于，所述冻干系统还包括第一温度传感器、第二温度传感器、第三温度传感器和第四温度传感器，其中，所述第一温度传感器设于所述气体加温装置，所述第二温度传感器设于所述冻干工作箱通入气态氮的入口处，所述第三温度传感器设于加热盘，所述第四温度传感器设于所述加热装置。

9.如权利要求2所述的一种细胞冻干系统，其特征在于，所述加热盘为金属加热盘。