CN214229612U - 一种低温保存装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型提出一种低温保存装置，包括顶端开口的刚性容器，所述刚性容器内部充满液体；可分离固定在所述刚性容器顶端的锁定盖，所述锁定盖的顶端设有通孔；与锁定盖紧密连接的密封盖，所述锁定盖与所述刚性容器紧密连接；所述密封盖的顶端设有安全检测装置，所述安全监测装置与.所述通孔连通；所述刚性容器的内部包括可变形密封容器，所述可变形密封容器内部充满液体。本实用新型采用适用于生物细胞、组织和器官保存的高压容器，使待保存物可以在低于冰点但不结冰的状态下保存；刚性容器通过设有排水口的顶盖式密封在测压方便的同时保证使用安全；设有复温装置，可以使刚性容器快速复温，减小容器内部压力。

Description

一种低温保存装置

技术领域

本实用新型涉及一种生物细胞、组织、器官保存装置，尤其是一种低温保存装置。

背景技术

降低温度是生物物质保存最重要的手段之一，适用于食品工业和医疗应用。这与生命过程是温度依赖的化学反应这一事实有关，其总和是新陈代谢。温度每降低10℃，代谢活动就会减少1.5到2倍；因此，降低温度会促进保存。最理想的是在接近绝对零度时保存生物材料，化学反应会停止并且生物物质可以无限期保存。然而，生物材料主要是生理盐水溶液中的水，其在低温下会冻结。冷冻虽然常用于保存生物物质，但对生物物质会有负作用。

冷冻保存生物通常是在等压(恒压)大气条件下进行的。在恒压下，当温度变得低于该压力下的溶液凝固点温度时，可能会发生冻结。在生理盐水中，该温度为-0.57℃。生物材料通常由细胞和包绕着的细胞外空间构成。当生物材料的温度降低到低于冷冻温度时，冰成核通常首先发生在更大的细胞外空间。细胞在细胞内冻结的概率要低得多，因为它们体积较小。此外，即使细胞偶尔结冰，冰也不会在其他细胞中引发结冰。在生物材料的冷冻过程中，细胞外空间中的冰和溶液处于热力学平衡。然而，未冻结的细胞是热力学过冷的。当溶液冻结时，未冻结部分的浓度会增加，因为冰不含任何溶质，所有溶质都聚集在未冻结部分。

为了平衡未冻结的细胞内部和细胞外部之间的浓度差，其中冰的形成增加了溶质浓度，水将通过透水细胞膜离开细胞。因此，细胞内溶液将变得高渗。冷冻生物学文献中已知，细胞内高渗溶液的增加会损害细胞。等压冷冻实验表明，随着温度降低到冷冻温度以下，随着溶质浓度的增加和暴露时间的延长，对细胞的伤害增加。生物材料冷冻过程中细胞损伤的另一个机制是机械性的，因为细胞外空间中形成冰晶。俘获细胞的冰晶也会对细胞造成伤害。由于细胞外浓度的增加和冰的形成，这些损伤机制对于医疗需要保存的生物材料以及食物有害，因为食物结构松散，细胞膜会失去水分和重量。早在 1948年就已经发现，在生物物质中添加某些化学添加剂，如甘油、二甲基亚砜、乙二醇，可以在一定程度上防止冷冻过程中的化学和机械损伤。这些冷冻保护剂现在经常用于细胞冷冻保存，并为所有成功的冷冻保存方法奠定了基础。然而，使用冷冻保护剂有几个缺点。首先，它们需要在冷冻保存前引入细胞并从细胞中取出；一些防冻剂可能对细胞和生物有毒，并且目前还没有使用冷冻保护剂保护大型器官的方法。除此以外，添加防冻剂不能用于食品保藏，因为它们会改变食品的性质，并会使得食品变得有毒。目前还没有一种方法可以在冷冻保存过程中完美地保护食物免受冰晶和细胞外浓度增加的影响。

如前所述，大多数关于生物器官冷冻的研究和应用都是在恒定 (等压)系统中进行的。本申请则引入了在恒定体积室(等容室)而不是恒定压力环境(等压冷冻)中冷冻的概念，作为避免冰的机械损伤和减少由于生物物质冷冻过程中浓度增加而导致的化学损伤的方法。

实用新型内容

本实用新型要解决的问题是提出一种低温保存装置，以解决生物细胞、组织和器官的长时间的低温保存问题。

为解决上述技术问题，本实用新型采用的技术方案是：一种低温保存装置，包括

a)顶端开口的刚性容器，所述刚性容器内部充满液体；

b)可分离固定在所述刚性容器顶端的锁定盖，所述锁定盖的顶端设有通孔；

c)与锁定盖紧密连接的密封盖，所述锁定盖与所述刚性容器紧密连接；

d)所述密封盖的顶端设有安全检测装置，所述安全监测装置与.

所述通孔连通；

e)所述刚性容器的内部包括可变形密封容器，所述可变形密封容器内部充满液体；

进一步的，所述安全检测装置是压力表。

进一步的，所述锁定盖覆盖在所述密封盖的表面并与所述刚性容器通过螺纹结构固定密封。

进一步的，所述密封盖的表面设有若干法兰盘，所述密封盖与所述刚性容器通过法兰固定密封。

进一步的，所述密封盖的表面设有若干锁定夹，所述密封盖与所述刚性容器通过锁定夹固定密封。

进一步的，所述刚性容器的材质包括不锈钢或钛合金。

进一步的，所述刚性容器的内部包括冰成核物。

进一步的，所述可变形密封容器的材质包括氯丁橡胶或医用聚氯乙烯。进一步的，所述低温保存装置还包括复温装置，所述复温装置设置在所述刚性容器上。

进一步的，所述刚性容器内壁设有环状凸块。

本实用新型具有的优点和积极效果是：(1)采用适用于生物细胞、组织或器官保存的高压容器，使待保存物可以在低于冰点但不结冰的状态下保存。

(2)刚性容器通过设有排水口的顶盖式密封在测压方便的同时保证使用安全。

(3)设有复温装置，可以使刚性容器快速复温，减小容器内部压力。

附图说明

图1：本实用新型低温保存装置A的3D结构示意图

图2：本实用新型低温保存装置A的整体结构示意图

图3：本实用新型低温保存装置B的整体结构示意图

图4：本实用新型低温保存装置C结构示意图

图5：本实用新型低温保存装置A的另一种整体结构示意图

图6：本实用新型的安全检测装置

图中：1-低温保存装置A、101-第一锁定盖、102-密封盖、1021- 第一通孔、103-第一密封圈、104-第一刚性容器、105-第一可变形容器、106-第一冰成核物、107-环状凸块、2-低温保存装置B、201-第二锁定盖、202-第二通孔、203-第二密封圈、204-第二刚性容器、205- 施压可变形容器容器、2051-第二可变形容器、206-第二冰成核物、 207-法兰密封盖、3-低温保存装置C、301-第三锁定盖、302-第三通孔、303-第三密封圈、304-第三刚性容器、305-锁定夹、306-第三可变形容器、4-安全检测装置

具体实施方式

为了更好的理解本实用新型，下面结合具体实施例和附图对本实用新型进行进一步的描述。

本实用新型的总体思路是利用“等容保存”的原理使得待保存材料可以在长时间的低温环境(本实用新型中所指的低温环境一般指低于冰点的温度)中不结冰的保存，等容保存原理的基本实施方式如下，在一个不可发生变形的刚性容器内，填充满液体并排出容器内所有的气体，随后将容器内液体降低到冰点以下的温度，温度区间可以为 -8℃～0℃、-30℃～-8℃或-273℃～-30℃，其中-2℃～-4℃，-4℃～-6℃， -6℃～-8℃为优选温度区间，因为虽然保存温度降低会使待保存物的新陈代谢下降增加保存时间，但是更低的温度会带来其他方面的有害影响，例如结冰率提高导致待保存物的细胞结冰从而受损，所以为了维持待保存物的活性某些情况下在接近冰点的低温环境待保存物更适合待保存物的保存。

实施例1：参考图1、图2和图6，图1和图2是低温保存装置 A1的结构示意图，包括第一锁定盖101、密封盖102、第一密封圈103、第一刚性容器104、第一可变形容器105和第一冰成核物106；图6 是安全检测装置4的示意图。首先将第一冰成核物106置入第一刚性容器104内，随后放入内部充满液体和放有待保藏物的第一可变形容器105，第一可变形容器105应尽量远离第一冰成核物106，所采用的方式可以是固定在密封盖102的底部或第一刚性容器104的内壁且避免与第一刚性容器104或密封盖102直接接触。第一冰成核物106 和第一可变形容器105放置完成后，将密封盖102的下半部与第一刚性容器104的顶部内径紧密套接并通过覆盖在密封盖102上方的第一锁定盖101的内螺纹与第一刚性容器104的外螺纹结构紧密的固定以保证低温保存装置A1的密封性，第一密封圈103保证这种密封结构更加有效。第一刚性容器104由高强度材料构成，使其能承受足够高的内部或外部压力，其基本特征是不可传递压力的、不可传递质量的但可传递温度的，符合此条件的材料均可选用，一般选用材料为金属或合金，作为优选材料应该考虑生物相容性，如钛、钛合金、钢、不锈钢等。与第一刚性容器104通过螺纹连接紧密连接的部件第一锁定盖101及密封盖102应采用与第一刚性容器104相同或热变形相同相近的材质，以保证当容器温度发生变化时第一锁定盖101及密封盖 102从上方与第一刚性容器104紧扣，多个部件不会因热变形率不同导致容器损坏或使容器本身密封性失效，因为当容器本身密封性遭到损坏时，容器内部压力会急剧下降，容器内液体外泄，进而使容器内温度降低，导致待保存物失活或变质，密封盖102的顶端设有第一通孔1021，第一通孔1021的主要功能包括针对第一刚性容器104中的待保存物保存前的排除容器内气体和保存完成取出后的降压排液，保存前向第一刚性容器104充满液体后锁紧密封盖102，随后通过第一通孔1021添加液体以保证容器内液体充满整个第一刚性容器104，使得第一刚性容器104内部不含有任何气体，为保证本容器的使用安全和容器内数据的实时显示以及与外界的完全密封，在密封盖102上固定设置有安全检测装置4，安全监测装置4的检测功能至少包括压力检测，故安全监测装置4可以是压力表，安全检测装置4还可以包括温度检测功能，如：壁面温度测试仪或液体温度测试仪，需注意的是测温功能与安全装置4相结合是一种优选的方式，其可选的替代方式是将测温装置固定在第一刚性容器104的内部或表面。安全检测装置4还可以包括防爆检测功能，如安全阀、爆破片、液位计何紧急切断阀等常用压力容器安保装置。第一可变形容器105用于盛放待保存物，待保存物可以为生物、组织、器官或细胞等各种动植物生物体的自然结构组织，因此第一可变形容器105一般选用有生物相容性的柔性材料，包括硅橡胶材料、聚氨酯材料以及纯化天然橡胶，优选的材料可以是氯丁橡胶，第一可变形容器105内部空间与第一刚性容器 104内部空间相互隔离，且二者内部均灌注有相同或不同的液体，液体优选为保存液，保存液可以是以下多种保存液单独选用或组合选用：纯水、生理盐水、缓冲生理盐水、柯林斯保存溶液、四氟化碳或威斯康星大学保存溶液、甘油、乙二醇、DMSO、Me₂SO、糖或海藻糖、抗冻蛋白及其他常用保存液。第一冰成核物106可以是冰成核蛋白，通过在第一刚性容器104外部贴紧冷源或放入冷浴装置中的的方式可以使第一刚性容器104的温度整体下降，根据热力学原理当第一刚性容器104内温度整体下降时，结冰应以冰成核物为核心向周围扩散，使得第一刚性容器104的内部压力增加，进而降低了冰点使得待保存物可在低于冰点且不结冰的状态保存。保存时第一刚性容器104内部的温度低于冰点，但除第一冰成核物106外，第一可变形容器105的内部不结冰。优选的保存温度是-2℃到-8℃。当待保存物需要取出使用时，先将本实用新型放入常温或高于冰点温度的环境中静置一段时间以致本实用新型装置内部冰溶解，装置内压力接近正常后，逐步将安全监测装置4、第一锁定盖101和密封盖102从第一刚性容器104 上拆卸，即可将第一可变形容器105取出使用。参考图5，图5展示出了第一刚性容器104的另一种结构，该结构采用了环状凸块107，环状凸块107的主要作用是减小压力容器受到的横向张力，利用带有坡度的环状凸块107使受力更加均匀，有效减小恒定受压条件下第一刚性容器104的整体厚度，复温装置108设置在第一刚性容器104的表面，复温装置108可以是电热片，环状凸块107和复温装置108的设计不仅限于本实施例，其他实施方式均可采用类似结构。

实施例2：参考图3和图6，图2是低温保存装置B2的结构示意图，包括第二锁定盖201、第二通孔202、第二密封圈203、第二刚性容器204、施压可变形容器205、第二可变形容器2051、第二冰成核物206和法兰密封盖207；图6是安全检测装置4的示意图。首先将第二冰成核物206置入第二刚性容器204内，随后放入内部充满液体的施压可变形容器205和放有待保藏物的第二可变形容器2051，施压可变形容器205和第二可变形容器2051二者应相互远离，所采用的方式将二者任意一个固定在第二锁定盖201的底部或第二刚性容器204的内壁且使得第二可变形容器2051与第二刚性容器204的任意一侧内壁均不可接触。第二冰成核物206、施压可变形容器205 和第二可变形容器2051放置完成后，将第二锁定盖201的部分与第二刚性容器204的顶部紧密套接并通过覆盖在第二锁定盖201上方的法兰密封盖207的法兰密封结构与第二刚性容器204紧密的固定以保证低温保存装置B2的密封性，第二密封圈203套接在第二刚性容器 204的外表和第二锁定盖201之间，保证这种密封结构更加有效。第二刚性容器204由高强度材料构成，使其能承受足够高的内部或外部压力，其基本特征是不可传递压力的、不可传递质量的但可传递温度的，符合此条件的材料均可选用，一般选用材料为金属或合金，作为优选材料应该考虑生物相容性，如钛、钛合金、钢、不锈钢等。与第二刚性容器204通过法兰连接紧密连接的部件第二锁定盖201及法兰密封盖207应采用与第二刚性容器204相同或热变形相同相近的材质，以保证当容器温度发生变化时第二锁定盖201及法兰密封盖207从上方与第二刚性容器204紧扣，多个部件不会因热变形率不同导致容器损坏或使容器本身密封性失效，因为当容器本身密封性遭到损坏时，容器内部压力会急剧下降，容器内液体外泄，进而使容器内温度降低，导致待保存物失活或变质。第二锁定盖201的顶端设有第二通孔202，第二通孔202的主要功能包括针对第二刚性容器204中的待保存物保存前的排除容器内气体和保存完成取出后的降压排液，保存前向第二刚性容器204充满液体后锁紧第二锁定盖201，随后通过第二通孔202 添加液体以保证容器内液体充满整个第二刚性容器204，使得第二刚性容器204内部不含有任何气体，为保证本容器的使用安全和容器内数据的实时显示以及与外界的完全密封，在第二锁定盖201上固定设置有安全检测装置4，安全监测装置4的检测功能至少包括压力检测，故安全监测装置4可以是压力表，安全检测装置4还可以包括温度检测功能，如：壁面温度测试仪或液体温度测试仪，需注意的是测温功能与安全装置4相结合是一种优选的方式，其可选的替代方式是将测温装置固定在第二刚性容器204的内部或表面。安全检测装置4还可以包括防爆检测功能，如安全阀、爆破片、液位计何紧急切断阀等常用压力容器安保装置。第二可变形容器2051用于盛放待保存物，待保存物可以为生物、组织、器官或细胞等各种动植物生物体的自然结构组织，因此第二可变形容器2051一般选用有生物相容性的柔性材料，包括硅橡胶材料、聚氨酯材料以及纯化天然橡胶，优选的材料可以是氯丁橡胶，第二可变形容器2051内部空间与第二刚性容器204 内部空间相互隔离，且二者内部均灌注有相同或不同的液体，液体优选为保存液，保存液可以是以下多种保存液单独选用或组合选用：纯水、生理盐水、缓冲生理盐水、柯林斯保存溶液、四氟化碳或威斯康星大学保存溶液、甘油、乙二醇、DMSO、Me₂SO、糖或海藻糖、抗冻蛋白及其他常用保存液。第二冰成核物206可以是冰成核蛋白，通过在第二刚性容器204外部贴紧冷源或放入冷浴装置中的的方式可以使第二刚性容器204的温度整体下降，根据热力学原理当第二刚性容器204内温度整体下降时，结冰应以冰成核物为核心向周围扩散，使得第二刚性容器204的内部压力增加，进而降低了冰点使得待保存物可在低于冰点且不结冰的状态保存。保存时第二刚性容器204内部的温度低于冰点，但除第二冰成核物206外，第二可变形容器205的内部不结冰。优选的保存温度是-2℃到-8℃。当待保存物需要取出使用时，先将本实用新型放入常温或高于冰点温度的环境中静置一段时间以致本实用新型装置内部冰溶解，装置内压力接近正常后，逐步将安全监测装置4、法兰密封盖207和第二锁定盖201从第二刚性容器204 上拆卸，即可将第二可变形容器205取出使用。

实施例3：参考图4和图6，图4是低温保存装置C3的结构示意图，包括第三锁定盖301、第三通孔302、第三密封圈303、第三刚性容器304、锁定夹305、第三可变形容器306；图6是安全检测装置4的示意图。本装置的主要特点区别于实施例1与实施例2的地方在于，第三刚性容器304内部不形成高压环境。首先将内部充满液体并且放有待保藏物的第三可变形容器306置入第三刚性容器304，第三可变形容器306可以自然的放置也可以与第三刚性容器304或第三锁定盖301固定。第三可变形容器306放置完成后，将第三锁定盖 301的部分与第三刚性容器304的顶部紧密套接并通过设置在第三锁定盖301上方的锁定夹305与第三刚性容器304紧密的固定以保证低温保存装置C3的密封性，设置在第三锁定盖301和第三刚性容器304 之间的第三密封圈303保证这种密封结构更加有效。第三刚性容器 304由高强度材料构成，使其能承受足够高的内部或外部压力，其基本特征是不可传递压力的、不可传递质量的但可传递温度的，符合此条件的材料均可选用，一般选用材料为金属或合金，作为优选材料应该考虑生物相容性，如钛、钛合金、钢、不锈钢等，本实施例中第三刚性容器304内部不形成高压，采用刚性容器主要考虑安全性问题，即在合理使用的前提下第三刚性容器304可替换成非高强度容器。与第三刚性容器304通过锁定结构紧密连接的部件第三锁定盖301及锁定夹305应采用与第三刚性容器304相同或热变形相同相近的材质，以保证当第三刚性容器304因操作不当内部升压时第三锁定盖301及锁定夹305从上方与第三刚性容器304紧扣，多个部件不会因热变形率不同导致容器损坏或使容器本身密封性失效。第三锁定盖301的顶端设有第三通孔302，第三通孔302的主要功能包括针对第三刚性容器304中的待保存物保存前的排除容器内气体和保存完成取出后的降压排液，保存前向第三刚性容器304充满液体后锁紧第三锁定盖 301，随后通过第三通孔302添加液体以保证容器内液体充满整个第三刚性容器304，使得第三刚性容器304内部不含有任何气体，为保证本容器的使用安全和容器内数据的实时显示以及与外界的完全密封，在第三锁定盖301上固定设置有安全检测装置4，安全监测装置 4的检测功能至少包括压力检测，故安全监测装置4可以是压力表，安全检测装置4还可以包括温度检测功能，如：壁面温度测试仪或液体温度测试仪，需注意的是测温功能与安全装置4相结合是一种优选的方式，其可选的替代方式是将测温装置固定在第三刚性容器304的内部或表面。安全检测装置4还可以包括防爆检测功能，如安全阀、爆破片、液位计何紧急切断阀等常用压力容器安保装置。第三可变形容器306用于盛放待保存物，待保存物可以为生物、组织、器官或细胞等各种动植物生物体的自然结构组织，因此第三可变形容器306一般选用有生物相容性的柔性材料，包括硅橡胶材料、聚氨酯材料以及纯化天然橡胶，优选的材料可以是氯丁橡胶，第三可变形容器306内部空间与第三刚性容器304内部空间相互隔离，且二者内部均灌注有相同或不同的液体，液体优选为保存液，保存液可以是以下多种保存液单独选用或组合选用：纯水、生理盐水、缓冲生理盐水、柯林斯保存溶液、四氟化碳或威斯康星大学保存溶液、甘油、乙二醇、DMSO、 Me₂SO、糖或海藻糖、抗冻蛋白及其他常用保存液。通过在第三刚性容器304外部贴紧冷源或放入冷浴装置中的的方式可以使第三刚性容器304的温度整体下降。保存时第三刚性容器304内部的温度低于冰点，在内部稳定且纯净不存在冰成核物的环境下，本装置内部不形成高压环境且可以在低于冰点温度时保证内部液体不结冰，其原理如下，当本装置放置在一稳定环境中，装置内保存液可在-4～0℃之间保持“过冷水”状态，即在冰点以下保持不含冰的液态，此时装置内部不会产生压力，但仍可以为装置内待保存物提供冰点下的储藏环境，“过冷水”状态易收到外部震荡、晃动或打击遭到稳定态的破坏，使装置内的保存液瞬间结冰。当待保存物需要取出使用时，先将本实用新型放入常温或高于冰点温度的环境中静置一段时间以致本实用新型装置内部冰溶解，装置内压力接近正常后，将安全监测装置4拆卸，打开锁定夹305并摘下第三锁定盖301，即可将第三可变形容器306 取出使用。

以上实施例对本实用新型进行了详细说明，但所述内容仅为本实用新型的较佳实施例，不能被认为用于限定本实用新型的实施范围。凡依本实用新型申请范围所作的均等变化与改进等，均应仍归属于本实用新型的专利涵盖范围之内。

Claims (10)

1.一种低温保存装置，其特征在于：包括

a)顶端开口的刚性容器，所述刚性容器内部充满液体；

b)可分离固定在所述刚性容器顶端的锁定盖，所述锁定盖的顶端设有通孔；

c)与锁定盖紧密连接的密封盖，所述锁定盖与所述刚性容器紧密连接；

d)所述密封盖的顶端设有安全检测装置，所述安全检测装置与所述通孔连通；

e)所述刚性容器的内部包括可变形密封容器，所述可变形密封容器内部充满液体。

2.根据权利要求1所述的低温保存装置，其特征在于：所述安全检测装置是压力表。

3.根据权利要求1所述的低温保存装置，其特征在于：所述锁定盖覆盖在所述密封盖的表面并与所述刚性容器通过螺纹结构固定密封。

4.根据权利要求1所述的低温保存装置，其特征在于：所述密封盖的表面设有若干法兰盘，所述密封盖与所述刚性容器通过法兰固定密封。

5.根据权利要求1所述的低温保存装置，其特征在于：所述密封盖的表面设有若干锁定夹，所述密封盖与所述刚性容器通过锁定夹固定密封。

6.根据权利要求1-5任意一项所述的低温保存装置，其特征在于：所述刚性容器的材质包括不锈钢或钛合金。

7.根据权利要求1-5任意一项所述的低温保存装置，其特征在于：所述刚性容器的内部包括冰成核物。

8.根据权利要求1-5任意一项所述的低温保存装置，其特征在于：所述可变形密封容器的材质包括氯丁橡胶或医用聚氯乙烯。

9.根据权利要求1-5任意一项所述的低温保存装置，其特征在于：所述低温保存装置还包括复温装置，所述复温装置设置在所述刚性容器上。

10.根据权利要求1-5任意一项所述的低温保存装置，其特征在于：所述刚性容器内壁设有环状凸块。

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