自动化深低温冷链储存生物样本装置及使用方法

技术领域

本发明涉及生物样本储存技术领域，具体涉及自动化深低温冷链储存生物样本装置及使用方法。

背景技术

生物样本在室温下储存时，经常会随时间分解与降解，即使在低温下存储，如果经历多次冻融循环，一些样品也可能失去活性。生物样本或试剂的最佳储存温度通常是根据生物材料的类型、保存液的不同、样品的预期用途以及材料储存的时间而变化。超低温储存(-80℃)其低于-80℃温度是长期储存生物材料的更好选择。超低温可防止核酸，蛋白质，内分泌分子和许多其他生物分子的降解。这个温度已被证明可长期储存保持许多生物测定和试剂。当样品在超低温下储存时，冻融方案是很重要，当缓慢冷冻(每分钟约1℃)时，快速解冻(例如在水浴中)时，细胞通常保持最佳状态。深低温冷冻储存(-150℃至-190℃)通常被认为是长期储存生物样品的黄金标准。在这种极低的温度下，所有生物活性都会暂停，不会发生降解。深低温冷冻是存储敏感样品及不能悬浮在防腐剂中的样品的理想选择。

现有技术中，如专利申请号：20201126824.8公开的“一种三重制冷三重保护及隔热技术的生物样本液氮罐冰箱”，其利用内罐体和外罐体的组合形成液氮罐冰箱本体，利用三重制冷系统内液氮制冷和机械式压缩制冷共同工作以达到良好的制冷效果，但其自动化程度低，需通过人工安置储存生物样本，步骤繁琐，且针对于液氮深低温的冻存储存；又如专利申请号：CN201710835130.0公开的“低温存储系统”，其通过将低温运输装置设置在干燥密封腔室内，降低制造成本和难度，提高了低温运输装置可靠性能，可提供全冷链保护，但其功能单一，仅进行低温环境的保存，难以满足多样化储存的使用条件。

发明内容

为解决上述背景技术中提出的问题，本发明提供了自动化深低温冷链储存生物样本装置及使用方法，自动化程度高，可对生物样本进行低温模式或深低温模式的储存，其储存便捷，低温与冻存储存效果好。

本发明提供如下技术方案:

一方面，本发明提供了一种自动化深低温冷链储存生物样本装置，包括壳体以及用于收纳生物样本的储存器具，还包括：

窗口，设置在所述壳体上端面，所述窗口底部设有升降通道，所述升降通道侧面处设有两个对接口，两个所述对接口处分别安装有第一滑动密封门与第二滑动密封门，每个所述对接口连通有输送通道；

控制器，用于对装置实施管控操作；

制冷系统，所述制冷系统配置有分流器，所述分流器的输出端密封连接有至少两条冷却支路，所述冷却支路设置在所述输送通道处，用于向输送通道循环换热冷源；

用于低温储存的第一腔室，通过管道与制冷系统相连；

用于深低温储存的第二腔室，通过管道与制冷系统相连；

多个冻存托架，分别固定连接在第一腔室与第二腔室内，用于承载所述储存器具；

温度传感器，分别设置在第一腔室与第二腔室内，且均电性连接所述控制器，以采集反馈第一腔室与第二腔室内温度数据；

液氮加注系统，用于向第二腔室内加注液氮，其包括密封连接所述第二腔室的加注管道，所述加注管道上安装有液氮泵，所述第二腔室内安装有与所述控制器电性连接的液位传感器以及压力传感器；

输送总成，用于转移所述储存器具至所述第一腔室/所述第二腔室中，所述输送总成包括用于对正两个所述对接口的升降机构、输入端分别设置在两个所述对接口的第一输送机与第二输送机。

优选地，所述制冷系统还包括冷凝器组以及分别独立流体连接所述冷凝器组的第一压缩机、第二压缩机、第一蒸发器以及第二蒸发器，所述第一蒸发器输出端流体连接有设置在所述第一腔室内的第一换热管，所述第二蒸发器的输出端流体连接有设置在所述第二腔室内的第二换热管，所述冷却支路的输出端流体连接所述第一压缩机。

优选地，所述升降机构包括多级伸缩杆以及设置在所述多级伸缩杆顶端的升降座，所述升降座上端安装有传送机，传送机上安装有水平高度与所述升降座的水平高度平齐的传送带。

优选地，所述第一输送机与所述第二输送机均为柔性输送机，所述第一输送机的输出末端设有第一机械转运臂，所述第二输送机的输出末端设有第二机械转运臂，所述第一机械转运臂用于将储存器具转运至所述第一腔室，所述第二机械转运臂用于将储存器具转运至所述第二腔室。

优选地，所述控制器上端面电性连接有显示模块。

优选地，所述储存器具主要由底座、保持架以及保温棉组成，所述保持架固定连接在所述底座上端，所述保温棉的内圈设有框架，所述框架内设有多个间隔设置的收容部，所述收容部呈蜂窝状分布在所述框架的上端。

优选地，所述第一滑动密封门为对称设置的门体，所述门体上下端面均设有齿条部，所述升降通道上安装有多个伺服电机，每个所述伺服电机输出端传动连接有与所述齿条部啮合连接的齿轮部，所述伺服电机电性连接所述控制器。

优选地，所述第一腔室设置在所述第二腔室上端，所述第一腔室侧面设有第一升降密封门，所述第二腔室侧面设有第二升降密封门，所述壳体内设有所述第一升降密封门与所述第二升降密封门的移动空间。

优选地，所述输送通道内侧设有多个对称设置的定向滚轮。

另一方面，本发明提供了一种对生物样本的储存方法，通过上述的自动化深低温冷链储存生物样本装置实现，该储存方法包括以下步骤：

温度处理：通过控制器操作制冷系统制冷换热，调节第一腔室、第二腔室以及输送通道处的温度，第一腔室与第二腔室内分别设置温度传感器实时反馈所在腔室的温度数据；

储存生物样本：打开窗口，将储存器具放置于升降通道内，关闭窗口后，通过控制器管控升降机构的升降高度，使储存器具对正相应的对接口位置，可通过制冷系统中分流器配合冷却支路对第一输送机或第二输送机所在的输送通道进行换热降温，当生物样本进行低温储存时，打开第一滑动密封门，通过输送总成将储存器具转移至第一腔室/第二腔室中的冻存托架上；

需深低温储存时：由液氮加注系统通过加注管道向第二腔室内加注液氮，液氮泵控制液氮流量，液位传感器感应反馈第二腔室内液氮的液面位置，压力传感器感应反馈第二腔室内压力数据。

其中，本发明的有益效果为：

(1)：壳体内置有用于低温储存的第一腔室以及用于深低温储存的第二腔室，制冷系统通过第一换热管与第二换热管分别对应向第一腔室和第二腔室，第一压缩机、第一蒸发器配合冷凝器组对第一换热管供应循环冷源，第二压缩机、第二蒸发器配合冷凝器组对第二换热管供应循环冷源，利用升降通道内设置的升降机构配合输送通道内的第一输送机或第二输送机对储存器具进行运输，第一机械转运臂将储存器具转运至第一腔室内，第二机械转运臂将储存器具转运至第二腔室内，其自动化程度高，可对生物样本进行低温模式或深低温模式的储存，储存便捷，低温与冻存储存效果好；

(2)：利用分流器输出端分配出包含冷源的冷却支路对两个输送通道进行降温换热，以及时降温缓冷保存输送过程中的生物样本；

(3)：通过设置在两个对接口的第一滑动密封门与第二滑动密封门、设置在第一腔室的第一升降密封门、设置在第二腔室的第二升降密封门，以降低壳体内的冷源外泄或换热损失，保证制冷储存环境的稳定性，避免开启取放生物样本时引起较大范围的温度波动，以达到较短时间恢复温度的目的。

附图说明

附图用来提供对本发明的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与本发明的实施例一起用于解释本发明，并不构成对本发明的限制。

图1为本发明的结构示意图；

图2为本发明俯视的结构示意图；

图3为本发明第一输送机与输送通道的结构示意图；

图4为本发明第二腔室的结构示意图；

图5为本发明储存器具的结构示意图；

图6为本发明第一滑动密封门与升降通道连接的结构示意图；

图7为图6中A处的局部放大图。

图中标记：100-壳体；110-窗口；120-控制器；121-显示模块；130-第一腔室；131-第一升降密封门；140-第二腔室；141-第二升降密封门；150-升降通道；151-第一滑动密封门；1511-伺服电机；1512-齿轮部；1513-齿条部；152-第二滑动密封门；160-输送通道；161-定向滚轮；170-冻存托架；180-温度传感器；200-液氮加注系统；210-加注管道；211-液氮泵；220-液位传感器；230-压力传感器；300-制冷系统；310-第一压缩机；320-第二压缩机；330-冷凝器组；340-第一蒸发器；350-第二蒸发器；360-分流器；370-第一换热管；380-第二换热管；390-冷却支路；400-输送总成；410-升降机构；411-多级伸缩杆；412-升降座；413-传送机；420-第一输送机；430-第二输送机；440-第一机械转运臂；450-第二机械转运臂；500-储存器具；510-底座；520-保持架；521-框架；522-收容部；530-保温棉。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明的实施例作详细说明。

实施例1：

请参阅图1-图4，本发明提供了一种自动化深低温冷链储存生物样本装置，包括壳体100以及用于收纳生物样本的储存器具500，壳体100上端设有窗口110与控制器120，壳体100内设有用于低温储存的第一腔室130以及用于深低温储存的第二腔室140，第一腔室130与第二腔室140内分别固定连接有多个冻存托架170，冻存托架170用于承载储存器具500，第一腔室130与第二腔室140内分别安装有温度传感器180，温度传感器180电性连接控制器120，窗口110底部设有升降通道150，升降通道150侧面处设有两个对接口，两个对接口处分别安装有第一滑动密封门151与第二滑动密封门152，每个对接口连通有输送通道160，第一腔室130设置在第二腔室140上端，第一腔室130侧面设有第一升降密封门131，第二腔室140侧面设有第二升降密封门141，壳体100内设有第一升降密封门131与第二升降密封门141的移动空间。

具体的，壳体100内安装有用于向第二腔室140内加注液氮的液氮加注系统200，用于换热降温的制冷系统300以及用于转移储存器具500至第一腔室130/第二腔室140中的输送总成400，第一腔室130与第二腔室140分别通过管道与制冷系统300相连；

液氮加注系统200包括密封连接第二腔室140的加注管道210，加注管道210上安装有液氮泵211，第二腔室140内安装有与控制器120电性连接的液位传感器220以及压力传感器230；

制冷系统300包括冷凝器组330以及分别独立流体连接冷凝器组330的第一压缩机310、第二压缩机320、第一蒸发器340、第二蒸发器350和分流器360，第一蒸发器340输出端流体连接有设置在第一腔室130内的第一换热管370，第二蒸发器350的输出端流体连接有设置在第二腔室140内的第二换热管380，分流器360的输出端密封连接有设置在输送通道160处用于输送冷源的冷却支路390，冷却支路390的输出端流体连接第一压缩机310；

输送总成400包括用于对正两个对接口的升降机构410、分别设置在两个对接口的第一输送机420与第二输送机430，升降机构410包括多级伸缩杆411以及设置在多级伸缩杆411顶端的升降座412，升降座412上端安装有传送机413，传送机413上安装有水平高度与升降座412的水平高度平齐的传送带，第一输送机420的输出末端设有第一机械转运臂440，第一机械转运臂440用于将储存器具500转运至第一腔室130，第二输送机430的输出末端设有第二机械转运臂450，第二机械转运臂450用于将储存器具500转运至第二腔室140，第一机械转运臂440与第二机械转运臂450安装在壳体100内部，机械转运臂属于现有技术，可选用Epson C4-A601S，对储存器具500进行转运操作。

优选地，第一输送机420与第二输送机430均为柔性输送机，选用柔性输送机适用于壳体100内较为狭窄的输送空间，可进行水平、倾斜和转弯的输送方式，以合理灵活布局第一输送机420与第二输送机430输送至靠近第一腔室130或第二腔室140处，输送通道160内侧设有多个对称设置的定向滚轮161，利用多个定向滚轮161对输送通道160内运输的储存器具500构成滚动导向限位，以避免在输送转角位移处发生的撞击，影响到储存器具500内的生物样本。

其中，控制器120上端面电性连接有显示模块121，可通过显示模块121屏显壳体100内的液氮加注系统200中液氮泵211的功率、第二腔室140内液位数据、第二腔室140内压力数据，制冷系统300以及输送总成400的相关信息。

请参阅图5，储存器具500主要由底座510、保持架520以及保温棉530组成，保持架520固定连接在底座510上端，保温棉530的内圈设有框架521，框架521内设有多个间隔设置的收容部522，收容部522呈蜂窝状分布在框架521的上端。

为避免低温制冷环境影响电子器件，保障壳体100内电子器件的有效工作，提高安全性能，电子器件其电性连接结构均需做绝热绝缘密封处理。

实施例2：

在上述实施例的基础上，请参阅图6与图7，第一滑动密封门151为对称设置的门体，门体上下端面均设有齿条部1513，升降通道150上安装有多个伺服电机1511，每个伺服电机1511输出端传动连接有与齿条部1513啮合连接的齿轮部1512，伺服电机1511电性连接控制器120，通过伺服电机1511的正反转驱动齿轮部1512，齿轮部1512啮合传动齿条部1513，驱动对称设置门体的滑动，以打开/关闭第一滑动密封门151，第二滑动密封门152可采用相同的传动结构，使第一升降密封门131或第二滑动密封门152在对应打开第一腔室130或第二腔室140时，关闭升降通道150上的两个对接口，降低壳体100内的冷源外泄或换热损失，保证制冷储存环境的稳定性，避免开启取放生物样本时引起较大范围的温度波动，达到较短时间恢复温度的目的。

本发明的使用方法及工作原理，包括以下步骤：

温度处理：通过控制器120操作制冷系统300制冷换热，第一压缩机310、第一蒸发器340配合冷凝器组330对第一换热管370供应循环冷源，第一换热管370对第一腔室130进行换热降温工作，第二压缩机320、第二蒸发器350配合冷凝器组330对第二换热管380供应循环冷源，第二换热管380对第二腔室140进行换热降温工作，调节第一腔室130、第二腔室140以及输送通道160处的温度，第一腔室130与第二腔室140内分别设置温度传感器180实时反馈所在腔室的温度数据；

储存生物样本：打开窗口110，将储存器具500放置于升降通道150内，关闭窗口110后，通过控制器120管控升降机构410的升降高度，使储存器具500对正相应的对接口位置，具体通过多级伸缩杆411升降运动自动将升降座412找准对接口的位置，可通过制冷系统300中分流器360配合冷却支路390对第一输送机420或第二输送机430所在的输送通道160进行换热降温，打开相应的滑动密封门，再通过输送总成400将储存器具500转移至第一腔室130/第二腔室140中的冻存托架170上，具体的，当生物样本进行低温储存时，对应位于上端的对接口，打开第一滑动密封门151，传送机413运行，利用传送机413传送带的摩擦力推动储存器具500进入输送通道160内，并且第一输送机420运行共同带动储存器具500的移动，储存器具500进入输送通道160内后，关闭第一滑动密封门151，再通过第一输送机420输送储存器具500至第一机械转运臂440处，打开第一升降密封门131，第一机械转运臂440将储存器具500转运至第一腔室130内的冻存托架170上，之后第一机械转运臂440复位，与此同时关闭第一升降密封门131；当生物样本进行深低温储存时，对应位于下端的对接口，打开第二滑动密封门152，传送机413运行，利用传送机413传送带的摩擦力推动储存器具500进入输送通道160内，并且第二输送机430运行共同带动储存器具500的移动，储存器具500进入底端的输送通道160内后，关闭第二滑动密封门152，再通过第二输送机430输送储存器具500至第二机械转运臂450处，打开第二升降密封门141，第二机械转运臂450将储存器具500转运至第二腔室140内的冻存托架170上，之后第二机械转运臂450复位，与此同时关闭第二升降密封门141；

需深低温储存时：操作控制器120，由液氮加注系统200通过加注管道210向第二腔室140内加注液氮，通过液氮泵211控制液氮流量，液位传感器220感应反馈第二腔室140内液氮的液面位置，压力传感器230感应反馈第二腔室140内压力数据，当液位传感器220反馈至控制器120预设液位时，自动停止液氮泵211，完成对生物样本的冻存操作。

上面对本专利的较佳实施方式作了详细说明，但是本专利并不限于上述实施方式，在本领域的普通技术人员所具备的知识范围内，还可以在不脱离本专利宗旨的前提下做出各种变化与改进。