一种超低温存储系统

技术领域

本发明涉及生物样本超低温存储相关技术领域，具体涉及一种超低温存储系统，尤其涉及一种能够全自动存储生物样本的系统。

背景技术

生物样本库又称生物银行(Biobank)，主要是指标准化收集、处理、储存和应用健康和疾病生物体的生物大分子、细胞、组织和器官等样本，包括人体器官组织、全血、血浆、血清、生物体液或经处理过的生物样本(DNA、 RNA、蛋白等)以及与这些生物样本相关的临床、病理、治疗、随访、知情同意等资料及其质量控制、信息管理与应用系统。

样本积累到一定数量后，手工方式查找和存放样本非常困难而且容易出错，存放样本的容器(例如冰箱、液氮罐)利用效率也会逐渐降低。因为一开始样本可能是分类顺序存放的，但是根据科研需求的不同，取样会从容器的不同位置取走样本，一段时间后，容器中会产生大量的零散空位却无法有效利用。这就需要利用信息化系统来进行样本存放位置的自动分配和查找，提高容器的空间利用效率。

目前国内外有一些低温存储系统，但是要不就是价格高昂，要不就是需要对整个冻存盒进行操作，容易对其它冻存管产生影响。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是针对现有技术的不足，提供一种超低温存储系统。

本发明解决上述技术问题的技术方案如下：一种超低温存储系统，包括系统框架以及安装在所述系统框架上的超低温存储装置、辅助开合装置、真空发生装置和样本运输装置；所述辅助开合装置与所述超低温存储装置的盖塞配合以将冻存管展露出，所述真空发生装置与所述样本运输装置连接并在所述样本运输装置的驱动下移动至预设位置进行冻存管的取放；所述超低温存储装置包括液氮罐、安装在所述液氮罐内的金属盘以及若干金属管，所述金属盘上分布有若干上下贯通的通孔，若干所述金属管一一对应的插入所述金属盘的若干通孔并悬置于所述液氮罐内。

本发明的有益效果是：本发明的超低温存储系统，能够自动取拿样本，避免过多的外界干涉，提高效率和空间利用率，提高存储以及取样的安全可靠性；本发明采用密布式合金管组件来存储冻存管，方便制造，成本低廉。

在上述技术方案的基础上，本发明还可以做如下改进。

进一步，所述金属管靠近上端的外侧壁上设有一圈环形台肩，所述金属管通过所述环形台肩架设在所述金属盘上。

采用上述进一步方案的有益效果是：通过在金属管外侧壁上设置一圈环形台肩，使金属管能够架设悬置在金属盘上，还可以根据需要设置不同长度的金属管。

进一步，所述金属盘为铝盘，所述金属管为采用冲压或机加工或铸造而成的铝合金管。

采用上述进一步方案的有益效果是：方便制作，成本低。

进一步，还包括外部制冷组件，所述液氮罐内设有温度传感器或/和液位传感器，所述温度传感器或/和液位传感器分别与系统显示控制器连接；

所述外部制冷组件包括液氮补液罐和自动补液系统，所述自动补液系统分别连接所述液氮补液罐和所述液氮罐，所述系统显示控制器与自动补液系统连接并用于控制所述自动补液系统使液氮补液罐内的液氮输送至所述液氮罐内；或/和，所述外部制冷组件包括低温制冷机，所述系统显示控制器与所述低温制冷机连接。

采用上述进一步方案的有益效果是：温度传感器可以实时监测液氮罐内部温度，可以确保冻存管存储的可靠性，液位传感器可以监测液氮罐内部液氮多少，可以通过外部制冷组件对液氮罐进行自动制冷；当液位传感器检测到液氮罐内需要补充液氮时，液氮补液罐的液氮可以自动补充到液氮罐内，液氮补液罐内也可设置液位传感器，当液氮补液罐内的液位传感器检测到液氮不足时，会自动报警提醒补充，而且液氮补液罐外部设置有液位显示，可以随时查看液氮量。当然如果温度传感器检测到液氮罐内温度不能满足需求时，系统显示控制器控制低温制冷剂对液氮罐进行降温至-110℃～-150℃以下。

进一步，所述液氮罐上安装有第一盖塞，所述第一盖塞上开设有长条形的槽孔，所述槽孔处安装有第二盖塞，所述第二盖塞顶部设有磁性件；

所述辅助开合装置包括电动旋转装置一、电动升降装置、电动旋转装置二和电磁铁，所述电动旋转装置一安装在所述系统框架上，所述电动升降装置安装在所述电动旋转装置一顶部的旋转驱动端，所述电动升降装置上设有横杆一，所述横杆一的自由端设有所述电动旋转装置二，所述横杆一靠近其自由端的位置设有所述电磁铁，所述电动旋转装置二下部的旋转驱动端与所述第一盖塞适配，所述电磁铁与所述磁性件适配。

采用上述进一步方案的有益效果是：利用第一盖塞密封液氮罐，利用第二盖塞实现冻存管的取拿，避免冷气过多流失。

进一步，所述电动旋转装置二下部的旋转驱动端设有横杆二，所述横杆二下部两端分别设有限位柱，所述第一盖塞顶部端面中心位置设有与所述限位柱适配的限位槽。

采用上述进一步方案的有益效果是：通过限制柱和限位槽的配合，实现电动旋转装置二对第一盖塞的旋转定位。

进一步，所述样本运输装置包括X轴平移驱动部、Y轴平移驱动部和Z 轴平移驱动部，所述Y轴平移驱动部安装在所述X轴平移驱动部上，所述Z 轴平移驱动部安装在所述Y轴平移驱动部上，所述真空发生装置安装在所述 Z轴平移驱动部上。

采用上述进一步方案的有益效果是：能够实现真空发生装置全方位移动，对不同角度的冻存管实现抓取。

进一步，所述真空发生装置包括空气压缩机、真空发生设备、真空吸取管和负压管路，所述空气压缩机与所述真空发生设备连通，所述真空发生设备与系统显示控制器连接，所述真空发生器通过负压管路与所述真空吸取管连通，所述真空吸取管竖直布置且其下端设有真空吸头，所述真空吸头与所述金属管上端内腔相适配。

进一步，还包括样品中转装置，所述样品中转装置包括电动平移装置和样本转存桶，所述电动平移装置安装在所述系统框架内并驱动样本转存桶至设定位置。

进一步，所述系统框架外设有外壳，所述外壳与所述系统框架形成一腔体，所述腔体内设有自动化台面，所述样本运输装置和辅助开合装置分别安装在所述自动化台面上；所述自动化台面将所述腔体分隔成上封闭内腔和下半封闭内腔，所述上封闭内腔内安装有除湿机，所述下半封闭内腔设有扫描冻存管上二维码以识别存储样本信息的扫码装置。

采用上述进一步方案的有益效果是：可以实现全自动的样本存储、样本信息收集记录和信息化实时监测。

附图说明

图1为本发明超低温存储系统的立体结构示意图；

图2为本发明超低温存储系统的俯视结构示意图；

图3为本发明液氮罐的结构示意图；

图4为图3中A-A面剖视图；

图5为图4中A部放大结构示意图；

图6为图4中B部放大结构示意图；

图7为本发明超低温存储系统中样本运输装置的立体结构示意图；

图8为本发明真空发生装置的立体结构示意图；

图9为本发明超低温存储系统中辅助开合装置的立体结构示意图；

图10为本发明超低温存储系统中样本中转装置的立体结构示意图；

图11为本发明系统框架的立体结构示意图；

图12为本发明系统显示控制器的立体结构示意图。

附图中，各标号所代表的部件列表如下：

100、系统框架；101、外壳；102、自动化台面；

200、超低温存储装置；201、液氮罐；202、第一盖塞；203、第二盖塞； 204、限位槽；205、磁性件；206、金属盘；207、金属管；208、连接段； 209、内沿；

300、辅助开合装置；301、电动旋转装置一；302、电动旋转装置二； 303、电动升降装置；304、横杆一；305、横杆二；306、限位柱；307、电磁铁；

400、真空发生装置；401、真空发生设备；402、真空吸取管；403、负压管路；404、真空吸头；405、连接板；

500、样本运输装置；501、X轴平移驱动部；502、Y轴平移驱动部； 503、Z轴平移驱动部；

600、样本中转装置；601、电动平移装置；602、样本转存桶；

700、系统显示控制器；701、电控箱；702、显示器；800、除湿机。

具体实施方式

以下结合附图对本发明的原理和特征进行描述，所举实例只用于解释本发明，并非用于限定本发明的范围。

如图1-图12所示，本实施例的一种超低温存储系统，包括系统框架100 以及安装在所述系统框架100上的超低温存储装置200、辅助开合装置300、真空发生装置400和样本运输装置500；所述辅助开合装置300与所述超低温存储装置200的盖塞配合以将冻存管展露出，所述真空发生装置400与所述样本运输装置500连接并在所述样本运输装置500的驱动下移动至预设位置进行冻存管的取放；所述超低温存储装置200包括液氮罐201、安装在所述液氮罐201内的金属盘206以及若干金属管207，所述金属盘206上分布有若干上下贯通的通孔，若干所述金属管207一一对应的插入所述金属盘 206的若干通孔并悬置于所述液氮罐201内。

本实施例的超低温存储系统，能够自动取拿样本，避免过多的外界干涉，提高效率和空间利用率，提高存储以及取样的安全可靠性；本发明采用密布式合金管组件来存储冻存管，方便制造，成本低廉。

本实施例的液氮罐201采用定制的直圆筒形结构，金属盘206也采用圆盘形结构。

如图4-图5所示，本实施例的所述金属管207靠近上端的外侧壁上设有一圈环形台肩，所述金属管207通过所述环形台肩架设在所述金属盘206上。也就是说，所述金属管207靠近上端的部分为连接段208，所述连接段208 的内径大于所述金属管207的内径，所述连接段208的外径大于所述金属管 207的外径。具体的，所述连接段208上端开口为喇叭口，中部为直筒型结构，下端收口后连接在金属管上。通过在金属管外侧壁上设置一圈环形台肩，使金属管能够架设悬置在金属盘上，还可以根据需要设置不同长度的金属管。另外，如图6所示，所述金属管207靠近下端的位置还设有一圈环形内沿209，储存在所述金属管207内的冻存管不会从金属管中漏出。金属管207 下部可以没入液氮罐201的液氮中，也可以位于液氮的上方。

本实施例的一个优选方案为，所述金属盘206为铝盘，所述金属管207 为采用冲压或机加工或铸造而成的铝合金管。铝合金管不仅可以用于存放冻存管，还可以用于中转冻存管。每根铝合金管中可以放入多个上下依次排布的冻存管。铝合金管在铝盘上均匀布置形成密布式合金管组件，将铝合金管插入到铝盘上就完成安装，简单实用，方便加工制作。

本实施例的一个进一步方案为，所述液氮罐201内设有温度传感器或/ 和液位传感器，所述温度传感器或/和液位传感器分别与系统显示控制器700 连接；外部制冷组件包括液氮补液罐和自动补液系统，所述自动补液系统分别连接所述液氮补液罐和所述液氮罐201，所述系统显示控制器700与自动补液系统连接并用于控制所述自动补液系统使液氮补液罐内的液氮输送至所述液氮罐201内；或/和，所述外部制冷组件包括低温制冷机，所述系统显示控制器700与所述低温制冷机连接。温度传感器可以实时监测液氮罐内部温度，可以确保冻存管存储的可靠性，液位传感器可以监测液氮罐内部液氮多少，可以通过外部制冷组件对液氮罐进行自动制冷；当液位传感器检测到液氮罐内需要补充液氮时，液氮补液罐的液氮可以自动补充到液氮罐内，液氮补液罐内也可设置液位传感器，当液氮补液罐内的液位传感器检测到液氮不足时，会自动报警提醒补充，而且液氮补液罐外部设置有液位显示，可以随时查看液氮量。当然如果温度传感器检测到液氮罐内温度不能满足需求时，系统显示控制器控制低温制冷剂对液氮罐进行降温至-110℃～-150℃以下。

如图1-图4所示，本实施例的所述液氮罐201上安装有第一盖塞202，所述第一盖塞202上开设有长条形的槽孔，所述槽孔处安装有第二盖塞203，所述第二盖塞203顶部设有磁性件205；所述辅助开合装置300包括电动旋转装置一301、电动升降装置303、电动旋转装置二302和电磁铁307，所述电动旋转装置一301安装在所述系统框架100上，所述电动升降装置303安装在所述电动旋转装置一301顶部的旋转驱动端，所述电动升降装置303上设有横杆一304，所述横杆一304的自由端设有所述电动旋转装置二302，所述横杆一304靠近其自由端的位置设有所述电磁铁307，所述电动旋转装置二302下部的旋转驱动端与所述第一盖塞202适配，所述电磁铁307与所述磁性件205适配。利用第一盖塞密封液氮罐，利用第二盖塞实现冻存管的取拿，避免冷气过多流失。

其中，本实施例的第一盖塞202用于密封液氮罐201，第一盖塞202采用发泡聚氨酯和不锈钢材料制作而成，发泡聚氨酯的孔隙特征既可以密封液氮罐内的冷气，又不至于内部气压过高无法排出。第二盖塞203的材质与第一盖塞202的材质相同，第二盖塞203顶部磁性件205可以被电磁铁吸附，用于打开第二盖塞203。

如图9所示，本实施例的所述电动旋转装置二302下部的旋转驱动端设有横杆二305，所述横杆二305下部两端分别设有限位柱306，所述第一盖塞202顶部端面中心位置设有与所述限位柱306适配的限位槽204。通过限制柱和限位槽的配合，实现电动旋转装置二对第一盖塞的旋转定位。

如图1和7所示，本实施例的所述样本运输装置500包括X轴平移驱动部501、Y轴平移驱动部502和Z轴平移驱动部503，所述Y轴平移驱动部 502安装在所述X轴平移驱动部501上，所述Z轴平移驱动部503安装在所述Y轴平移驱动部502上，所述真空发生装置400安装在所述Z轴平移驱动部503上。能够实现真空发生装置全方位移动，对不同角度的冻存管实现抓取、转移等移动操作。其中，所述Z轴平移驱动部503上安装有连接板 405，所述连接板405包括固定板和L型板，所述固定板固定在所述Z轴平移驱动部503上，所述L型板固定在所述固定板上，所述真空吸取管402竖直穿过并固定在所述L型板上。

本实施例的X轴平移驱动部501、Y轴平移驱动部502均可以选用同步带结构并采用步进电机驱动，可以采用型材加导轨结构进行导向，也可以增加光栅尺提高定位精度。Z轴平移驱动部503可以选用螺杆结构并采用步进电机驱动，可以采用型材加导轨结构进行导向，也可以增加光栅尺提高定位精度。

如图8所示，本实施例的所述真空发生装置400包括空气压缩机、真空发生设备401、真空吸取管402和负压管路403，所述空气压缩机与所述真空发生设备401连通，所述真空发生设备401与系统显示控制器700连接，所述真空发生设备401通过负压管路403与所述真空吸取管402连通，所述真空吸取管402竖直布置且其下端设有真空吸头404，所述真空吸头404与所述金属管207上端内腔相适配。本实施例的真空发生设备401可以选用带压力开关的真空发生器，真空发生器电连接于系统显示控制器700，通过控制空气压缩机提供的压缩空气的进入，产生真空负压效果。当真空吸取管402 上的真空吸头404吸取到冻存管时，压力开关可以检测到压力变化，从而判定冻存管已经吸取成功，当需要放下冻存管时，只需系统显示控制器断开压缩空气的进入，就可以实现冻存管的放置。真空发生设备401还可以选用带真空监测的真空泵，真空泵通过负压管路与真空吸取管连接，实现对冻存管的吸取和放下。其中，所述真空吸头404和真空吸取管402分别采用耐低温材质。

如图1和图10所示，本实施例的超低温存储系统还包括样品中转装置 600，所述样品中转装置600包括电动平移装置601和样本转存桶602，所述电动平移装置601安装在所述系统框架100内并驱动样本转存桶602至设定位置。样本转存桶602可以采用市售真空保温桶，样本转存桶602桶口设置冻存管的转存盘，底部设置导温装置，使用时在样本转存桶内加入液氮，在转存盘上装入冻存管即可。电动平移装置601可以是螺杆结构，可以采用步进电机驱动，也可以增加型材加导轨结构进行导向。

如图1和图11所示，所述系统框架100外设有外壳101，所述外壳101 与所述系统框架100形成一腔体，所述腔体内设有自动化台面102，所述样本运输装置500和辅助开合装置300分别安装在所述自动化台面102上；所述自动化台面102将所述腔体分隔成上封闭内腔和下半封闭内腔，所述上封闭内腔内安装有除湿机800，所述下半封闭内腔设有扫描冻存管上二维码以识别存储样本信息的扫码装置。可以实现全自动的样本存储、样本信息收集记录和信息化实时监测。所述外壳101与所述样本中转装置600相对应的位置设有自动开合门。

如图12所示，本实施例的系统显示控制器700包括电控箱701和显示器702，所述系统显示控制器700可以采用windows系统，也可以是安卓系统。所述系统显示控制器电连接所有装置的电机和传感器。

本实施例的超低温存储系统的工作过程为，当需要存储冻存管时，先将冻存管放入到样本转存桶中，利用电动平移装置将样本转存桶输送进入到外壳内的下半封闭内腔中，样本运输装置带动真空吸取管移动到冻存管上方，同时，辅助开合装置移动到第二盖塞正上方，电磁铁吸附第二盖塞上的磁性件，并将第二盖塞放置到自动化台面相应位置，完成后，辅助开合装置上横杆二上的限位柱与第一盖塞上的限位槽适配，利用电动旋转装置二转动第一盖塞，使第一盖塞上的槽孔转动至需要放置冻存管的位置。Z轴平移驱动部带动真空吸取管吸取冻存管，移动至自动化台面扫码装置上方，完成扫码识别，经系统显示控制器确认无误后，样本运输装置带动冻存管移动至液氮罐上方，Z轴平移驱动部带动真空吸取管，将冻存管放入液氮罐内的铝合金管内，完成冻存管的存放。将所有冻存管全部存放完毕后，样本运输装置自动归位。辅助开合装置转动第一盖塞回至初始位置，辅助开合装置吸附第二盖塞，并移动至第一盖塞槽孔正上方进行密封。同时外壳内的样本中转装置伸出，取走样本转存桶后，样本中转装置进入外壳内，放样完成。当需要把冻存管取出时，外壳上的自动开合门打开，样本中转装置的电动平移装置伸出，将样本中转桶放入电动平移装置中，样本中转装置进入到外壳内的腔体中，外壳上的自动开合门关闭。辅助开合装置移动到第二盖塞正上方，电磁铁吸附第二盖塞并放置到自动化台面的固定位置，然后辅助开合装置转动第一盖塞，使第一盖塞上的槽孔转动至需要取出的冻存管的存放位置，Z轴平移驱动部带动真空吸取管吸取目标冻存管上方其他冻存管，放入到用于中转的中转铝合金管内，直至目标冻存管位于最上方，然后再吸取目标冻存管，移动至自动化台面扫码装置上方，完成扫码识别，确认无误后，将中转铝合金管内的冻存管放回原位。完成冻存管的取出后，样本运输装置自动归位，辅助开合装置转动第一盖塞回至初始位置，辅助开合装置吸附第二盖塞，并移动至第一盖塞槽孔正上方进行密封。同时，外壳上的自动开合门打开，样本中转装置从自动开合门伸出，工作人员取走样本转存桶，样本中转装置进入到外壳内腔中，外壳上的自动开合门关闭，取样完成。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”、“轴向”、“径向”、“周向”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。

此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。在本发明的描述中，“多个”的含义是至少两个，例如两个，三个等，除非另有明确具体的限定。

在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系，除非另有明确的限定。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

在本发明中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征“上”或“下”可以是第一和第二特征直接接触，或第一和第二特征通过中间媒介间接接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”可是第一特征在第二特征正上方或斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”可以是第一特征在第二特征正下方或斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。

在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不必须针对的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。此外，在不相互矛盾的情况下，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例以及不同实施例或示例的特征进行结合和组合。

尽管上面已经示出和描述了本发明的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本发明的限制，本领域的普通技术人员在本发明的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。