专利名称：小型低温生物冷冻仪的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及低温工程技术领域，是一种玻璃化超快速冷却保存生物样品的小型低温生物冷冻仪。
背景技术：
生物材料低温保存所造成的损伤之一是生物细胞内冰的形成(华泽钊，任禾盛.低温生物医学技术。北京科学出版社，1994)，冰晶会破坏细胞内原子或生命单元的有序排列，这就是冰冻死亡的原因。玻璃化是近年来生物细胞保存的一种新的方法。所谓玻璃化是指液体转变为非晶态(玻璃态)的固化过程。它和常见的液体转变为晶体或部分结晶的固体的冻结过程不同，玻璃态固体分子之间的关系和液态无明显变化，因而引起生物细胞的结构变化要小。生物材料的玻璃化低温保存是将细胞及其保护剂以很快的降温速率过冷到玻璃化转变温度，并以这种玻璃态在低温下长期保存，以避免由于结冰对生物细胞的损伤。
实现水溶液的玻璃化，要求有很高的冷却速率。对于纯水，要求106K/s；对于一般溶液，要求103至104K/s；对于浓溶液，即所谓玻璃化溶液，要求102至103K/s(李广武，郑从义，唐兵。低温生物学。湖南科学出版社，1998)。将生物样品直接浸入液氮，即使对于直径为0.2左右的小样品，冷却速率也只能达到100K/s左右。这是因为处于室温的样品会在液氮上方的蒸汽层中被“预冷”，而气相传热效果差；且当样品进入液氮后，会使样品周围的薄层液氮汽化，产生气膜，也抑制了冷却速率的提高。
通过控制降低液氮的蒸汽压，得到低于77K的液氮(过冷液氮)，再恢复常压。使小生物样品在过冷液氮内快速运动，避免在沸点时(77K)样品与液氮接触时在接触面产生沸腾形成气膜，使样品热量直接传入过冷液氮内，可以提高样品的降温速率。采用过冷液氮应用于生物样品如精子、卵子等的冷冻，由于降温速率增加，有利于冷冻保护剂的玻璃化，可以降低冷冻液体保护剂的浓度，减轻冷藏毒性和损伤，提高冷藏生物样品的质量。
在低温生物工程中，目前常采用进口的程序冷冻仪，来实现慢速降温的低温保存。程序冷冻仪价格昂贵，操作费时，效果欠佳，因而生物材料快速冷却玻璃化低温保存技术以及低温固定技术一直受到低温生物界的重视。
关于玻璃化低温保存技术，目前国内外基本上处于实验室阶段，所用设备体积大，操作复杂，难于商品化。本实用新型是一种小型低温冷冻装置。它体积小，重量轻，性能好，其最低温度可达到-210℃度。可在生物、医学、畜牧业、食品工业和新型功能材料制造等领域得到广泛应用。
发明内容
本实用新型是一种玻璃化超快速冷却保存生物样品的小型装置，主要由真空泵、开有抽气孔的密封套、液氮杜瓦、热交换器、压力和温度传感器以及各种显示仪表组成，其特征在于上述器件按照真空泵、热交换器、开有抽气孔的密封套、液氮杜瓦、压力和温度传感器、各种显示仪表的次序组合在一个小箱体内。它为生物材料的玻璃化低温保存提供一种小型方便的仪器。盛装液氮的杜瓦采用不锈钢真空保温杯或玻璃真空杯，放置于由耐低温的聚四氟乙烯、不锈钢或铜制成的圆柱形密闭密封套内。密封套钻有特殊的小孔，用于抽气和复压；密封套的顶口和盖经镜面磨床处理，成平面接触，无垫圈，无螺纹，不漏气且操作方便。密封套与大气连通管之间设有的复压阀为自动阀。温度传感器置于液氮杜瓦内，压力传感器置于密封套内，经自动控制系统与显示器联接。
本实用新型的优点是(1)体积小，重量轻，需液氮少，便于携带；(2)可靠性高，操作方便；(3)可在较短的时间内达到工作温度且工作温度可自动调节。
附图是该装置的内部结构示意图。图中1为显示器，2为控制器，3是自动阀，4是微型真空泵，5是扩散器，6是大气连通管，7为密封套，套口镜面抛光，其中一面抛光为镜面，8是小型杜瓦瓶，9是散热器，10是真空表，11是抽气孔，12是密封套盖，13是温度传感器，14是放大器，15是模数转换器，16是电源。
具体实施方式
本实用新型是一种玻璃化超快速冷却保存生物样品的小型装置，主要由真空泵、开有抽气孔的密封套、液氮杜瓦、热交换器、压力和温度传感器以及各种显示仪表组成，其特征在于上述器件按照真空泵、热交换器、开有抽气孔的密封套、液氮杜瓦、压力和温度传感器、各种显示仪表的次序组合在一个小箱体内。将常温液氮(零下196℃)倒入液氮杜瓦内，盖上密封套盖，开启微型真空泵，密封套内压力下降，液氮沸腾传热并过冷。液氮的温度或过冷度取决于密封套中的压力，通过调节该压力，可使过冷液氮温度在零下196℃至零下209℃之间(零下210℃时，氮已是固态)可调。当液氮降温到预设的温度时，真空泵自动停止，自动阀开启，空气经扩散器进入密封套复压。当密封套的压力复压至大气压时，打开密封套盖，将生物样品弹射入过冷液氮中。
权利要求1.一种小型低温生物冷冻仪，主要由真空泵、开有抽气孔的密封套、液氮杜瓦、热交换器、压力和温度传感器以及各种显示仪表组成，其特征在于上述器件按照真空泵、热交换器、开有抽气孔的密封套、液氮杜瓦、压力和温度传感器、各种显示仪表的次序组合在一个小箱体内。
2.根据权利要求1所述的一种小型低温生物冷冻仪，其特征是采用微型真空泵(4)。
3.根据权利要求1所述的一种小型低温生物冷冻仪，其特征是密封套(7)和密封盖(12)的接口是平面接触。
4.根据权利要求1或3所述的一种小型低温生物冷冻仪，其特征是密封套(7)和密封盖(12)由耐低温的聚四氟乙烯、不锈钢或铜制成。
5.根据权利要求1或3所述的一种小型低温生物冷冻仪，其特征是液氮杜瓦采用不锈钢真空保温杯或玻璃真空杯。
6.根据权利要求1所述的一种小型低温生物冷冻仪，其特征是在密封套与大气连通管之间设有的复压阀为自动阀(3)。
专利摘要用于玻璃化超快速冷却保存生物样品的小型低温生物冷冻仪，包括微型真空泵、开有抽气孔的密封套及其盖子，小型液氮杜瓦、热交换器、扩散器，温度传感器，真空表，数显器，自动控制器等。采用抽气降压法使液氮沸腾传热并过冷，空气复压。自动控制器控制真空泵和复压开关，全过程自动显示，工作温度在零下196℃至零下209℃之间可调。用于生物样品的玻璃化低温冷冻，可以降低冷冻液体保护剂的浓度，减轻冷藏毒性和损伤，提高冷藏生物样品的质量。
文档编号A01N1/02GK2682849SQ200420017
公开日2005年3月9日 申请日期2004年2月24日 优先权日2004年2月24日
发明者吴锋, 王若田, 乐承双, 李端勇, 黄元华, 于文兵 申请人:武汉化工学院