本发明属于人体组织冻存复苏技术领域，特别涉及一种活体细胞玻璃化冷冻、复苏的自动承载装置及其操作系统。
背景技术
玻璃化冷冻法的基本原理是将高浓度的冷冻保护剂在超低温环境下凝固，形成不规则的玻璃化样固体，保存了液态时正常分子和离子分布，因而在细胞内发生玻璃化时能起到保护作用。现在的冷冻技术已可用在冷冻保存精子、卵子和不同时期的胚胎，尤其是玻璃化冷冻技术，其不仅已获得医学界广泛的认可，并渐渐取代传统慢术冷冻法，而成为冷冻技术的最佳选择。
现有技术大多以手工操作为主，具体包括：1、细胞脱水，用冷冻保护剂平衡处理；2、手工拉伸烧灼玻璃管，制备细胞吸管，制成细管；3、细管从冷冻保护液中手工吸取包含活体细胞的液体，涂覆于片状冷冻载体上，识别目标细胞并吸出多余的液体后，将载体手工快速插入液氮，完成冷冻。该手工操作方法要求时间尽可能短，涂覆面尽可能薄以使其快速降温；这一操作往往要求操作人员具有熟练的操作技能，要求操作人员将液滴设置成梯度浓度液，使细胞在梯度液中逐渐脱水，该过程需要快速操作，如操作不当容易因渗透压过大或操作过程无法标准化设置等，导致活体细胞冷冻不规范，细胞极易死亡或丢失。
技术实现要素：
为了解决上述技术问题，本发明提供了一种活体细胞冷冻、复苏的自动承载装置，使得活体细胞冷冻、复苏快速有效实现玻璃化冷冻。
本发明具体技术方案如下：
一种活体细胞冷冻、复苏的自动承载装置，所述装置包括一端的液滴换液区和与所述液滴换液区相通的且设于另一端的样品承载区；
所述液滴换液区为进行液滴换液的浅盘构造，其底面由自由端至与所述样品承载区相连通的一端逐渐向下倾斜，且其自由端侧设有疏水部；
所述样品承载区配置为放置冷冻/复苏载体的长条形凹盘构造；与所述样品承载区相通侧的液滴换液区侧边至少一部分与所述样品承载区对应侧边衔接，且在该衔接侧,所述样品承载区的顶面高度与所述液滴换液区底面平齐，所述衔接处设有密封机，且该衔接处上方设有可拆卸的挡板；所述挡板的有效拦截高度不低于所述液滴换液区中凹盘最高值。
在一个改进的技术方案中，所述样品承载区相通侧的对侧端向外延伸为承接部；所述装置还包括具有长条形内腔的密封套管，所述密封套管的一侧设有开口，且该开口顶部设有推拉式侧门，底部设有锁紧所述侧门和密封套管的锁紧机构；所述内腔的底部设有一滑槽，所述样品承载区底部设有与所述滑槽相匹配的滑块；所述长条形的样品承载区可在密封套管的内腔内沿开口端进行抽拉。
进一步的，所述密封套管开口侧设有侧门定位框架，所述侧门定位框架包括顶部的环状矩形框、底板以及两侧板，所述环状矩形框底部两侧设有可横向伸缩的限位柱，所述环状矩形框嵌设所述侧门，在未盖合状态下，限位柱伸出恰好抵在所述侧门的底部；
位于所述样品承载区相通侧上方的两侧位置设有凸起，两侧所述凸起与限位柱分别位于同一轴线上；
所述侧板两侧内壁设有第一挡块；所述承接部的两侧向外延伸设有第二挡块，当样品承载区抽拉至最外端时，第一挡块恰好抵在第二挡块的前侧。
进一步地，所述侧门的内侧至少四周设有密封垫，所述侧门内侧上边缘和下边缘分别设有一橡胶定位球；所述环状矩形框、底板分别设有一定位槽，在所述侧门下落时，所述橡胶定位球恰好对应所述定位槽。
进一步地，所述液滴换液区底面的倾斜角度为5～15°；所述挡板的顶部延伸设有夹持部。
再进一步地，所述密封机构外侧设有外凸部位，所述液滴换液区的底部设有一缺口，所述缺口与外凸部位相配合；
所述液滴换液区靠近挡板侧的内底面嵌有延伸膜，所述延伸膜自该底面向上弯曲延伸至挡板的上方，所述延伸膜为防水膜。
又进一步地，所述挡板顶部的一侧或两侧向外延设有连接杆，所述连接杆下方连接有固定杆；所述液滴换液区衔接侧且位于所述挡板的两侧设有用于插入固定杆的插孔。
本发明另一方面还公开了一种活体细胞冷冻、复苏的自动操作系统，所述系统至少包括：
操作台装置，包括自动承载装置存储机构、运输机构以及操作台机构；所述自动承载装置存储机构配置为具有存放自动承载装置的存储腔，每一所述自动承载装置下方设有托盘，所述自动承载装置存储机构下端设有开口，且该开口下方连接所述运输机构端部，所述自动承载装置存储机构的开口对侧还设有推手机构，用于将下方的自动承载装置连同所述托盘推送至运输机构；所述运输机构由两侧的带体环绕输送轮构成，所述托盘的两侧恰好置于所述输送带两侧的带体上；所述操作台机构配置为放置所述托盘及其上方的自动承载装置；
机械手装置，包括悬挂臂以及设于悬挂臂下方的机械手，所述悬挂臂被配置为具有x轴方向的水平移动的构造，所述机械手自身被配置为具有y轴和z轴方向移动的构造；
液滴换液装置，包括支架、设于支架上可移动的管体承接器、连接所述管体承接器且设于所述液滴换液区上方的液滴输入管、第一液滴吸出管以及设于所述样品承载区上方的第二液滴吸出管；其中，所述管体承接器对应每一管体设有独立的电动阀门，所述液滴输入管、第一液滴吸出管以及第二液滴吸出管分别通过抽液泵进行控制液滴的吸取；
目标细胞液转移装置，包括移动架、设于移动架上用于吸取目标细胞液的吸液管以及为所述吸液管提供吸取力的泵体；
主控裝置，配置为控制所述操作台装置、机械手装置、液滴换液装置以及目标细胞液转移装置的各项操作。
在一个改进方案中，所述托盘底部中间设有定位柱，所述定位柱为倒等腰梯形构造；
所述操作台机构上设有用于卡入所述定位柱的定位卡座，所述定位卡座由前侧的高挡件和后侧的低挡件构成，所述高挡件和低挡件之间设有卡合所述定位柱的空间；所述定位卡座底部还设有垂直移动装置，用于对定位卡座高低进行调节；
所述自动承载装置存储机构的存储腔一侧设有锯齿纹，另一侧沿存储腔壁内竖向间隔设有调节槽，所述调节槽内嵌有向外延伸的分层挡条，所述分层挡条位于调节槽内的顶部设有与调节槽内顶壁连接的弹性件，每一所述分层挡条恰好抵在对应层的托盘；
当托盘及其自动承载装置下放时，所述分层挡条受自动承载装置的重力向下压，且以分层挡条与所述调节槽槽口接触点为轴心发生转动，将托盘及其自动承载装置下移一层，随后在弹性件的回复下，抵在下一层托盘的底部。
再一个改进的技术方案中，所述吸液管由透明管体和设于透明管体前端的吸管针构成，所述透明管体上设有量尺，且在最高标尺位置的管体上设有溢出口，对应所述溢出口下方的管体外壁上设有溢液槽。
本发明的有益效果如下：本发明提供了一种活体细胞冷冻、复苏的自动承载装置及使用该装置的自动操作系统，所述自动承载装置包括液滴换液部分及冷冻/复苏载体部分，液滴换液部分底面为斜面，且冷冻/复苏载体部分底面为下一阶面，液滴换液后的冷冻目标细胞直接流入冷冻/复苏载体部分，将其中液体吸出，即完成冷冻/复苏活体细胞。相较于现有技术操作，自动承载装置的操作更为准确，避免细胞在液滴换液过程中造成丢失；同时可将多余液体吸除，以免影响细胞快速冷冻和细胞复苏。将液滴换液部分和冷冻/复苏载体的样品承载部分分开，避免换液操作破坏载体成分，同时载体部分水平平铺使目标细胞尽可能的平铺，使细胞的暴露表面积最大。此外，本发明自动承载装置的样品承载区自成一体，将其推入密封套管内密封进行液氮冷冻，操作方便且能避免污染。
本发明的自动操作系统通过自动承载装置存储机构、运输机构即操作台机构构成的操作台装置实现自动化操作，操作稳定，定位准确，安全性及效率均得到大幅度提高。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例所需使用的附图做简单介绍。
图1为本发明活体细胞冷冻、复苏的自动承载装置的一种实施方式的结构示意图；
图2为液滴换液区和样品承载区衔接处的一种结构示意图；
图3为具有密封套管的样品承载区的横截面示意图；
图4为密封套管的横截面示意图；
图5为图4中部位a的局部放大图；
图6为本发明样品承载区与密封套管配合使用的结构示意图；
图7为本发明样品承载区与密封套管配合使用的横截面示意图；
图8为液滴换液区和样品承载区衔接处的另一种结构示意图；
图9为图8所示的液滴换液区和样品承载区衔接处的横截面示意图；
图10为本发明自动操作系统的一种实施方式的结构示意图；
图11为自动承载装置自动输出的局部结构示意图；
图12为操作台机构的定位装置的结构示意图；
图13为定量取量的吸液管的结构示意图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明的不同实施例进行说明，所进行的说明仅仅是对其本质的示例性描述，并不是对本发明、其应用或者用途进行限制。例如，本发明的各个实施例被期望可广泛地应用到活体细胞，包括但不限于胚胎、精子、卵细胞等。
图1示出了本发明活体细胞冷冻、复苏的自动承载装置的一种实施方式。
所述自动承载装置包括一端的液滴换液区1和与所述液滴换液区1相通的且设于另一端的样品承载区2。
所述液滴换液区1为进行液滴换液的浅盘构造，其底面由自由端至与所述样品承载区2相连通的一端逐渐向下倾斜，且其自由端侧设有疏水部10。
所述样品承载区2配置为放置冷冻/复苏载体的长条形凹盘构造；与所述样品承载区2相通侧的液滴换液区1侧边至少一部分与所述样品承载区2对应侧边衔接，且在该衔接侧,所述样品承载区2的顶面高度与所述液滴换液区1底面平齐，所述衔接处设有密封机构20，如图2所示，该衔接处上方设有可拆卸的挡板3；所述挡板3的有效拦截高度不低于所述液滴换液区1中凹盘最高值。
在一些实施例中，将样品承载区2设置成便捷式的密封结构，使转移投入液氮容器的操作更为安全方便，避免污染。具体的一个实施例方案如图3-4所示。所述样品承载区2相通侧的对侧端向外延伸为承接部21；所述装置还包括具有长条形内腔42的密封套管4，所述密封套管4的一侧设有开口40，且该开口40顶部设有推拉式侧门41，底部设有锁紧所述侧门41和密封套管4的锁紧机构；所述内腔42的底部设有一滑槽43，所述样品承载区2底部设有与所述滑槽43相匹配的滑块22；所述长条形的样品承载区2可在密封套管4的内腔42内沿开口40端进行抽拉。
所述密封套管4开口40侧设有侧门定位框架45，所述侧门定位框架45包括顶部的环状矩形框450、底板451以及两侧板452，所述环状矩形框450底部两侧设有可横向伸缩的限位柱453，所述环状矩形框450嵌设所述侧门41，在未盖合状态下，限位柱453伸出恰好抵在所述侧门41的底部。
图6-7为本发明样品承载区与密封套管配合使用的结构示意图，图7所示，位于所述样品承载区2相通侧上方的两侧位置设有凸起24，两侧所述凸起24与限位柱453分别位于同一轴线上。所述侧板452两侧内壁设有第一挡块44；所述承接部21的两侧向外延伸设有第二挡块23,当样品承载区2抽拉至最外端时，第一挡块44恰好抵在第二挡块23的前侧。
所述侧门41的内侧至少四周设有密封垫410，所述侧门41内侧上边缘和下边缘分别设有一橡胶定位球411；所述环状矩形框450、底板451分别设有一定位槽401，在所述侧门41下落时，所述橡胶定位球411恰好对应所述定位槽401。
还需要说明的是，所述侧门定位框架45为可拆卸接驳于所述密封套管前侧，所述样品承载区2前侧还设有吸铁石装置。当所述冷冻细胞进入复苏模式时，将侧门定位框架45拆卸，并通过下述的机械手装置前端(铁质)进行样品承载区2的吸附外拉。
需要说明的是，本发明一些实施例中，为合理设置液滴换液区1底面的倾斜度，将所述液滴换液区1底面的倾斜角度设为5～15°。而为更方便机械手的操作，所述挡板3的顶部延伸设有夹持部30，用于夹持取出挡板3。
本发明所述的挡板3以接入或嵌入方式设置，以能实现其阻隔效果为准。而在一些具体的实施例中，如图8所示，所述挡板3顶部的一侧或两侧向外延设有连接杆32，所述连接杆32下方连接有固定杆33；所述液滴换液区1衔接侧且位于所述挡板3的两侧设有用于插入固定杆33的插孔12。
还需要说明的是，为使液滴换液区和样品承载区的衔接更严密，在一些实施例中，将两者的接口设置为缺口与凸块的配合，如图9所示，所述密封机构20外侧设有外凸部位，所述液滴换液区1的底部设有一缺口11，所述缺口11与外凸部位相配合；所述液滴换液区1靠近挡板3侧的内底面嵌有延伸膜31，所述延伸膜31自该底面向上弯曲延伸至挡板3的上方，所述延伸膜31为防水膜。当所述挡板3抽出时，延伸膜31在液滴换液区液体流向的冲击下，沿衔接处朝向样品承载区2进行伸展，将衔接缝遮挡，避免液体渗入缝隙。
本发明另一方面公开了一种基于上述活体细胞冷冻、复苏的自动承载装置的自动操作系统。图10示出了该系统的一种实施方式，具体的，系统包括操作台装置100、机械手装置200、液滴换液装置300、目标细胞液转移装置400以及主控装置500。
操作台装置100包括自动承载装置存储机构110、运输机构120以及操作台机构130；所述自动承载装置存储机构110配置为具有存放自动承载装置的存储腔111，每一所述自动承载装置下方设有托盘114，所述自动承载装置存储机构110下端设有开口112，且该开口112下方连接所述运输机构120端部，所述自动承载装置存储机构110的开口对侧还设有推手机构113，用于将下方的自动承载装置连同所述托盘114推送至运输机构120；所述运输机构120由两侧的带体环绕输送轮构成，所述托盘114的两侧恰好置于所述输送带121两侧的带体上；所述操作台机构130配置为放置所述托盘114及其上方的自动承载装置。
机械手装置200包括悬挂臂201以及设于悬挂臂201下方的机械手202，所述悬挂臂201被配置为具有x轴方向的水平移动的构造，所述机械手202自身被配置为具有y轴和z轴方向移动的构造。该三轴运行的结构采用现有技术即可在此不做过多描述。
液滴换液装置300包括支架304、设于支架304上可移动的管体承接器305、连接所述管体承接器305且设于所述液滴换液区1上方的液滴输入管301、第一液滴吸出管302以及设于所述样品承载区2上方的第二液滴吸出管303；其中，所述管体承接器305对应每一管体设有独立的电动阀门，所述液滴输入管301、第一液滴吸出管302以及第二液滴吸出管303分别通过抽液泵进行控制液滴的吸取。
目标细胞液转移装置400包括移动架401、设于移动架401上用于吸取目标细胞液的吸液管402以及为所述吸液管402提供吸取力的泵体403。
主控裝置500配置为控制所述操作台装置100、机械手装置200、液滴换液装置300以及目标细胞液转移装置400的各项操作。例如通过主控装置500发出液滴换液装置300上各项控制——液滴输入管301、第一液滴吸出管302以及第二液滴吸出管303的开启/关闭，且控制开启的大小来实现细胞液滴培养液流量，以实现细胞液体环境的标准化控制。
图11-12为在上述技术方案的基础上进行自动承载装置自动输出以及定位的改进方案。
图11所示，所述自动承载装置存储机构110的存储腔111一侧设有锯齿纹117，另一侧沿存储腔111壁内竖向间隔设有调节槽118，所述调节槽118内嵌有向外延伸的分层挡条116，所述分层挡条116位于调节槽118内的顶部设有与调节槽118内顶壁连接的弹性件119，每一所述分层挡条116恰好抵在对应层的托盘114。
当托盘114及其自动承载装置下放时，所述分层挡条116受自动承载装置的重力向下压，且以分层挡条116与所述调节槽118槽口接触点为轴心发生转动，将托盘114及其自动承载装置下移一层，随后在弹性件119的回复下，抵在下一层托盘114的底部。
图11所示，所述托盘114底部中间设有定位柱115，所述定位柱115为倒等腰梯形构造。图12所示，所述操作台机构130上设有用于卡入所述定位柱115的定位卡座，所述定位卡座由前侧的高挡件131和后侧的低挡件132构成，所述高挡件131和低挡件132之间设有卡合所述定位柱115的空间；所述定位卡座底部还设有垂直移动装置图中未示，用于对定位卡座高低进行调节。
再一些实施例中对吸液管的定量取量功能进行改进，如图13所示，所述吸液管402由透明管体404和设于透明管体404前端的吸管针405构成，所述透明管体404上设有量尺，且在最高标尺位置的管体上设有溢出口406，对应所述溢出口406下方的管体外壁上设有溢液槽407。
当主控装置500发出细胞冷冻模式的控制指令，操作台装置100的自动承载装置存储机构110下发带自动承载装置的托盘114，经运输机构120输送至操作台机构130，由于操作台机构130的操作台设有定位点，将托盘114送至定位点即可。吸液管402根据接收的指令，吸附目标细胞液滴并转移到自动承载装置的液滴换液区1，随后经第一液滴吸出管302进行细胞冷冻的换液操作，需要说明的是，所述液滴输入管301的输入端不限于一条吸管，即还可设置有专用冷冻保护剂的吸管，使所述液滴输入管301还可进行冷冻保护剂的加入。还需要说明的是，本发明目标细胞液的输入、液滴输入和液滴吸出的部位可分别通过移动架401、支架304位置的定位来实现，即支架位置固定，托盘位置固定，各液滴输入管或吸出管的操作位置基本固定。随后机械手装置200取出挡板3，液滴换液区1的细胞液滴转移至铺设有冷冻载体的样品承载区2，在样品承载区2转移的流动过程使冷冻保护剂液滴融合更快，直到细胞液滴与冷冻保护剂达到平衡状态，可通过第二液滴吸出管303吸取细胞周围吸附的液体，使细胞暴露的表面积最大。最后通过机械手装置移出液滴换液区1，并将样品承载区2推进密封套管4，待其侧门41下落时，前推将橡胶定位球411推进所述定位槽401，实现密封，快速转移至冷冻介质中完成冷冻。
复苏操作与冷冻操作的步骤相反，将样品承载区拉出密封套管后放置于托盘的对应位置，转移至操作台位置，同时调节液滴换液装置的液滴输入管301和第一液滴吸出管302至第二定点位置(即位于样品承载区的上方)，然后根据指令进行细胞复苏的液滴换液操作，直至细胞达到规定的培养液平衡状态，完成复苏，并通过吸液管402将细胞液滴转移至培养载体。
以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。