一种大体积生物样本低温保存的装置的制作方法

本实用新型属于生物医学领域，具体涉及一种大体积生物样本低温保存的装置。

背景技术：

生物材料的低温保存，是指采用特定的方法将生物材料冷却至低温，并长期保存；待需要时，可将生物材料按特定的方法复温至生理温度，且使其仍然保持足够的活性。随着现代生物医学发展，低温保存的作用日益凸显，尤其是对组织、器官等大体积生物样本的冻存具有重大意义。

典型的低温保存主要包括五个步骤：添加保护剂、降温、长期保存、复温、去除保护剂。在低温保存过程中，生物材料不可避免会遭受各种损伤，其主要引发因素包括：渗透压的改变、冰晶的生长、降温和复温过程中样品内部的温度梯度、复温过程的反玻璃化和再结晶等。因此，低溶液浓度以及快速、均匀的降复温过程是实现生物样品成功保存的重要条件。

现有的低温保存诸如血管这样大尺寸生物样品的方案是将样品经处理后放入低温冻存管中，生物样品在冷冻后会蜷缩弯曲，这将对生物样品的结构、力学和生物学特性造成损伤。且现有的保存技术多采用逐步添加保护剂的方法，使用程序化的降温过程，采用恒温水浴中边摇动边被动复温的方式，历时漫长、操作繁琐，这些都严重影响了大体积生物样本的保存效果。

由于低温冻存管的宏观尺寸，以及热量从外向内的传导方式，热量传输的速度有限，生物材料样品内部各个位置在降复温过程中的温度差异较大，样品内外温度梯度较大，这将导致较大的热应力产生，易引发断裂和微裂纹。复温速率不够快，会导致严重的反玻璃化和再结晶，从而严重影响保存的效果和存活率；同时，高浓度的冷冻保护剂可能导致不可控的渗透损伤和生化毒性，这对于生物材料来说是致命的。

技术实现要素：

有鉴于此，本实用新型的目的在于针对现有技术中存在的问题，提供一种大体积生物样本低温保存的装置，适合于细胞、细胞水凝胶构建物和微组织等大体积生物样本的长期高效保存。

为实现本实用新型的目的，本实用新型采用如下技术方案：

一种大体积生物样本低温保存的装置，包括第一支撑件和围绕在第一支撑件外的聚四氟乙烯管。

本实用新型所述低温保存的装置有别于常规的低温冻存管、冻存袋等冷冻容器，选用聚四氟乙烯管作为冻存容器，充分利用其优良的柔韧性、延展性和生物相容性等特性，在不改变生物样本特征尺寸的前提下对其进行了“微元化”，在保证传热效果的同时，扩大了样品的冻存体积，以达到冻存大体积生物样本的目标。

本实用新型根据生物样本的具体种类可以选择适当尺寸的聚四氟乙烯管对生物样本进行冻存。如所述生物样本为脂肪干细胞、干细胞水凝胶构建物或具有核-壳结构的干细胞水凝胶构建物时，所述聚四氟乙烯管规格为1.2mm内径×1.6mm外径；所述生物样本为具有核-壳结构的干细胞水凝胶纤维时，所述聚四氟乙烯管规格为2mm内径×2.4mm外径；所述生物样本为血管组织时，所述聚四氟乙烯管规格为3mm内径×3.4mm外径。

优选的，本实用新型所述第一支撑件为矩形支撑板。

优选的，本实用新型所述的装置，还包括固定第一支撑件的第二支撑件。

优选的，本实用新型所述第二支撑件为上下成对设置若干凹槽的矩形支撑框，所述第一支撑件通过上下成对设置的凹槽固定在第二支撑件上。即第二支撑件上每一对上下对应设置的凹槽可以固定一个第一支撑件。

本领域技术人员可以理解，本实用新型所述第二支撑件上凹槽也可以设置在矩形支撑框的两侧，只要能够固定第一支撑件即可。

本领域技术人员可以理解，本实用新型所述第一支撑件也可以与第二支撑件结构相同，为上下或两侧成对设置若干对凹槽的矩形支撑框，只要能保证聚四氟乙烯管在其外面围绕即可。

本实用新型所述聚四氟乙烯管2围绕在第一支撑件1外形成一个单元，若干个单元可以通过第二支撑件3固定组装形成一个容器整体，即矩形支撑框上每一对上下对应设置的凹槽可以固定一个缠绕有聚四氟乙烯管矩形支撑板，矩形支撑框上的若干对凹槽可以固定若干矩形支撑板，若干个矩形支撑板与矩形支撑框组装形成一个容器整体。本领域技术人员可以理解，不同单元的聚四氟乙烯管内可以注入同一生物样本，以保证大体积生物样本的低温保存；也可以分别注入不同种类的生物样本，以保证不同种类的生物样本同时冻存与复温。

本领域的技术人员可以理解，本领域技术人员可以根据待低温保存的生物样本体积及种类设置本实用新型中矩形支撑框的尺寸及矩形支撑框上的凹槽对数。如二对、三对、四对、五对、六对等。

本实用新型中所述第一支撑件与所述第二支撑件可以为相同材料，也可以为不同材料。

优选的，所述第一支撑件与所述第二支撑件均为有机玻璃材质。

优选的，本实用新型所述的装置，还包括水浴复温容器，可以用于冻存后的水浴复温。

优选的，所述水浴复温容器为玻璃烧杯。

优选的，本实用新型所述的装置，还包括围绕在所述水浴复温容器外的电磁线圈。在生物样本冻存时先将适量磁性纳米颗粒添加到生物样本(悬浮液)中加以平衡。在需要复温时采用电磁感应技术，对生物样本进行全体积多维加热，再结合恒温水浴，最终实现大体积生物样本的快速均匀复温。区别于从外到内的热传导，磁性纳米颗粒均匀分布于生物样本内，在外加的电磁线圈5产生的电磁场的作用下，可实现对生物样本内外的同步复温，减小生物样本内外温差，避免由热应力等因素造成的机械损伤。同时，提高复温速率，避免反玻璃化和再结晶，降低对低温保护剂的依赖，进而降低低温保护剂的浓度。而且根据不同的生物样本，可以通过改变磁性纳米颗粒的浓度和种类，实现在同一磁场中不同的空间加热模式，有利于不同种类的生物样本同时复温。

根据不同的生物样本，磁性纳米颗粒的种类及浓度可以不同。作为优选，所述磁性纳米颗粒为fe3o4纳米颗粒。fe3o4纳米颗粒具有生物相容性好、磁热效果显著、获得fda认证等优点。fe3o4纳米颗粒的加入可以更好的实现电磁复温。

当要实现不同种类的生物样本同时复温时，结合前文所述向不同中种类的生物样本中添加不同种类和浓度的磁性纳米颗粒，然后将不同种类的生物样本分别注入到本实用新型所述的装置前述的不同单元的聚四氟乙烯管内，可实现在同一电磁场下的不同的空间加热模型，从而实现不同种类的生物样本同时复温。

作为优选，本实用新型所述低温保存的方法中，所述电磁线圈内的电流为15a。

由上述技术方案可知，本实用新型提供了一种大体积生物样本低温保存的装置。所述装置包括第一支撑件和围绕在第一支撑件外的聚四氟乙烯管。大体积生物样本低温保存时生物样本经预处理后添加保护剂然后注入所述装置中的聚四氟乙烯管中，将该装置冷冻保存，待需要时水浴复温。本实用新型所述低温保存装置成功的实现了低浓度保护剂作用下的大体积生物样本冻存，是一种长期安全、稳定可靠、简单有效的保存生物样本的装置，通过该装置可以获得微结构完整、细胞活力强、生物功能优异的生物样本。与现有低温冻存的装置相比，本实用新型所述装置至少具有如下优点之一：

1.本实用新型采用聚四氟乙烯管作为生物样本冻存容器，扩大了样品体积却不损害传热，从而实现了大体积生物样本的冻存。

2.本实用新型在所述水浴复温容器外围绕电磁线圈，采用电磁复温，对生物样本具有空间加热效果，再结合恒温水浴，可实现快速均匀复温，从而避免复温过程产生反玻璃化和再结晶，并可有效降低降复温过程引发的热应力等因素造成的机械损伤，提高了生物样本冻存的存活率。

3.在上述优点的共同作用下，可以有效的抑制降、复温过程中的反玻璃化和再结晶，从而降低了低温保护剂的使用浓度，避免了渗透损伤和生化毒性，提高了生物样本冻存的存活率。

4.不同第一支撑件外的聚四氟乙烯管单元内可以注入不同种类和浓度的生物样本，结合不同种类和浓度的磁性纳米颗粒，可以实现在同一电磁场下同时进行不同种类的生物样本的冻存与复温，易于实现自动控制和集成。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍。

图1：本实用新型第一种实施例所提供的低温保存装置示意图；

图2：本实用新型第二种实施例所提供的低温保存装置示意图；

图3：本实用新型第三种实施例所提供的低温保存装置示意图；

各图中1为第一支撑件(矩形支撑板)；2为聚四氟乙烯管；3为第二支撑件(矩形支撑框)；4为水浴复温容器(玻璃烧杯)；5为电磁线圈；6为凹槽。

具体实施方式

下面结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型的保护范围。

实施例1

如图1所示，本实用新型提供了一种大体积生物样本低温保存的装置，其中，1为矩形支撑板，2为聚四氟乙烯管。聚四氟乙烯管2围绕在矩形支撑板外，可以从矩形支撑板底部向顶部依次围绕，也可以从矩形支撑板顶部向底部依次围绕。生物样本低温保存时，生物样本经预处理后添加保护剂然后注入围绕在矩形支撑板外的聚四氟乙烯管中置于液氮中冷冻保存，待需要时从液氮中取出水浴复温。

实施例2

如图2所示，本实用新型提供了一种大体积生物样本低温保存的装置，其中，1为矩形支撑板，2为聚四氟乙烯管，3为上下成对设置四对凹槽的矩形支撑框。聚四氟乙烯管2围绕在矩形支撑板1外形成一个单元，四个单元可以组装形成一个容器整体，即矩形支撑框上每一对上下对应设置的凹槽可以固定一个缠绕有聚四氟乙烯管矩形支撑板，矩形支撑框上的四对凹槽可以固定四个矩形支撑板，四个矩形支撑板与矩形支撑框组装形成一个容器整体。矩形支撑板与矩形支撑框均为有机玻璃材质。

生物样本低温保存时，生物样本经预处理后添加保护剂然后注入围绕在矩形支撑板外的聚四氟乙烯管中置于液氮中冷冻保存，待需要时从液氮中取出水浴复温。

本实施例中矩形支撑框上的四个矩形支撑板上围绕的聚四氟乙烯管中可以注入同一生物样本，以保证大体积生物样本的低温保存；也可以分别注入四种不同的生物样本，以保证不同种类的生物样本同时冻存与复温。

实施例3

如图3所示，本实用新型提供了一种大体积生物样本低温保存的装置，其中，1为矩形支撑板，2为聚四氟乙烯管，3为上下成对设置四对凹槽的矩形支撑框，4为玻璃烧杯、5为电磁线圈。聚四氟乙烯管2围绕在矩形支撑板1外形成一个单元，矩形支撑框3上的四对凹槽可以固定四个矩形支撑板(四个单元)，四个矩形支撑板与矩形支撑框组装形成一个容器整体，可以放置于玻璃烧杯4内部，电磁线圈5围绕在玻璃烧杯4外。

生物样本低温保存时，生物样本经预处理后添加保护剂然后添加磁性纳米颗粒然后注入围绕在矩形支撑板外的聚四氟乙烯管中置于液氮中冷冻保存，待需要时从液氮中取出置于围绕有电磁线圈玻璃烧杯中水浴同时电磁线圈内通入电流复温。

本实施例中矩形支撑框上的四个矩形支撑板上围绕的聚四氟乙烯管中可以分别注入四种不同的生物样本，以保证不同种类的生物样本同时冻存与复温。

对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本实用新型。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本实用新型的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本实用新型将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽范围。