生物样本液氮蒸汽熏蒸冷冻仪及载物台的制作方法

本实用新型涉及医学中的辅助生殖领域，尤其涉及一种生物样本液氮蒸汽熏蒸冷冻载物台以及使用该载物台的冷冻仪。

背景技术：

本实用新型所说的生物样本，主要是指精子、卵子、胚胎、卵巢组织、睾丸组织等生殖细胞和组织，本文主要以精液和精子冷冻(以下统称为精子)为例加以阐述。精子冷冻是指应用一定技术手段将精子保存在超低温下，以备将来使用，防止未来的生育风险，也被称为男性生育能力保存，或生殖保险。精子冷冻技术克服了时间和空间限制，作为辅助生育手段的重要组成部分，为不孕症患者的治疗提供了有力的支撑作用。

精子冷冻主要有三种降温方式，即慢速冷冻、液氮蒸汽熏蒸冷冻和玻璃化冷冻。慢速冷冻需经程序冷冻仪精确控制降温速率来实现，程序冷冻仪比较昂贵，且该方法的冷冻效果和液氮蒸汽熏蒸冷冻相差不大，目前应用的并不多。玻璃化冷冻时，将精子样本和冷冻保护剂混合物，直接插入液氮来实现，有文献报道用于稀少精子的冷冻。液氮蒸汽熏蒸冷冻是利用液氮挥发产生氮气所提供的低温来实现精子样本的冻结，简单、方便，效果也好，是目前精子冷冻中应用最广泛的方法。

然而，液氮蒸汽熏蒸法冷冻精子异常考验医护人员的操作水平，尤其是冷冻单个精子和稀少精子时，如我们之前的中国专利一种微量精子冷冻保存载体zl201520988161.6所述，医护人员需要手工夹持含精子的精子冷冻片在距离液氮液面一定高度的位置上停留一段时间，然后降低精子冷冻片的高度，再停留一段时间，使精子冷冻片与液氮的距离逐渐缩短，逐渐实现对精子的降温冷冻，这种手工操作方式受专业技能的限制，如果下降速度过快过慢或者手臂稳定度不够，都会导致精子精活率下降、存活率不稳定、甚至失去活性，而且手工操作一次只能冷冻一片精子冷冻片，冷冻精子的效率极为低下，造成液氮浪费，增加了精子冷冻的成本。另外，人工操作时，不同医护人员之间精子复苏的存活率重复性较差，不利于方法的标准化。

针对上述问题，参考图1，中国专利cn108513972a提出了一种自动精子冷藏台，包括底板，所述底板上设置有导轨，所述导轨上安装有载物台，所述载物台连接有带动其沿所述导轨运动的动力机构，所述动力机构连接有控制器。所述动力机构包括电机和螺杆，所述载物台设置有螺纹孔，所述螺杆的下端与所述底板活动连接，所述电机安装在所述底板的下侧，所述螺杆与所述螺纹孔螺纹连接。载物台上设有若干载物孔，载物孔的边缘设置有载物台阶。该装置解决了载物台手工进行升降的缺陷，但是，该装置存在几个比较严重的问题：1、载物台只设置了一种开口尺寸的载物孔，并且该开口的尺寸仅仅针对一种特定的冷冻片而设计，不能适应其他各种容量和尺寸的冷冻管、冷冻麦管和冷冻片的承载需求，尤其在冷冻精子领域经常使用的0.5ml、1.0ml、2.0ml的冷冻管和0.25ml、0.5ml的冷冻麦管无法承载。2、载物孔直接设置在载物台上，载物台多采用金属材料，冷冻载体直接置于金属材料上，其热传导速率很快，违背精子冷冻过程中的“慢冻速融”原则，导致复苏存活率下降，若载物台采用热传导速率慢的塑料材料，则经历液氮的反复冻融后，容易损坏，由于一体化结构的限制，只能整体更换载物台和连接支架才能继续使用。3、更严重的是，载物孔与载物台为一体化结构，承载冷冻载体的载物平面在进行冷冻操作后，不可避免的会被液氮污染，这将极大增加不同患者生物样本之间发生交叉感染的机会，清洗起来比较麻烦。4、生物样本的液氮蒸汽熏蒸冷冻保存，要求液氮蒸汽接触冷冻载体的面积足够大，并且在熏蒸过程中要保持冷冻载体的稳定，尤其是在多个冷冻管同时冷冻时，各个冷冻管之间不能互相干扰，要保持冷冻效果的一致和稳定，在仅有一种载物孔尺寸的情况下，会直接导致不同规格冷冻管的熏蒸面积差别较大，受冷不均匀，导致多个冷冻管同时冷冻时，冷冻效果达不到预期要求。此外，由于一体化结构的限制，载物孔尺寸和位置一旦确定，就很难根据实际需要而调整，除非更换整个载物台。

有鉴于此，精子冷冻临床上，急需一种满足如下条件的生物样本液氮蒸汽熏蒸冷冻仪载物台：可承载多种型号和规格的冷冻载体(包括冷冻管、冷冻麦管和冷冻片)、杜绝污染和交叉感染、载物片为一次性使用。

技术实现要素：

本实用新型所要解决的技术问题是，提供一种液氮蒸汽熏蒸冷冻仪及载物台，可精确控制受冷高度，可精确控制载物台下降速率，载物台可承载多种型号和规格的冷冻载体(包括冷冻管、冷冻麦管和冷冻片)、杜绝样本污染和交叉感染、承载冷冻载体的载物片可更换及改变载物孔尺寸。

为了解决上述问题，本实用新型提供了一种生物样本液氮蒸汽熏蒸冷冻载物台，包括：连接支架，载物框架，载物片，支架与载物框架固定连接，载物框架水平设置于支架的末端，载物片水平设置于载物框架中间用于放置冷冻载体，载物片可从载物框架取下并更换。

优选的，冷冻载体包括冷冻管，麦管和冷冻片。

优选的，载物框架由底框和侧壁组成。载物框架的侧壁上具有若干个凹槽，凹槽用于放置麦管。底框用于放置载物片，并且不会遮挡载物孔。

优选的，载物片上设置有多组不同尺寸的载物孔。载物孔包括若干小矩形载物孔和若干大矩形载物孔。小矩形载物孔用于放置冷冻片，大矩形载物孔用于放置冷冻管。

优选的，载物片分成两个可单独替换的独立部分，其中一个部分设有用于放置冷冻片的小矩形载物孔，另一个部分设有用于放置冷冻管的大矩形载物孔。

还提供一种生物样本液氮蒸汽熏蒸冷冻仪，使用前述的载物台，还包括：液氮盛放装置，液氮液面高度获取装置，升降控制装置，升降机构，液氮液面高度获取装置设置在液氮盛放装置内，升降控制装置和升降机构固定连接至液氮盛放装置，载物台通过支架固定至载物台升降机构的移动部件上，液氮液面高度获取装置获得的高度信息传输给升降控制装置，升降控制装置可以根据液氮液面高度信息控制载物台停留在液氮液面上方的任意高度。

本实用新型的优点在于：

(1)可以同时提供多种尺寸的载物孔和凹槽，满足了冷冻麦管、冷冻管和冷冻片等多种冷冻载体的承载需求，可实现对常规精液、稀少精子和单个精子等多种品质生物样本冷冻之需求，使用效率高。

(2)可以同时冷冻多根冷冻管、冷冻片或者冷冻麦管，并且各个冷冻载体之间没有干涉，受冷面积相同，距离液面高度也相同，冷冻效果的重复性高。

(3)创造性的在载物框架侧壁上设置了多对凹槽，解决了以前载物台不能很好固定细长麦管的问题，并且在单独冷冻麦管时，可以不放入载物片，或者仅放入部分载物片，保证了冷冻效果。

(4)载物片可整体替换，大大增加了适用尺寸的范围，可以根据不同的需求定制不同的载物片，目前已经可以覆盖0.5毫升、1.0毫升、1.5毫升以及2.0毫升的冷冻管，0.25毫升和0.5毫升的麦管。此外，载物片为塑料或者树脂材料，成本较低，改变载物孔尺寸和排列方向比较容易，加工精度也容易保证。

(5)载物片可以部分替换，大大增加了适应不同尺寸冷冻载体的能力，也就是说，在需要冷冻大量冷冻管或者冷冻片时，可以将所有的载物孔均设置成一种尺寸，以最大量的同时冷冻一种冷冻载体，提高了载物片的应用效率。

(6)载物片为一次性塑料制品，每次冷冻后进行更换，避免了冷冻后的清洗环节，保证了液氮不被水或其他物质污染，方便了医务人员的操作，并且成本不高。

(7)载物片的塑料材质保证了较慢的热传导速率，有利于提高精子存活率。

(8)使用本实用新型载物台的冷冻仪，液氮盛放装置与载物台升降控制装置具有一体化结构，大大提高了液氮使用的安全性和经济性。升降控制装置预置有载物台与液氮盛放装置相对位置的信息，只需获得与之配套的液氮液位的信息，就可以联动计算出载物台应该停留的具体高度，极大地避免了手工操作或者无精确定位电动操作带来的巨大误差，提高了复苏存活率。

附图说明

图1是现有技术中精子自动控制冷藏工作台载物台的结构示意图；

图2是本实用新型冷冻仪的结构示意图；

图3是本实用新型载物片的结构示意图；

图4是本实用新型载物框架未弯折成型时的展开结构示意图；

图5是本实用新型载物台结构的侧视图；

图6是本实用新型适用的冷冻片结构示意图；

图7是本实用新型适用的冷冻麦管结构示意图；

图8是本实用新型适用的冷冻管结构示意图；

图9是本实用新型使用的分体载物片结构示意图；

图10是本实用新型一体化冷冻仪的结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图对本实用新型提供的冷冻仪和载物台的具体实施方式做详细说明。

参考图2，一种生物样本液氮蒸汽熏蒸冷冻载物台2，包括：连接支架3，载物框架4，载物片5，支架3与载物框架4固定连接，载物框架4水平设置于支架3的末端，载物片5水平设置于载物框架4中间用于放置冷冻载体，载物片5可从载物框架4取下并更换，载物片5上设置有多组不同尺寸的载物孔6。

在这里并不具体限定连接支架3的形状，事实上，由于冷冻仪升降机构8类型的不同，支架的连接位置有多种可能，为了不产生部件之间的干涉，会做出各种不同设计，但无论如何，可以起到固定连接载物台2和升降机构8的作用即可。此外，载物框架4的形状也可以是多种多样的，这主要取决于操作面积大小，冷冻量大小等因素。通常我们将之设计为矩形，靠近连接支架3的一端为短边，因为载物台2适用于液氮蒸汽熏蒸冷冻法，所以为了保证液氮蒸汽可以直接熏蒸到冷冻载体，载物框架4的中间是空的，用于放置载物片5。载物片5由abs、pvc、pp、pet或pc等塑料或树脂材料制成，模具制造简单，综合成本低，在可替换式载物片的设计中，可以充分发挥其适应各种冷冻载体尺寸的优势。此外，载物片5由塑料或树脂材料制成，保证了低热传导速率，使得冷冻载体不会降温速率过快，载物片5就不会对熏蒸冷冻的效果产生影响，可以保证精子的存活率。

参考图3，本实施例中载物片5的尺寸为长75毫米，宽55毫米的矩形，横向设置。将载物孔6的尺寸设计为大小两种，包括若干小矩形载物孔9和若干大矩形载物孔10。小矩形载物孔9用于放置冷冻片16，大矩形载物孔10用于放置冷冻管14。其中，小矩形载物孔9尺寸为长13毫米，宽6毫米的矩形，横向设置，纵向间隔为9毫米；大矩形载物孔10尺寸为长45毫米，宽10毫米的矩形，纵向设置，横向间隔为8毫米。目前这种尺寸的载物片，小矩形载物孔9用于放置我中心设计生产的冷冻片，并且尺寸可以随着冷冻片尺寸的改变而调整；大矩形载物孔10已经可以覆盖0.5毫升、1.0毫升、1.5毫升、2.0毫升的冷冻管，这几种常用尺寸的冷冻管，由于直径基本一致，长度有所不同，可以稳定地放置在大矩形载物孔10内，互相之间无干涉，便于工作人员取放。

参考图4，载物框架4由底框12和侧壁13组成。底框12用于放置载物片5，并且不会遮挡载物孔6。图4显示的是载物框架4弯折成型之前的平面钢板状态。成型后载物框架4具有矩形底框12以及向上延伸的矩形侧壁13，载物片5放在底框12上并且受到侧壁13的保护，稳定且不遮挡液氮蒸汽。同时也可以适当地避免工作人员操作失误出现冷冻管滑落的概率。

参考图5，载物框架4的侧壁13上具有若干个凹槽11，凹槽11用于放置冷冻麦管15。因为麦管长度远远超过一般载物台的长度，所以以前为了放置麦管，通常会将麦管斜着放在载物台上，但即使这样，麦管依然会在两端伸出载物台很多，占用了很大的面积并且并不稳定，同时冷冻多根麦管更是会造成互相之间的接触和干涉。将麦管15放入成对设计的凹槽11中，很好地固定了麦管15，并且排列整齐，不产生干扰，可以大幅提高冷冻效率和安全性。实践中，也可以不使用载物片5，直接把麦管15架在凹槽11中，由于无遮挡，冷冻效果更好。当然，凹槽11可以成对设计在侧壁13的各个位置，但本实施例设计在横向侧壁上，有利于多设置凹槽11，也有利于平衡冷冻过程中实际操作面积的大小。金属凹槽11上可以设置塑料保护套，使热传导速率降低以满足精子冷冻之精确需求。

参见图6-8，冷冻载体包括冷冻管14，麦管15和冷冻片16，当然，也可以包括实际冷冻过程中使用的其他类型的冷冻载体，但是需要注意的是，为了保证冷冻效果，通常需要对这些特殊类型的冷冻载体重新设计载物孔9的位置和尺寸，以便达到较好的冷冻效果。

参见图9，载物片5分成两个可单独替换的独立部分，其中一个部分设有用于放置冷冻片16的小矩形载物孔9，另一个部分设有用于放置冷冻管14的大矩形载物孔10。在这种实施例下，载物台2可以适用的冷冻载体尺寸更加丰富，几乎可以组合出满足任意尺寸冷冻载体同时冷冻的载物片5，并且可以提前预制部分分体载物片，有需要随时可以更换部分载物片，真正做到按需配置。本实施例中载物片5是分为两个大小不同的部分，但需要强调的是，这种划分完全是按照设计者的设计进行的，独立部分的个数、各个部分的尺寸大小以及载物孔6的尺寸间隔都是可以调整的。

参考图10，本实施例中提供了一种生物样本液氮蒸汽熏蒸冷冻仪1，其使用了前面部分提到的载物台2，冷冻仪按照通常的使用方式，外接液氮箱即可进行操作。为了达到更好的精准冷冻效果，冷冻仪1也可以进一步包括：液氮盛放装置19，液氮液面高度获取装置20，升降控制装置7，升降机构8，液氮液面高度获取装置20设置在液氮盛放装置19内，升降控制装置7和升降机构8固定连接至液氮盛放装置19，载物台2通过支架3固定至载物台升降机构8的移动部件上，液氮液面高度获取装置20获得的高度信息传输给升降控制装置7，升降控制装置7可以根据液氮液面高度信息控制载物台2停留在液氮液面上方的任意高度。

如前所述，液氮蒸汽熏蒸法不需要昂贵的程序冷冻仪，即可获得比较满意的精子复苏存活率。操作方法是，将冷冻载体在距离液氮液面不同高度的位置上分别停留一段时间，并逐渐下降，缓慢降温，直至样本冻结后，置液氮罐内长期保存。然而，在液氮蒸汽层内，某个层面的温度会因为距离液氮面高度不同有显著差别，且并不和距离液氮面的高度呈线性关系，以深度100mm的液氮盒为例，盛放60mm的液氮后，液氮蒸汽层的厚度是40mm，距离液氮面2mm、20mm和40mm处的蒸汽层的温度分别约为-180℃，-160℃和-80℃。液氮蒸汽熏蒸冷冻时，不同冷冻载体(如冷冻管、冷冻片、冷冻麦管等)距离液氮液面的高度均不同，蒸汽层内几毫米的高度差就会导致温度差别巨大，人工手持冷冻载体降温必然导致存活率不稳定，一致性差。中国专利cn108513972a提出了一种自动精子冷藏台，但并无配套的液氮盛放装置，且没法精准确定载物台与液氮面的实时高度，这是液氮熏蒸法冷冻中最重要的参数，所以，该专利的实际转化和推广价值很低。鉴于此，本实用新型摒弃了以往升降装置和液氮盛放装置各自独立放置的技术方案，将液氮盛放装置19与升降机构8整合为一体化结构，这样，不但安全性和使用便捷性大大提升，更使得液氮盛放装置19与升降机构8的位置相对固定。这种情况下，一旦确定了液氮液面高度的数值，将这个数值传输给升降控制装置7，升降控制装置7将读取的数值与预设好的升降机构8与液氮盛放装置19相对位置的数值进行计算，就可以得到这个时刻载物台2与液面的高度差，进而可以根据预设的算法程序，调整升降机构8的位置，使载物台2可以运动至预设程序规定的停留高度。如果两个装置分开独立放置，即使液氮盛放装置19具有液面高度获取装置20，也不太可能精确的计算载物台2和液氮液面的高度差，因为没有统一的基准可供参考。

以上所述仅是本实用新型的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员，在不脱离本实用新型原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本实用新型的保护范围。