一种细胞植冰冻存装置

1.本实用新型涉及细胞冻存技术领域，特别涉及一种细胞植冰冻存装置。


背景技术：

2.低温保存是实验室和样本库保存细胞和组织的常规操作，但是细胞和组织在降温过程中常常会发生损伤。而造成细胞和组织损伤的主要因素有冷冻保护剂的毒性损伤和冷冻过程中胞内冰形成的胞内冰损伤。
3.其中，关于胞内冰损伤的原因在于：程序冷冻过程中，溶液温度低于共晶温度但仍然没有结晶时，则造成细胞溶液过冷，过冷度较大的时候会突然成核，进而造成细胞大冰晶损伤。
4.解决胞内冰损伤的一个关键是在细胞溶液共晶点附近恒温一定时间，然后通过加入冰核、用冷冻的金属触碰冻存管外壁、施加超声波等方法进行植冰，使胞外溶液首先形成共晶体，共晶体在该温度下生长过程中，优先结晶稀溶液，造成未冻保护液浓度的上升，而由于渗透压的作用，细胞逐渐脱水，从而可以防止/减少胞内冰的形成，避免胞内冰损伤。
5.但是，现有技术中，细胞植冰操作、细胞制冷和保存操作是分开进行的，导致植冰和冻存操作不方便进行；例如公开号为cn110476955a的中国实用新型专利公开了一种程序植冰装置，但是其不具有制冷功能，需要配合超低温冰箱才能获得制冷功能；再例如公开号为cn112674078a的中国实用新型专利公开了一种肝细胞超声波植冰冻存装置及其冻存方法，但是其斯特林制冷机采用的是恒温水浴系统制冷，其温度区间受到极大限制，不能长期保存，植冰冷冻后需要转运到其它冷冻系统进行保存。


技术实现要素：

6.针对现有技术存在的细胞植冰和冻存操作需要分开在两部分设备上进行，从而导致操作效率不高的问题，本实用新型的目的在于提供一种细胞植冰冻存装置。
7.为实现上述目的，本实用新型的技术方案为：
8.一种细胞植冰冻存装置，包括，
9.斯特林制冷机，所述斯特林制冷机包括冷端，所述冷端设置有冷冻台，所述冷冻台上设置有冷冻槽，所述冷冻槽内设置有冻存管，其中，所述冷冻台上和/或所述冻存管内设置有测温元件；
10.超声波植冰系统，所述超声波植冰系统包括超声波发生器和超声波振子，所述超声波振子安装在所述冷冻台的侧壁上以通过所述冷冻台向所述冻存管发射超声波；
11.以及控制系统，所述控制系统与所述斯特林制冷机、所述测温元件以及所述超声波发生器电性连接。
12.进一步的，还包括保温层；所述保温层设置在所述冷冻上，且所述保温层围绕所述冷冻台布置。
13.进一步的，还包括上盖，所述上盖覆盖在所述保温层的顶部。
14.优选的，所述冷冻槽为布置在所述冷冻台的顶面上的凹槽或者盲孔。
15.优选的，所述超声波振子有至少两个，至少两个所述超声波振子围绕所述冷冻台的侧壁周向均匀分布。
16.优选的，至少两个所述超声波振子形成至少两个工作频率。
17.优选的，所述冷冻台为方形，所述超声波振子有四个且分别布置在所述冷冻台的四个侧壁上。
18.优选的，四个所述超声波振子的工作频率各不相同。
19.采用上述技术方案，由于采用斯特林制冷机进行制冷，使得装置具有较低的降温温度，从而可以同时满足长期冷冻保存的要求，而不必在植冰操作后转移；另外，又由于斯特林制冷机和超声波植冰系统的结合，使得装置具有结构尺寸紧凑的优点，从而便于布置和运输；另外，由于将冻存管设置在冷冻台内的冷冻槽中以及将超声波振子设置在冷冻台侧壁上的设置，使得超声波能够更好地传递到冻存管的各处，从而提高超声制冷的效率和精度。
附图说明
20.图1为本实用新型的结构示意图；
21.图2为本实用新型去除外壳后的结构示意图。
22.图中:1-主机体、2-冷端、3-散热风扇、4-散热翅片、5-电源及控制模块、6-外壳、7-冷冻台、8-冷冻槽、9-测温元件、10-超声波振子、11-控制系统、12-保护层、13-上盖。
具体实施方式
23.下面结合附图对本实用新型的具体实施方式作进一步说明。在此需要说明的是，对于这些实施方式的说明用于帮助理解本实用新型，但并不构成对本实用新型的限定。此外，下面所描述的本实用新型各个实施方式中所涉及的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互组合。
24.需要说明的是，在本实用新型的描述中，术语“上”、“下”、“左”、“右”、“前”、“后”等指示的方位或位置关系为基于附图所示对本实用新型结构的说明，仅是为了便于描述本实用新型的简便，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实用新型的限制。
25.对于本技术方案中的“第一”和“第二”，仅为对相同或相似结构，或者起相似功能的对应结构的称谓区分，不是对这些结构重要性的排列，也没有排序、或比较大小、或其他含义。
26.另外，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“连接”应做广义理解，例如，连接可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；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，可以是两个结构内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据本实用新型的总体思路，联系本方案上下文具体情况理解上述术语在本实用新型中的具体含义。
27.实施例一
28.一种细胞植冰冻存装置，如图1及图2所示，包括斯特林制冷机、超声波植冰系统和
控制系统。
29.其中，斯特林制冷机作为成熟产品，其包括有主机体1以及设置在主机体1上的冷端2、散热风扇3、散热翅片4以及用于供电和控制的电源及控制模块5，通常，主机体1外包围有外壳6，外壳6上开设有使电源及控制模块5露出的开口以便于操作，使用时，通过可电源及控制模块5对斯特林制冷机的降温速率，本实施例不再赘述。
30.本实施例中，在冷端2设置有冷冻台7，冷冻台7由导热性良好以及对超声波传导性能良好的材料制造，例如铜、铝、钛镁合金等。同时，冷冻台7上设置有冷冻槽8，冷冻槽8为开设在冷冻台7上的凹槽或者盲孔，冷冻槽8内设置有冻存管，该冻存管用于盛装待冻存的细胞或者组织，通常还会添加保护剂。另外，冷冻台7上和/或冻存管内设置有测温元件9，测温元件9用于获取盛装于冻存管内的细胞或者组织的温度，例如本实施例中，将测温元件9设置在冻存管内。本实施例配置测温元件9为温度传感器，其探头伸入到冻存管内。
31.其中，超声波植冰系统包括超声波发生器(图中未示出)和超声波振子10，其中超声波振子10安装在冷冻台7上以通过冷冻台7向冻存管发射超声波。本实施例中，超声波振子10安装在冷冻台7的侧壁上，并且超声波振子10发射超声波的方向正对冻存管，发出的超声波通过冷冻台7传递给冻存管。
32.其中，控制系统11安装在上述的外壳6上，控制系统11与斯特林制冷机(具体是电源及控制模块5)、测温元件9以及超声波发生器电性连接，本实施例中，配置控制系统11包括触控屏、存储器和处理器，使用时通过触控屏设置斯特林制冷机的降温速率、超声波植冰系统的植冰温度、超声波植冰系统的工作频率和时长等参数到存储器中，再由处理器调用后执行。另外，控制系统11还用于判断超声波植冰操作是否成功，植冰成功与否的判断条件事先存入在存储器中，例如，通过植冰操作前后冻存管温度的变化情况进行判断，判断原理是植冰成功后溶液出现结晶而释放大量的结晶焓，从而造成溶液温度升高。
33.使用时，通过触控屏输入降温速率、植冰温度、冻存温度、超声波频率和时长、植冰判断条件并启动工作后；控制系统11将降温速率发送给斯特林制冷机，斯特林制冷机中的电源及控制模块5对应地控制其中的电机的功率，使冷端按照该降温速率降温；在降温过程中，控制系统11不断地获取冻存管的温度，并在该温度下降到该植冰温度(例如-10℃)后，控制斯特林制冷机停止降温并在该植冰温度下保温，同时向超声波发生器发送工作指令，使超声波振子按照预设的频率和时长(例如0.2s)工作，并在工作完成后停止；控制系统11调取冻存管在植冰操作前、后一段时间(例如1s)内的平均温度，执行上述的植冰判断条件(例如是否有升温2℃)是否成立，是则判断为植冰成功，否则再继续执行一次超声波植冰操作，再进行植冰条件判断，直至判断为植冰成功；控制系统11继续控制斯特林制冷机按照预设的降温速率降温，直至达到冻存温度(例如-80℃)后停止，并在该冻存温度上进行保温，从而可以在该温度上进行长期保存，或者，也可以将冻存管转移到其它保存设备如冰箱、液氮罐等。
34.实施例二
35.其与实施例一的区别在于：本实施例中，还包括保温层12和上盖13。
36.其中保温层12由保温材料制造，其固定在斯特林制冷机的冷端，并围绕冷冻台7设置一周，从而对冷冻台7进行保护，防止外界温度干扰。
37.其中，上盖13覆盖在保温层12的顶部，其也由保温材料制造。
38.实施例三
39.其与实施例一的区别在于：设置超声波振子10有多个，多个超声波振子10周向均匀地安装在冷冻台7的侧壁上。
40.另外，配置多个超声波振子10形成至少两个工作频率，例如相对的两个超声波振子10工作在同一频率上。例如设置超声波振子10有四个，四个超声波振子10共工作在两个频率上。
41.再例如，设置四个超声波振子10分别工作在不同的频率上，例如20khz、40khz、60khz、80khz，并配置功率均为50w。如此设置，使得针对不同成分的细胞冻存液可使用不同的超声波频率进行植冰，从而提高适用范围。
42.实施例四
43.本实施例中，用半导体制冷器代替斯特林制冷机，半导体制冷器具有体积小的特点，且也能够达到较低的制冷温度并保持。
44.以上结合附图对本实用新型的实施方式作了详细说明，但本实用新型不限于所描述的实施方式。对于本领域的技术人员而言，在不脱离本实用新型原理和精神的情况下，对这些实施方式进行多种变化、修改、替换和变型，仍落入本实用新型的保护范围内。