低温存储中转装置及其运行方法与流程

本发明涉及自动化存储中转装置，特别涉及一种低温存储中转装置及其运行方法。

背景技术：

生命科学研究的发展以及临床医疗领域疾病分析检测和治疗保健技术的进步，促进了对生物样本越来越广泛的需求，也对生物样本的存储技术和设备提出了更高的要求，包括对存储样本的安全性、可靠性和稳定性，以及样本存取过程和程序的准确性、高效性和科学性的要求。生物样品储存的对象往往涵盖生物大分子、细胞、组织和器官等样本，如人体器官组织、全血、血浆、血清、生物体液或经处理过的生物样本(包括dna、rna、蛋白等)。生物样本的长期储存，通常需使用尽可能低的温度来降低样本内的生化反应，提高样本内各种成分的稳定性。生物大分子、细胞、组织和器官等生物样本，其常用的储存温度常有-80℃(超低温冰箱)、-140℃(液氮气相或深冷冰箱)以及-196℃(液氮液相)等，而且，温度越低，样本的稳定保存时间越长。

由于在超低温存储生物样本的程序中，需要会对生物样本进行程序降温。这个过程也就是将常温状态的生物样本通过精确控制的降温过程，进入较低温度的冷冻状态，为了最有效保障生物样本的生物活性，此低温往往需要达到-60℃以下，甚至更低。为了实现大批量生物样本的长期、稳定、可靠存储和取样，自动化的低温或超低温生物样本存取设备的研制和使用是一个必然的发展方向。自动化中转装置是是实现自动化低温或超低温生物样本存取的一个重要环节，它是生物样本从外部环境进出生物样本存储容器的通道和节点。

在现有技术中，完成程序降温的生物样本冻存管将被临时置入一个相对较小尺寸的便携式低温中转存储容器内，并用保温盖盖住此便携式中转存储容器的操作口(如顶部)，再通过人工或者处于常温或者非超低温环境下的自动化转运装置输送到生物样本所需进入的超低温生物样本存储容器外侧，再通过人工或者自动化装置将每一个生物样本冻存单元(如生物样本冻存管)置入生物样本超低温冻存设备的冻存容器或空间内。然而，现有技术的超低温自动化生物样本存储设备缺少一个具有一定温控功能的低温环境的缓冲操作空间或者机构，来将生物样本(样本冻存管)从低温中转存储容器转移到超低温存储设备的冻存容器或空间内，以欧洲专利ep2666694a1为例，中转存储罐在一个开放空间的轨道上运输，再即将进入冷库时，通过外部开盖机构，将中转罐盖子打开，然后中转罐再进入冷库；该方案虽然实现了自动化传输，但生物样本有一段时间会暴露在开放的环境下，容易结霜，影响生物样本的生物活性；此外，该机构体积较大，现场安装与调试过程也较复杂，不利于设备的大规模推广应用。

技术实现要素：

本发明要解决的技术问题是为了克服现有技术中的中转装置缺少缓冲空间的缺陷，提供一种低温存储中转装置及其运行方法。

本发明是通过下述技术方案来解决上述技术问题：

一种低温存储中转装置，用于将中转罐从外部环境输送入冷库，其特点在于，所述低温存储中转装置包括有：

密封组件，所述密封组件包括内门和外门，所述内门设置有内升降机构，所述外门设置有外升降机构，所述内门和外门之间构成可密封的缓冲区，所述内门连通冷库，所述外门连通外部环境；在任何情况下，内门和外门都不会同时打开，这就意味着，在任何情况下，缓冲区都不会同时连通冷库与外部环境。这样可以确保中转罐在开盖后，生物样本不会暴露在常温环境。

传输组件，所述传输组件包括外传输机构和内传输机构，所述外传输机构用于将所述中转罐从外部环境输送至所述缓冲区，所述内传输机构用于将所述中转罐从所述缓冲区输送入冷库。当内门关闭且外门关闭时，内传输机构和外传输机构均处于初始位置，此时，外传输机构完全位于缓冲区内。内传输机构始终位于冷库内部。当内门关闭且外门打开时，缓冲区和外部环境连通，此时中转罐可借助外传输机构从外部环境输送到缓冲区内。当中转罐完全进入缓冲区后，可同时关闭内门和外门，对缓冲区内进行除湿降温操作，待缓冲区内的温度和湿度达到设定值时，对中转罐进行开盖操作，然后保持外门关闭的同时打开内门，此时缓冲区与外部环境隔绝，缓冲区与冷库连通，中转罐可借助内传输机构从缓冲区输送到冷库中。

较佳地，所述内门和所述外门均包括外层和内层。双层结构有利于缓冲层的保温。

较佳地，所述内门升降机构包括内驱动件，所述外门升降机构包括外驱动件。内驱动件驱动内门升降，外驱动件驱动外门升降，从而控制内外门的开闭。

较佳地，所述内驱动件和外驱动件均为用于将旋转运动转化为平移运动的驱动件。

较佳地，所述内驱动件和所述外驱动件均为齿轮齿条。

较佳地，所述传输组件还包括中转罐托盘和自动伸缩托盘，所述中转罐托盘卡合在所述自动伸缩托盘上，所述自动伸缩托盘活动配合于所述外传输机构，所述外传输机构用于将所述自动伸缩托盘从外部环境移动至所述缓冲区，所述内传输机构用于将中转罐托盘从所述缓冲区移动至冷库。中转罐托盘能够锁定在自动伸缩托盘上，并保持稳定，同时中转罐托盘还能够从自动伸缩托盘上分离。在中转罐从外部环境输送到缓冲区的过程中，中转罐托盘始终放置在自动伸缩托盘上。外传输机构能够带动自动伸缩托盘越过内门，使得自动伸缩托盘的一部分位于冷库内，此时自动伸缩托盘和中转罐托盘解除锁定，内传输机构能够带动中转罐托盘从自动伸缩托盘上分离，然后外传输机构复位，内门关闭，内传输机构继续带动中转罐托盘到达指定位置，此时可对中转罐内样本进行存取操作。

较佳地，所述中转罐托盘底部前后端设有挡壁，所述内传输机构包括同步带和挡块，所述挡块固定在所述同步带上，所述挡块能够通过所述挡壁带动所述中转罐托盘移动。同步带的一端伸入挡壁与中转罐托盘的中心之间，同步带的转动带动挡块抵靠挡壁，从而带动中转罐托盘移动。当对中转罐中的样本完成存取操作后，同步带反向转动，从而使挡块推动中转罐托盘及其上的中转罐回到自动伸缩托盘。

较佳地，所述自动伸缩托盘包括限位销，所述中转罐托盘设有限位孔，所述限位销能够自动伸入和移出所述限位孔。限位销和限位孔的配合实现了中转罐托盘在自动伸缩托盘上的锁定。当限位销伸入限位孔时，中转罐托盘不能相对于自动伸缩托盘移动，从而实现锁定。当限位销移出限位孔时，中转罐托盘能够相对于自动伸缩托盘移动，从而实现解锁。解锁后，中转罐托盘能够从自动伸缩托盘上分离。

较佳地，所述自动伸缩托盘的两侧设有托盘齿条，所述外传输机构包括齿轮和传输齿条，所述传输齿条固定在外传输机构两侧，所述齿轮啮合在所述传输齿条和所述托盘齿条之间。齿轮与托盘齿条之间保持啮合，同时齿轮与传输齿条之间也保持啮合。通过齿轮的转动，实现托盘齿条的伸缩。

较佳地，所述中转罐托盘两侧设有若干滚轮，所述内传输机构设有两条导轨，所述滚轮能够在所述导轨上滑动。

较佳地，所述低温存储中转装置还包括除湿降温组件，所述除湿降温组件用于将密闭的所述缓冲区内的温度和湿度调节到设定值。

较佳地，所述低温存储中转装置还包括开盖组件，所述开盖组件包括旋转件和提升件，所述开盖组件位于所述缓冲区。

较佳地，所述低温存储中转装置还包括操作屏和环境显示屏，所述操作屏用于手动操作所述低温存储中转装置的运行，所述环境显示屏用于实时显示冷库内、缓冲区、外部环境区域的湿度、温度、整体设备运转情况。

较佳地，所述低温存储中转装置还包括外壳，所述外壳连接固定所述内门、外门、外传输机构和内传输机构，实现模块化。

一种低温存储中转装置的运行方法，其特点在于，其利用上述的低温存储中转装置，所述低温存储中转装置的运行方法包括以下步骤：

s1、外部传输，利用所述内升降机构关闭所述内门，利用所述外升降机构打开所述外门，利用所述外传输机构将所述中转罐从外部环境输送至所述缓冲区；

s2、密封处理，利用所述外升降机构关闭所述外门，密封所述缓冲区，对缓冲区进行除湿降温处理，然后将所述中转罐开盖；

s3、内部传输，利用所述内门升降机构打开所述内门，利用所述内传输机构将中转罐从所述缓冲区输送入冷库，然后复位所述传输组件，关闭所述内门。

较佳地，所述低温存储中转装置还包括中转罐托盘和自动伸缩托盘，在步骤s1中，中转罐放置在所述中转罐托盘上，所述中转罐托盘放置在所述自动伸缩托盘上，所述自动伸缩托盘带动所述中转罐托盘从外部环境输送至缓冲区；在步骤s3中，所述中转罐托盘从所述自动伸缩托盘上分离，所述中转罐托盘由缓冲区进入冷库，所述自动伸缩托盘留在缓冲区。

较佳地，在步骤s2中，内外门封闭，进行除湿和初步降温，当温度和湿度达到设定值后，再进行开盖。

在符合本领域常识的基础上，上述各优选条件，可任意组合，即得本发明各较佳实例。

本发明的积极进步效果在于：本发明的低温存储中转装置可以确保中转罐在开盖后，生物样本不会暴露在常温环境，减少样本损伤；缓冲区可防止中转罐内部结霜，提高自动化存取管的成功率；采用双层保温门密封机构，可提高冷库的整体保温性能，降低运行功耗，减少生物样本库的运行成本，且在对中转罐中样本进行存取操作时，内外门均可保持关闭状态，不会降低冷库的密封性。本发明的低温存储中转装置实现了模块化，所有机构和定位装置集成到一个模块，受外部影响较小，安装调试比较方便，更容易确保运行精度。

附图说明

图1为本发明较佳实施例的低温存储中转装置的立体结构示意图。

图2为本发明较佳实施例的传输组件的部分结构示意图。

图3为本发明较佳实施例的中转罐托盘的侧视结构示意图。

附图标记说明：

内门102

外门104

内升降机构106

外升降机构108

缓冲区110

外传输机构202

内传输机构204

中转罐托盘206

自动伸缩托盘208

传输位置传感器210

挡块212

挡壁214

限位销216

限位孔218

托盘齿条220

齿轮221

传输齿条222

滚轮224

导轨226

引导块228

中转罐托盘位移传感器230

除湿降温接口302

开盖组件304

开盖监测传感器306

操作屏308

环境显示屏310

外壳312

具体实施方式

下面通过实施例的方式进一步说明本发明，但并不因此将本发明限制在所述的实施例范围之中。

本实施例的低温存储中转装置如图1至图3所示，主要用于将中转罐从外部环境输送入冷库，中转罐中存放有生物样本，此处的生物样本包括但不限于人体器官组织、全血、血浆、血清、生物体液、微生物或经处理过的dna、rna、蛋白等。本实施例的低温存储中转装置主要包括密封组件和传输组件。

如图1所示，密封组件包括内门102和外门104，内门102和外门104均设置有密封圈，保证密封性。内门102设置有内升降机构106，外门104设置有外升降机构108，内升降机构106和外升降机构108能够控制内门102和外门104的上下运动，从而控制内门102和外门104的开闭动作。内门102和外门104之间构成可密封的缓冲区110，当内门102和外门104均运动到最低位置时，缓冲区110呈封闭状态，内门102或外门104向上运动，缓冲区110打开，并和邻近的区域连通，内门102连通冷库，外门104连通外部环境。当内门102关闭且外门104打开时，缓冲区110与外部环境连通，并且与冷库隔绝；当内门102打开且外门104关闭时，缓冲区110与冷库连通，并与外部环境隔绝；当内门102关闭且外门104关闭时，缓冲区110与冷库隔绝，同时与外部环境也隔绝。在任何情况下，内门102和外门104都不会同时打开，这就意味着，在任何情况下，缓冲区110都不会同时连通冷库与外部环境。这样可以确保中转罐在开盖后，生物样本不会暴露在常温环境。

传输组件包括外传输机构202和内传输机构204，外传输机构202用于将中转罐从外部环境输送至缓冲区110，内传输机构204用于将中转罐从缓冲区110输送入冷库。当内门102关闭且外门104关闭时，内传输机构204和外传输机构202均处于初始位置，此时，外传输机构202完全位于缓冲区110内。内传输机构204始终位于冷库内部。当内门102关闭且外门104打开时，缓冲区110和外部环境连通，此时中转罐可借助外传输机构202从外部环境输送到缓冲区110内。当中转罐完全进入缓冲区110后，可同时关闭内门102和外门104，对缓冲区110内进行除湿降温操作，待缓冲区110内的温度和湿度达到设定值时，对中转罐进行开盖操作，然后保持外门104关闭的同时打开内门102，此时缓冲区110与外部环境隔绝，缓冲区110与冷库连通，中转罐可借助内传输机构204从缓冲区110输送到冷库中。

本实施例的传输组件还包括中转罐托盘206和自动伸缩托盘208，传输组件包括一个四级机构，第四级为中转罐托盘206，第三级为自动伸缩托盘208，第二级为外传输机构202，第一级为内传输机构204。中转罐托盘206卡合在自动伸缩托盘208上，中转罐托盘206能够锁定在自动伸缩托盘208上，并保持稳定，同时中转罐托盘206还能够从自动伸缩托盘208上分离。

自动伸缩托盘208活动配合于外传输机构202，外传输机构202用于将自动伸缩托盘208从外部环境移动至缓冲区110，自动伸缩托盘208能够携带中转罐托盘206完全伸出缓冲区110，即完全位于外部环境中。在中转罐托盘206的中部具有凹陷，中转罐能够放置在该凹陷中，并保持稳定。待中转罐放置在中转罐托盘206上后，自动伸缩托盘208从外部环境向缓冲区110缩回，直至全部的自动伸缩托盘208均位于缓冲区110内，在中转罐从外部环境输送到缓冲区110的过程中，中转罐托盘206始终放置在自动伸缩托盘208上。然后外门104关闭，同时内门102也保持关闭，可以对缓冲区110内进行降温除湿操作，并对中转罐进行开盖操作。

内传输机构204用于将中转罐托盘206从缓冲区110移动至冷库，外传输机构202能够带动自动伸缩托盘208越过内门102，使得自动伸缩托盘208的一部分位于冷库内，此时自动伸缩托盘208和中转罐托盘206解除锁定，内传输机构204能够带动中转罐托盘206从自动伸缩托盘208上分离，然后外传输机构202复位，内门102关闭，内传输机构204继续带动中转罐托盘206到达指定位置，此时可对中转罐内样本进行存取操作。当对中转罐中的样本完成存取操作后，内传输机构204带动中转罐托盘206及其上的中转罐回到自动伸缩托盘208，然后自动伸缩托盘208和中转罐托盘206锁定，传输组件全部恢复初始位置。在外传输机构202上设置有传输位置传感器210，用于实时监测传输组件的位置情况，以决定是否进行下一步动作。

内门102和外门104均包括外层和内层。外层为结构性材料，内层为保温材料，如聚氨酯发泡材料，真空绝热板材料，xps挤塑板材料或聚丙烯泡沫塑料中的一种。双层结构有利于缓冲层的保温。内门102升降机构包括内驱动件，外门104升降机构包括外驱动件。内驱动件驱动内门102升降，外驱动件驱动外门104升降，从而控制内外门的开闭。内驱动件和外驱动件均为用于将旋转运动转化为平移运动的驱动件。在本实施例中，内驱动件和外驱动件均为齿轮齿条，在其他实施例中，内驱动件和外驱动件可以采用同步带、滚珠丝杠以及链条等。

中转罐托盘206底部前后端设有挡壁214，内传输机构204包括同步带和挡块212，挡块212固定在同步带上，挡块212可以为一个或多个，并固定在同步带的外周面上，挡块212能够通过挡壁214带动中转罐托盘206移动。在本实施例中，挡壁214为中转罐托盘206底部前后端的凸起块上的侧壁，这两个侧壁均面向中转罐托盘206的中心，同步带的一端伸入挡壁214与中转罐托盘206的中心之间，同步带的转动带动挡块212抵靠挡壁214，从而带动中转罐托盘206移动。在其他实施例中，挡壁214也可以为挡壁214为中转罐托盘206底部前后端的凹槽上的侧壁，同样，这两个侧壁均面向中转罐托盘206的中心。当中转罐从中转罐托盘206上取下后，同步带反向转动，从而使挡块212推动中转罐托盘206回到自动伸缩托盘208。

自动伸缩托盘208包括限位销216，中转罐托盘206设有限位孔218，限位销216能够自动伸入和移出限位孔218。限位销216和限位孔218的配合实现了中转罐托盘206在自动伸缩托盘208上的锁定。当限位销216伸入限位孔218时，中转罐托盘206不能相对于自动伸缩托盘208移动，从而实现锁定。当限位销216移出限位孔218时，中转罐托盘206能够相对于自动伸缩托盘208移动，从而实现解锁。解锁后，中转罐托盘206能够从自动伸缩托盘208上分离。

如图2所示，自动伸缩托盘208的两侧设有托盘齿条220，外传输机构202包括齿轮221和传输齿条222，传输齿条222固定在外传输机构202两侧，齿轮221啮合在传输齿条222和托盘齿条220之间。托盘齿条220为两个，分别位于自动伸缩托盘208的两侧。传输齿条222也为两个，分别位于外传输机构202的两侧，托盘齿条220与传输齿条222的齿相面对但不接触。齿轮221为两个，分别位于外传输机构202的两侧，并且每个齿轮221均位于托盘齿条220与传输齿条222之间，齿轮221与托盘齿条220之间保持啮合，同时齿轮221与传输齿条222之间也保持啮合。通过齿轮221的转动，实现托盘齿条220的伸缩。

中转罐托盘206两侧设有若干滚轮224，内传输机构204设有两条导轨226，滚轮224能够在导轨226上滑动。如图3所示，在本实施例中，滚轮224一共有六个，其中三个滚轮224间隔分布在中转罐托盘206的一侧，另外三个滚轮224间隔分布在中转罐托盘206的相对侧。导轨226之间的距离与相对侧两个滚轮224之间的距离一致，以保证滚轮224在导轨226上可以流畅地滚动。为了增加滚轮224在导轨226上的稳定性，防止中转罐托盘206偏移，在导轨226的外侧还设置了四个引导块228，其中两个引导块228分布在一个导轨226的外侧，另外两个引导块228分布在另一个导轨226的外侧，每个引导块228均和相对侧的引导块228镜像对称，每个引导块228均具有斜面，每两个相对的引导块228的斜面的法线均与水平面平行，且两个法线的交点落在两个相对的引导块228的中点与缓冲区110的中心之间。两个导轨226的末端均设置有一个中转罐托盘位移传感器230，其利用激光测距仪，用于实时监测中转罐托盘206的位置，实现传输位置的精确控制。

为了使中转罐在一个安全的环境下进行开盖操作，低温存储中转装置还包括除湿降温组件，除湿降温组件用于将密闭的缓冲区110内的温度和湿度调节到设定值。除湿降温组件包括除湿降温接口302和除湿降温传感器，除湿降温接口302和除湿降温传感器电连接。内门102和外门104同时关闭后，开始启动除湿降温传感器，如果缓冲区110内的湿度和温度没有达到设定值，则除湿降温传感器向除湿降温接口302发送指令，打开除湿降温接口302，利用除湿降温设备对缓冲区110内进行除湿降温操作，待缓冲区110内的湿度和温度达到设定值，则除湿降温传感器向除湿降温接口302发送指令，关闭除湿降温接口302。

低温存储中转装置还包括开盖组件304，开盖组件304包括旋转件和提升件，开盖组件304位于缓冲区110。首先利用旋转件将中转罐的盖子拧松，然后利用提升件将中转罐的盖子移动离开罐口，开盖后，盖子仍然连接在中转罐上。通过开盖监测传感器306来监测开盖是否完成，当开盖监测传感器306发出完成指令后，再启动下一步操作。开盖监测传感器306采用光电传感器。低温存储中转装置还包括操作屏308和环境显示屏310，分别固定在外门104的外侧，操作屏308用于手动操作低温存储中转装置的运行，环境显示屏310用于实时显示冷库内、缓冲区110、外部环境区域的湿度、温度、整体设备运转情况。低温存储中转装置还包括外壳312，外壳312连接固定内门102、外门104、外传输机构202和内传输机构204，实现模块化。

本实施例还公开了一种低温存储中转装置的运行方法，其利用如本实施例的的低温存储中转装置，所述方法包括以下步骤：

外部传输，利用内升降机构106关闭内门102，利用外升降机构108打开外门104，利用外传输机构202将中转罐从外部环境输送至缓冲区110；密封处理，利用外升降机构108关闭外门104，密封缓冲区110，对缓冲区110进行除湿降温处理，然后将中转罐开盖；内部传输，利用内门102升降机构打开内门102，利用内传输机构204将中转罐从缓冲区110输送入冷库，然后复位传输组件，关闭内门102。在密封处理步骤中，内外门封闭，进行除湿和初步降温，当温度和湿度达到设定值后，再进行开盖。

低温存储中转装置还包括中转罐托盘206和自动伸缩托盘208，在外部传输步骤中，中转罐放置在中转罐托盘206上，中转罐托盘206放置在自动伸缩托盘208上，自动伸缩托盘208带动中转罐托盘206从外部环境输送至缓冲区110；在内部传输步骤中，中转罐托盘206从自动伸缩托盘208上分离，中转罐托盘206由缓冲区110进入冷库，自动伸缩托盘208留在缓冲区110。

本实施例的低温存储中转装置可以确保中转罐在开盖后，生物样本不会暴露在常温环境，减少样本损伤；缓冲区可防止中转罐内部结霜，提高自动化存取管的成功率；采用双层保温门密封机构，可提高冷库的整体保温性能，降低运行功耗，减少生物样本库的运行成本，且在对中转罐中样本进行存取操作时，内外门均可保持关闭状态，不会降低冷库的密封性。本实施例的低温存储中转装置实现了模块化，所有机构和定位装置集成到一个模块，受外部影响较小，安装调试比较方便，更容易确保运行精度。

虽然以上描述了本发明的具体实施方式，但是本领域的技术人员应当理解，这仅是举例说明，本发明的保护范围是由所附权利要求书限定的。本领域的技术人员在不背离本发明的原理和实质的前提下，可以对这些实施方式做出多种变更或修改，但这些变更和修改均落入本发明的保护范围。