一种自动化生物低温保存装置的制造方法
【技术领域】
[0001] 本发明是一种自动化生物低温保存装置，用于低温保存各种复温后活性要求高且 常规技术难以满足要求的生物材料。
【背景技术】
[0002] 生物的低温保存通常分为冷冻法和玻璃化法，其中玻璃化法都采用快速升降温技 术，这对于悬浮细胞或薄层组织是可行的，但是对于具备较大厚度的组织或器官则难以实 现。对于有一定尺寸的生物组织，低温保护剂进入其中心位置细胞相比进入薄层组织或悬 浮细胞所花的时间要长得多，毒性损伤问题更为严重。为了减轻毒性损伤，可利用低温保护 剂毒性随浓度和温度降低而减少的特点，在向生物材料内部加载低温保护剂时采取边降温 边提高浓度的方式，最终达到玻璃化所需浓度，而在从生物材料内部洗脱低温保护剂时采 取边升温边降低浓度的方式，最终使浓度接近为零，由此发展出液相线跟踪法的低温保存 方式，其原理是在降温的过程中逐步提高低温保护剂的浓度，并始终使溶液温度略高于其 冻结点，在保护剂浓度达到足够浓度之后将待保存的生物样品直接置入液氮中即可，反之 复温的过程则是边升温边降低低温保护剂的浓度，并同样使溶液的温度略高于其冻结点。 但是现有生物材料进行低温保护时低温保护剂的加载/洗脱都采用人工操作，步骤繁琐、 劳时费力，人工操作容易出错，进而导致生物低温保存失败，给科学研宄带来重大损失。
【发明内容】
[0003] 本发明要解决的技术问题和提出的技术任务是克服现有生物材料进行低温保护 加载和洗脱采用人工操作，费时费力、步骤繁琐，容易出错失误导致生物保存失败的缺点， 提供一种自动化生物低温保存装置，该装置能够使生物材料在可控的温度和浓度条件下进 行自动的低温保护剂加载/洗脱，更好地实现保存生物活性，避免人工操作带来的种种缺 陷。
[0004] 本发明所采用的技术方案：一种自动化生物低温保存装置，它主要包括溶液浓度 控制部分以及溶液温度控制部分，所述溶液浓度控制部分包括多个溶液储罐、多路切换阀、 蠕动泵、冻存容器、废液收集桶、数据采集控制接口板、工业控制计算机、溶液输送管；溶液 温度控制部分包括所述的冻存容器、温度传感器、液氮罐、换热器、电磁阀、搅拌风机、电加 热器、所述的数据采集控制接口板、所述的工业控制计算机、保温箱、液氮输送管、喷嘴；溶 液储罐、多路切换阀、蠕动泵、换热器的溶液侧、冻存容器、废液收集桶顺次用溶液输送管连 接；液氮罐、电磁阀、换热器的液氮侧顺次用液氮输送管连接；工业控制计算机与数据采集 控制接口板相连，数据采集控制接口板与多路切换阀、电磁阀、电加热器、温度传感器相连； 喷嘴位于保温箱的底部，搅拌风机位于保温箱的顶部。本发明主要由两部分组成：溶液温度 控制以及溶液浓度，其中溶液温度控制部分的作用是使低温保护剂的温度按照设定时间曲 线梯度下降或上升；溶液浓度控制部分的作用是使低温保护剂的浓度按照设定时间曲线梯 度增加或减少；溶液温度控制部分和溶液浓度控制部分共用工业控制计算机、数据采集控 制接口板，低温保护剂温度和浓度随时间的变化曲线设定通过计算机的软件实施，该软件 控制对于本领域技术人员来说是常规技术，不再赘述。本发明使用时通过溶液浓度控制和 溶液温度控制这两部分的措施来调节冻存容器内溶液的温度，一方面通过液氮供冷的换热 器使低温保护剂溶液在注入冻存容器前降至设定温度，另一方面将液氮喷入保温箱使样品 容器周围的空间温度维持在设定温度附近。工作时冻存容器内溶液的浓度随时间呈梯度变 化，当加载低温保护剂时，使低温保护剂浓度升高的方法是将更高浓度的低温保护剂溶液 泵入冻存容器，同时将冻存容器内原有溶液泵出；浓度降低的方法是将更低浓度的低温保 护剂溶液泵入冻存容器，同时将冻存容器内原有溶液泵出，新的溶液进入冻存容器后都会 保持事先设定的一段时间。
[0005] 作为对上述技术方案的进一步完善和补充，本发明采用如下技术措施，所述的冻 存容器和废液收集桶之间的溶液输送管上接有一段不锈钢管，所述不锈钢路外绕有电加热 丝且位于蠕动泵的溶液进口侧，所述电加热丝和一温控器相连。由于保温箱排出溶液的温 度可能低至-50°c，为保证蠕动泵的正常运行，通过带电加热丝的不锈钢管能够提高从排出 溶液的温度。所述电加热丝可以采用24V直流电加热并通过温控器调节控制。
[0006] 所述的温度传感器为四个，其中第一温度传感器设于换热器的溶液侧出口，第二 温度传感器设于冻存容器的溶液出管管路上，第三温度传感器设于保温箱内，第四温度传 感器设于和电磁阀连接的液氮输送管道上。通过四个温度传感器，实时测量各处温度，以便 精准控制每次加载的低温保护剂温度。
[0007] 所述的溶液储罐数量根据生物材料的低温保存方案确定，数量为2-10个，多路切 换阀的最大路数为10。
[0008] 所述的保温箱内设有支架，所述冻存容器放在支架上并可从支架上取出。在保温 箱内设置支架安放冻存容器，冻存容器可从支架上方便取出，生物材料被放在冻存容器内 进行降温，在生物材料内部低温保护剂溶液浓度达到玻璃化所需浓度后，就应将冻存容器 转移至低温冰箱或储存用液氮罐，但条件不具备时也可以增大喷入保温箱的液氮量，使得 箱内温度达到低温冰箱的温度位。
[0009] 本发明通过自动化协同控制溶液温度控制以及溶液浓度，具体是低温保护剂在降 温的过程中浓度是逐渐增加的，在升温的过程中浓度是逐渐降低的，在降温或升温的任一 时刻，溶液的温度都高于溶液的冻结温度。
【附图说明】
[0010] 图1 :图1是本发明的示意图。
[0011] 图中：1-1.溶液储罐、1-2.溶液储罐、1-5.溶液储罐、1-6.溶液储罐、2.多路切 换阀、3?液氮罐、4?蠕动泵、5-1?电磁阀、5-2?电磁阀、6.废液收集桶、7?换热器、8?工业 控制计算机、9.数据采集控制接口板、10.搅拌风机、11.电加热器、12.冻存容器、13.支 架、14.保温箱、15.喷嘴、16.第一温度传感器、17.第二温度传感器、18.第三温度传感器、 19.第四温度传感器、20.不锈钢管。
【具体实施方式】
[0012] 下面结合【附图说明】和【具体实施方式】对本发明做进一步的说明。
[0013] 如附图所示，一种自动化生物低温保存装置，包括多个溶液储罐（1-1、1-2、1-5、 1-6,这里仅示4个，可以多至10个）、多路切换阀2(最大路数为10)、液氮罐3(为自增压型 或电增压型液氮罐，罐上配置有厂家装好的压力表和安全阀）蠕动泵4(为双通道型，在使 用同种规格的蠕动泵管时，这两个通道的溶液流量相等）、电磁阀5-1 (为低温型，即在液氮 温度下能够长期无故障运行）、电磁阀5-2、废液收集桶6、换热器7、工业控制计算机8、数据 采集控制接口板9、保温箱14、电加热器11、冻存容器12、第一温度传感器16 (为能够测量 液氮温度的传感器，如铂电阻、T型热电偶、K型热电偶，经数据采集控制接口板转换后，其 综合测温准确度应达到±0. 5°C)、第二温度传感器17、第三温度传感器18、第四温度传感 器19 ;液氮罐3顶端设有安全阀，保温箱14内设有安放冻存容器12的支架，溶液储罐并行 与多路切换阀2相连，多路切换阀2的出口接入双通道蠕动泵4的其中一个通道，该通道出 口接换热器7的溶液侧入口，换热器7的溶液侧出口连接冻存容器12,冻存容器12的溶液 出管连接双通道蠕动泵4的另一个通道，该通道出口接废液收集桶6 ;液氮罐3并行连接电 磁阀，其中一个电磁阀5-1出口连接喷嘴15,将液氮喷入保温箱14,另外一个电磁阀5-2出 口连接至换热器7的液氮侧，液氮在冷却溶液后变成氮气排至大气；第一温度传感器16设 于换热器7的溶液侧出口，第二温度传感器17设于冻存容器12的溶液出管管路上，第三温 度传感器17设于保温箱14内，第四温度传感器T4设于和电磁阀连接的液氮输送管道上， 这些温度传感器信号进入数据采集控制接口板9,数据采集控制接口板9与工业控制计算 机8相连，数据采集控制接口板9与多路切换阀2、电磁阀、电加热器11相连。此外，所述的 冻存容器12和废液收集桶6之间的溶液输送管上接有一段不锈钢管20,所述不锈钢管外绕 有电加热丝且位于蠕动泵4的溶液进口侧，所述