一种生物制品冻存和复苏装置的制作方法

本实用新型涉及医疗器械领域中的制冷装置，具体为一种生物制品冻存和复苏装置。

背景技术：

由于低温状态下对生物特性具有更好的保护作用，因此冷冻技术在生物医药、食品、农作物等运用越来越广泛。直接影响生物制剂的活性的两个因素，复杂成分组成和空间结构，因此液态的生物试剂是不稳定的，长期保存需要把它冻成固态存储，或者固态下直接低温升华干燥。但由于冻结过程，液态变成固态的变化过程中，产生机械效应和溶质效应，会对其活性造成极大的影响，逐渐冷冻导致内部液体浓度越来越高进而导致细胞活性丧失。因此需要添加一些保护物质，并且需要对温度工艺控制来影响其结晶过程，从而保护其活性。但是添加剂也有负面作用。另外，冻结的固态融解成液态过程，同样存在着机械效应和溶质效应，因此需要快速均一的溶解，才能避免起活性损失。因此设计一种能够保护生物制品活性的一种生物制品冻存和复苏装置成为一种迫切的要求。

技术实现要素：

本实用新型要解决的技术问题是：提供了一种有效保持生物制品活性的一种生物制品冻存和复苏装置及冻存和复苏方法。

本实用新型要解决的技术问题的技术方案是：一种生物制品冻存和复苏装置，其特征在于：包括对称设置的弹性挤压装置，样品支撑夹板和控制器，所述弹性挤压装置包括导热夹板、推力板、滑杆、滑杆固定块、温控装置，所述温控装置包括支撑卡座、压紧板、换热器、二级散热半导体制冷片、导热片、一级温控半导体制冷片，所述支撑卡座包括底板以及沿底板边缘设置的侧板，所述底板上设有制冷通孔，所述一级温控半导体制冷片设于制冷通孔的上部，所述一级温控半导体制冷片的下部为制冷面并且制冷面上设有目标温度探头，一级温控半导体制冷片用以给物品或空间降温，所述导热片设于一级温控半导体制冷片的上部，所述二级散热半导体制冷片设于导热片的上部，所述二级散热半导体制冷片下部为制冷面并且制冷面上设有二级温度探头，所述换热器设于二级散热半导体制冷片的上部，所述压紧板设于换热器的上部，所述压紧板与支撑卡座的底板连接，所述一级温控半导体制冷片、二级散热半导体制冷片、二级温度探头、目标温度探头与控制器电气连接；所述导热夹板两侧面分别为挤压侧和驱动侧，所述导热夹板的驱动侧的中部和温控装置固定连接，并且导热夹板和温控装置的一级温控半导体制冷片的制冷面紧密贴合，所述滑杆固定块至少设有四个，所述滑杆固定块与导热夹板的驱动侧固定连接，并且均匀分布在温控装置的四周，所述推力板设有与滑杆固定块数量相同的轴承固定孔，轴承固定孔和滑杆的轴心线重合，轴承固定孔内部设有直线轴承，所述滑杆的一端和滑杆固定块连接，另一端穿过直线轴承并且端部设有防脱块，所述滑杆上套设有伸缩弹簧，伸缩弹簧的两端分别和推力板、导热夹板抵接，所述推力板远离导热夹板的一侧设有连接法兰，所述连接法兰上设有螺孔，所述样品支撑夹板设有两个，两个样品支撑夹板之间设有连接装置，所述样品支撑夹板设于两个弹性挤压装置之间，所述导热夹板上设有温度探头，所述温度探头、温控装置和控制器电气连接，所述两个导热夹板之间设有软护套，所述软护套和两个导热夹板围成上部敞开的腔体，软护套的两边分别与两个导热夹板的驱动侧一面的边缘贴合，所述弹性挤压装置设有外壳，所述外壳为管状，外壳的一端和滑杆固定块固定连接，并且外壳的端部和贴合在导热夹板驱动侧一面的软护套抵接。

更好的，所述导热夹板驱动侧的中部设有凸起，用以嵌入支撑卡座的制冷通孔，

所述连接法兰设于推力板的中部。

更好的，所述换热器包括导热材料制成的换热器壳体以及设置在换热器壳体内部的流道，设置在换热器壳体上的流道的出入口。

更好的，所述样品支撑夹板为框体，并且样品支撑夹板的各边为扁平状。

更好的，所述两个样品支撑夹板的连接装置为螺丝，所述样品支撑夹板上设有螺孔。

更好的，所述两个样品支撑夹板的连接装置包括搭扣固定件和搭扣，两个样品支撑夹板分别安装搭扣固定件和搭扣。

更好的，所述外壳靠近导热夹板的一端的内部设有与外壳边缘固定连接的环片。

更好的，还包括固定夹具，所述固定夹具包括底座，所述底座上设有两个垂直于底座的夹持柱，所述夹持柱的上部设有螺孔，所述螺孔内部设有蝶形螺栓，所述蝶形螺栓位于两个夹持柱之间的端部设有接触板，所述接触板的平面中心和蝶形螺栓转动连接，所述接触板表面设有橡胶垫，所述接触板上设有螺孔，所述螺孔与连接法兰上的螺孔匹配，用以和连接法兰螺接连接。

更好的，所述软护套为长条状并且截面为П形或C形，软护套的边缘夹设在导热夹板与外壳之间。

一种生物制品冻存和复苏装置的使用方法，其特征在于：

样品冻存过程：

步骤1.1、将两个样品支撑夹板分离，之后将需要冷冻的样品的袋子放在样品支撑夹板中间，两个样品支撑夹板夹住袋子的边缘，之后将两个样品支撑夹板锁紧，

步骤1.2、将夹设有样品的样品支撑夹板插入两个弹性挤压装置之间，之后在软护套和两个导热夹板围成的空腔内注入防冻液，

步骤1.3、将推力板的连接法兰与外部往复运动机构连接，或与摇摆机构连接，并使样品与导热夹板紧贴，使得盛放样品的袋子成竖直状态的扁平状，

步骤1.4、启动外部往复运动机构或摇摆机构，使样品溶液处于动态的对流状态，

步骤1.5、启动控制器，对样品进行制冷，控制导热夹板的温度在共晶点范围的下的5℃内，使得样品在结晶温度下都是液态的过冷状态；

步骤1.6、关闭外部往复运动机构或摇摆机构，冻结样品，具体为：控制导热夹板的温度迅速降到低于共晶点范围的10～20℃，使样品迅速均匀的结晶，之后关闭控制器；

步骤1.7、取出冰冻完成的样品，先将样品支撑夹板从两个导热夹板之间取出，之后打开样品支撑夹板将样品取出；

样品复苏过程：

步骤2.1、将两个样品支撑夹板分离，之后将冷冻状态的样品的袋子放在样品支撑夹板中间，两个样品支撑夹板夹住袋子的边缘，之后将两个样品支撑夹板锁紧，

步骤2.2、将夹设有样品的样品支撑夹板插入两个弹性挤压装置之间，之后在软护套和两个导热夹板围成的空腔内注入防冻液；

步骤2.3、将推力板的连接法兰与外部往复运动机构连接，或与摇摆机构连接，并使冰冻的样品与导热夹板紧贴，

步骤2.4、启动外部往复运动机构或摇摆机构，

步骤2.5、启动控制器，设定导热夹板的温度，并控制温控装置保持恒定的设定温度，

步骤2.6、检测样品温度，当冰冻样品恢复到设定的温度后，停止外部往复运动机构或摇摆机构，并停止控制器；

步骤2.7、取出解冻复苏完成的样品，具体为：先将样品支撑夹板从两个导热夹板之间取出，之后打开样品支撑夹板将样品取出。

本实用新型的有益效果为：

1、具有在冷冻和复苏过程中有效保持生物制品活性的有益效果；

2、快速降温并可达到-50℃以下的超低温状态；

3、具有便于操作的功能，对外部驱动设备要求简单。

附图说明

图1是本实用新型一种实施例的示意图，

图2是本实用新型一种实施例的固定夹具示意图，

图3是本实用新型一种实施例温控装置的示意图,

图4是本实用新型一种实施例的外观示意图,

图5是本实用新型一种实施例的样品支撑夹板的示意图。

图中：

84、接触板；

83、蝶形螺栓；

82、夹持柱；

81、底座；

24、二级温度探头；

23、目标温度探头；

218、一级温控半导体制冷片；

216、导热片；

215、二级散热半导体制冷片；

214、换热器；

213、压紧板；

212、支撑卡座；

2、温控装置；

4、滑杆固定块；

3、滑杆；

7、推力板；

1、导热夹板；

10、样品支撑夹板；

具体实施方式

为使本实用新型的技术方案和有益效果更加清楚，下面对本实用新型的实施方式做进一步的详细解释。

如图1所示，一种生物制品冻存和复苏装置，包括对称设置的弹性挤压装置，样品支撑夹板10和控制器。

弹性挤压装置用以实现在降温过程中对袋装样品的挤压，保持样品在液态下的降温，之后停止挤压进行冻存。弹性挤压装置包括导热夹板1、推力板7、滑杆3、滑杆固定块4、温控装置2。温控装置2用以给导热夹板1降温，导热夹板1用以挤压样品并对样品进行降温。推力板7用以连接外部驱动机构，并将动力经过缓冲传递给导热夹板1。

更好的，为了达到导热、抗腐蚀、稳定性好的作用，导热夹板1采用304不锈钢或316L 不锈钢。

其中，温控装置2用以实现对物品以及冷冻空间降温，其包括温控外壳211、支撑卡座 212、压紧板213、换热器214、二级散热半导体制冷片215、导热片216、接线端子、一级温控半导体制冷片218。其中温控外壳211与支撑卡座212将压紧板213、换热器214、二级散热半导体制冷片215、导热片216、一级温控半导体制冷片218包裹在内部,并在空缺空间填充隔热材料。接线端子用以连接内部的元器件和外部的控制器。

支撑卡座212包括底板以及沿底板边缘设置的侧板，其中侧板与底板垂直。为了便于一级温控半导体218对物品或者冷冻空间降温，在底板上设置了制冷通孔。在制冷通孔的上部设置了一级温控半导体制冷片218。一级温控半导体制冷片218为一种半导体制冷片，或者叫做电冷片，其两面分别为制冷面和散热面。更好的，一级温控半导体制冷片218的面积大于制冷通孔的面积。其有意效果在于：其一、可以防止制热面向支持卡座212一侧扩散热量；其二可以实现对一级温控半导体制冷片218的支撑，以便在压紧状态下与其他部件紧密接触。通过给一级温控半导体218通直流电实现热量从制冷面到散热面的转移，进而实现对物品或冷冻空间的制冷。为了便于检测一级温控半导体制冷片218的制冷面的温度，在一级温控半导体制冷片218下部的制冷面上设置了目标温度探头223。

由于在一级温控半导体218制冷面与散热面的温度差值达到某一温度时，会产生制冷极限，即散热面的热量扩散到制冷面，因此会降低制冷效果。为了解决该极限问题，需要为散热面降温，因此在一级温控半导体制冷片218的上部设置了散热装置。散热装置包括导热片 216和二级散热半导体制冷片215。更好的，为了防止一级温控半导体制冷片218散热面热量的扩散，导热片216的面积大于一级温控半导体制冷片218的面积。导热片216设于一级温控半导体制冷片218的上部，二级散热半导体制冷片215设于导热片的上部，并且二级散热半导体制冷片215的面积大于一级温控半导体制冷片218的面积。现有技术中，半导体制冷片的面积较小，如果受到工艺限制无法获得大面积，二级散热半导体制冷片215可以采用多块半导体制冷片拼接的方式实现。同样，为了检测温度，在二级散热半导体制冷片215的下部制冷面上设置了二级温度探头24，用以检测二级散热半导体制冷片215的制冷面的温度。

更好的，导热片216的两侧面涂有导热硅脂，以增加一级温控半导体制冷片218与二级散热半导体制冷片215之间的热传递效果。

更好的，为了增强制冷效果，换热器214、二级散热半导体制冷片215之间设有三级散热半导体制冷片和第二导热片。换热器214与三级散热半导体制冷片的制热面接触，第二导热片的两面分别与二级散热半导体制冷片215和三级散热半导体制冷片接触，并且导热片 216、第二导热片的两侧面涂有导热硅脂，以增加导热效果。

换热器，是将热流体的部分热量传递给冷流体的设备，又称热交换器。换热器在化工、石油、动力、食品及其它许多工业生产中占有重要地位，其在化工生产中换热器可作为加热器、冷却器、冷凝器、蒸发器和再沸器等，应用广泛。本实用新型中换热器214包括导热材料制成的换热器壳体，设置在换热器壳体内部的流道，设置在换热器壳体上的流道的出入口。流通通过在壳体内部的上下面之间设置垂直于上下面的的隔板制成，根据隔板排列的方式不同，内部流道可以设置成蛇形流道或者设置成平行流道。蛇形流道为入口进，经过蛇形的流道到出口出。平行流道为入口进，然后分别进入各平行流道，最后各平行流道在汇入出口。换热器214的入口和出口与外部冷源连接，常见的冷源为冷水、冷酒精等。

导热夹板1两侧面分别为挤压侧和驱动侧，挤压侧用以实现对样品的挤压，驱动侧用以连接推力板7。导热夹板1的功能之一为制冷，因此导热夹板1的驱动侧和温控装置2固定连接，并且导热夹板1和温控装置2的制冷面接触。为了实现与温控装置2制冷面的紧密连接，以增大冷能传导效果，在导热夹板2的驱动侧的中部设有凸起，并且中部凸起和温控装置2的制冷通孔形状相同，凸起嵌入到制冷通孔中，实现导热夹板与一级温控半导体制冷片 218的制冷面紧密贴合。

为了实现滑杆3与导热夹板1的连接和拆解，在导热夹板的驱动侧设置了滑杆固定块4。滑杆固定块4为一种杆状物体的固定装置，如申请号为200320122864.8的一种新型窗帘滑杆固定装置就是一种滑杆固定装置。本实用新型中，滑杆固定块4和导热夹板1固定连接，和滑杆3为拆卸式连接，但是同样可采用固定连接的方式实现滑杆与滑杆固定块4的连接。为了减少冷能的损失，滑杆固定块4才有导热系数低的材料制成。为了保证均匀受力，滑杆固定块4均匀分布在导热夹板1驱动侧的侧面的边缘。更好的，均匀分布在中部凸起的四周，并且位于导热夹板1的边缘。滑杆3和导热夹板1垂直并且和滑杆固定块4连接。为了缓冲外部驱动装置的冲击力，在滑杆3上套设有伸缩弹簧6。伸缩弹簧6的两端分别和推力板7、导热夹板1的驱动侧抵接。伸缩弹簧6用以缓冲外部驱动设备的挤压力。安装伸缩弹簧6的另一个有益效果在于，在解除外部驱动力的情况下，仍可以保持一段时间的振动状态，因此减少了外部驱动力不稳定带来的扰动。

推力板7用以接收外部的驱动力，因此在在推力板远离导热夹板1的一侧设有连接法兰。为了实现更好的与外部驱动设备连接，连接法兰上设有螺孔。为了实现伸缩弹簧6的缓冲作用，推力板7要实现与滑杆3的相对运动，因此推力板7上设有轴承固定孔，轴承固定孔的数量和滑杆3、滑杆固定块4的数量相同，并且轴承固定孔和滑杆3的轴心线重合。轴承固定孔内部设有直线轴承5。直线轴承5套设在滑杆3远离导热夹板1的一端，并且直线轴承5 和轴承固定孔的内壁固定连接。为了防止推力板7滑脱，在滑杆远离导热夹板1的自由端的端部设置了防脱块31。

两个弹性挤压装置的导热夹板1的挤压侧相对，两个挤压侧之间构成挤压和制冷空间。样品支撑夹板10用以夹持样品并放置在两个弹性挤压装置的中间。样品支撑夹板10设有两个。样品支撑夹板10为框状结构，两个样品支撑夹板10配合对样品进行夹持，因此两个样品支撑夹板10设有连接装置。为了检测两个导热夹板1表面的温度是否均匀，在导热夹板1 上设置了温度探头，温度探头设有多个并且均匀分布在导热夹板1的挤压侧。温度探头、温控装置和控制器电气连接。

更好的，两个样品支撑夹板10的连接装置为螺丝，样品支撑夹板10上设有螺孔。通过螺丝与螺孔配合实现两个样品支撑夹板10的结合。

更好的，两个样品支撑夹板10的连接装置包括搭扣固定件和搭扣。两个样品支撑夹板10 分别安装搭扣固定件和搭扣。通过搭扣与搭扣固定件的快速连接，实现两个样品支撑夹板10 紧固。

更好的，为了便于连接和放置，本实用新型还包括固定夹具。固定夹具包括底座81，设置在底座81上的两个夹持柱82。夹持柱82垂直于底座81。夹持柱82的上部设有螺孔，螺孔内部设有蝶形螺栓83，蝶形螺栓83的端部设有接触板84，接触板84的平面上中心和蝶形螺栓83转动连接。更好的，接触板84上设有通孔或者螺孔，用以通过螺丝与推力板7的连接法兰上的螺孔螺接连接。由于本实用新型中设有伸缩弹簧6，因此利用放置架将本实用新型进行固定后，将放置架固定在直线往复运动平台上即可实现导热夹板1对设备的挤压。

更好的，为了实现对样品的保护，防止样品冷冻过程中与导热夹板发生粘结，在两个导热夹板1之间设置了软护套9。软护套9设于两个导热夹板1的左右两侧以及下部。软护套9 的两边分别与两个导热夹板1的驱动侧侧面的边缘贴合，软护套9和两个导热夹板1围成上部敞开的腔体。该腔体用以放置样品支撑夹板10。软护套9的两边分别插接在左右两侧的导热夹板1和外壳8之间的间隙内部。

更好的，软护套9为长条状并且截面为П形，软护套9采用硅胶、PVC、PE等软质材料制成。软护套9和两个导热夹板1围成上部敞开的腔体，腔体可注入低温防冻液，防止夹持样品时导热夹板1与样品冻结后粘连，同时增加了热传递介质，具有提高热传递效率的有益效果。

更好的，为了保证设备的运行安全，防止夹伤工作人员，本实用新型还设置了外壳8。外壳8套设在弹性挤压装置的外部，外壳8为管状并且外壳8的一端和滑杆固定块4固定连接。外壳8的端部和导热夹板1之间设有间隙，之间的间隙用以实现夹持软护套9，即外壳8将贴合在导热夹板1驱动侧一面的软护套9向导热夹板1的驱动侧挤压，以实现与软护套9的连接以及密封。更好的，为了便于连接，外壳8与滑杆固定块4连接的一端设有环片，环片垂直于外壳的侧壁并且和外壳的端部固定连接。

基于上述结构，本实用新型的对生物制品进行冷冻和复苏的方法为：

样品冻存过程：

步骤1.1、将两个样品支撑夹板10分离，之后将需要冷冻的样品的袋子放在样品支撑夹板10中间，两个样品支撑夹板10夹住袋子的边缘，之后将两个样品支撑夹板10锁紧，

步骤1.2、将夹设有样品的样品支撑夹板10插入两个弹性挤压装置之间，之后在软护套 9和两个导热夹板1围成的空腔内注入防冻液，

步骤1.3、将推力板7的连接法兰与外部往复运动机构连接，或与摇摆机构连接，并使样品与导热夹板1紧贴，使得盛放样品的袋子成竖直状态的扁平状，

步骤1.4、启动外部往复运动机构或摇摆机构，是样品溶液处于动态的对流状态，

步骤1.5、启动控制器，对样品进行制冷，控制导热夹板1的温度在共晶点范围的下的5℃内，使得样品在结晶温度下都是液态的过冷状态；

步骤1.6、关闭外部往复运动机构或摇摆机构，冻结样品，具体为：控制导热夹板1的温度迅速降到低于共晶点范围的10～20℃，使样品迅速均匀的结晶，之后关闭控制器；

步骤1.7、取出冰冻完成的样品，先将样品支撑夹板10从两个导热夹板1之间取出，之后打开样品支撑夹板10将样品取出；

样品复苏过程：

步骤2.1、将两个样品支撑夹板10分离，之后将冷冻状态的样品的袋子放在样品支撑夹板10中间，两个样品支撑夹板10夹住袋子的边缘，之后将两个样品支撑夹板10锁紧，

步骤2.2、将夹设有样品的样品支撑夹板10插入两个弹性挤压装置之间，之后在软护套 9和两个导热夹板1围成的空腔内注入防冻液；

步骤2.3、将推力板7的连接法兰与外部往复运动机构连接，或与摇摆机构连接，并使冰冻的样品与导热夹板1紧贴，

步骤2.4、启动外部往复运动机构或摇摆机构，

步骤2.5、启动控制器，设定导热夹板1的温度，并控制温控装置2保持恒定的设定温度，

步骤2.6、检测样品温度，当冰冻样品恢复到设定的温度后，停止外部往复运动机构或摇摆机构，并停止控制器；

步骤2.7、取出解冻复苏完成的样品，具体为：先将样品支撑夹板10从两个导热夹板1 之间取出，之后打开样品支撑夹板10将样品取出。

由于外部夹具通过弹簧利用导热夹板将样品夹持，保证了导热夹板与样品的热传递面积为最大接触面积。外部夹具运动使导热夹板对制品进行挤压，进而导致制品内部形成对流，有利于热交换，使样品整体快速溶解复苏。在冷冻过程中，可以使样品在液态下降低到较低的温度甚至达到冷冻温度，在失去外部动力后，样品温度均匀，冷冻效果好，保证了制品的活性。

综上所述，仅为本实用新型的较佳实施例而已，并非用来限定本实用新型的范围，通过上述的说明内容，相关工作人员完全可以在不偏离本项实用新型技术思想的范围内，进行多样的变更以及修改。本实用新型的技术性范围并不局限于说明书上的内容，凡依本实用新型的要求范围所述的形状、构造、特征及精神所谓的均等变化与修饰，均应包括与本实用新型的权利要求范围内。