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CN111418578A - 非接触液氮式生物保存容器及系统 - Google Patents

非接触液氮式生物保存容器及系统 Download PDF

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CN111418578A
CN111418578A CN202010239978.9A CN202010239978A CN111418578A CN 111418578 A CN111418578 A CN 111418578A CN 202010239978 A CN202010239978 A CN 202010239978A CN 111418578 A CN111418578 A CN 111418578A
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陈艳
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Beijing Keji Zhaowei Pharmaceutical Automation Equipment Co ltd
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Beijing Keji Zhaowei Pharmaceutical Automation Equipment Co ltd
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Abstract

本公开提供了一种非接触液氮式生物保存容器及系统；其中，所述非接触液氮式生物保存容器，其特征在于，包括：内容器，用于储存生物样本；液氮换热器，包括液氮压力管道，利用所述液氮压力管道中的液氮与所述内容器进行换热，从而降低所述内容器的内部温度。本公开避免了传统气相液氮罐内部液氮与生物样本交叉感染的风险，同时避免了液氮外漏至罐外伤害到操作人员而发生不可逆的冻伤伤害。

Description

非接触液氮式生物保存容器及系统
技术领域
本公开涉及生物样本保存技术领域，具体涉及一种非接触液氮式生物保存容器及系统。
背景技术
目前，市场上使用的生物样本储存容器主要分为气相液氮罐(罐内存有少量-196℃的液氮，通过液氮挥发出的-150℃以下低温氮气储存生物样本)和液相液氮罐(罐内存有大量-196℃的液氮，通过液氮的低温特性来储存生物样本)。
由于水的玻璃化冷冻温度为-137℃，处于该温度以下均可忽略水结晶对生物样本的损害从而保证生物样本的活性保存。但是，利用液氮储存生物样品存在冻存管冷冻炸裂后生物样本间交叉感染的风险性，因此市场大范围采用气相液氮罐储存生物样本。
但是，采用气相液氮罐储存生物样本需要定期的给气相液氮罐进行液氮的补给，并需要定期查看补给罐内液氮余量并及时更换。而且，气相液氮罐中的液氮和生物样本并非完全隔离，存在液氮充装量过量从而污染生物样本的风险，特别是万一液氮外漏至罐外，其低温特性甚至会伤害到操作人员从而发生不可逆的冻伤伤害。此外，定期人为干预进行补给罐的更换，存在人工操作失误导致液氮补给间断从而使生物样本受到高温损害的风险。
发明内容
(一)要解决的技术问题
鉴于上述问题，本公开的主要目的在于提供一种非接触液氮式生物保存容器及系统，以便解决上述问题的至少之一。
(二)技术方案
为了达到上述目的，作为本公开的一个方面，提供了一种非接触液氮式生物保存容器，包括：
内容器，用于储存生物样本；
液氮换热器，包括液氮压力管道，利用所述液氮压力管道中的液氮与所述内容器进行换热，从而降低所述内容器的内部温度。
进一步的，所述液氮换热器呈筒体结构，包括换热内侧壁、换热外侧壁、换热上底板、及换热下底板；其中，所述换热内侧壁与所述换热上底板连接形成换热内筒体，所述换热器外侧壁与所述换热下底板连接形成换热外筒体，所述换热外筒体与所述换热内筒体之间形成所述液氮压力管道。
进一步的，所述液氮换热器还包括换热翅片，设在所述换热外侧壁上。
进一步的，还包括：外容器以及设在所述内容器和所述外容器之间的内外容器支撑。
进一步的，还包括：
上支撑，设在所述换热内侧壁和换热外侧壁顶部；所述上支撑一端与所述内容器连接，一端与所述液氮换热器连接；
下支撑，设置在所述换热上底板和换热下底板之间。
作为本公开的一个方面，提供了一种非接触液氮式生物保存系统，包括所述的非接触液氮式生物保存容器，还包括液氮补给罐、以及管路组件，所述非接触液氮式生物保存容器与所述液氮补给罐通过所述管路组件连接。
进一步的，所述液氮补给罐还包括液氮储罐、自增压管及设置在自增压管上的自增压截止阀。
进一步的，所述管路组件包括回液管、进液管、回液截止阀和进液截止阀，其中，所述回液截止阀设在所述回液管上，所述进液截止阀设在所述进液管上；所述进液管一端与所述液氮换热器连接，另一端与所述液氮储罐连接，所述回液管一端与所述液氮换热器连接，另一端与所述液氮储罐连接。
进一步的，所述自增压截止阀用于藉由自增压作用使所述液氮储罐中的液氮自动通过所述进液管进入所述液氮换热器进行换热，并且使换热后的液氮经所述回液管返回至所述液氮储罐中，由此形成非接触自动换热循环。
进一步的，还包括：
温度传感器，用于监测所述内容器的内部温度；
液位传感器，用于监测所述液氮补给罐内液氮储存量；
PLC控制器，用于在所述内容器的内部温度高时控制增大所述自增压截止阀的工作压力以增加所述液氮压力管道内的液氮流量，以及在所述液氮补给罐内液氮储存量少时控制所述液氮供给电磁阀自动打开以补充液氮。
(三)有益效果
从上述技术方案可以看出，本公开非接触液氮式生物保存容器及系统至少具有以下有益效果其中之一：
(1)本公开非接触液氮式生物保存容器，其内设封闭的液氮压力管道(即液氮压力管道中的液氮与内容器中储存的生物样本非接触，二者通过液氮式压力管的管壁隔离)，利用液氮式生物保存容器内的液氮压力管道不间断的与液氮式生物保存容器内壁进行自然换热，可以使液氮式生物保存容器内部温度降低至-150℃以下，由此杜绝了生物样本与液氮接触的可能性，避免了传统气相液氮罐内部液氮与生物样本交叉感染的风险，同时避免了液氮外漏至罐外伤害到操作人员而发生不可逆的冻伤伤害。
(2)本公开采用液氮在封闭的液氮压力管道内流动换热，减少了液氮的消耗量，节省了成本。
(3)本公开通过非接触液氮式生物保存容器与液氮补给罐相连接，不间断的进行液氮循环流通换热，当液氮补给罐内液氮储存量少时，PLC控制其液氮供给电磁阀自动打开，实现供给系统的自动化，避免了传统气相液氮罐需要定期手动补给繁琐流程和人工干预，降低了因人为操控失误导致液氮补给间断从而损伤生物样本的风险。而且，当温度传感器监测到温度高时，PLC控制所述自增压截止阀调高工作压力，增大液氮式压力管中的液氮流量，相较于人工调节，提高了生物样本的保存安全性，节省了人力。
附图说明
图1为本公开实施例非接触液氮式生物保存系统主视图。
图2为图1中I的局部放大图。
图3为图1中II的局部放大图。
图4为本公开实施例非接触液氮式生物保存系统俯视图。
<符号说明>
1-非接触液氮式生物保存容器、11-内外容器支撑、12-液氮换热器、121-换热翅片、122-换热内侧壁、123-换热外侧壁、124-换热上底板、125-换热下底板、126-上支撑127-下支撑、128-液氮压力管道(换热管道)、13-内容器、14-外容器、15-上盖、16-温度传感器、17-液位传感器；2-液氮补给罐、21-压力表、22-自增压管、23-自增压截止阀、24-液氮供给电磁阀、25-液氮储罐、26-液位传感器；3-管路组件、31-回液管、32-进液管，33-回液截止阀、34-进液截止阀。
具体实施方式
为使本公开的目的、技术方案和优点更加清楚明白，以下结合具体实施例，并参照附图，对本公开作进一步的详细说明。
本公开提出一种非接触液氮式生物保存容器，包括：
内容器，用于储存生物样本；以及
液氮换热器，包括液氮压力管道，利用所述液氮压力管道中的液氮与所述内容器进行换热，从而降低所述内容器的内部温度。
采用液氮在封闭的液氮压力管道内流动换热，减少了液氮的消耗量，节省了成本。
本公开还提出一种非接触液氮式生物保存系统，包括所述的非接触液氮式生物保存容器，还包括液氮补给罐、以及管路组件，所述非接触液氮式生物保存容器与所述液氮补给罐通过所述管路组件连接。
通过设置液氮换热器对生物样本储存环境进行降温，同时液氮在液氮压力管道中，能够避免与生物样本接触，有效解决了生物样本(细胞、组织、器官等)在使用液氮容器进行深低温玻璃化冷冻储存时存在交叉污染风险的问题。
下面结合附图详细介绍本公开实施例。
如图1-4所示，所述非接触液氮式生物保存系统包括三个部分：非接触液氮式生物保存容器1、液氮补给罐2以及管路组件3。所述非接触液氮式生物保存容器1和所述液氮补给罐2通过所述管路组件3连接(连通)。
其中，所述非接触液氮式生物保存容器1包括：内外容器支撑11、液氮换热器12、换热翅片121、换热内侧壁122、换热外侧壁123、换热上底板124、换热下底板125、上支撑126、下支撑127、内容器13、外容器14、上盖15。
具体的，所述内容器13呈圆筒形结构，用于储存生物样本。所述外容器14呈筒形结构，设在所述内容器13之外，并且与所述内容器13同轴。所述内容器13和所述外容器14的顶部具有一共同开口，所述上盖15设在所述开口处，用于封闭所述开口。所述换热内侧壁122与换热上底板124、下支撑127连接，形成第一组件；所述换热外侧壁123、与换热下底板125、上支撑126、换热翅片121连接，形成第二组件；所述第一组件与第二组件连接形成液氮换热器12。所述液氮换热器12与内容器13、内外容器支撑11、外容器14、上盖15连接形成所述非接触液氮式生物保存容器1。
更具体而言，所述液氮换热器12设置在所述内容器13内，整体呈筒体结构，与所述内容器13、外容器14同轴设置。所述换热上底板124与所述换热内侧壁122连接形成换热内筒体，所述换热下底板125与所述换热外侧壁123连接形成换热外筒体。所述换热外筒体与所述换热内筒体之间形成所述液氮压力管道128。所述液氮压力管道128用于供液氮流通以与所述非接触液氮式生物保存容器1的内壁换热，降低所述非接触液氮式生物保存容器1的内部温度。所述下支撑127设在所述换热上底板124和所述换热下底板125之间。所述换热翅片121设在所述换热外侧壁123上。所述上支撑126设在所述换热外侧壁123和换热内测壁122的顶部，且所述上支撑126的一端与所述内容器13连接，另一端与所述液氮换热器12连接，从而将所述液氮换热器12固定在所述内容器13上。由于液氮在所述液氮压力管道128内部流动以对生物样本所处的内容器环境(生物样本储存在所述内容器13内、所述换热器12以外的区域)进行降温，在换热过程中通过所述换热内侧壁122及所述换热上底板124与生物样本隔离。
本公开非接触液氮式生物保存容器，其内设封闭的液氮压力管道(即液氮压力管道中的液氮与内容器中储存的生物样本非接触，二者通过液氮式压力管的管壁隔离)，利用液氮式生物保存容器内的液氮压力管道不间断的与液氮式生物保存容器内壁进行自然换热，可以使液氮式生物保存容器内部温度降低至-150℃以下，由此杜绝了生物样本与液氮接触的可能性，避免了液氮与生物样本接触，从而避免了传统气相液氮罐内部液氮与生物样本交叉感染的风险，同时避免了液氮外漏至罐外伤害到操作人员而发生不可逆的冻伤伤害。
此外，所述非接触液氮式生物保存容器1还包括：温度传感器16、液位传感器17。所述温度传感器16与所述上盖15连接，用于检测所述内容器的内部温度(生物样本所处环境温度)；所述液位传感器17设置在所述液氮压力管道128中、所述换热内侧壁122和所述换热外侧壁123之间，用于监测所述液氮压力管道128内的液位。
进一步的，所述非接触液氮式生物保存容器1的外容器14的底部设有滚轮，以方便移动。
优选的，本实施例各个组成部分通过焊接方式组装连接在一起。
所述液氮补给罐2包括：压力表21、自增压管22、自增压截止阀23、液氮供给电磁阀24、液氮储罐25、液位传感器26。
具体的，所述液氮补给罐2的液氮储罐25用于储存液氮。所述压力表21用于检测所述液氮储罐25内部压力。所述液位传感器26用于监测所述液氮储罐25中的液位。所述液氮供给电磁阀24用于在所述液氮补给罐内液氮储存量少(液位传感器26监测到所述液氮储罐25中的液位低)时自动打开，以通过外部供给系统(液氮补给罐与外部供给系统连接，通过液氮供给电磁阀控制连通)补充液氮。所述液氮补给罐2的所述自增压截止阀23设在所述自增压管22上。优选的，所述液氮补给罐2的底部也设有滚轮，以方便移动。相较于现有系统，本公开更为方便快捷，无需更换补给杜瓦瓶，省去了杜瓦瓶充装液氮的运输和等待时间。
所述管路组件3包括回液管31、进液管32，回液截止阀33及进液截止阀34。所述回液截止阀33设在所述回液管31上，用于控制所述回液管的关闭。所述进液截止阀34设在所述进液管32上，用于控制所述进液管的开闭。所述回液管31、进液管32的其中一端与所述换热外侧壁123连接，另一端与所述液氮补给罐2连接。
此外，本实施例所述非接触液氮式生物保存系统还包括可编程控制器(PLC)，同时与所述液位传感器17、液位传感器26及温度传感器16连接。
在实际使用时，所述非接触液氮式生物保存容器1用于保存生物样本，所述液氮补给罐2的液氮储罐25用于储存液氮，所述回液截止阀33、进液截止阀34、自增压截止阀23均处于开启状态，液氮供给电磁阀24处于关闭状态，由于自增压截止阀23自增压产生一定的压力，可以使液氮储罐25中的液氮自动通过进液管32进入到非接触液氮式生物保存容器1内，通过液氮换热器12外表面气化吸收大量的热使非接触液氮式生物保存容器1温度降低至需要的温度；同时由于自增压截止阀23的自增压原理，使液氮流通过所述液氮换热器12、并经所述回液管31返回至液氮补给罐2的液氮储罐25中，由此形成一不间断的自动循环工作。所述液氮补给罐的内部液位可通过所述液位传感器26实时反馈至所述可编程控制器(PLC)中，当液氮补给罐2内的液位传感器26监测到液位为低液位时，所述可编程控制器(PLC)控制所述液氮供给电磁阀24自动打开(液氮补给罐2内的液位传感器26监测到液位低于一预设的液位阈值，则控制液氮供给电磁阀24自动打开)，实现不间断的液氮供给，维持非接触液氮式生物保存容器1中的低温环境。与此类似，所述液氮压力管道的内部液位可通过所述液位传感器17实时反馈至所述可编程控制器(PLC)中，所述可编程控制器(PLC)利用所述液位传感器17反馈的数据进行控制。同时，所述非接触液氮式生物保存容器1的内部温度可通过所述温度传感器16实时反馈至所述可编程控制器(PLC)中，进一步保证生物样本的保存安全性。在所述温度传感器16监测到温度较高时，所述可编程控制器(PLC)可以控制所述自增压截止阀23调高工作压力(温度传感器16监测到的温度大于一温度阈值，则控制自增压截止阀23调高工作压力)，通过所述自增压截止阀23调高工作压力，增大管道液氮流量来提供给所述非接触液氮式生物保存容器1更低的保存温度。
本公开通过非接触液氮式生物保存容器与液氮补给罐相连接，不间断的进行液氮循环流通换热，当液氮补给罐内液氮储存量少时，PLC控制其液氮供给电磁阀自动打开，实现供给系统的自动化，避免了传统气相液氮罐需要定期手动补给繁琐流程和人工干预，降低了因人为操控失误导致液氮补给间断从而损伤生物样本的风险。而且，当温度传感器监测到温度高时，PLC控制所述自增压截止阀调高工作压力，增大液氮式压力管中的液氮流量，相较于人工调节，提高了生物样本的保存安全性，节省了人力。
本公开管路组件的各管可根据需要选择低温金属软管和硬管。
此外，上述对各元件和方法的定义并不仅限于实施例中提到的各种具体结构、形状或方式，本领域普通技术人员可对其进行简单地更改或替换。
需要说明的是，实施例中提到的方向用语，例如“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”等，仅是参考附图的方向，并非用来限制本公开的保护范围。贯穿附图，相同的元素由相同或相近的附图标记来表示。在可能导致对本公开的理解造成混淆时，将省略常规结构或构造。并且图中各部件的形状和尺寸不反映真实大小和比例，而仅示意本公开实施例的内容。另外，在权利要求中，不应将位于括号之间的任何参考符号构造成对权利要求的限制。
再者，单词“包含”或“包括”不排除存在未列在权利要求中的元件或步骤。位于元件之前的单词“一”或“一个”不排除存在多个这样的元件。
说明书与权利要求中所使用的序数例如“第一”、“第二”、“第三”等的用词，以修饰相应的元件，其本身并不意味着该元件有任何的序数，也不代表某一元件与另一元件的顺序、或是制造方法上的顺序，该些序数的使用仅用来使具有某命名的一元件得以和另一具有相同命名的元件能做出清楚区分。
类似地，应当理解，为了精简本公开并帮助理解各个公开方面中的一个或多个，在上面对本公开的示例性实施例的描述中，本公开的各个特征有时被一起分组到单个实施例、图、或者对其的描述中。然而，并不应将该公开的方法解释成反映如下意图：即所要求保护的本公开要求比在每个权利要求中所明确记载的特征更多的特征。更确切地说，如下面的权利要求书所反映的那样，公开方面在于少于前面公开的单个实施例的所有特征。因此，遵循具体实施方式的权利要求书由此明确地并入该具体实施方式，其中每个权利要求本身都作为本公开的单独实施例。
以上所述的具体实施例，对本公开的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本公开的具体实施例而已，并不用于限制本公开，凡在本公开的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本公开的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种非接触液氮式生物保存容器，其特征在于，包括：
内容器(13)，用于储存生物样本；
液氮换热器(12)，包括液氮压力管道(128)，利用所述液氮压力管道中的液氮与所述内容器进行换热，从而降低所述内容器的内部温度。
2.根据权利要求1所述的非接触液氮式生物保存容器，其特征在于，所述液氮换热器(12)呈筒体结构，包括换热内侧壁(122)、换热外侧壁(123)、换热上底板(124)、及换热下底板(125)；其中，所述换热内侧壁(122)与所述换热上底板(124)连接形成换热内筒体，所述换热器外侧壁(123)与所述换热下底板(124)连接形成换热外筒体，所述换热外筒体与所述换热内筒体之间形成所述液氮压力管道(128)。
3.根据权利要求2所述的非接触液氮式生物保存容器，其特征在于，所述液氮换热器(12)还包括换热翅片(121)，设在所述换热外侧壁(123)上。
4.根据权利要求1所述的非接触液氮式生物保存容器，其特征在于，还包括：外容器(14)以及设在所述内容器(13)和所述外容器(14)之间的内外容器支撑(11)。
5.根据权利要求1所述的非接触液氮式生物保存容器，其特征在于，还包括：
上支撑(126)，设在所述换热内侧壁(122)和换热外侧壁(123)顶部；所述上支撑(126)一端与所述内容器(13)连接，一端与所述液氮换热器(12)连接；
下支撑(127)，设置在所述换热上底板(124)和换热下底板(125)之间。
6.一种非接触液氮式生物保存系统，其特征在于，包括如权利要1至5中任一项所述的非接触液氮式生物保存容器(1)，还包括液氮补给罐(2)、以及管路组件(3)，所述非接触液氮式生物保存容器(1)与所述液氮补给罐(2)通过所述管路组件(3)连接。
7.根据权利要求6所述的非接触液氮式生物保存系统，其特征在于，所述液氮补给罐(2)还包括液氮储罐(25)、自增压管(22)及设置在自增压管(22)上的自增压截止阀(23)。
8.根据权利要求7所述的非接触液氮式生物保存系统，其特征在于，所述管路组件包括回液管(31)、进液管(32)、回液截止阀(33)和进液截止阀(34)，其中，所述回液截止阀(33)设在所述回液管(31)上，所述进液截止阀(34)设在所述进液管(32)上；所述进液管(32)一端与所述液氮换热器(12)连接，另一端与所述液氮储罐(25)连接，所述回液管(31)一端与所述液氮换热器(12)连接，另一端与所述液氮储罐(25)连接。
9.根据权利要求8所述的非接触液氮式生物保存系统，其特征在于，
所述自增压截止阀(23)用于藉由自增压作用使所述液氮储罐(25)中的液氮自动通过所述进液管(32)进入所述液氮换热器(12)进行换热，并且使换热后的液氮经所述回液管(31)返回至所述液氮储罐(25)中，由此形成非接触自动换热循环。
10.根据权利要求7所述的非接触液氮式生物保存系统，其特征在于，还包括：
温度传感器(16)，用于监测所述内容器(13)的内部温度；
液位传感器(26)，用于监测所述液氮补给罐(2)内液氮储存量；
PLC控制器，用于在所述内容器(13)的内部温度高时控制增大所述自增压截止阀(23)的工作压力以增加所述液氮压力管道(128)内的液氮流量，以及在所述液氮补给罐(2)内液氮储存量少时控制所述液氮供给电磁阀(24)自动打开以补充液氮。
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