專利名稱：小型低溫生物冷凍儀的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及低溫工程技術(shù)領(lǐng)域，是一種玻璃化超快速冷卻保存生物樣品的小型低溫生物冷凍儀。
背景技術(shù)：
生物材料低溫保存所造成的損傷之一是生物細(xì)胞內(nèi)冰的形成(華澤釗，任禾盛.低溫生物醫(yī)學(xué)技術(shù)。北京科學(xué)出版社，1994)，冰晶會(huì)破壞細(xì)胞內(nèi)原子或生命單元的有序排列，這就是冰凍死亡的原因。玻璃化是近年來生物細(xì)胞保存的一種新的方法。所謂玻璃化是指液體轉(zhuǎn)變?yōu)榉蔷B(tài)(玻璃態(tài))的固化過程。它和常見的液體轉(zhuǎn)變?yōu)榫w或部分結(jié)晶的固體的凍結(jié)過程不同，玻璃態(tài)固體分子之間的關(guān)系和液態(tài)無(wú)明顯變化，因而引起生物細(xì)胞的結(jié)構(gòu)變化要小。生物材料的玻璃化低溫保存是將細(xì)胞及其保護(hù)劑以很快的降溫速率過冷到玻璃化轉(zhuǎn)變溫度，并以這種玻璃態(tài)在低溫下長(zhǎng)期保存，以避免由于結(jié)冰對(duì)生物細(xì)胞的損傷。
實(shí)現(xiàn)水溶液的玻璃化，要求有很高的冷卻速率。對(duì)于純水，要求106K/s；對(duì)于一般溶液，要求103至104K/s；對(duì)于濃溶液，即所謂玻璃化溶液，要求102至103K/s(李廣武，鄭從義，唐兵。低溫生物學(xué)。湖南科學(xué)出版社，1998)。將生物樣品直接浸入液氮，即使對(duì)于直徑為0.2左右的小樣品，冷卻速率也只能達(dá)到100K/s左右。這是因?yàn)樘幱谑覝氐臉悠窌?huì)在液氮上方的蒸汽層中被“預(yù)冷”，而氣相傳熱效果差；且當(dāng)樣品進(jìn)入液氮后，會(huì)使樣品周圍的薄層液氮汽化，產(chǎn)生氣膜，也抑制了冷卻速率的提高。
通過控制降低液氮的蒸汽壓，得到低于77K的液氮(過冷液氮)，再恢復(fù)常壓。使小生物樣品在過冷液氮內(nèi)快速運(yùn)動(dòng)，避免在沸點(diǎn)時(shí)(77K)樣品與液氮接觸時(shí)在接觸面產(chǎn)生沸騰形成氣膜，使樣品熱量直接傳入過冷液氮內(nèi)，可以提高樣品的降溫速率。采用過冷液氮應(yīng)用于生物樣品如精子、卵子等的冷凍，由于降溫速率增加，有利于冷凍保護(hù)劑的玻璃化，可以降低冷凍液體保護(hù)劑的濃度，減輕冷藏毒性和損傷，提高冷藏生物樣品的質(zhì)量。
在低溫生物工程中，目前常采用進(jìn)口的程序冷凍儀，來實(shí)現(xiàn)慢速降溫的低溫保存。程序冷凍儀價(jià)格昂貴，操作費(fèi)時(shí)，效果欠佳，因而生物材料快速冷卻玻璃化低溫保存技術(shù)以及低溫固定技術(shù)一直受到低溫生物界的重視。
關(guān)于玻璃化低溫保存技術(shù)，目前國(guó)內(nèi)外基本上處于實(shí)驗(yàn)室階段，所用設(shè)備體積大，操作復(fù)雜，難于商品化。本實(shí)用新型是一種小型低溫冷凍裝置。它體積小，重量輕，性能好，其最低溫度可達(dá)到-210℃度?？稍谏铩⑨t(yī)學(xué)、畜牧業(yè)、食品工業(yè)和新型功能材料制造等領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用。

發(fā)明內(nèi)容
本實(shí)用新型是一種玻璃化超快速冷卻保存生物樣品的小型裝置，主要由真空泵、開有抽氣孔的密封套、液氮杜瓦、熱交換器、壓力和溫度傳感器以及各種顯示儀表組成，其特征在于上述器件按照真空泵、熱交換器、開有抽氣孔的密封套、液氮杜瓦、壓力和溫度傳感器、各種顯示儀表的次序組合在一個(gè)小箱體內(nèi)。它為生物材料的玻璃化低溫保存提供一種小型方便的儀器。盛裝液氮的杜瓦采用不銹鋼真空保溫杯或玻璃真空杯，放置于由耐低溫的聚四氟乙烯、不銹鋼或銅制成的圓柱形密閉密封套內(nèi)。密封套鉆有特殊的小孔，用于抽氣和復(fù)壓；密封套的頂口和蓋經(jīng)鏡面磨床處理，成平面接觸，無(wú)墊圈，無(wú)螺紋，不漏氣且操作方便。密封套與大氣連通管之間設(shè)有的復(fù)壓閥為自動(dòng)閥。溫度傳感器置于液氮杜瓦內(nèi)，壓力傳感器置于密封套內(nèi)，經(jīng)自動(dòng)控制系統(tǒng)與顯示器聯(lián)接。
本實(shí)用新型的優(yōu)點(diǎn)是(1)體積小，重量輕，需液氮少，便于攜帶；(2)可靠性高，操作方便；(3)可在較短的時(shí)間內(nèi)達(dá)到工作溫度且工作溫度可自動(dòng)調(diào)節(jié)。


附圖是該裝置的內(nèi)部結(jié)構(gòu)示意圖。圖中1為顯示器，2為控制器，3是自動(dòng)閥，4是微型真空泵，5是擴(kuò)散器，6是大氣連通管，7為密封套，套口鏡面拋光，其中一面拋光為鏡面，8是小型杜瓦瓶，9是散熱器，10是真空表，11是抽氣孔，12是密封套蓋，13是溫度傳感器，14是放大器，15是模數(shù)轉(zhuǎn)換器，16是電源。
具體實(shí)施方式
本實(shí)用新型是一種玻璃化超快速冷卻保存生物樣品的小型裝置，主要由真空泵、開有抽氣孔的密封套、液氮杜瓦、熱交換器、壓力和溫度傳感器以及各種顯示儀表組成，其特征在于上述器件按照真空泵、熱交換器、開有抽氣孔的密封套、液氮杜瓦、壓力和溫度傳感器、各種顯示儀表的次序組合在一個(gè)小箱體內(nèi)。將常溫液氮(零下196℃)倒入液氮杜瓦內(nèi)，蓋上密封套蓋，開啟微型真空泵，密封套內(nèi)壓力下降，液氮沸騰傳熱并過冷。液氮的溫度或過冷度取決于密封套中的壓力，通過調(diào)節(jié)該壓力，可使過冷液氮溫度在零下196℃至零下209℃之間(零下210℃時(shí)，氮已是固態(tài))可調(diào)。當(dāng)液氮降溫到預(yù)設(shè)的溫度時(shí)，真空泵自動(dòng)停止，自動(dòng)閥開啟，空氣經(jīng)擴(kuò)散器進(jìn)入密封套復(fù)壓。當(dāng)密封套的壓力復(fù)壓至大氣壓時(shí)，打開密封套蓋，將生物樣品彈射入過冷液氮中。
權(quán)利要求1.一種小型低溫生物冷凍儀，主要由真空泵、開有抽氣孔的密封套、液氮杜瓦、熱交換器、壓力和溫度傳感器以及各種顯示儀表組成，其特征在于上述器件按照真空泵、熱交換器、開有抽氣孔的密封套、液氮杜瓦、壓力和溫度傳感器、各種顯示儀表的次序組合在一個(gè)小箱體內(nèi)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種小型低溫生物冷凍儀，其特征是采用微型真空泵(4)。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種小型低溫生物冷凍儀，其特征是密封套(7)和密封蓋(12)的接口是平面接觸。
4.根據(jù)權(quán)利要求1或3所述的一種小型低溫生物冷凍儀，其特征是密封套(7)和密封蓋(12)由耐低溫的聚四氟乙烯、不銹鋼或銅制成。
5.根據(jù)權(quán)利要求1或3所述的一種小型低溫生物冷凍儀，其特征是液氮杜瓦采用不銹鋼真空保溫杯或玻璃真空杯。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種小型低溫生物冷凍儀，其特征是在密封套與大氣連通管之間設(shè)有的復(fù)壓閥為自動(dòng)閥(3)。
專利摘要用于玻璃化超快速冷卻保存生物樣品的小型低溫生物冷凍儀，包括微型真空泵、開有抽氣孔的密封套及其蓋子，小型液氮杜瓦、熱交換器、擴(kuò)散器，溫度傳感器，真空表，數(shù)顯器，自動(dòng)控制器等。采用抽氣降壓法使液氮沸騰傳熱并過冷，空氣復(fù)壓。自動(dòng)控制器控制真空泵和復(fù)壓開關(guān)，全過程自動(dòng)顯示，工作溫度在零下196℃至零下209℃之間可調(diào)。用于生物樣品的玻璃化低溫冷凍，可以降低冷凍液體保護(hù)劑的濃度，減輕冷藏毒性和損傷，提高冷藏生物樣品的質(zhì)量。
文檔編號(hào)A01N1/02GK2682849SQ200420017
公開日2005年3月9日 申請(qǐng)日期2004年2月24日 優(yōu)先權(quán)日2004年2月24日
發(fā)明者吳鋒, 王若田, 樂承雙, 李端勇, 黃元華, 于文兵 申請(qǐng)人:武漢化工學(xué)院