一种快速复温冻存管装置及其使用方法

1.本发明涉及人类生活用品，尤其涉及细胞治疗产品的复温技术，特别是一种快速复温冻存管装置及其使用方法。


背景技术：

2.低温保存是指将生物样本置于低温条件下进行长期保存，随着精准医疗战略的实施，低温保存在医学领域被广泛应用，特别是生殖医学、器官储运，细胞治疗、样本库建设等方面。冻存管是目前最常用的冻存容器，冻存后的复温过程中通常采用水浴进行复温，在操作过程中需要手动摇晃冻存管以增加复温速率，并通过肉眼及经验判断复温终点。这种方法极易造成污染，且难以做到标准化。另外单一通过水浴进行复温，复温速率较慢，会导致重结晶及反玻璃化现象，对生物样本产生致命的冰晶损伤，且对于细胞治疗产品尤为明显。


技术实现要素：

3.本发明的目的在于提供一种快速复温冻存管装置及其使用方法，所述的这种快速复温冻存管装置及其使用方法要解决现有技术中冻存管的复温速率较慢，难以标准化且污染风险高的技术问题。
4.本发明的一种快速复温冻存管装置，包括快速复温冻存管、射流复温容器、射流水收集槽和水循环系统；快速复温冻存管包括管壳和管盖，管盖设置在管壳上，射流复温容器中沿轴向设置有筒状腔体，筒状腔体的侧壁中设置有截面呈环状的内腔，内腔的侧壁上设置有多个射流孔，内腔通过射流孔与筒状腔体连通，射流复温容器上设置有入水口，入水口与内腔连通；
5.水循环系统包括恒温水槽、循环泵、高压泵、入口过滤器和出口过滤器；恒温水槽的出水口通过管道、入口过滤器与高压泵的进水口连接，高压泵的出水口通过管道与射流复温容器的入水口连接，所述的快速复温冻存管设置在射流复温容器的筒状腔体中，射流复温容器设置在射流水收集槽上，射流水收集槽的出水口通过管道、出口过滤器与循环泵连接，循环泵的出水口通过管道与恒温水槽的进水口连接。
6.进一步的，还包括交变磁场发生器，交变磁场发生器连接有磁场线圈，射流复温容器设置在磁场线圈中，管盖的内腔中设置有一个感应加热装置，感应加热装置由复合金属膜构成。
7.进一步的，所述的复合金属膜的横截面呈螺旋线形状。
8.进一步的，所述的复合金属膜表面设置有惰性涂层。
9.进一步的，所述的复合金属膜由上段和下段构成，上段由聚丙烯材料构成，下段的表面为由聚丙烯层，聚丙烯层中嵌设有铝膜层。
10.进一步的，所述的复合金属膜上段和下段分界处位于快速复温冻存管液面下侧1-3mm，复合金属膜厚度为0.1-0.3mm，每层间距为1-2mm。
11.进一步的，所述的射流水收集槽底部的出水口为双层漏斗式结构，其中一层漏斗
的倾角为10
°
，二层漏斗的倾角为50
°
。
12.进一步的，所述的射流复温容器的上表面与管盖之间设置有密封垫。
13.进一步的，所述的射流复温容器通过支架设置在射流水收集槽中。
14.本发明还提供了一种所述的快速复温冻存管装置的使用方法，首先将加载保护剂后的生物样本悬液转移至快速复温冻存管中，保证液面高于复合金属膜上段和下段分界处2mm，然后进行冻存。复温时进行单独射流复温或者耦合射频复温进行射频射流复温。在单独进行射流复温时，首先启动恒温水槽，调节水循环系统设定恒温水槽的温度、高压泵和循环泵的功率及复温时间，待温度稳定在37℃后，开启高压泵和循环泵，高压水流从入水口进入射流复温容器的内腔，然后从射流孔进入筒状腔体，待射流复温容器中形成稳定射流后，随后将快速复温冻存管从低温环境转移到射流复温容器中，完成复温操作后将快速复温管取出，进行后续的洗脱操作；
15.在进行射流射频复温时，首先启动恒温水槽，通过调节水循环系统设定恒温水槽温度，高压泵和循环泵的功率及复温时间，待温度稳定在37℃后，开启高压泵和循环泵，待射流复温容器中形成稳定射流后，开启交变磁场发生器，设置磁场参数，待磁场稳定后将快速复温冻存管从低温环境转移到射流复温容器中，交变磁场发生器可在磁场线圈中提供交变磁场，交变磁场可快速加热快速复温冻存管中的复合金属膜，快速均匀复温冻存样本，完成复温操作后将快速复温冻存管取出，进行后续的洗脱操作。
16.本发明与现有技术相比，其效果是积极和明显的。
17.1、在传统冻存管中加装复合金属膜结构，使其可搭配磁热复温使用，通过在交变磁场中的热效应，可有效提高复温速率和均匀性，显著降低复温过程中的样本损伤，抑制复温过程中的重结晶及反玻璃化现象，提高样本保存质量提高样本质量。
18.2、通过射流射频复温可实现冻存管复温的标准化与规范化，降低人员操作对于样本复温质量的影响，并降低复温过程中样本污染风险。
19.3、当不具备磁热复温条件时，亦可单独进行射流复温，同样可以一定程度上增加复温速率，做到标准化并降低样本污染风险。
20.4、通过对复合金属膜进行惰性涂层处理，可降低细胞在复温金属膜上的吸附，减少样品的损失。
21.5、通过密封垫的密封设计，降低复温过程中的样品污染风险，提高样本复温后的质量。
附图说明
22.图1为本发明的一种快速复温冻存管装置中的快速复温冻存管、射流复温容器、射流水收集槽装配结构示意图。
23.图2为本发明的一种快速复温冻存管装置中的快速复温冻存管管壳结构示意图。
24.图3为本发明的一种快速复温冻存管装置中的快速复温冻存管管盖结构示意图。
25.图4为本发明的一种快速复温冻存管装置中的结构示意图。
26.图5为本发明的一种快速复温冻存管装置中的射流复温容器结构示意图。
27.图6为本发明的一种快速复温冻存管装置中的射流复温容器的剖视结构示意图。
28.图7为本发明的一种快速复温冻存管装置中的射流水收集槽结构示意图。
29.图8为本发明的一种快速复温冻存管装置中的射流水收集槽剖视结构示意图。
30.图9为模拟实验铝膜在磁场中的总发热量
31.图10为模拟实验复温过程的温度检测点。
32.图11为模拟实验射流复温过程中快速复温冻存管中温度检测点的复温曲线。
33.图12为模拟实验射流射频复温过程中快速复温冻存管中温度检测点的复温曲线。
具体实施方式
34.实施例1
35.如图1-图12所示，本发明的一种快速复温冻存管装置，包括快速复温冻存管1、射流复温容器2、射流水收集槽3、水循环系统4；
36.快速复温冻存管1包括管壳10和管盖11，管盖11设置在管壳10上，射流复温容器2中沿轴向设置有筒状腔体12，筒状腔体12的侧壁中设置有截面呈环状的内腔13，内腔13的侧壁上设置有多个射流孔14，内腔13通过射流孔14与筒状腔体12连通，射流复温容器2上设置有入水口15，入水口15与内腔13连通；
37.水循环系统4包括恒温水槽5、循环泵6、高压泵7、入口过滤器8和出口过滤器9；恒温水槽5的出水口通过管道、入口过滤器8与高压泵7的进水口连接，高压泵7的出水口通过管道与射流复温容器2的入水口15连接，所述的快速复温冻存管1设置在射流复温容器2的筒状腔体12中，射流复温容器2设置在射流水收集槽3上，射流水收集槽3的出水口通过管道、出口过滤器9与循环泵6连接，循环泵6的出水口通过管道与恒温水槽5的进水口连接。
38.具体的，所述的管壳10由聚丙烯构成。
39.进一步的，还包括交变磁场发生器16，交变磁场发生器16连接有磁场线圈17，射流复温容器2设置在磁场线圈17中，管盖11的内腔中设置有一个感应加热装置，所述的感应加热装置由复合金属膜18构成。
40.进一步的，所述的复合金属膜18的横截面呈螺旋线形状。
41.具体的，交变磁场发生器16发出的交变磁场频率为765.5khz，电流为10a。
42.进一步的，所述的复合金属膜18表面设置有惰性涂层，可以显著降低细胞在铝膜上的吸附。
43.具体的，所述的惰性涂层为biofloatflex涂层。
44.biofloatflex涂层可在不改变基质几何形状的前提下，通过涂布操作可获得纳米级的表面钝化。biofloatflex涂层具有高度的细胞排斥性，可降低细胞在复温金属膜上的吸附，减少样品的损失。
45.进一步的，所述的复合金属膜18由上段19和下段20构成，上段19由聚丙烯材料构成，下段20的表面为由聚丙烯层，聚丙烯层中嵌设有铝膜层。
46.进一步的，所述的复合金属膜18的上段19和下段20分界处位于快速复温冻存管1液面下侧1-3mm，复合金属膜18厚度为0.1-0.3mm，每层间距为1-2mm。
47.具体的，所述的射流孔14呈矩阵式分布。
48.进一步的，所述的射流水收集槽3底部的出水口为双层漏斗式结构，其中一层漏斗22的倾角为10
°
，二层漏斗23的倾角为50
°
。
49.双层漏斗式可以防止由于底部抽力太大造成的涡旋，提高水循环效率。
50.进一步的，所述的射流复温容器2的上表面与管盖11之间设置有密封垫(图中未示)，用以隔绝循环水与快速复温冻存管1盖结合处的接触，降低对快速复温冻存管1内的污染风险。
51.具体的，所述的筒状腔体12内壁与快速复温冻存管1外壁的间距为1mm。
52.进一步的，所述的射流复温容器2通过支架21设置在射流水收集槽3中。
53.支架21可供单独使用射流复温模式时支撑射流复温容器2，在磁热复温模式下可拆卸支架21，然后射流复温容器2可固定在磁场线圈17中。
54.具体的，本实施例还包括控制器，所述的恒温水槽5、循环泵6、高压泵7、交变磁场发生器16均通过其输入输出端与所述的控制器连接。
55.具体的，本实施例中的恒温水槽5、循环泵6、高压泵7、入口过滤器8和出口过滤器9、交变磁场发生器16、磁场线圈17、复合金属膜18、惰性涂层、biofloatflex涂层、聚丙烯层、铝膜层、控制器等均采用现有技术中的公知方案，本领域技术人员均已了解，在此不再赘述。
56.本实施例的工作原理：
57.首先将加载保护剂后的生物样本悬液转移至快速复温冻存管1中，保证液面高于复合金属膜18上段19和下段20分界处2mm，然后进行冻存。复温时可单独进行射流复温，也可耦合射频复温进行射频射流复温。在单独进行射流复温时，首先启动恒温水槽5，调节水循环系统4设定恒温水槽5的温度、高压泵7和循环泵6的功率及复温时间，待温度稳定在37℃后，开启高压泵7和循环泵6，高压水流从入水口15进入射流复温容器2的内腔13，然后从射流孔14进入筒状腔体12，待射流复温容器2中形成稳定射流后，随后将快速复温冻存管1从低温环境快速转移到射流复温容器2中，完成复温操作后将快速复温管取出，进行后续的洗脱等操作。
58.在进行射流射频复温时，首先启动恒温水槽5，通过调节水循环系统4设定恒温水槽5温度，高压泵7和循环泵6的功率及复温时间，待温度稳定在37℃后，开启高压泵7和循环泵6，待射流复温容器2中形成稳定射流后，开启交变磁场发生器16，设置磁场参数，待磁场稳定后将快速复温冻存管1从低温环境快速转移到射流复温容器2中，交变磁场发生器16可在磁场线圈17中提供交变磁场，交变磁场可快速加热快速复温冻存管1中的复合金属膜18，快速均匀复温冻存样本，可进一步提高样本的复温速率，降低复温过程中的损伤，完成复温操作后将快速复温冻存管1取出，进行后续的洗脱等操作。
59.控制器可通过控制高压泵7及循环泵6的功率来调节射流强度，并平衡水循环过程。通过恒温射流快速冲刷快速复温冻存管1可实现样本的快速复温。
60.具体设备：
61.交变磁场发生器16：nanoscalebiomagnetics d5交变射频发生器。
62.循环泵6、高压泵7：surgeflo dp-160 24v。
63.功率调节器：星河电子ddmc4。
64.恒温水槽5：joanlabwb100-2f。
65.控制器：keolea定制。
66.本发明的目的是提供一种新型快速复温冻存管，提高快速复温冻存管1的复温效率，标准化复温流程，降低复温过程中的样本损伤。
67.本发明的特点及有益效果是：
68.1、在传统冻存管中加装复合金属膜18结构，使其可搭配磁热复温使用，通过在交变磁场中的热效应，可有效提高复温速率和均匀性，显著降低复温过程中的样本损伤，抑制复温过程中的重结晶及反玻璃化现象，提高样本保存质量提高样本质量。
69.2、通过射流射频复温可实现快速复温冻存管1复温的标准化与规范化，降低人员操作对于样本复温质量的影响，并降低复温过程中样本污染风险。
70.3、通过对复合金属膜18进行惰性涂层处理，可降低细胞在复温金属膜上的吸附，减少样品的损失。
71.模拟实验：
72.通过comsol multiphysics对快速复温冻存管进行射频射流复温建模分析，设置磁场线圈内径1.5mm，外径2mm，匝数为6匝，电流设置为10a。铝膜在磁场中总发热量及快速复温冻存管1在两种复温模式下的复温速率如图9所示。
73.如图10所示为复温过程的温度检测点。
74.如图11所示为射流复温过程中快速复温冻存管中温度检测点的复温曲线。
75.如图12所示为射流射频复温过程中快速复温冻存管中温度检测点的复温曲线
76.通过模拟结果可知，通过射流射频快速复温，可以有效提高快速复温冻存管的复温速率。

技术特征：
1.一种快速复温冻存管装置，其特征在于：包括快速复温冻存管(1)、射流复温容器(2)、射流水收集槽(3)、水循环系统(4)；快速复温冻存管(1)包括管壳(10)和管盖(11)，管盖(11)设置在管壳(10)上；射流复温容器(2)中沿轴向设置有筒状腔体(12)，筒状腔体(12)的侧壁中设置有截面呈环状的内腔(13)，内腔(13)的侧壁上设置有多个射流孔(14)，内腔(13)通过射流孔(14)与筒状腔体(12)连通，射流复温容器(2)上设置有入水口(15)，入水口(15)与内腔(13)连通；水循环系统(4)包括恒温水槽(5)、循环泵(6)、高压泵(7)、入口过滤器(8)和出口过滤器(9)；恒温水槽(5)的出水口通过管道、入口过滤器(8)与高压泵(7)的进水口连接，高压泵(7)的出水口通过管道与射流复温容器(2)的入水口(15)连接，所述的快速复温冻存管(1)设置在射流复温容器(2)的筒状腔体(12)中，射流复温容器(2)设置在射流水收集槽(3)上，射流水收集槽(3)的出水口通过管道、出口过滤器(9)与循环泵(6)连接，循环泵(6)的出水口通过管道与恒温水槽(5)的进水口连接。2.根据权利要求1所述的一种快速复温冻存管装置，其特征在于：还包括交变磁场发生器(16)，交变磁场发生器(16)连接有磁场线圈(17)，射流复温容器(2)设置在磁场线圈(17)中，管盖(11)的内腔中设置有一个感应加热装置，所述的感应加热装置由复合金属膜(18)构成。3.根据权利要求2所述的一种快速复温冻存管装置，其特征在于：所述的复合金属膜(18)的横截面呈螺旋线形状。4.根据权利要求2所述的一种快速复温冻存管装置，其特征在于：所述的复合金属膜(18)表面设置有惰性涂层。5.根据权利要求2所述的一种快速复温冻存管装置，其特征在于：所述的复合金属膜(18)由上段(19)和下段(20)构成，上段(19)由聚丙烯材料构成，下段(20)的表面为由聚丙烯层，聚丙烯层中嵌设有铝膜层。6.根据权利要求2所述的一种快速复温冻存管装置，其特征在于：所述的复合金属膜(18)的上段(19)和下段(20)分界处位于快速复温冻存管(1)液面下侧1-3mm，复合金属膜(18)厚度为0.1-0.3mm，每层间距为1-2mm。7.根据权利要求1所述的一种快速复温冻存管装置，其特征在于：所述的射流水收集槽(3)底部的出水口为双层漏斗式结构，其中一层漏斗(22)的倾角为10
°
，二层漏斗(23)的倾角为50
°
。8.根据权利要求1所述的一种快速复温冻存管装置，其特征在于：所述的射流复温容器(2)的上表面与管盖(11)之间设置有密封垫。9.根据权利要求1所述的一种快速复温冻存管装置，其特征在于：所述的射流复温容器(2)通过支架(21)设置在射流水收集槽(3)上。10.一种权利要求1所述的快速复温冻存管装置的使用方法，其特征在于，首先将加载保护剂后的生物样本悬液转移至快速复温冻存管(1)中，保证液面高于复合金属膜(18)上段(19)和下段(20)分界处2mm，然后进行冻存，复温时进行单独射流复温或者耦合射频复温进行射频射流复温；在单独进行射流复温时，首先启动恒温水槽(5)，调节水循环系统(4)设定恒温水槽(5)的温度、高压泵(7)和循环泵(6)的功率及复温时间，待温度稳定在37℃后，开启高压泵(7)
和循环泵(6)，高压水流从入水口(15)进入射流复温容器(2)的内腔(13)，然后从射流孔(14)进入筒状腔体(12)，待射流复温容器(2)中形成稳定射流后，随后将快速复温冻存管(1)从低温环境转移到射流复温容器(2)中，完成复温操作后将快速复温管取出，进行后续的洗脱操作；在进行射流射频复温时，首先启动恒温水槽(5)，通过调节水循环系统(4)设定恒温水槽(5)温度，高压泵(7)和循环泵(6)的功率及复温时间，待温度稳定在37℃后，开启高压泵(7)和循环泵(6)，待射流复温容器(2)中形成稳定射流后，开启交变磁场发生器(16)，设置磁场参数，待磁场稳定后将快速复温冻存管(1)从低温环境转移到射流复温容器(2)中，交变磁场发生器(16)可在磁场线圈(17)中提供交变磁场，交变磁场可快速加热快速复温冻存管(1)中的复合金属膜(18)，快速均匀复温冻存样本，完成复温操作后将快速复温冻存管(1)取出，进行后续的洗脱操作。

技术总结
一种快速复温冻存管装置，包括快速复温冻存管、射流复温容器、射流水收集槽和水循环系统，快速复温冻存管包括管壳和管盖，管盖连接有复合金属膜，射流复温容器中设置有筒状腔体，内腔的侧壁上设置有射流孔，水循环系统包括恒温水槽、循环泵、高压泵、入口过滤器和出口过滤器。本发明提供了一种基于磁热效应的快速复温冻存管，并开发了配套的射流加热装置，通过内置的复合金属膜结构，使其可搭配磁热复温使用，通过在交变磁场中的热效应，可有效提高复温速率和均匀性。在通过磁热内部复温样本的同时，在外部施加射流，可进一步增加复温速率，并通过腔体的密封设计，降低复温过程中的样品污染风险，提高样本复温后的质量。提高样本复温后的质量。提高样本复温后的质量。


技术研发人员：韩恒鑫 占太杰 胥义
受保护的技术使用者：上海理工大学
技术研发日：2021.12.08
技术公布日：2022/3/8