自動化存儲裝置及其運行方法與流程

本發明涉及一種自動化存儲裝置及其運行方法，特別涉及一種用于生物樣本的自動化存儲裝置及其運行方法。

背景技術：

生物樣本庫是標準化收集、處理、儲存健康和疾病生物體的生物大分子、細胞、組織和器官等樣本的設備，大多數生物樣本需要存儲在深低溫環境內，特別是某些用于儲存回輸人體的細胞的生物樣本庫，其存儲環境需要在液氮溫度中。以存儲回輸人體細胞的生物樣本庫為例，細胞樣本需要先經過程序降溫再存儲進生物樣本庫，中途需要進行全程處于深低溫保護中，以防止生物樣本重復凍融而損傷其活性，細胞樣本經過程序降溫后，放置在裝有液氮的中轉罐內，再經由人工或自動化傳輸線送入樣本庫內，通過機械手最終將中轉罐內的生物樣本存儲進樣本庫內的液氮罐中。液氮罐需要放置在低溫冷庫中，不僅可以減少液氮消耗量，也可以降低空間內濕度，防止機械運動部件結霜結冰，還可以在轉移細胞樣本的過程中更容易保持其深低溫溫度。深低溫自動化生物樣本庫能夠更加快速便捷地存儲生物樣本，能夠大幅提高存儲過程的可靠性和安全性，還能夠對生物樣本的全流程狀態進行追溯，越來越成為現代生物技術領域的發展方向。

但是，現有的超低溫自動化生物樣本庫往往采用建造一個大型冷庫，庫房內均勻布置多個提籃，提籃內存儲生物樣本凍存盤。以歐洲專利ep2208951a2為例，在一個大型-80℃冷庫內，底部均布排布裝有生物樣本凍存盤的提籃，上部設置有一個直線模組三軸運動機構，冷庫的一端還有一個出入口，出入口處有凍存盤夾取裝置，這些機械部件都完全處于和生物樣本存儲溫度一致的環境內。當系統下達生物樣本取出任務時，直線模組移動到目標位置將提籃提起并送到出入口處，凍存盤夾取裝置將凍存盤夾下并放置在出入口的臨時存放區內，然后直線模組再將提籃放回原處。其中，在該技術方案中，機械部件需要在樣本存儲溫度下長期工作，實現的難度大、成本高、可靠性差，由于材料在深低溫下機械性能大幅降低且無法使用潤滑油脂，只能使用粉末潤滑，所以其機械運動需要控制在很低的速度。現有技術中的電機和電氣元器件在低溫下長期放置會導致壽命大幅降低，其維護成本和難度也會很高。因此，該技術方案雖然實現了深低溫生物樣本的自動化，但是效率和可靠性完全不能滿足大規模生產存儲的要求，其運營成本也會很高。

從而，現有技術中的生物樣本庫具有可靠性較差、成本較高的缺陷。

技術實現要素：

本發明要解決的技術問題是為了克服現有技術中的生物樣本庫具有可靠性較差、成本較高的缺陷，提供一種自動化存儲裝置及其運行方法。

本發明是通過下述技術方案來解決上述技術問題：

一種自動化存儲裝置，用于存儲生物樣本，所述自動化存儲裝置包括一殼體，所述殼體內設有一存儲容器，所述存儲容器用于存儲裝有生物樣本的凍存管，其特點在于，所述自動化存儲裝置還包括：

一導軌，所述導軌架設于所述殼體內，所述導軌將所述殼體分隔成相連通的一操作區和一存儲區，且所述操作區位于所述存儲區的上方，所述存儲容器位于所述存儲區；

一防護腔室，所述防護腔室位于所述殼體內并位于所述存儲區的上方，所述導軌的首端延伸至所述防護腔室內，所述防護腔室能夠打開，用于與所述操作區相連通，且所述防護腔室內的溫度大于0℃；

一傳送機構，所述傳送機構滑設于所述導軌，所述傳送機構通過所述導軌能夠從所述防護腔室進入所述操作區并伸入所述存儲容器將所述凍存管取出。

在本技術方案中，當不需要對所述凍存管進行存入或取出時，所述傳送機構始終位于所述防護腔室，由于所述防護腔室內的溫度大于0℃，一方面，所述防護腔室不需要一直放置在低溫環境中，能夠保護所述傳送機構，提高了所述自動化存儲裝置的可靠性，延長了所述傳送機構的壽命，相應地，便可以延長維護周期，減少維護成本；另一方面，在所述防護腔室內可以較為方便地對所述傳送機構進行維護，降低了所述傳送機構的維護難度。當需要從所述存儲容器內取出所述凍存管時，所述傳送機構通過所述導軌能夠快速地進入所述操作區，進而能夠較為快速地從所述存儲容器內取出所述凍存管。

較佳地，所述防護腔室設于所述殼體的左側壁，所述防護腔室具有一隔離門，所述隔離門能夠打開，用于使所述防護腔室與所述操作區相連通；

所述殼體的左側壁具有首尾依次連接的一第一豎直部、一水平部和一第二豎直部，所述第一豎直部和所述第二豎直部位于所述殼體的高度方向，所述水平部位于所述殼體的長度方向；

所述防護腔室具有一前側壁、一后側壁和一頂蓋，所述前側壁、所述第一豎直部、所述后側壁、所述隔離門、所述頂蓋和所述水平部之間圍成所述防護腔室；

其中，所述導軌的首端位于所述前側壁和所述后側壁之間。

在本技術方案中，所述防護腔室設于所述殼體的左側壁，基本不會干涉所述殼體內部的其他結構，不會影響所述防護腔室及其他結構的正常運行，能夠進一步提高所述自動化存儲裝置的可靠性。另外，當需要對所述凍存管進行存入或取出時，所述隔離門處于打開狀態；當不需要對所述凍存管進行存入或取出時，所述隔離門處于關閉狀態。也就是說，通過控制所述隔離門的打開或關閉，便能夠較為方便地控制所述防護腔室是否與所述操作區連通。

較佳地，所述防護腔室內設有一開門機構，所述開門機構包括一第一驅動電機和一連桿，所述第一驅動電機連接于所述連桿，所述第一驅動電機設于所述頂蓋，所述連桿連接于所述隔離門和所述頂蓋之間。

在本技術方案中，所述第一驅動電機可以通過帶傳動帶動所述連桿，進而使得所述連桿驅動所述隔離門打開或關閉，結構較為簡單，成本較低。

較佳地，所述第一豎直部上開設有一檢修口，所述檢修口與所述防護腔室相連通，所述檢修口處樞接有一檢修門。

在本技術方案中，維護人員可以通過所述檢修口較為方便地對所述傳送機構等機械部件進行檢修，維護難度較低。

較佳地，所述隔離門具有第一隔離層和第二隔離層，所述第一隔離層粘接于所述第二隔離層，且所述第一隔離層的材質為xps、所述第二隔離層的材質為環氧樹脂玻璃鋼。

xps保溫板就是擠塑式聚苯乙烯隔熱保溫板，它是以聚苯乙烯樹脂為原料加上其他的原輔料與聚合物，通過加熱混合同時注入催化劑，然后擠塑壓出成型而制造出的硬質泡沫塑料板。在本技術方案中，所述隔離門既能夠保持良好的隔熱性，又能夠具有較高的強度，進一步提高了所述自動化存儲裝置的可靠性。

較佳地，所述隔離門與所述前側壁、所述后側壁、所述水平部的接觸位置處均貼設有硅膠密封條。

在本技術方案中，所述硅膠密封條的存在能夠使得所述隔離門較為緊密地貼合所述前側壁、所述后側壁及所述水平部，密封性能較好。

較佳地，所述防護腔室內設有一加熱組件，所述加熱組件用于使所述防護腔室內的溫度大于0℃。所述加熱組件可以采用灌流風機，在出風口安裝電加熱裝置。

在本技術方案中，所述加熱組件的存在能夠保證所述防護腔室內的溫度大于0℃，進一步提高了所述自動化存儲裝置的可靠性。

較佳地，所述傳送機構的末端連接有一取管頭，所述取管頭能夠伸入所述存儲容器通過一真空吸附系統將所述凍存管取出，其中，所述真空吸附系統的真空發生器位于所述防護腔室內。

在本技術方案中，所述取管頭通過真空吸附系統取出所述凍存管，可靠性較高，效率也較高。另外，真空發生器位于所述防護腔室內能夠對真空發生器進行保護，避免由于放置環境較低對真空發生器使用性能的影響，進一步提高了所述自動化存儲裝置的可靠性。

較佳地，所述存儲容器上旋設有一端蓋，所述端蓋的截面為圓形，所述端蓋的外圓周面上設有輪齒，所述端蓋的上設有一開口，所述開口與所述取管頭相適配，所述開口的長度小于所述端蓋的半徑，所述開口與所述存儲容器的內部相連通；

所述自動化存儲裝置還包括一輔助機構，所述輔助機構具有一第二驅動電機和一驅動齒輪，所述第二驅動電機連接于所述驅動齒輪，且所述驅動齒輪嚙合于所述輪齒。

在本技術方案中，所述第二驅動電機能夠通過所述驅動齒輪帶動所述端蓋旋轉，進而能夠較為方便地通過所述開口取出所述存儲容器內不同位置處的所述凍存管。

較佳地，所述存儲容器為液氮罐，所述液氮罐內填充有液氮，所述液氮灌的頂部至所述殼體的頂部之間的區域形成有一次低溫區、所述液氮罐的頂部以下至所述殼體的底部之間除所述液氮罐內部之外的區域形成有一低溫區，所述次低溫區的溫度高于所述低溫區的溫度；

所述殼體的右側壁設有一中轉口，所述中轉口與所述殼體相連通，所述中轉口處樞接有一艙門，所述殼體的右側壁的內壁面上與所述中轉口的對應位置處連接有一支撐臺，所述支撐臺上放置有一中轉罐，所述中轉罐內填充有液氮。

在本技術方案中，所述液氮罐內部能夠形成深低溫區，能夠較為可靠地對所述凍存管進行存儲。另外，當對所述凍存管進行存入或取出時，所述傳送機構移動至所述操作區后便位于次低溫區，能夠較好地保護所述傳送機構。所述中轉罐能夠從所述艙門進出，所述中轉罐內填充有液氮，能夠保證所述凍存管在轉運過程中處于深低溫環境，能夠較為可靠地保護生物樣本。

較佳地，所述傳送機構為一機械手。

較佳地，所述殼體的頂部設有一排氣口，所述排氣口與所述操作區和所述存儲區相連通；所述殼體采用保溫材料制成，且所述保溫材料為聚氨酯冷庫板或eps或xps。

eps是expandedpolystyrene的縮寫，即聚苯乙烯泡沫，它是一種輕型高分子聚合物，它采用聚苯乙烯樹脂加入發泡劑，同時加熱進行軟化，產生氣體，形成一種硬質閉孔結構的泡沫塑料。在本技術方案中，所述排氣口的存在能夠保證所述殼體內的壓力恒定。

本發明還提供一種如上所述的自動化存儲裝置的運行方法，其特點在于，當需要從所述存儲容器內將所述凍存管取出時，所述運行方法包括以下步驟：

s1、打開所述防護腔室；

s2、將所述傳送機構從所述防護腔室移動至所述操作區；

s3、使所述傳送機構伸入所述存儲容器并將所述凍存管取出。

在符合本領域常識的基礎上，上述各優選條件，可任意組合，即得本發明各較佳實例。

本發明的積極進步效果在于：

本發明中的自動化存儲裝置具有內部溫度大于0℃的防護腔室，傳送機構能夠根據需要在防護腔室和操作區之間滑動，能夠較好地保護所述傳送機構，既能夠提高所述自動化存儲裝置的可靠性，又能夠延長所述傳送機構的維護周期，降低成本。

附圖說明

圖1為本發明一較佳實施例的自動化存儲裝置的立體結構示意圖。

圖2為本發明一較佳實施例的自動化存儲裝置的內部結構示意圖。

圖3為本發明一較佳實施例的自動化存儲裝置的局部結構示意圖。

圖4為本發明一較佳實施例的自動化存儲裝置中開門機構與隔離門的連接結構示意圖。

圖5為本發明一較佳實施例的自動化存儲裝置的運行方法的流程圖。

附圖標記說明：

10：殼體

101：存儲容器

102：操作區

103：存儲區

104：第一豎直部

105：水平部

106：第二豎直部

107：檢修門

108：端蓋

109：開口

110：中轉口

111：艙門

112：支撐臺

113：中轉罐

114：排氣口

20：導軌

30：防護腔室

301：隔離門

302：前側壁

303：后側壁

304：頂蓋

40：傳送機構

401：取管頭

50：開門機構

501：第一驅動電機

502：連桿

503：帶輪

60：輔助機構

601：第二驅動電機

602：驅動齒輪

具體實施方式

下面舉個較佳實施例，并結合附圖來更清楚完整地說明本發明。

如圖1和圖2所示，用于存儲生物樣本的自動化存儲裝置包括殼體10、導軌20、防護腔室30和傳送機構40。其中，殼體10內設有存儲容器101，存儲容器101用于存儲裝有生物樣本的凍存管；導軌20架設于殼體10內，導軌20將殼體10分隔成相連通的操作區102和存儲區103，且操作區102位于存儲區103的上方，存儲容器101位于存儲區103；防護腔室30位于殼體10內并位于存儲區103的上方，導軌20的首端延伸至防護腔室30內，防護腔室30能夠打開，用于與操作區102相連通，且防護腔室30內的溫度大于0℃；傳送機構40滑設于導軌20，傳送機構40通過導軌20能夠從防護腔室30進入操作區102并伸入存儲容器101將所述凍存管取出。

在本實施方式中，當不需要對所述凍存管進行存入或取出時，傳送機構40始終位于防護腔室30，由于防護腔室30內的溫度大于0℃，一方面，防護腔室30不需要一直放置在低溫環境中，能夠保護傳送機構40，提高了所述自動化存儲裝置的可靠性，延長了傳送機構40的壽命，相應地，便可以延長維護周期，減少維護成本；另一方面，在防護腔室30內可以較為方便地對傳送機構40進行維護，降低了傳送機構40的維護難度。當需要從存儲容器101內取出所述凍存管時，傳送機構40通過導軌20能夠快速地進入操作區102，進而能夠較為快速地從存儲容器101內取出所述凍存管。

如圖1和圖2所示，防護腔室30設于殼體10的左側壁，防護腔室30具有隔離門301，隔離門301能夠打開，用于使防護腔室30與操作區102相連通。其中，殼體10的左側壁具有首尾依次連接的第一豎直部104、水平部105和第二豎直部106，第一豎直部104和第二豎直部106位于殼體10的高度方向，水平部105位于殼體10的長度方向；防護腔室30具有前側壁302、后側壁303和頂蓋304，前側壁302、第一豎直部104、后側壁303、隔離門301、頂蓋304和水平部105之間圍成防護腔室30；導軌20的首端位于前側壁302和后側壁303之間。

在本實施方式中，防護腔室30設于殼體10的左側壁，基本不會干涉殼體內部10的其他結構，不會影響防護腔室30及其他結構的正常運行，能夠進一步提高所述自動化存儲裝置的可靠性。另外，當需要對所述凍存管進行存入或取出時，隔離門301處于打開狀態；當不需要對所述凍存管進行存入或取出時，隔離門301處于關閉狀態。也就是說，通過控制隔離門301的打開或關閉，便能夠較為方便地控制防護腔室30是否與操作區102連通。

在本實施方式中，如圖1、圖3和圖4所示，防護腔室30內設有開門機構50，開門機構50包括第一驅動電機501和連桿502，第一驅動電機501連接于連502，第一驅動電機501設于頂蓋304，連桿502連接于隔離門301和頂蓋304之間。第一驅動電機501可以通過帶輪503帶動所述連桿，進而使得連桿502驅動隔離門301打開或關閉，結構較為簡單，成本較低。

在本實施方式中，圖1中的隔離門301具有第一隔離層和第二隔離層，所述第一隔離層粘接于所述第二隔離層，且所述第一隔離層的材質為xps、所述第二隔離層的材質為環氧樹脂玻璃鋼。如此，隔離門301既能夠保持良好的隔熱性，又能夠具有較高的強度，進一步提高了所述自動化存儲裝置的可靠性。另外，隔離門301與前側壁302、后側壁303、水平部105的接觸位置處均貼設有硅膠密封條。所述硅膠密封條的存在能夠使得隔離門301較為緊密地貼合前側壁302、后側壁303及水平部105，密封性能較好。

如圖1所示，第一豎直部104上開設有檢修口(未示出)，所述檢修口與防護腔室30相連通，所述檢修口處樞接有檢修門107。維護人員可以通過檢修口107較為方便地對傳送機構40等機械部件進行檢修，維護難度較低。

如圖1所示，防護腔室30內還設有加熱組件60，加熱組件60用于使防護腔室30內的溫度大于0℃，進一步提高了所述自動化存儲裝置的可靠性。

如圖1和圖2所示，傳送機構40的末端連接有取管頭401，取管頭401能夠伸入存儲容器101通過一真空吸附系統將所述凍存管取出，其中，所述真空吸附系統的真空發生器位于防護腔室30內。取管頭401通過真空吸附系統取出所述凍存管，可靠性較高，效率也較高。另外，真空發生器位于防護腔室30內能夠對真空發生器進行保護，避免由于放置環境較低對真空發生器使用性能的影響，進一步提高了所述自動化存儲裝置的可靠性。

如圖1和圖2所示，存儲容器101上旋設有端蓋108，端蓋108的截面為圓形，端蓋108的外圓周面上設有輪齒，端蓋108的上設有開口109，開口109與取管頭401相適配，開口109的長度小于端蓋108的半徑，開口109與存儲容器101的內部相連通。另外，如圖1-3所示，所述自動化存儲裝置還包括一輔助機構60，輔助機構60具有第二驅動電機601和驅動齒輪602，第二驅動電機601連接于驅動齒輪602，且驅動齒輪602嚙合于所述輪齒。第二驅動電機601能夠通過驅動齒輪602帶動端蓋108旋轉，進而能夠較為方便地通過開口109取出存儲容器101內不同位置處的所述凍存管。

在本實施方式中，圖1和圖2中的存儲容器101為液氮罐，所述液氮罐內填充有液氮，所述液氮灌的頂部至殼體10的頂部之間的區域形成有一次低溫區、所述液氮罐的頂部以下至殼體10的底部之間除所述液氮罐內部之外的區域形成有一低溫區，所述次低溫區的溫度高于所述低溫區的溫度。另外，殼體10的右側壁設有中轉口110，中轉口110與殼體10相連通，中轉口110處樞接有艙門111，殼體10的右側壁的內壁面上與中轉口110的對應位置處連接有支撐臺112，支撐臺112上放置有中轉罐113，中轉罐113內填充有液氮。其中，液氮罐內部能夠形成深低溫區，能夠較為可靠地對所述凍存管進行存儲。另外，當對所述凍存管進行存入或取出時，傳送機構40移動至操作區102后便位于次低溫區，只是將取管頭401伸入低溫區和深低溫區，能夠較好地保護傳送機構40。中轉罐113能夠從艙門111進出，中轉罐113內填充有液氮，能夠保證所述凍存管在轉運過程中處于深低溫環境，能夠較為可靠地保護生物樣本。

在本實施方式中，圖1中的傳送機構40為一機械手。在其他實施方式中，傳送機構40也可采用其他結構，只要能夠從防護腔室30內通過導軌20滑移至操作區102，并能夠使得其上的取管頭401伸至液氮罐中即可。

如圖1和圖2所示，殼體10的頂部設有排氣口114，排氣口114與操作區102和存儲區103相連通，排氣口114的存在能夠保證所述殼體內的壓力恒定。另外，在本實施方式中，殼體10采用保溫材料制成，且所述保溫材料為xps。在其他實施方式中，xps也可以采用聚氨酯冷庫板或eps制成。

在本實施方式中，當需要從圖1中的存儲容器101內將所述凍存管取出并放入中轉罐中時，如圖5所示，自動化存儲裝置的運行方法包括以下步驟：

步驟100，啟動開門機構，打開隔離門，使得防護腔室與操作區相連通；

步驟101，啟動機械手控制系統，使得機械手從防護腔室移動至操作區；

步驟102，將機械手末端的取管頭向下移動至存儲區并通過開口伸入存儲容器內，激活真空發生器以使取管頭將凍存管取出；

步驟103，將取管頭向上移出存儲容器，通過機械手控制系統將取管頭移動至中轉罐的上方；

步驟104，將取管頭向下移動至中轉罐內釋放凍存管；

步驟105，將取管頭向上移出中轉罐，通過機械手控制系統將機械手移動至防護腔室；

步驟106，啟動開門機構，關閉隔離門。

雖然以上描述了本發明的具體實施方式，但是本領域的技術人員應當理解，這僅是舉例說明，本發明的保護范圍是由所附權利要求書限定的。本領域的技術人員在不背離本發明的原理和實質的前提下，可以對這些實施方式做出多種變更或修改，但這些變更和修改均落入本發明的保護范圍。