[发明专利]在超低温度下储存生物或化学样品的自动储存和取回系统

说明书

技术领域

本发明涉及主要用于储存生物或者化学样品的超低温冷冻箱的自动化的储存和取回系统。

背景技术

在生物技术和医药工业中生物和化学样品的储存变得普及了。为了保藏许多所述样品，必须在等于或低于冷冻温度下储存样品。一般而言，普通的冷冻箱在-5℃到-20℃内运行，并且超低温冷冻箱在大约-50℃到大约-90℃(优选在或大约-80℃)内运行，并且深冷冷冻箱在-140℃到-196℃(液氮的沸点)内运行。本发明是指在-50℃到大约-90℃范围内(优选-80℃)工作的超低温冷冻箱。

授予Felder等的美国专利号6,941,762以及同样由Felder等拥有的美国专利号6,688,123；6,581,395和6,467,287描述了一种自动超低温储存和取回系统的不同实施例。特别是，所述专利描述了一种在正常工作状态下具有维持在-50℃到-90℃(优选大约-80℃)的超低温度下的冷冻箱隔室的系统。存放架安装在隔热的超低温冷冻箱隔室的内部。存放架可以或者安装在固定位置中或者安装到旋转转盘上。在超低温储存隔室中设置一机械手以将样品储存容器放置在存放架上并且从存放架上取回储存容器。样品储存容器一般是与SBS脚印相配的，并且采取微孔板、管材存放架、储层的形式或者其他SBS形式的容器。机械手也与存取模块通讯以便将样品储存容器导入到系统中，并且从系统中取出容器以供使用。Felder等的专利描述了使用一种气候控制室，该气候控制室使用干燥气体的吹扫来减少存取模块中的潮气。一般将驱动电动机设置在冷冻箱隔室外面，不仅因为电动机很难在超低温下运行，而且减少了在超低温储存隔室内部的发热量。

所述超低温储存和取回系统具有几百个或更多的样品储存容器(例如，微孔板或管子存放架)的容量。虽然存在多种能够将储存隔室冷却到例如-80℃的超低温的冷冻系统的制造商，但是利用一些冷冻系统的冷却过程不是特别有效率的。通常，需要花大约24小时来将冷冻箱隔室冷却到-80℃以为装入生物制品或者化学样品做准备。

已经发现，储存在超低温系统中的许多生物样品经常容纳在例如按48或者96个管子的排列保持在管子储存容器中的密封的塑料试验管中。有时，将二维条型码粘附到管子底部，能够通过储存容器的底部来读取所述二维条型码。在其它情况中，将一维条形码设置在管子的侧壁上。在两种情况中，条型码都有利于将数据输入到控制系统中，所述控制系统记住每种生物样品的位置。样品储存容器本身一般也具有条型码。

在所述超低温储存和取回系统中，希望减少超低温冷冻箱隔室内部积聚的霜。过多的霜可能促使系统并且机械手和取回机构的其他部件发生故障。因此，必须在相当规则的基础上给系统除霜。然而，除霜过程通常是耗时的。一般地，必须将所有样品储存容器传输到单独的超低温冷冻箱隔室中，并且然后当给系统除霜和再冷却之后，重新一个接一个地导入到管座上。除霜过程不但相当耗时，而且其还可能导致系统部件(例如，机械手的轴承或者其他部件)过早地磨损。本发明的一个目的是在正常运行期间减少允许进入超低温冷冻箱隔室中的湿气的量，以便减少现在一般所需除霜的次数。

虽然当导入或取回样品储存容器时允许当前系统中显著量的湿气通过存取模块进入到超低温冷冻箱隔室中，但是湿气和热量还可以在冷冻箱器壁缺口的任何位置处渗入到隔热的超低温冷冻箱隔室中。例如，使机械驱动轴穿过冷冻箱器壁的开口(即使开口被密封了)可能为渗漏提供机会，尤其在密封件磨损之后。

为了大批地制造出Felder等公开的系统，按用户需要设计的冷冻箱本体被用来容纳存放架与储存转盘和机械手与其驱动机构，以及容纳存取模块和驱动电动机。例如转盘和导轨以及机械手的支架的某些部件被直接安装在冷冻箱隔室的内壁上。在安装期间这可能导致变形问题，因为材料由于超低温而收缩。应当注意到，必须精确地(特别是，就旋转精度而言)放置伸出臂或者交换机构，否则系统可能发生故障并且可能引起样品的损失。因此，技术人员在系统设定期间花相当多的时间和努力来解决热变形问题不是罕见的。