[发明专利]一种基于多层相变材料的无主动冷却低温储运装置

说明书

本发明公开了一种基于多层相变材料的无主动冷却低温储运装置，属于生物材料低温保存领域。本装置包括多层交替设置的相变材料层和绝热层，待保存的生物材料设置于最内层的相变材料层中心，紧邻生物材料的相变材料层的相变温区等于或低于目标保存温度，沿着由里向外的方向，各相变材料层的相变温区依次递增或相等。本发明可适应不同生物材料所需的储运温度和有效保存时间要求，在相同的空间条件下可实现更长的有效保存时间，并且针对液氮温区的低温储运，可用相对少的液氮量实现更长的有效保存时间。

技术领域

本发明属于生物材料低温保存领域，具体为一种基于多层相变材料的无主动冷却低温储运装置。

背景技术

在室温下，离体细胞、组织以及器官等生物材料无法长期存活而保持其生理特性不变。生物体内的新陈代谢均服从于阿伦尼乌斯(Arrhenius)关系式：k＝Aexp(-E/RT)，其中，k为生化反应速率，A为Arrhenius因子，E为活化能，R为气体常数，T为热力学温度。由此可以看出，低温能够抑制生物体的生化活动。鉴于此，低温保存常用于医学、制药、食品、农业等领域。目前常用于生物材料保存的温区主要有4℃，-20℃，-80℃和液氮温度。生物材料低温保存后，常常涉及相应温区的储运问题，比如：活体组织检查需要从患者体内切取、钳取或穿刺等方式取出病变组织，进行病理学检查，通常活体组织离开人体后不能现场进行活体组织病理学检查，需要低温保存后通过储运装置运送到可进行活组织检查检测的机构。

目前，低温储运装置可按有无主动冷却设备分为两种类型，有主动冷却式低温储运装置存在体积大、重量重的问题；而无主动冷却式低温储运装置结构紧凑，但仍面临有效保存时间(即温度保持在目标温度的时间)短的问题。

Van Der Leij和Vanapalli(T.Van Der Leij and S.Vanapalli,2015.Amultilayer cold specimen transport container without active cooling.EuropeanPatent,EP2444769A1.)比较了传统单蓄热层结构和多蓄热层结构的无主动冷却式低温储运装置，发现相比相同质量和体积的传统单蓄热层结构，蓄热层和绝热层相间隔的多层结构的有效保存时间更长。该多层结构利用了绝热层的导热系数比蓄热层小的特性，有效减少了外界环境的漏热。Van Der Leij和Vanapalli设计的多蓄热层结构采用了同种相变材料(Phase Change Material, PCM)，主要针对保存温度在-80℃以上的应用。对于所需保存温度更低的应用，多采用液氮作为蓄热材料，为防止液氮在运输过程中溢出，目前多采用在腔体内填充多孔材料的方法，利用多孔材料对液氮的吸附、吸收和毛细作用实现对液氮束缚，以防止其溢出的发生(P.L.MullensandG.Emmel,2000.Shipping container forstoring materials at cryogenic temperatures.United States Patent,US6119465A)。即使如此，液氮气化产生气体的问题仍无法避免，这限制了该类型低温储运装置在某些场合的使用量，比如在空运中，液氮被明确列为危险品，须尽可能减少使用量。

发明内容

本发明的目的是为了克服已有技术的不足之处，提供一种基于多层相变材料的无主动冷却低温储运装置。可根据目标温度要求，选择不同温区的相变材料组合，对于液氮温区的目标温度，本发明相比传统的设计，可使用更少的液氮量实现满足要求的有效保存时间。

为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

本发明提出的一种基于多层相变材料的无主动冷却低温储运装置，其特征在于，包括多层交替设置的相变材料层和绝热层，待保存的生物材料设置于最内层的相变材料层中心，紧邻生物材料的相变材料层的相变温区等于或低于目标保存温度，沿着由里向外的方向，各相变材料层的相变温区依次递增或相等。

进一步地，所述相变材料层采用的相变材料包括：液氮、干冰、共晶盐、酒精、石蜡，以及多组分有机和无机相变材料。