[实用新型]冷冻芯片、样品台组件、冷冻系统及样品测试系统

说明书

本公开实施例公开了一种冷冻芯片、样品台组件、冷冻系统及样品测试系统，所述冷冻芯片与低温冷源接触，用以冷冻样品，包括：依次设置的加热层和热导层；其中，所述加热层包括至少一个温控单元，设置在所述热导层上；所述温控单元产生的热量沿所述热导层的厚度方向传递至所述低温冷源。该技术能够在对样品进行原位观察与表征的过程中选择特定时间进行冷冻和解冻，通过界面热阻设计获得高于10⁵℃/s的冷冻与加热速度，保证样品不受破坏。这对于生物样品冷冻、解冻与原位显微观察等相关操作是一项重大改进，具有重大意义和广泛应用前景。

技术领域

本公开涉及生物医学技术领域，具体涉及一种冷冻芯片、样品台组件、冷冻系统及样品测试系统。

背景技术

生物样品的快速冷冻与加热技术在生物医学领域有很多重要的应用，例如细胞冷冻储存与复活，蛋白质冷冻固定表征等。

目前的生物冷冻技术，主要有插入式冷冻、喷射式冷冻以及高压冷冻。插入式冷冻(plunge freeze)是目前行业内最为常用的制样方法。插入式冷冻通常将负载生物样品的样品台(微栅)固定在样品杆前端，由机械控制将样品快速插入低温液体，例如液态乙烷，或液氮等，从而完成对生物样品的冷冻。喷射式冷冻(jetting freeze)，通常将负载生物样品的样品台通过样品杆传送至冷冻腔特定位置，然后采用高压液氮蒸汽对样品进行高速喷射，从而完成对生物样品的冷冻。高压冷冻(high pressure freeze)与插入式冷冻原理相似，采用低温液体冷冻样品，但在冷冻的同时在样品腔内施加 2000个大气压左右的高压，降低水的结冰温度，同时抑制冰结晶过程中产生的体积膨胀，从而避免冰结晶对生物样品结构的破坏，制备质量较高的冷冻生物样品。

但是，插入式冷冻存在如下缺陷：由于需要将样品整体插入低温液体，因此在冷冻过程中，无法针对样品特定区域进行选择性冷冻，在冷冻过程中也无法原位进行实时显微观察。喷射式冷冻在插入式冷冻的基础上，用液氮蒸汽代替低温液体，提高了传热效率。高压冷冻与上述两种冷冻方式的原理相似，由于高压抑制冰结晶，冷冻效果较好，样品质量较高。但喷射式冷冻和高压冷冻同样具有不能够实时显微观察和局部选区冷冻的缺陷。这些缺陷限制了人们对冷冻生物样品更进一步的深入研究。

现有技术中还提出一种快速冷冻样品的装置，该装置包括：一个样品容器以及位于容器侧面支撑该样品容器的加热支撑装置，样品容器放置在底座上，通过控制该加热支撑装置的开关，实现样品的快速冷冻。该装置由于加热支撑装置位于样品容器的侧面，冷冻样品的冷冻速度不够理想。

此外，在加热恢复冷冻生物样品方面，目前常规方法加热速度较慢，通常需要在样品中加入DMSO等辅助介质才能保证在加热过程中不破坏生物样品，这对于生物样品的活性有影响，无法表达生物样品如细胞等，在正常环境中的真实表现。

此外现有技术还提出了一种冷冻制样系统，对样品实现了可视化的快速冷冻。该系统采用冷源、隔热层、加热线圈和PDMS封闭样品腔，通过打开加热线圈维持样品室温，关闭加热线圈进行冷冻的方法，成功实现了从25℃到接近液氮温度的冷冻过程，在25℃到-21℃的温度区间内实现了最高2*10⁴℃/s的冷冻速度，之后随着温度降低，冷冻速度也逐渐降低。这一系统的核心是由3微米壁厚的PDMS密封形成的样品腔，由于腔体需要承载30微米厚度的液体层，腔体底面需要保持一定的力学性能，因此底面壁厚无法进一步降低。而PDMS的热导率仅为0.15W/Km，因此严重限制了冷冻速度的进一步提高。为了在较低的冷冻速度下保持样本在冷冻过程中结构不被破坏，这一系统在样品液体中加入了防冻液，这对生物样品的活性造成了影响。同时，这一结构也无法实现极速加热。此外，PDMS 的硬度较低，在加工和操作过程中容易产生弯曲和变形，导致液体腔与加热线圈之间无法良好贴合，也对系统的稳定性和热传导性能造成了一定的影响。

实用新型内容

为了解决相关技术中的问题，本公开实施例提供一种冷冻芯片、样品台组件、冷冻系统及样品测试系统。

第一方面，本公开实施例提供了一种冷冻芯片。