一种面向生物3D打印的细胞冷冻存储装置及其方法制造方法及图纸

本发明专利技术公开了一种面向生物3D打印的细胞冷冻存储装置及其方法，包括箱体、与箱体连接的箱盖和位于箱体内的存取装置；所述的存取装置包括细胞冻存大管、存储转盘、棘轮、驱动棘爪、驱动摆杆、驱动推杆、止动棘爪、固定杆、支撑结构、连杆、顶杆和扭转弹簧；本发明专利技术装置体积小、质量轻、模块化，可以安装于便携式3D打印机，改善了上述现有存储装置的笨重的缺点，改良了存取环节的安全性和便捷性，创造一个能较长时间保存细胞的低温环境，适应机动化的应用场所。

Cell freezing storage device for biological 3D printing and its method

The invention discloses a cell cryogenic storage device for bio-3D printing and a method thereof, including a box body, a box cover connected with the box body and a storage device located in the box body; the storage device comprises a cell cryogenic storage tube, a storage turntable, a ratchet, a driving pawl, a driving swing rod, a driving push rod, a stopping pawl, and a fixing device. The device is small in volume, light in weight and modular, and can be installed in portable 3D printer, which improves the cumbersome shortcomings of the existing storage device, improves the safety and convenience of the access link, and creates a cryogenic environment that can preserve cells for a long time. To adapt to motorized application sites.

【技术实现步骤摘要】
一种面向生物3D打印的细胞冷冻存储装置及其方法
本专利技术属于机械工程、生物3D打印
，具体涉及一种面向生物3D打印的便携式细胞冷冻存储装置及其方法
技术介绍
对人体受损皮肤的治疗，根据创口面积采取不同的治疗方案。若创面较小，临床上一般采用直接包扎或自体移植；若创面很大，则通常采用异体移植的方法，自身健康皮肤移植会导致重症患者的皮肤缺失，造成二次损伤；而皮肤捐赠又会引发免疫排斥反应。因此利用培养出的患者自身细胞与生物材料，打印出人工皮肤的皮肤损伤治疗方式受到广泛重视。用于生物3D打印的细胞存储现有方案一般为存储在大型的液氮罐或冰箱中，置于低温环境，能被冻存极长时间。当需要使用细胞时，再将装有细胞的冻存管捞出解冻。这种方案虽然简单，但是存在以下缺陷：存储装置过于笨重，仅适用于实验室等固定的环境，不能适应于机动、灵活的使用要求。这一缺陷掣肘了便携式3D打印机在野外急救时的使用。这种方案需要人工将细胞冻存管从液氮中捞出或浸入，在存取过程中若操作不当容易导致人身上沾上液氮，进而造成冻伤等危害。
技术实现思路
本专利技术基于细胞保存的基本原理，设计了一种面向3D打印的便携式细胞冷冻存储装置及其方法。本专利技术装置体积小、质量轻、模块化，可以安装于便携式3D打印机，改善了上述现有存储装置的笨重的缺点，改良了存取环节的安全性和便捷性，创造一个能较长时间保存细胞的低温环境，适应机动化的应用场所。本专利技术的技术方案具体如下：一种面向生物3D打印的细胞冷冻存储装置，包括箱体、与箱体连接的箱盖和位于箱体内的存取装置；所述的存取装置包括细胞冻存大管、存储转盘、棘轮、驱动棘爪、驱动摆杆、驱动推杆、止动棘爪、固定杆、支撑结构、连杆、顶杆和扭转弹簧；支撑结构底部与箱体固连，顶部与棘轮中心可旋转连接；存储转盘安装在棘轮上且两者同轴心，存储转盘上设有呈圆形均匀排布的圆孔，细胞冻存大管放置于圆孔内；驱动棘爪和止动棘爪上设有扭转弹簧使其始终与棘轮紧贴；其中驱动棘爪与驱动摆杆铰接，止动棘爪与固定杆铰接，驱动摆杆一端与支撑结构上部铰接，驱动推杆一端穿过支撑结构底部并与连杆铰接、连杆与顶杆铰接；顶杆位于存储转盘的圆孔底部，每个圆孔底部均设有贯穿棘轮的小孔，小孔可供顶杆穿过；棘轮每转过一个棘齿角度时，顶杆顶部的存储转盘也正好转动到下一圆孔；固定杆与箱体固定连接；驱动摆杆、驱动推杆的另一端均穿出箱体；箱体内设有冷却盘管，箱体上设有透气螺钉、透气管口；透气管口与冷却盘管相连，透气螺钉设置在透气管口内。优选的，所述的箱体由金属层、绝热层和可动夹层构成；金属层位于内部，绝热层位于外部，金属层和绝热层之间设有弧形空腔，可动夹层呈弧形位于弧形空腔内，可动夹层与驱动摆杆固连；金属层、绝热层上均设有供驱动摆杆摆动的横槽。可动夹层位于箱体壁的横槽处，当驱动摆杆摇动时，可动夹层跟随驱动摆杆移动，始终将横槽内外的环境隔断，减少经横槽的热量交换。优选的，所述的可动夹层为绝热材质。优选的，所述的透气螺钉和透气管口用螺纹连接，冷却盘管和箱体壁内壁焊接，透气管口穿过箱体壁和冷却管焊接。进一步的，所述的透气螺钉包括螺钉和多孔绝热材料；螺钉中心为通孔，多孔绝热材料装在通孔中，两者为过盈连接。液氮吸热温度升高的过程中会有部分转化为氮气，氮气可以通过多孔绝热材料被排出装置。优选的，所述的箱盖由包括金属层、绝热层组成；金属层在下，绝热层在上，两者用胶粘牢，箱盖上设有一箱盖口；箱盖口位于顶杆正上方，且箱盖口直径大于细胞冻存大管的直径；箱盖口上设有一螺栓。本专利技术还公开了一种所述装置的细胞冷冻存取方法，具体如下：将装有细胞的若干冻存管装入细胞冻存大管，将细胞冻存大管依此放入存储转盘的圆孔内；通过透气管口向里灌注足量液氮，用透气螺钉旋紧管口；盖上箱盖，用螺栓旋紧箱盖口，进行冷冻存储；当需要取出细胞时，打开箱盖口的螺栓；推动驱动推杆，推动驱动通过连杆带动顶杆向上运动，顶杆将细胞冻存大管顶出箱盖口，即可取走细胞冻存大管；每摇动一次驱动摆杆，存储转盘转动一个棘齿单位，使下一个存储转盘上的圆孔对准箱盖口；推动驱动推杆，可以再次将细胞冻存大管顶出箱盖口，若取细胞完毕，用螺栓旋紧箱盖口。本专利技术采用密绕的冷却管，管内灌入液氮，密绕冷却管与空气的接触面积大，吸热效率高，从而在箱体内部制造一个低温的环境。这个方案大大减少了所需液氮的量，从而减轻整体装置的重量，创造的低温环境足以使细胞存活很长时间。此外，箱体外壁的绝热层减少箱体内外部的热量交换，从而保证箱体内能较长时间处于低温环境。本专利技术利用棘轮机构的单向步进的运动特性，设计存取机构，规避了存取风险，减少热量交换，方便快捷。该存取机构有两个相互独立的主动件。下端为驱动推杆，前后推动可带动顶杆上下运动，顶杆穿过存储转盘下的小孔将细胞冻存大管顶出，箱盖上的孔与存储转盘的某一圆孔同轴心，细胞冻存大管被顶出后从箱盖孔中拿出。上端为驱动摆杆，摇动摆杆带动棘轮使存储转盘转动，换为下一个圆孔正对箱盖孔，如此可以取出下一个细胞冻存大管。此外，细胞冻存大管内可装入一组八个冻存管，故取一次就能获得更多的细胞。注：箱盖孔在不使用装置时用螺栓拧紧堵住，避免热量经该孔交换。附图说明图1为本专利技术的装置内部(去箱盖)示意图图；图2为本专利技术的装置外观示意图。图3为本专利技术的存取机构示意图。图4为本专利技术的棘轮、棘爪配合示意图。图5为本专利技术的透气螺钉示意图。图6为本专利技术的可动夹层示意图。具体实施方式下面结合实施例和附图对本专利技术做进一步的说明。如图1-4所示，本专利技术的一种面向生物3D打印的细胞冷冻存储装置，包括箱体1、与箱体1连接的箱盖12和位于箱体1内的存取装置；所述的存取装置包括细胞冻存大管5、存储转盘6、棘轮7、驱动棘爪8、驱动摆杆9、驱动推杆10、止动棘爪11、固定杆13、支撑结构14、连杆15、顶杆16和扭转弹簧21；支撑结构14底部与箱体1固连，顶部与棘轮7中心可旋转连接；存储转盘6安装在棘轮7上且两者同轴心，存储转盘6上设有呈圆形均匀排布的圆孔，细胞冻存大管5放置于圆孔内；驱动棘爪8和止动棘爪11上设有扭转弹簧21使其始终与棘轮7紧贴；其中驱动棘爪8与驱动摆杆9铰接，止动棘爪11与固定杆13铰接，驱动摆杆9一端与支撑结构14上部铰接，驱动推杆10一端穿过支撑结构14底部并与连杆15铰接、连杆15与顶杆16铰接；顶杆16位于存储转盘6的圆孔底部，每个圆孔底部均设有贯穿棘轮7的小孔，小孔可供顶杆16穿过；棘轮每转过一个棘齿角度时，顶杆16顶部的存储转盘6也正好转动到下一圆孔；固定杆13与箱体1固定连接；驱动摆杆9、驱动推杆10的另一端均穿出箱体1；箱体1内设有冷却盘管4，箱体1上设有透气螺钉2、透气管口3；透气管口3与冷却盘管4相连，透气螺钉2设置在透气管口3内。本专利技术的工作过程如下：将装有细胞的若干冻存管装入细胞冻存大管，将细胞冻存大管依此放入存储转盘的圆孔内；通过透气管口向里灌注足量液氮，用透气螺钉旋紧管口；盖上箱盖，用螺栓旋紧箱盖口，进行冷冻存储；当需要取出细胞时，打开箱盖口的螺栓；推动驱动推杆，推动驱动通过连杆带动顶杆向上运动，顶杆将细胞冻存大管顶出箱盖口，即可取走细胞冻存大管；每摇动一次驱动摆杆往后拉再往前推为一次，存储转盘转动一个棘齿单位，使下一个存储转盘上的圆孔对准箱盖口；在本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种面向生物3D打印的细胞冷冻存储装置，其特征在于包括箱体(1)、与箱体(1)连接的箱盖(12)和位于箱体(1)内的存取装置；所述的存取装置包括细胞冻存大管(5)、存储转盘(6)、棘轮(7)、驱动棘爪(8)、驱动摆杆(9)、驱动推杆(10)、止动棘爪(11)、固定杆(13)、支撑结构(14)、连杆(15)、顶杆(16)和扭转弹簧(21)；支撑结构(14)底部与箱体(1)固连，顶部与棘轮(7)中心可旋转连接；存储转盘(6)安装在棘轮(7)上且两者同轴心，存储转盘(6)上设有呈圆形均匀排布的圆孔，细胞冻存大管(5)放置于圆孔内；驱动棘爪(8)和止动棘爪(11)上设有扭转弹簧(21)使其始终与棘轮(7)紧贴；其中驱动棘爪(8)与驱动摆杆(9)铰接，止动棘爪(11)与固定杆(13)铰接，驱动摆杆(9)一端与支撑结构(14)上部铰接，驱动推杆(10)一端穿过支撑结构(14)底部并与连杆(15)铰接、连杆(15)与顶杆(16)铰接；顶杆(16)位于存储转盘(6)的圆孔底部，每个圆孔底部均设有贯穿棘轮(7)的小孔，小孔可供顶杆(16)穿过；棘轮每转过一个棘齿角度时，顶杆(16)顶部的存储转盘(6)也正好转动到下一圆孔；固定杆(13)与箱体(1)固定连接；驱动摆杆(9)、驱动推杆(10)的另一端均穿出箱体(1)；箱体(1)内设有冷却盘管(4)，箱体(1)上设有透气螺钉(2)、透气管口(3)；透气管口(3)与冷却盘管(4)相连，透气螺钉(2)设置在透气管口(3)内；箱盖(12)上设有一箱盖口；箱盖口位于顶杆(16)正上方，且箱盖口直径大于细胞冻存大管(5)的直径；箱盖口上设有一螺栓。...

【技术特征摘要】
1.一种面向生物3D打印的细胞冷冻存储装置，其特征在于包括箱体(1)、与箱体(1)连接的箱盖(12)和位于箱体(1)内的存取装置；所述的存取装置包括细胞冻存大管(5)、存储转盘(6)、棘轮(7)、驱动棘爪(8)、驱动摆杆(9)、驱动推杆(10)、止动棘爪(11)、固定杆(13)、支撑结构(14)、连杆(15)、顶杆(16)和扭转弹簧(21)；支撑结构(14)底部与箱体(1)固连，顶部与棘轮(7)中心可旋转连接；存储转盘(6)安装在棘轮(7)上且两者同轴心，存储转盘(6)上设有呈圆形均匀排布的圆孔，细胞冻存大管(5)放置于圆孔内；驱动棘爪(8)和止动棘爪(11)上设有扭转弹簧(21)使其始终与棘轮(7)紧贴；其中驱动棘爪(8)与驱动摆杆(9)铰接，止动棘爪(11)与固定杆(13)铰接，驱动摆杆(9)一端与支撑结构(14)上部铰接，驱动推杆(10)一端穿过支撑结构(14)底部并与连杆(15)铰接、连杆(15)与顶杆(16)铰接；顶杆(16)位于存储转盘(6)的圆孔底部，每个圆孔底部均设有贯穿棘轮(7)的小孔，小孔可供顶杆(16)穿过；棘轮每转过一个棘齿角度时，顶杆(16)顶部的存储转盘(6)也正好转动到下一圆孔；固定杆(13)与箱体(1)固定连接；驱动摆杆(9)、驱动推杆(10)的另一端均穿出箱体(1)；箱体(1)内设有冷却盘管(4)，箱体(1)上设有透气螺钉(2)、透气管口(3)；透气管口(3)与冷却盘管(4)相连，透气螺钉(2)设置在透气管口(3)内；箱盖(12)上设有一箱盖口；箱盖口位于顶杆(16)正上方，且箱盖口直径大于细胞冻存大管(...

【专利技术属性】
技术研发人员：张斌，李斌捷，李嘉程，陈旺，李佳雨，马梁，罗熠晨，
申请(专利权)人：浙江大学，
类型：发明
国别省市：浙江,33