(19)国家知识产权局 (12)发明 专利申请 (10)申请公布号 (43)申请公布日 (21)申请 号 202210992508.9 (22)申请日 2022.08.18 (71)申请人 上海交通大 学 地址 200240 上海市闵行区东川路80 0号 (72)发明人 黄永华　潘平安　程锦生　李铮　 (74)专利代理 机构 上海交达专利事务所 31201 专利代理师 王毓理　王锡麟 (51)Int.Cl. C12M 1/34(2006.01) C12M 1/38(2006.01) C12M 1/02(2006.01) C12M 1/00(2006.01) C12M 3/00(2006.01) A01N 1/02(2006.01) (54)发明名称 快速切换生物样品低温冷冻和激光复温的 可视化实验 装置 (57)摘要 一种快速切换生物样品低温冷冻和激光复 温的可视化实验装置， 包括： 光学平台、 二自由度 转动设置于其上的样品台、 加热机构、 冷冻机构、 传感机构和控制单元。 本发明利用低温下高热导 率的蓝宝石和传导冷却的方式避免了洁净生物 样本在冷冻过程中与液氮直接接触而受到污染， 不存在莱登弗罗斯特效应， 答复提高冷却速率， 采用的开放式蓝宝石样品台突破了传统生物样 本冻融过程中冷冻载体对液滴的体积限制(容量 ≤3μL)， 并采用转台和滑动丝杆等机械化装置 将冷冻和复温系统一体化， 无需人工的液滴转移 操作， 切换快速， 并配备显微高速相机实时地观 察和记录生物样本在冻融全 过程中的液态、 玻璃 态、 晶态转换情况。 权利要求书2页 说明书4页 附图2页 CN 115287167 A 2022.11.04 CN 115287167 A 1.一种快速切换生物样品低温冷冻和激光复温的可视化实验装置， 其特征在于， 包括： 光学平台、 二自由度转动设置于其上 的至少两个样品台、 加热机构、 冷冻机构、 传感机构和 控制单元， 其中： 样品台通过滑动丝杆和与其相连 的样品连接杆和固定夹具实现转动 或升 降二自由度， 以便从光学平台的加热工位和冷冻工位之间互相切换， 加热机构和冷冻机构 分别各自正对加热工位和冷冻工位， 两组传感机构分别采集加热工位和冷冻工位的工况并 反馈至控制单 元实现冷冻复温一体化； 所述的加热机构包括： 分别与控制单元相连的激光器主机及水冷一体化装置和光学校 准输出端； 所述的冷冻机构包括： 装有液氮的广口杜瓦和活动设置的微 量移液器。 2.根据权利要求1所述快速切换生物样品低温冷冻和激光复温的可视化实验装置， 其 特征是， 所述的活动设置， 通过竖直方向可伸缩的旋转支杆以及水平方向可伸缩的固定夹 具实现。 3.根据权利要求1所述的快速切换生物样品低温冷冻和激光复温的可视化实验装置， 其特征是， 所述的滑动丝杆通过旋转 托盘设置 于光学平台上， 从而实现转动。 4.根据权利要求1所述的快速切换生物样品低温冷冻和激光复温的可视化实验装置， 其特征是， 所述的旋转托盘的外部设有限位磁铁， 通过电机和软件控制实现样品台的冷冻 工位和加热工位状态切换， 减少玻璃化液滴与外 部换热。 5.根据权利要求1所述的快速切换生物样品低温冷冻和激光复温的可视化实验装置， 其特征是， 所述的传感机构包括： 两组高速相机及其氙灯光源、 两个热电偶、 以及数据采集 仪， 其中： 高速相机 分别采集加热工位和冷冻工位的实时图像信息并反馈至控制单元， 热电 偶采集冷冻工位的温度并通过 数据采集仪 输出数字温度信号至控制单 元。 6.一种基于权利要求1 ‑5中任一所述可视化实验装置的控制方法， 其特征在于， 包括冷 冻阶段和复温阶段； 所述的冷冻阶段具体为： 通过滑动丝杆将样品连接杆和其末端的蓝宝石玻璃样品台升 高至顶端限位处， 并将旋转托盘旋转至右侧限位磁铁处固定； 随后依此将微量移液器旋转 偏离广口杜瓦上方， 把液氮缓缓倾倒入广口杜瓦中， 并等待其液面趋于平稳； 将第一热电偶 和第二热电偶固定在蓝宝石玻璃样品台的预定位置并和数据采集仪相连， 调节滑动丝杆至 低速状态并使蓝宝石玻璃样品台逐渐下移至液氮表面附近完成预冷； 通过第二热电偶的读 数以及液氮表面的平稳情况来判断样品台是否已实现遇冷； 随后调节旋转支杆和固定夹 具， 使微量移液器处于样品台正上方； 此时打开氙灯光源和高速相 机并对准液滴落点准备 记录液滴冷冻过程； 使用微量移液器使固定体积的液滴滴落至第一热电偶的测温头处开始 玻璃化冷冻过程； 当样本液滴温度趋于稳定时， 可视为完成一 次冷冻操作； 在此过程中， 通过调节蓝宝石 玻璃样品台距离液氮表面的距离来改变其初始预冷温度以及样本液滴的降温速率， 并通过 高频数据采集仪以及冷冻过程中液滴的物理形貌来判断该次玻璃化冷冻操作是否成功； 所述的复温阶段具体为： 完成冷冻操作后， 将微量移液器从广口杜瓦上方移开， 调整氙 灯光源、 光学校准输出端和高速相 机位置并对准冷冻台左侧预设位置处； 随后将滑动丝杆 设为高速模式后快速抬升蓝宝石玻璃样品台至上限位处， 此时迅速把旋转托盘转至左侧限 位磁铁处开始激光复温过程； 打开激光器后液滴内部的激光吸收剂吸收激光能量并作为均权　利　要　求　书 1/2 页 2 CN 115287167 A 2匀的空间热源对液滴进行快速复温， 此时通过高速相机观测复温过程中液滴的物理形貌来 进一步判断该次复温是否成功， 即当液滴在整个复温过程保持清澈透明的状态， 并未出现 明显的结晶现象时可判定该次复温操作成功。权　利　要　求　书 2/2 页 3 CN 115287167 A 3