[发明专利]一种快速复温冻存生物样本的装置系统

说明书

本发明公开了一套用于快速复温冻存生物样本的仪器，包括容纳冷冻生物样本的样品容器、组合的不同电磁和光学热源、温控监控传感以及综合控制加热系统。针对不同的生物样本，通过对冻存的生物样本多方位的温度监控，设计对应的样品容器以及相应地提供不同电磁加热方式，可以极快速加热冻存生物样本且精准控制加热的速率、缩小不同部位的温度差距，从而可以提高冷冻保存的生物样本在加热后的存活率。

技术领域

本发明涉及低温保存生物材料的技术领域，特别是涉及一种组合利用不同能量源的高效加热复温方法。

背景技术

将生物材料长期保存可以将当前剩余的资源留在未来需要时提供，或者增加用于运送生物材料资源的限制时间。生物材料的长期保存方法通常需要利用低温技术手段。低温保存技术手段的优化将克服溶液损伤，冰晶形成等问题。

目前低温生物保存领域的缺乏超高速均匀加热的手段，传统的水浴加热将冻存样品放置在37℃温水中进行升温，热量从冻存样品的表面向内部传输。而水浴加热提供的能量较小只能产生较慢的升温速率，慢速加热会导致在复温过程中的重结晶（冰晶再次形成）。而边界式的传热方法会造成内外不均匀加热，导致的热应力会引发冻存样品的部分断裂，带来损伤。

随后所采用的电磁加热方式尽管相对于水浴加热有了升温速率和加热均匀性的提升，但由于电磁波在生物样品内的场强分布，同样存在一定的温差，并且缺乏对电磁场的控制，导致使用功率较高难以推广。

发明内容

为了克服低温保存领域内加热速率较慢、温度梯度大的问题，本发明提供了一种高效且均匀可控式加热冻存生物样品或者食品的复温系统。

本发明所采用的技术方案是：建立精准频率合成、添加反馈控制的组合式复温系统平台。加载频率追踪的电磁谐振加热系统迅速传输转换能量实现冻存样品的快速升温，此外加入激光对表面部分的进行组合式升温提高温度场均匀性。在应用过程中，组合复温系统采用红外和光纤、热电偶等多种手段对样品内外的整体温度进行监测，电磁谐振系统的频率始终随着温度反馈和功率反馈进行调节。所述组合式复温系统平台包括：

组合的电磁和激光能量源；用于装载冻存样品的容器及电磁共振腔体；激发腔体内电磁场的探针天线；监控容器内冻存样品的温度实时监测系统；电磁加热反馈调节控制系统。

所述电磁能量源的初始信号由频率合成器或者磁控管合成产生，并连接由功率放大器增大信号功率。

优选的，所述信号源的频率范围为100MHz~3GHz，所述功率放大器将信号功率增大到100~800W。

所述激光能量源位于电磁共振腔体外，由一个或以上的激光发射器提供激光。

优选的，每个激光发射器波长范围是808nm至1080nm，发射功率为0.5~50W，激光发射器光斑直径可调节，范围是1~20mm。

所述装载冻存样品容器的形状为中空圆柱体、长方体或者球体。容器材料可以为聚乙烯、聚丙烯等对电磁能量吸收率不高的高分子聚合物，容器材料中也可添加铁磁性、顺磁性或者超顺磁性纳米材料。

优选的，装载冻存样品容器内添加的磁性纳米材料尺寸为5~50nm。

所述电磁共振腔体材料为铜、氧化铁等金属或者金属氧化物制作而成，具有较高的品质因数（品质因数Q值1000），电磁共振腔体能吸收大部分通过探针天线传输的电磁能量并在内部激发起共振电磁场。

优选的，电磁共振腔体为单模共振电磁腔体，只有一种驻波电磁场能够在腔体内被激发。

优选的，电磁共振腔体的正上方有一个开孔，并连接一个管状的金属波导，金属波导传输电磁波频率范围由横截面尺寸决定，金属波导的横截面尺寸设计较窄，不能传输信号源频率范围的电磁波。