[發明專利]一種低溫顯微鏡冷源系統

無效

• 申請號: 200910047849.3
• 申請日: 2009-03-20
• 公開（公告）號: CN101546035A
• 公開（公告）日: 2009-09-30
• 發明（設計）人: 陳兒同;左志強;王艷;葉萍;張華;徐彬凱;徐文強;楊曉昀;韓寶三
• 申請（專利權）人: 上海理工大學
• 主分類號: G02B21/28
• 分類號: G02B21/28;G02B21/00;G05D23/22;G05D23/01
• 代理公司: 上海東創專利代理事務所
• 代理人: 寧芝華

技術領域

本發明涉及一種低溫顯微鏡冷源系統，屬于低溫生物醫學技術領域。

背景技術

低溫顯微鏡可以控制生物體的溫度在一定的范圍內任意的變化，直接觀察和攝錄生物體在冷凍、復溫過程中的形態變化，以及溶液相變的仔細過程，再結合圖像處理技術，可以對冷凍和復溫過程進行定性和定量的研究，這對于確定最佳的降溫、復溫程序以及生物體在冷凍、復溫過程中的損傷機理等有很大的幫助，因而它被看作是低溫生物學最重要、最基本的設備之一。

低溫顯微鏡是由光學顯微鏡、冷熱源系統、低溫樣品臺、攝像和錄像系統、溫度的測量與采集系統、溫度控制系統組成，低溫顯微鏡的控制過程基本為：液氮或者經過液氮的低溫氮氣作為冷源，加壓進入載物臺，來冷卻生物樣品。在溫度控制方面，有兩種方式：一種是電加熱平衡多余的冷量或者熱氣作為熱源平衡掉多余的冷量，兩種加熱方式都須由PID(比例積分微分)調節器控制，從載物臺出來的氮氣用作顯微鏡的氮氣幕，這樣可以防止結露，便于觀察。

現有的低溫顯微鏡冷源系統存在以下不足：1：以液氮作為冷源，存在一定的安全隱患，提高了使用成本。液氮的溫度為-196℃，在使用上要注意很多問題，如：在使用過程中實用者應防止被液氮凍傷、儲存液氮的罐子不能封閉，液氮罐要固定好，防止震動和倒翻。2：在溫度調節方面，精確控溫的方式有兩種，一種采用在石英表面鍍膜的電加熱平衡方式，平衡掉多余的冷量，這種方式存在鍍膜易脫落的問題。另外一種方式是通過電磁閥調節熱氣量的多少，平衡掉多余的冷量，此方法能夠克服第一種方式的缺點，但是電磁閥的頻繁動作影響其壽命。

發明內容

為克服現有的低溫顯微鏡以液氮作為冷源所存在的安全隱患和使用的不方便，以及在溫度調節方面存在的鍍膜易脫落、電磁閥壽命短的弊端，本發明設計了一種低溫顯微鏡冷源系統。本發明不僅結構簡單、安全可靠，而且系統安全穩定、溫度控制精確、氮氣消耗量低。

一種低溫顯微鏡冷源系統，包括：氦氣瓶、銅管、穩壓減壓閥、高效換熱器、高效回熱器、第二節流閥、調溫室、低溫載物臺、倒置式低溫顯微鏡、半導體制冷片、第二電磁閥、電加熱器、PID調節器以及微型熱電偶；使用高壓氮氣制冷劑取代液氮作為冷源；其制冷方式是先采用半導體制冷片預冷氮氣，然后再對氮氣進行節流的方式；溫度調節采用PID控制電加熱平衡多余冷量的方式，讓氮氣先在調溫室調節至所需溫度，然后再進入載物臺；其特征在于：氮氣瓶經銅管依次與穩壓減壓閥、高效換熱器、高效回熱器、第二節流閥、調溫室、低溫載物臺串聯連接，倒置式低溫顯微鏡位于低溫載物臺的下方；所述的高效換熱器上并聯連接一半導體制冷片，在第二節流閥上并聯連接第二電磁閥；調溫室內連電加熱器外接PID調節器；低溫載物臺內設置微型熱電偶監測生物樣品的溫度。

所述的高效回熱器設置為兩個管道，其中一個管道氣體進口端經銅管依次與第一電磁閥、第一節流閥串聯連接，管路末端與高效回熱器的第二個管道氣體進口端連接；第一電磁閥、第一節流閥、與第二電磁閥的組合結構是為需要極快降溫或極慢降溫的特殊生物樣品而設計，當要求快速降溫時，第一電磁閥、第一節流閥打開，第二電磁閥關閉，當需要慢速降溫時，第二電磁閥打開，第一電磁閥、第一節流閥關閉。

所述的低溫載物臺設計為真空絕熱，以減小系統的熱負荷，同時也可以防止載物臺上觀察窗的玻璃結露，保證實驗順利進行。

穩壓減壓閥的出口壓力要保證在7Mp，以保證系統的冷量和溫度要求，當系統的壓力過低的時候，系統會自動提示試驗者。

本發明半導體制冷片為兩級半導體制冷片，冷熱端最大溫差可以達到68℃。

高效回熱器的結構為套管式回熱器，內管為進氣，外管與內管之間為回氣，此回熱器不僅效率高，而其節約空間。

本發明的有益效果是：

1.本發明使用高壓氮氣制冷劑取代液氮作為冷源，其制冷方式是先采用半導體制冷片預冷氮氣，然后再對氮氣進行節流的方式，此方式避免使用液氮，結構簡單、安全。

2.溫度調節采用PID調節器控制電加熱平衡多余冷量的方式，讓氮氣先在調溫室調節至所需溫度，然后再進入載物臺。此溫度控制方式可以克服鍍膜易脫落、電磁閥壽命短的弊端。

3.本發明低溫顯微鏡冷源系統還具有系統穩定性高、溫度控制精確、氮氣消耗量低等優點。

附圖說明

圖1為低溫顯微鏡冷源系統結構示意圖。