[發(fā)明專利]一種用于超低溫銑削和成像的液氮液位控制裝置及方法

在審

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• 申請日: 2022-06-17
• 公開（公告）號: CN115097872A
• 公開（公告）日: 2022-09-23
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 袁菁;駱清銘;田洺宇;潘慧娟;范國慶
• 申請（專利權(quán)）人: 華中科技大學(xué)蘇州腦空間信息研究院
• 主分類號: G05D9/12
• 分類號: G05D9/12
• 代理公司: 杭州宇信聯(lián)合知識產(chǎn)權(quán)代理有限公司 33401
• 代理人: 王健

本發(fā)明涉及一種用于超低溫銑削和成像的液氮液位控制裝置及方法，包括位置固定的銑削模塊和成像模塊、液氮儲罐、緩沖罐和樣本槽，緩沖罐連通有出液管和抽液管，分別用于向樣本槽內(nèi)加注液氮和抽吸液氮，樣本槽為移動設(shè)置，銑削模塊上固定有溫度傳感器，抽液管位于緩沖罐外的一端為抽液端，抽液端的高度可調(diào)且低于溫度傳感器的高度。該裝置通過固定的溫度傳感器來判斷加注液氮時的液位是否達到銑削模塊處，來滿足在銑削時樣本表面低于液氮液位的需求。在抽吸液氮時，可直接利用抽液端的高度來控制抽吸液氮時的液氮液面，不僅僅可用于提高液氮使用率，還滿足了成像時液氮的液面要低于樣本表面的需求。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于生物醫(yī)學(xué)技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種用于超低溫銑削和成像的液氮液位控制裝置及方法。

背景技術(shù)

在常壓下，液氮的溫度為-196℃，屬于制冷劑，由于其溫度低，穩(wěn)定性強，無毒無污染等特點被廣泛應(yīng)用于工業(yè)、醫(yī)療、生物等諸多領(lǐng)域，例如：迅速冷凍食品，儲存和冷凍生物組織，醫(yī)學(xué)實驗切除病態(tài)組織及冷凍治療等等。

在研究超低溫銑削不同參數(shù)對加工材料表面質(zhì)量的影響時，常用的實驗方法有將用液氮預(yù)冷過的或?qū)崟r浸泡在液氮中的加工工件裝夾在定制的容器型夾具上進行銑削，并通過銑削處的溫度傳感器對銑削環(huán)境進行在線檢測和調(diào)節(jié)，進行實時補液的判斷，其中實時補充液氮的方式為手動傾倒，不能有效自動化；或是在銑削時采用液氮內(nèi)冷刀具結(jié)合外冷噴嘴維持低溫環(huán)境，并使用溫度傳感器測量銑削處的低溫，銑削完成后卸下工件，放置于顯微鏡或電鏡下成像，觀察表面紋路，其中維持低溫的方法為利用液氮管路局部噴射低溫流體，并且管路難以避免路徑長、漏熱大，以及管道出液壓力大、流速不可控以及出現(xiàn)噴濺的問題。

而在生物醫(yī)學(xué)領(lǐng)域中，對組織塊的超低溫銑削和成像要求與對普通機械材料的要求不同，尤其是在對組織塊進行逐層切片顯微成像時，為避免銑削熱影響樣本表面質(zhì)量，在銑削狀態(tài)下需使組織塊浸沒在液氮下，深低溫成像中，成像用的物鏡一般使用的是長工作距離的空氣鏡以避免低溫對物鏡的損壞，故成像時需使液氮的液面低于組織塊樣本面，同時，為避免銑削的碎屑沉到樣本表面或空氣的水蒸氣在樣本表面迅速降溫形成的冰晶影響成像，在成像前還需進行沖洗；而每一層的樣本厚度通常為微米級別，成像時液面過低會導(dǎo)致成像的樣本面溫度過高，影響樣本內(nèi)的熒光強度，從而導(dǎo)致成像時熒光強度較弱，影響成像結(jié)果。因此，為了完成逐層切片成像，液氮的液面需反復(fù)地高精度控制在高于樣本面以及低于樣本面，而目前超低溫銑削下對液氮補充的控制方案均無法滿足組織塊進行逐層切片熒光成像的場景需求。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明要解決的技術(shù)問題是：提供一種用于超低溫銑削和成像的液氮液位控制裝置及方法，可實現(xiàn)緩沖罐體補液、樣本槽補液控制液位以及液氮回收，提高超低溫銑削成像效率以及液氮出液穩(wěn)定性，解決了生物醫(yī)學(xué)領(lǐng)域中超低溫銑削成像時液氮液位的精準(zhǔn)控制問題。

本發(fā)明提供的具體解決方案如下：

本發(fā)明提供了一種用于超低溫銑削和成像的液氮液位控制裝置，包括位置固定的銑削模塊和成像模塊，還包括：液氮儲罐、緩沖罐和樣本槽，所述液氮儲罐與所述緩沖罐連通，用于向所述緩沖罐提供液氮，所述緩沖罐連通有出液管和抽液管，分別用于向所述樣本槽內(nèi)加注液氮和抽吸液氮，所述樣本槽為移動設(shè)置，所述銑削模塊上固定有溫度傳感器，所述抽液管位于所述緩沖罐外的一端為抽液端，所述抽液端的高度可調(diào)且低于所述溫度傳感器的高度。

該裝置通過固定在銑削模塊處的溫度傳感器來判斷加注液氮時的液位是否達到銑削模塊處，從而可以滿足在銑削過程中樣本表面低于液氮液位的需求，提高了超低溫銑削成像效率，解決了手動傾倒效率低的技術(shù)問題。而在抽吸液氮時，設(shè)置了高度可調(diào)節(jié)的抽液端，再結(jié)合樣本槽的高度，可直接利用抽液端的高度來控制抽吸液氮時的液氮液面，當(dāng)液氮液面低于抽液端高度時，即停止。本發(fā)明的抽液管不僅僅可用于回收液氮，提高液氮使用率，還滿足了成像時液氮的液面要低于樣本表面的需求。