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本文详细阐述了深低温自动化生物样本存储系统的常见故障类型，并系统地提出了相应的解决策略。针对硬件故障，如制冷系统失效、机械运动故障等；针对软件故障，如控制系统异常、数据传输中断等；以及针对环境因素导致的故障，如温湿度异常等。针对这些常见故障，文章将提出切实可行的解决措施，包括定期的硬件维护和检测、软件的更新和优化、环境的监控等。此外，本文还讨论了预防管理措施，以提高深低温自动化生物样本存储系统的运行稳定性。
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在生命科学与生物医药研究快速发展的今天，生物样本作为探索生命奥秘、推进医疗创新的基石，其保藏[1]质量与安全性成为了不容忽视的关键环节。深低温自动化生物样本存储系统，凭借其高效、精准、长期保藏生物样本的能力[2]，已成为现代生物样本库不可或缺的核心设施。然而，随着存储样本量的激增和存储时间的延长，如何确保这一复杂系统的持续稳定运行，以及生物样本的安全无损，成为了亟待解决的重要课题。
该系统能够为生物样本提供稳定的低温环境，有效抑制样本中的生化反应，减缓细胞代谢，最大程度地保持样本的原始特性和活性。
传统的手动存储方式相比，深低温自动化存储系统能通过全程冷链控制，在样本存取过程中，能够最大限度地减少这种温度波动，保护样本免受温度变化带来的损害，不同环境温度条件下的升温速率如表1所示。
表1 不同环境温度条件下升温速率
该系统能够减少人工操作带来的误差和安全隐患，实现样本的自动化存取、信息化识别、自动记录和监控，大大提高存储效率，同时提高了样本管理的透明度和可追溯性。
系统支持多级权限设置，确保只有获得授权的人员才能访问和操作样本，同时会记录下被授权人员的所有操作，有效防止样本的丢失、泄露或被盗，并在需要时提供追溯文件，深低温自动化生物样本存储系统以及生物样本库信息化系统分别如图1和图2所示。
图2 生物样本库信息化系统
温度异常是深低温自动化生物样本存储系统常见的故障之一。导致温度不稳定的原因主要包括制冷系统异常和保温层损坏。制冷系统异常方面，如液氮蒸发器故障、电磁阀开关异常、液氮泄漏等，都可能使制冷效率降低，难以维持稳定的低温环境。保温层损坏方面，例如罐体的真空度失效，则会导致外界热量渗入，扰乱系统内部的温度平衡。此外，温度传感器故障也可能导致温度监测不准确，进而影响系统的温度调节。
样本存取故障常表现为机械臂故障和传递通道不畅。机械臂故障可能源于其关节磨损、驱动电动机故障或控制系统指令错误，致使无法准确抓取或放置样本。传递通道不畅多因通道进出门开关异常或者外部杂质进入通道，阻碍了样本的正常传递。
液氮供应故障对存储系统影响较大，液氮补给不及时，生物样本存储系统无法维持低温环境，生物样本安全性面临巨大挑战。液氮罐故障可能是由于电磁阀故障、密封件老化导致液氮输送量不足或停止，管道泄漏导致液氮无法输送到指定区域，影响存储系统温度。此外，液氮补给罐或液氮塔的不稳定也可能使系统无法及时得到充足的液氮补充。
控制系统故障主要由软件和硬件异常引起。软件方面，程序漏洞或版本不兼容可能导致控制指令出错，影响系统的正常运行。硬件方面，硬件老化如电路板老化、元器件性能衰退等，会使控制信号传输异常，导致系统控制失效。
为解决温度异常，企业应建立定期检查制冷系统的制度。每次检查需仔细查看液氮蒸发器是否有污垢堆积影响液氮气化，低温电磁阀工作是否正常、有无异常噪声，液氮供应系统的压力和存量是否正常。若发现问题，应及时进行清理、维修或补充液氮。对于保温层，定期检查其完整性，一旦发现有损坏，应立即进行修复或更换。此外，还需确保温度传感器的准确性，定期校准或更换故障的传感器，以保障温度监测的准确性，从而维持系统内稳定的低温环境。
对于机械臂，应制定周期性的维护和校准计划。检查关节的润滑情况，及时添加或更换润滑剂，确保其活动顺畅。同时，检测驱动电动机的性能，如发现异常应及时维修或更换。校准机械臂的动作精度，使其能够准确抓取和放置样本。对于传递通道，通道开关需定期进行清理，避免可能出现的开关卡顿和外部杂质进入等情况，保障传递通道的畅通无阻。
当液氮罐或液氮管路出现故障时，应迅速安排专业人员进行维修。检查罐体的密封情况，及时更换磨损严重的部件，如密封件等，以确保液氮的正常输送。对于管道泄漏问题，要利用专业的检测设备迅速定位泄漏点，然后进行修复。在日常运行中，也要加强对管道的定期检查，预防泄漏情况的发生。
针对软件异常，应及时更新控制系统的软件，修复已知的程序漏洞，对于版本不兼容的问题，要及时升级到兼容且稳定的版本。对于硬件老化问题，定期检查电路板和元器件的性能，发现老化或性能衰退的组件，及时进行更换，以保证控制系统稳定可靠，使系统能够正常运行。
为确保深低温自动化生物样本存储系统的稳定运行，周期性的设备维护计划和检测流程至关重要。首先，应根据设备的使用频率、运行状况和厂家建议，确定维护和检测的周期。例如，对于关键部件如制冷系统机械运动系统和液氮供应系统，可每季度进行一次全面检查和维护。
操作人员的技能水平和规范[5]操作意识直接影响着深低温自动化生物样本存储系统的运行效果和样本的安全。因此，需要定期开展有针对性的培训。
存储环境的优化对于保证深低温自动化生物样本存储系统的正常运行和样本质量具有重要意义。要确保存储环境符合标准[6]要求，首先应严格控制温度和湿度。温度应稳定在设定的低温范围内，湿度应保持在适宜的水平，避免过高或过低对样本和设备造成损害。
表3 公用工程标准
为保障系统正常稳定的运行，可靠的预警系统是必不可少的，远程预警系统如图3所示。设备在未出现异常时，定期提示进行维护保养，设备在出现异常时，第一时间通知到相关人员，便于第一时间响应和处理，避免造成更大的损失。
深低温自动化生物样本存储系统常见的故障[4]包括温度异常、样本存取故障、液氮供应故障、控制系统故障。针对温度异常，需定期检查制冷系统、保温层和温度传感器；对于样本存取故障，要对机械臂进行周期性维护校准，传递通道开关确认；液氮供应故障则要及时维修液氮供应系统，检测并修复管道泄漏；控制系统故障需更新软件、升级版本、更换老化硬件。
展望未来，深低温自动化生物样本存储系统正迈向智能化与可靠性的新纪元。通过引入更先进的传感器和监测技术，实现对样本状态和设备运行的实时、精准监控，有效预见并预防潜在故障，确保样本安全无虞。在节能和环保方面，不断优化系统设计，力求降低能耗，最大限度地减轻对环境的负担。同时，随着材料科学的发展，采用更高性能的保温和制冷系统，进一步提高系统的稳定性和可靠性，将能效提升至全新高度。此外，存储系统将更加注重用户体验，界面友好、操作便捷且高度人性化，以适应日益多样化的样本存储需求。
撰稿人 | 胡杰杰、杨少磊
责任编辑 | 邵丽竹
审核人 | 何发
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