基於凸輪驅動的生物樣本冷凍研磨裝置的製作方法
2023-05-18 21:48:11 1
專利名稱：基於凸輪驅動的生物樣本冷凍研磨裝置的製作方法
技術領域：
本實用新型涉及生物樣本處理技術領域，尤其涉及一種基於凸輪驅動的生物樣本冷凍研磨裝置。
背景技術：
在生物化學研究及臨床應用領域，將特定的生物組分從生物樣本中分離提取出來，是應用普遍的常規技術之一，也是後續研究與實驗的基礎。大多數的提取操作，如離心、 過濾、層析、電泳等都需要在液態環境下進行，為加快處理速度，所涉及的物質要求呈液態、 氣態或粉末態。而常用的生物樣本，如生物組織、植物組織等的初始狀態一般均為塊狀結構。因此，對生物樣本的研磨粉碎便成為必不可少的第一步操作。與其他塊狀結構相比，生物樣本具有以下特點①體積小，特別是從人體上採集的組織樣本，因此要求研磨操作具有高回收率；②大多數生物樣本水分含量高，脆性差，常溫下不易粉碎。同時，對生物樣本的研磨操作一般在生化實驗室中進行，所用裝置體積不易過大。目前，國內大多數實驗室在進行生物樣本研磨時，均採用人工研缽研磨的方法，即將生物樣本放置在研缽內，倒入液氮冷凍，而後手工用缽杵進行研磨。且缺點是所得到的粉末顆粒大小不均勻，效率低，且操作具有一定危險性，液氮使用不慎會對操作人員造成傷害。通過對已有專利的調研發現類似的裝置主要包括兩類。一類不具備樣本冷凍功能，因此只能用於研磨常溫下脆性較大的乾燥樣本或無機樣本。例如，專利「解毒燒傷膏中藥材超微粉碎裝置」(CN020092007559)提出了一種利用球磨法進行研磨，並利用篩網進行過濾，以減小所得粉末平均顆粒大小的裝置；專利「生物組織超微粉碎機」(CN 95241945) 提出了一種利用旋轉組合刀具進行生物組織研磨的裝置。另一類雖然具備樣本冷凍功能， 但裝置體積較大，例如，專利「深冷振動超微粉碎機」(CN022^1%)提到了一種一種基于振動磨的超微粉碎裝置，該裝置具有液氮製冷裝置，可實現對通常方法難以粉碎的如富含油類、糖類和韌性類的中藥材以及動植物鮮活體等的粉碎。但此類裝置一般一次同時處理大量樣本，對於微量樣本的回收率無法保證，不適應生化試驗室中對生物樣本進行研磨操作的使用要求。隨著生物化學研究和臨床應用向精細化、自動化方向的發展，使用專用裝置和儀器來代替現有手工操作，得到微米級大小，且顆粒大小均勻的高質量生物樣本粉末，並實現高回收率，以成為生物組分分離提取後續操作的迫切要求。
發明內容本實用新型的目的是提供一種基於凸輪驅動的生物樣本冷凍研磨裝置，該裝置結構緊湊，體積小巧，可廣泛應用於各類生物樣本的冷凍研磨操作。為實現上述目的，本實用新型採用如下技術方案。[0009]該裝置的結構包括凸輪推桿與圓柱凸輪通過滑道滾動接觸，低溫模塊位於圓柱凸輪的上方；操作瓶固定在凸輪推桿上，並在操作瓶內放置研磨撞子；操作瓶的往復運動區域位於低溫模塊上的與其位置相對應的中空套筒內。凸輪推桿在圓柱凸輪的驅動下，上下往復運動；操作瓶內的生物樣本在研磨撞子以及自身之間的頻繁撞擊下被研磨成粉末； 低溫模塊使部分常溫下不易粉碎的生物材料由於低溫脆化，易於完成研磨粉碎。所述低溫模塊由低溫層和熱絕緣層構成；所述熱絕緣層包裹低溫層，防止低溫模塊表面因冷凝產生水珠。所述低溫模塊採用液氮致冷實現低溫，採用真空隔絕實現熱絕緣。所述圓柱凸輪採用環形封閉式滑槽結構，即利用凸輪自身結構使凸輪推桿在整個運動過程中始終與凸輪保持接觸。所述圓柱凸輪是軸對稱結構，即凸輪推桿在0 180°範圍內的運動規律與180 360°範圍內的運動規律完全相同。所述凸輪推桿用於固定操作瓶的部分與低溫模塊上中空套筒內表面接觸，以便於熱量的傳遞。所述操作瓶內部空腔兩端面彼此不平行，使研磨撞子的運動軌跡儘可能不規律。所述中空套筒在低溫模塊內沿圓周方向均勻分布。本實用新型的有益效果為本裝置可以對生物樣本完成低溫條件下的研磨操作，結構緊湊，運動部件少，操作方便，提高了工作效率，可廣泛應用於從動物、植物和微生物等生物樣本中提取核酸、蛋白質等特定生物組分的自動化操作，克服了現有技術的不足。
圖1為依照本實用新型一種實施方式的基於凸輪驅動的生物樣本冷凍研磨裝置結構示意圖。圖2(a)和圖2(b)分別為凸輪推桿與操作瓶的結構及安裝示意圖。圖3為低溫模塊的結構示意圖。圖中標號1-低溫模塊；2-凸輪推桿；3-圓柱凸輪；4-緊固壓圈；5-操作瓶蓋；6_操作瓶； 7-研磨撞子；8-滾輪；9-密封殼；10-液氮導管；11-中空套筒；12-推桿導向塊；13-液氮層；14-液氮套筒；15-真空層。
具體實施方式
本實用新型提供了一種基於凸輪驅動的生物樣本冷凍研磨裝置，
以下結合附圖和實施例對本實用新型做進一步說明。如圖1、2、3所示，依照本實用新型一種實施方式的基於凸輪驅動的生物樣本冷凍研磨裝置，包括低溫模塊1、圓柱凸輪3、凸輪推桿2、可固定在凸輪推桿2上的操作瓶6、以及盛放在操作瓶6中的研磨撞子7。圓柱凸輪3側面加工有凹槽，凸輪推桿2末端滾輪8插入凹槽。當凸輪旋轉時，可驅動推桿上下運動。圓柱凸輪3及其上凹槽均為軸對稱結構，即凸輪推桿2在0 180°範圍內的運動規律與180 360°範圍內的運動規律完全相同。操作瓶6與操作瓶蓋5通過螺紋連接，其內部空腔可以裝入一定數量的生物樣本， 並同時裝有一個或數個研磨撞子7。操作瓶6可由緊固壓圈4固定在凸輪推桿2頂部，並隨
其一起運動。低溫模塊1與圓柱凸輪3軸線重合，其上繞軸線均勻排布4個中空套筒11，中空套筒11外安裝液氮套筒14，兩者之間空腔構成液氮層13 ；液氮套筒14與密封殼9之間空腔構成真空層15。液氮導管10穿過真空層15，與液氮層13連通。固定套筒底部安裝有推桿導向塊12，以防止凸輪推桿2在上下運動時發生自身轉動。凸輪推桿2頂部用於固定操作瓶6的部分與低溫模塊1上中空套筒11內表面接觸。當使用該裝置進行生物樣本冷凍研磨操作時，首先，將一定量的生物樣本裝入操作瓶6，同時放入一個或數個研磨撞子7，旋緊操作瓶蓋5。將操作瓶6放入凸輪推桿2頂部，並用緊固壓圈4固定，使其與凸輪推桿2固結為一體。將低溫模塊1中真空層15內的空氣抽出，形成真空環境。利用液氮泵等類似儀器通過液氮導管10，使液氮層13內全部或部分充滿液氮。通過熱傳遞，在操作瓶6內形成低溫環境。真空層15的存在可避免低溫模塊1表面因冷凝而附著水。圓柱凸輪3快速旋轉，驅動凸輪推桿2上下往復運動。操作瓶6中的研磨撞子7 在慣性力的作用下，頻繁撞擊生物樣品。已粉碎的生物樣品也在慣性力的作用下，彼此之間頻繁撞擊。圓柱凸輪3旋轉一定時間後，生物樣本被研磨成粉末狀。將操作瓶6從凸輪推桿2上取下，打開操作瓶蓋5，回收生物樣本粉末。以上實施方式僅用於說明本實用新型，而並非對本實用新型的限制，有關技術領域的普通技術人員，在不脫離本實用新型的精神和範圍的情況下，還可以做出各種變化和變型，因此所有等同的技術方案也屬於本實用新型的範疇，本實用新型的專利保護範圍應由權利要求限定。
權利要求1.一種基於凸輪驅動的生物樣本冷凍研磨裝置，其特徵在於，凸輪推桿( 與圓柱凸輪⑶通過滑道滾動接觸，低溫模塊⑴位於圓柱凸輪⑶的上方；操作瓶(6)固定在凸輪推桿⑵上，並在操作瓶(6)內放置研磨撞子(7)；操作瓶(6)的往復運動區域位於低溫模塊(1)上的與其位置相對應的中空套筒(11)內。
2.根據權利要求1所述的基於凸輪驅動的生物樣本冷凍研磨裝置，其特徵在於，所述低溫模塊(1)由低溫層和熱絕緣層構成；所述熱絕緣層包裹低溫層。
3.根據權利要求2所述的基於凸輪驅動的生物樣本冷凍研磨裝置，其特徵在於，所述低溫模塊(1)採用液氮致冷，採用真空隔熱。
4.根據權利要求1所述的基於凸輪驅動的生物樣本冷凍研磨裝置，其特徵在於，所述圓柱凸輪(3)採用環形封閉式滑槽結構。
5.根據權利要求1或4所述的基於凸輪驅動的生物樣本冷凍研磨裝置，其特徵在於，所述圓柱凸輪(3)是軸對稱結構。
6.根據權利要求1所述的基於凸輪驅動的生物樣本冷凍研磨裝置，其特徵在於，所述凸輪推桿(2)用於固定操作瓶(6)的部分與低溫模塊(1)上中空套筒(11)內表面接觸。
7.根據權利要求1所述的基於凸輪驅動的生物樣本冷凍研磨裝置，其特徵在於，所述操作瓶(6)內部空腔兩端面彼此不平行。
8.根據權利要求1所述的基於凸輪驅動的生物樣本冷凍研磨裝置，其特徵在於，所述中空套筒(11)在低溫模塊(1)內沿圓周方向均勻分布。
專利摘要本實用新型涉及生物樣本處理技術領域，尤其涉及一種基於凸輪驅動的生物樣本冷凍研磨裝置。該裝置包括圓柱凸輪、凸輪推桿、低溫模塊和操作瓶；操作瓶內可裝入一定數量的生物樣本，並同時裝入一個或數個研磨撞子；操作瓶可固定在凸輪推桿上，凸輪推桿在圓柱凸輪驅動下，上下快速往復運動；操作瓶內的生物樣本在研磨撞子，以及自身之間的頻繁撞擊下被研磨成粉末。操作瓶往復運動區域位於低溫模塊上中空套筒內，低溫模塊可在中空套筒內形成低溫環境，通過熱傳遞，實現對操作瓶內部空間和生物樣本的冷凍，使部分常溫下不易粉碎的生物材料由於低溫脆化，易於完成研磨粉碎。本實用新型結構緊湊，體積小巧，可廣泛應用於各類生物樣本的冷凍研磨操作。
文檔編號G01N1/38GK202033241SQ20102063229
公開日2011年11月9日 申請日期2010年11月24日 優先權日2010年11月24日
發明者任長志, 劉飛, 吳丹, 宋立濱, 陳懇 申請人:清華大學