CN102102080A - 一种生物组分自动化提取装置 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及生物样本处理自动化技术领域，尤其涉及一种生物组分自动化提取的装置。该装置包括：凸轮机构、凸轮升降机构和离心机构；离心机构采用水平转子结构，在离心转子体上绕轴线均匀排布一系列离心挂件；离心挂件可以绕自身轴线在竖直和水平位置间自由转动；每个离心挂件上加工有滑道，滑道上安装滑块；操作瓶内可以装入一定数量的生物样本，并同时装有一个或数个研磨撞子。整个凸轮机构在凸轮升降机构驱动下可上下移动，在最高点，凸轮推杆与滑块相互连接，滑块可在凸轮驱动下沿滑道往复运动；在最低点时，凸轮推杆与滑块脱离。本发明结构紧凑，可广泛应用于从动物、植物和微生物等生物样本中提取核酸、蛋白质等生物组分的自动化操作。
Description
技术领域
本发明涉及生物样本处理自动化技术领域，尤其涉及一种生物组分自动化提取的装置。
背景技术
在生物化学研究及临床应用领域，从动物组织、植物组织、微生物等生物样本中提取出核酸、蛋白质等特定生物组分是应用普遍的常规技术之一，也是后续研究与实验的基础。该技术所涉及的操作包括固态样本的研磨、破胞、固液混合、离心、过滤、层析、电泳等。根据待提取的目标生物组分及原始生物样本的不同，通过对以上操作的不同组合，可以实现对特定的生物组分或同类物质的提取。其中，一种“研磨-混合溶解-离心”的提取方法由于过程简单而应用广泛，其具体操作流程是：①将生物样本研磨成粉末；②向粉末中添加特定提取液，振荡，使粉末与提取液充分混合，待提取的生物组分溶入提取液；③对混合液进行离心，固态物质沉淀到底部；④提取上清，得到特定生物组分。
上述提取方法中所涉及到的具体操作包括研磨、固液混合和离心。针对每步操作，目前市场上均已有成熟产品。通过对已有专利的调研发现：几乎所有的相关专利都是针对某一种具体操作而做的改进，缺少覆盖全过程的发明创新。例如，专利“解毒烧伤膏中药材超微粉碎装置”(CN020092007559)提出了一种利用球磨法进行研磨，并利用筛网进行过滤，以减小所得粉末平均颗粒大小的装置；专利“连续式固液离心分离机”(CN200720006770)提到了一种基于锥形转鼓的离心装置；专利“血浆单采离心分离器”(CN00248423)提到了一种用于对鲜血过程中，对血浆现场收集的离心分离装置；专利“用离心分离法分离全血中血浆的装置”(CN 91105326)提出了一种可自动收集血浆的全血分离装置。
使用分离的仪器进行生物组分的提取，需要操作人员自始至终参与全过程的操作，从而浪费大量的精力和时间。特别是对于那些操作流程已固化，且提取规模不断增大的操作，这种不必要的浪费显得更为突出。因此，本发明提出了一种可连续完成上述各项环节的生物组分自动化提取装置，以解决上述问题。
发明内容
本发明的目的是提供一种可连续完成“研磨-混合溶解-离心”操作的生物组分自动化提取装置。
为实现上述目的，本发明采用如下技术方案。
该装置的结构包括：中心轴、套装于中心轴上的圆柱凸轮、凸轮推杆、位于圆柱凸轮下方的凸轮升降机构、位于中心轴顶部的离心转子体、悬挂在离心转子体上的离心挂件、操作瓶以及盛放在操作瓶中的研磨撞子。所述离心转子体采用水平转子结构，在离心转子体上绕自身轴线均匀排布一系列离心挂件；离心挂件可以绕自身轴线在竖直和水平位置间自由转动；离心挂件上加工有滑道，滑道内安装一个滑块，操作瓶固定在滑块上；圆柱凸轮与离心转子体轴线重合，凸轮推杆与离心挂件数量相等，并绕圆柱凸轮的轴线均匀排布；所述凸轮推杆与圆柱凸轮滚动接触，凸轮推杆在圆柱凸轮及凸轮升降机构的驱动下，上下往复运动。
在所述圆柱凸轮的上方安装低温模块，所述低温模块与圆柱凸轮一起，在凸轮升降机构的驱动下上下移动；所述低温模块上沿圆周均匀分布一系列与凸轮推杆一一对应的孔洞，当凸轮推杆在最高点时，各离心挂件***对应孔洞，滑块与凸轮推杆相互连接，实现低温冷冻研磨；当凸轮推杆在最低点时，各离心挂件与孔洞完全脱离，其运动不受孔洞干涉。
所述低温模块由低温层和热绝缘层构成，低温层与离心挂件接触，热绝缘层包裹低温层，防止低温模块表面因冷凝产生水珠。
所述低温模块采用液氮致冷实现低温，采用真空隔绝实现热绝缘。
所述圆柱凸轮采用形封闭式结构，即凸轮推杆在整个运动过程中始终与圆柱凸轮保持接触。
所述凸轮推杆与所述滑块之间的相互连接通过磁力实现。
所述凸轮升降机构采用螺旋机构，通过螺杆的旋转，驱动圆柱凸轮及附属零部件上下移动。
所述离心转子体是圆盘结构，并在悬挂离心挂件处加工一系列槽沟，高速离心时，离心挂件受离心力作用位于离心转子体上槽沟内，以减小风阻对离心的影响。
本发明的有益效果为：
本装置可以对生物样本连续完成“研磨-混合溶解-离心”操作，结构紧凑，运动部件少，操作方便，提高了工作效率，可广泛应用于从动物、植物和微生物等生物样本中提取核酸、蛋白质等特定生物组分的自动化操作，克服了现有技术的不足。
附图说明
图1为本发明一种实施方式的生物组分自动化提取装置结构示意图，此时凸轮在最低点，凸轮推杆与滑块脱离，离心转子体与凸轮均处于静止状态。
图2为该装置在执行研磨或混合溶解操作时的状态示意图。此时，凸轮在最高点，凸轮推杆与滑块相互连接，离心转子体保持静止，凸轮旋转，驱动操作瓶随滑块做上下往复运动。
图3为在执行离心操作时的状态示意图。此时，凸轮在最低点，凸轮推杆与滑块脱离，凸轮保持静止，离心转子体携带离心挂件高速旋转。
图4为离心挂件部分的剖面示意图；
图5为低温模块的剖面示意图；
图6为采用螺旋机构的凸轮升降装置结构示意图。
图中标号：
1-离心转子体；2-离心挂件；3-低温模块；4-凸轮推杆；5-圆柱凸轮；6-凸轮升降机构；7-滑块；8-操作瓶；9-研磨撞子；10-操作瓶盖；11-滑道；12-紧固压圈；13-真空层；14-液氮套筒；15-液氮层；16-推杆导向块；17-固定套筒；18-液氮导管；19-密封壳；20-离心轴基座；21-推力轴承；22-升降螺杆；23-升降螺母；24-滚轮；25-永久磁铁；26-升降导杆；27-向心轴承；28-中心轴。
具体实施方式
本发明提供了一种生物组分自动化提取装置，下面结合附图和实施例对本发明做进一步说明。
如图1-图6所示，本装置的结构包括：中心轴28、套装于中心轴28上的圆柱凸轮5、凸轮推杆4、位于圆柱凸轮5下方的凸轮升降机构6、位于中心轴28顶部的离心转子体1、悬挂在离心转子体1上的离心挂件2、操作瓶8以及盛放在操作瓶8中的研磨撞子9。
离心转子体1采用水平转子结构，在离心转子体1上绕轴线均匀排布4个离心挂件2。离心转子体1的主体结构是一轴对称圆盘，在离心挂件2悬挂处开有对应凹槽。离心挂件2可以绕自身轴线在竖直和水平位置间自由转动。当其处于水平状态时，可完全位于凹槽内。离心挂件2上加工有滑道11，滑道11内安装一个滑块7，滑块7可以在一定距离内沿滑道11做往复运动，其材料选用铁磁性材料。操作瓶8与操作瓶盖10通过螺纹连接，其内部空腔可以装入一定数量的生物样本，并同时装有一个或数个研磨撞子9。操作瓶8可由紧固压圈12固定在滑块7上，并随其一起运动。
圆柱凸轮5侧面加工有凹槽，凸轮推杆4末端滚轮24***凹槽，其顶部安装永久磁铁25。当凸轮旋转时，可驱动推杆上下运动。圆柱凸轮5及其上凹槽均为轴对称结构，即凸轮推杆4在0～180°范围内的运动规律与180～360°范围内的运动规律完全相同。
低温模块3上绕轴线均匀排布4个固定套筒17，固定套筒17轴线到低温模块3轴线距离与离心挂件2竖直悬挂时轴线到离心转子体1轴线的距离相等，且其内表面可与离心挂件2外表面可紧密贴合。固定套筒17外安装液氮套筒14，两者之间空腔构成液氮层15；液氮套筒14与密封壳19之间空腔构成真空层13。液氮导管18穿过真空层13，与液氮层15连通。固定套筒17底部安装有推杆导向块16，以防止凸轮推杆4在上下运动时发生自身转动。
圆柱凸轮5和低温模块3均安装在升降螺母23上，其中圆柱凸轮5由向心轴承27支撑，可绕升降螺母23旋转。升降螺杆22由推力轴承21支撑，可绕离心轴基座20旋转。升降螺杆22与升降螺母23构成螺旋副，当升降螺杆22旋转时，升降螺母23由升降导杆26导向，可上下运动。当升降螺母23位于最高点时，离心挂件2***固定套筒17，并紧密贴合。凸轮推杆4顶部的永久磁铁25与滑块7依靠磁力连接。凸轮旋转时，可驱动滑块7上下往复运动。当升降螺母23位于最低点时，离心挂件2从固定套筒17中抽出，滑块7与凸轮推杆4脱离连接。离心转子体1旋转时，离心挂件2受离心力作用处于水平状态。
当使用该装置进行生物组分自动化提取操作时，首先，将一定量的生物样本装入操作瓶8，同时放入一个或数个研磨撞子9，旋紧操作瓶盖10。将操作瓶8放入离心挂件2内滑块7，并用紧固压圈12固定，使其与滑块7固结为一体。
将低温模块3中真空层13内的空气抽出，形成真空环境。利用液氮泵等类似仪器通过液氮导管18，使液氮层15内全部或部分充满液氮。通过热传递，在固定导筒内部形成低温环境。真空层13的存在可避免低温模块3表面因冷凝而附着水。
升降螺母23带动圆柱凸轮5和低温模块3运动到最高点，离心挂件2***固定套筒17，滑块7与凸轮推杆4通过磁力相互连接。经过一定时间热传递，操作瓶8内生物样本被冷冻到冷脆温度。圆柱凸轮5快速旋转，驱动滑块7上下往复运动。操作瓶8中的研磨撞子9在惯性力的作用下，频繁撞击生物样品。已粉碎的生物样品也在惯性力的作用下，彼此之间频繁撞击。圆柱凸轮5旋转一定时间后，生物样本被研磨成粉末状。
停止液氮供应，待液氮层15中的液氮蒸发完后，通过液氮导管18向液氮层15中通入干燥空气，使操作瓶8内生物样本粉末升温。打开操作瓶盖10，向操作瓶8中添加一定数量的提取液。闭合操作瓶盖10，圆柱凸轮5低速旋转。在惯性力的作用下，研磨撞子9将操作瓶8的粉末和提取液充分混合。待提取的生物组分溶解于提取液。
升降螺母23带动圆柱凸轮5和低温模块3运动到最低点，离心挂件2从固定套筒17中抽出，滑块7与凸轮推杆4脱离。离心转子体1高速旋转，离心挂件2受离心力作用处于水平状态。固体物质与研磨撞子9沉淀到操作瓶8底部，溶解有特定生物组分的提取液位于操作瓶8的上部。
离心一定时间后，离心转子体1停止转动，将操作瓶8从滑块7上取下，打开操作瓶盖10，吸取上清，得到溶有特定生物组分的溶液。
以上实施方式仅用于说明本发明，而并非对本发明的限制，有关技术领域的普通技术人员，在不脱离本发明的精神和范围的情况下，还可以做出各种变化和变型，因此所有等同的技术方案也属于本发明的范畴，本发明的专利保护范围应由权利要求限定。
Claims (8)
1.一种生物组分自动化提取装置，包括：中心轴(28)、套装于中心轴(28)上的圆柱凸轮(5)、凸轮推杆(4)、位于圆柱凸轮(5)下方的凸轮升降机构(6)、位于中心轴(28)顶部的离心转子体(1)、悬挂在离心转子体(1)上的离心挂件(2)、操作瓶(8)以及盛放在操作瓶(8)中的研磨撞子(9)，其特征在于，
所述离心转子体(1)采用水平转子结构，在离心转子体(1)上绕自身轴线均匀排布一系列离心挂件(2)；离心挂件(2)可以绕自身轴线在竖直和水平位置间自由转动；离心挂件(2)上加工有滑道(11)，滑道(11)内安装一个滑块(7)，操作瓶(8)固定在滑块(7)上；圆柱凸轮(5)与离心转子体(1)轴线重合，凸轮推杆(4)与离心挂件(2)数量相等，并绕圆柱凸轮(5)的轴线均匀排布；所述凸轮推杆(2)与圆柱凸轮(3)滚动接触，凸轮推杆(2)在圆柱凸轮(3)及凸轮升降机构(6)的驱动下，上下往复运动。
2.根据权利要求1所述的生物组分自动化提取装置，其特征在于，在所述圆柱凸轮(5)的上方安装低温模块(3)，所述低温模块(3)与圆柱凸轮(5)一起，在凸轮升降机构(6)的驱动下上下移动；所述低温模块(3)上沿圆周均匀分布一系列与凸轮推杆(2)一一对应的孔洞，当凸轮推杆(2)在最高点时，各离心挂件(2)***对应孔洞，滑块(7)与凸轮推杆(2)相互连接，实现低温冷冻研磨；当凸轮推杆(2)在最低点时，各离心挂件(2)与孔洞完全脱离，其运动不受孔洞干涉。
3.根据权利要求2所述的生物组分自动化提取装置，其特征在于，所述低温模块(3)由低温层和热绝缘层构成，低温层与离心挂件(2)接触，热绝缘层包裹低温层，防止低温模块表面因冷凝产生水珠。
4.根据权利要求2所述的生物组分自动化提取装置，其特征在于，所述低温模块(3)采用液氮致冷实现低温，采用真空隔绝实现热绝缘。
5.根据权利要求1所述的生物组分自动化提取装置，其特征在于，所述圆柱凸轮(5)采用形封闭式结构，即凸轮推杆(4)在整个运动过程中始终与圆柱凸轮(5)保持接触。
6.根据权利要求1所述的生物组分自动化提取装置，其特征在于，所述凸轮推杆(4)与所述滑块之间的相互连接通过磁力实现。
7.根据权利要求1所述的生物组分自动化提取装置，其特征在于，所述凸轮升降机构(6)采用螺旋机构，通过螺杆的旋转，驱动圆柱凸轮及附属零部件上下移动。
8.根据权利要求1所述的生物组分自动化提取装置，其特征在于，所述离心转子体(1)是圆盘结构，并在悬挂离心挂件处加工一系列槽沟，高速离心时，离心挂件(2)受离心力作用位于离心转子体(1)上槽沟内，以减小风阻对离心的影响。
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