專利名稱：一種細(xì)胞快速破碎裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型屬于生物樣本制備技術(shù)領(lǐng)域，適用于基因工程和細(xì)胞工程中的細(xì)胞破碎，具體是利用高頻顫振研磨珠快速破碎細(xì)胞，以獲取胞內(nèi)活性物質(zhì)，如DNA、RNA、酶、抗生素等。
背景技術(shù)：
在基因工程和細(xì)胞工程技術(shù)領(lǐng)域，經(jīng)常需要獲取細(xì)胞內(nèi)的DNA、RNA、酶等活性物質(zhì)，即樣本制備。樣本制備的首要步驟是將細(xì)胞外圍結(jié)構(gòu)(細(xì)胞壁和細(xì)胞膜)破碎，使欲提取的活性物質(zhì)從細(xì)胞內(nèi)釋放出來。由此可見，細(xì)胞破碎的程度和效率直接影響著樣本制備的優(yōu)劣，甚至決定著樣本制備的成敗，其重要性不言而喻。細(xì)胞破碎的傳統(tǒng)方法主要有酶溶破碎法、化學(xué)試劑破碎法、超聲空化破碎法和珠磨破碎法等。酶溶破碎法是先利用溶解細(xì)胞壁的酶處理細(xì)胞，細(xì)胞壁受到破壞后，再利用滲透壓沖擊等方法破壞細(xì)胞膜，以使細(xì)胞內(nèi)的活性物質(zhì)得以釋放。酶溶破碎法的顯著特點(diǎn)是專一性強(qiáng)，即必須根據(jù)細(xì)胞的結(jié)構(gòu)和化學(xué)組成來選擇特定的酶，這意味著酶溶破碎法的通用性很差。而且，溶酶的價(jià)格較高，在很大程度上増加了樣本制備的成本。化學(xué)試劑破碎法是利用某些化學(xué)試劑(如有機(jī)溶劑、表面活性剤、金屬螯合劑等)，改變細(xì)胞壁和細(xì)胞膜的通透性，從而使胞內(nèi)ー些小分子活性物質(zhì)滲透出來。這種方法對(duì)細(xì)胞壁和細(xì)胞膜的破壞程度不高，只能獲取ー些小分子酶蛋白和多肽，而DNA、RNA等大分子活性物質(zhì)仍滯留在細(xì)胞內(nèi)。通過化學(xué)試劑破碎細(xì)胞不僅耗時(shí)長(zhǎng)、效率低，而且化學(xué)試劑的加入會(huì)給后續(xù)產(chǎn)物的分離、純化帶來困難，并影響最終產(chǎn)物的純度。此外，有些化學(xué)試劑對(duì)人體有毒，危害操作人員的身體健康。超聲空化破碎法是利用超聲波處理細(xì)胞懸浮液,引發(fā)超聲空化效應(yīng),懸浮液局部產(chǎn)生的強(qiáng)烈沖擊波和剪切力使細(xì)胞破碎，進(jìn)而釋放出活性物質(zhì)。超聲空化破碎法是ー種強(qiáng)烈的破碎方式，適用于多種類型細(xì)胞的破碎。但是這種方法的能量利用率極低，破碎過程中會(huì)產(chǎn)生大量的熱量，會(huì)導(dǎo)致部分敏感物質(zhì)變性失活，因而其對(duì)冷卻有相當(dāng)苛刻的要求。另夕卜，這種方法需要超聲波發(fā)生器、探頭、液槽和控制系統(tǒng)，結(jié)構(gòu)復(fù)雜，成本較高，一般只在實(shí)驗(yàn)室小規(guī)模細(xì)胞破碎中使用。珠磨破碎法是ー種常用的細(xì)胞破碎方法，通過將研磨珠和細(xì)胞懸浮液一起快速攪拌，使得研磨珠與細(xì)胞之間互相剪切、碰撞，進(jìn)而將細(xì)胞破碎，釋放出胞內(nèi)活性物質(zhì)。這是目前比較成熟的技術(shù)，美國(guó)Next Advance公司的Bullet Blender就是ー款基于珠磨破碎理論的細(xì)胞破碎儀，它采用高速旋轉(zhuǎn)的轉(zhuǎn)頭直接擊打裝有研磨珠和待破碎細(xì)胞懸浮液的離心管。在轉(zhuǎn)頭擊打的瞬間，離心管內(nèi)的研磨珠將會(huì)劇烈的振動(dòng)，與細(xì)胞相互剪切、撞擊后，使細(xì)胞破碎，釋放出核酸、蛋白質(zhì)、亞細(xì)胞結(jié)構(gòu)等活性物質(zhì)。該破碎儀雖然能方便快速地破碎大多數(shù)種類的細(xì)胞，但是它仍有很多缺陷和不足:首先，采用高速旋轉(zhuǎn)的轉(zhuǎn)頭直接擊打離心管，不僅會(huì)使離心管外壁受到嚴(yán)重的磨損，而且離心管受到瞬時(shí)沖擊時(shí)可能會(huì)發(fā)生破裂或折斷。特別是在破碎ー些具有堅(jiān)硬外壁的微生物(如革蘭氏陽性菌、酵母菌、細(xì)菌芽孢等)時(shí)，轉(zhuǎn)頭在更高的速度下運(yùn)轉(zhuǎn)，這對(duì)離心管的瞬間沖擊更為劇烈，很有可能會(huì)造成離心管的破裂或折斷。其次，離心管內(nèi)不同區(qū)域的研磨珠振動(dòng)的劇烈程度不同，導(dǎo)致細(xì)胞破碎的程度不同?？拷鼡舸虿课坏难心ブ檎駝?dòng)較為劇烈，因而該區(qū)域的細(xì)胞破碎程度較高；相比之下，由于液體的緩沖減振作用，遠(yuǎn)離擊打部位的研磨珠振動(dòng)較弱，因?yàn)樵搮^(qū)域的細(xì)胞破碎可能不充分。再次，高速旋轉(zhuǎn)的轉(zhuǎn)頭擊打離心管的瞬間，擊打部位會(huì)產(chǎn)生很多的熱量，這部分熱量通過離心管傳給細(xì)胞懸浮液，會(huì)使靠近擊打區(qū)的液體溫度升高，進(jìn)而可能導(dǎo)致釋放出來的亞細(xì)胞結(jié)構(gòu)、DNA、RNA和酶等變性失活。最后，高速轉(zhuǎn)頭直接擊打離心管，會(huì)產(chǎn)生相當(dāng)刺耳的噪聲。同時(shí)由于離心管是固定在破碎儀機(jī)體上的，轉(zhuǎn)頭擊打離心管時(shí)會(huì)帶動(dòng)破碎儀機(jī)體在工作平臺(tái)上振動(dòng)，機(jī)體運(yùn)行很不平穩(wěn)。實(shí)際破碎細(xì)胞過程中，通常需要操作人員按壓機(jī)體或采用其他機(jī)械結(jié)構(gòu)將機(jī)體固定在工作平臺(tái)上。綜上所述，目前雖然已有很多細(xì)胞破碎方法，但其中大多數(shù)方法一般只能破碎動(dòng)物細(xì)胞、革蘭氏陰性菌等ー些較易破碎的細(xì)胞，通常不能破碎革蘭氏陽性菌、酵母菌、細(xì)菌芽孢等，應(yīng)用范圍相當(dāng)局限。盡管珠磨破碎法能適應(yīng)各種不同類型的細(xì)胞破碎，但是相應(yīng)的設(shè)備仍有很多缺陷和不足，破碎效果不很理想。因此，需要開發(fā)出能適應(yīng)多種類型細(xì)胞(主要包括動(dòng)物細(xì)胞、革蘭氏陰性菌、革蘭氏陽性菌、酵母菌、細(xì)菌芽孢等)的通用型細(xì)胞快速破碎裝置。
發(fā)明內(nèi)容為解決現(xiàn)有細(xì)胞破碎方法和設(shè)備的諸多缺陷，基于珠磨破碎理論，本實(shí)用新型提供ー種結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、操作方便、運(yùn)行平穩(wěn)、成本較低的通用型顫振珠磨式細(xì)胞快速破碎裝置。本實(shí)用新型的技術(shù)方案是提供ー種通用型顫振珠磨式細(xì)胞快速破碎裝置，主要包括主殼體、驅(qū)動(dòng)模塊、控制模塊、動(dòng)カ軸、轉(zhuǎn)子、傳動(dòng)機(jī)構(gòu)、離心管支架、離心管、研磨珠等。固定在主殼體上的驅(qū)動(dòng)模塊在控制模塊的支配下為整個(gè)裝置提供動(dòng)カ源，并通過動(dòng)カ軸將運(yùn)動(dòng)和轉(zhuǎn)矩傳遞給轉(zhuǎn)子，迫使轉(zhuǎn)子高速旋轉(zhuǎn)。傳動(dòng)機(jī)構(gòu)的起始端通過高副與旋轉(zhuǎn)的轉(zhuǎn)子相連，并將轉(zhuǎn)子的高速旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)化成傳動(dòng)機(jī)構(gòu)末端的高頻往復(fù)直線運(yùn)動(dòng)。離心管支架固定于傳動(dòng)機(jī)構(gòu)的末端，因而會(huì)隨之作往復(fù)直線運(yùn)動(dòng)。將裝有研磨珠和細(xì)胞懸浮液的離心管置于離心管支架中并固定，離心管也會(huì)一起作高頻往復(fù)直線運(yùn)動(dòng)，進(jìn)而導(dǎo)致研磨珠高頻顫振，與細(xì)胞相互猛烈剪切、撞擊，致使細(xì)胞破碎，釋放出胞內(nèi)活性物質(zhì)。所述主殼體是裝置的外圍結(jié)構(gòu)，不僅能為內(nèi)部裝置提供隔離保護(hù)作用，而且還能支撐人機(jī)交互面板。所述驅(qū)動(dòng)模塊固定在殼體的底面上，為整個(gè)裝置提供原始的能量、運(yùn)動(dòng)和驅(qū)動(dòng)力。在優(yōu)選的技術(shù)方案中，所述驅(qū)動(dòng)模塊為ー單向旋轉(zhuǎn)的直流電機(jī)，其輸出的運(yùn)動(dòng)和轉(zhuǎn)矩集中在電機(jī)輸出軸上。所述控制模塊為裝置系統(tǒng)的控制単元。在優(yōu)選的技術(shù)方案中，所述驅(qū)動(dòng)模塊為單片機(jī)控制器，可對(duì)直流電機(jī)的啟動(dòng)、暫停、急停以及電機(jī)轉(zhuǎn)速和運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)間等參數(shù)進(jìn)行控制。[0018]所述動(dòng)カ軸為連接電機(jī)輸出軸和轉(zhuǎn)子的傳動(dòng)軸，它將電機(jī)輸出軸的轉(zhuǎn)動(dòng)和轉(zhuǎn)矩傳遞給轉(zhuǎn)子，用以驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)子高速旋轉(zhuǎn)。在優(yōu)選的技術(shù)方案中，所述動(dòng)カ軸為ー豎直放置的圓軸。圓軸一端通過聯(lián)軸器或離合器等與電機(jī)輸出軸相聯(lián)，另一端則固定在轉(zhuǎn)子上。由于動(dòng)カ軸上承受一定的壓カ和較大的扭矩，因此動(dòng)カ軸需要具有很高的強(qiáng)度、剛度和韌性，其材質(zhì)優(yōu)選優(yōu)質(zhì)碳素結(jié)構(gòu)鋼調(diào)質(zhì)處理或錳合金調(diào)質(zhì)鋼等。所述轉(zhuǎn)子繞某ー豎直中心高速旋轉(zhuǎn)，它直接驅(qū)動(dòng)傳動(dòng)機(jī)構(gòu)的起始端。在優(yōu)選的技術(shù)方案中，所述轉(zhuǎn)子為ー盤狀的凸輪或偏心輪。轉(zhuǎn)子驅(qū)動(dòng)傳動(dòng)機(jī)構(gòu)時(shí)，會(huì)承受較大的沖擊、扭矩，因此轉(zhuǎn)子表層需要具有較高的硬度和較好的耐磨性，轉(zhuǎn)子心部需要具有較高的強(qiáng)度和較好的韌性，其材質(zhì)優(yōu)選具有中、高淬透性的合金滲碳鋼，如20CrMnTi和20Cr2Ni4等。所述傳動(dòng)機(jī)構(gòu)是傳遞運(yùn)動(dòng)并改變運(yùn)動(dòng)形式的部分，具體是將轉(zhuǎn)子的高速旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)化成傳動(dòng)機(jī)構(gòu)末端的高頻往復(fù)直線運(yùn)動(dòng)，這是本實(shí)用新型的創(chuàng)新所在。在優(yōu)選的技術(shù)方案中，所述傳動(dòng)機(jī)構(gòu)為平面連桿機(jī)構(gòu)，更進(jìn)ー步是平面四桿機(jī)構(gòu)，由傳動(dòng)殼體、搖桿、壓桿(也可稱為拉桿)和滑竿通過低副組成搖桿滑動(dòng)機(jī)構(gòu)。所述低副包括轉(zhuǎn)動(dòng)副和移動(dòng)副，其中轉(zhuǎn)動(dòng)副是通過鉸鏈形成，移動(dòng)副是通過平面配合或圓柱面配合來形成。傳動(dòng)殼體為整個(gè)傳動(dòng)機(jī)構(gòu)提供固定約束和支撐，壓桿通過鉸鏈將搖桿和滑竿聯(lián)接起來。旋轉(zhuǎn)凸輪的高速旋轉(zhuǎn)，驅(qū)動(dòng)搖桿單向擺動(dòng)，在壓桿的推動(dòng)下，帶動(dòng)滑竿沿直線單向移動(dòng)，滑竿直線移動(dòng)的方向通過固定在殼體上的導(dǎo)向桿來控制。為了保證傳動(dòng)機(jī)構(gòu)能連續(xù)工作，還需要在導(dǎo)向桿上設(shè)置ー組復(fù)位彈簧，滑竿沿導(dǎo)向桿直線移動(dòng)時(shí)壓縮彈簧，滑竿移動(dòng)到最大行程處以后，受壓彈簧將驅(qū)動(dòng)整個(gè)傳動(dòng)機(jī)構(gòu)復(fù)位，這樣就實(shí)現(xiàn)了滑竿的高頻往復(fù)直線運(yùn)動(dòng)。所述離心管支架用干支撐離心管，井能接收傳動(dòng)機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)形式。在優(yōu)選的技術(shù)方案中，將離心管支架固定于傳動(dòng)機(jī)構(gòu)的末端，即滑竿上，這樣離心管支架能夠隨滑竿一起作高頻往復(fù)直線運(yùn)動(dòng)。實(shí)際中，可將離心管支架與滑竿加工成一體，這能增強(qiáng)二者連接的牢固性。為了將離心管固定于離心管支架中，離心管支架上需要配備壓蓋。另外，如果欲提取的胞內(nèi)活性物質(zhì)對(duì)溫度很敏感，可在離心管支架外圍附加冷卻夾套，這種局部冷卻方式不僅效果好、速度快，而且非常節(jié)能環(huán)保。所述離心管是盛裝研磨珠和待破碎細(xì)胞懸浮液的容器，為破碎細(xì)胞提供場(chǎng)所。離心管隨離心管支架作高頻往復(fù)直線運(yùn)動(dòng)的同時(shí)，研磨珠在離心管內(nèi)劇烈顫振，與細(xì)胞相互剪切、撞擊，致使細(xì)胞破碎，釋放出胞內(nèi)活性物質(zhì)。在優(yōu)選的技術(shù)方案中，所述離心管為帶安全鎖扣的標(biāo)準(zhǔn)離心管，細(xì)胞懸浮液和研磨珠的總體積不超過離心管容積的3/4。所述研磨珠為在離心管內(nèi)劇烈顫振以破碎細(xì)胞的介質(zhì)，其應(yīng)具有較高的剛度、硬度和較好的耐磨性。在優(yōu)選的技術(shù)方案中，所述研磨珠為石英玻璃、陶瓷、氧化鋯、不銹鋼等制成的球狀珠體。實(shí)際破碎過程中，需要根據(jù)不同細(xì)胞類型選用直徑不同的研磨珠，一般是
0.1 1.5謹(jǐn)為宜，優(yōu)選0.25 0.5謹(jǐn)。本實(shí)用新型的技術(shù)方案提供另外ー種細(xì)胞快速破碎裝置，其特征在干:包括殼體、驅(qū)動(dòng)模塊、離心管和研磨珠；裝有研磨珠和細(xì)胞懸浮液的離心管置于離心管支架中并固定，離心管隨離心管支架一起作高頻往復(fù)直線運(yùn)動(dòng)，進(jìn)而導(dǎo)致研磨珠高頻顫振，與細(xì)胞相互猛烈剪切、撞擊，致使細(xì)胞破碎，釋放出胞內(nèi)活性物質(zhì)。利用上述通用型顫振珠磨式細(xì)胞快速破碎裝置可以對(duì)絕大多數(shù)細(xì)胞(如動(dòng)物細(xì)胞、革蘭氏陰性菌、革蘭氏陽性菌、細(xì)菌芽孢、酵母菌等)進(jìn)行破碎以提取胞內(nèi)活性物質(zhì)，具體操作步驟如下:I)前期準(zhǔn)備:如果原始樣本是干態(tài)粉末或塊狀固體，應(yīng)先用生理鹽水(質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0.4%的NaCl水溶液)將其制備成懸浮液，均勻混合后轉(zhuǎn)入經(jīng)消毒處理過的離心管中，然后根據(jù)細(xì)胞的類型選擇相應(yīng)規(guī)格的研磨珠置入離心管中并壓緊離心管的安全鎖扣。2)放樣破碎:將裝有細(xì)胞懸浮液和研磨珠的離心管置于破碎裝置的離心管支架之中，并用壓蓋固定離心管。然后，根據(jù)待破碎細(xì)胞的類型，設(shè)定電機(jī)轉(zhuǎn)速和破碎時(shí)間。接著，啟動(dòng)“開始”按鈕進(jìn)行破碎，破碎時(shí)間達(dá)到預(yù)設(shè)值后，電機(jī)自動(dòng)停止，完成破碎過程。3)后期處理:電機(jī)徹底停止轉(zhuǎn)動(dòng)后，稍等I 2分鐘以使研磨珠自然沉淀。然后取出離心管，用移液器吸取上清液(DNA、RNA、酶等釋放出來的活性物質(zhì)均包含在其中)，經(jīng)純化后獲取最終產(chǎn)物。沉淀在離心管底部的研磨珠可以經(jīng)多次清洗后重復(fù)利用，也可以直接丟棄。與現(xiàn)有同類裝置相比，本實(shí)用新型提出的通用型顫振珠磨式細(xì)胞快速破碎裝置，具有以下優(yōu)點(diǎn)和積極效果:I)通用性好:現(xiàn)有細(xì)胞破碎裝置一般只能處理少量的幾種細(xì)胞，本實(shí)用新型提出的裝置無論是對(duì)動(dòng)物細(xì)胞、革蘭氏陰性菌等較易破碎的細(xì)胞，還是對(duì)革蘭氏陽性菌、細(xì)菌芽孢、酵母菌等較難破碎的細(xì)胞，都能很好的破碎，具有良好的通用性。2)快速破碎:本實(shí)用新型提出的細(xì)胞快速破碎裝置，離心管的高頻往復(fù)直線運(yùn)動(dòng)迫使研磨珠在離心管中劇烈顫振，因而能在較短時(shí)間內(nèi)完成對(duì)細(xì)胞的破碎。3)易于擴(kuò)展:本實(shí)用新型提出的細(xì)胞快速破碎裝置，其組件結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、布局緊湊，很容易擴(kuò)展成多通道的細(xì)胞快速破碎裝置，如四通道、六通道、八通道和十二通道等，這樣能極大地增大該裝置的處理通量。4)運(yùn)行平穩(wěn):本實(shí)用新型提出的細(xì)胞快速破碎裝置，經(jīng)擴(kuò)展后，各通道沿電機(jī)輸出軸成圓周均勻分布狀態(tài)，而且各通道都是沿徑向作往復(fù)直線運(yùn)動(dòng)，因此各通道施加在殼體上的作用力相互抵消，殼體能保持平穩(wěn)狀態(tài)。5)不需清洗:本實(shí)用新型提出的細(xì)胞快速破碎裝置，不直接接觸處理樣本(樣本存于離心管中)，因此在整個(gè)細(xì)胞破碎過程中，裝置不會(huì)被樣本污染，能保持清潔狀態(tài)，不需清洗。

圖1是本實(shí)用新型ー種具體實(shí)施例的立體結(jié)構(gòu)示意圖；圖2是圖1中傳動(dòng)機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)簡(jiǎn)圖；圖3是圖1中各破碎通道的分布示意圖；圖4是利用本實(shí)用新型優(yōu)選的實(shí)施例對(duì)枯草桿菌黑色變種芽孢進(jìn)行破碎后，提取純化釋放出來的DNA，再進(jìn)行PCR反應(yīng)后的瓊脂糖凝膠電泳圖。圖中:1——直流電機(jī)，2——電機(jī)輸出軸，3——?jiǎng)鹰S，4——旋轉(zhuǎn)凸輪，5——搖桿，6——壓桿，7——滑竿，8——導(dǎo)向桿，9——離心管支架，10——離心管，11——鉸接支座，12——復(fù)位彈簧，13——?dú)んw。
具體實(shí)施方式
[0040]為進(jìn)ー步闡述本實(shí)用新型通用型顫振珠磨式細(xì)胞快速破碎裝置的特點(diǎn)及功效，下面結(jié)合實(shí)施例作更為詳盡的說明。一種四通道通用型顫振珠磨式細(xì)胞快速破碎裝置實(shí)施例的整體結(jié)構(gòu)如圖1至圖3所示，該裝置主要由直流電機(jī)1、電機(jī)輸出軸2、動(dòng)カ軸3、旋轉(zhuǎn)凸輪4、搖桿5、壓桿6、滑竿7、導(dǎo)向桿8、離心管支架9、離心管10、鉸接支座11、復(fù)位彈簧12、殼體13以及控制模塊和人機(jī)交互面板(圖中未示出)組成。在控制模塊的支配下，直流電機(jī)I通過電機(jī)輸出軸2將運(yùn)動(dòng)形式和轉(zhuǎn)矩傳給動(dòng)カ軸3，借此驅(qū)動(dòng)凸輪4高速旋轉(zhuǎn)。搖桿5、壓桿6、滑竿7和導(dǎo)向桿8組成平面四桿機(jī)構(gòu)，將凸輪4的高速旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)化成滑竿7的高頻往復(fù)直線運(yùn)動(dòng)。離心管支架9固定于滑竿7上面，本實(shí)施例中是將二者加工為一體，因而離心管支架9也將作高頻往復(fù)直線運(yùn)動(dòng)。將裝有研磨珠和待破碎細(xì)胞懸浮液的離心管10置于離心管支架9中，并用壓蓋(圖中未示出)固定，離心管支架9的高頻往復(fù)直線運(yùn)動(dòng)將使研磨珠在離心管10中劇烈顫振，與細(xì)胞相互剪切、撞擊，致使細(xì)胞破碎，釋放出胞內(nèi)活性物質(zhì)。本實(shí)施例中，控制模塊是采用STM32芯片組成的單片機(jī)系統(tǒng)，用于對(duì)直流電機(jī)I的轉(zhuǎn)動(dòng)速度、轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)間進(jìn)行控制，具體控制參數(shù)通過人機(jī)交互面板輸入，人機(jī)交互面板上設(shè)有破碎時(shí)間旋鈕、電機(jī)轉(zhuǎn)速旋鈕以及“開始”、“暫停”和“急?！卑粹o。本實(shí)施例中，動(dòng)カ軸3為ー豎直放置的圓軸，直徑為15mm，一端通過聯(lián)軸器與電機(jī)輸出軸相聯(lián)接，另一端固定于凸輪4的旋轉(zhuǎn)中心，將電機(jī)輸出軸2的運(yùn)動(dòng)和動(dòng)カ傳遞給凸輪4，使凸輪4高速旋轉(zhuǎn)。本實(shí)施例中，凸輪4是ー繞軸心旋轉(zhuǎn)對(duì)稱的盤狀結(jié)構(gòu)，最大徑向尺寸為80_，最小徑向尺寸為60mm，厚度為20mm，所用材料為合金滲碳鋼20CrMnTi。本實(shí)施例中，傳動(dòng)機(jī)構(gòu)是由搖桿5、壓桿6、滑竿7和導(dǎo)向桿8組成的平面四桿機(jī)構(gòu)，用于將凸輪4的高速旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)化成滑竿7的高頻往復(fù)直線運(yùn)動(dòng)。搖桿5 —端通過鉸接支座11固定于殼體13上，另一端緊貼于凸輪4的外表面上，與之相切組成高副，凸輪4的高速旋轉(zhuǎn)將推動(dòng)搖桿5高速單向擺動(dòng)。壓桿6通過鉸接分別與搖桿5和滑竿7相連，組成轉(zhuǎn)動(dòng)副?；?通過內(nèi)部開孔與導(dǎo)向桿8組成移動(dòng)副，并通過復(fù)位彈簧12將二者相連，此處復(fù)位彈簧12承受沖擊載荷和循環(huán)載荷，需要較高的力學(xué)性能，因此本實(shí)施例中復(fù)位彈簧12所用材料選擇娃猛合金彈簧鋼(60Si2Mn)。導(dǎo)向桿8固定于殼體13上,本實(shí)施例中是通過焊接將二者固定，導(dǎo)向桿8所在直線通過凸輪4的旋轉(zhuǎn)中心。搖桿5的高速單向擺動(dòng)通過壓桿6推動(dòng)滑竿7沿著導(dǎo)向桿8直線移動(dòng)，同時(shí)壓縮彈簧12儲(chǔ)存能量。當(dāng)滑竿7運(yùn)動(dòng)到最大行程處之后，受壓彈簧12將釋放能量，推動(dòng)整個(gè)傳動(dòng)機(jī)構(gòu)復(fù)位，然后又進(jìn)入下ー個(gè)周期的循環(huán)。通過彈簧12周期性的交替儲(chǔ)存能量與釋放能量，實(shí)現(xiàn)了滑竿7沿著導(dǎo)向桿8作高頻往復(fù)直線運(yùn)動(dòng)。本實(shí)施例中，將離心管支架9與滑竿7加工成ー個(gè)整體，離心管支架9具有ー個(gè)直徑為Ilmm的圓柱孔，用于容納離心管10，并通過壓蓋(圖中未示出)固定離心管。離心管支架9外壁上布有冷卻夾套(圖中未示出)，冷卻離心管10內(nèi)的細(xì)胞懸浮液，可以消除或減少活性物質(zhì)的損失。本實(shí)施例中，離心管10是帶有安全鎖扣的標(biāo)準(zhǔn)離心管，用于盛裝研磨珠和細(xì)胞懸浮液，為破碎細(xì)胞提供場(chǎng)所?；?沿著導(dǎo)向桿8的高頻往復(fù)直線運(yùn)動(dòng)，將迫使研磨珠在離心管內(nèi)劇烈顫振，與細(xì)胞相互剪切、撞擊，使細(xì)胞破碎，釋放出胞內(nèi)活性物質(zhì)。[0048]本實(shí)施例中，研磨珠采用氧化錯(cuò)制成的球形珠體,其直徑具有0.20mm、0.25mm、
0.40mm、0.50mm、0.75mm、1.0Omm等不同規(guī)格，以適應(yīng)不同類型細(xì)胞的破碎。本實(shí)施例中，將通用型顫振珠磨式細(xì)胞快速破碎裝置擴(kuò)展為四通道，即能同時(shí)處理4路細(xì)胞的破碎，各通道在同一平面內(nèi)均勻分布，其分布如圖3所示。為了驗(yàn)證本實(shí)用新型破碎細(xì)胞的功效，茲利用本實(shí)施例四通道通用型顫振珠磨式細(xì)胞快速破碎裝置對(duì)枯草桿菌黑色變種(ATCC9372)芽孢進(jìn)行破碎，提取枯草桿菌的DNA，然后進(jìn)行PCR擴(kuò)增，最后將PCR擴(kuò)增產(chǎn)物在1.5%的瓊脂糖凝膠上電泳(100V，30min)，電泳后的PCR擴(kuò)增產(chǎn)物使用溴化こ錠染色在紫外燈下觀測(cè)。整個(gè)實(shí)施流程具體如下:一、破碎細(xì)胞，提取DNA。I)前期準(zhǔn)備:從濃度為103Cfu/mL和104Cfu/mL的枯草桿菌黑色變種芽孢懸浮液中各取800 ii L分別注入2支1.5mL的標(biāo)準(zhǔn)離心管10中，每支離心管中再分別加入200mg直徑為0.2mm的氧化鋯研磨珠。2)放樣破碎:將配置好的2支離心管分別放入通道I和通道3的離心管支架9中，并用壓蓋固定好離心管。然后設(shè)置電機(jī)轉(zhuǎn)速為2000r/min,破碎時(shí)間為IOmin,啟動(dòng)裝置對(duì)芽孢進(jìn)行破碎。3) DNA提取純化:破碎完成后，待研磨珠沉淀，從離心管中小心吸出上清液，利用酚-氯仿法提取和純化DNA。ニ、PCR 反應(yīng)，擴(kuò)增 DNA。I)引物設(shè)計(jì):根據(jù)枯草桿菌黑色變種rrnE基因序列設(shè)計(jì)引物P1和P2，擴(kuò)增序列長(zhǎng)度為494bp。P1:5' -GGATCCTAATACATGCAAGTCGAGCGG-3'P2:3' -GGATCCACGTATTACCGCGGCTGCTGGC-5'2) PCR反應(yīng)體系:純化后的枯草桿菌黑色變種DNA模板液10 U L，lpmol/U L的混合 dNTP4ii L，200pmol 的引物 P1 和 P2 各 I y L，10XBuffer3 y L，Taq 聚合酶 Iii L，加無菌去離子水補(bǔ)充至25 u L03) PCR 控制條件:94°C預(yù)變性 5min ;94°C變性 30s，56°C退火 30s，72°C延伸 30s，35個(gè)循環(huán)；72°C延伸8min，停止于4°C。 三、電泳檢測(cè)PCR反應(yīng)產(chǎn)物將PCR擴(kuò)增產(chǎn)物在1.5%的瓊脂糖凝膠上電泳，電泳電壓為100V，電泳時(shí)間為30min。電泳后的PCR擴(kuò)增產(chǎn)物使用0.5 u g/mL的溴化こ錠(EB)進(jìn)行染色，然后在紫外燈下觀測(cè)。PCR擴(kuò)增產(chǎn)物的瓊脂糖凝膠電泳結(jié)果如圖4所示，圖中M為DNA分子量標(biāo)記(Marker) ,C1為未經(jīng)破碎處理的枯草桿菌黑色變種芽孢懸浮液(濃度為104cfu/mL)直接上樣陰性對(duì)照，C2為未加DNA模板的PCR反應(yīng)體系陰性對(duì)照，C3、C4則分別對(duì)應(yīng)濃度為IO3Cfu/mL和104Cfu/mL的芽孢懸液，經(jīng)過細(xì)胞破碎、DNA提取純化和PCR擴(kuò)增后上樣電泳。從圖4可知，C3、C4均跑出了 500bp左右的目的條帶，兩個(gè)陰性對(duì)照C1和C2則沒有出現(xiàn)可見條帶。由此可見，本實(shí)施例四通道通用型顫振珠磨式細(xì)胞快速破碎裝置能在較短時(shí)間內(nèi)(IOmin)完成對(duì)枯草桿菌黑色變種芽孢的破碎，令其釋放出DNA。盡管以上結(jié)合附圖對(duì)本實(shí)用新型優(yōu)選的ー種實(shí)施例進(jìn)行了詳細(xì)描述，但是本實(shí)用新型并不局限于上述的具體實(shí)施方式
，具體實(shí)施方式
僅僅是示意性的，并不是限制性的。本領(lǐng)域的工程技術(shù)人員在本實(shí)用新型的啟示下，在不脫離本實(shí)用新型宗g和權(quán)利要求所保護(hù)范圍的情況下，還可以做出很多種改進(jìn)形式，這些均屬于本實(shí)用新型的保護(hù)范圍。
權(quán)利要求1.一種細(xì)胞快速破碎裝置，其特征在于:主要包括主殼體、驅(qū)動(dòng)模塊、控制模塊、動(dòng)力軸、轉(zhuǎn)子、傳動(dòng)機(jī)構(gòu)、離心管支架、離心管和研磨珠；固定在主殼體上的驅(qū)動(dòng)模塊在控制模塊的支配下為整個(gè)破碎裝置提供動(dòng)力源，并通過動(dòng)力軸將運(yùn)動(dòng)和轉(zhuǎn)矩傳遞給轉(zhuǎn)子，迫使轉(zhuǎn)子高速旋轉(zhuǎn)；傳動(dòng)機(jī)構(gòu)的起始端通過高副與旋轉(zhuǎn)的轉(zhuǎn)子相連，并將轉(zhuǎn)子的高速旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)化成傳動(dòng)機(jī)構(gòu)末端的高頻往復(fù)直線運(yùn)動(dòng)；離心管支架固定于傳動(dòng)機(jī)構(gòu)的末端并隨傳動(dòng)機(jī)構(gòu)的末端作高頻往復(fù)直線運(yùn)動(dòng)；裝有研磨珠和細(xì)胞懸浮液的離心管置于離心管支架中并固定，離心管隨離心管支架一起作高頻往復(fù)直線運(yùn)動(dòng)。
2.如權(quán)利要求1所述的細(xì)胞快速破碎裝置，其特征在于:所述傳動(dòng)機(jī)構(gòu)為平面連桿機(jī)構(gòu)，包括由傳動(dòng)殼體、搖桿、壓桿和滑竿通過低副組成的搖桿滑動(dòng)機(jī)構(gòu)；所述低副包括轉(zhuǎn)動(dòng)副和移動(dòng)副，其中轉(zhuǎn)動(dòng)副是通過鉸鏈形成，移動(dòng)副是通過平面配合或圓柱面配合來形成 ’傳動(dòng)殼體為整個(gè)傳動(dòng)機(jī)構(gòu)提供固定約束和支撐，壓桿通過鉸鏈將搖桿和滑竿聯(lián)接起來；高速旋轉(zhuǎn)的旋轉(zhuǎn)凸輪驅(qū)動(dòng)搖桿單向擺動(dòng)，在壓桿的推動(dòng)下，帶動(dòng)滑竿沿直線單向移動(dòng)，滑竿直線移動(dòng)的方向通過固定在傳動(dòng)殼體上的導(dǎo)向桿來控制；在導(dǎo)向桿上設(shè)置一組復(fù)位彈簧，滑竿沿導(dǎo)向桿直線移動(dòng)時(shí)壓縮彈簧，滑竿移動(dòng)到最大行程處以后，受壓的彈簧將驅(qū)動(dòng)整個(gè)傳動(dòng)機(jī)構(gòu)復(fù)位。
3.如權(quán)利要求1所述的細(xì)胞快速破碎裝置，其特征在于:所述驅(qū)動(dòng)模塊為一單向旋轉(zhuǎn)的直流電機(jī)，其輸出的運(yùn)動(dòng) 和轉(zhuǎn)矩集中在電機(jī)輸出軸上；所述控制模塊為破碎裝置的控制單元，其為單片機(jī)控制器，可對(duì)直流電機(jī)的啟動(dòng)、暫停、急停以及電機(jī)轉(zhuǎn)速和運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)間各參數(shù)進(jìn)行控制。
4.如權(quán)利要求3所述的細(xì)胞快速破碎裝置，其特征在于:所述動(dòng)力軸為連接電機(jī)輸出軸和轉(zhuǎn)子的傳動(dòng)軸，所述動(dòng)力軸將電機(jī)輸出軸的轉(zhuǎn)動(dòng)和轉(zhuǎn)矩傳遞給轉(zhuǎn)子，用以驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)子高速旋轉(zhuǎn)。
5.如權(quán)利要求1所述的細(xì)胞快速破碎裝置，其特征在于:所述動(dòng)力軸為一豎直放置的圓軸，圓軸一端通過聯(lián)軸器或離合器與電機(jī)輸出軸相聯(lián)，另一端則固定在轉(zhuǎn)子上。
6.如權(quán)利要求1所述的細(xì)胞快速破碎裝置，其特征在于:所述轉(zhuǎn)子為一盤狀的凸輪或偏心輪。
7.如權(quán)利要求2所述的細(xì)胞快速破碎裝置，其特征在于:所述離心管支架固定于傳動(dòng)機(jī)構(gòu)的末端、即滑竿上，隨滑竿一起作高頻往復(fù)直線運(yùn)動(dòng)；所述離心管為帶安全鎖扣的標(biāo)準(zhǔn)離心管，細(xì)胞懸浮液和研磨珠的總體積不超過離心管容積的3/4。
8.如權(quán)利要求1所述的細(xì)胞快速破碎裝置，其特征在于:所述研磨珠的直徑為0.1 1.5mm。
9.如權(quán)利要求8所述的細(xì)胞快速破碎裝置，其特征在于:所述研磨珠的直徑為0.25 0.5mmο
10.一種細(xì)胞快速破碎裝置，其特征在于:包括殼體、驅(qū)動(dòng)模塊、離心管和研磨珠；裝有研磨珠和細(xì)胞懸浮液的離心管置于離心管支架中并固定，離心管隨離心管支架一起作高頻往復(fù)直線運(yùn)動(dòng)，進(jìn)而導(dǎo)致研磨珠高頻顫振，與細(xì)胞相互猛烈剪切、撞擊，致使細(xì)胞破碎，釋放出胞內(nèi)活性物質(zhì)。
專利摘要一種細(xì)胞快速破碎裝置，其主要包括主殼體、驅(qū)動(dòng)模塊、控制模塊、動(dòng)力軸、轉(zhuǎn)子、傳動(dòng)機(jī)構(gòu)、離心管支架、離心管和研磨珠；固定在主殼體上的驅(qū)動(dòng)模塊在控制模塊的支配下為整個(gè)破碎裝置提供動(dòng)力源，并通過動(dòng)力軸將運(yùn)動(dòng)和轉(zhuǎn)矩傳遞給轉(zhuǎn)子，迫使轉(zhuǎn)子高速旋轉(zhuǎn)；傳動(dòng)機(jī)構(gòu)的起始端通過高副與旋轉(zhuǎn)的轉(zhuǎn)子相連，并將轉(zhuǎn)子的高速旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)化成傳動(dòng)機(jī)構(gòu)末端的高頻往復(fù)直線運(yùn)動(dòng)；離心管支架固定于傳動(dòng)機(jī)構(gòu)的末端并隨傳動(dòng)機(jī)構(gòu)的末端作高頻往復(fù)直線運(yùn)動(dòng)；裝有研磨珠和細(xì)胞懸浮液的離心管置于離心管支架中并固定，離心管隨離心管支架一起作高頻往復(fù)直線運(yùn)動(dòng)，進(jìn)而導(dǎo)致研磨珠高頻顫振，與細(xì)胞相互猛烈剪切、撞擊，致使細(xì)胞破碎，釋放出胞內(nèi)活性物質(zhì)。
文檔編號(hào)B02C17/14GK202942933SQ2012204202
公開日2013年5月22日 申請(qǐng)日期2012年8月23日 優(yōu)先權(quán)日2012年8月23日
發(fā)明者喬龍學(xué), 杜耀華, 吳太虎, 陳鋒, 程智, 顧彪, 李抄, 李辰宇 申請(qǐng)人:中國(guó)人民解放軍軍事醫(yī)學(xué)科學(xué)院衛(wèi)生裝備研究所