凍融細胞振蕩破碎儀的制作方法
【技術(shù)領域】
[0001]本發(fā)明涉及一種生物技術(shù)特別是生物制藥領域用儀器，尤其適用于將低溫冷凍的細胞振蕩撞擊快速破碎的裝置。
【背景技術(shù)】
[0002]細胞破碎技術(shù)是指利用外力破壞細胞膜和細胞壁，使細胞內(nèi)容物包括目的產(chǎn)物成分釋放出來的技術(shù)。破碎細胞的目的主要有二，一是獲得細胞的內(nèi)含物，二是獲得細胞膜物質(zhì)。不論是那一種目的，獲得最大的破碎率和最大的破碎效率是所有破碎技術(shù)追求的目標。
[0003]不同的細胞，其細胞破碎的難易不一，使用的方法也不相同。細菌、酵母、真菌、植物都有細胞壁，但成分不同，且同類細胞結(jié)成的網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)不同，因此其細胞壁的堅固程度不同。動物細胞雖沒有細胞壁，但具有細胞膜，另外，破碎的目的不同，如有的需要提取DNA，有的需要提取RNA或蛋白，所使用的破碎方法也會不同。
[0004]目前已發(fā)展了多種細胞破碎方法。破碎方法可歸納為機械法和非機械法兩大類。機械法有高壓勻衆(zhòng)破碎法(homogenizat1n),振蕩珠擊破碎法(Shaking Bead),超聲波破碎法(ultrasonic)等,非機械法有滲透壓沖擊破碎法(osmotic shock),凍融破碎法(freezing and thawing),化學破碎法(chemical treatment)等。
[0005]振蕩珠擊破碎法是在微量試管中加入組織或細胞以及研磨珠，試管以水平或豎直方向高速振蕩，試管內(nèi)研磨珠撞擊剪切細胞從而達到破碎細胞的目的。利用這種方法破碎細胞的典型儀器廠家有德國Retsch公司(水平振蕩)和美國SPEX SamplePrep公司(豎直振蕩)。但這種方法只適用實驗室少量樣品的破碎。
[0006]凍融破碎法是將細胞放在低溫下冷凍(_15°C以下)，然后在室溫中融化，反復多次而達到破壁作用。由于冷凍，一方面能使細胞膜的疏水鍵結(jié)構(gòu)破裂，從而增加細胞的親水性能，另一方面胞內(nèi)水結(jié)晶，形成冰晶粒，引起細胞膨脹而破裂。其缺點是耗時、耗能，效率低。
[0007]目前，在現(xiàn)代生物制藥或疫苗的生產(chǎn)中，批量破碎細胞主要采用高壓勻漿破碎法和化學破碎法。這些方法對微生物細胞如酵母、細菌等細胞的破碎效果較理想，但對動物細胞特別是人二倍體細胞，高壓勻漿破碎法和化學破碎法太過劇烈，破碎后產(chǎn)物(如病毒或蛋白)存活率或活性不高。而凍融法比較適合動物細胞的破碎。
[0008]本發(fā)明結(jié)合了機械法和凍融法破碎細胞的優(yōu)點，提供一種機械化搖動破碎凍融細胞的裝置。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0009]本發(fā)明要解決的技術(shù)問題在于，針對生物技術(shù)及生物制藥領域，對動物細胞特別是人二倍體細胞沒有很好的自動化批量破碎細胞的儀器技術(shù)問題，本發(fā)明根據(jù)細胞破碎的原理，結(jié)合了機械振蕩撞擊破碎和細胞凍融破碎方法，提供了一種可編程的搖動撞擊破碎凍融細胞的裝置一凍融細胞振蕩破碎儀，該裝置可以一次搖動多個細胞容器，實現(xiàn)批量生產(chǎn)。
[0010]本發(fā)明解決其技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案是:構(gòu)造一種凍融細胞振蕩破碎儀，包括底板、設置在所述底板上的驅(qū)動組件和振蕩組件、以及由所述振蕩組件帶動的兩套培養(yǎng)瓶支架組件。驅(qū)動組件通過皮帶將電機的力矩傳遞到驅(qū)動組件的減速帶輪上，減速帶輪與振蕩組件中的曲軸連接，曲軸通過軸承、軸承座固定在底板上，曲曲軸通過其上的關節(jié)軸承帶動驅(qū)動臂使振蕩組件左右振蕩。
[0011]由于特有的振蕩方式使得兩培養(yǎng)瓶支架組件運動方向相反，從而保證運動質(zhì)心相對靜止從而抵消整機的晃動和位移。
[0012]此培養(yǎng)瓶支架可以安裝固定多個細胞容器，通過培養(yǎng)瓶上面的壓板和兩側(cè)的壓條牢固安裝在培養(yǎng)瓶支架上。
[0013]上述方案中，搖臂通過曲軸、減速帶輪、皮帶、電機軸套與電機相連，將電機的轉(zhuǎn)動轉(zhuǎn)換為搖臂的水平運動，搖臂的搖動半徑等于曲軸的半徑；搖臂的搖動頻率(Y )與電機的轉(zhuǎn)速(V)、電機軸套直徑(dl)、變速輪直徑(d2)相關。關系式為:Y=VX (d2/dl);由于冷凍后形成冰晶的細胞破碎主要依賴細胞與細胞容器側(cè)壁的撞擊力，所以搖臂的搖動半徑應大于細胞容器在其運動方向上的半徑，且搖動頻率越大，細胞越容易破碎。
[0014]上述方案中，兩個搖臂對稱安裝于曲軸上，且兩個搖臂搖動方向相反，以抵消搖動過程中整機裝置的晃動和位移。
[0015]上述方案中，兩個承載細胞容器的支架固定安裝在兩個搖臂上，支架與其固定的搖臂同方向、同頻率運動。細胞容器的支架根據(jù)細胞容器的形狀將細胞容器牢固固定。每個支架上可以固定多個細胞容器。
[0016]上述方案中控制電路包括電源輸入單元、主控制單元、電機驅(qū)動單元、速度反饋單元和執(zhí)行單元。
[0017]本發(fā)明的凍融細胞振蕩破碎儀的技術(shù)原理是細胞內(nèi)的水分和細胞外溶液在低溫下形成冰晶，冰晶在細胞容器的振蕩過程中，冰晶細胞之間以及冰晶細胞與細胞容器壁撞擊從而將細胞破碎。
[0018]本發(fā)明的有益效果是，結(jié)合了機械法和凍融法破碎細胞的優(yōu)點，還可以一次搖動多個細胞容器，實現(xiàn)批量生產(chǎn)。
【附圖說明】
[0019]下面結(jié)合附圖和實施例對本發(fā)明進一步說明。
[0020]圖1為本發(fā)明一個實施方案電路原理圖圖2為本發(fā)明一個實施方案機械結(jié)構(gòu)簡圖圖3為本發(fā)明一個實施方案立體圖圖4為本發(fā)明一個實施方案培養(yǎng)瓶支架的正向剖視圖圖5為本發(fā)明一個實施方案培養(yǎng)瓶支架的正向剖視圖的側(cè)向剖視圖圖中:1.主搖臂，2.第二支撐軸，3.第一副搖臂，4.第一托盤，5.第二副搖臂，6.第三支撐軸，7.第二托盤架，8.曲軸，9.關節(jié)軸承，10.第一支撐軸1，11.左細胞培養(yǎng)瓶支架，12.右細胞培養(yǎng)瓶支架，13.搖臂固定板，14.橡膠減震器，15.底板，16.驅(qū)動臂，17.電機，18.皮帶，19.霍爾測速器，20.減速帶輪，21.手擰帽，22.壓板，23.壓板橡膠，24.細胞培養(yǎng)瓶，25.壓桿，26.壓條，27.底板橡膠，28.培養(yǎng)瓶支架底板，29.后橡膠條，30.前橡膠條。
【具體實施方式】
[0021]如圖2、圖3所示，電機(17)通過皮帶(18)和減速帶輪(20)帶動曲軸(8)整周回轉(zhuǎn)，曲軸(8)通過關節(jié)軸承(9)驅(qū)動主搖臂(I)左右擺動。驅(qū)動臂(6)與第一支撐軸I (10)和主搖臂(I)剛性連接。第一副搖臂(3)、第二副搖臂(5)通過第一托盤(4)、第二托盤架
(7)與主搖臂(I)構(gòu)成兩套過約束的平行四桿機構(gòu)，其中以第一支撐軸I (10)、第二支撐軸
(2)、第三支撐軸(6)三點所構(gòu)成的直線上下為界，上下區(qū)域各構(gòu)成一套平行四桿機構(gòu)。第一托盤(4)和第二托盤架(7)分別與細胞培養(yǎng)瓶左支架(11)和細胞培養(yǎng)瓶右支架(12)剛性連接?；魻枩y速器(19)通過減速帶輪(20)上的磁鋼檢測轉(zhuǎn)速并返回到控制/驅(qū)動電路，控制/驅(qū)動電路對速度進行調(diào)節(jié)。
[0022]運行時，第一托盤(4)與第二托盤架(7)在搖臂的帶動下做運動方向完全相反的平動。由于第一托盤(4)與第二托盤架(7)運動方向相反，其上負載所產(chǎn)生的合力始終為0，從而有效避免了附加動載荷給儀器帶來的振動。
[0023]如圖4、圖5所示，本實施例中的培養(yǎng)瓶固定支架可同時固定3個細胞培養(yǎng)瓶
[24]。細胞培養(yǎng)瓶(24)通過壓桿(25)向下的壓緊力固定在培養(yǎng)瓶支架底板(28)上，壓桿(25)通過培養(yǎng)瓶支架底板(28)側(cè)面的長圓孔可上下移動，從而方便細胞培養(yǎng)瓶的取放
(24)，并可通過手擰帽(21)鎖緊。細胞培養(yǎng)瓶(24)的側(cè)面通過壓條(26)固定。壓板橡膠
[23]、后橡膠條(29)、底板橡膠(27)、前橡膠條(30)可起到增加摩擦力和預壓力的作用，從而起到更好的固定效果。
[0024]如圖1所示的主控制單元根據(jù)設定的速度和時間進行電機啟停和運行速度的控制。按鍵和顯示部分用于速度和時間的設置和顯示。速度反饋單元實時反饋速度信號給主控制單元，主控制單元通過電機驅(qū)動單元對電機進行速度控制，電機再通過機械曲軸驅(qū)動執(zhí)行單元。
[0025]使用時，接通220V電源，打開電源開關，通過按鍵和顯示設定運行的循環(huán)次數(shù)，搖動頻率和間歇運行的搖動時間和間歇時間。這些參數(shù)都可以根據(jù)需要自行調(diào)整。然后打開保護罩，裝好要破碎的培養(yǎng)瓶，保證培養(yǎng)瓶擰緊，蓋上保護罩。按鍵盤上的啟動鍵，則以其開始按照設定的程序運行。運行過程中可以按停止鍵隨時停止運行，否則程序運行完成自動停止運行。
【主權(quán)項】
1.一種凍融細胞振蕩破碎儀，包括底板、設置在所述底板上的驅(qū)動組件和振蕩組件、以及由所述振蕩組件帶動的兩套培養(yǎng)瓶支架組件，驅(qū)動組件通過皮帶將電機的力矩傳遞到驅(qū)動組件的減速帶輪上，減速帶輪與振蕩組件中的曲軸連接，曲軸通過軸承、軸承座固定在底板上，曲軸通過其上的關節(jié)軸承帶動驅(qū)動臂使振蕩組件左右振蕩。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的凍融細胞振蕩破碎儀，其特征在于:一種凍融細胞振蕩破碎儀具有一對對稱搖臂，每個搖臂上有與細胞容器匹配的搖動支架。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的凍融細胞振蕩破碎儀，其特征是兩個分別載有細胞容器的搖臂做相反方向的對稱搖動以抵消整機的不平衡。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的凍融細胞振蕩破碎儀，其特征是搖臂的搖動半徑大于細胞容器運動方向上的半徑。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的凍融細胞振蕩破碎儀，其特征是每個搖臂上可以固定多個細胞容器，通過細胞容器上面的壓板和兩側(cè)的壓條牢固安裝在培養(yǎng)瓶支架上。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的凍融細胞振蕩破碎儀，其中包括控制面板和控制電路，所述的控制面板包括按鍵和數(shù)碼管顯示，控制面板可以設定和顯示間歇搖動的搖動時間、間歇時間、循環(huán)次數(shù)和搖動頻率。
7.根據(jù)權(quán)利要求5所述的凍融細胞振蕩破碎儀，其中所述的控制電路包括電源輸入單元、主控制單元、電機驅(qū)動單元、速度反饋單元和執(zhí)行單元。
【專利摘要】一種自動搖動破碎凍融細胞的凍融細胞振蕩破碎儀，具有一對對稱搖臂，兩個搖臂運動方向相反以抵消整機的晃動和位移；每個搖臂上有與細胞容器匹配的搖動支架，支架上可以安裝固定多個細胞容器；裝置由CPU控制系統(tǒng)編程控制搖動頻率和搖動時間。其實現(xiàn)辦法是：搖臂通過曲軸、減速帶輪、皮帶、電機軸套與電機相連，電機的轉(zhuǎn)動轉(zhuǎn)換為搖臂的水平運動，兩個搖臂對稱安裝于曲軸上。兩個承載細胞容器的支架固定安裝在兩個搖臂上，支架與其固定的搖臂同方向、同頻率運動。每個支架上可以固定多個細胞容器。
【IPC分類】C12M1-33
【公開號】CN104762199
【申請?zhí)枴緾N201410004731
【發(fā)明人】鐘雷鳴, 張磊, 張麗俠
【申請人】北京鼎昊源科技有限公司
【公開日】2015年7月8日
【申請日】2014年1月7日