專利名稱：一種原位研磨、離心裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及生物樣本處理自動(dòng)化設(shè)備，尤其涉及一種原位連續(xù)進(jìn)行研磨操作和離 心操作的原位研磨、離心裝置。
背景技術(shù)：
在分子生物學(xué)研究和實(shí)驗(yàn)領(lǐng)域，從生物樣本中分離、提取出核酸、蛋白質(zhì)等特定生 物樣品，是一種應(yīng)用十分普遍的操作，是一切后續(xù)研究和實(shí)驗(yàn)的基礎(chǔ)。常用的生物樣本包括 動(dòng)物組織、植物組織和微生物等。其中，動(dòng)物組織和植物組織一般為較大尺寸的塊狀結(jié)構(gòu)。 目前，已有多種方法可以被用于實(shí)現(xiàn)對(duì)特定生物樣品的提取。操作人員根據(jù)原始生物樣本 的不同，選擇不同方法，按照一定的步驟進(jìn)行組合，實(shí)現(xiàn)對(duì)特定生物樣品的提取。其中，一種 比較常用的操作組合是首先，將生物樣本研磨成粉末；然后，向粉末中添加特定提取液， 振蕩，使粉末與提取液充分混合，特定生物樣品溶入提取液；最后，對(duì)混合液進(jìn)行離心，固態(tài) 物質(zhì)沉淀到底部，提取上清，得到特定生物樣品。以上操作所對(duì)應(yīng)的儀器依次是研磨儀、混 合器或攪拌儀、離心機(jī)。為完成一個(gè)特定生物樣品的提取，需要操作人員依次使用上述儀 器，對(duì)生物樣本進(jìn)行操作，從而耗費(fèi)大量的精力和時(shí)間。特別是隨著分子生物學(xué)研究和實(shí)驗(yàn) 規(guī)模的不斷擴(kuò)大，這種不必要的浪費(fèi)顯得更加突出。目前，以上幾種方法均已有成熟產(chǎn)品供應(yīng)市場，通過對(duì)已有專利的調(diào)研發(fā)現(xiàn)幾乎 所有相關(guān)專利都是在已有成熟產(chǎn)品的基礎(chǔ)上，為滿足特定要求而做得一些局部改進(jìn)，尚無 可進(jìn)行連續(xù)操作的儀器。例如專利“深冷振動(dòng)超微粉碎機(jī)”(CN02229195)提出了一種液氮 溫度下利用振動(dòng)磨進(jìn)行中草藥研磨的裝置；專利“生物組織超微粉碎機(jī)”(CN95241945)提 出了一種利用旋轉(zhuǎn)組合刀具進(jìn)行生物組織研磨的裝置；專利“用離心分離法分離全血中血 漿的裝置”(CN91105326)提出了一種可自動(dòng)收集血漿的全血分離裝置。如果使用機(jī)械手完成生物樣本在不同儀器之間的轉(zhuǎn)移，則對(duì)該機(jī)械手的結(jié)構(gòu)復(fù)雜 度和運(yùn)動(dòng)精度會(huì)有很高的要求，實(shí)現(xiàn)困難，成本高昂。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種在原位連續(xù)進(jìn)行研磨操作和離心操作的裝置。本發(fā)明采用的技術(shù)方案為該裝置的結(jié)構(gòu)包括凸輪、凸輪升降機(jī)構(gòu)、離心轉(zhuǎn)子、操 作瓶、以及盛放在操作瓶中的研磨撞子。所述離心轉(zhuǎn)子上加工有多條與豎直方向成15-45° 角的滑道，各滑道繞離心轉(zhuǎn)子的軸心均勻排布，并且在每個(gè)滑道內(nèi)安裝一個(gè)與之配合并可 沿滑道往復(fù)運(yùn)動(dòng)的滑塊；操作瓶固定在滑塊上，并隨滑塊一起運(yùn)動(dòng)，操作瓶裝入生物樣本， 并同時(shí)裝有一個(gè)或數(shù)個(gè)研磨撞子；凸輪由凸輪升降機(jī)構(gòu)驅(qū)動(dòng)做上下運(yùn)動(dòng)，凸輪在最高點(diǎn)時(shí)， 凸輪面與滑塊的下端接觸，離心轉(zhuǎn)子保持不動(dòng)，凸輪旋轉(zhuǎn)，各滑塊在凸輪的驅(qū)動(dòng)下，帶動(dòng)操 作瓶沿滑道做快速往復(fù)運(yùn)動(dòng)，操作瓶內(nèi)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；凸輪在最低點(diǎn)時(shí)，凸輪面與滑塊脫離接觸，向操作瓶中提取液，特定生物樣 品融入提取液，離心轉(zhuǎn)子高速旋轉(zhuǎn)，固態(tài)物質(zhì)沉淀到操作瓶的瓶底，取出上清，即得到特定生物樣品。所述凸輪與所述離心轉(zhuǎn)子的旋轉(zhuǎn)軸重合。所述滑塊在凸輪的驅(qū)動(dòng)下沿滑道運(yùn)動(dòng)時(shí)，依靠壓縮彈簧實(shí)現(xiàn)復(fù)位，使滑塊與凸輪 面時(shí)刻保持接觸。所述凸輪是軸對(duì)稱結(jié)構(gòu)，凸輪面由一平面曲線沿其垂直方向以30-60°的拔模角 度拉伸而成。所述凸輪的凸輪面與滑塊的運(yùn)動(dòng)方向在整個(gè)圓周上處處保持垂直。所述滑塊的底部安裝有滾輪，以減小運(yùn)動(dòng)中滑塊與凸輪面之間的摩擦。所述凸輪升降裝置采用連桿機(jī)構(gòu)，凸輪位置最高點(diǎn)對(duì)應(yīng)連桿機(jī)構(gòu)的死點(diǎn)位置，以 抵抗凸輪驅(qū)動(dòng)滑塊運(yùn)動(dòng)時(shí)所受到的反作用力。本發(fā)明的有益效果為該裝置結(jié)構(gòu)緊湊，生物樣本不需要轉(zhuǎn)移即可實(shí)現(xiàn)分離和提 取，可廣泛應(yīng)用于從動(dòng)物、植物和微生物等生物樣本中提取核酸、蛋白質(zhì)等特定生物樣品的 自動(dòng)化操作。


圖1為本發(fā)明一種實(shí)施方式的原位研磨、離心裝置結(jié)構(gòu)示意圖；圖2為當(dāng)凸輪面與滑塊接觸時(shí)，該裝置的狀態(tài)圖；圖3為凸輪的凸輪面結(jié)構(gòu)示意圖；圖4為操作瓶、滑塊部分的剖面示意圖；圖5為采用連桿結(jié)構(gòu)的凸輪升降裝置結(jié)構(gòu)示意圖。圖中標(biāo)號(hào)1-凸輪升降機(jī)構(gòu)；2-凸輪；3-滑塊；4-離心轉(zhuǎn)子；5-操作瓶；6_滾輪-J-滑道； 8-壓縮彈簧；9-凸輪支撐平臺(tái)；10-研磨撞子；11-操作瓶蓋；12-驅(qū)動(dòng)電機(jī)；13-直線運(yùn)動(dòng) 單元；14-運(yùn)動(dòng)滑塊；15-推桿；16-連桿；17-運(yùn)動(dòng)導(dǎo)桿；18-防反向桿。
具體實(shí)施例方式本發(fā)明提供了一種原位研磨、離心裝置，下面結(jié)合附圖和具體實(shí)施方式
對(duì)本發(fā)明 做進(jìn)一步說明。如圖1所示，本發(fā)明所述裝置主要包括凸輪2、凸輪升降機(jī)構(gòu)1、離心轉(zhuǎn)子4、操作 瓶5、以及盛放在操作瓶中的研磨撞子10。所述離心轉(zhuǎn)子4上加工有6-10條與豎直方向成45°角的滑道7，各滑道7繞離心 轉(zhuǎn)子4的軸心均勻排布，并且在每個(gè)滑道7內(nèi)安裝一個(gè)與之配合并可沿滑道在一定距離內(nèi) 往復(fù)運(yùn)動(dòng)的滑塊3 ；在滑塊3的上部與滑道7的上部之間安裝有壓縮彈簧8，壓縮彈簧8在 滑塊3整個(gè)運(yùn)動(dòng)范圍內(nèi)始終保持一定的壓緊力，在每個(gè)滑塊3底部還安裝有滾輪6。操作瓶 5固定在滑塊3上，并隨滑塊3 —起運(yùn)動(dòng)，操作瓶5的頂部設(shè)置有用于密封的操作瓶蓋11。 操作瓶5裝入生物樣本，并同時(shí)裝有一個(gè)或數(shù)個(gè)研磨撞子10。凸輪2的旋轉(zhuǎn)軸與離心轉(zhuǎn)子4的旋轉(zhuǎn)軸重合，其整體成軸對(duì)稱結(jié)構(gòu)，即凸輪面在 0 180°范圍內(nèi)的運(yùn)動(dòng)規(guī)律與180 360°范圍內(nèi)的運(yùn)動(dòng)規(guī)律完全相同。所述凸輪2兼具 盤形凸輪和圓柱凸輪的特點(diǎn)。凸輪面由一平面曲線沿其垂直方向，以45°的拔模角度拉伸而成，以保證在整個(gè)運(yùn)動(dòng)過程中，凸輪面時(shí)刻與滑塊3運(yùn)動(dòng)方向垂直，滾輪10與凸輪面實(shí)現(xiàn) 線接觸。凸輪2安裝在凸輪支撐平臺(tái)9上，在凸輪升降機(jī)構(gòu)1的驅(qū)動(dòng)下，凸輪2可以上下運(yùn) 動(dòng)。當(dāng)凸輪2在最高點(diǎn)時(shí)，凸輪面與滾輪6接觸；當(dāng)凸輪2在最低點(diǎn)時(shí)，凸輪面與滾輪6脫 離接觸。所述凸輪升降機(jī)構(gòu)1采用連桿機(jī)構(gòu)，驅(qū)動(dòng)電機(jī)12通過直線運(yùn)動(dòng)單元13，帶動(dòng)運(yùn)動(dòng) 滑塊14左右運(yùn)動(dòng)。與運(yùn)動(dòng)滑塊14鉸接的推桿15通過連桿16，將運(yùn)動(dòng)傳遞到凸輪支撐平臺(tái) 9，使其沿導(dǎo)桿17上下運(yùn)動(dòng)。當(dāng)上下連桿16之間呈180°夾角時(shí)，凸輪2到達(dá)最高點(diǎn)。此 時(shí)，整個(gè)連桿機(jī)構(gòu)處于死點(diǎn)位置，可以抵抗凸輪2驅(qū)動(dòng)滑塊3運(yùn)動(dòng)時(shí)所受到的反作用力。防 反向桿18連接左右兩組連桿16，以避免右側(cè)連桿在死點(diǎn)位置附近向錯(cuò)誤方向運(yùn)動(dòng)。在從生物樣本中提取特點(diǎn)生物樣品的操作過程中，首先將一定數(shù)量的生物樣本裝 入操作瓶5，同時(shí)根據(jù)生物樣本的特性和數(shù)量，放入一個(gè)或數(shù)個(gè)研磨撞子10，蓋上操作瓶蓋 11，使操作瓶5內(nèi)部形成一個(gè)密閉的空腔。將各操作瓶依次放入各滑塊3，并將其與滑塊3 緊固。離心轉(zhuǎn)子4固定不動(dòng)，凸輪2向上運(yùn)動(dòng)到最高點(diǎn)，凸輪面與各滑塊3底部的滾輪6接 觸。凸輪2以一定轉(zhuǎn)速旋轉(zhuǎn)，凸輪面驅(qū)動(dòng)各滑塊3沿滑道7往復(fù)運(yùn)動(dòng)。壓縮彈簧8提供回 復(fù)力，使?jié)L輪6與凸輪面時(shí)刻保持接觸。操作瓶5中的研磨撞子10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。凸輪2旋 轉(zhuǎn)一定時(shí)間后，生物樣本被研磨成粉末狀。然后，打開操作瓶蓋11，向操作瓶5中添加提取液。閉合操作瓶蓋11，凸輪2低速 旋轉(zhuǎn)。在慣性力的作用下，研磨撞子10將操作瓶5中的粉末和提取液充分混合。待提取的 特定生物樣品溶解于提取液。待混合充分后，凸輪2向下運(yùn)動(dòng)到最低點(diǎn)，凸輪面與滾輪6脫離接觸。凸輪2固定 不動(dòng)，離心轉(zhuǎn)子4高速旋轉(zhuǎn)，在離心力作用下，固體物質(zhì)和研磨撞子10沉淀到操作瓶5底 部，溶解有特定生物樣品的提取液位于操作瓶5上部。離心一定時(shí)間后，離心轉(zhuǎn)子4停止轉(zhuǎn)動(dòng)，將操作瓶5從滑塊3上取下，打開研磨瓶 蓋11，吸取上清，得到特定生物樣品。以上實(shí)施方式僅用于說明本發(fā)明，而并非對(duì)本發(fā)明的限制，有關(guān)技術(shù)領(lǐng)域的普通 技術(shù)人員，在不脫離本發(fā)明的精神和范圍的情況下，還可以做出各種變化和變型，因此所有 等同的技術(shù)方案也屬于本發(fā)明的范疇。
權(quán)利要求
一種原位研磨、離心裝置，該裝置包括凸輪(2)、凸輪升降機(jī)構(gòu)(1)、離心轉(zhuǎn)子(4)、操作瓶(5)、以及盛放在操作瓶中的研磨撞子(10)，其特征在于所述離心轉(zhuǎn)子(4)上加工有多條與豎直方向成15 60°角的滑道(7)，各滑道(7)繞離心轉(zhuǎn)子(4)的軸心均勻排布，并且在每個(gè)滑道(7)內(nèi)安裝一個(gè)與之配合并可沿滑道往復(fù)運(yùn)動(dòng)的滑塊(3)；操作瓶(5)固定在滑塊(3)上，并隨滑塊(3)一起運(yùn)動(dòng)，操作瓶(5)裝入生物樣本，并同時(shí)裝有一個(gè)或數(shù)個(gè)研磨撞子(10)；凸輪(2)由凸輪升降機(jī)構(gòu)(1)驅(qū)動(dòng)做上下運(yùn)動(dòng)，凸輪(2)在最高點(diǎn)時(shí)，凸輪面與滑塊(3)的下端接觸，離心轉(zhuǎn)子(4)保持不動(dòng)，凸輪(2)旋轉(zhuǎn)，各滑塊(3)在凸輪(2)的驅(qū)動(dòng)下，帶動(dòng)操作瓶(5)沿滑道(7)做快速往復(fù)運(yùn)動(dòng)，操作瓶(5)內(nèi)的生物樣本在研磨撞子(10)以及自身之間的頻繁撞擊下被研磨成粉末；凸輪(2)在最低點(diǎn)時(shí)，凸輪面與滑塊(3)脫離接觸，向操作瓶(5)中加入提取液，并將生物樣品融入提取液，離心轉(zhuǎn)子(4)高速旋轉(zhuǎn)，固態(tài)物質(zhì)沉淀到操作瓶(5)的瓶底，取出上清，即得到生物樣品。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的原位研磨、離心裝置，其特征在于，所述凸輪(2)與所述離心 轉(zhuǎn)子(4)的旋轉(zhuǎn)軸重合。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的原位研磨、離心裝置，其特征在于，所述滑塊(3)在凸輪(2) 的驅(qū)動(dòng)下沿滑道(7)運(yùn)動(dòng)時(shí)，依靠壓縮彈簧(8)實(shí)現(xiàn)復(fù)位，使滑塊與凸輪面時(shí)刻保持接觸。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的原位研磨、離心裝置，其特征在于，所述凸輪(2)是軸對(duì)稱結(jié) 構(gòu)，凸輪面由一平面曲線沿其垂直方向以30-60°的拔模角度拉伸而成。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的原位研磨、離心裝置，其特征在于，所述凸輪(2)的凸輪面與 滑塊(3)的運(yùn)動(dòng)方向在整個(gè)圓周上處處保持垂直。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的原位研磨、離心裝置，其特征在于，所述滑塊(3)的底部安裝 有滾輪(6)，以減小運(yùn)動(dòng)中滑塊與凸輪面之間的摩擦。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的原位研磨、離心裝置，其特征在于，所述凸輪升降裝置(1)采 用連桿機(jī)構(gòu)，凸輪位置最高點(diǎn)對(duì)應(yīng)連桿機(jī)構(gòu)的死點(diǎn)位置，以抵抗凸輪驅(qū)動(dòng)滑塊運(yùn)動(dòng)時(shí)所受 到的反作用力。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種原位連續(xù)進(jìn)行研磨操作和離心操作的裝置，屬于生物樣本處理自動(dòng)化設(shè)備。該裝置包括凸輪、凸輪升降機(jī)構(gòu)和離心轉(zhuǎn)子；離心轉(zhuǎn)子上加工有一系列與豎直方向成一定角度的滑道，各滑道繞離心轉(zhuǎn)子軸心均勻排布，每個(gè)滑道內(nèi)安裝一個(gè)與之配合的滑塊；操作瓶內(nèi)可以裝入一定數(shù)量的生物樣本，并同時(shí)裝有一個(gè)或數(shù)個(gè)研磨撞子，操作瓶可固定在滑塊上，并隨其一起沿滑道往復(fù)運(yùn)動(dòng)。凸輪在凸輪升降機(jī)構(gòu)驅(qū)動(dòng)下可上下移動(dòng)，在最高點(diǎn)，凸輪面與滑塊接觸；在最低點(diǎn)，凸輪面與滑塊脫離接觸。本發(fā)明結(jié)構(gòu)緊湊，生物樣本不需要轉(zhuǎn)移即可實(shí)現(xiàn)分離和提取，可廣泛應(yīng)用于從動(dòng)物、植物和微生物等生物樣本中提取核酸、蛋白質(zhì)等特定生物樣品的自動(dòng)化操作。
文檔編號(hào)G01N35/00GK101975863SQ201010273539
公開日2011年2月16日 申請(qǐng)日期2010年9月6日 優(yōu)先權(quán)日2010年9月6日
發(fā)明者任長志, 劉飛, 吳丹, 宋立濱, 陳懇 申請(qǐng)人:清華大學(xué)