CN102093952A - 基于电磁驱动研磨和离心分离的生物组分自动化提取装置 - Google Patents

Abstract

基于电磁驱动研磨和离心分离的生物组分自动化提取装置涉及生物样本处理自动化技术领域。该装置包括：离心机构、电磁驱动模块和升降机构；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架，离心挂架可以绕自身轴线在竖直和水平位置间自由转动；操作瓶内可以装入一定数量的生物样本，并同时装有研磨撞子；操作瓶固定在离心挂架上，并随其运动。工作时，操作瓶插入电磁驱动模块，研磨撞子在电磁力驱动下快速往复运动，进行研磨；然后将操作瓶抽出离心。本发明结构紧凑，运动部件少，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

基于电磁驱动研磨和离心分离的生物组分自动化提取装置

技术领域

本发明涉及生物样本处理自动化技术领域，尤其涉及一种基于电磁驱动研磨和离心分离的生物组分自动化提取装置。

背景技术

在分子生物学研究和实验领域，从生物样本中分离、提取出核酸、蛋白质等特定生物组分，是一种应用十分普遍的操作，是一切后续研究和实验的基础。常用的生物样本包括动物组织、植物组织和微生物等。目前，已有多种方法可以被用于实现对特定生物组分的提取。操作人员根据原始生物样本的不同，选择不同方法，按照一定的步骤进行组合，实现对特定生物组分的提取。所涉及到的具体操作包括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。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。

在上述操作中，需要应用到的仪器包括研磨仪、混合器或搅拌仪、离心机。为完成一个特定生物样品的提取，需要操作人员依次使用上述仪器，对生物样本进行操作，从而耗费大量的精力和时间。特别是随着分子生物学研究和实验规模的不断扩大，这种不必要的浪费显得更加突出。

目前，以上几种仪器均已有成熟产品供应市场，通过对已有专利的调研发现：几乎所有相关专利都是在已有成熟产品的基础上，为满足特定要求而做得一些局部改进，尚无可进行连续操作的仪器。例如，专利“深冷振动超微粉碎机”(CN02229195)提到了一种一种基于振动磨的超微粉碎装置，该装置具有液氮制冷装置，可实现对通常方法难以粉碎的如富含油类、糖类和韧性类的中药材以及动植物鲜活体等的粉碎；专利“生物组织超微粉碎机”(CN 95241945)提出了一种利用旋转组合刀具进行生物组织研磨的装置；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。

如果使用机械手完成生物样本在不同仪器之间的转移，则对该机械手的结构复杂度和运动精度会有很高的要求，实现困难，成本高昂。因此，本发明提出了一种原位连续进行研磨操作和离心操作的装置，该装置结构紧凑，运动部件少，可以有效的解决上述问题。

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”操作的基于电磁驱动研磨和离心分离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：

所述装置的结构包括：升降机构、安装在升降机构上的电磁驱动模块、中心轴、安装在中心轴顶部的离心转子体、悬挂在离心转子体上的离心挂架、以及安装在离心挂架上的操作瓶。若干个离心挂架在离心转子体上绕轴线均匀排列，离心挂架可以绕自身轴线在竖直和水平位置间自由转动；操作瓶内装入生物样本和一个或数个研磨撞子；电磁驱动模块随升降机构上下移动。当电磁驱动模块位于最高位置时，离心转子体保持不动，操作瓶受重力作用处于竖直状态，并插入电磁驱动模块，研磨撞子在电磁力驱动下快速往复运动，操作瓶内的生物样本在研磨撞子，以及自身之间的频繁撞击下被研磨成粉末。向操作瓶中添加提取液，研磨撞子在电磁力驱动下往复运动，提取液与粉末混合，待提取生物组分溶于提取液。当电磁驱动模块位于最低点时，操作瓶从电磁驱动模块中抽出，离心转子体高速旋转，受离心力作用，离心挂架处于水平状态，固态物质沉淀到操作瓶底。取出上清，得到特定的生物组分。

在所述电磁驱动模块内设置低温模块，在进行电磁驱动研磨时，所述低温模块使所述操作瓶内温度保持在低温水平，使常温下不易粉碎的生物材料由于低温脆化，易于完成研磨粉碎。

所述电磁驱动模块中的功能执行部件是电磁螺线管。

所述低温模块由低温层和热绝缘层构成，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。

所述低温模块包裹在电磁驱动模块外，相互位置固定，并一起在升降机构驱动下上下移动；在进行电磁驱动研磨时，操作瓶周围，由里到外依次是电磁驱动模块的电磁螺线管、低温模块的低温层和热绝缘层。

所述升降机构采用螺旋机构，通过螺杆的旋转，驱动电磁驱动模块上下移动。

所述离心转子体是圆盘结构，在悬挂离心挂架处加工一系列对应槽沟，高速离心时，操作瓶和离心挂架受离心力作用可完全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为依照本发明一种实施方式的基于电磁驱动研磨和离心分离的生物组分自动化提取装置结构示意图。此时电磁驱动模块位于最低位置，离心转子体处于静止状态。

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。此时电磁驱动模块位于最高位置，离心转子体保持静止，电磁驱动模块驱动研磨撞子往复运动。

图3为在执行离心操作时的状态示意图。此时电磁驱动模块位于最低位置，离心转子体携带离心挂架和操作瓶高速旋转。

图4为离心挂架与操作瓶的剖面示意图；

图5为电磁驱动模块和低温模块复合部件的剖面示意图。

图中标号：

1-离心转子体；2-离心挂架；3-操作瓶；4-低温模块；5-电磁驱动模块；6-升降机构；7-升降支架；8-螺旋杆；9-导向杆；10-紧固压圈；11-操作瓶盖；12-操作瓶体；13-研磨撞子；14-空腔；15-电磁螺线管；16-液氮层；17-液氮套筒；18-真空层；19-密封壳；20-液氮导管；21-中心轴。

具体实施方式

本发明提出了一种基于电磁驱动研磨和离心分离的生物组分自动化提取装置，下面结合附图和具体实施例对本发明做进一步说明。

如图1-图5所示，本装置的结构包括：升降机构6、安装在升降机构6上的电磁驱动模块5、中心轴21、安装在中心轴21顶部的离心转子体1、悬挂在离心转子体1上的离心挂架2、以及安装在离心挂架2上的操作瓶3。

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个离心挂架2。离心转子体1的主体结构是一轴对称圆盘，在离心挂架2悬挂处开有对应凹槽。离心挂架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，离心挂架2和操作瓶3可完全位于凹槽内。操作瓶3由操作瓶体12和操作瓶盖11组成，两者通过螺纹连接，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13。操作瓶3可由紧固压圈10固定在离心挂架2上，并随其一起运动。

电磁驱动模块5与低温模块4在结构上集成为一体。密封壳19中央是一空腔14，可用于容纳操作瓶3。密封壳19内最里层安装电磁螺线管15，密封壳19与液氮套筒17之间空腔构成液氮层16，其外部空腔构成真空层18。液氮导管20穿过真空层18，与液氮层16连通。

升降机构6由升降支架7、螺旋杆8、导向杆9组成。升降支架7轴线与离心转子体1轴线重合。两螺旋杆8，两导向杆9分别关于升降支架7轴线对称。4个电磁驱动模块5与低温模块4的复合部件安装在升降支架7上，其位置绕升降支架7轴线均匀排布。各复合部件到升降支架7轴线的距离与操作瓶3竖直状态下轴线到离心转子体1轴线的距离相等。

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3，同时放入一个或数个研磨撞子13，旋紧操作瓶盖11。将操作瓶3放入离心挂架2，并用紧固压圈10固定，使其与离心挂架2固结为一体。

将低温模块4中真空层18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20，使液氮层16内全部或部分充满液氮。通过热传递，在空腔14内形成低温环境。真空层18的存在可避免低温模块4表面因冷凝而附着水。

两螺旋杆8同步旋转，带动电磁驱动模块5和低温模块4复合部件沿导向杆9运动到最高位置，操作瓶3插入空腔14。经过一定时间热传递，操作瓶3内生物样本被冷冻到冷脆温度。启动电磁驱动模块5工作。操作瓶3中的研磨撞子13在电磁力驱动下快速往复运动，频繁撞击生物样品。已粉碎的生物样品也在飞行过程中彼此之间频繁撞击。电磁驱动研磨一定时间后，生物样本被研磨成粉末状。

停止液氮供应，待液氮层16中的液氮蒸发完后，通过液氮导管20向液氮层16中通入干燥空气，使操作瓶3内生物样本粉末升温。打开操作瓶盖11，向操作瓶3中添加一定数量的提取液。闭合操作瓶盖11，启动电磁驱动模块5。在电磁力的作用下，研磨撞子13将操作瓶3中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。

两螺旋杆8同步旋转，升降支架7带动电磁驱动模块5和低温模块4复合部件沿导向杆9运动到最低位置，操作瓶3从空腔14中抽出。离心转子体1高速旋转，操作瓶3和离心挂架2受离心力作用处于水平状态。固体物质与研磨撞子13沉淀到操作瓶3底部，溶解有特定生物组分的提取液位于操作瓶3的上部。

离心一定时间后，离心转子体1停止转动，将操作瓶3从离心挂架2上取下，打开操作瓶盖11，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)

1.一种基于电磁驱动研磨和离心分离的生物组分自动化提取装置，包括：升降机构(6)、安装在升降机构(6)上的电磁驱动模块(5)、中心轴(21)、安装在中心轴(21)顶部的离心转子体(1)、悬挂在离心转子体(1)上的离心挂架(2)、以及安装在离心挂架(2)上的操作瓶(3)，其特征在于，

若干个离心挂架(2)在离心转子体(1)上绕轴线均匀排列，离心挂架(2)可以绕自身轴线在竖直和水平位置间自由转动；操作瓶(3)内装入一个或数个研磨撞子(13)；电磁驱动模块(5)随升降机构(6)上下移动。

2.根据权利要求1所述的基于电磁驱动和离心分离的生物组分自动化提取装置，其特征在于，在所述电磁驱动模块(5)内设置低温模块(4)，在进行电磁驱动研磨时，所述低温模块(4)使所述操作瓶(3)内温度保持在低温水平，使常温下不易粉碎的生物材料由于低温脆化，易于完成研磨粉碎。

3.根据权利要求1所述的基于电磁驱动和离心分离的生物组分自动化提取装置，其特征在于，所述电磁驱动模块(5)中的功能执行部件是电磁螺线管。

4.根据权利要求2所述的基于电磁驱动和离心分离的生物组分自动化提取装置，其特征在于，所述低温模块(4)由低温层和热绝缘层构成，热绝缘层包裹低温层，防止低温模块表面因冷凝产生水珠。

5.根据权利要求2所述的基于电磁驱动和离心分离的生物组分自动化提取装置，其特征在于，所述低温模块(4)采用液氮致冷实现低温，采用真空隔绝实现热绝缘。

6.根据权利要求2或3所述的基于电磁驱动和离心分离的生物组分自动化提取装置，其特征在于，所述低温模块(4)包裹在电磁驱动模块(5)外，相互位置固定，并一起在升降机构(6)驱动下上下移动；在进行电磁驱动研磨时，操作瓶(3)周围，由里到外依次是电磁驱动模块(5)的电磁螺线管、低温模块(4)的低温层和热绝缘层。

7.根据权利要求1所述的基于电磁驱动和离心分离的生物组分自动化提取装置，其特征在于，所述升降机构(6)采用螺旋机构，通过螺杆的旋转，驱动电磁驱动模块(5)上下移动。

8.根据权利要求1所述的基于电磁驱动和离心分离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，在悬挂离心挂架(2)处加工一系列对应槽沟，高速离心时，操作瓶(3)和离心挂架(2)受离心力作用可完全位于离心转子体(1)上槽沟内，以减小风阻对离心的影响。

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