CN103013827B - 细胞振动仪 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种细胞振动仪，振动台为偏心式机械振动台，包括机座、电机、滑道、偏心轮、动板、盖板；电机固定在机座内，电机轴和偏心轮连接，偏心轮的偏心杆在动板的“一”型槽内，动板被夹在左右两个滑道间，滑道固定在机座和盖板间；控制器为频率调节器，频率调节器的3条导线分别连接电源正极、负极和电机正极，霍尔传感器的正负极分别连接电源正负极，霍尔传感器的输出端连接数字显示频率表的输入端；所述细胞振动仪密封在外壳中；托盘固定在动板之上。本发明设计了结构简单易于控制的偏心式机械振动台，能提供稳定的垂直振动，具有体积小，结构简单，造价低，易于控制等优势。

Description

细胞振动仪

技术领域

本发明属于实验仪器，涉及一种细胞培养实验使用的细胞振动仪。

背景技术

市场上的垂直振动仪多为大型台式振动仪，而用于细胞的振动仪相对于培养箱来说体积还是过大，而且无法放入细胞培养箱，也无法严格灭菌消毒，并且价格很高。

发明内容

本发明为了弥补现有技术的不足，提供了一种结构简单易于控制、能进行严格消毒的小巧细胞振动仪。

本发明采用如下技术方案实现：

一种细胞振动仪，包括控制器和振动台，振动台为偏心式机械振动台，包括机座、电机、滑道、偏心轮、动板、盖板；电机固定在机座内，电机轴和偏心轮连接，偏心轮的偏心杆在动板的“一”型槽内，动板被夹在左右两个滑道间，滑道固定在机座和盖板间；

控制器为频率调节器，频率调节器的3条导线分别连接电源正极、负极和电机正极，霍尔传感器的正负极分别连接电源正负极，霍尔传感器的输出端连接数字显示频率表的输入端；

所述细胞振动仪密封在外壳中；托盘固定在动板之上。

本发明有以下特点：

1.借鉴往复式电动刮胡刀的原理，设计结构简单易于控制的偏心式机械振动台。

2.利用脉宽调制(PWM)原理制作频率调节器。

3.用AT89C51作为控制核心，以霍尔元件为传感器设计频率测量及显示电路

4.仪器的全密封设计。

本发明与现有技术中的振动仪的与众不同之处就是两个方面，第一是设计了偏心式机械振动台，第二是仪器可放入细胞培养箱。

一、本发明最重要的部分就是振动主体，也就是说振动台的设计，振动台根据能量获得方式的不同可以分为：电动振动台、机械式振动台和液压振动台，根据设计目标要求，本发明借鉴往复式电动刮胡刀的原理，设计了结构简单易于控制的偏心式机械振动台。具有稳定的垂直振动，体积小，易于控制的特点。本发明的振动台，如图1所示，主要由：机座、电机、滑道、偏心轮、动板、盖板等构成。应用四连杆机构的原理，将偏心轮的圆周转动变为动板的上下振动。动板运动原理如图2所示。

直流电机由螺钉固定在铝合金机座内，电机通电，转轴旋转，电机轴和偏心轮连接，带动偏心轮转动，偏心轮的偏心杆在动板的“一”型槽内，动板被夹在左右两个滑道间，滑道被螺钉固定在机座和盖板间，这样动板只能沿滑板做上下移动。应用四连杆机构的原理，在动板的“一”型槽内，偏心杆的圆周转动变为动板的上下振动。

由此电机将驱动偏心轮的偏心杆带动动板作上下往复运动，电机转速越快动板振动越快，即实现垂直振动。其优点是结构简单，精度高，频率可控，性价比较高等特点。

直流电机有2条导线，电机正极连接频率调节器输出端，负极连接电源负极，如图3所示。

二、本发明的另一重要部分是控制器，控制器为频率调节器，频率调节器是用来调节振动台振动的频率，他的工作原理是通过调节直流电机的转速，也就是调节偏心轮的转速，从而调节动板在滑道中上下运用的快慢，即实现振动频率的调节。频率调节器位置结构如图4所示。

利用脉宽调制(PWM)原理制作的频率调节器。采用该种方式控制电机转速有两优点:它主要是通过改变输出方波的占空比，使得负载上的平均接通时间从0-100％变化，以达到调整负载速度的目的。利用脉宽调制(PWM)方式实现调速的好处是电源的能量能得到充分利用，电路的效率高。第二采用脉宽调制(PWM)方式可以使负载在工作时得到满电源电压，这样有利于克服电机内在的线圈电阻而使电机产生更大的力矩

频率调节器有3条导线，分别连接电源正极、负极和电机正极，如图3所示。

三.频率测量及显示电路的设计

细胞振动仪在运行过程中，需要对其进行监控，振动频率是一个必不可少的一个参数。本系统就是对细胞振动仪的振动频率进行测量，显示在LED数码显像管上。

本设计主要用AT89C51作为控制核心，由霍尔传感器、LED数码显像管等构成。其优点是电路简单，测量速度快、精度高、控制系统可靠，性价比较高等特点。位置结构如图3所示。

频率调节器有3条导线，正负极分别连接电源正极、负极和输入端连接霍尔传感器输出端，如图3所示。

四.仪器的全密封设计。

购买大小适中的塑料密封盒，本仪器外型尺寸为：17×11×9mm，盒体开孔，嵌入频率调节器和电源开关并用胶密闭缝隙，盒盖顶部开直径5厘米的圆孔。

放入振动台，使振动台的动板的台面露出3厘米左右，取下盒盖的密封胶条，平铺一层胶皮（可用手术乳胶手套裁剪），压回密封胶条，盖上盒盖，由此实现仪器的全密封设计，如图5所示。

在仪器全密封的情况下动板与托盘的固定方式：

在动板的台面胶粘一扁平强磁，在托盘的底部也胶粘一扁平强磁，托盘面覆盖一薄铜片以屏蔽磁力线，先将托盘与细胞培养瓶固定（如橡皮筋捆绑），就可以直接与动板吸合固定，实现仪器密封及振动的传递。

五.电气工作原理。如图2，整个仪器由12伏锂电池组供电，电源开关控制总电源，频率调节器工作电压12伏，调节频率调节器可调节直流电机转速，电机通过偏心轮带动动板上下振动，霍尔传感器靠近粘在电机轴上的磁钢，随磁钢转动交替输出12v和0v开关电平，传给数字频率显示表显示出电机转动频率即振动仪振动频率。

六.仪器参数：

工作电压:DC12V

最大输出功率：8W

最大输出电流:0.65A

外型尺寸：17×11×9mm

振幅：2.5±0.1mm

频率范围：无负载25Hz-100Hz、有负载15Hz-50Hz

本发明的有益效果是：

1.设计了结构简单易于控制的偏心式机械振动台。能提供稳定的垂直振动，具有体积小，结构简单，造价低，易于控制等优势。

2.可调频率，频率可由数字电子显示，并把控制器和振动台合为一体体积小巧，内带电源，适合放在细胞培养箱中。

3.仪器实现全密封可紫外线消毒，不会破坏细胞培养箱中无菌环境。

4.该产品功能简单，价位低，生产成本可控制在200元以内，市场需求量大，在创造社会效益的同时，又会创造可观的经济效益。

附图说明

图1：是细胞培养振动仪的振动台结构示意图；

图2：是动板运动原理图

图3：是细胞培养振动仪的电气原理示意图；

图4：是细胞培养振动仪的俯视结构示意图；

图5：是细胞培养振动仪的正视结构示意图；

示意图中零部件的标号说明：

1、机座，2、电机，3、滑道，4、偏心轮，5、盖板，6、动板，7、霍尔传感器，8、数字显示频率表，9、频率调节器，10、电源开关，11、电源组，12、配重铁板，13、外壳，14、胶皮，15、盒盖，16、托盘、17偏心杆，18“一”型槽。

具体实施方式

无菌条件下获得所需组织，置入培养皿中，用无钙镁Hank液冲洗4次，剪成1-2mm3大小碎片，然后放入新培养皿中，再次Hank液冲洗，把多余的组织碎片冲洗干净，注入胰蛋白酶消化30min，每5min摇动或吹打一次，生长培养基停止消化，反复吹打，滤网除去杂质，离心，1000r/min，10min，弃去上清液，重悬，计数细胞，接种密度以5*105个/ml。恒温培养箱内培养48h后置于细胞培养振动仪的托盘上，加载20,25和30等3种振动频率处理，每日4次，每次15min，连续4天，以正常细胞为对照组。与振动5天后，检测细胞内各种化学成分的变化。

使用方法：

托盘的固定。把消毒灭菌后的托盘轻轻的放在高出振动仪盖板约3cm的动板上。动板台面上的强磁和托盘底面的强磁相互吸合固定振动仪的动板和托盘。注意：使用完振动仪，想要从动板上取下托盘时，实验者的一只手要拿住托盘，另一只手要按住覆盖在动板上的胶皮，然后轻轻的把托盘拿下来，切记使用蛮力，防止把覆盖在动板上的胶皮撕坏。

培养瓶的固定。为防止振动过程中培养瓶脱离振动仪的托盘，用橡皮筋在托盘上、下两端的位置固定好培养瓶。

打开频率调节按钮，振动仪的动板开始上下垂直振动。注意：仪器开始启动时振动频率比较大，可以旋转频率调节按钮降低振动频率。

打开电源开关，数字显示屏会同时开启，振动仪的振动频率也会同时以数字的形式出现在数字显示屏上。根据自己的实验，结合显示屏上的数字，调出自己需要的振动频率。

设定好振动频率和振动时间，开始进行培养细胞的振动实验。

实验完成后，先关闭频率调节按钮，再关闭电源开关。注意：因此振动仪关闭频率调节按钮后，数字显示屏会变黑，给实验者造成电源开关已经关闭的假象。所以，实验者切记关闭频率调节按钮后，要及时检查一下开关按钮是否关闭，以防电源电量流失。

Claims (1)

1.一种细胞振动仪，包括控制器和振动台，其特征在于：

振动台为偏心式机械振动台，包括机座、电机、滑道、偏心轮、动板、盖板；电机固定在机座内，电机轴和偏心轮连接，偏心轮的偏心杆在动板的“一”型槽内，动板被夹在左右两个滑道间，滑道固定在机座和盖板间；

控制器为频率调节器，频率调节器的3条导线分别连接电源正极、负极和电机正极，霍尔传感器的正负极分别连接电源正负极，霍尔传感器的输出端连接数字显示频率表的输入端；

所述细胞振动仪密封在外壳中；托盘固定在动板之上；

在动板的台面胶粘一扁平强磁，在托盘的底部也胶粘一扁平强磁，托盘面覆盖一薄铜片。