CN103981091A - 一种新型常压室温等离子体诱变育种装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种新型常压室温等离子体诱变育种装置，包括样品处理系统、冷却系统、控制系统和检测系统，样品处理系统包括无生物活性的污染物的洁净工作仓，洁净工作仓内设置有步进电机和载物台，载物台设置于步进电机上，洁净工作仓的内腔或壁上至少预留一个消毒装置安装位置，检测系统包括气体流量控制器、温度传感器和位置传感器，控制系统包括操作面板和控制器，控制器通过控制步进电机实现载物台的升降或水平旋转以进行对多个样品的自动处理。本发明可以实现样品连续自动化处理以及自动消毒、自动化监测和控制功能，能够更高效率地完成在常压室温环境下的等离子体诱变育种。

Description

一种新型常压室温等离子体诱变育种装置

技术领域

本发明属于等离子体技术处理设备领域，特别涉及用于生物育种的一种新型常压室温等离子体诱变育种装置。

背景技术

品质优良的微生物菌株始终是生物产业的核心，如何利用高效的生物诱变技术实现菌株的快速优化，是生物产业的重要工作。常规的生物诱变方法普遍存在工作效率低、工作量大、盲目性大等问题，化学诱变还易对操作人员造成身体伤害、对环境造成污染，物理诱变的诱变性能较差且微生物反复使用后产生了一定的耐受性，其它方法均需要专业的复杂设备，有的方法操作成本非常高昂，故常规的生物诱变方法已不能适应工业化菌种开发的需要，亟需开发新型、高效、易操作的诱变育种技术，以提高诱变效率、缩短筛选周期。

等离子体技术作为一种诱变育种新技术，不仅克服了常规育种周期长、进程慢、难以获得高效变异品种的缺点，而且比基因工程更具效率和成本优势，尤其对具有复杂代谢网络的生物细胞，非-GMO的诱变方法更有其独特的优势。等离子体是与物质的固态、液态和气态并存的物质第四态，是一种由大量自由电子和带电离子为主要成分的物质形态，宏观上呈电中性。研究表明，等离子体中大量存在的活性粒子能够作用于不同的生物样品，并引起多种目标性状的改进，在生物技术领域良好的应用前景。

在以往文献和产品中，等离子体通常作为一种物理灭菌手段，具有快速、低温、操作简便、无毒性以及杀灭效果好等优点，但等离子体用于生物诱变育种还是一个崭新的技术。由于等离子体物理过程较为复杂，并具有非线性、强耦合、变负载等特点，加之在常压室温条件下不易形成等离子体，使得该技术在生物育种领域的应用受到限制。而且等离子体本身的穿透能力有限，作用距离短，因此在实际应用过程中，还需要配合其他化学物质(如过氧化氢、臭氧等)才能达到消毒的效果。目前实验装置或是在开放的空间中对生物样品进行处理，或者虽然是相对密闭的空间，但是操作过程中不能对密闭空间进行杀菌或者未能与外界环境有效隔绝，容易导致生物样品污染，严重影响了等离子体装置在研究和生产中的正常使用。通过手工擦拭的方法对等离子体装置表面进行消毒，但不能保证整个放电空间和处理过程的洁净。而且样品处理量较少，不利于大批量操作，在处理完单个样品之后需要打开操作室手动取出，然后重新放置下一待处理样品，步骤繁琐且染菌的风险较大，而且增加了人工成本，降低了诱变育种效率。因此，亟需开发一套能够自动消毒并能增加单次诱变时的样品处理量、具备自动化监测和控制功能的常压室温等离子体诱变育种装置。

发明内容

本发明针对现有技术存在的问题提供一种新型常压室温等离子体诱变育种装置，利用步进电机控制技术配合载物台实现样品连续自动化处理，同时配置无生物活性的污染物的洁净工作仓和多功能控制的操作面板，实现自动消毒、自动化监测和控制功能，确保诱变过程不受杂菌污染，能够更高效率地完成在常压室温环境下的等离子体诱变育种。

本发明的技术方案如下：

一种新型常压室温等离子体诱变育种装置，其特征在于，包括样品处理系统、冷却系统、控制系统和检测系统，所述样品处理系统包括无生物活性的污染物的洁净工作仓、设置于洁净工作仓外部的等离子体发生器和射频电源以及沿着洁净工作仓的顶部穿入洁净工作仓内的喷嘴，所述等离子体发生器分别连接喷嘴和射频电源，所述洁净工作仓内设置有步进电机和载物台，所述载物台设置于步进电机上，所述洁净工作仓的内腔或壁上至少预留一个消毒装置安装位置；所述冷却系统与等离子体发生器相连；所述检测系统包括气体流量控制器、温度传感器和位置传感器，所述气体流量控制器与等离子体发生器相连，温度传感器和位置传感器均固定在洁净工作仓内壁上；所述控制系统包括操作面板和控制器，所述控制器分别连接步进电机、射频电源、气体流量控制器、温度传感器、位置传感器、冷却系统和操作面板，所述控制器通过控制步进电机实现载物台的升降或水平旋转以对多个样品进行自动处理。

当所述控制器通过控制步进电机实现载物台的升降时，所述洁净工作仓内还设置有机械臂和两个平板支架，所述机械臂将一个平板支架上的放置待处理样品的样品盘转移至载物台并在样品处理后将载物台上所述样品盘转移至另一平板支架，所述平板支架为放置样品盘的层列式结构，所述平板支架可将各层的样品盘依次向上或向下推进。

当所述控制器通过控制步进电机实现载物台的水平旋转时，所述载物台沿圆周设置有多个用于储存样品的凹陷部，通过载物台的水平旋转使得所述凹陷部依次与喷嘴对应。

所述洁净工作仓连接无菌风装置，所述消毒装置安装位置为洁净工作仓的壁上所预设的紫外灯灯座以及所述紫外灯灯座的电源线通孔，所述消毒装置为紫外灯，所述紫外灯与控制器相连。

所述消毒装置安装位置为洁净工作仓的壁上所开的通孔，所述消毒装置为化学消毒气体补给管，所述化学消毒气体补给管外连化学消毒气体容器，所述化学消毒气体补给管通过所述通孔伸入所述洁净工作仓内。

所述冷却系统包括依次连接的水泵、水箱、水冷换热器和散热风扇，所述水泵与等离子体发生器相连，所述等离子体发生器与水冷换热器相连。

所述冷却系统包括与等离子体发生器连接的风冷散热器，还包括设置于所述诱变育种装置外部且单独控制的热交换器，所述风冷散热器与热交换器可自由切换。

所述冷却系统包括与等离子体发生器连接形成内循环制冷的冷却水循环机。

所述样品处理系统、冷却系统、检测系统和控制器均设置于壳体内，所述操作面板设置于壳体外表面，所述洁净工作仓位于壳体一侧，所述冷却系统、检测系统和控制器均位于壳体另一侧，所述冷却系统所在一侧的壳体的侧面设置有散热孔。

所述操作面板上设置有温度显示屏、气体流量设定按钮、气体流量显示屏、处理时间设定按钮、无菌风控制按钮、步进电机控制按钮、照明灯按钮以及紫外灯按钮，所述控制器为可编程逻辑控制器，所述可编程逻辑控制器通过串行电缆或现场总线与操作面板连接。

本发明的技术效果如下：

本发明提供的新型常压室温等离子体诱变育种装置，样品处理系统包括无生物活性的污染物的洁净工作仓、等离子体发生器、射频电源和喷嘴，通过射频电源使得等离子体发生器在大气压、低电压条件下产生等离子体射流，通过喷嘴进入洁净工作仓，进而对洁净工作仓内放置于载物平台的样品进行诱变育种。洁净工作仓内无生物活性的污染物且在洁净工作仓的内腔或壁上至少预留一个消毒装置安装位置，能够保证等离子体在一个洁净的空间内对生物材料进行作用，为了确保洁净工作仓在等离子体处理生物材料期间达到预设洁净标准，预留有用于安装消毒装置的安装位置，便于安装与本发明的装置配套的消毒装置或者安装其它独立的消毒装置。本发明特定的洁净工作仓设置避免了现有技术在操作过程中不能对密闭空间进行杀菌或者未能与外界环境有效隔绝的弊端，解决了生物样品易污染的问题，而且避免了依靠手工擦拭消毒无法保证整个放电空间和处理过程的洁净的问题，本发明所述装置可以确保等离子体高效、快捷的对生物材料进行处理同时不会被其它杂质、微生物等污染，从而在生物领域有良好的应用价值。洁净工作仓内设置有步进电机和载物台，所述载物台设置于步进电机上，控制系统中的操作面板通过控制器控制步进电机实现载物台的升降或水平旋转以对多个样品进行自动处理，该步进电机控制技术配合载物台的结构使得载物台中的待处理样品随之升降或水平旋转，在某样品处理后自动替换下一待处理样品，实现批量样品连续自动化处理，避免了现有技术通过人工进行样品放置和取出的繁琐工作，确保诱变过程不受杂菌污染，降低了人工成本，提高了诱变育种效率。多功能控制的操作面板实现自动消毒、自动化监测和控制功能，能够更高效率地完成在常压室温环境下的等离子体诱变育种。

通过冷却系统对等离子体发生器进行快速冷却，从而进一步保证等离子体稳定放电而且使得产生的等离子体射流温度低于微生物的耐受温度，并能够控制诱变育种环境温度。本发明所述装置克服了常规化学诱变和物理诱变导致的育种周期长、进程慢、难以获得高效变异品种的问题，采用等离子体技术进行诱变育种，不需要将洁净工作仓抽真空，利用冷却系统实现在常压、室温条件下对生物样品的诱变处理。同时配置可多功能控制的操作面板，与该操作面板连接的控制器还分别连接步进电机、射频电源、气体流量控制器、温度传感器、位置传感器、冷却系统和操作面板，可通过操作面板实现对载物台的位置调整，实现样品的连续自动化处理，并对射频电源、气体流量、载物台的温度进行控制，即能够通过操作面板精确地控制处理时间、处理功率和处理所需的工作气体流量，同时还可以实时显示操作过程中的气流量、温度等参数信息，实现自动化监测和控制功能，更高效率地完成在常压室温环境下的等离子体诱变育种。

优选洁净工作仓内还设置有机械臂和两个平板支架，所述机械臂将一个平板支架上的放置待处理样品的样品盘转移至载物台并在样品处理后将载物台上所述样品盘转移至另一平板支架，所述平板支架为放置样品盘的层列式结构，所述平板支架可将各层的样品盘依次向上或向下推进。这样批量待处理的样品就以层列式的方式叠放在一个平板支架的各层样品盘中，控制器控制机械臂自动将该平板支架中比如最上层的样品盘转移到载物台上，再通过载物台底部的步进电机将其升降到合适位置，由等离子体发生器产生的等离子体射流开始处理样品，在样品处理完毕后，机械臂自动将该样品盘转移至另一个平板支架上，由于平板支架可将各层的样品盘依次向上或向下推进，这样待处理的样品盘向上推进又被机械臂转移至载物台，在处理完成后，另一平板支架的上一个已经处理的样品盘向下推进，机械臂转移第二个已处理的样品盘，以此类推，借助机械臂和平板支架等紧凑结构配合工作，可将一个平板支架中层列的各样品盘陆续转移到载物台上，完成诱变之后再转移到另一个平板支架，实现大批量生物样品的自动化、连续化诱变处理。

优选载物台沿圆周设置有多个用于储存样品的凹陷部，通过控制器控制载物台的水平旋转使得所述凹陷部依次与喷嘴对应。各凹陷部中设置待处理样品，尤其适用于体积比较小的样品，操作面板通过控制器控制步进电机实现载物台的水平旋转，放置待处理样品的凹陷部依次与喷嘴对应，由等离子体发生器产生的等离子体射流开始处理样品，在样品处理完成后，载物台再次水平旋转一个角度，使得下一个待处理样品的凹陷部转到与喷嘴对应的位置进行处理，以此类推，通过简单易行的结构实现大批量尤其是小体积的样品的自动化和连续化诱变处理。

本发明所述消毒装置安装位置为洁净工作仓的壁上所预设的紫外灯灯座以及所述紫外灯灯座的电源线通孔，配置的消毒装置为紫外灯，紫外灯与控制器相连。或消毒装置安装位置为洁净工作仓的壁上所开的通孔，所述消毒装置为化学消毒气体补给管，所述化学消毒气体补给管外连化学消毒气体容器，所述化学消毒气体补给管通过所述通孔伸入所述洁净工作仓内。通过紫外消毒或化学消毒气体补给的方式以去除洁净工作仓内的生物活性污染物，为诱变育种的无菌操作提供有效保证。

冷却系统配置依次连接的水泵、水箱、水冷换热器和散热风扇，等离子体发生器的冷却套管中的高温水进入水冷换热器进行热交换，从而带走等离子体发生器中的热量，水箱中的低温水通过水泵进入等离子体发生器的冷却套管中，使得冷却系统与等离子体发生器形成内循环，通过冷却系统对等离子体发生器进行快速冷却，从而进一步保证等离子体稳定放电而且使得产生的等离子体射流温度低于微生物的耐受温度，并能够控制诱变育种环境温度。也可以将冷却系统的结构分为散热和制冷两部分，通过内置的风冷散热器进行散热，通过本发明装置外接的热交换器进行制冷，风冷散热器和热交换器可自由切换以实现散热和制冷的自由切换；还可以直接通过与等离子体发生器形成内循环的冷却水循环机进行制冷，快速高效地实现对等离子体发生器的冷却，保证等离子体诱变育种的温度环境。

附图说明

图1为本发明新型常压室温等离子体诱变育种装置的整体结构示意图。

图2为本发明新型常压室温等离子体诱变育种装置的内部结构示意图。

图3a为本发明新型常压室温等离子体诱变育种装置的第一种优选内部结构示意图。

图3b为图3a的样品处理系统的结构示意图。

图4a为本发明新型常压室温等离子体诱变育种装置的第二种优选内部结构示意图。

图4b为图4a的样品处理系统的结构示意图。

图4c为图4b中的载物台结构示意图。

图5a为本发明所述装置中的冷却系统的一种优选结构示意图。

图5b为本发明所述装置中的冷却系统的另一种优选结构示意图。

图中各标号列示如下：

1－壳体；2－洁净工作仓；3－散热孔；4－操作面板；5－电源控制按钮；6－控制器；7－等离子体发生器；8－射频电源；9－水泵；10－载物台；11－位置传感器；12－喷嘴；13－温度传感器；14－照明灯；15－紫外灯；16－气体流量控制器；17－水箱；18－水冷换热器；19－散热风扇；20－步进电机；21－机械臂；22－平板支架；23－平板支架；24－样品盘；25－一次性专用载盘；26－凹陷部；27－冷却水循环机；28－通孔；29－化学消毒气体容器；30－无菌风装置；31－电机固定座。

具体实施方式

下面结合附图对本发明进行说明。

本发明涉及一种新型常压室温等离子体诱变育种装置，用于在常压室温条件下通过等离子体技术对生物育种样品进行诱变育种，其主要包括样品处理系统、冷却系统、控制系统和检测系统，通常是将样品处理系统、冷却系统、检测系统和控制器均设置于壳体内，本发明所述装置的整体和内部的结构示意图如图1和图2所示，包括壳体1、样品处理系统、冷却系统、检测系统和控制系统。样品处理系统包括无生物活性的污染物的洁净工作仓2、等离子体发生器7、射频电源8和喷嘴12，等离子体发生器7分别连接喷嘴12和射频电源8，洁净工作仓2内设置有步进电机20和载物台10，载物台10设置于步进电机20上，洁净工作仓2的内腔或壁上至少预留一个消毒装置安装位置，等离子体发生器7分别与冷却系统和检测系统相连，检测系统包括气体流量控制器16、温度传感器13和位置传感器11，气体流量控制器16与等离子体发生器7相连；控制系统包括操作面板4和控制器6，控制器6分别连接步进电机20、射频电源8、气体流量控制器16、温度传感器13、位置传感器11、消毒装置、冷却系统和操作面板4，将生物样品直接放在载物台10上，控制器6通过控制步进电机20实现载物台10的升降或水平旋转以对多个样品进行连续化自动处理，完成诱变操作。

图3a为本发明新型常压室温等离子体诱变育种装置的第一种优选内部结构示意图，该装置优选设置的样品处理系统的结构如图3b所示，样品处理系统包括无生物活性的污染物的洁净工作仓、设置于洁净工作仓外部的等离子体发生器7和射频电源8、以及沿着洁净工作仓的顶部穿入洁净工作仓内的喷嘴12，从图1所示的外部结构图上可以看到洁净工作仓2的侧门，洁净工作仓2位于壳体1一侧，冷却系统、检测系统和控制器均位于壳体1另一侧，洁净工作仓2可以如图1所示的位于壳体1内的左侧，等离子体发生器7和射频电源8位于壳体1内的右测，喷嘴12位于洁净工作仓2的顶部，等离子体发生器7分别连接喷嘴12和射频电源8，洁净工作仓内设置有电机固定座31、步进电机20、载物台10、机械臂21、平板支架22和平板支架23，步进电机20安装在电机固定座31上，载物台10设置于步进电机20上，机械臂21与控制器6相连，在控制器6的控制下，机械臂21将平板支架22上的放置待处理样品的样品盘24转移至载物台10并在样品处理后将载物台10上的该样品盘24转移至平板支架23，两个平板支架22和23均为放置样品盘的层列式结构，平板支架可将各层的样品盘24依次向上或向下推进，如平板支架22可将各层的样品盘24依次向上推进，平板支架23可将各层的样品盘24依次向下推进。将菌液、平板菌落或冻干粉、植物种子等批量待处理的样品以层列式的方式叠放在平板支架22的各层样品盘中，控制器6控制机械臂21自动将该平板支架22中比如最上层的样品盘24转移到载物台10上，此时平板支架22中原来第二层的样品盘24向上推进至第一层，通过载物台10底部的步进电机20将载物台10升降到合适位置，由等离子体发生器7产生的等离子体射流开始处理样品，在样品处理完毕后，机械臂21自动将该样品盘24转移至平板支架23上，平板支架23将已处理的样品盘24向下推进。由于等离子体发生器7产生的等离子体射流由多条间隔平行的射流组成，为避免静止处理时产生处理不均匀的现象，在步进电机20将载物台10升降到合适位置后，还可以通过步进电机20实现载物台的水平旋转，比如步进电机20以5s/圈的速度匀速旋转，与此同时，由等离子体发生器7产生的等离子体射流开始处理样品。其中，载物台的升降和水平旋转可以通过一台步进电机完成，也可以通过两台步进电机工作，一台负责控制台升降，一台负责控制台水平旋转。平板支架22中已经向上推进的样板盘24再一次被机械臂21转移至载物台10，在处理完成后，被机械臂21转移第二个已处理的样品盘24至平板支架23的最上层，平板支架23再将其向下推进，以此类推，通过机械臂21和两个平板支架的紧凑结构与步进电机20和载物台10配合工作，实现大批量样品的自动化、连续化诱变处理。

图3a和图3b所示实施例中的洁净工作仓2连接无菌风装置30，该无菌风装置30包括依次连接的风机、风道和过滤器，洁净工作仓2外部的风机通过风道与洁净工作仓2相通，并在风道与洁净工作仓2连接处设置过滤器，优选将过滤器设置于喷嘴12的周围，此时无菌风从洁净工作仓2的顶部吹入，无菌风装置30与控制器6连接，可根据需要在操作面板4上选择小、中、大三档风速，使洁净工作仓2内悬浮粒子、浮游菌和沉降菌数符合相关标准。洁净工作仓2的内腔或壁上预留的消毒装置安装位置可以是在洁净工作仓2的壁上所预设的紫外灯灯座以及所述紫外灯灯座的电源线通孔，此时的消毒装置为紫外灯15，紫外灯15与控制器6相连，通过设置紫外灯15可以对整个洁净工作仓2消毒，为诱变育种的无菌操作提供有效保证。该样品处理系统优选包括设置于洁净工作仓2的内壁的照明灯14，照明灯14与控制器6相连，通过设置照明灯14能够增加洁净工作仓2的亮度，方便操作人员的监控。在将待处理样品放入洁净工作仓2后，打开消毒装置对整个洁净工作仓2进行消毒，消毒完成后，打开无菌风装置30，排空洁净工作仓2内的化学残留物质(如臭氧、化学消毒剂等)，在保证洁净工作仓2洁净的情况下，进行后续诱变处理。

冷却系统也设置于洁净工作仓2的外部，可以位于壳体1内的右侧，上述实施例采用的冷却系统结构如图5a所示，冷却系统包括依次连接的水泵9、水箱17、水冷换热器18和散热风扇19，水泵9和水冷换热器18均与等离子体发生器7相连，具体是与等离子体发生器7内的冷却套管两端相连，水泵9与控制系统相连。水箱17中的低温水通过水泵9进去等离子体发生器7的冷却套管中，等离子体发生器7的冷却套管中的高温水通过水冷换热器18进行热交换，从而带走等离子体发生器7中的热量，使得冷却系统与等离子体发生器7形成内循环，通过冷却系统能够迅速降低等离子体发生器7在工作过程中升高的温度，从而进一步保证等离子体稳定放电并且使得产生的等离子体射流温度低于微生物的耐受温度，并能够控制诱变育种环境温度。为使得本发明所述装置进一步散热，可在冷却系统所在一侧的壳体1的侧面设置散热孔，如图1是在壳体1的右侧面设置散热孔3。该实施例的冷却系统实质是采用与等离子体发生器连接的风冷散热器进行散热，还可以包括设置于所述诱变育种装置外部且单独控制的热交换器，风冷散热器与热交换器可以自由切换以实现散热和制冷的自由切换，能够迅速提高对等离子体的冷却效果，保证等离子体诱变育种的温度环境。当然，冷却系统还可以采用图5b所示结构，即通过与等离子体发生器7形成内循环的冷却水循环机27进行制冷，快速高效地实现对等离子体发生器7进行快速冷却。

检测系统也设置于洁净工作仓2的外部，可以位于壳体1内的右侧，包括气体流量控制器16、温度传感器13和位置传感器11，气体流量控制器16与等离子体发生器7相连，温度传感器13和位置传感器11均固定在洁净工作仓2内壁上，如图3b所示，检测系统的各部件均与控制系统相连。温度传感器13可采用软管温度探头来调节其角度位置，实时显示洁净工作仓2内及等离子体发生器7从喷嘴12进行等离子射流的温度。位置传感器11可反馈载物台10与喷嘴12之间的距离，并通过设置操作面板4上的相应参数调节它们之间的距离。

控制系统包括操作面板4、电源控制按钮5和控制器6，操作面板4和电源控制按钮5均设置于壳体1的外表面，如图1所示操作面板4和电源控制按钮5均优选位于壳体1的外右侧；位于壳体1内部、洁净工作仓2的外部(或者说是壳体1内右侧)的控制器6分别连接步进电机20、射频电源8、气体流量控制器16、机械臂21、无菌风装置30、照明灯14、紫外灯15、温度传感器13、位置传感器11、水泵9和操作面板4。控制器6优选为可编程逻辑控制器，该可编程逻辑控制器通过串行电缆或现场总线与操作面板4连接。

操作面板4设置于壳体1外表面，即壳体1的外壁上设置有供操作人员调控控制器6的操作面板4，操作面板4上可以设置有温度显示屏、气体流量设定按钮、气体流量显示屏、处理时间设定按钮、照明灯按钮以及紫外灯按钮、参数设置显示按钮和设备说明按钮，还设置有无菌风控制按钮、步进电机控制按钮以及机械臂控制按钮等。该操作面板4整体优选为液晶触摸屏，即可以理解为是液晶触摸屏上具有“当前日期时间”显示屏、“气体流量显示及设定”屏、“温度显示”屏、“处理时间”屏、“照明灯”屏、“紫外灯”屏、“无菌风”屏、“机械臂”屏等。通过气体流量显示及设定屏能够实时监测等离子体发生系统的供气流量，并对其进行控制。当需要设定供气体流量时，用手指点击操作面板4中的气体流量设定按钮，系统自动弹出“数字设置界面”，在数值输入完毕后，点击确定键，确认输入值。随后，控制器6将调节气体流量至新的设定值，并通过气量显示屏显示。如果上述流量设定值超过给定范围，设定值将不能设定，设定输入框一直显示为0。“温度显示”屏用于显示温度探头测温值，主要用于显示等离子体发生器工作时的环境温度。

“处理时间”屏用于设定自动处理时间，点击处理时间设定按钮，系统自动弹出“数字设置界面”，输入方法与气体流量设定过程类似，设定时间范围0～600s，当设定值超限时，设定值将不能设定，设定输入框一直显示为0。当处理时间设定完毕后，点击“开始”按钮，系统自动打开射频功率源，产生等离子体开始处理样品，同时操作面板4上的时间栏会显示剩余时间。到达指定时间后，射频电源会自动关闭，机械臂自动将该样品盘转移至另一个平板支架上，之后机械臂21将下一个需要处理的样品盘24转移到载物台10上进行连续化、自动化处理。无菌风屏可选择小、中、大三档风速，使洁净工作仓2内悬浮粒子、浮游菌和沉降菌数符合相关标准。

机械臂屏用于实现样品的自动化处理，运行流程如下：

(1)在操作面板4上设置好样品处理的相关参数；

(2)将待处理样品均匀放置于样品盘24中，具体可以是将待处理样品均匀放置于灭菌的空平板中或涂布于装有培养基的平板表面，并将样品盘24叠放于其中一个平板支架22中；

(3)机械臂21自动将平板支架22上的样品盘24的盖子取下，然后移动到另一个平板支架23的正上方；

(4)机械臂21自动将样品盘24转移到载物台10上，然后通过载物台10底部的步进电机20将其上升到合适位置；

(5)等离子体发生器7产生的等离子体射流开始处理样品；

(6)样品处理完毕，机械臂21将样品盘24转移到另一个平板支架23上，并盖上平板盖子，样品处理完毕。

照明灯按钮与紫外灯按钮分别用于控制照明灯和紫外灯的开闭，照明灯按钮包括照明灯开和照明灯关两个状态，当按下“照明灯开”按钮时，按钮字体变成“照明灯关”，此时洁净工作仓亮度增加，方便操作人员的操作；完成操作后，再次点击按钮，即可关闭照明灯。“紫外灯”用于对整个洁净工作仓的消毒，按钮的操作方法同照明灯按钮。设备说明按钮和参数设置显示按钮用于切换操作面板的液晶触摸屏界面，点击设备说明按钮液晶触摸屏显示该设备的简要介绍和相关参数；点击参数设置显示按钮液晶触摸屏显示待设定的各项参数。

本发明所述装置的操作面板可实现对气体流量、处理时间的设置以及对照明灯、紫外灯的控制，以及对无菌风、步进电机和机械臂的控制，同时还可实时显示操作过程中的气流量、温度、剩余处理时间和无菌风风速等，实现样品的连续自动化处理、监测和控制功能。该装置的人机互动界面功能完善、操作方法简易，可以在常压室温条件下将气体激发，产生等离子体，用于生物样品的诱变处理，在生物技术领域有良好的应用前景。

特别说明的是，由于等离子体作用距离短，本发明的装置中的洁净工作仓2内的载物台10设置于在等离子体作用区内以保证等离子体能够有效作用于生物材料。洁净工作仓2在工作状态下要么密闭要么通风。为实现密闭，洁净工作仓2与喷嘴12连接部位须密闭连接；预留的用于安装消毒装置的通孔类部件也应密闭连接，可优选设置密闭阀门使工作状态下的洁净工作仓2达到密闭状态。

图4a为本发明新型常压室温等离子体诱变育种装置的第二种优选内部结构示意图，该装置优选设置的样品处理系统的结构如图4b所示，与图3a不同的是，该实施例的洁净工作仓2内设置有电机固定座31、步进电机20和载物台，此时的载物台优选设置为一次性专用载盘25，步进电机20安装在电机固定座31上，一次性专用载盘25设置于步进电机20上，该一次性专用载盘的结构如图4c所示，是沿圆周设置有多个用于储存样品的凹陷部26，凹陷部26可以是规则或不规则的各种凹槽或其它结构，控制器6通过控制步进电机20实现载物台的水平旋转，通过一次性专用载盘25的水平旋转使得所述凹陷部26依次与喷嘴12对应。控制器6分别连接步进电机20、射频电源8、气体流量控制器16、无菌风装置30、照明灯14、紫外灯15、温度传感器13、位置传感器11、冷却水循环机27和操作面板4。该实施例尤其适用于体积比较小的批量待处理的样品，比如将菌液、平板菌落或冻干粉、植物种子等直接放在一次性专用载盘25的各凹陷部26内，操作面板4通过控制器6调节步进电机20实现载物台(一次性专用载盘25)的水平旋转，放置待处理样品的凹陷部26依次与喷嘴12对应，由等离子体发生器7产生的等离子体射流开始处理样品，在样品处理完成后，一次性专用载盘25再次水平旋转一个角度，使得下一个放置待处理样品的凹陷部26转到与喷嘴12对应的位置进行样品处理，以此类推，通过简单易行的结构实现大批量尤其是小体积的样品的自动化和连续化诱变处理。

本发明所述新型常压室温等离子体诱变育种装置采用的消毒装置除了上述紫外灯15外，也可以采用化学消毒气体补给管，如图4b所示，消毒装置安装位置为洁净工作仓2的壁上所开的通孔28，消毒装置为化学消毒气体补给管，化学消毒气体补给管外连化学消毒气体容器29，化学消毒气体补给管通过所述通孔28伸入所述洁净工作仓2内。通过紫外消毒或化学消毒气体补给的方式均能够去除洁净工作仓内的生物活性污染物，为诱变育种的无菌操作提供有效保证。

本发明优选的新型常压室温等离子体诱变育种装置的具体操作步骤如下：

(1)启动电源控制按钮，装置开机；

(2)打开紫外灯，洁净工作仓预消毒15～20min；

(3)消毒完成后，打开无菌风装置排空洁净工作仓内的化学残留物质(如臭氧、化学消毒剂等)；

(4)在保证洁净工作仓洁净的情况下，将待处理样品放置在洁净工作仓内步进电机上方的一次性专用载盘上；

(5)在操作面板上设置相应的处理参数(气量、功率、距离、时间)，启动等离子体发生器连续化处理样品；

(6)在保证洁净工作仓洁净的情况下，将处理后的样品收集到密闭的洁净容器中，用于后期稀释涂布、培养或者筛选等操作；

(7)样品处理完成后，关闭无菌风装置，打开紫外灯，洁净仓消毒15～20min；

(8)关闭电源控制按钮，装置关机。

应当指出，以上所述具体实施方式可以使本领域的技术人员更全面地理解本发明创造，但不以任何方式限制本发明创造。因此，尽管本说明书参照附图和实施例对本发明创造已进行了详细的说明，但是，本领域技术人员应当理解，仍然可以对本发明创造进行修改或者等同替换，总之，一切不脱离本发明创造的精神和范围的技术方案及其改进，其均应涵盖在本发明创造专利的保护范围当中。

Claims (10)

1.一种新型常压室温等离子体诱变育种装置，其特征在于，包括样品处理系统、冷却系统、控制系统和检测系统，所述样品处理系统包括无生物活性的污染物的洁净工作仓、设置于洁净工作仓外部的等离子体发生器和射频电源以及沿着洁净工作仓的顶部穿入洁净工作仓内的喷嘴，所述等离子体发生器分别连接喷嘴和射频电源，所述洁净工作仓内设置有步进电机和载物台，所述载物台设置于步进电机上，所述洁净工作仓的内腔或壁上至少预留一个消毒装置安装位置；所述冷却系统与等离子体发生器相连；所述检测系统包括气体流量控制器、温度传感器和位置传感器，所述气体流量控制器与等离子体发生器相连，温度传感器和位置传感器均固定在洁净工作仓内壁上；所述控制系统包括操作面板和控制器，所述控制器分别连接步进电机、射频电源、气体流量控制器、温度传感器、位置传感器、冷却系统和操作面板，所述控制器通过控制步进电机实现载物台的升降或水平旋转以对多个样品进行自动处理。

2.根据权利要求1所述的新型常压室温等离子体诱变育种装置，其特征在于，当所述控制器通过控制步进电机实现载物台的升降时，所述洁净工作仓内还设置有机械臂和两个平板支架，所述机械臂将一个平板支架上的放置待处理样品的样品盘转移至载物台并在样品处理后将载物台上所述样品盘转移至另一平板支架，所述平板支架为放置样品盘的层列式结构，所述平板支架可将各层的样品盘依次向上或向下推进。

3.根据权利要求1所述的新型常压室温等离子体诱变育种装置，其特征在于，当所述控制器通过控制步进电机实现载物台的水平旋转时，所述载物台沿圆周设置有多个用于储存样品的凹陷部，通过载物台的水平旋转使得所述凹陷部依次与喷嘴对应。

4.根据权利要求1至3之一所述的新型常压室温等离子体诱变育种装置，其特征在于，所述洁净工作仓连接无菌风装置，所述消毒装置安装位置为洁净工作仓的壁上所预设的紫外灯灯座以及所述紫外灯灯座的电源线通孔，所述消毒装置为紫外灯，所述紫外灯与控制器相连。

5.根据权利要求1至3之一所述的新型常压室温等离子体诱变育种装置，其特征在于，所述消毒装置安装位置为洁净工作仓的壁上所开的通孔，所述消毒装置为化学消毒气体补给管，所述化学消毒气体补给管外连化学消毒气体容器，所述化学消毒气体补给管通过所述通孔伸入所述洁净工作仓内。

6.根据权利要求1至3之一所述的新型常压室温等离子体诱变育种装置，其特征在于，所述冷却系统包括依次连接的水泵、水箱、水冷换热器和散热风扇，所述水泵与等离子体发生器相连，所述等离子体发生器与水冷换热器相连。

7.根据权利要求1至3之一所述的新型常压室温等离子体诱变育种装置，其特征在于，所述冷却系统包括与等离子体发生器连接的风冷散热器，还包括设置于所述诱变育种装置外部且单独控制的热交换器，所述风冷散热器与热交换器可自由切换。

8.根据权利要求1至3之一所述的新型常压室温等离子体诱变育种装置，其特征在于，所述冷却系统包括与等离子体发生器连接形成内循环制冷的冷却水循环机。

9.根据权利要求1所述的新型常压室温等离子体诱变育种装置，其特征在于，所述样品处理系统、冷却系统、检测系统和控制器均设置于壳体内，所述操作面板设置于壳体外表面，所述洁净工作仓位于壳体一侧，所述冷却系统、检测系统和控制器均位于壳体另一侧，所述冷却系统所在一侧的壳体的侧面设置有散热孔。

10.根据权利要求4所述的新型常压室温等离子体诱变育种装置，其特征在于，所述操作面板上设置有温度显示屏、气体流量设定按钮、气体流量显示屏、处理时间设定按钮、无菌风控制按钮、步进电机控制按钮、照明灯按钮以及紫外灯按钮，所述控制器为可编程逻辑控制器，所述可编程逻辑控制器通过串行电缆或现场总线与操作面板连接。