CN104212713A - 多功能等离子体诱变仪 - Google Patents

Abstract

本发明提出了一种多功能等离子体诱变仪，所述诱变仪包括：等离子体发生系统，用于产生对诱变对象进行诱变的等离子体；紫外诱变装置，用于对诱变对象进行紫外诱变；化学诱变装置，用于对诱变对象进行化学诱变；多功能载物平台，用于放置诱变实验用的器具；自动控制系统，用于对所述等离子体发生系统、紫外诱变装置、化学诱变装置和多功能载物平台进行自动控制，以实现多种诱变模式。本发明的多功能等离子体诱变仪即可进行单因子诱变，也可进行复合诱变，诱变类型丰富，极大地提高了微生物的突变频率和突变种类。

Description

多功能等离子体诱变仪

技术领域

本发明涉及一种等离子体诱变仪，具体是一种以等离子体诱变技术为核心，结合紫外诱变、生物诱变等多种诱变技术的多功能等离子体诱变仪。

背景技术

诱变育种是发酵工业中一种很重要的育种手段。工业微生物诱变育种的方法主要有化学诱变、物理诱变或两者复合诱变。化学诱变是利用化学诱变剂改变DNA的结构从而引起微生物的遗传变异。90％的化学诱变剂都是致癌物质或者极毒药品，对人体及环境均有危害。物理诱变又称为辐射诱变，可以分为电离辐射和非电离辐射，它们都是以量子为单位的、可以发射能量的射线。物理诱变的后代变异率低，效果不够理想，稳定性低。

等离子体是由大量相互作用的但仍处于非束缚状态下的带电粒子组成的宏观体系，是和固态、液态、气态处于同一层次的物质第四态，自然界的物质主要以这些状态出现。等离子体具有特殊的光、热、声、电等物理过程及化学过程，已经在臭氧合成、紫外光源、高功率CO2激光器等领域获得了广泛的应用。等离子体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。近年来，等离子体开始应用于微生物诱变育种。

现有的诱变设备诱变模式单一、诱变工作环境无法改变，无法满足对诱变实验更高的要求。

发明内容

为解决现有技术中存在的上述技术问题，本发明提出一种多功能等离子体诱变仪，所述诱变仪包括：

等离子体发生系统，用于产生对诱变对象进行诱变的等离子体；

紫外诱变装置，用于对诱变对象进行紫外诱变；

化学诱变装置，用于对诱变对象进行化学诱变；

多功能载物平台，用于放置诱变实验用的器具；

自动控制系统，用于对所述等离子体发生系统、紫外诱变装置、化学诱变装置和多功能载物平台进行自动控制，以实现多种诱变模式。

所述等离子体发生系统包括：

氮气输送系统，包括氮气罐、流量控制装置和气体过滤装置，氮气罐中的氮气先后经过流量控制装置和气体过滤装置后产生纯净的氮气并输出到等离子体发生装置；

高压电源系统，包括电源和高压电源装置，电源输出的电压经过高压电源装置后产生高压并输出到等离子体发生装置；

等离子体发生装置，在氮气输送系统和高压电源系统的共同作用下，等离子体发生装置提供稳定、可控的等离子体束，用于等离子体诱变功能。

所述等离子体发生装置包括喷嘴，所述喷嘴内部具有缓冲腔体，所述喷嘴底部是由多个分散的小孔组成，等离子体发生装置产生的等离子体经过缓冲腔体后稳定的从各个小孔喷射出来。

在所述自动控制系统的控制下，所述等离子体发生装置能够上下移动，调节等离子体与作用体之间的作用距离。

所述等离子体发生装置进一步包括温湿度监控模块，用于实时监控诱变过程中的温湿度变化。

在所述自动控制系统的控制下，所述流量控制装置能够自动调节等离子体流量的大小，并且能够实时监控等离子体流量的状态，在等离子体流量异常的情况下能够及时警告用户。

所述紫外诱变装置包括左右两边对称的紫外诱变灯管，由所述自动控制系统控制所述紫外诱变灯管的开/关，所述紫外诱变灯管能够对工作舱和载物平台进行紫外消毒。

所述化学诱变装置包括试剂供给容器、液体微泵、试剂添加针管，其中，

试剂供给容器用于提供化学诱变所使用的试剂，其提供的试剂输出到液体微泵；

液体微泵用于将试剂输出到试剂添加针管，在自动控制系统的监控下，液体微泵可以精确控制添加试剂的剂量；

试剂添加针管用于将试剂添加到诱变对象。

所述多功能载物平台具有2个以上凹槽，所述多功能载物平台既可以放入加样器做简单诱变试验，也可以放入90mm的培养皿做组合试验，多功能载物平台在自动控制系统的操作下，能够完成进出仓的动作和多功能载物平台的旋转动作，并能完成多种诱变模式。

所述多功能等离子体诱变仪，进一步包括加样器，所述加样器为不锈钢打造，采用内凹槽形状，内表面光滑。这种设计可以避免试验品的交叉污染，又可以保证器皿的重复利用。

所述自动控制系统包括简单易用的可视化的软件操作界面，以及丰富且复杂的内部处理逻辑。根据用户的预设值和操作，协调各个组件协调工作，以便丰富多变的诱变模式、以及贴心的用户体验得以实现。

所述图形用户界面，提供触摸操控方式，通过点击动作，完成参数的设置、内部控制以及各种预设诱变功能的处理；

所述内部处理逻辑，包括对诱变模式的控制，诱变参数的设置，用户实验数据的导入、导出。

本发明公开了以等离子体诱变技术为核心，结合紫外诱变、生物诱变等多种诱变技术的多功能等离子体诱变仪。这是一种各诱变技术可以单独作用也可以随意组合作用，达到能灵活改变诱变工作环境、增强诱变随机性的诱变系统。根据预先设定的处理逻辑，由中央控制单元对整个诱变过程进行精确的自动控制和监控。本系统通过自动控制技术，突破了单一诱变模式的壁垒，使得诱变模式向多样性、操作便利性发展。

本发明公开的多功能等离子体诱变仪，结合紫外、化学等多种诱变方式，提供一种新型的诱变模式，即可进行单因子诱变，也可进行复合诱变，诱变类型丰富，极大地提高了微生物的突变频率和突变种类。其快速、简单和高效的特点，让您将精力集中于后续的筛选和驯化等过程。

本发明所使用的核心等离子体发生装置采用氮气作为工作气体，在常温常压下能够持续有效地产生均匀稳定的等离子体流。由于能在常温常压下工作，对环境的适应性就非常强。提供的等离子体流稳定可靠，可以让等离子体流能够均匀地照射到作用物，致死率稳定。由于采用氮气作为工作气体，使得运营成本非常低，可以节省大笔气体耗材的费用。

两种样品制备方式，照射均匀。既可以用加样器对菌种液膜进行诱变，也可以直接在90mm的培养皿上进行诱变。精密的自动化控制技术使得培养皿能够被等离子体流均匀照射。

采用触摸屏，软件界面简单直观，只需轻松的几步点击即可完成诱变方式、诱变模式的设定，以及诱变的执行。

附图说明

图1为本发明多功能等离子体诱变仪的结构示意图；

图2.1为本发明原始等离子体流的示意图；

图2.2为本发明经过喷嘴后的等离子体流的示意图；

图2.3为本发明的喷嘴的底部孔位图；

图3为本发明多功能载物平台的俯视图；

图4.1为本发明加样器的俯视图；

图4.2为本发明加样器的正面剖视图；

图5为本发明自动控制系统的图形用户界面示意图。

具体实施方式

下面将结合本发明的附图，对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述。

图1为本发明多功能等离子体诱变仪的结构示意图。本发明的多功能等离子体诱变仪主要包括：等离子体发生系统、紫外诱变装置、化学诱变装置、多功能载物平台(图1中未示出)、加样器4、自动控制系统(图1中未示出)。

氮气罐10、流量控制装置9和气体过滤装置8组成氮气输送系统，氮气罐10中的氮气先后经过流量控制装置9和气体过滤装置8后产生纯净的氮气5并输出到等离子体发生装置1。电源12、高压电源装置11组成高压电源系统，电源12为220V的交流电源，电源12输出的电压经过高压电源装置11后产生高压6并输出到等离子体发生装置1。等离子体发生装置1、氮气输送系统和高压电源系统组成等离子体发生系统，在氮气输送系统和高压电源系统的共同作用下，等离子体发生装置1提供稳定、可控的等离子体束，用于等离子体诱变功能。所述的等离子体发生系统是由大连理工大学研发并已申请专利，申请号为CN201210089199.0，本发明在此将其全文引用。所述的等离子体发生装置1，可以在常温常压下工作，产生稳定可控的离子流，由于使用氮气作为等离子体发生载体，从运营成本上考虑，可以为厂家节省大量的气体消耗费用，从而节省了大量的实验经费。

另外，等离子体发生装置1采用经过特别设计的喷嘴。由等离子体发生装置1产生的原始等离子体是一个压力集中的气流(如图2.1所示)，无法均匀地照射到作用体上。本发明的等离子体发生装置1的喷嘴内部具有缓冲腔体，等离子体经过缓冲腔体后压力比较均匀(如图2.2所示)，喷嘴底部是由多个分散的小孔组成(如图2.3所示)，用于分散气体压力，经过缓冲腔体的等离子体能够稳定的从各个小孔喷射出来，达到最终需要的使用效果。本发明等离子体发生装置1的喷嘴能让等离子体更均匀、照射更稳定，可以让等离子体流在作用范围内均匀地喷射到作用体上，避免由于等离子体流喷射不均匀所造成的实验结果的一致性问题。

图1中，等离子体发生装置附带有温湿度监控模块(图1中未示出)，可以实时监控当前舱体的温湿度环境，以便可以实时记录实验过程中的温湿度条件，给以后数据分析提供足够的数据。

图1中，氮气输送系统中的气体过滤装置8让流经等离子体发生装置1的氮气5干燥、无杂质，以便获得最佳的等离子体发生效果。在自动控制系统的操控下，可以让等离子体发生装置1上下移动，预设喷嘴与作用体之间的距离，以便适应不同菌种对等离子体强度的要求。在自动控制系统的操控下，在流量控制装置9可以让气体流量达到用户预设的流量值，并且能够实时监控气体流量的状态，这样可以保证整个实验过程中流量的稳定，在气体流量异常的情况下能够及时警告用户，这样就能够满足不同菌种对气体流量的不同要求。

图1中，左右两边对称的紫外诱变灯管2组成紫外诱变装置。在自动控制系统的控制下，可以让紫外诱变灯管2进行开关动作。紫外诱变灯管2除了有对舱体进行杀菌消毒的作用外，还可以利用其具备诱变的特性完成等离子体诱变的辅助诱变功能。对于单独进行紫外诱变来说，紫外的穿透能力很弱，一般都会配合磁力搅拌器来使用，并且作用时间一般需要较长。等离子体具有很强的穿透能力，这样使得紫外线更容易直接作用于诱变对象的内部，达到很好的复合诱变的效果。

图1中，试剂供给容器14、液体微泵13、试剂添加针管3组成化学诱变装置。化学诱变试剂一般都是致癌的，所以在使用化学诱变试剂的时候非常小心，人工添加不仅让出错的概率增加，也会给人员安全带来隐患。本发明所采用的化学诱变装置，充分考虑到化学诱变的特点，让整个诱变的准备、实施都在自动控制系统的控制下自动完成。试剂供给容器14用于提供化学诱变所使用的试剂，其提供的试剂输出到液体微泵13。试剂供给容器14是可更换的，并且提供方便、安全的接口，保证在安装时候对操作人员的保护。液体微泵13将试剂输出到试剂添加针管3，在自动控制系统的监控下，液体微泵13可以精确控制添加试剂的剂量，避免人工添加带来的各种误差。试剂添加针管3将试剂添加到诱变对象，保证了试剂添加的准确性。对于单独进行化学诱变来说，化学诱变试剂具有强的致癌特性，所以在使用的时候有一定的操作风险性，作用时间也较长。等离子体具有很强的穿透能力，这样使得化学诱变试剂能够直接作用于诱变对象的内部，并且试剂的浓度可能只需要原来的十分之一甚至二十分之一，试剂浓度的降低，致癌的风险也大大降低，也可以达到很好的复合诱变的效果，并在相对封闭的环境中自动进行，对人体的危害也降到最低。

图1还包括载物平台7，用于放置诱变实验所需要的器具，如多功能载物平台。

图1还包括加样器4，加样器直径20mm，可以放入载物平台的凹槽中。

图3为本发明多功能载物平台的俯视图。本发明的多功能载物平台具有2个以上凹槽，图中凹槽A，B，C，D，E，F仅是示意而并非对凹槽数量进行限定。所述的多功能载物平台既可以放入加样器做简单诱变试验，也可以放入大的培养皿做组合试验。所述加样器的直径为20mm，加样器放入多功能载物平台的凹槽A，B，C，D，E，F中。90mm的培养皿直接置于多功能载物平台中央位置。多功能载物平台在自动控制系统的操作下，能够完成进出仓的动作和多功能载物平台的旋转动作，并能完成多种诱变模式。

模式一，单独加样器诱变模式：将诱变用的加样器放入A，B，C，D，E，F的其中一个凹槽中，设置诱变模式、诱变条件后，加样器会被旋转到等离子体喷嘴下方并固定，被等离子体直接照射。这种模式照射比较集中，适合耐受性比较强的菌种，也适用于种子的诱变。

模式二，多个加样器诱变模式：将至少2个加样器放入对应的凹槽中，设置诱变模式、并对每个加样器设置诱变条件，启动诱变后，等离子体诱变仪会逐个加样器按照预设的条件进行诱变。这种诱变模式适合照射比较集中，需要不同条件进行诱变结果对照的诱变方式。能一次完成所有对照的诱变，比较节省时间。

模式三，单独加样器柔和诱变模式：将诱变用的加样器放入A，B，C，D，E，F的其中一个凹槽中，设置诱变模式、诱变条件后，多功能载物平台开始旋转，由于加样器每次经过喷嘴下方的时间比较短，可以根据载物台旋转的圈数来精确控制诱变照射时间，适合耐受性较弱的菌种进行诱变。

模式四，培养皿模式：在多功能载物平台中部直接放入直径90mm的培养皿，这个培养皿可以是预先放入培养基并涂好菌液膜的平板，设置好诱变模式，诱变条件后，载物平台开始旋转，菌液膜通过旋转，能够均匀地被等离子体照射到，并且在诱变结束后，可以直接进行培养，这样的好处是不用重新稀释重新涂板所带来的一些重复误差，让实验结果更准确。这种方式也适合个体较大的种子或者植物根茎的诱变。可以让整个根茎和种子都能被均匀地照射到。

图4.1为本发明加样器的俯视图，图4.2为本发明加样器的正面剖视图。加样器为不锈钢打造，采用内凹槽形状，内表面光滑，可以让菌液涂抹均匀，由于采用内凹槽形状，可以很方便往内部添加菌液，并保证菌液不飞溅污染载物台，保证载物台的重复利用次数。加样器的设计不会导致实验过程中的交叉污染，重复利用性强。不会因为载物平台污染而中断实验，保证实验的持续性。

图5为本发明自动控制系统的图形用户界面示意图。所述的自动控制系统包括简单易用的可视化的图形用户界面、丰富且复杂的内部处理逻辑。根据用户的预设值和操作，协调各个组件协调工作，以便丰富多变的诱变模式、以及贴心的用户体验得以实现。

所述的图形用户界面，提供触摸操控方式，通过简单的点击动作，完成参数的设置、内部控制以及各种预设诱变功能的处理。触控方式让用户体验可视化，操作直观，所见即所得，所以更符合用户操作习惯。

所述的自动控制系统，控制所有内部部件，包括等离子体上下运动、温湿度监控、气体流量设置及监控、照明灯开关、紫外灯开关、载物平台出仓/入仓、载物平台的旋转、试剂添加微泵的控制、等离子体的启动/停止。

所述的内部处理逻辑，主要包含对诱变模式的控制，诱变参数的设置，用户实验数据的导入、导出。诱变模式的控制，主要根据诱变条件的预设值，对诱变进行自动控制。可以单独控制各种诱变模式的时间段，使用这种灵活的组合方式，达到多样化诱变的目的。实验例：

总体诱变时间：■■■■■■■■■■■■■■■■■■■■■■■■■

等离子体诱变：■■■■■■■■■■■■■■■■■■■■■■■■■

紫外诱变时间：□□□□□■■■■■■■■■■■■■□□□□□□□

化学诱变时间：□□□■■■■■■■■■■■■■■■■■■■■■■

其中，黑色方块表示进行诱变的时间。该例中，在等离子体诱变进行了5个黑色方块的时间时，紫外诱变开始进行。

这样复杂的组合诱变模式，在自动化控制系统和处理中心逻辑的配合下可以轻松高效地完成。

所述的贴心的用户体验，包括符合用户习惯、并尽可能简化用户操作步骤的设计、更新用户数据库，并根据用户的使用反馈，对控制软件进行更新升级，可以保证用户可以使用最新的软件。舱门的自动打开/关闭，可以尽可能地手动所发生的交叉污染。与氮气瓶的快速气体接口设计，是用户在不适用任何工具的前提下接插/拔除氮气管路。设备提供外接USB接口，通过U盘可以对内部的控制软件进行更新，通过此U盘接口，也可以完成标准数据库的更新，这些数据更新是由大量的实验数据提供的可参考的、针对各种不同菌种的诱变条件预定义，通过数据更新，大大简化了用户摸索诱变条件的过程，节省了时间。更贴心更准确的客户服务，体现在完善的软硬件设计上。

Claims (11)

1.一种多功能等离子体诱变仪，所述诱变仪包括：

等离子体发生系统，用于产生对诱变对象进行诱变的等离子体；

紫外诱变装置，用于对诱变对象进行紫外诱变；

化学诱变装置，用于对诱变对象进行化学诱变；

多功能载物平台，用于放置诱变实验用的器具；

自动控制系统，用于对所述等离子体发生系统、紫外诱变装置、化学诱变装置和多功能载物平台进行自动控制，以实现多种诱变模式。

2.如权利要求1所述的多功能等离子体诱变仪，其中，所述等离子体发生系统包括：

氮气输送系统，包括氮气罐(10)、流量控制装置(9)和气体过滤装置(8)，氮气罐(10)中的氮气先后经过流量控制装置(9)和气体过滤装置(8)后产生纯净的氮气(5)并输出到等离子体发生装置(1)；

高压电源系统，包括电源(12)和高压电源装置(11)，电源(12)输出的电压经过高压电源装置(11)后产生高压(6)并输出到等离子体发生装置(1)；

等离子体发生装置(1)，在氮气输送系统和高压电源系统的共同作用下，等离子体发生装置(1)提供稳定、可控的等离子体束，用于等离子体诱变功能。

3.如权利要求2所述的多功能等离子体诱变仪，其中，所述等离子体发生装置(1)包括喷嘴，所述喷嘴内部具有缓冲腔体，所述喷嘴底部是由多个分散的小孔组成，等离子体发生装置(1)产生的等离子体经过缓冲腔体后稳定的从各个小孔喷射出来。

4.如权利要求2所述的多功能等离子体诱变仪，其中，在所述自动控制系统的控制下，所述等离子体发生装置(1)能够上下移动，调节等离子体与作用体之间的作用距离。

5.如权利要求2所述的多功能等离子体诱变仪，其中，所述等离子体发生装置(1)进一步包括温湿度监控模块，用于实时监控诱变过程中的温湿度变化。

6.如权利要求2所述的多功能等离子体诱变仪，其中，在所述自动控制系统的控制下，

所述流量控制装置(9)能够自动调节等离子体流量的大小，并且能够实时监控等离子体流量的状态，在等离子体流量异常的情况下能够及时警告用户。

7.如权利要求1所述的多功能等离子体诱变仪，其中，所述紫外诱变装置包括左右两边对称的紫外诱变灯管(2)，由所述自动控制系统控制所述紫外诱变灯管(2)的开/关，所述紫外诱变灯管(2)能够对工作舱和载物平台进行紫外消毒。

8.如权利要求1所述的多功能等离子体诱变仪，其中，所述化学诱变装置包括试剂供给容器(14)、液体微泵(13)、试剂添加针管(3)，其中，

试剂供给容器(14)用于提供化学诱变所使用的试剂，其提供的试剂输出到液体微泵(13)；

液体微泵(13)用于将试剂输出到试剂添加针管(3)，在自动控制系统的监控下，液体微泵(13)可以精确控制添加试剂的剂量；

试剂添加针管(3)用于将试剂添加到诱变对象。

9.如权利要求1所述的多功能等离子体诱变仪，其中，所述多功能载物平台具有2个以上凹槽，所述多功能载物平台既可以放入加样器做简单诱变试验，也可以放入90mm的培养皿做组合试验，多功能载物平台在自动控制系统的操作下，能够完成进出仓的动作和多功能载物平台的旋转动作，并能完成多种诱变模式。

10.如权利要求1所述的多功能等离子体诱变仪，进一步包括加样器，所述加样器为不锈钢打造，采用内凹槽形状，内表面光滑，这种设计可以避免试验品的交叉污染，又可以保证器皿的重复利用。

11.如权利要求1所述的多功能等离子体诱变仪，其中，所述自动控制系统包括可视化的图形用户界面和内部处理逻辑，

所述图形用户界面，提供触摸操控方式，通过点击动作，完成参数的设置、内部控制以及各种预设诱变功能的处理；

所述内部处理逻辑，包括对诱变模式的控制，诱变参数的设置，用户实验数据的导入、导出。