CN107670564A - 一种恒温振荡混匀仪 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种恒温振荡混匀仪，包括恒温槽、驱动装置和多个弹性臂，所述恒温槽包括恒温槽体，所述恒温槽体内设有恒温腔，所述恒温腔内壁上设置有加热元件；所述驱动装置的输出轴连接有一转轴固定器，所述转轴固定器位于所述恒温腔内；各所述弹性臂在长度方向上均水平设置，且各所述弹性臂的一端固定连接于所述转轴固定器上，每个所述弹性臂的另一端连接有一试管座，各所述弹性臂和各所述试管座均位于所述恒温腔内并能够在所述恒温腔内自由转动。该恒温振荡混匀仪，能够同时实现收集、混匀功能，提供恒定的试验温度，减少实验操作步骤，提高实验的一致性和可重复性，减少实验误差以及人为因素的干扰，使实验过程更精准。

Description

一种恒温振荡混匀仪

技术领域

本发明涉及分子生物学实验器材，特别是涉及一种恒温振荡混匀仪。

背景技术

在分子生物学领域的试剂试验中，很多实验都需要以下几个实验步骤：1、将参与反应的物质溶解；2、将溶解的物质振荡、混匀；3、振荡、混匀后的物质离心收集；4、粘度大的物质要混均，在某个温度下进行可以减少粘度，混均效果更好；5、需要在某个温度下恒温反应；而通常的试剂和样本都需要收集、离心、混匀等三大基本操作，而且是有加样、移动、抽提、孵育、计时等一系列繁琐并重复的步骤，通常需要使用离心机、混匀仪、振荡器、恒温水槽等设备对试剂和样本进行处理，不仅费时费力、且人为失误较多，操作复杂、实验过程复杂冗长、人工干预多，不仅实验现场显得杂乱无序，而且实验的一致性、重复性、可信度等都无法提高。如果能有一台自动化的一体机同时可以解决混匀、振荡、离心、恒温的问题，不仅可以减少实验操作步骤，提高实验的一致性和可重复性，将大大有利于提高实验效率，提高实验的一致性，也可以减少仪器数量。

发明内容

本发明的目的是提供一种恒温振荡混匀仪，以解决上述现有技术存在的问题，能够同时实现收集、混匀功能，提供恒定的试验温度，减少实验操作步骤，提高实验的一致性和可重复性，减少实验误差以及人为因素的干扰，使实验过程更精准。

为实现上述目的，本发明提供了如下方案：

本发明提供一种恒温振荡混匀仪，包括恒温槽、驱动装置和多个弹性臂，所述恒温槽包括恒温槽体，所述恒温槽体内设有恒温腔，所述恒温腔内壁上设置有加热元件；所述驱动装置的输出轴连接有一转轴固定器，所述转轴固定器位于所述恒温腔内；各所述弹性臂在长度方向上均水平设置，且各所述弹性臂的一端固定连接于所述转轴固定器上，每个所述弹性臂的另一端连接有一试管座，各所述弹性臂和各所述试管座均位于所述恒温腔内并能够在所述恒温腔内自由转动。

优选的，所述恒温腔包括一圆柱形腔和一环形凹腔，所述环形凹腔位于所述圆柱形腔外围，且在周向任意位置上所述圆柱形腔与所述环形凹腔连通，所述弹性臂能够在所述圆柱形腔内自由转动，所述试管座能够在所述环形凹腔内自由转动，所述环形凹腔的底部深度大于所述圆柱形腔的底部深度。

优选的，所述弹性臂为合金弹性臂或塑胶弹性臂，所述试管座为镂空试管座。

优选的，所述转轴固定器在周向上对称设置有多对所述弹性臂。

优选的，所述试管座在轴向上自下至上向所述恒温腔中心倾斜设置。

优选的，所述恒温腔内壁上还设置有制冷元件。

优选的，还包括控制器，所述恒温腔内壁上设有温度传感器，所述温度传感器与所述控制器通信连接，所述控制器分别与所述加热元件、所述制冷元件和所述驱动装置通信连接。

优选的，所述试管座的轴向与水平面的夹角为30～60度。

优选的，所述试管座的轴向与水平面的夹角为45度。

优选的，所述恒温槽还包括顶盖，所述顶盖盖放于所述恒温槽体上并使所述恒温腔封闭，所述恒温槽为高导热恒温槽。

本发明相对于现有技术取得了以下技术效果：

现有的离心机都是采用完全刚性转架，运行中转架不发生弹性振荡，也没有半径方向的变化，因此只具有离心功能而不可能具有混匀功能。而本发明提供的恒温振荡混匀仪设置有弹性臂，弹性臂、试管座以及试管座上的负载(试剂和样本)构成了一个弹性受迫振荡系统；控制驱动装置处于低速状态，改变驱动装置的转速，会使得弹性臂发生振动；通过控制驱动装置的变速频率，可以使系统形成双向弹性振荡，不仅有旋转方向的，还有逆向的。振荡过程中，弹性臂呈现弯曲，使得弹性臂在旋转时伴有以驱动装置输出轴为中心的等效半径变化，这就使得试管在旋转的同时发生了半径变化的双向弹性振荡，其试管轨迹形成了封闭的小尺度涡旋，当涡旋的幅度和频次达到一定程度时，这就实现了混匀。此低速度下，试剂样本的离心力很小，离心效应远弱于涡旋效应，因此整体呈现混匀的效果。利用混匀功能及其组合，可以实现：产生气泡、搅拌、振动、混匀等效果。

在同一结构下，驱动装置处于高速状态下时，系统只使弹性臂偏向但形不成双向弹性振荡，其半径虽有变化但累计涡旋效应仅有一次。在高速下，试剂样本处于高离心力状态，离心效应远大于涡旋效应，因此整体呈现离心的效果。利用离心时间的长短组合，可以实现：试管壁残液的收集、管内不同物料的混合和收集、物料离心、样本提纯、去气泡等。

本发明提供的恒温振荡混匀仪在恒温槽体内设有恒温腔，该恒温腔内恰好能容纳弹性臂和试管座，开启加热元件后可对恒温槽体以及恒温腔内的空气进行加热，同时恒温槽体通过热传导将热量传递至恒温腔内的空气中，空气介质通过热传导和辐射将恒温槽体温度传递到试管内的试剂样本，使试剂样本处于恒温状态，提供合适的试剂样本温度环境，保证不同仪器、不同环境、不同人员操作的过程一致性。

本发明提供的恒温振荡混匀仪，具有恒温、定时、离心、混匀以及衍生的组合功能，实现了试剂的全过程全自动处理。在一台设备上实现了以往需多台设备、多次操作、多次人工干预才能完成的繁琐、费时、易错的实验过程。

本发明提供的恒温振荡混匀仪，实现了完全替代手工。不仅消除了人为因素，也缩短了实验时间、提高了实验效率、节约了人力物力财力、提高了实验一致性、再现性、可靠性、可信性。同时实验中试剂污染概率也极大降低。

本发明提供的恒温振荡混匀仪，配合试剂应用，为POCT检测、医疗、刑侦、疾控、检验检疫、农林、生化、食品等部门提供了快速检测的有力手段，其社会效益非常显著。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明提供的恒温振荡混匀仪的结构示意图；

图2为本发明提供的恒温振荡混匀仪混匀原理示意图；

图中：1-驱动装置；2-弹性臂；3-恒温槽体；4-控制器；5-转轴固定器；7-试管座；8-圆柱形腔；9-环形凹腔；10-电机输出轴中心；11-第一试剂样本路径圆；12-第二试剂样本路径圆；13-涡旋。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

本发明的目的是提供一种恒温振荡混匀仪，以解决上述现有技术存在的问题，能够同时实现收集、混匀功能，并提供恒定的试验温度，减少实验操作步骤，提高实验的一致性和可重复性，减少实验误差以及人为因素的干扰，使实验过程更精准。

本发明提供一种恒温振荡混匀仪，包括恒温槽、驱动装置和多个弹性臂，恒温槽包括恒温槽体，恒温槽体内设有恒温腔，恒温腔内壁上设置有加热元件；驱动装置的输出轴连接有一转轴固定器，转轴固定器位于恒温腔内；各弹性臂在长度方向上均水平设置，且各弹性臂的一端固定连接于转轴固定器上，每个弹性臂的另一端连接有一试管座，各弹性臂和各试管座均位于恒温腔内并能够在恒温腔内自由转动。

现有的离心机都是采用完全刚性转架，运行中转架不发生弹性振荡，也没有半径方向的变化，因此只具有离心功能而不可能具有混匀功能。而本发明提供的恒温振荡混匀仪设置有弹性臂，弹性臂、试管座以及试管座上的负载(试剂和样本)构成了一个弹性受迫振荡系统，开启驱动装置，驱动轴带动转轴固定器旋转，转轴固定器又带动弹性臂旋转；控制驱动装置处于低速状态，并进一步控制转速与惯性矩，当弹性受迫振荡系统所受的惯性力与弹性受迫振荡系统的弹力相当时，此时，改变驱动装置的转速，会使得弹性臂发生振动；驱动装置加速时，弹性臂沿驱动装置旋转方向摆动，驱动装置减速时，弹性臂逆着驱动装置旋转方向摆动，通过控制驱动装置的变速频率，可以使系统形成双向弹性振荡，不仅有旋转方向的，还有逆向的。振荡过程中，弹性臂呈现弯曲，使得弹性臂在旋转时伴有以驱动装置输出轴为中心的等效半径变化，这就使得试管在旋转的同时发生了半径变化的双向弹性振荡，其试管轨迹形成了封闭的小尺度涡旋，当涡旋的幅度和频次达到一定程度时，这就实现了混匀。此低速度下，试剂样本的离心力很小，离心效应远弱于涡旋效应，因此整体呈现混匀的效果。利用混匀功能及其组合，可以实现：产生气泡、搅拌、振动、混匀等效果。

在同一结构下，驱动装置处于高速状态下时，弹性受迫振荡系统所受的惯性力远大于弹性受迫振荡系统的弹力时，系统只使弹性臂偏向但形不成双向弹性振荡，其半径虽有变化但累计涡旋效应仅有一次。在高速下，试剂样本处于高离心力状态，离心效应远大于涡旋效应，因此整体呈现离心的效果。利用离心时间的长短组合，可以实现：试管壁残液的收集、管内不同物料的混合和收集、物料离心、样本提纯、去气泡等。

本发明提供的恒温振荡混匀仪在恒温槽体内设有恒温腔，该恒温腔内恰好能容纳弹性臂和试管座，允许弹性臂旋转并带动试管座旋转，但试管座与恒温腔内壁保持近距离、非接触。使用时，将试剂和样本加入至试管内，并将试管放置于试管座上，开启加热元件对恒温槽体以及恒温腔内的空气进行加热，同时恒温槽体通过热传导将热量传递至恒温腔内的空气中，空气介质通过热传导和辐射将恒温槽体温度传递到试管内的试剂样本，使试剂样本处于恒温状态，提供合适的试剂样本温度环境，保证不同仪器、不同环境、不同人员操作的过程一致性。

本发明提供的恒温振荡混匀仪能够同时实现收集、混匀功能，提供恒定的试验温度，减少实验操作步骤，提高实验的一致性和可重复性，减少实验误差以及人为因素的干扰，使实验过程更精准。

为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。

实施例一

本实施例提供一种恒温振荡混匀仪，如图1所示，包括恒温槽3、驱动装置1和多个弹性臂2，恒温槽包括恒温槽体3，恒温槽体3内设有恒温腔，恒温腔内壁上设置有加热元件；驱动装置1的输出轴连接有一转轴固定器5，转轴固定器5位于恒温腔内；各弹性臂2在长度方向上均水平设置，且各弹性臂2的一端固定连接于转轴固定器5上，每个弹性臂2的另一端连接有一试管座7，各弹性臂2和各试管座7均位于恒温腔内并能够在恒温腔内自由转动。

具体的，本实施例中的驱动装置1为变频电机，本实施例中的恒温振荡混匀仪设置有弹性臂2，弹性臂2、试管座7以及试管座7上的负载(试剂和样本)构成了一个弹性受迫振荡系统，电机旋转作为驱动力，驱动转轴固定器5旋转，从而使得转轴固定器5带动弹性臂2旋转，控制电机处于低转速状态，例如500～1000rpm，并进一步控制电机处于低转速状态的转速与惯性矩，当弹性受迫振荡系统所受的惯性力与弹性受迫振荡系统的弹力相当时，此时，改变电机的转速，会使得弹性臂2发生振荡，电机加速时，弹性臂2沿电机旋转方向摆动，电机减速时，弹性臂2逆着电机旋转方向摆动，系统形成双向弹性振荡，不仅有旋转方向的，还有逆向的。振荡过程中，弹性臂2呈现弯曲，使得弹性臂2在旋转时伴有以电机输出轴为中心的等效半径变化，这就使得试管在旋转的同时又发生了半径变化的双向弹性振荡，其试管轨迹形成了封闭的小尺度涡旋，当涡旋的幅度和频次达到一定程度时，这就实现了混匀。此低速度下，试剂和样本的离心力很小，离心效应远弱于涡旋效应，因此整体呈现混匀的效果。

在同一结构下，电机处于高速状态，如：大于2000rpm下时，电机推力远大于受迫振荡系统弹力，系统只使弹性臂2偏向但形不成双向弹性振荡，其半径虽有变化但累计涡旋效应仅有一次。在高速下，试剂样本处于高离心力状态，离心效应远大于涡旋效应，因此整体呈现离心的效果。

如图2所示，在弹性臂2处于静止或非振荡时，弹性臂2末端的试管座7距离电机输出轴中心10的半径为R1，弹性臂2静止或拉直时的试剂样本运动路径最大圆为第一试剂样本路径圆11。

在弹性臂2发生弹性双向振荡时，弹性臂2末端的试管座7距离输出轴中心10的最小等效半径为R2，弹性臂2发生弹性双向振荡时的试剂样本运动路径最小圆为第二试剂样本路径圆12。此时试剂样本的轨迹为两个封闭的不规则涡旋13，且在弹性振荡过程中，通过控制电机变速的频率，使得振荡频率远高于电机旋转频率，试剂样本得到了高频度混匀。

处于非弹性振荡时，试管座7旋转直径不发生变化，没有混匀效果。

本实施例提供的恒温振荡混匀仪在恒温槽体3内设有恒温腔，该恒温腔内恰好能容纳弹性臂2和试管座7，允许弹性臂2旋转并带动试管座7旋转，但试管座7与恒温腔内壁保持近距离、非接触。使用时，将试剂和样本加入至试管内，并将试管放置于试管座7上，加热元件对恒温槽体3和恒温腔内的空气进行加热，同时恒温槽体3通过热传导将热量传递至恒温腔内的空气中，空气介质通过热传导和辐射将恒温槽体3温度传递到试管内的试剂样本，使试剂样本处于恒温状态，提供合适的试剂样本温度环境，保证不同仪器、不同环境、不同人员操作的过程一致性。

本实施例提供的恒温振荡混匀仪，恒温腔为一阶梯状的凹腔，包括一圆柱形腔8和一环形凹腔9，环形凹腔9位于圆柱形腔8外围，且在周向任意位置上圆柱形腔8与环形凹腔9连通，弹性臂2能够在圆柱形腔8内自由转动，试管座7能够在环形凹腔9内自由转动，环形凹腔9的底部深度大于圆柱形腔8的底部深度，使得环形凹腔9能够相对地独立于圆柱形腔8。给试管座7设置单独的运转空间，即设置环形凹腔9使得试管座7单独在环形凹腔9内转动，从而减少了弹性臂2运动的圆柱形腔8内的气流和温度对环形凹腔9的温度的扰动，减少了弹性臂2旋转产生的气流以及环境温度变化对试管内试剂和样本的温度扰动，使得温度的控制更准确，提高实验精度。

本实施例提供的恒温振荡混匀仪，弹性臂2可以具体为合金弹性臂或塑胶弹性臂，试管座7为镂空试管座，能够更好地将恒温腔内空气的热量传递至试剂和样本上，实现空气浴加热试管及试管内的试剂和样本，提高实验精度。

转轴固定器5在周向上对称设置有多对弹性臂2，本实施例对称分布有4对弹性臂，即8个弹性臂。

试管座7在轴向上自下至上向恒温腔内部的中心位置倾斜设置，试管座7的轴向与水平面的夹角为45度，即试管座7的倾斜角度为45度，但不限于45度，试管座7的轴向与水平面的夹角也可为30度或60度，根据反应需求进行调整；环形凹腔9的纵截面在高度方向上也倾斜设置，倾斜方向与试管座7的倾斜方向一致，试管座7内置于环形凹腔9内。在轴向上试管座7自下至上向内倾斜设置，使得恒温振荡混匀仪在离心处理试剂和样本的过程中，试剂和样本更容易沉积到试管的底部，试剂和样本的收集效果好，且不易洒出。

本实施例提供的恒温振荡混匀仪还包括控制器4，在恒温腔内壁上还设置有制冷元件，恒温腔内壁上设有温度传感器，本实施例在恒温腔内壁的不同位置处设置有多个温度传感器，对不同位置的温度进行测量，各温度传感器均与控制器4通信连接，也可设置有多个加热元件和制冷元件，控制器4分别与加热元件、制冷元件和驱动装置1通信连接，控制器4分别控制加热元件、制冷元件和驱动装置1的启闭，制冷元件可具体为半导体制冷元件。

控制器4包括依次连接的PID控制器、温度微控制器和PWM控制电路组成，PID控制器与温度传感器电连接，PWM控制电路与加热元件和制冷元件电连接；加热元件为恒温槽进行加热，温度传感器具有采集温度及将所采集信号转换成数字信号传输给PID控制器的功能，通过PID控制器运算后将信息传输给温度微控制器，温度微控制器再对PWM控制电路进行控制以调节温度，如温度低于设定的反应温度，则使加热器通电升温；当温度传感器检测到达到预设温度时，停止加热；如恒温槽温度高于设定的反应温度，温度传感器将信号反馈给温度微控制器，启动半导体制冷元件进行降温，使温度回到正常范围，实现恒温控制；试剂实际温度通过实验数据进行补偿，最终达到自动调节温度，实现恒温目的，温控精度达到±0.5℃；

恒温槽还包括顶盖，顶盖盖放于恒温槽体上并使恒温腔封闭，恒温槽为高导热恒温槽，利于实现恒温反应。

本发明提供的恒温振荡混匀仪，利用同一结构实现了混匀、离心功能，并可通过控制器来控制反应时间，实现恒温、定时、组合功能，因此以往用设备很难实现的一些特殊的操作就得以实现。

本发明中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处。综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。

Claims (10)

1.一种恒温振荡混匀仪，其特征在于：包括：

恒温槽，包括恒温槽体，所述恒温槽体内设有恒温腔，所述恒温腔内壁上设置有加热元件；

驱动装置，所述驱动装置的输出轴连接有一转轴固定器，所述转轴固定器位于所述恒温腔内；以及

多个弹性臂，各所述弹性臂在长度方向上均水平设置，且各所述弹性臂的一端固定连接于所述转轴固定器上，每个所述弹性臂的另一端连接有一试管座，各所述弹性臂和各所述试管座均位于所述恒温腔内并能够在所述恒温腔内自由转动。

2.根据权利要求1所述的恒温振荡混匀仪，其特征在于：所述恒温腔包括一圆柱形腔和一环形凹腔，所述环形凹腔位于所述圆柱形腔外围，且在周向任意位置上所述圆柱形腔与所述环形凹腔连通，所述弹性臂能够在所述圆柱形腔内自由转动，所述试管座能够在所述环形凹腔内自由转动，所述环形凹腔的底部深度大于所述圆柱形腔的底部深度。

3.根据权利要求1所述的恒温振荡混匀仪，其特征在于：所述弹性臂为合金弹性臂或塑胶弹性臂，所述试管座为镂空试管座。

4.根据权利要求1所述的恒温振荡混匀仪，其特征在于：所述转轴固定器在周向上对称设置有多对所述弹性臂。

5.根据权利要求1所述的恒温振荡混匀仪，其特征在于：所述试管座在轴向上自下至上向所述恒温腔中心倾斜设置。

6.根据权利要求1所述的恒温振荡混匀仪，其特征在于：所述恒温腔内壁上还设置有制冷元件。

7.根据权利要求6所述的恒温振荡混匀仪，其特征在于：还包括控制器，所述恒温腔内壁上设有温度传感器，所述温度传感器与所述控制器通信连接，所述控制器分别与所述加热元件、所述制冷元件和所述驱动装置通信连接。

8.根据权利要求5所述的恒温振荡混匀仪，其特征在于：所述试管座的轴向与水平面的夹角为30～60度。

9.根据权利要求5所述的恒温振荡混匀仪，其特征在于：所述试管座的轴向与水平面的夹角为45度。

10.根据权利要求1所述的恒温振荡混匀仪，其特征在于：所述恒温槽还包括顶盖，所述顶盖盖放于所述恒温槽体上并使所述恒温腔封闭，所述恒温槽为高导热恒温槽。