CN108018205A - 一种微生物用变重力模拟器 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种微生物用变重力模拟器，包括微生物舱、环型模拟器、电感器和控制系统，环型模拟器中装有液体，微生物舱由包含铁磁性物质的材料制成，微生物舱放置于液体中，微生物舱包括两个半球壳体，两个半球壳体密封连接，半球壳体内设有用于夹持培养皿的卡槽，电感器至少为三个，电感器均布于环型模拟器上，电感器与控制系统电连接，控制系统能够控制电感器所产生的磁场强度。本发明可以更加真实地模拟微生物在太空中的生长环境，为进一步研究微生物的生理化响应提供实验可行性。

Description

一种微生物用变重力模拟器
技术领域
本发明涉及重力模拟器技术领域，特别是涉及一种微生物用变重力模拟器。
背景技术
微生物是生物的一个大类，在地球上几乎无处不在，许多微生物被广泛应用到农业、食品、制药、环境保护之中。在离地球200公里的太空中，是一个没有重力，却有高能重粒子辐射的环境，微生物在这个环境中会发生某些方面的变化，或者出现一些异常现象，对未来生物学基础理论研究和应用有着深远的意义。由于太空和地球表面环境有很大的不同，地球表面为1g重力环境，而太空处于失重状态。因此我们将在地面上创造出来的接近失重的状态叫微重力。微重力的值通常为地球表面重力的万分之一。总而言之，微重力就是在地球上尽可能的减小物体所受重力的影响，模拟太空中完全失重的环境。
有研究发现，失重环境对微生物的生物学特征会造成一系列较大的影响。因此科学家研制出了一种在地面从事微重力生物学、医学实验模拟用的微重力模拟器，以模拟失重环境或失重生物效应，探索失重效应的细胞分子机制。在研究初期，人们广泛应用回转器，其主要由动力驱动装置、机械传动系统、实验样品容器等部分组成。其工作原理是：在做样品回转实验时，样品在电机的带动下不停地绕水平轴匀速旋转，重力相对于样品的方向在连续改变，使样品处在不断改变方向的力场中。在适当的转速下，样品总是来不及对重力做出响应，从而达到模拟微重力条件下生物效应的结果。这一时期的微重力模拟器多为二维回转器。随着技术的不断发展，研究者发现二维回转器对研究太空植物育种，植物根系走势，植物胚胎培育有着重要的作用，但是对大部分微生物来说，仍然可以快速适应水平旋转所导致的加速度的改变。因此，科学家设计出了三维模型，然后对新模型进行详细优化，最终得到了全新的模型结构，即三维回转器。
三维回转器又称随机定位仪，该装置含两个相互垂直的转轴，分别驱动外框和内框进行独立转动，速度和方向不断变化，使放置在内框上的细胞在三维方向回转。三维回转器是一种利用离心技术在地面模拟失重生物效应的设备，从力学角度考虑，该装置模拟失重生物效应的原理是基于重力矢量平均，即回转时以细胞为参照，重力方向不断变化，在一个回转周期内重力矢量和为零。但三维回旋器可携带的样品数量平均是三个，无法适用于微生物样品量众多的要求。
发明内容
本发明的目的是提供一种微生物用变重力模拟器，以解决上述现有技术存在的问题，以更加真实地模拟微生物在太空中的生长环境，为进一步研究微生物的生理化响应提供实验可行性。
为实现上述目的，本发明提供了如下方案：
本发明提供了一种微生物用变重力模拟器，包括微生物舱、环型模拟器、电感器和控制系统，所述环型模拟器中装有液体，所述微生物舱由包含铁磁性物质的材料制成，所述微生物舱放置于所述液体中，所述微生物舱包括两个半球壳体，两个所述半球壳体密封连接，所述半球壳体内设有用于夹持培养皿的卡槽，所述电感器至少为三个，所述电感器均布于所述环型模拟器上，所述电感器与所述控制系统电连接，所述控制系统能够控制所述电感器所产生的磁场强度。
优选地，所述电感器的数量为八个。
优选地，每个所述电感器均包括有上下设置的两个感应线圈。
优选地，所述环型模拟器的顶端设有LED灯，所述LED灯与所述控制系统电连接，所述控制系统能够控制所述LED灯的光照强度。
优选地，所述微生物舱由包含铁磁性物质的玻璃或其他透光材料制成。
优选地，还包括紫外灯，所述紫外灯设置于所述环型模拟器的内壁上，且位于液面之上，所述紫外灯与所述控制系统电连接，所述控制系统能够控制所述紫外灯的光照强度。
优选地，还包括加热部件和温度传感器，所述加热部件的加热体和所述温度传感器均设置于所述液体中，所述加热部件和所述温度传感器均与所述控制系统电连接，所述控制系统能够控制所述加热部件的功率。
优选地，所述环型模拟器为由聚苯乙烯制成的圆形桶。
优选地，所述液体为水或盐溶液。
优选地，所述微生物舱至少为两个。
本发明相对于现有技术取得了以下技术效果：本发明的微生物舱漂浮在水面上，当微生物舱受到磁场作用后可在吸引力下发生运动，水的浮力和阻力使微生物舱不仅发生水平运动，同时发生三维空间的运动，进而达到加速度α在矢量X、Y和Z三个角度都有一定的变化，使微生物产生失重的“感觉”或现象，最终完成变重力状态的模拟。微生物舱理论上根据环型模拟器的容积、大小可以放置无限个，也就是理论上可同时进行无限个样品的实验。
本发明是为了将重力对微生物的影响尽可能减小，从而营造出一种变重力的环境，控制系统可调节磁场强度、运行时间、紫外灯开关及光强、LED灯开关及光强、水温，以更加真实地模拟太空中的昼夜、紫外线和温度变化，为进一步研究微生物的生理化响应提供实验可行性，为微生物的太空试验奠定理论基础。
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为本发明微生物用变重力模拟器的结构示意图；
其中：1-微生物舱，2-环型模拟器，3-电感器，4-控制系统，5-LED灯，6-紫外灯，7-加热部件。
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微生物用变重力模拟器，以解决上述现有技术存在的问题，以更加真实地模拟微生物在太空中的生长环境，为进一步研究微生物的生理化响应提供实验可行性。
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。
本实施例提供了一种微生物用变重力模拟器，包括微生物舱1、环型模拟器2、电感器3和控制系统4，环型模拟器2优选为由聚苯乙烯制成的圆形桶，也可采用其他抗高温且不磁化的高分子材料制成，环型模拟器2还可由上盖覆盖。环型模拟器2中装有液体，液体可选为水或盐溶液。微生物舱1漂浮于液体中，微生物舱1可以为一个或多个，需根据环型模拟器2的容积、大小而定(以微生物舱1之间不发生相互撞击且微生物舱1不与环型模拟器2的内壁碰撞为准)，以满足微生物样品量众多的要求。微生物舱1可由包含铁磁性物质的玻璃或其他透光材料制成，以使微生物便于接收LED灯5和紫外灯6的光线。微生物舱1包括两个半球壳体，两个半球壳体密封连接，半球壳体内设有用于夹持培养皿的卡槽。每个电感器3均包括有上下并联设置的两个感应线圈，电感器3至少为三个，优选为八个，电感器3均布于环型模拟器2上，电感器3与控制系统4电连接，控制系统4能够分别控制电感器3所产生的磁场强度，通过控制电感器3的单独开启或多个组合开启，以便实现对微生物舱1多方向的控制。环型模拟器2的顶端设有LED灯5，LED灯5与控制系统4电连接，控制系统4能够控制LED灯5的光照强度，以模拟太空的昼夜变化。环型模拟器2的内壁上设置有紫外灯6，紫外灯6位于液面之上，紫外灯6与控制系统4电连接，控制系统4能够控制紫外灯6的光照强度，以模拟太空中的紫外线环境。液体中还设置有加热部件7和温度传感器，加热部件7和温度传感器均与控制系统4电连接，控制系统4能够根据设定的温度以及温度传感器的反馈参数控制加热部件7的功率。控制系统4包括微处理器、显示器和键盘，微处理器用于处理信息并控制电感器3、LED灯5和紫外灯6，显示器用于显示各种信息参数，键盘用于输入设定的环境参数。
本实施例的微生物舱1漂浮在水面上，当微生物舱1受到磁场作用后可在吸引力下发生运动，水的浮力和阻力使微生物舱1不仅发生水平运动，同时发生三维空间的运动，进而达到加速度α在矢量X、Y和Z三个角度都有一定的变化，使微生物产生失重的“感觉”或现象，最终完成变重力状态的模拟。微生物舱1理论上根据环型模拟器2的容积、大小可以放置无限个，也就是理论上可同时进行无限个样品的实验。
本实施例是为了将重力对微生物的影响尽可能减小，从而营造出一种变重力的环境，控制系统4可调节磁场强度、运行时间、紫外灯6开关及光强、LED灯5开关及光强、水温，以更加真实地模拟太空中的昼夜、紫外线和温度变化，为进一步研究微生物的生理化响应提供实验可行性，为微生物的太空试验奠定理论基础。
需要说明的是：微生物舱1的运动轨迹尽管在理论上随着磁场方向和强度的改变是无规律运动的。但可通过数学模型的建立，使微生物舱1在可控的运动范围内运行，进而避免微生物舱1之间不必要的碰撞以及微生物舱1贴壁的情况出现，以排除其对微生物生理化响应的干扰。
本说明书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)

1.一种微生物用变重力模拟器，其特征在于：包括微生物舱、环型模拟器、电感器和控制系统，所述环型模拟器中装有液体，所述微生物舱由包含铁磁性物质的材料制成，所述微生物舱放置于所述液体中，所述微生物舱包括两个半球壳体，两个所述半球壳体密封连接，所述半球壳体内设有用于夹持培养皿的卡槽，所述电感器至少为三个，所述电感器均布于所述环型模拟器上，所述电感器与所述控制系统电连接，所述控制系统能够控制所述电感器所产生的磁场强度。
2.根据权利要求1所述的微生物用变重力模拟器，其特征在于：所述电感器的数量为八个。
3.根据权利要求2所述的微生物用变重力模拟器，其特征在于：每个所述电感器均包括有上下设置的两个感应线圈。
4.根据权利要求3所述的微生物用变重力模拟器，其特征在于：所述环型模拟器的顶端设有LED灯，所述LED灯与所述控制系统电连接，所述控制系统能够控制所述LED灯的光照强度。
5.根据权利要求1所述的微生物用变重力模拟器，其特征在于：所述微生物舱由包含铁磁性物质的玻璃或其他透光材料制成。
6.根据权利要求5所述的微生物用变重力模拟器，其特征在于：还包括紫外灯，所述紫外灯设置于所述环型模拟器的内壁上，且位于液面之上，所述紫外灯与所述控制系统电连接，所述控制系统能够控制所述紫外灯的光照强度。
7.根据权利要求1所述的微生物用变重力模拟器，其特征在于：还包括加热部件和温度传感器，所述加热部件的加热体和所述温度传感器均设置于所述液体中，所述加热部件和所述温度传感器均与所述控制系统电连接，所述控制系统能够控制所述加热部件的功率。
8.根据权利要求1所述的微生物用变重力模拟器，其特征在于：所述环型模拟器为由聚苯乙烯制成的圆形桶。
9.根据权利要求1所述的微生物用变重力模拟器，其特征在于：所述液体为水或盐溶液。
10.根据权利要求1所述的微生物用变重力模拟器，其特征在于：所述微生物舱至少为两个。
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