CN110496561A - 基于高频率碰撞的小量试剂溶剂快速混合装置及混合方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了基于高频率碰撞的小量试剂溶剂快速混合装置及混合方法，它涉及实验溶剂混合技术领域。混合装置包括电机、转子以及击打体；所述电机通过输出轴与转子传动连接，转子为圆柱体形状，所述转子的顶部设有圆柱形凹槽，转子的凹槽的侧壁上设有孔隙，所述击打体水平穿过孔隙安装在转子上；混合方法：电机带动转子进行转动，转子高速旋转带动击打体一起高速旋转，手持EP管使EP管倾斜，并向击打体的外端靠近，EP管与击打体接触，击打体对EP管内部溶剂进行高频撞击混合作业。本发明的优点在于：能够有针对性地解决小量高粘度溶剂混合难的问题，操作方便，设备微型且简易，成本低，溶剂混合操作快速而高效。

Description

基于高频率碰撞的小量试剂溶剂快速混合装置及混合方法

技术领域

本发明涉及实验溶剂混合技术领域，具体涉及基于高频率碰撞的小量试剂溶剂快速混合装置及混合方法。

背景技术

目前，医学、实验室、科研等工作中广泛使用涡旋振荡器对小量液体进行混合。涡旋振荡器混合溶剂的原理是利用内部电机高速旋转制造高频率回旋运动，使被处理的样本溶剂内部形成高速回旋涡流，实现样本溶剂的快速混合或试剂的快速溶解。涡旋振荡器电机的转轴与偏心轴传动连接，样品支撑板通过轴承安装在偏心轴上，同时，样品支撑板被两根弹簧锁定在底座上无法自由旋转，如此，当电机高速运转时，样品支撑板只会随偏心轴进行高频回旋运动，也带动了其承载的样品溶剂回旋涡旋运动。回旋幅度是偏心轴偏心距离的两倍。当样品支撑板高速回旋时，其直观表现的运动现象就是振荡。使用涡旋振荡器进行溶剂混合，由于溶剂试剂是在不停地做涡旋运动，大涡旋会产生很多小涡旋，小涡旋又产生很多更小的涡旋，以实现溶剂快速高效混合。

目前实验室常用的溶剂混合器还有磁力搅拌器、摇床等，但是这些仪器仅适合进行大容量液体的混合。小体积液体混合多使用涡旋振荡器，然而涡旋振荡器主要用于粘度较小的水溶液之间的混合，对于粘度较大的溶剂比如硅油试剂的快速混合则难以完成，因为其回旋振荡力度不够，不能突破液体粘度对液体运动的束缚。若想实现高粘度溶剂快速混合则需要更大的振动力量。通过加大涡旋振荡器的振幅，可以增强振动作用，但是振幅加大仪器的体积会增加，制造成本、功率消耗都会上升，不再具有小而精的优势。

日常实验中，在用粉状蛋白试剂配制溶液时，常会遇到蛋白粉溶解慢的问题，涡旋振荡器振荡即使能够溶解蛋白粉也要消耗很长时间，即便使用超声外加加热进行溶解也要耗费较长时间。对于蛋白质可利用撞击的方法加速溶液混合、加速蛋白溶解。对装有未溶解蛋白粉的塑料离心管进行摔打，摔打属于撞击运动，是两个物体间最为剧烈的作用方式，摔打过程中管内溶液剧烈运动，流体速度快，运动形式十分复杂，短时间内蛋白质分子可以和大量水分子接触，加速蛋白质溶解，摔打数分钟即可实现蛋白质溶解。

基于此日常实验操作的撞击法实现溶剂快速混合原理，我们研制出进行小体积高粘度溶剂快速混合的新方法，并开发出适于进行高频率碰撞作业的灵活简便的小型仪器，可以实现快速、高效、易操作、低成本的溶剂混合操作。

发明内容

本发明要解决的技术问题是提供基于高频率碰撞的小量试剂溶剂快速混合装置及混合方法，能够有针对性地解决小量高粘度溶剂混合难的问题，操作方便，设备微型且简易，成本低，溶剂混合操作快速而高效。

为解决上述技术问题，本发明的技术方案为：基于高频率碰撞的小量试剂溶剂快速混合装置，包括电机、转子以及击打体；所述电机通过输出轴与转子传动连接，电机驱动转子转动，所述转子设在电机的上方，转子为圆柱体形状，转子侧壁上设有孔隙，所述击打体水平穿过孔隙安装在转子上，击打体的一端凸出在转子外部，转子转动时带动击打体与击打体侧边EP管间断接触进行撞击，所述击打体外端与EP管上方管壁的底端接触。

进一步的，所述转子的顶部设有圆柱形凹槽结构，所述击打体穿过凹槽侧壁上的孔隙安装在转子上；所述电机为调速电机，电机工作转速为300-4000 rpm；所述转子直径为1-2厘米，转子为金属材质；所述击打体与转子通过法兰、螺钉可拆卸连接，可调节击打体突出转子外部的长度，击打体为弹性软材质、硬塑料材质或铁材质，击打体为圆柱形或者锥形；所述EP管为手持，EP管保持倾斜。

进一步的，所述转子上设有多个不同孔径的孔隙，各孔隙中安装不同尺寸的击打体。

基于高频率碰撞的小量试剂溶剂快速混合方法如下：启动电机，电机的输出轴带动转子进行转动，转子高速旋转带动击打体一起高速旋转，手持EP管使EP管倾斜，并向击打体的外端靠近，EP管与击打体接触，击打体对EP管内部溶剂进行高频撞击混合作业，撞击作用力破坏溶剂的粘度作用实现高粘度溶剂快速混合，根据实际溶剂粘度，调节电机的转速。

击打体对EP管接触产生的撞击作用，包含击打体撞击EP管外壁，以及被撞击的EP管内壁与溶剂之间的撞击、溶剂与对面的EP管内壁的撞击、被高速击打出去的溶剂与回流的溶剂之间的撞击，这些撞击作用力大于溶剂流体粘度造成的粘滞作用，实现高粘度、难溶性试剂的混合。

进一步的，溶剂混合运动的动力来源于高频撞击作用以及手持作用的回复力，击打体对EP管撞击的间隔时间内，作用于EP管的是手持力，撞击力将EP管撞击偏离原先位置，手持作用力将EP管再回复至原先位置，EP管受撞击作用力与手持作用力的交替作用往复运动，EP管的振幅通过调整击打体突出转子外部的长度进行调节，通过调节电机的转速调节撞击作用力。

手持EP管倾斜度固定，当击打体作用于EP管的位点为固定位点时，EP管受力恒定，对于粘度较大的溶剂、油水混合溶剂流体状态会趋于稳定，即EP管内流体中同一空间位点上的不同时刻流体形式保持不变，EP管内部粘性流体实现稳定流动形式，长时间的稳定流动后，流体溶剂中的分散相溶液均匀分布到连续相溶液中，即水溶液均匀分布到油相中，形成较多相对均匀的油包水型液滴，用于油包水型液滴制作。

本发明的优点在于：

1、击打体可对EP管内溶剂进行高频撞击混合作业，混合动作剧烈，撞击作用力足够破坏粘度作用实现高粘度溶剂快速混合，即使是高粘度的硅油试剂也能够瞬间混合，10-20秒可完成混合，这种激烈的混合作用，混合速度快，混合效果好，电机转速可根据试剂粘度进行调节，操作方便；

2、虽然作用方式强烈但是作用力还是机械力，除长链DNA分子等结构稳定性差的试剂分子外，不会改变溶剂分子化学性质，实验数据也表明不会使生物体（例如：细胞）发生破碎；

3、相比广泛使用的涡旋振荡器，本装置结构更为精简、体积小、使用方便、制造成本低，几乎是只需要一个小型电机加转子就可以实现高效混合；

4、当击打体作用于EP管的位点为固定位点时，EP管受力恒定，对于粘度较大的溶剂、油水混合溶剂流体状态会趋于稳定，长时间的稳定流动后，流体溶剂中的分散相溶液均匀分布到连续相溶液中，可用于油包水型液滴制作。

附图说明

图1为本发明的基于高频率碰撞的小量试剂溶剂快速混合装置结构示意图；

图2为本发明的基于高频率碰撞的小量试剂溶剂快速混合装置工作过程示意图；

图3为本发明的基于高频率碰撞的小量试剂溶剂快速混合装置击打体为锥形的工作过程示意图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作进一步详细的说明。

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及具体实施方式，对本发明进行进一步详细说明。下面的实施例可以使本专业的技术人员更全面地理解本发明，但并不因此将本发明限制在所述的实施例范围之中。

如图1和图2所示，本具体实施方式采用如下技术方案：基于高频率碰撞的小量试剂溶剂快速混合装置，包括电机1、转子2以及击打体4；所述电机1通过输出轴与转子2传动连接，电机1驱动转子2转动，所述转子2设在电机1的上方，转子2为圆柱体形状，所述转子2的顶部设有圆柱形凹槽3，转子2的凹槽的侧壁上设有孔隙，所述击打体4水平穿过孔隙安装在转子2上，所述击打体4的一端凸出在转子2外部，转子2转动时带动击打体4与击打体4侧边的EP管5间断接触进行撞击，所述击打体4的外端与EP管5上方管壁的底端接触。

所述电机1为调速电机，电机1工作转速为300-4000 rpm；所述转子2直径为1-2厘米，转子2为金属材质；所述击打体4与转子2通过法兰、螺钉可拆卸连接，可调节击打体4突出转子2外部的长度，击打体4可以为弹性软材质，可以为硬塑料材质比如一次性枪头，可以为铁材质，比如螺丝钉，金属材质击打强度大于塑料材质，选择螺丝钉作为击打体4，安装时螺丝钉钉帽在外，螺丝钉的尖端入孔，用螺丝钉钉帽击打EP管5，击打体4为圆柱形或者锥形，如图2和图3所示；所述EP管5为手持，EP管5保持倾斜。

所述转子2上设有多个不同孔径的孔隙，各孔隙中可安装不同尺寸的击打体4，以分别适用于不同情况的试剂。

基于高频率碰撞的小量试剂溶剂快速混合方法如下：启动电机1，电机1的输出轴带动转子2进行转动，转子2高速旋转带动击打体4一起高速旋转，手持EP管5使EP管5倾斜，并向击打体4的外端靠近，EP管5与击打体4接触，击打体4对EP管5内部溶剂进行高频撞击混合作业，撞击作用力破坏溶剂的粘度作用实现高粘度溶剂快速混合，根据实际溶剂粘度，调节电机1的转速。

击打体4对EP管5接触产生的撞击作用，包含击打体4撞击EP管5外壁，以及被撞击的EP管5内壁与溶剂之间的撞击、溶剂与对面的EP管5内壁的撞击、被高速击打出去的溶剂与回流的溶剂之间的撞击，这些撞击作用力大于溶剂流体粘度造成的粘滞作用，实现高粘度、难溶性试剂的混合。

溶剂混合运动的动力来源于高频撞击作用以及手持作用的回复力，击打体4对EP管5撞击的间隔时间内，作用于EP管5的是手持力，撞击力将EP管5撞击偏离原先位置，手持作用力将EP管5再回复至原先位置，EP管5受撞击作用力与手持作用力的交替作用往复运动，EP管5的振幅通过调整击打体4突出转子2外部的长度进行调节，通过调节电机1的转速调节撞击作用力。

手持EP管5倾斜度固定，当击打体4作用于EP管5的位点为固定位点时，EP管5受力恒定，对于粘度较大的溶剂、油水混合溶剂流体状态会趋于稳定，即EP管5内流体中同一空间位点上的不同时刻流体形式保持不变，EP管5内部粘性流体实现稳定流动形式，长时间的稳定流动后，流体溶剂中的分散相溶液均匀分布到连续相溶液中，即水溶液均匀分布到油相中，形成较多相对均匀的油包水型液滴，用于油包水型液滴制作。

加大撞击作用力与手持作用力中的任意一个都会增强混合作用，加快电机1转速可以增大击打力提高混合效果，人为控制手持作用力实现不同效果的混合，应用涡旋振荡器混合溶剂，在手持作用力达到能稳定掌握EP管5使振荡稳定进行后，增大手持的作用力将不再影响混合效果。

此基于撞击作用的混合作用力其强度大于涡旋振荡器作用力，大于机械搅拌（磁力搅拌器、搅拌机等）作用力，但比超声混合作用力弱，超声混合作用力会导致细胞破碎，因而常用于细胞、组织匀浆。应用本方法进行溶液混合则不会导致细胞破碎。所以此混合方法是一种强度介于涡旋振荡器及机械搅拌、超声破碎之间的新型混合方法。

本装置适合小体积溶剂快速混合（10-150微升），但是增大电机1功率与转子2质量，在溶剂所在容器强度足够的情况下也可以进行较大体积溶剂混合；本装置对电机1性能有一定要求，电机1可稳定工作，工作时负载对转速的影响应当较小，功率适当，转速可调。

优选塑料材质的击打体4，高速旋转的击打体4意外碰到手指并不会造成伤害，手指接触较小的击打体4后产生的形变不足以构成伤害，另外还有手指关节的缓冲，所以本装置使用安全；长时间手持操作，手指会有酸痛感，为减小强烈振动对手关节、手臂可能造成的伤害，可以带上棉手套进行减振保护。

本具体实施方式击打体可对EP管内溶剂进行高频撞击混合作业，混合动作剧烈，撞击作用力足够破坏粘度作用实现高粘度溶剂快速混合，即使是高粘度的硅油试剂也能够瞬间混合，10-20秒可完成混合，这种激烈的混合作用，混合速度快，混合效果好，电机转速可根据试剂粘度进行调节，操作方便；虽然作用方式强烈但是作用力还是机械力，除长链DNA分子等结构稳定性差的试剂分子外，不会改变溶剂分子化学性质，实验数据也表明不会使生物体（例如：细胞）发生破碎；相比广泛使用的涡旋振荡器，本装置结构更为精简、体积小、使用方便、制造成本低，几乎是只需要一个小型电机加转子就可以实现高效混合；当击打体作用于EP管的位点为固定位点时，EP管受力恒定，对于粘度较大的溶剂、油水混合溶剂流体状态会趋于稳定，长时间的稳定流动后，流体溶剂中的分散相溶液均匀分布到连续相溶液中，可用于油包水型液滴制作。

以上显示和描述了本发明的基本原理和主要特征以及本发明的优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。

Claims (7)

1.基于高频率碰撞的小量试剂溶剂快速混合装置，其特征在于：包括电机、转子以及击打体；所述电机通过输出轴与转子传动连接，电机驱动转子转动，所述转子设在电机上方，转子为圆柱体形状，转子侧壁上设有孔隙，所述击打体水平穿过孔隙安装在转子上，击打体的一端凸出在转子外部，转子转动时带动击打体与击打体侧边EP管间断接触进行撞击，所述击打体外端与EP管上方管壁的底端接触。

2.根据权利要求1所述的基于高频率碰撞的小量试剂溶剂快速混合装置，其特征在于：所述转子的顶部设有圆柱形凹槽结构，所述击打体穿过凹槽侧壁上的孔隙安装在转子上；所述电机为调速电机，电机工作转速为300-4000 rpm；所述转子直径为1-2厘米，转子为金属材质；所述击打体与转子通过法兰、螺钉可拆卸连接，可调节击打体突出转子外部的长度，击打体为弹性软材质、硬塑料材质或铁材质，击打体为圆柱形或者锥形；所述EP管为手持，EP管保持倾斜。

3.根据权利要求1所述的基于高频率碰撞的小量试剂溶剂快速混合装置，其特征在于：所述转子上设有多个不同孔径的孔隙，各孔隙中对应安装不同尺寸的击打体。

4.基于高频率碰撞的小量试剂溶剂快速混合方法，其特征在于：混合方法如下：启动电机，电机的输出轴带动转子进行转动，转子高速旋转带动击打体一起高速旋转，手持EP管使EP管倾斜，并向击打体的外端靠近，EP管与击打体接触，击打体对EP管内部溶剂进行高频撞击混合作业，撞击作用力破坏溶剂的粘度作用实现高粘度溶剂快速混合，根据实际溶剂粘度，调节电机的转速。

5.根据权利要求4所述的基于高频率碰撞的小量试剂溶剂快速混合方法，其特征在于：击打体对EP管接触产生的撞击作用，包含击打体撞击EP管外壁，以及被撞击的EP管内壁与溶剂之间的撞击、溶剂与对面的EP管内壁的撞击、被高速击打出去的溶剂与回流的溶剂之间的撞击，这些撞击作用力大于溶剂流体粘度造成的粘滞作用，实现高粘度、难溶性试剂的混合。

6.根据权利要求4所述的基于高频率碰撞的小量试剂溶剂快速混合方法，其特征在于：溶剂混合运动的动力来源于高频撞击作用以及手持作用的回复力，击打体对EP管撞击的间隔时间内，作用于EP管的是手持力，撞击力将EP管撞击偏离原先位置，手持作用力将EP管再回复至原先位置，EP管受撞击作用力与手持作用力的交替作用往复运动，EP管的振幅通过调整击打体突出转子外部的长度进行调节，通过调节电机的转速调节撞击作用力。

7.根据权利要求4所述的基于高频率碰撞的小量试剂溶剂快速混合方法，其特征在于：手持EP管倾斜度固定，当击打体作用于EP管的位点为固定位点时，EP管受力恒定，对于粘度较大的溶剂、油水混合溶剂流体状态会趋于稳定，即EP管内流体中同一空间位点上的不同时刻流体形式保持不变，EP管内部粘性流体实现稳定流动形式，长时间的稳定流动后，流体溶剂中的分散相溶液均匀分布到连续相溶液中，即水溶液均匀分布到油相中，形成较多相对均匀的油包水型液滴，用于油包水型液滴制作。