CN111940098B - 侧面励振式超声处理器及处理方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了侧面励振式超声处理器，该超声处理器主要包括压电换能器、样品处理槽和样品试管支架。利用多个压电换能器从侧面激发样品处理槽内部声场，声场分布均匀，同时压电换能器两侧均与两个样品槽贴合，提高能量利用率。
Description
技术领域
本发明涉及一种生物样品处理装置，特别是涉及一种侧面励振式超声处理器及处理方法。
背景技术
超声在液体中具有空化作用，利用超声空化效应对容器内的细胞、组织等生物样品进行处理可以起到破碎效果。目前超声生物样品破碎主要有两种方式：接触式和非接触式，接触式超声处理器是利用超声探头直接与样品溶液接触进行处理；非接触式超声处理器是利用超声换能器发射声波至样品处理槽内部再透过样品试管对样品进行处理。接触式超声处理器存在处理效率低、样品交叉污染、必须开放式操作等问题，而非接触式超声处理器普遍采用超声换能器底部励振方式，存在声场能量分布不均匀、能量利用效率低等问题。
由于上述原因，亟需设计一种能够有效提高声场能量分布均匀性，提高声场能量利用效率，减小超声处理器体积的超声处理装置。
发明内容
为了解决上述问题，本发明人进行了锐意研究，设计出一种侧面励振式超声处理器，该声处理器利用多个压电换能器从侧面激发样品处理槽内部声场，声场分布均匀，同时压电换能器两侧均与两个样品槽贴合，提高能量利用率。
根据本发明的第一方面，提供一种侧面励振式超声处理器，其特征在于，该超声处理器包括压电换能器、样品处理槽和样品试管支架。
其中，所述样品处理槽内部设有声场，样品处理槽相对的两个侧面设有多个容纳槽。
根据本发明，所述压电换能器可置于样品处理槽上的容纳槽内，可产生超声波，用于激发样品处理槽内声场，并进行样品处理。
进一步地，所述压电换能器可以是小型压电换能器，也可以是压电片，
进一步地，所述压电换能器可设置为多个，优选地，可以阵列方式分布在样品处理槽单侧或交替分布在样品处理槽两侧。
根据本发明，压电换能器两侧辐射面可以分别固定在两个样品处理槽侧面，两个样品处理槽并排形成一组样品处理槽。
根据本发明，所述样品试管支架安装于样品处理槽上方，用于放置样品试管，所述样品试管支架可设置为多个。
根据本发明，所述样品处理槽的宽度设置为：
或
或d<λ/4 (三)
式中，d表示样品处理槽的宽度，
λ表示波长；
n的取值为非负整数，优选0至10，更优选0至5。
当样品处理槽内采用声场共振处理样品时，样品处理槽的宽度d采用公式(一或二)的设置方式；
当样品处理槽内采用近声场处理样品时，样品处理槽的宽度d采用公式(三)的设置方式。
根据本发明，样品处理槽内样品试管支架呈单排直列式分布。
优选地，所述样品处理槽底部设有水循环孔。
根据本发明提供的第二方面在于，提供一种对生物样品进行超声处理的方法，优选采用本发明所述的侧面励振式超声处理器进行处理，其特征在于，该处理方法包括以下步骤：
1)安装超声处理器；
2)将盛装生物样品的试管安放在样品试管支架上，并放置在样品处理槽中；
3)施加激励电压；
4)激发声场，生物样品进行处理。
本发明所具有的有益效果包括：
1)利用多个压电换能器从侧面激发样品处理槽内共振声场或近声场，声场分布均匀；
2)压电换能器两个辐射面可分别作用于两个样品处理槽，能量利用效率高；
3)对于提高生物样品处理效果、降低生物样品处理成本有着极其重要的意义。
附图说明
图1示出侧面励振式超声处理器的结构示意图；
图2示出侧面励振式超声处理器多组结合使用的示意图；
附图标记说明
1-压电换能器
2-样品处理槽
3-样品试管支架
4-水循环孔
具体实施方式
下面通过附图和实施例对本发明进一步详细说明。通过这些说明，本发明的特点和优点将变得更为清楚明确。
在这里专用的词“示例性”意为“用作例子、实施例或说明性”。这里作为“示例性”所说明的任何实施例不必解释为优于或好于其它实施例。尽管在附图中示出了实施例的各种方面，但是除非特别指出，不必按比例绘制附图。
现有技术中，非接触式超声处理器普遍采用超声换能器底部励振方式，存在声场能量分布不均匀、能量利用效率低等问题。
为了解决上述问题，本发明提供了一种侧面励振式超声处理器，利用多个压电换能器从侧面激发样品处理槽内部声场，声场分布均匀，同时压电换能器两侧均与两个样品槽贴合，提高能量利用率。
因此，本发明提供一种侧面励振式超声处理器，该超声处理器主要包括压电换能器1、样品处理槽2和样品试管支架3，如图1所示。
根据本发明，所述样品处理槽2内部设有声场，样品处理槽2相对的两个侧面设有多个容纳槽。
根据本发明，所述压电换能器1可置于样品处理槽2上的容纳槽内，用于产生超声波，进一步地，由压电换能器1产生的超声波可用于激发样品处理槽2内声场，并进行样品处理。
优选地，所述压电换能器1可以是小型压电换能器，也可以是压电片。
为了保证样品处理槽2内声场的均匀分布，所述压电换能器1可设置为多个，优选地，可以阵列方式分布在样品处理槽2单侧或交替分布在样品处理槽2两侧，使样品处理槽2内产生均匀分布声场，所述声场为共振声场或近声场。
在本发明另一优选实施方式中，压电换能器1两侧辐射面可以分别固定在两个样品处理槽2侧面，两个样品处理槽2并排形成一组样品处理槽，以最大化提高能量利用率。
所述样品试管支架3安装于样品处理槽2上方，用于放置样品试管，所述样品试管支架3可设置为多个，在所述样品试管支架3上设置有试管安装孔，试管穿过该试管安装孔进入样品处理槽2中，试管支架3对试管进行限位固定，防止试管倾倒在样品处理槽2内。将待处理的样品放置到试管中，再将装有样品的试管通过试管支架3上的试管安装孔放置到样品处理槽2中，从而实现了样品和超声处理器的非接触式处理。
本发明人发现，处理槽2的宽度对于发挥超声处理器的作用和效果有重大影响，一般而言，处理槽太宽，声场能量损耗，但处理槽的宽度也不是越小越好，需要综合考虑波长，甚至还有受其排布方式的影响。
根据本发明一种优选实施方式，所述样品处理槽2的宽度设置为：
或
或d<λ/4 (三)
式中，d表示样品处理槽2的宽度，
λ表示波长，
其中n的取值为非负整数，优选0至10，更优选0至5。
样品处理槽2的宽度d应当在满足结构尺寸要求下尽可能小，当样品处理槽2内采用声场共振处理样品时，样品处理槽2的宽度d采用公式(一或二)的设置方式；
当样品处理槽2内采用近声场处理样品时，样品处理槽2的宽度d采用公式(三)的设置方式；
在声波波长以及压电换能器个数和排布方式确定的情况下，为了使特定宽度的样品处理槽发挥最佳效果，进一步优选地，还对样品处理槽2上样品试管支架3的试管安装孔分布进行特别设置。
根据本发明优选地，样品处理槽2上样品试管支架3的试管安装孔呈单排直列式分布，减小样品处理槽2宽度，降低声场能量损耗。
优选地，由于在DNA水溶液粉碎过程中，为了防止由于温度升高而导致DNA水溶液的变形，因此需要保证样品处理槽2内溶液温度恒定，在样品处理槽2底部设有水循环孔4，通过水循环，可有效保证样品处理槽2内部溶液温度恒定。
根据本发明的第二方面，还提供一种对生物样品进行超声处理的方法，优选采用本发明所述的侧面励振式超声处理器进行处理，该处理方法包括以下步骤：
1)安装超声处理器，所述超声处理器主要包括压电换能器1、，样品处理槽2和样品试管支架3，优选地，调节处理槽2的宽度；
2)将盛装生物样品的试管安放在样品试管支架3上，并放置在样品处理槽2中，优选地，设置样品特定的分布形式；
3)在压电换能器1上施加激励电压，优选地，所述压电换能器1设置多个；
4)样品处理槽2内的声场受到激发，利用超声空化效应对生物样品进行处理，优选地，调节处理器各部件和/或其位置关系，以产生共振声场或均匀的散射近声场。
以下通过实施例具体描述本发明的处理器及其对生物样品的处理过程。
实施例1
当溶液中声速为1500m/s，样品处理槽2宽度d＝31.25mm(5λ/4)时，在图1中多个压电换能器1上同时施加频率为60kHz的激励电压，压电换能器1同时工作在样品处理槽2内产生共振声场，利用空化效应对样品试管支架3上放置的样品试管内生物样品进行处理，样品处理槽2上的水循环孔4用于保持处理槽3内温度恒定。
实施例2
当溶液中声速为1500m/s，样品处理槽2宽度d＝20mm时，在图1多个压电换能器1上同时施加频率为60kHz的激励电压，压电换能器1同时工作在样品处理槽2内产生均匀分布近声场，利用空化效应对样品试管支架3上放置的样品试管内生物样品进行处理，样品处理槽2上的水循环孔4用于保持处理槽2内温度恒定。
在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”“相连”“连接”应作广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体的连接普通；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接连接，也可以通过中间媒介间接连接，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
以上结合了优选的实施方式对本发明进行了说明，不过这些实施方式仅是范例性的，仅起到说明性的作用。在此基础上，可以对本发明进行多种替换和改进，这些均落入本发明的保护范围内。
Claims (3)
1.一种采用侧面励振式超声处理器对生物样品进行超声处理的方法，其特征在于，
该超声处理器包括压电换能器(1)、样品处理槽(2)和样品试管支架(3)；
所述样品处理槽(2)内部设有声场，样品处理槽(2)相对的两个侧面设有多个容纳槽；
所述压电换能器(1)置于样品处理槽(2)上的容纳槽内，可产生超声波，用于激发样品处理槽(2)内声场，并进行样品处理；
所述声场为近声场；
所述压电换能器(1)设置为多个，所述压电换能器(1)以阵列方式交替分布在样品处理槽(2)两侧；
压电换能器(1)两侧辐射面分别固定在两个样品处理槽(2)侧面，两个样品处理槽(2)并排形成一组样品处理槽；
所述处理方法包括以下步骤：
1)安装超声处理器；
2)将盛装生物样品的试管安放在样品试管支架(3)上，并放置在样品处理槽(2)中；
3)施加激励电压；
4)激发声场，生物样品进行处理；
所述样品处理槽(2)的宽度设置为：
d<λ/4
式中，d表示样品处理槽(2)的宽度，
λ表示波长，
样品处理槽(2)上样品试管支架(3)的试管安装孔呈单排直列式分布；
所述样品处理槽(2)底部设有水循环孔(4)。
2.根据权利要求1所述的采用侧面励振式超声处理器对生物样品进行超声处理的方法，其特征在于，所述压电换能器(1)是小型压电换能器或压电片。
3.根据权利要求1所述的采用侧面励振式超声处理器对生物样品进行超声处理的方法，其特征在于，所述样品试管支架(3)安装于样品处理槽(2)上方，用于放置样品试管，所述样品试管支架(3)设置为多个。
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