CN112675929A - 一种为生物提供模拟微重力效应的一体机及方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种为生物提供模拟微重力效应的一体机及方法，包括培养箱的箱体，所述箱体内可拆卸有一个或多个可模拟微重力效应的三维旋转器，且该箱体内还设有可营造辅助三维旋转器培养的环境调控组件；本发明通过将三维旋转器与生物生长环境控制结合，在通过三维旋转器为生物提供模拟微重力效应的同时，结合环境调控组件调控培养箱体内的各项环境参数，为同在培养箱内的实验体提供生长环境的同时，也能更好地实现在控制单因素变量的条件下，模拟微重力对细胞和植物生长影响的实验，使模拟微重力效应的实验数据更加精准。

Description

一种为生物提供模拟微重力效应的一体机及方法

技术领域

本发明涉及微重力环境模拟技术领域，具体为一种为生物提供模拟微重力效应的一体机及方法。

背景技术

目前，世界各国开展的空间环境基地模拟研究大都停留在单因素效应机理研究方面，现有类似的模拟微重力效应单靠回转器以恒定的转速模拟微重力对生物样品的影响，但是细胞、微生物或植物等生物样品各有适应的培养环境，除了受微重力影响外，还要有适应的培养环境来适宜生物样品的生长；因此，只有通过营造适合各生物样品的环境以及模拟微重力效应的回转器，才能更好地实现在控制单因素变量的条件下，模拟微重力对生物样品生长影响的研究。

此外，市面上现有模拟微重力环境的装置是单通道的，如果研究同时涉及到多个平行生物样品，就需要投入更多来购置多台装置，而且也很难保障不同设备在实验环境的高度一致。

发明内容

本发明的目的在于提供一种为生物提供模拟微重力效应的一体机及方法，以解决上述背景技术中提出的无法更好地控制单因素变量来完成生物样品在微重力效应下的生长实样，以及现有实验投入成本高却无法保证实验环境的高度一致的问题。

为实现上述目的，本发明提供如下技术方案，一种为生物提供模拟微重力效应的一体机，包括培养箱的箱体，所述箱体内可拆卸有一个或多个可模拟微重力效应的三维旋转器，且该箱体内还设有可营造辅助三维旋转器培养的环境调控组件。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：本发明通过将三维旋转器与生物生长环境控制结合，在通过三维旋转器为生物提供模拟微重力效应的同时，结合环境调控组件调控培养箱体内的各项环境参数，为同在培养箱内的实验体提供生长环境的同时，也能更好地实现在控制单因素变量的条件下，模拟微重力对细胞和植物生长影响的实验，使模拟微重力效应的实验数据更加精准。

优选的，所述箱体外还设有电控箱，该电控箱的外壁上设有显控屏，该显控屏与环境调控组件通信连接，所述环境调控组件包括：

风道，该风道贴设在箱体内壁上，却该风道包括进风口和出风口，所述风道内对应出风口处设有风机；

温度探头，用以探测箱体内部的温度，该温度探头设在箱体内壁上；

升温装置，设置在风道内部进风口与出风口之间，用以对循环进出的空气进行加热升温后从进风口进入箱体内；

湿度探头，用以探测箱体内部的湿度，该湿度探头设在箱体内壁上；

加湿装置，用以调整箱体内部饱和湿度，该加湿装置设置在电控箱内，该加湿装置的通过管道接有喷头，该喷头设置在箱体内风道的外壁上；

降温装置，可对箱体内部温度进行降温，该降温装置包括压缩机和冷凝片组，所述压缩机设在电控箱内，所述冷凝片组设于风道内部进风口与出风口之间；

二氧化碳浓度探头，可探测箱体内二氧化碳的浓度；该二氧化碳浓度探头设于箱体内风道的外壁上；

二氧化碳供应装置，可控制箱体内部二氧化碳的浓度，该二氧化碳供应装置设置在电控箱外，所述电控箱内接有与风道相通的供应管，该供应管的一端延伸至电控箱外并与二氧化碳供应装置接通，所述供应管的另一端与风道相通；

辐照装置，给箱体内部提供光照或辐照，该辐照装置(设置箱体内顶部。

所述温度探头、升温装置、加湿装置、湿度探头、降温装置、二氧化碳浓度探头、二氧化碳供应装置、辐照装置、三维旋转器均与显控屏电连接。

优选的，所述三维旋转器包括旋转底座、第一驱动电机、第一驱动框架、第二驱动电机、第二驱动框架和实验夹具，其中，所述旋转底座的底部磁性固定在箱体内，该旋转底座上一体设有墙板，所述第一驱动电机固定在旋转底座上墙板的一侧，所述第一驱动框架转动连接在墙板的另一侧上，且该第一驱动电机的输出端穿过墙板与第一驱动框架连接转动；所述第二驱动电机固定在第一驱动框架内，而所述第二驱动框架转动架设在第一驱动框架内，该第二驱动框与第二驱动电机的输出端平行，该第二驱动电机的输出端通过传动带与第二驱动框架连接联动，且所述第一驱动框架的旋转方向与第二驱动框架的旋转方向正交；所述实验夹具设于第二驱动框架内，从而通过第一驱动电机、第二驱动电机分别带动第一驱动框架、第二驱动框架以设定的速度正交旋转，达到模拟微重力效应。

优选的，所述实验夹具包括两端敞口的夹具外框架，该夹具外框架固定在第二驱动框架内，该夹具外框架内一体设有分隔板，所述夹具外框架内部通过分隔板形成多个可置放培养瓶的安置腔，同时，所述夹具外框架的两侧壁对应每个安置腔处均螺穿有拧紧件，且所述拧紧件对应安置腔的一端均设有胶垫，通过拧紧件分别固定培养瓶的两端，其中胶垫可起到保护培养瓶以及防滑的效果。

优选的，所述实验夹具包括固定在第二驱动框架上的固定底座，该固定底座上设有固态培养基，该固态培养基上盖设有防护盖，所述防护盖由两个半圆型的盖板组成，且该两盖板之间开有栽培口，并且所述盖板对应栽培口的外缘一体延伸形成有栽培栏，由此本实验夹具可以适应植株的模拟微重力效应的培养实验。

优选的，所述旋转底座的底部设置有磁力吸附件，所述箱体内设有可被磁力吸附件吸附固定底座，该三维旋转器通过磁力吸附件吸附在固定底座上。

优选的，所述箱体内还设有插接头，所述箱体内的电气元件均可通过插接头快速取电。

采用上述一体机为生物提供模拟微重力效应的方法，包括如下方式：

将符合培养需求的生物分装到各个培养瓶中；

通过将培养瓶固定在三维旋转器的夹具外框架内，并通过相对设置的胶垫与拧紧螺柄将培养瓶锁紧；

将装载有培养瓶的三维旋转器通过旋转底座磁性固定在培养箱的箱体内并接通电源，然后通过显控屏设置第一驱动电机和第二驱动电机的转速来模拟微重力环境；

根据生物的生长需求，通过显控屏调节箱体内部温度、湿度、二氧化碳浓度、光照或辐照的环境；

最后在显控屏上预设好实验时间，进行实验。

优选的，所述生物包括细胞、微生物或植物。

附图说明

图1为本发明具体实施例1一体机的结构示意图；

图2为本发明具体实施例1一体机的另一视角的结构示意图；

图3为本发明具体实施例1一体机上风道的结构示意图；

图4为本发明具体实施例1三维旋转器的结构示意图；

图5为本发明具体实施例1实验夹具的结构示意图；

图6为本发明具体实施例2实验夹具的结构示意图。

图中：1、箱体；1-1、固定底座；1-2、插接头；2、维旋转器；2-1、旋转底座；2-2、第一驱动电机；2-3、第一驱动框架；2-4、第二驱动电机；2-5、第二驱动框架；2-6、实验夹具；2-6-1、夹具外框架；2-6-2、隔板；2-6-3、拧紧件；2-6-4、胶垫；2-6-5、固定底座；2-6-6、固态培养基；2-6-7、防护盖；2-6-7-1、盖板；2-6-7-2、栽培口；2-6-7-3、栽培栏；2-7、墙板；3、风道；3-1、进风口；3-2、出风口；4、显控屏；5、电控箱；6、温度探头；7、升温装置；8、湿度探头；9、加湿装置；10、喷头；11、降温装置；11-1、压缩机；11-2、冷凝片组；12、二氧化碳浓度探头；13、二氧化碳供应装置；14、辐照装置；15、风机。

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。

具体实施例1

请参阅图1-5，本发明提供一种技术方案：一种为生物提供模拟微重力效应的一体机，包括培养箱的箱体11，该培养箱的箱体1上铰接有箱门，所述箱体1内可拆卸有一个或多个可模拟微重力效应的三维旋转器2，且该箱体1内还设有可营造辅助三维旋转器2培养的环境调控组件3，所述箱体1外还设有电控箱5，该电控箱5的外壁上设有显控屏4，该显控屏4与环境调控组件通信连接，所述环境调控组件包括：

风道3，该风道3贴设在箱体1内壁上，却该风道3包括进风口3-1和出风口3-2，所述风道3内对应出风口3-2处设有风机15；

温度探头6，用以探测箱体1内部的温度，该温度探头6设在箱体1内壁上；

升温装置7，设置在风道3内部进风口3-1与出风口3-2之间，用以对循环进出的空气进行加热升温后从进风口3-1进入箱体1内；

湿度探头8，用以探测箱体1内部的湿度，该湿度探头8设在箱体1内壁上；

加湿装置9，用以调整箱体1内部饱和湿度，该加湿装置9设置在电控箱5内，该加湿装置9的通过管道接有喷头10，该喷头10设置在箱体1内风道3的外壁上；

降温装置11，可对箱体1内部温度进行降温，该降温装置11包括压缩机11-1和冷凝片组11-2，所述压缩机11-1设在电控箱5内，所述冷凝片组11-2设于风道3内部进风口3-1与出风口3-2之间；

二氧化碳浓度探头12，可探测箱体1内二氧化碳的浓度；该二氧化碳浓度探头12设于箱体1内风道3的外壁上；

二氧化碳供应装置13，可控制箱体1内部二氧化碳的浓度，该二氧化碳供应装置13设置在电控箱5外，所述电控箱5内接有与风道3相通的供应管，该供应管的一端延伸至电控箱5外并与二氧化碳供应装置13接通，所述供应管的另一端与风道3相通；

辐照装置14，给箱体1内部提供光照或辐照，该辐照装置14(设置箱体1内顶部。

所述温度探头6、升温装置7、加湿装置9、湿度探头8、降温装置11、二氧化碳浓度探头12、二氧化碳供应装置13、辐照装置14、三维旋转器2均与显控屏4电连接；

通过上述电气件在培养箱内辅助提供生物需要的生长环境；

其中，所述箱体1上还开有与箱体1内部相通用以循环箱体1内部空气的风道3，所述降温装置11设在风道3处，主要是为了防止箱体1内的三维旋转器2电单元产生热量，通过将降温装置11设置在风道3，箱体1内的空气会通过风道3进行持续循环，此时，降温装置11按照预定的频率制冷后送入箱体1内以保障箱体1内温度的温度；另外，箱体1内的显控屏4会实时显示箱体1内温度，同时结合控制升温装置7以保证箱体1内温度不会低于预设值。

所述三维旋转器2包括旋转底座2-1、第一驱动电机2-2、第一驱动框架2-3、第二驱动电机2-4、第二驱动框架2-5和实验夹具2-6，其中，所述旋转底座2-1的底部磁性固定在箱体1内，该旋转底座2-1上一体设有墙板2-7，所述第一驱动电机2-2固定在旋转底座2-1上墙板2-7的一侧，所述第一驱动框架2-3转动连接在墙板2-7的另一侧上，且该第一驱动电机2-2的输出端穿过墙板2-7与第一驱动框架2-3连接转动；所述第二驱动电机2-4固定在第一驱动框架2-3内，而所述第二驱动框架2-5转动架设在第一驱动框架2-3内，该第二驱动框与第二驱动电机2-4的输出端平行，该第二驱动电机2-4的输出端通过传动带与第二驱动框架2-5连接联动，且所述第一驱动框架2-3的旋转方向与第二驱动框架2-5的旋转方向正交；所述实验夹具2-6设于第二驱动框架2-5内，从而通过第一驱动电机2-2、第二驱动电机2-4分别带动第一驱动框架2-3、第二驱动框架2-5以设定的速度正交旋转，达到模拟微重力效应。

上述所述实验夹具2-6包括两端敞口的夹具外框架2-6-1，该夹具外框架2-6-1固定在第二驱动框架2-5内，该夹具外框架2-6-1内一体设有分隔板2-6-2，所述夹具外框架2-6-1内部通过分隔板2-6-2形成多个可置放培养瓶的安置腔，同时，所述夹具外框架2-6-1的两侧壁对应每个安置腔处均螺穿有拧紧件2-6-3，且所述拧紧件2-6-3对应安置腔的一端均设有胶垫2-6-4，通过拧紧件2-6-3分别固定培养瓶的两端，其中胶垫2-6-4可起到保护培养瓶以及防滑的效果。

并且，所述旋转底座2-1的底部设置有磁力吸附件，所述箱体1内设有可被磁力吸附件吸附固定底座1-1，该三维旋转器2通过磁力吸附件吸附在固定底座1-1上，便于三维旋转器2的安装和拆卸。

此外，所述箱体1内还设有插接头1-2，所述箱体1内的电气元件均可通过插接头1-2快速取电。

采用上述一体机为生物提供模拟微重力效应的方法，包括如下方式：

将符合培养需求的生物分装到各个培养瓶中；

通过将培养瓶固定在三维旋转器2的夹具外框架2-6-1内，并通过相对设置的胶垫2-6-4与拧紧螺柄将培养瓶锁紧；

将装载有培养瓶的三维旋转器2通过旋转底座2-1磁性固定在培养箱的箱体1内并接通电源，然后通过显控屏4设置第一驱动电机2-2和第二驱动电机2-4的转速来模拟微重力环境；

根据生物的生长需求，通过显控屏4调节箱体1内部温度、湿度、二氧化碳浓度、光照或辐照的环境；

最后在显控屏4上预设好实验时间，进行实验。

优选的，所述生物包括细胞、微生物或植物。

具体实施例2

如图6所示，本具体实施例与实施例1的区别在于，所述实验夹具2-6包括固定在第二驱动框架2-5上的固定底座2-6-5，该固定底座2-6-5上设有固态培养基2-6-6，该固态培养基2-6-6上盖设有防护盖2-6-7，所述防护盖2-6-7由两个半圆型的盖板2-6-7-1组成，且该盖板2-6-7-1之间开有栽培口2-6-7-2，并且所述盖板2-6-7-1对应栽培口2-6-7-2的外缘一体延伸形成有栽培栏2-6-7-3，由此本实验夹具2-6可以适应植株的模拟微重力效应的培养实验，且所述盖板2-6-7-1分别固定在固态培养基2-6-6上，通过将植株的根部种植在固态培养基2-6-6中，在通过盖板2-6-7-1组成的防护盖2-6-7进一步固定，防止植株从固态培养基2-6-6中脱落。

本装置模拟微重力效应的实验环境数据调整可以适应不同的实验对象，实验可以将多个三维旋转器2快速放在同一个培养箱内，通过控制相同的实验环境，进行相同环境下不同转速的三维旋转器2产生的微重力效应对同种生物的影响；或者，一个三维旋转器2内可置单个或多个不同生物的培养瓶，以进行相同的转速下产生的微重力效应和相同环境因素对不同生物培养的实验。

尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，对于本领域的技术人员来说，其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种为生物提供模拟微重力效应的一体机，包括培养箱的箱体(1)，其特征在于，所述箱体(1)内可拆卸有一个或多个可模拟微重力效应的三维旋转器(2)，且该箱体(1)内还设有可营造辅助三维旋转器(2)培养的环境调控组件。

2.根据权利要求1所述的一种为生物提供模拟微重力效应的一体机，其特征在于，所述箱体(1)外还设有电控箱(5)，该电控箱(5)的外壁上设有显控屏(4)，该显控屏(4)与环境调控组件通信连接，所述环境调控组件包括：

风道(3)，该风道(3)贴设在箱体(1)内壁上，却该风道(3)包括进风口(3-1)和出风口(3-2)，所述风道(3)内对应出风口(3-2)处设有风机(15)；

温度探头(6)，用以探测箱体(1)内部的温度，该温度探头(6)设在箱体(1)内壁上；

升温装置(7)，设置在风道(1)内部进风口(3-1)与出风口(3-2)之间，用以对循环进出的空气进行加热升温后从进风口(3-1)进入箱体(1)内；

湿度探头(8)，用以探测箱体(1)内部的湿度，该湿度探头(8)设在箱体(1)内壁上；

加湿装置(9)，用以调整箱体(1)内部饱和湿度，该加湿装置(9)设置在电控箱(5)内，该加湿装置(9)的通过管道接有喷头(10)，该喷头(10)设置在箱体(1)内风道(3)的外壁上；

降温装置(11)，可对箱体(1)内部温度进行降温，该降温装置(11)包括压缩机(11-1)和冷凝片组(11-2)，所述压缩机(11-1)设在电控箱(5)内，所述冷凝片(11-2)组设于风道(3)内部进风口(3-1)与出风口(3-2)之间；

二氧化碳浓度探头(12)，可探测箱体(1)内二氧化碳的浓度；该二氧化碳浓度探头(12)设于箱体(1)内风道(3)的外壁上；

二氧化碳供应装置(13)，可控制箱体(1)内部二氧化碳的浓度，该二氧化碳供应装置(13)设置在电控箱(5)外，所述电控箱(5)内接有与风道相通的供应管，该供应管的一端延伸至电控箱(5)外并与二氧化碳供应装置(13)接通，所述供应管的另一端与风道(3)相通；

辐照装置(14)，给箱体(1)内部提供光照或辐照，该辐照装置(14)设置箱体(1)内顶部。

所述温度探头、升温装置、加湿装置、湿度探头、降温装置、二氧化碳浓度探头、二氧化碳供应装置、辐照装置、三维旋转器均与显控屏(4)电连接。

3.根据权利要求2所述的一种为生物提供模拟微重力效应的一体机，其特征在于，所述箱体(1)上还开有与箱体(1)内部相通用以循环箱体内部空气的风道(3)，所述降温装置设在风道(3)处。

4.根据权利要求1所述的一种为生物提供模拟微重力效应的一体机，其特征在于，所述三维旋转器(2)包括旋转底座(2-1)、第一驱动电机(2-2)、第一驱动框架(2-3)、第二驱动电机(2-4)、第二驱动框架(2-5)和实验夹具(2-6)，其中，所述旋转底座(2-1)的底部磁性固定在箱体(1)内，该旋转底座(2-1)上一体设有墙板(2-7)，所述第一驱动电机(2-2)固定在旋转底座(2-1)上墙板(2-7)的一侧，所述第一驱动框架(2-3)转动连接在墙板(2-7)的另一侧上，且该第一驱动电机(2-2)的输出端穿过墙板(2-7)与第一驱动框架(2-3)连接转动；所述第二驱动电机(2-4)固定在第一驱动框架(2-3)内，而所述第二驱动框架(2-5)转动架设在第一驱动框架(2-3)内，该第二驱动框(2-5)与第二驱动电机(2-4)的输出端平行，该第二驱动电机(2-4)的输出端通过传动带与第二驱动框架(2-5)连接联动，且所述第一驱动框架(2-3)的旋转方向与第二驱动框架(2-5)的旋转方向正交；所述实验夹具(2-6)设于第二驱动框架(2-5)内。

5.根据权利要求4所述的一种为生物提供模拟微重力效应的一体机，其特征在于，所述实验夹具(2-6)包括两端敞口的夹具外框架(2-6-1)，该夹具外框架(2-6-1)固定在第二驱动框架(2-5)内，该夹具外框架(2-6-1)内一体设有分隔板(2-6-2)，所述夹具外框架(2-6-1)内部通过分隔板(2-6-2)形成多个可置放培养瓶的安置腔，同时，所述夹具外框架(2-6-1)的两侧壁对应每个安置腔处均螺穿有拧紧件(2-6-3)，且所述拧紧件(2-6-3)对应安置腔内的一端均设有胶垫(2-6-4)。

6.根据权利要求4所述的一种为生物提供模拟微重力效应的一体机，其特征在于，所述实验夹具(2-6)包括固定在第二驱动框架(2-5)上的固定底座(2-6-5)，该固定底座(3-6-5)上设有固态培养基(2-6-6)，该固态培养基(2-6-6)上盖设有防护盖(2-6-7)，所述防护盖(2-6-7)由两个半圆型的盖板(2-6-7-1)组成，且该盖板(2-6-7-1)之间开有栽培口(2-6-7-2)，并且所述盖板(2-6-7-1)对应栽培口(2-6-7-2)的外缘一体延伸形成有栽培栏(2-6-7-3)。

7.根据权利要求4所述的一种为生物提供模拟微重力效应的一体机，其特征在于，所述旋转底座(2-1)的底部设置有磁力吸附件(2-8)，所述箱体(1)内设有可被磁力吸附件吸附固定底座(1-1)，该三维旋转器(2)通过磁力吸附件(2-8)吸附在固定底座(1-1)上。

8.根据权利要求1所述的一种为生物提供模拟微重力效应的一体机，其特征在于，所述箱体(1)内还设有插接头(1-2)，所述箱体(1)内的电气元件均可通过插接头(1-2)快速取电。

9.根据权利要求1-8任一项所述的为生物提供模拟微重力效应的方法，其特征在于，包括如下方式：

将符合培养需求的生物分装到各个培养瓶中；

通过将培养瓶固定在三维旋转器的夹具外框架内，并通过相对设置的胶垫与拧紧螺柄将培养瓶锁紧；

将装载有培养瓶的三维旋转器通过旋转底座磁性固定在培养箱的箱体内并接通电源，然后通过显控屏设置第一驱动电机和第二驱动电机的转速来模拟微重力环境；

根据生物的生长需求，通过显控屏调节箱体内部温度、湿度、二氧化碳浓度、光照或辐照的环境；

最后在显控屏上预设好实验时间，进行实验。

10.根据权利要求9所述的为生物提供模拟微重力效应的方法，其特征在于，所述生物包括细胞、微生物或植物。

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