CN116870592A - 一种非对称场流分离装置 - Google Patents

Abstract

本发明属于非对称场流分离技术领域，公开了一种用于淀粉分离过程的非对称场流分离装置，包括分离池道、载液供应装置、交叉流流速监测调控装置、流道转换控制部件、若干条流道、若干连通流道。所述分离池道、载液供应装置与交叉流流速监测调控装置通过连通流道进行连通，所述交叉流流速监测调控装置下方安装流道转换控制部件，所诉交叉流流速监测调控装置与流道转换控制部件通过连通流道连接，所述流道转换控制部件下方安装有若干条流道。通过合理设置管道和连接方式，选择合适的管道内径范围，解决了淀粉分离过程中的降解问题，并改善了商品化非对称场流分离仪的一些不足之处。

Description

一种非对称场流分离装置

技术领域

本发明属于非对称场流分离技术领域，尤其涉及一种用于淀粉分离过程的非对称场流分离装置。

背景技术

目前，用于分离表征生物样品的主要技术包括尺寸排阻色谱法(SEC)、扫描电子显微镜(SEM)和动态光散射法(DLS)等。然而，现有的非对称场流分离装置在淀粉分离过程中存在降解问题。此外，现有的商品化非对称场流分离仪在成本、易维护性和检测范围等方面也存在一些不足之处。

详细分析现有技术的缺陷和问题，具体如下：

1.尺寸排阻色谱法(SEC)：

分离分辨率有限：SEC主要根据分子大小进行分离，对于分子形状相似但大小略有差异的生物样品，分离效果并不理想。

容易导致样品降解：SEC过程中样品需要通过填充柱，会导致蛋白质或其他生物大分子的降解，影响最终结果。

分离时间较长：SEC实验过程中，样品通过填充柱的时间较长，导致样品的不稳定性增加。

2.扫描电子显微镜(SEM)：

样品制备复杂：SEM观察样品需要对生物样品进行复杂的制备过程，如固定、去水、金属镀膜等，这会影响生物样品的原始状态。

高真空环境：SEM需要在高真空环境下进行，这导致生物样品的结构发生变化。

成本高：SEM设备成本较高，维护费用也相对较高，限制了其在生物样品分离领域的普及和应用。

3.动态光散射法(DLS)：

对样品浓度敏感：DLS对样品浓度较敏感，过高或过低的浓度导致测量结果的不准确。

受样品杂质影响：DLS受样品中杂质的影响较大，如尘埃、微波等，需要对样品进行严格的处理和控制。

难以区分接近大小的颗粒：DLS对于尺寸接近的颗粒区分能力较差，无法准确分离和表征生物样品。

4.非对称场流分离装置：

淀粉分离降解问题：在淀粉分离过程中，非对称场流分离装置导致生物样品的降解，影响分离效果。

成本较高：现有的商品化非对称场流分离仪价格较高，限制了其在实验室和研究领域的广泛应用。

维护困难：非对称场流分离仪的维护和清洗较为复杂，增加了实验操作的难度。

测量范围有限：现有的非对称场流分离仪在检测范围上存在一定的局限性，无法满足不同生物样品的分离需求。

总之，现有的生物样品分离技术存在一定的局限性和问题，需要不断优化和改进，以满足实验和研究的需求。

发明内容

针对现有技术存在的问题，本发明提供了一种非对称场流分离装置。所述装置包括：分离池道、载液供应装置、交叉流流速监测调控装置、流道转换控制部件、若干条流道、若干条连通流道。

所述分离池道，用于容纳待分离的样品和分离介质；

所述载液供应装置，用于提供分离过程所需的载液；

所述交叉流流速监测调控装置，用于监测和调节分离过程中的交叉流速度；

所述流道转换控制部件，用于切换不同样品的进出和流动路径；

所述若干条流道，用于引导样品和分离介质的流动，其中每个流道具有适当的形状和尺寸。

进一步，所述分离池道采用圆柱形状的玻璃管，直径为10毫米，长度为100毫米。

进一步，所述载液供应装置包括可调节流量和压力的泵。

进一步，所述交叉流流速监测调控装置包括流速传感器和控制器。

进一步，所述流道转换控制部件采用旋转装置，用于切换不同样品的进出和流动路径。

进一步，所述流道具有进样口、排样口和一系列直径为1毫米的流道管，流道管内部具有螺纹结构。

结合上述的技术方案和解决的技术问题，本发明所要保护的技术方案所具备的优点及积极效果为：

第一、本发明的非对称场流分离装置通过合理设置管道及其连接方式，并选择适当的管道内径范围，提高了分离的上限，使其具有较广泛的检测范围(从1纳米到20微米)，扩大了适用范围，优化了样品的分离条件，提高了实验结果的准确性。

流道转换控制部件采用旋转装置，用于切换不同样品的进出和流动路径，一个装置即可满足多种样品的分离，一机多用实现利益最大化。

第二，本发明的技术方案转化后的预期收益和商业价值为：

与商品化的AF4分离装置相比，本装置具有较低的成本、易于维护和更广泛的检测范围，解决了商品化装置分离范围狭窄和管道堵塞不易拆卸清洗的问题。因此，该装置具有较高的性价比和广阔的市场应用前景。

本发明的技术方案是否解决了人们一直渴望解决、但始终未能获得成功的技术难题：本发明的非对称场流分离装置能通过旋转流道转换控制部件，快速实现对不同样品的分离，适用场景广泛。

第三，非对称场流分离装置的各个结构部件的显著的技术进步如下：

1)分离池道：该部件采用圆柱形状的玻璃管，直径为10毫米，长度为100毫米。这种设计可以提供足够的空间来容纳待分离的样品和分离介质，同时其透明性可以方便观察分离过程。其精确的尺寸可以根据实际需要进行调整，从而优化分离效率。

2)载液供应装置：该装置包括可调节流量和压力的泵，可以精确控制分离过程中的载液供应。这种技术进步可以保证分离过程的稳定性和可重复性，从而提高分离的精度和效率。

3)交叉流流速监测调控装置：这个部件能够监测和调节分离过程中的交叉流速度。这种能力可以避免过快或过慢的流速对分离效果的影响，从而确保分离的质量和效率。

4)流道转换控制部件：该部件可以切换不同样品的进出和流动路径，从而实现多样品的连续分离。这种设计大大提高了装置的使用效率和灵活性。

5)若干条流道：这些部件用于引导样品和分离介质的流动，其中每个流道具有适当的形状和尺寸。这种设计确保了样品和分离介质的有效分离，同时也有助于减小样品的损失。

6)若干连通流道：这些部件能够将各个部件进行连通，从而实现整个装置的有效运转。这种设计简化了装置的结构，降低了其运行的复杂性，同时也提高了装置的可靠性。

附图说明

图1是本发明实施例提供的非对称场流分离装置结构图

图2是本发明实施例提供的载液供应装置内部结构图

图3是本发明实施例提供的交叉流流速监测调控装置内部结构图

图中：1、分离池道；2、载液供应装置；3、交叉流流速监测调控装置；4、流道转换控制部件；5、若干条流道；6、连通流道；7、流量、压力调节泵；8、流速传感器；9、控制器。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

如图1所示，本发明实施例提供的非对称场流分离装置包括分离池道1、载液供应装置2、交叉流流速监测调控装置3、流道转换控制部件4、若干条流道5、连通流道6；所述分离池道1、载液供应装置2与交叉流流速监测调控装置3通过连通流道7进行连接，所述交叉流流速监测调控装置3下方安装流道转换控制部件4，所诉交叉流流速监测调控装置3与流道转换控制部件4通过连通流道6连接，所述流道转换控制部件4下方安装有若干条流道5。

本发明实施例提供的用于实现该装置的常见硬件和设备为：

1)分离池道：可以采用实验室常用的圆形培养皿或者石英池道等。

2)载液供应装置：可以采用实验室常用的恒流泵或恒压泵，例如贝克曼库尔特的Peristaltic Pump等。

3)交叉流流速监测调控装置：可以采用激光多普勒流速仪或者其他流速监测仪器，例如美国TSI公司的Laser Doppler Velocimetry(LDV)或Particle ImageVelocimetry(PIV)等。

4)流道转换控制部件：可以采用电磁阀或者其他控制装置，例如SMC公司的电磁阀等。

5)流道：可以采用实验室常用的玻璃毛细管或者微通道芯片等。

6)连通流道：可以采用实验室常用的软管或者压力管道等。

该非对称场流分离装置各部件之间的连接关系：

1)分离池道通过若干条流道与交叉流流速监测调控装置相连，从而实现对流速的监测和调控。

2)交叉流流速监测调控装置通过若干条流道与流道转换控制部件相连，从而实现对流道的切换和控制。

3)流道转换控制部件通过若干条流道与载液供应装置相连，从而实现对载液的供应。

4)流道转换控制部件通过若干条流道与分离池道相连，从而实现样品和分离介质的进出和流动。

5)各部件通过若干连通流道进行互相连接，从而构成完整的非对称场流分离装置。

如图2所示，载液供应装置内部有一个流量、压力调节泵7。

如图3所示，交叉流流速监测调控装置内部有流速传感器8、控制器9。

本发明的原料倒入分离池道1后通过初步分离进入连通流道6后进入交叉流流速监测调控装置4，与此同时载液供应装置2开始工作，在流量、压力调节泵1的调节控制下流出适量的载液通过连通流道6进入交叉流流速监测调控装置4，放分离物与载液进入交叉流流速监测调控装置4后经过流速传感器1和控制器2的控制下流入连通流道6，此时通过调节流道转换部件4的旋转位置，使分离物流入对应的流道5中，因为流道5中是螺旋装置，因此分离物在螺旋下落的过程中进一步分离，最终流出的即位所需分离组织。

作为一个优化方案，交叉流流速监测调控装置的具体实现方法为：

1)安装流速传感器：在装置的关键位置安装流速传感器，如超声波流速计、电磁流速计或涡轮流速计。这些传感器可以实时测量流体的流速。传感器的选择需要考虑到流体的特性(例如，电导率、透明度、温度等)以及需要监测的流速范围。

2)设定流速值：设定一个理想的流速值，这个值应该是根据样品的特性和分离要求来确定的。

3)监测流速：流速传感器会实时监测流体的流速，并将这个值发送到控制器。控制器会把这个实际的流速值和预设的理想流速值进行比较。

4)调节流量：如果实际的流速值和理想的流速值有偏差，控制器会根据这个偏差调节流量控制阀的开度，以改变流体的流速。例如，如果实际的流速过快，控制器会让流量控制阀部分关闭，减小流量，从而降低流速。反之，如果实际的流速过慢，控制器会让流量控制阀进一步打开，增大流量，从而提高流速。

5)反馈调节：以上步骤会不断重复，形成一个闭环反馈控制系统。这样，无论流体的特性或外部条件如何变化，系统都能自动调节，保持流速在理想的状态，从而保证分离效果。

流道转换控制部件的实现可以依赖于一系列的阀门和控制电路。以下是具体的实现方法：

1)设计流道：首先，设计出能够适应不同样品流动的流道。这包括多个并行或串联的流道，每个流道在空间布局和连接方式上都需精心设计。

2)安装阀门：在流道的关键节点(如分叉点、交汇点等)安装阀门。阀门应能被电子控制，以便可以远程或自动地打开或关闭它们。常用的阀门类型包括电磁阀、气动阀等。

3)配置控制电路：通过编程来配置一个控制电路，这个电路能够根据需要来改变阀门的状态(打开或关闭)。输入到这个控制电路的信号来自于用户的操作，也来自于装置内部的其他传感器。

4)操作阀门：当需要改变样品的流动路径时，控制电路会发送信号来改变相关阀门的状态。例如，如果需要将样品引向另一个流道，那么控制电路会关闭导向当前流道的阀门，同时打开导向新流道的阀门。

5)反馈控制：通过装置内部安装的传感器(如流速传感器、压力传感器等)监测流道中的实际流动状况，如果发现实际流动状况与预期不符，控制电路会自动调整阀门状态，以尽快使流动状况接近预期。

通过以上步骤，流道转换控制部件可以实现对样品进出和流动路径的精确控制，从而满足不同分离任务的需求。

作为本发明实施例的智能化改进方案，具体如下：

1)引入人工智能算法进行流速监测和调控

通过引入人工智能算法，可以实现对分离过程中的交叉流速度进行实时监测和调控。具体来说，可以采用基于机器学习的算法，对流速数据进行实时分析和处理，建立模型并进行预测，通过对预测结果的反馈调整流速，以达到更加精准的控制分离过程中的交叉流速度的目的。这样可以提高分离效率和准确度。

2)增加传感器和数据采集装置，实时监测分离过程中的温度、压力、pH值等参数

在分离过程中加入温度、压力、pH值等传感器，实时监测分离过程中的参数，将采集得到的数据传输到数据采集装置，并进行实时处理和分析。通过对这些参数的分析和处理，可以更好地控制分离过程的条件，提高分离效率和准确度。

3)引入自动化控制系统，实现对整个装置的自动化控制和监控

引入自动化控制系统，实现对整个装置的自动化控制和监控，包括载液供应、样品进出、流道切换等操作。通过自动化控制系统，可以减少人工干预，提高生产效率和稳定性。自动化控制系统可以通过编写程序实现对装置的自动化控制和监控，对分离过程进行优化和改进。

4)增加图像识别和处理技术，实现对样品和分离介质的自动识别和分类

增加图像识别和处理技术，可以实现对样品和分离介质的自动识别和分类。通过使用计算机视觉技术，对样品和分离介质的图像进行处理和分析，实现自动识别和分类，能够更好地控制样品的进出和流动路径，提高分离效率和准确度。

5)引入云计算和大数据分析技术，实现对分离过程的数据采集、存储、分析和处理

引入云计算和大数据分析技术，可以实现对分离过程的数据采集、存储、分析和处理。通过将分离过程中采集到的大量数据上传至云端进行存储和分析，可以进行更深入的数据分析和挖掘，从而优化分离过程的参数和条件，提高分离效率和准确度。同时，云计算还可以提供更加稳定和高效的数据存储和处理服务，更好地支持分离过程的自动化控制和监控。

本发明提供了一种非对称场流分离装置，通过合理设置管道和连接方式，选择合适的管道内径范围，解决了淀粉分离过程中的降解问题，并改善了商品化非对称场流分离仪的一些不足之处。在实际生产中，有效提高了生产效率。

以下是六个非对称场流分离装置的具体应用的实施例：

应用实施例1：用于生物学实验的非对称场流分离装置

这种实施例中，非对称场流分离装置被用于生物实验室，用于分离生物样品中的不同成分，例如细胞、蛋白质等。该设备可以配备微流控技术，以实现精细的流量控制和高分辨率的分离。

应用实施例2：用于工业生产的非对称场流分离装置

在这种实施例中，非对称场流分离装置被用于工业生产过程，如化工、石油、食品加工等行业，用于分离原料或产品中的不同成分。该设备需要更强的耐腐蚀性和耐高温性。

应用实施例3：用于医疗诊断的非对称场流分离装置

在这种实施例中，非对称场流分离装置被用于医疗诊断，例如用于分离血液样本中的不同成分，以进行疾病检测。该设备需要高精度的分离能力，以确保诊断的准确性。

应用实施例4：用于环境监测的非对称场流分离装置

在这种实施例中，非对称场流分离装置被用于环境监测，例如用于分离水或土壤样本中的不同成分，以检测污染物。该设备需要能够处理各种复杂样本的能力，并且需要具有高灵敏度，以便检测到低浓度的污染物。

应用实施例5：便携式非对称场流分离装置

在这种实施例中，非对称场流分离装置是便携式的，可以被用于现场检测或者移动实验室。该设备需要具有小型化和轻便的特性，同时还需要能够在各种环境条件下稳定工作。

应用实施例6：智能化非对称场流分离装置

在这种实施例中，非对称场流分离装置配备了智能化系统，包括自动控制系统、数据分析和模型优化模块、远程监控和维护模块、物联网(IoT)技术等。该设备可以实现自动化和智能化的运行，大大提高了操作效率和分离精度，同时降低了操作难度。

本发明提供的非对称场流分离装置的实施例。

实施例1：生物医学样品分离

在生物医学研究中，非对称场流分离装置可以用于分离不同类型的细胞，如肿瘤细胞和正常细胞。这种装置可以配备特定的抗体来捕获特定的细胞类型，以实现高效的分离。载液可以是适合细胞生存的生理盐水，而流道转换控制部件可以设定为自动化根据细胞的特性和分离需求进行切换。

实施例2：环境样品分离

非对称场流分离装置可以用于环境样品中的污染物分离，如微塑料粒子。装置中的分离介质可以选择合适的溶剂，如水或有机溶剂，以确保有效地分离微塑料。同时，交叉流流速监测调控装置可以采用精密的流量计来确保流速的精确控制。

实施例3：工业产品分离

在化工和石油工业中，非对称场流分离装置可以用于分离混合物中的不同组分，如石油中的不同烃类。在这种情况下，载液供应装置可以配置为提供适合的载液，如某种特定的溶剂，以实现高效分离。流道转换控制部件可以设定为自动化根据组分的特性和分离需求进行切换。

实施例4：食品工业分离

在食品工业中，非对称场流分离装置可以用于分离食品中的不同成分，如蛋白质和脂肪。在这种情况下，载液可以是水或食品等级的溶剂。与此同时，流道转换控制部件可以根据分离需求进行优化，例如，针对不同食品成分的分离，可以自动切换不同的流道。

以上四个实施例是根据特定的应用需求对非对称场流分离装置进行的优化。在实际操作中，需要根据具体的样品类型和分离需求进行更多的优化。以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims (7)

1.一种非对称场流分离装置，其特征在于，所述装置包括：分离池道、载液供应装置、交叉流流速监测调控装置、流道转换控制部件、若干条流道、若干连通流道；

所述分离池道，用于容纳待分离的样品和分离介质；

所述载液供应装置，用于提供分离过程所需的载液；

所述交叉流流速监测调控装置，用于监测和调节分离过程中的交叉流速度；

所述流道转换控制部件，用于切换不同样品的进出和流动路径；

所述若干条流道，用于引导样品和分离介质的流动，其中每个流道具有适当的形状和尺寸。

所述若干连通流道，用于将各个部件进行连通。

2.如权利要求1所述非对称场流分离装置，其特征在于，所述分离池道采用圆柱形状的玻璃管，直径为10毫米，长度为100毫米。

3.如权利要求1所述非对称场流分离装置，其特征在于，所述载液供应装置包括可调节流量和压力的泵。

4.如权利要求1所述非对称场流分离装置，其特征在于，所述交叉流流速监测调控装置包括流速传感器和控制器；交叉流流速监测调控装置的具体实现方法为：

安装流速传感器：在装置的关键位置安装流速传感器，如超声波流速计、电磁流速计或涡轮流速计。这些传感器可以实时测量流体的流速。传感器的选择需要考虑到流体的特性以及需要监测的流速范围。

设定流速值：设定一个理想的流速值，这个值应该是根据样品的特性和分离要求来确定的。

监测流速：流速传感器会实时监测流体的流速，并将这个值发送到控制器。控制器会把这个实际的流速值和预设的理想流速值进行比较。

调节流量：如果实际的流速值和理想的流速值有偏差，控制器会根据这个偏差调节流量控制阀的开度，以改变流体的流速。例如，如果实际的流速过快，控制器会让流量控制阀部分关闭，减小流量，从而降低流速。反之，如果实际的流速过慢，控制器会让流量控制阀进一步打开，增大流量，从而提高流速。

反馈调节：以上步骤会不断重复，形成一个闭环反馈控制系统。这样，无论流体的特性或外部条件如何变化，系统都能自动调节，保持流速在理想的状态，从而保证分离效果。

5.如权利要求1所述非对称场流分离装置，其特征在于，所述流道转换控制部件采用旋转装置，用于切换不同样品的进出和流动路径；流道转换控制部件的具体的实现方法：

设计流道：首先，设计出能够适应不同样品流动的流道。这包括多个并行或串联的流道，每个流道在空间布局和连接方式上都需精心设计。

安装阀门：在流道的关键节点安装阀门。阀门应能被电子控制，以便可以远程或自动地打开或关闭它们。常用的阀门类型包括电磁阀、气动阀等。

配置控制电路：通过编程来配置一个控制电路，这个电路能够根据需要来改变阀门的状态；输入到这个控制电路的信号来自于用户的操作，也来自于装置内部的其他传感器。

操作阀门：当需要改变样品的流动路径时，控制电路会发送信号来改变相关阀门的状态。例如，如果需要将样品引向另一个流道，那么控制电路会关闭导向当前流道的阀门，同时打开导向新流道的阀门。

反馈控制：通过装置内部安装的传感器监测流道中的实际流动状况，如果发现实际流动状况与预期不符，控制电路会自动调整阀门状态，以尽快使流动状况接近预期。

6.如权利要求1所述非对称场流分离装置，其特征在于，所述流道具有进样口、排样口和一系列直径为1毫米的流道管，流道管内部具有螺纹结构。

7.如权利要求1所述非对称场流分离装置，其特征在于，所述非对称场流分离装置各部件之间的连接关系具体为：

分离池道通过若干条流道与交叉流流速监测调控装置相连；

交叉流流速监测调控装置通过若干条流道与流道转换控制部件相连；

流道转换控制部件通过若干条流道与载液供应装置相连；

流道转换控制部件通过若干条流道与分离池道相连；

各部件通过若干连通流道进行互相连接。