CN208362365U - 一种小型化一体超声波细胞破碎仪 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开一种小型化一体超声波细胞破碎仪，包括主箱体，所述主箱体内还设置有循环冷却槽和制冷机构，所述循环冷却槽包括中空的冷却槽体，所述冷却槽体内设置有内腔壁，所述内腔壁将所述冷却槽体的空腔分隔为顶部连通的内、外两部分，所述内腔壁上设置有进水口，所述冷却槽体的外壁上设置有出水口，所述进水口和出水口分别与所述制冷机构的冷却水出水管和冷却水进水管连通；所述反应容器安装在所述冷却槽体的内部分空腔中，由所述制冷机构提供的冷却水冷却。本实用新型的超声波细胞破碎仪实现了超声波细胞破碎仪的一体化，并且在实现一体化的同时，大幅度降低冷却系统的体积，从而实现了整个超声波细胞破碎仪的小型化。

Description

一种小型化一体超声波细胞破碎仪

技术领域

本实用新型涉及超声波细胞破碎仪，具体是涉及一种一体化的超声波细胞破碎仪。

背景技术

超声波细胞破碎仪又名超声微波协同萃取仪，超声波细胞裂解仪，超声波纳米材料粉碎机。超声波细胞破碎仪由超声波发生器和换能器两大部分组成。超声波细胞破碎仪就是将电能通过换能器转换为声能，这种能量通过液体介质而变成一个个密集的小气泡，这些小气泡迅速炸裂，产生的像小炸弹一样的能量，从而起到破碎细胞等物质的作用。超声波细胞破碎仪具有破碎组织、细菌、病毒、孢子及其它细胞结构，匀质、乳化、混合、脱气、崩解和分散、浸出和提取，加速反应等功能，故广泛应用于生物、医学、化学、制药、食品、化妆品、环保等实验室研究及企业生产。

超声波细胞破碎仪在我国的行业推广已进入成熟阶段，但应用仍不够普及。究其原因，该仪器虽然应用范围非常广泛，市场潜力很大，具有其它仪器设备所不能比拟的优点。但目前市场上的超声波细胞破碎仪仍然存在较多的缺陷，尤其是设备整体较大，结构分散，导致了其在应用中存在较多的困难。

比如申请号为201520105010.1，名称为智能超声波细胞破碎仪的专利公开了一种智能超声波细胞破碎仪，包括箱体，上部设置有上隔板，下部设置有下隔板，将箱体相隔形成上箱体、中箱体和下箱体；箱体的侧板、上隔板、下隔板为钢板制成，上隔板、下隔板和组成所述中箱体的侧板内表面设置有高温四氟镀层；下箱体的内腔设置有电源、变压器和电源开关，电源通过变压器和电源开关连接；中箱体的内腔设置有用于盛放反应液的容器和超声波发生装置，容器的反应液中存有固体颗粒或细胞，超声波发生装置发出超声波作用于反应液使细胞破碎；容器固定在下隔板上，超声波发生装置与电源开关电连接。可以看出，在该设备中集成了超声波细胞破碎仪的大多数部件，但超声波是一种弹性机械波，既是一种波动形式，又是一种能量形式，能量通过液体 介质而变成一个个密集的小气泡，这些小气泡迅速炸裂，产阻碍了由超声引起的分子震动，使部分能量转化为局部高热(42-43℃)。超声对细胞的作用主要有热效应，空化效应和机械效应。热效应是当超声在介质中传播时,空化泡破裂时产生瞬时高温(约 5000℃)、高压(可达500×104Pa)，可使水蒸气热解离产生.OH自由基和.H原子，由.OH自由 基和.H原子引起的氧化还原反应可导致多聚物降解、酶失活、脂质过氧化等一系列物质变性失活。因此，对于需要保持细胞裂解物活性的超声波破碎来说，提供低温环境尤为重要。而在该设备中如果要保持反应液的低温环境，必须要外接冷却设备使用，导致该设备在应用中操作非常复杂。类似的还有公开号为CN207287685U的实用新型专利，其公开的是一种低温冷却循环超声波破碎机，该设备同样将大部分设备安装在隔音箱内，但由于隔音箱空间限制，其冷却设备只能布置在位于隔音箱底部的动力室中。

针对上述的问题，人们能够想到将冷却设备和超声波换能器等一起装在隔音箱中，进行一体化的设计，但是在实际应用中，超声波细胞破碎仪的反应液温度上升极快，对冷却设备的效率要求极高，需求的冷却设备的体积远远超出超声波细胞破碎仪的其余设备，一旦进行一体化的设计，必定会导致设备的大小远远超出现有的超声波细胞破碎仪。这样在使用上也同样不便，对问题的解决无济于事。

对于上述问题，市场上还存在另一种解决思路，如公开号为CN206289258U的实用新型专利公开了一种循环冷却超声波细胞破碎仪，其包括冷却液箱和冷却反应瓶箱、反应瓶和手持细胞破碎仪。总体思路就是，将冷却液箱和冷却反应瓶箱、反应瓶进行一体化的设计，而细胞破碎仪本身则采用手持式的，这样确实在一定程度上达到了便携的效果，但实际也仍然需要依赖大型的冷却设备，且整个换能-冷却过程不能实现自动化控制，使用上甚至还不如前述的设备方便。同时，手持式超声只能对少量样本进行短时间（1-2分钟）操作，对于大量样本，超过10分钟以上的操作是很难进行的。

结合上述的两种思路，为了进一步推广超声波细胞破碎仪的发展和应用，需要在现有技术的基础上进行改进，设计出小型化、一体化的超声波细胞破碎仪。

发明内容

实用新型目的：本实用新型目的在于针对现有技术的不足，提供一种小型化一体超声波细胞破碎仪，集超声波发生装置、超声波细胞破碎、温度控制于一体，压缩装置体积，满足生产使用要求。

技术方案：本实用新型所述小型化一体超声波细胞破碎仪，包括主箱体，以及安装在主箱体内超声波控制发生器、换能器、电源和反应容器，所述主箱体内还设置有循环冷却槽和制冷机构，所述循环冷却槽包括中空的冷却槽体，所述冷却槽体内设置有内腔壁，所述内腔壁将所述冷却槽体的空腔分隔为顶部连通的内、外两部分，所述内腔壁上设置有进水口，所述冷却槽体的外壁上设置有出水口，所述进水口和出水口分别与所述制冷机构的冷却水出水管和冷却水进水管连通，形成制冷机构与冷却槽体之间的冷却水循环流道；

所述反应容器安装在所述冷却槽体的内部分空腔中，由所述制冷机构提供的冷却水冷却；所述换能器位于所述反应容器的上方，并伸入所述反应容器内，由所述超声波控制发生器控制发出超声波。

本实用新型进一步优选地技术方案为，所述主箱体内由两隔板分为三部分，分别为第一箱体、第二箱体和第三箱体，所述循环冷却槽、换能器和反应容器位于所述第一箱体内，所述制冷机构位于所述第二箱体内，所述超声波控制发生器和电源位于第三箱体内。

优选地，所述第一箱体内还设置有升降台，所述循环冷却槽安装在所述升降台上，在所述升降台的带动下，在所述第一箱体内上下运动；所述反应容器安装在所述循环冷却槽内，与所述循环冷却槽同步运动。

优选地，所述换能器固定安装在所述第一箱体的顶部，所述换能器的底部为变幅杆，在所述循环冷却槽上升时，所述变幅杆伸入所述反应容器内，通过所述超声波发生器与换能器的谐振传递，所述变幅杆以20kHz以上的频率在所述反应容器内振动。

优选地，所述第一箱体的内壁上设置有吸音波纹海绵制成的吸音层。

优选地，所述主箱体的其中一侧壁上还设置有控制系统和相匹配的控制显示屏，所述超声波控制发生器、换能器和制冷机构均由控制系统控制工作，工作状态由所述控制显示屏输入和输出。

优选地，所述主箱体内还设置有检测所述循环冷却槽温度的温度传感器，所述温度传感器与所述控制系统连接。

优选地，所述主箱体上所述控制显示屏所在侧的侧板为透明玻璃或聚碳酸酯制成。

优选地，所述制冷机构为压缩式制冷机、吸收式制冷机、蒸汽喷射式制冷机或半导体制冷其中一种，以水作为冷却介质。

优选地，所述冷却槽体上的出水口通过循环水泵与所述制冷机构的进水管连接，将冷却槽体内的水注入制冷机构内，形成冷却水循环流道。

本实用新型的工作原理是，将装有反应液的反应容器安装在循环冷却槽内，将换能器的底部浸入反应液内。打开电源，通过超声波发生器与换能器的谐振传递，使得变幅杆以超声波20kHz以上的频率振动。此时，反应液会产生空化现象，致使反应液中的细胞壁破裂从而释放出蛋白、核酸等分子。即可自动完成反应液超声波细胞破碎过程。

反应过程中，制冷机构工作，产生的低温能量，通过冷却水形式由出水管和内腔壁上设置的进水口进入冷却槽体的内部分空腔中，使得循环冷却槽内的容器及时得到冷却，从而保证容器内反应液的温度。在内部分空腔被冷却水填满溢出至外部分空腔后，冷却槽体上的出水口与制冷机构的进水管连接，将冷却槽体内的水注入制冷机构内，形成冷却水循环流道。

有益效果：（1）本实用新型的超声波细胞破碎仪全部组成部分均位于主箱体内，实现了超声波细胞破碎仪的一体化，满足便携性的要求，使用方便；并且在实现一体化的同时，由于循环冷却槽的设计，需求的冷却水少，在确保冷却效果的基础上，大幅度降低冷却系统的体积，从而实现了整个超声波细胞破碎仪的小型化，将超声波发生装置、超声波细胞破碎和温度控制集成于一体，大幅度压缩装置体积，适合在各领域的广泛应用；

（2）本实用新型中通过隔板将主箱体分隔为三个部分，各部分的功能相对独立，符合模块化的发展思路，为后期的运行和维护提供了有利条件；同时，由于各部分相对独立，避免相互干扰，提高超声波细胞破碎仪的运行稳定性和实用寿命；

（3）本实用新型中在循环冷却槽的底部设置升降台，通过升降台控制反应容器的高度，相对应的换能器固定位于所述反应容器的上方，由于反应容器和换能器的安装位置均相对固定，无需反复定位，进一步简化反应步骤；

（4）本实用新型中还设置了控制系统和相匹配的控制显示屏，自动化的控制超声波反应过程，同时整个超声波过程中，反应液的温度被控制在液晶显示触摸屏设置的上下极限温度范围之内，实现智能化的控温。

附图说明

图1为本实用新型所述超声波细胞破碎仪的结构示意图；

图2为本实用新型所述超声波细胞破碎仪的剖面图；

图中，1-主箱体、2-超声波控制发生器、3-换能器、4-反应容器、5-循环冷却槽、6-制冷机构、7-升降台、8-控制显示屏。

具体实施方式

下面通过附图对本实用新型技术方案进行详细说明，但是本实用新型的保护范围不局限于所述实施例。

实施例：一种小型化一体超声波细胞破碎仪，包括主箱体1，以及安装在主箱体1内超声波控制发生器2、换能器3、电源、反应容器4、循环冷却槽5和制冷机构6。主箱体1的其中一侧壁上还设置有控制系统和相匹配的控制显示屏8，超声波控制发生器2、换能器3和制冷机构6均由控制系统控制工作，工作状态由控制显示屏8输入和输出。主箱体1上控制显示屏8所在侧的侧板为透明玻璃或聚碳酸酯制成。

主箱体1内由两隔板分为三部分，分别为第一箱体、第二箱体和第三箱体，循环冷却槽5、换能器3和反应容器4位于第一箱体内，制冷机构6位于第二箱体内，超声波控制发生器2和电源位于第三箱体内。

第一箱体的内壁上设置有吸音波纹海绵制成的吸音层，第一箱体内还设置有升降台7，循环冷却槽5安装在升降台7上，在升降台7的带动下在第一箱体内上下运动；反应容器4安装在循环冷却槽5内，与循环冷却槽5同步运动。换能器3固定安装在第一箱体的顶部，换能器3的底部为变幅杆，在循环冷却槽5上升时，变幅杆伸入反应容器4内，通过超声波发生器2与换能器3的谐振传递，变幅杆以20kHz以上的频率在反应容器4内振动。

制冷机构6为压缩式制冷机，以水作为冷却介质。循环冷却槽5包括中空的冷却槽体，冷却槽体内设置有内腔壁，内腔壁将冷却槽体的空腔分隔为顶部连通的内、外两部分，反应容器4安装在冷却槽体的内部分空腔中。

内腔壁上设置有进水口，冷却槽体的外壁上设置有出水口，进水口与制冷机构6的冷却水出水管连通，出水口通过循环水泵与制冷机构6的冷却水进水管连通。制冷机构6的冷却水由出水管和内腔壁上设置的进水口进入冷却槽体的内部分空腔中，使得循环冷却槽5内的反应容器4及时得到冷却，从而保证反应容器4内反应液的温度。在内部分空腔被冷却水填满溢出至外部分空腔后，冷却槽体上的出水口与制冷机构6的进水管连接，将冷却槽体内的水注入制冷机构6内，形成冷却水循环流道。

在主箱体内还设置有检测循环冷却槽温度的温度传感器，温度传感器与控制系统连接。工作时，人工在控制显示屏上输入超声波工作参数，并设定工作温度，温度传感器随时监测循环冷却槽温度，并通过控制系统调节制冷机构和循环泵等装置的工作，从而通过改变冷却介质的温度和流速的方式，确保反应容器内反应液处于设定的温度范围内。

应用本实施例的超声波细胞破碎仪，主箱体的实际体积最小可控制在0.1立方米内，与目前市场上无冷却装置的超声破碎仪相比，体积仅大15%左右；而外接式的冷却装置，其外接的冷却装置体积已经几乎相当于一台超声破碎仪，整体设备的体积则远远大于本实施例的超声波细胞破碎仪。

如上所述，尽管参照特定的优选实施例已经表示和表述了本实用新型，但其不得解释为对本实用新型自身的限制。在不脱离所附权利要求定义的本实用新型的精神和范围前提下，可对其在形式上和细节上作出各种变化。

Claims (10)

1.一种小型化一体超声波细胞破碎仪，包括主箱体，以及安装在主箱体内超声波控制发生器、换能器、电源和反应容器，其特征在于，所述主箱体内还设置有循环冷却槽和制冷机构，所述循环冷却槽包括中空的冷却槽体，所述冷却槽体内设置有内腔壁，所述内腔壁将所述冷却槽体的空腔分隔为顶部连通的内、外两部分，所述内腔壁上设置有进水口，所述冷却槽体的外壁上设置有出水口，所述进水口和出水口分别与所述制冷机构的冷却水出水管和冷却水进水管连通，形成制冷机构与冷却槽体之间的冷却水循环流道；

所述反应容器安装在所述冷却槽体的内部分空腔中，由所述制冷机构提供的冷却水冷却；所述换能器位于所述反应容器的上方，并伸入所述反应容器内，由所述超声波控制发生器控制发出超声波。

2.根据权利要求1所述的小型化一体超声波细胞破碎仪，其特征在于，所述主箱体内由两隔板分为三部分，分别为第一箱体、第二箱体和第三箱体，所述循环冷却槽、换能器和反应容器位于所述第一箱体内，所述制冷机构位于所述第二箱体内，所述超声波控制发生器和电源位于第三箱体内。

3.根据权利要求2所述的小型化一体超声波细胞破碎仪，其特征在于，所述第一箱体内还设置有升降台，所述循环冷却槽安装在所述升降台上，在所述升降台的带动下，在所述第一箱体内上下运动；所述反应容器安装在所述循环冷却槽内，与所述循环冷却槽同步运动。

4.根据权利要求3所述的小型化一体超声波细胞破碎仪，其特征在于，所述换能器固定安装在所述第一箱体的顶部，所述换能器的底部为变幅杆，在所述循环冷却槽上升时，所述变幅杆伸入所述反应容器内，通过所述超声波发生器与换能器的谐振传递，所述变幅杆以20kHz以上的频率在所述反应容器内振动。

5.根据权利要求2所述的小型化一体超声波细胞破碎仪，其特征在于，所述第一箱体的内壁上设置有吸音波纹海绵制成的吸音层。

6.根据权利要求1所述的小型化一体超声波细胞破碎仪，其特征在于，所述主箱体的其中一侧壁上还设置有控制系统和相匹配的控制显示屏，所述超声波控制发生器、换能器和制冷机构均由控制系统控制工作，工作状态由所述控制显示屏输入和输出。

7.根据权利要求6所述的小型化一体超声波细胞破碎仪，其特征在于，所述主箱体内还设置有检测所述循环冷却槽温度的温度传感器，所述温度传感器与所述控制系统连接。

8.根据权利要求6所述的小型化一体超声波细胞破碎仪，其特征在于，所述主箱体上所述控制显示屏所在侧的侧板为透明玻璃或聚碳酸酯制成。

9.根据权利要求1所述的小型化一体超声波细胞破碎仪，其特征在于，所述制冷机构为压缩式制冷机、吸收式制冷机、蒸汽喷射式制冷机或半导体制冷其中一种，以水作为冷却介质。

10.根据权利要求9所述的小型化一体超声波细胞破碎仪，其特征在于，所述冷却槽体上的出水口通过循环水泵与所述制冷机构的进水管连接，将冷却槽体内的水注入制冷机构内，形成冷却水循环流道。