CN208999446U - 微流换液装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型属于换液设备技术领域，特别是涉及一种微流换液装置。包括细胞换液板和微流换液器；细胞换液板上设有多组换液单元，每组换液单元设有多个并排设置的换液结构，换液结构包括换液大孔，换液大孔的两侧设有吸液小孔和排液小孔，且吸液小孔和排液小孔均通过流道与换液大孔连通；微流换液器包括机身，机身上安装有两排枪头，枪头内设有活塞，每排枪头对应设有驱动枪头内活塞运行的电机，各排枪头伸入换液单元，并通过电机驱动活塞使得各排枪头进行吸液或排液。本实用新型的有益效果是：易于整合到自动化实验系统中，扩展系统功能，实现细胞的快速换液，提高了换液效率，通过两排枪头实现同步吸液和排液，效率高。

Description

微流换液装置

技术领域

本实用新型属于生物实验技术领域，特别是涉及一种微流换液装置。

背景技术

近年来，自动化检测系统以其高通量、高可靠性、方便快捷等优势在生物医药实验检测中应用越来越广泛。而细胞换液是很多实验检测的必须步骤之一，例如在细胞培养和流式细胞检测等实验中换液是必须的步骤之一，若要将这些实验检测整合到自动化系统中，必须解决细胞换液的自动化问题。

目前，人们常使用离心的方式进行换液，例如悬浮细胞，通常需要多次重复实施离心-吸液-加液-吹打步骤。在对细胞进行离心操作时，受离心力和流体静压力的作用，细胞的活性、内部结构、转录模式等会受到一定的影响。而液体如果长时间高转速离心，细胞容易破裂，极易导致细胞的死亡；但液体如果离心时间短、转速低，细胞又很难沉淀到底部，在吸除废液时，很容易造成细胞的损失。而且，离心换液的操作时间一般较长，操作步骤繁琐，吹打次数过多，细胞活性会受影响，细胞长时间暴露在空气中，也容易引起细菌、支原体污染。

另外，采用离心方式换液还需要使用离心机，而离心机在运行过程中会产生很大的震动，震动会影响到自动化系统的稳定性，甚至会使系统无法工作，因此在做系统整合时，离心机需要做特殊的隔离处理，若无法隔离，则无法将离心机整合到自动化系统中。离心机的震动问题严重阻碍了细胞换液的自动化整合，因此，人们需要一种高效、便捷的细胞换液装置。

实用新型内容

鉴于以上所述现有技术的缺点，本实用新型的目的在于提供一种微流换液装置，用于解决现有技术中细胞换液不便、换液效率低、细胞易流失、细胞换液自动化整合难等问题。

为实现上述目的及其他相关目的，本实用新型提供一种微流换液装置，包括细胞换液板和微流换液器；

所述细胞换液板上设有多组换液单元，每组换液单元设有多个并排设置的换液结构，所述换液结构包括换液大孔，所述换液大孔的两侧设有吸液小孔和排液小孔，且吸液小孔和排液小孔均通过流道与换液大孔连通；

所述微流换液器包括机身，所述机身上安装有两排枪头，所述枪头内设有活塞，每排枪头对应设有驱动枪头内活塞运行的电机，各排枪头伸入换液单元，并通过所述电机驱动活塞使得各排枪头进行吸液或排液。

本实用新型的有益效果是：实现细胞的快速换液，提高了换液效率，通过两排枪头实现同步吸液和排液，效率高，采用电机驱动两排枪头同步运行，便于实现细胞换液的自动化整合。

进一步，相邻两组所述换液单元中的一组换液单元的吸液小孔位于另一组换液单元的两个排液小孔之间。

进一步，所述细胞换液板的两端设有水槽，所述水槽围住位于细胞换液板两端换液单元的吸液小孔或排液小孔。

采用上述进一步方案的有益效果是：细胞换液板的结构布局紧凑，节省空间，并且便于多个换液结构进行同步换液，提高换液效率，通过设置水槽改善换液环境，提高换液质量。

进一步，所述机身包括机身外壳和与机身外壳连接的活塞外壳，所述电机安装在机身外壳内，所述活塞外壳内安装有两个活塞安装座，所述活塞安装在活塞安装座上，所述电机与活塞安装座连接，并驱动活塞安装座带动活塞在枪头内前后移动使得枪头吸液或排液。

进一步，所述枪头上套设有退头套，所述退头套通过连接板与活塞外壳滑动连接。

进一步，所述活塞外壳上设有第一导向孔，所述活塞安装座上设有与第一导向孔配合的第一凸起，电机推动第一凸起沿第一导向孔滑动。

进一步，所述活塞外壳的下端设有安装连接板的第二导向孔，所述连接板的一端设有伸入活塞外壳内的凸出部，所述活塞安装座上设有第二凸起，所述第二凸起滑动过程中顶住凸出部，并推动连接板与其一同滑动。

进一步，所述退头套和活塞外壳之间设有固定座，所述固定座与活塞外壳的下端固定连接。

采用上述进一步方案的有益效果是：结构简单、运行灵活稳定，通过设置两排可以独立运行的枪头实现吸液和换液的同步操作，提高换液效率，并且通过电机驱动便于实现吸液速度和排液速度的调节，调节准确，提高换液质量。

附图说明

图1为本实用新型实施例微流换液装置的工作示意图；

图2为图1中局部A的放大示意图；

图3为本实用新型实施例微流换液装置的微流换液器的装配示意图。

零件标号说明

1 细胞换液板；

11 水槽；

12 换液大孔；

13 吸液小孔；

14 排液小孔；

15 流道；

2 退头套；

3 固定座；

4 连接板；

5 枪头；

51 吸头；

61 活塞；

62 活塞安装座；

621 第一凸起；

71 活塞壳身；

711 第二导向孔；

72 壳身盖板；

721 第一导向孔；

73 固定板；

8 机身外壳；

9 电机。

具体实施方式

以下由特定的具体实施例说明本实用新型的实施方式，熟悉此技术的人士可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本实用新型的其他优点及功效。

须知，本说明书中所引用的如“上”、“下”、“左”、“右”、“中间”及“一”等的用语，亦仅为便于叙述的明了，而非用以限定本实用新型可实施的范围，其相对关系的改变或调整，在无实质变更技术内容下，当亦视为本实用新型可实施的范畴。

如图1至图3所示，本实用新型实施例的微流换液装置，包括微流换液器和细胞换液板1，微流换液器包括机身，机身上安装有两排枪头5，枪头内安装有活塞61，每排枪头对应设有驱动枪头内活塞运行的电机9，即每排枪头内的活塞对应设置一个电机9，每排枪头设置的数量根据需求设置。细胞换液板1上设有多组换液单元，每组换液单元设有多个并排设置的换液结构，换液结构包括换液大孔12，换液大孔12的两侧设有吸液小孔13和排液小孔14，且吸液小孔13和排液小孔14均通过流道15与换液大孔12连通，枪头伸入换液单元内，电机9运行各排活塞运行使得各排枪头进行吸液或排液。换液大孔12的孔径大于吸液小孔13和排液小孔14的孔径，吸液小孔13和排液小孔14的孔径相同，换液大孔12用于存储细胞悬液，吸液小孔13用于吸液，排液小孔14用于排液。吸液小孔13和排液小孔14之间设有流道15一方面延长了换液路径，避免液体流经细胞的时间过短，使得细胞不易被吸走，避免实验结果流失；另一方面，通过流道15为两排枪头提供合适的间距，避免两排枪头干涉。换液大孔12、吸液小孔13、排液小孔14、流道15的制造材料一致，并且换液大孔12、吸液小孔13、排液小孔14、流道15的深度相同，流道15的宽度相同，便于适应各种细胞换液，提高通用性，降低了生产制造的成本，而且使得液体能够平缓的流动，避免细胞被大量带走。两排枪头可以通过电机独立驱动或同步运行，在本实施例中，两排枪头同时作用，一排枪头伸入吸液小孔中吸入细胞中的废液，另一排枪头伸入排液小孔中排出新鲜的细胞培养液或者实验用培养液，并且可以通过电机转速的快慢来调节吸液或排液的速度，使得两排枪头以相同的速度进行吸液或排液，操作简单方便、灵活准确。通过电机使得枪头以缓慢的速度进行移液，在缓慢的液体流动中，细胞能不受以往操作中的离心力等物理因素影响，同时细胞中的废液被吸液端吸走，保证了细胞培养高质量的染色或者附着等实验结果。

如图1和图2所示，相邻两组换液单元中的一组换液单元的吸液小孔13位于另一组换液单元的两个排液小孔14之间，吸液小孔13与相邻换液单元的排液小孔14错开排布，使得换液结构排布紧凑，节省空间。细胞换液板1上设有水槽11，水槽11设置在细胞换液板1的两端，并围住位于细胞换液板1两端换液单元的吸液小孔13或排液小孔14，采用该结构设计可以在水槽11内添加高纯水，以保持细胞换液板内的湿度，为细胞生长提供良好的培养环境，细胞换液板1可直接用于细胞的短时间培养，也可在自动化实验设备的无菌环境中放置一段时间再进行后续的实验操作。

如图1至图3所示，机身包括机身外壳8和与机身外壳8连接的活塞外壳，电机9安装在机身外壳8内，活塞外壳包括活塞壳身71和壳身盖板72，壳身盖板72能够拆卸的连接安装在活塞壳身71上，盖住活塞壳身71，使得活塞壳身71内部形成封闭空腔，该空腔内安装有两个活塞安装座62。壳身盖板72通过固定板73与机身外壳8连接，连接时可以通过螺栓或螺钉固定连接。活塞61固定安装在活塞安装座62上，每排活塞61的数量可以根据需求进行设置，与枪头位置及数量一一对应设置。枪头5安装在活塞壳身71上，枪头5的下端伸入吸头51内，吸头51套在枪头5的下端上，通过吸头51直接与液体接触，吸头51作为耗材使用，做新的实验时便更换新的吸头。电机9与活塞安装座62连接，电机9驱动活塞安装座62在活塞壳身内移动，活塞安装座62带动活塞61在对应的枪头5内前后移动使得枪头5上密封套设的吸头51吸取液体或排出液体。

如图1至图3所示，枪头5上套设有退头套2，退头套2通过连接板4与活塞外壳滑动连接。活塞外壳的壳身盖板72上设有第一导向孔721，活塞安装座62上设有与第一导向孔721配合的第一凸起621，电机9推动活塞安装座62移动，第一凸起621沿第一导向孔721滑动导向。活塞外壳的活塞壳身71下端的两侧设有安装连接板4的第二导向孔711，连接板4与活塞壳身71连接的一端内侧设有伸入活塞壳身71内的凸出部，活塞安装座62的两侧上设有第二凸起，电机9带动第二凸起移动到第二导向孔711处时便顶住凸出部，从而推动连接板4沿第二导向孔711滑动，连接板4推动退头套2移动推出吸头51，使得吸头51脱离枪头5，便于更换新的吸头51。

如图1至图3所示，退头套2和活塞外壳之间设有固定座3，固定座3与活塞外壳的下端固定连接，通过连接螺栓依次穿过退头套2和固定座3使得退头套2和固定座3连接在一起，在连接螺栓装上螺母使得退头套2能在一定范围内移动。连接螺栓上装有用于退头套2复位的复位弹簧，复位弹簧套设在连接螺栓上，复位弹簧可以位于退头套2内或者位于固定座3内。当复位弹簧位于退头套2内时，退头套2下行时复位弹簧要处于拉伸状态，才能使得第二凸起的推力消失后复位弹簧带动退头套2上行复位；当复位弹簧位于固定座3内时，退头套2下行时复位弹簧要处于压缩状态，才能使得第二凸起的推力消失后复位弹簧带动退头套2上行复位。

其工作过程为：1)使用移液器将细胞悬液移入细胞换液板1的换液大孔12中，此时液体会慢慢扩散到换液大孔12两侧的吸液小孔13和排液小孔14内，使得换液单元中吸液小孔13、排液小孔14均和换液大孔12中的液体连通；2)将微流换液器插入到细胞换液板1中的吸液小孔13和排液小孔14内，同时作用；3)微流换液器排液枪头缓慢的排出新液体，同时吸液枪头以相同的速度吸入废液。此过程中，液体的流速非常缓慢，而细胞悬液中的细胞群落由于惯性的作用，会倾向于保持原位置不动，只会向吸液小孔13方向有较小的位移，最终液体的缓慢流动不会造成细胞大量的移动到吸液小孔13中，从而避免细胞被大量地吸走，而只有极少一部分细胞会被吸液枪头吸走，产生较小的细胞损失。

微流换液装置初始工作时，先将细胞悬液由换液大孔12置于换液结构中静置，然后通过其中一排枪头向吸液小孔13中连续注入新液，新液沿着流道15平缓流动至排液小孔成为废液，并通过另一排枪头连续吸走排液小孔14处的废液。枪头注入新液的速度和吸走废液的速度相同，以流速为40μL/min～60μL/min，使得液体在流道15中平缓稳定的流动，保证了换液效果。初始时，先将细胞悬液置于换液大孔12中，由于中间的换液大孔容量较两边的吸液小孔和排液小孔要大一些，能容纳较多的液体，在液体柱重量和张力的影响会倾向于往两边的吸液小孔13和排液小孔14扩散，使得之后吸液换液操作开始时的液体易连接成一个通道。若细胞悬液初始时直接从吸液小孔注入，并由排液小孔吸走，在换液过程中会被流动的液体带动，时间过长还会被液体带到废液端去，易造成细胞的损失。

本实用新型主要有以下优点：(1)通用适配，微流移液装置可以单独使用，也可以整合到各自动化生物实验工作站，与自动移液工作站中的机械臂连接实现对细胞的自动换液操作，而且在换液操作中，只要更换与实验匹配的枪头便能完成不同实验的换液；(2)工序简单，直接将细胞悬液移液到细胞换液板中的换液大孔内，然后通过微流移液器一次性完成换液；(3)方便自动化系统的整合，微流换液装置换液过程中无需使用离心机，消除了震动对自动化设备的影响，方便了自动化系统的整合；(4)并行高效，微流换液装置采用多通道并行的方式进行换液，极大缩短了单孔平均换液时间；(5)提高质量、安全和效益，微流换液器换液过程中，细胞在细胞换液板中通过换液器的微流移液操作完成换液，避免细胞与空气直接接触，减少了人为操作产生的细胞污染情况和使用离心机产生的细胞损伤情况，保持了实验的一致性，能够节约实验成本，降低污染和损失的风险。

通过使用本实用新型的微流换液装置，细胞经过温和的洗涤而不受损伤，能产生更高的细胞捕获和分选保留。例如在流式细胞荧光分选技术(FACs)分析实验中，避免了离心机的使用，简化缩短了工作流程和时间，降低了因为使用离心机而产生的细胞损失和因为应激的洗涤而导致生物标志物改变的风险。此外，如果细胞表面标志物未被修饰，则未结合的抗体能被有效洗脱，将会得到更好的分选数据。尤其对于高通量流式细胞实验室，能够通过减少人工处理的差异来实现一致性，最终使细胞保留率大于90％。通过使用无离心机换液可以实现高效的细胞染色效果并保留了较高的细胞数量，具有保持更高细胞数量而不损害实验数据完整性的优势，且能够轻松集成到实验室自动化设备中和自动化实验室平台。

上述实施例仅例示性说明本实用新型的原理及其功效，而非用于限制本实用新型。任何熟悉此技术的人士皆可在不违背本实用新型的精神及范畴下，对上述实施例进行修饰或改变。因此，举凡所属技术领域中具有通常知识者在未脱离本实用新型所揭示的精神与技术思想下所完成的一切等效修饰或改变，仍应由本实用新型的权利要求所涵盖。

Claims (8)

1.一种微流换液装置，其特征在于：包括细胞换液板和微流换液器；

所述细胞换液板上设有多组换液单元，每组换液单元设有多个并排设置的换液结构，所述换液结构包括换液大孔，所述换液大孔的两侧设有吸液小孔和排液小孔，且吸液小孔和排液小孔均通过流道与换液大孔连通；

所述微流换液器包括机身，所述机身上安装有两排枪头，所述枪头内设有活塞，每排枪头对应设有驱动枪头内活塞运行的电机，各排枪头伸入换液单元，并通过所述电机驱动活塞使得各排枪头进行吸液或排液。

2.根据权利要求1所述的微流换液装置，其特征在于：相邻两组所述换液单元中的一组换液单元的吸液小孔位于另一组换液单元的两个排液小孔之间。

3.根据权利要求1所述的微流换液装置，其特征在于：所述细胞换液板的两端设有水槽，所述水槽围住位于细胞换液板两端换液单元的吸液小孔或排液小孔。

4.根据权利要求1所述的微流换液装置，其特征在于：所述机身包括机身外壳和与机身外壳连接的活塞外壳，所述电机安装在机身外壳内，所述活塞外壳内安装有两个活塞安装座，所述活塞安装在活塞安装座上，所述电机与活塞安装座连接，并驱动活塞安装座带动活塞在枪头内前后移动使得枪头吸液或排液。

5.根据权利要求4所述的微流换液装置，其特征在于：所述枪头上套设有退头套，所述退头套通过连接板与活塞外壳滑动连接。

6.根据权利要求5所述的微流换液装置，其特征在于：所述活塞外壳上设有第一导向孔，所述活塞安装座上设有与第一导向孔配合的第一凸起，电机推动第一凸起沿第一导向孔滑动。

7.根据权利要求6所述的微流换液装置，其特征在于：所述活塞外壳的下端设有安装连接板的第二导向孔，所述连接板的一端设有伸入活塞外壳内的凸出部，所述活塞安装座上设有第二凸起，所述第二凸起滑动过程中顶住凸出部，并推动连接板与其一同滑动。

8.根据权利要求6所述的微流换液装置，其特征在于：所述退头套和活塞外壳之间设有固定座，所述固定座与活塞外壳的下端固定连接。