CN213600595U - 一种研究气泡捕获单藻细胞效果的实验装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开一种研究气泡捕获单藻细胞效果的实验装置，该装置主要由实验桌、计算机、倒置显微镜、微流控芯片以及实验柜构成，通过计算机内图像分析软件观察倒置显微镜的输出的微流控芯片内部图像，研究气泡捕获单藻细胞效果；设计四层无门实验柜放置相关实验物品，有利于实验物品管理；在实验桌前侧边缘设置8个开关按钮，实验人员通过按压相应开关，MCU控制系统控制相关部件的启停实现在线调节磷酸缓冲液的pH值，简化人工调节的繁琐步骤，避免危险物品对实验员造成危害；整个装置能有效减轻实验员操作负担，提高实验效率。

Description

一种研究气泡捕获单藻细胞效果的实验装置

技术领域

本实用新型涉及藻类细胞捕获技术领域，特别的是一种研究气泡捕获单藻细胞效果的实验装置。

背景技术

微藻在水产养殖过程中具有不可忽视的作用，不仅能通过光合作用为水体提供充足的溶解氧，还能降低水体中的有机污染物质。然而，在养殖过程中，往往存在多种因素导致藻类活性降低，甚至死亡。一旦藻类大量死亡，极易导致水体腐败，溶氧消耗加速，产生大量的氨氮和亚硝酸盐，不利于水产品生存。因此，科研人员开展对微藻细胞活性检测具有重要意义。实验室开展微藻细胞活性检测往往需要先捕获微藻细胞，目前常采用气泡捕获单藻细胞技术，经研究，不同藻类细胞的捕获效果受到缓冲液pH值、微流控芯片微通道尺寸的影响，且气泡捕获单藻细胞实验步骤较为繁琐，多为人工操作，因此，设计一种研究气泡捕获单藻细胞效果的实验装置，可以简化实验步骤，提高实验效率。

发明内容

为克服上述缺点，本实用新型提出一种研究气泡捕获单藻细胞效果的实验装置，可以简化实验步骤，提高实验效率。

本实用新型一种研究气泡捕获单藻细胞效果的实验装置采用的技术方案是：主要由实验桌、计算机、倒置显微镜、微流控芯片以及实验柜构成，其特征在于：实验桌从左至右依次放置计算机、倒置显微镜与实验柜，计算机连接倒置显微镜，倒置显微镜的承载平台放置微流控芯片；实验柜是无门四层柜，实验柜第一层底部设有二号基座，二号基座右侧设有第二步进电机第二步进电机的二号丝杆依次穿过第三固定块、第二滑块后与第四固定块固定；第三固定块与第四固定块均固定在二号基座上，第二步进电机与第三固定块固定连接，第二微量注射器穿过第四固定块，第二微量注射器的第二活塞柄右端与第二滑块固定，第二微量注射器的注射口与第二导管的一端密封连接，第二导管的另一端穿过二号通孔与微流控芯片的进气口密封连接；实验柜第二层底部设有一号基座，一号基座右侧设有第一步进电机，第一步进电机的一号丝杆依次穿过第一固定块、第一滑块后与第二固定块固定；第一固定块与第二固定块均固定在一号基座上，第一步进电机与第一固定块固定连接，第一微量注射器穿过第二固定块，第一微量注射器的第一活塞柄右端与第一滑块固定，第一微量注射器的注射口与第一导管的一端密封连接，第一导管的另一端穿过一号通孔与微流控芯片的进液口密封连接，第一导管靠近第一微量注射器的注射口处设有第五电磁阀；第一微量注射器的上方设有吸液口，吸液口密封连接由第四导管与第七导管构成的Y型导管的一端；实验柜第三层左侧放置四号液罐，四号液罐内还放置pH传感器；四号液罐的右侧放置pH测试仪，pH测试仪与pH传感器连接；四号液罐的底部开孔并与第七导管的一端密封连接，第七导管靠近吸液口处设有第四电磁阀；实验柜第四层从左至右依次放置一号液罐，二号液罐与三号液罐，一号液罐底部开孔并与第四导管的一端密封连接；第四导管靠近吸液口处设有第三电磁阀；二号液罐底部开孔并与第五导管一端密封连接，第五导管另一端插入四号液罐中，且第五导管靠近四号液罐一侧设有第一电磁阀；三号液罐底部开孔并与第六导管一端密封连接，第六导管另一端插入四号液罐中，且第六导管靠近四号液罐一侧设有第二电磁阀；实验桌位于计算机与倒置显微镜之间设有三号通孔，实验桌底部安装废液盒，微流控芯片的出液口与第三导管一端密封连接，第三导管另一端穿过三号通孔插入废液盒中；实验桌底部位于倒置显微镜与实验柜之间安装MCU控制电路盒；实验桌的前侧边缘设有8个开关，从右至左分别是：启动开关、第一电磁阀开关、第二电磁阀开关、第三电磁阀开关、第四电磁阀开关、第五电磁阀开关、第一步进电机开关与第二步进电机开关。

本实用新型与已有方法和技术相比，具有如下优点：

(1)本实用新型通过在实验桌前侧边缘设置8个开关按钮，便于实验人员操作控制相关设备的启停，有效减轻人工操作负担，提高实验效率。

(2)本实用新型通过MCU控制系统控制相关部件实现在线调节磷酸缓冲液的pH值，简化人工调节的繁琐步骤，避免危险物品对实验员造成危害。

(3)本实用新型设计实验柜放置相关实验物品，有利于实验物品管理。

附图说明

图1为一种研究气泡捕获单藻细胞效果的实验装置整体结构示意图。

图2为一种研究气泡捕获单藻细胞效果的实验装置电路控制框图。

附图中各部件的序号和名称：1、实验桌，2、计算机，3、倒置显微镜，4、微流控芯片，5、承载平台，6、实验柜，7、一号液罐，8、二号液罐，9、三号液罐，10、四号液罐，11、 pH传感器，12、pH测试仪，13、一号基座，14、第一步进电机，15、一号丝杆，16、第一固定块，17、第一滑块，18、第二固定块，19、第一微量注射器，20、第一活塞柄，21、吸液口，22、一号通孔，23、二号基座，24、第二步进电机，25、二号丝杆，26、第三固定块， 27、第二滑块，28、第四固定块，29、第二微量注射器，30、第二活塞柄，31、二号通孔，32、MCU控制电路盒，33、废液盒，34、三号通孔，35、第一导管，36、第二导管，37、第三导管，38、进液口，39、进气口，40、出液口，41、第四导管，42、第五导管，43、第六导管，44、第七导管，45、第一电磁阀，46、第二电磁阀，47、第三电磁阀，48、第四电磁阀，49、第五电磁阀，50、启动开关，51、第一电磁阀开关，52、第二电磁阀开关，53、第三电磁阀开关，54、第四电磁阀开关，55、第五电磁阀开关，56、第一步进电机开关，57、第二步进电机开关，58、MCU控制系统，59、电源转换模块。

具体实施方式

参见图1，为本实用新型一种研究气泡捕获单藻细胞效果的实验装置整体结构示意图。该装置主要由实验桌1、计算机2、倒置显微镜3、微流控芯片4以及实验柜6构成，实验桌 1从左至右依次放置计算机2、倒置显微镜3与实验柜6。计算机2连接倒置显微镜3，倒置显微镜3的承载平台5放置微流控芯片4。

实验柜6是无门四层柜，为便于说明，最底层为第一层，最上层为第四层。实验柜6第一层底部设有二号基座23，二号基座23右侧设有第二步进电机24，第二步进电机24的二号丝杆25依次穿过第三固定块26、第二滑块27后与第四固定块28固定；第三固定块26与第四固定块28均固定在二号基座23上，第二步进电机24与第三固定块26固定连接，第二微量注射器29穿过第四固定块28，第二微量注射器29的第二活塞柄30右端与第二滑块27固定，第二微量注射器29的注射口与第二导管36的一端密封连接，第二导管36的另一端穿过二号通孔31与微流控芯片4的进气口39密封连接；第二微量注射器29内含气体，二号丝杆 25通过螺孔配合连接第二滑块27，形成丝杆螺母机构，如此，第二步进电机24旋转时，二号丝杆25转动，通过二号丝杆25带动第二滑块27水平移动，第二活塞柄30也水平移动，从而将第二微量注射器29内部的气体经过第二导管36注射入微流控芯片4内。

实验柜6第二层底部设有一号基座13，一号基座13右侧设有第一步进电机14，第一步进电机14的一号丝杆15依次穿过第一固定块16、第一滑块17后与第二固定块18固定；第一固定块16与第二固定块18均固定在一号基座13上，第一步进电机14与第一固定块16固定连接，第一微量注射器19穿过第二固定块18，第一微量注射器19的第一活塞柄20右端与第一滑块17固定，第一微量注射器19的注射口与第一导管35的一端密封连接，第一导管 35的另一端穿过一号通孔22与微流控芯片4的进液口38密封连接，第一导管35靠近第一微量注射器19的注射口处设有第五电磁阀49，用于控制第一导管35的流通；第一微量注射器19的上方设有吸液口21，吸液口21密封连接由第四导管41与第七导管44构成的Y型导管的一端。

实验柜6第三层左侧放置四号液罐10，四号液罐10内盛放磷酸盐缓冲液，四号液罐10 内还放置pH传感器11，用于检测磷酸盐缓冲液的pH值；四号液罐10的右侧放置pH测试仪12，pH测试仪12与pH传感器11连接，用于显示pH传感器11采集的pH值供研究人员查看；四号液罐10的底部开孔并与第七导管44的一端密封连接，第七导管44靠近吸液口 21处设有第四电磁阀48，用于控制第七导管44的流通。

实验柜6第四层从左至右依次放置一号液罐7，二号液罐8与三号液罐9，一号液罐7内盛放微藻细胞悬浮液，二号液罐8内盛放盐酸溶液，三号液罐9内盛放氢氧化钠溶液；一号液罐7底部开孔并与第四导管41的一端密封连接；第四导管41靠近吸液口21处设有第三电磁阀47，用于控制第四导管41的流通；二号液罐8底部开孔并与第五导管42一端密封连接，第五导管42另一端插入四号液罐10中，且第五导管42靠近四号液罐10一侧设有第一电磁阀45，用于控制第五导管42的流通；三号液罐9底部开孔并与第六导管43一端密封连接，第六导管43另一端插入四号液罐10中，且第六导管43靠近四号液罐10一侧设有第二电磁阀46，用于控制第六导管43的流通。

实验桌1位于计算机2与倒置显微镜3之间设有三号通孔34，实验桌1底部(三号通孔 34正下方)安装废液盒33，微流控芯片4的出液口40与第三导管37一端密封连接，第三导管37另一端穿过三号通孔34插入废液盒33中，用于收集微流控芯片4排出的废液；实验桌 1底部位于倒置显微镜3与实验柜6之间安装MCU控制电路盒32。

实验桌1的前侧边缘设有8个开关，从右至左分别是：启动开关50、第一电磁阀开关51、第二电磁阀开关52、第三电磁阀开关53、第四电磁阀开关54、第五电磁阀开关55、第一步进电机开关56与第二步进电机开关57。

参见图2，为本实用新型一种研究气泡捕获单藻细胞效果的实验装置电路控制框图。MCU 控制电路盒32中放置的是由MCU控制系统58与电源转换模块59构成的集成电路板。MCU 控制系统32通过不同的端口连接启动开关50、第一电磁阀开关51、第二电磁阀开关52、第三电磁阀开关53、第四电磁阀开关54、第五电磁阀开关55、第一步进电机开关56、第二步进电机开关57、第一电磁阀45、第二电磁阀46、第三电磁阀47、第四电磁阀48、第五电磁阀49、第一步进电机14、第二步进电机24以及pH测试仪12。其中，MCU控制系统32的输入端连接启动开关50、第一电磁阀开关51、第二电磁阀开关52、第三电磁阀开关53、第四电磁阀开关54、第五电磁阀开关55、第一步进电机开关56与第二步进电机开关57；MCU 控制系统32的输出端连接第一电磁阀45、第二电磁阀46、第三电磁阀47、第四电磁阀48、第五电磁阀49、第一步进电机14、第二步进电机24以及pH测试仪12；整个装置采用220V 交流电源供电，需要通过电源转换模块59将220V电压转换为上述部件工作所需要的电压。

参见图1-2，要研究不同磷酸缓冲液pH对气泡捕获单藻细胞效果的影响，就要在实验过程中实时调节磷酸缓冲液pH值，当需要提高磷酸缓冲液pH值时，则按下第二电磁阀开关 52，MCU控制系统58开启第二电磁阀46，三号液罐9内盛放氢氧化钠溶液经过第六导管43流入四号液罐10中，与磷酸缓冲液充分混合，当实验员观察pH测试仪12数值与上次数值相差0.1后，连续按压两次第二电磁阀开关52，MCU控制系统58关闭第二电磁阀46；

若要降低磷酸缓冲液pH值时，则按下第一电磁阀开关51，MCU控制系统58开启第一电磁阀45，二号液罐8内盛放的盐酸溶液经过第五导管42流入四号液罐10中，与磷酸缓冲液充分混合，当实验员观察pH测试仪12数值与上次数值相差0.1后，连续按压两次第一电磁阀开关51，MCU控制系统58关闭第一电磁阀45。

当磷酸缓冲液pH调节完成后，则可以进行相关实验，本实用新型一种研究气泡捕获单藻细胞效果的实验装置具体实验步骤如下：

步骤一：实验员用第二微量注射器29抽取一定量气体并固定，启动计算机2、倒置显微镜3，按下启动开关50，MCU控制系统58通电；

步骤二：实验员记录pH测试仪12显示的pH值，按下第四电磁阀开关54，开启第四电磁阀48；按压一次第一步进电机开关56，第一步进电机14正转，第一滑块17带动第一活塞柄20水平右移，第一微量注射器19抽取10uL磷酸缓冲液后，第一步进电机14自动停止，第四电磁阀开关54自动关闭；

步骤三：按下第五电磁阀开关55，开启第五电磁阀49，连续按压两次第一步进电机开关 56，第一步进电机14反转，第一滑块17带动第一活塞柄20水平左移，第一微量注射器19 将10uL磷酸缓冲液从进液口38注入至微流控芯片4后，第一步进电机14自动停止，第五电磁阀49自动关闭；

步骤四：按下一次第二步进电机开关57，第二步进电机24反转一次，第二滑块27带动第二活塞柄30水平左移，第二微量注射器29从进气口39在微流控芯片4内产生一个气泡后，第二步进电机24自动停止；

步骤五：按下第三电磁阀开关53，开启第三电磁阀47，按压一次第一步进电机开关56，第一步进电机14正转，第一滑块17带动第一活塞柄20水平右移，第一微量注射器19抽取10uL微藻细胞悬浮液后，第一步进电机14自动停止，第三电磁阀47自动关闭；

步骤六：按下第五电磁阀开关55，开启第五电磁阀49，连续按压两次第一步进电机开关 56，第一步进电机14反转，第一滑块17带动第一活塞柄20水平左移，第一微量注射器19 将10uL微藻细胞悬浮液从进液口38注入至微流控芯片4后，第一步进电机14自动停止，第五电磁阀49自动关闭；

步骤七：实验员通过按压第二步进电机开关57，控制第二步进电机24反转的次数，利用第二微量注射器29控制微流控芯片4内气泡的运动，整个过程实验员通过计算机2的图像分析软件观察倒置显微镜3的输出的微流控芯片4内部图像，研究气泡捕获单藻细胞效果。

Claims (3)

1.一种研究气泡捕获单藻细胞效果的实验装置，主要由实验桌(1)、计算机(2)、倒置显微镜(3)、微流控芯片(4)以及实验柜(6)构成，其特征在于：实验桌(1)从左至右依次放置计算机(2)、倒置显微镜(3)与实验柜(6)，计算机(2)连接倒置显微镜(3)，倒置显微镜(3)的承载平台(5)放置微流控芯片(4)；实验柜(6)是无门四层柜，实验柜(6)第一层底部设有二号基座(23)，二号基座(23)右侧设有第二步进电机(24)，第二步进电机(24)的二号丝杆(25)依次穿过第三固定块(26)、第二滑块(27)后与第四固定块(28)固定；第三固定块(26)与第四固定块(28)均固定在二号基座(23)上，第二步进电机(24)与第三固定块(26)固定连接，第二微量注射器(29)穿过第四固定块(28)，第二微量注射器(29)的第二活塞柄(30)右端与第二滑块(27)固定，第二微量注射器(29)的注射口与第二导管(36)的一端密封连接，第二导管(36)的另一端穿过二号通孔(31)与微流控芯片(4)的进气口(39)密封连接；实验柜(6)第二层底部设有一号基座(13)，一号基座(13)右侧设有第一步进电机(14)，第一步进电机(14)的一号丝杆(15)依次穿过第一固定块(16)、第一滑块(17)后与第二固定块(18)固定；第一固定块(16)与第二固定块(18)均固定在一号基座(13)上，第一步进电机(14)与第一固定块(16)固定连接，第一微量注射器(19)穿过第二固定块(18)，第一微量注射器(19)的第一活塞柄(20)右端与第一滑块(17)固定，第一微量注射器(19)的注射口与第一导管(35)的一端密封连接，第一导管(35)的另一端穿过一号通孔(22)与微流控芯片(4)的进液口(38)密封连接，第一导管(35)靠近第一微量注射器(19)的注射口处设有第五电磁阀(49)；第一微量注射器(19)的上方设有吸液口(21)，吸液口(21)密封连接由第四导管(41)与第七导管(44)构成的Y型导管的一端；实验柜(6)第三层左侧放置四号液罐(10)，四号液罐(10)内还放置pH传感器(11)；四号液罐(10)的右侧放置pH测试仪(12)，pH测试仪(12)与pH传感器(11)连接；四号液罐(10)的底部开孔并与第七导管(44)的一端密封连接，第七导管(44)靠近吸液口(21)处设有第四电磁阀(48)；实验柜(6)第四层从左至右依次放置一号液罐(7)，二号液罐(8)与三号液罐(9)，一号液罐(7)底部开孔并与第四导管(41)的一端密封连接；第四导管(41)靠近吸液口(21)处设有第三电磁阀(47)；二号液罐(8)底部开孔并与第五导管(42)一端密封连接，第五导管(42)另一端插入四号液罐(10)中，且第五导管(42)靠近四号液罐(10)一侧设有第一电磁阀(45)；三号液罐(9)底部开孔并与第六导管(43)一端密封连接，第六导管(43)另一端插入四号液罐(10)中，且第六导管(43)靠近四号液罐(10)一侧设有第二电磁阀(46)；实验桌(1)位于计算机(2)与倒置显微镜(3)之间设有三号通孔(34)，实验桌(1)底部安装废液盒(33)，微流控芯片(4)的出液口(40)与第三导管(37)一端密封连接，第三导管(37)另一端穿过三号通孔(34)插入废液盒(33)中；实验桌(1)底部位于倒置显微镜(3)与实验柜(6)之间安装MCU控制电路盒(32)；实验桌(1)的前侧边缘设有8个开关，从右至左分别是：启动开关(50)、第一电磁阀开关(51)、第二电磁阀开关(52)、第三电磁阀开关(53)、第四电磁阀开关(54)、第五电磁阀开关(55)、第一步进电机开关(56)与第二步进电机开关(57)。

2.根据权利要求1所述一种研究气泡捕获单藻细胞效果的实验装置，其特征在于：一号液罐(7)内盛放微藻细胞悬浮液，二号液罐(8)内盛放盐酸溶液，三号液罐(9)内盛放氢氧化钠溶液。

3.根据权利要求1所述一种研究气泡捕获单藻细胞效果的实验装置，其特征在于：四号液罐(10)内盛放磷酸盐缓冲液。

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