CN220132224U - 一种模拟微重力的声悬浮式生物培养装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型属于生物培养装置技术领域，尤其涉及一种模拟微重力的声悬浮式生物培养装置，包括培养箱，培养箱顶端固定连接有扩展箱，扩展箱顶端固定连接有控制箱，培养箱内设置有超声悬浮部，扩展箱内固定设置有升降部，超声悬浮部顶端与升降部螺纹连接，培养箱两相对内侧壁固定连接有摄像部、温湿度控制部，摄像部、温湿度控制部分别位于超声悬浮部两侧，控制箱内设置有控制部，超声悬浮部、升降部、摄像部与控制部电性连接。本实用新型的装置能够利用超声波形成微重力环境，通过微重力环境对生物样本进行培养研究。

Description

一种模拟微重力的声悬浮式生物培养装置

技术领域

本实用新型属于生物培养装置技术领域，尤其涉及一种模拟微重力的声悬浮式生物培养装置。

背景技术

目前，模拟微重力环境使材料处于悬浮状态有四种常用手段：静电悬浮、气悬浮、磁悬浮、声悬浮。静电悬浮、气悬浮方法在实验过程需搅动和改变样品；磁悬浮方法只支持铁磁材料，抗磁性材料可以通过排斥样品的磁铁悬浮。而声悬浮是利用声波捕获不同材料和各种毫米尺寸的粒子的新式悬浮技术，对被悬浮物几乎没有特殊要求。目前声悬浮技术往往利用声波对物体进行无接触移动，而少见利用声波模拟微重力环境进行生命培养的装置。因此，需要设计一种模拟微重力的声悬浮式生物培养装置。

实用新型内容

本实用新型的目的是提供一种模拟微重力的声悬浮式生物培养装置，达到利用声波模拟微重力环境从而对生物培养进行研究的目的。

为实现上述目的，本实用新型提供了如下方案：一种模拟微重力的声悬浮式生物培养装置，包括培养箱，所述培养箱顶端固定连接有扩展箱，所述扩展箱顶端固定连接有控制箱，所述培养箱内设置有超声悬浮部，所述扩展箱内固定设置有升降部，所述超声悬浮部顶端与所述升降部螺纹连接，所述培养箱两相对内侧壁固定连接有摄像部、温湿度控制部，所述摄像部、温湿度控制部分别位于所述超声悬浮部两侧，所述控制箱内设置有控制部，所述超声悬浮部、升降部、摄像部与所述控制部电性连接。

优选的，所述超声悬浮部包括下集成槽，所述下集成槽底端固定连接有若干竖直设置的支撑杆，所述支撑杆底端与所述培养箱底壁固定连接，所述下集成槽上方对应设置有上集成槽，所述上集成槽与所述升降部螺纹连接，所述下集成槽、上集成槽内分别固定连接有若干均匀布置的超声波换能器，所述超声波换能器与所述控制部电性连接。

优选的，所述升降部包括第二电机，所述第二电机与所述扩展箱内侧壁固定连接，所述第二电机输出轴固定连接有第二丝杠一端，所述第二丝杠另一端与所述扩展箱另一内侧壁转动连接，所述扩展箱底端设置为开口，所述第二丝杠上固定套设有两个主动锥齿轮，每个所述主动锥齿轮垂直啮合有从动锥齿轮，所述从动锥齿轮底端同轴固定连接有螺纹杆一端，所述螺纹杆另一端转动连接有第四支撑座，所述第四支撑座与所述培养箱内侧壁固定连接，所述螺纹杆上螺纹连接有螺纹套环，所述螺纹套环与所述上集成槽外侧壁底端固定连接，所述第二电机与所述控制部电性连接。

优选的，所述摄像部包括第一电机，所述第一电机通过固定连杆与所述培养箱内侧壁固定连接，所述第一电机输出轴固定连接有第一丝杠一端，所述第一丝杠另一端转动连接有第一支撑座，所述第一支撑座与所述培养箱内侧壁固定连接，所述第一丝杠上螺纹连接有升降板一端，所述升降板另一端滑动连接有导向杆，所述导向杆底端固定连接有第二支撑座，所述导向杆顶端固定连接有第三支撑座，所述第二支撑座、第三支撑座均与所述培养箱内侧壁固定连接，所述升降板侧壁与所述培养箱内侧壁滑动接触，所述升降板顶端固定连接有显微镜，所述显微镜的目镜对应设置有摄像机，所述摄像机与所述升降板顶端固定连接，所述第一电机与所述控制部电性连接。

优选的，所述控制部包括第一单片机，所述控制箱底端设置为开口，所述第一单片机电性连接有功率放大器，所述功率放大器与所述超声波换能器电性连接，所述第一电机、第二电机与所述第一单片机电性连接，所述控制箱顶壁固定连接有冷却风扇，所述冷却风扇与所述第一单片机电性连接，所述控制箱侧壁开设有通风孔。

优选的，所述温湿度控制部包括第二单片机，所述第二单片机电性连接有温度传感器、湿度传感器、加热器、制冷器、喷雾器，所述第二单片机、温度传感器、湿度传感器、加热器、制冷器、喷雾器与所述培养箱内侧壁固定连接，所述喷雾器连通有水箱，所述水箱与所述培养箱外侧壁固定连接。

与现有技术相比，本实用新型具有如下优点和技术效果：

本实用新型通过设置的超声悬浮部来模拟微重力环境，将需要研究的生物样本置于模拟出来的微重力环境中进行培养观察，设置的升降部可以调节超声悬浮部的高度，进而改变微重力环境来调节所培养的生物样本的高度位置，设置的摄像部能够对生物样本的培养过程进行记录，方便后期进行研究，设置的温湿度控制部能够时刻捕捉装置内部的温湿度变化，并对温湿度进行调节，为生物样本的培养提供最适宜的温湿度，设置的控制部能够按照既定程序对装置进行控制，确保生物样本培养过程中所得到的各种数据的准确性。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本实用新型的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图：

图1为本实用新型整体结构示意图；

图2为图1中A的局部放大图；

图3为本实用新型摄像部侧视图；

图4为本实用新型温湿度控制部结构示意图。

其中，1、培养箱；2、扩展箱；3、控制箱；4、下集成槽；5、上集成槽；6、超声波换能器；7、第一电机；8、第一丝杠；9、第一支撑座；10、升降板；11、第二支撑座；12、导向杆；13、第三支撑座；14、显微镜；15、摄像机；16、固定连杆；17、第二电机；18、第二丝杠；19、螺纹杆；20、螺纹套环；21、第四支撑座；22、第一单片机；23、功率放大器；24、冷却风扇；25、第二单片机；26、温度传感器；27、湿度传感器；28、加热器；29、制冷器；30、喷雾器；31、水箱；32、支撑杆；33、通风孔；34、主动锥齿轮；35、从动锥齿轮。

具体实施方式

下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型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实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，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，都属于本实用新型保护的范围。

为使本实用新型的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本实用新型作进一步详细的说明。

参照图1-图4，本实用新型提供一种模拟微重力的声悬浮式生物培养装置，包括培养箱1，培养箱1顶端固定连接有扩展箱2，扩展箱2顶端固定连接有控制箱3，培养箱1内设置有超声悬浮部，扩展箱2内固定设置有升降部，超声悬浮部顶端与升降部螺纹连接，培养箱1两相对内侧壁固定连接有摄像部、温湿度控制部，摄像部、温湿度控制部分别位于超声悬浮部两侧，控制箱3内设置有控制部，超声悬浮部、升降部、摄像部与控制部电性连接。

通过设置的超声悬浮部来模拟微重力环境，将需要研究的生物样本置于模拟出来的微重力环境中进行培养观察，设置的升降部可以调节超声悬浮部的高度，进而改变微重力环境来调节所培养的生物样本的高度位置，设置的摄像部能够对生物样本的培养过程进行记录，方便后期进行研究，设置的温湿度控制部能够时刻捕捉装置内部的温湿度变化，并对温湿度进行调节，为生物样本的培养提供最适宜的温湿度，设置的控制部能够按照既定程序对装置进行控制，确保生物样本培养过程中所得到的各种数据的准确性。

进一步优化方案，超声悬浮部包括下集成槽4，下集成槽4底端固定连接有若干竖直设置的支撑杆32，支撑杆32底端与培养箱1底壁固定连接，下集成槽4上方对应设置有上集成槽5，上集成槽5与升降部螺纹连接，下集成槽4、上集成槽5内分别固定连接有若干均匀布置的超声波换能器6，超声波换能器6与控制部电性连接。

超声波换能器6选择型号为TCT40-16T的超声波换能器，控制部对超声波换能器6进行控制，使超声波换能器6将系统的电信号转换成超声波发射出去，超声波在下集成槽4与上集成槽5之间形成微重力环境，然后将生物样本置于微重力环境中进行培养。

进一步优化方案，升降部包括第二电机17，第二电机17与扩展箱2内侧壁固定连接，第二电机17输出轴固定连接有第二丝杠18一端，第二丝杠18另一端与扩展箱2另一内侧壁转动连接，扩展箱2底端设置为开口，第二丝杠18上固定套设有两个主动锥齿轮34，每个主动锥齿轮34垂直啮合有从动锥齿轮35，从动锥齿轮35底端同轴固定连接有螺纹杆19一端，螺纹杆19另一端转动连接有第四支撑座21，第四支撑座21与培养箱1内侧壁固定连接，螺纹杆19上螺纹连接有螺纹套环20，螺纹套环20与上集成槽5外侧壁底端固定连接，第二电机17与控制部电性连接。

控制部控制第二电机17工作，第二电机17带动第二丝杠18转动，第二丝杠18转动的过程中通过主动锥齿轮34与从动锥齿轮35的啮合作用带动螺纹杆19旋转，螺纹杆19旋转的过程中螺纹套环20上下移动，进而带动上集成槽5以及上集成槽5内部的超声波换能器6上下移动，对所形成的微重力环境进行调节，提高生物样本在微重力环境中悬浮的稳定性。

进一步优化方案，摄像部包括第一电机7，第一电机7通过固定连杆16与培养箱1内侧壁固定连接，第一电机7输出轴固定连接有第一丝杠8一端，第一丝杠8另一端转动连接有第一支撑座9，第一支撑座9与培养箱1内侧壁固定连接，第一丝杠8上螺纹连接有升降板10一端，升降板10另一端滑动连接有导向杆12，导向杆12底端固定连接有第二支撑座11，导向杆12顶端固定连接有第三支撑座13，第二支撑座11、第三支撑座13均与培养箱1内侧壁固定连接，升降板10侧壁与培养箱1内侧壁滑动接触，升降板10顶端固定连接有显微镜14，显微镜14的目镜对应设置有摄像机15，摄像机15与升降板10顶端固定连接，第一电机7与控制部电性连接。

显微镜14的物镜对准培养的生物样本，摄像机15通过显微镜14的目镜对生物样本的培养过程进行摄像记录，通过控制第一电机7工作带动第一丝杠8旋转，第一丝杠8旋转的过程中带动升降板10升降，进而带动显微镜14和摄像机15升降，这样显微镜14可以对微重力环境内不同高度位置的生物样本培养过程进行捕捉。摄像机15可以通过无线连接的方式与外界的手机、PC端或其他影像记录设备进行连接，以便随时观看和记录生物样本的培养过程。

进一步优化方案，控制部包括第一单片机22，控制箱3底端设置为开口，第一单片机22电性连接有功率放大器23，功率放大器23与超声波换能器6电性连接，第一电机7、第二电机17与第一单片机22电性连接，控制箱3顶壁固定连接有冷却风扇24，冷却风扇24与第一单片机22电性连接，控制箱3侧壁开设有通风孔33。

冷却风扇24可以对第一单片机22和功率放大器23工作过程中产生的热量进行降温处理，延长装置的使用寿命，第一单片机22可以选择型号为STC89C52的单片机，第一电机7、第二电机17、功率放大器23、冷却风扇24与第一单片机22的电性连接方式均为现有技术，此处不再进行赘述。

进一步优化方案，温湿度控制部包括第二单片机25，第二单片机25电性连接有温度传感器26、湿度传感器27、加热器28、制冷器29、喷雾器30，第二单片机25、温度传感器26、湿度传感器27、加热器28、制冷器29、喷雾器30与培养箱1内侧壁固定连接，喷雾器30连通有水箱31，水箱31与培养箱1外侧壁固定连接。

第二单片机25可以选择与第一单片机22相同型号的单片机，在使用之前预先对第一单片机22和第二单片机25进行不同执行程序的设定，确保二者能够保证装置的正常运行，温度传感器26型号为WZPT-035，湿度传感器27型号为RS485，加热器28型号为AR405J，制冷器29为半导体制冷器，喷雾器30与水箱31的连通管路上设置有电控阀门，电控阀门与第二单片机25电性连接，温度传感器26、湿度传感器27、加热器28、制冷器29与第二单片机25的电性连接方式均为现有技术，不再进行赘述。

本实施例的工作过程如下：

首先调节下集成槽4与上集成槽5之间的距离到合适位置，并将显微镜14调整到下集成槽4与上集成槽5之间的合适位置，然后通过第一单片机22控制下集成槽4与上集成槽5之间形成微重力环境，之后将需要培养观察的生物样本置于微重力环境中开设进行培养观察，培养的过程中通过第二电机17控制第二丝杠18、螺纹杆19转动，进而带动上集成槽5调整位置，以保证微重力环境的稳定性，培养的过程中温度传感器26和湿度传感器27监测装置内部的温湿度变化，并将变化信息传递给第二单片机25，第二单片机25对接收到的信息进行处理，并控制加热器28、制冷器29、喷雾器30进行工作，对装置内部的温湿度进行调节，以保证生物样本的正常培养。

在本实用新型的描述中，需要理解的是，术语“纵向”、“横向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本实用新型，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本实用新型的限制。

以上所述的实施例仅是对本实用新型的优选方式进行描述，并非对本实用新型的范围进行限定，在不脱离本实用新型设计精神的前提下，本领域普通技术人员对本实用新型的技术方案做出的各种变形和改进，均应落入本实用新型权利要求书确定的保护范围内。

Claims (6)

1.一种模拟微重力的声悬浮式生物培养装置，其特征在于，包括培养箱(1)，所述培养箱(1)顶端固定连接有扩展箱(2)，所述扩展箱(2)顶端固定连接有控制箱(3)，所述培养箱(1)内设置有超声悬浮部，所述扩展箱(2)内固定设置有升降部，所述超声悬浮部顶端与所述升降部螺纹连接，所述培养箱(1)两相对内侧壁固定连接有摄像部、温湿度控制部，所述摄像部、温湿度控制部分别位于所述超声悬浮部两侧，所述控制箱(3)内设置有控制部，所述超声悬浮部、升降部、摄像部与所述控制部电性连接。

2.根据权利要求1所述的一种模拟微重力的声悬浮式生物培养装置，其特征在于，所述超声悬浮部包括下集成槽(4)，所述下集成槽(4)底端固定连接有若干竖直设置的支撑杆(32)，所述支撑杆(32)底端与所述培养箱(1)底壁固定连接，所述下集成槽(4)上方对应设置有上集成槽(5)，所述上集成槽(5)与所述升降部螺纹连接，所述下集成槽(4)、上集成槽(5)内分别固定连接有若干均匀布置的超声波换能器(6)，所述超声波换能器(6)与所述控制部电性连接。

3.根据权利要求2所述的一种模拟微重力的声悬浮式生物培养装置，其特征在于，所述升降部包括第二电机(17)，所述第二电机(17)与所述扩展箱(2)内侧壁固定连接，所述第二电机(17)输出轴固定连接有第二丝杠(18)一端，所述第二丝杠(18)另一端与所述扩展箱(2)另一内侧壁转动连接，所述扩展箱(2)底端设置为开口，所述第二丝杠(18)上固定套设有两个主动锥齿轮(34)，每个所述主动锥齿轮(34)垂直啮合有从动锥齿轮(35)，所述从动锥齿轮(35)底端同轴固定连接有螺纹杆(19)一端，所述螺纹杆(19)另一端转动连接有第四支撑座(21)，所述第四支撑座(21)与所述培养箱(1)内侧壁固定连接，所述螺纹杆(19)上螺纹连接有螺纹套环(20)，所述螺纹套环(20)与所述上集成槽(5)外侧壁底端固定连接，所述第二电机(17)与所述控制部电性连接。

4.根据权利要求3所述的一种模拟微重力的声悬浮式生物培养装置，其特征在于，所述摄像部包括第一电机(7)，所述第一电机(7)通过固定连杆(16)与所述培养箱(1)内侧壁固定连接，所述第一电机(7)输出轴固定连接有第一丝杠(8)一端，所述第一丝杠(8)另一端转动连接有第一支撑座(9)，所述第一支撑座(9)与所述培养箱(1)内侧壁固定连接，所述第一丝杠(8)上螺纹连接有升降板(10)一端，所述升降板(10)另一端滑动连接有导向杆(12)，所述导向杆(12)底端固定连接有第二支撑座(11)，所述导向杆(12)顶端固定连接有第三支撑座(13)，所述第二支撑座(11)、第三支撑座(13)均与所述培养箱(1)内侧壁固定连接，所述升降板(10)侧壁与所述培养箱(1)内侧壁滑动接触，所述升降板(10)顶端固定连接有显微镜(14)，所述显微镜(14)的目镜对应设置有摄像机(15)，所述摄像机(15)与所述升降板(10)顶端固定连接，所述第一电机(7)与所述控制部电性连接。

5.根据权利要求4所述的一种模拟微重力的声悬浮式生物培养装置，其特征在于，所述控制部包括第一单片机(22)，所述控制箱(3)底端设置为开口，所述第一单片机(22)电性连接有功率放大器(23)，所述功率放大器(23)与所述超声波换能器(6)电性连接，所述第一电机(7)、第二电机(17)与所述第一单片机(22)电性连接，所述控制箱(3)顶壁固定连接有冷却风扇(24)，所述冷却风扇(24)与所述第一单片机(22)电性连接，所述控制箱(3)侧壁开设有通风孔(33)。

6.根据权利要求1所述的一种模拟微重力的声悬浮式生物培养装置，其特征在于，所述温湿度控制部包括第二单片机(25)，所述第二单片机(25)电性连接有温度传感器(26)、湿度传感器(27)、加热器(28)、制冷器(29)、喷雾器(30)，所述第二单片机(25)、温度传感器(26)、湿度传感器(27)、加热器(28)、制冷器(29)、喷雾器(30)与所述培养箱(1)内侧壁固定连接，所述喷雾器(30)连通有水箱(31)，所述水箱(31)与所述培养箱(1)外侧壁固定连接。