专利名称：一种生物组分自动化提取装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及生物样本处理自动化技术领域，尤其涉及一种生物组分自动化提取的
直O
背景技术：
在生物化学研究及临床应用领域，从动物组织、植物组织、微生物等生物样本中提 取出核酸、蛋白质等特定生物组分是应用普遍的常规技术之一，也是后续研究与实验的基 础。该技术所涉及的操作包括固态样本的研磨、破胞、固液混合、离心、过滤、层析、电泳等。 根据待提取的目标生物组分及原始生物样本的不同，通过对以上操作的不同组合，可以实 现对特定的生物组分或同类物质的提取。其中，一种“研磨-混合溶解-离心”的提取方法 由于过程简单而应用广泛，其具体操作流程是①将生物样本研磨成粉末；②向粉末中添 加特定提取液，振荡，使粉末与提取液充分混合，待提取的生物组分溶入提取液；③对混合 液进行离心，固态物质沉淀到底部；④提取上清，得到特定生物组分。上述提取方法中所涉及到的具体操作包括研磨、固液混合和离心。针对每步操作， 目前市场上均已有成熟产品。通过对已有专利的调研发现几乎所有的相关专利都是针对 某一种具体操作而做的改进，缺少覆盖全过程的发明创新。例如，专利“解毒烧伤膏中药材 超微粉碎装置”(CN020092007559)提出了一种利用球磨法进行研磨，并利用筛网进行过滤， 以减小所得粉末平均颗粒大小的装置；专利“连续式固液离心分离机”(CN200720006770) 提到了一种基于锥形转鼓的离心装置；专利“血浆单采离心分离器”(CN00248423)提到了 一种用于对鲜血过程中，对血浆现场收集的离心分离装置；专利“用离心分离法分离全血中 血浆的装置”(CN 91105326)提出了一种可自动收集血浆的全血分离装置。使用分离的仪器进行生物组分的提取，需要操作人员自始至终参与全过程的操 作，从而浪费大量的精力和时间。特别是对于那些操作流程已固化，且提取规模不断增大的 操作，这种不必要的浪费显得更为突出。因此，本发明提出了一种可连续完成上述各项环节 的生物组分自动化提取装置，以解决上述问题。
发明内容
本发明的目的是提供一种可连续完成“研磨-混合溶解-离心”操作的生物组分 自动化提取装置。为实现上述目的，本发明采用如下技术方案。该装置的结构包括中心轴、套装于中心轴上的圆柱凸轮、凸轮推杆、位于圆柱凸 轮下方的凸轮升降机构、位于中心轴顶部的离心转子体、悬挂在离心转子体上的离心挂件、 操作瓶以及盛放在操作瓶中的研磨撞子。所述离心转子体采用水平转子结构，在离心转子 体上绕自身轴线均勻排布一系列离心挂件；离心挂件可以绕自身轴线在竖直和水平位置间 自由转动；离心挂件上加工有滑道，滑道内安装一个滑块，操作瓶固定在滑块上；圆柱凸轮 与离心转子体轴线重合，凸轮推杆与离心挂件数量相等，并绕圆柱凸轮的轴线均勻排布；所述凸轮推杆与圆柱凸轮滚动接触，凸轮推杆在圆柱凸轮及凸轮升降机构的驱动下，上下往 复运动。在所述圆柱凸轮的上方安装低温模块，所述低温模块与圆柱凸轮一起，在凸轮升 降机构的驱动下上下移动；所述低温模块上沿圆周均勻分布一系列与凸轮推杆一一对应的 孔洞，当凸轮推杆在最高点时，各离心挂件插入对应孔洞，滑块与凸轮推杆相互连接，实现 低温冷冻研磨；当凸轮推杆在最低点时，各离心挂件与孔洞完全脱离，其运动不受孔洞干 涉。所述低温模块由低温层和热绝缘层构成，低温层与离心挂件接触，热绝缘层包裹 低温层，防止低温模块表面因冷凝产生水珠。所述低温模块采用液氮致冷实现低温，采用真空隔绝实现热绝缘。所述圆柱凸轮采用形封闭式结构，即凸轮推杆在整个运动过程中始终与圆柱凸轮 保持接触。所述凸轮推杆与所述滑块之间的相互连接通过磁力实现。所述凸轮升降机构采用螺旋机构，通过螺杆的旋转，驱动圆柱凸轮及附属零部件 上下移动。所述离心转子体是圆盘结构，并在悬挂离心挂件处加工一系列槽沟，高速离心时， 离心挂件受离心力作用位于离心转子体上槽沟内，以减小风阻对离心的影响。本发明的有益效果为本装置可以对生物样本连续完成“研磨-混合溶解-离心”操作，结构紧凑，运动 部件少，操作方便，提高了工作效率，可广泛应用于从动物、植物和微生物等生物样本中提 取核酸、蛋白质等特定生物组分的自动化操作，克服了现有技术的不足。
图1为本发明一种实施方式的生物组分自动化提取装置结构示意图，此时凸轮在 最低点，凸轮推杆与滑块脱离，离心转子体与凸轮均处于静止状态。图2为该装置在执行研磨或混合溶解操作时的状态示意图。此时，凸轮在最高点， 凸轮推杆与滑块相互连接，离心转子体保持静止，凸轮旋转，驱动操作瓶随滑块做上下往复 运动。图3为在执行离心操作时的状态示意图。此时，凸轮在最低点，凸轮推杆与滑块脱 离，凸轮保持静止，离心转子体携带离心挂件高速旋转。图4为离心挂件部分的剖面示意图；图5为低温模块的剖面示意图；图6为采用螺旋机构的凸轮升降装置结构示意图。图中标号1-离心转子体；2-离心挂件；3-低温模块；4-凸轮推杆；5-圆柱凸轮；6_凸轮升 降机构；7-滑块；8-操作瓶；9-研磨撞子；10-操作瓶盖；11-滑道；12-紧固压圈；13-真 空层；14-液氮套筒；15-液氮层；16-推杆导向块；17-固定套筒；18-液氮导管；19-密封 壳；20-离心轴基座；21-推力轴承；22-升降螺杆；23-升降螺母；24-滚轮；25-永久磁铁； 26-升降导杆；27-向心轴承；28-中心轴。
具体实施例方式本发明提供了一种生物组分自动化提取装置，下面结合附图和实施例对本发明做 进一步说明。如图1-图6所示，本装置的结构包括中心轴观、套装于中心轴28上的圆柱凸轮 5、凸轮推杆4、位于圆柱凸轮5下方的凸轮升降机构6、位于中心轴28顶部的离心转子体1、 悬挂在离心转子体1上的离心挂件2、操作瓶8以及盛放在操作瓶8中的研磨撞子9。离心转子体1采用水平转子结构，在离心转子体1上绕轴线均勻排布4个离心挂 件2。离心转子体1的主体结构是一轴对称圆盘，在离心挂件2悬挂处开有对应凹槽。离 心挂件2可以绕自身轴线在竖直和水平位置间自由转动。当其处于水平状态时，可完全位 于凹槽内。离心挂件2上加工有滑道11，滑道11内安装一个滑块7，滑块7可以在一定距 离内沿滑道11做往复运动，其材料选用铁磁性材料。操作瓶8与操作瓶盖10通过螺纹连 接，其内部空腔可以装入一定数量的生物样本，并同时装有一个或数个研磨撞子9。操作瓶 8可由紧固压圈12固定在滑块7上，并随其一起运动。圆柱凸轮5侧面加工有凹槽，凸轮推杆4末端滚轮M插入凹槽，其顶部安装永久 磁铁25。当凸轮旋转时，可驱动推杆上下运动。圆柱凸轮5及其上凹槽均为轴对称结构，即 凸轮推杆4在0 180°范围内的运动规律与180 360°范围内的运动规律完全相同。低温模块3上绕轴线均勻排布4个固定套筒17，固定套筒17轴线到低温模块3轴 线距离与离心挂件2竖直悬挂时轴线到离心转子体1轴线的距离相等，且其内表面可与离 心挂件2外表面可紧密贴合。固定套筒17外安装液氮套筒14，两者之间空腔构成液氮层 15 ；液氮套筒14与密封壳19之间空腔构成真空层13。液氮导管18穿过真空层13，与液氮 层15连通。固定套筒17底部安装有推杆导向块16，以防止凸轮推杆4在上下运动时发生 自身转动。圆柱凸轮5和低温模块3均安装在升降螺母23上，其中圆柱凸轮5由向心轴承27 支撑，可绕升降螺母23旋转。升降螺杆22由推力轴承21支撑，可绕离心轴基座20旋转。 升降螺杆22与升降螺母23构成螺旋副，当升降螺杆22旋转时，升降螺母23由升降导杆沈 导向，可上下运动。当升降螺母23位于最高点时，离心挂件2插入固定套筒17，并紧密贴 合。凸轮推杆4顶部的永久磁铁25与滑块7依靠磁力连接。凸轮旋转时，可驱动滑块7上 下往复运动。当升降螺母23位于最低点时，离心挂件2从固定套筒17中抽出，滑块7与凸 轮推杆4脱离连接。离心转子体1旋转时，离心挂件2受离心力作用处于水平状态。当使用该装置进行生物组分自动化提取操作时，首先，将一定量的生物样本装入 操作瓶8，同时放入一个或数个研磨撞子9，旋紧操作瓶盖10。将操作瓶8放入离心挂件2 内滑块7，并用紧固压圈12固定，使其与滑块7固结为一体。将低温模块3中真空层13内的空气抽出，形成真空环境。利用液氮泵等类似仪器 通过液氮导管18，使液氮层15内全部或部分充满液氮。通过热传递，在固定导筒内部形成 低温环境。真空层13的存在可避免低温模块3表面因冷凝而附着水。升降螺母23带动圆柱凸轮5和低温模块3运动到最高点，离心挂件2插入固定套 筒17，滑块7与凸轮推杆4通过磁力相互连接。经过一定时间热传递，操作瓶8内生物样本 被冷冻到冷脆温度。圆柱凸轮5快速旋转，驱动滑块7上下往复运动。操作瓶8中的研磨撞子9在惯性力的作用下，频繁撞击生物样品。已粉碎的生物样品也在惯性力的作用下，彼 此之间频繁撞击。圆柱凸轮5旋转一定时间后，生物样本被研磨成粉末状。停止液氮供应，待液氮层15中的液氮蒸发完后，通过液氮导管18向液氮层15中 通入干燥空气，使操作瓶8内生物样本粉末升温。打开操作瓶盖10，向操作瓶8中添加一 定数量的提取液。闭合操作瓶盖10，圆柱凸轮5低速旋转。在惯性力的作用下，研磨撞子9 将操作瓶8的粉末和提取液充分混合。待提取的生物组分溶解于提取液。升降螺母23带动圆柱凸轮5和低温模块3运动到最低点，离心挂件2从固定套筒 17中抽出，滑块7与凸轮推杆4脱离。离心转子体1高速旋转，离心挂件2受离心力作用处 于水平状态。固体物质与研磨撞子9沉淀到操作瓶8底部，溶解有特定生物组分的提取液 位于操作瓶8的上部。离心一定时间后，离心转子体1停止转动，将操作瓶8从滑块7上取下，打开操作 瓶盖10，吸取上清，得到溶有特定生物组分的溶液。以上实施方式仅用于说明本发明，而并非对本发明的限制，有关技术领域的普通 技术人员，在不脱离本发明的精神和范围的情况下，还可以做出各种变化和变型，因此所有 等同的技术方案也属于本发明的范畴，本发明的专利保护范围应由权利要求限定。
权利要求
1.一种生物组分自动化提取装置，包括中心轴(观)、套装于中心轴08)上的圆柱凸 轮(5)、凸轮推杆G)、位于圆柱凸轮(5)下方的凸轮升降机构(6)、位于中心轴08)顶部的 离心转子体(1)、悬挂在离心转子体⑴上的离心挂件O)、操作瓶⑶以及盛放在操作瓶 (8)中的研磨撞子(9)，其特征在于，所述离心转子体(1)采用水平转子结构，在离心转子体(1)上绕自身轴线均勻排布一 系列离心挂件O)；离心挂件(2)可以绕自身轴线在竖直和水平位置间自由转动；离心挂件 ⑵上加工有滑道(11)，滑道(11)内安装一个滑块(7)，操作瓶⑶固定在滑块(7)上；圆 柱凸轮(5)与离心转子体(1)轴线重合，凸轮推杆(4)与离心挂件(2)数量相等，并绕圆柱 凸轮(5)的轴线均勻排布；所述凸轮推杆(2)与圆柱凸轮(3)滚动接触，凸轮推杆(2)在圆 柱凸轮C3)及凸轮升降机构(6)的驱动下，上下往复运动。
2.根据权利要求1所述的生物组分自动化提取装置，其特征在于，在所述圆柱凸轮(5) 的上方安装低温模块(3)，所述低温模块(3)与圆柱凸轮(5) —起，在凸轮升降机构(6)的 驱动下上下移动；所述低温模块C3)上沿圆周均勻分布一系列与凸轮推杆( 一一对应的 孔洞，当凸轮推杆(2)在最高点时，各离心挂件(2)插入对应孔洞，滑块(7)与凸轮推杆(2) 相互连接，实现低温冷冻研磨；当凸轮推杆⑵在最低点时，各离心挂件⑵与孔洞完全脱 离，其运动不受孔洞干涉。
3.根据权利要求2所述的生物组分自动化提取装置，其特征在于，所述低温模块(3)由 低温层和热绝缘层构成，低温层与离心挂件( 接触，热绝缘层包裹低温层，防止低温模块 表面因冷凝产生水珠。
4.根据权利要求2所述的生物组分自动化提取装置，其特征在于，所述低温模块(3)采 用液氮致冷实现低温，采用真空隔绝实现热绝缘。
5.根据权利要求1所述的生物组分自动化提取装置，其特征在于，所述圆柱凸轮(5)采 用形封闭式结构，即凸轮推杆(4)在整个运动过程中始终与圆柱凸轮(5)保持接触。
6.根据权利要求1所述的生物组分自动化提取装置，其特征在于，所述凸轮推杆(4)与 所述滑块之间的相互连接通过磁力实现。
7.根据权利要求1所述的生物组分自动化提取装置，其特征在于，所述凸轮升降机构 (6)采用螺旋机构，通过螺杆的旋转，驱动圆柱凸轮及附属零部件上下移动。
8.根据权利要求1所述的生物组分自动化提取装置，其特征在于，所述离心转子体(1) 是圆盘结构，并在悬挂离心挂件处加工一系列槽沟，高速离心时，离心挂件(2)受离心力作 用位于离心转子体(1)上槽沟内，以减小风阻对离心的影响。
全文摘要
本发明涉及生物样本处理自动化技术领域，尤其涉及一种生物组分自动化提取的装置。该装置包括凸轮机构、凸轮升降机构和离心机构；离心机构采用水平转子结构，在离心转子体上绕轴线均匀排布一系列离心挂件；离心挂件可以绕自身轴线在竖直和水平位置间自由转动；每个离心挂件上加工有滑道，滑道上安装滑块；操作瓶内可以装入一定数量的生物样本，并同时装有一个或数个研磨撞子。整个凸轮机构在凸轮升降机构驱动下可上下移动，在最高点，凸轮推杆与滑块相互连接，滑块可在凸轮驱动下沿滑道往复运动；在最低点时，凸轮推杆与滑块脱离。本发明结构紧凑，可广泛应用于从动物、植物和微生物等生物样本中提取核酸、蛋白质等生物组分的自动化操作。
文档编号C12M1/00GK102102080SQ20101056482
公开日2011年6月22日 申请日期2010年11月24日 优先权日2010年11月24日
发明者任长志, 刘飞, 吴丹, 宋立滨, 陈恳 申请人:清华大学