多功能细胞超重效应实验装置的制作方法

1.本发明涉及细胞实验用装置，主要涉及一种多功能细胞超重效应实验装置。
技术背景
2.细胞的重力效应一直是航天医学、生命科学和细胞生物学等研究领域关注的重点，开展细胞重力效应研究就需要配备必要的设备作为支撑。目前，市面上没有成熟的相关设备销售，一般实验室依托加工组装一些简易仪器开展相关研究。这些简易仪器用于深入开展重力效应研究具有一定的局限性。具体来说，现有的简易仪器有如下缺点：
3.第一，这类简易仪器所建立的超重实验环境不够稳定，难以实现实验需要的不同重力水平的超重环境；
4.第二，这类简易仪器没有细胞培养环境调控能力，对周边设备依赖性强，不能独立建立培养与实验需要的环境，需要依托细胞培养箱等周边设备才能满足开展实验的需求；
5.第三，不同的细胞学实验研究，可能应用不同形状、不同尺寸的迥异细胞实验样本。这类简易仪器样本兼容性不好，难以满足匹配不同实验所需的不同类型样本开展实验的需求；
6.第四，细胞培养实验均需求同步建立不同实验条件的对照组，以方便对比拟研究的目标因素。而这类简易仪器难以同步建立细胞重力效应实验研究必需的静置和不同超重水平等实验对照组；
7.第五，这类简易仪器设备工作参数调控与显示能力较弱，实验中操作不便捷，工作稳定性难以保证，不具备实验追溯能力。


技术实现要素：

8.本发明的目的是提供一种多功能细胞超重效应实验装置。
9.本发明的多功能细胞超重效应实验装置，包括外壳、实验传动系统、支持结构组件，实验传动系统用于通过带动实验样本快速转动，支持结构组件用于支撑实验传动系统，所述实验传动系统、支持结构组件均设置于外壳内。
10.本发明的多功能细胞超重效应实验装置，其中，所述实验传动系统至少有两套。
11.本发明的多功能细胞超重效应实验装置，其中，所述支持结构组件包括底板以及与底板固定的传动支撑端，所述实验传动系统包括安装于传动支撑端的电机、与所述电机连接的用于承托并固定样本的样本安装座，所述电机用于通过所述样本安装座带动样本旋转。
12.本发明的多功能细胞超重效应实验装置，其中，所述电机通过传动机构与所述样本安装座连接，所述传动机构包括与所述电机的输出轴连接的主动同步带轮、与主动同步带轮通过同步带连接的从动同步带轮以及由从动同步带轮带动旋转的传动轴，所述传动轴与样本安装座连接。
13.本发明的多功能细胞超重效应实验装置，其中，所述传动机构包括轴承，轴承镶嵌
于传动支撑端内外两侧壁面的轴承孔上；传动轴穿过轴承安装于传动支撑端上，通过轴上台阶定位并利用挡圈固定；从动同步带轮通过自身中间的d字孔安装于传动轴上，并带动轴转动。
14.本发明的多功能细胞超重效应实验装置，其中，所述外壳包括保温盖、保温层、铰链、底座后板与底座，保温盖通过铰链与底座连接；保温层安装于底座内部；底座后板镶嵌在底座后部中间部位。
15.本发明的多功能细胞超重效应实验装置，其中，还包括控制与显示系统，所述控制与显示系统包括温度传感器、湿度传感器、co2浓度传感器、co2气瓶、加热器、散热器、电磁阀、对流风扇、输气管、控制板、触摸屏、电源插座、电源开关和连接线，温度传感器、湿度传感器、co2浓度传感器、加热器、散热器、对流风扇和电磁阀分别安装于底板上并分别通过连接线与控制板连接；输气管一端与电磁阀进口连接，另一端与co2气瓶的出口连接，控制板安装于底座后部，触摸屏镶嵌安装于保温盖上面，电源插座与电源开关安装于底座后部靠右侧部位。
16.本发明的多功能细胞超重效应实验装置，其中，所述样本安装座上安装有用于承托并固定样本的样本适配器。
17.本发明的多功能细胞超重效应实验装置，其中，所述支持结构组件还包括侧板和中间隔板，2块侧板位于底板前后两侧，通过螺钉固定于底板和传动支撑端两侧，中间隔板位于底板上方，活动安装在传动支撑端和侧板内侧上的台阶上。
18.本发明的多功能细胞超重效应实验装置，其中，，传动支撑端有2个，每一传动支撑端上安装一套实验传动系统，2个传动支撑端位于底板左右两端，传动支撑端底部通过螺钉固定于底板上。
19.本发明的多功能细胞超重效应实验装置，在稳定建立不同水平的超重环境的基础上，能自主调控细胞培养区环境参数，并能兼容不同样本类型，可在实验中同步建立不同状态对照组。本发明的多功能细胞超重效应实验装置可应用于航天医学、生命科学和细胞生物学等研究领域，是一种可稳定形成细胞超重效应，并具备自动调节细胞培养区环境参数能力的多功能细胞超重效应实验装置。
附图说明
20.图1为本发明的多功能细胞超重效应实验装置的结构示意图；
21.图2为实验传动系统的结构示意图；
22.图3为支持结构组件的结构示意图；
23.图4为外壳的结构示意图；
24.图5为控制与显示系统的一部分部件的结构示意图；
25.图6为控制与显示系统的另一部分部件结构示意图。
26.图中：
27.1外壳、2实验传动系统、3支持结构组件、4控制与显示系统、6样本、11保温盖、12保温层、13铰链、14底座后板、15底座、21电机、22样本安装座、23样本适配器、24主动同步带轮、25同步带、26从动同步带轮、27传动轴、28轴承、29挡圈、31底板、32传动支撑端、33侧板、34中间隔板、41温度传感器、42湿度传感器、43co2浓度传感器、44co2气瓶、45加热器、46散热
器、47电磁阀、48对流风扇、50控制板、51触摸屏、52电源插座、53电源开关。
具体实施方式
28.如图1、图2、图3、图4、图5、图6所示，本发明的多功能细胞超重效应实验装置，包括外壳1以及均设置于外壳内部的实验传动系统2、支持结构组件3、控制与显示系统4，实验传动系统用于通过带动实验样本快速转动，支持结构组件用于支撑实验传动系统的部件，所述支持结构组件3包括底板31以及与底板固定的传动支撑端32，所述实验传动系统有两套，两套实验传动系统分别安装于传动支撑端上，所述实验传动系统2包括安装于传动支撑端的电机21、与电机连接的传动机构、与所述传动机构连接的用于承托并固定样本6的样本安装座22，所述电机用于通过所述样本安装座带动样本旋转。
29.本发明的多功能细胞超重效应实验装置，其中，所述样本安装座22上安装有用于承托并固定样本的样本适配器23。
30.本发明的多功能细胞超重效应实验装置，其中，2个传动支撑端位于底板左右两端，传动支撑端底部通过螺钉固定于底板上。
31.本发明的多功能细胞超重效应实验装置，其中，所述传动机构包括与所述电机的输出轴连接的主动同步带轮24、与主动同步带轮通过同步带25连接的从动同步带轮26以及由从动同步带轮带动旋转的传动轴27，所述传动轴与样本安装座连接。
32.本发明的多功能细胞超重效应实验装置，其中，所述支持结构组件3还包括侧板33和中间隔板34，2块侧板位于底板前后两侧，通过螺钉固定于底板和传动支撑端两侧，中间隔板位于底板上方，活动安装在传动支撑端和侧板内侧上的台阶上。
33.本发明的多功能细胞超重效应实验装置，其中，外壳1包括保温盖11、保温层12、铰链13、底座后板14与底座15，保温盖通过铰链与底座连接；保温层安装于底座内部；底座后板镶嵌在底座后部中间部位。
34.本发明的多功能细胞超重效应实验装置，其中，所述控制与显示系统4包括温度传感器41、湿度传感器42、co2浓度传感器43、co2气瓶44、加热器45、散热器46、电磁阀47、对流风扇48、输气管、控制板50、触摸屏51、电源插座52、电源开关53和连接线，温度传感器、湿度传感器、co2浓度传感器、加热器、散热器、对流风扇和电磁阀分别安装于底板上并分别通过连接线与控制板连接；输气管一端与电磁阀进口连接，另一端与co2气瓶的出口连接，控制板安装于底座后部，触摸屏镶嵌安装于保温盖上面，电源插座与电源开关安装于底座后部靠右侧部位。
35.本发明的多功能细胞超重效应实验装置可应用于航天医学、生命科学和细胞生物学等研究领域，是一种可稳定形成细胞超重效应，并具备自动调节细胞培养区环境参数能力的多功能细胞超重效应实验装置。
36.本发明的多功能细胞超重效应实验装置，在稳定建立不同水平的超重环境的基础上，能自主调控细胞培养区环境参数，并能兼容不同样本类型，可在实验中同步建立不同状态对照组。
37.多功能细胞超重效应实验装置包括2套独立运转的实验传动系统(可根据实验需要增加或减小)、支持结构组件、控制与显示系统和外壳。实验传动系统通过带动实验样本快速转动，实现实验要求的超重环境；支持结构组件用于支撑与安装实验传动系统的部件；
外壳用于安装实验传动系统、支持结构组件、控制与显示系统等所有装置组件，形成一个完整设备并提供必要的防护。
38.所述支持结构组件由传动支撑端、侧板、底板和中间隔板组成。2个传动支撑端位于底板左右两端，传动支撑端底部通过螺钉固定于底板上；2块侧板位于底板前后两侧，通过螺钉固定于底板和传动支撑端两侧；中间隔板位于底板上方，活动安装在传动支撑端和侧板内侧上的台阶上。
39.实验传动系统由样本、样本适配器、样本安装座、传动轴、轴承、挡圈29、从动同步带轮、主动同步带轮、同步带和电机组成。实验传动系统所有组件均安装于传动支撑端上。2个轴承28分别镶嵌于传动支撑端内外两侧壁面的轴承孔上；传动轴穿过轴承安装于传动支撑端上，通过轴上台阶定位，利用挡圈固定；从动同步带轮通过自身中间的d字孔安装于传动轴上，并带动轴转动；样本安装座安装于传动轴前端，通过螺钉固定；电机通过螺钉安装于传动支撑端内侧下端，电机轴伸入传动支撑端内外两侧壁面中间；主动同步带轮通过自身中间的d字孔安装于电机轴上，位于传动支撑端内外两侧壁面之间；同步带安装在从动同步带轮和主动同步带轮上。
40.所述外壳包括保温盖、保温层、铰链、底座后板与底座。保温盖通过铰链与底座连接；保温层安装于底座内部；底座后板镶嵌在底座后部中间部位。
41.所述控制与显示系统由温度传感器、湿度传感器、co2浓度传感器、co2气瓶、加热器、散热器、电磁阀、对流风扇、输气管、控制板、触摸屏、电源插座、电源开关和连接线组成。温度传感器、湿度传感器、co2浓度传感器、加热器、散热器、对流风扇和电磁阀分布安装于底板中间，通过连接线与控制板连接；输气管一端与电磁阀进口连接，另一端与co2气瓶出口连接；控制板安装于底座后部；触摸屏镶嵌安装于保温盖上面；电源插座与电源开关安装于底座后部靠右侧部位。
42.本发明采用上述技术方案后，其显著的特点是：
43.1)能够根据实验要求建立稳定的超重实验环境，通过显示屏方便快捷的设置不同实验参数，即可实现不同的超重实验水平；
44.2)在自动建立稳定超重环境的同时，还能够自主调控细胞培养区温度与co2浓度参数，形成适宜的细胞生长环境，不需要其它周边设备即可开展细胞学超重效应实验研究；
45.3)通过调整样本安装座中样本适配器的种类，就能适应不同形状、不同尺寸的迥异细胞实验样本在本发明上开展相关实验；
46.4)本发明中2套独立运转的实验传动系统可通过控制系统调控在不同参数工况下工作，同步实现细胞学实验要求的不同参数对照组要求；
47.5)本发明实验参数设置与显示均在触摸屏上实现，实验过程中参数调整与设置便捷；同时本发明参数存贮能力，支持实验参数回放，可追溯实验过程。
48.底板为铝合金2a12材料，采用机加工成型，外形尺寸为700mmx490mm，厚8mm；传动支撑端采用光敏树脂3d打印整体成型，外形尺寸为600x480mm，高600mm，壁厚10mm，底部通过3个m4螺钉固定安装于铝合金底板左右两端；2块侧板采用铝合金2a12机加工成型，外形尺寸为700x600mm，厚10mm，安装于底板前后两侧，通过10个m2螺钉固定在传动支撑端和底板侧面；中间隔板采用放置静态细胞样本，采用光敏树脂3d打印整体成型，外形尺寸为614x480mm，壁厚5mm，隔板上分布有直径10mm通气长孔，用于中间隔板上下气体交换。传动
支撑端和侧板内侧上均有2mm台阶上，中间隔板安装在台阶上，位于底板上方。
49.实验传动系统中采用深沟滚动球轴承，轴承外径40mm，内径20mm，厚5mm，轴承分别镶嵌于传动支撑端内外两侧壁面的轴承孔上；传动轴采用不锈钢1cr13加工成型，主体部分直径20mm，轴上有1mm定位台阶，传动轴穿过轴承安装于传动支撑端上，通过轴上台阶定位，利用标准轴用挡圈固定，挡圈内径18mm，厚1mm；从动同步带轮采用2a12铝合金机加工成型，24个t型齿，分度圆直径28mm，厚10mm，通过自身中间的d型孔安装于传动轴上，并带动轴转动；样本安装座采用光敏树脂3d打印整体成型，设置8个样本安装位，最多可安装8个样本，直径400mm，厚10mm，通过螺钉固定3个m3沉头螺钉安装于传动轴前端；电机采用24v直流减速电机，最高转速300rpm，通过4个m3螺钉安装于传动支撑端内侧下端，d字型电机轴伸入传动支撑端内外两侧壁面中间；主动同步带轮采用2a12铝合金机加工成型，24个t型齿，分度圆直径28mm，厚10mm，通过自身中间的d字孔安装于电机轴上，位于传动支撑端内外两侧壁面之间，通过1个标准m2锁紧螺钉固定；同步带采用xl系列轻载带，带宽5mm，同步带安装在从动同步带轮和主动同步带轮上；样本标准t25细胞培养瓶，样本适配器为光敏树脂3d打印成型，内部尺寸形状与t25细胞培养瓶适配，外部尺寸形状与样本安装座中安装位适配。当细胞培养瓶规格改变时，只需调整样本适配器内部尺寸，就能可靠安装在样本安装座上，实现本发明满足兼容不同类型样本开展实验的需要。
50.保温盖采用光敏树脂打印成型，壁厚5mm，呈中空结构，可填充保温棉实现盖的保温要求，中间开孔用于安装触摸屏；铰链为304不锈钢材料，直径6mm，位于保温盖侧面，与底座连接；保温层为聚氨酯材料整体发泡成型，内部尺寸为700x490x610mm，壁厚30mm，安装于底座内部；底座与底座后板均采用光敏树脂打印成型，壁厚6mm，底座后板镶嵌在底座后部中间部位。
51.温度传感器为pt100热电阻型传感器、湿度传感器采用dht22单总线数字温湿度传感器am2302模块、co2浓度传感器为ndir红外co2气体浓度检测模块传感器、co2气瓶为标准2l铝质平底气瓶，内置于低座右下方、加热器采用可调温聚酰亚胺电热膜发热片，外形尺寸为40x40mm、散热器为40x44x6mm纯铝制成，聚酰亚胺电热膜型加热器采用双面胶粘贴在铝制散热器上；电磁阀采用nuode ux22
‑
1l二位二通常闭电磁阀；对流风扇采用12v直流静音风扇，边长10mm。温度传感器、湿度传感器、co2浓度传感器、对流风扇、散热器和电磁阀分布安装于底板中间，通过连接线与控制板连接；输气管采用外径3mm，内径1mm的聚四氟乙烯管，一端与电磁阀进口连接，另一端与co2气瓶出口连接；控制板安装于底座后部，通过4个m3螺钉固守；触摸屏采用10寸嵌入式工业电容触摸屏，镶嵌安装于保温盖上面；电源插座采用dc
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25m型直流电源插座，通过其配套螺母固定于底座后部靠右侧部位。电源开关采用双刀4脚船型开关，镶嵌安装于底座后部靠右侧部位。
52.根据样本形状，选用配套的样本适配器，将样本对称安装到样本安装座上，将用于静置对照的实验样本放在中间隔板上。合上保温盖，打开co2气瓶开关，打开电源，设备启动进行参数设备界面。在触摸屏参数设备界面上输入2套实验传动系统的运转参数以及温度参数和co2浓度参数后，按确定键进行工作状态。设备控制系统根据输入参数自动调控加热器、对流风扇工作以及电磁阀等部件工作，确保设备内部实验区温度和co2浓度满足实验要求；2套实验传动系统根据设置参数自动运转，分别实现实验要求的超重环境。这样就实现了一台独立设备既能调控细胞实验区参数确保细胞生长环境适宜，又能稳定同步实现不同
水平超重实验环境，以及静止对照实验组；通过样本适配器使设备兼容不同形状样本；实验参数设置与显示均在触摸屏上实现，实验过程中参数调整与设置便捷；同时设备具备的参数存贮能力，支持实验参数回放，可追溯实验过程。
53.以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。