一种高精度耐腐蚀的自动配液换液装置的制作方法

本发明属于生物工程技术领域，更具体地，涉及一种高精度耐腐蚀的自动配液换液装置。

背景技术：

在生物工程技术领域中，显微成像是作为观察生物组织的一种基本方法。但是生物组织在离开活的机体后，细胞的结构和组织形态会发生腐败，以至于无法在显微镜下真实的反映出原有的结构和形态。因此，在对生物组织进行显微成像之前，需要使用一系列化学试剂分别对其进行浸泡，以保持生物组织的原有结构和形态。另外，在一些有切片需求的成像仪器中，例如，用电子显微镜或者显微光学断层成像系统进行成像时，还需要对样本进行树脂包埋，从而让生物组织满足精密切削的需求。

在上述生物样本的制备过程中，无一例外的都需要使用各种化学试剂对组织进行浸泡处理。而且，为了不破坏生物组织的形态，通常会使用浓度梯度渐变的溶液对样本进行处理，这就使得整个样本的处理过程变的繁琐，复杂，需要在不断的配液换液过程中完成。

例如，在显微光学断层成像系统的样本制备过程中，首先需要用4％的多聚甲醛溶液浸泡样本24小时，然后用PBS溶液浸泡，每隔8小时换液一次，总共三次。接着，分别使用50％，70％，95％的酒精溶液进行梯度浸泡，每2小时更换一次梯度，随后分别使用70％，85％，95％的GMA包埋液对样本进行浸泡，每隔3小时更换一次梯度。然后，将样本放入100％的GMA包埋液中浸泡12小时，最后更换100％的GMA包埋液浸泡3天，完成整个用化学溶液处理样本的过程。

按照上述的样本制备步骤，整个过程需要进行总共11次配液与换液操作，并且持续时间长达75小时。对于这样繁琐的样品制备过程，目前主要靠人工定时定量的进行操作，效率低，周期长，人力成本高。

实验过程中，手动换液与配液的过程会使得苯等各种有毒有机溶剂的挥发，这不仅对长期接触的实验员的健康产生了威胁，而且对生态环境也有一定影响。

对于如此繁琐的操作，仅靠人工操作，很难保证样本制备的成功率。更重要的是很难保证每一批样本制备参数的统一性，不利于实验研究中实验变量的控制，在一定程度上影响了试验数据的有效性。而且，实验的繁琐、复杂性以及长周期性也对实验员探索研究更加有效的配液与换液的梯度值造成了阻碍，所以迫切需要一种耐腐蚀、高精度的自动配液换液装置。

目前市面上已经存在一些对生物组织进行自动脱水或者自动包埋的仪器，但这些仪器主要针对石蜡包埋研发。对于其他类型的包埋，比如树脂包埋样本并不适合，树脂包埋样本需要使用易挥发，强腐蚀性的有机溶剂，针对于石蜡包埋的仪器并不能自动化的完成像树脂包埋样本的前期处理过程。而且，目前市场上并没有可以用于树脂包埋样本过程中，自动配液与换液的仪器。

技术实现要素：

针对现有技术的缺陷，本发明的目的在于提供一种高精度耐腐蚀的自动配液换液装置，旨在解决现有技术中配液主要靠人工定时定量的进行操作导致效率低，周期长，人力成本高；且有毒有机溶剂的挥发会对长期接触的实验员的健康产生威胁的问题。

本发明提供了一种高精度耐腐蚀的自动配液换液装置，包括：非接触式原液输送装置、非接触式混合液输送装置、样品浸泡装置、反馈调节装置、气体循环装置和控制器；所述非接触式原液输送装置的气体输入端连接至所述气体循环装置的输出端，非接触式原液输送装置的控制端连接至所述控制器的第一输出端；非接触式混合液输送装置的输入端连接至所述非接触式原液输送装置的输出端，非接触式混合液输送装置的气体输入输出端连接至所述气体循环装置的第一输入输出端，非接触式混合液输送装置的控制端连接至所述控制器的第二输出端；样品浸泡装置的输入端连接至所述非接触式混合液输送装置的第一输出端，样品浸泡装置的控制端连接至所述控制器的第三输出端，样品浸泡装置的气体输入输出端连接至所述气体循环装置的第二输入输出端；反馈调节装置的输入端连接至所述非接触式混合液输送装置的第二输出端；控制器的输入端连接至所述反馈调节装置的输出端；所述非接触式原液输送装置用于输送原液；所述非接触式混合液输送装置用于根据配比来将多个原液进行混合并输送；所述样品浸泡装置用于将混合后的原液进行浸泡并分离废液；所述反馈调节装置用于采集所述非接触式混合液输送装置的重力信号并输出给控制器；所述气体循环装置用于控制所述非接触式原液输送装置、所述非接触式混合液输送装置和所述样品浸泡装置内的气压并保持密闭气体环境；所述控制器用于根据预先设定的时间控制所述非接触式原液输送装置、所述非接触式混合液输送装置和样品浸泡装置工作，并根据所述重力信号反馈控制所述非接触式原液输送装置输送原液的启停时刻。

更进一步地，所述非接触式原液输送装置包括：多个用于储存原液的储液罐、与所述储液罐数量相同的且用于输送原液的第一配液泵、与所述储液罐数量相同且用于控制所述储液罐中原液流向的第一单向阀和与所述储液罐数量相同且用于排出所述储液罐内剩余气压的第一电磁阀；所述储液罐设有进气接口、出液接口和导管，所述出液接口在瓶内接所述导管至瓶底；所述第一配液泵与所述第一电磁阀并联连接后一端与所述进气接口连接，另一端作为所述非接触式原液输送装置的气体输入端；所述第一单向阀的一端连接至所述出液接口，所述第一单向阀的另一端作为所述非接触式原液输送装置的输出端；所述第一配液泵的控制端和所述第一电磁阀的控制端作为所述非接触式原液输送装置的控制端。

更进一步地，所述非接触式混合液输送装置包括：用于储存混合液的混合罐，用于输送混合液的第二配液泵，用于控制所述混合罐内混合液流向的第二单向阀和用于排出所述混合罐内剩余气压的第二电磁阀；所述混合罐设有进气接口、出液接口、进液接口和导管，所述混合罐的进液接口与第一单向阀的另一端相连，所述混合罐的出液接口在瓶内接所述导管至瓶底；所述第二配液泵与所述第二电磁阀并联连接后一端与所述混合罐的进气接口连接，另一端作为所述非接触式混合液输送装置的气体输入端；所述第二单向阀的一端连接至所述混合罐的出液接口，所述第二单向阀的另一端作为所述非接触式混合液输送装置的输出端；所述第二配液泵的控制端和所述第二电磁阀的控制端作为所述非接触式混合液输送装置的控制端。

更进一步地，所述样品浸泡装置包括：用于样品浸泡的浸泡罐、用于收集废液的废液罐、用于分离废液的第三配液泵、用于控制所述浸泡罐中液体流向的第三单向阀和用于排出所述浸泡罐内剩余气体的第三电磁阀；所述浸泡罐设有进气接口、出液接口、进液接口和导管，所述浸泡罐的进液接口与第二单向阀的另一端相连，所述浸泡罐的出液接口在瓶内接所述导管至瓶底；所述第三配液泵与所述第三电磁阀并联连接后一端与所述浸泡罐的进气接口连接，另一端作为所述样品浸泡装置的气体输入端；所述第三单向阀的一端连接至所述浸泡罐的出液接口，所述第三单向阀的另一端作为所述样品浸泡装置的输出端；所述第三配液泵的控制端和所述第三电磁阀的控制端作为所述样品浸泡装置的控制端；所述废液罐设有进液接口和出气接口，所述废液罐的进液接口与所述浸泡罐的第三单向阀另一端相连；所述废液罐的出气接口作为所述样品浸泡装置的气体输出端。

更进一步地，所述气体循环装置包括：装满氮气的可形变的缓冲气袋；所述缓冲气袋设有一个出气接口和两个气体进出接口，所述出气接口作为所述气体循环装置的输出端，两个气体进出接口分别作为所述气体循环装置的第一输入输出端和第二输入输出端。

更进一步地，所述反馈调节装置包括：重力传感器；所述重力传感器放置在非接触式混合液输送装置下方，用于实时采集重力数据信号。通过重力传感器和控制器可以来反馈调节非接触式原液输送装置的配液泵的起停，以此达到高精度的混合溶液的配比。

更进一步地，所述控制器包括：控制板，用于通过设置时间节点和配比浓度来控制配液泵和电磁阀的启停，并根据反馈调节装置的反馈信号来控制配液泵和电磁阀的启停。

更进一步地，所述储液罐、混合罐、浸泡罐或废液罐均采用玻璃瓶，所述玻璃瓶瓶盖以及瓶盖上的接口均采用PE材料，所述玻璃瓶进气接口通过硅胶软管连接，所述玻璃瓶出液接口通过耐腐蚀的聚四氟乙烯硬管连接。

更进一步地，第一单向阀、第二单向阀或第三单向阀均采用玻璃材质单向阀。

更进一步地，第一配液泵、第二配液泵或第三配液泵均采用微量蠕动泵。

通过本发明所构思的以上技术方案，与现有技术相比，由于采用控制器定时触发蠕动泵和电磁阀，利用配得溶液的重力反馈来调整配液量，采用泵气的方式来间接配换液体，使得泵和阀并不接触强腐蚀性的溶液，并且将装置的进出口端接入一个缓冲气袋上的方法，能够取得定时自动配液、精度高、泵和阀非接触溶液特性和使整个装置处于密闭的气体环境下的有益效果。

附图说明

图1为本发明实施例提供的高精度耐腐蚀的自动配液换液装置的结构示意图。

图2为本发明实施例提供的高精度耐腐蚀自动配液换液装置的最佳实施例的结构图。

图2中：1、2、3、4、5、6均为单向截止阀，起到防止液体回流的作用；14、15、16均为低流量的蠕动泵，为常闭状态；7、8、9、10、11、12、13均为电磁阀，为常闭状态；A、B、C、D为储液罐，分别储存水，酒精，二甲苯和树脂；E为混合罐；F为浸泡罐；G为废液罐；H为缓冲气袋；I为重力传感器。中间为控制器，虚线为控制器对其他装置的控制作用。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

本发明提供的高精度耐腐蚀的自动配液换液装置主要应用于生物工程技术领域，是在生物工程技术领域下，利用该仪器来替代在样品制备的过程中频繁的人工配液、换液过程。以达到减少实验员的工作和样品制备的统一性和高精确性。为此本发明提供了一种能定时自动配液，并具有高精度、泵非接触溶液特性的自动配液换液装置。

本发明的非接触式原液输送装置：采用多个相同个数的储液罐、配液泵和电磁阀，储液罐设有进气接口和出液接口，配液泵和电磁阀并联接入进气接口，出液接口与单向阀相连。通过挤压气体的方式来间接的输送原液，使得配液泵以及电磁阀不接触液体，避免强腐蚀性溶液腐蚀配液泵以及电磁阀，导致装置停止工作。

本发明提供的高精度耐腐蚀的自动配液换液装置包括：非接触式原液输送装置、非接触式混合液输送装置、样品浸泡装置、反馈调节装置、气体循环装置和控制器。控制器控制非接触式原液输送装置、非接触式混合液输送装置和样品浸泡装置，使原液通过非接触式原液输送装置在非接触式混合液输送装置处完成混合以及精确配比，混合均匀后再从非接触式混合液输送装置输送到样品浸泡装置。配制混合液期间反馈调节装置实时反馈非接触式混合液输送装置的重力信号到控制器，控制器进一步控制非接触式原液输送装置、非接触式混合液输送装置和样品浸泡装置的启停。气体循环装置保证整个自动换液配液装置处在固定的气体环境下。

本发明的非接触式混合液输送装置：同样采用相同数量的混合罐、配液泵和电磁阀，混合罐设有进液接口、出液接口和进气接口，配液泵和电磁阀并联接入进气接口，出液接口与单向阀相连。同样通过挤压气体方式来间接输送混合液，使得配液泵以及电磁阀不接触液体，避免强腐蚀性溶液腐蚀配液泵以及电磁阀，导致装置停止工作。

本发明的样品浸泡装置：分为浸泡罐和废液罐，浸泡罐设有进液接口、出液接口和进气接口，配液泵和电磁阀并联接入进气接口，出液接口与单向阀相连；废液罐设有进液接口和出气接口，进液接口与浸泡罐的单向阀相连。同样通过挤压气体方式来间接输送混合液，使得配液泵以及电磁阀不接触液体，避免强腐蚀性溶液腐蚀配液泵以及电磁阀，导致装置停止工作。

本发明的反馈调节装置：采用高灵敏度的重力传感器，将重力传感器放置在非接触式混合液输送装置下方，通过重力传感器将实时反馈的重力数据信号传入控制器，来调节非接触式原液输送装置的配液泵的启停，以此达到高精度的混合溶液的配比。

本发明的气体循环装置：装满氮气的可形变的缓冲气袋，设有气体进出接口，出气接口与所有配液泵的进气接口相连，进气接口与所有电磁阀的另一端以及废液收集罐的出气接口相连，形成一个闭环气体回路。这样既保证了有毒气体的泄露，又能保证配液换液过程处在一个固定的气体环境下，可避免气体对溶液的干扰。而且采用可形变的缓冲气袋可使得装置内气压与外界大气压维持平衡。

本发明的控制器：采用一个配液泵和电磁阀控制板；控制板用于设置时间节点和配比浓度的方式来控制蠕动泵和电磁阀的启停，并且接收重力传感器的反馈信号来精确的控制蠕动泵和电磁阀的启停。

本发明所用到的材料，非接触式原液输送装置到非接触式混合液输送装置再到样品浸泡装置，均采用玻璃单向阀来限制液体的流向，防止了液体回流的情况。进气接口采用硅胶软管连接，出液接口采用耐腐蚀的聚四氟乙烯硬管连接。配液泵采用微量蠕动泵来进行溶液的输送，蠕动泵和电磁阀常态均为闭合状态，保证了装置非工作时的密闭性，重力传感器选用带有托盘的重力天平传感器。

如图1所示，本发明提供的高精度耐腐蚀的自动配液换液装置包括：非接触式原液输送装置、非接触式混合液输送装置、样品浸泡装置、反馈调节装置、气体循环装置和控制器。其中，配置的溶液经过非接触式原液输送装置、非接触式混合液输送装置，最后到达样品浸泡装置，相关连接线的箭头表面溶液流动方向；半箭头符号表示控制信号和反馈信号的方向，在配置过程中，控制器通过定时的方式发送控制信号控制非接触式原液输送装置、非接触式混合液输送装置和样品浸泡装置的蠕动泵和电磁阀的启动和停止；反馈调节装置装在混合液输送装置处，反馈调节装置的实时信号传入控制器，控制器控制非接触式原液输送装置的启动和停止；气体循环装置分别与非接触式原液输送装置、非接触式混合液输送装置和样品浸泡装置的气端相连，使整个装置处于密闭的气体环境下，相关连接线上的箭头表示气体流动方向。

在本发明实施例中，非接触式原液输送装置：为一储液罐，储液罐设有进气接口和出液接口，蠕动泵和电磁阀并联接入进气接口，出液接口与单向阀相连。

在本发明实施例中，非接触式混合液输送装置：为一个用于混合的混合罐，混合罐设有进液接口、出液接口和进气接口，进液接口与原液输送装置的单向阀相连，蠕动泵和电磁阀并联接入进气接口，出液接口与单向阀相连。

在本发明实施例中，样品浸泡装置：分为浸泡罐和废液罐，玻璃浸泡罐设有进液接口、出液接口和进气接口，进液接口与混合液输送装置的单向阀相连，蠕动泵和电磁阀并联接入进气接口，出液接口与单向阀相连；废液罐设有进液接口和出气接口，进液接口与浸泡罐的单向阀相连。

在本发明实施例中，反馈调节装置：重力传感器连接在非接触式混合液输送装置的储液罐的底座上。重力传感器的重力反馈信号传入控制器，控制器根据反馈信号控制非接触式原液输送装置的蠕动泵和电磁阀，重力信号表示未达到预值时加长蠕动泵工作时间，达到预值时打开电磁阀进行快速排气来停止输送，以此来实现高精度的配液。

在本发明实施例中，气体循环装置：装满氮气的可形变的缓冲气袋，设有气体进出口，出气口与所有蠕动泵的进气口相连，进气口与所有电磁阀的另一端以及废液收集罐的出气口相连，形成一个闭环气体回路。将整个装置维持在相同的气体环境下，可一开始通入氮气来去除氧气对某些样品的影响，且在回收的塑料袋中加入干燥剂、过滤剂可对气体进行除湿、过滤。

在本发明实施例中，控制器：通过设置时间节点和配比浓度的方式来控制蠕动泵和电磁阀的启动，根据用户设定的参数，在设定的时间节点，按时序驱动各部分的定量泵，配比设定浓度的溶液，并将浸泡瓶中的溶液替换掉，从而实现自动配液与换液操作。并且接收并处理重力传感器的反馈信号来精确的控制蠕动泵和电磁阀的关闭。

现在结合附图对本发明作进一步详细说明。这些图均为简化示意图，仅以示意方式说明本发明的基本结构。

如附图2所示，本发明提供的高精度耐腐蚀自动配液换液装置中，非接触式原液输送装置由A、B、C、D、1、2、3、4、7、8、9、10、11和14构成；非接触式混合液输送装置由E、5、12和16构成；样品浸泡装置由F、G、6、13和15构成；H为气体循环装置；I为反馈调整装置。

A、B、C、D为带有螺纹密封的储液罐，罐体本身采用玻璃材料，螺纹密封盖采用耐有机溶剂的PE材料，分别储存水，酒精，二甲苯和树脂，储液罐保持密封状态，待原液消耗殆尽时，可以拧开带螺纹的密封盖，补给相同原液。PE密封盖上开有两个螺纹孔，接上同样PE材质的螺纹接口拧紧，一个孔为进气接口，另一个孔为出液接口，进气接口与硅胶软管相连，管口稍低于瓶口，出液接口接上耐腐蚀的特氟龙管并插入罐体的底部。

进气接口的硅胶软管另一端与电磁阀相连，如附图2，储液罐A的进气接口与电磁阀7相连；储液罐B的进气接口与电磁阀8相连；储液罐C的进气接口与电磁阀9相连；储液罐D的进气接口与电磁阀10相连。电磁阀7、8、9、10的另一端都连在电磁阀11与蠕动泵14并联的结构上。H为一个缓冲气袋，里面装有氮气和过滤剂和干燥剂，缓冲气袋上开有两个小孔，电磁阀11与蠕动泵14并联的另一端与其中一个小孔相连。

储液罐的出液接口分别于单向截止阀1、2、3、4相连。E为带有螺纹密封的混合罐，里面放有一个稍小于瓶口内径的锥底试管，锥形试管采用PE材料制成，密封盖上开有6个螺纹孔，其中4个螺纹孔接上特氟龙管，特氟龙管另一端与单向截止阀1、2、3、4相连，管口稍低于瓶口，作为混合罐E的进液接口。一个螺纹孔接上特氟龙管，管口插入罐体的底部，作为混合罐E的出液接口，并与单向截止阀5相连。另一个螺纹孔接上硅胶软管，管口稍低于瓶口，作为混合罐E的进气接口，和电磁阀12与蠕动泵16并联的结构相连，再接入缓冲气袋H上。

F为带有螺纹密封的浸泡罐，结构与混合罐E相同，密封盖上开有3个螺纹孔，分别作为进液接口、进气接口、出液接口。进液接口与单向截止阀5相连，进气接口和蠕动泵15与电磁阀13的并联结构相连，再接入缓冲气袋H上，出液接口与单向截止阀6相连。

G为带有螺纹密封的废液罐，结构与储液罐相同，密封盖上开有2个螺纹孔，分别作为进液接口和出气接口。进液接口与单向截止阀6相连，出气接口接在缓冲气袋H上。

I为重力传感器，将混合罐E的重力变化通过反馈信号实时的传输给控制器，控制器控制蠕动泵14、15、16的启停和电磁阀7、8、9、10、11、12、13的开关。

具体实验步骤：实验员先将储液罐A、B、C、D上装上原液，并拧紧瓶盖，再拧开浸泡罐的瓶盖，将样品放入锥底试管中并拧紧瓶盖。打开控制器，在触摸屏上设置设置换液浓度与换液间隔时间，例如50％酒精与水混合物浸泡2小时，然后50％酒精与二甲苯混合物浸泡2小时，然后50％的树脂单体与二甲苯混合物浸泡2小时，然后设置换液量，例如20ml。设置好参数后，点击屏幕上的开始按钮，装置将依次按照触摸屏上设置的配比溶液顺序开始计时工作。

开始工作并计时时，例如：30％的酒精：水的混合液，控制器将同时打开蠕动泵14和电磁阀7，储液罐A中的水将被排入混合罐中，当重力传感器感应到达到预设差值时，控制器将通过反馈信号来迅速关闭蠕动泵14并打开电磁阀11进行泄气(注意：控制器接收到反馈信号并作出反应是有一定的延迟时间的，通过实验算出延迟时间并进行补偿，才能精确的完成配比)，完成水的配制后将进行酒精的配制，重复上面的过程以达到酒精浓度的溶液的配制。之后控制器关闭蠕动泵14和电磁阀8、11，并打开蠕动泵15，将浸泡罐中的溶液排入废液罐，全部排入废液罐后打开电磁阀13排空浸泡罐中残留的气压，最后关闭蠕动泵15和电磁阀13，同时打开蠕动泵16，将配制好的溶液排入浸泡罐(注意，蠕动泵2、3的排液时间均稍多于蠕动泵1的排液时间，保证液体完全排出)，至此一次配液换液过程就全部完成了。

该具体实施案例中的装置，可以设置60个不同的换液阶段，完全可以满足现有的实验要求，而且，该装置通过重力反馈调节可以精准的进行配液换液操作，极大的保证了样本制备参数的统一性，提高了了样本制备的成功率，采用泵气的非接触式方式，保证了装置的耐腐蚀能力，极大的增加了装置的使用寿命。而且，自动化的操作很大程度的节省了人力成本。另外，相比手动操作，装置本身的密闭操作有效的避免了对实验员健康的影响和对环境的伤害。

本领域的技术人员容易理解，以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。