专利名称：一种原位研磨、离心装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及生物样本处理自动化设备，尤其涉及一种原位连续进行研磨操作和离 心操作的原位研磨、离心装置。
背景技术：
在分子生物学研究和实验领域，从生物样本中分离、提取出核酸、蛋白质等特定生 物样品，是一种应用十分普遍的操作，是一切后续研究和实验的基础。常用的生物样本包括 动物组织、植物组织和微生物等。其中，动物组织和植物组织一般为较大尺寸的块状结构。 目前，已有多种方法可以被用于实现对特定生物样品的提取。操作人员根据原始生物样本 的不同，选择不同方法，按照一定的步骤进行组合，实现对特定生物样品的提取。其中，一种 比较常用的操作组合是首先，将生物样本研磨成粉末；然后，向粉末中添加特定提取液， 振荡，使粉末与提取液充分混合，特定生物样品溶入提取液；最后，对混合液进行离心，固态 物质沉淀到底部，提取上清，得到特定生物样品。以上操作所对应的仪器依次是研磨仪、混 合器或搅拌仪、离心机。为完成一个特定生物样品的提取，需要操作人员依次使用上述仪 器，对生物样本进行操作，从而耗费大量的精力和时间。特别是随着分子生物学研究和实验 规模的不断扩大，这种不必要的浪费显得更加突出。目前，以上几种方法均已有成熟产品供应市场，通过对已有专利的调研发现几乎 所有相关专利都是在已有成熟产品的基础上，为满足特定要求而做得一些局部改进，尚无 可进行连续操作的仪器。例如专利“深冷振动超微粉碎机”(CN02229195)提出了一种液氮 温度下利用振动磨进行中草药研磨的装置；专利“生物组织超微粉碎机”(CN95241945)提 出了一种利用旋转组合刀具进行生物组织研磨的装置；专利“用离心分离法分离全血中血 浆的装置”(CN91105326)提出了一种可自动收集血浆的全血分离装置。如果使用机械手完成生物样本在不同仪器之间的转移，则对该机械手的结构复杂 度和运动精度会有很高的要求，实现困难，成本高昂。
发明内容
本发明的目的是提供一种在原位连续进行研磨操作和离心操作的装置。本发明采用的技术方案为该装置的结构包括凸轮、凸轮升降机构、离心转子、操 作瓶、以及盛放在操作瓶中的研磨撞子。所述离心转子上加工有多条与竖直方向成15-45° 角的滑道，各滑道绕离心转子的轴心均勻排布，并且在每个滑道内安装一个与之配合并可 沿滑道往复运动的滑块；操作瓶固定在滑块上，并随滑块一起运动，操作瓶装入生物样本， 并同时装有一个或数个研磨撞子；凸轮由凸轮升降机构驱动做上下运动，凸轮在最高点时， 凸轮面与滑块的下端接触，离心转子保持不动，凸轮旋转，各滑块在凸轮的驱动下，带动操 作瓶沿滑道做快速往复运动，操作瓶内的生物样本在研磨撞子以及自身之间的频繁撞击下 被研磨成粉末；凸轮在最低点时，凸轮面与滑块脱离接触，向操作瓶中提取液，特定生物样 品融入提取液，离心转子高速旋转，固态物质沉淀到操作瓶的瓶底，取出上清，即得到特定生物样品。所述凸轮与所述离心转子的旋转轴重合。所述滑块在凸轮的驱动下沿滑道运动时，依靠压缩弹簧实现复位，使滑块与凸轮 面时刻保持接触。所述凸轮是轴对称结构，凸轮面由一平面曲线沿其垂直方向以30-60°的拔模角 度拉伸而成。所述凸轮的凸轮面与滑块的运动方向在整个圆周上处处保持垂直。所述滑块的底部安装有滚轮，以减小运动中滑块与凸轮面之间的摩擦。所述凸轮升降装置采用连杆机构，凸轮位置最高点对应连杆机构的死点位置，以 抵抗凸轮驱动滑块运动时所受到的反作用力。本发明的有益效果为该装置结构紧凑，生物样本不需要转移即可实现分离和提 取，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、蛋白质等特定生物样品的 自动化操作。
图1为本发明一种实施方式的原位研磨、离心装置结构示意图；图2为当凸轮面与滑块接触时，该装置的状态图；图3为凸轮的凸轮面结构示意图；图4为操作瓶、滑块部分的剖面示意图；图5为采用连杆结构的凸轮升降装置结构示意图。图中标号1-凸轮升降机构；2-凸轮；3-滑块；4-离心转子；5-操作瓶；6_滚轮-J-滑道； 8-压缩弹簧；9-凸轮支撑平台；10-研磨撞子；11-操作瓶盖；12-驱动电机；13-直线运动 单元；14-运动滑块；15-推杆；16-连杆；17-运动导杆；18-防反向杆。
具体实施例方式本发明提供了一种原位研磨、离心装置，下面结合附图和具体实施方式
对本发明 做进一步说明。如图1所示，本发明所述装置主要包括凸轮2、凸轮升降机构1、离心转子4、操作 瓶5、以及盛放在操作瓶中的研磨撞子10。所述离心转子4上加工有6-10条与竖直方向成45°角的滑道7，各滑道7绕离心 转子4的轴心均勻排布，并且在每个滑道7内安装一个与之配合并可沿滑道在一定距离内 往复运动的滑块3 ；在滑块3的上部与滑道7的上部之间安装有压缩弹簧8，压缩弹簧8在 滑块3整个运动范围内始终保持一定的压紧力，在每个滑块3底部还安装有滚轮6。操作瓶 5固定在滑块3上，并随滑块3 —起运动，操作瓶5的顶部设置有用于密封的操作瓶盖11。 操作瓶5装入生物样本，并同时装有一个或数个研磨撞子10。凸轮2的旋转轴与离心转子4的旋转轴重合，其整体成轴对称结构，即凸轮面在 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。所述凸轮2兼具 盘形凸轮和圆柱凸轮的特点。凸轮面由一平面曲线沿其垂直方向，以45°的拔模角度拉伸而成，以保证在整个运动过程中，凸轮面时刻与滑块3运动方向垂直，滚轮10与凸轮面实现 线接触。凸轮2安装在凸轮支撑平台9上，在凸轮升降机构1的驱动下，凸轮2可以上下运 动。当凸轮2在最高点时，凸轮面与滚轮6接触；当凸轮2在最低点时，凸轮面与滚轮6脱 离接触。所述凸轮升降机构1采用连杆机构，驱动电机12通过直线运动单元13，带动运动 滑块14左右运动。与运动滑块14铰接的推杆15通过连杆16，将运动传递到凸轮支撑平台 9，使其沿导杆17上下运动。当上下连杆16之间呈180°夹角时，凸轮2到达最高点。此 时，整个连杆机构处于死点位置，可以抵抗凸轮2驱动滑块3运动时所受到的反作用力。防 反向杆18连接左右两组连杆16，以避免右侧连杆在死点位置附近向错误方向运动。在从生物样本中提取特点生物样品的操作过程中，首先将一定数量的生物样本装 入操作瓶5，同时根据生物样本的特性和数量，放入一个或数个研磨撞子10，盖上操作瓶盖 11，使操作瓶5内部形成一个密闭的空腔。将各操作瓶依次放入各滑块3，并将其与滑块3 紧固。离心转子4固定不动，凸轮2向上运动到最高点，凸轮面与各滑块3底部的滚轮6接 触。凸轮2以一定转速旋转，凸轮面驱动各滑块3沿滑道7往复运动。压缩弹簧8提供回 复力，使滚轮6与凸轮面时刻保持接触。操作瓶5中的研磨撞子10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。凸轮2旋 转一定时间后，生物样本被研磨成粉末状。然后，打开操作瓶盖11，向操作瓶5中添加提取液。闭合操作瓶盖11，凸轮2低速 旋转。在惯性力的作用下，研磨撞子10将操作瓶5中的粉末和提取液充分混合。待提取的 特定生物样品溶解于提取液。待混合充分后，凸轮2向下运动到最低点，凸轮面与滚轮6脱离接触。凸轮2固定 不动，离心转子4高速旋转，在离心力作用下，固体物质和研磨撞子10沉淀到操作瓶5底 部，溶解有特定生物样品的提取液位于操作瓶5上部。离心一定时间后，离心转子4停止转动，将操作瓶5从滑块3上取下，打开研磨瓶 盖11，吸取上清，得到特定生物样品。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。
权利要求
一种原位研磨、离心装置，该装置包括凸轮(2)、凸轮升降机构(1)、离心转子(4)、操作瓶(5)、以及盛放在操作瓶中的研磨撞子(10)，其特征在于所述离心转子(4)上加工有多条与竖直方向成15 60°角的滑道(7)，各滑道(7)绕离心转子(4)的轴心均匀排布，并且在每个滑道(7)内安装一个与之配合并可沿滑道往复运动的滑块(3)；操作瓶(5)固定在滑块(3)上，并随滑块(3)一起运动，操作瓶(5)装入生物样本，并同时装有一个或数个研磨撞子(10)；凸轮(2)由凸轮升降机构(1)驱动做上下运动，凸轮(2)在最高点时，凸轮面与滑块(3)的下端接触，离心转子(4)保持不动，凸轮(2)旋转，各滑块(3)在凸轮(2)的驱动下，带动操作瓶(5)沿滑道(7)做快速往复运动，操作瓶(5)内的生物样本在研磨撞子(10)以及自身之间的频繁撞击下被研磨成粉末；凸轮(2)在最低点时，凸轮面与滑块(3)脱离接触，向操作瓶(5)中加入提取液，并将生物样品融入提取液，离心转子(4)高速旋转，固态物质沉淀到操作瓶(5)的瓶底，取出上清，即得到生物样品。
2.根据权利要求1所述的原位研磨、离心装置，其特征在于，所述凸轮(2)与所述离心 转子(4)的旋转轴重合。
3.根据权利要求1所述的原位研磨、离心装置，其特征在于，所述滑块(3)在凸轮(2) 的驱动下沿滑道(7)运动时，依靠压缩弹簧(8)实现复位，使滑块与凸轮面时刻保持接触。
4.根据权利要求1所述的原位研磨、离心装置，其特征在于，所述凸轮(2)是轴对称结 构，凸轮面由一平面曲线沿其垂直方向以30-60°的拔模角度拉伸而成。
5.根据权利要求1所述的原位研磨、离心装置，其特征在于，所述凸轮(2)的凸轮面与 滑块(3)的运动方向在整个圆周上处处保持垂直。
6.根据权利要求1所述的原位研磨、离心装置，其特征在于，所述滑块(3)的底部安装 有滚轮(6)，以减小运动中滑块与凸轮面之间的摩擦。
7.根据权利要求1所述的原位研磨、离心装置，其特征在于，所述凸轮升降装置(1)采 用连杆机构，凸轮位置最高点对应连杆机构的死点位置，以抵抗凸轮驱动滑块运动时所受 到的反作用力。
全文摘要
本发明涉及一种原位连续进行研磨操作和离心操作的装置，属于生物样本处理自动化设备。该装置包括凸轮、凸轮升降机构和离心转子；离心转子上加工有一系列与竖直方向成一定角度的滑道，各滑道绕离心转子轴心均匀排布，每个滑道内安装一个与之配合的滑块；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，操作瓶可固定在滑块上，并随其一起沿滑道往复运动。凸轮在凸轮升降机构驱动下可上下移动，在最高点，凸轮面与滑块接触；在最低点，凸轮面与滑块脱离接触。本发明结构紧凑，生物样本不需要转移即可实现分离和提取，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、蛋白质等特定生物样品的自动化操作。
文档编号G01N35/00GK101975863SQ201010273539
公开日2011年2月16日 申请日期2010年9月6日 优先权日2010年9月6日
发明者任长志, 刘飞, 吴丹, 宋立滨, 陈恳 申请人:清华大学