一种用于蛋白质结晶的永磁封闭实验装置的制作方法

本发明涉及生物实验器械领域，具体涉及一种用于生物蛋白质结晶的永磁封闭实验装置。

背景技术：

蛋白质是生命活动的主要承担者，具有极其多变的结构和功能，因此其对生命活动的重要性是不言而喻的。通过对蛋白质结构的解析以及功能的分析，我们可以对生命活动具有更深层次的了解和研究。

目前，蛋白质结构的解析主要是借助XRD(X-射线衍射)来完成的，并且在PDB(Protein Data Bank)数据库中有超过90％的蛋白质结构是由XRD解析的。目前XRD在蛋白质结构分析过程中具有绝对的统治地位，但使用XRD解析蛋白质结构需要利用蛋白质晶体，因此蛋白质结晶便成为了XRD蛋白质结构解析的关键步骤，就目前技术而言，如何获得高质量的蛋白质晶体仍是制约这项技术发展的瓶颈。

文献“Effects of a magnetic field on the nucleation and growth of protein crystals”等报道了在磁场中进行蛋白质结晶可以明显地产生数量更少但体积更大的蛋白质晶体。因此通过磁场的特殊环境来提高蛋白质结晶的晶体质量是提高XRD蛋白质衍射质量的有效途径之一。

根据磁力的不同形成方式，磁场可分为电磁场和永磁场。电磁场又可以分为常规导体磁场和超导磁场，电磁场可以在电流的作用下产生较高磁力的磁场，从几特斯拉到几十特斯拉不等的磁场强度，尽管电磁场有着较高的磁场强度，但是在使用过程中需要专门的场地、较高的人力物力去维护，投入较大，使用不方便。另一方面就永磁场而言，其磁场强度目前来说最高可达一点几特斯拉，虽然和电磁场相比其强度小了很多，但是永磁场装置体积较小，一旦组成装置就不需要再进行能量的输入以及和电磁场一样的繁杂维护。同时在进行中弱磁场强度的蛋白质结晶实验过程中，永磁场也具有重要的实验和实践价值。

技术实现要素：

为了克服现有技术的不足，本发明提供一种实用的试验用蛋白质结晶永磁封闭实验装置，本发明磁场强度大，体积紧凑，制造成本低，能够明显提高蛋白质结晶质量。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：一种用于生物蛋白质结晶的永磁封闭实验装置，包括永磁铁、U型铝板、抗磁铝板和顺磁钢板；两块所述的永磁铁平行放置，且两块永磁铁对应位置的极性相反；所述的U型铝板位于两块永磁铁之间，铝板和永磁体围合成一个五边封闭、一边开口的结晶板放置区；若干顺磁钢板和抗磁铝板围合成一个封闭结构，将永磁铁和U型铝板包裹在内，所述的封闭结构中，正对U型铝板开口的两侧均为抗磁铝板。

所述的永磁铁采用钕铁硼强永磁铁。

所述的U型铝板两侧各有两块永磁铁，同一侧的两块永磁铁位于同一平面贴紧放置，且两块永磁铁相邻一侧的极性相反。

所述的永磁铁在自身所处平面内与封闭结构之间留有空间。

所述的封闭结构中，抗磁铝板正对U型铝板开口的位置开有结晶板入口，且通过门盖封闭。

所述的顺磁钢板通过顺磁螺丝杆紧固连接，所述的抗磁铝板通过顺磁螺丝杆安装在顺磁钢板上。

所述的永磁铁通过磁圆柱销钉安装在顺磁钢板上。

本发明的有益效果是：首先，本发明所采用的永磁铁为钕铁硼强永磁铁，磁体为薄矩形，上下各紧邻两块，这样可以减少单块大面积磁极中心部位场强减弱问题。采用N-S磁极相对和磁体平行设计，同时装置外表面四周的整体的闭合顺磁钢板和前后抗磁设计，大大减小了磁力线的外耗散，这样既大大增强了装置内部的磁场强度，又使装置内部基本维持恒稳的磁场强度。其次，上下磁铁之间夹有U型抗磁铝板，这样磁铁间的磁力线大部分都被集中到U型缺口处的结晶板放置区，设计时利用ANSYS有限元模拟和分析，装置内部结晶板放置区建立起了符合结晶板面积大小的恒稳磁场，在装置制作完成后，对装置内部的磁场强度进行实际测量，结果和事先模拟计算的结果是基本一致的，这样就有利于后期实验条件均一性的要求，增加实验的准确度和实验效果。最后，本发明装置体积小，便于挪动，可放置于水循环水浴内，占用实验空间小，使用方便。

附图说明

图1为本发明所述的实验装置外观结构示意图。

图2为本发明所述的实验装置内部结构示意图。

图3为本发明所述的实验装置打开上部顺磁钢板后的内部结构俯视图。

图4为本发明所述的实验装置打开上部顺磁钢板和取出装置内上部永磁铁后的内部结构俯视图。

图5本发明所述的实验装置的内部核心(永磁铁和U型铝板)结构示意图。

图6本发明所述的实验装置的装置外部封闭系统顺磁钢板拼接结构示意图。

图中，1.1、抗磁圆柱销钉；1.2、上顺磁钢板；1.3、大顺磁螺丝杆；1.4、小顺磁螺丝杆；1.5、入口门盖；1.6、前抗磁铝板；1.7、左顺磁钢板；2.1、上顺磁板；2.2、右顺磁钢板；2.3、U型铝板；2.4、抗磁空气空间；2.5、下顺磁钢板；2.6、下强永磁铁A；2.7、结晶板放置区；2.8、上强永磁铁A；3.1、后抗磁铝板；3.2、装置入口；5.1、上强永磁铁B；5.2、下强永磁铁B；6.1、U型铝板定位槽；6.2、强永磁铁定位槽。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明进一步说明，本发明包括但不仅限于下述实施例。

本发明提供一种用于生物蛋白质结晶的永磁封闭实验装置，包括装置内部试验系统和装置外部封闭系统。

所述的装置内部实验系统包括：强永磁铁、支持作用的U型厚度抗磁硬铝板(U型铝板)、结晶板放置区和抗磁空气空间。

所述的装置外部封闭系统包括：顺磁钢板、抗磁铝板、顺磁螺丝杆、抗磁圆柱销钉、装置入口和入口门盖。

作为上述技术的优选方案，所述的装置内部实验系统被装置外部封闭系统完全包裹封闭在内部。

作为上述技术的优选方案，所述的强永磁铁是本发明中强磁场的产生源，在装置内部强永磁铁产生近乎恒稳的强磁场作用于实验时的结晶板上，装置内上下各两块磁铁，平行相对。

作为上述技术的优选方案，所述的U型铝板将不同极向的正对的强磁铁支撑分隔开，防止其相互吸引贴附在一起。

作为上述技术的优选方案，所述的结晶板放置区位于上下相对的强永磁铁中间、U型铝板的U字内部，在实验室用于结晶板的放置。

作为上述技术的优选方案，所述的抗磁空气空间位于上下磁铁两侧，主要起到抗磁使磁力线主要封闭在装置外部封闭系统内中的顺磁钢板内。

作为上述技术的优选方案，所述的顺磁钢板紧固于装置外表面的上下左右四处，紧密闭合，起到使磁力线循环其中的作用。

作为上述技术的优选方案，所述的抗磁铝板紧固于装置的前后两处，紧贴顺磁钢板，抗磁防止磁力线短路。

作为上述技术的优选方案，所述的顺磁螺丝杆，用于固定紧合装置外部封闭系统的顺磁钢板和抗磁铝板。

作为上述技术的优选方案，所述的抗磁圆柱销钉，横穿顺磁钢板和强永磁铁，固定磁铁，并便于安装。

作为上述技术的优选方案，所述的装置入口，是结晶板放置的入口，位于装置前抗磁铝板的正中间。

作为上述技术的优选方案，所述的入口门盖，用于堵塞装置入口，防止装置内强磁吸取环境铁磁物质，产生危险。

如图1和图6所示为一种用于蛋白质结晶的永磁封闭实验装置外观结构示意图，装置上下左右四个面为顺磁钢板，前后两面为抗磁铝板，装置的整体连接由顺磁螺丝杆完成，连接牢固，装置整体结构紧凑牢固。

如图2、图3、图4和图5所示为一种用于蛋白质结晶的永磁封闭实验装置内部结构示意图，也就是装置内部试验系统，主要有上下各两块并列的强永磁铁和中间的U型抗磁铝板，在U型铝板的U字内部空间为结晶般的放置区。

优选地，所述实验装置整体的尺寸为252*212*127mm，空间体积小，这样可以方便的放进恒温水浴内，进行恒温实验。

优选地，所述四块抗磁钢板1.2、1.7、2.1及2.5的厚度为分别为30mm，材料为q235钢材，这样可以基本将永磁铁的磁力线全部封闭在钢板内，漏磁少，大大增加了装置内部试验区的磁场强度和装置整体结构其强度。

优选地，所述抗磁铝板1.6和3.1是厚度15mm的硬铝板，铝板具有抗磁性，装置前后采用抗磁铝板可以避免磁力线在装置四周循环短路，从而增强装置内部的磁场强度。

优选地，所述顺磁螺丝杆1.3和1.4，材料为顺磁钢料q235，导磁效果好，强度大，连接紧固。大顺磁螺丝杆1.3直径为8mm，用于固定装置的整体结构，小顺磁螺丝杆1.4直径为4mm，主要用于将入口门盖1.5封堵住装置入口3.2并固定于前抗磁铝板1.6上。

优选地，所述抗磁空气空间2.4位于强永磁铁和左右顺磁钢板之间，可以减少磁力线从磁铁两侧直接穿到顺磁钢板，减少了磁力线损失。

优选地，所述U型铝板，夹在上下强永磁铁之间，铝板为抗磁性材料，磁力线基本不能或者很少能从U型铝板穿过，这样使磁力线更加地集中于U型铝板的U字缺口处，增加结晶板放置区的磁场强度。

优选地，所述强永磁体2.6、2.8、5.1和5.2的规格为110*110*27.5mm，剩磁为1.40～1.44T，材料为钕铁硼磁铁，上下距离为18mm，N-S两极相对，这样可以尽可能地增大磁铁两极的磁场强度。

优选地，所述U型铝板定位槽6.1凿于左、右顺磁钢板1.7、2.2和后抗磁铝板3.1中部，主要起到限制和固定U型铝板的作用。

优选地，所述强永磁铁定位槽6.2凿于上、下顺磁钢板2.1、2.5中部，宽度比强永磁铁铁略宽，起到定位磁铁的作用。

在本发明所涉及到的设计参数和制作材料确定后，首先使用了有限元分析软件ANSYS进行了模拟实验分析，模拟分析结果结晶板放置区基本为恒定磁场，场强大于1T。装置制作完成后，使用磁场强度测量装置进行测量，测量的选取点结果与模拟结果相似，磁场强度在1T左右，和预期设计结果一致。

本发明使用时包括以下步骤：

第一步，结晶板点样。将蛋白质结晶溶液，点加到结晶板上，结晶板进行相关处理。

第二步，结晶板放置。用螺丝刀将本发明装置的入口门盖取下，将带液结晶板从装置入口处平推进装置，使结晶板放置于装置内部的结晶板放置区。

第三步，将装置入口门盖固定好后，将装置平放进循环水浴内，恒温结晶。

第四步，需观察结晶效果时，取出结晶板，显微镜下观察拍照。