电泳仪和相关使用方式参照的制作方法

技术领域

电泳仪内置了蓝色背光板，仪器可以倾斜放置，方便观测。仪器主要用来分离不同大小的生物分子，此外也可以用于其他用途。

背景技术：

凝胶电泳被用来分离不同大小的生物分子。凝胶电泳实验一般将直流电源纵向或者横向连接在多孔结构的凝胶介质两端(琼脂糖凝胶电泳)。凝胶介质被浸泡在电解质溶液中，形成导体。分子样本从凝胶的一端注入，在电场的作用下从正极或负极移动。不同大小的分子移动速度不同，在一定时间后，通过紫外光的照射，附着在每个分子上的荧光剂会被激发，从而显示出每个分子所在的位置。

由于紫外光和使用的荧光剂对人体有害，采用蓝色可见光来激发荧光的方法被开发出来。这可以避免紫外光的副作用，同时可以实时观测试验的进展。在现有的产品中，蓝色可见光由LED矩阵发出，照入样本。滤光片将蓝色光滤掉，同时透过绿色荧光。观察者可以从样本上方垂直方向观察。现有的设计设备笨重，体积大，使用时需要平放，不方便观察。可以垂直放置的现有设备不提供蓝色LED矩阵，需要专用实验器材才可以检测分子的位置，不可以实时观测。

技术实现要素：

目前市场上的蓝光观测仪都是水平放置，笨重的体积让使用者必须从仪器正上方观测分子激发出的荧光，使用方式和效率收到了限制。而能够垂直放置的电泳仪均没有内置蓝光板，需要单独的实验台，无法实时观测。

为了解决这些问题，该专利的发明者设计了一个整合了蓝光板，并且可以直立或者倾斜放置的电泳仪。便于使用者观测。

如图1，通过创新的电泳槽结构和优化的蓝光板设计，我们发明的电泳仪尺寸只有10.9cm x 11.2cm x 4.3cm，和用来放置DNA分子样本的塑料卡带差不多大小。在设计过程中，电泳仪所使用的蓝色LED光板，隔热层，漫射光栅，磁力支架，都是发明者的独创，并且可以应用在独立的场景中。这些场景包括了光学和非光学的应用，即使现有应用于凝胶电泳设备，每一个零部件都可以单独应用在其他产品中。例如，漫射光栅的设计可以被应用于高亮度的照明和背光照明中。磁力转轴可以被用来替代传统的机械转轴，减少摩擦和应力产生的结构性损坏。

凝胶卡槽和反应槽被放在了仪器的前部，方便拿取。蓝色背光板和蓝色透光片和漫射光栅一起被放到了反应槽身后。在仪器的后部设计了磁力支架，使得仪器可以倾斜放置，方便观测。同时磁力转轴的特点使得仪器在承受过多压力的时候会自行脱落，避免应力产生的结构性损坏。

防水和隔热性能是仪器正常工作的重要基础，也决定了仪器制作所需要的材料。ABS和具有相似化学和热学稳定性的材料均可以使用。同时该材料还需要有对应的溶剂粘合剂来进行组装。磁力支架等零部件所需要使用的磁铁也同样有溶剂粘合剂固定。

附图说明

图1展示了我们设计的电泳仪的全部组成部分

图2电泳仪前端的面板

图3展示用的凝胶卡带

图4电泳槽主体

图5隔离面板

图6 LED面板

图7 LED面板罩

图8光线漫射板

图9组装好的后部支架结构：背板，卡槽，支架

图10分离的后部支架结构：背板，卡槽，支架

图11A和11B电泳仪的上盖，用来保证电泳槽在倾斜时的密封性。

图12用磁铁引力形成转轴的磁力支架，用磁铁替代了传统的关节和螺丝

图13磁力夹子，用来将样本托盘从凝胶卡带中取出，也可以将凝胶卡带从电泳槽中取出(图片14)

图14展示了使用磁力夹子将凝胶卡带从电泳槽中取出

图15展示了使用磁力夹子将样本托盘从凝胶卡带中取出

具体实施方式

这段描述附带的图片展示了电泳仪的各个部件，解释了电泳仪的设计和工作原理。

对于设计图片的参照和引用会在文中列出，对于相同部件的引用，将会使用相同的号码在图中标出。

文中下面所展示的设计图和说明，仅仅用于展示发明者的想法和创新的技术，不从任何形式和内容上限制发明者在最终的产品上可能作出的改变和变形。

图1展示了电泳仪100的所有组成部分，包括了电泳仪前挡板10，凝胶卡带20，电泳槽主体30，电泳槽隔离板40，密封盖50，折射光板60，LED背光板70，LED后部盖板80，支架背板90，支架105和底座115。

图片2展示了电泳仪前挡板10.电泳仪的前端挡板10由透明的塑料材料制成，和电泳槽主体用胶固定为一体。在前端面板的内侧上方横向切割了一个卡槽15用来放置电极。卡槽的位置根据加工的需要也可以放在电泳槽主体。前端面板的外侧放置了滤光片，用来阻断蓝色LED光线，同时透过绿色荧光。

图片3展示了凝胶卡带20.这是一个传统商用的凝胶卡带，由塑料制成。尺寸大小适用于快速电泳实验。凝胶卡带上部为样本托槽25.

图片4展示了电泳槽主体30。电泳槽主体30于传统设计相比增加了对LED背光板的支持，同时便于更换凝胶卡带和需要的正负电极。便于倾斜放置和观测。

A.后置LED背光板

在目前的设计中，LED背光板70放置在电泳槽主体30后部。这样的设计保证了高压绝缘和防水的要求，同时也兼顾了散热的需求。电泳仪在使用时，由于使用高压电源，缓冲溶液会被缓慢加热，从而影响实验的准确性。同时，LED背光板70在使用中也会产生高温，通过放置隔热板，热量从背部散出，消除了对于缓冲溶液的影响。

在电泳槽侧面放置LED背光板的设计，需要负责的机械结构和防水设计。经过仔细验证，并不能带来更大的益处。

漫射光栅60，透光片和隔热材料都被一起安装在电泳槽30的后部，后续会有更详细的解释。

B.凝胶卡带20的放置

1.卡槽

电泳槽内部两侧预留了放置凝胶卡带20的卡槽35-36，电泳槽底部两侧也各有一个挡板33-34，这样卡带会以前倾的位置放置，便于取出。

2.顶部卡片37-38

顶部左右两侧各有一个卡片37-38，用来在垂直方向锁住凝胶卡带20。此时使用者可以用夹子轻易的将样本托盘25从凝胶卡带20中取出，而不带走凝胶卡带20本身。

C.电极的放置

电泳实验所使用的电源通常为90V,150mA.由于使用时连接电源的正负两级要浸泡在缓冲液中，良好的绝缘性能是必要的。首先，在电泳槽主体中间用来分离缓冲液和背光LED的挡板需要紧密的链接在电泳槽框架上。同时电极的位置必须在垂直和水平方向几何对称，分子样本在实验时才能沿垂直方向直线移动，得到可观测的数据。

由于DNA分子携带负电荷，负极放在上部，正极在底部的设计可以吸引DNA分子从上到下移动。电极使用了铂金材料，通过电焊连接到由铜线制成的延长线上，最后通过连接插头和电源相接。

顶部的负电极被放置在前档板10内侧上方，正电极被放在了电泳槽30的下部。在生产过程中，可以根据情况将电极位置互换，负电极放在电泳槽的上部，正电极放在前档板内侧下方。

D.支架倾斜角度

由于发明者使用了紧凑型设计，我们希望免去使用者双手参与样本凝胶卡带的放置和更换。为此我们设计了可以倾斜的磁力支架，和可以拆卸的密封盖，确保了简便的操作方式。

E.电源接口和电极接头

1.放置位置

电源接口和电极接头的位置需要考虑到电路板的位置，防水，并且便于组装和使用。电源接口被放在了仪器的右下角，距离LED电路板70的位置最短，减少了短路和断路的可能。安装过程也得以缩短。

电极接头被放在了电泳仪的后部上方，利用了LED板70空余的空间。这样使得使用过程中不会受到电线和密封盖50的干扰，提供更清晰的观察视线。电线的插拔也更加方便。

2.绝缘和防水设计

额外的考虑集中放在了绝缘和防水设计上，二者对于电泳仪的运行和安全至关重要。密封粘合材料被涂在电源接口和电极接头与电泳仪相连处的缝隙，在固定了接口的同时，也提供了可靠的密封和绝缘性能。

图片5展示了电泳槽隔离板40。电泳槽隔离板40由透明塑料材质制成，作为电泳槽的背板。隔离板40的背面由42-44标出了LED背光板的位置，45预留了电源接口的空间。

图片6展示了LED背光板70。成六边形分布的LED矩阵提供了稳定均匀的光强，减小了LED之间相互干涉衰减的效果。具体的位置取决于使用的LED光场特性，可能会和批量生产的最终设计有所出入。LED的数量根据观测面积和光强优化了观测体验。

LED电路板的设计综合了功能和安全上的考虑，需要使每个LED的光强保持一致，同时在断路和短路发生的情况下保证电路的正常运行。电路结构由并联和串联组合构成，每个并联电路的电流必须保持一致，同时在一个或多个LED发生故障时电压和电流需要保持稳定。电路板的背面材料由铝板制成，保证了散热性(最高温度可能达到75℃)和机械结构的牢固。

图片7展示了LED后部的盖板80。LED后部的盖板80提供了防水和热量隔离，在日常使用中所受到的温度周期下不能产生形变或者粒化。

图片8展示了折射光板60的正反面。折射光板60由一块透明塑料制成，正反表面刻有几何图案，是的光照可以均匀的折射出去，覆盖整个观测板的面积，同时光强不会有太大减弱。LED一侧的折射光板在每一个LED上方刻有一个浅坑，另一侧则刻着数个同心圆使得折射光可以均匀的散射到观测板上。同心圆的直径、深度和数量由LED光的发射角度来决定。在这个设计中我们使用了8个相同深度的同心圆。每组同心圆之间的空隙和LED之间较暗区间重合，使得最后折射出去的光强在各个方向保持一致。

一片蓝色透光片被放置在折射板远离LED的一侧，滤掉蓝色光以外不会激发荧光的波段。在蓝色透光片和折射板之间还放置了一层隔热膜，防止了LED板产生的热量传递到电解质溶液中。

F.支架结构

如上文所述，设计者为这款电泳仪设计了背部支架，方便使用者进行观测。背部支架的整体结构可以折叠和拆卸，在方便存放的同时使得仪器在受到过大压力时不受损伤。

图片9展示了背部支架的整体结构，包括背板90，支架105和底座115。

图片10展示了背部支架的独立结构，包括背板90，支架105和底座115。组装后可以提供不同的倾斜角度。背板90和LED后部盖板80粘贴在一起，为支架提供牢固的支撑。支架105和底座115通过磁铁和背板链接，在压力过大时会和背板脱离，减少对支撑结构的损伤。底座115两侧的卡槽用来选择支架105的固定位置，由背板90、支架105和底座115组成的三角形结构决定了仪器的观测角度。长方形卡槽95-96和圆形卡槽107被用来从不同方向上固定圆形磁铁，固定后使用溶剂粘合剂防止松动和脱落。

图片11A和11B展示了用来密封电泳槽的密封盖50。密封盖50的结构由透明塑料盒压缩密封胶圈54构成。密封盖的前部52由和电泳槽前盖外部相同的滤光片用来过滤蓝光。

G.折射光板

我们的折射光板60设计使得LED光板可以直接放在下方，产生均匀的光线，而不是单独的LED光斑。传统的设计将LED放在透明的漫射光板两侧，漫射光板的背面由反射片组成，光线在漫射光版中反复折射，最终形成均匀亮度的光。这一过程极大的增加了光强的损耗，而且增加了体积。我们的设计在显著减少损耗的同时体积减小，同心圆形状的沟壑也易于加工。

折射光板使用激光蚀刻出同心圆或者其他同心形状，把光均匀折射到各个方向。蚀刻的形状和参数取决于所使用的LED。

H.磁力支架

图片12展示了磁力支架105，使用了磁铁作为转动的轴承结构，取代了传统的螺丝和螺母。如图12所示，支架105的两个转轴120由两对磁性相反的圆形磁铁130-140固定在两侧，磁力吸引使得支架105和背板90相互固定，在压力过大时得以脱落。这种磁力结构可以应用在所有类似的场景中，作为可拆卸、低磨损的使用要求。

I.磁力夹子

图片13展示了一个磁力夹子150。它可以被用来将样本托盘25从凝胶卡带20中拔出，也可以用来凝胶卡带20从从电泳槽30中取出。

夹子150由三部分组成，底部152和上部154的夹板和头部的胶皮贴片156。末端的两个磁铁152-154使得底部和上部的夹板保持一体，头部的胶皮贴片156提高了夹子上部154的摩擦力大于底部152，装卸凝胶卡带20和样本托盘25时更加有效。凝胶卡带20被电泳槽30上方的两个挡板37-38卡在电泳槽里。

从在本次专利权益诉求文档中描述的仪器设计要求和使用方式来考虑，该项发明的其他部件对于熟悉设计的人来说一目了然。对于本文档中所列出的设计要求和参数，以及设计图纸，仅仅只是用来作为示范用途，便于理解仪器的使用方式和设计理念。该项发明的原本领域和使用范围在一下段落中有详细的描述。