专利名称：基于凸轮驱动的生物样本冷冻研磨装置的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及生物样本处理技术领域，尤其涉及一种基于凸轮驱动的生物样本冷冻研磨装置。
背景技术：
在生物化学研究及临床应用领域，将特定的生物组分从生物样本中分离提取出来，是应用普遍的常规技术之一，也是后续研究与实验的基础。大多数的提取操作，如离心、 过滤、层析、电泳等都需要在液态环境下进行，为加快处理速度，所涉及的物质要求呈液态、 气态或粉末态。而常用的生物样本，如生物组织、植物组织等的初始状态一般均为块状结构。因此，对生物样本的研磨粉碎便成为必不可少的第一步操作。与其他块状结构相比，生物样本具有以下特点①体积小，特别是从人体上采集的组织样本，因此要求研磨操作具有高回收率；②大多数生物样本水分含量高，脆性差，常温下不易粉碎。同时，对生物样本的研磨操作一般在生化实验室中进行，所用装置体积不易过大。目前，国内大多数实验室在进行生物样本研磨时，均采用人工研钵研磨的方法，即将生物样本放置在研钵内，倒入液氮冷冻，而后手工用钵杵进行研磨。且缺点是所得到的粉末颗粒大小不均勻，效率低，且操作具有一定危险性，液氮使用不慎会对操作人员造成伤害。通过对已有专利的调研发现类似的装置主要包括两类。一类不具备样本冷冻功能，因此只能用于研磨常温下脆性较大的干燥样本或无机样本。例如，专利“解毒烧伤膏中药材超微粉碎装置”(CN020092007559)提出了一种利用球磨法进行研磨，并利用筛网进行过滤，以减小所得粉末平均颗粒大小的装置；专利“生物组织超微粉碎机”(CN 95241945) 提出了一种利用旋转组合刀具进行生物组织研磨的装置。另一类虽然具备样本冷冻功能， 但装置体积较大，例如，专利“深冷振动超微粉碎机”(CN022^1%)提到了一种一种基于振动磨的超微粉碎装置，该装置具有液氮制冷装置，可实现对通常方法难以粉碎的如富含油类、糖类和韧性类的中药材以及动植物鲜活体等的粉碎。但此类装置一般一次同时处理大量样本，对于微量样本的回收率无法保证，不适应生化试验室中对生物样本进行研磨操作的使用要求。随着生物化学研究和临床应用向精细化、自动化方向的发展，使用专用装置和仪器来代替现有手工操作，得到微米级大小，且颗粒大小均勻的高质量生物样本粉末，并实现高回收率，以成为生物组分分离提取后续操作的迫切要求。
发明内容本实用新型的目的是提供一种基于凸轮驱动的生物样本冷冻研磨装置，该装置结构紧凑，体积小巧，可广泛应用于各类生物样本的冷冻研磨操作。为实现上述目的，本实用新型采用如下技术方案。[0009]该装置的结构包括凸轮推杆与圆柱凸轮通过滑道滚动接触，低温模块位于圆柱凸轮的上方；操作瓶固定在凸轮推杆上，并在操作瓶内放置研磨撞子；操作瓶的往复运动区域位于低温模块上的与其位置相对应的中空套筒内。凸轮推杆在圆柱凸轮的驱动下，上下往复运动；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； 低温模块使部分常温下不易粉碎的生物材料由于低温脆化，易于完成研磨粉碎。所述低温模块由低温层和热绝缘层构成；所述热绝缘层包裹低温层，防止低温模块表面因冷凝产生水珠。所述低温模块采用液氮致冷实现低温，采用真空隔绝实现热绝缘。所述圆柱凸轮采用环形封闭式滑槽结构，即利用凸轮自身结构使凸轮推杆在整个运动过程中始终与凸轮保持接触。所述圆柱凸轮是轴对称结构，即凸轮推杆在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。所述凸轮推杆用于固定操作瓶的部分与低温模块上中空套筒内表面接触，以便于热量的传递。所述操作瓶内部空腔两端面彼此不平行，使研磨撞子的运动轨迹尽可能不规律。所述中空套筒在低温模块内沿圆周方向均勻分布。本实用新型的有益效果为本装置可以对生物样本完成低温条件下的研磨操作，结构紧凑，运动部件少，操作方便，提高了工作效率，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、蛋白质等特定生物组分的自动化操作，克服了现有技术的不足。

图1为依照本实用新型一种实施方式的基于凸轮驱动的生物样本冷冻研磨装置结构示意图。图2(a)和图2(b)分别为凸轮推杆与操作瓶的结构及安装示意图。图3为低温模块的结构示意图。图中标号1-低温模块；2-凸轮推杆；3-圆柱凸轮；4-紧固压圈；5-操作瓶盖；6_操作瓶； 7-研磨撞子；8-滚轮；9-密封壳；10-液氮导管；11-中空套筒；12-推杆导向块；13-液氮层；14-液氮套筒；15-真空层。
具体实施方式
本实用新型提供了一种基于凸轮驱动的生物样本冷冻研磨装置，
以下结合附图和实施例对本实用新型做进一步说明。如图1、2、3所示，依照本实用新型一种实施方式的基于凸轮驱动的生物样本冷冻研磨装置，包括低温模块1、圆柱凸轮3、凸轮推杆2、可固定在凸轮推杆2上的操作瓶6、以及盛放在操作瓶6中的研磨撞子7。圆柱凸轮3侧面加工有凹槽，凸轮推杆2末端滚轮8插入凹槽。当凸轮旋转时，可驱动推杆上下运动。圆柱凸轮3及其上凹槽均为轴对称结构，即凸轮推杆2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。操作瓶6与操作瓶盖5通过螺纹连接，其内部空腔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7。操作瓶6可由紧固压圈4固定在凸轮推杆2顶部，并随
其一起运动。低温模块1与圆柱凸轮3轴线重合，其上绕轴线均勻排布4个中空套筒11，中空套筒11外安装液氮套筒14，两者之间空腔构成液氮层13 ；液氮套筒14与密封壳9之间空腔构成真空层15。液氮导管10穿过真空层15，与液氮层13连通。固定套筒底部安装有推杆导向块12，以防止凸轮推杆2在上下运动时发生自身转动。凸轮推杆2顶部用于固定操作瓶6的部分与低温模块1上中空套筒11内表面接触。当使用该装置进行生物样本冷冻研磨操作时，首先，将一定量的生物样本装入操作瓶6，同时放入一个或数个研磨撞子7，旋紧操作瓶盖5。将操作瓶6放入凸轮推杆2顶部，并用紧固压圈4固定，使其与凸轮推杆2固结为一体。将低温模块1中真空层15内的空气抽出，形成真空环境。利用液氮泵等类似仪器通过液氮导管10，使液氮层13内全部或部分充满液氮。通过热传递，在操作瓶6内形成低温环境。真空层15的存在可避免低温模块1表面因冷凝而附着水。圆柱凸轮3快速旋转，驱动凸轮推杆2上下往复运动。操作瓶6中的研磨撞子7 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。圆柱凸轮3旋转一定时间后，生物样本被研磨成粉末状。将操作瓶6从凸轮推杆2上取下，打开操作瓶盖5，回收生物样本粉末。以上实施方式仅用于说明本实用新型，而并非对本实用新型的限制，有关技术领域的普通技术人员，在不脱离本实用新型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实用新型的范畴，本实用新型的专利保护范围应由权利要求限定。
权利要求1.一种基于凸轮驱动的生物样本冷冻研磨装置，其特征在于，凸轮推杆( 与圆柱凸轮⑶通过滑道滚动接触，低温模块⑴位于圆柱凸轮⑶的上方；操作瓶(6)固定在凸轮推杆⑵上，并在操作瓶(6)内放置研磨撞子(7)；操作瓶(6)的往复运动区域位于低温模块(1)上的与其位置相对应的中空套筒(11)内。
2.根据权利要求1所述的基于凸轮驱动的生物样本冷冻研磨装置，其特征在于，所述低温模块(1)由低温层和热绝缘层构成；所述热绝缘层包裹低温层。
3.根据权利要求2所述的基于凸轮驱动的生物样本冷冻研磨装置，其特征在于，所述低温模块(1)采用液氮致冷，采用真空隔热。
4.根据权利要求1所述的基于凸轮驱动的生物样本冷冻研磨装置，其特征在于，所述圆柱凸轮(3)采用环形封闭式滑槽结构。
5.根据权利要求1或4所述的基于凸轮驱动的生物样本冷冻研磨装置，其特征在于，所述圆柱凸轮(3)是轴对称结构。
6.根据权利要求1所述的基于凸轮驱动的生物样本冷冻研磨装置，其特征在于，所述凸轮推杆(2)用于固定操作瓶(6)的部分与低温模块(1)上中空套筒(11)内表面接触。
7.根据权利要求1所述的基于凸轮驱动的生物样本冷冻研磨装置，其特征在于，所述操作瓶(6)内部空腔两端面彼此不平行。
8.根据权利要求1所述的基于凸轮驱动的生物样本冷冻研磨装置，其特征在于，所述中空套筒(11)在低温模块(1)内沿圆周方向均勻分布。
专利摘要本实用新型涉及生物样本处理技术领域，尤其涉及一种基于凸轮驱动的生物样本冷冻研磨装置。该装置包括圆柱凸轮、凸轮推杆、低温模块和操作瓶；操作瓶内可装入一定数量的生物样本，并同时装入一个或数个研磨撞子；操作瓶可固定在凸轮推杆上，凸轮推杆在圆柱凸轮驱动下，上下快速往复运动；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。操作瓶往复运动区域位于低温模块上中空套筒内，低温模块可在中空套筒内形成低温环境，通过热传递，实现对操作瓶内部空间和生物样本的冷冻，使部分常温下不易粉碎的生物材料由于低温脆化，易于完成研磨粉碎。本实用新型结构紧凑，体积小巧，可广泛应用于各类生物样本的冷冻研磨操作。
文档编号G01N1/38GK202033241SQ20102063229
公开日2011年11月9日 申请日期2010年11月24日 优先权日2010年11月24日
发明者任长志, 刘飞, 吴丹, 宋立滨, 陈恳 申请人:清华大学