專利名稱：智能型厭氧環(huán)境發(fā)生實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型是一種應(yīng)用于生物醫(yī)藥領(lǐng)域的智能化全自動(dòng)實(shí)驗(yàn)設(shè)備，它可以方便地實(shí)現(xiàn)在小容量容器中直接發(fā)生厭氧環(huán)境的目的，以進(jìn)行厭氧培養(yǎng)實(shí)驗(yàn)。它克服了傳統(tǒng)厭氧培養(yǎng)箱在“大環(huán)境”下進(jìn)行實(shí)驗(yàn)時(shí)帶來(lái)的操作不便、厭氧環(huán)境形成時(shí)間長(zhǎng)、能耗高等缺點(diǎn)，同時(shí)還很容易地實(shí)現(xiàn)了多工位同時(shí)進(jìn)行工作的功能，可以很容易地實(shí)現(xiàn)批量實(shí)驗(yàn)的目的，并具有很高的實(shí)驗(yàn)重復(fù)性。
技術(shù)背景厭氧培養(yǎng)實(shí)驗(yàn)是生物研究領(lǐng)域最常見(jiàn)的一種實(shí)驗(yàn)，常見(jiàn)的實(shí)驗(yàn)手段是在一個(gè)密閉的培養(yǎng)箱中形成厭氧環(huán)境，操作者將雙手伸進(jìn)培養(yǎng)箱中戴著手套進(jìn)行操作，受到操作條件的制約，操作的方便性和操作的靈活性都受到很大的限制，這就要求操作者必須掌握一定的操作技能才能做到安全地完成實(shí)驗(yàn)。另外，傳統(tǒng)的厭氧培養(yǎng)箱由于采用的是在整個(gè)培養(yǎng)箱中形成厭氧環(huán)境的方法，所以不可避免地具有厭氧環(huán)境形成時(shí)間長(zhǎng)、效率低、操作不便等缺點(diǎn)
實(shí)用新型內(nèi)容
為了克服現(xiàn)有的利用厭氧培養(yǎng)箱進(jìn)行厭氧培養(yǎng)實(shí)驗(yàn)時(shí)的諸多缺點(diǎn)，本實(shí)用新型提供的厭氧環(huán)境發(fā)生實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)，采用全智能化的控制方式，使得設(shè)備具有操作簡(jiǎn)單，實(shí)驗(yàn)重復(fù)性好，厭氧環(huán)境形成時(shí)間短，能耗低，可配置不同的厭氧環(huán)境等優(yōu)點(diǎn)。另外，多工位的設(shè)計(jì)和高效率使得該設(shè)備適合于進(jìn)行批量實(shí)驗(yàn)。本實(shí)用新型提供了一種智能型厭氧環(huán)境發(fā)生實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)，智能型厭氧環(huán)境發(fā)生實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)，其特征在于它包括連接有惰性氣體鋼瓶的用于充填惰性氣體的管道，連接有真空泵的用于抽取真空的真空管道，用于和實(shí)驗(yàn)容器連接的主管道；所述用于充填惰性氣體的管道和用于抽取真空的真空管道都裝有壓力傳感器，并且用于充填惰性氣體的管道和用于抽取真空的真空管道和主管道相通；用于充填惰性氣體的管道與主管道之間、真空管道與主管道之間、惰性氣體鋼瓶與用于充填惰性氣體的管道之間、真空泵與真空管道之間都有電磁閥隔離。主管道通過(guò)連接頭與氣缸桿的上端相連接，氣缸桿的下端連接著針式過(guò)濾器，針式過(guò)濾器的下端連接著注射針。驅(qū)動(dòng)氣缸兩端裝有兩個(gè)進(jìn)行穿刺位置判斷的磁感應(yīng)式接近開(kāi)關(guān)。帶有橡膠瓶塞的實(shí)驗(yàn)容器放在注射針的下方。上述的磁感應(yīng)式接近開(kāi)關(guān)、電磁閥以及壓力傳感器都連接到控制系統(tǒng)上，控制系統(tǒng)連接顯示系統(tǒng)。進(jìn)一步，氣缸桿的下端還連接著由防脫裝置座和防脫裝置蓋組成的防脫裝置，注射針先與針式過(guò)濾器連接好，然后安裝在防脫裝置座上，針式過(guò)濾器在防脫裝置中。本實(shí)用新型所采用的技術(shù)方案是采用獨(dú)立的厭氧小環(huán)境實(shí)驗(yàn)?zāi)Ｊ?，即在?shí)驗(yàn)時(shí)，選擇用橡膠塞密封的玻璃瓶(一般選擇容積在IOOml左右)裝載實(shí)驗(yàn)溶液，然后將事先與實(shí)驗(yàn)管道連接好的不銹鋼注射針從橡膠塞上方刺入玻璃瓶?jī)?nèi)，完成實(shí)驗(yàn)設(shè)備和實(shí)驗(yàn)容器的快速連接。利用該實(shí)驗(yàn)管道(以下稱為主管道)實(shí)現(xiàn)對(duì)玻璃瓶實(shí)驗(yàn)容器的抽真空、注入需要充填的氣體(如N2、C02)。主管道的后端有兩個(gè)分支管道，一個(gè)與真空泵相連接，另一個(gè)與充氣的氣源相連接，主管道與支管道之間通過(guò)電磁閥控制接通與斷開(kāi)。在主管道中安裝有檢測(cè)真空度和正壓力的傳感器，用于實(shí)現(xiàn)對(duì)抽真空和充填氣體的過(guò)程壓力檢測(cè)，電磁閥和傳感器都與控制系統(tǒng)(如PLC、各種微機(jī)控制系統(tǒng))相連接，通過(guò)控制系統(tǒng)中儲(chǔ)存的用戶程序?qū)φ麄€(gè)實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)自動(dòng)過(guò)程控制。本實(shí)用新型從注射針穿刺到厭氧環(huán)境的形成過(guò)程、 直至注射針的拔出整個(gè)操作控制過(guò)程均由實(shí)驗(yàn)設(shè)備全自動(dòng)地實(shí)現(xiàn)。由于采用的是比較厚的橡膠瓶塞密封和較細(xì)的注射針，因此，在厭氧環(huán)境產(chǎn)生完成并拔出注射針后，可以較好地保持密封狀態(tài)，但為了保險(xiǎn)起見(jiàn)，在厭氧環(huán)境制造完成后， 如果用蠟油密封針口效果會(huì)更好。

圖1注射針穿刺法快速發(fā)生厭氧環(huán)境過(guò)程示意圖圖2智能型厭氧環(huán)境發(fā)生實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)基本原理圖3實(shí)驗(yàn)容器的固定與檢測(cè)原理示意圖
具體實(shí)施方式
智能型厭氧環(huán)境發(fā)生實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)，其特征在于它包括用于充填惰性氣體的管道1，用于抽取真空的真空管道2，用于和實(shí)驗(yàn)容器連接的主管道3 ；所述用于充填惰性氣體的管道 1和用于抽取真空的真空管道2都裝有壓力傳感器。用于充填惰性氣體的管道1與主管道3之間、真空管道2與主管道3之間、惰性氣體鋼瓶與管道1之間、真空泵與真空管道2之間都有電磁閥隔離。主管道3通過(guò)連接頭4與氣缸桿5的上端相連接，氣缸桿5的下端連接著針式過(guò)濾器10，針式過(guò)濾器10的下端連接著注射針12。驅(qū)動(dòng)氣缸7兩端裝有兩個(gè)進(jìn)行穿刺位置判斷的磁感應(yīng)式接近開(kāi)關(guān)。帶有橡膠瓶塞的實(shí)驗(yàn)容器放在注射針12的下方。上述的磁感應(yīng)式接近開(kāi)關(guān)、電磁閥以及壓力傳感器都連接到PLC控制系統(tǒng)上，PLC 控制系統(tǒng)連接顯示系統(tǒng)。進(jìn)一步，氣缸桿5的下端還連接著由防脫裝置座9和防脫裝置蓋11組成的防脫裝置，注射針12先與針式過(guò)濾器10連接好，然后安裝在防脫裝置座9上，針式過(guò)濾器10在防脫裝置中。1.實(shí)驗(yàn)容器的準(zhǔn)備本系統(tǒng)要求使用的實(shí)驗(yàn)容器必須為采用橡膠瓶塞密封的玻璃瓶，容積一般在 500ML以下，橡膠塞厚度一般為10-15匪，以保證具有較好的密封性。2.實(shí)驗(yàn)容器固定裝置在實(shí)驗(yàn)時(shí)，實(shí)驗(yàn)容器是需要固定的，本系統(tǒng)采用氣缸驅(qū)動(dòng)式夾具將實(shí)驗(yàn)容器固定在預(yù)定的位置，達(dá)到使實(shí)驗(yàn)容器在整個(gè)實(shí)驗(yàn)過(guò)程中保持位置不變的目的。實(shí)驗(yàn)容器的固定與檢測(cè)原理示意圖見(jiàn)圖3。在圖3中，夾緊氣缸16(以下稱為夾緊缸)用于提供夾緊力，本設(shè)計(jì)中采用的是雙作用氣缸。在其氣缸桿19的前端固定安裝有活動(dòng)夾頭20，在活動(dòng)夾頭20 的前端面上粘接固定了緩沖橡膠，在夾緊時(shí)起到緩沖作用同時(shí)增加摩擦力。固定擋塊21橫斷面為V型，對(duì)實(shí)驗(yàn)容器起到固定和定位作用。在夾緊缸16的前后兩端分別安裝了 17-傳感器S3和18-傳感器S4,分別用于檢測(cè)氣缸桿的運(yùn)動(dòng)位置，即檢測(cè)是松開(kāi)狀態(tài)還是夾緊狀態(tài)，兩個(gè)傳感器均采用的是磁感應(yīng)式接近開(kāi)關(guān)。S3用于判斷是否已經(jīng)松開(kāi)，S4用于判斷是否已經(jīng)夾緊。3.實(shí)驗(yàn)容器與實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)的連接實(shí)驗(yàn)時(shí)實(shí)驗(yàn)容器需要與實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)的管道形成密閉連接，本實(shí)用新型采用的連接方式是注射針穿刺法。具體做法是采用一個(gè)中空雙出桿式雙作用氣缸7 (以下稱為穿刺缸) 作為驅(qū)動(dòng)裝置，驅(qū)動(dòng)注射針的穿刺動(dòng)作。該氣缸的氣缸桿5為空心式，可以兼作氣路，主管道3通過(guò)連接頭4與氣缸桿5的上端相連接，氣缸桿5的下端連接著防脫裝置(由防脫裝置座9和防脫裝置蓋11組成)，用于防止注射針在拔出時(shí)脫落；注射針12先與針式過(guò)濾器 10連接好，然后安裝在防脫裝置座9上，安裝好后旋上防脫裝置蓋11。安裝關(guān)系見(jiàn)圖1。當(dāng)需要將實(shí)驗(yàn)容器與實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)連接時(shí)，就通過(guò)驅(qū)動(dòng)氣缸7驅(qū)動(dòng)注射針快速刺入實(shí)驗(yàn)容器的橡膠瓶塞，通過(guò)注射針與實(shí)驗(yàn)容器實(shí)現(xiàn)快速連通。穿刺過(guò)程見(jiàn)圖1。驅(qū)動(dòng)氣缸的運(yùn)動(dòng)位置也就是穿刺狀態(tài)，可以通過(guò)安裝在驅(qū)動(dòng)氣缸兩端的磁感應(yīng)式接近開(kāi)關(guān)傳感器6和傳感器8進(jìn)行檢測(cè)判斷。傳感器6用于判斷注射針是否已經(jīng)拔出，傳感器8用于判斷注射針是否已經(jīng)刺入。4.實(shí)驗(yàn)管道系統(tǒng)本實(shí)用新型的實(shí)驗(yàn)管道包括用于充填N2氣(或充填CO2氣體)的惰性氣體管道 1，用于抽取真空的真空管道2，用于和實(shí)驗(yàn)容器連接的主管道3。惰性氣體管道1與主管道 3之間、真空管道2與主管道3之間、惰性氣體鋼瓶與管道1之間、真空泵與真空管道2之間都有電磁閥(如V1、V2)隔離，在需要時(shí)通過(guò)控制系統(tǒng)自動(dòng)打開(kāi)。管道系統(tǒng)結(jié)構(gòu)見(jiàn)圖2。5.過(guò)程監(jiān)測(cè)裝置在實(shí)驗(yàn)時(shí)，整個(gè)實(shí)驗(yàn)過(guò)程都有相應(yīng)的傳感器進(jìn)行監(jiān)測(cè)，主要監(jiān)測(cè)內(nèi)容有實(shí)驗(yàn)容器是否被夾緊固定、是否進(jìn)行了穿刺、抽真空是否達(dá)到了預(yù)設(shè)的真空度要求、充填氣體是否完成等。具體情況如下· 6-傳感器Sl 磁感應(yīng)式接近開(kāi)關(guān)，安裝于驅(qū)動(dòng)氣缸7的上端位置，用于判斷是否確實(shí)不在穿刺位置或者穿刺完成注射針是否已經(jīng)拔出。見(jiàn)圖1?！?8-傳感器S2 磁感應(yīng)式接近開(kāi)關(guān)，安裝于驅(qū)動(dòng)氣缸7的下端位置，用于判斷是否在穿刺位置或者是否穿刺到位。見(jiàn)圖1?！?17-傳感器S3 磁感應(yīng)式接近開(kāi)關(guān)，安裝于夾緊缸16的后端位置，用于判斷夾緊缸是否確實(shí)已經(jīng)松開(kāi)。見(jiàn)圖3?！?18-傳感器S4 磁感應(yīng)式接近開(kāi)關(guān)，安裝于夾緊缸16的前端位置，用于判斷夾緊缸是否確實(shí)已經(jīng)夾緊了實(shí)驗(yàn)容器。見(jiàn)圖3。傳感器的安裝位置可以根據(jù)實(shí)驗(yàn)容器的直徑大小進(jìn)行調(diào)整?！?22-壓力傳感器SN:用于監(jiān)測(cè)氮?dú)夤艿?中的充氣壓力，判斷是否達(dá)到了充氣
5壓力要求?！?23-壓力傳感器SV 用于監(jiān)測(cè)真空管道2中的真空壓力，判斷抽真空是否達(dá)到了真空度要求。在上述傳感器中，傳感器6和傳感器8、傳感器17和傳感器18僅為一個(gè)工位的使用情況，其他工位均相同。6.過(guò)程控制本實(shí)用新型設(shè)備采用可編程序邏輯控制器(PLC)控制技術(shù)與觸摸屏控制技術(shù)來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)整個(gè)系統(tǒng)的過(guò)程控制，使系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)全自動(dòng)的控制。觸摸屏為人機(jī)交互的界面，主要用于實(shí)驗(yàn)參數(shù)的預(yù)置與顯示、實(shí)驗(yàn)過(guò)程的顯示、報(bào)警顯示、向設(shè)備發(fā)出操作指令的目的；PLC 用于實(shí)現(xiàn)整個(gè)系統(tǒng)的智能過(guò)程控制。(I)PLC本實(shí)用新型設(shè)備采用PLC對(duì)整個(gè)系統(tǒng)進(jìn)行自動(dòng)化控制，本系統(tǒng)共需要數(shù)字量輸入 23點(diǎn)，數(shù)字量輸出32點(diǎn)，根據(jù)輸入輸出點(diǎn)數(shù)的要求，可以選擇西門子S7-200(如CPU 222以上的型號(hào))，也可以選擇西門子S7-300系列的PLC。如果不考慮擴(kuò)充功能，選擇S7-200CPU 比較經(jīng)濟(jì)。在本實(shí)用新型設(shè)備中采用了 S7-300系列的CPU 314，其硬件主要配置情況見(jiàn)表 1。表IPLC硬件主要配置情況
權(quán)利要求1.智能型厭氧環(huán)境發(fā)生實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)，其特征在于它包括連接有惰性氣體鋼瓶的用于充填惰性氣體的管道，連接有真空泵的用于抽取真空的真空管道，用于和實(shí)驗(yàn)容器連接的主管道；所述用于充填惰性氣體的管道和用于抽取真空的真空管道都裝有壓力傳感器，并且用于充填惰性氣體的管道和用于抽取真空的真空管道和主管道相通；用于充填惰性氣體的管道與主管道之間、真空管道與主管道之間、惰性氣體鋼瓶與用于充填惰性氣體的管道之間、真空泵與真空管道之間都有電磁閥隔離；主管道通過(guò)連接頭與驅(qū)動(dòng)氣缸的氣缸桿上端相連接，氣缸桿的下端連接著針式過(guò)濾器，針式過(guò)濾器的下端連接著注射針；驅(qū)動(dòng)氣缸兩端裝有兩個(gè)進(jìn)行穿刺位置判斷的磁感應(yīng)式接近開(kāi)關(guān)； 帶有橡膠瓶塞的實(shí)驗(yàn)容器放在注射針的下方；上述的磁感應(yīng)式接近開(kāi)關(guān)、電磁閥以及壓力傳感器都連接到控制系統(tǒng)上，控制系統(tǒng)連接顯示系統(tǒng)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述智能型厭氧環(huán)境發(fā)生實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)，其特征在于氣缸桿的下端還連接著由防脫裝置座和防脫裝置蓋組成的防脫裝置，注射針先與針式過(guò)濾器連接好，然后安裝在防脫裝置座上，針式過(guò)濾器在防脫裝置中。
專利摘要智能型厭氧環(huán)境發(fā)生實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)屬于生物醫(yī)藥領(lǐng)域。它包括用于充填惰性氣體的管道，真空管道，用于和實(shí)驗(yàn)容器連接的主管道；充填惰性氣體和真空管道都有壓力傳感器，充填惰性氣體的管道與主管道之間、真空管道與主管道之間、惰性氣體鋼瓶與管道之間、真空泵與真空管道之間都有電磁閥隔離；主管道通過(guò)連接頭與氣缸桿的上端相連接，氣缸桿的下端連接著針式過(guò)濾器、注射針；驅(qū)動(dòng)氣缸兩端裝有兩個(gè)進(jìn)行穿刺位置判斷的磁感應(yīng)式接近開(kāi)關(guān)；帶有橡膠瓶塞的實(shí)驗(yàn)容器放在注射針的下方；上述的磁感應(yīng)式接近開(kāi)關(guān)、電磁閥以及壓力傳感器都連接到PLC控制系統(tǒng)上，PLC控制系統(tǒng)與觸摸屏相連接。它可以方便實(shí)現(xiàn)在小容量容器中直接發(fā)生厭氧環(huán)境的目的，以進(jìn)行厭氧培養(yǎng)實(shí)驗(yàn)。
文檔編號(hào)C12M1/36GK202214355SQ20112034750
公開(kāi)日2012年5月9日 申請(qǐng)日期2011年9月16日 優(yōu)先權(quán)日2011年9月16日
發(fā)明者劉增輝, 朱運(yùn)利, 蘇東海, 辛秀蘭 申請(qǐng)人:北京電子科技職業(yè)學(xué)院