本發(fā)明屬于超聲波破碎設(shè)備技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種基于球面波共振原理的超聲波細(xì)胞破碎裝置。

背景技術(shù)：

超聲波破碎裝置是利用超聲波在液體中的空化效應(yīng)，使液體產(chǎn)生無(wú)數(shù)個(gè)小氣泡，通過(guò)小氣泡的爆裂，從而使液體中的固體顆?；蚣?xì)胞組織破碎，它能用于多種動(dòng)植物、病毒、細(xì)胞、細(xì)菌及組織的破碎，同時(shí)也可用來(lái)乳化、分立、勻化、提取、消泡、清晰、納米材料的制備、分散及加速化學(xué)反應(yīng)等，超聲波破碎裝置廣泛應(yīng)用于生物學(xué)、微生物學(xué)、物理學(xué)、動(dòng)物學(xué)、農(nóng)學(xué)、制藥、化工、污水處理、納米材料等領(lǐng)域。

傳統(tǒng)的超聲波破碎裝置由超聲波發(fā)生器、換能器和隔音箱三個(gè)部分組成，換能器在工作時(shí)因振動(dòng)會(huì)產(chǎn)生較大的噪音，在實(shí)際使用過(guò)程中，一般都將換能器放入隔音箱內(nèi)，可有效隔離噪音，隔音箱內(nèi)有一個(gè)專用的破碎瓶，將換能器上的變幅桿伸入破碎瓶?jī)?nèi)的液體中，從而對(duì)細(xì)胞或組織進(jìn)行破碎操作，傳統(tǒng)的超聲波破碎裝置的結(jié)構(gòu)設(shè)置不合理，不利于處理液的散熱，處理液會(huì)殘留在破碎瓶的死角處，不便于破碎瓶的清理。

超聲波細(xì)胞破碎裝置已經(jīng)廣泛應(yīng)用于科學(xué)實(shí)驗(yàn)及實(shí)際生產(chǎn)當(dāng)中，通過(guò)超聲波在液體中的空化效應(yīng)，引起物料結(jié)構(gòu)中的共振現(xiàn)象，利用共振來(lái)破壞物料的結(jié)構(gòu)，目前常用的超聲波破碎裝置主要以散射波和T型波為主，散射波范圍廣，但強(qiáng)度卻相對(duì)較弱，T型波雖然強(qiáng)度較高，但其發(fā)生后迅速向四周擴(kuò)散，并不會(huì)形成波動(dòng)能量的積累，破碎效果主要取決于波動(dòng)沖擊后的第一次反應(yīng)，由于波動(dòng)能量不能聚集，導(dǎo)致物料破碎效果不佳，影響后期的實(shí)驗(yàn)和生產(chǎn)加工，工作效率低。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的是提供一種基于球面波共振原理的超聲波細(xì)胞破碎裝置，以解決現(xiàn)有技術(shù)中波動(dòng)能量不能聚集，物料破碎效果不佳，影響后期的實(shí)驗(yàn)和生產(chǎn)加工，工作效率低，介質(zhì)液體散熱不良，介質(zhì)液體殘留不便于清理的問(wèn)題。

為達(dá)到上述目的，本發(fā)明的技術(shù)方案是：一種基于球面波共振原理的超聲波細(xì)胞破碎裝置，包括通過(guò)傳輸線1連接的超聲波發(fā)生器2、換能器3和變幅桿4，超聲波發(fā)生器2的一側(cè)設(shè)有介質(zhì)容器5，換能器3設(shè)置在超聲波發(fā)生器2和介質(zhì)容器5之間，變幅桿4與換能器3連接并設(shè)置在介質(zhì)容器5內(nèi)，介質(zhì)容器5內(nèi)設(shè)有樣本容器6，樣本容器6通過(guò)樣本容器固定裝置固定在介質(zhì)容器5內(nèi)。

優(yōu)選的，樣本容器6為球形容器，樣本容器6上設(shè)有下料管7，下料管7的一端與樣本容器6固定連接，另一端延伸設(shè)置在介質(zhì)容器5外。

優(yōu)選的，樣本容器固定裝置包括固定框體8，連接桿9和限位環(huán)10，固定框體8與介質(zhì)容器5的內(nèi)壁相適配，限位環(huán)9的內(nèi)徑與樣本容器6的外徑相適配，固定框體8通過(guò)連接桿9與限位環(huán)10固定連接。

優(yōu)選的，連接桿9內(nèi)設(shè)有與樣本容器6相適配的頂塊11，頂塊11的一側(cè)與樣本容器6相接觸，另一側(cè)連接有彈簧12。

優(yōu)選的，限位環(huán)10和連接桿9的連接部設(shè)有與樣本容器6相適配的底部限位桿13。

優(yōu)選的，介質(zhì)容器5的內(nèi)壁上設(shè)有限位塊14。

優(yōu)選的，介質(zhì)容器5內(nèi)填充有外部介質(zhì)15，樣本容器6內(nèi)填充有內(nèi)部介質(zhì)16，外部介質(zhì)15的液高大于樣本容器6的球形部，內(nèi)部介質(zhì)16的液高大于樣本容器6的球形部且小于外部介質(zhì)15的液高。

優(yōu)選的，樣本容器6至變幅桿4的距離為外部介質(zhì)15中超聲波頻率波長(zhǎng)的整數(shù)倍，樣本容器6的內(nèi)徑為內(nèi)部介質(zhì)16中超聲波頻率波長(zhǎng)的整數(shù)倍，樣本容器6的壁厚小于內(nèi)部介質(zhì)16所用材料中超聲波頻率波長(zhǎng)的1/10,外部介質(zhì)15的密度大于內(nèi)部介質(zhì)16的密度。

優(yōu)選的，介質(zhì)容器5的頂部設(shè)有頂蓋17，頂蓋17的通過(guò)鉸鏈18與介質(zhì)容器5活動(dòng)連接。

優(yōu)選的，頂蓋17上設(shè)有下料管7可以通過(guò)的通孔19，通孔19上套接有下料管密封圈20，介質(zhì)容器5的側(cè)板上設(shè)有與頂蓋17相對(duì)應(yīng)的頂蓋密封墊21。

本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)在于：本發(fā)明在不提高超聲波發(fā)生器能量的前提下，利用超聲波在樣本容器內(nèi)形成球面波并且富集起來(lái)的特點(diǎn)，實(shí)現(xiàn)了對(duì)超聲波組織破碎效果的強(qiáng)化，有效的提高了物料破碎的效果，超聲波能量不會(huì)向四周擴(kuò)散，樣本容器通過(guò)樣本容器固定裝置牢固的固定在介質(zhì)容器內(nèi)，避免了樣本容器發(fā)生位移的現(xiàn)象，保證了物料破碎過(guò)程的穩(wěn)定性，有效的提高了破碎裝置的工作效率，為后期的實(shí)驗(yàn)和生產(chǎn)加工提供便利，內(nèi)外兩種介質(zhì)散熱效果好，不會(huì)影響正常的破碎工作，樣本容器可以從介質(zhì)容器內(nèi)取出，方便介質(zhì)容器的清理，避免了介質(zhì)液體殘留在介質(zhì)容器內(nèi)的現(xiàn)象。

附圖說(shuō)明

圖1為本發(fā)明的剖視結(jié)構(gòu)示意圖。

圖2為本發(fā)明樣本容器固定裝置的結(jié)構(gòu)示意圖。

圖3為本發(fā)明的剖視立體結(jié)構(gòu)示意圖。

附圖標(biāo)記含義如下：傳輸線（1），超聲波發(fā)生器（2），換能器（3），變幅桿（4），介質(zhì)容器（5），樣本容器（6），下料管（7），固定框體（8），連接桿（9），限位環(huán)（10），頂塊（11），彈簧（12），底部限位桿（13），限位塊（14），外部介質(zhì)（15），內(nèi)部介質(zhì)（16），頂蓋（17），鉸鏈（18），通孔（19），下料管密封圈（20），頂蓋密封墊（21）。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合附圖說(shuō)明和具體實(shí)施方式對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步說(shuō)明。

如圖1、圖2和圖3所示的一種基于球面波共振原理的超聲波細(xì)胞破碎裝置，包括通過(guò)傳輸線1連接的超聲波發(fā)生器2、換能器3和變幅桿4，超聲波發(fā)生器2的一側(cè)設(shè)有介質(zhì)容器5，換能器3設(shè)置在超聲波發(fā)生器2和介質(zhì)容器5之間，變幅桿4與換能器3連接并設(shè)置在介質(zhì)容器5內(nèi)，介質(zhì)容器5內(nèi)設(shè)有樣本容器6，樣本容器6通過(guò)樣本容器固定裝置固定在介質(zhì)容器5內(nèi)。

為了使樣本容器6內(nèi)形成球面共振，使超聲波振動(dòng)可以在樣本容器6的內(nèi)部介質(zhì)16內(nèi)形成富集，提高破碎效率和破碎效果，設(shè)置樣本容器6為球形容器，樣本容器6上設(shè)有下料管7，下料管7的一端與樣本容器6固定連接，另一端延伸設(shè)置在介質(zhì)容器5外。

為了保證樣本容器6在外部介質(zhì)15中的穩(wěn)定性，避免樣本容器6本體在超聲波的作用下發(fā)生振動(dòng)，使樣本容器6內(nèi)的超聲波可以形成富集，使樣本容器6固定的更加牢靠，樣本容器固定裝置包括固定框體8，連接桿9和限位環(huán)10，固定框體8與介質(zhì)容器5的內(nèi)壁相適配，限位環(huán)9的內(nèi)徑與樣本容器6的外徑相適配，固定框體8通過(guò)連接桿9與限位環(huán)10固定連接。

為了進(jìn)一步保證樣本容器6的穩(wěn)定性，在連接桿9內(nèi)設(shè)有與樣本容器6相適配的頂塊11，頂塊11的一側(cè)與樣本容器6相接觸，另一側(cè)連接有彈簧12。

為了保證樣本容器6球形底部的穩(wěn)定性，使其固定的更加牢靠，在限位環(huán)10和連接桿9的連接部設(shè)有與樣本容器6相適配的底部限位桿13。

為了保證樣本容器固定裝置的穩(wěn)定性，方便其固定在介質(zhì)容器5的內(nèi)壁上，在介質(zhì)容器5的內(nèi)壁上設(shè)有限位塊14。

為了進(jìn)一步使樣本容器6內(nèi)的超聲波形成富集，提高破碎效果，在介質(zhì)容器5內(nèi)填充有外部介質(zhì)15，樣本容器6內(nèi)填充有內(nèi)部介質(zhì)16，外部介質(zhì)15的液高大于樣本容器6的球形部，內(nèi)部介質(zhì)16的液高大于樣本容器6的球形部且小于外部介質(zhì)15的液高。

為了進(jìn)一步提高破碎的效率和效果，使超聲波在樣本容器6內(nèi)形成富集，提高超聲波的傳輸速度，設(shè)置樣本容器6至變幅桿4的距離為外部介質(zhì)15中超聲波頻率波長(zhǎng)的整數(shù)倍，樣本容器6的內(nèi)徑為內(nèi)部介質(zhì)16中超聲波頻率波長(zhǎng)的整數(shù)倍，樣本容器6的壁厚小于內(nèi)部介質(zhì)16所用材料中超聲波頻率波長(zhǎng)的1/10,外部介質(zhì)15的密度大于內(nèi)部介質(zhì)16的密度。

為了方便破碎工作結(jié)束后取出樣本容器6，在介質(zhì)容器5的頂部設(shè)有頂蓋17，頂蓋17的通過(guò)鉸鏈18與介質(zhì)容器5活動(dòng)連接。

為了保證介質(zhì)容器的密閉性，防止外部介質(zhì)15溢出，使下料管7固定的更牢靠，在頂蓋17上設(shè)有下料管7可以通過(guò)的通孔18，通孔18上套接有下料管密封圈19，介質(zhì)容器5的側(cè)板上設(shè)有與頂蓋17相對(duì)應(yīng)的頂蓋密封墊20。

實(shí)施例一

超聲波發(fā)生器2的功率為100W，超聲波的頻率為20kHZ，介質(zhì)容器5中外部介質(zhì)15為水，水中的超聲波的傳導(dǎo)速率為1473m/s，波長(zhǎng)為7.365cm，樣本容器6至變幅桿4的距離為外部介質(zhì)15中超聲波頻率波長(zhǎng)的整數(shù)倍，從而設(shè)置樣本容器6至變幅桿4的距離為73.65cm；內(nèi)部介質(zhì)16為乙醇，乙醇中的聲波的傳導(dǎo)速率為1168m/s，波長(zhǎng)為5.84cm，樣本容器6的內(nèi)徑為內(nèi)部介質(zhì)16中超聲波頻率波長(zhǎng)的整數(shù)倍，從而設(shè)置樣本容器6的內(nèi)徑為58.4cm；樣本容器6的材料為玻璃，玻璃中的超聲波的傳導(dǎo)速率為5640m/s，波長(zhǎng)為28.2cm，樣本容器6的壁厚小于內(nèi)部介質(zhì)16所用材料中超聲波頻率波長(zhǎng)的1/10，從而設(shè)置樣本容器6的壁厚小于2.82cm。

以DPPH在乙醇當(dāng)中的溶解為例，DPPH是分析抗氧化劑自由基清除能力的重要試劑，不溶于水，可溶解于乙醇，然而其溶解速率極慢，0.1gDPPH完全溶解在250ml乙醇當(dāng)中約耗時(shí)6小時(shí)；T型超聲波裝置在同等功率、頻率的輸出條件下（100W、20kHZ），需30分鐘可完全溶解DPPH；采用本發(fā)明實(shí)施例一中的超聲波處理?xiàng)l件，可有效加速DPPH在乙醇當(dāng)中的溶解速率，5分鐘即可完全溶解，可有效將DPPH的顆粒破碎及溶解效率提高6倍。

實(shí)施例二

超聲波發(fā)生器2的功率為200W，超聲波頻率為25kHZ，介質(zhì)容器5中的外部介質(zhì)15為20%氯化鈣溶液，氯化鈣溶液中的超聲波的傳導(dǎo)速率為1531m/s，波長(zhǎng)為6.124cm，樣本容器6至變幅桿4的距離為外部介質(zhì)15中超聲波頻率波長(zhǎng)的整數(shù)倍，從而設(shè)置樣本容器6至變幅桿4的距離為61.24cm；內(nèi)部介質(zhì)16為水，水中的超聲波的傳導(dǎo)速率為1473m/s，波長(zhǎng)為5.892cm，樣本容器6的內(nèi)徑為內(nèi)部介質(zhì)16中超聲波頻率波長(zhǎng)的整數(shù)倍，從而設(shè)置樣本容器6的內(nèi)徑為58.92cm；樣本容器6的材料為有機(jī)玻璃，有機(jī)玻璃中的超聲波的傳導(dǎo)速率為2692m/s，波長(zhǎng)為10.77cm，樣本容器6的壁厚小于內(nèi)部介質(zhì)16所用材料中超聲波頻率波長(zhǎng)的1/10，從而設(shè)置樣本容器6的壁厚小于1.07cm。

以通過(guò)超聲波輔助萃取牛肺中的肝素鈉為例，T型超聲波裝置在同等功率、頻率的輸出條件下（200W、25kHZ），可將肝素鈉提取率提高16%；采用本發(fā)明實(shí)施例二中的超聲波處理?xiàng)l件，肝素鈉的提取率可以達(dá)到22%，可將肝素鈉輔助萃取效率提高6%。

實(shí)施例三

超聲波發(fā)生器2的功率為400W，超聲波頻率為40kHZ，介質(zhì)容器5中的外部介質(zhì)15為20%氯化鈣溶液，氯化鈣溶液中的超聲波的傳導(dǎo)速率為1531m/s，波長(zhǎng)為3.8275cm，樣本容器6至變幅桿4的距離為外部介質(zhì)15中超聲波頻率波長(zhǎng)的整數(shù)倍，從而設(shè)置樣本容器6至變幅桿4的距離為76.55cm；內(nèi)部介質(zhì)16為牛奶，牛奶中的超聲波的傳導(dǎo)速率為1473m/s，波長(zhǎng)為3.6825cm，樣本容器6的內(nèi)徑為內(nèi)部介質(zhì)16中超聲波頻率波長(zhǎng)的整數(shù)倍，從而設(shè)置樣本容器6的內(nèi)徑為73.65cm；樣本容器6的材料為有機(jī)玻璃，有機(jī)玻璃中的超聲波的傳導(dǎo)速率為2692m/s，波長(zhǎng)為6.73cm，樣本容器6的壁厚小于內(nèi)部介質(zhì)16所用材料中超聲波頻率波長(zhǎng)的1/10，從而設(shè)置樣本容器6的壁厚小于0.673cm。

以對(duì)牛奶進(jìn)行超聲波破碎為例，采用本發(fā)明實(shí)施例三中的超聲波處理?xiàng)l件，在均質(zhì)5分鐘的條件下，可將牛奶乳化液的平均粒徑降低至1.0微米以下。

以上所述的僅是本發(fā)明的較佳實(shí)例，本發(fā)明的技術(shù)方案并不受此限制，應(yīng)當(dāng)指出對(duì)于本領(lǐng)域普通技術(shù)人員來(lái)說(shuō)，在本發(fā)明所提供的技術(shù)啟示下，作為本領(lǐng)域的公知常識(shí)，還可以做出其他等同變型和改進(jìn)，也應(yīng)視為本發(fā)明的保護(hù)范圍。