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一种超低温冷冻粉碎机的制作方法

作者:龙8 日期:2020-09-30 01:19 人气:

  在从生物原料中提取活性物质(如蛋白质、核酸、小分子等)的过程中,需要将生物细胞进行破碎。现有的细胞破碎方法分为机械破碎 (研钵法),高压破碎(高压均质器),声波破碎(超声破碎仪), 酶法破碎(xx酶),温度(液氮反复冻融法),和化学法(去垢剂)等。

  现在提取蛋白质最常用的是声波破碎,高压破碎和酶法破碎。其中,声波破碎产热多,需要放至在冰或冰水中进行,若细胞有细胞壁时需先将细胞壁去除以达到有效的破碎效果,工业规模很少使用;高压均质器可连续破碎,但工作细胞浓度低,坚固细胞壁的细胞需要极高的压力(1000bar 以上),仪器消耗大,设备成本高,对易变性、压力和温度敏感的物质提取效果不佳;酶法细胞破碎操作条件温和,能最大保留细胞内物质活性,但加入了外源物质为后续的提纯工艺增加了难度,酶成本较高,放大困难。因此为解决现有方法中:一、仪器或试剂造价成本高,二、工业规模放大困难,三、对有坚固细胞壁的植物、微生物等细胞破碎效果不理想,四、对温度敏感的物质提取易变性等缺点:我们设计了一种超低温冷冻粉碎技术和相关设备。

  为了克服现有技术中的缺陷,本实用新型提供了一种超低温冷冻粉碎技术和相关设备。其所具备的优点:一、成本低;二、能最大保留生物细胞内物质的活性;三、对生物材料要求低;四、适于工业化大规模生产。

  本实用新型解决其技术问题所采用的技术方案是:一种超低温冷冻粉碎机,包括:一物料预冻单元、一低温粉碎单元及一排气管。物料预冻单元主要包括:一进料桶,进料桶顶部设有一入料口和一预冻液氮喷头,进料桶下部有一送料管,送料管与低温粉碎单元连通,送料管内部设有一送料导螺杆,送料导螺杆一端设有至少一组搅拌叶,送料导螺杆另一端设有一传动机构。低温粉碎单元包含有:一个破碎腔室,破碎腔室与送料管通过进料阀门连通,该破碎腔室上部设有至少一排气管和破碎液氮喷头。该破碎腔室下部设有一排料管,破碎腔室与排料管之间安装有筛网,排料管上设有一排料阀门,破碎腔室底部设有一传动机构,该传动机构与一旋转轴相连,旋转轴上设有至少一破碎刀组。另外,排气管顶部设有一排气孔。

  本实用新型的有益效果是: 借此特别设计,本实用新型先将未粉碎的细胞从入料口投入液氮中快速冷冻,经导螺杆末端安装的搅拌叶片将预冻好的细胞初粉碎至稍小颗粒后经由送料导螺杆进入破碎腔室进行破碎,破碎完成后粉末和液氮一起经筛网过滤后由底部的出料口排出并进行分装。本实用新型因采用液氮超低温粉碎细胞,最大程度的保留了细胞内物质的生物活性, 达到高细胞破碎率,仪器造价成本低,易于维护,可实现工业化大规模生产。除此之外, 排气管的设计使物料不会随着液氮气化的气体飞溅出来,可有效的排出气体,最大程度保留物料粉末,提高得率且不污染环境。

  其中,1. 物料预冻单元 ;2. 低温粉碎单元 ; 3. 排气管; 4. 进料桶; 5. 入料口; 6. 预冻液氮喷头; 7. 送料管; 8. 送料导螺杆; 9. 搅拌叶; 10. 第一传动机构; 11. 送料驱动源; 12. 破碎腔室; 13. 进料阀门; 14. 破碎液氮喷头; 15. 第一液氮控制阀门; 16. 液氮罐; 17. 排料管; 18. 排料阀门; 19. 第二传动机构; 20. 旋转轴; 21. 破碎刀组;22. 阻挡结构;23. 排气孔;24. 筛网。

  以下结合具体实施例和附图说明对本实用新型做进一步的说明,但下述的实施例并非用于限定本实用新型的保护范围。

  请参阅图1所示,是本实用新型超低温粉碎机的较佳实施例,此等实例仅供说明使用,在专利申请上并不受此结构的限制,其包括:

  一物料预冻单元1、一低温粉碎单元2及一排气管3,物料预冻单元1主要包括一进料桶4,进料桶4进一步是一个预冷罐,预冷罐具有将物料温度预冷到脆点(预冷到一定温度,此温度是物料由韧变脆的临界点)同时起到粗粉碎的功能,该进料桶4置于一架子或地面上,该进料桶4顶部设有一入料口5和一预冻液氮喷头6,进料桶4下部有一送料管7,送料管7与低温粉碎单元2连通,该送料管7内部设有一送料导螺杆8,送料导螺杆8一端设有至少一组搅拌叶9,送料导螺杆8另一端设有一第一传动机构10,该第一传动机构10由齿轮组和轴承组成,该第一传动机构10连设一送料驱动源11,送料驱动源11是一电机,该第一传动机构10驱动送料导螺杆8使其产生螺旋运动。

  低温粉碎单元2包含有一个破碎腔室12,破碎腔室12与送料管7通过进料阀门13连通,该破碎腔室12上部连设有至少一排气管3和破碎液氮喷头14,破碎液氮喷头14通过一第一液氮控制阀门15与液氮罐16相连,该破碎腔室12下部设有一排料管17,排料管17上设有一排料阀门18,排料管17上端与破碎腔室12连接处有安装有筛网24,该破碎腔室12底部设有一第二传动机构19,第二传动机构19由齿轮组和轴承组成,该第二传动机构19连设一动力源,该第二传动机构19与一旋转轴20相连,旋转轴20上设有至少一破碎刀组21。该破碎腔室12侧壁设有一阻挡结构22,该阻挡结构可以是挡板和其它具有挡板功能的类似结构。

  排气管3为垂直管型或螺旋管型,排气管3顶部设有一排气孔23,排气管3直径是破碎腔室12直径的1/3-1/5为最佳,排气管3高度是破碎腔室12高度的一倍以上,排气管3高度与破碎腔室12高度、排气量密切相关,调节以使物料不随着液氮气化的气体飞出。这一设计可有效的分离氮气与物料粉末,降低破碎腔压力(保持在一个大气压)、最大程度的保留物料粉末,提高得率,并减少环境污染。

  借此,当使用者欲使用本实用新型的超低温冷冻破碎机时,首先充分预冷机器使液氮达到工作液面。液氮作为冷媒,能通过及时气化与进样物料接触热交换,保证低温粉碎效果。 未粉碎原料从入料口5投入,经液氮迅速冷却钢化,经搅拌叶9粗粉碎成粗粉碎颗粒,粗粉碎颗粒经由送料导螺杆8进入粉碎腔室12,经高速旋转的破碎刀组21撞击破碎成粉末,粉末悬浮在液氮中,破碎完成后粉末随着液氮经筛网24过滤经排料管17排出至合适容器中。在本实施例中,所用的物料是经过处理的动植物及微生物细胞,但不以此为限。本实用新型的超低温冷冻破碎机可一次性处理从100g 至 1吨级的原料样品,仅需通过调整管道,破碎腔室,破碎刀组尺寸。本实用新型的超低温冷冻破碎机可选择性的破碎出从10 nM至100 µM的颗粒大小, 仅需通过调整破碎刀组转速,破碎时间,筛网尺寸,筛孔密度和大小。 本实用新型采用的液氮超低温破碎,可以最大程度的保留粉末的活性成分,尤其适用于遇热易变性、易氧化的物料。这一实用新型可最大的保存原料的生物活性,保障原料破碎从一开始就处于液氮温度以下(87K, 零下196 摄氏度以下)。另外液氮冷冻的原料坚硬易脆,特别是细胞壁和细胞膜,更易破碎;可由高速机械碰撞直接细化原料颗粒,直至 nM-µM级的破碎效果,达到一步破碎细胞的能力。

  以上所述仅为本实用新型的较佳实施例,并非用来限定本实用新型的实施范围;凡是依本实用新型所作的等效变化与修改,都被本实用新型的专利范围所覆盖。

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