专利名称：全自动电泳用梯度凝胶胶片制作装置及制作方法
技术领域：
本发明涉及生化材料的自动控制加工，主要涉及生化检测材料的生产设备和自动控制的制作方法，所制电泳凝胶胶片的密度按一定梯度分布。具体讲就是一种全自动电泳用梯度凝胶胶片制作装置及制作方法。
背景技术：
电泳法，是指带电荷的供试品(蛋白质、核苷酸等)在惰性支持介质(如纸、醋酸纤维素、琼脂糖凝胶、聚丙烯酰胺凝胶等)中，于电场的作用下，向其对应的电极方向按各自的速度进行泳动，使其分离成狭窄的区带，用适宜的检测方法记录其电泳区带图谱或计算其百分含量的方法。在基因测序、疾病检验以及不同分子蛋白质的定性测定等均要用到梯度凝胶胶片，也就是说电泳法是生化领域常用的检测方法，而梯度凝胶胶片是电泳测试中常用的一种基本材料，故需求量很大。
蛋白质在电场中的移动速度与电场强度、蛋白质的质量、支撑介质的密度、和蛋白质溶液的Ph值有关。其中支撑介质多采用凝胶胶片，一般凝胶胶片的密度是均匀的。如果样品是由多种大小不同的蛋白质组成，当其他条件相同时，在密度均匀的胶片中，则质量小的运动较快，这就造成分布不均，使电泳的分辨能力下降。
凝胶是在医用和生化领域常用的检测材料，其制作方法有多种，一种是均匀浓度胶片；另外一种是梯度凝胶胶片。而梯度凝胶胶片不易制作，可用途更加广。
梯度聚丙酰胺凝胶胶片的制作比较麻烦，需要由专门的设备制作。国外对该设备的研究比较重视，已开发出临床应用的简易设备和批量生成的专用设备。如美国的model 475 Gradient Delivery System(475型梯度灌注系统)，该系统由一套机械灌胶系统组成，需人工控制完成灌胶过程。在国外同类设备中未发现与本发明相同的设备。目前国内大部分设备需要人工操作，如在玻璃容器中添加水和胶，通过自然重力使水和胶流进胶片盒，这样做无法很好地控制流量和流速以及两者的比例等。不但费时费力，而且制作出的梯度凝胶片参数差别很大，直接影响测试精度。人工操作，无论制作人的技术多高超，经验再丰富也无法获得梯度均匀、一致性有保证的梯度凝胶胶片。
梯度凝胶的制作比较麻烦，需要有专门的设备。国外对该设备的研究比较重视，已开发出临床应用的简易设备和批量生产的专用设备。目前国内大部分设备需要人工操作，不但费时费力，而且制作出的梯度凝胶片参数差别很大，直接影响测试精度。
在实验室自行制作梯度电泳胶片，需要相当的技巧与经验，如果将APS(凝固剂)用量调得过高，往往胶体还没灌满，就已经开始凝结；反之，把APS用量调得很低，就迟迟不得凝结；即使能够顺利凝结，梯度也可能不甚均匀。因此需要很多练习与尝试失败，才能有所成果。
现在已有预铸好的梯度胶片，但价格昂贵。进口梯度凝胶胶片年，每片要20美元。而经过专门设备制作的国产梯度胶片还未见到。
目前凝胶的制作使用国外的设备价格昂贵，而国内沿用是人工制作法，不但费时费力，制作难度大，而且制作出的梯度凝胶片参数差别很大，直接影响测试精度。也可以说采用人工制作方法不能获得有保障的持续稳定质量的凝胶制品，也无法实现自动化、高质量和高效率。
本发明的发明人曾委托教育部科技创新工作站就本主题进行了文献检索，查新了中国专利数据库等7个文献库，检了15年以来相关文献所查到的CN95195939.5“用于医疗诊断的微凝胶及其制造方法和使用方法”等均是通过手工操作来进行制备的。未发现有与本发明相同的装置和方法。
检索结果也表明本发明在国内首次提出了灌胶过程完全由计算机自动控制，不需人工干预，灌注的凝胶胶片浓度按梯度均匀分布，可进行多胶片同时灌注，灌注过程可循环进行，可对制作胶片梯度分布进行预置的电泳用凝胶胶片制作装置和方法。
发明内容
本发明的目的是克服上述技术或仪器存在的缺点，提供一种计算机自动控制梯度凝胶制胶过程，上下位机结合分工控制，配料多少和灌注速度可控，可以根据技术要求对制作材料所需的水和胶的比例进行准确控制，从而使电泳分布均匀，提高了分辨能力。无需人工参与，自动化程度高、制作的梯度凝胶胶片质量好，多数量制作时一致性好，制作速度快，效率高，制作成本低，既可单台装置用于实验室现场制作，也可以多台并行控制用于工厂进行大批量生产的全自动电泳用梯度凝胶胶片制作装置及制作方法。
本发明的实现在于本发明的全自动电泳用梯度凝胶胶片制作装置包括有容器、胶片盒，其特征在于单套灌胶装置中还包括有计算机，单片机控制系统、配胶灌胶系统及胶片盒支撑装置，计算机和单片机控制系统通过RS232-485通信电缆连接，单片机控制系统的输出控制信号通过电缆接在配胶灌胶系统的信号输入端，以控制配胶灌胶系统中步进电机对水灌注器和胶灌注器的进给控制，配胶灌胶系统由底座、步进电机、灌注器机械传动装置、灌注器、输液导管、盛水容器、盛胶容器、胶液搅拌器以及电磁液流阀构成，步进电机、灌注器均通过灌注器机械传动装置安装在底座上，胶液搅拌器安装在盛胶容器上，盛水容器、盛胶容器均通过电磁液流阀与输液导管管路相连；配胶灌胶系统与胶片盒支撑装置通过三通管微型搅拌器管路连接，少量制作时，至少需要一套由单片机控制的灌胶装置；大量制作时，采用一台计算机控制的情况下，根据需要可控制1～20套灌胶装置同时工作。
在电泳用梯度凝胶胶片制作领域，目前大多采用手工操作完成，或有机械化加工制成的电泳用梯度凝胶胶片，其成本十分昂贵，在此情况下，本发明提供了一种不要人工参与可自动进行支撑介质的密度按照一定梯度分布，一致性好的全自动电泳用梯度凝胶胶片制作设备，适应市场的需求。
本发明将计算机控制系统用于梯度电泳凝胶片的制作过程，并采用了上下位机的设计，一台上位机可控制多台下位机，下位机直接控制和驱动相应的机械、控制装置，极大地提高梯度电泳胶片制作的自动化程度，制作过程的操作简单，胶片的质量和一致性好。实现了将凝胶胶片密度做成呈梯度分布的梯度凝胶胶片，使用这样的胶片进行电泳实验时，在电场作用下小的分子随着运动距离的增加，由于支撑介质的密度增加而使运动速度减慢，从而使电泳的分辨能力得到提高。采用该装置可以自动控制梯度凝胶胶片的制作质量和制作速度，同时也降低了梯度电泳用凝胶胶片的制作成本，用本发明的装置制作一片梯度凝胶胶片的制作成本约10元人币左右，并大大减轻了劳动强度，提高了梯度电泳实验的效率。
本发明的实现还在于全自动电泳用梯度凝胶胶片制作装置的单片机控制系统由由中央处理器及其外围电路构成，外围电路包括有显示驱动电路、显示器、片选电路、键盘、串行通讯接口电路、看门狗电路、光电耦合器、直流电机和步进电机驱动器、继电器、所需的供电电源，单片机I/O口与显示驱动电路信号连接，显示驱动电路的输出信号接显示器的信号输入端，片选电路的输出信号接显示驱动电路的触发端，键盘接中央处理器I/O接口电路，串行通讯接口电路与中央处理器进行双向数据交换，看门狗电路直接接在中央处理器的复位端，中央处理器通过光电耦合器连接直流电机和步进电机驱动器以及继电器和电磁液流阀，单片机控制电路所需的供电电源直接接在电源的输出端。
本发明的实现还在于全自动电泳用梯度凝胶胶片制作装置，其配胶灌胶系统中的灌注器机械传动装置主要由步进电机、底座架、灌注器固定座、灌注器固定槽、导向杆、直线轴承、丝杠、灌注器推动滑块、位置传感器构成，底座架的一端固定有灌注器固定槽，另一端固定步进电机，步进电机的轴与丝杠相连，丝杠两端装有轴承，轴承嵌入在底座架的两端，导向杆与丝杠平行固定在底座架上，灌注器推动滑块上设有灌注器滑动端夹槽，灌注器推动滑块中间安装在丝杠上，两边装有两个直线轴承，直线轴承与导向杆连接，位置传感器安装在灌注器机械传动装置的边缘上。
配胶和灌胶过程是本发明的主要环节，配胶灌胶系统也是凝胶胶片按梯度均匀分布的结构保证，配胶灌胶系统的设计恰当地解决了对配胶和灌胶的控制和整个配胶灌胶过程自动化的实现。
以控制配胶灌胶系统中步进电机5对加水灌注器和加胶灌注器的加压控制以及对灌注量的控制，本发明的实现还在于全自动电泳用梯度凝胶胶片制作装置，其胶片盒支撑装置主要由灌注器固定装置及灌注器、旋转轴、旋转手柄、胶片盒固定槽、基座构成，由基座上装有胶片盒固定槽、基座上部横向装有旋转轴及旋转手柄，旋转轴上均匀分布装有灌注器固定装置，灌注器装在灌注器固定装置里，从其中伸出的部分是灌注头，灌注头的进口接有输液导管，输液导管接在电磁液流阀上，凝胶胶片盒采用国际标准的胶片盒。
胶片和支撑装置的设计提供了稳定的凝胶胶片成品装盒机构和胶片盒更换机构，可以固定胶片盒位置，并将灌胶头对准胶片盒的开口，使灌胶过程能够不受干扰地进行。同时便于更换胶片盒。
本发明的实现还在于全自动电泳用梯度凝胶胶片制作装置，采用的微型搅拌器是一种置于三通管内的搅拌器，由叶片、叶片轴、阀嘴、搅拌器壳体构成，叶片轴可外接电机轴，叶片安装在叶片轴上，叶片轴安装在搅拌器壳体(24)中心位置，壳体内部为圆柱型空腔，并外伸有三个阀嘴，阀嘴上接有输液导管。
微型搅拌器的设计完全摆脱了人手的参与，在灌胶过程中可以自动完成搅拌，对于一般的凝胶直接使用该微型搅拌器就可以了，对于另一些黏度较高的凝胶还可以在叶片轴上外接电机，以加大搅拌力度。
本发明的实现还在于全自动电泳用梯度凝胶胶片制作方法，其特征在于将计算机控制系统用于梯度电泳凝胶片的制作过程，并采用了上下位机的联合控制，上位机主要用于数据运算，下位机用于制作过程的控制，一台上位机可控制多台下位机，单台灌胶器也可在下位单片机的控制下单独进行灌胶，具体制作方法的步骤如下第一步将要灌制的胶片盒放入胶片盒支撑装置中的胶片盒固定槽里；第二步在胶、水容器中分别放入凝胶和水，并放入固化剂通过胶液搅拌器进行搅拌；第三步打开电源；第四步在多个灌胶装置由一台计算机控制的工作状态下，计算机通过人机界面设置胶片数量、胶片浓度、胶片容量、灌注器编号；在单灌胶装置工作状态下由单片机系统完成胶片数量、胶片浓度、胶片容量的设置；第五步多个灌胶装置工作状态时计算机进入数据计算，单灌胶装置工作状态时单片机系统进行数据计算；第六步多灌胶装置工作状态时计算机根据所设置的胶片个数、梯度范围、胶片容量将数据和命令通过通信电缆传送给单片机控制系统；单片机控制系统根据所获取的数据控制电磁液流阀、步进电机带动灌胶器进行定量灌胶，单灌胶装置工作时，单片机控制系统根据第四步和第五步所获取的数据控制电磁液流阀、步进电机带动灌胶器进行定量灌胶；第七步通过电磁液流阀和步进电机控制凝胶、水的流向和流速，结合微型搅拌器自动完成包括灌胶器抽取凝胶和水、灌胶、给灌胶器补充凝胶和水、再灌胶的循环过程；第八步在灌完一批胶片后，取出胶片盒，再放入新胶片盒，按启动键，重复进行；第九步制作完成后按停止键，将盛胶的容器换乘盛水的容器，按自动清洗键，由单片机系统控制进行自动清洗灌胶器、液流阀、输液导管、微型搅拌器、容器等有水、胶的部件；第十步关闭计算机、灌胶装置电源。
本发明采用计算机控制与管理，上下位机结合分工控制，上位机主要用于数据运算，下位机用于制作过程的控制，配料多少和灌注速度可控，解决了梯度凝胶胶片难以制作的问题，与人工制作相比提高了梯度凝胶胶片的制作质量和制作速度，并降低了梯度电泳的实验成本和劳动强度，提高了梯度电泳实验的效率。所灌注凝胶浓度按梯度分布，并可根据需要调整梯度范围；可设定一次灌注胶片的数量；一台计算机可同时管理多台制胶装置，也可以单台制胶装置独立工作。
本发明是全自动电泳用梯度凝胶胶片制作装置及制作方法，在整体技术方案中将计算机控制系统用于梯度电泳凝胶片的制作过程，设计了整个灌注过程中的自动控制和灌注的设备，采用了上下位机配合进行分布式控制，上下位机配合、分工，上位机主要用于数据运算，下位机用于制作过程的控制。一台上位机可控制多台下位机，上下位机结合控制装置的工作，极大地提高梯度电泳胶片制作的自动化程度，制作方法和制作过程的操作简单，胶片的质量和一致性好。提供了一种能自动控制制作质量和制作速度，可以根据技术要求对制作材料所需的水和胶的比例进行准确控制，降低了梯度电泳的实验成本和劳动强度，制作简单，所制作的梯度凝胶胶片梯度均匀，产品的一致性好，效率高，从而使电泳分布均匀，提高分辨能力的梯度电泳凝胶制胶控制设备。可根据需要进行配置，可以多台并行控制进行大批量生产，也可以单台装置用于装备实验室进行现场制作。还可用于现场制作。打破了在该领域没有自动化设备的局面，解决了梯度分布均匀，一致性好，以及降低生产成本，配置灵活等问题，能够制作和提供高质量的电泳用全自动电泳用梯度凝胶胶片。
图1是本发明的原理框图；图2是本发明结构总体构成示意图；
图3是本发明的单片机控制系统的组成框图；图4-1是本发明配胶灌胶系统中灌胶器机械传动装置的构成示意图；图4-2是图4-1的左视图；图5是本发明胶片盒支撑装置的构成示意图；图6是本发明微型搅拌器的结构示意图；图7是本发明制作方法的流程图。
具体实施例方式下面结合附图进行详细说明实施例1如图2所示，自动电泳用梯度凝胶胶片制作装置，包括有容器、胶片盒，单套灌胶装置中还包括有计算机1，单片机控制系统3、配胶灌胶系统及胶片盒支撑装置，计算机1和单片机控制系统3通过RS232-485通信电缆2连接，单片机控制系统3的输出控制信号通过电缆4接在配胶灌胶系统的信号输入端，以控制配胶灌胶系统中步进电机5对水灌注器和胶灌注器的进给控制，配胶灌胶系统由底座6、步进电机5、灌注器机械传动装置7、灌注器8、输液导管10、盛水容器、盛胶容器、胶液搅拌器12以及电磁液流阀9构成，步进电机5、灌注器8均通过灌注器机械传动装置7安装在底座6上，胶液搅拌器12安装在盛胶容器上，盛水容器、盛胶容器均通过电磁液流阀9与输液导管10管路相连；配胶灌胶系统与胶片盒支撑装置通过三通管微型搅拌器11管路连接，少量制作时，至少需要一套由单片机控制的灌胶装置；大量制作时，采用一台计算机控制的情况下，根据需要可控制1～20套灌胶装置同时工作。所控制的灌胶装置根据需要可以选定组合。本实施例中采用一台计算机，20套灌胶装置构成，也就是如图2中所示，灌胶装置N的N为20，用于批量制作电泳用梯度凝胶胶片。
计算机1通过RS232-485通信电缆2与单片机控制系统3相连，单片机系统通过控制电缆4控制步进电机5和电磁液流阀9来控制灌胶过程。两组步进电机带动灌胶器机械传动装置7将水和胶通过灌胶器8、输液导管10、微型搅拌器11将胶配成梯度凝胶灌注到胶片盒中。胶片盒放入胶片盒支撑装置，该装置通过手柄调整灌注头对准胶片盒的灌入位置，进行自动灌胶。见图1，图2。
本发明可以根据技术要求对制作材料所需的水和胶的比例进行准确控制，所制作的梯度凝胶胶片梯度均匀，产品的一致性好，效率高，从而使电泳分布均匀，提高了分辨能力。
实施例2如图1所示，总体构成同实施例1，本发明在整体方案上采用了将计算机控制系统用于梯度电泳凝胶片的制作过程，并采用了上下位机分布控制的设计，上位机主要用于数据运算，下位机采用单片机系统用于制作过程的控制。一台上位机可控制多台下位机，下位机结合相应的机械、控制装置，极大地提高梯度电泳胶片制作的自动化程度，使制作过程的操作简单，胶片的质量和一致性好。
系统采用计算机控制与管理，计算机控制管理软件具有胶片数量设置、胶片浓度设置、数据计算、灌胶机号设置、灌胶过程管理、数据管理功能。
单片机控制系统的设计采用了中央处理器及其外围电路结合的方案，解决了梯度凝胶胶片难以制作的问题，与人工制作相比提高了梯度凝胶胶片的制作质量和制作速度，并降低了梯度电泳的实验成本和劳动强度，提高了梯度电泳实验的效率。
实施例3如图3所示，总体构成同实施例1，本发明的单片机控制系统3由中央处理器及其外围电路构成，外围电路包括有显示驱动电路、显示器、片选电路、键盘、串行通讯接口电路、看门狗电路、光电耦合器、直流电机和步进电机驱动器、继电器、所需的供电电源，单片机I/O口与显示驱动电路信号连接，显示驱动电路的输出信号接显示器的信号输入端，片选电路的输出信号接显示驱动电路的触发端。键盘接中央处理器I/O接口电路，串行通讯接口电路与中央处理器进行双向数据交换，看门狗电路直接接在中央处理器的复位端。中央处理器通过光电耦合器连接直流电机和步进电机驱动器以及继电器和电磁液流阀，单片机控制电路所需的供电电源直接接在电源的输出端。
单片机由MCS51系列单片机组成，外围电路包括晶振、复位电路；键盘、LCD、LED显示电路；RAM、ROM存储器、D/A转换器、串行通讯接口电路采用MAX232，I/O接口电路。配有+5V、±12V电源。
实施例4如图4所示，总体构成及控制电路同实施例3，全自动电泳用梯度凝胶胶片制作装置的配胶灌胶系统中的灌注器机械传动装置7主要由步进电机5、底座架20、灌注器固定座13、灌注器固定槽16、导向杆19、直线轴承17、丝杠15、灌注器推动滑块18、位置传感器14构成，底座架20的一端固定有灌注器固定槽16，另一端固定步进电机5，步进电机5的轴与丝杠15相连，丝杠两端装有轴承，轴承嵌入在底座架20的两端，导向杆19与丝杠15平行固定在底座架20上，灌注器推动滑块18上设有灌注器滑动端夹槽，灌注器推动滑块18中间安装在丝杠15上，两边装有两个直线轴承17，直线轴承17与导向杆19连接，位置传感器14安装在灌注器机械传动装置7的边缘上。灌注器采用注射器，注射器滑动件的顶端有片状边缘，该边缘就卡在灌注器推动滑块18上设有灌注器滑动端夹槽中。灌注器推动滑块18能够固定注射器的滑动件边缘。
步进电机5带动丝杠15转动，丝杠15带动灌注器推动滑块18，从而带动注射器滑动端直线运动，注射器的固定端固定在底座架20的一端，灌胶器采用注射针管。运动到位置传感器动作时再向反方向运动，见图2，图4-1，图4-2。
该装置可固定灌注器的固定管，通过步进电机5驱动，完成由滑动块带动灌胶器的注推器，结合传感器，完成抽取水、胶，灌胶，清洗等动作。
实施例5如图5所示，总体构成、具体结构及控制电路同实施例4，全自动电泳用梯度凝胶胶片制作装置的胶片盒支撑装置主要由灌注器固定装置25及灌注器8、旋转轴26、旋转手柄27、胶片盒固定槽29、基座30构成，由基座30上装有胶片盒固定槽29、基座30上部横向装有旋转轴26及旋转手柄27，旋转轴26上均匀分布装有灌注器固定装置25，灌注器8装在灌注器固定装置25里，从其中伸出的部分是灌注头28，灌注头28的进口接有输液导管10，输液导管10接在电磁液流阀9上，凝胶胶片盒采用国际标准的胶片盒，见图2，图6。基座30采用不锈钢制作，以适应水、胶的工作环境，也有利于清洗。
实施例6总体构成、具体结构及控制电路同实施例5，如图6所示，全自动电泳用梯度凝胶胶片制作装置中的微型搅拌器11是一种置于三通管内的搅拌器，由叶片21、叶片轴22、阀嘴23、搅拌器壳体24构成，叶片轴22可外接电机轴，叶片21安装在叶片轴上，叶片轴22安装在搅拌器壳体24中心位置，壳体24内部为圆柱型空腔，并外伸有三个阀嘴23，阀嘴23上接有输液导管10。见图2，图6。
实施例7总体构成、具体结构及控制电路同实施例6，在用于实验室或小量制作时，不需上位计算机，仅采用单片机控制的一台凝胶装置就可以满足需要。
实施例8总体构成、具体结构及控制电路同实施例6，灌胶装置为16套。批量生产时可以多台并行控制用于工厂进行大批量生产。
实施例9总体构成、具体结构及控制电路同实施例6，灌胶装置为5套。
实施例10多套灌胶装置的梯度凝胶胶片制作如图7所示，全自动电泳用梯度凝胶胶片制作方法，是将计算机控制系统用于梯度电泳凝胶片的制作过程，并采用了上下位机的联合控制，上位机主要用于数据运算，下位机用于制作过程的控制，一台上位机可控制多台下位机，实现自动制作时具体方法的步骤如下第一步将要灌制的胶片盒放入胶片盒支撑装置中的胶片盒固定槽29里，旋转手柄将灌注头放入胶片盒开口处；第二步在盛胶、盛水容器中分别放入凝胶和水，并在盛胶容器中放入固化剂通过胶液搅拌器12进行搅拌1分钟；第三步接好RS232-485通信电缆和电源电缆，打开计算机电源，设置为自动灌胶状态，进入全自动梯度胶片制作系统界面；由计算机人机界面中选择“开始灌胶”；第四步在多个灌胶装置由一台计算机控制的工作状态下，即在自动状态下，计算机1上通过人机界面设置胶片数量、胶片浓度、胶片容量、灌注器编号；进行通信接口设置(选COM1口)、胶片盒数量设置在1～10个中选择、胶片容量有1～5种不同容量的选择设置，胶片浓度可以在2％～80％间设置、灌胶机号在1～20间设置；第五步处在多个灌胶装置工作状态，计算机1进入数据计算；第六步处在多灌胶装置工作状态，计算机1根据所设置的胶片个数、梯度范围、胶片容量将数据和命令通过通信电缆2传送给单片机控制系统3；单片机控制系统3根据所获取的数据控制电磁液流阀9、步进电机5带动灌胶器8进行定量灌胶；第七步单片机控制系统3通过电磁液流阀9和步进电机5控制凝胶、水的流向和流速，结合微型搅拌器11自动完成包括灌胶器8抽取凝胶和水、灌胶、给灌胶器8补充凝胶和水、再灌胶的循环过程；第八步第一批胶片盒灌完后，计算机提示“换胶片盒”，胶片盒换好后，再选择“开始灌胶”如此重复直到胶片灌完；第九步制作完成后按停止键，并选择“自动清洗”，自动清洗装置会自动控制将盛胶和盛水容器中灌满水，各制胶装置自动进行清洗。由单片机系统控制进行自动清洗灌注器8、液流阀9、输液导管10、搅拌器、容器等有水、胶的部件；第十步关闭计算机、灌胶装置电源。
实施例11单套灌胶装置的梯度凝胶胶片制作第一步将要灌制的胶片盒放入胶片盒支撑装置中的胶片盒固定槽29里，旋转手柄将灌注头放入胶片盒开口处；第二步在胶、水容器中分别放入凝胶和水，并放入固化剂通过胶液搅拌器12进行搅拌；第三步打开电源；第四步处在单灌胶装置工作状态，在单片机系统3上完成胶片数量、胶片浓度、胶片容量的设置，胶片盒数量可以在1～10个之间选定设置、胶片容量有1～5种不同容量的选择，胶片浓度可在2％～80％间设置；第五步选择“启动”按键，单片机系统3进行数据计算；第六步单片机控制系统3根据所获取的数据控制电磁液流阀9、步进电机5带动灌胶器8进行定量灌胶，单灌胶装置工作时，单片机控制系统3根据第四步和第五步所获取的数据控制电磁液流阀9、步进电机5带动灌胶器8进行定量灌胶；第七步单片机控制系统3通过电磁液流阀9和步进电机5控制凝胶、水的流向和流速，结合微型搅拌器11自动完成包括灌胶器8抽取凝胶和水、灌胶、给灌胶器8补充凝胶和水、再灌胶的循环过程；第八步第一批胶片盒灌完后，系统“换胶片盒”指示灯亮，取出胶片盒，再放入新胶片盒，胶片盒换好后，再选择“启动”键，重复进行；第九步制作完成后按停止键，将盛胶的容器换乘盛水的容器，按自动清洗键，由单片机系统3控制进行自动清洗灌胶器8、液流阀9、输液导管10、微型搅拌器11、容器等有水、胶的部件；第十步关闭计算机、灌胶装置电源。
所灌制的胶片满足2％～80％梯度均匀分布，一致性达到99％。
如图2所示，本发明的工作是计算机通过RS232-485通信电缆与单片机控制系统相连，单片机系统通过控制步进电机驱动器、步进电机和电磁液流阀控制制胶过程。两组步进电机带动灌胶系统机械传动装置将水和胶通过灌胶器、微型搅拌器，将胶配成梯度凝胶灌注到胶片盒中。胶片盒放入胶片盒支撑装置，该装置通过手柄调整注射器对准胶片盒的灌入位置，进行自动灌胶。+5V、±12V电源给灌胶系统供电。
本发明提供一种制作简单，可以根据技术要求对制作材料所需的水和胶的比例进行准确控制，所制作的梯度凝胶胶片梯度均匀，产品的一致性好，效率高，从而使电泳分布均匀，提高分辨能力的梯度电泳凝胶制胶控制设备。
可用于现场制作，可根据需要进行配置，可以多台并行控制进行大批量生产，也可以单台装置用于装备实验室进行现场制作。
经试验和使用本发明制作的电泳用梯度凝胶胶片均满足2％～80％梯度均匀分布，一致性达到99％。
权利要求
1.一种全自动电泳用梯度凝胶胶片制作装置，包括有容器、胶片盒，其特征在于单套灌胶装置中还包括有计算机(1)，单片机控制系统(3)、配胶灌胶系统及胶片盒支撑装置，计算机(1)和单片机控制系统(3)通过RS232-485通信电缆(2)连接，单片机控制系统(3)的输出控制信号通过电缆(4)接在配胶灌胶系统的信号输入端，以控制配胶灌胶系统中步进电机(5)对水灌注器和胶灌注器的进给控制，配胶灌胶系统由底座(6)、步进电机(5)、灌注器机械传动装置(7)、灌注器(8)、输液导管(10)、盛水容器、盛胶容器、胶液搅拌器(12)以及电磁液流阀(9)构成，步进电机(5)、灌注器(8)均通过灌注器机械传动装置(7)安装在底座(6)上，胶液搅拌器(12)安装在盛胶容器上，盛水容器、盛胶容器均通过电磁液流阀(9)与输液导管(10)管路相连；配胶灌胶系统与胶片盒支撑装置通过三通管微型搅拌器(11)管路连接，少量制作时，至少需要一套由单片机控制的灌胶装置；大量制作时，采用一台计算机控制的情况下，根据需要可控制1～20套灌胶装置同时工作。
2.根据权利要求1所述的全自动电泳用梯度凝胶胶片制作装置，其特征在于单片机控制系统(3)由中央处理器及其外围电路构成，外围电路包括有显示驱动电路、显示器、片选电路、键盘、串行通讯接口电路、看门狗电路、光电耦合器、直流电机和步进电机驱动器、继电器、所需的供电电源，单片机I/O口与显示驱动电路信号连接，显示驱动电路的输出信号接显示器的信号输入端，片选电路的输出信号接显示驱动电路的触发端，键盘接中央处理器I/O接口电路，串行通讯接口电路与中央处理器进行双向数据交换，看门狗电路直接接在中央处理器的复位端，中央处理器通过光电耦合器连接直流电机和步进电机驱动器以及继电器和电磁液流阀，单片机控制电路所需的供电电源直接接在电源的输出端。
3.根据权利要求2所述的全自动电泳用梯度凝胶胶片制作装置，其特征在于配胶灌胶系统中的灌注器机械传动装置(7)主要由步进电机(5)、底座架(20)、灌注器固定座(13)、灌注器固定槽(16)、导向杆(19)、直线轴承(17)、丝杠(15)、灌注器推动滑块(18)、位置传感器(14)构成，底座架(20)的一端固定有灌注器固定槽(16)，另一端固定步进电机(5)，步进电机(5)的轴与丝杠(15)相连，丝杠两端装有轴承，轴承嵌入在底座架(20)的两端，导向杆(19)与丝杠(15)平行固定在底座架(20)上，灌注器推动滑块(18)上设有灌注器滑动端夹槽，灌注器推动滑块(18)中间安装在丝杠(15)上，两边装有两个直线轴承(17)，直线轴承(17)与导向杆(19)连接，位置传感器(14)安装在灌注器机械传动装置(7)的边缘上。
4.根据权利要求3所述的全自动电泳用梯度凝胶胶片制作装置，其特征在于胶片盒支撑装置主要由灌注器固定装置(25)及灌注器(8)、旋转轴(26)、旋转手柄(27)、胶片盒固定槽(29)、基座(30)构成，由基座(30)上装有胶片盒固定槽(29)、基座(30)上部横向装有旋转轴(26)及旋转手柄(27)，旋转轴(26)上均匀分布装有灌注器固定装置(25)，灌注器(8)装在灌注器固定装置(25)里，从其中伸出的部分是灌注头(28)，灌注头(28)的进口接有输液导管(10)，输液导管(10)接在电磁液流阀(9)上，凝胶胶片盒采用国际标准的胶片盒。
5.根据权利要求4所述的全自动电泳用梯度凝胶胶片制作装置，其特征在于所述的微型搅拌器(11)是一种置于三通管内的搅拌器，由叶片(21)、叶片轴(22)、阀嘴(23)、搅拌器壳体(24)构成，叶片轴(22)可外接电机轴，叶片(21)安装在叶片轴上，叶片轴(22)安装在搅拌器壳体(24)中心位置，壳体(24)内部为圆柱型空腔，并外伸有三个阀嘴(23)，阀嘴(23)上接有输液导管(10)。
6.一种全自动电泳用梯度凝胶胶片制作方法，其特征在于将计算机控制系统用于梯度电泳凝胶片的制作过程，并采用了上下位机的联合控制，上位机主要用于数据运算，下位机用于制作过程的控制，一台上位机可控制多台下位机，单台灌胶器也可在下位单片机的控制下单独进行灌胶，具体制作方法的步骤如下第一步将要灌制的胶片盒放入胶片盒支撑装置中的胶片盒固定槽(29)里；第二步在胶、水容器中分别放入凝胶和水，并放入固化剂通过胶液搅拌器(12)进行搅拌；第三步打开电源；第四步在多个灌胶装置由一台计算机控制的工作状态下，计算机(1)通过人机界面设置胶片数量、胶片浓度、胶片容量、灌注器编号；在单灌胶装置工作状态下由单片机系统(3)完成胶片数量、胶片浓度、胶片容量的设置；第五步多个灌胶装置工作状态时计算机(1)进入数据计算，单灌胶装置工作状态时单片机系统(3)进行数据计算；第六步多灌胶装置工作状态时计算机(1)根据所设置的胶片个数、梯度范围、胶片容量将数据和命令通过通信电缆(2)传送给单片机控制系统(3)；单片机控制系统(3)根据所获取的数据控制电磁液流阀(9)、步进电机(5)带动灌胶器(8)进行定量灌胶，单灌胶装置工作时，单片机控制系统(3)根据第四步和第五步所获取的数据控制电磁液流阀(9)、步进电机(5)带动灌胶器(8)进行定量灌胶；第七步通过电磁液流阀(9)和步进电机(5)控制凝胶、水的流向和流速，结合微型搅拌器(11)自动完成包括灌胶器(8)抽取凝胶和水、灌胶、给灌胶器(8)补充凝胶和水、再灌胶的循环过程；第八步在灌完一批胶片后，取出胶片盒，再放入新胶片盒，按启动键，重复进行；第九步制作完成后按停止键，将盛胶的容器换乘盛水的容器，按自动清洗键，由单片机系统(3)控制进行自动清洗灌胶器(8)、液流阀(9)、输液导管(10)、微型搅拌器(11)、容器等有水、胶的部件；第十步关闭计算机、灌胶装置电源。
全文摘要
本发明是一种全自动电泳用梯度凝胶胶片制作装置方法，涉及生化检测材料的生产设备和制作方法。本发明采用计算机自动控制梯度凝胶制胶过程，上下位机配合进行分布式控制。灌胶装置包括有计算机，单片机控制系统、配胶灌胶系统及胶片盒支撑装置，配胶灌胶系统与胶片盒支撑装置通过三通管微型搅拌器管路连接，少量制作时，需要一套由单片机控制的灌胶装置；大量制作时，采用一台计算机控制的情况下，根据需要可控制1～20套灌胶装置同时工作。制作过程配料多少和灌注速度可控，无需人工参与，自动化程度高。解决了梯度凝胶胶片制作难，质量不易控制以及批量制作时一致性差的问题。提供一种自动控制，速度快，成本低的灌制梯度胶片的设备和方法。
文档编号G01N27/00GK1790003SQ20051012454
公开日2006年6月21日 申请日期2005年12月15日 优先权日2005年12月15日
发明者倪原, 白玉杰, 郭晏海, 高嵩 申请人:西安工业学院