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      用于冷凍干燥過(guò)程顯微觀察的系統(tǒng)的制作方法

      文檔序號(hào):2788996閱讀:334來(lái)源:國(guó)知局
      專(zhuān)利名稱(chēng):用于冷凍干燥過(guò)程顯微觀察的系統(tǒng)的制作方法
      技術(shù)領(lǐng)域
      本發(fā)明涉及一種用于冷凍干燥過(guò)程顯微觀察的系統(tǒng)。
      背景技術(shù)
      冷凍干燥,簡(jiǎn)稱(chēng)凍干,即先將物料中的水通過(guò)冷凍變成冰,再通過(guò)真空和加熱將冰升華,從而除去物料中的水分。凍干在制藥、生物材料保存和食品加工領(lǐng)域內(nèi)有重要應(yīng)用。不少藥品采用凍干方式制成粉劑,與液體針劑相比,粉劑能長(zhǎng)期穩(wěn)定保存、運(yùn)輸方便。與傳統(tǒng)的低溫保存生物材料手段相比,經(jīng)過(guò)凍干處理的生物材料的儲(chǔ)存不需要低溫,從而節(jié)約大量?jī)?chǔ)藏和運(yùn)輸費(fèi)用。食品采用凍干處理,不僅可以保持新鮮時(shí)的形態(tài),而且營(yíng)養(yǎng)成分和生理活性成分保留率高。與冷凍食品相比,凍干食品的貯運(yùn)費(fèi)用低得多。凍干是一個(gè)復(fù)雜的物理化學(xué)過(guò)程,有很多現(xiàn)象值得研究,如一次干燥過(guò)程的進(jìn)行速度與各種因素的關(guān)系。

      發(fā)明內(nèi)容
      本發(fā)明的目的是提供一種用于冷凍干燥過(guò)程顯微觀察的系統(tǒng)。
      它包括帶自動(dòng)載物臺(tái)的倒置式光學(xué)顯微鏡、凍干臺(tái)、冷量供給裝置、真空裝置和計(jì)算機(jī)數(shù)據(jù)采集控制系統(tǒng),凍干臺(tái)具有銅基座,在銅基座上設(shè)有第一熱電元件和第二熱電元件,在兩熱電元件上架有載玻片,在銅基座上架有真空罩;冷量供給裝置具有液氮容器,在液氮容器內(nèi)設(shè)有換熱器、加熱器,液氮容器的出氣管與第一電磁閥、凍干臺(tái)、第二電磁閥相接;真空裝置具有真空泵、真空控制器;計(jì)算機(jī)數(shù)據(jù)采集控制系統(tǒng)具有計(jì)算機(jī),計(jì)算機(jī)分別與可控硅模塊、繼電器模塊、巡檢儀、可控直流電源、載物臺(tái)驅(qū)動(dòng)裝置相接。
      所述的銅基座上部周邊開(kāi)有放置真空罩的密封凹槽。銅基座是一個(gè)中空長(zhǎng)方體,銅基座底部中央開(kāi)有通孔,銅基座底部縱向開(kāi)有通孔,銅基座上部橫向開(kāi)有通孔。載玻片中間具有一個(gè)矩形凹坑。
      本發(fā)明只在冷凍過(guò)程中消耗液氮,在干燥過(guò)程中則不消耗液氮。由于冷凍干燥過(guò)程的冷凍時(shí)間相對(duì)較短,而干燥時(shí)間比較長(zhǎng)。因而本發(fā)明的重要優(yōu)點(diǎn)是節(jié)省液氮、減少實(shí)驗(yàn)成本。


      圖1是用于冷凍干燥過(guò)程顯微觀察的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖;圖2(a)是本發(fā)明的銅基座三向視圖;圖2(b)是本發(fā)明的銅基座截面圖;
      圖中液氮容器1、換熱器2、加熱器3、真空泵4、真空控制器5、電磁閥6、載物臺(tái)7、分氣管8、真空罩9、載玻片10、蓋玻片11、透光玻璃12、物鏡13、樣品14、銅基座15、載物臺(tái)驅(qū)動(dòng)裝置16、電磁閥17、集氣管18、保護(hù)罩19、透光玻璃20、聚光鏡21、熱電偶22、熱電元件23、熱電元件24、真空接頭25、截止閥26、氮?dú)馄?7、保護(hù)罩28、顯微鏡基座29、攝像頭30、可控硅模塊31、繼電器模塊32、計(jì)算機(jī)33、巡檢儀34、可控直流電源35。
      具體實(shí)施例方式
      如圖1所示,用于冷凍干燥過(guò)程顯微觀察的系統(tǒng)包括帶自動(dòng)載物臺(tái)的倒置式光學(xué)顯微鏡、凍干臺(tái)、冷量供給裝置、真空裝置和計(jì)算機(jī)數(shù)據(jù)采集控制系統(tǒng),凍干臺(tái)具有銅基座15,在銅基座上設(shè)有第一熱電元件23和第二熱電元件24,在兩熱電元件上架有載玻片10,在銅基座上架有真空罩9;冷量供給裝置具有液氮容器1,在液氮容器內(nèi)設(shè)有換熱器2、加熱器3,液氮容器的出氣管與第一電磁閥6、凍干臺(tái)、第二電磁閥17相接;真空裝置具有真空泵4、真空控制器5;計(jì)算機(jī)數(shù)據(jù)采集控制系統(tǒng)具有計(jì)算機(jī)33,計(jì)算機(jī)分別與可控硅模塊31、繼電器模塊32、巡檢儀34、可控直流電源35、載物臺(tái)驅(qū)動(dòng)裝置16相接。
      如圖2所示,本發(fā)明的銅基座15上部周邊開(kāi)有放置真空罩9的密封凹槽。銅基座15是一個(gè)中空長(zhǎng)方體,銅基座底部中央開(kāi)有通孔,銅基座底部縱向開(kāi)有通孔,銅基座上部橫向開(kāi)有通孔。
      本發(fā)明用于冷凍干燥過(guò)程顯微觀察的系統(tǒng),由帶自動(dòng)載物臺(tái)的倒置式光學(xué)顯微鏡、凍干臺(tái)、冷量供給裝置、真空裝置和計(jì)算機(jī)數(shù)據(jù)采集控制系統(tǒng)等五部分組成。倒置式光學(xué)顯微鏡上安裝有數(shù)字?jǐn)z象頭,可以拍攝顯微視野下的圖象,圖象通過(guò)圖象采集卡進(jìn)入計(jì)算機(jī)。顯微鏡的載物臺(tái)是自動(dòng)的,即受到計(jì)算機(jī)的控制,計(jì)算機(jī)通過(guò)內(nèi)置步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)卡、載物臺(tái)驅(qū)動(dòng)裝置精確定位載物臺(tái)。
      凍干臺(tái)放在顯微鏡的載物臺(tái)上,而被觀察的樣品則放在載玻片上。凍干臺(tái)由導(dǎo)熱性很好的銅基座、兩個(gè)熱電元件、真空罩、載玻片組成,為保證光線通過(guò),在真空罩上嵌有玻璃片,為保證密封,在真空罩與銅基座接觸處抹有真空油脂。載玻片的結(jié)構(gòu)較為特殊,中間留有一矩形的凹槽,被觀察的樣品就放在該槽內(nèi)。在蓋上蓋玻片后,干燥過(guò)程中水蒸氣的出口就只有一個(gè),這樣便于對(duì)干燥過(guò)程進(jìn)行定量研究。熱電元件是兩級(jí)的,它的作用有兩方面,其一是在干燥過(guò)程中提供冷量,使樣品的溫度保持在共熔點(diǎn)以下,節(jié)省液氮,其二是在樣品冷凍過(guò)程中提供跨樣品的溫度梯度。后者的實(shí)現(xiàn)方法是讓兩個(gè)熱電元件工作在不同的狀態(tài)下,工作狀態(tài)的調(diào)整是通過(guò)計(jì)算機(jī)、可控直流電源來(lái)完成的,熱電偶測(cè)得的溫度是調(diào)節(jié)的依據(jù)??鐦悠返臏囟忍荻葘⒂绊懕У男纬珊蜕L(zhǎng),而冰晶的形狀和尺寸將直接影響干燥過(guò)程的進(jìn)行。布置在熱電元件下的銅基座中央打孔,孔內(nèi)鑲嵌有玻璃片,目的是讓光線通過(guò),銅基座里還留有冷氮?dú)馔ㄟ^(guò)的孔道。在樣品的冷凍過(guò)程中,冷量的傳遞途徑是冷氮?dú)狻~基座→熱電元件→載玻片→樣品。在凍干臺(tái)上面還有保護(hù)罩,罩內(nèi)通干燥氮?dú)?,目的是防止結(jié)露或結(jié)霜現(xiàn)象的產(chǎn)生。
      冷量供給裝置包括液氮瓶、布置在液氮瓶?jī)?nèi)的換熱器、加熱器和兩個(gè)電磁閥。加熱量的大小決定冷氮?dú)饬髁康亩嗌?,由?jì)算機(jī)來(lái)確定,通過(guò)可控硅模塊控制加熱器實(shí)現(xiàn)。液氮被加熱后變成氮?dú)?,氮?dú)饨?jīng)換熱器冷卻至接近液氮溫度后被輸送至凍干臺(tái)。在冷氮?dú)夤苈飞喜贾玫碾姶砰y,冷凍過(guò)程進(jìn)行完畢后,電磁閥關(guān)閉,同時(shí)加熱器也停止運(yùn)行。
      真空裝置包括真空泵、真空控制器。真空控制器的作用是保證樣品空間處于一定的真空度(如~8Pa)下。真空泵啟動(dòng)與否受計(jì)算機(jī)控制,通過(guò)繼電器模塊實(shí)現(xiàn)。為保證樣品空間的真空,從凍干臺(tái)引出的熱電偶線、熱電元件接線都通過(guò)裝在銅基座內(nèi)的真空接頭。
      計(jì)算機(jī)數(shù)據(jù)采集控制系統(tǒng)包括計(jì)算機(jī)和各種接口模塊。計(jì)算機(jī)里裝有數(shù)據(jù)采集控制卡、步進(jìn)電機(jī)控制卡、圖象采集卡。數(shù)據(jù)采集的對(duì)象是熱電偶信號(hào),它經(jīng)過(guò)巡檢儀轉(zhuǎn)化為數(shù)字信號(hào),通過(guò)串行接口進(jìn)入計(jì)算機(jī)。計(jì)算機(jī)要控制的對(duì)象包括載物臺(tái)驅(qū)動(dòng)裝置、熱電元件、加熱器、電磁閥、真空泵,其中電磁閥、真空泵控制需要數(shù)字信號(hào),載物臺(tái)驅(qū)動(dòng)裝置控制需要數(shù)字脈沖信號(hào),熱電元件和加熱器控制需要模擬信號(hào)。步進(jìn)電機(jī)控制卡輸出數(shù)字脈沖信號(hào),數(shù)據(jù)采集控制卡輸出數(shù)字信號(hào)和模擬信號(hào),分別控制各個(gè)對(duì)象的運(yùn)行。圖象采集卡負(fù)責(zé)顯微圖象的采集,采集后的圖象信息一方面以文件形式存儲(chǔ),另一方面為圖象處理程序?qū)崟r(shí)處理。
      本發(fā)明進(jìn)行冷凍干燥過(guò)程顯微觀察的步驟如下1)將樣品放置在載玻片的凹槽中,蓋上蓋玻片;2)蓋好真空罩和保護(hù)罩,調(diào)整聚光鏡和物鏡鏡頭,獲得樣品的清晰圖象;3)向保護(hù)罩內(nèi)通入干燥氮?dú)猓?)打開(kāi)液氮瓶?jī)?nèi)的加熱器和電磁閥,啟動(dòng)降溫過(guò)程,調(diào)節(jié)加熱器的加熱量以調(diào)節(jié)冷氮?dú)獾牧髁?,使樣品以一定速率降溫至共晶點(diǎn)溫度以下;5)啟動(dòng)熱電模塊,使其工作在制冷模式,然后關(guān)閉加熱器和電磁閥,保持樣品溫度基本不變;6)啟動(dòng)真空泵,使樣品空間真空度快速達(dá)到設(shè)定值;7)在樣品中的冰升華為水蒸氣時(shí),升華界面會(huì)緩慢移動(dòng),時(shí)間會(huì)持續(xù)數(shù)小時(shí),在此期間,計(jì)算機(jī)根據(jù)采集到的圖象分析升華界面所在位置,當(dāng)升華界面快移出觀察視野時(shí),計(jì)算機(jī)控制自動(dòng)載物臺(tái)略作移動(dòng),以保證升華界面始終處于觀察視野內(nèi);8)在樣品中的冰升華到事先設(shè)定位置時(shí),實(shí)驗(yàn)停止。
      權(quán)利要求
      1一種用于冷凍干燥過(guò)程顯微觀察的系統(tǒng),其特征在于,它包括帶自動(dòng)載物臺(tái)的倒置式光學(xué)顯微鏡、凍干臺(tái)、冷量供給裝置、真空裝置和計(jì)算機(jī)數(shù)據(jù)采集控制系統(tǒng),凍干臺(tái)具有銅基座(15),在銅基座上設(shè)有第一熱電元件(23)和第二熱電元件(24),在兩熱電元件上架有載玻片(10),在銅基座上架有真空罩(9);冷量供給裝置具有液氮容器(1),在液氮容器內(nèi)設(shè)有換熱器(2)、加熱器(3),液氮容器的出氣管與第一電磁閥(6)、凍干臺(tái)、第二電磁閥(17)相接;真空裝置具有真空泵(4)、真空控制器(5);計(jì)算機(jī)數(shù)據(jù)采集控制系統(tǒng)具有計(jì)算機(jī)(33),計(jì)算機(jī)分別與可控硅模塊(31)、繼電器模塊(32)、巡檢儀(34)、可控直流電源(35)、載物臺(tái)驅(qū)動(dòng)裝置(16)相接。
      2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種用于冷凍干燥過(guò)程顯微觀察的系統(tǒng),其特征在于,所述的銅基座(15)上部周邊開(kāi)有放置真空罩(9)的密封凹槽。
      3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種用于冷凍干燥過(guò)程顯微觀察的系統(tǒng),其特征在于,所述的銅基座(15)是一個(gè)中空長(zhǎng)方體,銅基座底部中央開(kāi)有通孔,銅基座底部縱向開(kāi)有通孔,銅基座上部橫向開(kāi)有通孔。
      4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種用于冷凍干燥過(guò)程顯微觀察的系統(tǒng),其特征在于,所述的載玻片(10)中間具有一個(gè)矩形凹坑。
      全文摘要
      本發(fā)明公開(kāi)了一種用于冷凍干燥過(guò)程顯微觀察的系統(tǒng)。它由帶自動(dòng)載物臺(tái)的倒置式光學(xué)顯微鏡、凍干臺(tái)、冷量供給裝置、真空裝置和計(jì)算機(jī)數(shù)據(jù)采集控制系統(tǒng)等五部分組成。倒置式光學(xué)顯微鏡上裝有數(shù)碼攝像機(jī),其載物臺(tái)移動(dòng)可由計(jì)算機(jī)控制;凍干臺(tái)放在載物臺(tái)上,被凍干的樣品放在凍干臺(tái)上,樣品的冷卻/升溫速率及溫度梯度均可調(diào);在長(zhǎng)時(shí)間的干燥過(guò)程中,計(jì)算機(jī)通過(guò)在線處理顯微圖片的方法獲得升華界面的位置,據(jù)此控制載物平臺(tái)的移動(dòng),以保證升華界面始終位于顯微視野內(nèi)。本發(fā)明只在冷凍過(guò)程中消耗液氮,在干燥過(guò)程中則不消耗液氮。由于冷凍干燥過(guò)程的冷凍時(shí)間相對(duì)較短,而干燥時(shí)間比較長(zhǎng)。因而本發(fā)明的重要優(yōu)點(diǎn)是節(jié)省液氮、減少實(shí)驗(yàn)成本。
      文檔編號(hào)G02B21/00GK1818738SQ20061004977
      公開(kāi)日2006年8月16日 申請(qǐng)日期2006年3月10日 優(yōu)先權(quán)日2006年3月10日
      發(fā)明者張紹志, 陳光明, 周新麗 申請(qǐng)人:浙江大學(xué)
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