本發(fā)明涉及生物實驗器械領(lǐng)域，具體涉及一種用于生物蛋白質(zhì)結(jié)晶的永磁封閉實驗裝置。

背景技術(shù)：

蛋白質(zhì)是生命活動的主要承擔者，具有極其多變的結(jié)構(gòu)和功能，因此其對生命活動的重要性是不言而喻的。通過對蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)的解析以及功能的分析，我們可以對生命活動具有更深層次的了解和研究。

目前，蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)的解析主要是借助XRD(X-射線衍射)來完成的，并且在PDB(Protein Data Bank)數(shù)據(jù)庫中有超過90％的蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)是由XRD解析的。目前XRD在蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)分析過程中具有絕對的統(tǒng)治地位，但使用XRD解析蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)需要利用蛋白質(zhì)晶體，因此蛋白質(zhì)結(jié)晶便成為了XRD蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)解析的關(guān)鍵步驟，就目前技術(shù)而言，如何獲得高質(zhì)量的蛋白質(zhì)晶體仍是制約這項技術(shù)發(fā)展的瓶頸。

文獻“Effects of a magnetic field on the nucleation and growth of protein crystals”等報道了在磁場中進行蛋白質(zhì)結(jié)晶可以明顯地產(chǎn)生數(shù)量更少但體積更大的蛋白質(zhì)晶體。因此通過磁場的特殊環(huán)境來提高蛋白質(zhì)結(jié)晶的晶體質(zhì)量是提高XRD蛋白質(zhì)衍射質(zhì)量的有效途徑之一。

根據(jù)磁力的不同形成方式，磁場可分為電磁場和永磁場。電磁場又可以分為常規(guī)導體磁場和超導磁場，電磁場可以在電流的作用下產(chǎn)生較高磁力的磁場，從幾特斯拉到幾十特斯拉不等的磁場強度，盡管電磁場有著較高的磁場強度，但是在使用過程中需要專門的場地、較高的人力物力去維護，投入較大，使用不方便。另一方面就永磁場而言，其磁場強度目前來說最高可達一點幾特斯拉，雖然和電磁場相比其強度小了很多，但是永磁場裝置體積較小，一旦組成裝置就不需要再進行能量的輸入以及和電磁場一樣的繁雜維護。同時在進行中弱磁場強度的蛋白質(zhì)結(jié)晶實驗過程中，永磁場也具有重要的實驗和實踐價值。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

為了克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，本發(fā)明提供一種實用的試驗用蛋白質(zhì)結(jié)晶永磁封閉實驗裝置，本發(fā)明磁場強度大，體積緊湊，制造成本低，能夠明顯提高蛋白質(zhì)結(jié)晶質(zhì)量。

本發(fā)明解決其技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案是：一種用于生物蛋白質(zhì)結(jié)晶的永磁封閉實驗裝置，包括永磁鐵、U型鋁板、抗磁鋁板和順磁鋼板；兩塊所述的永磁鐵平行放置，且兩塊永磁鐵對應位置的極性相反；所述的U型鋁板位于兩塊永磁鐵之間，鋁板和永磁體圍合成一個五邊封閉、一邊開口的結(jié)晶板放置區(qū)；若干順磁鋼板和抗磁鋁板圍合成一個封閉結(jié)構(gòu)，將永磁鐵和U型鋁板包裹在內(nèi)，所述的封閉結(jié)構(gòu)中，正對U型鋁板開口的兩側(cè)均為抗磁鋁板。

所述的永磁鐵采用釹鐵硼強永磁鐵。

所述的U型鋁板兩側(cè)各有兩塊永磁鐵，同一側(cè)的兩塊永磁鐵位于同一平面貼緊放置，且兩塊永磁鐵相鄰一側(cè)的極性相反。

所述的永磁鐵在自身所處平面內(nèi)與封閉結(jié)構(gòu)之間留有空間。

所述的封閉結(jié)構(gòu)中，抗磁鋁板正對U型鋁板開口的位置開有結(jié)晶板入口，且通過門蓋封閉。

所述的順磁鋼板通過順磁螺絲桿緊固連接，所述的抗磁鋁板通過順磁螺絲桿安裝在順磁鋼板上。

所述的永磁鐵通過磁圓柱銷釘安裝在順磁鋼板上。

本發(fā)明的有益效果是：首先，本發(fā)明所采用的永磁鐵為釹鐵硼強永磁鐵，磁體為薄矩形，上下各緊鄰兩塊，這樣可以減少單塊大面積磁極中心部位場強減弱問題。采用N-S磁極相對和磁體平行設計，同時裝置外表面四周的整體的閉合順磁鋼板和前后抗磁設計，大大減小了磁力線的外耗散，這樣既大大增強了裝置內(nèi)部的磁場強度，又使裝置內(nèi)部基本維持恒穩(wěn)的磁場強度。其次，上下磁鐵之間夾有U型抗磁鋁板，這樣磁鐵間的磁力線大部分都被集中到U型缺口處的結(jié)晶板放置區(qū)，設計時利用ANSYS有限元模擬和分析，裝置內(nèi)部結(jié)晶板放置區(qū)建立起了符合結(jié)晶板面積大小的恒穩(wěn)磁場，在裝置制作完成后，對裝置內(nèi)部的磁場強度進行實際測量，結(jié)果和事先模擬計算的結(jié)果是基本一致的，這樣就有利于后期實驗條件均一性的要求，增加實驗的準確度和實驗效果。最后，本發(fā)明裝置體積小，便于挪動，可放置于水循環(huán)水浴內(nèi)，占用實驗空間小，使用方便。

附圖說明

圖1為本發(fā)明所述的實驗裝置外觀結(jié)構(gòu)示意圖。

圖2為本發(fā)明所述的實驗裝置內(nèi)部結(jié)構(gòu)示意圖。

圖3為本發(fā)明所述的實驗裝置打開上部順磁鋼板后的內(nèi)部結(jié)構(gòu)俯視圖。

圖4為本發(fā)明所述的實驗裝置打開上部順磁鋼板和取出裝置內(nèi)上部永磁鐵后的內(nèi)部結(jié)構(gòu)俯視圖。

圖5本發(fā)明所述的實驗裝置的內(nèi)部核心(永磁鐵和U型鋁板)結(jié)構(gòu)示意圖。

圖6本發(fā)明所述的實驗裝置的裝置外部封閉系統(tǒng)順磁鋼板拼接結(jié)構(gòu)示意圖。

圖中，1.1、抗磁圓柱銷釘；1.2、上順磁鋼板；1.3、大順磁螺絲桿；1.4、小順磁螺絲桿；1.5、入口門蓋；1.6、前抗磁鋁板；1.7、左順磁鋼板；2.1、上順磁板；2.2、右順磁鋼板；2.3、U型鋁板；2.4、抗磁空氣空間；2.5、下順磁鋼板；2.6、下強永磁鐵A；2.7、結(jié)晶板放置區(qū)；2.8、上強永磁鐵A；3.1、后抗磁鋁板；3.2、裝置入口；5.1、上強永磁鐵B；5.2、下強永磁鐵B；6.1、U型鋁板定位槽；6.2、強永磁鐵定位槽。

具體實施方式

下面結(jié)合附圖和實施例對本發(fā)明進一步說明，本發(fā)明包括但不僅限于下述實施例。

本發(fā)明提供一種用于生物蛋白質(zhì)結(jié)晶的永磁封閉實驗裝置，包括裝置內(nèi)部試驗系統(tǒng)和裝置外部封閉系統(tǒng)。

所述的裝置內(nèi)部實驗系統(tǒng)包括：強永磁鐵、支持作用的U型厚度抗磁硬鋁板(U型鋁板)、結(jié)晶板放置區(qū)和抗磁空氣空間。

所述的裝置外部封閉系統(tǒng)包括：順磁鋼板、抗磁鋁板、順磁螺絲桿、抗磁圓柱銷釘、裝置入口和入口門蓋。

作為上述技術(shù)的優(yōu)選方案，所述的裝置內(nèi)部實驗系統(tǒng)被裝置外部封閉系統(tǒng)完全包裹封閉在內(nèi)部。

作為上述技術(shù)的優(yōu)選方案，所述的強永磁鐵是本發(fā)明中強磁場的產(chǎn)生源，在裝置內(nèi)部強永磁鐵產(chǎn)生近乎恒穩(wěn)的強磁場作用于實驗時的結(jié)晶板上，裝置內(nèi)上下各兩塊磁鐵，平行相對。

作為上述技術(shù)的優(yōu)選方案，所述的U型鋁板將不同極向的正對的強磁鐵支撐分隔開，防止其相互吸引貼附在一起。

作為上述技術(shù)的優(yōu)選方案，所述的結(jié)晶板放置區(qū)位于上下相對的強永磁鐵中間、U型鋁板的U字內(nèi)部，在實驗室用于結(jié)晶板的放置。

作為上述技術(shù)的優(yōu)選方案，所述的抗磁空氣空間位于上下磁鐵兩側(cè)，主要起到抗磁使磁力線主要封閉在裝置外部封閉系統(tǒng)內(nèi)中的順磁鋼板內(nèi)。

作為上述技術(shù)的優(yōu)選方案，所述的順磁鋼板緊固于裝置外表面的上下左右四處，緊密閉合，起到使磁力線循環(huán)其中的作用。

作為上述技術(shù)的優(yōu)選方案，所述的抗磁鋁板緊固于裝置的前后兩處，緊貼順磁鋼板，抗磁防止磁力線短路。

作為上述技術(shù)的優(yōu)選方案，所述的順磁螺絲桿，用于固定緊合裝置外部封閉系統(tǒng)的順磁鋼板和抗磁鋁板。

作為上述技術(shù)的優(yōu)選方案，所述的抗磁圓柱銷釘，橫穿順磁鋼板和強永磁鐵，固定磁鐵，并便于安裝。

作為上述技術(shù)的優(yōu)選方案，所述的裝置入口，是結(jié)晶板放置的入口，位于裝置前抗磁鋁板的正中間。

作為上述技術(shù)的優(yōu)選方案，所述的入口門蓋，用于堵塞裝置入口，防止裝置內(nèi)強磁吸取環(huán)境鐵磁物質(zhì)，產(chǎn)生危險。

如圖1和圖6所示為一種用于蛋白質(zhì)結(jié)晶的永磁封閉實驗裝置外觀結(jié)構(gòu)示意圖，裝置上下左右四個面為順磁鋼板，前后兩面為抗磁鋁板，裝置的整體連接由順磁螺絲桿完成，連接牢固，裝置整體結(jié)構(gòu)緊湊牢固。

如圖2、圖3、圖4和圖5所示為一種用于蛋白質(zhì)結(jié)晶的永磁封閉實驗裝置內(nèi)部結(jié)構(gòu)示意圖，也就是裝置內(nèi)部試驗系統(tǒng)，主要有上下各兩塊并列的強永磁鐵和中間的U型抗磁鋁板，在U型鋁板的U字內(nèi)部空間為結(jié)晶般的放置區(qū)。

優(yōu)選地，所述實驗裝置整體的尺寸為252*212*127mm，空間體積小，這樣可以方便的放進恒溫水浴內(nèi)，進行恒溫實驗。

優(yōu)選地，所述四塊抗磁鋼板1.2、1.7、2.1及2.5的厚度為分別為30mm，材料為q235鋼材，這樣可以基本將永磁鐵的磁力線全部封閉在鋼板內(nèi)，漏磁少，大大增加了裝置內(nèi)部試驗區(qū)的磁場強度和裝置整體結(jié)構(gòu)其強度。

優(yōu)選地，所述抗磁鋁板1.6和3.1是厚度15mm的硬鋁板，鋁板具有抗磁性，裝置前后采用抗磁鋁板可以避免磁力線在裝置四周循環(huán)短路，從而增強裝置內(nèi)部的磁場強度。

優(yōu)選地，所述順磁螺絲桿1.3和1.4，材料為順磁鋼料q235，導磁效果好，強度大，連接緊固。大順磁螺絲桿1.3直徑為8mm，用于固定裝置的整體結(jié)構(gòu)，小順磁螺絲桿1.4直徑為4mm，主要用于將入口門蓋1.5封堵住裝置入口3.2并固定于前抗磁鋁板1.6上。

優(yōu)選地，所述抗磁空氣空間2.4位于強永磁鐵和左右順磁鋼板之間，可以減少磁力線從磁鐵兩側(cè)直接穿到順磁鋼板，減少了磁力線損失。

優(yōu)選地，所述U型鋁板，夾在上下強永磁鐵之間，鋁板為抗磁性材料，磁力線基本不能或者很少能從U型鋁板穿過，這樣使磁力線更加地集中于U型鋁板的U字缺口處，增加結(jié)晶板放置區(qū)的磁場強度。

優(yōu)選地，所述強永磁體2.6、2.8、5.1和5.2的規(guī)格為110*110*27.5mm，剩磁為1.40～1.44T，材料為釹鐵硼磁鐵，上下距離為18mm，N-S兩極相對，這樣可以盡可能地增大磁鐵兩極的磁場強度。

優(yōu)選地，所述U型鋁板定位槽6.1鑿于左、右順磁鋼板1.7、2.2和后抗磁鋁板3.1中部，主要起到限制和固定U型鋁板的作用。

優(yōu)選地，所述強永磁鐵定位槽6.2鑿于上、下順磁鋼板2.1、2.5中部，寬度比強永磁鐵鐵略寬，起到定位磁鐵的作用。

在本發(fā)明所涉及到的設計參數(shù)和制作材料確定后，首先使用了有限元分析軟件ANSYS進行了模擬實驗分析，模擬分析結(jié)果結(jié)晶板放置區(qū)基本為恒定磁場，場強大于1T。裝置制作完成后，使用磁場強度測量裝置進行測量，測量的選取點結(jié)果與模擬結(jié)果相似，磁場強度在1T左右，和預期設計結(jié)果一致。

本發(fā)明使用時包括以下步驟：

第一步，結(jié)晶板點樣。將蛋白質(zhì)結(jié)晶溶液，點加到結(jié)晶板上，結(jié)晶板進行相關(guān)處理。

第二步，結(jié)晶板放置。用螺絲刀將本發(fā)明裝置的入口門蓋取下，將帶液結(jié)晶板從裝置入口處平推進裝置，使結(jié)晶板放置于裝置內(nèi)部的結(jié)晶板放置區(qū)。

第三步，將裝置入口門蓋固定好后，將裝置平放進循環(huán)水浴內(nèi)，恒溫結(jié)晶。

第四步，需觀察結(jié)晶效果時，取出結(jié)晶板，顯微鏡下觀察拍照。