專利名稱：磁場中抗磁性材料的失重狀態(tài)無容器處理裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種材料的懸浮處理裝置，尤其是在強(qiáng)磁環(huán)境下固態(tài)及液態(tài)抗磁性材料的失 重狀態(tài)無容器處理裝置。
背條技術(shù)
空間環(huán)境下的材料處理技術(shù)是空間科學(xué)研究中最重要的研究方向之一。在空間環(huán)境下進(jìn) 行材料處理，主要是利用空間環(huán)境的失重條件。失重條件可以消除或大大減弱在重力場條件 下存在的對流、沉降等現(xiàn)象，為材料處理帶來新的手段，有利于獲得新的或具備特殊性能的 材料。此外，空間環(huán)境下，也很容易實(shí)現(xiàn)長時間的無容器材料處理。無容器材料處理技術(shù)主 要利用懸浮狀態(tài)下材料不與容器內(nèi)壁接觸的特點(diǎn)，可消除有容器材料處理中存在的器壁與處 理材料之間的相互作用，如器壁造成的對材料的污染，及附著于器壁導(dǎo)致的材料應(yīng)力等有害 作用，有利于獲得質(zhì)量高、性能均一的材料。總之，空間是實(shí)現(xiàn)無容器失重材料處理的理想 環(huán)境。
然而，盡管空伺環(huán)境所提供的失重狀態(tài)能夠滿足無容器、完全懸浮的要求，但是空間環(huán) 境的利用受發(fā)射機(jī)會、成本等條件限制。因此，為充分利用每次空間科學(xué)實(shí)驗(yàn)的機(jī)會，提高 其成功率，在地面尋找模擬手段進(jìn)行預(yù)先實(shí)驗(yàn)，取得對空間科學(xué)實(shí)驗(yàn)有參考意義的實(shí)驗(yàn)結(jié)果， 十分必要。此外，在地面發(fā)展的研究手段若能達(dá)到空間科學(xué)實(shí)驗(yàn)的目的，則可考慮使用地基 手段替代相應(yīng)的空間科學(xué)實(shí)驗(yàn)。因此，地面實(shí)驗(yàn)技術(shù)的研發(fā)，有著十分重要的意義。
在地面實(shí)現(xiàn)無容器失重條件比較困難，而使該條件長時間持續(xù)維持則更加困難。曾有利 用落管裝置實(shí)現(xiàn)無容器失重條件生長合金晶體的研究，此法對僅需數(shù)秒時間的瞬態(tài)科學(xué)研究 十分有用，但不適宜于需要時間跨度較長的多數(shù)材料科學(xué)和生命科學(xué)實(shí)驗(yàn)。
地面重力場下的懸浮技術(shù)有聲懸浮、氣懸浮、靜電懸浮、電磁懸浮等，這些技術(shù)雖然能 夠使材料在較長時間內(nèi)處于無容器狀態(tài)，但這些材料的內(nèi)部受力不均勻，難以在力學(xué)環(huán)境方 面很好地模擬空間失重狀態(tài)。
從力學(xué)環(huán)境一致性的角度出發(fā)，可考慮在地面尋找能平衡物體自身重力的場力(或稱為 體力body force,即物體內(nèi)部各點(diǎn)均同時受到物理場中同種性質(zhì)的力的作用)。梯度靜磁場 對材料產(chǎn)生的作用力是一種場力，若使這種力與重力的大小相等，但方向相反，則可平衡重 力，獲得失重狀態(tài)。為了通過這種途徑實(shí)現(xiàn)失重狀態(tài)，材料的懸浮位置必須滿足磁場強(qiáng)度和 磁場梯度足夠大的條件(即大梯度強(qiáng)磁場條件，例如懸浮純水的條件是-|//。2//(cffl7flW|>1370r2/m)。 20世紀(jì)90年代，研制的大型混合磁體可產(chǎn)生大梯度強(qiáng)磁場，實(shí)現(xiàn)抗磁性生命體及其他抗磁材料(自然界大多材料為抗磁性)的懸浮，可成功模擬空間失 重狀態(tài)。但混合磁體能耗過大，且持續(xù)時間較短，適宜于開展短時間的科學(xué)實(shí)驗(yàn)，難以推廣 應(yīng)用于多數(shù)材料及生命科學(xué)研究。近年來，超導(dǎo)磁體技術(shù)得到迅速發(fā)展，其性能已達(dá)到混合磁體懸浮生命體等抗磁性物質(zhì) 的能力，同時該技術(shù)解決了混合磁體不能長時間工作的問題。此外，與混合磁體相比，超導(dǎo) 磁體的能耗幾乎可忽略不計(jì)。因此，具備懸浮能力的超導(dǎo)磁體為在地面模擬失重條件下開展 長時間材料科學(xué)及生命科學(xué)研究提供了一種新的途徑。目前，利用具備懸浮能力的超導(dǎo)磁體 進(jìn)行材料科學(xué)和生命科學(xué)研究才剛剛開始，迫切需要用于該類超導(dǎo)磁體模擬失重狀態(tài)下的長 時間無容器懸浮實(shí)驗(yàn)裝置，但迄今為止，該類裝置報道極少，公開報道的用于磁體中的無容 器、失重、懸浮抗磁性材料的裝置僅有一類，而且這類裝置是專為固態(tài)樣品在懸浮狀態(tài)下進(jìn) 行熔化凝固處理而設(shè)計(jì)的不具備液體樣品進(jìn)樣系統(tǒng)，不能處理液態(tài)樣品；其材料懸浮位置與 外部空間直接相通，難以避免來自外部空間的污染及液態(tài)物質(zhì)的揮發(fā)；或其懸浮腔中使用與 外部相連的流動保護(hù)氣氛，不能防止液態(tài)物質(zhì)的揮發(fā)。同時，該類裝置溫控系統(tǒng)采用激光加 熱或電阻加熱方式，只能加熱，不能致冷，且溫度難以精確控制。 發(fā)明內(nèi)容為克服現(xiàn)有技術(shù)不能處理液態(tài)樣品、無法防止污染、只可加熱不能致冷、溫控不精確等 缺陷，本發(fā)明提供一種在大梯度強(qiáng)磁場中實(shí)現(xiàn)無容器失重懸浮的材料處理裝置，該裝置可使 實(shí)驗(yàn)對象(包括固態(tài)及液態(tài)樣品)處于懸浮狀態(tài)，可對實(shí)驗(yàn)對象進(jìn)行實(shí)時觀察，可加熱可致 冷，可避免污染，并可實(shí)現(xiàn)對實(shí)驗(yàn)條件(溫度、懸浮材料尺寸等)的實(shí)時監(jiān)測和精確控制。本發(fā)明裝置利用磁體實(shí)驗(yàn)腔1中的磁場環(huán)境實(shí)現(xiàn)抗磁性材料的懸浮?？勾判圆牧显诖朋w實(shí)驗(yàn)腔l內(nèi)的受力情況與位置相關(guān)，其中處于模擬失重狀態(tài)位置，即懸浮位置(0g位置)14 的材料所受的磁化力方向向上，與其重力相平衡。在0g位置下方附近，磁化力大于重力，材 料將向上移動；在0g位置上方，磁化力小于重力，材料向下移動，因此置于0g位置附近的 材料將在磁化力和重力的共同作用下，最終穩(wěn)定懸浮于0g位置。本發(fā)明就是利用該特性，將 待處理材料置于0g位置，在精確監(jiān)控實(shí)驗(yàn)參數(shù)的前提下，對材料進(jìn)行處理，并實(shí)現(xiàn)對材料處 理過程的實(shí)時記錄。本發(fā)明的技術(shù)方案是包括磁體實(shí)驗(yàn)腔l、懸浮腔5、進(jìn)樣控制器8、溫度控制器6、視 頻采集器2、照明光源7、計(jì)算機(jī)10等部分。磁體實(shí)驗(yàn)腔l為位于磁體9中心位置，方向垂 直于地面的與室內(nèi)空間相通的圓柱狀空腔；磁體實(shí)驗(yàn)腔1內(nèi)有一懸浮腔5，懸浮腔5是一密 閉空腔，為懸浮材料4提供密閉的無容器環(huán)境，0g位置位于懸浮腔5內(nèi)；溫度控制器6包圍 懸浮腔5實(shí)現(xiàn)對其超度的監(jiān)測與控制；進(jìn)樣控制器8位于懸浮腔5的下方并與懸浮腔5相通,
用于實(shí)現(xiàn)懸浮液態(tài)樣品的推進(jìn)；照明光源7位于懸浮腔5—端，根據(jù)樣品性質(zhì)可置于懸浮腔 5的下方或上方；視頻采集器2位于懸浮腔5的上方，并與磁體外的計(jì)算機(jī)10相連，用于對樣品進(jìn)行實(shí)時觀察與記錄。懸浮腔5上端有透光片3，其上方放置視頻采集器2，下端連接進(jìn)樣控制器8。在懸浮腔 5內(nèi)部下端有樣品收集皿24，為一圓形玻璃皿，用于收集經(jīng)懸浮處理后的材料。進(jìn)樣控制器8與懸浮腔5相連，包括進(jìn)樣口 11、儲液池12及進(jìn)樣驅(qū)動單元13。進(jìn)樣口 11從懸浮腔5下方插入，進(jìn)入到懸浮腔5內(nèi)。儲液池12直接與進(jìn)樣口 ll相連，是用于存儲 待處理液態(tài)樣品的密閉容器。進(jìn)樣驅(qū)動單元13與儲液池12相連，可采用機(jī)械推進(jìn)方式也可 采用氣壓或液壓推進(jìn)方式使儲液池12壓強(qiáng)增加，將儲液池12中特定體積的樣品擠入懸浮腔 5并在抗磁力的作用下將樣品懸浮于0g位置。溫度控制器6位于磁體實(shí)驗(yàn)腔1的內(nèi)側(cè)，懸浮腔5的外圍，用于對懸浮腔5內(nèi)的環(huán)境溫 度進(jìn)行控制?？販匮b置采用循環(huán)水浴或熱電致冷器件控溫裝置。采用循環(huán)水浴控溫裝置時， 溫度控制器6由水浴22、控溫水套21及循環(huán)水管道20構(gòu)成。水浴22放置于磁體外，通過 循環(huán)水管道20與包圍懸浮腔5的控溫水套21連接。調(diào)節(jié)水浴22可實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程溫度控制。采用 熱電致冷控溫裝置時，溫度控制器6由熱電致冷器件、控溫電源、溫度傳感元件、信號線、 電源線構(gòu)成?？販仉娫粗糜诖朋w外，通過信號線、電源線與包圍懸浮腔5的熱電致冷器件及 懸浮腔5內(nèi)的溫度傳感元件連接，實(shí)現(xiàn)對懸浮腔5的溫度控制。兩種控溫裝置均采用主動控 溫方式，即控溫點(diǎn)在懸浮腔內(nèi)，可保證懸浮腔內(nèi)溫度控制準(zhǔn)確?？販攸c(diǎn)溫度由溫度探測器25 監(jiān)測，可選用鉑電阻、熱電偶等元件，置于懸浮腔5的內(nèi)壁。視頻采集器2位于懸浮腔5的上方，可透過懸浮腔5頂部的透光片3實(shí)時觀察懸浮腔5 內(nèi)部情況。視頻采集器2可選用超小型CCD攝像頭15，也可選擇加帶顯微鏡頭的圖像采集器 件。視頻采集器2接收懸浮腔5內(nèi)的視頻信息，并將其輸入到計(jì)算機(jī)IO，實(shí)現(xiàn)對懸浮腔5內(nèi) 情況的實(shí)時觀察和記錄。照明光源7為懸浮材料4提供照明，保障視頻釆集器2采集到最佳的視頻圖像信號。所 述的照明光源7可采用不同形狀和顏色的，亮度和角度可調(diào)的冷光源。照明光源7根據(jù)樣品 透明與否選擇放置位置，對透明樣品，照明光源7放置于懸浮腔5的下部；對不透明樣品， 照明光源放置于懸浮腔的上方，即視頻采集器2的同一側(cè)。通過本發(fā)明可將液態(tài)或固態(tài)抗磁性樣品懸浮于密閉的懸浮腔5中，實(shí)現(xiàn)無容器、完全懸 浮的材料處理。對于液態(tài)抗磁性材料，其工作原理是將配制好的液態(tài)抗磁性樣品加入儲液 池12，將其與進(jìn)樣口 11和進(jìn)樣驅(qū)動單元13連接，然后將進(jìn)樣控制器8與懸浮腔5相連。之 后將連接好的懸浮腔5及進(jìn)樣控制器8置于磁體實(shí)驗(yàn)腔1中，調(diào)節(jié)懸浮腔5在磁體實(shí)驗(yàn)腔1
中的上下位置，使磁體中的0g位置位于懸浮腔5內(nèi)；通過數(shù)據(jù)線將視頻采集器2與計(jì)算機(jī) IO相連，并與照明光源7組建實(shí)時觀察系統(tǒng)，通過計(jì)算機(jī)10的顯示器觀察懸浮腔5內(nèi)的情 況；利用進(jìn)樣驅(qū)動單元13將特定體積的液態(tài)抗磁性材料緩慢注入懸浮腔5，通過計(jì)算機(jī)10 的顯示器可實(shí)時觀察到溶液從進(jìn)樣口 11擠出并在短時間內(nèi)穩(wěn)定懸浮于懸浮腔5內(nèi)的Og位置； 調(diào)節(jié)溫度控制器6對懸浮腔5進(jìn)行溫度控制，開始材料的處理；通過計(jì)算機(jī)10的存儲介質(zhì)實(shí) 時記錄材料處理全過程。對于固態(tài)抗磁性材料，其工作原理與上述液態(tài)材料的處理過程基本一致，區(qū)別在于固 態(tài)材料處理中不使用進(jìn)樣控制器8，而是直接將固態(tài)樣品置于密閉的懸浮腔5中，通過調(diào)節(jié) 懸浮腔5在磁體中的垂直位置，即可實(shí)現(xiàn)該固態(tài)樣品的懸浮。本發(fā)明的有益效果是將抗磁性材料進(jìn)行無容器懸浮，并在嚴(yán)格可重復(fù)、可控制條件下 實(shí)現(xiàn)材料的處理及觀測。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有如下優(yōu)點(diǎn)(1)可實(shí)現(xiàn)液態(tài)及固態(tài)抗 磁性樣品在失重狀態(tài)下的無容器處理。即采用進(jìn)樣控制器8的進(jìn)樣驅(qū)動單元13,推動進(jìn)樣控制器8中的液態(tài)樣品進(jìn)入懸浮腔5，可實(shí)現(xiàn)液態(tài)樣品的懸浮?；蛘{(diào)節(jié)懸浮腔5在磁體實(shí)驗(yàn) 腔l中的位置，可將預(yù)先放置于懸浮腔5中的固態(tài)樣品懸浮起來；(2)可防止樣品的蒸發(fā)，并能避免來自外部空間的污染。即采用完全密閉的懸浮腔5，在腔內(nèi)達(dá)到了飽和蒸汽壓后，液態(tài)樣品的蒸發(fā)與凝結(jié)平衡，從而防止了無限制的蒸發(fā)。此外，密閉的空間防止了來自外界的污染；(3)可實(shí)現(xiàn)溫度的精確控制，且可實(shí)現(xiàn)加熱與致冷。B卩采用熱電致冷或恒溫水浴 控溫技術(shù)，可以實(shí)現(xiàn)對樣品的加熱及致冷；采用遠(yuǎn)程主動控溫方式(即控溫點(diǎn)在懸浮腔內(nèi))， 可以實(shí)現(xiàn)樣品溫度的精確控制；(4)可精確控制樣品的體積，并最大程度減小污染。g卩采 用成本低廉的進(jìn)樣控制器8，通過機(jī)械、液壓或氣壓推進(jìn)量的大小，均可獲知樣品體積的精 確值；而進(jìn)樣控制器8實(shí)現(xiàn)一次性使用，可最大程度減小污染(5)可獲得優(yōu)良的圖像質(zhì)量。 即采用視頻采集器2及照明光源7組合，通過對二者的調(diào)節(jié)，可實(shí)現(xiàn)高質(zhì)量圖像的捕獲。發(fā)明人利用本發(fā)明已在世界上首次實(shí)現(xiàn)了地面上長時間、無容器、完全懸浮、失重狀態(tài) 下的蛋白質(zhì)晶體生長實(shí)驗(yàn)，并實(shí)時記錄了懸浮狀態(tài)蛋白質(zhì)晶體生長、溶解與再生長的全過程。下面結(jié)合附圖和實(shí)施例對本發(fā)明做進(jìn)一步說明。


圖1是本發(fā)明的裝置示意中，1-磁體實(shí)驗(yàn)腔，2-視頻采集器，3-透光片，4-懸浮材料，5-懸浮腔，6-溫度控制 器，7-照明光源，8-進(jìn)樣控制器，9-磁體，10-計(jì)算機(jī)，11-進(jìn)樣口， 12-儲液池，13-進(jìn)樣驅(qū)動單元。圖2是磁體內(nèi)磁場強(qiáng)度分布示意圖
圖中，14-懸浮位置(0g位置)。圖3是本發(fā)明實(shí)施例一的裝置結(jié)構(gòu)示意中，15-超小型CCD攝像頭，16-CCD控制器，17-錄像機(jī)，18-溫度顯示器，19-超導(dǎo) 磁體，20-循環(huán)水管道，21-控溫水套，22-水浴。圖4是本發(fā)明所述磁體實(shí)驗(yàn)腔1內(nèi)部裝置結(jié)構(gòu)示意中，23-針頭，24-樣品收集皿，25-溫度探測器，26-注射器，27-平衡氣囊，28-定位 器，29-調(diào)節(jié)螺桿。
具體實(shí)施方式
實(shí)施例一、超導(dǎo)磁體內(nèi)無容器失重懸浮狀態(tài)下的溶菌酶溶液晶體生長裝置本發(fā)明實(shí)施例是針對現(xiàn)有技術(shù)存在的不能處理液態(tài)樣品、溶液易蒸發(fā)、體積難控制、污 染難避免、觀察效果欠佳、不能加熱、難以穩(wěn)定精確控制溫度等缺點(diǎn)的一個解決方案。超導(dǎo)磁體19內(nèi)(如圖2所示)可供實(shí)驗(yàn)用空間為O50mmX1210ram的圓柱狀空腔，稱為磁 體實(shí)驗(yàn)腔1?？勾判圆牧显谇粌?nèi)的受力情況與位置相關(guān)，其中處于模擬失重狀態(tài)的懸浮位置 (0g位置)14的材料所受的磁化力方向向上，與其重力相平衡。本發(fā)明裝置實(shí)施例結(jié)構(gòu)組成(如圖3、圖4所示)包括懸浮腔5、定位器28、針頭23、 注射器26、調(diào)節(jié)螺桿29、平衡氣囊27、樣品收集皿24;控溫水套21、水浴22、循環(huán)水管道 20、溫度探測器25、溫度顯示器18;超小型CCD攝像頭15、 CCD控制器16、透光片3、照明 光源7、錄像機(jī)17、計(jì)算機(jī)10等。懸浮腔5為懸浮材料4提供密閉的無容器環(huán)境，是一密閉腔室，從超導(dǎo)磁體19下方進(jìn)入 磁體實(shí)驗(yàn)腔l內(nèi)部，通過定位器28調(diào)節(jié)高度，使0g位置處于懸浮腔5內(nèi)。進(jìn)樣控制器8與懸浮腔5相連，由針頭23、注射器26、調(diào)節(jié)螺桿29組成。針頭23選用 0. 7mm輸液器針頭23從懸浮腔5底部插入，根據(jù)實(shí)驗(yàn)需要可選用不同尺寸的輸液器針頭23。 選用2ml的一次性注射器26作為密閉的儲液池與針頭23相連并位于懸浮腔5的下方，用于 存儲液態(tài)樣品。采用機(jī)械推進(jìn)方式的調(diào)節(jié)螺桿29與注射器26下端相連，通過調(diào)節(jié)螺桿29推 動注射器26中的活塞，將樣品擠入懸浮腔5，并在抗磁力的作用下懸浮于Og位置。旋轉(zhuǎn)調(diào) 節(jié)螺桿29能夠精確控制進(jìn)樣體積。懸浮腔5通過管道連接有平衡氣囊27，平衡氣囊27是一容積自由可變的氣囊，用于保證 懸浮腔5內(nèi)的壓強(qiáng)與外部空間環(huán)境一致，防止因懸浮腔5內(nèi)氣體熱脹冷縮產(chǎn)生的氣壓差驅(qū)動 進(jìn)樣控制器8擠入多余樣品。懸浮腔5內(nèi)的下部有玻璃制成的圓形樣品收集皿24，用于收集處理完畢的樣品。懸浮腔5連接有溫度控制器6及溫度探測器25，兩者組合實(shí)現(xiàn)對懸浮腔5內(nèi)溫度齣控制，
并由溫度顯示器18實(shí)時顯示實(shí)際溫度，同時將該溫度數(shù)據(jù)傳送到計(jì)算機(jī)10進(jìn)行記錄。本實(shí)施例采用循環(huán)水浴控溫技術(shù)，溫度控制器6由水浴22、控溫水套21及循環(huán)水管道 20構(gòu)成。水浴22放置于超導(dǎo)磁體19外，通過循環(huán)水管道20與包圍懸浮腔5的控溫水套21 連接。懸浮腔5的溫度由控溫水套21控制，通過循環(huán)水管道20將水浴22與控溫水套21相 通，用水浴22控制控溫水套21的循環(huán)水溫度，利用保溫棉、絕熱海綿和鋁箔對磁體實(shí)驗(yàn)腔 l和循環(huán)水管道20進(jìn)行保溫。調(diào)節(jié)水浴22可實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程溫度控制，確保實(shí)驗(yàn)腔處于所需溫度。 懸浮腔5上端有透光片3，透光片3上方為超小型CCD攝像頭15，照明光源7置于懸浮 腔5的底部。CCD控制器16通過數(shù)據(jù)線與磁腔內(nèi)超小型CCD攝像頭15相連，控制并接收超小型CCD 攝像頭15得到的懸浮腔5內(nèi)的視頻信息，并將收集到的視頻信號輸入到錄像機(jī)17和計(jì)算機(jī) 10，從而對懸浮腔5內(nèi)懸浮材料4處理的全過程通過計(jì)算機(jī)10的顯示器實(shí)時觀察，并由錄像 機(jī)17的D-VHS磁帶(可實(shí)現(xiàn)24小時連續(xù)的高品質(zhì)攝像)和計(jì)算機(jī)10的硬盤實(shí)時記錄。照明光源7能夠?qū)腋〔牧?進(jìn)行照明，保障視頻監(jiān)視模塊能夠釆集到最佳的視頻圖像 信號。照明光源7選用亮度可調(diào)的冷光源(器件為發(fā)光二極管)制成面光源，為觀察透明或 半透明材料提供透射光，同時該光源工作時不影響懸浮腔5的溫度。本發(fā)明裝置在磁體內(nèi)部的材料均選擇非鐵磁性材料，包括環(huán)氧樹脂、銅、鋁等材料。通過本實(shí)施例可將液態(tài)抗磁性透明材料懸浮于密閉的懸浮腔5中，實(shí)現(xiàn)無容器、完全懸 浮的材料處理，并對處理過程進(jìn)行實(shí)時監(jiān)控。工作原理是將配制好的用于結(jié)晶的溶菌酶(一 種蛋白質(zhì))溶液加入到注射器26中，將其與針頭23和調(diào)節(jié)螺桿29連接，然后將針頭23從 下方插入懸浮腔5,將其置于磁體實(shí)驗(yàn)腔1中；調(diào)節(jié)定位器28以改變懸浮腔5在磁體實(shí)驗(yàn)腔 l中的上下位置，使超導(dǎo)磁體19中的0g位置位于懸浮腔5內(nèi)針頭23的上方；接通照明光源 7、溫度探測器25和溫度顯示器18的電源及數(shù)據(jù)線；通過數(shù)據(jù)線將超小型CCD攝像頭15、 視頻采集控制器13、錄像機(jī)17、計(jì)算機(jī)IO相連組建實(shí)時觀察系統(tǒng)，并通過計(jì)算機(jī)10的顯示 器觀察到懸浮腔5內(nèi)圖像；轉(zhuǎn)動調(diào)節(jié)螺桿29將注射器26中特定體積的液態(tài)抗磁性材料從針 頭23緩慢注入懸浮腔5，通過計(jì)算機(jī)10的顯示器可實(shí)時觀察到溶液從針頭23擠出并在短時 間內(nèi)穩(wěn)定懸浮于懸浮腔5內(nèi)的Og位置；調(diào)節(jié)水浴22對懸浮腔5進(jìn)行溫度控制，開始對懸浮 材料4 (即抗磁性的液態(tài)材料，本實(shí)施例為溶菌酶溶液)進(jìn)行處理。通過計(jì)算機(jī)10及錄像機(jī) 17的存儲介質(zhì)實(shí)時記錄懸浮材料4處理全過程；利用樣品收集皿24收集處理完畢后的材料， 再進(jìn)行相關(guān)檢測與分析。將懸浮腔5的溫度控制在22°C下保溫，數(shù)小時后即可觀察到溶菌酶晶體的出現(xiàn)。實(shí)施例二、超導(dǎo)磁體內(nèi)無容器失重懸浮狀態(tài)下的石蠟熔化及凝固處理裝置
本實(shí)施例與實(shí)施例一的裝置結(jié)構(gòu)基本相同，區(qū)別主要有U)釆用反射光對懸浮材料的 處理過程進(jìn)行觀察，即光源在超小型CCD的同側(cè)；(2)采用熱電致冷方式對處理材料的溫度 進(jìn)行控制，(3)采用升降懸浮腔的進(jìn)樣方式。本實(shí)施例采用反射光對不透光懸浮材料4的處理過程進(jìn)行觀察，由冷光源和光纖組成， 冷光源置于超導(dǎo)磁體19的外部，提供亮度可調(diào)的冷光源，光源通過光纖導(dǎo)出，進(jìn)入超導(dǎo)磁體 19，并在光纖出射端部形成環(huán)狀光源，包圍超小型CCD攝像頭15，透過懸浮腔5頂部透光片 3對不透明的懸浮材料4照明，為超小型CCD攝像頭15提供觀察用反射光。本實(shí)施例采用熱電致冷控溫技術(shù)，溫度控制器6由熱電致冷器件、控溫電源、溫度傳感 元件、信號線、電源線構(gòu)成?？販仉娫粗糜诔瑢?dǎo)磁體19外，通過信號線、電源線與包圍懸浮 腔5的熱電致冷器件及溫度傳感元件連接，實(shí)現(xiàn)對懸浮腔5的溫度控制。本實(shí)施例采用升降懸浮腔5的進(jìn)樣方式。在懸浮腔5進(jìn)入超導(dǎo)磁體19之前，將石蠟樣品 事先置于懸浮腔5底部。置入磁體實(shí)驗(yàn)腔l后，懸浮腔5可在磁體實(shí)驗(yàn)腔1中上下移動，通 過調(diào)節(jié)懸浮腔5在磁體實(shí)驗(yàn)腔1中的位置，即可實(shí)現(xiàn)固態(tài)石蠟樣品的懸浮。通過對石蠟樣品進(jìn)行加熱，在70。C下保溫，可觀察到樣品的熔化過程。將溫度降至室溫， 可以觀察到樣品的凝固過程。
權(quán)利要求
1、磁場中抗磁性材料的失重狀態(tài)無容器處理裝置，包括磁體實(shí)驗(yàn)腔、懸浮腔、進(jìn)樣控制器、溫度控制器、視頻采集器、照明光源和計(jì)算機(jī)，其特征在于磁體實(shí)驗(yàn)腔為位于磁體中心位置，方向垂直于地面的與室內(nèi)空間相通的圓柱狀空腔；磁體實(shí)驗(yàn)腔內(nèi)有一懸浮腔，懸浮腔是一密閉空腔，0g位置位于懸浮腔內(nèi)；溫度控制器包圍懸浮腔；進(jìn)樣控制器位于懸浮腔的下方并與懸浮腔相通；照明光源位于懸浮腔一端；視頻采集器位于懸浮腔的上方，并與磁體外的計(jì)算機(jī)相連。
2、 根據(jù)利用權(quán)利要求1所述的磁場中抗磁性材料的失重狀態(tài)無容器處理裝置，其特征在于 所述的懸浮腔上端有透光片，其上方放置視頻采集器，下端連接進(jìn)樣控制器。
3、 根據(jù)利用權(quán)利要求1所述的磁場中抗磁性材料的失重狀態(tài)無容器處理裝置，其特征在于 所述的進(jìn)樣控制器與懸浮腔相連，包括進(jìn)樣口、儲液池及進(jìn)樣驅(qū)動單元；進(jìn)樣口從懸浮腔 下方插入，進(jìn)入到懸浮腔內(nèi)；儲液池是與進(jìn)樣口相連的密閉容器；進(jìn)樣驅(qū)動單元與儲液池 相連，釆用機(jī)械推進(jìn)方式或氣壓或液壓推進(jìn)方式。
4、 根據(jù)利用權(quán)利要求1所述的磁場中抗磁性材料的失重狀態(tài)無容器處理裝置，其特征在于 所述的溫度控制器采用循環(huán)水浴控溫裝置，溫度控制器由水浴、控溫水套及循環(huán)水管道構(gòu) 成；水浴放置于磁體外，通過循環(huán)水管道與包圍懸浮腔的控溫水套連接。
5、 根據(jù)利用權(quán)利要求1所述的磁場中抗磁性材料的失重狀態(tài)無容器處理裝置，其特征在于 所述的溫度控制器采用熱電致冷器件控溫裝置，包括熱電致冷器件、控溫電源、溫度傳感 元件、信號線、電源線，控溫電源置于磁體外，通過信號線、電源線與包圍懸浮腔5的熱 電致冷器件及懸浮腔內(nèi)的溫度傳感元件連接。
6、 根據(jù)利用權(quán)利要求1所述的磁場中抗磁性材料的失重狀態(tài)無容器處理裝置，其特征在于 所述的溫度探測器選用鉑電阻或熱電偶元件，置于懸浮腔的內(nèi)壁。
7、 根據(jù)利用權(quán)利要求1所述的磁場中抗磁性材料的失重狀態(tài)無容器處理裝置，其特征在于 所述的視頻采集器位于懸浮腔的上方，選用超小型CCD攝像頭或加帶顯微鏡頭的圖像采集 器件。
8、 根據(jù)利用權(quán)利要求1所述的磁場中抗磁性材料的失重狀態(tài)無容器處理裝置，其特征在于 所述的照明光源采用亮度和角度可調(diào)的冷光源，放置于懸浮腔的下部或上方。
9、 根據(jù)利用權(quán)利要求1所述的磁場中抗磁性材料的失重狀態(tài)無容器處理裝置，其特征在于 所述的懸浮腔內(nèi)部下端有樣品收集皿，為一圓形玻璃皿。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種在大梯度強(qiáng)磁場中懸浮材料的裝置，用于懸浮液態(tài)及固態(tài)的抗磁性材料，并使該材料處于密閉的、可加熱致冷、溫度可精確控制、可實(shí)時觀察的密閉環(huán)境中，以實(shí)現(xiàn)對該材料在失重?zé)o容器懸浮狀態(tài)下的處理。本發(fā)明裝置包括懸浮腔5、進(jìn)樣控制器8、溫度控制器6、視頻采集器2等部分。懸浮腔5為密閉腔室，可防止外部環(huán)境對懸浮材料的污染，并可防止液態(tài)樣品的揮發(fā)，此外，改變懸浮腔5在磁體實(shí)驗(yàn)腔中的位置，可實(shí)現(xiàn)預(yù)先放置于懸浮腔中的固態(tài)抗磁性樣品的懸??；進(jìn)樣控制器8可實(shí)現(xiàn)精確定量液態(tài)抗磁性樣品的懸?。粶囟瓤刂破?可實(shí)現(xiàn)樣品的加熱與致冷，并能精確控制樣品的處理溫度；視頻采集器2可實(shí)現(xiàn)樣品處理過程的實(shí)時觀察及記錄。
文檔編號C12N13/00GK101119086SQ20071001742
公開日2008年2月6日 申請日期2007年2月14日 優(yōu)先權(quán)日2007年2月14日
發(fā)明者盧慧甍, 澎 商, 尹大川, 張衛(wèi)菊, 施昭云, 施朝華, 李海生, 羅慧敏, 耿利強(qiáng), 郭衛(wèi)紅, 韓王超 申請人:西北工業(yè)大學(xué)