基于光學相干斷層掃描凍干顯微鏡的制作方法
【技術(shù)領域】
[0001]本實用新型主要涉及生物、藥品和光學領域，尤其涉及一種凍干顯微鏡。
【背景技術(shù)】
[0002]在藥品、食品和微生物的真空冷凍干燥過程中，溫度和壓力的準確測量對保證制品質(zhì)量至為關鍵。共晶溫度、共熔溫度、塌陷溫度和玻璃化轉(zhuǎn)變溫度均為凍干過程中的關鍵溫度參數(shù)。其中，共熔溫度、共晶溫度和玻璃化轉(zhuǎn)變溫度主要采用差示掃描量熱儀(DSC)進行測量。以前，通過DSC測量制品的玻璃化轉(zhuǎn)變溫度來評估塌陷溫度，這往往存在一定誤差，尤其是當制品中蛋白質(zhì)含量比較高時。目前，塌陷溫度一般采用凍干顯微鏡測定。凍干顯微鏡作為在微觀層面觀察凍干過程中制品結(jié)構(gòu)變化的一項實驗室工具，可以跟蹤升華界面并作長時間的觀察，現(xiàn)在廣泛應用的是光透射型凍干顯微鏡。但是由于其觀測的制品是置于兩塊載玻片之間，而且是微量的，所以與工業(yè)化生產(chǎn)中藥瓶內(nèi)制品所處狀態(tài)具有明顯差異。這種凍干顯微鏡的缺點是:1、待測樣品置于兩玻片之間，不能用于測定玻璃小瓶內(nèi)制品的凍干。2、待測樣品是微量的(一般為I?2yL)，測得一些制品的塌陷溫度T。與玻璃小瓶內(nèi)實際T。有一定差異。3、制冷與加熱模塊、液氮進出口、溫度與壓力傳感器以及抽真空口均安裝在載物臺的凍干室中，加工難度大，維修不方便。
【實用新型內(nèi)容】
[0003]本實用新型要解決的技術(shù)問題在于:針對現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種可跟蹤升華界面，觀察制品內(nèi)部結(jié)構(gòu)并生成3D圖像以及測量制品關鍵溫度參數(shù)的基于光學相干斷層掃描凍干顯微鏡。
[0004]為解決上述技術(shù)問題，本實用新型采用以下技術(shù)方案:
[0005]—種基于光學相干斷層掃描凍干顯微鏡，包括實驗型凍干機和光學相干斷層掃描成像系統(tǒng)，所述實驗型凍干機包括凍干箱和捕水冷凝器，其特征在于:所述凍干箱與捕水冷凝器為分體式，所述凍干箱內(nèi)設有擱板(5-1)，所述凍干箱與捕水冷凝器通過電動蝶閥連接，所述擱板采用電阻絲加熱，所述凍干箱一側(cè)面開設一扇觀察窗，所述凍干箱的觀察窗外裝設有光學相干斷層掃描成像系統(tǒng)。
[0006]作為上述技術(shù)方案的進一步改進:
[0007]所述凍干箱位于捕水冷凝器下方，所述凍干箱與捕水冷凝器外側(cè)通過不銹鋼板連接支撐成為一整體。
[0008]所述最上層擱板為熱補償板，所述熱補償板上裝設有壓塞螺桿，并采用波紋管密封。
[0009]所述擱板內(nèi)部鋪設有折疊的制冷管道，所述制冷管道內(nèi)流動的是液氮。所述擱板內(nèi)制冷管道壁外兩側(cè)均焊接有加熱電阻絲。所述擱板內(nèi)制冷管道進出口段均設有溫度探頭，所述凍干箱內(nèi)裝設有用于測量玻璃小瓶內(nèi)制品溫度的溫度探頭。
[0010]所述捕水冷凝器內(nèi)裝設有盤旋的制冷管道，所述制冷管道內(nèi)流動的是液氮。所述捕水冷凝器內(nèi)制冷盤管進口處裝設有溫度探頭。所述凍干箱和捕水冷凝器內(nèi)均裝設有真空規(guī)管。
[0011]所述觀察窗開設在凍干箱門的鄰側(cè)，所述光學相干斷層掃描成像系統(tǒng)安裝在所述觀察窗外側(cè)。
[0012]所述光學相干斷層掃描成像系統(tǒng)的樣品鏡臂貼近在觀察窗外表面，并可調(diào)整高度。
[0013]所述觀察窗表面涂油抗反射涂層。
[0014]所述擱板和捕水冷凝器內(nèi)制冷劑管道出口端連接一管道通向觀察窗外表面，防止觀察窗外表面起霧而影響觀察。
[0015]所述光學相干斷層掃描系統(tǒng)可監(jiān)測一個或多個標準玻璃小瓶內(nèi)制品的凍干。
[0016]與現(xiàn)有技術(shù)相比，本實用新型的優(yōu)點在于:
[0017]1、本實用新型的基于光學相干斷層掃描凍干顯微鏡采用液氮直接制冷，對環(huán)境無污染，無需冷卻水，并且可得到更低的最低溫度，以及較短的凍干周期。
[0018]2、本實用新型的基于光學相干斷層掃描凍干顯微鏡為非侵入性、無損傷的監(jiān)測手段，可監(jiān)測玻璃小瓶內(nèi)或玻片之間制品的凍干過程，生成制品的2D或3D圖像，分辨率高，可更加精準地測量凍干過程的關鍵溫度參數(shù)。
[0019]3、本實用新型的基于光學相干斷層掃描凍干顯微鏡維修或更換元部件方便，操控簡單。
【附圖說明】
[0020]圖1為本實用新型的整體結(jié)構(gòu)示意圖。
[0021]圖2為本實用新型的擱板局部放大圖
【具體實施方式】
[0022]以下結(jié)合附圖和具體實施例對本實用新型作進一步說明。
[0023]如圖1所示，本實用新型的基于光學相干斷層掃描凍干顯微鏡，凍干箱(5)頂部裝設有用于帶動擱板(5-1)和熱補償板(5-2)升降的壓塞螺桿(5-3)，壓塞螺桿(5-3)采用不銹鋼波紋管密封。凍干結(jié)束后，呈半加塞狀態(tài)的玻璃小瓶(5-11)在擱板(5-1)上，通過旋轉(zhuǎn)壓塞螺桿(5-3)使擱板(5-1)和熱補償板(5-2)在導向桿(5-13)、螺栓(5_12)的帶動下進行壓塞，將瓶塞完全壓入瓶口中。壓塞完成后，反方向旋轉(zhuǎn)壓塞螺桿(5-3)使擱板(5-1)和熱補償板(5-2)恢復原位。
[0024]所述擱板(5-1)內(nèi)制冷管道(3-1)壁外兩側(cè)均焊接有加熱電阻絲(5-9)，緊貼擱板(5-1) ο
[0025]所述凍干箱(5)和捕水冷凝器(3)的液氮進口分別經(jīng)膨脹閥(3-3)連接至制冷管道(3-1和5-10)，所述液氮罐(I)的出口經(jīng)液氮栗(2)與膨脹閥(3-3)連接，液氮經(jīng)膨脹閥(3-3)后直接流經(jīng)上述凍干箱(5)和捕水冷凝器(3)內(nèi)的制冷管道(3-1和5-10)，通過控制液氮的流出速度來控制制冷溫度。
[0026]所述凍干箱(5)和捕水冷凝器(3)制冷管道(3-1和5-10)出口的低溫氮氣通過連接一管道對觀察窗(5-8)外表面進行降溫，以防止其表面起霧或結(jié)霜。
[0027]所述凍干箱上連接有空氣過濾器(5-6)、摻氣閥(5-4)、微調(diào)閥(5_5)和真空規(guī)管(3-4)，所述捕水冷凝器(3)上連接有真空規(guī)管(3-4)，所述擱板(5-1)內(nèi)制冷管道(5-10)的進出口分別裝設有溫度探頭(3-2)，所述捕水冷凝器(3)制冷盤管(5-10)進口處裝設有溫度探頭(3-2)，所述凍干箱內(nèi)裝設有多個溫度探頭(3-2)用于測量玻璃小瓶(5-11)內(nèi)制品和擱板(5-1)表面的溫度。
[0028]所述捕水冷凝器(3)的出氣端經(jīng)小蝶閥(6-1)連接真空栗(6)。
[0029]所述觀察窗(5-8)采用抗反射材料進行涂層，為同時獲較好的掃描深度和橫向分辨率，所述光學相干斷層掃描系統(tǒng)(7)采用時域型。
[0030]所述液氮栗(2)、真空栗(6)、溫度探頭(3-2)、真空規(guī)管(3-4)、中隔閥(4)、小蝶閥(6-1)、摻氣閥(5-4)、微調(diào)閥(5-5)、膨脹閥(3-3)分別與所述PLC控制器(10)連接。
[0031]所述PLC控制器(10)和光學相干斷層掃描系統(tǒng)(7)經(jīng)過雙向轉(zhuǎn)換器(9)、通訊卡
(8)同計算機(11)連接。
[0032]本實用新型凍干監(jiān)測程序為:
[0033]1、預凍階段
[0034]在計算機上點擊打開本實用新型基于光學相干斷層掃描凍干顯微鏡的監(jiān)控系統(tǒng)，設定凍干工藝參數(shù)，同時開啟液氮罐、液氮栗、膨脹閥和光學相干斷層掃描系統(tǒng)。在制品預凍過程中，通過分析光學相干斷層掃描系統(tǒng)生成的圖像確定其共晶點(共熔點)或玻璃化轉(zhuǎn)變溫度，待制品溫度低于其共晶點或共熔點10?20K后維持I?2h，然后進入升華干燥。在整個凍干過程，根據(jù)凍干箱和捕水冷凝器設定溫度的范圍，液氮栗可手動或自動的開啟關閉提供制冷量。
[0035]2、升華干燥階段
[0036]在捕水冷凝器溫度下降至_45°C左右時，依次打開真空栗、小蝶閥和中隔閥開始抽真空，通過分析光學相干斷層掃描系統(tǒng)生成的制品圖像確定其塌陷溫度，確保升華加熱溫度低于其塌陷溫度，凍干箱抽真空最終壓力低于該溫度下水的飽和蒸汽壓，通過觀察升華界面或壓升測試判斷何時結(jié)束升華干燥以進入解析干燥。
[0037]3、解析干燥階段
[0038]90%以上的自由水在升華干燥階段被除去，此時需要在保證制品不被燒焦或變性條件下適當升高凍干箱的溫度和壓力，使制品殘余水量在3%?5%之間，通過壓塞螺桿進行手動壓塞。然后，依次關閉制冷系統(tǒng)、真空系統(tǒng)和成像系統(tǒng)，凍干結(jié)束。
[0039]以上所述僅為本實用新型的優(yōu)選實施例，在本實用新型的原理范圍下的變化，皆視為本實用新型的保護范疇。
【主權(quán)項】
1.一種基于光學相干斷層掃描凍干顯微鏡，包括實驗型凍干機和光學相干斷層掃描成像系統(tǒng)(7)，所述實驗型凍干機包括凍干箱(5)和捕水冷凝器(3)，其特征在于:所述凍干箱(5)與捕水冷凝器(3)為分體式，所述凍干箱內(nèi)設有擱板(5-1)，所述凍干箱(5)與捕水冷凝器(3)通過電動蝶閥(4)連接，所述凍干箱一側(cè)面開設一扇觀察窗(5-8)，所述凍干箱(5)的觀察窗(5-8)外裝設有光學相干斷層掃描成像系統(tǒng)(7)。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于光學相干斷層掃描凍干顯微鏡，其特征在于:所述擱板(5-1)和捕水冷凝器(3)內(nèi)裝設有制冷管道(5-10和3-1)。3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的基于光學相干斷層掃描凍干顯微鏡，其特征在于:所述制冷管道(5-10和3-1)內(nèi)流動的是液氮。4.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的基于光學相干斷層掃描凍干顯微鏡，其特征在于:所述擱板(5-1)內(nèi)制冷管道(5-10)兩側(cè)均焊接有加熱電阻絲(5-3)。5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于光學相干斷層掃描凍干顯微鏡，其特征在于:所述擱板(5-1)和捕水冷凝器(3)內(nèi)制冷管道(5-10和3-1)出口端連接一管道通向觀察窗(5-8)外表面。6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于光學相干斷層掃描凍干顯微鏡，其特征在于:所述觀察窗(5-8)開設在凍干箱門的鄰側(cè)，所述光學相干斷層掃描成像系統(tǒng)(7)貼近觀察窗(5-8)外側(cè)。
【專利摘要】本實用新型公開了一種基于光學相干斷層掃描凍干顯微鏡，包括實驗型凍干機和光學相干斷層掃描成像系統(tǒng)，所述實驗型凍干機包括凍干箱和捕水冷凝器，其特征在于：所述凍干箱與捕水冷凝器為分體式，所述凍干箱與捕水冷凝器通過電動蝶閥連接，所述凍干箱一側(cè)面開設一扇觀察窗，所述凍干箱的觀察窗外裝設有光學相干斷層掃描成像系統(tǒng)。本實用新型作為實驗室研究凍干機理和在線監(jiān)測的一項基礎工具，操控簡便。
【IPC分類】G01N21/84
【公開號】CN204882380
【申請?zhí)枴緾N201520502789
【發(fā)明人】于穎, 劉代春, 何小榮
【申請人】中國藥科大學
【公開日】2015年12月16日
【申請日】2015年7月8日