一种生物样品培养模块

技术领域

本发明涉及微生物培养技术领域，具体而言，涉及一种生物样品培养模块。

背景技术

微生物培养是指在外界模拟微生物细胞生长所需的环境，包括无菌、适宜温度、酸碱度和一定营养条件等，使得细菌等微生物在该环境下得以实现自身的生长和增殖，此技术手段多用于医疗生物领域的研究，而提供上述细胞生长条件和生长增殖空间的容器即为微生物或培养器皿。

现有的微生物培养器皿形制多样，包括培养瓶、培养板、培养皿等，在培养过程中，先将培养器皿放入到灭菌设备中进行消毒，接着将微生物细胞放入到消毒后的培养器皿内，最后将培养器皿放入到培养箱中对细胞进行培养。

在微生物培养过程中，经常需对培养液和菌液或菌体进行混合；但传统的微生物细胞器皿大多仅提供微生物细胞的生长空间，细胞生长所需的营养物质和温度则需要人工添加的培养基培养液和外部的恒温箱提供，若要对不同条件的下生长情况进行对照试验时，则需要多组培养器皿和恒温箱，其试验成本较高。现有的微生物培养器皿培养结束后，要求使用移液装置从中取出以保存或进行后续实验，如菌种鉴定、活力分析、成分测试等。取样过程要求手动操作，且易发生液滴漂移、散落，污染周围环境，存在安全风险，难以应用于空间封闭、失重场景。此外，取样过程可影响微生物状态，取样需立即测定，难以保真运输或保存，造成实验结果的偏差。在空间密闭、失重环境中，必然要求在取样时进行无接触式的快速固定和低温保真保存。

综上所述，为满足在轨微生物培养、保真取样需求，同时满足在轨无接触操作、生物安全及发射准备要求，需设计可应用于在轨环境的新型微生物培养模块。

发明内容

本发明的目的在于提供一种生物样品培养模块，尽可能的保证了各组细胞生长条件基本相同，便于试验人员操作，提高了试验的可靠性；同时，本发明能用于失重环境下的微生态体系生物学效应研究，为微生物在失重且有限的空间和重量范围内完成在轨对比实验，完成多组菌种和培养液混合实验以及终止实验。

为实现本发明目的，采用的技术方案为：一种生物样品培养模块，包括机架和多个试管组件，多个试管组件可拆卸安装在机架上；所述试管组件包括试管本体、多个均与试管本体内壁滑动配合的活塞，相邻两个活塞之间构成溶液腔室，且试管本体内壁还开设有可连通两个溶液腔室的旁通通道，试管本体前端还设置有用于推动活塞的动力结构。

进一步的，多个所述试管组件在机架上呈错位排布。

进一步的，所述机架包括骨架，骨架的相对两个侧面上开设有相互对应的槽口，试管本体两端分别安装在两个槽口内。

进一步的，所述骨架上相互对应的两个槽口分别为凹槽、通槽，试管本体后端安装在凹槽内，试管本体前端安装在通槽内。

进一步的，所述凹槽槽底内还安装有延伸至到试管本体内的顶针。

进一步的，所述凹槽和通槽均为开口槽，骨架两侧还设有将试管本体压装在凹槽、通槽内的压板。

进一步的，所述骨架上还安装有提手安装板。

进一步的，所述动力结构包括拧紧在试管本体端部上的端盖，且端盖上还安装有可沿试管本体轴线方向往复运动的活塞杆。

进一步的，所述活塞杆外端还安装有手柄。

进一步的，所述试管本体后端还具有限位环，限位环位于试管本体内壁上。

进一步的，所述旁通通道为多个，多个旁通通道沿试管本体的圆周方向间隔排布。

进一步的，多个所述活塞为单层密封或/和双层密封。

本发明的有益效果是:

通过在试管本体内安装多个活塞，并在试管本体内壁上开设可连通相邻两个溶液腔室的旁通通道，使位于溶液腔室内的溶液或菌液在培养后需要混合时，可通过动力结构推动位于试管组件前端的活塞，由于最初任意两个相邻的溶液腔室之间并未通过旁通通道连通，因此，试管组件在推动第一个活塞运动时，多个活塞会同步运动，但随着多个活塞前进，从试管本体后端开始，相邻两个溶液腔室逐渐通过旁通通道连通，此时，位于相邻两个溶液腔室内的溶液或菌液可通过旁通通道连通后进行混合，以此重复，使试管本体内的溶液或菌种可在不改变生长环境的情况下实现混合，尽可能的保证了各组细胞生长条件基本相同，便于试验人员操作，提高了试验的可靠性。

本发明能用于失重环境下的微生态体系生物学效应研究，为微生物在失重且有限的空间和重量范围内完成在轨对比实验，完成多组菌种和培养液混合实验以及终止实验。

附图说明

附图示出了本发明的示例性实施方式，并与其说明一起用于解释本发明的原理，其中包括了这些附图以提供对本发明的进一步理解，并且附图包括在本说明书中并构成本说明书的一部分。

图1是本发明提供的生物样品培养模块的三维轴测视图；

图2是本发明提供的生物样品培养模块的俯视图；

图3是图2中A-A的剖视图；

图4是试管组件的剖视图；

图5是试管组件的结构示意图；

图6是试管组件内三种溶液的初始状态图；

图7是试管组件内菌种与培养液的混合状态图；

图8是试管组件内菌种、培养液、终止液的混合状态图。

附图中标记及相应的零部件名称：

1、机架，2、试管组件；

101、骨架，102、压板，103、提手安装板，104、凹槽，105、通槽，106、顶针；

201、试管本体，202、活塞，203、溶液腔室，204、旁通通道，205、端盖，206、活塞杆，207、手柄，208、限位环。

具体实施方式

下面结合附图和实施方式对本发明作进一步的详细说明。可以理解的是，此处所描述的具体实施方式仅用于解释相关内容，而非对本发明的限定。另外还需要说明的是，为了便于描述，附图中仅示出了与本发明相关的部分。

需要说明的是，在不冲突的情况下，本发明中的实施方式及实施方式中的特征可以相互组合。下面将参考附图并结合实施方式来详细说明本发明。

如图1、图2、图3所示，本发明提供的一种生物样品培养模块，包括机架1和多个试管组件2，多个试管组件2均安装在机架1上，为了方便将试管组件2快速安装在机架1上或快速从机架1上拆卸下来，试管组件2采用可拆卸安装。本发明中的机架1主要用于承担试管组件2的安装，因此，在本发明中，当不需要进行对比实验时或只需要对一种微生物进行培养时，安装在机架1上的试管组件2也可仅为一个，即，安装在机架1上的试管组件2的具体数量可根据实际情况进行调整，但机架1上保留有可同时安装多个试管组件2的相关结构。

如图4所示，所述试管组件2包括试管本体201和多个活塞202，多个活塞202在试管本体201内可往复滑动，且活塞202边缘与试管本体201内壁滑动密封配合，而多个活塞202安装在试管本体201内后，位于试管本体201两端的活塞202分别对试管本体201两端进行封闭，相邻两个活塞202之间构成溶液腔室203，即，溶液腔室203的数量比活塞202的数量少一个，而微生物培养所用的菌种和溶液则可分别存放在对应的溶液腔室203内。

所述试管本体201内壁上还开设有旁通通道204，旁通通道204为条型槽，旁通通道204的两端分别向试管本体201两端延伸，当相邻两个溶液腔室203分别与旁通通道204两端对应时，相邻两个溶液腔室203则通过旁通通道204实现连通，此时，通过推动其中一个溶液腔室203外侧的活塞202，使该活塞202在运动的同时推动该溶液腔室203内的溶液或菌种，使该溶液腔室203内的溶液或菌种通过旁通通道204进入到另一个溶液腔室203内，进入到另一个溶液腔室203内的溶液或菌种推动该溶液腔室203外侧的活塞202向外运动，一个溶液腔室203的容量逐渐减小，另一个溶液腔室203的容量逐渐增大，当其中一个溶液腔室203的容量为零时，该溶液腔室203外侧的活塞202与相邻两个溶液腔室203之间的活塞202重叠，该溶液腔室203内的溶液或菌种完全进入到另一个溶液腔室203内。

所述试管本体201前端还设置有用于推动活塞202的动力结构，该动力结构的动力源可为人工施加的动力源或自动化设备提供的动力源，通过动力结构驱动活塞202在试管本体201内滑动，从而使位于溶液腔室203内的溶液或菌种在试管本体201内产生运动，最终实现混合。

为了节省操作空间，便于对试管组件2内的情况进行观察，当试管组件2为多个时，多个试管组件2在机架1上呈错位排布，例如，将多个试管组件2分为两组，两组中的多个试管组件2沿机架1的高度方向均匀间隔排布，且两组试管组件2呈上下错位排布。当然，在本发明中，在不影响对试管组件2内观察和对试管组件2操作的情况，多个试管组件2也可随意排布。

所述机架1包括骨架101，骨架101可为四个板材共同围绕形成的矩形框架结构，在保证对试管组件2安装同时能有效减轻整个生物样品培养模块的重量；所述骨架101的相对两个侧面上均开设有槽口，且骨架101相对两个侧面上的槽口一一对应，相互对应的两个槽口位于同一中心轴线上，试管组件2在安装时，将试管本体201的两端分别卡设在相互对应的两个槽口内，使两个槽口分别对试管本体201的两端进行安装，不仅能使试管组件2稳固的安装在机架1上，且使试管组件2的安装和拆卸更加方便。

如图3所示，所述骨架101上相互对应的两个槽口中，其中一个槽口为凹槽104，另一个槽口为通槽105，具体的，通槽105贯穿骨架101的一个侧面，凹槽104则位于骨架101另一个侧面的内壁上；所述试管组件2在安装时，试管组件2后端可贯穿通槽105后插设在凹槽104内，使试管组件2在安装后，试管组件2前端插设在通槽105内，试管组件2后端抵紧卡设在凹槽104内，从而实现对试管组件2两端的支撑。通过将安装试管组件2后端的槽口设置成凹槽104，使试管组件2在安装时，试管组件2后端在固定的同时可实现限位，使试管组件2的安装更加稳固；同时，当动力结构在对活塞202推动时，凹槽104能有效防止动力结构施加的给活塞202的推力传递到试管本体201上后而使试管本体201产生轴向移动，从而保证了动力结构对活塞202的推动。

所述凹槽104槽底内还具有顶针106，顶针106的中心轴线与凹槽104的中心轴线在同一直线上，当试管组件2后端安装在凹槽104内时，顶针106则插设在试管本体201内，当动力结构在驱动活塞202向试管组件2后端运动时，靠近试管组件2后端的活塞202在运动至一定距离后可通过顶针106限制该活塞202继续运动，从而限制动力结构继续推动活塞202，避免因活塞202在试管本体201内过渡移动而导致各个溶液腔室203内的液体发生串动，保证了菌种或溶液之间混合，防止将需要最后混合的溶液提前混入到菌种或溶液中进行反应。

所述凹槽104和通槽105均为开口槽，即通槽105和凹槽104均并非为一个完整的圆形结构，为了保证试管组件2后端可通过凹槽104的开口侧安装在凹槽104内，并使试管组件2前端可通过通槽105的开口侧安装在通槽105内，凹槽104和通槽105均呈U型，凹槽104的开口深度和通槽105的开口深度均小于试管本体201的直径，此时，为了避免试管组件2的两端在安装后直接从凹槽104的开口侧、通槽105的开口侧脱落，骨架101的两侧还安装有将试管组件2两端分别压紧在凹槽104、通槽105内的压板102，压板102与骨架101可通过螺钉固定，使压板102的安装与拆卸更加方便。由于骨架101上的试管组件2为多个，为了使压板102能同时对位于一侧的试管组件2进行压紧安装，并使压板102在压紧试管组件2的同时不会影响对试管组件2内部的观察，压板102采用与骨架101适配的框架结构，在保证试管组件2的安装更加稳固的同时，减轻了整个生物样品培养模块的重量。

为了防止压板102在对试管组件2压紧的过程中因试管组件2受到的压力集中而出现损伤，压板102的压紧面上还可开设与试管本体201表面适配的弧形槽，使压板102在对试管组件2压紧时，试管本体201表面与压板102为面接触，能使压板102在对试管本体201表面压紧时作用的压紧力可均匀分散在试本体表面上，使试管本体201的压紧效果更好，避免试管本体201因受到的压紧力集中而出现破裂。

所述骨架101上还安装有提手安装板103，提手安装板103上可安装提手，使本发明在搬运时更加方便。当然，在本发明中，方便搬运的提手也可直接安装在骨架101的上表面上，在不影响试管组件2安装和本发明搬运的情况下，提手可随意布置。

所述动力结构包括端盖205和活塞杆206，端盖205通过螺纹拧紧安装在试管本体201前端，不仅方便端盖205的安装和拆卸，且方便后期采用辅助工具对活塞202取出或安装，方便前期将菌种或溶液装入到试管本体201内；所述活塞杆206安装在端盖205上，且活塞杆206在端盖205上可轴线方向往复运动，当端盖205盖设在试管本体201上后，活塞杆206延伸至试管本体201内，此时，活塞杆206的轴线方向与试管本体201的轴线方向一致，通过推动活塞杆206向试管本体201内运动，从而推动试管本体201内的活塞202向试管本体201后端运动，实现对活塞202的驱动。

所述活塞杆206外端还安装有手柄207，活塞杆206外端即为活塞杆206远离试管本体201的一端，使需要对活塞杆206进行驱动时对活塞杆206的握持更加方便，使活塞杆206的驱动更加方便。

在本发明中，为了降低人工劳动力，活塞杆206的往复运动也可直接通过直线驱动结构来完成，例如，在端盖205上安装一个用于推动活塞杆206往复运动的直线驱动元件，此种结构虽能降低人工劳动力，但会导致本发明的结构更加复杂、成本更高。

如图4所示，所述试管本体201后端还具有限位环208，限位环208位于试管本体201内壁上，且限位环208与试管本体201为一体结构。通过在试管本体201后端设置限位环208，使试管本体201内部后端直径小于活塞202直径，有效防止活塞202从试管本体201后端直接移出，避免溶液或菌种溢出试管本体201。

所述旁通通道204为多个，多个旁通通道204均沿试管本体201的轴线方向延伸，且多个旁通通道204沿试管本体201的圆周方向间隔排布，使活塞202在运动过程中，需要连通的两个溶液腔室203可通过多个旁通通道204共同连通，使两个溶液腔室203之间可流通的截面更大，使两个溶液腔室203内的溶液混合更加快速方便。

在本发明中，多个活塞202可均为单层密封，也可均为双层密封，还可同时具有双层密封的活塞和单层密封的活塞。在本发明中，具体的，所述试管本体201内的活塞202为4个，如图5、图6、图7、图8所示，其中2个活塞为单层密封，2个活塞为双层密封，两个单层密封的活塞为活塞Ⅰ，两个双层密封的活塞为活塞Ⅱ，从试管本体201前端至试管本体201后端四个活塞分别为第一个活塞Ⅱ、第二个活塞Ⅱ、第一个活塞Ⅰ、第二个活塞Ⅰ，此时，试管本体201内的溶液腔室203为3个，从试管本体201前端至试管本体201后端三个溶液腔室203分别为溶液腔室C、溶液腔室B、溶液腔室A,溶液腔室C内为反应终止液，溶液腔室B内为菌种，溶液腔室A内为培养液，下面针对此种试管组件构成的生物样品培养模块的实验方法进行详细说明：

本发明在实际使用过程中，先将两个活塞Ⅰ和两个活塞Ⅱ依次装入到试管本体201内，两个活塞Ⅰ和两个活塞Ⅱ从试管本体201前端至试管本体201后端分别为第一个活塞Ⅱ、第二个活塞Ⅱ、第一个活塞Ⅰ和第二个活塞Ⅰ，两个活塞Ⅱ之间加入终止液，第二个活塞Ⅱ与第一个活塞Ⅰ之间加入菌种，两个活塞活塞Ⅱ之间加入培养液，3个溶液腔室203从试管本体201前端至试管本体201后端分别为溶液腔室C、溶液腔室B、溶液腔室A，即，如图6所示，培养液位于溶液腔室A，菌种位于溶液腔室B，终止液位于溶液腔室C内，接着，将端盖205盖设在试管本体201前端，将试管本体201后端卡设到凹槽104中，将试管本体201前端卡设到通槽105中，并在试管本体201后端卡设到凹槽104内的同时使顶针106插入到试管本体201后端内，最后，将压板102固定在骨架101的两侧。

在实验过程中，当需要使培养液与菌种混合时，推动活塞杆206向试管本体201后端运动，活塞杆206在运动的同时推动第一个活塞Ⅱ向试管本体201后端运动，第一个活塞Ⅱ在动作的同时，由于此时溶液腔室C、溶液腔室B、溶液腔室A均未连通，则第一个活塞Ⅱ在动作的同时，第二个活塞Ⅱ和两个活塞Ⅰ和培养液、菌种和终止液均会向试管本体201后端运动；当第二个活塞Ⅰ运动至旁通通道204后端的后方，第一个活塞Ⅰ位于旁通通道204前端的后方，第二个活塞Ⅱ位于旁通通道204前端的前方，此时，溶液腔室A与旁通通道204后端连通，溶液腔室B与旁通通道204前端连通，活塞杆206继续运动并推动第一个活塞Ⅱ，第一个活塞Ⅱ运动的同时推动终止液、第二个活塞Ⅱ和菌种，由于溶液腔室B与溶液腔室A连通，使第二个活塞Ⅱ在推动菌种的同时菌种通过旁通通道204进入到溶液腔室A内，使菌种与培养液混合，如图7所示。

当菌种生长完成后且需要对终止液进行混合时，将顶针106从试管本体201内取出，如图5所示，活塞杆206继续运动并推动第一个活塞Ⅱ，此时，第一个活塞Ⅱ运动的同时推动终止液、第二个活塞Ⅱ、第一个活塞Ⅰ和菌种混合液、第二个活塞Ⅰ共同向后运动，当第一个活塞Ⅰ运动至旁通通道204前端与旁通通道204后端之间，第二个活塞Ⅱ运动至旁通通道204前端与旁通通道204后端之间，此时，溶液腔室C、溶液腔室B、溶液腔室A连通，活塞杆206在推动第一个活塞Ⅱ时，第一个活塞Ⅱ运动的同时推动终止液向试管本体201后端运动，由于，溶液腔室C、溶液腔室B、溶液腔室A连通，使终止液通过旁通通道204进入到溶液腔室B、溶液腔室A内，从而使终止液与生长完成的菌种混合，如图8所示。

待实验结束后，拆除压板102，将试管组件2从骨架101上取下即可。

在本发明中，活塞202具体采用单层密封还是双层密封可根据实际情况进行决定，并非试管本体201两端的活塞202只能采用单层密封，也并非用于隔离多个溶液腔室203的活塞202只能采用双层密封。

本发明在满足失重环境下，进行生物样品实验的所需功能的基础上，同时在规定的重量和尺寸空间内，需要满足最小实验组批数量，压缩本发明的体积和重量，提高实验的可靠性。

在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例/方式”、“一些实施例/方式”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例/方式或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本申请的至少一个实施例/方式或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不必须针对的是相同的实施例/方式或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任一个或多个实施例/方式或示例中以合适的方式结合。此外，在不相互矛盾的情况下，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例/方式或示例以及不同实施例/方式或示例的特征进行结合和组合。

此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。在本申请的描述中，“多个”的含义是至少两个，例如两个，三个等，除非另有明确具体的限定。

本领域的技术人员应当理解，上述实施方式仅仅是为了清楚地说明本发明，而并非是对本发明的范围进行限定。对于所属领域的技术人员而言，在上述公开的基础上还可以做出其它变化或变型，并且这些变化或变型仍处于本发明的范围内。