用于《生物化学实验》教学的小型试管烘干器设计*

李吉馥

(西南大学蚕桑纺织与生物质科学学院，重庆 400715)

实验教学作为现代大学发展水平的标志，是一流本科课程建设的重要内容，而培养专业基础扎实、科研能力强、综合素质高的创新型人才，又是当前高校教学改革和可持续发展的目标[1-3]。《生物化学》是生命科学领域的一门重要基础课程，实验教学作为整个生物化学课程体系的重要组成部分，既可以使学生掌握基本实验技能，又能更好地帮助学生理解和记忆理论知识，提高知识的连贯性和系统性，而且最大限度地激发学生的科学探索能力[4-6]。如何在相对有限的实验条件下开展《生物化学实验》教学，如何提高实验操作效率是教学人员一直思考的问题。为此，笔者期望通过实验室小型仪器的创新改造，有效解决一些技术难度不高但费时费力的基础操作，其中设计研制的一种教学用小型试管烘干器已获得实用新型专利(专利号：ZL201921184234.0)，该烘干器能够将试管烘干与存放集于一体，简化了试管烘干与存放的操作过程，提升了试管烘干效率。

1 设计目的

试管是实验室教学常用的器材，使用量较多[7-8]。在西南大学蚕桑纺织与生物质科学学院的本科《生物化学实验》课程教学中，为了保证实验数据的精确性，很多实验项目均需严格控制试管的清洁度和干燥度，例如：在蛋白质及氨基酸的呈色反应实验中，利用酒精灯加热尿素以形成双缩脲，如果试管中残留有水分将影响反应的速率；在核酸的定量测定-定磷法实验中，试管中残留的水分会直接影响样品的总容积，导致定量不准确，再就是自来水中含有的磷，还会直接与定磷试剂反应，影响实验结果；许多生化实验项目均需取用固体粉末至试管内参与反应，如试管不干燥，样品加入后将粘贴于试管壁，阻碍下一步反应的进行，不仅影响实验现象的观察，还会因样品紧贴于试管前缘，不能充分溶解而影响待测产物的含量[9-10]。因此，用于生物化学实验的试管在使用前一般需经过严格的清洗及干燥，较传统的方法就是在对试管进行彻底清洗后倒置于试管架进行自然风干，这样既浪费时间，又不能保证清洁度。只有大型实验室会有专门的烘箱，在试管清洗后可以直接整框放进烘箱，但这些烘箱一般较大，试管堆积烘干所需时间较长，并且容易损坏试管。此外，出于安全考虑，烘箱设备在使用时一般需有专人值守，这也严重降低了工作效率。

通常在实验课程教学过程中，教师或学生需要在使用前重新清洗试管以保证实验器具的清洁，但水洗后试管壁上的水分残留又会影响使用。为了使残留的水分尽快干燥，目前我们使用擦镜纸来将试管逐个擦干，以便使试管内的水分尽快蒸发达到干燥的目的。然而这样操作有时会因纸屑等残留而影响实验进程和效果，有时还会因操作不当导致纸团塞入试管难以取出，另外还有学生在使用玻璃棒辅助擦拭时易使玻璃棒折断，存在安全隐患。再就是使用目前的方法擦拭试管时只能单只操作，不仅费时而且非常不便，在进行酶的基本性质观察实验中，一个实验项目就需用到12支试管，繁琐的准备操作严重影响学生的学习积极性。因此，用于《生物化学实验》课程教学的实验室迫切需要一款操作简便，可快速高效烘干试管的设备。

2 设计方案

2.1 基本结构及工作原理

小型试管烘干器的整机结构如图1所示，由21个部件组成。

(A)烘干器内部结构示意图 (B)烘干器主视图 (C)烘干器斜视图-1 (D)烘干器斜视图-2

该烘干器包括中空的烘箱和顶部试管架，烘箱内的装置为试管的烘干提供热能及风能，试管架则用于放置试管。烘箱内部包含一系列组件，其中电风扇能够源源不断地向风扇壳内鼓风，有助于空气的流动，加热管则将空气加热为热风。仪器工作时，热风沿着弯管进入密封隔板上方的空隙，进而顺着试管架上的通气孔均匀排出，对套在试管架上的试管内壁进行烘干。

2.2 基本结构的设计

2.2.1 外观设计

小型试管烘干器包括中空的烘箱和均匀固定安装在烘箱顶部外壁上的若干中空试管架，烘干器上部的圆周方向上均匀开设有若干通气孔。

试管架的顶部呈圆弧状，拟采用橡胶材质，不会对试管内壁造成损伤。试管架共12支，一次烘干即能满足大多数实验项目使用，试管架的尺寸参考15 mm试管设计，其规格为长度200 mm，外径10 mm，内径8 mm。试管架上拟开设通气孔，孔径为2 mm，有助于试管内壁的均匀烘干(图1-C)。试管架的底部设计安装有可拆卸的法兰盘，试管架通过法兰盘固定于上盖板上，此外，法兰盘与上盖板安装间隙设计了防水橡胶圈，避免试管内部的水渍流入烘箱内部。

烘箱外壳包括上盖板、下盖板、固定安装在下盖板左右两侧的左盖板、右盖板以及固定安装在下盖板前后两侧的前盖板、后盖板，其中上盖板呈倾斜向下状且上盖板的圆周方向上一体成型安装有挡水条，上盖板较低一侧的拐角处开设有沥水孔(图1-D)。由于清洗后的试管内壁上容易残留水珠，将试管套在试管架上后，试管内壁的水珠会沿着试管内壁向下流，上盖板圆周方向上的挡水条能够防止水流从上盖板四周溢出，上盖板较低一侧的沥水孔则有助于残留水流的排出。

烘箱底部四角处分别固定安装有橡胶底座，有助于整个烘箱的稳固，防止试管烘干的过程中烘箱发生滑动。在左盖板上开设有通风孔(图1-D)，便于外界风依次进入风扇壳、加热管、弯管以及密封隔板上方的空隙，对试管架上的试管进行烘干。左盖板上还开设有电线孔，下盖板右侧开设有若干排气孔便于排出试管烘干过程中可能存在的水汽。

2.2.2 内部结构设计

烘箱内腔顶部固定安装有密封隔板，密封隔板与烘箱壁之间存在与试管架相通的空隙，密封隔板下方的烘箱内腔内依次固定安装有管状的风扇壳、加热管和弯管，弯管的自由端与密封隔板之间卡接有密封环，风扇壳、加热管和弯管与密封隔板上方的空隙相通，密封隔板的底部固定安装有若干横梁，风扇壳上方的横梁上固定安装有与风扇壳相通的热风装置，风扇壳内固定安装有电风扇，风扇壳与烘箱接触的烘箱内壁上开设有通风孔(图1-A、B)。

其中，位于上盖板较低一端的密封隔板上设计有用于卡接密封环的通孔，加热管外套则通过一个固定座连接于下盖板上，该固定座有助于整个烘干装置的固定。

热风装置包括风机和安装在风机外的风机罩，风扇壳内固定安装有十字固定架，电风扇固定安装在十字固定架上。风机罩起到集中风力及保护风机的作用，电风扇固定安装在十字固定架的中部，起到加快空气流动的作用。

3 样机制作与性能测试

烘干器的上盖板、下盖板、左盖板、右盖板、前盖板、后盖板、横梁、密封隔板均选用304不锈钢于工厂定制完成，尺寸公差2 mm。固定座、密封环以及试管架圆柱中空管选择耐高温材料由3D打印机制作完成。样机制作所需的其余材料如法兰盘、热风管、发热芯等均通过市面采购获得。整机由螺丝螺母固定完成拼接，无需焊接，机器内部的衔接处使用高温胶密封。

在实际制作中，试管架顶部的橡胶密封环原设计为插入式橡胶圈，但密封性不太好，不利于排水，于是更改为橡胶密封帽，试管内壁的水珠可顺管子流下，亦不会对试管内壁造成损伤。

图2 小型试管烘干器样机

综合上述设计规格、制造技术完成制作的小型试管烘干器样机见图2。整个烘干器体积小巧，长348 mm，高约340 mm；整机约4.7 kg，质量适中。机体表面均为不锈钢材质，不易生锈，不易留指纹。

与传统烘干机相比，小型试管烘干机缩短了试管干燥等待的时间，对使用人员专业化程度要求不高，学生可轻松完成操作。该仪器可平放于实验台上使用，占用面积小，随用随烘，使用便捷。

使用操作时，将清洗后的试管倒置安放于试管架上，插上插头，调节热风或冷风按钮，其中热风及冷风按钮各有2挡可调，第1挡的风力及温度均小于第2挡，按压即可开启。烘干完毕后，将按钮调回零挡，待试管冷却后即可直接取下使用。

笔者测试了样机对试管烘干的实用性能，结果显示风机开启5 min后即能将正常沥水后的试管内壁烘干，与使用传统烘干机的时间(1 h)相比，时间缩短到原来时间的1/12，达到设计效果。

4 小 结

综上，研制的用于《生物化学实验》教学的小型试管烘干器，体积适中，重心较稳，可直接放置于实验教室实验操作台上使用，节约教室空间，同时该装置能一次烘干较多试管，工作效率高，1～2次烘干的试管即可保证一个实验项目所用。小型试管烘干器将试管的存放与烘干集为一体，简化了试管烘干与存放的操作过程，提高了试管的烘干质量，省时省力，为实验教学带来了很大的便利，不仅可以服务于《生物化学实验》教学，也可推广应用于生物、化学、药学等其他学科的专业课程实验。从设备的实用性能测试结果来看，对比目前市场上同类烘干机，小型试管烘干器缩小了设备体积，缩短了实验操作时间，同时能够保证散热及排水，因而在生物化学的教学实验领域有较好的推广及应用价值。