CN103384565B - 运输磁性粒子的方法 - Google Patents

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Abstract

一种运输磁性粒子的方法使得磁性粒子能够在多个微流体室之间运输，其中，所述多个微流体室经由径向内侧的流体连接而互相连接，并且在径向外侧被互相分隔开。利用磁力和离心力将磁性粒子从一个室穿过相边界运输至另一个室。

Description

运输磁性粒子的方法
技术领域
本发明涉及运输磁性粒子的方法，具体地，涉及将磁性粒子从第一液体运输至第二液体的方法，所述第二液体与第一液体没有有效地流体接触。
背景技术
微流体***越来越重要，特别是在医学和分子诊断应用领域，已经采用术语μTAS（微全分析***）来用于这样的***。例如，参见A.Manz，N.Graber和H.M.Widmer，“Miniaturized Total Chemical-Analysis Systems–A Novel Concept for Chemical Sensing”，Sensors and Acutators B-Chemical,Vol.1,No.1–6,pp.244–248,Jan.1990。
在该文中，微流体***由于其表面体积比高、扩散路径短和试剂体积最小，（生）化反应可以快速进行而引起了极大的关注。同时，相应的***具有相对小的空间和低的能量需求。由于所述特征，微流体***特别适于时序要求严格的应用和所谓的现场诊断。
微流体***应用的潜在领域包括分子生物学应用的全部范围，比如DNA分析学、蛋白质分析学、细胞分析学和临床化学。文献中已经描述了实现这种***的各种途径。该文的中心的判别标准本质上是激励液体的原理。除了压力和毛细管操作的***之外，特别是离心式微流体***是重要的，其中，液体在相应平台上通过离心力所产生的旋转而移动和交换。这样的***已知的为“盘上实验室（Lab-on-a-Disk）”。在该文中，请参考J.Ducrée,S.Lutz,S.Pausch,F.v.Stetten and R.Zengerle，，，The centrifugalmicrofluidic Bio-Disk platform,J.Micromech.Microeng.,Vol.17,No.7,p103–p.115,2007,and S.Haeberle and R.Zengerle,，，Microfluidic Platformsfor Lab-on-a-Chip Applications,“Review Paper in，，Lab on a Chip“Journal,Vol.7,No.9,pp.1094–1110,2007。
在生化分析领域，直径在纳米和微米范围之间的磁性粒子（也称作磁珠）为非常普遍和广泛使用的材料。它们被用于运输、混合、分离和集聚生物分子和细胞，比如DNA、抗体或细菌，或用于实现热传递；根据应用的类型，相应地修正磁性粒子的表面。
M.Grumann,A.Geipel,L.Riegger,R.Zengerle,and J.Ducrée,，，Batch-mode-mixing on centrifugal microfluidic platforms,“Lab Chip,Vol.5,pp.560–565,2005描述了在离心式***中使用磁性粒子提高室内两种液体的混合。包括磁性粒子的所述室包括旋转过八个固定永久磁体。一旦粒子位于球形磁场的影响范围内，它们被设置为处于运转状态，从而显著地提高两种液体的混合。粒子在室内是静止的。
Y.K.Cho,J.G.Lee,J.M.Park,B.S.Lee,Y.Lee,and C.Ko,，，One-steppathogen specific DNA extraction from whole blood on a centrifugalmicrofluidic device,“Lab Chip,Vol.7,pp.565–573,Feb.2007,and US2008/0035579A1描述了使用表面上涂覆了抗体的磁性粒子以从样本材料获得细菌和病毒并清洗和分离细菌和病毒的盘上***（Lab-on-a-Disksystem）。为了局部操纵磁性粒子，将一块磁体置于***旋转盘下方的线性轴上，同时第二块可移动磁体置于盘体内。根据旋转方向和速度，以及在盘下磁体上的位置，位于盘体内的磁体可以具有四个不同的位置，因此可以有效地移动磁性粒子和/或将磁性粒子固定在盘内的特定位置上。
US2008/0073546A1描述了使用磁性粒子改善微流体结构内混合的方法。在低于临界旋转频率的旋转频率下，粒子被外部安装的永久磁体的主导磁力径向地吸引，而在高于临界旋转频率的旋转频率下，离心力高过磁力，粒子在径向向外旋转。通过适当选择旋转频率和旋转方向，可以产生不同的“混合模式”。另外，描述了将混合室内的磁性粒子运输至粒子袋内的可能性，其中粒子以静止的方式保持在粒子袋中。此外，粒子也可以在液体中被运输至在径向上安装在第二袋上方的粒子袋中。通过相应的协议，粒子以及液体的上清液可以被离心至在径向上处于更向外的第二室中。在该文中，提到粒子可以用作用于进行分析（例如，免疫分析）的固相载体。
US1009/0246782A1描述了在两个室之间运输顺磁粒子的可能性。室之间的间隙需填充亲脂性、不溶于水的材料，粒子通过所述材料运输。满足所述条件的可能材料有，比如，硅油或对应的蜡。磁性粒子可以利用可激励的磁体被有效地操纵并通过各液相而被传输。
US2008/0171400A1公开了一种用于在离心式微流体平台径向上的外通道环内局部固定磁性粒子的***。磁性粒子由共转磁体固定，这样可能顺序地冲洗粒子上的各试剂。
US2007/0125942A1描述了机械地溶解、分离和隔离生物材料的***。通过溶解室内至少一个可移动磁盘和玻璃粒子可以实现溶解。为了产生局部波动的磁场，包括室的所述盘旋转过径向上向内和向外的磁体阵列。
发明内容
本发明的主要目标是提供运输磁性粒子的方法，所述方法能够以简单灵活的方式顺序地将磁性粒子与几种液体接触。
该目标通过权利要求1所述的运输磁性粒子的方法而实现。
另外，本发明提供了一种通过包括以下部件的设备来运输磁性粒子的方法，所述设备包括：旋转体，被配置为绕旋转轴旋转；流体结构体，在所述旋转体内，所述流体结构至少包括第一和第二流体室，所述第一和第二流体室包括位于径向上相对于旋转轴更向内的部分中的流体连接部，并且在位于径向上相对于旋转轴更向外的部分中被流体地相互分离；以及磁力元件，被配置为作为磁力元件和流体结构之间的位置关系的函数，对设置在流体结构中的磁性粒子施加磁力；以及驱动器，被配置为使旋转体绕旋转轴旋转，磁力元件和流体结构之间的位置关系作为结果是可调整的，所述方法包括：在第一阶段，以由于磁力所述磁性粒子从设置在所述第一流体室的径向外部分中的液体被运输至所述第一流体室的径向内部分中的方式，相对于所述磁力元件设置所述第一流体室；在第二阶段，改变所述流体结构体和所述磁力元件之间的位置关系，从而使得，由于磁力，所述磁性粒子通过所述第一和第二流体室之间的所述流体连接部被运输至所述第二流体室的径向内部分；以及在第三阶段，使旋转体旋转，从而使得所述磁性粒子通过离心力而从所述第二流体室的径向内部分被运输至设置在所述第二流体室的径向外部分中的液体中，所述液体与所述第一流体室中的液体没有流体接触。
在本发明的实施方式中，利用磁力和离心力的相互影响来将磁性粒子运输出第一液体并将它们运输至第二液体。在本发明的实施方式中，粒子可以通过磁力而穿过液/气相边界被运输至流体室的径向内部分，以及然后通过离心力从流体室的径向内部分穿过气/液相边界被运输至液体中。因此，本发明的实施方式使得磁性粒子（也称作珠）能够在多个微流体室之间运输，所述多个微流体室位于离心式微流体平台上。粒子将被运输至的流体室在径向内侧上经由流体连接部（可以有间隙形成）互连。流体连接部可以由气体，比如空气填充。因此本发明的实施方式提供了一种使得粒子能够以免于交叉污染的方式运输穿过可变相边界（诸如液/液相边界或液/气相边界）的运输机制。
本发明的实施方式因此基于旋转体（比如旋转基板）上的惯性和磁力的相互作用，以及以某种方式设置的静止永久磁体，并首次允许磁性粒子在基板上的不同室（例如，径向均匀地设置）之间穿过液/气截面而被运输。除了用于旋转体的驱动器之外，在用于运输粒子的基板中不需要另外的致动单元和/或磁体。这样可以降低制造成本并加速实施生物协议的顺序操作。本发明的实施方式特别适于在离心式微流体平台上通过磁性粒子提取非特定DNA。因此本发明的运输机制特别适于多种离心式微流体诊断应用。
本发明的实施方式特别适于微流体***。“微流体”***可以理解为这样的***，其包括至少具有特征横断面尺寸在微米范围内或次微米范围内的流体结构体，和/或适于运输或处理容积在微升或次微升范围内的液体。
在本发明的实施方式中，流体室在径向均匀地设置，即，它们在方位角方向上完全重叠。在可选的实施方式中，流体室具有至少在方位角方向上重叠的区域。
与所述的现有技术不同，本发明的实施方式具有许多优势。比如，根据US2008/0073546Al，粒子只可以在相同液相中移动，这要求第二室必须在径向上设置得比第一室更靠外，从而使得在径向方向上需要更大的空间。另外，根据US2008/0073546Al，为了冲洗粒子，具有粒子捕集器的阀门必须以鲁棒的方式被设计为使得任何所用的试剂在混合处理过程中被保持，而不管它们的流体特性如何。本发明的实施方式避免了这种缺点，因为无须这种阀门。另外，根据US2008/0073546Al，室之间基本上会留下残余液体。特别对于高敏感度生物分析（比如免疫分析、聚合酶链反应、熔解曲线分析），即使小的交叉污染也会导致错误的结果或完全失败的分析。在本发明的实施方式中，能够可靠地避免不同液体之间的交叉污染。US2008/0073546Al所示的方法需要高的旋转频率以及顺时针和逆时针旋转以混合磁性粒子，这提高了驱动要求。本发明的实施方式仅需要一个旋转方向的旋转。
本发明的实施方式以有利的方式结合离心力和磁力，以便在液体之间运输磁性粒子。在本发明的实施方式中，根据US2009/0246782Al所需的不融合分离阶段并不是强制性的，因为液体可以流体地与气体（比如空气）分离。
本发明允许相比US2008/0171400Al的标记简化，因为根据所述文献，磁体必须共同旋转和由于溶解液和冲洗固定粒子的洗涤液必须从洗出液中分离出来，因此需要开关。盘中可移动磁体必须与盘共同处理，这导致更高的成本和增加的生产费用，因为生产时引入了磁体。另外，根据US2008/0171400Al，处理室在径向上依次布置，这样占据了径向方向上重要的空间。后续处理步骤很难或不可能实现。相似地，甚至根据US2007/0125942Al，室布置在径向方向上，和它们中的所有处于流体接触，这增加了交叉污染。而且，在这种情况下，不会运输粒子，但是粒子主要在溶解室内产生剪力。
附图说明
下面将参考附图详细说明本发明的实施方式，其中：
图1示出了本发明设备的实施方式的流体结构体的示意俯视图。
图2示出了本发明设备的实施方式的示意截面图；以及
图3a至图3f示出了使用图1中流体结构运输磁性粒子时的不同阶段。
具体实施方式
关于图1和图2，下面详细描述运输磁性粒子的本发明的设备的实施方式。所述设备包括旋转体10，比如盘的形式。可选地，旋转体10可以由***旋转体（比如盘）的***物形成。旋转体10可绕旋转轴12旋转，在图2只完全示出了旋转体10的左侧。经由耦接装置14，旋转体10被耦接至电机16，其表示用于旋转体10的驱动器。耦接装置可以通过本领域技术人员所公知的方式构造。电机16连接至控制器18，控制器18被设计控制电机16，以便允许磁性粒子以本发明的方式运输。控制器可以实施为硬件或软件且可被配置为所述电机提供适合的驱动信号。对应的控制器可以被配置的方式对本领域技术人员来说是已知的，故这里不再赘述。
旋转体10具有设置在其中的流体结构体20。比如，流体结构体20可以是旋转体10上形成的凹部并可以由覆盖单元覆盖。
流体结构体20包括第一流体室22、第二流体室24和第三流体室26。所述流体室在各自情况下均具有相对于旋转轴12的径向内部分和径向外部分，图1中箭头28表示径向上向外的方向。更具体地，第一流体室22具有径向外部分22a和径向内部分22b。第二流体室24具有径向外部分24a和径向内部分，所述径向内部分通过间隔30分隔成第一径向内区域24b和第二径向内区域24c。第三流体室26具有径向外区域26a和径向内区域26b。第一流体室22的径向内部分22b通过流体连接部32连接至第二流体室24的径向内区域24b。第二流体室24的径向内区域24c经由流体连接部34流体地连接至第三流体室26的径向内部分26b。第一流体室22的径向外部分22a和第二流体室24的径向外部分24a通过间隔36流体地分隔，第二流体室24的径向外部分24a和第三流体室26的径向外部分26a通过间隔38流体地分隔。如图1所示，第一液体40设置在第一流体室22的径向外部分22a内，第二液体42设置在第二流体室24的径向外部分24a内，第三液体44设置在第三流体室26的径向外部分26a内。
同样如图1所示，气体46，比如空气设置在各个径向内部分22b、24b和26b内。另外，磁性粒子48设置在第一流体室22的径向外部分22a的第一液体40中。
应该注意的是，图2示出了沿着体1中x-x方向通过穿过旋转体的部分，这样图2中流体结构体20的部分可以表示第一流体室22。
如图2所示，表示磁力元件的磁体50以静止的方式设置在旋转体10上方。比如，磁体50可以安装在离心盖52的底部。在控制器18的控制下，通过驱动器16旋转旋转体10，可以改变磁体50相对于流体结构体的位置关系。因此，磁性粒子48可以从第一液体40被运输至第二液体42，然后被运输至第三液体44，下面参考图3详细说明。
磁体50位于旋转体上方合适距离处，以便对磁性粒子48施加适当的磁力。如果所述第一流体室22以图2所示的方式相对于磁体50定位，则磁力Fmag将作用于磁性粒子48上，所述磁力Fmag在图2中示出并且具有平行于旋转体10主表面（径向上向内）的分量Fp和垂直于旋转体10主表面的分量Fs。结果，通过适当地相对于磁体50定位其中包含磁性粒子48的流体结构体，可以对磁性粒子施加径向上向内的力，如果向内的磁力强于向外的离心力（比如，未旋转），则磁性粒子将在径向上向内移动。如果向外的离心力占主导地位，比如以足够高的转速旋转时，向外的离心力将会占主导地位。在本发明的实施方式中，利用该事实将磁性粒子运输穿过几种液体。
图3a到图3f示出了本发明实施方式的这种运输的不同阶段。图3a示出了阶段0，其表示初始状态，其中旋转体在顺时针方向（箭头54）以这样的转速旋转，使得第一流体室22的径向外部分22a中的磁性粒子在离心力的作用下，特别在位于旋转方向上的后面的同一区域中的惯性作用下得以保留。由于离心力的作用，液体40、42和44分别保持在液体室22、24和26的径向外部分中。从阶段0开始，如图3b所示，在阶段1中，旋转体停在相对于磁体50的预定位置上，从而使得磁体50将被设置为靠近第一流体室22径向内部分22b。由于由磁体50产生的磁力，磁性粒子48径向向内移向磁体50，因此运输至第一液体室22的径向内部分22b。磁体50的磁力足够使由磁性粒子构成的团穿过液体40和空气46之间的界面。
从图3b中所示的状态开始，旋转体在阶段2中在逆时针方向步进地移动，如图3c中由箭头56示意性地示出。步进式旋转56被配置为使得旋转体继续以小的步长在逆时针方向移动，从而使得磁性粒子48在该运动中紧跟着磁体50。从而，磁性粒子48经由流体连接部32被运输至第二流体室24的径向内区域24b。对本领域技术人员来说显而易见的是，为此，磁性粒子48沿其移动的流体结构体的表面以适当的方式被配置，例如被配置为足够光滑，以使得能够进行相应的移动。
从图3c所示的状态开始，在阶段3，旋转体再次以逆时针方向旋转，如图3d中箭头58所示。旋转频率足够使得磁性粒子在离心力作用下运输至第二流体室24的径向外部分24a。由于在这种旋转下，流体结构每次经过磁体的时间都很短，所以低旋转频率已经足够将磁性粒子运输至第二流体室24的径向外部分24a。从图3d所示的状态开始，磁性粒子48由于惯性而累积在位于旋转方向后面的径向外部分24a的区域中，即，相邻于第二流体室24的径向内区域24c的区域中。因此，在阶段3，磁性粒子48在离心力作用下，穿过空气46和液体42之间的相边界并被运输至液体42。
在接下来的阶段4，流体结构22相对于磁体50被定为，从而使得磁体50相邻于第二流体室24的径向内区域24c被设置。因此，如图3e所示，磁性粒子48穿过液体42和空气46之间的相边界被吸附至磁体50。
然后，在阶段5，再次存在以小步长的步进式旋转，如图3f中的箭头60所示，从而使得磁性粒子48跟随磁体50，并经由流体连接34被运输至第三流体室26的径向内部分26b。从图3f所示的状态开始，在阶段6（未示出）再次存在旋转体以逆时针方向旋转，从而使得磁性粒子48在所述旋转的离心力作用下，穿过空气46和第三液体44之间的相边界，运输至第三液体44。
参考图3，描述了经由第二流体室，从第一流体室将粒子运输至第三流体室的顺序过程。在可选的实施方式中，所述机制可用于在任意数目的室之间运输粒子。所述机制使得各个室（粒子在室之间运输）相对于旋转轴在径向上均匀地设置（iso-radial arrangement）。本发明的实施方式减小径向方向上的空间需求。因此本发明的运输机制的实施方式使得能够以全新的方法来运输、隔离和集聚不同生物分子，比如蛋白质或核酸。由于功能性与径向位置无关，并且由于无需在径向上向外运输，因此特别适于在离心式流体平台上实施。
因此本发明的实施方式允许有效地操纵粒子和/或在不同液相或气相之间运输粒子，这样可以实现高度自动化。
本发明的实施方式特别涉及DNA分析或蛋白质分析中的使用，其关键部分在于从样本材料中隔离、清理和集聚目标分子或有机物。为此，实验室使用具有特定应用表面的磁性粒子作为固相，目标分子或目标有机物可以以目标的方式吸附至该磁性粒子。通过磁体（由于其磁性），具有吸附目标分子/目标有机物的粒子随后必须被运输至多种洗涤溶液，以进行进一步的处理。可选地，可以使用外部磁体将粒子固定在实验室容器中并交换试剂。这样的处理目前手动地或使用相应的机器人***而自动地进行。由于多个移液步骤，手动操作更容易出现错误，更费时和成本更高，而自动化设备非常昂贵且仅在高生产量的情况下是可行的。另外，两种可行的实施都具有消耗大量试剂的缺点。本发明的运输机制的实施方式使得能够将对应的实验室协议完全自动地映射到离心式微流体诊断***。由于微流体实现，因而存在节省试剂的量的潜能。为了运输的自动化，不需要昂贵的设备，同时，由于自动化，***的错误发生率降低，这是因为运输粒子无需手动步骤。
在实施方式中，可以结合所述运输机制使用所示结构，以便从原溶解液中隔离或提取核酸。这里第一液体40是裂解缓冲液或粘合缓冲液，第二液体42是清洗缓冲液以及第三液体44是洗脱缓冲液。对于所述应用，磁性粒子48具有DNA可以被不确定地自身吸附在其上的硅表面。在第一流体室22中，DNA可以自身吸附到粒子的硅表面上。通过所述的运输机制，粒子被移至第二流体室24中的清洗缓冲液，在此去除污染。通过进一步的运输步骤，粒子被转移到第三流体室26中。洗脱缓冲液的化学特性使得吸附的DNA从粒子脱离，并以自由干净的状态出现在洗脱缓冲液中。提取之后，分离的DNA可以通过聚合酶链反应放大。已经验证了用于DNA提取的相应***，其中从埃布氏菌溶解液中提取DNA。Pal基因的顺序实时PCR能够证明分离的DNA足够纯净以便进行下一步处理。
在应用的另一种形式中，所示的运输机制可以用于基于粒子的免疫分析。后者可以根据下列协议实施，比如：第一流体室22可以充满包含待检测物质的样本。添加具有对应抗体或抗原涂覆的磁性粒子。抗体粘合待检测的物质。下一步，粒子通过所述的运输机制被运输至第二流体室24，其包含清洗缓冲液。粒子被清洗并内运输至第三室，所述第三室中包含具有检测抗体的液体。在培养阶段，检测抗体自身吸附到待检测表面上。然后粒子被运输至第四流体室（未示出），其也包含清洗液，并最终被运输至第五流体室，其中，由检测抗体所引发的化学反应在此发生。
在以上描述中，仅仅描述了理解本发明的运输机制必需的部件。对本领域技术人员来说显而易见的是，可以提供相应的流体结构体以用于提供相应的液体和磁性粒子。此外，可以在所示流体结构的上游和下游设置另外的流体结构体。
在本发明的实施方式中，因此提供了包括多个微流体室的旋转基板，所述微流体室连接在径向内侧上，并且例如所述连接部中充满了空气。在径向外侧，所述室由流体间隔隔开。提供外部旋转基板的一个静态磁体或若干个磁体，从而使得当旋转基板相应地被定位时，磁性粒子可以以慢速的状态（in an idle state）穿过相边界运输。在旋转基板的旋转期间，离心力强于磁力，从而使得磁力对粒子没有影响。所述室可以被径向均匀地设置并且无须串联连接。在本发明的实施方式中，多个相应的流体结构体可以设置在盘上，从而使得成方位角地分布，这可以使得一个或多个磁体对应于每个流体结构体设置。
在本发明的实施方式中，磁性粒子，也称作磁性微元件，可以是含铁的、含橡胶的或超顺磁粒子。在实施方式中，离心式微流体平台，，即，旋转体，可以是塑料膜制成的平台，比如COC（环烯烃共聚物）、COP（环烯烃聚合物）、PMMA（聚甲基丙烯酸甲酯）、PS（聚苯乙烯）或PC（聚碳酸酯）。可选地，离心式微流体平台可以是由提到的（热塑性）塑料制成的塑料盘。在本发明的实施方式中，磁体可以是永久性磁体，而在可选实施方式中，磁体可以是电磁体。所述磁性粒子可以被配置为允许生物分子比如DNA、蛋白质或抗体粘附。在实施方式中，各个流体室中可以提供相同或不同的液体。空气、气体或任何其他不与各个流体室中液体混合的物质可以包含在流体连接部中，所述流体连接部可以径向地连接流体室的内部分。各个室的腔体可以设置有疏水涂层，比如溶剂中的聚四氟乙烯，或亲水涂层。可选地，各个室的腔体可以设置有阻断涂层，比如BSA。
在描述的实施方式中，第二流体室24的径向内部分包含由间隔30分隔开的两个区域24b和24c。在可选实施方式中，每必要设置间隔30。然而，间隔30的优势在于其可靠地确保磁性粒子不会绕过第二液体42进入第三液体44。
换句话说，本发明的实施方式提供了包括多个在径向外部分被分隔而在径向内部分被连接的（微流体）室。可以被径向均匀设置的室填充有相同或不同的液体，并且所述液体不互相流体地接触，基板绕轴是可旋转的，并且通过适当地设置安装在基板外的至少一个磁体，磁性粒子可以穿过相边界（液/气）在各个室之间运输。一旦旋转，磁场对磁性粒子不会有显著的影响，因为离心力相当大，并且因为磁场的影响的半径范围很小或流体阻力太大。在基板的空闲状态下，给定相对于磁体的相应的定位，粒子移向磁体并穿过相边界，由于离心力，再次旋转时，所述粒子再次向外移动。通过适当地组合上述步骤，可以将粒子经由没有填充液体的间隙从充满第一液体的室内运输至充满第二液体的室内。
换句话说，本发明的实施方式提供一种用于在绕轴旋转的微流体平台上运输磁性微元件的方法和设备，所述平台具有径向均匀设置并在径向内部被彼此连接的位于其上的多个流体室，所述室填充有液体介质，所述连接区域填充有不易与其他室内包含的介质混合的不同密度的介质，比如空气。至少一个室内使得位于其中的磁性微元件（由于微流体平台相对于外部静止磁体的定位）（穿过相边界）移向所述室。一旦微流体平台旋转，磁体对一个微流体室内粒子的作用因为离心力或因为低的磁性影响范围而可以忽略不计。通过适当地组合上述步骤，粒子可以从第一室传输至第二室。
本发明相对于现有技术具有多种优势。可以以非常灵活的方式实施本发明的实施方式，比如同时作为基于核酸的分析和基于蛋白质的分析的运输机制和可以用于许多其他应用。根据期望的应用，粒子可以具有不同的表面功能性。另外，流体室的数量容易调整和扩大，无需任何径向上的空间需求。
本发明的实施方式具有低的***要求，低于7Hz的旋转频率下已经具有功能性。只需要一个旋转方向。实施本发明的实施方式的实施可与基板材料无关，可以使用薄膜或研磨盘等。在实施方式中，无需有效地致动磁体，从而不需要相应的可移动部件。而且，旋转体内不需要磁体，从而可以通过简单的方式和低成本生产所述磁体。
本发明的实施方式允许运输粒子穿过液/气相界面，这样不会发生液体交换。相比实验室中的应用，本发明的实施方式中，粒子从液体运输至液体，而在实验室中，粒子仅通过一个磁体固定，而交换液体，在这种情况下，残余流体，从而导致后续污染。
尽管具体描述了包括两个或三个室（其中粒子在所述室之间运输）的实施方式，但对于本领域技术人员来说显而易见的是，根据本发明，当用于检查、分析和化验时，磁性粒子可以在任意数目的室之间运输。
在实施方式中，流体室被适当地配置为能够可靠地防止流体室之间液体的交叉污染。在本发明的实施方式中，设置在相邻流体室之间的间隔的径向高度超过200μm或超过500μm。在本发明的实施方式中，流体室填充有仅到特定径向高度的液体，从而不会出现通过流体室之间的径向内部流体连接部的流体溢出。
进一步公开了一种用于运输磁性粒子的设备，包括：旋转体，被配置为绕旋转轴旋转；流体结构体，在所述旋转体内，所述流体结构体至少包括第一和第二流体室，所述第一和第二流体室包括位于在径向上相对于旋转轴更向内的部分中的流体连接部，并且在位于径向上相对于旋转轴更向外的部分中被流体地相互分离；以及磁力元件，被配置为作为磁力元件和流体结构之间的位置关系的函数，对设置在流体结构体中的磁性粒子施加磁力；以及驱动器，被配置为使旋转体绕旋转轴旋转，磁力元件和流体结构之间的位置关系作为结果是可调整的；以及控制器，被设计为，在第一阶段，控制所述驱动器从而使得以由于磁力所述磁性粒子从设置在所述第一流体室的径向外部分中的液体被运输至所述第一流体室的径向内部分（22b）中的方式，相对于所述磁力元件设置所述第一流体室，在第二阶段，控制所述驱动器，从而使得改变流体结构和磁力元件之间的位置关系，从而使得，由于磁力，磁性粒子通过第一和第二流体室之间的流体连接部被运输至第二流体室的径向内部分；以及在第三阶段，控制所述驱动器，使旋转体旋转，从而使得磁性粒子通过离心力而从第二流体室的径向内部分被运输至设置在第二流体室的径向外部分的液体中，所述液体与第一流体室中的液体之间没有流体接触。
在这种设备中，第一和第二流体室的径向外部分可以由径向上向内突出的间隔分隔开，所述间隔的径向高度超过200μm或超过500μm。
在这种设备中，气体可以设置在第一和第二流体室的径向内部分中。
在这种设备中，第一流体室的径向外部分中的液体和第二流体室的径向外部分中的液体是不同的液体。
在这种设备中，流体结构体可以包括至少一个第三流体室，所述第二和第三流体室包括位于相对于旋转轴的径向上向内的流体连接部，并且在位于相对于旋转轴的径向向外的部分中互相分隔，所述控制器被设计为，在第四阶段，控制所述驱动器，从而使得所述第二流体室以由于磁力所述磁性粒子从第二流体室的径向外部分的液体中被传输至第二流体室的径向内部分中的方式相对于磁力元件而设置，在第五阶段，控制所述驱动器，从而使得改变流体结构和磁力元件之间的位置关系，从而使得由于磁力，磁性粒子通过第二和第三流体室之间的流体连接部被运输至第三流体室的径向内部分中；以及在第六阶段，控制所述驱动器，使旋转体旋转，从而使得磁性粒子通过离心力作用从第三流体室的径向内部分被运输至设置在第三流体室的径向外部分中的液体中，所述液体与第二流体室中液体之间没有流体接触。
在这种设备中，第二流体室的径向外部分中的液体和第三流体室的径向外部分中的液体是不同的液体。

Claims (10)

1.一种用于使用一种设备来运输磁性粒子的方法，所述设备包括：
旋转体(10)，被配置为绕旋转轴(12)旋转；
流体结构体(20)，在所述旋转体(10)内，所述流体结构体(20)至少包括第一和第二流体室(22，24)，所述第一和第二流体室(22，24)包括位于相对于所述旋转轴(12)径向上向内的部分(22b，24b)中的流体连接部(32)，并且在位于相对于所述旋转轴(12)径向上向外的部分(22a，24a)中被流体地相互分离；以及
永久磁体(50)，被配置为对设置在所述流体结构(20)中的磁性粒子(48)施加作为所述永久磁体(50)和所述流体结构体(20)之间的位置关系的函数的磁力；以及
驱动器(16)，被配置为使所述旋转体(10)绕所述旋转轴(12)旋转，所述永久磁体(50)和所述流体结构体(20)之间的位置关系作为结果是可调整的，
所述方法，包括：
在第一阶段中，以由于磁力所述磁性粒子(48)从设置在所述第一流体室(22)的径向外部分(22a)中的液体(40)中被运输至所述第一流体室(22)的径向内部分(22b)中的方式，相对于所述永久磁体(50)设置所述第一流体室(22)；
在第二阶段中，通过旋转所述旋转体(10)改变所述流体结构体(20)和所述永久磁体(50)之间的位置关系，从而使得，由于所述磁力，所述磁性粒子(48)通过所述第一和第二流体室(22,24)之间的所述流体连接部(32)被运输至所述第二流体室(24)的径向内部分(24b)；以及
在第三阶段中，使旋转体(10)旋转，从而使得所述磁性粒子(48)通过离心力而从所述第二流体室(24)的径向内部分(24b)被运输至设置在所述第二流体室(24)的径向外部分(24a)中的液体(42)中，所述液体(42)与所述第一流体室(22)中的液体(40)没有流体接触，
其中，在所述第一阶段中，所述磁性粒子(48)被运输穿过所述第一流体室(22)的径向外部分(22a)中的液体(40)和所述第一流体室(22)的径向内部分(22b)中的气体(46)之间的相边界，以及其中，在所述第三阶段中，所述磁性粒子(48)移动穿过所述第二流体室(24)的径向内部分(24b)中的气体(46)和所述第二流体室(24)的径向外部分(24a)中的液体(42)之间的相边界，
其中，所述永久磁体(50)和所述流体结构体的位置关系的调整通过旋转所述旋转体(10)来实现，其中所述调整导致由于所述磁力而引起的所述磁性粒子的运输。
2.根据权利要求1所述的方法，其中，所述第一和第二流体室(22，24)的径向外部分(22a，24a)由径向上向内突出的间隔(34)分隔开，所述间隔的径向高度超过200μm。
3.根据权利要求1所述的方法，其中，所述第一流体室(22)的径向外部分(22a)中的液体(40)与所述第二流体室(24)的径向外部分(24a)中的液体(42)不同。
4.根据权利要求1所述的方法，其中，所述流体结构体(20)包括至少一个第三流体室(26)，所述第二和第三流体室(24，26)包括位于相对于所述旋转轴(12)径向上向内的部分(24c，26b)中的流体连接部(34)，并且在相对于所述旋转轴(12)位于径向上向外的部分(24a，26a)中被互相流体地分隔，所述方法包括：
在第四阶段中，以由于所述磁力所述磁性粒子(48)从在所述第二流体室(24)的径向外部分(24a)中的液体(42)中被运输至所述第二流体室(24)的径向内部分(24c)中的方式，相对于所述永久磁体(50)设置所述第二流体室(24)；
在第五阶段中，改变所述流体结构体(20)和所述永久磁体(50)之间的位置关系，从而使得由于所述磁力所述磁性粒子(48)通过所述第二和第三流体室(24，26)之间的流体连接部(34)被运输至所述第三流体室(26)的径向内部分(26b)中；以及
在第六阶段中，使所述旋转体(10)旋转，从而使得通过离心力将所述磁性粒子(48)从所述第三流体室(26)的径向内部分(26b)运输至设置在所述第三流体室(26)的径向外部分(26a)中的液体(44)中，所述液体(44)与所述第二流体室(24)中的液体(42)之间没有流体接触。
5.根据权利要求4所述的方法，其中，所述第二流体室(24)的径向外部分(24a)中的液体(42)和所述第三流体室(26)的径向外部分(26a)中的液体(44)不同。
6.根据权利要求1所述的方法，其中，所述第二流体室(24)的径向内部分(24b，24c)包括第一区域(24b)和第二区域(24c)，间隔(30)设置在所述第一区域和所述第二区域之间，且所述第一区域和所述第二区域经由所述第二流体室(24)的径向外部分(24a)流体地连接。
7.根据权利要求6所述的方法，其中，在所述第三阶段中，所述磁性粒子(48)由于旋转而从所述径向外部分(24a)的与所述径向内部分的第一区域(24b)相邻的区域被运输至所述径向外部分(24a)的与所述径向内部分的第二区域(24c)相邻的区域中。
8.根据权利要求1所述的方法，其中，所述流体室(22，24，26)具有相对于旋转轴(12)的方位角方向上重叠的区域。
9.根据权利要求8所述的方法，其中，所述流体室(22，24，26)相对于所述旋转轴(12)在径向均匀地设置。
10.根据权利要求1所述的方法，其中，在所述第二阶段中，所述旋转体(10)的驱动器(16)受到步进的旋转而使得所述磁力高于由旋转引起的离心力，从而使得所述磁性粒子(48)由于所述磁力而跟随所述永久磁体(48)基本上以方位角的方向通过所述第一和第二流体室(22，24)之间的所述流体连接部(32)被运输。
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