DE3779477T2

DE3779477T2 - Mischvorrichtung und verfahren.

Info

Publication number: DE3779477T2
Application number: DE8787104511T
Authority: DE
Inventors: Jan Evert Lilja; Sven Erik Lennart Nilsson
Original assignee: MIGRATA UK Ltd
Current assignee: MIGRATA UK Ltd
Priority date: 1986-04-07
Filing date: 1987-03-26
Publication date: 1993-02-11
Anticipated expiration: 2007-03-27
Also published as: CA1294606C; AU592631B2; NO871413L; IE870798L; DE3779477D1; JPS62241539A; DK163387D0; ATE76780T1; AU7108687A; EP0240862A1; DK163387A; IE60018B1; DK170873B1; SE8601528D0; NO167551C; EP0240862B1; NO167551B; US4936687A; NO871413D0

Description

Gebiet der Erfindung

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Vorrichtung und ein Verfahren zur Behandlung von Flüssigkeiten. Insbesondere betrifft die Erfindung eine Vorrichtung und ein Verfahren zum Mischen einer oder mehrerer Flüssigkeiten unter Verwendung von magnetischen Teilchen, die nach dem Mischen im voraus gewählten Bereichen zugeführt werden können.

Stand der Technik

Die SE-C-221 918 beschreibt eine Vorrichtung und ein Verfahren zum Mischen von Flüssigkeiten unter Verwendung von magnetischen Teilchen. Insbesondere beschreibt das Patent eine Vorrichtung, die ein Magnetfeld erzeugt, das in bezug auf Intensität und Richtung wechselt, um die magnetischen Teilchen im Abstand voneinander zu halten und ihnen eine Dreh- und/oder Translationsbewegung zu geben. Das Magnetfeld wird mittels eines Topfmagneten erzeugt. Wahl weise kann die Vorrichtung einen Kragen aus magnetischem Material enthalten. Die verwendeten magnetischen Teilchen sind Dauermagneten. Die Schrift sagt ferner (Seite 3, rechte Spalte, die vier letzten Zeilen), dass ein separater Dauermagnet nahe der Mischzone angeordnet werden kann, um in vorbestimmten Teilen der Flüssigkeit ein kräftigeres Mischen zu erzielen. Ein wesentlicher Unterschied zwischen der bekannten Vorrichtung bzw. dem bekannten Mischverfahren und der vorliegenden Erfindung, die ebenfalls kleine magnetische Teilchen für das Mischen benutzt, liegt im Mischverfahren. Gemäss der vorliegenden Erfindung umfasst das Mischverfahren eine Komponente, die als eine hin- und hergehende Transportbewegung der magnetischen Teilchen bezeichnet werden kann. Eventuell kann diese Komponente mit einer anderen Komponente kombiniert werden, die ein Drehen des einzelnen Teilchens um seinen eigenen Schwerpunkt darstellt. Die Transportfunktion, die eine hin- und herlaufende radielle oder seitliche Bewegung sein kann, ist zum Festhalten von Teilchen in im voraus gewählten Bereichen nach dem beendeten Mischen benutzt. Dieses Merkmal ist ein wichtiger Teil der vorliegenden Erfindung, der in dem schwedischen Patent nicht beschrieben ist. Das Mischverfahren gemäss der vorliegenden Erfindung wird dadurch erzielt, dass die kombinierte, von zumindest zwei verschiedenen Magneten erzeugte Magnetfeldwirkung verwendet wird.
Eine weitere Mischvorrichtung ist in der US-A-3 752 443 beschrieben. Gemäss diesem Patent sind die magnetischen Teilchen einer von einem sich drehenden Dauermagneten erzeugten Zentrifugalkraft ausgesetzt. Die Zentrifugalkraft wird durch die Einwirkung eines zweiten Dauermagneten ausgeglichen, um die magnetischen Teilchen im wesentlichen gleichmässig zu verteilen. Die durch dieses Patent bekannte Vorrichtung unterscheidet sich von der Vorrichtung gemäss der vorliegenden Erfindung u.a. dadurch, dass sie bewegliche Teile umfasst und nicht zum Festhalten der magnetischen Teilchen in im voraus gewählten Bereichen benutzt werden kann.
Die EP-A-0 014 109 beschreibt eine andere Vorrichtung, umfassend Magnetfelder und Teilchen aus magnetischem Material, die in einem flüssigen Medium verstreut sind. Gemäss dieser Erfindung sind aber die magnetischen Teilchen nicht inert, sondern nehmen an den in der Flüssigkeit erfolgenden Reaktionen teil. Ferner ist das flüssige Medium in dieser bekannten Schrift nicht in einer dünnen, von einer Mikroküvette abgegrenzten Flüssigkeitsschicht enthalten. Die EP- A-0 014 109 beschreibt nicht die erfindungsmässige Stufe einer wiederholten Änderung der Richtung eines ersten, von einem ersten Elektromagneten erzeugten Magnetfelds, während ein zweites Magnetfeld von einem zweiten Magneten unverändert bleibt. Die Schrift beschreibt auch nicht die Stufe des Festhaltens der magnetischen Teilchen in im voraus gewählten Bereichen, um die Flüssigkeit in Bereichen, aus denen Teilchen entleert sind, einer optischen Analyse auszusetzen.

Aufgabe der Erfindung

Der vorliegenden Erfindung liegt erstens die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung und ein Verfahren zum Mischen von Flüssigkeiten unter Verwendung von magnetischen Teilchen zu schaffen, welche nach beendetem Mischen im voraus gewählten Bereichen zugeführt und darin festgehalten werden können.
Eine zweite Aufgabe liegt darin, eine Vorrichtung und ein Verfahren zum Mischen von kleinen Volumen, beispielsweise für analytische Zwecke, zu schaffen.
Eine dritte Aufgabe ist es, eine kleine Mischvorrichtung oder Mischeinheit ohne bewegliche Teile zu schaffen.
Eine vierte Aufgabe ist es, eine kleine Mischeinheit zu schaffen, die in ein tragbares Instrument eingebaut werden kann.
Eine fünfte Aufgabe der Erfindung ist es, ein flexibles System zum Mischen von Flüssigkeiten unter Verwendung von magnetischen Teilchen zu schaffen.
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Mischen in einer dünnen Flüssigkeitsschicht. Die Flüssigkeitsschicht enthält eine Suspension einer Vielzahl bewegbarer Teilchen aus magnetischem Material und ist in einer für optische Analyse vorgesehenen Mikroküvette eingeschlossen. Die Vorrichtung umfasst zumindest zwei Magneten, von denen wenigstens der eine ein Elektromagnet ist. Die Magneten bilden zwischen sich zumindest einen Spalt zur Aufnahme der Mikroküvette, derart, dass die Schicht einem kombinierten, von den genannten, zumindest zwei Magneten erzeugten Magnetfeld ausgesetzt ist. Der Spalt ist derart angeordnet, dass die Mikroküvette zwischen zumindest zwei entgegengesetzten Polen von zumindest zwei verschiedenen Magneten aufgenommen und angeordnet ist. Die übrigen Pole der Magneten sind im wesentlichen in der Ebene der Mikroküvette und am Umfang derselben angeordnet. Die Vorrichtung umfasst ferner ein Antriebsmittel für den genannten, zumindest einen Elektromagneten, das Einstellglieder und eine Stromquelle umfasst.
Die Erfindung betrifft auch ein Verfahren zum Mischen und Ausführen einer optischen Analyse einer dünnen, in einer Mikroküvette enthaltenen Flüssigkeitsschicht durch Aktivierung einer Vielzahl von in der Flüssigkeitsschicht schwebenden, magnetischen Teilchen. Das Verfahren umfasst folgende Stufen:
a. die Erzeugung eines ersten Magnetfelds durch Aktivierung von zumindest einem ersten Elektromagneten;
b. die Erzeugung eines oder mehrerer, zweiter Magnetfelder durch einen oder mehrere Dauermagneten und/oder durch Aktivierung von einem oder mehreren, zweiten Elektromagneten;
c. die Aussetzung der dünnen Flüssigkeitsschicht einem kombinierten Magnetfeld, das von den in Stufe a bzw. b erzeugten, ersten und zweiten Magnetfeldern gebildet ist;
d. die wiederholte Änderung der Richtung des ersten, vom ersten Elektromagneten erzeugten Magnetfelds;
e. die Unterbrechung der Änderung der Richtung des ersten Magnetsfeldes des ersten Elektromagneten, um die magnetischen Teilchen in ersten, im voraus gewählten Bereichen in der Mikroküvette festzuhalten, so dass Teilchen aus einem zweiten, im voraus gewählten Bereich in der Mikroküvette entleert werden; und
f. die Aussetzung der Flüssigkeit im zweiten, im voraus gewählten und von Teilchen entleerten Bereich einer optischen Analyse.

Kurze Beschreibung der Zeichnungen

Fig. 1A und 1B veranschaulichen das Prinzip der Erfindung.
Fig. 2A und 2C sind Querschnitte, die das Prinzip der Erfindung veranschaulichen, angewandt auf ein magnetische Teilchen enthaltendes Flüssigkeitsvolumen.
Fig. 2B und 2D sind Draufsichten, die ein Verteilungsmuster von magnetischen Teilchen zeigen.
Fig. 3A und 3C zeigen eine weitere Ausführungsform der Erfindung.
Fig. 3B und 3D sind Draufsichten, die ein weiteres Verteilungsmuster von magnetischen Teilchen zeigen.
Fig. 4 ist ein Querschnitt einer weiteren Anordnung der Magneten in der Vorrichtung gemäss der Erfindung.
Fig. 5 ist eine Blockzeichnung der erfindungsmässigen Vorrichtung.

Ausführliche Beschreibung der Erfindung

Das Prinzip der vorliegenden Erfindung ist in Fig. 1A und 1B gezeigt, wobei 1 und 2 Magneten sind, deren Pole einander zugewandt sind. Zumindest einer der Magneten ist ein Elektromagnet, der mit einer die Polarität wechselnden Gleichstromquelle (nicht gezeigt) verbunden ist. Das kombinierte Magnetfeld, welches erzeugt wird, wenn beide Magneten zusammenwirken, ist durch gestrichelte Linien markiert. Falls, wie in dieser Ausführungsform angenommen, die Magneten gleich stark sind, entsteht wechselweise Konzentration und Schwinden des kombinierten Magnetfelds in einem Bereich in einer Ebene zwischen und parallel zu den magnetischen Polen und im gleichen Abstand von jedem Polpaar, wobei der Bereich in bezug auf jedes Polpaar zentral liegt.
Die Einwirkung der Magneten auf eine Vielzahl von magnetischen Teilchen 4 in einer flüssigen Schicht eines Trägers 3 ist in Fig 2A und 2C gezeigt. Wenn beide Magneten durch Wechselstrom angetrieben sind, wird jedes der magnetischen Teilchen einer Drehbewegung um seinen Schwerpunkt ausgesetzt, und eine hin- und hergehende Seitenbewegung wird erzeugt, wenn die Magneten wiederholt und wechselweise in Phase und Gegenphase miteinander zu dem Bereich, der zentral rund um eine sich durch die Mitte des Behälters 3 und rechtwinklig zu dessen Erstreckung erstreckende Achse liegt, und von diesem Bereich hinweg getrieben sind, in welchem Bereich das Magnetfeld wechselweise sich konzentriert (Fig. 2A) und schwindet (Fig. 2C).
Fig. 2B ist eine Draufsicht des Musters, das von der Vielzahl von magnetischen Teilchen 4 im Träger gebildet ist, wenn die entgegengesetzten Pole eine quadratische oder rechteckige Form haben oder desselben Typs sind, d.h. Nordbzw. Südpole.
Fig. 2D ist eine Draufsicht des Musters, wenn die entgegengesetzten Pole unterschiedlich sind. Es sei in diesem Zusammenhang erwähnt, dass auch der Abstand zwischen den Magneten die Form und das Aussehen der Bereiche mit magnetischen Teilchen beeinflusst. Je näher die Magneten 1, 2 sind, um so mehr markiert werden die Profile der magnetischen Pole im Teilchenbereich.
Fig. 3A und 3C veranschaulichen eine andere Anordnung der Magneten 6, 10 in der erfindungsmässigen Vorrichtung. In dieser Ausführungsform sind zwei identische Magneten 6, 10 einander zugewandt. Jeder Magnet 6, 10 umfasst eine zylindrische Wand 7, 11, eine kreisförmige Bodenplatte 8, 12 und einen inneren Zylinder 9, 13, wobei die Wand, der Boden und der Zylinder in einem Stück hergestellt sind. Der Zylinder erstreckt sich rechtwinklig von der Mitte der Bodenplatte 8, 12. Ein langgestreckter Träger 5 ist in einem Spalt genau zwischen den Magneten 6, 10 angebracht.
Die Muster, die von den magnetischen Teilchen gebildet sind, wenn die Magneten aktiviert sind und die erzeugten Magnetfelder arbeiten, um sich gegenseitig zu verstärken und sich gegenseitig schwinden zu lassen, sind als 14, 15, 16 und 17 in Fig. 3B und 3D gezeigt.
Die Spulen 18 sind an nicht gezeigte Stromquellen angeschlossen, die eine Gleichstromquelle oder Wechselstromquelle wie in Fig. 5 sein können.
Eine Ausführungsform gemäss Fig. 3A und 3C ist nicht spezifisch gezeigt, liegt aber im Rahmen der Erfindung, wo bei nur eine einzige Spule 18 vorgesehen ist und der übrige Magnet 6 oder 10 ein Dauermagnet ist.
Fig. 4 zeigt eine weitere Ausführungsform der Erfindung. In dieser Ausführungsform sind die Magneten 19, 20 wie in Fig. 3A, C angeordnet, und jeder Magnet 19, 20 umfasst eine zylindrische Wand 21, 25, eine kreisförmige Bodenplatte 22, 26 und einen inneren Zylinder 23, 27, dessen oberer Teil die Form eines Kegels hat. Ferner hat jeder Magnet 19, 20 einen Kragen 24, 28 an der zylindrischen Wand 21, 25, die sich zum Träger oder Behälter 33 erstreckt, der genau zwischen den Kegeln der inneren Zylinder 23, 27 und den ringförmigen Kragen 24, 28 angeordnet ist.
Um den Träger 33 in den Spalt der Vorrichtung einführen oder daraus herausnehmen zu können, müssen die Magneten auseinandergenommen werden. Alternativ kann im Kragen 24, 28 eine Rille geformt sein.
Weiterhin ist im inneren Zylinder 23, 27 jedes Magneten 19, 20 ein durchgehendes Loch 29, 30 ausgebildet.
Diese Ausführungsform der Erfindung ist besonders zum Gebrauch bei optischen Analysen von Flüssigkeiten/Reagenzien im Träger 33 vorgesehen, welcher die Form einer Mikroküvette mit planparallelen Wänden aus transparentem Material hat. Das Volumen der Küvette kann zwischen 0,1 ul und 1 ml wechseln. Die dünne Flüssigkeitsschicht in dem Träger, der Küvette, kann zwischen 0,01 und 2,00 mm wechseln, vorzugsweise zwischen 0,1 und 1,0 mm.
Wenn die Magneten 19, 20 wie oben beschrieben aktiviert sind, wird die Veränderung von Farbe, Intensität, Trübheit usw. während eines Mischvorgangs oder danach von einem Detektor gemessen, der an der einen Öffnung des Lochs 29, 30 und gegenüber einer auf der entgegengesetzten Seite des Behälters oder Trägers angeordneten, lichtemittierenden Anordnung angebracht ist. Die Analyse wird durchgeführt, wenn das Mischen abgeschlossen und die Phasenverschiebung des/der Magneten unterbrochen ist und magnetische Teilchen aus dem Zentrum der Küvette im Lichtgang entleert sind, welche magnetischen Teilchen in vorbestimmten Positionen von dem kombinierten Magnetfeld wirksam festgehalten sind.
Es ist dem Fachmann offenbar, dass die Pole auf viele verschiedene Arten ausgebildet und angeordnet werden können, wodurch eine Vielfältigkeit von Problemen beim Mischen und Fördern in dünnen Flüssigkeiten gelöst werden kann. Es ist auch offenbar, dass durch die Anordnung von mehr als zwei Magneten die Flexibilität des Mischsystems beträchtlich erhöht wird.
Gemäss einer Ausführungsform der Erfindung ist die im Spalt eingeführte dünne Flüssigkeitsschicht zwischen zumindest zwei entgegengesetzten Polen von zumindest zwei verschiedenen Magneten angeordnet, deren Pole entgegengesetzt sind, und zwar in einem räumlichen Winkel von höchstens 160º, vorzugsweise 0-80º, insbesondere 0-20º, in bezug auf die Mitte jedes Pols.
Die übrigen Pole der Magneten können im wesentlichen in der Ebene der dünnen Schicht und am Umfang derselben angeordnet sein. Jeder Magnet kann die Form eines Zylinders mit einer koaxialen, ringförmigen Aussparung am einen Ende haben. Diese Aussparung dient zur Aufnahme der Erregerspule des Magneten. Die Aussparung grenzt den Kern des Magneten ab. Ferner kann der Spalt derart angeordnet sein, dass die darin eingeführte dünne Flüssigkeitsschicht zwischen zumindest zwei entgegengesetzten Polen von zumindest zwei verschiedenen Magneten rund um eine gemeinsame, sich durch die Pole erstreckende Mittelachse oder -ebene angeordnet ist. Der Kern jedes Magneten könnte ein sich längs dessen Mittelachse erstreckendes Durchgangsloch aufweisen. Dieses Durchgangsloch macht es möglich, die obenerwähnte optische Analyse durchzuführen. Ein wichtiger Vorteil, der gemäss der vorliegenden Erfindung erzielt werden kann, ist die Möglichkeit, die magnetischen Teilchen einem oder vielen verschiedenen Bereichen im Träger zuzuführen, je nach der Anordnung der Magneten oder Magnetsysteme, deren Anzahl, der Ausführung der Pole und der Antriebsfunktion (Leistungsbereich). Demnach ist es möglich, durch die nacheinander erfolgende Aktivierung und Entaktivierung verschiedener Magneten längs des Trägers die magnetischen Teilchen vom einen zum anderen Ende des langgestreckten Trägers zu fördern.
Genau wie es möglich ist, die magnetischen Teilchen im voraus gewählten Bereichen zuzuführen, ist es möglich, durch rechtzeitige Unterbrechung der Aktivierung oder Phasenverschiebung des/der Magneten die Teilchen von im voraus gewählten Bereichen wegzufördern. Diese Eigenschaft der erfindungsmässigen Vorrichtung ist wichtig für z.B. optische Analysen, wenn der dem Lichtstrahl ausgesetzte Bereich frei von magnetischen Teilchen sein muss (vgl. die Anordnung gemäss Fig. 4). Die geometrische Form der Magneten bestimmt, wo in der Flüssigkeitsschicht die Teilchen von dem Magnetfeld/den Magnetfeldern festgehalten sein werden.
Die gemäss der vorliegenden Erfindung benutzten Magneten können Elektromagneten oder eine Kombination von Dauermagneten und Elektromagneten sein. Bei Wechselstrombetrieb ist bevorzugt, dass die meisten Magneten Elektromagneten sind. Bei Gleichstrombetrieb ist vorzugsweise die Hälfte der Anzahl Magneten Dauermagneten.
Falls die Vorrichtung gemäss der vorliegenden Erfindung eine Mischung von Elektromagneten und Dauermagneten umfasst, können die Elektromagneten von die Polarität wechselndem Gleichstrom angetrieben sein, wobei die die Polarität wechselnde Frequenz zwischen 0,001 und 10 Hz wechselt. Alternativ sind alle Magneten in der Vorrichtung Elektromagneten, die von die Polarität wechselndem Gleichstrom oder phasenverschiebendem Wechselstrom angetrieben sind, wobei die Wechselstromfrequenz zwischen 0,01 Hz und 100 kHz und die die Polarität wechselnde oder phasenverschiebende Frequenz zwischen 0,001 und 10 Hz wechseln kann.
Wenn eine Magnetkombination umfassend einen Elektromagneten und einen Dauermagneten benutzt wird, kann der Elektromagnet von entweder einer wechselnden Gleichstromspannung oder einer konstanten Gleichstromspannung überlagert sein. Im ersten Fall arbeiten der Elektromagnet und der Dauermagnet zusammen, um ein Magnetfeld über der dünnen Flüssigkeitsschicht im Träger zu erzeugen, wodurch das Feld eine im wesentlichen lineare oder seitliche Bewegung der magnetischen Teilchen erzeugt und ein Mischverlauf erzielt wird. Wenn der Elektromagnet von einer konstanten Gleichstromspannung überlagert ist, entsteht ein Festhalten von jedem einzelnen magnetischen Teilchen in einer im voraus gewählten Position in der Schicht.
Falls andererseits eine Kombination von zwei Elektromagneten benutzt wird, kann jeder der Elektromagneten von einer Gleichstromspannung überlagert sein, deren gegenseitige Phasenverschiebung zwischen 0º und 180º wechseln kann. Wenn in diesem Falle die Spannungen von den beiden Elektromagneten zusammenwirken, wird das Magnetfeld über der dünnen Flüssigkeitsschicht eine im wesentlichen lineare oder seitliche Bewegung der magnetischen Teilchen erzeugen. Falls andererseits die Spannungen von den beiden Elektromagneten einander entgegenwirken, wird ein Magnetfeld über der dünnen Flüssigkeitsschicht jedes einzelne magnetische Teilchen in einer im voraus gewählten Position in der Flüssigkeitsschicht festhalten.
Für die meisten Anwendungen, wo wenige Magneten benutzt werden, ist es vorteilhaft, Magneten mit einem zentralen und einem peripheren Pol zu verwenden (vgl. Fig. 3 und 4).
Wenn eine grössere Anzahl Magneten benutzt wird, kann jeder Pol des Magneten angeordnet sein, einem Pol eines anderen Magneten zugekehrt zu sein, und eine Folge von Polen kann somit auf entgegengesetzten Seiten eines Tragglieds angeordnet sein, das in seiner Längsstreckung eine oder mehrere dünne Flüssigkeitsschichten einschliesst. Mit dieser Anordnung in Verbindung mit einer vorprogrammierten Aktivierung/Entaktivierung der Magneten können die magnetischen Teilchen vom einen Ende des Trägers zum anderen gefördert werden.
Die Feldstärke der Magneten wird abhängig von dem Abstand der Pole der Magneten von der Flüssigkeitsschicht(en) im Träger, dem Abstand und der Stärke des Pols des zugekehrten Magneten und der erwünschten Funktion gewählt.
Die Vorrichtung gemäss der Erfindung besteht aus mehreren Funktionseinheiten wie in Fig. 5 gezeigt. Die beiden Hauptteile, die Antriebseinheit und die Arbeitseinheit, können physisch getrennt voneinander untergebracht werden. Die Antriebseinheit umfasst eine Spannungsquelle, die die geeigneten Gleichstrom- und/oder Wechselstromspannungen für die anderen Teile der Vorrichtung liefern kann. Sie umfasst auch Mittel zum Wechseln der Polarität oder zur Phasenverschiebung des Stroms an einen oder einige der Elektromagneten in der Arbeitseinheit. Es können auch Mittel zur Aktivierung oder Entaktivierung der Elektromagneten eingeschlossen sein. Diese gesteuerten Schalter sind nicht immer erforderlich, wenn die Vorrichtung wenige Elektromagneten enthält, ist aber vorteilhaft in einem grösseren System. Diese Mittel könnten auch einen Spannungsregelkreis umfassen, um für den einzelnen Elektromagneten eine gewählte Spannung zu erzeugen. Eine Einstelleinheit umfasst Mittel zum rechtzeitigen Steuern der die Polarität wechselnden oder phasenverschiebenden Einheit und der Aktivierungs-/Entaktivierungsmittel. Die Einstelleinheit ist vorzugsweise programmierbar, was aber für einfache Leistungsbereiche nicht erforderlich ist. Für ein komplexeres System könnte diese Einheit auch verschiedene Spannungen und Computerleistungen regeln. Es liegt dem Fachmann nahe, mit den Werkzeugen moderner Elektronik die Antriebseinheit auf viele verschiedene Arten zu gestalten.
Die Erfindung ist unten anhand der Fig. 3A, 3C näher beschrieben, wobei der Magnet 6 ein Dauermagnet ist. Die Mischwirkung entsteht durch Antreiben der Spule 18 des Elektromagneten 10 von die Polarität wechselndem Gleichstrom mit einer Spannung, die eine Magnetfeldstärke von etwa derselben Grössenordnung wie das Magnetfeld des Dauermagneten erzeugt. Die Wechseldauer ist von der Feldstärke, den magnetischen Teilchen, der Ausführung des Trägers, der Viskosität der Flüssigkeit und der erwünschten Mischwirkung abhängig und kann von 0,001 s bis 60 s wechseln. Die Bewegung der magnetischen Teilchen wird angehalten, indem die Phasenverschiebung in erwünschter Weise einfach gestoppt wird.
Wenn Wechselstrom benutzt wird, wird der Dauermagnet 6 im obigen Beispiel durch einen konstant wechselstromangetriebenen Elektromagneten ersetzt, und der andere Magnet 10 wird von phasenverschiebendem Wechselstrom anstatt von die Polarität wechselndem Gleichstrom angetrieben. Die Frequenz des Wechselstroms ist vorzugsweise dieselbe wie die Betriebsspannung, z.B. 50/60 Hz, aber praktisch kann jede Frequenz benutzt werden.
Der Träger für das Flüssigkeitsvolumen kann jede Form aufweisen und sollte aus nichtmagnetischem Material bestehen, beispielsweise Glas, Kunststoff, Keramik oder nichtmagnetischen Metallen. Gemäss einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung hat der Behälter die Form einer Küvette, wie in der US-A-4 088 448 beschrieben.
Unter dem in diesem Text benutzten Ausdruck "magnetische Teilchen" sind Teilchen zu verstehen, die von einem Magnetfeld beeinflusst sind. Sie können aus rein ferromagnetischem Material oder einem ferromagnetischen Material bestehen, das mit einem anderen Material, z.B. einem Polymer, Protein, Detergens, Lipid oder einem korrosionsbeständigen Material bezogen oder gemischt ist. Die Grösse der Teilchen kann von 0,001 um bis 1 mm wechseln. Die Grösse sowie die Zusammensetzung der Teilchen sind von der vorgesehenen Anwendung und der Ausführung des Behälters abhängig. Das magnetische Material ist vorzugsweise nicht dauermagnetisch, aber dauermagnetische Teilchen können benutzt werden. Vorzugsweise sind die Teilchen gegen die umgebende Flüssigkeit und darin erfolgende Reaktionen im wesentlichen inert und in dem den Mischverfahren ausgesetzten Flüssigkeitsvolumen in Suspension gehalten.

Beispiel

Eine Hemocue -Mikroküvette für optische Messungen wird mit Natriumhydroxid, Natriumkarbonat und Nitroblautetrazoliumchlorid wie im Fructosamin-Test (Roche) vorbereitet. Die genaue Menge des Reagenzes ist von dem Volumen der Mikroküvette abhängig. 0,1 mg Ferritteilchen (2 um) ist auch in der Mikroküvette enthalten. Die Menge magnetischer Teilchen ist vom Volumen der Mikroküvette, dem magnetischen Material und der Grösse der Teilchen abhängig und kann vom Fachmann leicht festgelegt werden. Die Mikroküvette wird mit Blutserum gefüllt und in eine Vorrichtung gemäss Fig. 4 und die Arbeitseinheit in Fig. 5 eingeführt. Die beiden im wesentlichen identischen Elektromagneten sind gemäss Fig. 5 mit der Antriebseinheit verbunden. Die optische Einheit eines Fotometers ist derart angeordnet, dass der Lichtgang die zentralen Löcher der beiden Elektromagneten und die Mikroküvette überschreiten kann, und die optischen Änderungen des Reaktionsgemisches registriert werden können. Die Elektromagneten werden aktiviert und die Polaritätseinheit wird eingestellt, um alle fünf Sekunden zu wechseln. Die magnetischen Teilchen werden gezwungen, alle fünf Sekunden von der einen Position zur anderen zu wechseln, wie etwa in Fig. 3B und 3D gezeigt. Nach zwei Minuten wird die die Polarität wechselnde Einheit in der Polarität festgelegt, welche das in Fig. 3D gezeigte Muster von magnetischen Teilchen ergibt, und die optische Messung erfolgt im zentralen Bereich, aus dem magnetische Teilchen jetzt entleert sind, welche vom Magnetfeld am Umfang des Küvettenhohlraums aktiv gehalten oder festgehalten sind.

Claims

1. Vorrichtung zum Mischen in einer dünnen Flüssigkeitsschicht, die eine Suspension einer Vielzahl bewegbarer Teilchen aus magnetischem Material enthält und in einer für optische Analyse vorgesehenen und einen Teil der Vorrichtung bildenden Mikroküvette (33) eingeschlossen ist, wobei die Vorrichtung ausserdem zumindest zwei Magneten (19, 20), von denen wenigstens der eine ein Elektromagnet ist, umfasst, die zwischen sich zumindest einen Spalt zur Aufnahme der Mikroküvette (33) bilden, derart, dass die Schicht einem kombinierten, von den genannten, zumindest zwei Magneten (19, 20) erzeugten Magnetfeld ausgesetzt ist; worin der Spalt derart angeordnet ist, dass die Mikroküvette (33) zwischen zumindest zwei entgegengesetzten Polen (23, 27) von zumindest zwei verschiedenen Magneten (19, 20) aufgenommen und angeordnet ist, und worin die übrigen Pole der Magneten (19, 20) im wesentlichen in der Ebene der Mikroküvette (33) und am Umfang derselben angeordnet sind; und ein Antriebsmittel für den genannten, zumindest einen Elektromagneten, das Einstellglieder und eine Stromquelle umfasst.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, worin jeder der Magneten (19, 20) die Form eines Zylinders mit einer koaxialen, ringförmigen Aussparung am einen Ende zur Aufnahme einer Erregerspule (l8) des Magneten hat, so dass die Aussparung den Kern jedes Magneten abgrenzt.

3. Vorrichtung nach Anspruch 2, worin der Kern jedes Magneten (19, 20) ein sich längs dessen Mittelachse erstreckendes Durchgangsloch (29, 30) aufweist.

4. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1-3, worin der Spalt derart angeordnet ist, dass die darin aufgenommene, dünne Flüssigkeitsschicht zwischen zumindest zwei entgegengesetzten Polen (23, 27) von zumindest zwei verschiedenen Magneten (19, 20) rund um eine gemeinsame, sich durch die genannten Pole erstreckende Mittelachse oder -ebene zentral angeordnet ist.

5. Vorrichtung nach Anspruch 1, worin die genannten, zumindest zwei Magneten (19, 20) eine Mischung von Elektromagneten, welche von die Polarität wechselndem Gleichstrom angetrieben sind, wobei die die Polarität wechselnde Frequenz zwischen 0,001 und 10 Hz wechselt, sowie Dauermagneten umfassen.

6. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1-4, worin alle Magneten von die Polarität wechselndem Gleichstrom oder phasenverschiebendem Wechselstrom angetriebene Elektromagneten sind, wobei die Wechselstromfrequenz zwischen 0,01 Hz und 100 kHz und die die Polarität wechselnde oder phasenverschiebende Frequenz zwischen 0,001 und 10 Hz wechseln kann.

7. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1-6, worin das Antriebsmittel für den genannten, zumindest einen Elektromagneten die Richtung des vom genannten, einen Elektromagneten erzeugten Magnetfelds wiederholt ändert, um wechselweise Konzentration und Schwinden des kombinierten, von den genannten, zumindest zwei Magneten (19, 20) erzeugten Magnetfelds zustandezubringen.

8. Vorrichtung nach Anspruch 7, worin das Antriebsmittel für den genannten, zumindest einen Elektromagneten die Änderung des vom genannten, zumindest einen Elektromagneten erzeugten Magnetfelds unterbricht, um die magnetischen Teilchen in ersten, im voraus gewählten Bereichen in der Mikroküvette festzuhalten, so dass magnetische Teilchen aus einem zweiten, im voraus gewählten Bereich in der Mikroküvette entleert werden.

9. Vorrichtung nach Anspruch 8, ausserdem umfassend Mittel zur Durchführung einer optischen Analyse in dem zweiten, im voraus gewählten Bereich, aus dem magnetische Teilchen entleert sind.

10. Verfahren zum Mischen und Ausführen einer optischen Analyse einer dünnen, in einer Mikroküvette enthaltenen Flüssigkeitsschicht durch Aktivierung einer Vielzahl von in der Flüssigkeitsschicht schwebenden, magnetischen Teilchen, umfassend:

a. die Erzeugung eines ersten Magnetfelds durch Aktivierung von zumindest einem ersten Elektromagneten;

b. die Erzeugung eines oder mehrerer, zweiter Magnetfelder durch einen oder mehrere Dauermagneten und/oder durch Aktivierung von einem oder mehreren, zweiten Elektromagneten;

c. die Aussetzung der dünnen Flüssigkeitsschicht einem kombinierten Magnetfeld, das von den in Stufe a bzw. b erzeugten, ersten und zweiten Magnetfeldern gebildet ist;

d. die wiederholte Änderung der Richtung des ersten, vom ersten Elektromagneten erzeugten Magnetfelds;

e. die Unterbrechung der Änderung der Richtung des ersten Magnetsfeldes des ersten Elektromagneten, um die magnetischen Teilchen in ersten, im voraus gewählten Bereichen in der Mikroküvette festzuhalten, so dass Teilchen aus einem zweiten, im voraus gewählten Bereich in der Mikroküvette entleert werden; und

f. die Aussetzung der Flüssigkeit im zweiten, im voraus gewählten und von Teilchen entleerten Bereich einer optischen Analyse.