CN101203296A - 用于混合液体介质的装置 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种用于混合液体介质的装置、一种用于混合液体介质的设备、一种包括所述装置和所述设备的系统、和一种用于混合液体介质的方法。所述装置包括柔性膜(12)和结构部件(16)，所述装置还包括位于膜的第一侧的致动部件(14)，所述装置还包括位于膜的第二侧的混合腔室(20)，其中，膜的至少部分偏斜由致动部件相对于结构部件的偏斜产生。

Description

用于混合液体介质的装置

技术领域

本发明涉及一种用于混合液体介质的装置。本发明还涉及一种用于混合被提供在混合腔室中的液体介质的设备。本发明又涉及一种用于混合液体介质的系统，所述系统包括设备和装置。本发明还涉及一种用于混合液体介质的方法。

背景技术

在生物样品分析、尤其是分子诊断以及核酸分析领域中，特别是在通过从生物或临床样本分离出核酸进行的分析中，需要提高自动化程度，这是因为例如从生物样品分离出核酸可能耗费时间和繁琐。样品制备可能包括细胞分离、细胞裂解和洗涤。对于涉及遗传疾病、状况或特性的遗传分析，需要一种可靠的、易于重复的核酸分离方法，特别是需要一种可自动进行的方法。这种要求对于探测患者体液中低浓度的特定细菌DNA特别有用。

在这种情况下，通常需要在处理腔室中混合两种或更多种流体。需要上述混合，以使多种流体形成均匀的混合物。通常还需要执行例如细胞或其他生物材料的裂解步骤。裂解是一种破坏细胞壁例如以获得自由核酸的处理。由于上述原因，快速和低成本的混合可能性是需要的。

用于混合液体介质的装置通常是公知的。例如，欧洲专利EP1161294B1公开了一种有效的微混合器，其包括膜元件、基板元件和混合腔室。已经实现的是，在用于混合液体介质的现有技术的设备中，一方面由于混合装置的结构、另一方面由于混合装置的致动，使得相对于成本和劳力来说混合效率是不能令人满意的。

发明内容

因此，本发明的目的是提供一种用于混合液体介质的装置，其中，所述装置具有灵活的致动方法，且所述装置便宜、构造简单。

上述目的通过一种用于混合液体介质的装置、设备、系统和方法实现。用于混合液体介质的装置包括柔性膜和结构部件，所述装置还包括位于膜的第一侧的致动部件，且所述装置又包括位于膜的第二侧的混合腔室，其中，膜的至少部分偏斜由致动部件相对于结构部件的偏斜产生。根据本发明，术语“液体介质”应理解为包括由一种或多种流体组成的任何类型的液态流体、包括至少诸如乳状液、悬液等的液体成分的混合物。根据本发明，术语“偏斜”意思是指致动部件沿着某一偏斜方向偏斜的某一角度。致动部件的偏斜使膜产生部分偏斜，即膜的至少一部分升起(相对于结构部件)，膜的至少另一部分下降(也相对于结构部件)。

根据本发明的装置的优点在于，通过简单地例如由设有相应致动装置的器械或设备从装置外部使致动部件偏斜，可非常容易地在腔室内部混合多种液体或执行裂解步骤。特别有利地，尤其是根据所使用的致动装置的类型，根据本发明的装置能够以多种不同方式混合和/或执行裂解步骤。通过混合流体，在流体内出现混乱流动图案，这产生高的剪切力或剪切应力。此外，还可通过本发明的装置执行裂解步骤。

根据本发明的装置可用作综合系统例如具有多个不同构件和混合腔室等的微流体系统的一部分。这种综合系统可以以一次性盒体(cartridge)的形式提供，在盒体内执行一整套的微生物探测或分析化验步骤。该装置也可用作独立单元。

根据本发明，可完全封闭装置，从而可不污染装置内部的液体或被装置内部中的液体污染。

本发明的另一优点是，可使得装置具有非常低的成本，这尤其是由于仅需要价廉的材料例如塑料构造装置。

在本发明的优选实施例中，膜和致动部件设置成一体式部件。这具有的优点是，可更进一步降低用于构建本发明的装置的成本。而且，该特征可有利地在膜和致动部件之间提供非常稳定的持久连接，从而，提高了根据本发明的装置耐用性方面的性能。由于致动部件和/或膜此时可使用较少的材料提供，这进一步使潜在成本降低。

在本发明的另一优选实施例中，膜和结构部件在膜的边缘区域被连接，和/或致动部件设在膜的中心部分上。此时，可仅通过使用低成本的材料提供一种具有高的混合能力性能的装置，因为这样使膜柔性更好，使得对于致动部件的给定偏斜，可实现较高的运动幅度，从而获得更好混合。

在本发明的又一优选实施例中，该装置包括连接到结构部件的箔，其中，所述箔位于膜的第二侧，混合腔室位于箔与膜之间，所述箔优选是柔性箔。根据本发明的装置的优点是，通过引入箔可使装置甚至具有更大的柔性度，从而具有较高的混合效率。箔可非常容易地连接到装置的膜和/或结构部件，从而，分离混合腔室内的介质或液体的目的可以非常低的成本实现，且很容易防止混合腔室内的介质或液体到达外部(和防止外部物质到达装置内的液体)。

在本发明的另一优选实施例中，箔设置成当混合腔室充填介质时使箔沿垂直于膜的方向的移动至少部分地被结构部件阻止，所述箔的移动优选在与膜的中心部分相对的中心区域被阻止。从而可限制混合腔室内的流体高度，这进一步提高了混合效率。

本发明还包括一种用于混合被提供在混合腔室中的液体介质的设备，所述设备包括致动装置，该致动装置设置成对本发明装置的致动部件施加偏斜移动。通过本发明的设备，可以以非常容易和低成本的方式致动根据本发明的混合装置。

在本发明的又一优选实施例中，所述设备包括能够对致动部件施加偏斜移动的适配器部件，所述适配器部件优选设置成球轴承。从而，可以以机械方式对装置的致动部件施加所述设备的致动装置的移动。致动器装置的和/或适配器装置的其他结构也是可以的，例如电致动器或磁致动器，其中，装置的致动部件设有磁性材料，从而，致动部件通过磁力偏斜。

在本发明的优选实施例中，致动装置设置为偏心结构，其中，适配器部件作旋转运动。从而可利用设备内的简单旋转运动致动混合装置。例如，旋转运动可通过电机产生，其中，偏心结构例如安装到电机的轴上。致动部件的顶部的旋转运动(由适配器部件和/或致动装置带动)的优点在于，膜的至少部分偏斜(即，膜的至少一部分下降，膜的至少另一部分升高)跟随致动部件的顶部的旋转运动，以便非常高效地混合流体。

在本发明的优选实施例中，致动装置的偏心度被使得是可改变的。此时，可改变偏斜或偏斜的角度，从而，可改变被传递到装置中的混合力。此时，还可使得设备适合于不同装置，例如不同尺寸的装置。

本发明还包括一种用于混合液体介质的系统，所述系统包括设备和装置，所述装置包括柔性膜和结构部件，所述装置还包括位于膜的第一侧的致动部件和位于膜的第二侧的混合腔室，其中，膜的至少部分偏斜由致动部件相对于结构部件的偏斜产生，其中，所述设备包括致动装置，所述致动装置设置成对装置的致动部件施加偏斜移动。优选地，混合腔室位于一次性盒体内，该一次性盒体可通过例如槽等插入设备或从设备中取出。此时，混合腔室内的介质可被完全与设备隔离，且系统可实现涉及介质的封闭系统。在盒体内，混合腔室优选连接到其他隔室例如反应腔室、储存器等。混合腔室通过入口和出口与其他这些隔室连通。

本发明还包括一种通过用于混合液体介质的装置混合液体介质的方法，所述装置包括柔性膜和结构部件，所述装置还包括位于膜的第一侧的致动部件和位于膜的第二侧的混合腔室，所述方法包括：

-在第一步骤中，通过第一偏斜移动使致动部件相对于结构部件偏斜，从而使膜至少部分偏斜，

-在第二步骤中，通过第二偏斜移动使致动部件相对于结构部件不同地偏斜，从而不同地使膜至少部分偏斜。因此，混合效率可得到大大提高。

附图说明

通过下面结合借助示例示出了本发明原理的附图所作的详细描述，可使本发明的这些和其他特性、特征和优点变得显而易见。所作的描述仅用作示例目的，而非限制本发明的范围。下面所提及到的图请参看附图。

图1示意性地示出了根据本发明的第一实施例的装置；

图2示意性地示出了根据本发明的第二实施例的装置；

图3示意性地示出了本发明的装置的膜的顶视图；以及

图4示意性地示出了设备和根据本发明的装置。

具体实施方式

将参照特殊实施例和参看某些附图描述本发明，但本发明并不限于此，而是仅由权利要求书限制。所述的附图仅是示意性的和非限制性的。在附图中，一些元件的尺寸可被扩大、且为了用于说明目的并未按比例绘制。

在引用单数名词时使用不定代词或指定代词例如“一个”、“所述”的情况下，包括名词的复数形式，除非特殊说明以外。

而且，说明书和权利要求书中的术语“第一”、“第二”、“第三”等用于区别相似构件，而非用于描述顺序或次序。可以理解，如此使用的术语在合适的情况下是可互换的，且在此描述的本发明的实施例能够以在此描述或说明的顺序以外的其他顺序操作。

而且，说明书和权利要求书中的术语“上”、“下”、“上方”、“下方”等用于说明目的，而非用于描述相对位置。可以理解，如此使用的术语在合适的情况下是可互换的，且在此描述的本发明的实施例能够以在此描述或说明的方位以外的其他方位操作。

应当注意，在本说明书和权利要求书中使用的术语“包括”不应解释为限制于随后所列出的技术措施；它并不排除其他元件或步骤。因此，表述“包括部件A和B的装置”的范围不应限制为只包括部件A和B的装置。这意味着，对于本发明来说，仅相关的装置部件是A和B。

在图1中，示意性地示出了根据本发明的第一实施例的装置10。在图2中，示意性地示出了根据本发明的第二实施例的装置10。下面，描述图1和图2的共同特征。装置10包括柔性膜12、致动部件14和结构部件16。结构部件16可设置成多种不同部件。优选地，柔性膜12和致动部件14被形成为一体。此外，施加到致动部件14的机械力可很容易和有效地作用在膜12上。例如，膜12和致动部件14形成的一体式部件通过压力铸造提供。根据本发明，优选材料可包括热塑性材料例如聚丙烯，它结合了足够大的机械强度、弹性变形和高疲劳强度的性能。这种材料还用于例如铰链中。在所示的示例中，膜12在其边缘区域122处固定到结构部件16，而致动部件14形成在膜12的中心区域121。膜12设有致动部件14的一侧也称作膜12的第一侧。箔18位于膜12的相反侧，该相反侧在以下称作膜12的第二侧，所述箔18连接到膜12、结构部件16，或仅固定到膜12。箔由柔性材料例如薄片或薄膜材料制成。混合腔室20由位于膜12与箔18之间的空腔限定。在使用中，混合腔室20充填液体或介质(未示出)，或充填多种液体，或充填携带有诸如细胞、细菌等微粒的多种液体。结构部件16可有利地通过上部件16a和下部件16b提供。优选地，膜12和箔18以流体密封方式固定到上部件16a，且下部件16b为了装置10的机械稳定性而被连接。

结构部件16可设置成使箔18的移动至少部分受结构部件16限制。这是图1所示的第一实施例中的情况。在箔18的中心区域181，结构部件16抵靠着被充填的箔18(反之亦然)，从而限制箔沿垂直于膜12的方向移动。在图2所示的第二实施例中，则是相反的情况。即使在箔18的中心区域181(图2中未示出)，箔也能够沿垂直于膜12的方向产生移动183。在装置的第一实施例中，介质在垂直于膜的方向上的高度由结构部件16限定。在装置的第二实施例中，介质或液体在上述垂直于膜的方向上的高度19仅由箔18限定。

在装置的两个实施例中，在混合腔室20中液体可具有不同的状态，例如不同的压力状态，从而使得箔18在其移动不受结构部件16限制的区域移动。例如，图1中的情况是，箔18的中心区域181与箔的边缘区域(未以单独的附图标记示出，但与膜12的边缘区域相对)之间的区域移动。

根据本发明，装置10设置成使液体或介质可通过入口(图1和图2中未示出)导入或引入混合腔室20。相应地，装置10还包括用于将混合腔室20内的液体排出的出口(图1和图2中未示出)。当液体进入混合腔室20时，箔18优选变形。在本发明的另一实施例中，也可选择刚性更大的箔，使得或多或少地抑制变形。在另一这种实施例中，箔18也可省去，仅结构部件16可充当用于限定出混合腔室20的空腔的膜12的相配部件。下面，将不再进一步描述这些实施例，因为优选使混合装置设有箔18。

装置10的混合腔室20内的混合过程通过使装置10的致动部件14产生图1和2中的附图标记30所表示的偏斜启动。在偏斜30的该示例中，机械力沿平行于或几乎平行于膜12的方向、且在距离膜12的一定距离处作用在致动部件14上，从而，对膜12施加转矩。膜12在它的边缘区域122被固定，而在它的中心区域121处是自由的(由于其柔性)。因此，致动部件14的偏斜30还使得膜12至少部分偏斜，使得膜12与箔18之间的介质或液体移动，从而被搅动。如果向致动部件14施加了沿箭头30的偏斜，膜12的至少部分偏斜由位于膜12的中心区域121附近的小箭头30’表示(仅在图1中)，它们表示膜12相应部分的移动。

图3中示意性地示出了本发明的装置10的膜12的顶视图。致动部件14可沿着第一偏斜移动31移动到预定偏斜。通过沿旋转方向45、同时沿第二偏斜移动31a移动致动部件14，可以达到致动部件14的另一偏斜位置(通过保持膜12的同一偏斜度，但沿另一方向)。通过沿与膜同心的圆移动致动部件14，从而可对混合腔室20中的流体施加连续的混合运动，从而高效地混合流体或介质。在图3中还示出了膜12的中心区域121和边缘区域122。

在图4中，示意性地示出了根据本发明的设备40和装置10。设备40包括能够使偏心结构42绕旋转轴线41并根据旋转方向45旋转的马达装置(未示出)，特别是电机。适配器部件43能够尤其通过球轴承与装置10的致动部件14接合。球轴承的优点在于，系统中不存在机械磨损，寿命长。

其他接合方案也是可以的，例如通过磁力或电力。例如，静电板可用于在带电体(charge)或铁上感应出电力，或者致动部件14中的其他磁性材料可通过绕着它的可切换磁体致动，或者根据本发明，压电致动也是可以的。

根据本发明的一个优选实施例，偏心度的幅度可改变，即，致动部件14的偏斜30可通过改变设备40的偏心结构42的偏心度改变。偏心度的幅度受膜的弹性限制，在本发明的解释说明中，弹性也称作柔性度(flexible ceiling)。较大幅度可通过混合腔室20的较大直径和较薄的膜20实现。

幅度与膜12下方的流体19的高度之间存在关系。根据本发明，如图2所示的根据第二实施例的完全自由悬垂的箔18不是较优选的。

绕旋转轴线41的转速优选在近似1-100转/秒的范围内，尤其优选在近似10-70转/秒的范围内，更为优选在近似球20-50转/秒的范围内，最为优选在近似34-45转/秒的范围内。

偏心结构42对装置的致动部件14施加偏斜30。通过偏心结构绕旋转轴线41的旋转、和进而适配器部件43绕旋转轴线41的旋转，装置10的混合腔室20内的液体被混合。在图4中，示出了致动部件14的三个不同位置(一个为实线，其他为虚线)。

在混合装置10中，示出了到混合腔室20的入口21和从混合腔室20的出口22。而且，以附图标记23示出了阀23。为了简单起见，图4没有示出由于致动部件14的偏斜30引起的膜12的至少部分偏斜。

Claims (15)

1.一种用于混合液体介质的装置(10)，所述装置(10)包括：柔性膜(12)和结构部件(16)，所述装置(10)还包括位于膜(12)的第一侧的致动部件(14)，所述装置还包括位于膜(12)的第二侧的混合腔室(20)，其中，膜(12)的至少部分偏斜由致动部件(14)相对于结构部件(16)的偏斜(30)产生。

2.如权利要求1所述的装置(10)，其特征在于，膜(12)和致动部件(14)设置为一体式部件。

3.如权利要求1所述的装置(10)，其特征在于，膜(12)和结构部件(16)在膜(12)的边缘区域(122)被连接。

4.如权利要求1所述的装置(10)，其特征在于，致动部件(14)设在膜(12)的中心部分(121)上。

5.如权利要求1所述的装置(10)，其特征在于，所述装置(10)包括连接到结构部件(16)的箔(18)，所述箔(18)位于膜(12)的第二侧，所述混合腔室(20)位于箔(18)与膜(12)之间。

6.如权利要求5所述的装置(10)，其特征在于，箔(18)是柔性箔。

7.如权利要求5所述的装置(10)，其特征在于，箔(18)设置成当混合腔室(20)充填介质时使箔(18)沿垂直于膜(12)的方向的移动至少部分地被结构部件(16)阻止。

8.如权利要求7所述的装置(10)，其特征在于，在与膜(12)的中心部分(121)相对的中心区域(181)，箔(18)的移动(183)被至少部分阻止。

9.一种用于混合被提供在混合腔室(20)中的液体介质的设备(40)，所述设备(40)包括致动装置(42，43)，所述致动装置(42，43)设置成对根据权利要求1的装置(10)的致动部件(14)施加偏斜移动(31)。

10.如权利要求9所述的设备(40)，其特征在于，所述设备(40)包括能够对致动部件(14)施加偏斜移动(31)的适配器部件(43)。

11.如权利要求10所述的设备(40)，其特征在于，适配器部件(43)设置为球轴承。

12.如权利要求9所述的设备(40)，其特征在于，致动装置(42，43)设置为偏心结构，适配器部件(43)作旋转运动。

13.如权利要求12所述的设备(40)，其特征在于，致动装置(42，43)的偏心度设置成是可改变的。

14.一种用于混合液体介质的系统，所述系统包括：设备(40)和装置(10)，所述装置(10)包括柔性膜(12)和结构部件(16)，所述装置(10)还包括位于膜(12)的第一侧的致动部件(14)和位于膜(12)的第二侧的混合腔室(20)，其中，膜(12)的至少部分偏斜由致动部件(14)相对于结构部件(16)的偏斜(30)产生，其中，所述设备(40)包括致动装置(42，43)，所述致动装置(42，43)设置成对装置(10)的致动部件(14)施加偏斜移动(31)。

15.一种通过用于混合液体介质的装置(10)混合液体介质的方法，所述装置(10)包括柔性膜(12)和结构部件(16)，所述装置(10)还包括位于膜(12)的第一侧的致动部件(14)和位于膜(12)的第二侧的混合腔室(20)，所述方法包括：

-在第一步骤中，通过第一偏斜移动(31)使致动部件(14)相对于结构部件(16)偏斜，从而使膜(12)至少部分偏斜；

-在第二步骤中，通过第二偏斜移动(31a)使致动部件(14)相对于结构部件(16)不同地偏斜，从而不同地使膜(12)至少部分偏斜。

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