CN103185680A - 环形多孔纳米磁珠分离器及其安装方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及环形多孔纳米磁珠分离器，包括外壳和磁体组；磁体组呈瓦形，磁体组的数量为双数；磁体组沿着环形置于外壳内设置的与磁体组形状相应的容腔中；相邻磁体组之间的外壳上设有放置试管的试管孔；相邻磁体组之间的磁极极性相反。本发明还涉及环形多孔纳米磁珠分离器的安装方法。本发明具有有效提高磁体和试管孔利用率，提高分离效率，且易于装配的优点，属于纳米磁珠分离装置技术领域。

Description

环形多孔纳米磁珠分离器及其安装方法

技术领域

本发明涉及纳米磁珠分离装置，具体的说，涉及一种环形多孔纳米磁珠分离器及其安装方法。

背景技术

纳米磁珠分离技术已广泛应用于涉及微生物和化学目标物检测的多个领域，其主要功用在于：在复杂背景环境下捕获感兴趣的微生物和化学目标物，从而实现对微生物和化学目标物的提纯、稀释等，是对微生物和化学目标进行检测分析的一种前处理手段。其原理为：表面修饰了目标微生物抗体的磁珠由于抗体抗原的特异性反应形成磁珠微生物结合体，从而对外磁场敏感；磁珠微生物结合体被吸附，游离的杂质被去除，从而实现对目标物提纯和富集。

对少量微生物或化学目标物从复杂背景中被捕获并分离出来从而达到微生物或化学目标物提纯、稀释和分析等目的，关键在于设计局部的磁场环境，通过控制纳米磁珠达到控制微生物或化学目标物的目的，而实现这种磁场环境的装置就是磁分离装置。

现有的磁珠分离器采用立方永磁体实现磁场环境，对150nm磁珠的分离效率约为85%，对30nm磁珠的分离效率约为75%。其结构如图1所示，外壳为立方体形，内部设有四个立方体形的容腔，每个容腔置入一组立方体形的磁体组，相邻磁体组之间设置试管孔，位于最外侧的磁体组的外侧也设置试管孔。磁体组包括两块立方永磁体，两块立方永磁体之间放置用于导磁的金属片，金属片的两侧与试管孔的侧面正对。

这种结构的磁珠分离器具有如下缺点：

1.当需要多点（多试样）处理时，因为装置不能形成闭合，两端磁体磁场外泄，当用于样品处理时，效果明显减弱，因此，采用立方永磁体的磁珠分离器对磁体的利用率较低。尤其位于最外侧的两个试管孔，只有单边励磁，而单边励磁的分离效果差，因此在分离试验中基本不使用这两个试管孔。

2.分离效率较低，采用30nm磁珠的分离效率仅为75%。

3.图2所示，试管孔内放置的试管的下半部分具有锥度，而金属片为矩形，侧边与试管的上半部分对齐，因此试管外围与金属片之间存在间隙，在间隙处通过空气导磁，将减弱带锥度的试管内的磁感应强度。

4.金属片的材料为铁，导磁率较低，用于传递磁场时，效果不理想。

5.由于采用立方永磁体，磁珠分离器实现旋转、振动等环节带来不便，不利于磁珠分离器与其他前处理环节的组合，不利于形成磁分离混合自动化。

6.装配时，同组磁体组中的两块立方永磁体是直壁的，且磁极互斥，假如不夹紧，将会从立方体形的容腔中翻滚弹出，因此需要使用非磁性材料做的夹具，先固定一块后再装另一块。如图1所示，四组磁体组都是靠外壳的下侧边夹住，需要同时固定四组中位于上方的立方永磁体，再每组逐块添加位于下方的立方永磁体，再分别固定后，才能合上外壳。因此，这种特殊的夹具需要订做，且装夹困难，磁珠分离器的装配难度大。

发明内容

针对现有技术中存在的技术问题，本发明的目的是：提供一种有效提高磁体利用率和试管孔数量，且易于装配的环形多孔纳米磁珠分离器及其安装方法。

为了达到上述目的，本发明采用如下技术方案：

环形多孔纳米磁珠分离器，包括外壳和磁体组；磁体组呈瓦形，磁体组的数量为双数；磁体组沿着环形置于外壳内设置的与磁体组形状相应的容腔中；相邻磁体组之间的外壳上设有放置试管的试管孔；相邻磁体组之间的磁极极性相反。

磁体组包括瓦形的大磁瓦和瓦形的小磁瓦；小磁瓦的外圆周顶住大磁瓦的内圆周，两者之间设有导磁用的金属片；小磁瓦的外圆周与大磁瓦的内圆周的磁极极性相同。

试管孔正对金属片。

试管的左右两侧带有锥度，金属片的左右两侧具有与试管相同的锥度；试管放入试管孔时，金属片的侧边紧贴试管的外壁。

金属片的材质为坡莫合金。

外壳包括圆形部分、环形部分和与磁体组数量相同的隔板部分；圆形部分位于环形部分的中心，隔板部分沿着径向设置在圆形部分和环形部分之间；圆形部分、环形部分和两侧的隔板部分围成瓦形的容腔。

外壳的上、下两端面均设置有机玻璃板；位于上端面的有机玻璃板设有通孔，通孔与试管孔正对。

磁体组有六组。

磁体组为钕铁硼永磁体。

环形多孔纳米磁珠分离器的安装方法，包括如下步骤：将大磁瓦卡入外壳的容腔中，在大磁瓦的内圆周侧放入金属片，在金属片的内侧放入小磁瓦，使得大磁瓦、金属片和小磁瓦依次压紧并卡在和固定在容腔中，将大磁瓦与外壳固定，将小磁瓦与外壳固定，完成一组磁体组的安装；完成各组磁体组的安装。

本发明的原理是：使用瓦形永磁体叠加磁场，磁场由金属片传导，金属片使用高导磁材料，做成贴合试管外壁的锥度，避免空气间隙存在，有效将磁场传导到装有磁珠的试管上，以实现高磁感应强度，大梯度分离环境。瓦形永磁体结构能使整个装置呈现环形闭合，设置有双数个试管孔，多个试样同时工作，最大限度的利用了磁体。

总的说来，本发明具有如下优点：

1.使用瓦形的磁体组，磁体组之间的磁极相接，形成闭合的环，对磁体的利用率较高，不存在闲置的试管孔，试管孔的数量较多。

2.使用高导磁率的坡莫合金制作金属片，导磁效率高。

3.导磁用金属片做成贴合试管外壁的锥度形状，用金属导磁代替现有的空气导磁，导磁损失少。

4.由于环形的结构，能充分利用双数个磁体组形成闭环结构，可以灵活设置与磁体组数量相同的双数个试管孔。

5.互斥的、瓦形的大磁瓦和小磁瓦结构，由于瓦形结构内侧小、外侧大，在装配过程中大磁瓦被外壳自动固定住，在装小磁瓦的时候，不会翻滚弹出，不需要专用夹具，装配相对容易。且每组磁体组都是独立的一组，安装过程可独立进行。

6.环形多孔纳米磁珠分离器的环形的结构，使磁珠分离器易于实现旋转、振动等环节，易于与其他前处理环节组合，易于实现自动化。

7.将磁体组设置为六组，同时对应六个试管孔，主要是考虑成本、装置的尺寸和实验使用需要等因素进行优选设计。

8.当环形多孔纳米磁珠分离器具备上述各种优点时，可带来磁分离效率大于98%的优点。

附图说明

图1是现有的采用立方永磁体的磁珠分离器的结构示意图。

图2是现有的金属片置于试管两侧的结构示意图。

图3是本发明的结构示意图。

图4是图3的剖视图。

图5是本发明的金属片置于试管两侧的结构示意图。

图6是试管孔沿直径距离的磁感应强度的线条图，其中最大值为1.89T，最小值为0.72T。

图7是实施例的磁极分布图。

其中，1为外壳，2为磁体组，3为试管孔，4为金属片，5为试管，6为大磁瓦，7为小磁瓦，8为圆形部分，9为环形部分，10为隔板部分，11为有机玻璃板，12为通孔。

具体实施方式

下面将结合附图和具体实施方式来对本发明做进一步详细的说明。

环形多孔纳米磁珠分离器包括：一个外壳、六组磁体组、六片金属片和两片有机玻璃板。

外壳包括：圆形部分、环形部分和六个隔板部分，圆形部分、环形部分和隔板部分一体成型。圆形部分位于环形部分的中心。隔板部分位于圆形部分和环形部分之间，其长度方向与径向方向一致，六个隔板部分沿着圆周均布。圆形部分、环形部分和两侧隔板部分围成容纳磁体组的瓦形的容腔。隔板部分上设置放置试管的试管孔。

磁体组包括瓦形的大磁瓦和瓦形的小磁瓦，大磁瓦在小磁瓦的径向外侧。大磁瓦和小磁瓦之间放置用于导磁的金属片。磁体组整体也呈瓦形。同组磁体组之间的大磁瓦和小磁瓦的磁极极性相同，即大磁瓦和小磁瓦互斥，从而可使磁力线在狭小的空间里面聚集，因此提高了磁力线的密度，从而增强磁感应强度。相邻磁体组之间的磁极极性相反，从而环形排列的磁体组可以形成闭环结构。磁体组为钕铁硼（N52）永磁体。

金属片的两侧的形状与试管两侧的锥度相同，从而试管放入试管孔时，金属片可以贴合试管外壁，避免留下空气间隙。试管孔的位置与金属片正对。金属片的材质为坡莫合金。

有机玻璃板盖在外壳的上下两端面，将外壳和磁体组包裹在内，起到保护磁体组的作用。位于上端面的有机玻璃板设有六个通孔，通孔位置与试管孔位置正对。

装配时，将外壳平放，先将一组磁体组中的大磁瓦放入外壳的容腔中，再将金属片放在大磁瓦的内侧，从上方压住大磁瓦和金属片，避免滑移。大磁瓦由于两侧面具有锥度，自然固定并卡在容腔中，不会向外滑移。放入小磁瓦，上部压住，外壳上螺丝，使得大磁瓦和小磁瓦夹紧金属片。最后装配外壳上端面和下端面的有机玻璃板，保证磁体组不被刮花，上端面的有机玻璃板的通孔需正对试管孔，便于试管置入。

对比本实施例和现有的立方体形的磁珠分离器，现有装置需要8块磁体对应3个试管孔，而本实施例十二块磁体即可对应6个试管孔，有效提高磁体和试管孔的利用率。从图6和图7即可反映出本发明的实施效果。

上述实施例为本发明较佳的实施方式，但本发明的实施方式并不受上述实施例的限制，其他的任何未背离本发明的精神实质与原理下所作的改变、修饰、替代、组合、简化，均应为等效的置换方式，都包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.环形多孔纳米磁珠分离器，包括外壳和磁体组，其特征在于：所述磁体组呈瓦形，磁体组的数量为双数；磁体组沿着环形置于外壳内设置的与磁体组形状相应的容腔中；相邻磁体组之间的外壳上设有放置试管的试管孔；相邻磁体组之间的磁极极性相反。

2.按照权利要求1所述的环形多孔纳米磁珠分离器，其特征在于：所述磁体组包括瓦形的大磁瓦和瓦形的小磁瓦；小磁瓦的外圆周顶住大磁瓦的内圆周，两者之间设有导磁用的金属片；小磁瓦的外圆周与大磁瓦的内圆周的磁极极性相同。

3.按照权利要求2所述的环形多孔纳米磁珠分离器，其特征在于：所述试管孔正对金属片。

4.按照权利要求3所述的环形多孔纳米磁珠分离器，其特征在于：所述试管的左右两侧带有锥度，金属片的左右两侧具有与试管相同的锥度；试管放入试管孔时，金属片的侧边紧贴试管的外壁。

5.按照权利要求2所述的环形多孔纳米磁珠分离器，其特征在于：所述金属片的材质为坡莫合金。

6.按照权利要求1所述的环形多孔纳米磁珠分离器，其特征在于：所述外壳包括圆形部分、环形部分和与磁体组数量相同的隔板部分；圆形部分位于环形部分的中心，隔板部分沿着径向设置在圆形部分和环形部分之间；圆形部分、环形部分和两侧的隔板部分围成瓦形的容腔。

7.按照权利要求6所述的环形多孔纳米磁珠分离器，其特征在于：所述外壳的上、下两端面均设置有机玻璃板；位于上端面的有机玻璃板设有通孔，通孔与试管孔正对。

8.按照权利要求1至7中任一项所述的环形多孔纳米磁珠分离器，其特征在于：所述磁体组有六组。

9.按照权利要求1至7中任一项所述的环形多孔纳米磁珠分离器，其特征在于：所述磁体组为钕铁硼永磁体。

10.权利要求2至5中任一项所述的环形多孔纳米磁珠分离器的安装方法，其特征在于：包括如下步骤：将大磁瓦卡入外壳的容腔中，在大磁瓦的内圆周侧放入金属片，在金属片的内侧放入小磁瓦，使得大磁瓦、金属片和小磁瓦依次压紧并卡在和固定在容腔中，将大磁瓦与外壳固定，将小磁瓦与外壳固定，完成一组磁体组的安装；依次完成各组磁体组的安装。

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