CN113272063A - 用于输送磁性粒子的设备和方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种用于输送磁性粒子的设备。所述设备可以包括可以被配置用于围绕旋转轴线旋转的基板。此外，流体结构可以布置在所述基板中，所述结构可以设置有斜室壁，所述斜室壁可以相对于垂直于所述旋转轴线的平面以角度α布置。磁力元件可以相对于所述旋转轴线径向布置在所述斜室壁内部，并且可以被配置为根据所述磁力元件与所述流体结构之间的位置关系将磁力施加到布置在所述流体结构中的磁性粒子，其中所述斜室壁朝向所述磁力元件倾斜。此外，所述设备可以包括驱动器，所述驱动器可以被配置为使所述基板围绕所述旋转轴线旋转，使得所述磁力元件与所述流体结构之间的所述位置关系连续改变，从而在360°旋转期间对所述磁性粒子施加力以沿所述斜室壁并相对于所述旋转轴线径向向内输送所述磁性粒子。

Description

用于输送磁性粒子的设备和方法
技术领域
根据本发明的实施例涉及用于输送磁性粒子的设备和方法。
背景技术
在下文中，将呈现离心微流体领域的三种现有方法，它们允许在旋转系统中自动操纵磁性粒子。
Strohmeier等人已获得专利[1]并发表[2]称为“气相转变磁泳”(GTM)的方法。在这种用于输送磁性粒子的方法中，离心微流体盒(称为“实验室磁盘”)位于固定的永磁体下方。然而，在这里，在GTM期间作用在粒子上的磁力无法以可量化的方式进行调整，因为液体在静止期间以不受控制的状态存在(关于液体和气体之间界面的形成)。此外，所述方法不是普遍适用的(即，对于任何润湿特性的液体)。在必要的静止阶段(Concus-Finn条件)，高度润湿的液体(例如，核酸提取中经常使用的醇或表面活性剂)可以沿着微流体网络的边缘蠕变。因此，可能导致不期望的不同液体混合，这可能影响要执行的分析的质量。此外，所述方法仅使用理论上可用磁力的一小部分，因为在描述的构型中的磁力矢量(F磁力)的主要分量正交作用于面向永磁体(Fs)的盒的壁而不是在粒子的输送方向(Fp)上，这就是为什么使用所述方法不能非常有效地执行粒子输送的原因。
过去，不同的其他小组使用磁性粒子在离心微流体测试载体中混合液体。Grumann等人[3]已经发表了一种方法，所述方法在Andersson等人申请的专利中以比较方式进行了描述。[4]在上述出版物中，与GTM方法[2]类似，永磁体布置在离心微流体盒的上方或下方，使得盒中的粒子通过旋转而在每次旋转时穿过永磁体的磁场，这会由于磁感应粒子运动而导致液体的混合。然而，这些描述的论文仅允许控制微流体室内的粒子运动，而不是不同室之间的输送。
在离心微流体盒中实验室过程的上述自动化中，出现了专门操纵磁性粒子的运动以实施所需操作的挑战。在离心微流体中，特别是以下问题没有得到充分解决：
-目前，没有方法允许定量诊断在将粒子从液体中输送出时作用在粒子上的力。
-现有方法允许混合或输送或阻止粒子，但不能同时进行所有这些单元操作。
-现有方法不允许基于腔室几何形状(被动、整体)控制作用在磁性粒子上的力。
-在粒子从一个腔室输送到另一个腔室期间，现有方法不允许液体处于可控状态。
-现有方法不适用于处理高度润湿的液体(诸如醇类、表面活性剂)，但它们经常用于上述应用领域。
考虑到上述情况，需要一种构思，允许在增加粒子输送期间液体的状态控制、防止粒子输送期间液体混合和提高粒子输送效率之间的改进的折衷。
该目的通过具有设备权利要求1和方法权利要求11的独立权利要求来解决。
在从属权利要求中定义了本发明的其他改进形式。
发明内容
一个实施例涉及用于输送磁性粒子的设备。例如，磁性粒子可以是通常具有1pm至5mm、500pm至2mm或1nm至1mm的大小的固体。在这里，可以提供可以是顺磁性、铁磁性或亚铁磁性的磁芯材料。用不同的材料(例如二氧化硅或聚合物)对芯进行(特定于应用的)包层是可能的。芯的包层可以再次被磁性材料包覆，所述磁性材料可以再次被另一种材料包覆。因此，磁性粒子可具有至少两层。粒子的表面可以被不同的分子占据，所述分子可以与分析物，例如硅烷醇基团(SiOH)、二氧化硅基团(SiO2)、羧基基团(COOH)等，或蛋白质、抗体或寡核苷酸等形成化学键。本文所述的可包含磁性粒子的材料列表被认为是示例性的而非限制性的。
所述设备可以包括可以被配置用于围绕旋转轴线旋转的基板以及基板中的流体结构，所述流体结构包括斜室壁，所述斜室壁可以相对于垂直于所述旋转轴线的平面以角度α布置。基板可以包括例如圆盘，所述圆盘具有垂直于圆形区域在1nm至5cm、10nm至1cm或100nm至5mm范围内的厚度，并且可以具有在2cm至30cm、3cm至20cm或5cm至10cm范围内的圆形区域的直径。在这里，圆形区域被布置为例如垂直于旋转轴线。基板包括例如基于聚合物的材料，诸如热塑性塑料、热固性塑料或弹性体或玻璃，诸如二氧化硅。例如，旋转轴线可以引导通过基板的圆形区域的中心，并且垂直于旋转轴线的平面可以代表基板的两个圆形区域中的一个。
此外，设备可以包括磁力元件，所述磁力元件相对于所述旋转轴线径向布置在所述斜室内部，并且被配置为根据所述磁力元件与所述流体结构之间的位置关系将磁力施加到布置在所述流体结构中的所述磁性粒子，其中所述斜室壁朝向所述磁力元件倾斜。任选地，所述设备可以包括多个磁力元件。一个或多个磁力元件可以包括永磁体(例如，铁磁体、稀土磁体等)、电磁体或部分的永磁体和部分的电磁体。斜室壁可以具有在基板中径向远离旋转轴线的位置，使得在斜室壁的径向内侧可以意味着磁力元件可以布置在从旋转轴线直到斜室壁的所述位置的区域中。因此，磁力元件被布置为例如相对于斜室壁进一步的径向向内。
此外，所述设备可以包括驱动器，所述驱动器被配置为使所述基板围绕所述旋转轴线旋转，其中所述磁力元件与所述流体结构之间的所述位置关系连续地改变，并且从而在围绕所述旋转轴线以360°角旋转期间对所述磁性粒子施加力，以沿所述斜室壁并相对于所述旋转轴线径向向内输送所述磁性粒子。
所述设备的实施例基于以下发现：与未倾斜的室壁相比，可以通过朝向磁力元件以角度α倾斜的斜室壁增加一部分的可用于输送磁性粒子的磁力，其中磁性粒子可以在基板中的流体结构内快速且有效地输送。因此，由于与平行于垂直平面的壁相比，斜室壁可以允许简化流体结构中的磁性粒子的输送，因为更少的摩擦力通过斜室壁的表面作用在磁性粒子上并且由此使得更大部分磁力可用于输送粒子。因此，在基板的连续旋转期间可以发生磁性粒子的非常有效的输送，其中，在输送磁性粒子期间，流体结构中的液体的状态(任选地，磁性粒子布置在液体中)可以由所述设备很好地控制，因为例如相变(例如，在流体结构中从液体到气体)的限定位置可以通过连续旋转来限定。因此，连续旋转额外地允许防止流体结构内的液体的混合，因为流体结构内的液体的位置可以通过连续旋转确定并且可以保持该位置。
因此，必须说明的是，由于斜室壁和基板的连续旋转，，所述设备可以允许磁性粒子的有效输送，并且完全控制液体状态并防止流体结构内的液体的混合。
根据一个实施例，斜室壁可以具有0°至90°范围内的角度α，其中排除α＝0°和α＝90°的极限值(0°＜α＜90°)。因此，斜室壁的角度α可以调节为使得施加到磁性粒子的磁力非常大，使得磁力不被斜室壁的表面的摩擦力消除，这允许通过所述设备有效输送磁性粒子。可替代地，角度α可以在5°至85°、10°至80°或25°至65°的范围内。
根据一个实施例，基板中的流体结构可以包括凹部，所述凹部包括斜室壁。此外，流体结构可以包括密封结构，所述密封结构可以布置基板的密封区域上，在布置有凹部的基板的密封区域上。因此，例如，斜室壁可以布置在基板中并且基板中的凹部可以被密封结构封闭。在这里，密封结构可以与斜室壁相对。任选地，流体结构可以具有通过基板或通过密封结构到外部的连接件。密封结构是例如圆盘，所述圆盘可以具有与基板相同的尺寸或偏差的尺寸，诸如更小或更大的厚度或更小或更大的直径。由于密封结构例如经由密封区域牢固地连接到基板，因此所述设备的驱动器可以使基板以及密封结构两者围绕旋转轴线的连续旋转。
根据一个实施例，磁力元件可以安装在固定载体上，所述固定载体布置在基板的与密封区域相对的侧面上。因此，磁力元件可以布置在基板中的流体结构的斜室壁的侧面上并且与密封结构相对(基板例如位于磁力元件和密封结构之间)。因为磁力元件安装在固定载体上，因此磁力元件与流体结构之间的位置关系可能由于基板的连续旋转而改变。因此，磁力元件可以对磁性粒子施加磁力以在旋转期间将磁性粒子从基板中的一个位置输送到基板中的另一个位置。任选地，所述设备包括可以布置在固定载体上的不同位置处的多个磁力元件。因此，可以非常有效地配置磁性粒子的输送，因为例如流体结构内不同位置处的磁性粒子可以借助于磁力同时地改变它们的位置和/或作用在运输方向上的磁力的一部分增加，这使得输送非常快速且有效。
根据一个实施例，流体结构可以包括第一流体室、第二流体室和将第一流体室连接到第二流体室的连接件。此外，流体室中的至少一个可以包括斜室壁。因此，例如，第一流体室或第二流体室可以包括斜室壁，借助于所述斜室壁，磁性粒子可以通过磁力沿着斜室壁输送到连接件。因此，斜室壁可以朝向磁力元件并朝向连接件倾斜，以在连接件的方向上非常有效地引导磁性粒子。
根据一个实施例，所述设备可以被配置为经由连接件将磁性粒子从第一流体室输送到第二流体室中。因此，例如，第一流体室包括斜室壁，其中磁性粒子可以在连续旋转期间沿着斜室壁输送到连接件，并且随后经由连接件输送到第二流体室。在此，连接件可以相对于旋转轴线径向布置成比斜室壁更靠内侧，其中磁力元件相对于连接件的位置布置成使得由磁力元件施加到磁性粒子的磁力实现将磁性粒子从第一流体室经由连接件到第二流体室中的输送。因此，磁力元件可以径向布置成例如比连接件更靠内侧或布置在连接件的最小径向位置处。在这里，连接件的最小径向位置包括例如与沿连接件的其他径向位置相比到旋转轴线的最小距离。
根据一个实施例，所述连接件可以包括内壁，所述内壁包括相对于所述旋转轴线比外壁更低的径向位置，并且当所述基板被施加低于临界旋转频率的旋转频率时，所述内壁的径向位置在方位角方向上朝向所述第二流体室改变，以在通过所述连接件输送期间在从所述第一流体室向所述第二流体室的方向的方位角方向上以及在相对于所述旋转轴线径向向内的方向上改变所述磁性粒子的位置。因此，内壁的位置可以在方位角方向上(即例如在围绕旋转轴线的旋转的单位矢量的方向上)以及相对于旋转轴线径向向内地沿着方位角方向改变。因此，例如从第一流体室到第二流体室的连接件的内壁可以具有到旋转轴线的减小的距离(径向向内的变化)。
基板围绕旋转轴线的旋转可以具有旋转频率。如果旋转频率低于临界旋转频率，则可以由磁力元件施加到磁性粒子上的磁力，例如大于可以施加到粒子上的旋转感应离心力，其中第一流体室内的磁性粒子可以沿着斜室壁径向向内输送到连接件，并且可以在连接件内在从第一流体室到第二流体室的方位角方向上输送，其中径向向内的位置进一步径向变化(例如沿着连接件的内壁)。因此，在径向向内输送期间，磁性粒子可以撞击径向位置在方位角方向上改变的内壁，使得磁性粒子在其过程中进一步径向向内且在向基板的方位角方向上(例如，在流体结构内部)移动，亦即在从磁性粒子来自的第一流体室到第二流体室的方向上移动。
根据一个实施例，内壁的径向位置可以在方位角方向上径向向内改变直到转折点，并且径向位置可以从转折点径向向外改变，其中内壁可被配置为在基板被施加低于临界旋转频率的旋转频率时由于磁力而在该转折点处停止磁性粒子。因此，连接件的内壁可以包括从第一流体室到转折点的第一区段，其中从内壁到旋转轴线的距离可以连续减小，以及可以具有例如从转折点到第二流体室的第二区段，其中从内壁到旋转轴线的距离可以连续地增加。因此，内壁的径向位置沿着方位角方向改变，例如首先径向向内并且在转折点之后径向向外改变。
如上所述，在低于临界旋转频率的旋转频率下，径向向内作用的磁力可以大于径向向外作用的旋转引起的离心力。因此，磁性粒子可以停止在转折点周围的区域中，因为磁性粒子在低于临界旋转频率的旋转频率下被径向向内拉动，但转折点处的连接件径向向外改变。换句话说，内壁的径向位置的变化(例如，沿着内壁在方位角方向上)可以具有符号。内壁的径向位置的变化可以改变径向轴线上朝向第二流体室的位置处(例如，在转折点处)的符号，使得磁性粒子被径向向内作用的磁力停止在该转折点处。在这里，磁性粒子可以例如停止在该转折点周围的区域中，其中磁性粒子例如被径向向外延伸的内壁的一部分停止。
根据一个实施例，所述内壁可以被配置在所述转折点之后，使得当所述基板被施加大于所述临界旋转频率的旋转频率时，其在向所述第二流体室的方向的方位角方向上，以及在相对于所述旋转轴线的径向向外的方向上改变所述磁性粒子的位置，以将所述磁性粒子输送到所述第二流体室中。如果基板的旋转感应旋转频率大于临界旋转频率，则可以作用在磁性粒子上的磁力可以低于作用在粒子上的旋转感应离心力，其中可以径向向外，即远离旋转轴线(例如，到旋转轴线的距离变大)输送磁性粒子。因此，磁性粒子可以从转折点输送到第二流体室中。
在这里，应当注意，在磁性粒子的输送期间，基板的旋转频率可以改变，但是基板可以连续地被提供有具有旋转频率的旋转。换句话说，内壁的径向位置的变化可以具有符号。在符号改变之后，内壁可以被取向成使得当提供具有可以通过离心力克服径向向内作用在磁性粒子上的磁力并且可以径向向外输送磁性粒子的效果的临界旋转频率时，磁性粒子可以聚集在第二流体室中。
因此，磁性粒子可以通过使用施加到基板的不同旋转频率从第一流体室通过连接件输送到第二流体室中。在这里，磁性粒子的输送可以沿着流体结构的连接件的内壁运行并且可以借助于旋转由驱动器控制。
根据一个实施例，连接件可以通向第二流体室，使得在孔口处形成台阶，所述台阶在磁力作用时防止磁性粒子从第二流体室输送到第一流体室的连接件中。例如，所述台阶可以形成为使得其远离磁力元件指向，其中被磁力元件的磁力吸引的磁性粒子与台阶的方向相反地移动，其中磁性粒子不能克服台阶。在这里，台阶的方向被定义为例如第二流体室的室壁远离平行于旋转轴线延伸的磁力元件的变化(或相对于旋转轴线在从第二流体室到第一流体室的方向上倾斜高达45°)。因此，可以实现依赖于方向的输送，即从第一流体室到第二流体室中，因为所述台阶可以防止磁性粒子从第二流体室通过连接件输送到第一流体室中。利用该特征，可以实现磁性粒子从第一流体室到第二流体室中的非常有效地输送，同时因为放置返回输送，防止来自第二流体室的液体或磁性粒子与来自第一流体室的液体或磁性粒子混合。
实施例提供了用于输送磁性粒子的方法，其包括以下步骤：借助于驱动器使基板围绕旋转轴线旋转，其中磁力元件和所述基板中的流体结构之间的位置关系连续地改变。借助于磁力元件，根据所述磁力元件与所述基板中的所述流体结构之间的所述位置关系，可以将磁力施加到布置在所述流体结构中的磁性粒子，其中所述基板中的所述流体结构包括相对于垂直于所述旋转轴线的平面成角度α布置的斜室壁，其中所述斜室壁朝向所述磁力元件倾斜，并且其中所述磁力元件相对于所述旋转轴线径向布置在所述斜室壁内部。此外，所述方法可以包括借助于在360°旋转期间施加到粒子的力，相对于旋转轴线径向向内沿斜室壁输送布置在流体结构中的磁性粒子。
根据一个实施例，旋转频率可以在旋转期间变化，使得当在第一阶段中施加磁力时，旋转频率下降低于临界旋转频率，其中磁性粒子通过磁力沿着斜室壁在相对于旋转轴线径向向内的方向上输送离开第一流体室，并平行于连接件的内壁输送到第一流体室和第二流体室之间的连接件的转折点，并且在第二阶段中，旋转频率超过临界旋转频率，其中磁性粒子在相对于旋转轴线径向向外的方向上从连接件离心输送到第二流体室中。
根据一个实施例，两个流体室中的至少一个可以至少部分地填充有液体介质，并且磁性粒子可以在运输期间移动越过液体介质和气体介质之间的相界(例如，弯液面＝流体结构中液体和气体之间的界面)。
根据一个实施例，磁性粒子可以被输送到没有液体介质的流体室并且可以在没有液体介质的流体室中被干燥。
根据一个实施例，两个流体室可以部分地填充有液体介质，使得在输送期间，磁性粒子可以从第一液体介质经由气体介质输送到第二液体介质中。根据一个实施例，磁性粒子可以在气体介质中被干燥。
根据一个实施例，第一流体室可以填充有液体介质，使得相界布置在斜室壁上。
根据一个实施例，第二流体室可以部分地填充有液体介质并且第一流体室可以完全地填充有气体介质。此外，第一流体室可以包括磁性粒子，使得在输送期间，磁性粒子可以从第一流体室经由气体介质输送到填充有液体介质的第二流体室中。因此，第一流体室例如不包括液体介质。这允许首先以干燥或半干燥的方式(例如，仅部分被液体润湿)输送磁性粒子，例如从第一流体室输送到第二流体室的液体介质中。任选地，在磁性粒子借助于所述方法从第零位的流体室输送到第一流体室中以在第一流体室中干燥之前，磁性粒子可以首先与设备的第零位的流体室中的液体介质接触。随后，可以借助于所述方法将磁性粒子进一步输送到第二流体室的液体介质中，其中第二流体室的液体介质可以不同于第零位的流体室的液体介质。
本发明的一个实施例提供一种用于输送磁性粒子的设备，所述设备包括被配置用于围绕旋转轴线旋转的基板。此外，所述设备包括基板中的流体结构，其中流体结构包括第一流体室、第二流体室和将第一流体室连接到第二流体室的连接件。此外，所述设备包括：磁力元件，其被配置为根据所述磁力元件与所述流体结构之间的位置关系将磁力施加到布置在所述流体结构中的所述磁性粒子；以及驱动器，其被配置使所述基板围绕所述旋转轴线旋转，其中所述磁力元件和所述流体结构之间的所述位置关系连续地改变，并且在围绕所述旋转轴线以360°角旋转期间对所述磁性粒子施加力，以将所述磁性粒子经由所述连接件从所述第一流体室输送到所述第二流体室中。第一流体室和/或第二流体室例如不包括斜室壁。任选地，第一流体室和/或第二流体室可以包括斜室壁。
附图说明
下面将参考附图来讨论根据本发明的实施例。关于图示的示意图，应当注意，图示的功能块将被视为本发明设备的元件或特征以及本发明方法的相应方法步骤，并且本发明方法的相应方法步骤也可以从其中推导。他们示出：
图1是根据本发明的实施例的设备的示意图；
图2是根据本发明的实施例的具有在流体结构中的液体的设备的示意图；
图3a是根据本发明的实施例的流体结构的第一次旋转时设备的流体结构和磁力元件的示意图；
图3b是根据本发明的实施例的流体结构的第二次旋转时设备的流体结构和磁力元件的示意图；
图3c是根据本发明的实施例的流体结构的第三次旋转时设备的流体结构和磁力元件的示意图；
图4是根据本发明的实施例的设备的流体结构的示意图；
图5a是根据本发明的实施例的设备的从连接件到第二流体室的台阶的顶视图的示意图；
图5b是根据本发明的实施例的设备的流体结构的一部分的示意性三维图；
图5c是根据本发明的实施例的设备的流体结构的一部分的示意性三维图的侧视图；
图6是使用根据本发明的实施例的设备输送磁性粒子的示意图；
图7是根据本发明的实施例的设备和方法的应用示例的示意图；
图8是可以由根据本发明的实施例的设备执行的GTM方法的示意图；
图9为无斜室壁的设备的示意图；
图10a是离心微流体盒的示意图；
图10b是可用于根据本发明的实施例的设备的磁力元件几何结构的示意图；
图11a是根据当前技术的微流体结构的示意图；
图11b是根据当前技术的离心微流体盒的示意图；并且
图12是根据本发明的实施例的用于输送磁性粒子的方法的框图。
具体实施方式
在下面更详细地讨论本发明的实施例之前，应当注意，同一的、功能上相同或相同的元件、物体和/或结构在不同的附图中具有相同或相似的附图标记，使得在不同实施例中说明的这些元件的描述是可相互交换或相互适用的。
图1示出用于输送磁性粒子110的设备100的示意图。图1的示意图可以说明穿过设备100的横截面。设备100可以包括可以被配置为围绕旋转轴线134旋转132的基板120。此外，流体结构140可以布置在基板120中，其可以包括斜室壁142，所述斜室壁可以相对于垂直于旋转轴线134的平面145以角度α144布置。磁力元件150可以相对于旋转轴线134径向布置在斜室壁142内部，并且可以被配置为根据磁力元件150与流体结构140之间的位置关系将磁力152施加到设置在流体结构140中的磁性粒子110，其中斜室壁142朝向磁力元件150倾斜。此外，设备100可以包括驱动器130，所述驱动器可以被配置为向基板120提供围绕旋转轴线134的旋转132，其中磁力元件150与流体结构140之间的位置关系连续改变，从而在360°旋转期间对磁性粒子110施加力160以沿斜室壁142并相对于旋转轴线134径向向内输送磁性粒子。所得的力160由磁力152和离心力136等组成，并且仅在图1中示意性地示出。
可作用于磁性粒子110上的力160可由例如由磁力元件150产生的磁力152、由旋转132产生的离心力136和摩擦力(例如，磁性粒子110之间的摩擦、磁性粒子110在斜室壁142处的摩擦、磁性粒子110在流体结构140中的环境介质(例如，液体或气体)处的摩擦等)组成。
根据一个实施例，驱动器130可以集成在基板120中或者可以与基板120接触以向基板120提供旋转132。
根据一个实施例，驱动器130可以是机械设备(例如，发动机、发条装置等)。
根据一个实施例，斜室壁142的角度α144可以在0°至90°的范围内(0°＜α＜90°)。可以调整角度144，使得斜室壁142的表面上的磁性粒子110的摩擦力被最小化并且因此大的力160相对于旋转轴线径向向内，即，朝向旋转轴线134作用在磁性粒子110上。取决于磁力元件150和流体结构140的定位，角度α144可以被调整为使得斜壁以最佳方式朝向磁力元件150倾斜。
根据一个实施例，流体结构140可以包括基板120中的凹部，其可以包括斜室壁142。
根据一个实施例，磁力元件150可以被布置在固定载体154上，所述载体被布置在基板120的一侧上，使得磁力元件150被布置为面向斜室壁142。以那种方式，例如，在磁力元件150与斜室壁142之间不应布置流体结构140的内部体积，使得流体结构140的斜室壁142面向磁力元件150布置。
根据一个实施例，流体结构140可以包括第一流体室170、第二流体室172和将第一流体室170连接到第二流体室172的连接件174。根据图1，例如，第一流体室170以及第二流体室172两者包括斜室壁142。连接件174仅在图1中示意性地示出并且可以基于图4、图5a、图5b和图5c详细示出。
根据一个实施例，图1的设备100可以被配置为将磁性粒子110从第一流体室170经由连接件174输送到第二流体室172中。例如，借助于通过驱动器130和磁力元件150控制旋转132来发生这种输送，所述磁力元件产生力160，磁性粒子110可以通过所述力从第一流体室170沿连接件174输送到第二流体室172中。例如，在图6中详细描述了这种输送。
根据一个实施例，图1的连接件174可以包括内壁，当基板120被施加低于临界旋转频率的旋转频率时，所述内壁的径向位置在方位角方向上(例如，在旋转132的单位矢量的方向上)朝向第二流体室172改变，以在通过连接件174输送期间在从第一流体室170向第二流体室172的方向的方位角方向上以及相对于旋转轴线134径向向内的方向上改变磁性粒子110的位置。内壁的径向位置可以在方位角方向上径向向内变化直到转折点，并且可以在转折点之后径向向外变化。当基板120被施加低于临界旋转频率的旋转频率时，内壁可以被配置为在该转折点处由于磁力152而阻止磁性粒子110。在转折点之后，当基板120被施加大于临界旋转频率的旋转频率以将磁性粒子110输送到第二流体室172中时，内壁可以被配置为使得其在向第二流体室172的方向的方位角方向上以及在相对于旋转轴线134径向向外的方向上改变磁性粒子110的位置。任选地，在转折点之后，当基板120被施加大于临界旋转频率的旋转频率以将磁性粒子110输送到第二流体室172中时，内壁可以被配置为使得其在向第二流体室172的方向的方位角方向上以及在相对于旋转轴线134径向向外的方向上改变磁性粒子110的位置。此外，连接件174可以通向第二流体室172，使得在孔口处形成台阶，当磁力152作用时，所述台阶可以防止磁性粒子110从第二流体室172输送到连接件174中并且回到第一流体室170。
连接件174的特定构型可以允许磁性粒子110根据方向从第一流体室170经由连接件174有效输送到第二流体室172中。此处，连接件174可以被配置为使得磁性粒子110的输送可以仅通过磁力元件150相对于旋转轴线134的特定布置和通过驱动器130对旋转132的控制而非常有效地实现。此外，连接174的具体构型可以被优化，使得在磁性粒子110的输送期间可以通过驱动器130连续地为基板120提供旋转132并且因此旋转132不必为了输送而中断。
在下文中，换句话说，将更详细地描述图1的设备100。
本发明的主题是用于在旋转系统中(例如，在提供有旋转132的基板120中)输送磁性粒子110的设备100和方法。系统的旋转132例如是永久性的，即在该过程中系统的旋转频率总是不等于零。
在系统中提供任选地填充有液体的流体室170、172，所述流体室各自被气体体积(例如，布置在连接件174中)分开。磁性粒子10位于例如流体室170、172中的至少一个中。
旋转系统相对于固定磁力元件150布置，使得在旋转132期间在流体室170、172中的系统中产生随时间和局部变化的磁场，这将磁力152施加到磁性粒子110，其中当流体结构140与磁力元件150具有最小距离时，磁性粒子110上的最大磁力(磁力例如与梯度(B)*B，即“流密度*流密度的梯度”成比例，该项随着距磁力150的距离减小而变大)总是存在。在径向方向上，例如，磁力元件150比流体室170、172中的液体更靠近旋转中心(例如，旋转轴线134)。
在旋转系统中且在临界旋转频率之下，磁力152超过了抵消磁力的力：作用在磁性粒子110上的离心力136、作用于在液体内移动的磁性粒子上的摩擦力以及磁性粒子110可以位于其中的介质(例如，当磁性粒子位于相边界处(例如，液体和气体介质之间)时的液体)的表面张力。因此，磁性粒子110朝向旋转中心134移动。
在旋转系统中并且在临界旋转频率之上，(主要)离心力136超过磁力152许多倍，其中磁性粒子110远离旋转中心134移动。
这允许磁性粒子110从第一流体室170定向输送到第二流体室172，因为在未达到临界旋转频率的情况下，磁性粒子110执行相对于旋转系统的相对运动。
此外，作用在旋转系统中的磁性粒子110上的磁力150的值可以通过位于其上的几何形状而改变。具有变化的深度的流体室170、172例如导致其中的磁性粒子110到磁力元件150的距离不同。这导致例如流体室170、172中的磁性粒子110优选位于的区域和磁性粒子110移动的优先方向。
通过巧妙的实施，上述设备100和所描述的方法允许例如用于磁性粒子110的自动输送的两个功能：
a)在流体室170、172中的液-气边界的区域中可以增加在输送方向上作用在磁性粒子110上的磁力152，因为流体室170、172包括朝向磁力元件150的斜室壁142。因此，用于粒子输送的磁力152的部分与斜室壁142的倾斜角144成比例地增加，并且斜室壁142处的磁性粒子110的摩擦以相同的系数减小。这消除了例如中断粒子输送的旋转的必要性。
b)通过相对于流体室深度(平行于旋转轴线134)的反向步骤，可以实现二极管相对于磁性粒子110的输送方向的功能。
离心微流体应对在旋转系统(如设备100)中处理fL-mL范围内的液体。基板120任选地实现为一次性聚合物盒，其可与离心转子一起使用或代替离心转子，以实现例如实验室过程自动化。在这里，标准的实验室过程，诸如移液、离心、混合或等分，可以在微流体盒(如基板120)中实施。为此目的，设备100任选地包括用于流体引导(例如，液体引导)的通道(例如，连接件174)以及用于收集液体的流体室170、172。设备100可以被施加预定义的旋转频率序列、频率协议，使得流体结构140内的液体可以通过离心力136移动。离心微流体主要应用于实验室分析和移动诊断中。
设备100可以实现为在特定处理装置中使用的离心微流体盘(“Lab-on-a-disk”、“LabDisk”、“Lab-on-CD”等)。
在这里，设备100的主要应用领域是例如核酸分析、细胞分析、临床化学或蛋白质分析。在这些领域中，经常使用大小为1nm-1mm(也称为“小珠”)的磁性粒子110。在这里，磁性粒子110通常用作流动固相，特异性或非特异性地存在于基质(待分析的样品的整体，例如：血液、尿液、咽拭子、唾液等)中的分析物(在测试中待分析的样品的成分)可以结合在所述固相上。这样的过程称为正提取。可以通过结合除分析物之外的基质的所有成分来获得负提取，其中这种程序的应用频率低于正提取。在所描述的应用中，磁性粒子110被证明是有利的，因为它们可以在外部磁场的帮助下由于其磁性特性而被操纵。对此的示例是在悬浮液中(例如，在第一流体室170的液体中)的磁性粒子110的停止或收集，同时其液体被交换，或者通过磁性粒子的特定运动在磁场或磁性粒子从一种液体输送到另一种液体的帮助下而混合液体。
本发明涉及用于对旋转系统中的磁性粒子110进行位置控制的流体模块、设备和方法。因此，设备100被配置为在操作努力最小的过程期间控制磁性粒子110的位置和移动。该过程的目的是例如从基质中自动提取分析物或提取干扰后续分析的基质成分。
因此，必须说明的是，设备100可以消除对例如旋转132的中断的需要，使得旋转频率是例如唯一的可变过程参数，其中设备100可以以非常简单的方式输送粒子(在此，磁性粒子110也可以仅被称为粒子)，粒子输送期间的恢复力可以通过斜室壁142的倾斜最小化，磁性粒子的输送可以通过二极管功能通过反向步骤以引导方式，例如在从第一流体室170到第二流体室172的连接件174中调节，并且当液体被设置在流体室中(例如，在第一流体室170中)时，气液界面的径向位置可以通过连续旋转132以限定的方式调整。
图2示出用于输送磁性粒子110的设备100的示意图。图2示出穿过设备100的流体模块1的截面图。根据本发明的一个实施例，设备100可包括可通过驱动器130围绕旋转中心134(以下也可称为旋转轴线134)旋转的流体模块1，以及可以布置成与流体模块1相对的磁力元件150。
流体模块1可以包括基板120和密封结构122。在这里，密封结构122可以包括与基板120相同的材料或不同的材料。基板120可以包括可以在流体模块1中形成流体结构的凹部。布置在流体模块1中的流体结构可以包括可以部分地填充有液体5和气体13的两个或更多个流体室170。在液体5中有例如磁性粒子110。在基板120中，两个或更多个流体室170可以包括凹部，所述凹部可以包括斜室壁142，并且两个或更多个流体室170可以包括可以布置在基板120的密封区域124上的密封结构122。因此，流体模块可以包括流体结构，诸如由基板120和密封结构122例如从所有侧面限定的两个或更多个流体室170。
流体模块1可以在具有空间方向r18和z 19的虚拟坐标系中描述，其原点17位于旋转中心134中。基板120与密封结构122之间的密封区域124可以代表圆形区域、圆形扇区/圆形截面、矩形区域或三角形区域。在这里，旋转轴线134可以布置在例如圆形区域的中心、圆形扇区/圆形截面的尖角中、矩形区域的边的中心中或三角形区域的角处。根据一个实施例，基板120以及密封结构122两者在顶视图中可以具有与密封区域124相同的延伸部(平行于密封区域124)。
相界6位于例如流体室170中的液体体积5和气体体积13之间。只要流体模块1以旋转频率围绕旋转中心134旋转132，相界6位于例如在径向空间方向r18上距旋转中心134的限定距离20处。可以选择旋转频率，使得作用在液体体积5上的离心力136超过液体体积5和流体室170中的流体模块1之间的毛细作用力。随着旋转频率的变化，相界6的位置可以变化。由于可以例如与围绕旋转轴线134的旋转132连续地提供基板120，相界6的位置例如在任何时间都基于距离20来限定。
流体室170被配置为使得流体室170的面向磁力元件150的斜室壁142在相界6的位置处以角度α144倾斜，相对于关于水平线(例如，旋转轴线134)垂直的平面145指向磁力元件150。斜室壁142的角度α144可以在α＞0°至α＜90°的范围内。由于相界6的位置被布置在例如斜室壁142的区域中的事实，磁性粒子110的输送可以沿着斜室壁142跨相界6发生，这使得磁性粒子110的输送非常快速且有效。斜室壁142也可称为流体室170的斜壁面。
根据一个实施例，磁力元件150可以相对于旋转轴线134径向布置在斜室壁142内部，并且可以被配置为根据磁力元件150与流体结构之间的位置关系将磁力152施加到设置在流体结构中的磁性粒子110。磁力元件150可以被布置在固定载体154上，所述载体被布置在基板120的与密封区域124相对的一侧上。驱动器130可以被配置成为具有基板120和密封结构122的流体模块1提供围绕旋转轴线134的旋转132，其中磁力元件150与流体结构之间的位置关系连续改变，并且从而例如在360°旋转期间对磁性粒子110施加力以沿斜室壁142并相对于旋转轴线134径向向内输送磁性粒子110。因为磁力元件150以固定的方式布置在载体154上，并且流体模块1借助于驱动器130提供有旋转132，例如，磁力元件150与流体结构之间的位置关系改变。
从流体室170的角度来看，固定磁力元件150产生例如在旋转系统内产生随时间变化的磁场的磁场，其中这种流体室170中的磁场的变化可以与旋转流体模块1的旋转频率ω成正比。在旋转期间，磁场产生，例如，所得的净磁力F磁力152，只要磁性粒子110在磁场内，所述磁力F磁力152就可以作用在磁性粒子110上。在此，磁力152的矢量可分为方向矢量F磁力，r11和F磁力，z10。在这里，这两个方向向量可以在圆柱坐标系(r，θ，z)中描述为例如F磁力，r＝(r，θ＝0，z＝0)和F磁力，z＝(r＝0，θ＝0，z)，其中可以应用以下条件：F磁力，z＞F磁力，r。如上所述，任选地，当考虑净作用磁力F磁力时，可以应用θ＝0。其原因在可以表示流体模块1的流体室170的顶视图的图3a至图3c中示出。
图3a至图3c示出在旋转132的不同时间磁力元件150和设备100的流体结构的流体室170之间的位置关系。流体室170包括例如斜室壁142，其中相界6布置在斜室壁142的区域中的液体体积5和气体体积13之间。流体室170可以形成设备的流体结构的一部分，其中连接件174a、174b可以将流体室170连接到流体结构的其他元件(诸如其他流体室或连接件)。
在流体室170在磁力元件M 150下方移动期间，总是指向例如磁力元件150的方向的瞬态磁力F磁力(t)152可以作用在磁性粒子110上。为了确定净磁力，即，只要磁力152作用在磁性粒子110上，就可以添加在t＝t0和t＝t2之间的所有F磁力(t)(对于t＝t0，参见图3a，对于t＝t1，参见图3b，并且对于t＝t2，参见图3c)。这例如，对于在方向r和z上用于输送的净磁力导致在时间t1的磁力(F磁力＝F磁力(t1))，其中净磁力可以在描述的时间段内使用以下公式计算：
Figure BDA0003154765730000171
其中作用在可磁化粒子上的力取决于磁流密度(grad(B(t)))的梯度、磁流密度B(t)、粒子的磁化率χmag、周围介质的磁化率χmed、可磁化材料的体积V磁力，小珠以及真空磁导率μ0(常数)：
Figure BDA0003154765730000172
与输送相关，从这个方程得出没有
Figure BDA0003154765730000173
分量的力。
换句话说，图3a、图3b和图3c以顶视图示出在时间t0至t2在旋转132的恒定旋转频率ω下离心力F离心136以及流体室170中磁性粒子110上的磁力F磁力(t)152的示意图。在该时间期间，例如具有液体5和磁性粒子110的流体室170在磁力元件M 150下方经过一次。
根据图2，恢复力可以抵抗磁力152作用在磁性粒子110上。根据一个实施例，其可以基本上但不排他地对应于作用在磁性粒子110上的离心力136、例如在磁性粒子110和斜室壁142之间接触的情况下的摩擦力14以及相界6处的表面力的总和。因此，磁性粒子110可以通过流体结构内的设备100输送的力160可以由如上所述的不同力组成。
计算作用在粒子110上的离心力F离心136，例如，作为旋转频率ω的函数：
F离心(ω)＝V小珠*(ρ小珠-ρamb)*ω2*r，
具有粒子110的体积V小珠和密度ρ小珠、粒子110周围的流体(例如流体5或气体13)的密度ρAmb和粒子110到旋转中心134的距离r。
为通过相界6输送粒子110所要克服的表面F表面例如如下：
Figure BDA0003154765730000181
具有粒子110的表面张力σ液体和总体积V小珠。
此外，摩擦力14例如作用在流体5内移动的粒子110上。该摩擦力14被称为斯托克斯-阻力F拖拽力：
F拖拽力＝6πηav0，
其中η代表围绕粒子110的流体5的动态粘度，a代表圆形粒子110的半径并且v0代表粒子110对介质的相对速度。
因此，一方面磁力与另一方面恢复力之间的力的平衡可以在旋转频率ω和粒子上的离心力的伴随增加或减少的帮助下受到影响。此外，随着旋转频率的降低，粒子在磁场中的剩余周期增加，这再次导致磁力F磁力的有效周期的增加。
流体室170可以具有在z方向19上具有不同延伸部(例如，不同深度)的区域，诸如浅腔区域21(在z方向19上的小延伸部)和深腔区域23(在z方向19上的大延伸部)，其中与浅腔区域21相比，深腔区域23的面向磁力元件150的壁布置在距磁力元件150更短的距离处。因此，与浅腔区域21相比，更高的磁力152作用在例如设置在例如流体室170的面向磁力元件150的壁上的磁性粒子110上，因为除了部分F磁力，r11之外，直接取决于倾斜角α144的磁场力F磁力，z10的一部分可用于输送。
根据一个实施例，流体室170在相对于旋转轴线134的径向外部21中可具有比在径向内部23中平行于旋转轴线134的更低的延伸部。此外，流体室170可以包括可布置在径向内部23和径向外部之间的径向中心部分，并且包括可将径向内部21连接到径向外部23的斜室壁142。
本发明的实施例基于以下发现：通过巧妙地利用离心微流体系统(例如，设备100)的优点，可以以最少的操作努力并且不中断系统的旋转132将磁性粒子110从一个流体室170输送到另一流体室中。此外，通过巧妙地选择流体室几何形状，这开辟了增加沿输送方向作用在磁性粒子110上的磁力152的部分并提供磁性粒子110的优选位置的可能性。
本发明的应用示例是在DNA测序、核酸纯化、固相PCR、表面化学、蛋白质纯化、细胞提取、免疫测定、免疫沉淀以及质谱的样品制备领域以及在将分析物和基质彼此分离的任何应用中。
为了在设备100中或在本发明的方法中使用，磁性粒子110的磁芯可以具有顺磁性、铁磁性或亚铁磁性特性。磁性粒子110的磁芯的粒子壳可包括例如二氧化硅材料(SiO2)、聚合物、生物(化学)改性表面(例如，具有寡核苷酸、多肽)、金属材料和纤维素材料。
流体室170中液体5的体积范围可以在50nL至50mL、500nL至10ml或1μL至5000μL的范围内。
磁力元件150可以包括稀土磁体，例如NdFeB、电磁体或软铁磁体。
任选地，设备100包括一个或多个磁力元件150。在这里，设备100可以包括不同的磁力元件布置。根据一个实施例，设备100因此可以包括至少一个磁力元件150，所述磁力元件在液-气边界6的径向内部(例如，如图2所示)。径向内部可以意味着磁力元件150具有到旋转轴线134的距离比液-气边界6更短的径向位置。根据一个实施例，设备100还可以包括两个或更多个磁力元件150，所述磁力元件可以布置在不同的径向位置处或相同的径向位置处(但是，例如，在沿着z方向19或角方向θ/方位角方向的不同位置处)。对于两个或更多个磁力元件150，只要将第一磁力元件150径向布置在液-气边界6的内部，第二磁力元件可以布置在液-气边界6的径向外部，只要第二磁力元件施加于磁性粒子110的磁力152弱于第一磁力元件150施加的磁力。因此，磁性粒子110通过设备100的输送可以通过向磁性粒子110施加高磁力152来优化。
本发明相对于当前技术的优点是例如巧妙地使用作用在液体5上的离心力136。由于流体模块1的永久旋转132，液体5的限定状态以及因此填充高度导致流体模块1的所有流体室170，例如在任何时间，即液体5和气相13之间的相界6例如位于相对于旋转轴线134的限定等径向圆形路径上，所述路径可以通过改变流体室几何形状和径向室位置来自由调节。这种状态允许定量预测和实施恰好在那个相界6处作用在磁性粒子110上的磁力152和作用在这个位置处的恢复力，即相界处的表面力。此外，这允许作用在磁性粒子110上的磁力152在整个相界6处是恒定的。
永久维持流体模块1的旋转132允许在整个过程中选择作用在液体5上的离心力136，使得离心力超过液体5和室壁之间发生的毛细作用力。因此，可以防止通过毛细作用力从一个流体室170到一个或多个其他流体室170的不期望的被动液体输送(Concus-Finn条件下的“串扰”)。
与当前技术相比，设备100的优点源于斜室壁142的倾斜角144在相界6的位置处指向磁力元件150。选择角度144允许增加磁力152有效地有助于将磁性粒子110输送到旋转中心(旋转轴线134)。此外，选择所描述的倾斜角144允许选择性地调整临界旋转频率，在所述临界旋转频率处，具有相同液体5但斜室壁142的不同倾斜角144的不同流体室170中的磁性粒子110可以克服相界6。
本发明的其他优点源于控制流体室170内部以及不同流体室170之间的粒子运动的可能性，但不中断流体模块1的旋转132，这可以减少此类过程的持续时间。
本发明的优点源于流体室170的内边缘相对于其径向位置的倾斜。这种几何形状使得可以在合适的径向位置将磁性粒子110从一个流体室170输送到与磁力元件150连接的另一流体室中，而不会在该过程中中断流体模块1的旋转132。为此，磁力元件150必须被布置成使得磁力152在边缘的每个位置(斜室壁142)处朝向旋转中心移动磁性粒子110。
本发明的一个优点是实施屏障(二极管功能)，其通过流体室的深度中的反向步骤防止磁性粒子与预期输送路径相反的输送(例如，从第一流体室170到第二流体室172并且从第二流体室172到第三流体室173(见图4))。在示例性布置中，其中流体室A 127位于流体室B 173和流体室C 170之间，磁性粒子从流体室A 172输送到流体室C 170可以通过实施流体室C 170和A 172之间的反向步骤(例如在连接件1741、1742到相应流体室172、173的过渡处)来防止，而磁性粒子在方向C-A和A-B上的输送是可能的。
图4示出可以布置在设备的基板中的流体结构140的截面。流体结构140可包括第一流体室170、第二流体室172、第三流体室173直至第n流体室(其中n定义例如整数正数)。流体室170、172、173中的每一个可包括斜室壁1421至1423。各个流体室170、172、173可以通过连接件1741至1743相互连接。
根据一个实施例，连接件1741至1743可包括内壁1751至1753，当流体结构140可以布置在施加了低于临界旋转频率的旋转频率的基板时，所述内壁的径向位置(例如，沿空间方向r 18)在方位角方向(例如，从第一流体室170朝向第二流体室172和/或从第二流体室172朝向第三流体室173)上改变，以在通过连接件1741至1743的输送期间在方位角方向上以及在相对于旋转轴线134径向向内方向上改变可以布置在流体室170、172、173中的一个中的磁性粒子的位置。换句话说，流体结构140可包括连接件1741至1743，所述连接件可具有径向向内的内壁1751至1753，所述内壁相对于径向位置具有负梯度。内壁1751至1753可以是径向向内定位的流体室170、172、173的室壁的延续。内壁1751至1753也可称为连接件1741至1743的内边缘。
根据一个实施例，内壁1751至1753的径向位置可以在方位角方向上径向向内改变直到转折点1761至1763，并且径向位置可以从转折点1761至1763开始径向向外改变，其中内壁1751至1753可被配置为在流体结构140布置在其中的基板被施加低于临界旋转频率的旋转频率时由于磁力而在该转折点1761至1763处停止磁性粒子。在这里，磁性粒子可以停止在转折点1761至1763周围的区域中。这可以例如由于径向向外延伸的内壁175b1至175b3，例如通过将磁性粒子布置在径向向外延伸的内壁175b1至175b3处的转折点1761至1763周围的区域中而发生。
因此，连接件包括内壁1751至1753，所述内壁具有径向向内延伸的部分175a1至175a3和径向向外延伸的部分175b1至175b3。因此，例如在径向向内延伸的部分175a1至175a3中，到旋转轴线134的距离可以在方位角方向上，例如从第一流体室170朝向第二流体室172或从第二流体室172朝向第三流体室173减小，并且径向向外延伸的内壁1751至1753的部分175b1至175b3的距离可以在相对于旋转轴线134的方位角方向上(如上所述)增加。
根据一个实施例，在转折点1761至1763之后，内壁1751至1753可以被配置为使得当基板具有大于临界旋转频率的旋转频率时，磁性粒子的位置在相对于旋转轴线134径向向外的方向上改变，以当磁性粒子从第一流体室170出来时，将磁性粒子输送到第二流体室172中，或者当磁性粒子从第二流体室172出来时输送到第三流体室173中。
根据一个实施例，在转折点1761至1763之后，内壁1751至1753可以被配置为使得当基板具有大于临界旋转频率的旋转频率时，磁性粒子的位置在方位角方向(如上所述)上以及在相对于旋转轴线134径向向外的方向上改变，以当磁性粒子从第一流体室170出来时，将磁性粒子输送到第二流体室172中，或者当磁性粒子从第二流体室172出来时输送到第三流体室173中。
因此，图4以顶视图示出流体结构140的实施例，具有三个流体室170、172、173。实施例包括流体室170、172、173，其包括在z方向19上具有不同延伸部(不同深度)的区域，诸如浅室区域21、24和深室区域23。与浅室区域21、24相比，深室区域23可以布置在距磁力元件更短的距离处，其中距离在z方向19上延伸。
实施例包括具有从浅区域24到更深区域22中的过渡的流体室172、173，其中只要磁性粒子从浅区域24移动到更深区域22中，过渡就代表反向步骤。反向步骤可以防止磁性粒子从较深区域22移动到较浅区域24中(在设备的输送期间)，其中具有根据图4的流体结构140的设备可以被配置为总是仅在一个方向上，例如从第一流体室170到第二流体室172中和从第二流体室172到第三流体室173中输送磁性粒子。流体结构140也可以被描述为微流体结构。
根据一个实施例，连接件1741可包括通向第一流体室170的不径向减小的第一通道部分23和可通向第二流体室172的第二径向减小的通道部分24。
图5a示出图4的流体结构140的区段，其可以具有与图4的流体结构140相同的特征和功能，其中另外插入反向台阶190作为二极管功能。通过巧妙地选择流体结构140的腔室深度，可以实施通过根据本发明的设备关于粒子输送的二极管功能190。在z方向19上实施反向步骤190可以导致磁性粒子离开流体室172的优选路径(在这种情况下向左)。从而，可以防止不期望的磁性粒子输送(在这种情况下向右)。
流体室172和连接件1741可包括浅区域21、24，所述浅区域在z方向19上的延伸范围为1μm至1000cm、100μm至1cm或1mm至5mm，诸如3mm。此外，流体室172可包括深区域23，所述深区域的延伸可以在1μm至10cm、100μm至1cm或1mm至5mm的范围内，诸如4mm。流体室172的浅区域21和深区域23可以通过斜室壁1422跨更深区域22连接。连接件1741可以通向具有浅区域24的更深区域22，这可以导致反向台阶190。
换句话说，连接件1741可以包括第一通道部分23和第二通道部分24，其中第二通道部分24可以包括与第一通道部分23相比在平行于旋转轴线134的方向上与磁力元件间隔得更远的区域(例如，平行于z方向19)。因此，第一通道部分23可以具有比平行于旋转轴线134的第二通道部分24的延伸部(参见图5b和图5c中的延伸部24)更大的平行于旋转轴线134的延伸部(参见图5b和图5c中的延伸部23)。
因此，设备的驱动器可以被配置成为基板提供低于临界旋转频率的旋转频率，其中磁性粒子通过磁力沿着第一通道部分23移动并且为其提供大于临界旋转频率的第二旋转频率，其中磁性粒子沿着第二通道部分24离心移动到第二流体室172中。
通过图5b和图5c中的流体结构140的三维图示，可以更详细地说明反向步骤190。图5b和图5c中的流体结构140可以代表图4的流体结构140的一部分并且因此可以包括例如与图4中的流体结构140的一部分相同的特征和功能。例如，在图5b和图5c中，示出了流体室172、连接件1741和到其他连接件的端子1742。在图5b和图5c中，流体结构140内在z方向19上的不同延伸部，诸如已经在图5a中示出的延伸部，变得清晰。因此，图5b和图5c的流体结构140可以包括例如在z方向19上具有大延伸部23的深区域和具有浅延伸部21、24的浅区域。流体室172可以包括斜室壁1422，其在z方向19上的更深延伸部22沿着斜室壁1422从浅延伸部21到深延伸部23增加。因此，连接件1741可通入流体室172中，使得具有浅延伸部24的连接件1741的区域通入流体室172的更深延伸部22和/或深延伸部23的区域中，使得由于延伸部差异导致反向步骤190。
根据图5c，与具有浅延伸部21、24的区域相比，具有深延伸部23的区域在z方向19上到磁力元件的距离更短。因此，在设备的流体模块中的流体结构140旋转期间，流体室172中的磁性粒子可以通过流体室172内的磁力元件150从具有浅延伸部21、24的浅区域沿着斜室壁1422输送到具有深延伸部23的深区域中到达端子1742。由于磁性粒子因此在磁力元件的方向上在z方向19上输送，反向步骤190可以防止磁性粒子从流体室172输送到连接件1741中。流体结构140可以在设备的基板中相对于磁力元件在与磁性粒子的输送方向相反的方位角方向上旋转。
图6示出流体室170和到第二流体室172的连接件174，在六次a至f中，各自在顶视图(索引1)和侧视图(索引2)中。换句话说，对于每个子步骤，示出了穿过流体室170的一个顶视图(索引“1”)和一个径向截面(索引“2”)。
可以在第一次a1/a2和第二次b1/b2将液体5设置在流体室170中并且可以将磁性粒子110设置在液体5中。在高旋转频率ω(高于临界旋转频率ω临界)下，高离心力作用在磁性粒子110上，使得作用在磁性粒子上的总恢复力138超过磁力152(参见a1和a2)，其中总恢复力138代表恢复力的总和，诸如粒子与液体介质之间的摩擦力和/或粒子与流体室170的室壁之间的摩擦力以及离心力。因此，磁性粒子110例如在流体室170中沉积。
只要未达到临界旋转频率ω临界，磁力152就超过总恢复力138，并且磁性粒子110开始在r方向18和z方向19上朝向旋转中心134移动(参见b1和b2)。在磁性粒子110在液体5中移动期间，总恢复力138与磁力152相反地作用，所述总恢复力由流动阻力引起的离心力和斯托克斯力的总和组成。只要磁性粒子110到达液体5和气体13之间的界面(例如，相变)，磁力152就抵消由表面力、离心力136和斯托克斯力的总和组成的总恢复力138。因此，总恢复力138(F恢复)代表恢复力的总和，其中相同的变化取决于磁性粒子110的位置。
在磁性粒子110通过液体5和气体13之间的界面6输送期间使用的磁力152的一部分可以通过斜室壁142增加(参见c1和c2)。在这里，斜室壁142相对于r-θ平面以0°＜α＜90°的角度的倾斜导致使用的磁力152的增加。
通过减小流体室170到磁力元件150的距离，可以进一步增加位于气相13(参见c1-e1、c2-e2)中的磁性粒子110上的磁力152。这可以通过相应选择腔室深度200来实现。
当巧妙地选择磁力元件150的径向位置时，磁性粒子110上的磁力152始终作用在旋转中心134的方向上。在径向内侧处(参见d1和d2)的连接件174的壁175(其相对于半径倾斜)可用于支持在方位角方向(例如，从第一流体室170到第二流体室172中)通过磁力152输送磁性粒子110。
在磁性粒子110输送到第二流体室172(参见e1和e2)期间，由于磁性粒子110的径向位置减小，离心力进一步减小。
只要磁性粒子110在下一个流体室172上方(例如，在转折点176周围的区域中)(参见1)，磁性粒子110就可以通过增加旋转频率ω被推进到第二流体室172中。为此，旋转频率ω应大于临界旋转频率ω临界。
因此，图6示出经由旋转频率ω通过根据本发明的实施例的设备100的粒子输送的控制。
图7示出用于从完整生物体或已经消化的生物体(“裂解物”)的溶液中自动提取核酸的所述方法和设备(例如，作为微流体盒)的特定应用领域。在示例中，四个流体室1701至1704填充有液体51至54，其中液体51至54可以彼此不同。四个流体室1701至1704代表可以集成在本发明设备的基板中的流体结构140的实施例。液体51至54可以例如以棒状包装提供在微流体盒(设备)中，所述棒状包装位于例如图7中的流体室1701至1704的径向内部。通过使盒旋转，液体51至54可以到达流体室1701至1704。裂解物可通过人、动物、植物或微生物细菌材料的化学、机械或热分解获得。磁性粒子110具有例如允许核酸在特定化学条件下非特异性结合到表面的二氧化硅表面。磁性粒子110可以在干燥状态下存在于第一流体室1701中并且可以通过添加裂解物和结合缓冲液而重新悬浮。这种状态在图7-A中示出。在起始状态7-A下，磁性粒子110在溶液内。在这里，微流体盒总是以大于临界旋转频率的旋转频率旋转。在该时间期间，核酸可以结合到磁性粒子110的表面。如果未达到临界旋转频率，由于改变的力比，磁性粒子110径向向内跨液体51至54和气体13之间的相界61至64并在下一个流体室的方向上移动，其中由于腔室几何形状(虚线箭头)，其在停止点1761至1763(换句话说，例如，在转折点)处停止。在图7-B中，旋转频率增加，使得超过临界旋转频率并且粒子110通过主要离心力移动到第二流体室1702中。例如，其可以包括去除干扰后续分析的物质的洗涤液52。通过实施旋转频率的进一步改变以超过或低于临界旋转频率，粒子110可以相应地被输送到例如第二洗涤液53中以进一步去除干扰物质(图7-C)，并且相继地，被输送到例如用于溶解例如来自粒子110的二氧化硅表面的核酸的洗脱缓冲液54(图7-D)。所得的洗脱液包括纯化的核酸，并且可以用于进一步的下游分析。
图8示出GTM方法，其中(a)示出LabDisk上的微流体结构的概览。图8所示的过程的目标是将“珠粒”(在这种情况下为磁性粒子)连续输送通过流体室“室1”-“室3”。图8b示出粒子输送之前的情况，并且图8c示出示意图，并且图8C示出LabDisk中的磁性粒子在盒旋转的同时的实验详细视图。图8d示出示意图并且图8D示出磁性粒子跨液-气相界输送进入“气隙”的实验详细视图。图8e示出示意图并且图8E示出粒子通过“气隙”输送的实验说明。图8f示出示意图并且图8F示出磁性粒子被推进到第二液体5b中的最终离心步骤的实验说明。图8取自[2]。
因此，图8示出盒以及磁性粒子跨相界从一种液体输送到另一种液体中。在这里，通过核酸提取示出粒子输送。在这里，粒子从液体5a到液体5b的逐步输送可分为三个阶段。
1.粒子在“室1”中并悬浮在第一液体5a中(图8、c和C)。LabDisk以一定转速旋转，使得离心力将粒子压向“室1”的径向外缘。
2.气相输送磁泳：LabDisk在此步骤中不旋转。其相对于永磁体布置成使得足够高的磁力作用以抵抗液体中的作用的恢复力来输送粒子(恢复力是例如a)：流体的拖曳力、离心力(只要圆盘旋转)、重力以及粒子在盒壁处的摩擦力，b)在通过相界输送期间，毛细作用力以及上述摩擦力以及c)盒壁处的摩擦力以及盒壁处的粒子周围的液体残留物的毛细作用力)(图8、d和D)。在这里，室中的液体处于不受控制的状态。
3.“室2”上方的“气隙”的区域中的粒子输送。圆盘在磁体下方逐步移动。因此，由于磁体发出的磁力，粒子跟随磁体。在这种情况下，仅盒壁处的摩擦力对粒子以及与粒子一起输送的液体的毛细作用力具有恢复作用(图8e和E)。在这里，室中的液体5a、5b关于其位置和液体与气体之间的界面的形成连续地处于不受控制的状态。
4.将粒子离心到第二液体5b中。通过快速加速到高旋转频率，如此高的离心力作用在粒子上，以至于超过了磁力，并且因此粒子径向向外移动。
取决于执行GTM的微流体连接件的宽度、所需减速过程中的离心加速度、盒和盒盖的材料以及在密封箔和盒的接触区域上的液体的润湿特性，液体的弯液面的位置实际上无法预测。然而，随着磁力随着可磁化粒子与磁体的距离的二次幂而减小，实际上在弯液面位置处粒子上的实际磁力变化很大，因为弯液面位置如上所述变化很大。
所述方法不是普遍适用的(即，对于具有任何润湿特性的液体)。在静止阶段(Concus-Finn条件)，高度润湿的液体(例如，核酸提取中经常使用的醇或表面活性剂)可以沿着微流体网络的边缘蠕变。因此，可能导致不期望的不同液体混合，这可能影响要执行的分析的质量。
根据本发明的一个实施例，可以通过用图4所示的流体结构140代替流体结构140来优化图8所示的LabDisk。因此，LabDisk可以连续旋转，到达限定的相界，并且因此防止第一液体5a和第二液体5b的混合，并且通过引入斜室壁，将珠粒或磁性粒子从一个室输送到下一个流体室中的配置非常有效。
如图8所示，图4的流体结构140可以包括到储液器200的相应输入端。
图9示出从参考文献[1]中截取的沿径向方向切开的离心微流体测试载体100的示意性截面图。永磁体50可以向磁性粒子48施加磁力F磁力。通过面向磁体50的微流体室20的壁的几何形状，根据当前技术，只有指向径向方向的分量Fp可以用于通过液-气边界输送磁性粒子48。
因此，仅使用理论上可用的磁力F磁力的一小部分，因为磁力矢量F磁力的主要分量在所描述的配置中垂直于盒10(Fs)的壁起作用，而不是在磁性粒子48的输送方向上(在方向Fp上)起作用。由于有效地用于输送磁性粒子48的磁力Fp低，因此这具有需要盒10长时间静止的效果。此外，垂直作用的磁场分量Fs具有以下效果：磁性粒子朝向旋转中心12的输送在很大程度上取决于面向磁体50的室壁的表面状况，并且甚至可以完全抑制临界表面粗糙度向前(必须注意，图9具有误导性，因为矢量的图形大小与力的实际大小不对应(即，Fs＞Fp适用))。
根据本发明的一个实施例，设备可以包括图9所示的流体结构中的流体室几何形状，并且设备还可以包括如图4、图5a、图5b或图5c中所述的流体室之间的连接件的几何形状，其中优化磁性粒子48经由本发明的连接件从一个流体室到另一个流体室中的输送，使得磁性粒子48可以更有效地从一个流体室输送到另一流体室中，因为由于输送方向上的特定几何形状，磁力的较高部分作用在磁性粒子上。此外，例如可以通过反向步骤防止从另一流体室返回输送到第一流体室中，并且几何形状允许通过连接件的特定几何形状防止不同流体室中的液体混合。
图10a示出离心微流体盒的示意图，其中，在左侧，以放大的方式示出了检查的几何形状。例如，在“入口1”和“入口2”中输入水和墨水。在混合室中，通过使盒加速和减速(产生F斯托克斯、F离心)以及通过由于外部磁体(F磁力)而使磁性粒子偏转来混合它们。图10b是外部磁体的布置的示意图，其中模拟了根据图10a的离心微流体盒中的磁性粒子的轨迹。图10a和图10b取自[3]。
在这里，例如，永磁体布置在离心微流体盒的上方或下方(参见图10a)，使得通过旋转，盒中的磁性粒子在每次旋转时穿过相同的永磁体的磁场。通过将永磁体定位在混合室的轨道的径向外侧或径向内侧(参见图10a)，可以获得磁性粒子的轨迹(参见图10b)，这导致磁性粒子通过室的输送。以这种方式产生的对流导致液体(这里是墨水和水，总体积25μL)以6Hz的旋转频率混合。
根据本发明的一个实施例，设备可以包括根据图10b的磁力元件布置，其具有例如八个磁力元件的分布布置，或者也具有偏离图10b所示的几何形状的磁力元件几何形状，使得本发明的设备可以被配置为在流体结构中输送磁性粒子(所述流体结构可以由例如根据图1、图2、图3a至图3c、图4、图5a至图5c或图6的流体室170或172的单个流体室组成，例如具有到“入口1”和“入口2”的输入端)，使得设备的流体结构中的液体可以有效且均匀地混合。
如果本发明的设备包括至少两个磁力元件，则磁力元件可以被配置为向设置在设备的流体结构中的磁性粒子施加共同的磁力。
图11a示出[4]的微流体结构，并且图11b示出离心微流体盒201的视图(取自[4])。图11a中所示的微流体结构可以使用磁性粒子525，不仅用于混合，而且还可以通过“凹穴1”506或“凹穴2”524中的相应布置来储存磁性粒子。图11b示出在盒400a上方以及盒400b下方或两侧上的永磁体的可能布置。磁体不旋转，而是，例如静止的。
Andersson等人[4]描述了使用磁性粒子进行混合的微流体结构(参见图11a和图11b)。与Grumann等人相反，[3]描述了在盒的两侧上布置磁体的选项(参见图11b)。这在混合深室时是有利的，因为磁性粒子不仅可以径向且方位角移动，而且还可以在竖直方向上移动。此外，已经描述了一种过程，其中通过选择旋转频率及其符号(在顺时针方向上或与顺时针方向相反)，可以将粒子“沉淀”到凹穴或不同的凹穴中。作为限制，必须提到的是，在[4]中仅描述了在反应室内操纵粒子的过程，即，不会将粒子从一个室输送到另一个室中。
根据本发明的一个实施例，设备的磁力元件可以包括图11b中所示的磁力元件布置以在流体结构中输送磁性粒子(所述流体结构可以由例如根据图1、图2、图3a至图3c、图4、图5a至图5c或图6的流体室170或172的单个流体室组成)，使得例如流体结构中的液体可以通过设备混合。在这里，可能有利的是，设备包括面向斜室壁的基板的侧面上以及在相对的基板侧上的磁力元件，其中磁力元件以固定方式例如布置在第一外部载体和第二外部载体上(例如布置在基板的两个相对侧上)。在这里，磁力元件的布置也可以偏离图11b所示的变化。
图12示出用于输送磁性粒子的方法300的框图。所述方法可以包括借助于驱动器使基板围绕旋转轴线旋转310的步骤，其中磁力元件和基板中的流体结构之间的位置关系可以连续改变。此外，借助于磁力元件，可以根据磁力元件与基板中的流体结构之间的位置关系，将磁力施加到设置在流体结构320中的磁性粒子。基板中的流体结构可以包括相对于垂直于旋转轴线的平面成角度α布置的斜室壁，并且斜室壁可以朝向磁力元件倾斜，其中磁力元件相对于旋转轴线布置在斜室壁的径向内部。此外，方法300可以包括借助于在360°旋转期间施加到磁性粒子的力，相对于旋转轴线径向向内沿斜室壁输送330设置在流体结构中的磁性粒子。
根据一个实施例，旋转频率可以在旋转310期间变化，使得当在第一阶段中施加320磁力时，旋转频率超过临界旋转频率，其中磁性粒子通过磁力沿着斜室壁在相对于旋转轴线径向向内的方向上输送离开第一流体室330并平行于连接件的内壁输送到第一流体室和第二流体室之间的连接件的转折点，并且在第二阶段中，旋转频率超过临界旋转频率，其中磁性粒子在相对于旋转轴线径向向外的方向上从连接件离心输送到第二流体室中。
根据一个实施例，两个流体室中的至少一个可以至少部分地填充有液体介质，并且在输送330期间，磁性粒子可以沿着斜室壁移动越过液体介质和气体介质之间的相界。斜室壁便于输送并因此优化方法300。
根据一个实施例，磁性粒子可以通过方法300被输送到没有液体介质的流体室并且可以在没有液体介质的流体室中被干燥。
根据一个实施例，两个流体室可以部分地填充有液体介质，使得在输送330期间，磁性粒子从第一液体介质经由气体介质输送到第二液体介质中。
根据一个实施例，磁性粒子可以在运输期间在气体介质中被干燥。这允许防止第一液体介质与第二液体介质混合。
根据一个实施例，第一流体室可以填充有液体介质，使得第一液体介质和气体介质之间的相界布置在斜室壁上。这允许磁性粒子通过相界的简化输送330，因为磁力分量指向输送方向。
根据一个实施例，第二流体室可以部分地填充有液体介质并且第一流体室可以完全填充有气体介质。此外，第一流体室可以包括磁性粒子，使得在输送330期间，磁性粒子可以从第一流体室经由气体介质输送到填充有液体介质的第二流体室中。
因此，方法300允许在离心重力场中操纵磁性粒子。
换句话说，本发明的设备100和本发明的方法300可以描述如下：
由例如驱动器和流体模块组成的方法/结构。流体模块围绕旋转轴线例如永久地(即在过程的持续时间内)旋转。任选地，多个互连的腔室位于流体模块中。腔室被填充有例如液体。腔室中的液体任选地由气体体积分开。磁性粒子设置在至少一个腔室中。一个或多个磁体与流体模块相对布置，例如使得磁场在过程中穿过腔室并且磁场的位置代表相对于腔室的旋转速度的函数。在这里，磁场对磁性粒子施加磁力。在高于临界旋转频率的旋转期间，粒子例如在腔室中保持低于临界旋转频率，粒子例如由于磁力而被径向向内输送离开液体进入气体容积，其中填充有气体的腔室之间的连接结构被布置成使得粒子可以在连续旋转期间从腔室中的一个输送到其他腔室中。
根据一个实施例的方法，其中壁(例如，斜室壁)被布置在液-气界面的位置处的一个或多个腔室中，使得其相对于r-phi平面具有角度，其中作用摩擦力和作用磁力可以根据角度进行调节。
根据一个实施例的方法，其中粒子在其径向向内的路径上到达引导结构(例如，第一流体室和第二流体室之间的连接件的内壁)，所述引导结构包括径向梯度并且因此被配置为使得粒子运动(沿着斜室壁)在下一个腔室(例如第二流体室)的方向上被引导。
根据一个实施例的方法，其中粒子到达没有液体存在的凹穴(例如第二流体室)并且可以干燥粒子。
根据一个实施例的方法，其中在腔室的连接通道中与粒子的输送方向相反地布置前向步骤，这防止粒子与过程方向相反地移动。
根据一个实施例的方法，其中改变旋转方向以反转粒子输送的方向。
根据一个实施例的方法，其中可以根据腔室深度为腔室的每个位置调节粒子上的磁力。
根据一个实施例的方法，其中方位角延伸是相对于腔室的尺寸的唯一可变量，其中对于每个液体体积给出了液气界面的恒定径向位置。
尽管已经在设备的上下文中描述了一些方面，但显然这些方面也代表对相应方法的描述，使得设备的块或装置也对应于相应的方法步骤或方法步骤的特征。类似地，在方法步骤的上下文中描述的方面也代表相应设备的相应块或细节或特征的描述。一些或所有方法步骤可以由硬件设备(诸如微处理器、可编程计算机或电子电路)(或使用硬件设备)执行。在一些实施例中，一些或多个最重要的方法步骤可以由这种设备执行。
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Claims (21)

1.一种用于输送磁性粒子(110)的设备(100)，其包括：
基板(120)，其被配置为围绕旋转轴线(134)旋转(132)；
所述基板(120)中的流体结构(140)，所述流体结构包括斜室壁(142、1421、1422、1423)，所述斜室壁相对于垂直于所述旋转轴线(134)的平面(145)以角度α(144)布置，其中0°＜α＜90°；
磁力元件(150)，其相对于所述旋转轴线(134)径向布置在所述斜室壁(142、1421、1422、1423)内部，并且被配置为根据所述磁力元件(150)与所述流体结构(140)之间的位置关系将磁力(152)施加到布置在所述流体结构(140)中的所述磁性粒子(110)，其中所述斜室壁(142、1421、1422、1423)朝向所述磁力元件(150)倾斜；以及
驱动器(130)，其被配置为使所述基板(120)围绕所述旋转轴线(134)旋转(132)，其中所述磁力元件(150)和所述流体结构(140)之间的所述位置关系连续改变，并且从而在围绕所述旋转轴线以360°角旋转期间对所述磁性粒子(110)施加力(160)以沿所述斜室壁(142、1421、1422、1423)并相对于所述旋转轴线(134)径向向内输送所述磁性粒子(110)。
2.根据权利要求1所述的用于输送磁性粒子(110)的设备(100)，其中所述基板(120)中的所述流体结构(140)包括凹部，所述凹部包括所述斜室壁(142、1421、1422、1423)，并且其中所述流体结构(140)包括布置在布置有所述凹部的所述基板(120)的密封区域(124)上的密封结构(122)。
3.根据权利要求2所述的用于输送磁性粒子(110)的设备(100)，其中所述磁力元件(150)安装在固定载体(154)上，所述固定载体布置在所述基板(120)的与所述密封区域(124)相对的侧面上。
4.根据权利要求1至3中任一项所述的用于输送磁性粒子(110)的设备(100)，其中所述流体结构(140)包括第一流体室(170、1701)、第二流体室(172、1702)和将所述第一流体室(170、1701)连接到所述第二流体室(172、1702)的连接件(174、174a、174b、1741、1742、1743)，并且所述第一流体室(170、1701)和所述第二流体室(172、1702)中的至少一个包括所述斜室壁(142、1421、1422、1423)。
5.根据权利要求4所述的用于输送磁性粒子(110)的设备(100)，其中所述设备(100)被配置为将所述磁性粒子(110)经由所述连接件(174、174a、174b、1741、1742、1743)从所述第一流体室(170、1701)输送到所述第二流体室(172、1702)中。
6.根据权利要求4或权利要求5所述的设备(100)，其中所述连接件(174、174a、174b、1741、1742、1743)包括内壁(1751、1752、1753)，所述内壁包括相对于所述旋转轴线比外壁更低的径向位置，并且当所述基板(120)被施加低于临界旋转频率的旋转频率时，所述内壁的径向位置在方位角方向上朝向所述第二流体室(172、1702)改变以在通过所述连接件(174、174a、174b、1741、1742、1743)输送期间在从所述第一流体室(170、1701)到所述第二流体室(172、1702)的方向的方位角方向上以及在相对于所述旋转轴线(134)径向向内的方向上改变所述磁性粒子(110)的位置。
7.根据权利要求6所述的设备(100)，其中所述内壁(1751、1752、1753)的所述径向位置在方位角方向上径向向内改变直到转折点(176、1761、1762、1763)，并且所述径向位置从所述转折点(176、1761、1762、1763)径向向外改变，其中所述内壁(1751、1752、1753)被配置为在所述基板(120)被施加低于所述临界旋转频率的旋转频率时由于所述磁力(152)而在该转折点(176、1761、1762、1763)处停止所述磁性粒子。
8.根据权利要求7所述的设备(100)，其中所述内壁(1751、1752、1753)被配置在所述转折点(176、1761、1762、1763)之后，使得当所述基板(120)被施加大于所述临界旋转频率的旋转频率时，在向所述第二流体室(172、1702)的方向的方位角方向上以及在相对于所述旋转轴线(134)的径向向外的方向上改变所述磁性粒子(110)的位置以将所述磁性粒子(110)输送到所述第二流体室(172、1702)中。
9.根据权利要求4至8中任一项所述的用于输送磁性粒子(110)的设备(100)，其中所述连接件(174、174a、174b、1741、1742、1743)通向所述第二流体室(172、1702)，使得在孔口处形成台阶(190)，所述台阶在磁力(152)作用时防止所述磁性粒子(110)从所述第二流体室(172、1702)输送到所述连接件(174、174a、174b、1741、1742、1743)中。
10.一种用于输送磁性粒子的方法(300)，其包括：
借助于驱动器使基板围绕旋转轴线旋转(310)，其中磁力元件和所述基板中的流体结构之间的位置关系连续地改变；
借助于所述磁力元件，根据所述磁力元件与所述基板中的所述流体结构之间的所述位置关系，将磁力施加(320)到布置在所述流体结构中的所述磁性粒子，其中所述基板中的所述流体结构包括相对于垂直于所述旋转轴线的平面成角度α布置的斜室壁，其中所述斜室壁朝向所述磁力元件倾斜，并且其中所述磁力元件相对于所述旋转轴线径向布置在所述斜室壁内部；以及
借助于在360°旋转期间施加到所述磁性粒子的力，相对于所述旋转轴线径向向内沿所述斜室壁输送(330)布置在所述流体结构中的所述磁性粒子。
11.根据权利要求10所述的用于输送磁性粒子的方法(300)，其中旋转频率在旋转(310)期间变化，使得当在第一阶段中施加(320)磁力时，所述旋转频率低于临界旋转频率，其中通过所述磁力将所述磁性粒子沿着所述斜室壁在相对于所述旋转轴线径向向内的方向上输送离开第一流体室，并平行于连接件的内壁输送到所述第一流体室和第二流体室之间的所述连接件的转折点，并且在第二阶段中，所述旋转频率超过所述临界旋转频率，其中将所述磁性粒子在相对于所述旋转轴线径向向外的方向上从所述连接件离心输送到所述第二流体室中。
12.根据权利要求11所述的用于输送磁性粒子的方法(300)，其中所述两个流体室中的至少一个至少部分地填充有液体介质，并且其中所述磁性粒子在输送(330)期间移动越过所述液体介质和气体介质之间的相界。
13.根据权利要求12所述的用于输送磁性粒子的方法(300)，其中将所述磁性粒子输送(330)到没有液体介质的流体室并且在没有液体介质的所述流体室中干燥。
14.根据权利要求12所述的用于输送磁性粒子的方法(300)，其中两个流体室都部分地填充有液体介质，使得在输送(330)期间，所述磁性粒子从第一液体介质经由气体介质输送到第二液体介质中。
15.根据权利要求14所述的用于输送磁性粒子的方法(300)，其中所述磁性粒子在所述气体介质中干燥。
16.根据权利要求12至15中任一项所述的用于输送磁性粒子的方法(300)，其中所述第一流体室填充有所述液体介质，使得所述相界布置在所述斜室壁上。
17.根据权利要求12所述的用于输送磁性粒子的方法(300)，其中第二流体室部分地填充有液体介质并且第一流体室完全地填充有气体介质，并且
其中所述第一流体室包括所述磁性粒子，使得在输送(330)期间，所述磁性粒子从所述第一流体室经由气体介质输送到填充有液体介质的所述第二流体室中。
18.一种用于输送磁性粒子(110)的设备(100)，其包括：
基板(120)，其被配置为围绕旋转轴线(134)旋转(132)；
所述基板(120)中的流体结构(140)，其中所述流体结构(140)包括第一流体室(170、1701)、第二流体室(172、1702)和将所述第一流体室(170、1701)连接到所述第二流体室(172、1702)的连接件(174、174a、174b、1741、1742、1743)；
磁力元件(150)，其被配置为根据所述磁力元件(150)与所述流体结构(140)之间的位置关系将磁力(152)施加到布置在所述流体结构(140)中的所述磁性粒子(110)；以及
驱动器(130)，其被配置为使所述基板(120)围绕所述旋转轴线(134)旋转(132)，其中所述磁力元件(150)和所述流体结构(140)之间的所述位置关系连续地改变，并且在围绕所述旋转轴线以360°角旋转期间对所述磁性粒子(110)施加力(160)以将所述磁性粒子(110)经由所述连接件(174、174a、174b、1741、1742、1743)从所述第一流体室(170、1701)输送到所述第二流体室(172、1702)中。
19.根据权利要求18所述的设备(100)，其中所述连接件(174、174a、174b、1741、1742、1743)包括内壁(1751、1752、1753)，所述内壁包括相对于所述旋转轴线比外壁更低的径向位置，并且当所述基板(120)被施加低于临界旋转频率的旋转频率时，所述内壁的径向位置在方位角方向上朝向所述第二流体室(172、1702)改变，以在通过所述连接件(174、174a、174b、1741、1742、1743)输送期间在从所述第一流体室(170、1701)到所述第二流体室(172、1702)的方向的方位角方向上以及在相对于所述旋转轴线(134)径向向内的方向上改变所述磁性粒子(110)的位置。
20.根据权利要求19所述的设备(100)，其中所述内壁(1751、1752、1753)被配置在所述转折点(176、1761、1762、1763)之后，使得当所述基板(120)被施加大于所述临界旋转频率的旋转频率时，在向所述第二流体室(172、1702)的方向的方位角方向上以及在相对于所述旋转轴线(134)的径向向外的方向上改变所述磁性粒子(110)的位置，以将所述磁性粒子(110)输送到所述第二流体室(172、1702)中。
21.根据权利要求19至20中任一项所述的设备(100)，其中所述连接件(174、174a、174b、1741、1742、1743)通向所述第二流体室(172、1702)，使得在孔口处形成台阶(190)，所述台阶在磁力(152)作用时防止所述磁性粒子(110)从所述第二流体室(172、1702)被输送到所述连接件(174、174a、174b、1741、1742、1743)中。
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