CN116371596A - 一种集成式磁分离设备 - Google Patents
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Abstract
本发明是关于一种集成式磁分离设备。其包括：微管道，为水平设置的直线型空心管；所述微管道包括第一进液口、第二进液口、第一出液口和第二出液口；所述第一进液口和第一出液口分别设置于所述微管道的两端；线圈阵列，包括平行设置的若干个环形磁力线圈；所述微管道贯穿所述环形磁力线圈的内部空腔设置；所述环形磁力线圈间隔设置于所述微管道的外侧；和，驱动电路板，与所述线圈阵列电性连接，用于控制所述线圈阵列的电流。本发明通过控制环形磁力线圈，使小型环形磁力线圈通电后无需进行机械位移或旋转就能够产生均匀电场或梯度电场，进而控制磁珠在微管道中运动，实现反应和清洗。
Description
技术领域
本发明属于磁分离技术领域，特别是涉及一种集成式磁分离设备。
背景技术
超顺磁性纳米颗粒和微粒在医学诊断中具有广泛的潜在应用，是操纵各种分析物（如蛋白质、RNA、DNA、病毒、细菌和细胞）的高效工具。它们具有永久磁矩的独特特性，使它们能够使用外部磁场进行远程控制。在生物医学分析领域，分析物的反应和清洗是至关重要的步骤。
目前，现有的磁分离技术通过人工花费数小时完成，其过程为：首先将反应液和样品溶液（样品溶液为含有磁性微球的溶液）混合，确保磁性微球完全与反应液接触，然后使用磁选机进行分选，然后采用相同的办法进行洗涤，也可以根据需要重复反应或洗涤循环，直到达到所需纯度。这种方法费事费力，并且还需要使用多个装置，如振动筛和磁选机等，进一步增加了分离过程所需的时间和劳动力；在此基础上，一些研究选择使用机械臂代替人工操作，但是机械臂的占地空间过大，还需要为机械臂的使用提供单独的操作设备，并且机械臂的维修以及养护价格过高，这无疑增加了使用成本。
最近一些研究探索了在微管道设备中使用永磁体，通过手动或自动控制永磁体平移或者旋转，以实现颗粒分离和反应产物收集，正因为永磁体需要平移或旋转，因此该设备需要有复杂的机械结构来实现永磁体的平移或旋转，这导致永磁体微管道设备难以小型化以进行便携式分析。
发明内容
本发明的主要目的在于，提供一种集成式磁分离设备，所要解决的技术问题是提供一种集成式磁分离设备，通过控制环形磁力线圈，使小型环形磁力线圈通电后无需进行机械位移或旋转就能够产生均匀电场或梯度电场，进而控制磁珠在微管道中运动，实现反应和清洗。并且本发明可以通过调整环形磁力线圈的参数，例如匝数和厚度等，控制环形磁力线圈产生电场的强弱，从而能够实现更小的设备尺寸和可调性能，从而促进磁性粒子的复杂操作。
本发明的目的及解决其技术问题是采用以下技术方案来实现的。依据本发明提出的一种集成式磁分离设备，其包括：
微管道，为水平设置的直线型空心管；所述微管道包括第一进液口、第二进液口、第一出液口和第二出液口；所述第一进液口和第一出液口分别设置于所述微管道的两端；所述第二进液口和第二出液口均设置于所述微管道的管壁上；
线圈阵列，包括平行设置的若干个环形磁力线圈；所述微管道贯穿所述环形磁力线圈的内部空腔设置；所述环形磁力线圈间隔设置于所述微管道的外侧；所述环形磁力线圈的外径为8～15mm，厚度为2～5mm；相邻所述环形磁力线圈的间隔距离均为2～4mm；和，
驱动电路板，与所述线圈阵列电性连接，用于控制所述线圈阵列的电流。
优选的，前述的集成式磁分离设备，其中若干个所述环形磁力线圈同中心轴设置；所述微管道沿所述中心轴贯穿所述环形磁力线圈。
优选的，前述的集成式磁分离设备，其中所述微管道内径为1～2mm；所述环形磁力线圈的内径为2.4～4.5mm，外径为9～12mm，厚度为2～4mm，匝数为300～350匝。
优选的，前述的集成式磁分离设备，其中所述第二进液口与所述第二出液口分别设置于所述微管道的管壁两侧；所述第一出液口和/或第二出液口设有可拆卸的堵头。
优选的，前述的集成式磁分离设备，其中所述微管道的内壁上设有疏水涂层；所述疏水涂层的厚度为1～2μm。
优选的，前述的集成式磁分离设备，其中所述驱动电路包括：
升压转换器，与若干个环形磁力线圈驱动器电性连接；所述环形磁力线圈驱动器彼此并联连接；
处理器，其通过若干个环形磁力线圈控制器与若干个所述环形磁力线圈驱动器电性连接；所述环形磁力线圈控制器与所述环形磁力线圈驱动器一一对应，并串联连接；
数据线接口，其与用户端建立连接；和，
排插，其设置于所述驱动电路板表面一端。
优选的，前述的集成式磁分离设备，其中所述处理器为微控制单元MICRO CONTROLUNIT处理器；所述升压转换器将电压调整至10～13V；每个所述环形磁力线圈驱动器均并联有肖特基二极管；所述环形磁力线圈控制器为NMOS场效应晶体管。
优选的，前述的集成式磁分离设备，其还包括：
固定电路板，其表面两侧设有排针，所述排针插入到所述排插中，使所述固定电路板与所述驱动电路板电性连接；所述固定电路板表面设有若干导电孔；
线圈连接器，包括底座，所述底座一面与所述环形磁力线圈连接，另一面设有若干单针插座；所述环形磁力线圈的金属引脚与所述单针插座的针体连接；所述单针插座插入所述导电孔中，使所述环形磁力线圈通电。
优选的，前述的集成式磁分离设备，其还包括：
下定位器，其包括多个平行设置的第一凹槽；所述环形磁力线圈插入所述第一凹槽用于固定环形磁力线圈的位置；所述下定位器的两端还包括第二凹槽；所述微管道的两端与所述第二凹槽固定连接；所述下定位器为中空结构，所述下定位器两端设有冷凝介质入口和冷凝介质出口；
上定位器，其包括多个平行设置的第三凹槽；所述第三凹槽与所述第一凹槽一一对应，用于固定环形磁力线圈的位置；所述上定位器的两端还包括第四凹槽；所述第四凹槽卡接所述微管道的两端，用于固定所述微管道的位置。
优选的，前述的集成式磁分离设备，其还包括磁珠，包括磁性微球和磁性颗粒；所述磁珠能在若干所述环形磁力线圈的作用下，在所述微管道中运动；所述磁性微球为表面包覆有机层的磁性金属；所述磁性颗粒为无包覆层的磁性金属，所述磁性微球的粒径为10～50μm，所述磁性颗粒的粒径＜5μm；所述磁性微球与磁性颗粒的质量比为1:0.2～1.2。
借由上述技术方案，本发明提出的一种集成式磁分离设备至少具有下列优点：
本发明所述的集成式磁分离设备包括：微管道、线圈阵列、磁珠、驱动电路板。线圈阵列由若干个环形磁力线圈组成，为了使设备小型化，因此采用外径为8～15mm，厚度为2～5mm的小型环形磁力线圈，但是小型的环形磁力线圈无法带动粒径较小磁性微球。因为粒径较小的磁性微球中的磁性金属含量较少，导致其磁响应能力较低，因此现有技术会采用其他的驱动方式，而本发明与现有技术不同，本发明是对磁珠进行改进。本发明在磁珠仅含有磁性微球的基础上，加入了磁性颗粒，在环形磁力线圈的作用下，磁性微球与磁性颗粒会相吸，形成一个整体，能够提高磁性微球的磁响应的能力，进而能够被小型环形磁力线圈带动。
加入磁性颗粒后，还需要考量磁性微球与磁性颗粒结合的紧密度，因此控制磁性微球与磁性颗粒的粒径。如果磁性微球与磁性颗粒的粒径相差过大，会使磁性微球脱离磁性颗粒，导致样品损失，因此，本发明选择使用粒径为10～50μm的磁性微球和粒径＜5μm的磁性颗粒，进而避免磁性微球脱离磁性颗粒。与此同时，再按照磁性微球与磁性颗粒的质量比为1:0.2～1.2的比例混合得到的磁珠，作为磁分离体系的主体，进而实现小型环形磁力线圈带动小粒径的磁珠在微管道中运动。
由于本发明采用的环形磁力线圈相较于现有技术中使用的永磁体产生的磁场较弱，作用的范围较小，因此，为了保证本发明磁珠在微管道中一直受到磁场力的作用，不会出现失控的现象，因此设定相邻的环形磁力线圈的间距为2～4mm。
本发明所述的集成式磁分离设备支持自动模式，在自动模式下，用户可以设置每个线圈的线圈周期数和脉冲工作时间，能够使每个线圈的工作顺序按照设备设定的工作程序按一定顺序执行，能够实现磁性粒子从溶液中的可靠有效分离，以及反应物与DNA、抗原、抗体、受体、配体、酶等大分子或小分子等目标物的有效混合，并且能够支持微管道内部洗涤和废液收集。
上述说明仅是本发明技术方案的概述，为了能够更清楚了解本发明的技术手段，并可依照说明书的内容予以实施，以下以本发明的较佳实施例并配合附图详细说明如后。
附图说明
图1为本发明实施例所述的集成式磁分离设备装置示意图；
图2为本发明实施例所述的微管道的结构示意图和反应过程示意图；
图3为本发明实施例所述的集成式磁分离设备整体结构示意图；
图4为本发明实施例所述的集成式磁分离设备驱动电路示意图；
图5为本发明磁珠在磁场作用下的示意图；
图6为本发明实施例环形磁力线圈线圈连接器径向截面示意图；
图7为本发明实施例环形磁力线圈的脉冲时序示意图；
图8为本发明环形磁力线圈间隔距离示意图。
具体实施方式
为更进一步阐述本发明为达成预定发明目的所采取的技术手段及功效,以下结合附图及较佳实施例，对依据本发明提出的集成式磁分离设备，其具体实施方式、结构、特征及其功效，详细说明如后。在下述说明中，不同的“一实施例”或“实施例”指的不一定是同一实施例。此外，一或多个实施例中的特定特征、结构或特点可由任何合适形式组合。
本发明提出一种集成式磁分离设备，如附图1～8所述，其包括：
微管道1，为水平设置的直线型空心管；所述微管道1包括第一进液口101、第二进液口106、第一出液口102和第二出液口107；所述第一进液口101和第一出液口102分别设置于所述微管道1的两端；所述第二进液口106和第二出液口107均设置于所述微管道1的管壁上；
线圈阵列2，包括平行设置的若干个环形磁力线圈21；所述微管道1贯穿所述环形磁力线圈21的内部空腔设置；所述环形磁力线圈21间隔设置于所述微管道1的外侧；所述环形磁力线圈21的外径为8～15mm，厚度为2～5mm；相邻所述环形磁力线圈21的间隔距离均为2～4mm；和，
驱动电路板3，与所述线圈阵列电性连接，用于控制所述线圈阵列的电流。
微管道1是水平设置的直线型空心管，通过磁珠的工作状态可以划分成进液腔103、反应洗涤腔104和出液腔105，使用移液枪将样品（样品中含有溶剂和磁珠）从第一进液口101注射到进液腔后，在环形磁力线圈21的作用下，能够使磁珠依次通过进液腔103、反应洗涤腔104和出液腔105，最终从第一出液口102流出，被收集。
线圈阵列2是由多个环形磁力线圈21，按照一定间隔，相互平行排列组成的。相邻的两个环形磁力线圈21的间隔均为2～4mm，如图8所示，所述的间隔距离是相邻的两个环形磁力线圈21彼此相对表面的间隔距离22。线圈阵列中的环形磁力线圈21的外径控制在8～15mm，厚度控制在2～5mm，控制环形磁力线圈的外径、厚度以及间隔距离，然后通过PC用户端设置，使环形磁力线圈依时序脉冲工作，进而使控制磁珠的运动，进而通过环形磁力线圈21控制磁珠在微管道1内反应和清洗的操作。而环形磁力线圈21的内径大小只需要满足微管道1能够顺利穿过环形磁力线圈21内即可。相邻的两个环形磁力线圈中心之间的间隔距离为2～4mm，能够使磁珠时刻处于环形磁力线圈产生的磁场中，一直受到磁场力的作用，不会出现失控的现象；该距离的设置与环形磁力线圈的外径、厚度、匝数、金属线的丝径以及磁珠的大小和组成相关，可以根据环形磁力线圈和磁珠的改变而改变。
优选的，前述的集成式磁分离设备，其中若干个所述环形磁力线圈21同中心轴设置；所述微管道1沿所述中心轴贯穿所述环形磁力线圈21。
本发明所述的环形磁力线圈21同中心轴设置，微管道1沿所述中心轴贯穿所述环形磁力线圈21，这种设置能够使环形磁力线圈21的磁场分布更加均匀，进而使微管道1内的磁珠200更容易被环形磁力线圈21控制。
优选的，前述的集成式磁分离设备，其中所述微管道1内径为1～2mm；所述环形磁力线圈21的内径为2.4～4.5mm，外径为9～12mm，厚度为2～4mm，匝数为300～350匝。
本发明所述的微管道内径为1～2mm；环形磁力线圈的内径设置为2.4～4.5mm，本发明微管道的管壁上设有第二进液口和第二出液口，本发明第二进液口和第二出液口可以外接管道实现通入反应液和排出，为了使微管道能够更轻易地从环形磁力线圈中取出，因此使环形磁力线圈的内径微大于微管道的宽和高，能够使微管道能够更轻易地从环形磁力线圈中取出，使微管道的更换及拆卸更加方便快捷。本发明优选的环形磁力线圈的外径为9～12mm，厚度为2～4mm，匝数为300～350匝，并且在相邻的两个环形磁力线圈的间隔均为2～4mm的环境下，能够使环形磁力线圈产生的磁场更加均匀，能够使磁珠的运动速度达到5cm/s，远高于现有技术中的磁珠的运动速度，能够使磁珠与反应液充分接触，进而反应更加充分，提高实验数据的准确性。
此外，提高环形磁力线圈的匝数、厚度以及金属线丝径和通过的电流也能够提高粒径小的磁珠磁响应能力，但是提高环形磁力线圈的匝数、厚度以及金属线丝径无疑会增大环形磁力线圈的大小，导致装置的体积增大，并且还无法观察磁珠在微管道中的运动状态；提高电流能够增强磁场强度，虽然能够使粒径较低的磁珠运动，但是电流的提高会使环形磁力线圈产生的热量增加，热量过高会使磁珠表面负载的目标物失活或变性，导致实验失败，而本发明使用多个间隔设置的小型磁力线圈，配合加入特定量和特定大小的磁性颗粒，实现小型磁力线圈控制小粒径磁性微球的目的。
优选的，前述的集成式磁分离设备，其中所述第二进液口106与所述第二出液口107分别设置于所述微管道1的管壁两侧；所述第一出液口102和/或第二出液口107设有可拆卸的堵头。
本发明所述的第二进液口106和第二出液口107可以设置在微管道1的同侧或设置在两侧，其中图2的设置为最优的选择，即，第二进液口106和第二出液口107分布在微管道1的两侧，第二进液口106靠近第一出液口102，第二出液口107靠近第一进液口101，第二出液口107远离第一出液口102能够防止在收集磁珠时，反应液中的杂质流出，并且这种设置能够在第二进液口通入反应液时，使反应液的流向与样品的注入方向相对，产生对冲，能够使反应液与磁珠充分接触，进而反应更加充分，提高实验数据的准确性；并且第二进液口和第二出液口位置的设置，配合环形磁力线圈的间隔、外径以及内径的设计，可以实现反应液的高通量通入，能够达到1.6mL/min，而常规的设备只有每分钟几十微升，进而能够提高设备的使用效率。
本发明的装置在使用前需要先将微管道1中灌满溶剂，一般为水，然后使用可拆卸的堵头堵住第一出液口102；使用移液枪注入样品，注入样品后，不取下移液枪，将移液枪作为第一进液口101的堵头使用，这样能够防止反应液通过第一进液口101和第一出液口102排出，造成损失。
优选的，前述的集成式磁分离设备，其中所述微管道1的内壁上设有疏水涂层；所述疏水涂层的厚度为1～2μm。
本发明所述的微管道的材质为丙烯腈-丁二烯-苯乙烯，由于其具有一定的吸附性，会造成样品损失，因此本发明在微管道的内壁上设置1～2μm的疏水涂层，疏水涂层为致密的聚对二甲苯膜，能够减少样品损失。本发明采用气相沉积的方式为微管道的内壁沉积疏水涂层，采用气相沉积的方式能够使疏水涂层的成分均一，减少微管道对磁珠的吸附作用，避免样品损失。
优选的，前述的集成式磁分离设备，其中所述驱动电路包括：
升压转换器36，与若干个环形磁力线圈驱动器电性连接；所述环形磁力线圈驱动器34彼此并联连接；
处理器32，其通过若干个环形磁力线圈控制器与若干个所述环形磁力线圈驱动器电性连接；所述环形磁力线圈控制器与所述环形磁力线圈驱动器一一对应，并串联连接；
数据线接口31，其与用户端 10建立连接；和，
排插，其设置于所述驱动电路板3表面一端。
升压转化器是将外接电压调整至环形磁力线圈的工作电压，外接电压一般为5V左右，外接电压过高会使外接的电源体积过大，不易于放置。处理器32上设有多个端口，每个端口都连接一组环形磁力线圈控制器和环形磁力线圈驱动器，连接的组数与环形磁力线圈的数量相同。所述数据线接口为通用串行总线Universal Serial Bus接口。
优选的，前述的集成式磁分离设备，其中所述处理器32为微控制单元MICROCONTROL UNIT处理器；所述升压转换器将电压调整至10～13V；每个所述环形磁力线圈驱动器均并联有肖特基二极管35；所述环形磁力线圈控制器为NMOS场效应晶体管。
驱动电路使用可调升压器为线圈阵列提供高压电源；采用NMOS场效应管能够控制环形磁力线圈电源的通断；NMOS为N-Metal-Oxide-Semiconductor；并联在环形磁力线圈驱动器两端的肖特基二极管防止线圈在通断电时的感应电势损坏驱动器或其他元件。
优选的，前述的集成式磁分离设备，其还包括：
固定电路板4，其表面两侧设有排针42，所述排针42插入到所述排插中，使所述固定电路板与所述驱动电路板3电性连接；所述固定电路板表面设有若干导电孔41；
线圈连接器7，包括底座72，所述底座72一面与所述环形磁力线圈21连接，另一面设有若干单针插座71；所述环形磁力线圈21的金属引脚与所述单针插座的针体73连接；所述单针插座71插入所述导电孔41中，使所述环形磁力线圈21通电。
固定电路板通过排针与驱动电路板3的排插相连，实现电连接。固定电路板上设有若干导电孔41，导电孔41之间的间隔为2.5～3.5mm，当单针插座71插入到导电孔41之后，电流依次通过导电孔41和针体73，流向与针体73连接的环形磁力线圈21的金属引脚，最终流向环形磁力线圈21，使其正常运行。其次，固定电路板和驱动电路板3的四角上均设有通孔，通过螺钉使固定电路板和驱动电路板3固定在一起。
优选的，前述的集成式磁分离设备，其还包括：
下定位器5，其包括多个平行设置的第一凹槽51；所述环形磁力线圈21插入所述第一凹槽51用于固定环形磁力线圈21的位置；所述下定位器5的两端还包括第二凹槽52；所述微管道1的两端与所述第二凹槽52固定连接；
上定位器6，其包括多个平行设置的第三凹槽61；所述第三凹槽61与所述第一凹槽51一一对应，用于固定环形磁力线圈21的位置；所述上定位器6的两端还包括第四凹槽62；所述第四凹槽62卡接所述微管道1的两端，用于固定所述微管道1的位置。
第一凹槽51能够固定环形磁力线圈21的位置，使环形磁力线圈21的间距固定，防止因人为误触或其他情况，导致环形磁力线圈的间隔距离发生改变，使磁珠的控制受到影响。第二凹槽52设置在下定位器的两端，能够支撑微管道，实现微管道水平放置并穿过环形磁力线圈。
第三凹槽61与第一凹槽51配合，固定环形磁力线圈的位置，使环形磁力线圈的间隔距离不发生改变。第四凹槽62从两侧固定微管道1的两侧，防止微管道1出现横向位移。
优选的，前述的集成式磁分离设备，其中所述下定位器5为中空结构，所述下定位器5两端设有冷凝介质入口和冷凝介质出口。
环形磁力线圈在使用过程中会产生热量，如果热量过高会使样品中的蛋白质等变形或失活，进而导致实验失败，因此，本发明将下定位器5设置成中空结构，可以通入冷凝介质进行降温。冷凝介质可以是冷凝水、冷凝溶剂或气体等。
优选的，前述的集成式磁分离设备，其还包括：磁珠200，包括磁性微球201和磁性颗粒202；所述磁珠200能在若干所述环形磁力线圈21的作用下，在所述微管道1中运动；所述磁性微球201为表面包覆有机层的磁性金属；所述磁性颗粒202为无包覆层的磁性金属，所述磁性微球201的粒径为10～50μm，所述磁性颗粒202的粒径＜5μm；所述磁性微球201与磁性颗粒202的质量比为1:0.2～1.2。
实现使用小型化环形磁力线圈21控制磁珠运动不仅与环形磁力线圈21的外径、厚度以及间隔距离的设置有关，也与磁珠有关。本发明所述的磁珠200包括磁性微球201和磁性颗粒202；所述磁性微球201为表面包覆有机层的磁性金属，并对有机层进行功能化改性，使DNA、抗原、抗体、受体、配体以及酶等大分子或小分子的目标物负载在磁性微球201的表面；本发明所述的磁性颗粒202为无包覆层的，无规则形状的磁性金属，如图5所示，磁性颗粒和磁性微球在环形磁力线圈作用之前，呈现的是分散状态；在环形磁力线圈的作用之后，磁性颗粒和磁性微球能够相互吸引，由于磁性金属是无规则形状的，所以多个磁性金属能够与磁性微球紧密贴合，进而能够提高磁珠的磁响应性能。
由于磁性颗粒202的粒径小于磁性微球201的粒径，因此，在同强度的电场中，磁性颗粒202的运动速度大于磁性微球的运动速度，所以，为了保证磁性微球201和磁性颗粒202之间具有足够强的吸引力，防止由于磁性颗粒202的运动速度较快，导致磁性微球201的被甩开，进而无法控制磁珠200，需要使磁性微球201的粒径≥磁性颗粒202的粒径；但是当磁性微球201的粒径近似等于磁性颗粒202的粒径时，还会有部分的磁性微球201甩开，导致磁性微球201不受控制，从第二出液口107排出，造成样品损失。因此本发明使用粒径为10～50μm的磁性微球201，磁性颗粒202的粒径＜5μm。除此之外，磁性微球201与磁性颗粒202的加入量之比会影响磁性微球201的负载面积下降，导致样品损失，因此本发明控制磁性微球201与磁性颗粒202的质量之比为1:0.2～1.2。
以图2为例，磁珠200负载有DNA样品，使用移液枪将其注入到第一进液口101，然后在环形磁力线圈211和212的作用下进入到进液腔103，然后在环形磁力线圈213、214和215的作用下进入到反应洗涤腔104。当磁珠进入到反应洗涤腔104中时，在环形磁力线圈213、214和215的作用下，在反应洗涤腔104中往复运动，与反应液中的荧光标志物2012充分混合、反应，进而得到荧光标记后的DNA磁珠产品。
本发明中所述的磁性金属可以是Co、Ni、Fe或Ni-Fe、Co-Fe合金等，也可以是铁酸盐或氮化铁等。以图2为例，根据磁珠200负载的DNA样品、微管道的材质、尺寸（例如：长、宽、高和内径等）、环形磁力线圈的尺寸（例如：内径、外径和厚度等）、金属线的丝径和材质，以及环形磁力线圈的分布等，选择磁性金属的材质为四氧化三铁。本发明也可以根据磁珠负载的目标样品种类、微管道的材质、尺寸（例如：长、宽、高和内径等）、环形磁力线圈的尺寸（例如：内径、外径和厚度等）、金属线的丝径和材质，以及环形磁力线圈的分布等，对磁性金属的材质进行选择。下面将结合具体实施例对本发明作进一步说明，但不能理解为是对本发明保护范围的限制，该领域的技术人员根据上述本发明的内容对本发明作出的一些非本质的改进和调整，仍属于本发明的保护范围。
若无特殊说明，以下所涉及的材料、试剂等均为本领域技术人员熟知的市售商品；若无特殊说明，所述方法均为本领域公知的方法。除非另外定义，所使用的技术术语或者科学术语应当为本发明所属领域内的普通技术人员所理解的通常意义。
实施例
一种集成式磁分离设备，其包括：
本发明提出一种集成式磁分离设备，如附图1～8所述，其包括：
微管道1，为水平设置的直线型空心管；所述微管道1包括第一进液口101、第二进液口106、第一出液口102和第二出液口107；所述第一进液口101和第一出液口102分别设置于所述微管道1的两端；所述第二进液口106与所述第二出液口107分别设置于所述微管道1的管壁两侧；所述微管道1的长度为49mm，长和宽尺寸为2.5mm，内径为1mm；所述微管道1的内壁上设有1μm的聚对二甲苯膜疏水涂层。
线圈阵列2，包括平行设置的7个环形磁力线圈21；7个环形磁力线圈21同中心轴设置；所述微管道1沿所述中心轴贯穿所述环形磁力线圈21；相邻所述环形磁力线圈21的间隔距离均为3mm；所述环形磁力线圈21的内径为4mm，外径为10mm，厚度为3mm，匝数为300匝。
磁珠200，包括磁性微球201和磁性颗粒202；所述磁性微球201为表面包覆有机层的磁性金属；所述磁性颗粒202为无包覆层的磁性金属，所述磁性微球201的粒径为20μm，所述磁性颗粒202的粒径1μm；所述磁性微球201与磁性颗粒202的质量比为1:1；
驱动电路板3，与所述线圈阵列电性连接，用于控制所述线圈阵列的电流，其包括：
升压转换器与7个环形磁力线圈驱动器电性连接；所述环形磁力线圈驱动器彼此并联连接；将电压由5V调整至12V；
处理器32为微控制单元MICRO CONTROL UNIT处理器，其通过7个NMOS场效应晶体管与7个所述环形磁力线圈驱动器电性连接；所述NMOS场效应晶体管与所述环形磁力线圈驱动器一一对应，并串联连接；所述NMOS为N-Metal-Oxide-Semiconductor；每个所述环形磁力线圈驱动器均并联有肖特基二极管；
数据线接口为通用串行总线UNIVERSAL SERIAL BUS接口，其通过数据线11与用户端 10建立连接；和，
排插，其设置于所述驱动电路板3表面一端。
固定电路板4，其表面一端设有排针，所述排针插入到所述排插中，使所述固定电路板与所述驱动电路板3电性连接；所述固定电路板表面设有两排导电孔41，每排14个导电孔，共28个导电孔；固定电路板4和驱动电路板3的四角设有通孔，使用M2螺钉使固定电路板4和驱动电路板3固定连接。
线圈连接器7，包括底座72，所述底座72一面通过紫外线固化粘合剂与所述环形磁力线圈21连接，另一面设有4个单针插座71；所述环形磁力线圈21的金属引脚与所述单针插座的针体73连接；所述单针插座71插入所述导电孔41中，使所述环形磁力线圈21通电。
下定位器5，其包括7个平行设置的第一凹槽51；所述环形磁力线圈21插入所述第一凹槽51用于固定环形磁力线圈21的位置；所述下定位器5的两端还包括第二凹槽52；所述微管道1的两端与所述第二凹槽52固定连接。
上定位器6，其包括7个平行设置的第三凹槽61；所述第三凹槽61与所述第一凹槽51一一对应，用于固定环形磁力线圈21的位置；所述上定位器6的两端还包括第四凹槽62；所述第四凹槽62卡接所述微管道1的两端，用于固定所述微管道1的位置。
使用方法如下，如图2所示：
S1、使用移液枪由所述微管道1的第一进液口101注入样品；样品包括：水、负载DNA样品的羧基化磁性微球和磁性颗粒；
S2、启动设置于进液腔103外部的磁力线圈211和212，将样品引入进液腔103；
S3、启动设置于反应洗涤腔104外部的磁力线圈213、214和215，将样品引入反应洗涤腔104；
S4、使用注射泵通过第二进液口106向微管道1中注入反应液，然后通过磁力线圈213、214和215依时序脉冲工作，进行反应；使用废液收集器收集第二出液口107排出的废液；
S5、反应完成后，停止通入反应液，使用注射泵通过第二进液口106向微管道1中注入洗涤液，然后通过磁力线圈213、214和215依时序脉冲工作，进行洗涤；使用废液收集器收集第二出液口107排出的废液；
S6、使用成品收集器第一出液口102处收集成品203。
上述步骤可以在PC用户端程序中自动模式或手动模式下进行，具体如下：
在自动模式下，按照上述步骤S1至S6，磁力线圈根据预定时间顺序进行控制，如图7所示，图7的横坐标为时间t,纵坐标为多个磁力线圈的脉冲，步骤如下：
在样品注射时间段T0内，磁力线圈1（即211）和磁力线圈2（即212）依时序脉冲工作；在反应或洗涤时间段T1内，磁力线圈（即213）、磁力线圈（即214）、磁力线圈5（即215）依时序脉冲工作；
在产品收集时间段T2内，磁力线圈6（即216）和磁力线圈7（即217）依时序脉冲工作。
在手动模式下，用户也通过独立控制每个磁力线圈的开或关状态，支持手动操作，以配合实现所述步骤S1至S6。也可以在反应后，单独执行上述步骤S5，对微管道内部的磁珠进行洗涤。
在上述实施例中，对各个实施例的描述都各有侧重，某个实施例中没有详述的部分，可以参见其他实施例的相关描述。
以上所述，仅是本发明的较佳实施例而已，并非对本发明作任何形式上的限制，虽然本发明已以较佳实施例揭露如上，然而并非用以限定本发明，任何熟悉本专业的技术人员，在不脱离本发明技术方案范围内，当可利用上述揭示的技术内容作出些许更动或修饰为等同变化的等效实施例，但凡是未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与修饰，均仍属于本发明技术方案的范围内。
Claims (10)
1.一种集成式磁分离设备，其特征在于，其包括：
微管道，为水平设置的直线型空心管；所述微管道包括第一进液口、第二进液口、第一出液口和第二出液口；所述第一进液口和第一出液口分别设置于所述微管道的两端；所述第二进液口和第二出液口均设置于所述微管道的管壁上；
线圈阵列，包括平行设置的若干个环形磁力线圈；所述微管道贯穿所述环形磁力线圈的内部空腔设置；所述环形磁力线圈间隔设置于所述微管道的外侧；所述环形磁力线圈的外径为8～15mm，厚度为2～5mm；相邻所述环形磁力线圈的间隔距离均为2～4mm；和，
驱动电路板，与所述线圈阵列电性连接，用于控制所述线圈阵列的电流。
2.根据权利要求1所述的集成式磁分离设备，其特征在于，若干个所述环形磁力线圈同中心轴设置；所述微管道沿所述中心轴贯穿所述环形磁力线圈。
3.根据权利要求1所述的集成式磁分离设备，其特征在于，所述微管道内径为1～2mm；所述环形磁力线圈的内径为2.4～4.5mm，外径为9～12mm，厚度为2～4mm，匝数为300～350匝。
4.根据权利要求1所述的集成式磁分离设备，其特征在于，所述第二进液口与所述第二出液口分别设置于所述微管道的管壁两侧；所述第一出液口和/或第二出液口设有可拆卸的堵头。
5.根据权利要求1所述的集成式磁分离设备，其特征在于，所述微管道的内壁上设有疏水涂层；所述疏水涂层的厚度为1～2μm。
6.根据权利要求1所述的集成式磁分离设备，其特征在于，所述驱动电路包括：
升压转换器，与若干个环形磁力线圈驱动器电性连接；所述环形磁力线圈驱动器彼此并联连接；
处理器，其通过若干个环形磁力线圈控制器与若干个所述环形磁力线圈驱动器电性连接；所述环形磁力线圈控制器与所述环形磁力线圈驱动器一一对应，并串联连接；
数据线接口，其与用户端建立连接；和，
排插，其设置于所述驱动电路板表面一端。
7.根据权利要求6所述的集成式磁分离设备，其特征在于，所述处理器为微控制单元Micro Control Unit处理器；所述升压转换器将电压调整至10～13V；每个所述环形磁力线圈驱动器均并联有肖特基二极管；所述环形磁力线圈控制器为NMOS场效应晶体管。
8.根据权利要求6所述的集成式磁分离设备，其特征在于，其还包括：
固定电路板，其表面两侧设有排针，所述排针插入到所述排插中，使所述固定电路板与所述驱动电路板电性连接；所述固定电路板表面设有若干导电孔；
线圈连接器，包括底座，所述底座一面与所述环形磁力线圈连接，另一面设有若干单针插座；所述环形磁力线圈的金属引脚与所述单针插座的针体连接；所述单针插座插入所述导电孔中，使所述环形磁力线圈通电。
9.根据权利要求1所述的集成式磁分离设备，其特征在于，其还包括：
下定位器，其包括多个平行设置的第一凹槽；所述环形磁力线圈插入所述第一凹槽用于固定环形磁力线圈的位置；所述下定位器的两端还包括第二凹槽；所述微管道的两端与所述第二凹槽固定连接；所述下定位器为中空结构，所述下定位器两端设有冷凝介质入口和冷凝介质出口；
上定位器，其包括多个平行设置的第三凹槽；所述第三凹槽与所述第一凹槽一一对应，用于固定环形磁力线圈的位置；所述上定位器的两端还包括第四凹槽；所述第四凹槽卡接所述微管道的两端，用于固定所述微管道的位置。
10.根据权利要求1所述的集成式磁分离设备，其特征在于，其还包括：
磁珠，包括磁性微球和磁性颗粒；所述磁珠能在若干所述环形磁力线圈的作用下，在所述微管道中运动；所述磁性微球为表面包覆有机层的磁性金属；所述磁性颗粒为无包覆层的磁性金属，所述磁性微球的粒径为10～50μm，所述磁性颗粒的粒径＜5μm；所述磁性微球与磁性颗粒的质量比为1:0.2～1.2。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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| GR01 | Patent grant | ||
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