專利名稱：一種磁力攪拌裝置及其攪拌方法
技術領域：
本發明涉及ー種磁力攪拌裝置及其攪拌方法，特別涉及納米磁珠的攪拌混合裝置及方法。
背景技術：
納米磁珠從誕生開始，它就受到了科研工作者的關注，并且在生化分析領域得到成功的應用。近年來，將納米磁珠包被上特異性抗體、受體、單鏈DNA，用于分離復雜樣品中的靶體，·取得巨大成功。與傳統的分離方法相比，把納米磁珠用于復雜組分的生化樣品的分離，能夠實現分離和富集同時進行，大大提高了分離速度和富集效率，同時也使分析檢測的靈敏度大大提高。目前，這種磁性微球已被廣泛應用于免疫分析、核酸分離提取、細胞分選、酶的固定等多個領域。在納米磁場應用中的ー個重要步驟是將納米磁與試劑充分混合。現有的技術一般是將裝有樣品的試管通過機械振蕩的方式實現混合。專利CN201249110Y將含有納米磁珠的試管放在旋轉的兩塊磁體中間，用磁力使試管底部的磁珠轉動達到混合的目的。但該專利有機械運動的電機，控制方式単一，無法調節混合效果。

發明內容
本發明的目的是克服現有技術的缺點，提出ー種磁力攪拌裝置及其納米磁珠攪拌方法。本發明采用一種無機械運動部件的自動化裝置實現納米磁珠與試劑的充分混合，可以改善混合效率并降低實驗人員的工作量，并且可以提高裝置的可靠性，延長裝置的使用壽命。本發明采用使可變頻率和幅值大小的旋轉磁場帶動磁場進行混合，具體的技術方案是本發明磁場發生裝置包括線圈和電源。所述的線圈包括三對亥姆霍茲線圈和ー對麥克斯韋線圈共四對線圏。三對亥姆霍茲線圈按照尺寸從小到大正交安裝，三對亥姆霍茲線圈的軸向分別對應磁力攪拌裝置的X、Y、Z軸，三對亥姆霍茲線圈對應稱為X軸、Y軸、Z軸亥姆霍茲線圏。三對亥姆霍茲線圈的軸中心相交于一點0，該點為直角坐標系OXYZ的原點。XOY為水平平面，OZ軸豎直向上。一對麥克斯韋線圈的軸線與Z軸重合，該麥克斯韋線圈的軸中心與坐標原點0重合，稱為Z軸麥克斯韋線圈。所述的電源為帶CPU的四路電流源，X軸、Y軸、Z軸亥姆霍茲線圈和Z軸麥克斯韋線圈各連接一路電流源。Z軸亥姆霍茲線圈產生的磁場沿OZ軸正向，Z軸麥克斯韋線圈在Z軸上產生磁場的梯度沿OZ軸正向。所述的電源為帶CPU的四路電流源，CPU可分別控制四路電流源輸出電流的方向和大小。四對所述的線圈分別連接一路電流源。本發明CPU控制四路電流源按照不同時序向四對線圈輸出大小不同的電流，實現納米磁珠與試劑的混合。其原理及實現方法如下述
(I)將裝有納米磁珠與試劑的混合液的試管豎直放置在OZ軸線上；(2)向Z軸亥姆霍茲線圈中通入電流產生朝向OZ正方向的磁場，場強大于納米磁珠的飽和磁化強度,使得納米磁珠磁化；(3)向Z軸麥克斯韋線圈中通入電流在OZ軸線上產生OZ正方向的梯度磁場，梯度磁場足以使得磁化的納米磁珠能克服阻力朝OZ正向運動；(4)當大部分納米磁珠運動到混合液上部時，停止通向Z軸亥姆霍茲線圈和Z軸麥克斯,線圈中的電流；(5)在X軸亥姆霍茲線圈和Y軸亥姆霍茲線圈中通入相位差為90度的正弦電流產生XOY平面內的旋轉磁場，旋轉磁場的場強幅值大于納米磁珠的飽和磁化強度，使得納米磁珠磁化；然后在Z軸麥克斯韋線圈中通入電流產生梯度磁場，梯度磁場足以使得磁化的 納米磁珠能克服阻カ產生運動；(6)停止通向各線圈中的電流，重復(2) (5)直到納米磁珠與試劑混合均勻。本發明的效果和益處是通過在試管周圍加入不同的磁場實現納米磁珠與試劑的充分混合，整個裝置通過改變線圈中的電流來實現混合，方法簡單，可通過控制線圈中電流的幅值和頻率實現不同的混合效果。


圖I是本發明的磁力攪拌裝置示意圖；圖2是本發明的磁力攪拌裝置連接示意圖。
具體實施例方式下面結合附圖和具體實施方式
進ー步說明本發明。本發明磁場發生裝置包括線圈2和電源I。如圖I所示，所述的線圈2為三對正交亥姆霍茲線圈和一對麥克斯韋線圏。三對正交亥姆霍茲線圈從小尺寸到大尺寸正交嵌套安裝，三對亥姆霍茲線圈的軸向對應磁力攪拌裝置的X、Y、Z軸。三對亥姆霍茲線圈的軸中心相交于點0，該點為直角坐標系OXYZ的原點。XOY為水平平面，OZ軸豎直向上。ー對麥克斯韋線圈的軸線與Z軸重合，該麥克斯韋線圈的軸中心與坐標原點0重合。三對正交亥姆霍茲線圈和ー對麥克斯韋線圈分別連接四路電流源，CPU通過控制四路電流源輸出電流的大小來控制三個軸向產生的磁場。X軸向的亥姆霍茲線圈為線圈X，Y軸向的亥姆霍茲線圈為線圈Y，Z軸向的亥姆霍茲線圈為線圈Z，Z軸向的麥克斯韋線圈為線圈MZ。所述的電源I為帶CPU的四路電流源，CPU可直接控制每路電流源輸出電流的大小。圖2所示為本發明磁力攪拌裝置的整體連接示意圖。電流源I 4依次連接X軸向的亥姆霍茲線圈X、Y軸向的亥姆霍茲線圈Y、Z軸向的亥姆霍茲線圈Z、Z軸向的麥克斯韋線圈MZ。本發明磁力攪拌的方法如下(I)將裝有納米磁珠與試劑的混合液的試管豎直放置在OZ軸線上；(2)向線圈Z中通入電流產生朝向OZ正方向的磁場，場強大于納米磁珠的飽和磁化強度，使得納米磁珠磁化；(3)向線圈MZ中通入電流在OZ軸線上產生沿OZ正方向的梯度磁場，梯度磁場足以使得磁化的納米磁珠能克服阻力朝OZ正向運動；(4)當大部分納米磁珠運動到所述混合液上部時,停止通向線圈Z和線圈MZ中的電流；(5)線圈X和線圈Y中通入相位差為90度的正弦電流產生XOY平面內的旋轉磁場，旋轉磁場的場強幅值大于納米磁珠的飽和磁化強度，使得納米磁珠磁化；然后在Z軸麥克斯韋線圈中通入電流產生梯度磁場，梯度磁場足以使得磁化的納米磁珠能克服阻カ產生運動；
(6)停止各線圈中的電流，重復步驟(2) 步驟(5)直到納米磁珠與試劑混合均勻。改變上述步驟中各個線圈中產生磁場的大小和步驟(5)中的旋轉磁場的頻率可改變溶液的混合效果。
權利要求
1.一種磁力攪拌裝置，其特征在于所述的磁力攪拌裝置包括線圈和電源；所述的線圈為三對正交的亥姆霍茲線圈和一對麥克斯韋線圈共四對線圈，所述的三對亥姆霍茲線圈的軸向分別對應磁力攪拌裝置的X、Y、Z軸，三對亥姆霍茲線圈的軸中心交于直角坐標系OXYZ的原點0，XOY為水平平面，OZ軸豎直向上；所述的一對麥克斯韋線圈的軸線與Z軸重合，所述的一對麥克斯韋線圈的軸中心與坐標原點O重合；所述的電源為帶CPU的四路電流源，四對所述的線圈分別連接一路電流源。
2.按照權利要求I所述的磁力攪拌裝置，其特征在于所述的磁力攪拌裝置線圈產生的磁場方向如下其中X軸、Y軸亥姆霍茲線圈產生水平面內的旋轉磁場3軸亥姆霍茲線圈產生OZ軸正向的磁場；Ζ軸麥克斯韋線圈在Z軸產生OZ正向的梯度磁場。
3.采用權利要求I或2所述的磁力攪拌裝置的攪拌方法，其特征在于所述的攪拌方法 為 (1)將裝有納米磁珠與試劑的混合液的試管豎直放置在OZ軸線上； (2)向Z軸亥姆霍茲線圈中通入電流產生朝向OZ正方向的磁場,所述的旋轉磁場的場強幅值大于納米磁珠的飽和磁化強度，使得納米磁珠磁化； (3)向Z軸麥克斯韋線圈中通入電流在OZ軸線上產生OZ正方向的梯度磁場，所述的梯度磁場足以使得磁化的納米磁珠能克服阻力朝OZ正向運動； (4)當大部分納米磁珠運動到混合液上部時，停止通向Z軸亥姆霍茲線圈和Z軸麥克斯韋線圈中的電流； (5)在X軸亥姆霍茲線圈和Y軸亥姆霍茲線圈中通入相位差為90度的正弦電流產生XOY平面內的旋轉磁場，所述的旋轉磁場的場強幅值大于納米磁珠的飽和磁化強度，使得納米磁珠磁化；然后在Z軸麥克斯韋線圈中通入電流產生梯度磁場，所述的梯度磁場足以使得磁化的納米磁珠能克服阻力產生運動； (6)停止各線圈中的電流，重復步驟(2) 步驟(5)直到納米磁珠與試劑混合均勻。
全文摘要
一種磁力攪拌裝置及其攪拌方法，包括線圈和電源兩部分，所述的線圈為三對正交的亥姆霍茲線圈和一對麥克斯韋線圈，三對亥姆霍茲線圈的軸向分別對應磁力攪拌裝置的X、Y、Z軸，三對亥姆霍茲線圈的軸中心交于坐標原點O，XOY為水平面，OZ軸豎直向上。一對麥克斯韋線圈的軸線與Z軸重合，其軸中心與坐標原點O重合。控制四對線圈中的電流，使得四個線圈產生不同時序的均勻磁場和梯度磁場，推動納米磁顆粒運動，從而實現納米磁珠和溶劑的混合。
文檔編號B01F13/08GK102847477SQ20121036200
公開日2013年1月2日 申請日期2012年9月25日 優先權日2012年9月25日
發明者徐建省, 鄧叢良, 竇永杰, 于陽, 王明 申請人:中國科學院電工研究所