本發(fā)明涉及醫(yī)療領(lǐng)域，具體地，涉及一種基于永磁體的磁珠操控裝置。

背景技術(shù)：

目前的對(duì)于溶液內(nèi)的微型顆粒的操控沒有簡單的操作方法，尤其是不同類型顆粒的分離和攪拌，操控比較復(fù)雜，還沒有一種簡便的方法實(shí)現(xiàn)。

經(jīng)檢索，公開號(hào)為CN1624447A、申請(qǐng)?zhí)枮镃N200310115558.6的中國發(fā)明，該發(fā)明公開磁力微粒操控器，它由集成在同一基片正反面的平面微線圈和磁性微尖、磁芯構(gòu)成。對(duì)平面微線圈通以電流，在平面微線圈周圍產(chǎn)生應(yīng)用電磁場,當(dāng)磁性微粒位于磁性微尖附近時(shí)，在磁場力的作用下，微粒被吸附到磁性微尖上，當(dāng)電流斷開后，磁場力消失，微粒將被釋放。該發(fā)明的操作對(duì)象包括磁珠、細(xì)胞、生物分子等微粒，可完成單個(gè)微粒操控、微粒計(jì)數(shù)、篩選或微粒混合物的分離等功能，應(yīng)用于細(xì)胞生物學(xué)、免疫分析、微流體研究、納米技術(shù)等領(lǐng)域。

公開號(hào)為CN102362183A、申請(qǐng)?zhí)枮?01080013160.X的中國發(fā)明，該發(fā)明涉及一種與包括磁供應(yīng)器的處理設(shè)備一起使用的微流體設(shè)備,所述微流體設(shè)備包括:設(shè)置為容納生物樣本并且包含至少一個(gè)磁性顆粒的腔室，以及用于以可由所述處理設(shè)備讀取的形式存儲(chǔ)包括磁協(xié)議的信息的存儲(chǔ)裝置，其中所述磁供應(yīng)器能夠根據(jù)從所述存儲(chǔ)裝置讀取的所述磁協(xié)議信息生成作用于所述一個(gè)或者多個(gè)磁性顆粒的磁力。

但是：上述專利并不能在同一平臺(tái)下實(shí)現(xiàn)微粒的分離和攪拌功能。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)的不足，本發(fā)明所涉及的方法可以快速實(shí)現(xiàn)不同顆粒的分離或攪拌，作為一個(gè)通用平臺(tái)，只需要通過改變永磁體磁距調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)的磁距和旋轉(zhuǎn)部分的旋轉(zhuǎn)角度即可操控穿過操作容器的磁場強(qiáng)度和方向。將磁場操控和生物理療相結(jié)合，提供一種高效快速的分離或攪拌方法，降低設(shè)備成本和人員操作的工作量。

為實(shí)現(xiàn)以上目的，本發(fā)明提供一種基于永磁體的磁珠操控裝置，包括：微型永磁顆粒、操作容器、液體介質(zhì)、永磁體、永磁體磁距調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)、旋轉(zhuǎn)部分和驅(qū)動(dòng)控制部分，其中：

所述操作容器，為能夠穿透磁場的容器，用于盛放液體介質(zhì)以及液體介質(zhì)內(nèi)的不同類型微型顆粒，所述微型顆粒包括微型永磁顆粒和其他微型非永磁顆粒；

所述永磁體，為具有持續(xù)磁力的磁極對(duì)，在一磁距下對(duì)液體介質(zhì)內(nèi)的微型永磁顆粒施加恒定磁力；

所述永磁體磁距調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)，用于控制永磁體的磁極間距，且使兩個(gè)磁極相對(duì)于操作容器的中心距離相等；

所述旋轉(zhuǎn)部分，用于帶動(dòng)永磁體和永磁體磁距調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)圍繞操作容器做圓周運(yùn)動(dòng)；

所述驅(qū)動(dòng)控制部分，用于驅(qū)動(dòng)、控制旋轉(zhuǎn)部分和永磁體磁距調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)，對(duì)于旋轉(zhuǎn)部分，驅(qū)動(dòng)控制部分控制旋轉(zhuǎn)部分的旋轉(zhuǎn)角度和旋轉(zhuǎn)速度；對(duì)于永磁體磁距調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)，驅(qū)動(dòng)控制部分控制永磁體磁距調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)的永磁體的磁距。

優(yōu)選地，所述的微型永磁顆?？梢允怯来朋w也可以是包被了永磁體的微小顆粒，具有一定的持續(xù)磁力。

優(yōu)選地，所述的微型永磁顆粒直徑在20nm-3um之間。

優(yōu)選地，所述的微型永磁顆粒包括但不限于StreptAvidin磁珠(biotin分離免疫磁珠)、羧基生物磁珠、硅基磁珠、血漿游離DNA提取磁珠中的一種或幾種。

優(yōu)選地，所述的操作容器是具有一定容量并且可以穿透磁場的容器。

優(yōu)選地，所述的永磁體可以由釹鐵硼(Nd2Fe14B)、釤鈷(SmCo)、鋁鎳鈷(AlNiCo)或鐵氧體永磁材料(Ferrite)中的一種加工而成。

更優(yōu)選地，所述的永磁體包含至少一個(gè)極對(duì)。

更優(yōu)選地，所述的極對(duì)為兩組互相對(duì)應(yīng)的磁極，這兩個(gè)磁極磁場方向相反、物理位置互差180度，磁場強(qiáng)度一致。當(dāng)其中一個(gè)磁場是N級(jí)，相對(duì)應(yīng)的另一個(gè)磁場方向?yàn)镾級(jí)。當(dāng)其中一個(gè)磁場是S級(jí)，相對(duì)應(yīng)的另一個(gè)磁場方向?yàn)镹級(jí)。

優(yōu)選地，所述的永磁體磁距調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)包括磁距運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)和運(yùn)動(dòng)源，其中：

所述磁距運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)，用于帶動(dòng)永磁體的磁極相對(duì)于操作容器中心的距離，且使各磁極相對(duì)于操作容器中心的距離相等；

運(yùn)動(dòng)源，帶動(dòng)磁距運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)。

優(yōu)選地，所述的驅(qū)動(dòng)控制部分包括驅(qū)動(dòng)部件和控制部件，其中：

所述驅(qū)動(dòng)部件由若干功率驅(qū)動(dòng)管組成，將控制部件的電壓信號(hào)變成旋轉(zhuǎn)部分的驅(qū)動(dòng)電流和永磁體磁距調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)的驅(qū)動(dòng)電流；

所述控制部件產(chǎn)生電壓信號(hào)給驅(qū)動(dòng)部件，從而控制旋轉(zhuǎn)部分和永磁體磁距調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)。

更優(yōu)選地，當(dāng)所述的控制部件控制旋轉(zhuǎn)部分帶動(dòng)永磁體和永磁體磁距調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)圍繞操作容器圓周0-180度范圍內(nèi)運(yùn)動(dòng)，則操作容器圓周0-180度的磁場方向與操作容器圓周180-360度的磁場方向相反，且實(shí)現(xiàn)液體介質(zhì)內(nèi)的微型永磁顆粒或包被了微型永磁顆粒的微型顆粒與其他非微型非永磁顆粒有效分離。

更優(yōu)選地，當(dāng)所述的控制部件控制旋轉(zhuǎn)部分帶動(dòng)永磁體和永磁體磁距調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)圍繞操作容器按照順時(shí)針方向圓周運(yùn)動(dòng)，則實(shí)現(xiàn)液體介質(zhì)內(nèi)的液體以及液體介質(zhì)所包含的不同類型的微型顆粒按照順時(shí)針攪拌；

更優(yōu)選地，當(dāng)所述的控制部件控制旋轉(zhuǎn)部分帶動(dòng)永磁體和永磁體磁距調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)圍繞操作容器按照逆時(shí)針方向圓周運(yùn)動(dòng)，則實(shí)現(xiàn)液體介質(zhì)內(nèi)的液體以及液體介質(zhì)所包含的不同類型的微型顆粒按照逆時(shí)針攪拌。

本發(fā)明通過控制控制旋轉(zhuǎn)部分的旋轉(zhuǎn)時(shí)序?qū)崿F(xiàn)微粒的分離和攪拌功能，通過控制永磁體磁距調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)帶動(dòng)永磁體的磁極相對(duì)于操作容器中心的距離從而控制磁力大小。

與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有以下的有益效果：

本發(fā)明裝置，操作方便，通過改變永磁體磁距調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)的磁距和旋轉(zhuǎn)部分的旋轉(zhuǎn)角度即可操控穿過操作容器的磁場強(qiáng)度和方向，實(shí)現(xiàn)不同類型顆粒的分離和攪拌，提高分離或攪拌的效率，降低設(shè)備成本和人員操作的工作量，具有廣泛推廣意義。

附圖說明

通過閱讀參照以下附圖對(duì)非限制性實(shí)施例所作的詳細(xì)描述，本發(fā)明的其它特征、目的和優(yōu)點(diǎn)將會(huì)變得更明顯：

圖1為本發(fā)明一優(yōu)選實(shí)施例的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖中：1-微型永磁顆粒，2-操作容器，3-液體介質(zhì)，4-永磁體，5-永磁體磁距調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)，6-旋轉(zhuǎn)部分，7-驅(qū)動(dòng)控制部分；

圖2為本發(fā)明一優(yōu)選實(shí)施例的永磁體磁距調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖3為本發(fā)明一優(yōu)選實(shí)施例的永磁體磁距調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)示意圖，其中：(a)為向操作容器方向運(yùn)動(dòng)，(b)為向操作容器反方向運(yùn)動(dòng)；

圖4為本發(fā)明一優(yōu)選實(shí)施例的驅(qū)動(dòng)部件的電路原理圖；

圖5為本發(fā)明一優(yōu)選實(shí)施例的控制部件的電路原理圖；

圖6中(a)～(f)為本發(fā)明一優(yōu)選實(shí)施例的作為不同顆粒分離功能的時(shí)序圖；

圖7中(a)～(i)為本發(fā)明一優(yōu)選實(shí)施例的作為攪拌功能的時(shí)序圖；

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合具體實(shí)施例對(duì)本發(fā)明進(jìn)行詳細(xì)說明。以下實(shí)施例將有助于本領(lǐng)域的技術(shù)人員進(jìn)一步理解本發(fā)明，但不以任何形式限制本發(fā)明。應(yīng)當(dāng)指出的是，對(duì)本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來說，在不脫離本發(fā)明構(gòu)思的前提下，還可以做出若干變形和改進(jìn)。這些都屬于本發(fā)明的保護(hù)范圍。

如圖1所示，一種基于永磁體的磁珠操控裝置，包括：微型永磁顆粒1、操作容器2、液體介質(zhì)3、永磁體4、永磁體磁距調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)5、旋轉(zhuǎn)部分6和驅(qū)動(dòng)控制部分7；其中：

所述操作容器2，為能夠穿透磁場的容器，用于盛放液體介質(zhì)以及液體介質(zhì)內(nèi)的不同類型微型顆粒，所述微型顆粒包括微型永磁顆粒1和其他微型非永磁顆粒；

所述永磁體4，可以設(shè)置在操作容器2的外圍，為具有持續(xù)磁力的磁極對(duì)，在一磁距下對(duì)液體介質(zhì)內(nèi)的微型永磁顆粒施加恒定磁力；

所述永磁體磁距調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)5，可以設(shè)置在操作容器2的外圍，所述永磁體4設(shè)置在永磁體磁距調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)5上，永磁體磁距調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)5用于控制永磁體的磁極間距，且使兩個(gè)磁極相對(duì)于操作容器的中心距離相等；

所述旋轉(zhuǎn)部分6，可以設(shè)置在永磁體磁距調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)5下方，用于帶動(dòng)永磁體和永磁體磁距調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)圍繞操作容器做圓周運(yùn)動(dòng)；

所述驅(qū)動(dòng)控制部分7，可以設(shè)置在旋轉(zhuǎn)部分6、永磁體磁距調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)5的下方，用于驅(qū)動(dòng)、控制旋轉(zhuǎn)部分和永磁體磁距調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)，對(duì)于旋轉(zhuǎn)部分，驅(qū)動(dòng)控制部分控制旋轉(zhuǎn)部分的旋轉(zhuǎn)角度和旋轉(zhuǎn)速度；對(duì)于永磁體磁距調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)，驅(qū)動(dòng)控制部分控制永磁體磁距調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)的永磁體的磁距。

作為優(yōu)選，所述微型永磁顆粒1為微型的具有一定持續(xù)磁力的顆粒，微型永磁顆粒1可以是永磁體也可以是包被了永磁體的微小顆粒，并且微型永磁顆粒1的顆粒直徑在20nm-3um之間；微型永磁顆粒1包括但不限于StreptAvidin磁珠(biotin分離免疫磁珠)、羧基生物磁珠、硅基磁珠、血漿游離DNA提取磁珠中的一種或幾種。

所述操作容器2為具有一定容量的容器，用于盛放包含不同顆粒的液體，并且操作容器2是可以穿透磁場的容器。

所述液體介質(zhì)3以液體形態(tài)呈現(xiàn)，包含了不同類型的微型顆粒。

作為優(yōu)選，所述永磁體4為具有持續(xù)磁力的磁極對(duì)，在一磁距下對(duì)液體介質(zhì)3內(nèi)的微型永磁顆粒1施加恒定磁力；永磁體4可以由釹鐵硼(Nd2Fe14B)、釤鈷(SmCo)、鋁鎳鈷(AlNiCo)或鐵氧體永磁材料(Ferrite)中的一種加工而成；永磁體4包含至少一個(gè)極對(duì)，極對(duì)為兩組互相對(duì)應(yīng)的磁極，這兩個(gè)磁極磁場方向相反、物理位置互差180度，磁場強(qiáng)度一致；當(dāng)其中一個(gè)磁場是N級(jí)，相對(duì)應(yīng)的另一個(gè)磁場方向?yàn)镾級(jí)。當(dāng)其中一個(gè)磁場是S級(jí)，相對(duì)應(yīng)的另一個(gè)磁場方向?yàn)镹級(jí)。

如圖2所示，所述永磁體磁距調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)5用于控制永磁體4磁極的間距，且兩個(gè)磁極相對(duì)于操作容器2的中心距離相等；作為優(yōu)選，永磁體磁距調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)5包括磁距運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)和與磁距運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)連接的運(yùn)動(dòng)源，其中：

所述磁距運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)為一種機(jī)械結(jié)構(gòu)，可以同時(shí)帶動(dòng)永磁體4的磁對(duì)極相對(duì)于操作容器2中心的距離，且各磁極相對(duì)于操作容器2中心的距離相等；

所述運(yùn)動(dòng)源可以是一個(gè)電動(dòng)機(jī)，電動(dòng)機(jī)產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)副從而帶動(dòng)磁距運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)，也可以通過手動(dòng)調(diào)節(jié)。

如圖3所示，作為永磁體磁距調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)一優(yōu)選實(shí)施方式，采用齒輪雙齒條結(jié)構(gòu)，采用步進(jìn)電機(jī)帶動(dòng)齒輪旋轉(zhuǎn)，齒輪運(yùn)動(dòng)帶動(dòng)上、下兩個(gè)齒條同步直線運(yùn)動(dòng)，且上、下兩個(gè)齒條運(yùn)動(dòng)方向相反：

如圖3中(a)所示，當(dāng)齒輪控制上、下兩個(gè)齒條向操作容器2方向運(yùn)動(dòng)，則磁場強(qiáng)度增加；

如圖3中(b)所示，當(dāng)齒輪控制上、下兩個(gè)齒條向操作容器2反方向運(yùn)動(dòng)，則磁場強(qiáng)度減弱。

所述旋轉(zhuǎn)部分6采用步進(jìn)電機(jī)，步進(jìn)電機(jī)帶動(dòng)永磁體4和永磁體磁距調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)5圍繞操作容器做圓周運(yùn)動(dòng)。在其他實(shí)施例里，所述旋轉(zhuǎn)部分6還可以是直流永磁電機(jī)、直流無刷電機(jī)、交流伺服電機(jī)中的一種。

所述驅(qū)動(dòng)控制部分7不僅驅(qū)動(dòng)、控制旋轉(zhuǎn)部分6的旋轉(zhuǎn)角度和旋轉(zhuǎn)速度，也驅(qū)動(dòng)、控制永磁體磁距調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)5上的永磁體4的磁距；

所述驅(qū)動(dòng)控制部分7包括：驅(qū)動(dòng)部件和控制部件，其中：

所示驅(qū)動(dòng)部件由若干功率驅(qū)動(dòng)管組成，用于將控制的電壓信號(hào)變成旋轉(zhuǎn)部分6的所采用步進(jìn)電機(jī)的驅(qū)動(dòng)電流和永磁體磁距調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)5所采用步進(jìn)電機(jī)的驅(qū)動(dòng)電流。

如圖4所示，作為優(yōu)選，驅(qū)動(dòng)部件采用IRF公司的IR2101作為預(yù)驅(qū)動(dòng)，功率驅(qū)動(dòng)管以8個(gè)IRF公司的N溝道MOS管IRFR2407作為橋電路將控制部件的電壓信號(hào)轉(zhuǎn)換成步進(jìn)電機(jī)線圈的驅(qū)動(dòng)電流。為確保IRFR2407的有效導(dǎo)通和關(guān)斷，IR2101接收到控制部件發(fā)出的電壓通斷信號(hào)后控制IRFR2407的導(dǎo)通和關(guān)斷，8個(gè)IRFR2407作為橋電路連接步進(jìn)電機(jī)的線圈A+、A-、B+和B-，從而控制旋轉(zhuǎn)部分6的所采用步進(jìn)電機(jī)和永磁體磁距調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)5所采用步進(jìn)電機(jī)的旋轉(zhuǎn)。當(dāng)然，在其他實(shí)施例中也可以采用其他的驅(qū)動(dòng)部件。

所述控制部件根據(jù)需求產(chǎn)生電壓信號(hào)給驅(qū)動(dòng)部分，從而控制旋轉(zhuǎn)部分和永磁體磁距調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)。作為優(yōu)選，如圖5所示，控制部件采用microchip公司的DSPIC30F4011，使用DSPIC30F4011的通用IO口產(chǎn)生8路PWM電壓信號(hào)，IR2101預(yù)驅(qū)動(dòng)芯片接收到控制部件的PWM電壓信號(hào)后控制8個(gè)IRFR2407橋電路的有效通斷。

作為一優(yōu)選的實(shí)施方式，所示驅(qū)動(dòng)控制部分7中：

如圖6所示，所述控制部件如果控制旋轉(zhuǎn)部分6帶動(dòng)永磁體4和永磁體磁距調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)5圍繞操作容器2圓周0-180度范圍內(nèi)運(yùn)動(dòng)，且操作容器2圓周0-180度的磁場方向和操作容器2圓周180-360度的磁場方向相反，則可以實(shí)現(xiàn)微型永磁體或包被了永磁體的微小顆粒與其他微小顆粒有效分離。

如圖7所示，所述控制部件如果控制旋轉(zhuǎn)部分6帶動(dòng)永磁體4和永磁體磁距調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)5圍繞操作容器2按照?qǐng)D7中(a)-(b)-(c)-(d)-(e)-(f)-(g)-(h)-(i)-(j)-(k)-(l)的順時(shí)針方向圓周運(yùn)動(dòng)，則實(shí)現(xiàn)了液體介質(zhì)3內(nèi)的液體以及不同的微小顆粒按照順時(shí)針攪拌；

所述控制部件如果控制旋轉(zhuǎn)部分6帶動(dòng)永磁體4和永磁體磁距調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)5圍繞操作容器2按照?qǐng)D7中(l)-(k)-(j)-(i)-(h)-(g)-(f)-(e)-(d)-(c)-(b)-(a)的逆時(shí)針方向圓周運(yùn)動(dòng)，則實(shí)現(xiàn)了液體介質(zhì)3內(nèi)的液體以及不同的微小顆粒按照逆時(shí)針攪拌。

本發(fā)明提供了一種微型磁珠的操控裝置，其結(jié)構(gòu)簡單，操作方便，通過改變永磁體磁距調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)的磁距和旋轉(zhuǎn)部分的旋轉(zhuǎn)角度即可操控穿過操作容器的磁場強(qiáng)度和方向，實(shí)現(xiàn)不同類型顆粒的分離和攪拌，提高分離或攪拌的效率，降低設(shè)備成本和人員操作的工作量，具有廣泛推廣意義。

以上對(duì)本發(fā)明的具體實(shí)施例進(jìn)行了描述。需要理解的是，本發(fā)明并不局限于上述特定實(shí)施方式，本領(lǐng)域技術(shù)人員可以在權(quán)利要求的范圍內(nèi)做出各種變形或修改，這并不影響本發(fā)明的實(shí)質(zhì)內(nèi)容。