CN101375166B - 用于分析流体的装置 - Google Patents

Abstract

本发明的目的是提供一种用于分析流体的可选方案。为此，提供了一种用于分析包括磁性颗粒的流体的装置，所述装置包括用于产生磁场的磁性部件、和膜，所述磁性部件被设计成用于向磁性颗粒施加磁力，从而使包括目标的流体运动，所述膜具有列阵，用于使流体移动通过列阵或沿着列阵移动。

Description

用于分析流体的装置

技术领域

本发明涉及一种用于分析流体的装置、一种用于将磁性颗粒和流体引导通过装置的膜的不同部分的控制装置、和一种用于分析流体的方法。 

背景技术

为了探测各种流体中的所谓的目标，人们逐渐开发出了用于不同应用场合的装置。作为目标的示例，有核酸、抗体、抗原、受体、半抗原或配位体。装置适合于探测另外的目标，例如细胞片段、病毒或食物片段内的物质。目标通常是分子，在这种情况下，也称作分子组分(molecule species)。作为包括目标的流体的示例，有血液、唾液、尿液、组织提取物、隙间流体、食物提取物和环境样品。包括待探测目标的另外流体也是适合的。流体可在未经处理的情况下直接从源提取，但是也可首先经受一个或多个预处理步骤，例如过滤、溶解、研磨、净化、浓缩、稀释、放大。在本发明中使用的这种意义下装置是一种包括少量物质的装置。在本发明的情况下，术语“装置”还包括微型装置和微流体装置。例如，装置包括：也称作生物传感器芯片的生物芯片、生物微型芯片、基因芯片或DNA芯片，所述芯片在它们最简单的形式中包括基片，大量的不同探测分子(probe molecule)附着在基片上，在芯片上的良好限定区域，物质或流体内的待分析的分子或分子片段如果匹配则结合到其上。基片可被设计成多孔材料或膜，物质或流体传送通过所述多孔材料或膜。例如，单个标准DNA分子的片段结合到一种独特的互补DNA链(c-DNA)片段上。例如，可通过使用连接到待分析的分子上的发荧光的、化学发光的、放射性的或吸收标记探测结合反应的发生。这提供了在短的时间内并行分析少量的众多种不同分子或分子片段的能力，一个生物芯片可保持待分析的测定物、在此称作流体3中的从几个直至1000或更多的不同的分子片段。由于传送和混合，装置中包含的物质或流体通过微型泵被泵送通过装置。装置中的流体的上述泵送作用也可用于使流体重复地沿着基片泵送或通过膜传送。通过泵送，目标到达探测分子的可能性增加，且流体内的目标与附着到膜的探测分子的特定结合得到提高。装置中微型泵的设置难于制造、非常昂贵、且易于发生故障。使用具有微型泵的装置1，会产生大量静止不动的流体，这意味着有相当的流体不能经受分析。因此，需要大量包括目标的流体，这产生了成本、时间和样本提取方面的不足。 

发明内容

本发明的目的是提供了一种用于分析流体的可选方案。 

上述目的通过用于分析包括磁性颗粒的流体的装置解决，所述装置包括用于产生磁场的磁性部件、和膜，所述磁性部件被设计成用于向磁性颗粒施加磁力，使包括目标的流体运动，所述述膜具有列阵，用于使流体移动经过列阵或沿着列阵移动且移动通过膜。此外，提供了控制装置，用于将磁性颗粒和流体引导通过装置的膜的不同部分，所述控制装置包括用于改变磁性部件的磁场强度的部件，以将磁性颗粒和流体引导通过装置和通过膜。而且，给出了一种用于通过具有列阵的膜分析包括磁性颗粒的流体的方法，所述方法包括以下步骤：产生用于向磁性颗粒施加磁力的磁场，从而向磁性颗粒施加磁力，以便最终使流体产生运动通过膜。作用在磁性颗粒上的力通过施加磁场和/或磁场梯度实现。 

因此，以简单直接的方式实现了流体移动通过装置，以便用于分析目的。 

本发明在没有使用机械部件的情况下实现了流体的传送，且适合于少量流体，所述流体可能包括复杂的生物混合物。流体的运动是通过磁性颗粒对包括目标的周围流体的拖曳力产生的。重要的是，流体通过磁性颗粒运动，基本上没有力直接作用在流体上。本发明获得了使用少量流体作为样本的分析、具有小的盒的紧凑设计，这使得以低的成本和高的可靠性进行高速分析。 

用于移动流体的其他措施可与使流体产生运动的本发明的特征相组合。 

本发明的一些实施例描述于从属权利要求中。 

一个实施例公开了一种膜，所述膜具有用于使流体移动通过膜且用于将目标结合到结合区即捕获分子的结合区列阵。流体运动与装置内的多孔膜的组合使得可增强流体通过膜和更快地通过膜。 

在另一实施例中，所述装置包括磁场，且通过控制装置的控制以大致彼此垂直延伸的预定方式及时地改变磁场方向和/或幅度，从而改变施加给磁性颗粒的磁力，用于将磁性颗粒和流体引导通过装置。磁场例如由相对于装置的位置水平设置或竖直设置的磁性部件产生。另外的磁场是可适用的，尤其是垂直于两个磁场设置而在空间中的每一方向上建立磁场的磁场。流体沿不同方向自由地传送通过装置。装置中流体内的物质或目标的改善的混合或结合得以实现。力、因此磁性颗粒或珠的运动可通过施加磁场梯度实现。在另一实施例中，控制装置被设计成将磁性颗粒和流体引导通过膜的不同部分。主要地，这有助于称作目标的不同物质的彼此结合，所述目标在流体和膜中具有远的位置，尤其在多个目标的情况下。流体中的目标被使得抵达膜中的物质，例如包括在用于建立独特结合的结合区中。 

上述实施例的另一变型公开了一种控制装置，所述控制装置被设计成将膜一侧的磁性颗粒和流体沿第一方向引导通过膜、在第二方向上沿着膜引导、在膜的相反侧沿与第一方向相反的第三方向引导通过膜、以及在与第二方向相反的第四方向上沿着膜引导，从而形成磁性颗粒和流体的循环流动。 

在另一实施例中，多个磁性颗粒形成多颗粒结构或串，用于改善流体移动通过装置。多颗粒结构比单磁性颗粒构成的结构更好地获得磁力。因此，产生作用到磁性颗粒的较高的力，且有更高的磁性颗粒的拖曳力作用在流体上，用于移动流体。多颗粒结构可在磁力或其他力例如化学力的作用下形成。使用磁力的优点在于，多颗粒结构在施加的磁场的影响下能够可逆地组合和散开。 

为了测量流体中的物质的量或浓度，设有磁场产生金属丝或线圈，用于产生引起磁性标记的磁散逸场的磁场，且设有用于测量磁散逸场的巨磁阻传感器。该测量优选在磁性部件引起的运动结束之后进行。使流体产生运动的磁性颗粒可与引起磁散逸场的标记相同。或者以别的方式，使流体产生运动的磁性颗粒和引起磁散逸场的目标不同，且没有集成为一体。 

流体中物质的量或浓度的可选测量通过用于目标或标记的光学探测的光学探测器实现，从而测量目标的量。优点在于，可使用通用的光学表示 技术，例如使用荧光团标记进行标示。 

优选地，在用于分析流体的光学探测过程发生之前，磁性颗粒被移动离开膜或至少移动离开分析区域，并远离视场，以便避免源自颗粒的不良背景信号，所述背景信号称作光学散射、吸收或发冷光。 

可能的膜的示例是多孔铝或氧化铝、硅或二氧化硅(具有或不具有电极)、塑料膜，例如尼龙，基于纤维材料的膜，例如硝化纤维。 

在本发明的可选方式中，电流传导线集成在膜中或膜上，用于产生磁场。 

在本发明的可选方式中，机械稳定件设置在膜处，用于提高膜的机械稳定性。如果大量的磁性颗粒或珠位于膜内，磁场也在膜处产生力。机械稳定件可被设计成支撑膜，例如线栅或稳定的陶瓷基片，所述陶瓷基片被构造成加装到装置的膜上的薄层。可选地，可使用例如描述于US6635493中的刚硬的多孔基片材料。 

可选方案提供了磁性颗粒，所述磁性颗粒被设计成用于光学探测的标记，优选为发冷光的、发荧光的或发磷光的标记。然后，磁性颗粒直接或经由反颗粒(counter particle)结合到目标上。反颗粒是特定、独一无二地结合到一种颗粒的颗粒。在这种情况下，颗粒因此具有移动流体的至少一种功能，且为了测量目标的量也可被探测到。 

附图说明

通过下面结合附图所作的详细描述，本发明的这些和其他特点、特征和优点将变得显而易见，所述附图示例性地示出了本发明的原理。这些描述仅为了示例给出，而不限制本发明的范围。下面引用的参考附图即为附图： 

图1示出了现有技术的示意性装置，所述装置包括用于将流体泵送通过包括在装置中的膜的微型泵； 

图2示出了另一示意性装置，图中示出了一滴包括目标的流体被使得到达列阵处的结合区，用于将目标结合到其相应的结合区； 

图3示出了通过互补结合位点将目标结合到基片的原理的示意图，且使标记连接到目标上； 

图4示出了与图3类似的示意图，具有结合到不同的互补结合位点的不同目标，且使标记连接到目标； 

图5示出了装置的示例性示意侧视图，所述装置具有位于装置上方和下方的两个水平磁性部件，所述两个水平磁性部件用于产生施加给磁珠的磁场或磁场梯度，也促使了流体流动或移动，从而增加目标结合到探测位点的可能性，使得最终可测量流体中的目标浓度； 

图6示出了与图5类似的示意性侧视图，具有设置在装置处的四个磁性部件，用于控制性地将流体引导通过装置； 

图7示出了示意性侧视图，用于说明流体沿着膜和通过膜移动的另一路径； 

图8示出了封闭装置的示意性侧视图，所述装置具有两个腔室，并使流体从第一腔室经过膜流动到第二腔室，且从第二腔室经过膜流回到第一腔室； 

图9示出了封闭装置的示意性侧视图，所述装置具有两个腔室，并使流体从第一腔室经过膜流动到第二腔室，且从第二腔室经过单独的通道流回到第一腔室；以及 

图10示出了封闭装置的示意性侧视图，所述装置具有两个腔室，并使流体从第一腔室经过膜流动到第二腔室，且从第二腔室经过被成形到膜中的单独的通道流回到第一腔室。 

具体实施方式

图1示出了用于分析物质的现有技术装置1的状态的图示，所述物质实质上是源自人体或动物体的流体3，例如，血液、唾液、尿液。因此，下面术语“物质”替换为术语“流体3”。流体3包括待分析的目标30a、30b。术语“微型流体装置”按照定义被包括在术语“装置1”中。装置1包括壳体，所述壳体包括用于容纳流体3的腔室23。在腔室23内，障阻25突出经过装置1的整个高度，从而在腔室23中提供了能使流体循环流动的管道26。装置1具有入口22，所述入口22用于允许流体3到达装置1内的腔室23。微型泵24设在装置1中，用于向流体3施加压力，从而使流体3在装置1内绕着障阻25循环流动。只要分析过程正在进行，微型泵24就一直 地泵送流体3，使它沿着和绕着障阻25经过装置1。作为混合作用，该泵送通常按多个步骤执行，这需要一些时间。而且，流体的微型泵的泵送适用于需要专门的温度循环的情况。在多个泵送和混合步骤之后，执行流体的分析，特别是光学分析。膜10设在装置1的壳体的内侧与障阻25之间，所述膜10延伸经过装置1的腔室23的整个高度并将腔室23分隔成两个部分。膜10被设计成是多孔的，以便使流体3能够流过膜10。膜10是装置1中的一种基本特征，所述膜10包括结合区32a、32b，所述结合区32a、32b包括用于将目标30a、30b结合到膜10的互补结合位点31a、31b，这将在下面描述。理想地，目标30a、30b分别排他性地结合到结合区32a、32b内的互补结合位点31a、31b，在膜10处，在结合之后，目标30a、30b固定到它们的互补结合位点31a、31b。理想地，结合仅在特定目标30a、30b准确地适配于其互补结合位点31a、31b时产生。通过经过膜10，待分析的流体3内的目标30a、30b结合到膜10处的结合区32a、32b。使流体3重复多次经过膜10，从而提高目标30a、30b结合到结合区32的结合率。图1中的朝向膜10的方向的和沿相反方向的箭头27表示光学标记33的辐射即激励、和到达膜10上的光线的反射/荧光即光学响应。光学标记33附着在结合到结合区32的目标30a、30b上，目标30a、30b可通过接收照射到光学标记33上的光束的光学探测器(未示出)探测。通过测量光学标记33，在膜10处分别结合到一个标记33的目标30a、30b的量得以确定。上述过程使得可测量流体3内的目标30a、30b的量。 

图2示出了目标30a、30b通过列阵11内的互补结合位点31a、31b结合到基片或膜10上的原理的示意图，其中使标记33连接到目标30a、30b上，用于探测目标3，如图1所述。所述类型的结合测定仅是示例性的，膜10可被设计成具有用于例如释放、移位、抑制、竞争、抗复合(anti-complex)、多组分结合、或例如分子信标测定的其他特征。示出了膜10或基片，其中例如结合区32a、32b被嵌设，在膜10或基片中形成列阵11。在此，仅两个结合区32a、32b作为列阵11的一部分被示出。结合区32a、32b包括结合位点31a、31b，它们被设计成排他性地结合特定目标30a、30b即它们的互补物。为此，结合位点31a、31b称作互补结合位点31a、31b。可通过装置1确定和分析不同的目标30a、30b，每个特定目标30具有在结合区32a、 32b内的互补结合位点31a、31b。通常，膜10包括由细孔构成的通道，所述通道具有优选在50nm至20μm的范围内的尺寸，流体3通过通道流过膜10。这些通道配备有用于实现结合、释放等的特征，如上所述，例如结合区32a、32b。 

图3通过示意图进一步解释目标30a结合到结合位点31a的过程。基片或膜10设有特定和独特的互补结合位点31a，所述互补结合位点31a连接到基片或膜10上。理想地，没有另一化学物质的其他目标30a可结合到该互补结合位点31a。作为说明，互补结合位点31a成位于一侧的一排半圆的特定形式。该形式说明示意性的结合过程，半圆完美地以独特的方式适配于目标30a内的凹部中，以使目标30a与其互补结合位点31a之间产生结合。该结合过程类似于键与键槽的配合。作为示例，目标30a是DNA分子片段，互补结合位点31a是互补的DNA(c-DNA)分子片段。而且，标记33附着到目标30a。该标记33采用多种方式例如图1中所述的光学探测方式探测。在光学探测的情况下，标记33是发荧光的、化学发光的、放射性的或吸收性的。图3示出了邻近目标30的磁性颗粒5。这表示颗粒5的运动拖曳目标30。该拖曳可通过粘性拖曳流动进行，或因为颗粒5和目标30例如经由物理化学的或生物化学的方法彼此结合。在这种情况下，颗粒5用于粘性拖曳，用于移动流体3的磁性颗粒5优选在达到合适的混合和结合之后去除，以便不破坏标记探测过程。在目标30与颗粒5之间的(生物)化学结合的情况下，结合例如可以是特定的生物化学结合，例如以三明治的方式。在后一情况下，磁性颗粒5或珠附着到目标30a上，用于实现流体3的运动，如下所述，或作为磁性探测的标记。在后一情况下，不需光学标记33。 

图4进一步示出了类似于图3的示意图，具有结合到不同的互补结合位点31b的不同目标30b。互补结合位点31a和互补结合位点31b可设置在同一基片或膜10上，目标30a和30b可设置在同一流体3中。目标30b和其互补结合位点31b均是独特的，意思是指，理想地，仅在它们之间产生结合，即在目标30a和其互补结合位点31b之间不产生结合。此外，标记33连接到目标30上，用于不同的探测方式。为了说明目的，互补结合位点31b具有与结合位点31a的半圆形式不同的锯形式。独特地与互补结合位点 31b相适配的目标30b具有与结合位点31b的锯形式互补的锯形式。沿或经过基片或膜10移动通过装置1的流体允许目标30a、30b分别结合或附着到它们的相应的互补结合位点31a、31b。 

图5示出了用于借助于磁性装置探测目标30a、30b的本发明的特定实施例。图中示出了装置1的示例的示意性侧视图，所述装置1通过使用产生施加给装置1的磁场的两个磁性部件15分析流体3。作为示例，图5中的磁性部件15被设计成线圈，其他可能设计是电磁体、永久磁体、转动磁体或其他装置。在该结构中，一个磁性部件15设在装置1的上方，另一个磁性部件15设在装置1的下方。为了易于对齐目的，磁性部件15可与装置1形成一体。作为示例，产生的磁场具有 ${\▿}_B=10-100T/m$ 的场梯度。装置1具有多孔膜10，该多孔膜10具有用于结合目标30a、30b的结合位点31a、31b。在装置1内包含包括目标30a、30b和磁性颗粒5的流体3。磁性颗粒5也称作磁珠，所述磁性颗粒优选为顺磁性的、超顺磁性的或铁磁性的。磁性颗粒5的平均直径小于膜10的平均细孔尺寸，以便允许磁性颗粒5有效地传输通过膜10。优选地，磁性颗粒5在制造过程中例如通过过滤和分离进行尺寸选择，以减小磁性颗粒5卡在膜10的材料内的可能性。磁性颗粒5的外径的范围从几十纳米到几微米，优选直径＞50nm和＜5μm，最优选＞100nm和＜2μm。通常，磁性颗粒5包括磁性材料芯，该磁性材料芯被由有机或无机材料制成的惰性壳包围着。壳增强了磁性颗粒5的稳定性，避免了磁性颗粒5的磁性的聚集或降级。此外，壳提供了良好的表面性能，借此，磁性颗粒5的表面不会贴附在一起，避免了与非计划物质的不希望的非特定结合，且允许特定生物化学分子附着到颗粒表面。 

水平设置的磁性部件15产生近似均匀的磁场施加到磁性颗粒5。磁场向贴附到目标30a、30b上的磁性颗粒5施加作用力，该力使得磁性颗粒5朝较低的磁能的方向移动。不仅磁性颗粒5移动经过装置1，而且与磁性颗粒连接的目标30a、30b、和环绕着磁性颗粒5和目标30a、30b的流体3被移动。 

磁场频繁改变，借此，磁力的方向相应地改变。图5示出了向上指向箭头40，表示通过磁场产生的流体流沿相同方向指向，且沿相同方向向磁性颗粒5施加力。通过改变磁场，通过磁场产生的流体流改变，从而可沿 相反方向向磁性颗粒5施加力，如箭头42所示。流体3向上、向下移动经过装置1。因此，流体3沿垂直于膜10的两个方向通过水平分隔装置1的膜10。与未被致动且基本上受机械力和布朗运动影响的现有技术的流体3相比，流体3在装置1内的运动更快些。 

流体3的运动增强流体3中的物质或组分的混合。例如，可提高和加速流体3内的目标30a、30b与磁性颗粒5的结合过程。该混合可在装置1内执行，从而可省去在装置1外进行混合的另外处理步骤。此外，流体3内的目标30a、30b与膜10内的相应独特的结合位点31a、31b的结合过程可得到改善和加速。当流体3多次通过膜10时，该改善是一致的，这提供了较高的结合可能性。提高了结合的有效性，这是因为与实质上使用机械力的现有技术相比，更多的磁性颗粒5结合到相应的目标30a、30b，更多的目标结合到它们相应的结合位点31a、31b。流体3内的目标30a、30b通过经过膜10结合到多孔膜10内的相应结合位点31a、31b上，如图3和4详细所述。目标30a、30b更频繁地通过膜10，就有更多的目标30a、30b结合到它们的独特结合位点31a、31b上。装置1内流体3移动的速度和更新率得到提高，这意味着缩短了流体3的分析过程的重要的时间段。 

为了进一步提高装置1中的结合或提高测定的动力学特性，磁性颗粒5具有多颗粒结构，例如磁性颗粒5或珠的链或队列。该多颗粒结构可通过向磁性颗粒5施加磁场形成。该多颗粒结构可以是磁性颗粒链、磁性颗粒环、磁性颗粒束、和其他多颗粒结构。长轴的方位取决于施加的磁场的方位。长轴可以是直的或弯曲的。使用多颗粒结构的优点在于，结构内的各颗粒由于减小的消磁场而具有较高的磁矩。此外，与单个颗粒5的情况相比，这种结构的总磁矩、因此也是磁力或磁矩大些。可施加到磁性多颗粒5结构的力通过下面公式(1)表示： 

$F=\▿(m,B)---\left(1\right)$

其中，m是多颗粒5结构的磁矩，B是所施加的磁场。为了说明目的，假定颗粒磁矩m大致恒定。此时， $F=m\▿B,$

是施加的磁场的梯度。例如，由于多颗粒结构的较高的总磁矩m，100个颗粒5的链可比单个颗粒5或珠经受高大约100倍的力。多颗粒结构可包括大、小颗粒的组合，但也可以是包括具有类似尺寸的颗粒5的结构。通常，多颗粒结构可包括2个 磁性颗粒至几千个磁性颗粒5或珠，但甚至更高的数目也是可以的。如上所述，由于多颗粒结构的较高磁矩，与单个磁性颗粒5相比，磁性颗粒5链大约经受x倍的力，其中，x是磁性颗粒5的数目。可使用的多颗粒结构的一个示例是磁性颗粒5链。公知地，当珠之间的磁力超过热运动时，磁性颗粒5形成链。使磁性颗粒5磁化具有在相邻的磁性颗粒5之间引起偶极子-偶极子相互作用的作用，这会导致在磁场线的方向上形成磁性颗粒5链。经过一段时间，链相互作用形成队列。所形成的多颗粒5结构由施加的磁场特性、磁场的施加时间、调制频率、所使用的磁性颗粒5的类型和磁性颗粒5的浓度确定，其中，磁性颗粒5的类型例如取决于尺寸、磁化系数、磁各向异性、形状、超顺磁性或铁磁性能。装置1设有这样的部件，所述部件用于导入流体3或将流体3从装置1内的腔室抽出、例如导入流体3、添加试剂、用洗涤缓冲液更换流体3或溶液，等。此外，在这些情况下，磁性颗粒5可有助于混合流体3和增强流体传输通过膜10。磁性颗粒5可以湿的或干的状态供给装置1，即，从溶液中供给，或通过将包含试剂的干磁性颗粒5溶解在另一溶液中，所述溶液例如是待检测的取样流体3或温育缓冲液。在多颗粒结构方面，请参看EP2005100618，该文献通过引用结合到本说明书中。 

图6示出了与图5类似的示意图，具有设置在装置1处的与图5类似的四个磁性部件15、16。装置1设计成与图5类似，具有将装置1沿水平方向分隔成两半的膜10。两个磁性部件15沿水平方向设置在装置1的相反侧，如图5所示，下面称作水平磁性部件15。此外，两个其他磁性部件16沿竖直方向设置在装置1的相反侧，下面称作竖直磁性部件16。水平磁性部件15和竖直磁性部件16分别产生彼此垂直的磁场。水平磁性部件15沿向上、向下的竖直方向向磁性颗粒5施加力，向上、向下的方向分别如箭头40和42所示。竖直磁性部件16分别沿向左和向右的水平方向向磁性颗粒5施加力，如箭头41和43所示。因此，流体3通过装置1的流动分别以水平方式和以竖直方式被引导，如箭头40、42和箭头41、43所示。设有控制装置2，所述控制装置2与磁性部件15、16连接，且被设计成用于控制磁性部件15、16所产生的磁场的强度或大小。通过控制磁性部件15、16，可实现经过装置1的任意流动，且流体3可被沿不同方向引导，这取 决于磁场强度或大小。这特别有助于流体3的混合以及目标30a、30b与磁性颗粒5的结合、和与结合位点31的结合。 

在进一步的步骤中，目标30a、30b通过不同装置进行探测，例如通过诸如GMR(巨磁阻)传感器、霍耳传感器、SQUID或高频线圈的磁场传感器，或者通过光学探测器。GMR记录和测量由磁性颗粒5所产生的磁散逸场，从而测量在如上所述地完成混合或结合之后的流体3内的磁性颗粒5的量。根据磁性颗粒5的上述量，可以推出结合到磁性颗粒5上的待分析的目标30a、30b的量。在另一应用中，上述磁性类型的附加标记33可以是可进行光学探测的光学类型的。在这种情况下，光学标记33附着到目标30a、30b，且通过光学探测器执行探测，如图1所示。该光学标记33的探测率越高，目标30a、30b的浓度就越高。目标30a、30b的光学探测可在目标30a、30b借助于磁性部件15、16移动的同时完成。 

图7示出了膜10的另一示意性侧视图，流体3移动经过膜10和沿着膜10移动。流体运动的方向受控制装置2控制而使得流体多次改变方向。流体的任何方向和方向的改变可通过经由控制装置2改变磁场产生。作为示例，示出了流体3的方向改变了六次，如从膜10的下侧指向上侧的箭头40、沿相反方向指向的箭头42、以及沿着膜10从左指向右的箭头43所示。控制装置2例如切断磁性部件15、同时启动磁性部件16，其中所述磁性部件15在通过控制装置2启动时产生垂直方向的磁场，所述磁性部件16以明显不同的强度产生沿水平方向的磁场。这产生沿水平方向指向的作用在磁性颗粒5上的磁力，如从左指向右的箭头43所示。为改变磁场强度的大小，控制装置2例如控制流过磁性部件15、16的电流。控制装置2还被设计成用于以颠倒磁场的方式控制磁性部件15、16。因此，流体3的方向也可被控制成从装置1的右侧流到左侧，如图6中的箭头41所示。 

图8示出了具有两个腔室23a、23b的封闭装置1的示意性侧视图，所述腔室23a、23b由膜10大致分开，这如上设计。因此，装置1被分隔成充填流体3的两个部分，其中，装置1的每个部分包括腔室23a、23b。其他数目的腔室23a、23b也可设计在装置1内。在装置1的左侧，指向下的虚线箭头表示从第一腔室23a通过膜10流入到第二腔室23b的包括目标30a、30b的流体3的流动，在该图示中，流体3的流动是从装置1的上部 到下部。如上所述，流体3的流动通过向包含在流体中的磁性颗粒5或珠施加力的磁场产生。在一个实施例中，如图所示，图示的从上指向下的磁力在装置1的左部分中作用。在装置1的右部分中，磁力从装置1的下部指向上部，如图所示向流体3施加力，如装置1的右部分中的实线箭头所示。因此流体3从第二腔室23b再次通过膜10回流到第一腔室23a。所述的两个磁场由两个磁性部件15、16产生，所述磁性部件优选由控制装置控制。可选地，装置1设置单个磁性部件15、16，所述单个磁性部件15、16以磁场交替的方式被控制，从而使流体3产生在一时间从上到下、另一时间沿另一方向的流动。在另一实施例中，设有单个磁性部件15、16，所述单个磁性部件15、16仅沿一个方向产生磁场且产生沿相同方向的流动，所述方向例如如图8中虚线箭头所示是从上部到下部的竖直方向，反之亦然。如实线箭头所示的从第二腔室23b回流到第一腔室23a的流动通过由从第一腔室23a流入第二腔室23b的流体3施加的压力产生。第二腔室23b中的流体3被来自第一腔室23a的流体3压迫，且被使得流入第一腔室23a。可设置另外的磁性部件15、16。 

图9示出了封闭装置1的示意性侧视图，所述封闭装置1具有两个腔室23a、23b，所述腔室23a、23b在装置1的绝大部分中由膜10隔开。磁性部件15、16在装置1中产生磁场，用于在装置1内移动流体3。此外，虚线箭头示出了从第一腔室23a经过膜10流入第二腔室23b的流体的流动。在图9示出的该实施例中，第一腔室23a和第二腔室23b未被膜10完全隔开。相反，称作分开装置29的装置将第一腔室23a的一部分与第二腔室23b分开，所述分开装置29加装到膜10，且沿图9的图面的方向突出经过装置1的整个宽度，从而将装置1左边的具有膜10的一部分与装置1右边的不具有膜10的其他部分开。分开装置29在装置1内形成通道的一侧，其第二侧由装置1的壁形成。在图9中，形成通道的一侧的壁是装置1的右壁。通道用于使流体3从图9的下部处的第二腔室23b回流到图9的上部处的第一腔室23a，且该通道称作回流通道34。流体3回流到第一腔室23a的流动也以穿过回流通道34的合适方向上的实线箭头表示。作为一种可选方式，回流通道34被设计成伸过膜10，从而被包括在膜10中。多个回流通道34可设置在膜10中，用作使流体3通过膜10的管路，而不通过用于将 目标30a、30b结合到其上的列阵11，如图10所示。因此，回流通道34不会被误认为上面针对图2所述的膜10中配备的用于结合、释放等的通道。如上所述，从装置1的上部指向的虚线箭头表示从第一腔室23a经过膜10中的由细孔构成的通道流入第二腔室23b的流体3的流动，从而，目标30a、30b经受诸如结合、释放等作用。从下部指向上部的实线箭头表示流体3从第二腔室23b经过回流通道34流入第一腔室23a的流动，从而目标30a、30b未经受任何作用，仅是通过回流通道34。 

为了在装置1内混合不同的流体3，各种流体3、至少两种流体3被供给到装置1，其中至少一种流体3必需具有磁性颗粒5。在混合过程后，流体3被传导到装置1外，或流体3被如上所述地处理。混合功能可用于混合不同试剂的流体3，且也可用于混合从干的状态溶解到流体3中的试剂，或用于在装置1的操作过程中用于使流体3均匀化。术语“试剂”表示待分析的物质而不管聚集状态，还请参考上述术语“流体3”的定义。 

本发明的非排他性的示例性应用领域是生物传感器、分子诊断、在复杂生物混合物中例如血液或唾液的蛋白质和核酸的快速灵敏检测、现场检测、中心实验室中的诊断、诸如心脏病的医学诊断、传染病、肿瘤、食物和环境诊断。 

所述的大表面积元件可用于芯片实验室或芯片处理的应用场合，其中，需要大的流体-固体相互作用表面，例如用于结合或用于材料转换。转换的一个示例是这样一种装置，其中，在大表面面积的元件上通过酶或催化剂反应进行材料转换。这种大表面面积元件通常不是孤立的，而是较大装置的一部分，其中，集成了更多的功能，例如，用于取样的元件、样本预处理、材料提取等。 

Claims (15)

1.一种用于分析包括磁性颗粒(5)的流体(3)的装置(1)，所述装置(1)包括用于产生磁场的磁场产生部件(15，16)和膜(10)，所述磁场产生部件设计成向磁性颗粒(5)施加磁力，使包括目标(30a，30b)的流体(3)运动，所述膜(10)具有列阵(11)，用于使流体(3)移动经过列阵(11)或沿着列阵(11)移动且移动通过膜(10)，控制装置(2)被设计成将磁性颗粒(5)和流体(3)引导通过膜(10)的不同部分，且控制装置(2)被设计成将膜(10)的一侧的磁性颗粒(5)和流体(3)沿第一方向(40)引导通过膜(10)、在第二方向(41)上被沿着膜(10)引导、在膜(10)的相反侧沿与第一方向(40)反向的第三方向(42)引导经过膜(10)、以及在第四方向(43)上被沿膜(10)引导，从而产生磁性颗粒(5)和流体(3)的循环流动。

2.如权利要求1所述的装置(1)，其特征在于，它包括磁场产生部件(15，16)，所述磁场产生部件(15，16)由控制装置(2)控制，从而改变施加给磁性颗粒(5)的磁力，用于将磁性颗粒(5)和流体(3)引导通过装置(1)。

3.如权利要求1或2所述的装置(1)，其特征在于，磁场产生部件(15，16)是通过转动改变相对于膜(10)的位置的磁体。

4.如权利要求1或2所述的装置(1)，其特征在于，光学探测器被设置成用于光学探测目标(30a，30b)和用于测量目标(30a，30b)的量。

5.如权利要求1或2所述的装置(1)，其特征在于，所述磁场产生部件是磁场产生金属丝或线圈，所述磁场产生金属丝或线圈被设置用于产生引起磁性颗粒(5)的磁散逸场的磁场，且设有用于测量磁散逸场的磁场传感器。

6.如权利要求1或2所述的装置(1)，其特征在于，机械稳定件设置在膜(10)处，用于提高膜(10)的机械稳定性。

7.如权利要求1或2所述的装置(1)，其特征在于，膜(10)被设计成具有2-1000μm范围内的厚度和50nm-20μm范围内的通道的孔尺寸。

8.如权利要求1或2所述的装置(1)，其特征在于，磁性颗粒(5)被设计成用于光学探测的标记(33)。

9.如权利要求5所述的装置(1)，其特征在于，所述磁场传感器是巨磁阻传感器。

10.如权利要求8所述的装置(1)，其特征在于，磁性颗粒(5)被设计成发冷光的或发荧光的标记。

11.一种用于将磁性颗粒(5)和流体(3)引导通过装置(1)的膜(10)的不同部分的控制装置(2)，包括：用于改变磁性部件(15，16)的磁场强度以将磁性颗粒(5)和流体(3)引导通过装置(1)和通过膜(10)的部件，且控制装置(2)被设计成将膜(10)的一侧的磁性颗粒(5)和流体(3)沿第一方向(40)引导通过膜(10)、在第二方向(41)上被沿着膜(10)引导、在膜(10)的相反侧沿与第一方向(40)反向的第三方向(42)引导经过膜(10)、以及在第四方向(43)上被沿膜(10)引导，从而产生磁性颗粒(5)和流体(3)的循环流动。

12.如权利要求11所述的控制装置(2)，其特征在于，它被设计成改变水平磁性部件(15)的磁场强度和竖直磁性部件(16)的磁场强度。

13.一种用于通过具有列阵(11)的膜(10)分析包括磁性颗粒(5)的流体(3)的方法，包括以下步骤：

-产生用于向磁性颗粒(5)施加磁力的磁场，以及

-使流体(3)运动通过膜(10)，

其中，膜(10)的一侧的磁性颗粒(5)和流体(3)沿第一方向(40)被引导通过膜(10)、在第二方向(41)上被沿着膜(10)引导、在膜(10)的相反侧沿与第一方向(40)反向的第三方向(42)被引导经过膜(10)、以及在第四方向(43)上被沿膜(10)引导，从而产生磁性颗粒(5)和流体(3)的循环流动。

14.如权利要求13所述的方法，其特征在于，它包括以下步骤：

-改变磁性部件(15，16)的磁场强度；以及

-将磁性颗粒(5)和流体(3)引导通过装置(1)。

15.如权利要求13所述的方法，其特征在于，它包括以下步骤：

-去除用于使流体(3)产生运动的磁性颗粒(5)；

-通过光学测量结合到结合区(32a，32b)的目标(30a，30b)来分析流体。

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