利用磁性元件和旋转相对移动裂解样本的制作方法

本公开涉及利用磁性元件和旋转相对移动裂解样本的设备和方法，特别是涉及离心微流体领域中的相应设备和方法。在生物学和医学中，出于研究目的，微生物通过机械摩擦力、冲击力和剪切力被打开，以便到达微生物的内部。例如，细胞能够被主动分解以到达细胞内的蛋白质和/或dna。微生物的这种打开也称为裂解。因此，用于实现微生物的这种打开的设备和方法能够称为裂解设备和裂解方法。

背景技术：

1、已知通过机械摩擦力、冲击力和剪切力打开微生物的不同方法。

2、在kido等人[1]和ca2827614c中能够发现关于在离心微流体系统中磁致动器的平移、径向移动的方法，并且kido等人[1]描述了一种用于细胞裂解的离心微流体方法，其中剪切力和摩擦力是通过磁致动器的平移、径向移动实现的。在ca2827614c中，圆片形致动器也通过外部磁力在腔室内进行平移、径向移动。两种方法的功能相似。

3、siegrist等人[2]描述了一种关于在离心微流体系统中磁致动器的平移方位角移动的方法。与迄今为止描述的系统相反，siegrist等人[2]公开了一种离心微流体方法，其中玻璃颗粒的摩擦是通过平移方位角移动实现的。

4、专利us 8356763 b2中公开了一种关于在非离心微流体系统中磁致动器的平移移动的方法。us 8356763 b2描述了一种作为非离心微流体裂解系统的系统，该系统通过打开、关闭和切换电磁体产生磁致动。在此，磁致动器进行平移移动，旋转移动被腔室阻止。

5、us 10138458 b2中公开了一种关于在非离心微流体系统中磁致动器的平移和旋转移动的方法，其中描述了一种用于裂解细胞的方法。旋转的外部磁体产生变化的磁场，该磁场将旋转移动、平移移动或这些移动的组合施加到磁致动器。

技术实现思路

1、发明人已经发现现有技术中已知的用于机械裂解微生物的方法有几个缺点。例如，没有一种离心微流体方法使用所有可能的自由度来移动磁致动器。因此，磁致动器、颗粒和微生物之间可能发生碰撞的可能性没有得到充分利用。在us 10138458 b2中描述的非离心系统中，部分利用了自由度。然而，这需要能够专门用于微生物裂解步骤的复杂结构。所有另外的步骤的处理都必须手动进行。

2、本公开的根本目的是获得裂解效率和处理工作量之间的改进的折衷。

3、该目的通过根据权利要求1所述的设备和根据权利要求19所述的方法来解决。

4、本公开的示例提供了一种裂解设备，其包括用于容纳样本的腔室和位于腔室内的至少一个磁致动器，以及位于腔室外的至少两个磁性元件，至少两个磁性元件能够被配置为例如永磁体或电磁体。在此，例如，腔室能够是裂解室和/或流体模块或盒子(cartridge)的一部分。腔室内的磁致动器例如能够是裂解腔和/或流体模块或盒子的一部分。腔室内的磁致动器能够被配置为例如永磁体。除此之外，这种裂解设备包括驱动装置，用于在腔室和布置在腔室外的至少两个磁性元件之间实现旋转相对移动，其中磁性元件的极性相对于旋转相对移动的环形路径是相反的并因此相对于腔室是相反的，使得布置在腔室内的磁致动器平移地且旋转地移动以实现样本的裂解。在此，腔室例如通过其尺寸设计或柔性外壳被配置为使得位于腔室内的至少一个磁致动器能够平移地且旋转地移动。

5、本公开的示例提供了一种裂解方法，其中样本被引入腔室或裂解室中，其中至少一个磁致动器位于腔室内，该磁致动器被配置为例如永磁体，并且其中腔室例如通过其尺寸设计或柔性外壳被配置为使位于腔室内的至少一个磁致动器能够平移地且旋转地移动。在此，腔室例如能够是流体模块或盒子的一部分。在该方法中，驱动装置在样本和至少一个磁致动器所在的腔室与布置在腔室外的至少两个磁性元件之间实现旋转相对移动，其中在腔室外的至少两个磁性元件的极性相对于旋转相对移动的环形路径是相反的并因此相对于腔室是相反的，使得布置在腔室中的磁致动器平移地且旋转地移动以实现样本的裂解。布置在腔室外的至少两个磁性元件能够被配置为永磁体或电磁体。

6、本公开的示例基于以下核心构思：在离心机械裂解设备中，借助腔室外的至少两个磁性元件和腔室之间的旋转相对移动，平移地且旋转地移动腔室内的磁致动器，该腔室包括待裂解的样本和至少一个磁致动器。已经发现的是，腔室内的磁致动器的平移和旋转是由腔室外的至少两个磁性元件的极性实现的，因为腔室外的至少两个磁性元件相对于旋转相对移动的环形路径被相反地极化并且因此相对于腔室被相反地极化。这能够产生腔室内的磁致动器不仅进行平移而且进行旋转的效果。在示例中，旋转相对移动是由于腔室围绕旋转轴线旋转而实现的。在示例中，旋转相对移动的实现是因为腔室外的两个磁体围绕相同的旋转轴线旋转。

7、在示例中，通过使用腔室内的磁致动器的所有移动自由度，例如难以裂解的样本能够用很少的时间量来裂解。通过更有效的裂解，例如，能够实现减少这种裂解设备的安装空间。通过在离心机械设备中使用所有自由度，裂解的有效形式能够例如以简单的方式集成到被配置为执行另外的样本制备步骤和/或样本分析步骤的设备中。

8、在示例中，磁性元件被配置为磁极。在示例中，磁性元件是单独的磁极，因为裂解设备包括腔室外的磁体，其中仅一个磁极就能对旋转腔室内的磁致动器具有显著影响，使得腔室外磁体的其他磁极对腔室内的磁致动器的影响(通常是腔室外每个磁体的第二磁极对腔室内的磁致动器的影响)可以忽略不计。通过这种布置，能够允许有利于特定裂解应用的特定磁场分布的结构。在示例中，能够获得相对于腔室的旋转平面在径向方向上的安装空间需求的减少，例如当棒状磁体垂直于旋转平面布置时，使得该棒状磁体的相应的第二磁极足够远离旋转室，从而使得能够忽略其相应的影响。在示例中，磁性元件能够是弯曲磁体的磁极，其中弯曲磁体的每个磁极各自形成一个磁性元件。弯曲磁体例如马蹄形磁体的其余部分能够位于例如腔室的旋转平面之上或之下。

9、在示例中，磁性元件被配置为磁体。在这种示例中，特别简单的结构是可能的，因为例如对于第二磁极的影响没有限制，或者例如，在磁性元件作为磁极的配置中，由于弯曲磁体而不需要附加的安装空间。除此之外，每个磁性元件都是磁体的示例允许特定磁场分布的结构，这可能有利于特定的裂解应用。

10、在示例中，裂解设备被配置成独立于旋转相对移动而至少减少由布置在腔室外的至少两个磁性元件作用在布置在腔室内的磁致动器上的磁场。由此，例如可以在不停止旋转相对移动的情况下停止裂解。例如，当另外的过程步骤需要旋转相对移动时，这种类型的关闭能够是有利的。

11、在示例中，裂解设备包括致动装置以独立于旋转相对移动来改变腔室与布置在腔室外的至少两个磁性元件之间的距离。这例如能够通过腔室和布置在腔室外的磁体之间的平移相对移动来进行。由此，例如可以在不停止旋转相对移动的情况下，通过布置在腔室外的至少两个磁性元件的简单平移来停止裂解。例如，当旋转相对移动对于另外的处理步骤是必需的并且因此不应被停止时，这种类型的关闭例如易于实施并且能够是有利的。

12、在示例中，裂解设备包括致动装置，该致动装置被配置为垂直于旋转平面移动布置在腔室外的至少两个磁性元件，使得例如它们对裂解的影响能够减少或增加，使得例如裂解能够停止或开始。因此，例如，在径向方向上仅需要较小的安装空间来实现用于移动至少两个磁性元件的致动器系统。因此，例如，能够简化与被配置为执行另外的样本制备和分析步骤的设备的整体集成。

13、在示例中，裂解设备包括致动装置，该致动装置被配置为独立于旋转相对移动来平行于旋转平面移动布置在腔室外的至少两个磁性元件，使得例如能够在不停止旋转相对移动的情况下停止裂解。在这种示例中，为了使至少两个磁性元件远离旋转轴线，例如当布置在腔室外的磁性元件被弹簧安装并且围绕同一旋转轴线旋转时，能够使用离心力。例如，通过弹簧安装，能够在两个磁性元件上都施加朝向旋转轴线作用的力，使得通过增加旋转速度，磁性元件能够克服弹簧力从旋转轴线移开。这种远离旋转轴线和朝向旋转轴线的移动也是独立于旋转相对移动的平移移动。

14、在示例中，布置在腔室外的至少两个磁性元件能够是可控和/或可变电磁体，使得例如它们对裂解的影响能够减少或增加。例如，裂解的开始或停止能够由独立于旋转相对移动的电磁体引起，使得能够在不需要用于移动腔室外的至少两个磁体的另一致动器系统的情况下在此之前或之后执行另外的处理步骤。此外，裂解设备能够被配置有较低的安装空间要求。

15、在示例中，裂解设备包括位于腔室内的至少一个并且通常是几个裂解颗粒，例如微粒、球形微粒或珠子。至少一个裂解颗粒能够由例如玻璃、二氧化硅氧化锆、氧化锆、金属或其他陶瓷和玻璃材料组成。在示例中，至少一个裂解颗粒能够具有例如小于0.5mm的最大尺寸。在此，至少一个裂解颗粒使样本裂解变得容易，因为附加颗粒增加了对腔室中样本的机械效应。

16、在示例中，布置在腔室外的至少两个磁性元件在裂解时是固定的，并且驱动装置被配置为相对于布置在腔室外的磁性元件、相对于旋转轴线旋转腔室。因此，由于只有腔室旋转并且不需要用于腔室外的至少两个磁性元件的旋转致动器系统，因此例如，能够获得非常简单的裂解设备结构和与被配置为执行另外的样本制备和分析步骤的设备的简单集成。

17、在示例中，隔膜，例如过滤隔膜或无菌过滤器，位于腔室内，这允许从更大的体积中富集微生物并随后在隔膜上裂解。

18、在示例中，裂解设备包括调温装置(tempering means)，该调温装置被配置为改变腔室的温度，例如将腔室加热至例如120℃的温度。

19、此处，调温装置能够被配置为接触加热件。因此，能够通过热输入来支持机械裂解。

20、在示例中，腔室外的至少两个磁性元件在旋转平面中以彼此成20°至180°的角度布置。该角度在将磁性元件的相应中心连接到旋转轴线的线之间形成。由此，能够产生合适的磁场分布，由此磁致动器能够在腔室内旋转且平移地移动。

21、在示例中，旋转相对移动在0.5hz至40hz、优选地在2hz至30hz的旋转频率范围内进行。例如，通过选择频率范围，能够执行具有足够好且同时快速的结果的有效裂解。

22、在示例中，腔室在彼此垂直的三个空间方向中的两个方向上至少包括位于腔室内的磁致动器的最长对角线的长度，并且在彼此垂直的三个空间方向中的第三方向上至少包括位于腔室内的磁致动器的最长对角线的长度减去20％。在示例中，腔室在彼此垂直的三个空间方向中的三个方向上至少包括位于腔室内的磁致动器的最长对角线的长度。通过腔室的这种尺寸设计，例如能够实现磁致动器在腔室内的自由移动，或者例如磁致动器的限定的有限移动，这对于裂解能够特别有利。

23、在示例中，腔室在由旋转轴线的方向、相对于旋转的径向方向和相对于旋转的方位角方向形成的三个方向中的至少两个方向上至少包括位于腔室内的磁致动器的长度的尺寸。通过腔室的这种尺寸设计，例如，能够实现特定类型的旋转，例如以实现有效裂解。该尺寸还能够允许例如设备的有利设计。

24、在示例中，腔室外的至少两个磁性元件在裂解时相对于旋转相对移动的平面与腔室的最大垂直距离为5cm。在示例中，腔室外的至少两个磁性元件在裂解时与位于腔室内的致动器相距5cm的最大径向距离。通过磁性元件和磁致动器或磁性元件和腔室的这种距离，例如，能够实现有效的裂解，并且同时，例如，对于这种设备仅需要较小的隔绝空间。

25、在示例中，裂解设备包括调温装置，该调温装置被配置为将位于腔室内的至少一个磁致动器加热至其居里温度以上以使磁体失活。因此，例如，独立于旋转相对移动或用于位于腔室外的至少两个磁体或它们作为电磁体的可能配置的致动器系统，能够提供停止裂解的选项。通过这种选项，例如能够获得特别小的裂解设备设计。此外，例如，腔室内的磁致动器的失活能够有利于另外的过程步骤。

26、在示例中，布置在腔室外的至少两个磁性元件独立于旋转相对移动而移动，以至少减少作用在布置在腔室内的磁致动器上的磁场。因此，例如，可以在不中断旋转相对移动(这例如对于另外的处理步骤是需要的)的情况下停止裂解，使得可以例如更简单地集成到样本制备和分析的处理链中。

27、在示例中，布置在腔室外的至少两个可控和/或可变电磁体被控制或调节，使得独立于旋转相对移动，至少减少作用在布置在腔室内的磁致动器上的磁场。因此，例如，可以在不中断旋转相对移动(这例如对于另外的处理步骤是需要的)的情况下停止裂解，使得例如可以更简单地集成到样本制备和分析的处理链中。此外，例如，不需要另外的致动器系统来移动腔室外的至少两个磁性元件。由此，例如，与借助永磁体的实施方式相比，裂解设备能够以更少的安装空间需求配置并且具有相同的功能。

28、本公开的示例涉及一种用于有效裂解复杂样本的微生物的方法。

29、在示例中，球形微粒、磁致动器和样本位于离心微流体盒的裂解室内。至少两个永磁体或电磁体静态地布置在例如盒子的上方或下方。通过旋转盒子，能够在裂解室中产生不断变化的磁场。因此，致动器能够强烈地移动，并且致动器能够平移移动到最近的磁体并且能够围绕它自己的轴线中的至少一个旋转。结合微粒，能够在裂解室中产生强烈的摩擦、冲击和剪切移动。

30、为了同时获得磁致动器的平移和旋转，裂解室能够被配置为在两个空间方向上至少包括磁致动器的长度尺寸。此外，至少两个外部磁性元件，即位于裂解室外的至少两个外部磁性元件，相对于彼此具有角度并且相对于裂解室以相反的极性布置。

31、因此，本公开的示例被配置为在尽可能短的时间内有效地打开，即裂解样本中的细菌、酵母、病毒、真菌、孢子或其他微生物。

32、本公开的示例涉及一种用于对离心微流体结构进行机械裂解的方法。示例允许以最小的处理量提供有效的裂解，其中甚至能够处理难以裂解的微生物。作为样本制备的核心步骤之一，有效的裂解实现高度灵敏的分子诊断鉴定(例如通过qpcr(定量聚合酶链反应))。

33、在示例中，磁致动器的旋转和平移移动是由于流体模块或盒子通过外部静磁场进行旋转而实现的。

34、另外的示例包括裂解设备，其中腔室外的磁性元件例如外部磁体的极性相对于裂解腔室彼此相反以启动磁致动器的旋转移动。