基于旋转磁场的磁性粒子场流分离装置和方法制造方法及图纸

本发明专利技术公开了一种基于旋转磁场的磁性粒子场流分离装置和方法，所述装置包括三相绕组；三相绕组包括第一相绕组、第二相绕组和第三相绕组；第一相绕组、第二相绕组和第三相绕组星形联接且以基座的轴线为轴对称设置在基座上；第一相绕组、第二相绕组和第三相绕组的首端分别与三相电源的输出端连通，三相电源的输出电流为对称的三相正弦交流电流；基座呈中空结构，其所围空间内设有分离通道。本发明专利技术把分离通道置入三相绕组和基座形成的内部圆柱形空间内，通过变频器调节加到三相绕组上的三相电压大小与频率。控制磁性粒子受旋转磁场作用的频率，改变分离通道磁感应强度的大小，实现对不同粒径或者径粒相同磁化率不同磁性粒子的场流分离。

Magnetic Particle Field Flow Separation Device and Method Based on Rotating Magnetic Field

The invention discloses a magnetic particle field flow separation device and method based on rotating magnetic field, which comprises three-phase winding; three-phase winding includes first phase winding, second phase winding and third phase winding; first phase winding, second phase winding and third phase winding are star-shaped connected and axisymmetrically arranged on the base with the axis of the base; first phase winding, second phase winding and third phase winding are axisymmetrically arranged on the base; The first end of the three-phase winding is connected with the output end of the three-phase power supply respectively, and the output current of the three-phase power supply is symmetrical three-phase sinusoidal AC current; the base is hollow structure, and there is a separation channel in the surrounding space. The separation channel is placed in the inner cylindrical space formed by the three-phase winding and the base, and the magnitude and frequency of the three-phase voltage added to the three-phase winding are adjusted by the frequency converter. By controlling the frequency of magnetic particles affected by rotating magnetic field and changing the magnetic induction intensity of separation channel, magnetic particles with different particle sizes or diameters with the same susceptibility and different magnetic particles can be separated.

【技术实现步骤摘要】
基于旋转磁场的磁性粒子场流分离装置和方法
本专利技术涉及磁性粒子分析分离领域，具体地说是一种基于旋转磁场的磁性粒子场流分离装置和方法。
技术介绍
磁性粒子在磁性药物制造、磁共振成像、磁热疗和细胞筛选等领域有着广阔的应用前景，磁性粒子与微球的研究极大地推动了生物医药的发展。磁性粒子在应用过程中，要求其具有良好的单分散性。磁性粒子的单分散性是指粒径的均匀性和磁化率的均匀性。通过磁性粒子制备过程中的工艺条件优化仍难以获得单分散性好的磁性粒子，对制备的磁性粒子进一步进行分离筛选就成为提高其单分散性的重要手段。目前，基于磁场的磁性粒子分离方法主要包括磁泳磁性分离方法、磁性捕获和释放的磁性分离方法与磁场场流分离方法。磁泳是利用磁性粒子在磁场作用下其运动轨迹发生变化或偏离，从而达到粒子的分离。基于磁泳的磁性分离方法，其基本原理是粒径不同或饱和磁化率不同的磁性粒子所受到的磁场力大小不同，磁泳速度也不同。粒子会处于分离通道中的不同位置，如果将出口端分成几个并排的通道，不同的粒子就会从不同的出口流出。磁性捕获和释放的分离方法是磁性粒子在载流带动下通过磁极附近时，具有磁响应性的样品受到磁场力大于粘滞阻力，粒子被吸附在磁极附近，保留在磁场中，称为“捕获”；当增大载流流速或减小磁感应强度时，磁响应性弱的磁性粒子所受磁场力小于粘滞阻力，粒子在粘滞阻力的带动下流出磁场被洗脱出来，称为“释放”。磁场捕获和释放的分离方法利用了磁场对磁性粒子的保留，通过调整磁场强度，选择性地使磁性弱的粒子流出而磁性强的粒子保留。磁场场流分离方法是以磁场作为外加场，利用磁性粒子磁响应性及所受重力的综合作用使粒子在分离通道内进入不同的层流，在抛物线流型的液流相中，通道中心附近的流速大，靠近流道壁的流速比较小，处于不同流层的磁性粒子获得不同的流速而实现分离。磁场场流分离方法所用的磁场主要有静止磁场和旋转磁场。如果外加磁场是静止磁场，作用范围有限，限制了磁场对粒子的迁移作用范围，制约着分离通道的长度，使分离度降低。静止磁场所引起的不可逆吸附和粒子磁团聚会导致严重的峰区展宽。与静止磁场相比较，旋转磁场提高了磁性粒子的分离效果，具有一定的优势。周期性的旋转磁场扩展了磁场的作用范围，便于延长分离通道，并且使磁场的调节更加简便。旋转磁场可以消除磁场的不可逆捕获，抑制粒子团聚。现有的旋转磁场是将永久磁铁固定在与电动机相联接的转轴上，磁铁在电动机的带动下在分离通道正上方或者正下方沿着通道作周期性的圆周运动，磁铁的转动方向与载流方向相同。这种旋转磁场通过调节电动机转速改变磁场对分离通道中磁性粒子的作用频率，精度不高。改变分离通道中的磁感应强度，需要调整磁铁与分离通道的距离，并且要保证磁铁旋转运动轨迹和分离通道的平行度，实现起来比较困难。
技术实现思路
根据上述提出的技术问题，而提供一种基于旋转磁场的磁性粒子场流分离装置和方法。本专利技术采用的技术手段如下：一种基于旋转磁场的磁性粒子场流分离装置，包括三相绕组；所述三相绕组包括第一相绕组、第二相绕组和第三相绕组；所述第一相绕组、所述第二相绕组和所述第三相绕组星形联接且以基座的轴线为轴对称设置在所述基座上；所述第一相绕组、所述第二相绕组和所述第三相绕组的首端分别与三相电源的输出端连通，所述三相电源的输出电流为对称的三相正弦交流电流；所述基座呈中空结构，其所围空间内设有分离通道；所述分离通道的输入端通过三通阀分别与进样注射器和输液泵连通。所述三相电源通过以下方式得到：将三相交流电压或单相交流电压(频率为50Hz)经变频器中的整流器整流后变成直流电压，再经过变频器中的逆变器变成具有一定频率和电压的三相交流电。运用所述变频器实现对旋转磁场的频率和三相绕组的电压大小调节。所述三相电源输入至所述第一相绕组、所述第二相绕组和所述第三相绕组的电流分别为iU、iV、iW，且iU、iV、iW满足以下公式：所述第一相绕组、所述第二相绕组和所述第三相绕组的首端分别与变频器输出三相电压的输出端连通时，在三相绕组中便有对称的三相正弦交流电流iU、iV、iW流过，它们产生的合成磁场随着电流的变化在绕组空间不断旋转着，形成旋转磁场。所述分离通道为微细管或扁平通道。以三相绕组产生的旋转磁场作为外加场使磁性粒子在所述分离通道内的液相中分层流动中达到分离效果。利用旋转磁场构建的磁场场流分离体系，流体速度、旋转磁场频率及磁感应强度等因素都会影响磁性粒子的保留和分离。当旋转磁场的频率较高时，磁性粒子会在载流方向上进行磁泳。所述微细管的长度为米级、内径为微米级且呈螺旋状，设计成螺旋状是为了增加位于所述基座所围空间内的所述分离通道的长度。所述基座的内壁设有塑料圆柱筒，所述塑料圆柱筒的内壁设有用于嵌入所述微细管的螺旋槽。所述分离通道的输出端通过紫外-可见光检测器与废液收集瓶连通。紫外-可见光检测器用来检测磁性粒子的分离情况，废液收集瓶可以收集从分离通道流出的液流。本专利技术还公开了一种根据上述所述的基于旋转磁场的磁性粒子场流分离装置进行磁性粒子场流分离的方法，具有如下步骤：S1、所述三相电源向所述第一相绕组、所述第二相绕组和所述第三相绕组分别输入电流iU、iV、iW，在所述基座所围空间内形成旋转磁场，并通过所述变频器调节所述旋转磁场的频率和三相绕组上的电压大小；S2、在所述塑料圆柱筒厚度不变的情况下，通过改变所述塑料圆柱筒的内壁直径和外壁直径，调节所述微细管的径向位置，改变所述分离通道位置的磁感应强度大小；S3、经所述进样注射器注入的不同磁化率的磁性粒子和经所述输液泵泵入的流动相通过所述三通阀从所述分离通道的输入端进入所述分离通道，进行磁性粒子场流分离。所述分离通道为微细管或扁平通道。所述微细管的长度为米级、内径为微米级且呈螺旋状；所述基座的内壁设有塑料圆柱筒，所述塑料圆柱筒的内壁设有用于嵌入所述微细管的螺旋槽。本专利技术提供一种运用三相绕组产生的旋转磁场作为磁场场流分离中外加场进行磁性粒子分离的装置和方法，把分离通道置入三相绕组和基座形成的内部圆柱形空间内，通过变频器调节加到三相绕组上的三相电压大小与频率。控制磁性粒子受旋转磁场作用的频率，改变分离通道磁感应强度的大小，实现对不同粒径或者径粒相同磁化率不同磁性粒子的场流分离。基于上述理由本专利技术可在磁性粒子分离等领域广泛推广。附图说明为了更清楚地说明本专利技术实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图做以简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本专利技术的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。图1是本专利技术的具体实施方式中三相绕组和基座连接示意图。图中1.基座；2.三相绕组。图2是本专利技术的具体实施方式中第一相绕组、第二相绕组和第三相绕组星形联接示意图。图3是本专利技术的具体实施方式中对称的三相正弦交流电流的波形图。图4是本专利技术的具体实施方式中三相绕组中的三相电流产生的合成磁场的示意图，其中，(a)ωt＝0°，(b)ωt＝60°、(c)ωt＝120°图5是本专利技术的具体实施方式中基于旋转磁场的磁性粒子场流分离装置的结构示意图。图中1.基座；2.三相绕组；3.微细管；4.塑料圆柱筒；5.变频器；6.三通阀；7.输液泵；8.进样注射器；9.紫外-可见光本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于旋转磁场的磁性粒子场流分离装置，其特征在于，包括三相绕组；所述三相绕组包括第一相绕组、第二相绕组和第三相绕组；所述第一相绕组、所述第二相绕组和所述第三相绕组星形联接且以基座的轴线为轴对称设置在所述基座上；所述第一相绕组、所述第二相绕组和所述第三相绕组的首端分别与三相电源的输出端连通，所述三相电源的输出电流为对称的三相正弦交流电流；所述基座呈中空结构，其所围空间内设有分离通道；所述分离通道的输入端通过三通阀分别与进样注射器和输液泵连通。

【技术特征摘要】
1.一种基于旋转磁场的磁性粒子场流分离装置，其特征在于，包括三相绕组；所述三相绕组包括第一相绕组、第二相绕组和第三相绕组；所述第一相绕组、所述第二相绕组和所述第三相绕组星形联接且以基座的轴线为轴对称设置在所述基座上；所述第一相绕组、所述第二相绕组和所述第三相绕组的首端分别与三相电源的输出端连通，所述三相电源的输出电流为对称的三相正弦交流电流；所述基座呈中空结构，其所围空间内设有分离通道；所述分离通道的输入端通过三通阀分别与进样注射器和输液泵连通。2.根据权利要求1所述的基于旋转磁场的磁性粒子场流分离装置，其特征在于：所述三相电源通过以下方式得到：将三相交流电压或单相交流电压经变频器中的整流器整流后变成直流电压，再经过变频器中的逆变器变成具有一定频率和电压的三相交流电。3.根据权利要求2所述的基于旋转磁场的磁性粒子场流分离装置，其特征在于：所述三相电源输入至所述第一相绕组、所述第二相绕组和所述第三相绕组的电流分别为iU、iV、iW，且iU、iV、iW满足以下公式：4.根据权利要求3所述的基于旋转磁场的磁性粒子场流分离装置，其特征在于：所述分离通道为微细管或扁平通道。5.根据权利要求4所述的基于旋转磁场的磁性粒子场流分离装置，其特征在于：所述微细管的长度为米级、内径为...

【专利技术属性】
技术研发人员：邵力耕，冯志华，
申请(专利权)人：大连交通大学，
类型：发明
国别省市：辽宁,21