Устройство для непрерывного магнитного разделения жидких смесей

1 Изобретение относится к области магнитных устройств для разделения компонентов из жидких смесей. Наиболее перспективно применение данного устройства для крупномасштабного выделения из сложных смесей биологически активных компонентов, включая клетки,бактерии, вирусы, их субчастицы и отдельные виды молекул. Известны устройства, содержащие емкость для очищаемой жидкости, подводящий и отводящий патрубки, патрубок отвода примесей,вращающуюся на роторе магнитную систему и шламосборные элементы (1-6), где магнитная система выполнена в виде сегмента, охватывающего вращающийся трубопровод (7). Однако все эти устройства предназначены,прежде всего, для очистки технических жидкостей и непригодны для выделения чувствительных к механическим воздействиям биологических объектов. Кроме того, все вышеперечисленные устройства сложны в изготовлении. Известно устройство для непрерывного магнитного разделения, состоящее из немагнитной кюветы с замагничивающейся проволокой,установленной около узкой боковой стенки кюветы. Проволока, намагничиваемая внешним магнитным полем, создает магнитную компоненту поля, поперечную продольной оси проволоки. Магнитный градиент распределяется по всему пространству кюветы и оказывает воздействие на частицы, проходящие через кювету с потоком жидкости. В зависимости от ориентации магнитного поля в кювете диамагнитные и парамагнитные частицы смеси смещаются к противоположным стенкам кюветы и собираются в раздельные сборники (8). Однако данное устройство в реальных условиях работает крайне неэффективно из-за турбулентностей потока жидкости в кювете. Описанное в патенте США 5536475 (9) устройство для магнитного разделения клеток состоит из двух резервуаров и основания, на котором подвижно закреплена качалка. На качалке установлен контейнер, в который поступает смесь клеток и суперпарамагнитных частиц из первого резервуара. При этом в крайних положениях качалки частицы либо притягиваются с помощью постоянного магнита к стенке контейнера, либо освобождаются в промывную жидкость, поступающую из второго резервуара. Однако данное устройство непригодно для непрерывного магнитного разделения относительно больших объемов жидких смесей. Устройство для непрерывного магнитного разделения компонентов из смесей (10) содержит, по крайней мере, одну разделительную камеру с множеством каналов и множеством постоянных магнитов. В ней происходит периодическое магнитное удерживание суперпарамагнитных частиц с аффинно присоединившимися к ним компонентами. Каждый цикл удерживания завершается пространственным отда 004133 2 лением разделительной камеры от постоянных магнитов. При этом удерживаемые компоненты поступают в камеру для регенерации частиц и освобождения связанных с ними компонентов смеси. Недостатком данного устройства является цикличность процессов удержания и освобождения компонентов, что требует сложного регулирования потоков исходной смеси, промывных растворов и разделяемых компонентов. Известно устройство (11), представляющее собой проточную, медленно вращающуюся горизонтальную камеру, состоящую из нескольких комбинированных магнитных частей. Каждая часть состоит из катушки переменного электрического тока, охватывающей камеру, и пары постоянных магнитов, расположенных далее по ходу тока жидкости и вращающихся вместе с камерой. Вращение камеры имитирует состояние с низкой гравитацией, резко замедляя процесс седиментации частиц в разделяемой смеси. Этим достигается хороший контакт аффинных парамагнитных частиц со специфически реагирующими с ними немагнитными компонентами смеси. Градиент переменного магнитного поля,создаваемый катушками переменного тока,обеспечивает поступательные и вращательные колебания суперпарамагнитных частиц, усиливая перемешивание, в то время как постоянные магниты притягивают эти частицы к стенкам камеры. Однако данное устройство имеет существенные недостатки: 1) сложно в изготовлении(содержит скользящие шлифы входного и выходного отверстий вращающейся камеры), 2) высокоэнергоемко (вследствие высокого потребления электроэнергии в катушках переменного тока), 3) не обеспечивает по настоящему непрерывный процесс разделения, т.к. требует периодического повторения циклов магнитного удерживания магнитных частиц с последующим их освобождением, путем удаления постоянных магнитов и смыва частиц со стенок камеры промывной жидкостью. Известно устройство (12) для непрерывного магнитного разделения жидких смесей,включающее в себя приемник отделяемых частиц и разделительную камеру, которая выполнена в виде горизонтально расположенного вращающегося барабана, содержащего постоянный магнит в виде сегмента окружности, закрепленный неподвижно в нижней его части, и частично перекрывающегося с кюветой, снабженной подводящим и отводящим патрубками, соединенными с резервуарами для разделяемой жидкости и для отработанной жидкости соответственно. В устройстве по указанному источнику отбор отделяемых магнитных частиц организован следующим образом: частицы механически счищают с поверхности барабана в начальной части траектории их движения. 3 Такое воздействие на отделяемые частицы делает данное устройство непригодным для выделения чувствительных к механическим воздействиям биологических объектов. Задачей настоящего изобретения является создание простого, эффективного щадящего устройства для разделения жидких смесей, пригодного для работы с биологическими объектами. Поставленная задача достигается тем, что разделительная камера устройства выполнена в виде горизонтально расположенного вращающегося барабана из немагнитного материала,внутри которого на неподвижной оси вращения закреплен полуцилиндрический постоянный магнит, а барабан погружен в кювету, через которую протекает разделяемая жидкость. При этом ориентация магнитного поля постоянного магнита перпендикулярна оси вращения барабана, а максимальный градиент магнитного поля направлен на нижнюю часть барабана, погруженную в разделяемую жидкость. В то же время минимальный градиент направлен на верхнюю часть барабана, омываемую промывающей жидкостью. Полуцилиндрическая кювета установлена в зоне действия полуцилиндрического магнита,с возможностью удерживания магнитных частиц на поверхности барабана в потоке разделяемой жидкости в нижней части барабана и освобождения потоком промывающей жидкости в верхней нисходящей части дуги вращения барабана. Лоток, установленный в верней нисходящей части дуги вращения барабана, изготовлен так, чтобы захваченные поверхностью барабана магнитные частицы смывались в него промывающей жидкостью. Подводящий и отводящий патрубки разделительной камеры расположены по диагонали в верхней части кюветы. В результате осуществленных конструктивных изменений устройство позволяет с высокой эффективностью и непрерывно разделять магнитные частицы из потока обрабатываемой жидкости. Предлагаемое устройство изображено на фиг. 1. Барабан 1 из немагнитного материала вращается вокруг полуцилиндрического постоянного магнита 2, закрепленного на неподвижной оси 3 с ориентацией магнитного поля перпендикулярно оси 3 вращения барабана. Барабан вращают на подшипниках (на чертеже не указаны) электродвигателем 4 с редуктором посредством привода 5. Нижняя половина барабана, находящаяся в зоне действия постоянного магнита 2, погружена в полуцилиндрическую кювету 6, в которую непрерывно из резервуара 7 поступает разделяемая жидкость 8 с магнитными частицами 9. Подводящий 10 и отводящий 11 патрубки расположены в верхней части кюветы по диагонали. Этим обеспечивают максимальное заполнение разделяемой жидкостью кюветы и достигают максимально возможно 4 длинный путь частиц 9 в зоне действия постоянного магнита 2. При протекании жидкости 8 через кювету 6 частицы 9 притягиваются под воздействием градиента постоянного магнитного поля к нижней поверхности вращающегося барабана 1 и их удаляют из потока жидкости 8. Жидкость, освобожденную от частиц, через патрубок 11 собирают в сборник 12. Вследствие вращения барабана 1 частицы 9 достигают положения вне действия градиента постоянного магнитного поля и удерживаются на поверхности барабана вне потока разделяемой жидкости 8 лишь за счет сил адгезии. На нисходящей части дуги вращения барабана под воздействием потока промывной жидкости 13, поступающей из резервуара 14,слабоудерживаемые частицы 9 смывают на лоток 15 и собирают в приемник 16. Пример 1. Эксперименты проводили на модельной смеси магнитных частиц в растворе соли. В качестве частиц использовали железоуглеродный порошок Ферсар, покрытый дибутирилхитином с включенным в него кортизолом, меченым радиоактивным йодом. Размер частиц колебался от 0,1 до 2 мк. 200 мг частиц были суспендированы в 500 мл 1% раствора NaCl и помещены в резервуар для разделяемой жидкости. Кювета была заполнена 150 мл 1% раствора NaCl. В резервуар для промывной жидкости была залита дистиллированная вода. Диаметр барабана 10 см, его длина 16 см, полуцилиндрический постоянный магнит с напряженностью магнитного поля 0,2 Тесла, скорость вращения поверхности барабана 1 см/с. Скорость протекания разделяемой жидкости через кювету 1 мл/с, скорость поступления промывающей жидкости на барабан 0,2 мл/с. Концентрацию частиц определяли по радиоактивности проб жидкости, измеряемой на приборе "Гаммакаунт". Концентрацию соли определяли на ионометре И-130 с натрийселективным электродом, предварительно прокалиброванном на стандартных растворах NaCl. Расчитывали относительное содержание частиц и соли в сборнике 12 и приемнике 16 по сравнению с их содержанием в исходной смеси. Пример 2. Условия эксперимента, как в примере 1, за исключением того, что скорость протекания разделяемой жидкости через кювету 5 мл/с. Результаты измерения относительного содержания магнитных частиц и соли в примерах 1 и 2 приведены в таблице. Относительное содержание частиц и соли в приемнике и сборнике при различных скоростях протекания разделяемой жидкости через кювету Скорость протекания 1 мл/с 5 мл/с 6 кости, который размещен так, чтобы подавать указанную жидкость на верхнюю образующую барабана, а приемник отделяемых частиц выполнен в виде лотка и размещен вдоль барабана так, чтобы указанные частицы смывались в него потоком промывающей жидкости в верхней нисходящей части дуги вращения барабана. 2. Устройство по п.1, отличающееся тем,что кювета выполнена полуцилиндрической и охватывает барабан в зоне размещения постоянного магнита, выполненного полуцилиндрическим. 3. Устройство по п.1, отличающееся тем,что ориентация магнитного поля постоянного магнита перпендикулярна оси вращения барабана. 4. Устройство по п.1, отличающееся тем,что максимальный градиент магнитного поля направлен на нижнюю часть барабана, погруженную в разделяемую жидкость, а минимальный градиент магнитного поля направлен на верхнюю часть барабана, омываемую промывающей жидкостью. 5. Устройство по п.1, отличающееся тем,что подводящий и отводящий патрубки разделительной камеры расположены по диагонали в верхней части кюветы. 1. Устройство для непрерывного магнитного разделения жидких смесей, включающее в себя приемник отделяемых частиц и разделительную камеру, которая выполнена в виде горизонтально расположенного вращающегося барабана, содержащего постоянный магнит в виде сегмента тела вращения, закрепленный неподвижно в нижней его части, и частично перекрывающегося с кюветой, снабженной подводящим и отводящим патрубками, соединенными с резервуарами для разделяемой жидкости и для отработанной жидкости соответственно,отличающееся тем, что оно дополнительно снабжено резервуаром для промывающей жид Евразийская патентная организация, ЕАПВ Россия, 109012, Москва, Малый Черкасский пер., 2/6