專利名稱：用于在流體介質(zhì)中進行化學(xué)轉(zhuǎn)化的設(shè)備和方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及用于進行生物學(xué)或化學(xué)轉(zhuǎn)化或進行物理或化學(xué)捕獲的設(shè)備，包括一個或多個約束區(qū)，其中通過旋轉(zhuǎn)、搖晃、搖擺或振動所述設(shè)備產(chǎn)生經(jīng)過所述約束區(qū)的所想要的流體流。
背景技術(shù)：
化學(xué)和生物技術(shù)中的異質(zhì)的過程包括固體成分(包括但不限于，固定化的化學(xué)試劑、催化劑、清除劑、反應(yīng)支持物、或捕獲吸附劑、或固定化的生物材料，例如，細胞或其片段)接觸流體介質(zhì)，所述介質(zhì)帶有反應(yīng)物或其他試劑、樣品溶質(zhì)、和/或流體運送的試劑與固體成分交互式處理的產(chǎn)物，這樣的過程關(guān)鍵地依賴于對流流體以實現(xiàn)兩個相之間必需的物質(zhì)傳遞。因而這樣的系統(tǒng)常常以連續(xù)流通方式操作，在這種情況下，具有適合的設(shè)計的常規(guī)裝填柱常常是優(yōu)選的形式，用于密封會被反應(yīng)介質(zhì)穿過或滲透的固體成分。然而，許多過程不適合連續(xù)處理。尤其是必需連續(xù)添加試劑和/或脫除副產(chǎn)品或所期望的產(chǎn)物的過程，·或在固體成分處理的過程期間必需改變物理或化學(xué)條件的過程也是這樣。在這些情況中，分批的處理方式常常是優(yōu)選的。這樣的分批的異質(zhì)過程可以通過在攪動下將固體成分作為顆粒材料直接懸浮在流體介質(zhì)中來進行，在該過程結(jié)束后將通常要求過濾或沉降步驟以分離各個相。做為選擇，通過特別設(shè)計的、包含泵和/或閥門等的流動系統(tǒng)的方式，流體介質(zhì)可以從分批反應(yīng)器循環(huán)通過含有固體成分的裝填的儲存器，以實現(xiàn)發(fā)生反應(yīng)所需的對流傳質(zhì)。這樣的反應(yīng)器通常是相當(dāng)復(fù)雜的，常常必需為了特定目的來構(gòu)建。例如，通過將固體成分作為旋轉(zhuǎn)設(shè)備外表面上的包被[E. Baltussen, et al,J. Microcolumn Separations, 11(1999)737-747 ；US Pat. 6,815,216],以及在包被有固體成分的狹窄管道的內(nèi)側(cè)面上，用常規(guī)的泵使流體介質(zhì)通過[R. Eisert, J. Pawliszyn, Anal.Chem. ,69(1997)3140-3147 ；US Pat. 5,691, 206]，已經(jīng)解決了建立固體和液體相之間高效的對流傳質(zhì)的挑戰(zhàn)。雖然這些產(chǎn)品可以適合于它們?yōu)橹O(shè)計的分析采樣目的，可以被包括的固體成分的數(shù)量在系統(tǒng)中是嚴(yán)重受限的，其中僅外部或內(nèi)部表面被修飾以作為固體成分。進一步的，固體成分僅沉積在表面上，由于表面積不隨著反應(yīng)器的體積線性地提高，這樣的系統(tǒng)也不適合于規(guī)模擴大。US 2007/0189115公開了空心的磁性攪拌器，被設(shè)計以在旋轉(zhuǎn)時產(chǎn)生內(nèi)部流動。攪拌子未被設(shè)計成容納任何固體用于進行生物或化學(xué)轉(zhuǎn)化，或物理或化學(xué)捕獲。美國專利6，857，774B2代表了最接近的現(xiàn)有技術(shù)，公開了用于空穴混合和泵送的設(shè)備。這份現(xiàn)有技術(shù)中描述的設(shè)備的性能部分地基于與本發(fā)明的設(shè)備相同的原理，即，使用向心力場產(chǎn)生流動。然而，根據(jù)US 6，857，774B2的設(shè)備不包含約束區(qū)，所述約束區(qū)可以容納固體成分用于進行轉(zhuǎn)化和/或捕獲作用，這是在此公開的本發(fā)明的范圍，在所述現(xiàn)有技術(shù)中描述的設(shè)備的目的基礎(chǔ)上是不同的，即，促進空穴化以建立勻質(zhì)溶液中的聲化學(xué)反應(yīng)條件。發(fā)明概沭本發(fā)明涉及的基本原理用于設(shè)計適合于各種大小的容器中的分批或連續(xù)式異質(zhì)過程的設(shè)備，包括在內(nèi)部約束區(qū)中含有一種或多種固體成分的實體，通過所述實體，當(dāng)被包埋在流體介質(zhì)中時，通過旋轉(zhuǎn)、搖晃、搖擺或振動所述設(shè)備簡單地建立穿過內(nèi)部含有的固體成分產(chǎn)生流體介質(zhì)對流流體的挑戰(zhàn)。由于固體成分被包含在內(nèi)部約束區(qū)中，固體成分的體積將隨著總體反應(yīng)器體積線性地擴大，因此與固體成分僅包被在表面上的，現(xiàn)有技術(shù)已知的主動旋轉(zhuǎn)采樣設(shè)備[E. Baltussen, et al, J. Microcolumn Separations,11(1999)737-747 ;美國專利6，815，216]相比提供了實質(zhì)上更好的可擴大性。通過設(shè)備中的固體成分的約束區(qū)，本發(fā)明還提供了重要的設(shè)計優(yōu)點，這有效地消除了不含有固體成分的設(shè)備所固有的問題，例如，由沉積在外表面上的包被物的磨損所引起的出口和濾器的堵塞。因而，本發(fā)明提供了用于在流體介質(zhì)中進行生物學(xué)或化學(xué)轉(zhuǎn)化、或物理或化學(xué)捕獲的設(shè)備，包括流動分配器，具有至少一個流體介質(zhì)入口、至少一個流體介質(zhì)出口、以及與所述入口和出口連接的至少一個約束區(qū)，在其中進行所述轉(zhuǎn)化或捕獲；以及旋轉(zhuǎn)、搖晃、搖擺或振動所述設(shè)備的裝置。所述約束區(qū)空間地布置在所述設(shè)備內(nèi)，從而通過旋轉(zhuǎn)、搖晃、搖擺或振動所述設(shè)備 建立離心力、流動誘導(dǎo)的壓力差、和/或慣性力，從而迫使浸沒所述設(shè)備的流體介質(zhì)流動通過所述流動分配器的所述約束區(qū)。優(yōu)選地，所述流動分配器具有一個或多個中央的流體介質(zhì)進口。優(yōu)選地，所述流動分配器具有一個或多個外周的流體介質(zhì)出口。優(yōu)選地，所述流動分配器的約束區(qū)容納一種或多種固體成分，其參與或促進涉及隨流體分布的至少一種試劑的生物學(xué)或化學(xué)轉(zhuǎn)化，作為選擇，引起所述試劑被固體成分捕
-M-犾。術(shù)語“化學(xué)轉(zhuǎn)化”和“化學(xué)反應(yīng)”在此可互換地使用，意圖包括化學(xué)和生物學(xué)轉(zhuǎn)化作用，以及化學(xué)和物理的捕獲。根據(jù)本發(fā)明的一個實施方式，所述約束區(qū)以所述流動分配器的中心軸對稱地放置。根據(jù)本發(fā)明的另一個實施方式，所述一個或多個約束區(qū)外周地位于所述流動分配器中。根據(jù)本發(fā)明的一個實施方式，所述流動分配器具有一個流體介質(zhì)入口，以及位于一平面中的一個或多個流體介質(zhì)出口，所述平面高于所述流體介質(zhì)入口的平面。根據(jù)本發(fā)明的一個優(yōu)選的實施方式，所述流動分配器具有安置的約束區(qū)，從而流體介質(zhì)在流向流體出口之前流動通過所述約束區(qū)。根據(jù)本發(fā)明的另一個實施方式，所述流動分配器具有從中央的流體介質(zhì)入口到外周的出口基本上呈螺旋形的流體通道排布的約束區(qū)。根據(jù)本發(fā)明的一個實施方式，所述流動分配器由材料制成或包被，所述材料能夠催化至少一種試劑經(jīng)歷化學(xué)反應(yīng)。根據(jù)本發(fā)明的另一個實施方式，所述流動分配器具有作為包被物摻入的固體成分，其能夠化學(xué)地轉(zhuǎn)化被導(dǎo)入所述流體通道的至少一種試劑。根據(jù)本發(fā)明的又一個實施方式，所述流動分配器的橫截面基本上是環(huán)形的，并具有多個扇區(qū)，每個扇區(qū)與中央安置的流體介質(zhì)入口和指定的外周流體介質(zhì)出口連接。
優(yōu)選地，所述流動分配器具有外部的或外周的靜止部分以及內(nèi)部的中心部分，所述靜止部分具有多個扇區(qū)，所述中心部分適合于圍繞用于攪動的裝置來旋轉(zhuǎn)。優(yōu)選地，所述扇區(qū)具有相同的或不同的固體成分，所述固體成分由一材料制成，所述材料能夠生物學(xué)或化學(xué)地轉(zhuǎn)化、或捕獲被導(dǎo)入所述扇區(qū)的至少一種試劑。根據(jù)本發(fā)明的一個實施方式，用于旋轉(zhuǎn)、搖晃、搖擺或振動所述設(shè)備的裝置是產(chǎn)生磁場的元件。根據(jù)本發(fā)明的另一個實施方式，用于旋轉(zhuǎn)、搖晃、搖擺或振動所述設(shè)備的裝置是機械地連接到外部致動設(shè)備的實心或空心的軸。優(yōu)選地，至少一個約束區(qū)進一步具有用于提供物質(zhì)或能量的交換的裝置，例如，添加試劑或脫除產(chǎn)物和副產(chǎn)物、加熱或冷卻、或應(yīng)用聲能、紫外光或可見光或其他類型的電磁 輻射，所述提供器是用于通過致動器軸與外部源接觸的物質(zhì)或能量的交換。
優(yōu)選地，用于電磁能交換的提供器被用于提供微波輻射、紫外光或可見光和/或聲能，以幫助反應(yīng)在流動分配器中進行。優(yōu)選地，用于物質(zhì)交換的提供器被用于提供氣體，所述氣體可以與流體介質(zhì)中包含的至少一種試劑反應(yīng)，和/或與位于流動分配器中的至少一種試劑反應(yīng)，所述氣體通過所述致動器軸提供。根據(jù)本發(fā)明的一個實施方式，所述約束區(qū)含有固體成分，所述固體成分是催化劑。根據(jù)本發(fā)明的另一個實施方式，所述約束區(qū)含有固體成分，所述固體成分含有物理地捕獲的或化學(xué)地結(jié)合的試劑，所述試劑能夠進入與流體流轉(zhuǎn)運的試劑的化學(xué)反應(yīng)。根據(jù)本發(fā)明的又一個實施方式，所述約束區(qū)含有固體成分，所述固體成分是能夠轉(zhuǎn)化由流體流提供的試劑的、固定的生物學(xué)實體。根據(jù)本發(fā)明的又一個實施方式，所述約束區(qū)含有固體成分，所述固體成分是適合于進行固相合成的支持材料。根據(jù)本發(fā)明的又一個實施方式，所述約束區(qū)含有固體成分，所述固體成分是能夠從流體流捕獲物質(zhì)的固體吸附劑。根據(jù)本發(fā)明的又一個實施方式，所述約束區(qū)含有固體成分，所述固體成分是適合于色譜分離的固定相。根據(jù)本發(fā)明的一個優(yōu)選的實施方式，兩個或多個約束區(qū)串聯(lián)連接，并且填充不同的固體成分。根據(jù)本發(fā)明的另一個優(yōu)選的實施方式，兩個或多個約束區(qū)并聯(lián)連接，并且填充不同的固體成分。優(yōu)選地，根據(jù)本發(fā)明的設(shè)備包含串聯(lián)和并聯(lián)連接的約束區(qū)的組合。優(yōu)選地，所述固體成分提供在一個或多個柱體中，所述柱體被置于所述約束區(qū)內(nèi)。優(yōu)選地，所述柱體是可替換的，以易于操作。根據(jù)本發(fā)明的另一個實施方式，所述流動分配器的內(nèi)部通道被排列，從而主要通過慣性作用建立內(nèi)部流動。根據(jù)本發(fā)明的另一個實施方式，所述設(shè)備進一步包含位于流動分配器的入口到出口之間的流操作閥門，其中通過改變速度來搖晃所述設(shè)備或旋轉(zhuǎn)所述設(shè)備引起液體從所述入口流向所述出口。
本發(fā)明的另一個方面提供了用于在流體介質(zhì)中進行生物學(xué)或化學(xué)轉(zhuǎn)化、或物理或化學(xué)捕獲的方法，所述方法包括通過旋轉(zhuǎn)、搖晃、搖擺或振動設(shè)備來產(chǎn)生通過設(shè)備的流體介質(zhì)的對流，其中所述設(shè)備包含流動分配器，所述流動分配器具有至少一個流體介質(zhì)入口、至少一個流體介質(zhì)出口和連接到所述入口和出口的至少一個約束區(qū)，在所述約束區(qū)中進行所述轉(zhuǎn)化或捕獲。附圖簡要描述圖I描繪了由軸致動并包括固體成分的最簡單形式的根據(jù)本發(fā)明的設(shè)備的實施例的圖畫。圖2顯示了基于離心力以及可能的伯努利效應(yīng)、根據(jù)本發(fā)明的主要原理構(gòu)建的本發(fā)明的磁性致動的管狀設(shè)備的立體和橫剖面圖。圖3說明了帶有不同功能團的兩對相同形狀的固體成分A和B可以以串聯(lián)和并聯(lián)的方式來包括。 圖4顯示了形成空心冰球形狀的本發(fā)明的設(shè)備，其中常規(guī)的實心磁旋棒被用于致動和將內(nèi)部空間分隔為兩個獨立的區(qū)室。圖5顯示了形成具有固定的扇區(qū)的空心冰球狀的本發(fā)明的設(shè)備，其可以適合于機械地或磁性地耦合的致動。圖6顯示了本發(fā)明的設(shè)備，被設(shè)計為具有可替換的插入物的空心冰球狀。圖7顯示了本發(fā)明的機械致動的設(shè)備，其被設(shè)計以主要根據(jù)伯努利原理來運行。圖8顯示了被設(shè)計成最小化旋渦形成的、具有旋轉(zhuǎn)的內(nèi)部部分和靜態(tài)的外部部分而構(gòu)建的本發(fā)明的設(shè)備。圖9顯示了主要基于慣性原理，具有外周排布的流體出口的本發(fā)明的設(shè)備。

圖10顯示了主要基于慣性原理，具有中央排布的流體出口、適合于堆疊的本發(fā)明的設(shè)備。圖11顯示了主要基于慣性原理的本發(fā)明的設(shè)備，其具有按照多個平行的阿基米德螺線走線的內(nèi)部流動通道。圖12顯示了主要基于慣性原理的本發(fā)明的設(shè)備，其具有按照多個平行的阿基米德螺線走線的內(nèi)部流動通道、并且其中所述出口走線回到中心軸。發(fā)明詳細說明本發(fā)明利用了有限量的基本物理原理來實現(xiàn)了一組緊密相關(guān)的新設(shè)備的設(shè)計。全部基于一組相同的基本原理的根據(jù)本發(fā)明的設(shè)備，當(dāng)在尺寸改變的容器中運行時，在其約束區(qū)內(nèi)，可以用來進行生物過程、化學(xué)反應(yīng)、或物理或化學(xué)的捕獲。一般而言，本發(fā)明涉及包含流動分配器的設(shè)備，在其內(nèi)部管道中特意地排列有至少一個流體介質(zhì)入口、至少一個流體出口和至少一個約束區(qū)，結(jié)合通過旋轉(zhuǎn)、搖晃、搖擺或振動(下文稱為“可應(yīng)用的攪動方式”)來攪動設(shè)備的裝置，從而與旋轉(zhuǎn)參照系相關(guān)的假想的離心力(此后簡稱為“離心力”)、由主要通過外周出口的流體流動所引起的壓力下降產(chǎn)生的伯努利原理作用、和/或通過搖晃、搖擺或振動動作產(chǎn)生的慣性，單獨地或組合地提供了驅(qū)動力，當(dāng)所述設(shè)備浸沒入流體介質(zhì)、并以適合于特定的設(shè)備設(shè)計變體的攪動模式來攪動時，用于建立通過所述流動分配器以及所述流動分配器的約束區(qū)的從流體入口到流體出口的流體介質(zhì)的流動。在建立設(shè)備中的內(nèi)部流體流動時，提到幾種根本上不同的物理原理起作用的原因在于，在根據(jù)在此公開的一般原理構(gòu)建和操作的設(shè)備中，在任何給定時刻這些原理中的超過一種在起作用。實際上，如在以下的大部分設(shè)計實施例中所公開的，將難以根據(jù)一般原理產(chǎn)生一種功能性設(shè)備，在其中當(dāng)通過穩(wěn)定的、非振動的致動來操作時，對于建立經(jīng)過所述設(shè)備的流體介質(zhì)的流動，至少離心力和伯努利原理不起任何作用。這樣構(gòu)建的流動分配器適合于容許至少一種試劑通過流體流動來傳送，或通過其他方式提供給流動分配器，以經(jīng)歷生物過程或化學(xué)反應(yīng)、和/或被物理或化學(xué)地捕獲。通過與沉積在流動分配器的約束區(qū)內(nèi)部的固體反應(yīng)成分的相互作用，所述固體反應(yīng)成分作為空隙填充顆粒或獨立包裝，或僅在其內(nèi)表面之上，和/或通過機械致動器元件向流動分配器的約束區(qū)內(nèi)導(dǎo)入電磁輻射，例如(但不限于)紫外光或微波、或聲能，可以在其上實現(xiàn)或由此促成了在流動分配器的約束區(qū)中發(fā)生的這樣的過程、反應(yīng)和/或捕獲。本發(fā)明不包括利用填充在或包被在容器內(nèi)壁上的簡單固體成分本身，這是現(xiàn)有技術(shù)的許多領(lǐng)域中公知的；在此傳達的發(fā)明點是設(shè)備的組合，通過所述設(shè)備本身以及由于其入口、內(nèi)部通道和出口的布置，當(dāng)以一種或多種上述可應(yīng)用的攪動方式致動時，能夠建立流體介質(zhì)的內(nèi)部流動，帶有被包含在所述設(shè)備內(nèi)部的一種或多種固體反應(yīng)或捕獲成分。·設(shè)備內(nèi)部發(fā)生的反應(yīng)的產(chǎn)物可以通過所述出口轉(zhuǎn)運出來，或容許在固體反應(yīng)成分上積累，例如在生物技術(shù)中廣泛使用的基于固定化細胞的異質(zhì)反應(yīng)方案，以及化學(xué)中的固相合成。此外，在以下描述的幾個實施方式中，根據(jù)所公開的原理制造的設(shè)備可以被設(shè)計以容納超過一種固體反應(yīng)成分，或者在單個約束區(qū)中混合，或在超過一個內(nèi)部約束區(qū)中空間上分離，其中含有獨立的成分的所述約束區(qū)可以串聯(lián)或并聯(lián)地或其任何組合地連接。從而在同一設(shè)備中可能同時地使用固定的生物材料、化學(xué)試劑載體、反應(yīng)支持物或催化劑、層析分離介質(zhì)或捕獲吸附劑的任何組合。多約束區(qū)設(shè)備的特別重要的預(yù)想的用途是與在線捕獲結(jié)合的生物學(xué)或化學(xué)轉(zhuǎn)化，或與兩種或多種試劑的次序反應(yīng)，除非被固定在固體載體上，所述試劑是拮抗的，后一種在現(xiàn)有技術(shù)中很好地描述了 [C. V. Pittman, L. R. Smith, J. Am.Chem. Soc. 1975,97,1749-54 ;Β· J. Cohen, M. A. Kraus, A. Patchornik, J. Am. Chem. Soc. 1977,99, 4165-7 ；B. J. Cohen, M. A. Kraus, A. Patchornik, J. Am. Chem. Soc. 1981,103, 7620-9 ；T. H. Maugh, Science, 1982，217，719-20]。傾向于產(chǎn)生減量調(diào)節(jié)的分批式生物反應(yīng)器、或者催化劑被產(chǎn)物毒害的催化化學(xué)反應(yīng)也是根據(jù)本發(fā)明的設(shè)備的完全可行的實例，具有利用在此描述的技術(shù)對產(chǎn)生的材料的在線捕獲。設(shè)備的形狀可以是圓柱形、球形、立方形、或任何其他形狀，通過壓力差、通過離心力和/或通過慣性，完全由旋轉(zhuǎn)、搖晃、搖擺或振動設(shè)備本身產(chǎn)生的力的作用，有可能建立通過所述容器的內(nèi)部流體轉(zhuǎn)運。在本發(fā)明的一個實施方式中，所述設(shè)備以恒定的或變化的角速度旋轉(zhuǎn)，包含適合于進行生物學(xué)或化學(xué)反應(yīng)、或物理或化學(xué)捕獲的至少一個約束區(qū)。流體介質(zhì)流動通過或滲透的所述約束區(qū)優(yōu)選地以流動分配器的轉(zhuǎn)動軸對稱放置，從而流體介質(zhì)流動通過所述約束區(qū)，之后分散到流體出口中。做為選擇，一個或多個約束區(qū)外周地位于流動分配器，在使用多個約束區(qū)的情況下，在此它們被從單個流體介質(zhì)入口分流的流體介質(zhì)的流體穿過或滲透。優(yōu)選地，根據(jù)該實施方式，所述流動分配器具有位于動量軸線附近或之處的一個流體介質(zhì)入口，以及位于靠近圓環(huán)周界的兩個或多個流體介質(zhì)出口，所述圓環(huán)由圍繞所述中心軸或其質(zhì)量中心攪動設(shè)備時所描述。優(yōu)選地，根據(jù)本發(fā)明的設(shè)備的流動分配器包括一個或多個約束區(qū)，所述約束區(qū)可以是空的或填有固體成分。這些約束區(qū)容納的固體成分可以包括固定的生物學(xué)活性物質(zhì)，例如細胞或其片段，能夠促進化學(xué)反應(yīng)的催化劑，可以根據(jù)色譜原理進行分離的固定相，可以進行對流動流體轉(zhuǎn)運的一種或多種試劑實行選擇性捕獲的吸附齊U，多孔的或無孔的固體試劑載體，或多孔的或無孔的固體反應(yīng)支持物，其中所述試劑載體或反應(yīng)支持物可以含有共價或非共價結(jié)合的試劑，捕獲的液體或氣體，或可以與流體介質(zhì)中包含的至少一種試劑反應(yīng)、或者通過在此建立的流體輸送與位于流動分配器中的一種或多種試劑反應(yīng)的任何其他材料。在這種實施方式的優(yōu)選地替代中，反應(yīng)約束區(qū)位于流動分配器中央，滿足來自流動分配器的中央入口的介質(zhì)流動，所述流動分配器具有兩個或多個外周的出口。在所述設(shè)備的又一個實施方式中，所述流動分配器的橫截面基本上是環(huán)形的，并具有多個封閉的扇區(qū)，每個扇區(qū)與中央安置的流體介質(zhì)入口和指定的外周流體介質(zhì)出口連接。由此扇區(qū)化的區(qū)室可以任意地保留為空，它們的表面包被有、或填充有由流體可滲透材料制成的相同或不同的固體成分，所述材料能夠捕獲被流體介質(zhì)導(dǎo)入所述扇區(qū)的或以可選擇方式提供到所述扇區(qū)的至少一種試劑，或進入所述試劑的生物學(xué)或化學(xué)轉(zhuǎn)化。在一種有 益的可選項中，流動分配器具有非旋轉(zhuǎn)的外部(外周)靜止部分和內(nèi)部中央部分，所述外部靜止部分具有多個扇區(qū)，所述內(nèi)部中央部分適合于旋轉(zhuǎn)裝置。有益地，如同以下描述的慣性設(shè)備，具有旋轉(zhuǎn)的核心元件和靜止的外周元件的這種設(shè)計對抗了大量的流體介質(zhì)隨旋轉(zhuǎn)裝置移動的傾向，通過支持從中央的入口到位于設(shè)備外周部的出口的高速內(nèi)部流動而不引起旋轉(zhuǎn)渦旋的形成，這支持了所述設(shè)備作為反應(yīng)器的效果。在這樣描述的實施方式中，旋轉(zhuǎn)、搖晃、搖擺或振動所述設(shè)備的裝置是現(xiàn)有技術(shù)中很好地描述的，可以直接機械連接到外部致動器，或間接耦合到外部力場，注意的是，但不限于，設(shè)備中含有的強磁性元件與波動的外部磁場的耦合，通過在設(shè)備附近適當(dāng)?shù)胤胖糜蓹C械方式致動的強磁性或電磁場源，或由電子電路以特定攪動方式所需的適當(dāng)順序致動的多個固定電磁鐵(其實質(zhì)上根據(jù)Zipperer[美國專利3，554，497]所公開的現(xiàn)有技術(shù)原理來構(gòu)建)來產(chǎn)生所述波動的場，通過其內(nèi)部的強磁性元件，其有效地將設(shè)備轉(zhuǎn)變?yōu)殡妱訖C的轉(zhuǎn)子。使用電磁耦合方案的特別的優(yōu)點是，通過在各種空間構(gòu)型中正確地放置和連續(xù)地啟動電磁體，在本發(fā)明中用于建立穿過流動分配器的內(nèi)部流體流動公開的所有可能的攪動形式(旋轉(zhuǎn)、搖晃、搖擺或振動)可以通過純粹的電磁裝置來實現(xiàn)，而不需要活動部分。當(dāng)有爆炸風(fēng)險時，以及在機械軸遭遇滲漏問題的密封反應(yīng)器中，通過電磁耦合原理來旋轉(zhuǎn)、搖晃、搖擺或振動所述設(shè)備的裝置此外也是有益的。所述流動分配器可以任選地填有流體滲透性材料，所述材料能夠催化流體介質(zhì)中的至少一種試劑經(jīng)歷化學(xué)反應(yīng)。在另一個可選項中，通道被成形為螺旋形，其表面包被能夠化學(xué)地轉(zhuǎn)化被導(dǎo)入流體通道的至少一種試劑的材料。當(dāng)與中央入口中的止回閥組合時，這樣的螺旋形約束區(qū)滿足了慣性設(shè)備的通道方向指標(biāo)，如在以下優(yōu)選的實施方式中所展示的。在所描述的實施方式中，直接連接到機械致動器的流動分配器可以進一步通過與用于提供物質(zhì)或能量交換的裝置偶聯(lián)的致動器來裝備，例如，添加試劑和/或脫除產(chǎn)物或副產(chǎn)物，加熱或冷卻，導(dǎo)入聲能，或施加電磁輻射，例如不同波長的光(紫外的、可見的、或紅外的)的整合的源或波導(dǎo)，或微波輻射，所述裝置被設(shè)計以與流動分配器的一個或多個反應(yīng)約束區(qū)連接。在此確定的用于物質(zhì)或能量交換的提供器一般是預(yù)期來提供，用于特定的期望的生物學(xué)或化學(xué)反應(yīng)，或控制、加速或延遲生物學(xué)或化學(xué)反應(yīng)的物理條件的適合的裝置。在一種可選項中，用于物質(zhì)或能量交換的提供器優(yōu)選地通過致動器軸連接到外部的源。這樣的設(shè)備引入到反應(yīng)容器中可以產(chǎn)生容器內(nèi)的局部反應(yīng)器，具有用于上述物質(zhì)或能量的交換的裝置，以及用于從位于流動分配器內(nèi)的任何傳感器通過所述致動器軸傳送信號的裝置。根據(jù)在此公開的一般原理構(gòu)建的設(shè)備可用于各種生物學(xué)或化學(xué)反應(yīng)或過程，包括但不限于細胞培養(yǎng)、生物催化、酶工程、離子交換過程、通過固相支持物清除劑的選擇性去除、異質(zhì)催化劑的催化作用、格利雅反應(yīng)或任何形式的金屬試劑、接頭、寡核苷酸或肽合成、以及有機合成。一般而言列出的是本發(fā)明的重要的特征，以使其詳細說明被更好地理解，以及使得當(dāng)前對技術(shù)的貢獻被更好地理解。本發(fā)明的附加特征將在下文本發(fā)明的詳細說明中描述。
就此來說，在詳細地解釋根據(jù)本發(fā)明的至少一種實施方式之前，要理解的是本發(fā)明在它的應(yīng)用中不被限制于在下文的說明中闡述的、或在附圖中例舉的結(jié)構(gòu)的細節(jié)和元件的布置。本發(fā)明能夠是其他實施方式，和以各種方式實踐和進行。并且，要理解的是，在此采用的措辭和術(shù)語是用于描述的目的，而不應(yīng)認為是限制性的。一旦已經(jīng)驗證了一般原理，可以設(shè)想各種設(shè)備設(shè)計來滿足運行的一般原理，如在本說明書的前面部分所說明的。下文是實施例設(shè)計的概述。要理解的是，這些僅僅作為通過反應(yīng)器設(shè)備的運動建立經(jīng)過反應(yīng)器設(shè)備的內(nèi)部流動的一般原理的實例。本發(fā)明的范圍因而將不限于根據(jù)這些實例得到的設(shè)計。在圖I中描繪的實施方式中，化學(xué)反應(yīng)器設(shè)備是在流體介質(zhì)中通過軸由機械力旋轉(zhuǎn)的一般的空心管道實體，其也可以作為整合的裝置用于提供物質(zhì)和能量的交換。圖I中的箭頭分別表明流體流動(點線)和旋轉(zhuǎn)(實線)。設(shè)備的流動分配器(11)在剖面圖上一般是T字形的。流體進口(12)軸向地放置，反應(yīng)約束區(qū)(13)也一樣，致動軸(14)朝向它們延伸。這個軸可以是空心的，以容許用于轉(zhuǎn)移輔助反應(yīng)物、產(chǎn)物或副產(chǎn)品、熱量、聲能或電磁輻射，例如(但不限于)紫外光或微波的裝置的并入。當(dāng)這樣的設(shè)備旋轉(zhuǎn)時，由于作用在出口孔上的伯努利效應(yīng)，建立了從軸向入口(12)到外周布置的出口(15)的壓力差。這些壓力差通過離心力被加強，這幫助迫使流體從旋轉(zhuǎn)的空心設(shè)備的軸向入口，通過其本體(一般為管狀的)，從位于旋轉(zhuǎn)的流動分配器(11)的遠端的出口流出。因而產(chǎn)生了從中央入口到每個旋轉(zhuǎn)外周末端的開口、穿過設(shè)備的流體介質(zhì)流動。圖I中的設(shè)備描述的實施方式顯示了兩個橫向的出口，以及一般的T形橫截面。然而明顯的是，任何數(shù)量的旋轉(zhuǎn)元件可以連接到這種實施方式中布置的中央入口，來建立通過這種一般原理運行的設(shè)備。圖2顯示了作為管狀磁性致動的實體構(gòu)建的本發(fā)明的實施方式的側(cè)面和軸向立體以及橫剖面圖，其中運行的原理是離心力和伯努利效應(yīng)的組合，如在根據(jù)圖I構(gòu)建的實施方式中所說明的。圖2中的設(shè)備包括管狀本體(21)，其具有兩個內(nèi)部的圓柱形磁鐵(22)、作為入口的四個中心孔洞(23)，以及附帶濾器或濾板的兩個外周的出口(24)。固體成分可以容納在設(shè)備的兩個約束區(qū)(25)內(nèi)。圖3是根據(jù)本發(fā)明實現(xiàn)的設(shè)備怎樣以兩個或多個固體成分以串聯(lián)或并聯(lián)方式運行的原理說明，如基本上根據(jù)圖2構(gòu)建的管狀雙室磁性致動設(shè)備所展現(xiàn)的。通過旋轉(zhuǎn)圖3中描繪的設(shè)備，流體介質(zhì)通過位于旋轉(zhuǎn)軸上的四個入口孔洞(30)吸入，并從中轉(zhuǎn)移到位于設(shè)備的兩個旋轉(zhuǎn)臂的每一個中的兩個約束區(qū)(31)內(nèi)，在此通過作用于流體的離心力和壓力差的組合，它們被推向外周的出口(32)。間接的磁性致動在這個實施例中由兩個整合的管狀永磁體(33)來說明，所述永磁體被設(shè)置以與外部的旋轉(zhuǎn)磁場相互作用。在這個特定的實施方式中，設(shè)備的旋轉(zhuǎn)臂的每一個被構(gòu)建為容納不同功能性的兩種固體成分，固體成分A(34)和固體成分B(35)，都以具有整合的濾器/濾板的相同形狀的可互換柱體來實現(xiàn)，它們可以在設(shè)備的內(nèi)部堆疊。為了清楚起見，圖3a顯示了空的設(shè)備，在圖3b中其裝有固體成分A(34)的四個柱體，形成具有單個功能性的反應(yīng)器。圖3c顯示了以串聯(lián)相互作用方式運行的設(shè)備，在每個臂中固體成分A(34)和固體成分B(35)的每一個堆疊為一個柱體；固體成分A(34)靠近入口，固體成分B (35)靠近外周的出口。從入口轉(zhuǎn)移進入每個室的流體首先被迫使穿過固體成分A(34)，此后直接穿過固體成分B(35)。圖3d顯示了被配置以并聯(lián)方式操作的設(shè)備，左臂具有兩個含固體成分A(34)的柱體，右臂具有兩個含固體成分B (35)的柱體。需要與固體成分A、隨后與固體成分B順序地相互作用，而沒有介于期間的液相反應(yīng)的反應(yīng)方案(例如，固體成分A中產(chǎn)生的產(chǎn)物或副產(chǎn)物被固體成分B直接串聯(lián)捕獲)將·受益于串聯(lián)結(jié)構(gòu)，而，例如在用固體成分A和B順序處理之間應(yīng)在流體相中發(fā)生進一步的反應(yīng)的方案將受益于并聯(lián)結(jié)構(gòu)。明顯地，可以實現(xiàn)的不同處理步驟的數(shù)量在這個實施例中不限于兩個；例如，根據(jù)圖5構(gòu)建的設(shè)備具有四個固體成分并行處理的能力，而圖6的分開的元件￠3)和￠4)可以分別容納并聯(lián)的六種和三種固體成分。還明顯的是，柱體的厚度可以調(diào)節(jié)，以容許超過兩種固體成分柱體節(jié)連在連續(xù)配置的處理方案中，同樣明顯的是，可以按希望設(shè)計每個固體成分層的厚度以優(yōu)化特定的反應(yīng)方案，此時實現(xiàn)了幾個層而不一定要柱體的形式。圖4顯示了本發(fā)明的實施方式，表現(xiàn)為空心冰球形設(shè)備，具有常規(guī)的實心磁性旋棒(41)，其被壓入擬合到圓筒的內(nèi)壁(43)中機械加工的兩個縱溝(42)中，當(dāng)磁鐵被完全的限制在圓柱體的底部(44)和蓋子(45)之間的圓柱體內(nèi)部時，有效地建立內(nèi)部的兩個獨立的區(qū)室。對每個由此形成的區(qū)室，在外壁中鉆有兩個孔洞(46);—個作為入口，另一個作為出口，其取決于設(shè)備的旋轉(zhuǎn)方向。具有整合的濾板的中央入口軸向地位于設(shè)備的底部，在圖4中被壁遮擋了。另一個冰球形的實施方式在圖5中顯示，入口孔洞(51)位于可移動的蓋子(52)的中心,多個小的出口孔洞(53)位于本體(54)的側(cè)面。四個壁(55)將內(nèi)體積分成四個獨立的約束區(qū)。被設(shè)計以擬合到扇區(qū)化的約束區(qū)中的固體成分可以容易地互換，不同功能性的固體成分可以用于每個區(qū)室，用于流體流動所轉(zhuǎn)運的試劑的并行處理，如上文所詳細描述的。與圖3中的管形設(shè)備相比，冰球形設(shè)備具有提高的包裝縱橫比(高寬比)(垂直于流動方向的面積除以包裝深度)，得到了通過固體成分的更高的流動。在約束區(qū)的外周部分中受到更高離心力影響的介質(zhì)的相對體積也被提高，因而更大質(zhì)量的流體將促進自入口的流體流動的抽吸，將其從中央的入口分布到由四個分隔壁(55)定義的獨立的約束區(qū)中，最終去往外周的出口(53)。如在圖5中畫出的，這種特定的實施方式適合于通過包埋在底部壁中的永磁體的方式磁性地致動,永磁體的磁力線徑直排列(未顯示)。這種實施方式的可選擇的構(gòu)型將附著機械致動軸，其可能為空心的以包括如上所述用于物質(zhì)或能量交換的裝置，當(dāng)相同形狀的孔口軸向地位于設(shè)備的底部壁中時，代替入口孔洞(51)并代替實現(xiàn)所述入口。圖6顯示了又一個實施方式，其中流動分配器被構(gòu)建為具有一套可互換的插入物(62、63和64)的空心冰球，它們以放射排布的獨立元件來構(gòu)建，被設(shè)計以將由本體(65)和它的蓋子(61)限定的旋轉(zhuǎn)的約束區(qū)分隔成多個扇區(qū)。每個扇區(qū)連接到位于設(shè)備的底部壁
(66)中軸向的流體介質(zhì)入口 [在圖中被本體(65)的壁遮擋],外周的流體介質(zhì)出口被實現(xiàn)為在空心的冰球形本體的圓柱形壁￠5)上鉆出的多個孔洞(67)。致動可以通過(a)包埋在旋轉(zhuǎn)的分隔元件(部件64說明了分隔元件，用于容納三個包埋的磁體)中、或空心冰球的本體中的磁體，或作為選擇通過直接機械耦合到軸來實現(xiàn)，所述軸連接到穿過蓋子(61)的中心軸。在又一個實施方式中，在圖7中顯示的，呈現(xiàn)了具有與圖I中的設(shè)備一定相似性的設(shè)備，以來自伯努利原理的增大的貢獻來運行。流體被抽入中央入口(71)，其任選地可以被設(shè)計為含有固體成分，并適配按照圖I的設(shè)備所顯示方式通過機械的致動器軸(72)用 于物質(zhì)或能量交換的裝置。在穿過所述入口扇區(qū)后，此后流體流動轉(zhuǎn)入空心的旋轉(zhuǎn)元件，所述旋轉(zhuǎn)元件形成垂直于軸線旋轉(zhuǎn)的相等長度的兩個臂，每個臂適合于容納串聯(lián)或并聯(lián)的固體成分，如在圖3中所解釋的構(gòu)型。每個旋轉(zhuǎn)臂的末端連接到短的文杜里管(74)，其本身是根據(jù)現(xiàn)有技術(shù)中公知的的原理構(gòu)建的。這對文杜里管將以相反的方向安裝，垂直于每個臂的外周的出口(75)，它們的通路軸線與臂(73)的圓周運動所描述的平面對齊。當(dāng)如圖7中的箭頭顯示的開動時，旋轉(zhuǎn)引起流體流動通過所述文杜里管(74)，從而根據(jù)伯努利原理，穿過出口(75)的更快速移動的液體將導(dǎo)致壓力的降低。中央的入口(其更少受到伯努利效應(yīng)的影響)與連接到文杜里管的外周出口之間的壓力差引起流體從入口流向出口。設(shè)備通過空心軸(72)機械地致動，它的腔非常適合作為管道，用于熱能、電磁輻射的轉(zhuǎn)移，或用于添加化學(xué)試劑和產(chǎn)物/副產(chǎn)物脫除。圖8顯示了本發(fā)明的四部分設(shè)備的分解圖，包括順時針方向旋轉(zhuǎn)的內(nèi)部元件(81)，所有其他部分保持靜態(tài)。如圖8中的箭頭指示的旋轉(zhuǎn)內(nèi)部元件(81)產(chǎn)生了進入靜態(tài)元件(82)的流動，在靜態(tài)元件中有多個外周的出口(83)。固體成分可以包括在所畫出的實施例中的幾個約束區(qū)內(nèi)；與中央入口(84)整合，在內(nèi)部旋轉(zhuǎn)元件(81)中，和/或在靜態(tài)元件(82)的流體通道(85)中。設(shè)備由與靜態(tài)元件(82)連接的蓋子(86)覆蓋，所述蓋子具有通路用于容許機械軸(87)致動內(nèi)部旋轉(zhuǎn)元件(81)，致動器軸任選地是空心的，并裝備有用于物質(zhì)或能量交換的裝置。根據(jù)這種原理構(gòu)建的設(shè)備具有的優(yōu)點是，建立強的流動，而不引起巨量的流體介質(zhì)中旋轉(zhuǎn)的渦旋。在圖9中說明的設(shè)備的又一個實施方式中，排布了流動分配器的一個或多個流體通道，其外周路徑的部分對齊于并且靠近于旋轉(zhuǎn)面的圓周，所述旋轉(zhuǎn)面由所述設(shè)備圍繞其軸線旋轉(zhuǎn)時描述；流動路徑的所述部分的方向因此顯著地偏離至此參考的附圖顯示的實施方式中設(shè)計的主要輻射方向。帶有按照這樣排布的流體通道的流動分配器優(yōu)選地與流動操縱的止回閥(本身根據(jù)現(xiàn)有技術(shù)中公知的原理設(shè)計)組合，位于中央的流體介質(zhì)入口中，其被設(shè)計以容許流體介質(zhì)自由地流入這種入口，但是阻止它流出。外周的出口可以保持開放。當(dāng)根據(jù)這些標(biāo)準(zhǔn)來排布時，設(shè)備被設(shè)計以主要根據(jù)慣性的原理運行，其中連續(xù)旋轉(zhuǎn)模式的角速度的上下改變，或作為選擇通過振動旋轉(zhuǎn)運動來往復(fù)搖動所述設(shè)備，所述振動旋轉(zhuǎn)運動在時間上整合為零凈旋轉(zhuǎn)，將弓I起流體流過流動分配器的約束區(qū)，其由與旋轉(zhuǎn)方向?qū)R的流體通道外周部分中流體的角加速度/減速度的慣性作用來介導(dǎo)。因而，在圖9中顯示的設(shè)備變體中，流動分配器具有冰球形本體(90)，在底部具有入口(91)，其相對于轉(zhuǎn)動軸位于中央。這個入口包括小的圓柱形區(qū)室，其持有松動地擬合的彈性材料的圓盤(97)，所述圓盤具有平的底部以及上表面上放射方向的脊的圖案，以形成整合的止回閥，其原理本身是現(xiàn)有技術(shù)中公知的。閥膜的平的底部表面將阻擋流體通過入口流出所述設(shè)備，而膜的上表面上脊的放射圖案容許流體流動經(jīng)過松動擬合的膜進入所述設(shè)備。因此閥門容許流體介質(zhì)被抽入適應(yīng)于容納固體成分的約束區(qū)(92)，(如有必要)其由適當(dāng)?shù)木W(wǎng)篩或濾板保持就位。固體成分約束區(qū)(92)相對于旋轉(zhuǎn)軸是放射方向的，在圖9的畫面A-A中其垂直于繪畫平面的中心點。約束區(qū)(92)隨后連接到慣性通道(94)，其方向沿著冰球形本體(90)的圓周，靠近本體的圓柱形的壁。這種環(huán)形的方向確保了慣性力將作用于慣性通道(94)中的流體介質(zhì)，來產(chǎn)生從入口(91)到出口(95)的完全的泵吸作用，在設(shè)備的角速度經(jīng)歷加速/減速循環(huán)時，而不是在它以穩(wěn)定速度旋轉(zhuǎn)時。建立慣性泵送所需的角加速度/減速度可以通過在時間上沒有凈旋轉(zhuǎn)地往復(fù)搖晃所述設(shè)備，或通過持續(xù)旋轉(zhuǎn)的角速度的上下來產(chǎn)生。這種實施方式的特別地優(yōu)點是，通過流動分配器的內(nèi)部流動以及巨量流體介質(zhì)的攪動可以單獨地協(xié)調(diào)，而不引起旋渦的形成。認識到的是，穿過如圖9公開的、具有兩個外周放置的出口的設(shè)備的流體流動將處在慣性、離心力和伯努利力的影響下。在圖10中顯示了出口通 道的交替排布以形成幾乎完全在慣性基礎(chǔ)上運行的設(shè)備，它的更多好處是流體流動出口位于設(shè)備的中央。在這個實施方式中，它可以被看作圖9顯示的設(shè)備的可選擇的出口變體，不像圖9中顯示的設(shè)備，流體流動不被容許經(jīng)過一對外周設(shè)置的出口(95)流出流動分配器，而是從慣性通道(104)導(dǎo)向位于旋轉(zhuǎn)軸上的單個出口(105)。這通過一對內(nèi)部的短垂直通道(108)的方式實現(xiàn)，其使得獨立的徑向通道(109)位于約束區(qū)(102)和慣性通道(104)的頂部。因而，在慣性通道(104)中作用于流體的角動量所建立的流體流動被導(dǎo)回設(shè)備的旋轉(zhuǎn)軸(對抗離心力)，并通過單個出口(105)導(dǎo)出，所述單個出口被設(shè)計以精確地擬合到設(shè)備的中央入口(101)中。這種結(jié)構(gòu)不僅具有容許幾個設(shè)備堆疊來串聯(lián)操作的明顯優(yōu)點，它還具有額外的優(yōu)點是，內(nèi)部的流體流動將實際上僅由慣性力調(diào)節(jié)，因為i)通過將流體導(dǎo)回旋轉(zhuǎn)軸，離心力被歸零了 ；以及ii)由于入口和出口都位于旋轉(zhuǎn)軸上，伯努利效應(yīng)是可忽略的。因此，通過以逐步的方式施加一定序列的角加速度和減速度，流體流動可以被快速改變。因而可能在單個固體成分中進行停止流動的反應(yīng)，或在由堆疊串聯(lián)的兩個或多個固體成分之間分步的轉(zhuǎn)移。雖然圖9和10中顯示的設(shè)備實施例都裝備有磁體(分別為96和106)用于(電)磁性耦合的致動，明顯的是，該原理同樣可以通過軸的機械耦合來精致地實現(xiàn)，所述軸優(yōu)選地附著并與中央入口整合，而在這樣情況下，軸也可以提供用于與包圍的固體成分進行物質(zhì)和能量交換的手段。做為選擇，如果根據(jù)圖10構(gòu)建的設(shè)備與通過經(jīng)過中央的出口的空心的致動器軸的機械耦合來組合，被泵出反應(yīng)器的流體可以通過致動器軸的方式被輸送出反應(yīng)容器。主要根據(jù)慣性原理運行的設(shè)備也可以通過將內(nèi)部流動通道按照單個或多個平行的阿基米德螺線走線來實現(xiàn)，如圖11中實現(xiàn)的，其中四個阿基米德螺線并列排布。在這種結(jié)構(gòu)中，螺旋形的通道組合了容納固體成分的約束區(qū)的功能，以及慣性通道的功能(因為阿基米德螺線很大程度上按照圖9顯示的實施方式中內(nèi)部通道的慣性節(jié)段所規(guī)定的來定向)。由于螺旋形排布的通道的有益的表面體積比，當(dāng)固體成分要作為流動分配器表面上的包被物來實現(xiàn)時，這種實施方式是特別有用的。該工作原理非常類似于圖9顯示的實施方式，不再需要說明；主要的區(qū)別是圖11的設(shè)備缺少用于容納固體成分的獨立的區(qū)室。不同的是，阿基米德螺線兼作區(qū)室和慣性通道。最后公開的實施方式在圖12中顯示，代表了基于圖11的阿基米德螺線的慣性設(shè)備的變體，其中出口被導(dǎo)回中心軸。在上文圖10公開的設(shè)備中討論了這種出口導(dǎo)流變體的原理和優(yōu)點，在此不再需要重復(fù)。對于本發(fā)明的利用和操作的方式的進一步的討論，根據(jù)上文的描述同樣是明顯的。因此，將不再提供關(guān)于使用和操作方式的進一步的討論。對于上文的描述，要了解的是，本發(fā)明的部分的最佳的空間關(guān)系，包括大小、材料、形狀、形式、功能和操作、組裝和使用的方式中的改變，對于本領(lǐng)域技術(shù)人員是很容易明白和顯而易見的。因而，上述的僅被認為是本發(fā)明的原理的說明。進一步的，由于許多修改和變化是·本領(lǐng)域技術(shù)人員容易想到的，不希望將本發(fā)明限于所顯示和描述的確切構(gòu)架和操作，訴求所有適合的修改和等同物都落入本發(fā)明的范圍。實施例I從內(nèi)徑和外徑分別為6. 3和6. 5mm、長度46mm的聚(四氟乙烯)[PTFE]部件上，基本上根據(jù)圖2制備了三個相同的圓柱形設(shè)備。2mm直徑的鉆孔被用于制備在每個小管中部彼此垂直的兩對孔洞，此后，兩個環(huán)形的稀土永磁體從每個末端插入，并壓合到小管中，盡可能不阻塞中央的入口孔洞。聚合篩網(wǎng)濾器的沖孔的小片插入到兩個末端內(nèi)，隨后每個壁填充500mg氫氧離子形式的Dowex Monosphere 550A LC NG強陰離子交換樹脂,外周的末端安裝有聚合篩網(wǎng)濾器來保持離子交換樹脂就位。三種設(shè)備此后置入獨立的E-燒瓶中，每個燒瓶含有IOOml制備的溶液，所述溶液含有I升水、 IOmg溴酚藍作為pH指示劑，Ig氯化鈉以及O. 08mL 37% (w/w)鹽酸。兩個設(shè)備以300rpm磁性地旋轉(zhuǎn)(實驗I. I和I. 2)，而第三個設(shè)備保持不旋轉(zhuǎn)(實驗I. 3)。實驗I. 2中使用的設(shè)備的入口孔洞用膠帶封閉，因而沒有液體能進入或留在其中。在實驗I. I和I. 3中入口孔洞保持不封閉。通過指示物可見地變藍的時間來估計設(shè)備中液體內(nèi)溶液和離子交換樹脂之間物質(zhì)傳遞的效力。實驗的結(jié)果在表I中統(tǒng)計。表I :通過旋轉(zhuǎn)管狀反應(yīng)器設(shè)備的物質(zhì)傳遞效力增強
實驗旋轉(zhuǎn)(Ipm) 中央孔洞顏色改變的時間(S)
1.1300開20
1.2300封閉300
1.3不旋轉(zhuǎn)開900在本設(shè)置中，作為對抗離子結(jié)合到陰離子交換劑的氫氧化物離子對鹽酸的簡單中和充當(dāng)了反應(yīng)實例。發(fā)生反應(yīng)的要求是，作為酸性測試介質(zhì)的部分的水合氫離子被轉(zhuǎn)運到設(shè)備內(nèi)的離子交換劑中，在此它們與作為對抗離子附著的氫氧化物離子反應(yīng)；或來自溶液中添加的氯化鈉的氯離子被轉(zhuǎn)運到設(shè)備內(nèi)含有的固體試劑中，在此它們交換作為對抗離子附著于離子交換劑的氫氧化物離子。這些隨后必需轉(zhuǎn)運回溶液與酸性巨量介質(zhì)中過量的水合氫離子反應(yīng)。這兩種反應(yīng)共同的是，它們需要反應(yīng)物通過流體測試介質(zhì)的方式轉(zhuǎn)運到離子交換劑(固體成分)，所述流體測試介質(zhì)在這種情況下是基于水的。這種機構(gòu)因此充當(dāng)了簡單但是高度說明性的、對通過旋轉(zhuǎn)穿過設(shè)備建立的增強的物質(zhì)傳遞的示范，清楚地顯示了，設(shè)備的旋轉(zhuǎn)產(chǎn)生了物質(zhì)傳遞，其與相同反應(yīng)容器中未攪動的相同設(shè)備相比至少更高效45倍。實施例I. 3進一步驗證了，這種物質(zhì)傳遞增強作用的小于7%可以由通過位于外周出口的網(wǎng)篩的湍流轉(zhuǎn)運來解釋。中央孔洞未阻塞的旋轉(zhuǎn)設(shè)備顯示的這種物質(zhì)傳遞增強作用提高只能解釋為建立了通過設(shè)備的流體流動，這是由它的設(shè)計和它的旋轉(zhuǎn)的組合所實現(xiàn)的。因此，這成為了建立設(shè)備內(nèi)部(介質(zhì)，固體，等等)以及與其中旋轉(zhuǎn)的流體介質(zhì)之間的流體轉(zhuǎn)移的一般原理的展示。實施例2基本上根據(jù)圖9描述的設(shè)備制備的設(shè)備用O. 75g離子交換劑Dowex MonosphereA550 LCNG OH填充，浸沒在具有溶解的酚酞、O. 33g NaCl的3mL鹽酸(O. 16M)中，用MilliQ水稀釋到250mL。連接12VDC雨刷電動機，以55掃/分鐘進行振蕩動作。如指示物的顏色改變所指示的，在16分鐘后完成反應(yīng)。作為對照實驗，設(shè)備在相同條件下使用，但是不施加振動動作，此時超過I小時也沒有反應(yīng)發(fā)生。
權(quán)利要求
1.一種用于在流體介質(zhì)中進行生物學(xué)或化學(xué)轉(zhuǎn)化、或物理或化學(xué)捕獲的設(shè)備，所述設(shè)備包括 流動分配器，具有至少一個流體介質(zhì)入口、至少一個流體介質(zhì)出口、以及至少一個約束區(qū)，其中進行所述轉(zhuǎn)化或捕獲；以及 用于旋轉(zhuǎn)、搖晃、搖擺或振動所述設(shè)備的裝置。
2.根據(jù)權(quán)利要求I的所述設(shè)備，其中，所述流動分配器的約束區(qū)容納一種或多種固體成分，所述固體成分容許至少一種試劑隨所述流動分布以進行化學(xué)轉(zhuǎn)化。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的設(shè)備，其中，所述固體成分在一個或多個柱體中提供，所述柱體被置于所述約束區(qū)內(nèi)。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的設(shè)備，其中，所述柱體是可替換的。
5.根據(jù)權(quán)利要求I 4中的任一項所述的設(shè)備，其中，所述約束區(qū)以所述流動分配器的中心軸對稱地放置。
6.根據(jù)權(quán)利要求I 4中的任一項所述的設(shè)備，其中，一個或多個所述約束區(qū)外周地位于所述流動分配器中。
7.根據(jù)權(quán)利要求I 6中的任一項所述的設(shè)備，其中，所述流動分配器具有一個或多個中央的流體介質(zhì)入口。
8.根據(jù)權(quán)利要求I 6中的任一項所述的設(shè)備，其中，所述流動分配器具有一個或多個 外周的流體介質(zhì)出口。
9.根據(jù)權(quán)利要求I 8中的任一項所述的設(shè)備，其中，所述流動分配器具有一個流體介質(zhì)入口，以及位于一平面中的兩個或多個流體介質(zhì)出口，所述平面高于所述流體介質(zhì)入口的平面。
10.根據(jù)權(quán)利要求I 9中的任一項所述的設(shè)備，其中，所述約束區(qū)被放置，從而流體介質(zhì)在流向流體出口之前流動通過所述約束區(qū)。
11.根據(jù)權(quán)利要求I所述的設(shè)備，其中，所述流動分配器具有從中央的流體介質(zhì)入口到外 周的出口基本上呈螺旋形的流體通道排布的約束區(qū)。
12.根據(jù)權(quán)利要求I所述的設(shè)備，其中，所述流動分配器由材料制成或包覆，所述材料能夠催化至少一種試劑以進行化學(xué)反應(yīng)。
13.根據(jù)權(quán)利要求I所述的設(shè)備，其中，所述流動分配器包覆有材料，所述材料能夠化學(xué)地轉(zhuǎn)化被導(dǎo)入所述流體通道的至少一種試劑。
14.根據(jù)權(quán)利要求I所述的設(shè)備，其中，所述流動分配器的橫截面基本上是環(huán)形的，并具有多個扇區(qū)，每個扇區(qū)與中央安置的流體介質(zhì)入口和指定的外周流體介質(zhì)出口連接。
15.根據(jù)權(quán)利要求14所述的設(shè)備，其中，所述扇區(qū)具有相同的或不同的固體成分，所述固體成分能夠生物學(xué)或化學(xué)地轉(zhuǎn)化、或捕獲被導(dǎo)入所述扇區(qū)的至少一種試劑。
16.根據(jù)權(quán)利要求14所述的設(shè)備，其中，所述流動分配器具有外部的或外周的固定部分以及內(nèi)部的中心部分，所述固定部分具有多個扇區(qū)，所述中心部分適合于隨著致動的裝置旋轉(zhuǎn)、搖晃、搖擺或振動。
17.根據(jù)權(quán)利要求I所述的設(shè)備，其中，用于旋轉(zhuǎn)、搖晃、搖擺或振動所述設(shè)備的裝置是產(chǎn)生磁場的元件。
18.根據(jù)權(quán)利要求I所述的設(shè)備，其中，用于旋轉(zhuǎn)、搖晃、搖擺或振動所述設(shè)備的裝置是機械地連接到外部的致動裝置的軸。
19.根據(jù)權(quán)利要求18所述的設(shè)備，其中，至少一個約束區(qū)進一步具有用于提供熱量、冷卻、聲能、光或其他類型輻射的裝置，所述裝置通過所述致動器軸與外部的源接觸。
20.根據(jù)權(quán)利要求19所述的設(shè)備，其中，所述裝置提供微波輻射。
21.根據(jù)權(quán)利要求19所述的設(shè)備，其中，所述裝置提供紫外光或可見光。
22.根據(jù)權(quán)利要求19所述的設(shè)備，其中，所述裝置提供聲能。
23.根據(jù)權(quán)利要求18所述的設(shè)備，其中，至少一個約束區(qū)進一步具有用于交換添加試劑或脫除產(chǎn)物和副產(chǎn)物物質(zhì)的裝置。
24.根據(jù)權(quán)利要求23所述的設(shè)備，其中，所述裝置提供氣體，所述氣體能夠與包含在所述流體介質(zhì)中的至少一種試劑、和/或位于所述流動分配器中的至少一種試劑反應(yīng)。
25.根據(jù)權(quán)利要求I所述的設(shè)備，其中，所述約束區(qū)含有催化劑。
26.根據(jù)權(quán)利要求I所述的設(shè)備，其中，所述約束區(qū)含有固體成分，所述固體成分含有物理地捕獲的或化學(xué)地鍵合的試劑，所述試劑能夠進入與由流體流轉(zhuǎn)運的試劑的化學(xué)反應(yīng)。
27.根據(jù)權(quán)利要求I所述的設(shè)備，其中，所述約束區(qū)含有固體成分，所述固體成分是能夠轉(zhuǎn)化由流體流提供的試劑的、固定的生物學(xué)實體。
28.根據(jù)權(quán)利要求I所述的設(shè)備，其中，所述約束區(qū)含有固體成分，所述固體成分是適合于進行固相合成的支持材料。
29.根據(jù)權(quán)利要求I所述的設(shè)備，其中，所述約束區(qū)含有固體成分，所述固體成分是能夠從流體流捕獲物質(zhì)的固體吸附劑。
30.根據(jù)權(quán)利要求I所述的設(shè)備，其中，所述約束區(qū)含有固體成分，所述固體成分是適合于色譜分離的固定相。
31.根據(jù)權(quán)利要求26 30中的任一項所述的設(shè)備，其中，兩個或多個約束區(qū)串聯(lián)連接，以及填充有不同的固體成分。
32.根據(jù)權(quán)利要求26 30中的任一項所述的設(shè)備，其中，兩個或多個約束區(qū)并聯(lián)連接，以及填充有不同的固體成分。
33.根據(jù)權(quán)利要求31 33中的任一項所述的設(shè)備，包括，串聯(lián)和并聯(lián)連接的約束區(qū)的組合。
34.根據(jù)權(quán)利要求I所述的設(shè)備，其中，所述流動分配器的內(nèi)部通道被排列，從而主要通過慣性作用建立內(nèi)部流動。
35.根據(jù)權(quán)利要求I所述的設(shè)備，進一步包括位于流動分配器的入口到出口之間的流操作閥門，其中通過改變速度來搖晃所述設(shè)備或旋轉(zhuǎn)所述設(shè)備引起液體從所述入口流向所述出口。
36.一種在流體介質(zhì)中進行生物學(xué)或化學(xué)轉(zhuǎn)化、或物理或化學(xué)捕獲的方法，所述方法包括通過旋轉(zhuǎn)、搖晃、搖擺或振動設(shè)備來產(chǎn)生通過設(shè)備的流體介質(zhì)的對流，其中，所述設(shè)備包含流動分配器，所述流動分配器具有至少一個流體介質(zhì)入口、至少一個流體介質(zhì)出口和連接到所述入口和出口的至少一個約束區(qū)，在所述約束區(qū)中進行所述轉(zhuǎn)化或捕獲。
全文摘要
本發(fā)明提供了用于在流體中進行化學(xué)轉(zhuǎn)化的設(shè)備，具有流動分配器(11)，所述流動分配器具有至少一個流體介質(zhì)入口(11)、至少一個流體介質(zhì)出口(15)和至少一個約束區(qū)(13)，在所述約束區(qū)中進行所述化學(xué)轉(zhuǎn)化，以及用于旋轉(zhuǎn)、搖晃、搖擺或振動所述設(shè)備的裝置。至少一個約束區(qū)可以裝備有用于提供熱量、冷卻、聲音、光或其他類型輻射的提供器，這樣的提供器通過致動器軸(14)與外部的源接觸。所述流動分配器(11)可以具有與中央安置的流體介質(zhì)入口(12)和指定的外周流體介質(zhì)出口(15)連接的扇區(qū)。用于旋轉(zhuǎn)、搖晃、搖擺或振動所述設(shè)備的裝置可以是產(chǎn)生磁場的元件，或機械地連接到外部的致動裝置的軸(14)。
文檔編號B01F11/00GK102905784SQ201180009257
公開日2013年1月30日 申請日期2011年2月11日 優(yōu)先權(quán)日2010年2月12日
發(fā)明者喬納斯·佩爾松, 謝爾·奧伯爾, 弗雷德里克·阿爾姆奎斯特, 克努特·伊爾加姆 申請人:諾迪克化學(xué)探索公司