CN105008513A - 混合设备和方法 - Google Patents

Abstract

混合用于PCR反应的溶液和反应剂(24)的方法和设备，其具有封闭的筒形反应孔(22)、孔内的磁响应珠(10)，该磁响应珠(10)具有光学惰性涂层(14)和第二化学惰性涂层(12)。然后热源(110)加热内含物至目标温度，同时振荡磁场以移动孔内的珠，从而混合内含物，并使反应孔的内含物充分均匀。

Description

混合设备和方法

优先权要求

本申请要求享有2012年12月19日提交的共同未决的美国临时专利申请序号61/739,611的优先权，其全部内容在此被引入本文作为参考。

发明背景

通常期望化学反应或生化反应中的反应剂尽可能均质以实现有效和可预期的反应。在聚合酶链式反应(“PCR”)情况下，溶液中的反应剂、酶、引物、探针、目标模板等需要尽可能均质，从而实现目标反应的扩增效率的优化。

很多反应还需要反应孔中贯穿溶液温度均匀，以实现有效反应。PCR还需要在变性、退火和反转录时温度均匀，以发生目标DNA区段的有效扩增。

在PCR扩增的情况下并且在反应开始前混合反应剂溶液，通常满足在开放反应孔系统中的均质性要求。这种混合通常在将反应剂加入开放的反应孔时进行。

附图简述

本发明的其他特征和优势将通过下文详述结合附图而显而易见，下文详述和附图共同通过实例来示例本发明的特征：

图1是能够用于根据本发明实施方式的混合设备的磁响应混合珠(mixingbead)的第一实施方式的剖视图；

图2是能够用于根据本发明实施方式的混合设备的磁响应混合珠的第二实施方式的剖视图；

图3a-3d是显示根据本发明实施方式的包含磁响应混合珠的封闭的反应孔的侧视图；不同水平的溶液和反应剂显示在不同的图中；

图4a-4b是显示磁体相对于反应孔的不同位置和相应磁场可如何影响混合珠位置的透视部分示意图；

图5a-5b是显示多个磁体相对于反应孔的定位和其可如何引起混合珠在反应孔内以增加的速度运动的透视部分示意图；

图6a-6b是显示用于引起混合珠在反应孔内运动的电磁体的透视部分示意图；

图7a-7b是显示多个电磁体相对于反应孔定位以引起混合珠在反应孔内以增加的速度运动的透视部分示意图；

图8a-8c是显示机械移位的电磁体的透视部分示意图，该电磁体被配置以根据本发明一方面，利用磁体和磁动力移动电磁体并且从而改变反应孔内磁场，来移动珠；

图9a-9b是显示机械移位的电磁体的透视部分示意图，该电磁体被配置以根据本发明一方面，利用通过电磁线圈的电流的方向切换器移位电磁体并且从而改变反应孔内磁场，来移动珠；

图10a是显示机械移位的磁体的顶视图，该磁体被布置在旋转轴上，该旋转轴被配置以使磁体围绕反应孔旋转并且从而改变反应孔内磁场；

图10b-10c是图10a所示系统的顶视图；

图11是显示图8a-8c的电磁体配置联合光学头(optics head)使用时的应用的侧面部分示意图；

图12是显示图10a-10c的旋转轴配置联合光学头使用时的应用的侧面部分示意图；

图13a-13c是显示可选的旋转轴配置的侧面部分示意图，该旋转轴配置在本发明再一实施方式中使磁体及其相应的磁场旋入和旋出反应孔的范围；

图14a-14b是显示旋转轴配置的使用的侧面部分示意图，该旋转轴配置使磁体及其相应的磁场在反应孔上方和下方旋入和旋出反应孔的范围；和

图15显示在加热式PCR应用中实现均质溶液和反应剂的方法的实施流程图。

本文现将参考示例的示例性实施方式，并且利用具体语言来描述该示例性实施方式。然而要理解，并不意图由此限制本发明的范围。

发明概述

已知开发可操作的、具有封闭的筒形反应孔——可使反应孔中的均质混合物在加热过程中保持在目标温度——的混合设备是非常有利的。

本发明提供多种振荡具有封闭筒形反应孔的PCR反应器内的磁场的方法，该封闭筒形反应孔能够快速移位孔内的磁响应珠，进而可混合内含物和保持均匀的稠度和温度。

示例实施方式详述

定义

如本文所用，单数形式“一个”和“所述”可包括复数指代，除非上下文另外明确指示。因此，例如，“一个加热单元”的指代可包括一个或多个这样的单元。

如本文所用，术语“基本上”指代全部或近乎全部范围或程度的作用、特性、性质、状态、结构、项目或结果。作为任意实例，被“基本上”封闭的物体是被完全封闭或被近乎完全封闭的物体。距离绝对完全程度的确切容许偏差度在一些情况下可取决于具体环境。然而，总而言之，全部的接近度将导致获得与绝对全部和完全全部相同的总体结果。“基本上”的应用在以消极含义使用时同等适用，意指完全或近乎完全不具有作用、特性、性质、状态、结构、项目或结果。作为另一任意实例，“基本上”不含一种成分或元素的组合物实际上仍可包含该项目，只要测量不到其所导致的效果。

如本文所用，术语“约”用于通过提供给定值可以“略高于”或“略低于”端点，来提供数值范围端点的一定灵活性。

相关指向性术语时而在本文中使用来描述和主张本发明的不同构件。这种术语无限制地包括“向上”、“向下”、“水平”、“垂直”等。这些术语通常非意图限制，而是用于最清楚地描述和主张本发明的不同特征。在这种术语必须传达某种限制时，其意图限于公知的用法并且被本领域技术人员理解。具体地，术语“侧”时而在本文中使用来描述容器或孔的边界。要理解，这种术语不限于该容器或孔的侧向部分，而是可以包括上、下、侧向部分等。

如本文所用，术语“封闭的”或“密封的”反应孔或容器被理解为指代各侧均密封的孔或容器(例如，无“开放的”上部分或侧部分)。封闭或密封的孔或容器可以被封闭或密封到不同程度。一方面，孔或容器被密封成不透液的：即，液体在正常操作过程中无法进入或离开孔或容器。一方面，封闭或密封的孔或容器可被封闭到一定程度，使得孔或容器中包含的混合珠无法离开容器。一方面，孔或容器可以是不透气的：即，气体在正常操作期间不可进入或离开孔或容器。

如本文所用，为方便起见，可在同一列表中示出多种项目、结构要素、组成要素、和/或材料。然而，这些列表应被理解为好像列表中的每个成员均作为单独和独特的成员被分别确定。因此，这种列表中的个体成员不应仅基于其示出在同一组中而没有相反指示就被理解为是相同列表中的任何其他成员的实际等同形式。

数值数据在本文中可以范围形式表达或示出。要理解，这种范围形式的施用仅以方便和简洁为目的，因此应被灵活地解释为不仅包括作为范围极限明确记载的数值，而且包括该范围涵盖的所有个体数值或子范围，如同各数值和子范围被明确记载。作为示例，"约1至约5"的数值范围应被解释为不仅包括明确记载的数值约1至约5，而且包括所示范围内的个体数值和子范围。因此，此数值范围包括，分别地，个体值如2、3、和4和子范围如1-3、2-4和3-5等，以及1、2、3、4和5。

相同的原理适用于仅记载一个数值作为最小值或最大值的范围。另外，这种解释的适用与范围宽度或所表述的特征无关。

本发明

已经知道为了使化学反应或生物化学反应有效，反应剂溶液必须尽可能均质。在聚合酶链式反应(PCR)的情况下，溶液中的反应剂、酶、引物、探针、目标模板等需要尽可能均质，使得目标的有效扩增可以发生。多种反应还需要反应孔中溶液处处均匀的温度，以使反应有效。PCR还需要在变性、退火和反转录时均匀的温度，以使目标DNA区段的有效扩增发生。

在开始反应前和在PCR扩增的情况下混合反应剂溶液将通常满足均质性要求，并且在开放系统中其通常在将反应剂加入反应孔时进行。在封闭筒形系统内的均质混合步骤更困难得多。在需要均匀温度时，反应孔中的溶液需要其温度被严格控制，或溶液需要被混合而使溶液中的温度梯度最小化。

本技术解决了各种方式中的这些问题。在一个实施方式中，提供了混合化学反应剂或生物化学反应剂(如反应孔或混合室中的PCR反应剂)的方法。方法可在独立的孔或室中或在封闭的筒形(例如，容器)系统内完成。方法可包括利用由磁响应材料或合金制成并且涂覆有化学或生物化学惰性涂层如帕利灵(聚对二甲苯)的珠。方法包括不同手段或方式来使反应孔或混合室内的珠移动，从而导致混合发生。

在本发明一方面，由磁响应材料制成的珠涂覆有化学或生物化学反应惰性材料。这些珠可用于混合化学或生物化学溶液以提供均质性和减少混合室或反应孔内任何热梯度的效应。

在本发明另一方面，实施不同手段或方法来使珠在混合室或反应孔内移动。本技术可造成充分混合，以实现期望的均质性和热梯度减少，从而增强期望的反应的效力。

本发明的一个实施方式大体上示例在图1中。在这方面，珠10可由磁响应材料制成，如铁、镍、钴或其一定合金。虽然珠可以是磁化的，但在多个实施方式中其不是由磁体材料形成的，也不是磁化的。珠10可涂覆有薄化学惰性涂层12。珠10可根据混合室的需要和用于移动珠的磁体强度来设定尺寸。在一个优选实施方式中，珠10是直径约1.5至约1.65mm的钢粒，并且涂层12是约5微米的帕利灵。

本发明的另一实施方式显示在图2中。再一次，珠10由磁响应材料制成，如铁、镍、钴或其一定合金，但其不是磁体，也未被磁化。珠10首先涂覆有薄光学涂层14以抵消珠的固有颜色可能对用于读取混合室中化学或生物化学反应进程的任何光学检测系统产生的任何消极光学效应。薄光学涂层14可以是白色涂层，如二氧化钛，或镜式涂层，如镍。然后珠涂覆有化学惰性材料如帕利灵的薄涂层12。再一次，珠10应根据混合室的需要和用于移动珠的磁体强度来设定尺寸，只有在这种情况下才考虑额外的涂层材料层。

图3a显示图1描述的涂覆型珠20位于封闭的筒形反应孔22内，该封闭的筒形反应孔22还填充有溶液和各种反应剂24。在PCR的情况下，还可以有模板、探针、引物等存在。孔可包括隔层26，其阻止珠向上运动。隔层一般由不对珠屏蔽磁通量的材料制成。在通过光学系统从上方监测反应进程的情况下，隔层材料和配置还应包括光学系统。隔层基本上是孔内容器上的盖或覆盖物、或孔本身，其生成容纳不同材料的封闭容器。隔层可由多种材料形成，并且可以多种方式附接至容器或反应孔。一般，隔层可拆卸地附接至容器或孔。非限制性实例包括"搭锁"附接、螺纹附接、铰链附接、及类似方式。在一些情况下，压敏和/或热敏的膜或材料可用于生成隔层。

图3b至3d是封闭的筒形测试系统(在制造该筒时)的反应室中的、图1描述的涂覆型珠20的实例。图3b显示封闭筒或容器32的反应孔30中的珠20。图3c显示封闭筒形系统32的孔30中包括的珠20，和冻干的化学或生物化学反应剂，以及在PCR情况下的引物和探针34。图3d显示封闭筒形系统32的孔30中包括的珠20，和化学或生物化学反应剂溶液，以及在PCR情况下的探针、引物、模板等。

总体而言，为移动珠和导致混合发生，在包含珠的反应孔或混合室邻近引入磁通量。由磁响应材料制成的珠将被拉向磁通量并穿过溶液。可通过如下在孔和磁响应珠的邻近引入磁通量：将永久磁体移动到适当位置或将已处于适当位置的电磁体通电。根据混合室或反应孔的定向和期望的混合速度，可利用重力或另一磁通量沿与第一次拖拉相反的方向来拖拉珠。珠反复并且足够快速进行的这种向后和向前或向上和向下动作将导致溶液组分混合。

作为非限制性实例，图4a-b显示磁体40，其可以是稀土磁体。在图4a中，磁体到达包含反应剂24的反应孔22上方的位置。以这种方式，磁通量42向下延伸到孔22中足够远，从而将涂覆型钢珠20向上拖拉至反应孔22的隔层26。图4b显示，磁体40被远离反应孔22拉动足够远，以使磁通量42不再向磁体40拖拉珠20。此时，珠20会跌落至反应孔22底部。在依靠重力移动珠20至孔22底部时，磁体40必须被远离孔22和珠20拖拉足够远，以使磁体40的磁通量42不与磁响应珠生成的暂时磁场28交叉。可通过热源110对封闭筒形反应孔施热。应理解，热源110可以是本领域技术人员所知的任何适当的热源。

在一个具体实例中，使用常规筒形加热器。在这种情况下，镍铬加热线圈被插入陶瓷管中形成的孔中。纯氧化镁填充剂被振入容纳加热线圈的孔中以允许最大热传递至不锈钢鞘。然后，加热器的氦弧焊端盖被插在加热器底部，并且安装绝缘铅。虽然显示热源接近容器或孔的底部，但要理解，其可定位于多个位置：容器或孔侧部、上部、周围等。此外，虽然本文的教导具体地涉及热源，但要理解，孔或容器的内含物的热操控也可利用冷却单元进行。如本领域技术人员理解，这种冷却单元可如关于热源所述地定位。

如前所述，珠在图4a和4b所示的配置中的混合运动依靠重力将珠拉至孔底。这在其达到混合作用的速度时可能是一个限制因素。

图5a和5b显示可大幅增强混合速度的实施方式的实例。珠20将受两个磁场42和42r影响，相互反向拉动珠。在图5a中，如同在图4a中，磁体到达反应孔22上方的位置，使得磁体40的磁通量42将珠20拖拉至孔22的顶部，抵接隔层26。接着，如图5b所示，磁体40被拉离孔22，使得其磁通量42不再影响珠20。基本上同时，孔22基底附近的磁体40r到达反应孔22下方的位置，使得磁体40r的磁通量42r朝向孔22底部拖拉珠20。此实施方式致使混合以一定速度发生，其取决于孔22的深度和磁体40、40r可以移动的速度。这种双磁体配置增加了珠的相对振荡速度，因此在通过热源110施热时增加了保持溶液均质性的能力。

图6a和6b显示利用具有“C”形内核的电磁体44使磁通量46达到一定位置从而向其拖拉珠20和在此实施方式中拉至孔22顶部并抵接隔层26的实施方式。在图6a中，将电磁体44以适合的DC电流通电，该DC电流产生足以达到孔22中并拖拉珠20向上穿过溶液24的磁通量46。在图6b中，关闭DC电流，导致磁通量46消失，因此致使珠20穿过溶液24跌落至孔22底部。如同利用上述磁体和在图4a和4b中的情况下，利用重力使珠20返回其初始位置限制了珠20可移动的速度和可进行混合的速率。图7a和7b显示类似于图5a和5b所述配置的配置。在这种情况下，“C”形电磁体被布置在孔22的上方44和下方44r，并且DC电流在两个电磁体之间切换。在图7a中，通电上方电磁体44，其磁通量46因此拖拉珠20向上穿过孔22中的反应剂溶液24，直到其到达上面的隔层26。在图7b中，然后将DC电流切换至下磁体44r，并且其磁通量46r拖拉珠20向下穿过溶液24返回，直到其碰撞孔22的底部。

图4a、4b、5a、5b、6a、6b、7a和7b只是磁响应涂覆型珠的可能应用方式的实例。图4a、4b、6a、和6b中的孔可以是筒基系统内或外的或专用样本处理系统内的专用混合室。图5a、5b、7a、和7b中的孔可以是水平配置的孔或垂直或水平混合室，并且处于筒基系统内或外、或专用样本处理系统内。

本技术还提供多种适于使磁通量移动到一定位置从而导致珠移动穿过孔或混合室中的溶液，从而导致混合的方法。第一方法在图6a、6b、7a和7b的上述讨论中公开，该图描述了如何利用具有适当内核和磁通量的电磁体移动珠穿过孔或混合室中的溶液。此方法的优势是其不需要移动部件，单一的切换开与关的DC电流将提供移动珠所需的磁通量。在有空间和充分电力时，这是适合的珠移动方法。其他移动珠的方法在下文描述。

基于下文讨论的目的，设想移动磁体也使该磁体的磁通量或该磁体的磁场移动，使得移动磁体到一定位置从而移动珠的表述也指代使磁体的磁通量移动到到一定位置从而移动珠。这种设想也适用于附图。设想附图中的磁体具有一定磁通量，并且该磁通量不一定在附图中显示。

在本发明一方面，磁体是稀土磁体，并且具体地是钕磁体。所用磁体的尺寸和强度将取决于移动磁体的可用空间；孔、容器或混合室的尺寸和深度；用于移动磁体的方法；孔定向；和磁体相对于孔的定向。

总体而言，最有效的移动磁体的方法是这样的方法：需要极少移动部件，该移动部件具有极少或不具有机械连接，具有低电压和电流要求，并且可容易地利用微控制器或简单计时电路来控制。本公开的一个实施方式改变DC电流的方向，以使磁体移入和移出位置，但更简单的实施方式不需要额外的电路来实现这种切换。

本文公开的所有方法可适用于垂直、水平、或甚至对角线定向的反应孔或混合室。该孔或室可以是独立的或位于筒基系统中。本文公开的实施方式不意为将混合仅限于一种反应剂孔或混合室定向、或仅限于独立式或筒基系统，而是包括所有孔/室定向和独立式或封闭的系统。

图8a、8b和8c示例一种用于使磁体移入和移出位置的机械系统。该方法利用磁体58拉动珠20向上穿过溶液24并允许重力拉动珠反向向下穿过溶液。磁体被通电线圈56生成的磁力推进，并通过使线圈56去通电和利用磁体52a和52b提供的磁通量从孔拉回。非磁响应材料如铝或塑料用作隔层60，以阻止磁体的前进运动。

图8a显示被线圈56生成的磁动力推进的磁体。其前进运动已被隔层60停止在这样的位置，从而其提升孔22中的珠20向上穿过溶液24。图8b显示去通电的线圈56和通过磁体52a和52b的吸引被拉回绕线管50的磁体58，致使珠20反向向下跌落穿过孔22中的溶液24。如果需要更快混合，则可应用本文描述的相同机制、或将磁通量布置于孔底部的其他一些方法，如图5a、5b、7a和7b公开。

图8a、8b和8c描述的系统涉及设计具有两个功能的塑料绕线管50。第一是其被塑形以提供磁体58往返允许珠20升高和下降的位置的路径。第二是容纳足够的电线绕组，从而在线圈56以DC电流通电时，其将生成足够的磁动力以将磁体向前推出绕线管。绕线管还具有在图8c的讨论中公开的一些相对尺寸和其他事项。本文公开的方法利用单向DC电流，该单向DC电流仅仅利用微控制器或简单计时电路来切换开与关，如本领域技术人员理解。一种将磁体58拉回绕线管从而远离孔和珠的方式是极化的磁通量，极化的磁通量吸引磁体58和将其快速拉回绕线管。磁通量可由一个或多个磁体提供。在所示实施方式中，磁通量由两个磁体52a和52b提供。磁体52a和52b的强度、定向和位置非常重要。其必须强到足以将磁体58拉回绕线管50，其必须被定向以吸引，而非排斥磁体58，并且其必须被定位以使其对磁体58的吸引可被通电线圈56生成的磁动力克服。

如前所述，图8c公开了允许在此具体实施方式中的往返运动工作的绕线管50的一些相对尺寸和其他具体事项。通风孔58可位于绕线管50端部。其允许空气在磁体58被拉回绕线管50时逸出。线圈区域72的中心必须在绕线管上总体上比磁体70的中心更加靠后。

作为非限制性实例，用于组建图8a、8b和8c公开的方法的材料和大致尺寸如下。塑料绕线管50为约1.75英寸长，并且外径在大直径处约0.6英寸和在小直径处约0.5英寸。内径为约0.38英寸，并且深度为约1.5英寸。磁体58是0.375英寸x 1英寸钕磁体，并且磁体52a和52b是0.25x 0.25英寸钕磁体。绕线管50上的线圈区域74(在图8c中)为约1英寸长。线圈是850转的#34磁体线的绕组，并且在12伏特下通过0.5安培的DC电流通电。

磁体52a和52b装在外壳，该外壳在完整绕线管50上滑动，并且容纳对立的磁体52a和52b，距线圈56侧约0.1875英寸并且距绕线管50端约0.25英寸。隔层60是铝块。图8a中的磁体58的"上拉"位置为超过孔边缘约0.125英寸和孔上方约0.125英寸。DC电流开与关切换由PIC18F1220微控制器控制在高达5Hz。本领域技术人员理解，此混合频率可容易地随固件改变。磁体58、52a和52b的定向由DC电流流过线圈56的方向来确定。大磁体58可位于绕线管50中并使线圈56通电。如果磁体58被推出，则定向正确，如果其被推入，则可切换DC电流流过线圈56的方向，或可转向磁体58。一旦大磁体定向正确，则定向磁体52a和52b以使大磁体58保持处于绕线管50中就是个简单的步骤了。

另一移动磁体到使反应孔或混合室中珠移动的位置的方法被公开在图9a和9b中。此方法非常类似于在图8a、8b、和8c的讨论中公开的方法。主要区别是移除图8a、8b和8c所示的磁体52a和52b，并且取而代之的是沿线圈56的一个方向发送DC电流，从而将磁体58推出至图9a显示的"上拉"位置。然后，可切换DC电流通过线圈56的方向，以将磁体拉离孔22和珠20，致使珠20穿过溶液24反向跌落至孔22底部。再一次，如果需要更快混合，则可应用本文描述的相同机制、或其他一些将磁通量布置于孔底的方法(例如，图5a、5b、7a、和7b显示的技术)。

另一将磁体移动到使反应孔或混合室中珠移动的位置的方法被公开于图10a、10b和10c。此方法利用受单一的开/关DC电流或脉宽调制DC电流控制的旋转螺线管来控制旋转速度。再一次，可利用电路或微控制器来控制旋转频率和在PWM控制的螺线管的情况下的旋转速度。参考图10a，磁体80附接至臂81，臂81附接至旋转螺线管83的电枢82。所用磁体还是稀土磁体，其具有充足的磁通量从而在磁体接近孔22和珠20时向其拉动珠20。图10b显示已通过DC电流启动的旋转螺线管83的顶视图。在启动时，通过臂81和电枢82附接至螺线管83的磁体在孔22的顶部上方摆动到使珠20穿过溶液24朝向磁体80移动的位置。

图10c显示已停用的旋转螺线管83的顶视图。在停用时，通过臂81和电枢82附接至螺线管83的磁体远离孔22摆动到允许珠20穿过溶液24落向孔22底部的位置。再一次，如果需要更快混合，则可应用本文描述的相同机制、或其他一些将磁通量布置于孔底的方法，如图5a、5b、7a、和7b公开。

本文描述的方法可与光学系统联合应用。作为一个非限制性实例，图11显示图8a、8b、8c、50、52a、52b、54&56公开的方法，其直接附接位于反应孔22上方位置的光学头100，从而可在反应过程中进行荧光水平的读取。用于安置磁体52a和52b的外壳还用于固定绕线管50与光学头100的附接。为清楚起见，省略了具体外壳安排。图12显示适于联合光学头100工作的可能的安排的实例，其中旋转螺线管83用于移动磁体80进入和离开使珠20移动的位置，如图10a、10b和10c公开。通过从光学头100去除一些材料102，磁体80可在光学系统头100下掠过。再一次，光学头100处于反应孔22上方位置，从而可在反应过程中进行荧光水平的读取。

在另一实例中，可将光学器件在进行混合时移离反应孔，然后在混合完成后移回读取荧光水平的位置。在再一实例中，孔可被移离光学器件，溶液可混合，孔可被移回光学读取位置。

另一将磁体移动到使反应孔或混合室中珠移动的位置的方法被公开于图13a、13b和13c中。在此方法中，电枢92附接至电动机94的轴93。

根据电动机的速度和期望的混合频率，可将磁体90、91附接在电枢的各端，或作为另一实例，可将磁体附接在一端90，并将配重91附接在电枢的另一端。在磁体在孔上方经过时(如图13a所示)，珠被上拉，并且在磁体位置远离孔时，珠将跌落(图13b)。电枢92的位置，因此磁体或磁体90、91的位置，在电动机关闭时，可通过如下确定：通过位置控制切换，或通过将充足强度并且与电枢92上的磁体或磁体90、91相反极性的磁体95布置在将磁体拉离孔22的位置，如图13c所示。电枢92可具有包括盘状的任何形状，并且可支撑一个或多个磁体和配重。

另外，图14a-14b显示如何可使第二电枢附接至图13a-13c的设备，其中第二电枢可位于封闭筒形反应孔下方，并且其中所述电枢位于与第一电枢不同相的位置。第二电枢具有嵌入其中的另外的磁体和配重90a和91a，以提供第二磁场至封闭筒形反应孔。由此，轴旋转使这两个电枢到达其在反应孔上方或下方的相对位置，并且以往复的方式向上和向下拖拉珠，从而实现期望的混合。

要理解，珠可通过磁体以多种途径移动。可实现简单的上-下运动，或简单的侧-至-侧运动。此外，可实现螺旋样式，环形样式等。本技术提供磁珠移动的大幅灵活性。

图15示例一种在加热反应过程中提供溶液和反应剂均质混合物的方法，其具有第一步150，包括提供反应孔，该反应孔具有容器，该容器具有封闭的底部和开放的顶部。第二步152包括在中空的容器内提供至少一种溶液和至少一种反应剂。第三步154包括在反应孔中提供至少一个磁响应珠，其具有光学涂层和化学惰性涂层。第四步156包括用围绕和密封开放顶部的隔层密封反应孔，形成包含溶液、反应剂和珠的封闭筒形反应孔。第五步158包括利用热源加热封闭筒形反应孔的内含物至目标温度。第六步160包括通过振荡接近封闭筒形反应孔的第一外部的第一磁体的第一磁场，使珠移动到封闭筒形反应孔的上部。第七步162包括通过振荡接近封闭筒形反应孔的第二相反外部的第二磁体的第二磁场，使珠移动到封闭筒形反应孔的下部。方法可包括进一步的步骤：振荡不同相的第一和第二磁场，导致珠以足够的速率在封闭筒形反应孔内以往复方式移动，因而珠使溶液和反应剂混合，以实现均匀温度和混合物。

应理解，本领域技术人员将知道，可采用另外的步骤以利用上述各具体设备实施方式。

虽然前述实例以一个或多个具体应用示例本发明的原理，但对于本领域技术人员显而易见的是，可进行多种没有创造性运用并且没有脱离本发明的原理和思路的形式、用法和实施细节的改动。因此，除非所附权利要求限定，本发明不意图受限。

Claims (18)

1.混合系统，包括：

反应孔，包括容器，所述容器具有上开口、隔层和底部，其中所述容器被配置以包含至少一种反应剂和至少一种溶液，所述隔层被配置以密封所述上开口，以产生封闭容器；

磁响应珠，其上具有光学涂层，所述光学涂层被配置以减少对光学测量系统的任何光学干扰，和透明的帕利灵涂层，所述帕利灵涂层包封所述珠和所述光学涂层；

热源，位于所述反应孔附近，并且可操作以加热所述封闭容器内包含的溶液和反应剂；

第一磁体，位于所述反应孔的第一侧附近，并且被配置以提供穿过所述反应孔的第一磁场，所述第一磁场具有充足的强度，从而能够移动所述反应孔内的所述磁响应珠；

振荡所述第一磁场的强度的系统，改变在所述反应孔内的所述磁响应珠的位置；

第二磁体，位于所述反应孔的第二侧附近，并且被配置以提供穿过所述反应孔的第二磁场，所述第二磁场具有充足的强度，从而能够移动所述反应孔内的所述磁响应珠；

振荡所述第二磁场的强度的系统，改变所述反应孔内的所述磁响应珠的位置；和

其中所述第一磁场和所述第二磁场的所述振荡系统在相互不同相操作，以使所述磁响应珠在所述封闭容器内的上部位置和所述封闭容器内的下部位置之间振荡，使得所述溶液和反应剂在加热时混合。

2.根据权利要求1所述的系统，其中所述第一和第二磁体包括电磁线圈，并且其中所述振荡系统能够使所述电磁线圈通电和去通电。

3.根据权利要求1所述的系统，其中所述第一和第二磁体是永久磁体，并且其中所述振荡系统包括通过物理手段使所述磁体移入和移出所述封闭容器邻近的结构。

4.根据权利要求2所述的系统，其中所述磁体中的至少一个包括具有可移位的内核的电磁体。

5.根据权利要求4所述的系统，进一步包括：

至少一个返回磁体，其可操作以在所述电磁线圈去通电时将所述可移位的内核拉离制动件。

6.根据权利要求3所述的系统，进一步包括：

旋转轴；和

第一电枢，自所述旋转轴径向向外延伸，所述第一磁体嵌入所述第一电枢的远端；其中

旋转所述轴致使所述至少一个永久磁体到达和离开封闭的筒形反应室邻近。

7.根据权利要求6所述的系统，进一步包括：

第二电枢，其沿与所述第一电枢不平行的方向自所述旋转轴径向向外延伸，所述第二磁体嵌入所述第二电枢的远端；

其中所述第一电枢被配置以使所述第一磁体到达邻近所述封闭容器的上部的位置和使所述珠移位到所述隔层；和

其中所述第二电枢被配置以使所述第二磁体到达邻近所述封闭容器的底部的位置和使所述珠返回所述封闭筒形反应孔的底部。

8.混合系统，包括：

反应孔，其包括容器，所述容器具有上开口、隔层和底部，其中所述容器被配置以包含至少一种反应剂和至少一种溶液，所述隔层被配置以密封所述上开口，以产生封闭容器；

磁响应珠，其上具有光学涂层，所述光学涂层被配置以减少对光学测量系统的光学干扰，和第二化学惰性涂层，所述第二化学惰性涂层包封所述珠和所述光学涂层；

至少第一磁体，其位于所述反应孔的第一侧附近，并且被配置以提供穿过所述反应孔的第一磁场，所述第一磁场具有充足的强度，从而能够移动所述反应孔内的所述磁响应珠；和

振荡所述第一磁场的强度的系统，改变所述反应孔内的所述磁响应珠的位置。

9.根据权利要求8所述的系统，进一步包括热源，所述热源位于所述反应容器附近，所述热源能够加热所述溶液和反应剂，使所述溶液和反应剂混合。

10.根据权利要求8所述的系统，其中所述光学涂层的颜色是白色。

11.根据权利要求8所述的系统，其中所述光学涂层是抛光反射材料。

12.根据权利要求8所述的系统，其中所述化学惰性涂层是帕利灵。

13.根据权利要求8所述的系统，进一步包括：

第二磁体，其位于所述反应孔的第二侧附近，并且被配置以提供穿过所述反应孔的第二磁场，所述第二磁场具有充足的强度，从而能够移动所述反应孔内的所述磁响应珠；和

振荡所述第二磁场的强度的系统，改变所述反应孔内的所述磁响应珠的位置。

14.根据权利要求13所述的系统，其中所述第一和第二磁体包括电磁线圈，并且其中所述振荡系统能够使所述电磁线圈通电和去通电。

15.根据权利要求13所述的系统，其中所述第一和第二磁体是永久磁体，并且其中所述振荡系统包括通过物理手段将所述磁体移入和移出所述封闭容器邻近的结构。

16.根据权利要求15所述的系统，其中所述磁体中的至少一个包括具有可移位的内核的电磁体。

17.根据权利要求16所述的系统，进一步包括：

至少一个返回磁体，其可操作以在所述电磁线圈去通电时将所述可移位的内核拉离制动件。

18.在加热反应过程中提供溶液和反应剂的均质混合物的方法，包括：

获得反应孔，其包括具有封闭底部和开放顶部的容器；

将至少一种溶液和至少一种反应剂引入所述容器；

将至少一个磁响应珠引入所述容器，所述珠具有光学涂层和化学惰性涂层；

用隔层密封所述容器以产生封闭容器，从而用所述容器密封所述溶液、反应剂和所述珠；

利用热源加热所述封闭容器的内含物至目标温度；

在对所述容器施热时，利用磁性移动源移动所述容器内的所述珠。