[发明专利]用于在流体介质中进行化学转化的设备和方法

说明书

发明领域

本发明涉及用于进行生物学或化学转化或进行物理或化学捕获的设备，包括一个或多个约束区，其中通过旋转、摇晃、摇摆或振动所述设备产生经过所述约束区的所想要的流体流。 

发明背景

化学和生物技术中的异质的过程包括固体成分(包括但不限于，固定化的化学试剂、催化剂、清除剂、反应支持物、或捕获吸附剂、或固定化的生物材料，例如，细胞或其片段)接触流体介质，所述介质带有反应物或其他试剂、样品溶质、和/或流体运送的试剂与固体成分交互式处理的产物，这样的过程关键地依赖于对流流体以实现两个相之间必需的物质传递。因而这样的系统常常以连续流通方式操作，在这种情况下，具有适合的设计的常规装填柱常常是优选的形式，用于密封会被反应介质穿过或渗透的固体成分。然而，许多过程不适合连续处理。尤其是必需连续添加试剂和/或脱除副产品或所期望的产物的过程，或在固体成分处理的过程期间必需改变物理或化学条件的过程也是这样。在这些情况中，分批的处理方式常常是优选的。这样的分批的异质过程可以通过在搅动下将固体成分作为颗粒材料直接悬浮在流体介质中来进行，在该过程结束后将通常要求过滤或沉降步骤以分离各个相。做为选择，通过特别设计的、包含泵和/或阀门等的流动系统的方式，流体介质可以从分批反应器循环通过含有固体成分的装填的储存器，以实现发生反应所需的对流传质。这样的反应器通常是相当复杂的，常常必需为了特定目的来构建。 

例如，通过将固体成分作为旋转设备外表面上的包被[E.Baltussen，et al，J.Microcolumn Separations，11(1999)737-747；US Pat.6,815,216]，以及在包被有固体成分的狭窄管道的内侧面上，用常规的泵使流体介质通过[R.Eisert，J.Pawliszyn，Anal.Chem.，69(1997)3140-3147；US Pat.5,691,206]，已经解决了建立固体和液体相之间高效的对流传质的挑战。虽然这些产品可以适合于它们为之设计的分析采样目的，可以被包括的固体成分的数量在系统中是严重受限的，其中仅外部或内部表面被修饰以作为固体成分。进一步的，固体成分仅沉积在表面上，由于表面积不随着反应器的体积线性地提高，这样的系统也不适合于规模扩大。 

US 2007/0189115公开了空心的磁性搅拌器，被设计以在旋转时产生内部流动。搅拌子未被设计成容纳任何固体用于进行生物或化学转化，或物理或化学捕获。 

美国专利6,857,774B2代表了最接近的现有技术，公开了用于空穴混合和泵送的设备。这份现有技术中描述的设备的性能部分地基于与本发明的设备相同的原理，即，使用向心力场产生流动。然而，根据US 6,857,774B2的设备不包含约束区，所述约束区可以容纳固体成分用于进行转化和/或捕获作用，这是在此公开的本发明的范围，在所述现有技术中描述的设备的目的基础上是不同的，即，促进空穴化以建立匀质溶液中的声化学反应条件。 

发明概述

本发明涉及的基本原理用于设计适合于各种大小的容器中的分批或连续式异质过程的设备，包括在内部约束区中含有一种或多种固体成分的实体，通过所述实体，当被包埋在流体介质中时，通过旋转、摇晃、摇摆或振动所述设备简单地建立穿过内部含有的固体成分产生 流体介质对流流体的挑战。由于固体成分被包含在内部约束区中，固体成分的体积将随着总体反应器体积线性地扩大，因此与固体成分仅包被在表面上的，现有技术已知的主动旋转采样设备[E.Baltussen，et al，J.Microcolumn Separations，11(1999)737-747；美国专利6,815,216]相比提供了实质上更好的可扩大性。通过设备中的固体成分的约束区，本发明还提供了重要的设计优点，这有效地消除了不含有固体成分的设备所固有的问题，例如，由沉积在外表面上的包被物的磨损所引起的出口和滤器的堵塞。 

因而，本发明提供了用于在流体介质中进行生物学或化学转化、或物理或化学捕获的设备，包括：流动分配器，具有至少一个流体介质入口、至少一个流体介质出口、以及与所述入口和出口连接的至少一个约束区，在其中进行所述转化或捕获；以及旋转、摇晃、摇摆或振动所述设备的装置。 

所述约束区空间地布置在所述设备内，从而通过旋转、摇晃、摇摆或振动所述设备建立离心力、流动诱导的压力差、和/或惯性力，从而迫使浸没所述设备的流体介质流动通过所述流动分配器的所述约束区。