[发明专利]用于使液体循环的装置和方法

说明书

本发明涉及一种装置，该装置包括至少一个循环区和至少一种流体，该至少一种流体包括形成液‑液界面的至少一种强顺磁性液体和至少一种弱顺磁性液体，所述装置包括至少一种在循环区中产生磁场的元件，其中弱顺磁性液体在循环区中被强顺磁性液体围绕，或者其中强顺磁性液体在循环区中被弱顺磁性液体围绕。本发明还涉及一种方法，其包括使至少一种弱顺磁性液体在装置的一个或多个循环区内循环，该装置包括至少一个循环区和在该循环区中的至少一种强顺磁性液体。

技术领域

本发明涉及一种用于使液体循环的装置和方法。

特别地，本发明特别涉及一种用于使弱顺磁性液体循环到包围用的强顺磁性液体中或用于使强顺磁性液体循环到包围用的弱顺磁性液体中的装置和方法。

背景技术

以受控的方式从A点到B点输送流体(气体或液体)已成为许多科学和技术的重要基础技术。泵是发明用于通过机械作用输送流体的装置。根据希望输送的流体的类型和体积，已经发明了各种各样的泵，它们可以主要分为正排量泵或离心泵(也称为转子动力泵)。正排量泵直接挤压流体，而离心泵使流体加速并将动能转换为压力。

磁场已经用于许多研究和工业实践的领域中以实现悬浮(例如，高速轴承、磁悬浮列车)，但更重要的是用于磁分离。后者从极大的工业规模(例如，分类废金属)到从诸如血液等生物流体中去除小的(生物)分子。这些分离方法利用磁场梯度力和被磁体吸引的材料及其周围介质的磁化率差异。在具有非常高的磁化率的高(磁性)液体(例如铁磁流体)中，磁场可以引起液体的惊人的结构化、粘度的磁性调节或致动。这些现象不仅适用于基于(超)顺磁性颗粒的磁性液体，而且还适用于含有顺磁性离子的低磁化率液体。本发明人之一和其他人已经利用磁场梯度力来稳定水中的水性顺磁性液体管。在该早期工作中，使用大的均匀的外场来磁化铁丝，产生局部磁场梯度，该局部磁场梯度又可以引导顺磁性液体的流动。到目前为止，若干缺点阻碍了尤其在微流体领域中采用液体管技术，即，i)需要大的电磁体来产生外场，ii)由于离子扩散到介质中(降低磁化率差异)而使顺磁性液体管的使用期限有限，iii)顺磁性离子的毒性，以及iv)微流体回路的有限稳定的几何形状。

在过去的几十年中，微流体已经从液相色谱的利基衍生产品(niche spin-off)发展到其自己的研究领域，从而对流体进行精细控制。一些最激动人心的应用通常存在于诊断、化学合成、芯片实验室以及纯化和分离中。典型的微流体通道的尺寸范围为50至500μm，确保了低雷诺数并因此确保了装置内的层流。后一种流动行为是明确定义的，并且允许很好地控制分子扩散，从而导致按需产生浓度梯度等。

微流体技术的更具挑战性的限制是小尺度下流体行为的变化，导致低雷诺数下的层流。在这样的小层流中混合溶质仅通过扩散(跨越通道的宽度)和泰勒分散(沿着长度)而不是通过在较大尺度上的对流混合而发生。因此，两个彼此并排运行的液体需要几厘米才能适当混合。已经设计出被动和主动微流体混合器来加速混合，但是由于它们需要复杂的3D几何形状或小型化致动而难以结合到装置中。最后，存在几个关键的实际问题限制了微流体装置的可靠性、可重复使用性和长期稳定性，例如由于高表面与体积比而造成的结垢或在通道壁上的吸附、由于灰尘颗粒而造成的通道的堵塞以及由于连接错误或装置分层而造成高流体压力下的泄漏。