用于生物传感器的马蹄形磁体的制作方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及马蹄形磁体、包括马蹄形磁体的传感器装置以及用于制造马蹄形磁体的方法。
【背景技术】
[0002]WO 2011/036634 Al公开了一种生物传感器装置,其中可以研究具有样品的药筒。包括通过间隙分离的至少两个磁性子单元的特定磁体组件用于在药筒中生成磁场而同时允许在显微镜物镜的帮助下进行光学监视。
【发明内容】
[0003]将有利的是提供允许磁场的成本有效的生成的手段,尤其是在生物传感器装置的药筒中。
[0004]该目的通过根据权利要求1的马蹄形磁体、根据权利要求10的装置、根据权利要求12的方法和根据权利要求15的用途来解决。在从属权利要求中公开优选实施例。
[0005]根据第一方面,以上提到的目的通过包括以下部件的具有(至少)两个极尖的马蹄形磁体来解决:
-具有至少一个臂的轭。
-附接到轭的所述臂但是不与所述臂一体化的极尖。
-至少一个线圈。
[0006]根据相关的第二方面,以上提到的目的通过包括以下部件的具有(至少)两个极尖的马蹄形磁体来解决:
-具有横梁和至少一个臂的轭。
-附接到轭的所述臂的极尖,其中臂不与所述极尖一体化和/或其中臂不与横梁一体化。
-至少一个线圈。
[0007]换言之,马蹄形磁体的轭的至少一个臂:
Ca)附接到但是不一体化到轭的横梁而同时附接到相关联的极尖并与其一体化;
(b)附接到轭的横梁并与其一体化而同时附接到相关联的极尖但是不与其一体化;
(C)附接到但是不一体化到轭的横梁并且附接到相关联的极尖但是不与其一体化。
[0008]以下解释对于这三种替换方案中的每一个都是有效的,即使仅针对它们中的一个或两个来详细描述它们。
[0009]在该上下文中,术语“马蹄形磁体”应当一般地是指包括通过间隙分离的至少两个磁性子单元(称为“极尖”)的磁体组件。马蹄形磁体可以特别地设计用于在比如通过引用并入本申请中的WO 2011/036634 Al中所描述的生物传感器那样的传感器装置中使用。
[0010]马蹄形磁体的轭将典型地为具有平行于彼此延伸并且通过横梁连接的两个臂的U形形状,其中极尖设置在每一个臂的远端处。
[0011]极尖不应当与轭的相关联的臂“一体化”或者臂不应当与横梁“一体化”的特征意味着臂和极尖或横梁各自都不是单片式的,即不是单件。因而它们不包括在原子或分子水平上均匀的材料片(诸如从单个熔融体浇铸的金属片)。
[0012]所描述的马蹄形磁体的轭和极尖和/或横梁和臂(具有或没有极尖)可以分离地预制作,因为它们不是一体化的。这在生产精力和成本方面具有显著的优点,特别是在具有如例如生物传感器装置中所需要的专用形状的马蹄形磁体的情况下。马蹄形磁体不需要从厚材料的单个块制造,而是可以从较薄的材料块制造,这最小化浪费的材料量,尤其是磁体具有复杂的三维形状的情况下。而且,最佳的单独制造方法可以分别用于轭和极尖的产生,或者分别用于横梁和臂(具有或没有极尖)的产生。
[0013]以上公开文本包括马蹄形磁体仅具有不与其所附接到的轭的臂一体化的单个极尖的情况。优选地,马蹄形磁体的所有极尖以这种方式设计,即它们附接到轭的相关联的臂但是不与所述臂一体化。在下文中针对附接到彼此的“极尖”或“臂”所给出的解释因此对于这种类型的每一个极尖或臂都是有效的。
[0014]类似地,以上公开文本包括马蹄形磁体仅具有不与其所附接到的轭的横梁一体化的单个臂的情况。优选地,马蹄形磁体的所有臂然后以这种方式设计,即它们附接到轭的相关联的横梁但是不与所述横梁一体化。在下文中针对“臂”所给出的解释因此对于这种类型的每一个臂都是有效的。
[0015]线圈通常缠绕轭的臂。同样地,将典型地存在围绕轭的每一个臂的一个线圈。
[0016]另外,马蹄形磁体的几何形状将优选地关于介于两个极尖之间的平面(镜像)对称。
[0017]马蹄形磁体的线圈在其被供给有电流时生成磁场。为了以期望的方式对该磁场进行引导或成形,马蹄形磁体的轭和/或(多个)极尖将优选地包括或包含可磁化材料。这可以特别地为铁磁材料,比如铁、钴或镍或其合金。
[0018]马蹄形磁体的初始分离(即不一体化)的部分可以可选地具有以下特征中的至少一个:
-它们包括不同的材料;
-它们通过不同的方法制造;
-它们是柱形的;
-它们通过螺纹接合、夹紧和/或材料键合而附接到彼此。
[0019]特别地,极尖和轭可以可选地包括不同的材料。此外或可替换地,臂和横梁和/或臂和极尖可以包括不同的材料。因此可以针对轭和极尖和/或臂和横梁和/或臂和极尖来分离地选择关于其技术功能而且关于成本的最佳材料。轭可以例如由铁产生而极尖由(更加昂贵的)钴-铁合金制成。
[0020]虽然具有不同材料(例如对于轭和极尖)的马蹄形磁体的前述构造是可能的,但是如果轭和极尖包括相同的材料(特别是铁),则实现优选的简单且成本有效的设计。
[0021]存在极尖和轭和/或臂和横梁可以如何附接到彼此的若干可能性。极尖和/或横梁可以例如螺纹接合在轭的臂上,因此允许稍后拆卸。此外或可替换地,臂可以通过材料键合而附接到极尖和/或横梁,例如通过胶合、熔接或焊接。在又一实施例中,臂可以通过夹紧附接到极尖和/或横梁,例如通过夹紧到弹簧加压的臂。
[0022]在优选实施例中,安装块可以设置在轭的两个臂之间,使得其抵靠轭的相关联的臂按压极尖(或抵靠其相关联的臂按压两个极尖,如果两个极尖未一体化地附接到轭的话)。因此,极尖可以布置在关于轭的定义明确的位置处,并且安装块也还可以用于其它部件的附接。在该实施例中,按压力可以通过(多个)臂的弹性生成。安装块将典型地由非磁性材料产生,例如由铝产生,使得其不影响由马蹄形磁体生成的磁场。
[0023]轭、其横梁、其至少一个臂和/或极尖可以优选地为柱形以便允许简化的制造。在该上下文中,术语“柱形”以其宽泛的数学含义来使用,即是指具有通过包括平行线的表面连接的全等顶表面和底表面的主体。如果顶表面和底表面例如为圆盘,则实现以词语的较窄含义的圆柱形。如在此所应用的,以词语的宽泛含义的柱形有时还称为“拉伸体”。
[0024]线圈可以直接缠绕轭的对应臂。然而,在优选实施例中,轭和附接的极尖的设计使得线圈在极尖未附接到此时和/或在臂未附接到横梁时配合在轭的臂之上。这允许线圈的预制作以及该预制作的(即已经缠绕的)线圈在极尖或横梁此后可以连接到的轭的臂上的稍后布置。因此,保护极尖的通常敏感和脆弱的机械构造以防线圈缠绕期间的损坏。
[0025]马蹄形磁体可以可选地还包括安装在轭的两个臂之间和/或轭的两个极尖之间的至少一个透镜。透镜允许与邻近极尖的样品的光学相互作用,其中所述样品可以同时被马蹄形磁体所生成的磁场达到。
[0026]马蹄形磁体可以优选地包括平面参考刻面以便允许磁体关于另一部件(例如样品)的对准或调节。参考刻面可以特别地提供在轭或极尖上并且其可以平行于样品应当布置在其中的平面。
[0027]在一个实施例中,附接的极尖可以与轭的对应臂一致地延伸。在另一实施例中,极尖可以垂直于(优选实施例)或斜交于所述臂延伸。
[0028]根据第三方面,本发明的实施例包括具有以下部件的传感器装置:
-用于样品的容纳空间。
-邻近前述容纳空间设置的以上所述种类的马蹄形磁体(即具有轭和极尖,其中轭的至少一个臂附接到轭的极尖和/或横梁但是不与所述极尖和/或横梁一体化,并且具有线圈)。
-用于朝向容纳空间和/或远离容纳空间引导光的光学器件。
[0029]传感器装置的容纳空间可以特别地设计成容纳收容要检查的样品的药筒。而且,光学器件优选地设计成引导光通过马蹄形磁体的极尖之间的空间。
[0030]在优选实施例中,传感器装置的光学器件包括安装在马蹄形磁体的极尖之间的透镜。在这样的透镜的帮助下,可能对容纳空间中的样品成像而不需要比如显微镜物镜那样的空间消耗部件。
[0031]根据第四方面,本发明的实施例涉及用于制造马蹄形磁体的第一方法。该方法包括可以以所列举的或任何其它适当的次序执行的以下步骤:
-产生具有至少一个臂的轭。
-产生至少一个极尖。
-将所述极尖附接到轭的所述臂。
[0032]根据第五方面,本发明的实施例涉及用于制造马蹄形磁体的第二方法。该方法包括可以以所列举的或任何其它适当的次序执行的以下步骤: -产生横梁。
-产生具有臂的至少一个极尖。
-将所述臂附接到横梁。
[0033]该方法可以特别地应用于制造以上所述种类的马蹄形磁体。该方法和所述马蹄形磁体是相同发明概念的不同实现,即从分离的轭和极尖和/或分离的臂和横梁构造磁体组件。针对这些实现中的一个提供的解释和限定因此对于其它实现也是有效的。
[0034]制造方法可以优选地还包括在将极尖附接到所述臂之前(第一方法)和/或在将臂附接到横梁之前(第二方法)将缠绕线圈放置在轭的臂上的步骤。这具有以下优点:线圈的缠绕可以分离地完成并且不影响轭和/或极尖的可能敏感的部件。
[0035]轭和极尖和/或横梁和具有臂的极尖的分离产生可以通过任何适当的方法完成。特别地,轭、横梁和/或极尖(具有或没有臂)可以通过以下产生
-电学放电制造(EDM);
-机械加工;
-金属注射成型;
-增材制造,例如电子束熔化(EBM)、直接金属激光烧结(DMLS)、选择性激光熔化(SLM)、选择性激光烧结(SLS )、直接激光沉积(DLD )、激光加工净成形(LENS )、直接金属沉积(DMD)或激光金属沉积(LMD)。
[0036]分离的部分(例如轭和极尖)可以可选地通过相同的过程制造。然而,还存在机会使用用于这些部分(例如用于轭和用于(多个)极尖)的不同制造技术。额外的特征可以例如包括在轭中,诸如圆化边缘,以避免线圈导线的切割,从而导致对于例如金属注射成型的偏好,而相关联的极尖可以例如为了精度起见而借助于导线EDM来制作。
[0037]本发明还涉及以上描述的马蹄形磁体和/或传感器装置用于分子诊断、生物样品分析、化学样品分析、食物分析和/或法医分析的用途。分子诊断可以例如在直接或间接附接到目标分子的磁珠或荧光颗粒的帮助下达成。
【附图说明】
[0038]本发明的这些和其它方面将从以下描述的实施例显而易见并且将参照这些实施例进行阐述。
[0039]在附图中:
图1示出根据本发明的第一实施例