DE102008035695A1

DE102008035695A1 - Verfahren und Vorrichtung zur Bearbeitung von Partikeln gemäß ihrer magnetischen Suszeptibilität

Info

Publication number: DE102008035695A1
Application number: DE200810035695
Authority: DE
Inventors: Martin Lipsdorf
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2008-07-30
Filing date: 2008-07-30
Publication date: 2010-02-04

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Bearbeiten von Partikeln gemäß ihrer magnetischen Suszeptibilität. Die Aufgabe besteht im Bearbeiten, bevorzugt im Stabilisieren und/oder Separieren, von Partikeln gemäß ihrer magnetischen Suszeptibilität. Die Aufgabe wird gelöst durch die Anwendung von einem oder mehreren Permanentmagneten 1 angeordnet in zumindest einem zwei Flusspfade definierendem Element aus magnetisierbarem Werkstoff 2 und magnetoelektrischen Steuerelementen 3, wobei durch elektrische Impulse an den magnetoelektrischen Steuerelementen 3 das magnetische Feld des Permanentmagneten 1 zwischen zumindest zwei Flusspfaden umgelenkt wird und an mindestens einem solchen Flusspfad Partikel gemäß ihrer magnetischen Suszeptibilität bearbeitet werden.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Bearbeitung von Partikeln gemäß ihrer magnetischen Suszeptibilität, sie betrifft weiterhin eine Vorrichtung zur Durchführung dieses Verfahrens.
Magnetische Separationstechniken haben sich in verschiedenen Bereichen u. a. in der Verarbeitung von Gesteinen, Metallen aber zunehmend auch in der Biotechnologie, durchgesetzt. Vorteile der Separationstechnik sind hohe Aufreinigungsfaktoren. Dies ermöglicht insbesondere in der Biotechnologie die Auftrennung hochpreisiger Minderbestandteile oder sensibler Zielstoffe ohne vorhergehende Vorbereitung durch Zentrifugieren oder Filtrieren. Zu diesem Zweck werden Partikel eingesetzt, die aus einem magnetisierbaren Stoff und geeigneten Liganden mir hoher Affinität zur Zielsubstanz bestehen. Durch Anwendung eines magnetischen Feldes werden sodann die Partikel selektiv abgetrennt. Neben dem Reduzieren der Verfahrensschritte bieten magnetische Separationstechniken zudem den Vorteil guter Skalierbarkeit von Labormaßstab auf Großmaßstab.
Wegen geringer Betriebskosten und Anschaffungskosten, werden bevorzugt Permanentmagneten als Feldquelle eingesetzt. Dabei stellt sich jedoch die Frage als Herausforderung, auf welche Weise das Feld abgeschaltet werden und die Stoffe gewonnen werden können. Dies mindert die Vorteile der Permanentmagnetensysteme, gegenüber den Systemen auf Basis abschaltbarer Elektromagneten. Insbesondere für die Biotechnologie ist jedoch ein System auf Basis von Permanentmagneten interessant, da Elektromagneten sich im Betrieb erhitzen und energielastig betrieben werden müssen.
Der Stand der Technik kennt hier zwei Arten von Mechanismen:

1. Beeinflussung des Permanentmagneten durch Bewegung desselben.
2. Beeinflussung des Magnetfeldes des Permanentmagneten durch Neutralisation oder Wechselwirkung mit weiteren Feldquellen

Um das Feld am Ort der Bearbeitung abzuschalten, kann entweder das Volumen in dem die Bearbeitung erwirkt wird oder die Feldquelle bewegt werden. Der Stand der Technik kennt verschiedene Vorrichtungen zur Separation von magnetische Partikeln gemäß diesen Verfahren,
EP0434556 verwendet zwei permanentmagnetische Feldquellen, deren Nähe zum Separationsvolumen in zwei Stellungen, nahe dem Volumen und damit maximal oder fern des Volumens und damit minimiert, verändert werden kann
EP0920916 wendet zumindest einen Permanentmagneten an, welcher auf einer Achse zwischen zwei Separationsvolumen verstellt werden kann, sodass das Feld in einem Ersten Volumen null, in einem Zweiten maximal ist.
Karussellmagneten wie unter anderem EP0815941 verwenden dagegen bewegliche Separationsvolumen, die auf einem Karussell entlang verschoben und entweder an der Magnetquelle magnetisiert oder in einer darauf folgenden Passage demagnetisiert werden.
WO02081092 beschreibt zuletzt einen beweglichen Permanentmagneten, welcher in einem Eisenkreis in allen Stellungen auf einer Achse positioniert und so in der von ihm erwirkten Feldstärke am Separationsvolumen variiert werden kann.
Nachteile der Vorrichtung gemäß beider Verfahren sind zunächst große Bauvolumen, die aus der Notwendigkeit entstehen, die Feldquelle oder das Arbeitsvolumen des Magnetabscheiders zu verschieben. Weiterhin besitzen die genannten Vorrichtungen bewegliche Teile, die anfällig für Abnutzung, regelmäßig zu warten, energielastig im Betrieb und langsam im Schalten des Magnetfeldes sind. Auch können die genannten Vorrichtungen keine komplexen Felder zur Bearbeitung erzeugen, wie sie jedoch für praktische Anwendung wie Abtrennung, Waschung, Durchmischung vorteilhaft sind.
Zum Stand der Technik gehört ferner der Einsatz einer zweiten Feldquelle, deren Feld mit demjenigen des Permanentmagneten so interagiert, das mithilfe der zweiten Feldquelle entweder eine Stärkung oder eine Schwächung des Feldes in Richtung des Arbeitsvolumens durch die Wechselwirkung beider Feldquellen analog zur Interaktion zweier Permanentmagneten erreicht wird.
WO2007013805 schließt den Einsatz einer Spule mit Spulenkern als zweite in einen Ei senkreis eingesetzte Feldquelle ein. Durch eine externe Stromquelle wirkt das Spulenfeld direkt oder durch die Remanenzmagnetisierung eines magnetisierbaren Spulenkerns als zweite, in ihrer Polarität reversible Feldquelle. Ist die zweite Feldquelle entgegengesetzt der ersten in N-S und S-N gepolt, wird das resultierende Feld substantiell reduziert. Durch gleiche Polung wird das Feld dagegen mit der Stärke der permanentmagnetischen Quelle und bei höheren Strömen dem der Spule zur Bearbeitung vorliegen. Gemäß diesem Verfahren erfolgt das Abschalten des Feldes durch Erzeugen eines zweiten Magneten, dessen Polung derjenigen des ersten entgegensteht, wodurch der das resultierende Feld stark minimiert wird.
Vorrichtungen gemäß diesem Verfahren besitzen jedoch Nachteile, die aus der Verwendung der zweiten Feldquelle entstehen. Zunächst besitzen sie ein vergleichsweise großes Bauvolumen, da je Permanentmagnet zumindest eine weitere, kontrollierbare Feldquelle im Eisenkreis eingesetzt wird. Insbesondere für den Labormaßstab und bei Lab-an-the-chip Systemen ist das Volumen jedoch eine stets limitierende Größe, die es zu verringern gilt.
Weiterhin ist durch die zwei Feldquellen das entstehende resultierende Magnetfeld zwar auf ein Minimum abschaltbar, die Stärke des Minimums ist jedoch für die Wiedergewinnung des Stoffes und die Bearbeitung der Partikel entscheidend. Liegt sie über Null wie bei Vorrichtung gemäß dem genannten Verfahren, sinkt in der Separation von Partikeln deren Wiedergewinnungsrate. Eine verringerte Wiedergewinnungsrate erhöht die Kosten der auf diesem Verfahren aufbauenden Prozesse drastisch und beschränkt den Einsatz der Vorrichtungen.
Vorrichtungen zum Durchführen der aus dem Stand der Technik bekannten Verfahren arbeiten notwendig zyklisch und damit mit Leerzeiten, da sie die Stärke des Permanentmagnetenfelds und dies bedeutet für die verfahrensgemäßen Vorrichtungen das Gesamtmagnetfeld der Vorrichtung selbst schwächen. Zwar kennt der Stand der Technik Vorrichtungen mit reziproker Bauart gemäß der ersten Verfahren zur Feldabschaltung, deren Baugröße, ihre beweglichen, verschleißfähigen Teile und höhere Betriebskosten stellen jedoch eine dem Prinzip immanente innere Beschränkung dar, die den Einsatz solcher Vorrichtungen eng begrenzt.
Zyklisch arbeitende Vorrichtungen beanspruchen dagegen diese Nachteile vorteilhaft zu lösen, ihre Arbeitsweise beschränkt jedoch das Arbeitsvolumen, stellt ein Problem in mehrschrittigen Verfahren dar oder verringert sogar im Fall hochsensibler Zielstoffe die Ausbeute drastisch. Die Kapazität solcher zyklisch arbeitenden Systeme ist zudem nur die Hälfte eines reziprok Arbeitenden, was vor allem im Großmaßstab und beim Verarbeiten großer Volumen mit geringer Zielstoffkonzentration begrenzend wirkt.
Zudem ist das erreichbare Feldminimum von Vorrichtungen gemäß den dem Stand der Technik bekannten Verfahren praktisch meist größer Null, wodurch bestimmte Bearbeitungsweisen, wie das Abtrennen und Rückgewinnen magnetischer Partikel, erschwert werden.
Weiterhin bleiben Vorrichtungen gemäß den dem Stand der Technik bekannten Verfahren hinter dem durch die Werkstoffe möglichen Feldstärken zurück. Während bei verstellbarer Quelle stets nur das Feld des Permanentmagneten anwendbar ist, ist mit WO2007013805 zumindest durch höhere Ströme die Stärke des zweiten Elektromagneten oder durch Anwendung mehr als eines Bearbeitungssystems auf dasselbe Volumen erhöhbar und damit das Gesamtfeld verstärkbar. Damit teilt WO2007013805 zunächst die Begrenzungen solcher Verfahren, die auf Elektromagneten zurückgreifen. Die Feldstärke ist durch Faktoren wie Erhitzung der Spule und hohen Energiebedarf und Begrenzung der praktisch zulässigen Ströme eingeschränkt. Eine Erhöhung der Feldstärke durch mehr als ein Bearbeitungssystem aus Permanentmagneten, zweiter Feldquelle und Eisenkreis erhöht dagegen das Bauvolumen drastisch und ist wenig vorteilhaft.
Eine Erhöhung der Feldstärke wirkt sich jedoch auf die gesamten Prozessschritte vorteilhaft aus. Verfahrenszeiten werden verringert, die Verfahrenserfolge wie bspw. die Gewinnungsrate erhöhen sich.
Zuletzt kennt der Stand der Technik kein Verfahren zur Beeinflussung von Partikeln gemäß ihrer magnetischen Suszeptibilität, dem folgend komplexe Feldformen zur Bearbeitung herangezogen werden können. Insbesondere variable Feldgradienten können gemäß dem Stand der Technik nur durch Bewegung der Feldquelle und damit unter Verwendung wartungsintensiver Teile auf Basis von Permanentmagneten erzeugt werden, die in den praktisch relevanten Umschaltzeiten des Gradienten rasch abgenutzt werden. Wechselfel der auf Basis eines Permanentmagneten können ebenso nur durch bewegliche Teile erzeugt werden, die den genannten Nachteilen unterliegen. Die Bewegung der Feldquelle erfolgt zudem gegen die durch das Magnetfeld erzeugten Kräfte, die das Material zusätzlich beanspruchen und einen starken Antrieb fordern.
Damit kennt der Stand der Technik kein Verfahren, das den Betrieb einer Vorrichtung von geringer Baugröße und Betriebsenergie, ohne bewegliche Teile bei verlässlicher Arbeitsweise, mit hohem Volumendurchsatz und komplexer Feldgestaltung gestattet.
Es ist Ziel der Erfindung ein Verfahren vorzustellen, das es gestattet, Partikel nahezu beliebiger Provenienz gemäß ihrer magnetischen Suszeptibilität zu bearbeiten, wobei im Vergleich zu bereits bekannten Verfahren die Kosten gesenkt werden, die Verlässlichkeit und der Volumendurchsatz gesteigert, die Arbeit erleichtert, die Beanspruchung des Materials verringert und der Einsatz komplexer Felder ermöglicht wird. Diesem Ziel ist die Vorrichtung verpflichtet, derer man sich zur Durchführung des Verfahrens bedient.
Die Erfindung hat die Aufgabe ein Verfahren anzugeben, das in technisch leicht beherrschbarer Weise eine zielgerichtete Bearbeitung von Partikeln gemäß ihrer magnetischen Suszeptibilität bei hohen Feldmaxima und geringen Feldminima, geringer Baugröße einer verfahrensgemäßen Vorrichtung vorzugsweise ohne bewegliche Teile, hohem Arbeitsvolumen und reziprokem Betrieb gestattet. Es ist weiterhin Aufgabe vorliegender Erfindung, eine Vorrichtung zu beschreiben, die wartungsarm, bei geringen Betriebs- und Anschaffungskosten und mit hohem Durchsatz arbeitet.
Der vorliegenden Erfindung liegt das Wissen zugrunde, dass durch Neutralisation des Feldes oder Bewegung der Feldquelle stets nur die Stärke eines Feldes beeinflusst werden kann. Auf diese Weise ist die Vorrichtung stets nur je Feldquelle zwischen einem An- und einem Auszustand variierbar. Dieser Betrieb ist notwendig zyklisch und zwischen einem definierten Feldminimum und einem Feldmaximum angesiedelt. Das Feldminimum ist dabei häufig größer Null.
Der Erfindung liegt die Erkenntnis zugrunde, das die Bearbeitung von Partikeln gemäß ihrer magnetischen Suszeptibilität in reziprokem Betrieb bei geringem Bauvolumen sodann möglich wird, wenn der Feldfluss eines Permanentmagneten durch Anwendung ei nes Impulses an zumindest einem magnetoelektrischen Steuerelement zwischen zumindest zwei Feldflusspfaden hin und hergeschaltet wird. Erfindungsgemäß wird, statt einem Abschalten einer oder mehrerer Feldquellen oder einer Schwächung der Feldstärke, die Feldrichtung durch die magnetoelektrischen Steuerelemente verändert.
Die gestellte Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass die Feldrichtung durch die magnetoelektrischen Steuerelemente verändert wird und dadurch ein Abschalten einer oder mehrerer Feldquellen oder einer Schwächung der Feldstärke entbehrlich wird.
Deshalb ist die Erfindung das Verfahren betreffend dadurch gekennzeichnet, dass mindestens ein Permanentmagnet als Feldquelle angewandt wird und mindestens ein magnetoelektrisches Steuerelement zur Umlenkung des magnetischen Feldes des Permanentmagneten entlang zumindest zweier Flusspfade eingesetzt wird, wobei das die Partikel gemäß ihrer magnetischen Suszeptibilität bearbeitende Feld durch Anwendung eines Impulses an dem magnetoelektrischen Steuerelement zwischen zumindest zwei Flusspfade umgelenkt wird.
Die erfindungsgemäße Vorrichtung ist gekennzeichnet durch:

1. mindestens einen Permanentmagneten 1 als Quelle eines magnetischen Feldes
2. mindestens ein magnetoelektrisches Steuerelement 3 zur Umlenkung des Magnetfeldes des Permanentmagneten 1
3. mindestens zwei Flusspfade für das magnetische Feld der Vorrichtung
4. mindestens ein unter dem Einfluss des Magnetfeldes der Vorrichtung stehendes Volumen 4

Das Umschalten des Permanentmagnetenfeldes erfolgt erfindungsgemäß durch Umlenkung des Feldes von einem ersten in einen zweiten Flusspfad. Hierfür wird an zumindest einem magnetoelektrischen Steuerelement, das entlang eines Flusspfades angebracht ist, ein elektrischer Impuls zur Induktion eines Magnetfeldes verwendet. Bevorzugt ist die Anwendung der Impulse zur Umlenkung des Feldes zumindest zu einem Teil zum Zweck starker Vereinfachung automatisiert.
Erfindungsgemäß kann das durch Anwendung eines Impulses an einem magnetoelektrischen Steuerelement induzierte Magnetfeld sowohl eine der Polarität des Permanentmag neten entsprechende, als auch eine der Polarität des Permanentmaneten entgegengesetzte Polarisierung besitzen.
Unter magnetoelektrischen Steuerelementen werden erfindungsgemäß alle Mittel verstanden, welche ein eigenes magnetisches Feld durch Anwendung elektrischer Impulse aufbauen oder deren bestehendes magnetisches Feld durch Anwendung elektrischer Impulse in Richtung, Stärke oder beidem kontrollierbar ist, so unter anderem Spulen oder magnetoelektrische Werkstoffe. Es ist offenbar, das unter Verwendung einer Spule als magnetoelektrisches Steuerelement ein Magnetfeld induziert wird, das die magnetischen Domänen eines ferromagnetischen Werkstoffes beeinflusst, während unter Verwendung eines magnetoelektrischen Werkstoffes als Steuerelement die Domänen des Werkstoffes selbst durch Anwendung eines elektrischen Impulses beeinflusst werden. Beide Varianten ermöglichen es, den Feldfluss eines Permanentmagnetenfeldes in einer Richtung zu konzentrieren. Magnetoelektrische Werkstoffe finden insbesondere dort als Steuerelement Verwendung, wo das Bauvolumen einen vergleichsweise hohen Materialpreis rechtfertig. So in Lab-an-the-Chip Systemen.
Erfindungsgemäß ist es möglich komplexere Steuerelemente anzuwenden, insbesondere solche mit beweglichen Teilen, enthaltend unter anderem Spulen und Permanentmagneten. Diese können direkt oder indirekt zur Umlenkung des Feldflusses eingesetzt werden. Aufgrund nachteiliger Eigenschaften beweglicher Teile ist dies nur dort bevorzugt, wo manuelle Handhabung ohne Zufuhr elektrischer Energie eingesetzt wird. So in Laborsystemen zur Übertragung magnetischer Partikel von einem in ein anderes Volumen. In jedem Fall sind die Steuerelemente jedoch solcher Art, dass sie direkt oder indirekt die Trägheit der magnetischen Domänen beeinflussen und die erfindungsgemäße Umlenkung des Feldes zur Bearbeitung gestatten.
Es ist weiterhin erfindungsgemäß bevorzugt, mehr als ein magnetoelektrisches Steuerelement zu verwenden, wobei die Impulse und die Polarisierung des induzierten Magnetfeldes der magnetoelektrischen Steuerelemente zeitlich und funktional so koordiniert werden, dass das Umlenken des Permanentmagnetenfeldes erreicht wird.
Wird durch Anwendung eines elektrischen Impulses ein Magnetfeld induziert, ändert sich entlang desjenigen Flusspfades, an welchem das Magnetfeld induziert wurde, das Träg heitsmoment der magnetischen Domänen.
Je nach Art des induzierten Feldes und Ort der Induktion des Feldes eines Steuerelements wird das Feld des Permanentmagneten in die Richtung geringster Trägheit der magnetischen Domänen umgelenkt. Unter Verwendung von Spulen als magnetoelektrischen Steuerelementen kann demgemäß das Feld entlang des Flusspfades am Steuerelement oder einem alternativen Flusspfad konzentriert werden, indem die Trägheit der Domänen beeinflusst wird.
Zur Umlenkung des Feldes mit einem magnetoelektrischen Werkstoff als Steuerelement wird demgemäß ein Flusspfad durch eine dem Permanentmagneten entgegengesetzte Domänenausrichtung blockiert und das Feld in einen anderen Flusspfad geleitet, dessen magnetoelektrische Steuerelemente eine dem Permanentmagneten entsprechende Domänenausrichtung besitzen. Die Umlenkung in den zweiten Flusspfad erfolgt demgemäß durch die Blockade entlang eines und durch Freigabe entlang eines zweiten Flusspfades.
Weiterhin ist es erfindungsgemäß möglich, den Grad der Umlenkung des Feldes durch die Stärke des Impulses an den magnetoelektrischen Steuerelementen zwischen den Extrema maximaler Feldkonzentration in einem Flusspfad bis hin zu minimierter Feldkonzentration in diesem Feldpfad beliebig einzustellen. Es ist bevorzugt, den Grad der Umlenkung maximal zu wählen und das Feld stets zwischen zumindest zwei Flusspfaden vollständig umzulenken.
Ein Arbeitsvolumen gemäß vorliegender Erfindung wird verstanden als dasjenige Volumen, in dem Partikel gemäß ihrer magnetischen Suszeptibilität bearbeitet werden. Erfindungsgemäß kann das Arbeitsvolumen sowohl gänzlich geschlossen, als auch zumindest zu einem Teil geöffnet, als auch vollständig offen sein.
Partikel, die gemäß dem erfindungsgemäßen Verfahren bearbeitet werden können solche sowohl diamagnetischer als auch paramagnetischer und ferromagnetischer Herkunft sein. Unter Partikeln werden weiterhin im Rahmen vorliegender Erfindung ebenso Ionen und Ionenkomplexe verschiedenster Provenienz verstanden.
Unter Bearbeitung wird erfindungsgemäß jede Art der Einwirkung eines magnetischen Feldes einer erfindungsgemäßen Vorrichtung auf Partikel verstanden. Erfindungsgemäß werden verschiedene Arten der Bearbeitung durch ein durch magnetoelektrische Steuerelemente kontrolliertes Feld ausgeführt.
Zunächst werden die Intervalle, in welchen die Feldpfade geändert werden, gemäß den praktischen Erfordernissen eingestellt. Bevorzugt sind die Intervalle an die Verfahrensschritte der Bearbeitung und Rückgewinnung angepasst. Kleine Intervalle werden dagegen für den Einsatz unipolarer Wechselfelder eingesetzt. In einer verfahrensgemäßen Anordnung ist es weiterhin möglich, das Feld eines Permanentmagneten gemäß einem gegebenen Intervall umzulenken, wobei ein Arbeitsvolumen unter dem Einfluss beider Flusspfade steht. Auf diese Weise werden Wechselfelder bei kompakter Bauart der Quelle erzeugt, die sich für Bearbeitungsformen wie Waschung, Elution, Resuspendieren aber auch Erhitzen von Partikeln insbesondere im biotechnologischen Bereich eignen.
Wird mehr als eine Einheit, bestehend aus zumindest zwei Flusspfaden, einem Permanentmagneten und zumindest einem magnetoelektrischen Steuerelement zur Bearbeitung derselben Partikel verwendet, werden komplexe Felder zur Bearbeitung erzeugt. Vorteilhaft können Wechselfelder zudem auf Basis einer erfindungsgemäßen Vorrichtung erzeugt werden.
Dies gestattet den Einsatz von Wechselfeldern und Gradientenfeldern auf der Basis von Permanentmagneten, welche insbesondere in Magnetabscheidern Verwendung finden, um die Agglomeration magnetischer Partikel zu verhindern und sie in einer Region zu halten. Vorrichtungen gemäß vorliegendem Verfahren gestatten es demgemäß, die Vorteile des vorliegenden Verfahrens auf die Erfordernisse darauf aufbauender Verfahren zur Bearbeitung von Partikeln gemäß ihrer magnetischen Suszeptibilität anzupassen und dies bei stark verringerten Feldumschaltzeiten im Vergleich zu Vorrichtungen des Standes der Technik.
In jedem der Flusspfade kann das Feld in reziprokem Betrieb eingesetzt werden. Entlang eines Flusspfades ist das Feld sodann abgeschaltet und sinkt bis hin auf Null, entlang eines Zweiten steht es zur Bearbeitung der Partikel in einem Arbeitsvolumen maximal zur Verfügung. Durch einen elektrischen Impuls an einem magnetoelektrischen Steuerelement entlang eines der Flusspfade kann das Feld des Permamentmagneten von dem Zweiten erneut in den ersten Flusspfad umgelenkt werden.
Es ist erfindungsgemäß bevorzugt mehr als einen durch einen magnetisierbaren Werkstoff definierten Flusspfad und bevorzugt alle zur Bearbeitung von Partikeln gemäß ihrer magnetischen Suszeptibilität zu verwenden, es ist jedoch möglich nur einen Flusspfad zur Bearbeitung anzuwenden. Dies ist bevorzugt, wo ein Arbeitsvolumen hinreichend oder durch die Bauart einer Vorrichtung vorgegeben ist. So in einer erfindungsgemäßen Vorrichtung zur Abtrennung von magnetischen Partikeln aus kleinen Volumen. Zudem ist der Einsatz nur eines Flusspfades zur Bearbeitung bevorzugt, wo der resultierende Aufbau zur Erzeugung eines Wechselfeldes im Großmaßstab zu komplex wäre und das Bauvolumen vorteilhaft reduziert werden kann.
Gemäß vorliegender Erfindung wird ein reziproker Betrieb für Vorrichtungen zu Bearbeitung von Partikeln gemäß ihrer magnetischen Suszeptibilität möglich. Diesem Verfahren nach sind Feldquellen erfindungsgemäßer Vorrichtungen kontinuierlich mit voller Stärke für die gestellten Aufgaben nutzbar. Das Feld des Permanentmagnet kann je nach Erfordernissen zur Bearbeitung herangezogen und bei geringem Bauvolumen kontrolliert werden. Auf diese Weise können auch Wechselfelder und Magnetfeldgradienten auf der Basis von Permanentmagneten erzeugt und für die praktische Bearbeitung nutzbar gemacht werden.
Im Unterschied zu Verfahren des Standes der Technik kann bei diesem Verfahren zudem mehr als eine Feldquelle zu einem resultierenden Feld vereint und damit das Feld bis zur magnetischen Sättigung des vom magnetischen Feld durchflossenen Materials gesteigert werden. Es wird bevorzugt diejenige Zahl von Permanentmagneten verwendet, deren kombiniertes Feld die magnetische Sättigung des Werkstoffes der Flussrichtung ausschöpft. Prozesszeiten werden auf diese Weise drastisch verringert und die Bearbeitungserfolge, wie im Falle der Abscheidung von Partikeln, erhöht. Insbesondere im biotechnologischen Bereich bedeutet dies unmittelbar eine höhere Ausbeute durch schnellere Verarbeitung und eine höhere Reinheit.
Zuletzt sind komplexe Feldformen durch Anwendung des erfindungsgemäßen Verfahrens einsetzbar. Damit bietet das vorliegende Verfahren eine Lösung für Bearbeitungsschritte wie Waschung, Resuspendierung, Elution aber auch die Erwärmung durch Magnetothermie, die bisher allein durch Elektromagneten ausgeführt werden konnten. Auf der Basis der vorliegenden Erfindung können dagegen Permanentmagneten eingesetzt werden, wodurch die Betriebskosten und die Anschaffungskosten verfahrensgemäßer Vorrichtungen wesentlich geringer sind, als diejenigen gemäß den dem Stand der Technik bekannten Verfahren.
Das erfindungsgemäße Verfahren, betreffend die Anwendung von zumindest einem Permanentmagneten als Feldquelle zur Bearbeitung von Partikeln gemäß ihrer magnetischen Suszeptibilität, wobei dessen Feld durch Anwendung zumindest eines oder mehrer magnetoelektrischer Steuerelemente zwischen zumindest zwei Flussrichtungen durch elektrische Impulse, erfindungsgemäß sowohl ein kontinuierlicher oder auch ein zeitlich begrenzter Stromfluss, an zumindest einem magnetoelektrischen Steuerelement umgelenkt wird, ist nachfolgend in seiner Abfolge dargestellt.
Je Steuerelement sind erfindungsgemäß zwei verschiedene Formen der Feldumlenkung möglich, wobei das durch den Impuls an den magnetoelektrischen Steuerelementen 3 entstehende Magnetfeld der Polarität des Permanentmagneten 1:

a, entgegensteht, demgemäß N-N oder S-S. Auf diese Weise wird das Feld des Permanentmagneten entlang eines zweiten oder mehrerer alternativer Flusspfade konzentriert.
b, entspricht, demgemäß N-S oder S-N, wodurch das Feld des Permanentmagneten entlang eines ersten Feldflusspfades konzentriert wird.

Die Impulse können über zumindest eine Impulsquelle gesteuert und zeitlich koordiniert werden.
Erfindungsgemäß folgt das Verfahren demnach den folgenden Schritten:
Schema des Verfahrens

1. Umlenken des Magnetfeldes entlang des Flusspfades eines ersten und/oder eines weiteren Arbeitsvolumens durch einen elektrischen Impuls an zumindest einem Steu erelement entlang des ersten und/oder eines weiteren Flusspfades
2. Bearbeitung der Partikel in einem ersten und/oder weiteren Arbeitsvolumen
3. Umlenken des Magnetfeldes in einen oder mehrere alternative Flusspfade durch einen elektrischen Impuls an zumindest einem Steuerelement des ersten und/oder eines weiteren Flusspfades
4. Bevorzugt die Bearbeitung der Partikel in einem ersten und/oder weiteren Arbeitsvolumen 4
5. Wiederholen der Schritte 1–3 oder der Schritte 1–4 bis zum Erfolg der Bearbeitung

Bevorzugtes Schema im reziprokem Betrieb

1. Umlenken des Magnetfeldes in die Flussrichtung eines ersten Arbeitsvolumens 4 durch einen elektrischen Impuls an zumindest einem Steuerelement eines ersten oder zweiten Flusspfades
2. Bearbeitung der Partikel im ersten Arbeitsvolumen
3. Umlenken des Magnetfeldes in einen zweiten Flusspfad durch einen elektrischen Impuls an zumindest einem Steuerelement des ersten oder eines zweiten Flusspfades
4. Bevorzugt die Bearbeitung der Partikel im zweiten Arbeitsvolumen 4
5. Wiederholen der Schritte 1–3 oder der Schritte 1–4 bis zum Erfolg der Bearbeitung

Bevorzugtes Schema zur Bearbeitung durch Feldgradienten/Wechselfelder

1. Zeitlich koordiniertes Umschalten des Magnetfeldes zumindest eines oder mehrerer Einheiten bestehend aus zwei Flusspfaden, bereitgestellt durch ein Material aus magnetisierbarem Werkstoff, zumindest einem Permanentmagneten und zumindest einem Steuerelement, zwischen jeweils einem ersten und einem zweiten Flusspfad durch einen elektrischen Impuls an zumindest einem Steuerelement
2. Bearbeitung der Partikel in zumindest einem entlang der Pole oder zwischen den Polen angelegten Arbeitsvolumen 4 durch das Wechselfeld gemäß Schritt 1 bis zum Erfolg der Bearbeitung

Am meisten bevorzugtes Schema zur Erzeugung eines Wechselfeldes

1. Zeitlich koordiniertes Umschalten des Magnetfeldes zweier in ihrer Polarisierung einander entsprechender Permanentmagneten zwischen einem durch einen magnetisierbaren Werkstoff, bevorzugt ein Eisenkreis, definierten Flusspfad und je einem durch ein zweites Element aus magnetisierbarem Werkstoff, bevorzugt ein Zylinder aus Eisen, bereitgestellten Flusspfad.
2. Bearbeitung der Partikel in einem Arbeitsvolumen 4, das unter dem Einfluss des nach Schritt Eins erzeugten Magnetfeldes mit wechselnder Polarisierung steht, wobei das Bearbeitungsfeld bevorzugt ein feldfreies Intervall einschließt.

Eine Vorrichtung gemäß vorliegender Erfindung besteht aus zumindest einem Permanentmagneten als Feldquelle, mindestens zwei Flusspfaden für ein magnetisches Feld, mindestens einem magnetoelektrischen Steuerelement und mindestens einem Arbeitsvolumen zur Bearbeitung von Partikeln gemäß ihrer magnetischen Suszeptibilität durch ein magnetisches Feld.
Die Vorteile der Erfindung können in den folgenden Darstellungen der erfindungsgemäßen Ausführungen deutlich werden.
Detaillierte Darstellung der Erfindung
1 zeigt in den Schemata A-D Feldformen gemäß den erfindungsgemäßen Verfahren.
2 zeigt eine erfindungsgemäße Anordnung des Feldes nach Variante A und Varian te B. Gemäß Variante A ist das Arbeitsvolumen 4 zwischen den Polen eingesetzt. Gemäß Variante B ist das Arbeitsvolumen 4 entlang der Feldpole eingesetzt.
3 zeigt eine erfindungsgemäße Vorrichtung bestehend aus zwei Flusspfaden eines Eisenkreises 2, Permanentmagnet 1, zwei magnetoelektrischen Steuerelementen 3 ausgeführt als Spulen und zwei Arbeitsvolumen 4 mit magnetisierbarer Matrix 5, einem Zu- und Ablaufsystem 7 sowie einer Impulsquelle 6.
4 zeigt eine erfindungsgemäße Vorrichtung zur Abtrennung von zumindest einem Stoff durch Absorption an magnetisierbare Partikel, bestehend aus einem Flusspfad eines Eisenkreises 2, einem zweiten Flusspfad je eines Zylinders 10, zwei Permanentmagneten 1, vier Steuerelementen 3 und einem Arbeitsvolumen 4.
5 zeigt eine erfindungsgemäße Vorrichtung zur Abtrennung von Partikeln aus kleinen Arbeitsvolumen 4, bestehend aus einem zwei Flussrichtungen definierenden Stift 2, einem Permanentmagneten 1 und einem magnetoelektrischen Steuerelement 3 in Form einer Spule.
Die Figuren werden nachstehend noch im Einzelnen erläutert.
1 zeigt verfahrensgemäße Schemata der Feldformen der Bearbeitung in einem der Volumen.
A zeigt die bevorzugte Variante, demgemäß die Intervalle zwischen der Umlenkung und damit dem An- und Abschalten des Feldes in einem Arbeitsvolumen 4 an die Verfahrensschritte angepasst sind, deren Teil das erfindungsgemäße Verfahren ist. Bevorzugt wird das Intervall für den Fall der Separation von magnetischen Partikeln so gestaltet, dass das Intervall der Abtrennungs- und der Rückgewinnungsdauer entspricht.
B zeigt eine erfindungsgemäße Feldform, deren Intervalle klein gewählt sind. Mit der Dauer des Umlenkimpulses wird die untere Grenze der Intervalle eines solchen unipolaren Wechselfeldes angegeben.
C zeigt die aus der Verbindung zweier Einheiten bestehend aus Permanentmagneten 1, zweier Flusspfade und zumindest einem magnetoelektrischen Steuerelement 3 entstehende Feldform. Ihre Richtung alterniert in den gegebenen Intervallen. Mit einer Vorrichtung nach 5 kann ein solches Feld ebenso und vorteilhafter erzeugt werden
D zeigt eine Feldform durch Einsatz zweier Einheiten bestehend aus Permanentmagneten 1, zweier Flusspfade und zumindest einem magnetoelektrischen Steuerelement 3, wobei zwischen dem Richtungswechsel des resultierenden Feldes ein Unterbrechungsintervall eingesetzt wird, indem kein Feld anliegt. Eine Vorrichtung nach 5 wird bevorzugt zur Erzeugung eines solchen Feldes verwendet.
Die Zahl der Richtungen des Arbeitsfeldes kann in C und D durch den Einsatz mehrerer der genannten Einheiten oder mehr als einer ineinander gesetzter Vorrichtungen nach 5 erhöht werden.
2 zeigt eine erfindungsgemäße Anordnung des Feldes nach Variante A und Variante B.
Gemäß Variante A wird das auf ein Arbeitsvolumen 4 wirkende Feld erzeugt durch zwei Eisenkreise mit je zwei Flusspfaden 2 und je einem Permanentmagneten 1, sowie magnetoelektrischen Steuerelementen 3 in Form von Spulen.
Durch die Anordnung des Arbeitsvolumens 4 zwischen den Polen eines jeden Eisenkreises 2 wird bei zeitlich koordiniertem wechselseitigem Umlenken des Feldes eines jeden Eisenkreises 2 ein Wechselfeld mit zwei Ausrichtungen erzeugt. Wird dagegen das Feld beider Eisenkreise 2 so umgelenkt, dass das Arbeitsvolumen 4 gleichzeitig unter dem Einfluss beider Felder steht, kann der entstehende Magnetfeldgradient zur Bearbeitung der Partikel verwendet werden.
Nach Variante B wird das auf ein Arbeitsvolumen 4 wirkende Feld durch einen oder mehr zwei Flusspfade definierende Eisenkreise 2 mit je einem Permanentmagneten 1, magnetoelektrischen Steuerelementen 3 in Form von Spulen erzeugt. Das Arbeitsvolumen 4 ist entlang der Pole eines jeden verwendeten Eisenkreises 2 angeordnet und steht unter dem Einfluss des durch einen jeden Eisenkreis 2 erzeugten Magnetfeldgradienten. Erfindungsgemäß können die Felder zweier oder mehrerer Eisenkreise 2 im Wechsel zur Bearbeitung der Partikel im Arbeitsvolumen 4, als auch beide zur Bearbeitung desselben verwendet werden. Gemäß der ersten Form oder unter Anwendung nur eines Eisenkreises 2 steht das Arbeitsvolumen unter dem Einfluss zweier Magnetfeldgradienten nacheinander. Diese Feldanordnung wird bevorzugt dort verwendet, wo die Waschung und Elution kleiner Partikel mit biotechnischer Anwendung schonend durchgeführt werden soll. Die Anwendung beider Felder zumindest zweier Eisenkreise 2 gemeinsam auf das Arbeitsvolumen 4 wird dagegen bevorzugt dort eingesetzt, wo komplexe Partikelgemische aufgetrennt werden sollen, wie ferromagnetische und diamagnetische Partikel.
3 zeigt eine erfindungsgemäße Ausführung gemäß einer ersten Variante, wobei die Vorrichtung derart ausgeführt ist, dass ein Permanentmagnet 1 als Feldquelle in einem zwei Flusspfade definierenden Eisenkreis 2 angesetzt ist, bei welchem die Volumen zur Bearbeitung 4 zwischen den zwei Polen des Eisenkreises 2 angesiedelt und als abgeschlossene Behältnisse mit einer magnetisierbaren Matrix 5 sowie einem zu und einem Ablaufsystem 7 für den Stoffstrom ausgeführt sind. Durch zwei als Spulen an je einem Flusspfad des Eisenkreises 2 angelegte magnetoelektrische Steuerelemente 3 wird der Feldfluss zwischen dem ersten und dem zweiten Flusspfad umgelenkt. Demgemäß wird zunächst ein erstes Arbeitsvolumen 4 aktiviert, indem die magnetoelektrischen Steuerelemente 3 angesteuert werden. Das erste Arbeitsvolumen 4 wird sodann mit Material beschickt, wobei sich magnetisierbare Partikel an der Matrix 5 abscheiden.
Wird die Kapazitätsgrenze der Matrix 5 erreicht, werden die magnetoelektrischen Steuerelement 3 erneut angesteuert, um das Feld in ein zweites Arbeitsvolumen 4 umzulenken. Dieses wird sodann mit Material versorgt. Aus dem ersten Volumen 4 werden Waschungen und die Rückgewinnung durchgeführt, die bevorzugt durch Ultraschall unterstützt wird. Ist die Kapazitätsgrenze des zweiten Arbeitsvolumens 4 erreicht, wird durch den Steuerimpuls an den magnetoelektrischen Steuerelementen 3 das Feld zur Bearbeitung im ersten Arbeitsvolumen 4 umgelenkt. Die Partikel im zweiten Arbeitsvolumen 4 können gewonnen werden. Die Vorrichtung wird gemäß dieser Schrittfolge bis zum Erfolg Weiterbetrieben.
4 zeigt eine erfindungsgemäße Ausführung gemäß einer zweiten Variante zur Abtrennung von zumindest einem Stoff aus einem Stoffgemisch durch Absorption an magnetisierbare Partikel. Die Vorrichtung besteht aus einem einen Flusspfad definierenden Eisenkreis 2 mit zwei Permanentmagneten 1, wobei die Polarität beider Magneten 1 einander entspricht. Beide Permanentmagneten 1 sind in einen Eisenzylinder 10 eingesetzt, durch welchen ein zweiter Flusspfad neben demjenigen durch den Eisenkreis 2 definiert ist. Zwischen den Polstücken 8 ist das Arbeitsvolumen 4 angelegt, mit einem Zulauf bodenseitig und einem Ablauf 7 oberseitig. Je zwei Steuerelemente 3 sind entlang der beiden Seiten der Pole zwischen den Polstücken 8 und den Permanentmagneten 1 angeordnet. Durch das Umlenken der Felder der Permanentmagneten 1 in der Weise, dass je eines wechselnd am Arbeitsvolumen 4 vorliegt, wird ein Wechselfeld zur Umordnung der Partikel erzeugt.
Ein den Permanentmagneten 1 entgegengesetztes Feld wird durch ein entlang seines ersten Flusspfades liegenden Steuerelements 3 erzeugt. Damit wird das Feld des Permanentmagneten 1 entlang des zweiten Flusspfades durch den Zylinder 10 umgelenkt. Das Feld des zweiten Permanentmagneten 1 wird zudem durch diesen Impuls und ein in seiner Polarität dem zweiten Permanentmagneten 1 entsprechendes Feldes, durch die Steuerelemente 3 entlang des Flusspfades des zweiten Permanentmagneten 1 erzeugt, entlang der Polstücke 8 umgelenkt.
Im Arbeitsvolumen 4 werden demgemäß die magnetisierbaren Partikel entlang der Feldlinien mit einer ersten Polarisierung geordnet. Die Polarisierung im Arbeitsvolumen 4 wird durch einen ein dem Feld des zweiten Permanentmagneten 1 entgegengesetztes Feld erzeugenden Impuls an dem Steuerelement 3 in seinem Flusspfad sowie einen Impuls an den Steuerelementen 3 im Flusspfad des ersten Permanentmagneten 1 mit ihm entsprechender Polarität umgekehrt und der Feldfluss des ersten Permanentmagneten 1 durch das Arbeitsvolumen 4 gelenkt. Die Partikel im Arbeitsvolumen 4 richten sich gemäß der neuen Polarisierung aus. Durch diese Neuausrichtung kann das Zusetzen der durch das Magnetfeld definierten Partikelschichten und der Rückhalt von Kontaminanten unterschiedlichster Art verhindert werden. Um auch Stoffgemische mit starken Verunreinigungen zu trennen, wird in einer Ausführung der erfindungsgemäßen Vorrichtung ein Wechselfeld mit zwei Richtungen und einem feldfreien Intervall zwischen beiden Richtungen erzeugt. Um die Partikel im Arbeitsvolumen 4 zurückzuhalten, wird ein Gitter 11 entlang des Abflusses und des Zulaufs angelegt, dessen Poren der Größe der Partikel entsprechen. Um die vorteilhafte Schichtung durch das ordnende Wechselfeld nicht zu zerstören, ist dieses Gitter 11 nichtmagnetisch und nicht magnetisierbar. Zur Abtrennung mehrerer Stoffe bei intakter Schichtung eignet sich der Einsatz eines magnetisierbaren Elements an den Seiten des Arbeitsvolumens 4, das bei Magnetisierung die Anordnung der Partikel fördert.
Die Abtrennung zumindest eines Stoffes erfolgt unter zeitlich koordiniertem Erzeugen eines Wechselfeldes entsprechend der zwei beschriebenen Feldumlenkungen. Ist das Feld aktiv, wird durch den Zulauf am Boden ein Stoffgemisch eingebracht, das zumindest einen an die Partikel absorbierenden Stoff enthält. Es ist jedoch aufgrund der durch die Vorrichtung und ihr Wechselfeld definierten Schichten möglich, mehr als einen Stoff abzutrennen. Bevorzugt wird jedoch nicht mehr als ein Stoff je Schicht abgetrennt. Diese erfindungsgemäße Vorrichtung wird bevorzugt zur Auftrennung unfiltrierter Stoffgemische biologischen Ursprungs verwendet. Sie ist vorteilhaft anwendbar in all den Fällen, in denen alle Verfahrensschritte im Gegensatz zu den bisher beschriebenen erfindungsgemäßen Vorrichtungen in einem Arbeitsvolumen 4 durchgeführt werden sollen. Für die Abtrennung von Stoffen biologischen Ursprungs bedeutet dies eine starke Verringerung der für ein Verfahren nötigen Bauvolumen. Abtrennung, Waschung und Elution können ohne vorgehende Filtration in der erfindungsgemäßen Vorrichtung durchgeführt werden.
Im Gegensatz zu den durch den Stand der Technik verwendeten Vorrichtungen ermöglicht es die Vorrichtung, ohne zusätzliche Kühlung bei geringen Betriebskosten kontinuier lich zu arbeiten. Es ist weiterhin gemäß dieser Vorrichtung weit vorteilhafter möglich, mehrere Stoffe abzutrennen. Im Gegensatz zu den dem Stand der Technik bekannten Vorrichtungen sind die durch die erfindungsgemäße Vorrichtung gebildeten Schichten deutlicher definiert, da das Feld bevorzugt entlang der Seiten des Arbeitsvolumens 4 auf die Partikel einwirkt.
5 zeigt eine erfindungsgemäße Vorrichtung zur Abtrennung von Partikeln aus kleinen Arbeitsvolumen 4 gemäß einer ersten und einer zweiten Variante.
Die Vorrichtung gemäß der ersten Variante ist ausgeführt aus einem zwei Flusspfade definierenden Eisenstift 2, einem Permanentmagnet 1 und einem magnetoelektrischen Steuerelement 3 in Form einer Spule. Der Permanentmagnet 1 ist zwischen einem Eisenelement und einem Eisenjoch, welche den Stift 2 bilden, eingesetzt. Eine Seite des Eisenstiftes 2 in einem durch das Eisenelement definierten Flusspfad ist mit einer Membran 9 zu Schutz gegen einen direkten Probenkontakt überzogen. Bevorzugt handelt es sich dabei um eine Kunststoffkappe. Bevorzugt wird der Impuls zur Feldumlenkung am magnetoelektrischen Steuerelement 3 als Teil eines automatisierten Verfahrens durch ein entsprechendes Programm entlang des zweiten Flusspfades ausgelöst. Am meisten bevorzugt wird bei dieser automatischen Steuerung mehr als ein Stift 2 mit umlenkbarem Feld verwendet.
Um eine geringe Baugröße zu gewährleisten wird bevorzugt ein magnetoelektrisches Steuerelement 3 am Eisenjoch zu Induktion eines der Polarität des Permanentmagneten 1 entgegengesetzten Feldes verwendet. Das magnetische Feld wird entlang des Flusspfades mit Probenkontakt umgelenkt und Partikel können aus der Probe entfernt werden. Wird das Steuerelement 3 zur Induktion eines dem Permanentmagneten 1 entsprechenden Magnetfeldes verwendet und damit der Magnetfeldfluss entlang des zweiten Flusspfades umgelenkt, wird die Bearbeitung der Partikel deaktiviert. Diese erfindungsgemäße Ausführung eignet sich aufgrund ihrer hohen Feldstärken zur Abtrennung kleiner Partikel, insbesondere in automatisierten Verfahren.
Im Unterschied zu bekannten Vorrichtungen insbesondere zur automatisierten Abtrennung von magnetischen Partikeln unter anderem zur Analyse von biologischem Material, kann das Feld dieses Stiftes gezielt kontrolliert und insbesondere bei sehr geringer Schaltzeit umgelenkt werden. Es können auf diese Weise Schritte wie die Waschung der Partikel, die Elution eines mit ihrer Hilfe abgetrennten Stoffes ebenso automatisiert werden. Die Baugrößen entsprechender Vorrichtungen verringern sich, zusätzliche Funktionen können automatisch ausgeführt werden, die Prozesszeiten werden verkürzt.
Die Vorrichtung gemäß der zweiten Variante besteht aus einem zwei Flusspfade definierenden Eisenstift 2, einem Permanentmagnet 1 und einem magnetoelektrischen Steuerelement 3 in Form einer Spule. Eine Seite des Eisenstiftes 2 in einem Flusspfad ist mit einer Membran 9 zum Schutz gegen einen direkten Probenkontakt überzogen. Aufgrund der bevorzugten geringen Baugröße wird ein magnetoelektrisches Steuerelement 3 zu Induktion eines der Polarität des Permanentmagneten entgegengesetzten Feldes entlang des zweiten Flusspfades verwendet. Auf diese Weise wird das Feld entlang des Flusspfades mit Probenkontakt umgelenkt und Partikel können aus der Probe entfernt werden. Sodann kann das Steuerelement 3 zur Induktion eines dem Permanentmagneten 1 entsprechenden Magnetfeldes verwendet werden, wodurch sich der Magnetfluss entlang des zweiten Flusspfades konzentriert und die Bearbeitung der Partikel deaktiviert wird. Die Partikel können rückgewonnen werden. Diese erfindungsgemäße Vorrichtung eignet sich insbesondere dort, wo unfiltrierte Stoffgemische mit verschiedenen, insbesondere makromolekularen Kontaminanten bearbeitet werden. Die erfindungsgemäße Vorrichtung besitzt ein geringes Verdrängungsvolumen. Sie kann auf diese Weise eingetaucht werden, ohne das Stoffgemisch zu pressen oder am Boden des Behältnisses zusammenzudrücken. Ihre Form gestattet weiterhin, die Bearbeitung rührend durchzuführen und damit den Bearbeitungserfolg, wie die Abscheiderate im Fall der Separation oder die Loslösung separierter Partikel, stark zu erhöhen.
Die Erfindung soll nachstehend an Beispielen näher erläutert werden.
Beispiel 1
Wurzelspitzen von Pisum sativa werden gewonnen und die Nukleii nach Levi, M, Sparvoli, E und Corbetta, N (J Exp Bot 45: 1157–1162, 1994) isoliert.
Die Suspension wird für 1 h bei 4°C mit dem Antikörper mAb414, gelöst mit 1:200 Tris/HCl Puffer inkubiert und für 3 min. bei 4°C bei 1000 G zentrifugiert.
Die Nukleii werden in MACS Puffer der Firma Miltenyi Biotech resuspendiert.
Je 80 μl der resuspendierten Nukleii wurden bei 4°C für 15 min mit MACS Microbeads (Goat Anti-Mouse IgG) inkubiert.
Die Proben werden sodann in eine erfindungsgemäße Vorrichtung eingebracht. Die Vorrichtung besteht aus einem Permanentmagneten 1 einer Stärke von 0,45 T, der in einen Eisenkreis 2 eingesetzt ist. Durch den Eisenkreis 2 sind zwei Flusspfade des Permanentmagnetfeldes definiert, wobei nur in einem Flusspfad eine Spule als magnetoelektrisches Steuerelement 3 positioniert und mit einer Stromquelle 6 verbunden ist. Entlang beider Flusspfade wird je ein Luftspalt mit Polstücken 8 eingesetzt, welche kommerziell erhältliche MS MACS Einheiten (Miltenyi Biotech) halten können. Entlang des ersten Flusspfades wird durch einen Impuls der Stromquelle 6 ein Magnetfeld erzeugt, das der Polarisierung des Permanentmagnetenfeldes entspricht und das Arbeitsmagnetfeld entlang dieses Flusspfades umgelenkt. Die MACS Einheit im ersten Flusspfad wird damit für die Arbeit aktiviert.
Die in beiden Flusspfaden eingesetzten MS MACS Einheiten werden zunächst mit 500 μl Puffer gewaschen. Daraufhin wird die MS MACS Einheit entlang des ersten Flusspfades mit einem Probenvolumen beladen, zudem 500 μl MACS Puffer zugefügt werden. 2 mal 500 μl Puffer werden zur Waschung zugegeben. Durch einen entgegen dem ersten polarisierten Impuls an der Spule 3 wird sodann das Feld entlang des zweiten Flusspfades umgelenkt. Damit wird die MS MACS Einheit des ersten Flusspfades deaktiviert und die Einheit des Zweiten aktiviert. Die zweite MS MACS Einheit wird mit einem weiteren Probenvolumen beladen, zudem 500 μl MACS Puffer zugegeben werden.
Mit 2 mal 500 μl Puffer werden die MACS Microbeads im ersten Flusspfad zurückgewonnen. Im zweiten Flusspfad werden die Schritte des ersten Flusspfades wiederholt. Nach zweimaliger Waschung mit 500 μl Puffer wird durch einen Impuls von 3 V gemäß der ersten Polarisierung die zweite MS MACS Einheit deaktiviert und die erste MS MACS Einheit aktiviert. Die Schritte des Protokolls werden fortgeführt, bis alle 8 Proben verarbeitet sind.
Die gereinigten Proben werden eingefärbt und mikroskopisch analysiert.
Beispiel 2
500 ml einer 0, 1 M Suspension von Magnetit im nanoskaligen Größenbereich wird herstellt. Zur Synthese der Partikel wird 1,35 g FeCl₃-6 H₂O und 0,5 g FeCl₂-4 H₂O mit 3,9 g KCl für 30 min in einem Mörser zerkleinert, 1,22 g KOH wird hinzugefügt, gefolgt von einer erneuten Durchmischung im Mörser von 30 min. Die Partikel werden 6 mal mit destilliertem Wasser gewaschen, im Ultraschallbad resuspendiert und bis zur Anwendung gelagert.
Die Suspension wird in eine erfindungsgemäße Vorrichtung eingebracht. Ein in einem zwei Flusspfade definierenden Eisenkreis 2 eingesetzter Permanentmagnet 1 mit einer Stärke von 0,45 T wird als Feldquelle verwendet. Entlang der durch den Eisenkreis 2 definierten zwei Flusspfade des Magnetfeldes wird je Flusspfad zwei Spulen als magnetoelektrische Steuerelemente 3 eingesetzt. Jedes Spulenpaar in einem Flusspfad ist mit einer Stromquelle 6 verbunden. In beiden Flusspfaden ist ein Luftspalt vorgesehen, in den ein Kunststoffbehälter mit zwei Zuläufen und zwei Abläufen 7 als Kollektor eingesetzt wird, in welchen feine Stahlwolle eingebracht wurde. Einer der Zuläufe beider Kollektoren wird durch einen dritten Kunststoffbehälter gespeist, in welchem die Probe enthalten ist. Über Ventile wird in Abhängigkeit der durch die Stromquellen 6 erzeugten Impulse die Probe in einen der beiden im Eisenkreis 2 eingesetzten Kollektoren geleitet. Der zweite Zulauf wird mit Wasser in Abhängigkeit von der Impulsgabe der Stromquelle 6 mit destilliertem Wasser gespeist. Der erste Ablauf beider Kollektoren wird zur Ableitung des Abflusses mit einem Auffangbehälter verbunden. Der zweite Ablauf beider Kollektoren wird zur Rückgewinnung der Magnetitpartikel ebenfalls mit einem weiteren Auffangbehältnis verbunden. Beide Abläufe werden spektrorometrisch im Bereich 460–490 nm überwacht.
Durch Gabe eines Impulses an den Spulen 3 entlang des zweiten Flusspfades, dessen induziertes Magnetfeld demjenigen des Permanentmagnet 1 entgegengesetzt ist, wird der erste Flusspfad und damit der erste Kollektor aktiviert. Ausgelöst durch den Impuls der Stromquelle 6 öffnet sich das Zulaufventil in den ersten Kollektor. Ein Impuls an den Spulen 3 entlang des ersten und aktiven Flusspfades wird zur Erzeugung eines dem Permanentmagnet 1 entgegengesetzten Magnetfeldes verwendet, sobald ein Peak im überwachten Bereich detektiert wird. Durch den Impuls wird das Ventil entlang des ersten Flusspfades verschlossen und entlang des Zweiten aktiviert. Weiterhin wird durch den Impuls der Ablauf in den Auffangbehälter des Abflusses geschlossen und der zweite Ablauf zur Rückgewinnung der Probe geöffnet. Der zweite Zulauf für destilliertes Wasser wird geöff net und die Matrix 5 gewaschen, um die Magnetitpartikel zurückzugewinnen. Der Zulauf von destilliertem Wasser wird eingestellt, wenn kein Peak mehr detektierbar ist.
Entlang des zweiten Flusspfades folgt das Verfahren wiederholt den für den ersten Flusspfad beschriebenen Schritten. Das Verfahren wird bis zum Verbrauch des Probevolumens fortgeführt.
Die Rückgewinnungsrate wird spektrometrisch bestimmt.
Beispiel 3
Magnetitpartikel werden in Variation des Protokolls gemäß Beispiel 2 in einem Größenbereich von 100 μm hergestellt. Verdünnte Suspensionen unterschiedlicher Konzentration werden hergestellt. Eine verdünnte Magnetitsuspension unbekannter Konzentration wird unter Verwendung einer erfindungsgemäßen Anordnung auf eine Endkonzentration von 0,1 M aufkonzentriert. Die Anordnung besteht aus zwei spektroskopisch überwachten Kunststoffbehältern mit jeweils einen Zulauf und zwei Abläufen 7, wobei ein Ablauf zur Ableitung des Abflusses und ein Ablauf zur Rückgewinnung der Magnetitpartikel verwendet wird. Durch den Zulauf wird die Anordnung mit der Magnetitsuspension gespeist, wobei dieser Zulauf in die Mitte des Kunststoffbehälters hineinragt. Durch den zweiten Zulauf wird der Kunststoffbehälter mit destilliertem Wasser versorgt. Der Ablauf für den Abfluss partikelreduzierter Lösung verläuft durch den Feldgradienten am Kopf der Arbeitsvolumens 4.
Je ein Kunststoffbehälter wird in einem Luftspalt eines der zwei verwendeten Eisenkreise 2 eingesetzt. In jedem Eisenkreis 2 ist ein Permanentmagnet 1 eingesetzt. In einem der beiden durch einen Eisenkreis 2 definierten Flusspfade wird eine Spule als magnetoelektrisches Steuerelement 3 eingesetzt, wobei das Steuerelement 3 des ersten Eisenkreises 2 entlang eines Flusspfades, das Steuerelement 3 des zweiten Eisenkreises 2 entlang des anderen Flusspfades eingesetzt wird. Beide Spulen 3 sind jeweils mit Stromquellen 6 verbunden, durch welche die Spulen 3 entweder mit einem Impuls zum Umlenken des Feldes entlang des Flusspfades, an dem sie positioniert sind oder entlang des zweiten Flusspfades des Eisenkreises 2 angesteuert werden.
Die Anordnung wird aktiviert, indem eine zeitlich definierte Folge von Impulsen an beiden Spulen 3 angewandt wird, sodass resultierend in beiden Kunststoffbehältern jeweils ein Magnetfeld mit stets wechselnder Polarisierung mit einer Frequenz von 20 Hz durch das koordinierte Umlenken der zwei Magnetfelder entsteht. Nachfolgend der Aktivierung wird durch den ersten Zulauf in beide Kunststoffbehälter Magnetitsuspension eingebracht und durch spektroskopische Messung bei 460–490 nm die Konzentration bestimmt. Suspension wird solange in den Behälter zugeführt, bis die detektierte Endkonzentration 0,1 M beträgt. Der Ablauf für den Abfluss wird geschlossen, der Zulauf an Suspension gestoppt. Durch den zweiten Auflauf wird die Suspension zurückgewonnen. Agglomeration lässt sich nicht beobachten.
Beispiel 4
Ribulose-1,5-bisphosphate Carboxylase/Oxygenase wird aus Pflanzenpresssaft gewonnen.
Proben zu je 500 g Medicago sativa werden zuerst im Mörser zerkleinert und dann durch einen Nylonfilter gepresst, das Extrakt entweder eingefroren oder unmittelbar darauf in eine erfindungsgemäße Anordnung eingeleitet.
Die Anordnung besteht aus einem Kunststoffbehälter mit einem Zulauf am bodenseitigen Teil und einem Ablauf 7 am oberen Teil. Der Kunststoffbehälter wird in einen Luftspalt einer an die Vorrichtung in Beispiel 3 angelehnten Anordnung eingesetzt, die gemäß den Schritten in Beispiel 3 aktiviert wird.
Im Gegensatz zur in Beispiel 3 verwendeten Anordnung, ist der Luftspalt der Anordnung rechteckig, sodass die zugeführte Suspension länger durch die Vorrichtung fließt.
Der Kunststoffbehälter wird mit magnetisierbaren Chitosanpartikeln einer durchschnittlichen Größe von 150 μm bei 12 A·m²/kg beladen.
Die Vorrichtung wird gemäß dem Vorgehen in Beispiel 3 aktiviert. Ein Wechselfeld der Frequenz 5 Hz wird erzeugt. Durch den Zulauf werden vier Probenvolumen des unfiltrierten Extrakts zugeführt. Die Partikel werden sodann mit destilliertem Wasser gewaschen. Rubisco wird durch Elution mit einer 0,1 M MgCl₂ Lösung gewonnen. Die Partikel werden mit 1 M NaCl regeneriert.
Die Probe wirddaraufhin elektrophoretisch analysiert. Die Konzentration des Rubisco wird nach Starcher et. al Analytical Biochemistry (2001) 292, 125–129 bestimmt.
Beispiel 5
Rubisco wird gemäß den Verfahrensschritten nach Beispiel 4 gewonnen, jedoch wird eine veränderte Anordnung zur Erzeugung eines Wechselfeldes gemäß vorliegender Erfindung verwendet. Sie entspricht 5 und besteht aus einem einen Flusspfad definierenden Eisenkreis 2 mit zwei Permanentmagneten 1, wobei die Polarität beider Magneten 1 einander entspricht. Die Permanentmagneten 1 sind in Eisenzylinder 10 eingesetzt, welche für jeden Permanentmagneten 1 ein zweiter Flusspfad zusätzlich zum ersten durch den Eisenkreis 2 definieren. Mittig des Eisenkreises 2 sind Polstücke 8 angelegt, zwischen welchen ein Arbeitsvolumen 4 ausgeführt als Behälter mit Zulauf am Boden und Ablauf 7 am oberen Teil angelegt ist. Entlang des ersten Pfades beider Magneten 1 sind Steuerelemente 3 in Form von Spulen angeordnet. Beiderseitig zwischen Polstücken 8 und Permanentmagneten 1 sind je zwei Spulen 3 angeordnet. Zur Erzeugung des Wechselfeldes wird das Feld je eines Permanentmagneten 1 durch koordinierte Anwendung von Impulsen an den magnetoelektrischen Steuerelementen 3 umgelenkt. Zunächst wird ein dem ersten Permanentmagneten 1 entgegengesetztes Feld entlang der Steuerelemente 3 erzeugt. Das Feld des ersten Permanentmagneten 1 wird entlang des durch den Zylinder 10 definierten zweiten Flusspfades umgelenkt. Zudem wird das Feld des zweiten Permanentmagneten 1 aufgrund des an den Steuerelementen 3 entlang des ersten Flusspfades des ersten Permanentmagneten 1 erzeugten Feldes und eines seiner Polarität entsprechenden Feldes, erzeugt an den Steuerelement 3 entlang des ersten Flusspfades des zweiten Permanentmagneten 1, entlang der Polstücke 8 umgeleitet.
Dies erzeugt ein Feld erster Polarität im Arbeitsvolumen 4. Durch einen Impuls an den Steuerelementen 3 entlang des ersten Flusspfades des zweiten Permanentmagneten 1, der ein dem Feld der zweiten Permanentmagneten 1 entgegengesetztes Feld erzeugt und einen Impuls an den Steuerelementen 3, welcher ein dem Feld des ersten Permanentmagneten 1 entsprechendes Magnetfeld entlang des ersten Flusspfades des ersten Permanentmagneten 1 erzeugt, wird der Feldfluss des ersten Permanentmagneten 1 entlang der Polstücke und das Feld des zweiten Permanentmagneten entlang des ihn umgeben den Zylinders 10 umgelenkt. Mit der Umkehr des Magnetfeldes im Arbeitsvolumen 4 richteten sich die Partikel im Arbeitsvolumen 4 neu aus. Zur erneuten Umkehr des Feldes wird der erste Feldlenkungsschritt wiederholt, wobei die entstehende Feldform ein feldfreies Intervall einschließt.
In einer Durchführung des Experimentes wird der Zulauf und der Ablauf 7 mit einem Gitter 11 zum Rückhalt der Partikel versehen, dass nicht magnetisierbar war, um die Ausrichtung der Partikel nicht zu stören. Extrakt wird in die Vorrichtung eingeleitet. Rubisco wird entsprechend der Waschung und Elution nach Beispiel 4 gewonnen und weiterverarbeitet.
Beispiel 6
Aus Rohextrakt gemäß Beispiel 4 wird Ribulose-1,5-bisphosphate Carboxylase/Oxygenase gewonnen. 15 ml Proben von Medicago Sativa werden in mit je 1 ml eads SAX (Invitrogen) versetzt. Zur Abtrennung der Partikel wird ein Permanentmagnet 1 in einen aus Eisen gefertigten Stift 2, durch den zwei Flusspfade des Feldes definiert sind, eingesetzt. Ein Ende des Eisenstiftes 2 wird mit einer dünnen Membran 9 überzogen, um den direkten Kontakt des Eisenstiftes 2 mit der Lösung zu verhindern. Das zweite Ende des Eisenstiftes 2 ist mit einer Spule 3 versehen, die über Microzellen als Stromquelle 6 mit Impulsen zur Erzeugung eines Magnetfeldes entgegen oder gemäß der Polarisierung des Permanentmagneten 1 angesteuert werden. Die Ansteuerung erfolgt manuell an einem Griff des Eisenstiftes 2. Der Eisenstift 2 wirdin die Proben gehalten, das Feld durch einen Knopfdruck in Richtung des im Volumen 4 befindlichen, membrangeschützten Flusspfades umgelenkt. Der Eisenstift 2 wird aus dem Probenvolumen 4 entnommen und in eine Wascheinheit übertragen. Die Wascheinheit besteht aus einer Eisenkonstruktion einem eingesetzten Permanentmagneten 1, durch welche drei Flusspfade definiert sind und einer Spule als magnetoelektrischen Steuerelement 3 entlang der drei Flusspfade, von denen zwei mit einem Luftspalt ausgestattet sind und auf das Arbeitsvolumen 4 wirken.
Ein Arbeitsvolumen 4 mit 20 ml destilliertem Wasser wird entlang der Pole der zwei inaktiven Flusspfade gemäß der Feldanordnung nach 2 Version B eingesetzt. Der Eisenstift 2 wird in das Probevolumen zur Waschung getaucht, wobei sein Magnetfeld durch manuelle Impulsgabe entlang seinem zweiten, in einem Griff eingesetzten Flusspfad umgelenkt wird. Zur Waschung der Partikel wird durch Impulse an den Steuerelementen 3 entlang eines der zwei bearbeitenden Flusspfade das Feld mit einer Frequenz von 1 Hz zwischen beiden umgelenkt. Sodann werden beide bearbeitenden Flusspfade durch einen Impuls an den Steuerelementen 3 blockiert und der Feldfluss entlang des dritten Flusspfades konzentriert. Der Eisenstift 2 wird erneut entlang der zur Abtrennung verwendeten Seite durch manuellen Impuls magnetisiert und in das Volumen eingetaucht. Er wird herausgehoben und in eine weitere Einheit eingetaucht, die der Wascheinheit im Aufbau und in der Anwendung entspricht. Diese enthält 20 ml einer 0,1 M MgCl₂ Lösung zur Elution des Rubiscos. Erneut wird das Feld des Eisenstiftes 2 umgelenkt und die Einheit durch Umlenkung entlang der zwei bearbeitenden Flusspfade aktiviert. Die Dynabeads werden mit dem Eisenstift 2 zurückgewonnen.
Die erhaltene Lösung wird nach Starcher et. al Analytical Biochemistry (2001) 292, 125–129 in der Konzentration bestimmt und elektrophoretisch analysiert.

1: Permanentmagnet
2: zwei Flusspfade definierender magnetisierbarer Werkstoff
3: Steuerelement
4: Arbeitsvolumen
5: Matrix
6: Impulsquelle
7: Zu- und Ablaufsystem
8: Polstücke
9: Membran
10: Zylinder
11: Gitter

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

- EP 0434556 [0005]
- EP 0920916 [0005]
- EP 0815941 [0006]
- WO 02081092 [0007]
- WO 2007013805 [0010, 0016, 0016]

Zitierte Nicht-Patentliteratur

- Levi, M, Sparvoli, E und Corbetta, N (J Exp Bot 45: 1157–1162, 1994) [0078]
- Starcher et. al Analytical Biochemistry (2001) 292, 125–129 [0100]
- Starcher et. al Analytical Biochemistry (2001) 292, 125–129 [0106]

Claims

Verfahren zum Bearbeiten von Partikeln gemäß ihrer magnetischen Suszeptibilität dadurch gekennzeichnet, dass zur Bearbeitung das Magnetfeld mindestens eines Permanentmagneten (1) durch einen Impuls an mindestens einem magnetoelektrischen Steuerelement (3) zwischen mindestens zwei Flusspfaden des Magnetfeldes umgelenkt wird.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das magnetoelektrische Steuerelement (3) eine Spule ist.
Verfahren nach den Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das magnetoelektrische Steuerelement (3) ein magnetoelektrischer Werkstoff ist.
Verfahren nach den Ansprüchen 1–3, dadurch gekennzeichnet, dass das magnetoelektrische Steuerelement (3) eine Konstruktion aus Spulen, Permanentmagneten und beweglichen Teilen umfasst.
Verfahren zur Bearbeitung magnetisierbarer Partikel nach den Ansprüchen 1–4 gekennzeichnet durch die Schritte: 1. Umlenken des Magnetfeldes entlang des Flusspfades eines ersten und/oder eines weiteren Arbeitsvolumens (4) durch einen elektrischen Impuls an mindestens einem Steuerelement (3) entlang eines ersten und/oder eines weiteren Flusspfades 2. Bearbeitung der Partikel in einem ersten und/oder einem weiteren Arbeitsvolumen (4) 3. Wiederholen der Schritte 1–2 bis zum Erfolg der Bearbeitung.
Verfahren nach den Ansprüchen 1–5, dadurch gekennzeichnet, dass ein über die Dauer eines Feldflusszustandes kontinuierlicher oder ein initiierender Stromfluss als Impuls an den magnetoelektrischen Steuerelementen (3) verwendet wird.
Verfahren nach den Ansprüchen 1–6, dadurch gekennzeichnet, dass zur Bearbeitung von Partikeln gemäß ihrer magnetischen Suszeptibilität mehr als eine Einheit, bestehend aus einem Permanentmagneten (1), mindestens zwei Flusspfaden und mindestens einem magnetoelektrischen Steuerelement (3), verwendet wird.
Verfahren zur Abtrennung von magnetisierbarem Material nach den Ansprüchen 1–7, dadurch gekennzeichnet, dass die Abtrennung des magnetisierbaren Materials aus einem flüssigen Medium wechselseitig nach den folgenden Schritten durchgeführt wird: 1. Beaufschlagung mindestens eines Filters (5) mit dem das abzutrennende Material enthaltenden flüssigen Medium (2) durch das Zu- und Ablaufsystem (7) entlang eines ersten durch Umlenkung des Feldflusses durch einen Impuls an zumindest einem Steuerelement (3) aktivierten Feldpfades des Eisenkreises (2) zwischen den Polschuhen (8) und Durchsetzung der vom flüssigen Medium durchflossenen Matrix (5) des Arbeitsvolumens (4) durch das Magnetfeld, wobei sich an der Matrix (5) ausbildende Feldgradienten zur Anlagerung des magnetisierbaren Materials führen 2. Umlenkung des Magnetfeldes des Permanentmagneten (1) entlang des zweiten Flusspfades des Eisenkreises (2) durch einen Impuls an mindestens einem Steuerelement (3) und Gewinnung der an der Matrix (5) angelagerten und abgetrennten Partikel durch Spülen im Gegenstrom durch das Zu- und Ablaufsystem (7) und Beaufschlagung mindestens eines Filters (5) mit dem das abzutrennende Material enthaltenden flüssigen Medium (2) durch das Zu- und Ablaufsystem (7) entlang des Zweiten durch die Umlenkung des Feldflusses aktivierten Flusspfades 3. Umlenkung des Magnetfeldes des Permanentmagneten (1) entlang des ersten Flusspfades des Eisenkreises (2) durch einen Impuls an mindestens einem Steuerelement (3) und Gewinnung der an der Matrix (5) angelagerten und abgetrennten Partikel durch Spülen im Gegenstrom durch das Zu- und Ablaufsystem (7) 4. Wiederholen der Schritte 1–3 bis zum Abschluss der Abtrennung des magnetisierbaren Materials
Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass das magnetisierbare Material in Form von Kleinstpartikeln vorliegt, wobei ein Stoff biologischen Ursprungs durch Absorption an die magnetisierbaren Kleinstpartikel gemäß den Schritten nach Anspruch 8 abgetrennt wird.
Verfahren nach den Ansprüchen 1–7 zur Abtrennung von Stoffen biologischen Ursprungs, gekennzeichnet durch die Schritte: 1. Absorption eines Stoffes biologischen Ursprungs an magnetisierbare Partikel mit Affinität zum abzutrennenden Stoff in einem Arbeitsvolumen (4) 2. Aktivieren des ersten Flusspfades eines Stiftes (2) durch Umlenkung des Feldflusses mithilfe eines Impulses an mindestens einem Steuerelement (3) und Einbringen des durch eine Membran (9) geschützten Flusspfades in das Arbeitsvolumen (4), welches die magnetisierbaren Partikel enthält, wobei die magnetisierbaren Partikel sich unter Rühren oder durch statischen Kontakt der membrangeschützten Oberfläche mit dem Arbeitsvolumen (4) an der Oberfläche entlang des ersten Flusspfades anlagern 3. Entnahme des ersten Flusspfades des Stiftes (2) aus dem Arbeitsvolumen (4), wobei in diesem der Gehalt an magnetisierbaren Partikeln verringert wird und Einbringen des ersten Flusspfades des Stiftes (2) in ein zweites Arbeitsvolumen (4) enthaltend eine verfahrensgemäße Lösung bestehend aus einen Puffer, einer Waschlösung, einer Elutionslösung oder einem anderen flüssigen Medium 4. Loslösung der magnetisierbaren Partikel von der Oberfläche des ersten Flusspfades durch Deaktivieren des ersten Flusspfades des Stiftes (2) durch Umlenkung des Feldflusses entlang des zweiten Flusspfades mithilfe eines Impulses an mindestens einem Steuerelement (3), wobei die Loslösung rührend oder in statischem Kontakt durchgeführt wird
Verfahren zur Abtrennung von Stoffen biologischen Ursprungs nach den Ansprüchen 1–7 gekennzeichnet durch das Einbringen eines Stoffgemisches in ein Arbeitsvolumen (4), das unter dem Einfluss eines zwischen zumindest zwei Polarisierungen oder zwischen zumindest einer Polarisierungen und zumindest einem feldfreien Intervall alternierenden Wechselfeldes steht, wobei das Wechselfeld entweder vor oder nach dem Beginn des Einbringens aktiviert wird, indem das Feld zumindest eines Permanent magneten nach den Ansprüchen 1–7 umgelenkt wird, sowie durch die Absorption mindestens eines Stoffes an die Partikel im Arbeitsvolumen (4) und die Waschung der Partikel und Elution absobierter Stoffe bei aktiviertem oder deaktiviertem Wechselfeld zur Rückgewinnung des abzutrennenden Stoffes.
Verfahren nach den Ansprüchen 1–7 zur Elution von an magnetische Partikel absorbierten Stoffen und/oder zur Waschung magnetischer Partikel, gekennzeichnet durch die Schritte: 1. Einbringen der Partikel in das Arbeitsvolumen (4) welches eine Lösung zu Waschen der magnetischen Partikel oder zur Elution von an magnetische Partikel absorbierten Stoffen enthält 2. Änderung der Feldflusszustandes in der Weise, dass durch Impulse an mindestens einem Steuerelement (3) mindestens zwei Magnetfeldgradienten wechselnd oder in zeitlicher Überlappung zur Bearbeitung der Partikel verwendet werden.
Verfahren nach den Ansprüchen 1–7 zur Bearbeitung von magnetisierbaren Partikeln in einem Lab-an-the-Chip, gekennzeichnet durch die Anwendung mindestens eines Permanentmagneten (1), mindestens eines Steuerelements (3) und mindestens zweier Flusspfade.
Verfahren nach Anspruch 13 gekennzeichnet durch einen magnetoelektrischen Werkstoff als Steuerelement (3).
Verfahren nach den Ansprüchen 13 und 14 gekennzeichnet durch die Anwendung eines zwei Flusspfade definierenden Kreises aus Nickel (2).
Verfahren nach den Ansprüchen 1–15, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest die Feldumlenkung zu einem Teil automatisiert wird.
Vorrichtung zur Bearbeitung von Partikeln gemäß ihrer magnetischen Suszeptibilität bestehend aus 1. mindestens einem Permanentmagneten (1) 2. mindestens einem magnetoelektrisches Steuerelement (3) 3. mindestens zwei Flusspfaden für das magnetische Feld der Vorrichtung 4. mindestens einem Arbeitsvolumen (4)
Vorrichtung nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, dass das magnetoelektrische Steuerelement (3) eine Spule ist.
Vorrichtung nach den Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, dass das magnetoelektrische Steuerelement (3) ein magnetoelektrischer Werkstoff ist.
Vorrichtung nach den Ansprüchen 17–19, dadurch gekennzeichnet, dass das magnetoelektrische Steuerelement (3) eine Konstruktion aus Spulen und/oder Permanentmagneten und beweglichen Teilen umfasst
Vorrichtung nach den Ansprüchen 17–20, gekennzeichnet durch mindestens zwei Einheiten, bestehend aus einem Permanentmagneten (1), mindestens zwei Flusspfaden und mindestens einem magnetoelektrischen Steuerelement (3).
Vorrichtung nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, dass die zwei Flusspfade durch einen Eisenkreis (2) bereitgestellt werden.
Vorrichtung nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, dass das Arbeitsvolumen (4) mit einer Matrix (5) ausgestattet ist.
Vorrichtung nach den Ansprüchen 17–23, gekennzeichnet durch einen Permanentmagnet (1) eingesetzt in einem Eisenkreis (2) mit mindestens einem magnetoelektrischen Steuerelement (3) und zwei Arbeitsvolumen (4) in jedem der zwei Luftspalte des Eisenkreises (2), enthaltend je eine Matrix (5), sowie einem Zulauf und Ablaufsystem (7).
Vorrichtung nach Anspruch 17, gekennzeichnet durch mindestens eine oder mehr Einheiten bestehend aus einem zwei Flusspfade definierenden Stift (2) eingesetzten Permanentmagneten (1) mit einem magnetoelektrischen Steuerelement (3) entlang eines zweiten und einem Arbeitsvolumen (4) entlang eines ersten Flusspfades.
Vorrichtung nach Anspruch 25, dadurch gekennzeichnet, dass der zwei Flusspfade definierende Stift (2) in mindestens einem Flusspfad durch ein Joch aus magnetisierbarem Werkstoff gebildet wird.
Vorrichtung nach den Ansprüchen 25 und 26, dadurch gekennzeichnet, dass der zwei Flusspfade definierende Stift (2) in mindestens einem Flusspfad durch einen Zylinder aus magnetisierbarem Werkstoff gebildet wird.
Vorrichtung nach den Ansprüchen 25–27, dadurch gekennzeichnet, dass der erste Flusspfad vom Arbeitsvolumen (4) durch eine Membran (9) getrennt ist.
Vorrichtung nach Anspruch 28, dadurch gekennzeichnet, dass die Membran (9) eine wegwerfbare Kunststoffkappe ist.
Vorrichtung nach den Ansprüchen 25–29, gekennzeichnet durch einen Griff entlang des zweiten Flusspfades und einen Schalter zur manuellen Gabe eines Impulses an ein magnetoelektrische Steuerelement (3).
Vorrichtung nach Anspruch 17, gekennzeichnet durch mindestens ein Arbeitsvolumen (4) mit Zu und Ablaufsystem (7), einen Eisenkreis (2) und mindestens zwei Permanentmagnete (1) mit einander entsprechender Polarisierung, welche in ein Element aus magnetisierbarem Werkstoff, das bevorzugt zylinderförmig ist, eingesetzt sind, sowie zwei magnetoelektrische Steuerelemente (3) beiderseitig des Arbeitsvolumens (4), wobei das Arbeitsvolumen (4) mit magnetisierbaren Partikeln im Größenbereich 5–100 μm gefüllt ist.
Vorrichtung nach Anspruch 31, dadurch gekennzeichnet, dass das Arbeitsvolumen (4) mit einem Gitter (11) aus nichtmagnetisierbarem Material ausgestattet ist.
Vorrichtung nach Anspruch 31 und 32, dadurch gekennzeichnet, dass das Arbeitsvolumen (4) entlang zumindest einer seiner Seiten mit einem Element aus magnetisierbarem Werkstoff ausgestattet ist, wobei das Element als ein Gitter, vertikale oder horizontale Streben oder einzelne Punkte ausgeführt ist und die Ausrichtung der magnetisierbaren Partikel im Arbeitsvolumen (4) unterstützt.
Vorrichtung nach den Ansprüchen 31–33, gekennzeichnet durch die Anwendung eines zwischen mindestens zwei Polarisierungen mit einer Frequenz von 0.01–30 Hz alternierenden Wechselfeldes, erzeugt gemäß Anspruch 33.
Vorrichtung nach den Ansprüchen 31–34, gekennzeichnet durch die Anwendung eines zwischen mindestens einer Polarisierungen mit einer Frequenz von 0.01–30 Hz alternierenden Wechselfeldes, erzeugt gemäß Anspruch 33, wobei das erzeugte Wechselfeld zumindest ein feldfreies Intervall einschließt.