DE102009004086A1 - Elektromagnetisches Mikrosystem zur Manipulation magnetischer Mikro- oder Nanoperlen - Google Patents

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Abstract

Die Erfindung betrifft ein elektromagnetisches Mikrosystem zur Manipulation magnetischer Mikro- oder Nanoperlen in einer Flüssigkeit. Hiervon ausgehend werden Möglichkeiten zur gezielten Manipulation solcher Mikro- oder Nanoperlen angegeben. Hierfür weist das elektromagnetische Mikrosystem mindestens einen Mikroelektromagneten (3) auf, der auf einem Substrat (30) aufgebaut ist und der bei Erregung die magnetischen Mikro- oder Nanoperlen (1) anzieht und damit deren Bewegung ermöglicht.

Description

  • Die Erfindung betrifft ein elektromagnetisches Mikrosystem zur Manipulation magnetischer Mikro- oder Nanoperlen in einer Flüssigkeit. Die Erfindung betrifft außerdem Verfahren zur Verwendung eines derartigen Mikrosystems.
  • Mikro- oder Nanoperlen (auch Mikro- oder Nanopartikel genannt) haben große Bedeutung für die Biomedizintechnik. Sie kommen beispielsweise in Verbindung mit bioaffinen Liganden zum Einsatz, wie z. B. Antikörpern oder Proteinen mit hoher Affinität zum Target. Als Target wird der Ziel-Stoff bzw. die Ziel-Zelle verstanden, in den oder die ein Wirkstoff eingebracht werden soll.
  • Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, Möglichkeiten zur gezielten Manipulation solcher Mikro- oder Nanoperlen anzugeben.
  • Die Aufgabe wird mit einem elektromagnetischen Mikrosystem gemäß Anspruch 1 gelöst. Vorteilhafte Verfahren zur Anwendung des elektromagnetischen Mikrosystems sind in den Ansprüchen 13 bis 15 angegeben. Die Unteransprüche enthalten vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung.
  • Gemäß der Erfindung wird vorteilhaft mindestens ein Mikroelektromagnet verwendet, um magnetische Mikro- oder Nanoperlen in eine gewünschte Bewegung zu versetzen. Auf Grund ihrer magnetischen Eigenschaften wirken bei Anwesenheit magnetischer Felder Kräfte auf die magnetischen Mikro- oder Nanoperlen ein, was gestattet, die Mikro- oder Nanoperlen und die damit ggf. konjugierten biomedizinischen Agenten mittels dieser magnetischen Kräfte zu manipulieren. Durch die Verwendung von Mikroelektromagneten kann relativ präzise Einfluss auf einzelne Mikro- oder Nanoperlen genommen werden, d. h. es ist gegenüber konventionellen Elektromagneten eine gezielte Beeinflussung der Mikro- oder Nanoperlen möglich. So können die magnetischen Kräfte dazu verwendet werden, die Mikro- oder Nanoperlen und die damit ggf. konjugierten biomedizinischen Agenten an das Target heranzuführen sowie in das Target eindringen zu lassen. Ferner gestattet der Einsatz von magnetischen Mikro- oder Nanoperlen die Etablierung kostengünstiger Separationstechniken. Dies ist ein Schlüsselfaktor in der industriellen biomedizinischen Produktion oder bei biomedizinischen Diagnostikprozeduren. Ein weiterer Vorteil magnetischer Separationstechniken ist die schnelle und einfache Handhabung von Proben sowie die Möglichkeit, auch größere Volumina zu handhaben, ohne auf das schwerfällige Zentrifugieren zurückgreifen zu müssen.
  • So kann beispielsweise das elektromagnetische Mikrosystem zur Manipulation magnetischer Mikro- oder Nanoperlen bei der gentherapeutischen Modifikation von Stammzellen zum Einsatz kommen. Hierfür werden einerseits aus Mikroelektromagneten gebildete Zeilen verwendet, um magnetische Polymer-Nanopartikel, die mit einem Gen oder einer Substanz (verschiedenste Wachstumsfaktoren, Zytokine oder chemische Substanzen) konjugiert sind, mit höchster Präzision an die Zelle heranzuführen. Danach bewirkt ein Mikroelektromagnet, welcher sich unter der Targetzelle befindet, das Eindringen der Mikro- oder Nanoperlen in die Zelle und vollzieht damit ein Drug Delivery.
  • Der Mikroelektromagnet ist vorteilhaft auf einem Substrat aufgebracht, z. B. in Planartechnik auf dem Substrat aufgebaut. Hierdurch kann das elektromagnetische Mikrosystem einfach hergestellt werden, z. B. mittels Dünnfilmtechnik oder durch andere im Bereich der Halbleiterherstellung verwendete Verfahren.
  • Die Erfindung wird nachfolgend unter Bezugnahme auf Zeichnungen und unter Angabe weiterer Vorteile anhand von Ausführungsbeispielen näher erläutert.
  • Es zeigen
  • 1 eine erste Ausführungsform eines elektromagnetischen Mikrosystems und
  • 2 eine erste Ausführungsform eines Mikroelektromagneten und
  • 3 eine zweite Ausführungsform eines elektromagnetischen Mikrosystems und
  • 4 eine Ausführungsform eines elektromagnetischen Mikrosystems mit einer Zeile von Mikroelektromagneten und
  • 5 eine Ausführungsform eines elektromagnetischen Mikrosystems mit einer Weiche von Mikroelektromagneten und
  • 6 eine Ausführungsform eines elektromagnetischen Mikrosystems mit einer kombinierten Kreuzung und Weiche von Mikroelektromagneten und
  • 7 eine zweite Ausführungsform eines Mikroelektromagneten und
  • 8 eine dritte Ausführungsform eines elektromagnetischen Mikrosystems und
  • 9 eine Ausführungsform eines elektromagnetischen Mikrosystems mit einem Katheter.
  • Die Erfindung betrifft ein elektromagnetisches Mikrosystem, welches gestattet, Mikro- oder Nanoperlen 1, welche sich in einer Flüssigkeit 2 befinden, mittels eines Mikroelektromagneten 3 zu manipulieren (1A). Durch elektrische Erregung des Mikroelektromagneten 3 erfolgt ein Anziehen von Mikro- oder Nanoperlen 1 (1B). Ein Abschalten des Mikroelektromagneten 3 führt zu einer Freigabe der Mikro- oder Nanoperlen.
  • Der in 1 dargestellte Mikroelektromagnet (3) ist auf einem Substrat (30) aufgebracht. Vorteilhaft ist der Mikroelektromagnet (3) dabei nicht in das Substrat eingefügt bzw. eingeätzt, sondern auf der Oberfläche des Substrats (30) aufgebaut. Vorteilhafte Abmessungen des Mikroelektromagneten liegen im Bereich von 1 μm bis 1 mm.
  • Gemäß einer in der 2 dargestellten vorteilhaften Ausführungsform weist der Mikroelektromagnet 3 eine Spule 4, die bei Erregung durch einen elektrischen Strom auf der der Flüssigkeit zugewandten Seite einen magnetischen Pol 5 aufweist, sowie einen weichmagnetischen Kern 6 auf, der der Verstärkung der magnetischen Kraft dient. Der magnetische Pol 5 zieht die Mikro- oder Nanoperlen 1 an und bewirkt damit deren Bewegung in Richtung des Pols 5. Die Mikro- oder Nanoperlen 1 sind in einer vorteilhaften Ausführungsform weich- oder paramagnetisch, nicht aber hartmagnetisch. Die Herstellung aller Komponenten erfolgt in einer vorteilhaften Ausführungsform dünnfilmtechnisch, also durch eine Kombination von Beschichtungstechnik, Ätztechnik und Fotolithografie. Die Mikrospulen werden bevorzugt entweder als Helix- oder als Spiralspulen ausgeführt. Der Aufbau der Spulen, und falls vorhanden, der Pole erfolgt dabei direkt auf der Oberfläche des Substrates, eine Fertigungstechnik, die auch als Planartechnik bekannt ist.
  • Gemäß einer in der 3 dargestellten vorteilhaften Ausführungsform können die Mikro- oder Nanoperlen 1 mit biomedizinischen Substanzen 7 konjugiert sein, so dass hierdurch sowohl der Transport der Substanzen in der Flüssigkeit als auch ein Übergang der Substanzen von der Flüssigkeit in das Target ermöglicht wird.
  • Eine in der 4 dargestellte bevorzugte Bauform des elektromagnetischen Mikrosystems weist eine aus Mikroelektromagneten 3 gebildete Zeile 8 auf. Die Zeile 8 dient dem Transport von Mikro- oder Nanoperlen 1 in Mikrokanälen 9. Die Zeile kann gerade oder gekrümmt ausgebildet sein, wobei auch eine Mehrzahl von Krümmungen je nach Anwendungsfall vorgesehen sein kann.
  • Das System besteht im einfachsten Fall aus einer zeilenförmig angeordneten Reihe von Mikroelektromagneten 3. Vorteilhaft sind auch Anordnungen von mehreren Zeilen, sowohl hintereinander, parallel oder in einer Netzstruktur. Die Zeilen 8 bestehen in einer vorteilhaften Ausführungsform aus einzelnen Mikroelektromagneten 3 mit Kern. Hauptziel dieser Anordnung ist es, Mikro- oder Nanoperlen 1 in bzw. entlang einem Flüssigkeitskanal 9 zu führen.
  • Die Manipulation der Mikro- oder Nanoperlen geschieht folgendermaßen. Zunächst erfolgt eine Erregung des ersten in einer Reihe befindlichen Mikromagneten durch einen elektrischen Strom, was zu einem Anziehen und einer Ansammlung am Pol der in seinem Wirkungsbereich befindlichen Mikro- oder Nanoperlen führt. Danach wird der in der Zeile am nächsten liegende Mikroelektromagnet erregt und der erste abgeschaltet. Der nun erregte Mikroelektromagnet zieht die Mikro- oder Nanoperlen an. Nun erfolgt die Erregung des eine Position weiter liegenden Mikroelektromagneten, u. s. w., bis die Mikro- oder Nanoperlen am Pol des letzten Mikroelektromagneten der Reihe angekommen sind.
  • Diese sequentielle Erregung der Mikromagnetkerne 3 wird nachfolgend am Beispiel der 4 erläutert. Eine Erregung des Mikroelektromagneten 31 führt zu einem Sammeln der sich in der Nähe des Magneten befindlichen Mikro- oder Nanoperlen 1 am Pol 51 des Mikroelektromagneten 31. Eine Erregung des Mikromagneten 32 und ein Abschalten des Mikroelektromagneten 31 führt zu einer Bewegung der Mikro- oder Nanoperlen 1 von Pol 51 zu Pol 52. Eine Wiederholung dieser Folge an den weiteren Mikroelektromagneten 33 und 34 der Zeile mit den Polen 53 und 54 führt zu einer Längsbewegung der Mikro- oder Nanoperlen 1 entlang dem Flüssigkeitskanal 9.
  • Gemäß einer vorteilhaften Ausführungsform liegt der letzte Mikroelektromagnet unter einer Zelle, in welche die Mikro- oder Nanoperlen eindringen sollen, wobei es vorteilhaft ist, wenn der Pol des letzten Mikroelektromagneten etwas niedriger angeordnet ist als die Zelle selbst. Bei einer Erregung, welche zu einer geeigneten magnetischen Kraft führt, erfolgt das Eindringen in die Zelle ohne die Zelle zu zerstören. Dies gestattet den Mikro- oder Nanoperlen, die Zellwand zu durchdringen und in das Innere der Zelle vorzustoßen. Damit kann ein Vorgang des Drug Delivery durchgeführt werden.
  • Eine weitere in der 5 dargestellte bevorzugte Bauform des elektromagnetischen Mikrosystems weist eine aus den Mikroelektromagneten 3 gebildete Weiche 13 auf, die durch eine Anordnung wenigstens drei Mikroelektromagneten 10, 11, 12 nach Art eines Dreiecks ermöglicht wird. Die Bewegungsrichtung der Mikro- oder Nanoperlen 1 kann durch eine sequentielle Erregung jeweils zweier Mikroelektromagnete 10, 11, 12 in eine gewünschte Richtung vorgegeben werden. So kann bei einer Verzweigung von Kanälen der gewünschte Pfad für die Mikro- oder Nanoperlen 1 ausgewählt werden. Durch sequentielle Erregung der Mikroelektromagneten 10 und 11 wird eine Bewegung von Zeile 81 in Richtung von Zeile 82 vorgegeben, durch sequentielle Erregung der Mikroelektromagneten 10 und 12 eine Bewegung von Zeile 81 in Richtung von Zeile 83.
  • Eine weitere in der 6 dargestellte bevorzugte Bauform des elektromagnetischen Mikrosystems weist eine aus den Mikroelektromagneten 3 gebildete kombinierte Kreuzung und Weiche 19 auf. Die Kreuzung und Weiche 19 besteht aus einer kreuzförmigen Anordnung von wenigstens fünf Mikroelektromagneten 14, 15, 16, 17, 18. Eine sequentielle Erregung der Mikroelektromagneten 14, 18 und 15 führt zu einer Bewegung entlang Zeile 84 unter Kreuzung von Zeile 85, eine sequentielle Erregung der Mikroelektromagneten 16, 18 und 17 entlang der Zeile 85 unter Kreuzung von Zeile 84. Der Betrieb hat alternativ zu erfolgen. Die sequentielle Erregung von jeweils drei Mikroelektromagneten zweier sich kreuzender Zeilen ermöglicht einen Übergang von Zeile 84 nach Zeile 85 oder umgekehrt. So führt beispielsweise eine sequentielle Erregung der Mikroelektromagneten 14, 18 und 17 zu einem Übergang von Zeile 84 auf Zeile 85.
  • Gemäß einer vorteilhaften in der 7 dargestellten Weiterbildung der Erfindung weist der Mikroelektromagnet einen Kern 20 auf, der ein Kernelement 21, einen Spalt 22 in dem Kernelement 21 und eine Spule 23 beinhaltet. Bei Erregung der Spule 23 mit einem elektrischen Strom übt der Mikroelektromagnet eine Kraft auf Mikro- oder Nanoperlen 1 aus, so dass sich diese am Spalt 22 sammeln. Die Spule 23 kann vorteilhaft das Kernelement 21 zumindest teilweise umschließen. Auch hier können Helix- oder Spiralspulen Anwendung finden. Die Herstellung von Kernelement 21, Spalt 22 und Spule 23 erfolgt in einer vorteilhaften Weiterbildung dünnfilmtechnisch.
  • Eine weitere bevorzugte Bauform des elektromagnetischen Mikrosystems gestattet das Eindringen von Mikro- oder Nanoperlen 1 in Zellen. Auch für diese Anwendung kommen Mikroelektromagneten zum Einsatz. In diesem in der 8 dargestellten Fall findet ein Mikroelektromagnet 3 Anwendung, auf dessen Pol 5 die Zelle 24, in welche die Mikro- oder Nanoperlen 1, die ggf. mit biomedizinischen Substanzen 7 konjugiert sind, eindringen sollen, angeordnet wird. Eine Erregung dieses Mikroelektromagneten 3 führt zu einer Krafteinwirkung auf die Mikro- oder Nanoperlen 1 in Richtung Pol 5 des Mikromagneten 3, was bei ausreichend starken Magnetfeldern zu einem Eindringen der Mikro- oder Nanoperlen 1 in die Zelle führt. Typischerweise ist dieser Eindring-Mikromagnet am Ende einer Zeile von Manipulations-Mikroelektromagneten, wobei die Höhe des Pols 5 des die Zelle 24 tragenden Mikroelektromagneten 3 niedriger liegt als die Pole der übrigen Mikroelektromagneten der Zeile 8.
  • Ein solches elektromagnetisches Mikrosystem gestattet auch ein gezieltes lokales Einbringen, aber auch Entfernen von Nanopartikeln in bzw. aus dem Blutkreislauf. Zu diesem Zweck erfolgt, wie in der 9 dargestellt, die Implementierung eines Mikrospulensystems 3 in einem Katheter 25, der durch gezieltes Aus- und Einschalten des Magnetfeldes Nanopartikel koordiniert abgeben oder einsammeln kann. Damit lassen sich einerseits die an Mikro- oder Nanoperlen 1 gebundenen Wirkstoffe durch Abschalten des Magnetfeldes gezielt freisetzen. Andererseits kann der Katheter durch Einschalten des Magnetfeldes magnetische Nanopartikel aus dem Blutstrom entfernen, also als magnetisches Filter dienen. Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung kann ein Teil des Katheters 25, z. B. dessen Spitze, zugleich als Substrat 30 für den Mikroelektromagneten dienen.
  • Bei einem vorteilhaften Verfahren zum Einbringen magnetischer Mikro- oder Nanoperlen 1 in eine Flüssigkeit 2 unter Verwendung eines elektromagnetischen Mikrosystems wird der Mikroelektromagnet 3 des Katheters 25 zunächst erregt. Er trägt dann auf seinem Pol 5 magnetische Mikro- oder Nanoperlen 1. Der Mikroelektromagnet 3 des Katheters 25 wird dann in eine Flüssigkeit 2 eingeführt, in welcher die magnetischen Mikro- oder Nanoperlen 1 bei Beendigung der Erregung freigesetzt werden.
  • Bei einem vorteilhaften Verfahren zum Entnehmen magnetischer Mikro- oder Nanoperlen 1 aus einer Flüssigkeit 2 unter Verwendung eines elektromagnetischen Mikrosystems wird der Mikroelektromagnet 3 des Katheters 25 in eine Flüssigkeit 2 eingeführt, in welcher sich die magnetischen Mikro- oder Nanoperlen 1 befinden. Der Mikroelektromagnet 3 sammelt die magnetischen Mikro- oder Nanoperlen 1 an seinem Pol 5 und führt diese bei Verlassen der Flüssigkeit 2 mit sich. Vorteilhaft kann der Mikroelektromagnet 3 erst nach Eintauchen in die Flüssigkeit 2 erregt wird, insbesondere erst bei Erreichen der Umgebung der zu entnehmenden Mikro- oder Nanoperlen 1.
  • Stand der Technik:
    • [AGA08] R. R. Agayan: "Optical and Magnetic Manipulation of Hybrid Micro and Nanoparticle Sensors". Dissertation, University of Michigan, 2008.
  • In dieser Dissertation werden zwei Methoden der Manipulation von Mikro- und Nanopartikeln vorgestellt: optische Pinzetten und magnetische Rotation, die zu einer dynamischen nichtlinearen Bewegung führt. Bei der Verwendung optischer Pinzetten können Partikel mittels fokussierten Laserlichts erfasst werden. Die Kombination beider Verfahren erlaubt es, Partikel zu greifen und über eine Oberfläche rollen zu lassen.
    • [AST07] A. P. Astclan, C. Jonasson, K. Petersson, J. Blomgren, D. Ilver, A. Krozer, C. Johansson: "Magnetic Response of Thermally Blocked Magnetic Nanoparticles in a Pulsed Magnetic Field". Journal of Magnetism and Magnetic Materials 311, pp. 166–170, 2007.
  • Um schnelle Änderungen der Brownschen Relaxationszeit zu detektieren, werden zwei Methoden untersucht und verglichen. Die erste der beiden Methoden basiert auf der Bestimmung der Brownschen Relaxationszeit durch eine Messung der frequenzabhängigen Suszeptibilität. Die zweite Methode nutzt die Messung der Abklingzeit der induzierten Spannung. Dieser Vergleich zeigt, dass beide Methoden für eine mittlere Partikelgröße anwendbar sind.
  • In dieser Veröffentlichung wird ein Manipulationssystem für Mikropartikel vorgestellt, das aus einer gewickelten Kupferspule um einen weichmagnetischen Draht besteht. Dieses System wird im weiteren Verlauf als rotatorischer Motor verwendet, um magnetische Partikel in einem Fluid zu bewegen. Hierbei stellt das System selbst den Stator und der Partikel den Rotor dar. Des Weiteren wird ein magnetisches Filter zur Konjugatseparation entwickelt.
    • [BAR07] A. L. Barnes, R. A. Wassel, F. Mondalek, K. Chen, K. J. Dormer, R. D. Kopke: "Magnetic Characterization of Superparamagnetic Nanoparticles Pulled Through Model Membranes". Biomagnetic Research and Technology, 5:1, 2007.
  • Zur Untersuchung der in vitro und in vivo Transportvorgänge an Membranen werden die Flussdichten, die Flussgradienten sowie die Eigenschaften der hier verwendeten superparamagnetischen Eisenoxid-Nanopartikel und der daraus sich ergebenden Kräfte quantifiziert. Für die Manipulation finden makroskopische Neodym-Eisen-Bor-Magnete Anwendung.
    • [BUN] B. Bunker, G. Bachand, A. Goal, S. Rivera, J. Bauer, R. Manginell: "Nanoparticle Transport Using Motor Proteins". Biomolecular Materials, pp. 70–71.
  • Es wird ein tubusförmiges Protein-Transportmittel entwickelt, welches dazu dient, mit Streptavidin beschichtete Goldnanopartikel über eine Oberfläche zu bewegen. Außerdem sind Oberflächen dergestalt modifiziert worden, dass Nanopartikel in mikrofluidischen Systemen gesammelt und gezielt angelagert werden können.
    • [CHI07] L. Chitu, S. Luby, E. Majkova, P. Hrkut, L. Matay, I. Kostic, A. Satka: "Assembling of Nanoparticle Arrays Using Microelectromagnetic Matrix". Superlattices and Microstructures, doi: 10.1016/j.spmi.2007.09.001, 2007.
  • Die Autoren beschreiben ein System zur Manipulation von superparamagnetischen Nanopartikeln (Co, Fe3O4 und CoFe2O4) mit Kernradien von 3,2 nm bis 5,7 nm. Zur Manipulation finden stromführende Leiter Anwendung, bestehend aus einem Dreischichtsystem aus Cr (12 nm), Ag (450 nm) und Au (20 nm), welches mittels Lift-off strukturiert ist. Diese Leiter sind in Form von Mäandern, Gitterstrukturen und ringförmigen Fallen auf einem Chip der Größe 3,8 mm × 4,1 mm angeordnet. Im Gegensatz zu der gemeldeten Erfindung werden hier einfache stromführende Leiter verschiedener Ausführungen für die Manipulation superparamagnetischer Partikel verwendet.
    • [DOB06] J. Dobson: "Magnetic Nanoparticles for Drug Delivery". Drug Development Research 67, pp. 55–60, 2006.
  • Die Veröffentlichung gibt einen Überblick über physikalische Prinzipien und Anwendungsmöglichkeiten magnetischer Nanopartikel. Diese Partikel werden mittels magnetischer Felder, deren Erzeugung außerhalb des Körpers erfolgte, zu dem jeweiligen Applikationsort innerhalb des Körpers gebracht.
    • [ENN07] I. Ennen, V. Höink, A. Weddemann, A. Hütten, J. Schmalhorst, G. Reiss, C. Waltenberg, P. Jutzi, T. Weis, D. Engel, A. Ehresmann: "Manipulation of Magnetic Nanoparticles by the Strayfield of Magnetically Patterned Ferromagnetic Layers". Journal of Applied Physics 102, 2007.
  • Ennen et al. untersuchen die Effizienz der Ansammlung 12 nm großer Co-Nanokristallite unter dem Einfluss magnetischer Streufelder, die durch 3 nm dicke physikalisch strukturierte Kobalt-Eisen-Schichten erzeugt werden. Bei der Ansammlung der Kristallite spielt die Richtung der lokalen Magnetisierung eine entscheidende Rolle.
    • [GAO08] J. Gao, W. Zhang, P. Huang, B. Zhang, X. Zhang, B. Xu: ellular Spatial Control of Fluorescent Magnetic Nanoparticles". Jacs American Chemical Society, 130, pp. 3710–3711, 2008.
  • Superparamagnetische fluoreszierende Magnetit-Nanopartikel mit aufgebrachten Quantenpunkten können mithilfe eines kleinen Magneten intrazellulär manipuliert werden. Die Bewegung der Nanopartikel bzw. deren Cluster entlang des Feldgradienten in Richtung des externen Magneten wird mittels eines konfokalen Mikroskops visualisiert.
    • [GRO06] J. Grobelny, D. -H. Tsai, D. -I Kim, N. Pradeep, R. F. Cook, M. R. Zachariah: "Mechanism of Nanoparticle Manipulation by Scanning Tunnelling Microscopy". Nanotechnology, 17, pp. 5519–5524, 2006.
  • Mittels eines Rastertunnelmikroskops können die Adhäsionskräfte von aus der Gasphase abgeschieden Silbernanopartikeln auf einer Goldoberfläche überwunden und die Partikel bewegt werden. Dies war sowohl bei Umgebungsdruck als auch bei Ultrahochvakuum möglich. Das Verfahren bietet die Möglichkeit, Partikel gezielt auf einer Oberfläche anzuordnen.
    • [GUO06] Z. -G. Guo, F. Zhou, J. -C. Hao, Y. -M. Lang, W. -M. Liu, W. T. S. Huck: "'Stick and slide' ferrofluidic droplets an superhydrophobic surfaces". Applied Physics Letters 89, 2006.
  • Ferrofluidische Tröpfchen, die sich auf ultra-hydrophoben Oberflächen befinden, werden durch ein starkes externes homogenes magnetisches Feld auf diesen Oberflächen bewegt. Das entwickelte System erlaubt die quantitative Evaluation der Reibung zwischen Flüssigkeitströpfchen und hydrophober Oberfläche.
    • [HEL04] L. E. Helseth, T. M. Fischer, T. H. Johansen: "Magnetic Structuring and Transport of Colloids at Interfaces". Journal of Magnetism and Magnetic Materials, 277, pp. 245–250, 2004.
  • Die Autoren diskutieren Möglichkeiten des Fassens oder Bewegens paramagnetischer Partikel. Außerdem wird ein System beschrieben, welches unter Ausnutzung der Bewegung von Domänenwänden in der Lage ist, kolloidale Partikel zu manipulieren. Dieses System könnte Anwendung in der Mikrofluidik finden.
    • [HUL03] A. Hultgren, M. Tanase, C. S. Chen, G. J. Meyer, D. H. Reich: "Cell Manipulation Using Magnetic Nanowires". Journal of Applied Physics, Vol. 93, No. 10, pp. 7554–7556, 2003.
  • Galvanisch abgeschiedene ferromagnetische Nanodrähte werden von Hultgren et al. verwendet, um Kräfte auf Säugetierzellen auszuüben. Diese Nanodrähte können auch für die Zellseparation verwendet werden. Zur Erzeugung des für die Separation erforderlichen magnetischen Feldes werden zwei Magnete aus seltenen Erden verwendet, deren Gradient 80 T/m beträgt.
    • [LAG02] L. Lagae, R. Wirix-Speetjens, J. Das, D. Graham, H. Ferreira, P. P. F. Freitas, G. Borghs, J. de Boeck: "On-chip Manipulation and Magnetization Assessment of Magnetic Bead Ensembles by Integrated Spin-valve Sensors". Journal of Applied Physics, Vol. 91, No. 10, pp. 7445–7447, 2002.
  • Auf einem Chip werden Spin-valve Sensoren zur Detektion von superparamagnetischen Nanopartikeln mit einem Durchmesser von 300 nm und einem Magnetitgehalt von 75%–80% mit Leitern kombiniert, die ein magnetisches Feld generieren. Dieses magnetische Feld bewegt die Partikel über den Sensor hinweg, so dass deren Streufeld durch den entsprechenden Sensor zu detektieren ist.
    • [LAT07] A. H. Latham, A. N. Tarpara, M. E. Williams: "Magnetic Field Switching of Nanoparticles between Orthogonal Microfluidic Channels". Anal. Chem, Vol. 79, No. 15, pp. 5746–5752, 2007.
  • Der Injektion magnetischer Partikel (Fe2O3, MnFe2O4) in ein strömendes Fluid dient ein einfaches Manipulationssystem, welches aus zwei sich kreuzenden übereinander verlaufenden Kanälen besteht. Durch den oberen Kanal strömen die in einem Fluid befindlichen magnetischen Partikel, während unter dem Fluid im unteren Kanal ein Permanentmagnet platziert ist. Das applizierte Magnetfeld führt zur Injektion magnetischer Partikel in den unteren Kanal. Im Gegensatz zu dem hier vorgestellten System werden die Kreuzung und damit die Bewegung der Partikel durch die in einer Ebene liegenden Fluidkanäle und den Kreuzungsbereich in der gemeldeten Erfindung über die Anordnung der Mikroelektromagneten erzeugt.
    • [LAT08] A. H. Latham, M. E. Williams: "Controlling Transport and Chemical Functionality of Magnetic Nanoparticles". Accounts of Chemical Research, Vol. 41, No. 3, pp. 411–420, 2008.
  • In dieser Veröffentlichung beschreiben die Autoren die Anwendungsgebiete, Synthese, Charakterisierung Funktionalisierung und Grundlagen zum Transport magnetischer superparamagnetischer Nanopartikel. Als Anwendungsmöglichkeit superparamagnetischer Nanopartikel wird das Manipulationssystem zur Injektion magnetischer Partikel in ein strömendes Fluid, welches in [LAT07] ausführlich beschrieben ist, dargestellt.
    • [LEE01] C. S. Lee, H. Lee, R. M. Westervelt: "Microelectromagnets for the Control of Magnetic Nanoparticles". Applied Physics Letters, Vol. 79, No. 20, pp. 3308–3310, 2001.
    • [LEE04] H. Lee, A. M. Purdon, R. M. Westervelt: "Micromanipulation of Biological Systems with Microelectromagnets". IEEE Transactions an Magnetics, Vol. 40, No. 4, pp. 2991–2993, 2004.
  • Zur Manipulation magnetischer Mikropartikel wird eine mikroelektromagnetische Matrix sowie eine ringförmige Falle entwickelt, gefertigt und charakterisiert. Beide Systeme bestehen aus in Polyimid eingebetteten Gold-Strukturen auf einem Saphir-Substrat. Jeder dieser Golddrähte innerhalb der Matrix kann hierbei separat bestromt werden. Im Gegensatz zu der gemeldeten Erfindung werden hier keine kombinierten Systeme aus Spulen und weichmagnetischen Polen verwendet, sondern einfache Fallen zur Sammlung bzw. Matrizen aus Golddrähten zur Bewegung der Partikel.
    • [LEH06] U. Lehmann, C. Vandevyver, V. K. Parashar, M. A. M. Gijs: „DNA-Reinigung in Tröpfchen auf einem magnetischen Lab-on-a-Chip". Angew. Chem., 118, S. 3132–3137, 2006.
  • Mittels dieses Mikrofluidiksystems, welches sich eines Arrays aus Mikrospulen und einem externen Magnetfeld zur magnetischen Manipulation von in (Wasser-)Tröpfchen befindlichen magnetischen Partikeln bedient, kann DNA in sechs Stufen gereinigt werden. Die Tröpfchen befinden sich hierbei in einem mit Silikonöl gefüllten Becken. Die Verwendung eines Beckens statt mikrofluidischer Kanäle ermöglicht die Realisierung einer höheren Anzahl an Freiheitsgraden und umgeht zudem die Problematik der Adsorption an den Wänden solcher Kanäle. Am Beckenboden befindet sich eine hydrophobe Teflonfolie mit gezielt eingebrachten hydrophilen Bereichen. Solche hydrophilen Muster erleichtern die Manipulation der Tröpfchen durch deren mechanische Verformung. In dem von Lehmann et al. beschriebenen Verfahren kommen Spulenarrays statt Zeilen, Weichen und Kreuzungen zum Einsatz; diese benötigen die Unterstützung durch ein extern eingebrachtes Magnetfeld und verfügen zudem nicht über weichmagnetische Pole.
    • [LIW04] W. H. Li, H. Du, D. F. Chen, C. Shu: "Analysis of Dielectrophoretic Electrode Arrays for Nanoparticle Manipulation". Computational Materials Science, 30, pp. 320–325, 2004.
  • Für die Manipulation und Separation von Nanopartikeln wird ein Mikroelektrodenarray in Form von verzahnten balkenförmigen Elektroden entwickelt. Hierzu finden dielektrophoretische Wanderfelder Anwendung. Es werden numerische Simulationen durchgeführt, auf deren Basis die Entwicklung der analysierten Elektroden-Arrays stattfinden soll.
    • [MIR05] E. Mirowski, J. Moreland, A. Zhang, S. E. Russek, M. J. Donahue: "Manipulation and Sorting of Magnetic Particles by a Magnetic Force Microscope an a Microfluid Magnetic Trap Platform". Applied Physics Letters, 86, 2005.
  • Mirowski et al. stellen eine mikrofluidische Plattform mit einer aufgebrachten strukturierten magnetischen Schicht vor. Diese „Fallen” erzeugen gemeinsam mit der Spitze eines Magnetkraftmikroskops einen lokalen Magnetfeldgradienten, der es erlaubt, Partikel gezielt zu bewegen und zu sortieren.
    • [MIR07] E. Mirowski, J. Moreland, S. Russek, M. Donahue, K. Hsieh: "Manipulation of Magnetic Particles by Patterned Arrays of Magnetic Spin-valve Traps". Journal of Magnetism and Magnetic Materials, 311, pp. 401–404, 2007.
  • Diese Veröffentlichung basiert auf den Arbeiten, die in [MIR05] vorgestellt worden sind. Die „Fallen” auf der mikrofluidischen Plattform bestehen hier aus Spin-valve-Elementen, so dass diese Strukturen in ihrer Funktion der Partikelsammlung je nach Ausrichtung des free layers an- oder ausgeschaltet werden können. Der angeschaltete Zustand bei Anlegen eines magnetischen Feldes entspricht dabei dem eines Ferromagneten, der ausgeschaltete ohne magnetisches Feld dem eines Antiferromagneten.
    • [NEU05] T. Neuberger, B. Schöpf, H. Hofmann, M. Hofmann, B. von Rechenberg: "Superparamagnetic Nanoparticles for Biomedical Applications: Possibilities and Limitations of a New Drug Delivery System". Journal of Magnetism and Magnetic Materials, 293, pp. 483–496, 2005.
  • Die Autoren erläutern und diskutieren die charakteristischen Eigenschaften und Anwendungen von superparamagnetischen Eisenoxid-Nanopartikeln, die mit biokompatiblen Materialien beschichtet und als Träger für Wirkstoffe, Proteine oder Plasmide dienen können. Solche Konjugate könnten durch externe Magnete gezielt manipuliert werden.
    • [PAM06] N. Pamme, C. Wilhelm: "Continuous Sorting of Magnetic Cells Via On-chip Free-flow Magnetophoresis". Lab Chip, 6, pp. 974–980, 2006.
  • Pamme et al. entwickeln ein System zur Zellseparation mittels magnetischer Nanopartikel in mikrofluidischen Anwendungen. Hierbei strömen die Zellen durch eine mikrofluidische Kammer und wurden durch ein quer zur Flussrichtung angelegtes Magnetfeld abgelenkt. Die Ablenkung ist abhängig von der Flussrate, dem magnetischen Moment und der Zellgröße der zu separierenden Zellen.
  • [RON03] R. Rong, J. -W. Choi, C. H. Ahn: "A Functional Magnetic Bead/Biocell Sorter Using Fully Integrated Magnetic Micro/Nano Tips". IEEE, pp. 530–533, 2003.
  • Zur Sortierung magnetischer Beads wird eine magnetische Sortierungseinrichtung für mikrofluidische Anwendungen entwickelt, gefertigt und charakterisiert. Diese Sortierungseinrichtung besteht aus einer Weiche zur Sortierung der Partikel, die allerdings nicht über die Anordnung der Mikroelektromagneten – wie in der gemeldeten Erfindung – erzielt wird, sondern über Kanäle, die dazu dienen, die Bewegungsrichtung der Partikel zu bestimmen. Die Erregerspulen, die um einen magnetischen Kern herum angeordnet sind, werden hierbei auf der Rückseite des Systems gefertigt, um so eine störende Beeinflussung des Bereiches der Partikelsortierung durch die Erregerspulen zu vermeiden. Die Bewegung der Partikel des von Rong et al. vorgestellten Systems erfolgt über die Fluidbewegung. In der gemeldeten Erfindung hingegen wird die Bewegung der Partikel ohne Bewegung des Fluides allein durch die Manipulation mittels Mikroelektromagneten erreicht.
    • [TIE07] P. Tierno, S. V. Reddy, J. Yuan, T. H. Johansen, T. M. Fischer: "Transport of Loaded and Unloaded Microcarriers in a Colloidal Magnetic Shift Register". J. Phys. Chem. B, Vol. 111, No. 48, pp. 13479–13482, 2007.
  • Die externe Magnetfeld-Modulation der Domänen eines Granatfilms mittels eines Systems aus zwei Spulen erlaubt die schrittweise Bewegung von 2,8 μm großen paramagnetischen Partikeln. An diese Partikel sind in einer ersten Versuchsreihe Öltröpfchen gekoppelt und manipuliert; in der zweiten Versuchsreihe werden ungebundene Hefezellen mittels sekundären Flusses hervorgerufen durch die Partikelanordnung bewegt.
    • [TIE08] P. Tierno, S. V. Reddy, M. G. Roper, T. H. Johansen, T. M. Fischer: "Transport and Separation of Biomolecular Cargo an Paramagnetic Colloidal Particles in a Magnetic Ratchet". J. Phys. Chem. B, Vol. 112, No. 12, pp. 3833–3837, 2008.
  • Diese Veröffentlichung beschreibt eine Weiterentwicklung des in [TIE07] dargelegten Verfahrens. Neben paramagnetischen Partikeln der Größe 2,8 μm werden hier auch kleine Partikel (1 μm) bewegt. Die Einstellung der Feldmodulation ermöglicht eine Separation beider Partikelgrößen voneinander. Dieses Verfahren ist für die Trennung von DNA (hier ein DNA-Strang mit 25 Basenpaaren) anwendbar. Hierzu werden große und kleine Partikel an DNA-Stränge gekoppelt. Anschließend werden die DNA-Abschnitte durch eine Region mit erhöhter Temperatur geführt (328 K). Dies resultiert im Aufspalten der DNA, so dass sich die großen Partikel mit einen Strang in eine Richtung und die kleinen Partikel mit dem anderen Strang in die andere Richtung bewegen.
    • [TON01] M. Tondra, M. Granger, R. Fuerst, M. Porter, C. Nordman, J. Taylor, S. Akou: "Design of Integrated Microfluidic Device for Sorting Magnetic Beads in Biological Assays". IEEE Transactions an Magnetics, Vol. 37, No. 4, pp. 2621–2623, 2001.
  • Es wird ein Konzept entwickelt, um eine Weiche in einem mikrofluidischen Kanalsystem zu realisieren. Der zu erzeugende Kanal ist 12 μm breit und 4 μm tief. Verwendet werden Nanopartikel mit einem Durchmesser von 460 nm und einem Ferritgehalt von 12%. Ein Aluminiumstreifen, der sich unter jedem der beiden Kanäle befindet, erzeugt in der Ebene einen Feldgradienten quer zum Kanal. Die Partikel werden in den Kanal hineingezogen, dessen Feld in derselben Richtung wie die Magnetisierungsrichtung des Partikels verläuft. Die Weiche zur Sortierung der Partikel wird nicht über die Anordnung der Mikroelektromagneten – wie in der gemeldeten Erfindung – erzielt, sondern über Kanäle, die dazu dienen, die Bewegungsrichtung der Partikel zu bestimmen.
    • [WAN06] Z. H. Wang, W. S. Lew, J. A. C. Bland: "Manipulation of Superparamagnetic Beads Using On-chip Current Lines Placed an a Ferrite Magnet". Journal of Applied Physics, 99, 2006.
  • Für die Manipulation superparamagnetischer Partikel mittels eines Permanentmagneten aus seltenen Erden wird ein Chip entwickelt, der es erlaubt, die Partikel zunächst an den Kanten der acht spitz zulaufenden Stromführungen zu sammeln, um diese dann anschließend entlang der Kante zu der Mitte des Chips zu bewegen.
    • [WEY04] T. Weyh, N. Seidl, B. Gleich, C. Alexiou, M. Koch, B. Wolf: "Control of Drug-carrying Magnetobeads by Magnetic Gradientfields". 4th IEEE Conference an Nanotechnology, pp. 477–479, 2004.
  • In dieser Anwendung werden mittels eines externen magnetischen Feldes mit definiertem Feldgradienten Nanopartikel-Wirkstoff-Konjugate mit einem Gesamtdurchmesser von 100 nm in das jeweilige anatomisch interessante Gebiet bewegt. Erste Versuche werden am Modell Hasen durchgeführt.
    • [WIR04] R. Wirix-Speetjens, J. de Boeck: "On-chip Magnetic Particle Transport by Alternating Field Gradients". IEEE Transactions an Magnetics, Vol. 40, No. 4, pp. 1944–1946, 2004.
  • In dieser Veröffentlichung ist ein System dargestellt, welches auf zwei parallel zueinander um eine halbe Periode versetzt angeordneten stromführenden Leitern, deren Einzelelemente spitz nach außen hin zuliefen, basiert. Die superparamagnetischen Partikel werden entlang einer definierten Spur geführt. Bei dem hier verwendeten physikalischen Prinzip wird die Orientierung des magnetischen Feldes im rechten Winkel zu der Kante des Leiters ausgenutzt. Hierzu werden zwei Varianten gefertigt: eine einzelne Metallisierung und eine zweifache Metallisierung.
    • [WIR05] R. Wirix-Speetjens, W. Fyen, K. Xu, J. de Boeck, G. Borghs: "A Force Study of On-chip Magnetic Particle Transport Based an Tapered Conductors". IEEE Transactions an Magnetics, Vol. 41, No. 10, pp. 4128–4133, 2005.
  • Mittels zwei parallel zueinander um eine halbe Periode versetzt angeordneten stromführenden Leitern, deren Einzelelemente spitz nach außen hin zuliefen, ist es möglich, Partikel entlang dieser Anordnung zu bewegen. Des Weiteren werden die auf die Partikel wirkenden Kräfte identifiziert und berechnet.
    • [WIR06] R. Wirix-Speetjens, W. Fyen, J. de Boeck, G. Borghs: "Enhanced magnetic Particle transport by integration of a magnetic flux guide: Experimental verification of simulated behavior". Journal of Applied Physics, 99, 2006.
  • Diese Arbeit stellt eine Fortführung der unter [WIR05] vorgestellten Ergebnisse dar. Durch das Einbringen einer magnetischen Schicht als Flussführung zwischen die Siliziumoxid-Schichten unter die stromführenden Leiter gelingt es, die Geschwindigkeit der Partikel und damit die auf die Partikel wirkende Kraft um Faktor drei zu vergrößern.
    • [XUH05] H. Xu, T. Song, X. Bao, L. Hu: "Site-directed Research of Magnetic Nanoparticles in Magnetic Drug Targeting". Journal of Magnetism and Magnetic Materials, 293, pp. 514–519, 2005.
  • Die Vorstellung von Simulationen und Tierversuchen zur gezielten Manipulation von Nanopartikeln mit einem Durchmesser von 20 nm in einem Ferrofluid ist Inhalt dieser Veröffentlichung. Für die Erzeugung des zur Manipulation notwendigen Magnetfeldes wird ein makroskopischer C-förmiger Permanentmagnet verwendet. Untersucht wird u. a. der Einfluss verschiedener Abstände zum Magnetpol auf die Manipulationseffizienz der magnetischen Nanopartikel.
    • [YEL05a] B. B. Yellen, Z. G. Forbes, D. S. Halverson, G. Fridman, K. A. Barbee, M. Chorny, R. Levy, G. Friedman: "Targeted Drug Delivery to Magnetic Implants for Therapeutic Applications". Journal of Magnetism and Magnetic Materials, 293, pp. 647–654, 2005.
  • Mittels magnetischer Implantate, die direkt in das kardiovaskuläre System eingebracht werden sollen, ist es möglich, superparamagnetische Partikel im Mikrometer- und Submikrometerbereich anzuziehen. Hierzu wird das Magnetfeld einer Kobalt-Nickel-Legierung, die in Form eines Gitters galvanisch abgeschieden wurde, sowie ein extern appliziertes Magnetfeld verwendet.
    • [YEL05b] B. B. Yellen, O. Hovorka, G. Friedman: "Arranging Matter by Magnetic Nanoparticle Assemblers". PNAS, 293, Vol. 102, No. 25, pp. 8860–8864, 2005.
    • [YEL06] B. B. Yellen, D. S. Halverson, G. Friedman: "Arranging Matter by Magnetic Nanoparticle Assembly". 2006.
  • Unter Verwendung von auf einem Substrat strukturierten 70 nm dicken Kobaltfilmen und eines rotierenden magnetischen Feldes, mit dessen Hilfe in einer Flüssigkeit verteilte Nanopartikel definiert gesammmelt und entlang der erzeugten Kobaltstrukturen bewegt werden können, ist das entwickelte System in der Lage, nichtmagnetische Moleküle, Zellen oder andere Partikel zu kontrollieren.
  • DE 10 2005 030 986 A1 : Rotierende magnetische Nanopartikel
  • Mittels überlagerter magnetischer Wechselfelder, die über ein Steuergerät mit Feldgenerator kontrolliert werden, können ferromagnetische Partikel in Rotation oder in Rotation mit überlagerten Longitudinalbewegungen versetzt werden. Die Partikel führen eine entsprechende Abrollbewegung aus.
  • EP 1 207 959 B1 : Individually Addressable Micro-electromagnetic Unit Array Chips
  • Es wird ein Array von Mikroelektromagneten in Form eines Chips vorgestellt, das der Manipulation magnetischer Beads dient. Dieses Array besteht aus Kernen und um diese Kerne angeordnete Leiter, die ein magnetisches Feld erzeugen. Hierbei werden die in einem Array angeordneten Mikroelektromagneten in geätzten Gruben in das Substrat eingebracht.
  • WO 01/18949 A1 : Bead or Particle Manipulating Chucks
  • Positiv geladene Partikel werden von einer positiv geladenen ersten Elektrode zu einer negativ geladenen zweiten Elektrode bewegt. Eine zusätzlich eingebrachte negativ geladene Elektrode dient der Führung der Partikel. Durch Variationen der Anordnung der Elektroden in Reihe wie auch in Matrix-Anordnung sind verschiedene Bewegungen der Partikel realisierbar.
  • WO 2004/078316 A1 : Magnetic Bead Manipulation and Transport Device
  • Mittels eines Arrays planarer sich überlappender Spulen wird ein magnetisches Feld erzeugt, welches der Bewegung magnetischer Partikel dient. Es existiert eine entsprechende Ansteuerelektronik, um durch Variation der Bestromung anziehende oder abstoßende Kräfte generieren zu können. In diesem System werden – im Gegensatz zu der angemeldeten Erfindung – keine weichmagnetischen Pole im Inneren der Spulen verwendet. Stattdessen finden externe Magnete Anwendung. Zudem verwendet das vorgestellte System eine Kapillare für die Aufbewahrung des Fluids. Die gemeldete Erfindung hingegen nutzt fluidische dünnfilmtechnisch hergestellte und gedeckelte Kanäle, in denen Kapillarkräfte eine untergeordnete Rolle spielen.
  • WO 2005/059118 A3 : Stem Cell Targeting Using Magnetic Particles
  • Durch die Kombination magnetischer Partikel mit Stammzellen sind diese Konjugate in vitro wie auch in vivo manipulierbar. Hierzu werden entsprechende Partikel in Zellen eingeschleust. Um dies durchführen zu können, ist die Manipulation mechanosensitiver Ionenkanäle wie auch der spannungs- oder ligandengesteuerten Kanäle erforderlich. Für die magnetische Manipulation findet ein externer Permanentmagnet Anwendung.
  • WO 2007/004687 A1 : A Method for Separating Target Component Using Magnetic Nanoparticles
  • Nach der Konjugation von Biomolekülen mit funktionalisierten magnetischen Nanopartikeln mit einem Durchmesser von maximal 50 nm können diese durch die Applikation eines externen magnetischen Feldes gesammelt werden. Dieses Verfahren dient dazu, die Menge einer Komponente einer spezifischen Lipoprotein-Fraktion in einer Probe bestimmen zu können.
  • WO 99/49428 : Bead Manipulating Chucks with Bead Size Selector
  • Durch das Anlegen einer Spannung an eine Elektrode können gezielt einzelne Partikel in einer definierten Zone gesammelt werden. Dabei bietet die Abhängigkeit der elektrostatischen Kräfte von dem jeweiligen Partikeldurchmesser die Möglichkeit, Partikel der Größe nach zu separieren.
  • WO 99/61166 : Focused Acoustic Bead Charger/Dispenser for Bead Manipulating Chucks
  • Dieses Patent basiert auf Patent WO 99/49428 . Das dort vorgestellte System wird durch eine Plattform zur Verteilung der Partikel erweitert. Dabei wird durch ein akustisches System ein Luftstrom erzeugt, der die Partikel dem System mit der Sammlungselektrode zuführt.
  • ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
  • Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
  • Zitierte Patentliteratur
    • - DE 102005030986 A1 [0070]
    • - EP 1207959 B1 [0071]
    • - WO 01/18949 A1 [0072]
    • - WO 2004/078316 A1 [0073]
    • - WO 2005/059118 A3 [0074]
    • - WO 2007/004687 A1 [0075]
    • - WO 99/49428 [0076, 0078]
    • - WO 99/61166 [0077]
  • Zitierte Nicht-Patentliteratur
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    • - E. Mirowski, J. Moreland, S. Russek, M. Donahue, K. Hsieh: ”Manipulation of Magnetic Particles by Patterned Arrays of Magnetic Spin-valve Traps”. Journal of Magnetism and Magnetic Materials, 311, pp. 401–404, 2007 [0054]
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Claims (15)

  1. Elektromagnetisches Mikrosystem zur Manipulation magnetischer Mikro- oder Nanoperlen (1) in einer Flüssigkeit (2), mit mindestens einem Mikroelektromagneten (3), der auf einem Substrat (30) aufgebaut ist und der bei Erregung die magnetischen Mikro- oder Nanoperlen (1) anzieht und damit deren Bewegung ermöglicht.
  2. Elektromagnetisches Mikrosystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Mikroelektromagnet (3) eine Spule (4), die bei Erregung durch einen elektrischen Strom einen magnetischen Pol (5) aufweist, und einen weichmagnetischen Kern (6) aufweist.
  3. Elektromagnetisches Mikrosystem nach wenigstens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Mikro- oder Nanoperlen (1) mit wenigstens einer biomedizinischen Substanz (7) konjugiert sind.
  4. Elektromagnetisches Mikrosystem nach wenigstens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Mikrosystem eine Zeile (8) von Mikroelektromagneten (3) aufweist, die sequentiell erregbar sind, um damit eine Bewegung der Mikro- oder Nanoperlen (1) entlang der Zeile (8) zu ermöglichen.
  5. Elektromagnetisches Mikrosystem nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Zeile (8) von Mikroelektromagneten (3) in einem Flüssigkeitskanal (9) vorgesehen ist.
  6. Elektromagnetisches Mikrosystem nach wenigstens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens drei im Dreieck angeordnete Mikroelektromagneten (10, 11, 12) eine Weiche (13) bilden, durch die die Bewegungsrichtung der Mikro- oder Nanoperlen (1) durch eine sequentielle Erregung jeweils zweier Mikroelektromagnete (10, 11, 12) in eine gewünschte Richtung vorgebbar ist.
  7. Elektromagnetisches Mikrosystem nach wenigstens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens fünf kreuzförmig angeordnete Mikroelektromagneten (14, 15, 16, 17, 18) eine kombinierte Kreuzung und Weiche (19) bilden, wobei durch eine sequentielle Erregung von wenigstens drei der Mikroelektromagneten (14, 15, 16, 17, 18) die Bewegungsrichtung vorgebbar ist.
  8. Elektromagnetisches Mikrosystem nach wenigstens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Mikroelektromagnet einen Kern (20) aufweist, der ein Kernelement (21), einen Spalt (22) in dem Kernelement (21) und eine Spule (23) beinhaltet.
  9. Elektromagnetisches Mikrosystem nach wenigstens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Herstellung des Mikrosystems oder Teilen davon, insbesondere des Mikroelektromagneten (3, 10, 11, 12, 14, 15, 16, 17, 18), mittels Dünnfilmtechnik erfolgt.
  10. Elektromagnetisches Mikrosystem nach wenigstens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass ein Mikroelektromagnet (3) auf seinem Pol (5) eine Zelle (24) trägt, in die bei Erregung des Mikroelektromagneten (3) die Mikro- oder Nanoperlen (1) eindringen können.
  11. Elektromagnetisches Mikrosystem nach wenigstens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass ein Katheter (25) vorgesehen ist, der in einem zum Eintauchen in eine Flüssigkeit (2) vorgesehenen Bereich einen Mikroelektromagneten (3) aufweist.
  12. Verfahren zum Einbringen magnetischer Mikro- oder Nanoperlen (1) in eine Flüssigkeit (2) unter Verwendung eines elektromagnetischen Mikrosystems nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass der Mikroelektromagnet (3) des Katheters (25) zunächst erregt ist, an seinem Pol (5) magnetische Mikro- oder Nanoperlen (1) trägt und dann in eine Flüssigkeit (2) eingeführt wird, in welcher die magnetischen Mikro- oder Nanoperlen (1) bei Beendigung der Erregung freigesetzt werden.
  13. Verfahren zum Entnehmen magnetischer Mikro- oder Nanoperlen (1) aus einer Flüssigkeit (2) unter Verwendung eines elektromagnetischen Mikrosystems nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass der Mikroelektromagnet (3) des Katheters (25) in eine Flüssigkeit (2) eingeführt wird, in welcher sich die magnetischen Mikro- oder Nanoperlen (1) befinden, der Mikroelektromagnet (3) die magnetischen Mikro- oder Nanoperlen (1) an seinem Pol (5) sammelt und bei Verlassen der Flüssigkeit (2) mit sich führt.
  14. Verfahren nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass der Mikroelektromagnet (3) erst nach Eintauchen in die Flüssigkeit (2) erregt wird.
  15. Verfahren nach wenigstens einem der Ansprüche 12 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass die mit dem Katheter (25) zu manipulierenden Mikro- oder Nanoperlen (1) mit wenigstens einer biomedizinischen Substanz (7) konjugiert sind.
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