DE102023102183A1

DE102023102183A1 - Suspensionsverfahren für magnetische teilchen

Info

Publication number: DE102023102183A1
Application number: DE102023102183.4A
Authority: DE
Inventors: John Barnacle; Eric Beemer; Craig Love; Jamie Bravo; Carl Sims
Original assignee: Idex Health and Science LLC
Current assignee: Idex Health and Science LLC
Priority date: 2022-01-31
Filing date: 2023-01-30
Publication date: 2023-08-03
Also published as: JP2023111898A; US20230241626A1; GB202301237D0; GB2622290A

Abstract

Ein Verfahren zum Suspendieren von Teilchen in einem Gefäß umfasst das Laden von Teilchen, die auf ein Magnetfeld magnetisch reagieren, in eine Kammer, die durch ein Gefäß definiert wird, und optional das Laden eines Fluidvolumens in die Kammer, das Anlegen eines ersten Magnetfelds von einer oder mehreren einer Vielzahl von Positionen entlang eines ersten Wegs, um eine erste magnetische Reaktion zu bewirken, die den Teilchen eine erste Drehgeschwindigkeit verleiht, das Anlegen eines zweiten Magnetfelds von einer oder mehreren einer Vielzahl von Positionen entlang eines zweiten Wegs, um eine zweite magnetische Reaktion zu bewirken, die den Teilchen eine zweite Drehgeschwindigkeit verleiht, wobei die zweite Drehgeschwindigkeit im Allgemeinen der ersten Drehgeschwindigkeit entgegengesetzt ist, und vor oder nach dem Anlegen des zweiten Magnetfelds, Anpassen des ersten Magnetfelds, um die erste magnetische Reaktion in den Teilchen zu verändern.

Description

Gebiet der Erfindung
Die vorliegende Erfindung betrifft im Allgemeinen Reaktions- und Trennverfahren und genauer Verfahren, in denen magnetische Teilchen verwendet werden, um Zielmoleküle aus einem Gemisch zu präparieren, zu trennen, chemisch zu modifizieren, zu konzentrieren oder anderweitig zu isolieren.
Hintergrund der Erfindung
Magnetische Teilchen im Submikrometer-Bereich wurden anfänglich für bestimmte spezifische chemische Anwendungen entwickelt, haben aber in jüngerer Zeit als Agglomerationen Verwendung gefunden, die Teilchen in Mikrometergröße mit verschiedenen chemischen Modifikationen der Oberfläche bilden. Diese Teilchen werden manchmal als Magnetic Beads oder einfach „Beads“ bezeichnet. Die Teilchen können monodispers sein und können ausgewählte funktionalisierte Oberflächenmodifikationen aufweisen, um Zielmoleküle oder Biomoleküle aus komplexen Gemischen selektiv zu isolieren.
Fortschritte in den Anwendungen von magnetischen Teilchen, Oberflächenchemie, Porosität, Teilchengrößenverteilung und dergleichen hängen mit der Entwicklung von verschiedenen chromatographischen Medien zusammen. Manche magnetischen Teilchen wurden für biologische Anwendungen mit Oberflächenmodifikationen entwickelt, um Antikörper-Antigen-Typen eines Einfangens von Zielmolekülen aus Gemischen durchzuführen, die ein schonendes Aufnehmen von Analyten aus hochkomplexen biologischen Gemischen erfordern, gefolgt von selektiver Freigabe. Viele biologische Tests wurden unter Verwendung von spezifischen Oberflächenmodifikationen an magnetischen Teilchen entwickelt, um eine Probe zur Verwendung oder weiteren Analyse zu extrahieren, zu reinigen, zu konzentrieren oder anderweitig zu präparieren. Magnetische Teilchen wurden außerdem verwendet, um biologisch wichtige Moleküle aus Zellkulturen in einer Produktionsumgebung aufzunehmen.
Magnetische Teilchen wurden in Bioreaktorsystemen zur Aufnahme von synthetischen Zielbiomolekülen und deren Trennung von dem Reaktormedium verwendet. In einem beispielhaften System, das im US-Patent Nr. 10,940,485 beschrieben wird, werden magnetische Teilchen mit angebundenen Zielmolekülen an ein separates Gefäß übergeben, in dem die magnetischen Teilchen und Zielmoleküle unter Verwendung von positionierbaren Magneten ortsfest gehalten werden. Wie im Stand der Technik bekannt ist, können Magnete in unmittelbarer Nähe zu einem Gefäß angebracht werden, das magnetische Teilchen und gebundene Zielmoleküle in einem Medium enthält, um die magnetischen Teilchen und gebundenen Zielmoleküle in Position zu halten, während das Medium aus dem Gefäß entfernt wird. Anschließend an das Entfernen des Mediums können Waschzyklen eingesetzt werden, um restliches Medium aus den Teilchen und gebundenen Zielmolekülen zu entfernen. Das Anlegen von Magneten wird typischerweise während den Waschzyklen entfernt, sodass die magnetischen Teilchen und gebundenen Zielmoleküle vollständig mit den Waschreagenzien interagieren können. Danach kann eine Transferlösung in das Gefäß eingeführt werden, um die Zielmoleküle von dem magnetischen Teilchen freizugeben. Das erneute Anlegen eines Magnetfelds an die Kammer nach dem Einführen der Transferlösung trennt die magnetischen Teilchen physisch von den Zielmolekülen, wodurch das Entfernen der Zielmoleküle mit der Transferlösung zugelassen wird.
Magnetfelder können in Verbindung mit magnetischen Teilchen zur Massenaufnahme und -freigabe von Zielverbindungen mit Affinität für die magnetischen Teilchen oder mindestens einer Oberfläche davon angelegt werden. Permanentmagnete sind eine häufige Quelle für ein zu diesem Zweck geeignetes Magnetfeld. Die Permanentmagnete können an einer beweglichen Vorrichtung befestigt sein, die gesteuert wird, um das zugehörige Magnetfeld in Bezug auf die magnetischen Teilchen in einem benachbarten Gefäß selektiv anzulegen und zu entfernen. Genauer gesagt wird der Permanentmagnet durch die bewegliche Vorrichtung in eine Position bewegt, in der das Magnetfeld mit den magnetischen Teilchen in einem Gefäß interagiert, um die magnetischen Teilchen an einer Behälterwand zu halten, während Fluide in das Gefäß eingeführt und/oder daraus entfernt werden.
Manche herkömmlichen Systeme setzen mechanische oder fluidische Mischmechanismen ein, um die magnetischen Teilchen in dem entsprechenden Fluidmedium zu suspendieren, wenn das Magnetfeld nicht angelegt ist. Die magnetischen Teilchen können eine gleichmäßige oder ungleichmäßige Dichte haben und, in manchen Fällen, sich der Dichte des Fluidmediums annähern, in dem die magnetischen Teilchen suspendiert sind. Mechanische Mischer, wie z. B. ein Impeller oder ein sich drehendes Gefäß werden in der US-Anmeldung mit der Veröffentlichungsnr. 2020/0030816 und in der US-Anmeldung mit der Veröffentlichungsnr. 2019/0022665 beschrieben. Es kann wichtig sein, eine gleichmäßige Dispersion in den magnetischen Teilchen im Fluidmedium zu erreichen, insbesondere, wo möglicherweise Proben-Aliquoten aus der Teilchenlösung entnommen werden. Obwohl herkömmliche Mischmechanismen die magnetischen Teilchen im Fluidmedium angemessen dispergieren, sind manche Reaktorumgebungen damit nicht kompatibel. Zum Beispiel sind Mechanismen, die auf Bewegung des Gefäßes angewiesen sind, um ein Mischen der magnetischen Teilchen zu erreichen, mit Anwendungen inkompatibel, in denen das Gefäß feststehend sein muss, oder in denen verbundene Vorrichtungen für das Gefäß nicht gedreht oder anderweitig bewegt werden können. Herkömmliche Systeme stellen außerdem keine Möglichkeit bereit, die Mischgeschwindigkeiten relativ zu Unterschieden in der Dichte und Viskosität von Teilchen:Fluidmedium zu modifizieren. Des Weiteren stellen herkömmliche Systeme keine Möglichkeit bereit, die Geschwindigkeit des Magnetfelds relativ zu den magnetischen Teilchen zu verändern. Herkömmliche Systeme sind in ihrer Fähigkeit eingeschränkt, Veränderungen in Teilchen- und/oder Lösungsvariationen auszugleichen, was die Optimierung von Teilchenmanipulation in sich verändernden Lösungsmittelzusammensetzungen einschränkt.
Zusammenfassung der Erfindung
Durch die vorliegende Erfindung kann ein veränderbares Magnetfeld steuerbar an ein Kontaktsystem für magnetische Teilchen angelegt werden, um eine erwünschte Bewegung und Nichtbewegung der magnetischen Teilchen zu bewirken. Insbesondere kann das Magnetfeld selbst relativ zu einem feststehenden Gefäß, das die magnetischen Teilchen enthält, auf eine Weise bewegt werden, die eine magnetische Reaktion in den magnetischen Teilchen bewirkt. Die kontrollierte Bewegung des Magnetfelds durch die teilchenhaltige Kammer des Gefäßes veranlasst eine kontrollierte Bewegung oder Nichtbewegung der magnetischen Teilchen.
Ein Suspensionssystem für magnetische Teilchen beinhaltet ein Gefäß, das eine Kammer und eine Öffnung zu der Kammer definiert, Teilchen, die auf ein Magnetfeld magnetisch ansprechen, und eine Suspensionsvorrichtung zum steuerbaren Bewegen des Magnetfelds durch die Kammer, um dadurch die Teilchen magnetisch zu steuern, wenn die Teilchen in der Kammer angeordnet sind. Die Suspensionsvorrichtung beinhaltet einen Motor, einen Arm, der an den Motor gekoppelt ist, und einen Magneten, der an den Arm gekoppelt ist, wobei der Motor den Arm drehbar um eine Antriebsachse antreibt, sodass sich der Magnet entlang eines achsumlaufenden Wegs um die Antriebsachse bewegt.
Das Magnetfeld, das durch den Magneten erzeugt wird, kann bevorzugt eine magnetische Reaktion in den magnetischen Teilchen bewirken, wenn es in einem Eingriffsabschnitt des achsumlaufenden Wegs ist. Die magnetische Reaktion kann Anziehung sein, um eine Bewegung der Teilchen auszulösen. Die magnetische Reaktion kann bevorzugt die Teilchen zu einer oder gegen eine Wand in der Kammer, oder die diese definiert, ziehen.
Der Eingriffsabschnitt des achsumlaufenden Wegs kann in ausreichender Nähe zu der Kammer des Gefäßes für das Magnetfeld sein, das durch den Magneten erzeugt wird, um die magnetische Reaktion in den Teilchen zu bewirken. Zusätzlich bewirkt das Magnetfeld, das durch den Magneten erzeugt wird, nicht die magnetische Reaktion in den Teilchen, wenn es in einem Nichteingriffsabschnitt des achsumlaufenden Wegs ist.
Die Suspensionsvorrichtung kann eine Vielzahl von Armen, die an den Motor gekoppelt sind, und mindestens einen Magneten beinhalten, der an jeden der Arme gekoppelt ist. Erste und zweite der Arme können sich radial gegenüberliegend von der Antriebsachse erstrecken. Die Magneten können um die Antriebsachse entlang entsprechender achsumlaufender Wege angetrieben werden, wobei ein erstes Magnetfeld, das durch einen ersten der Magneten erzeugt wird, eine magnetische Reaktion in den Teilchen bewirken kann, wenn es im Eingriffsabschnitt des entsprechenden achsumlaufenden Wegs ist, und ein zweites Magnetfeld, das durch einen zweiten der Magneten erzeugt wird, eine magnetische Reaktion in den Teilchen bewirken kann, wenn es in einem Eingriffsabschnitt des entsprechenden achsumlaufenden Wegs ist. Die magnetische Reaktion kann Anziehung sein, um eine Bewegung der Teilchen auszulösen. Die magnetische Reaktion kann die Teilchen zu einer oder gegen eine Wand in der Kammer, oder die diese definiert, ziehen. Das erste und zweite Magnetfeld können sich nicht überlagern und der erste achsumlaufende Weg kann benachbart zu einer ersten Seite des Gefäßes sein und der zweite achsumlaufende Weg kann benachbart zu einer zweiten Seite des Gefäßes, gegenüber der ersten Seite, sein.
Der Motor kann ein drehzahlgeregelter Motor sein, der steuerbar ist, um ein Antriebselement inkremental um die Antriebsachse zu drehen. Der Arm kann an das Antriebselement gekoppelt sein. Bevorzugt ist der Motor ein Schrittmotor, wobei eine inkrementale Drehung des Antriebselements um die Antriebsachse ein Grad beträgt.
Ein Verfahren zum Suspendieren von Teilchen in einem Gefäß beinhaltet das Laden von Teilchen, die auf ein Magnetfeld ansprechen, in eine Kammer, die durch ein Gefäß definiert ist, und optional das Laden eines Fluidvolumens in die Kammer. Ein erstes Magnetfeld wird angelegt, um eine magnetische Reaktion in den Teilchen zu bewirken, und ein zweites Magnetfeld wird angelegt, um eine magnetische Reaktion in den Teilchen zu bewirken. Vor oder nach dem Anlegen des zweiten Magnetfelds kann das erste Magnetfeld angepasst werden, um die erste magnetische Reaktion in den Teilchen zu verändern.
In manchen Ausführungsformen wird das erste Magnetfeld entfernt, bevor das zweite Magnetfeld angelegt wird. Die erste magnetische Reaktion kann anders als die zweite magnetische Reaktion sein.
Das erste Magnetfeld kann von einer ersten Seite des Gefäßes angelegt werden und das zweite Magnetfeld kann von einer zweiten Seite des Gefäßes angelegt werden. In manchen Ausführungsformen liegt die erste Seite des Gefäßes gegenüber der zweiten Seite des Gefäßes.
Die erste und zweite magnetische Reaktion beinhalten typischerweise Anziehung. In manchen Ausführungsformen ziehen die erste und zweite magnetische Reaktion jeweils die Teilchen zu einer oder gegen eine entsprechende Wand, die in der Kammer liegt oder die diese definiert. Mindestens ein Teil des Fluidvolumens kann aus der Kammer entfernt werden, während mindestens eines des ersten und zweiten Magnetfelds an die Teilchen angelegt wird. Ein zweites Fluidvolumen kann in die Kammer gefüllt werden, während mindestens eines des ersten und zweiten Magnetfelds an die Teilchen angelegt wird.
Das erste und zweite Magnetfeld kann auf eine Weise angelegt werden, um die Teilchen in dem Fluidvolumen zu verteilen und zu suspendieren. In manchen Ausführungsformen können die Teilchen im Wesentlichen gleichmäßig in dem Fluidvolumen verteilt und suspendiert sein.
Das Suspensionssystem für magnetische Teilchen umfasst Folgendes:

ein Gefäß, das eine Kammer und eine Öffnung zu der Kammer definiert;
Teilchen, die auf ein Magnetfeld magnetisch reagieren; und
eine Suspensionsvorrichtung zum bogenförmigen steuerbaren Bewegen des Magnetfelds durch die Kammer, um dadurch die Teilchen magnetisch zu steuern, wenn die Teilchen in der Kammer angeordnet sind, wobei die Suspensionsvorrichtung einen Motor, einen Arm, der an den Motor gekoppelt ist, und einen Magneten, der an den Arm gekoppelt ist, beinhaltet, wobei der Motor den Arm drehbar um eine Antriebsachse antreibt, sodass sich der Magnet entlang eines achsumlaufenden Wegs um die Antriebsachse bewegt.

Bevorzugt bewirkt das Magnetfeld, das durch den Magneten erzeugt wird, eine magnetische Reaktion in den Teilchen, wenn es in einem Eingriffsabschnitt des achsumlaufenden Wegs ist.
Bevorzugt ist die magnetische Reaktion Anziehung, um eine Bewegung der Teilchen auszulösen.
Bevorzugt zieht die magnetische Reaktion die Teilchen zu einer oder gegen eine Wand, die in der Kammer liegt oder die diese definiert.
Bevorzugt ist der Magnet ein Permanentmagnet mit einer Feldstärke von weniger als 1000 Tesla/m.
Bevorzugt befindet sich der Eingriffsabschnitt des achsumlaufenden Wegs in ausreichender Nähe zu der Kammer des Gefäßes für das Magnetfeld, das durch den Magneten erzeugt wird, um die magnetische Reaktion in den Teilchen zu bewirken.
Bevorzugt bewirkt das Magnetfeld, das durch den Magneten erzeugt wird, nicht die magnetische Reaktion in den Teilchen, wenn es in einem Nichteingriffsabschnitt des achsumlaufenden Wegs ist.
Bevorzugt beinhaltet die Suspensionsvorrichtung eine Vielzahl von Armen, die an den Motor gekoppelt sind, und mindestens einen Magneten, der an jeden der Arme gekoppelt ist.
Bevorzugt erstrecken sich erste und zweite der Arme radial gegenüberliegend von der Antriebsachse.
Bevorzugt können die Magneten um die Antriebsachse entlang entsprechender achsumlaufender Wege angetrieben werden, wobei ein erstes Magnetfeld, das durch einen ersten der Magneten erzeugt wird, eine magnetische Reaktion in den Teilchen bewirkt, wenn es im Eingriffsabschnitt des entsprechenden achsumlaufenden Wegs ist, und ein zweites Magnetfeld, das durch einen zweiten der Magneten erzeugt wird, eine magnetische Reaktion in den Teilchen bewirkt, wenn es in einem Eingriffsabschnitt des entsprechenden achsumlaufenden Wegs ist.
Bevorzugt ist die magnetische Reaktion Anziehung, um eine Bewegung der Teilchen auszulösen.
Bevorzugt treibt die magnetische Reaktion die Teilchen zu einer oder gegen eine Wand, die in der Kammer liegt oder die diese definiert.
Bevorzugt überlagern sich das erste und zweite Magnetfeld nicht.
Bevorzugt ist der erste achsumlaufende Weg benachbart zu einer ersten Seite des Gefäßes und der zweite achsumlaufende Weg benachbart zu einer zweiten Seite des Gefäßes, gegenüber der ersten Seite.
Bevorzugt ist der Motor ein drehzahlgeregelter Umkehrmotor, der gesteuert werden kann, um ein Antriebselement inkremental um die Antriebsachse zu drehen, wo der Arm an das Antriebselement gekoppelt ist.
Bevorzugt ist der Motor ein Schrittmotor.
Bevorzugt beträgt die inkrementale Drehung des Antriebselements um die Antriebsachse ein Grad.
Bevorzugt beinhaltet die Kammer einen kreisförmigen, konischen Bereich, wobei die Kammer an dem kreisförmigen, konischen Bereich ausrichtbar ist, der sich entlang einer Richtung gravitativ nach unten verengt.
Bevorzugt sind die Teilchen in dem kreisförmigen, konischen Bereich der Kammer positionierbar, während sie eine magnetische Reaktion auf den Magneten aufweisen.
In einer anderen Alternative umfasst ein Suspensionssystem für magnetische Teilchen Folgendes:

ein Gefäß, das eine Kammer und eine Öffnung zu der Kammer definiert;
Teilchen, die auf ein Magnetfeld magnetisch reagieren, wenn das Magnetfeld aus einer Eingriffszone emittiert wird; und
eine Suspensionsvorrichtung zum gesteuerten Bewegen des Magnetfelds durch die Kammer, um dadurch die Teilchen magnetisch zu steuern, wenn die Teilchen in der Kammer angeordnet sind, wobei die Suspensionsvorrichtung einen Motor, ein Fahrgestell, das durch den Motor beweglich angetrieben wird, einen Magneten, der durch das Fahrgestell für Bewegung durch die Eingriffszone gestützt wird, und eine Steuerung zum Steuern des Motors, um eine Antriebsgeschwindigkeit des Fahrgestells anzupassen, um dementsprechend eine magnetische Reaktion in den Teilchen anzupassen, wobei die Steuerung programmiert ist, um als einen Eingangsparameter eines oder mehrere aus Teilchengröße, Teilchengrößenverteilung, Teilchendichte, hydrodynamischer Teilchengröße, hydrodynamischer Teilchengrößenverteilung, Fluididentität und Fluidviskosität zu empfangen und um den Eingangsparameter auf einen Steueralgorithmus anzuwenden, um ein Steuersignal zu erzeugen, das den Motor betreibt, um die Antriebsgeschwindigkeit anzupassen, um einen berechneten Antriebsparameter von mindestens einem aus einer Magnetfeldgeschwindigkeit durch die Eingriffszone, Magnetfelddauer in der Eingriffszone und Magnetfeldorientierung in der Eingriffszone zu erfüllen.

Bevorzugt bestimmt der berechnete Antriebsparameter eine aus mindestens zwei Magnetfeldorientierungen.
Bevorzugt definieren die mindestens zwei Magnetfeldorientierungen den Magnetfeldursprung von mindestens zwei unterschiedlichen Stellen in Bezug auf das Gefäß.
Bevorzugt beinhalten die Stellen gegenüberliegende Seiten des Gefäßes.
Bevorzugt kann die Antriebsgeschwindigkeit auf null angepasst werden.
In einer anderen Alternative umfasst ein Suspensionssystem für magnetische Teilchen Folgendes:

ein Gefäß, das eine Kammer und eine Öffnung zu der Kammer definiert;
Teilchen, die auf ein Magnetfeld magnetisch reagieren; und
eine Suspensionsvorrichtung zum gesteuerten Bewegen des Magnetfelds entlang eines Wegs mit einem Eingriffsabschnitt, in dem das Magnetfeld eine magnetische Reaktion in den Teilchen bewirkt, die in der Kammer angeordnet sind, wobei die Suspensionsvorrichtung einen Motor, ein Fahrgestell, das durch den Motor beweglich angetrieben wird, einen Magneten, der durch das Fahrgestell für Bewegung entlang des Wegs gestützt wird, eine Motorsteuerung, um eine Bewegung des Fahrgestells und des gestützten Magneten zu steuern, und einen Sensor zum Bestimmen einer Position des Magnetfelds entlang des Wegs beinhaltet, wobei der Sensor mit der Steuerung kommunikativ gekoppelt ist, und wobei ein erstes Signal von dem Sensor der Steuerung eine erste Position des Magnetfelds angibt, das in dem Eingriffsabschnitt des Wegs ist.

Bevorzugt beinhaltet der Weg einen Nichteingriffsabschnitt, in dem das Magnetfeld eine magnetische Reaktion in den Teilchen, die in der Kammer angeordnet sind, nicht bewirkt.
Ein weiteres Verfahren zum Suspendieren von magnetisch ansprechenden Teilchen in einem Fluid, das in einer Kammer mit einer Öffnung angeordnet ist, die mit einer Quelle für das Fluid durch einen Fluidkanal fluidisch verbunden ist, umfasst Folgendes:

(a) Ausrichten der Kammer, sodass die Öffnung gravitativ unter dem Fluid und den Teilchen in der Kammer ist;
(b) Einsetzen eines Gasblasenventils, um die Kammer von dem Fluidkanal selektiv fluidisch zu trennen, wobei das Gasblasenventil eine Blase, die Gas enthält, umfasst;
(c) Bereitstellen eines ersten beweglichen Magnetfelds, auf das die Teilchen magnetisch reagieren; und
(d) selektives Bewegen des ersten beweglichen Magnetfelds durch die Kammer, um eine magnetische Reaktion in den Teilchen zu bewirken.

Bevorzugt beinhaltet das Verfahren das Positionieren der Blase an der Öffnung.
Bevorzugt füllt die Blase die Öffnung.
Bevorzugt beinhaltet das Verfahren das Entfernen des Gasblasenventils, um die Kammer mit dem Fluidkanal selektiv fluidisch zu verbinden.
Bevorzugt beinhaltet das Verfahren das Füllen der Kammer mit einem Fluidvolumen durch die Öffnung, während die Gasblase entfernt ist.
Bevorzugt beinhaltet das Verfahren das erneute Einsetzen des Gasblasenventils nach dem Füllen der Kammer mit dem Fluidvolumen.
Bevorzugt enthält die Blase Luft.
Figurenliste

1 ist eine schematische Darstellung eines Suspensionssystems für magnetische Teilchen, das in der vorliegenden Erfindung verwendet wird.
2A ist eine schematische Darstellung des Suspensionssystems für magnetische Teilchen aus 1.
2B ist eine schematische Darstellung des Suspensionssystems für magnetische Teilchen aus 1.
3A ist eine Darstellung eines Gefäßabschnitts eines Suspensionssystems für magnetische Teilchen der vorliegenden Erfindung.
3B ist ein Querschnittsansicht von 3A, aufgenommen entlang der Schnittlinie 3B-3B.
4A ist eine Randansicht eines Magnetabschnitts eines Suspensionssystems für magnetische Teilchen, das in der vorliegenden Erfindung verwendet wird.
4B ist eine Darstellung einer Magnetfeldverteilung des Magnetabschnitts, der in 4A dargestellt ist.
4C ist eine Darstellung eines Magnetfeldgradienten des Magnetabschnitts, der in 4A dargestellt ist.
5 ist eine schematische Darstellung eines Suspensionssystems für magnetische Teilchen der vorliegenden Erfindung.
6A ist eine schematische Darstellung einer Querschnitts-Draufsicht eines Suspensionssystems für magnetische Teilchen, das in der vorliegenden Erfindung verwendet wird, aufgenommen entlang der Schnittlinie 6A-6A in 6B.
6B ist eine schematische Darstellung einer Seitenansicht eines Suspensionssystems für magnetische Teilchen, das in der vorliegenden Erfindung verwendet wird.
7A ist eine schematische Darstellung einer Querschnitts-Draufsicht eines Suspensionssystems für magnetische Teilchen, das in der vorliegenden Erfindung verwendet wird, aufgenommen entlang der Schnittlinie 7A-7A.
7B ist eine schematische Darstellung einer Seitenansicht eines Suspensionssystems für magnetische Teilchen, das in der vorliegenden Erfindung verwendet wird.
8A ist eine schematische Darstellung einer Querschnitts-Draufsicht eines Suspensionssystems für magnetische Teilchen, das in der vorliegenden Erfindung verwendet wird, aufgenommen entlang der Schnittlinie 8A-8A.
8B ist eine schematische Darstellung einer Seitenansicht eines Suspensionssystems für magnetische Teilchen, das in der vorliegenden Erfindung verwendet wird.
9 ist Übersichts-Flussdiagramm einer beispielhaften Anwendung eines Suspensionssystems für magnetische Teilchen, das in der vorliegenden Erfindung verwendet wird.
10 ist ein Flussdiagramm eines Teils der beispielhaften Anwendung, die in 9 beschrieben wird.
11 ist ein Flussdiagramm eines Teils der beispielhaften Anwendung, die in 9 beschrieben wird.
12 ist ein Flussdiagramm eines Teils der beispielhaften Anwendung, die in 9 beschrieben wird.
13 ist eine schematische Darstellung eines Suspensionssystems für magnetische Teilchen, das in der vorliegenden Erfindung verwendet wird.
14 ist ein Diagramm, das chromatographische Daten überlagert, die von der Aufnahme und Freigabe von Glykan aus Magnetic Beads unter Verwendung eines magnetischen Mischprozesses im Vergleich zu einem manuellen Wirbelverfahren erhalten werden.

Ausführliche Beschreibung der Erfindung
Die Aufgaben und Merkmale, die oben aufgezählt werden, zusammen mit anderen Aufgaben, Merkmalen und Fortschritten, die durch die vorliegende Erfindung dargestellt werden, werden nun in Form von ausführlichen Ausführungsformen, die mit Bezug auf die angehängten Zeichnungsfiguren beschrieben werden, dargelegt. Es wird anerkannt, dass sich andere Aspekte der Erfindung im Verständnis von Fachleuten befinden.
1 ist eine schematische Darstellung eines Suspensionssystems für magnetische Teilchen 10, das verwendet werden kann, um magnetische Teilchen in einem Gefäß magnetisch zu manipulieren, um Zielmoleküle aus einem Gemisch zu präparieren, zu trennen, chemisch zu modifizieren, zu konzentrieren oder anderweitig zu isolieren. Das Suspensionssystem 10 beinhaltet ein Gefäß 12, das eine Kammer 14 und eine Öffnung 16 zu der Kammer definiert. Das Gefäß 12 ist konfiguriert, um in der Kammer 14 ein Fluid 20 und Teilchen 22 aufzunehmen, die auf ein Magnetfeld magnetisch ansprechen. Das Fluid 20 kann ein oder mehrere Flüssigkeiten, Gase, gelöste Stoffe, Lösungsmittel, Dispersionen, Suspensionen, feste Teilchen, Gele und dergleichen umfassen. Die Teilchen 22 können in oder von dem Fluid 20 selektiv dispergiert, suspendiert, gemischt oder getrennt werden, wie hierin unten ausführlicher beschrieben wird.
Das Suspensionssystem 10 beinhaltet ferner eine Suspensionsvorrichtung 30 zum steuerbaren Bewegen eines Magnetfelds durch die Kammer 14, um dadurch Teilchen 22 in der Kammer 14 zu steuern. Die Suspensionsvorrichtung 30 beinhaltet einen Motor 32, ein angetriebenes Element 33, Arme 34a, 34b, die an das angetriebene Element 33 gekoppelt sind, und einen Magneten 36a, 36b, der an einen entsprechenden Arm 34a, 34b gekoppelt ist. Der Motor 32 treibt bevorzugt das angetriebene Element 33 um eine Antriebsachse 38 an, sodass der Arm 34a, 34b entsprechend um die Antriebsachse 38 angetrieben wird. Wie in 2A und 2B schematisch dargestellt, können Magneten 36a, 36b durch den Motor 32 entlang eines achsumlaufenden Wegs 40, jeweils achsumlaufende Wege 40a, 40b, angetrieben werden, wovon sich ein Abschnitt in unmittelbarer Nähe zum Gefäß 12 befindet.
Eine Fluidpumpe 50 ist mit der Kammer 14 durch Öffnung 16 durch einen Fluidkanal 52 fluidisch verbunden. In manchen Ausführungsformen kann der Fluidkanal 52 ein flexibler Schlauch sein, der aus einem Polymer oder einem anderen Material hergestellt ist, das inert gegenüber dem Fluid 20 ist. Die Pumpe 50 kann angepasst sein, um die Kammer 14 durch die Öffnung 16 und in Verbindung mit einem Behälter 54, 56 selektiv zu füllen. Die Öffnung 16 der Kammer 14 kann selektiv mit einer Gasblase 21 gefüllt sein, um zu verhindern, das Fluid aus der Kammer 14 abfließt, und um das Fluid 20 in der Kammer 14 von dem Fluid im Fluidkanal 52 zu trennen. In manchen Ausführungsformen können Behälter Waschfluide, Eluenten, Reagenzien, Übertragungsfluide, Speicherfluide, magnetische Teilchen, Zielmoleküle, Abfall und dergleichen lagern. Eine Steuerung 58 ist bevorzugt kommunikativ mit Fluidpumpe 50 und Motor 30 zum automatischen Steuern dessen Betriebs verknüpft und kann zusätzlich kommunikativ mit einem oder mehreren Sensoren zum Empfangen von Signalen verknüpft sein, die verschiedene Zustände des Suspensionssystems 10 angeben.
Teilchen
Wie hier beschrieben, können magnetisch reagierende Teilchen in einer Vielzahl von Anwendungen verwendet werden, wie z. B. Reaktionen, Reinigungen, Trennungen, Austauschen, Isolationen und dergleichen. Typischerweise werden die magnetisch reagierenden Teilchen verwendet, um Zielsubstanzen permanent oder temporär zu binden. Der Bindungsmechanismus kann kovalent, nicht-kovalent, elektrostatisch, Wasserstoff, Van-der-Waals oder andere geeignete Kräfte beinhalten. Verschiedene magnetisch reagierende Teilchen, Teilchenformen, Teilchengrößen, Teilchengrößenverteilungen, Agglomerationen und Teilchenoberflächenbehandlungen können verwendet werden, um den erwünschten Prozess durchzuführen. Für diese Zwecke ist ein Teilchen, das auf ein Magnetfeld magnetisch reagiert, oder ein magnetisch reagierendes Teilchen ein Teilchen oder eine Agglomeration oder ein Cluster von Teilchen, die magnetische Eigenschaften besitzen oder in Anwesenheit eines Magnetfelds magnetisiert werden können. Solche Teilchen können auch als „Magnetic Beads“ oder „superparamagnetische Teilchen“ bezeichnet werden. Der Begriff „magnetisch“ soll jedes Element beinhalten, das magnetisch, paramagnetisch oder ferromagnetisch ist.
Beispielhafte Teilchen, die im Suspensionssystem für magnetische Teilchen der vorliegenden Erfindung geeignet sind, beinhalten Eisenoxide, wie z. B. Magnetit (Fe₃O₄), die magnetisches Verhalten nur in Anwesenheit eines externen Magnetfelds aufweisen. Diese Eigenschaft hängt von der geringen Größe der Teilchen ab und ermöglicht, dass die Beads in Suspension getrennt werden, zusammen mit allem, an das sie gebunden sind. Solche Teilchen ziehen einander außerhalb eines Magnetfelds typischerweise nicht an, sie können also ohne Sorge um ungewolltes Verklumpen verwendet werden. Typen von Teilchen beinhalten Carboxylat-modifizierte Magnetic Beads, Amin-blockierte Magnetic Beads, Oligo(dT)-beschichtete Magnetic Beads, Streptavidin-beschichtete Magnetic Beads, Streptavidinblockierte Magnetic Beads, Protein A/G Magnetic Beads, Siliziumdioxid-beschichtete Magnetic Beads und Magsepharose.
Die magnetisch reagierenden Teilchen können in ihrer Größe, Form und Dichte variieren. Wie hier unten ausführlicher beschrieben wird, ist das System 10 bevorzugt angepasst, um verschiedene magnetisch reagierende Teilchen und Teilchenmischungen aufzunehmen, zusammen mit verschiedenen Suspensionsfluid-Dichten und -Viskositäten, um erwünschte Dispersionen der Teilchen in dem Suspensionsfluid zu erreichen. Insbesondere können die magnetisch reagierenden Teilchen eine Dichte haben, die größer, kleiner oder im Wesentlichen gleich wie beim Suspensionsfluid ist, sowie verschiedene hydrodynamische Durchmesser, und das Suspensionsfluid kann aufgrund seiner chemischen Eigenschaften statt seiner physischen Eigenschaften ausgewählt werden, wodurch erforderlich ist, dass das System 10 eine Drehgeschwindigkeit für das angetriebene Element 33 anpasst, um die magnetisch angetriebene Bewegung der magnetisch reagierenden Teilchen in der Kammer 14 zu bewirken. Die magnetisch reagierenden Teilchen können typischerweise eine Größe im Bereich von 1 nm bis 5 µm, bevorzugt von 1 nm bis 3 µm und bevorzugter von 1 nm bis 100 nm aufweisen. Nicht-sphärische, magnetisch reagierenden Teilchen können einen hydrodynamischen Durchmesser von 1 nm bis 5 µm, bevorzugt von 1 nm bis 3 µm und bevorzugter von 1 nm bis 100 nm aufweisen. Die magnetisch reagierenden Teilchen können in ihrer Form sphärisch, nicht-sphärisch, stabförmig, plattenförmig, symmetrisch oder asymmetrisch sein.
Gefäß
Ein beispielhaftes Gefäß 12, das für das Suspensionssystem für magnetische Teilchen 10 geeignet ist, ist in 3 veranschaulicht. Das Gefäß 12 ist in der veranschaulichten Ausführungsform ein konisches Mikrozentrifugenröhrchen, wie z. B. die, die zum Beispiel von ThermoFisher Scientific im Handel erhältlich sind, das modifiziert ist, um eine Öffnung 16 für das Einführen und Entfernen von Materialien zu und von der Kammer 14 durch den Fluidkanal 52 zu beinhalten. Das Gefäß 12 beinhaltet eine Außenwand 15, die die Kammer 14 definiert. Die Außenwand 15 hat einen zylindrischen Bereich 60 und einen kreisförmigen, konischen Bereich 62, der sich vom zylindrischen Bereich 60 zur Öffnung 16 verengt. Der zylindrische Bereich 60 der Außenwand 15 endet in einer zweiten Öffnung, die lösbar mit einer Kappe 64 verschlossen werden kann. In manchen Ausführungsformen ist das Gefäß 12 aus einem oder mehreren Polymeren hergestellt, die bevorzugt inert gegenüber den Fluiden sind, die in die Kammer 14 gefüllt werden. Beispielhafte Polymere, die geeignet für die Herstellung des Gefäßes 12 sind, beinhalten Polypropylen (PP) und Polyethylenterephthalat (PET). Jedoch kann das Gefäß 12 aus einem oder mehreren einer Vielzahl von geeigneten Materialien für den Verwendungszweck des Systems 10 hergestellt sein. Das Gefäß 12 kann ein Fassungsvermögen haben, das für den Verwendungszweck geeignet ist. In manchen Ausführungsformen kann das Gefäß 12 ein Fassungsvermögen in Kammer 14 von zwischen 1-2 ml haben.
Der Anmelder hat herausgefunden, dass die Form der Kammer 14 sowie ihre Betriebsausrichtung relativ zur Schwerkraft die erwünschte magnetischen Interaktion zwischen Teilchen 22 und Magnet 36a, 36b unterstützen können. Wie in 3 gezeigt, kann eine Mittelachse 66 der Kammer 14, die sich durch die Öffnung 16 und die obere Öffnung erstreckt, bevorzugt entlang einer Gravitationsvektorrichtung „G“ ausgerichtet sein. Auf diese Weise werden Gravitationskräfte Teilchen 22 zu einem Abschnitt der Kammer 14 drängen, der durch den konischen Bereich 62 der Außenwand 15 definiert ist. Bewegliche magnetische Gradienten des Magneten 36a, 36b, wenn er entlang des achsumlaufenden Wegs 40 angetrieben wird, verursachen, dass sich Teilchen 22, die an diesem Bereich der Kammer 14 angeordnet sind, in einem wirbelnden Muster bewegen, das randomisiert, wenn der Magnet 36a, 36b den Teilchen 22 sequentiell entsprechende Magnetfelder zuteilt. Eine solche Bewegung verbessert die Dispersion von Teilchen 22 in Fluid 20 gegenüber herkömmlichen Systemen stark und führt zu einheitlicheren gleichmäßigen Teilchensuspensionen.
In manchen Ausführungsformen hat die Kammer 14 einen zylindrischen Abschnitt 70 im Zusammenhang mit dem zylindrischen Bereich 60 der Außenwand 15 und einen kreisförmigen, konischen Abschnitt 72 im Zusammenhang mit dem kreisförmigen, konischen Bereich 62 der Außenwand 15. In einer beispielhaften Ausführungsform wurde ein Eppendorf®-Mikrozentrifugenröhrchen mit 1,5 ml von Sigma-Aldrich, modifiziert mit Öffnung 16, um einen Schlauch 52 aufzunehmen, als das Gefäß 12 verwendet. Es wird jedoch erwogen, dass andere Größen und Formen für das Gefäß 12 in der Vorrichtung der vorliegenden Erfindung geeignet sein können. Der zylindrische Abschnitt 70 der Kammer 14 kann einen Durchmesser D₁ (Innendurchmesser von Gefäß 12) und eine Länge L₁ haben, definiert zwischen einem Übergang 68 zwischen dem zylindrischem Bereich 60 und dem konischem Bereich 62 und einem zweiten Ende 69 des Gefäßes 12. Der kreisförmige, konische Abschnitt 72 der Kammer 14 kann einen verengenden Durchmesser von D₁ zu D₂ am ersten Ende 67 des Gefäßes 12 haben.
Magnet
Für diese Zwecke soll der Begriff „Magnet“ ein oder mehrere Magnetfeld-erzeugende Elemente bedeuten. In manchen Ausführungsformen ist jeder der Magnete 36a, 36b ein Permanentmagnet, der konfiguriert ist, um sein eigenes anhaltendes Magnetfeld zu erzeugen. Jeder Magnet kann, in manchen Ausführungsformen, eine Feldstärke von weniger als 1000 Tesla/m und bevorzugter zwischen etwa 0,05 und 150 Tesla/m erzeugen. Der Anmelder hat herausgefunden, dass dieser Bereich der Feldstärke wichtig für die spezifische magnetisch reagierende Bewegung von Teilchen 22 in hier beschriebenem Fluid 20 ist, während er gleichzeitig dazu in der Lage ist, Teilchen 22 gegen eine Innenfläche der Außenwand 15 oder gegen eine Oberfläche einer Innenwand in Kammer 14 zu ziehen.
In einer beispielhaften Ausführungsform kann jeder Magnet 36a, 36b einen Scheibenmagneten des Typs N52 umfassen, der mit 39 Tesla/Meter Randfeldstärke und 1,13 Tesla/m Mittelfeldstärke axial polarisiert ist und einen Durchmesser von 32 mm und eine Dicke von 3 mm hat. Ein Magnetfeld, das durch den beispielhaften Magneten 36a, 36b erzeugt wird, ist in den 4A-4C veranschaulicht, wobei das Randmagnetfeld in 4A veranschaulicht ist, die Flächenfeldverteilung in 4B veranschaulicht ist und der Feldgradient in 4C veranschaulicht ist. Der Anmelder hat bestimmt, dass scheibenförmige Magneten gute Leistungen bringen, um die erwünschte Bewegung von Teilchen 22 in Kammer 14 zu veranlassen. Es wird jedoch erwogen, dass andere Magnetformen als Ersatz für die scheibenförmigen Magneten, die hier beschrieben werden, verwendet werden können, wenn Testdaten eine ähnliche Leistung in der Veranlassung von Bewegung der Teilchen 22 nachweisen. Es wird ferner erwogen, dass Magneten 36a, 36b für erforderliche Magnetfeldstärke, Magnetfeldform und Magnetfeldgröße relativ zur Kammer 14 ausgewählt werden können.
In anderen Ausführungsformen können Magneten 36a, 36b aus einem oder mehreren Elektromagneten hergestellt sein, die konfiguriert sind, um ein Magnetfeld zu erzeugen, wenn sie mit elektrischem Strom versorgt werden. Die Elektromagneten können angepasst sein, um ein Magnetfeld mit variabler Intensität zu erzeugen, das auf eine Eingabe von elektrischem Strom reagiert.
Motor
Der Motor 32 kann ein beliebiger Motor sein, der geeignet ist, um eine Drehbewegung für das angetriebene Element 33 steuerbar zu erzeugen. Der Motor 32 ist bevorzugt ein drehzahlgeregelter Umkehrmotor, der von der Steuerung 58 automatisch gesteuert werden kann. Bevorzugter ist der Motor 32 ein elektrischer Schrittmotor mit einer Positionsgenauigkeit von einem Teil in mindestens 360 pro Umdrehung, bevorzugt einem Teil in mindestens 1000 pro Umdrehung und bevorzugter einem Teil in mindestens 4000 pro Umdrehung. Ein Merkmal eines Schrittmotors, der in der vorliegenden Erfindung nützlich ist, ist, dass er konfiguriert sein kann, um sich in verschiedenen kontrollierten Geschwindigkeiten zu drehen und an jedem beliebigen ausgewählten Punkt in seiner Drehung anzuhalten. Wie in 5 schematisch veranschaulicht, treibt der Motor 32 Arme 34a, 34b an, die entsprechende Magneten 36a, 36b achsumlaufend um die Antriebsachse 38 entlang entsprechenden achsumlaufenden Wegen tragen, schematisch veranschaulicht durch die gestrichelte Linie 40. Wie aus einer beispielhaften Ausführungsform, die in 1 und 2 veranschaulicht ist, verstanden werden sollte, kann sich jedoch jeder Magnet 36a, 36b entlang seines eigenen achsumlaufenden Wegs um die Antriebsachse 38 bewegen. Jeder Strich der gestrichelten Linie 40 kann einen Haltepunkt für den Schrittmotor 32 darstellen. Zum Beispiel kann die Steuerung 58 programmiert sein, um den Motor 32 zu betreiben, um ein angetriebenes Element 33 in 1-Grad-Schritten um die Antriebsachse 38 inkremental zu drehen. Auf diese Weise kann das Magnetfeld, das durch die Magneten 36a, 36b erzeugt wird, selektiv relativ zur Kammer 14 positioniert sein, um die erwünschte Wirkung oder fehlende Wirkung auf Teilchen 22 zu haben.
Die Steuerung 58 kann den Motor 32 in gewünschter Weise betreiben, indem sie auf eine Eingabe reagiert. In manchen Ausführungsformen kann die Eingabe ein Signal von einem Positionssensor beinhalten, der die Position von Magneten 36a, 36b und/oder Armen 34a/34b relativ zur Kammer 14 des Gefäßes 12 angibt. Ein beispielhafter Positionssensor ist ein Drehgeber. Hall-Effekt-Vorrichtungen, die durch das Magnetfeld ausgelöst werden, das durch Magneten 36a, 36b erzeugt wird, können die Position von Magneten 36a, 36b entlang der entsprechenden achsumlaufenden Wege 40a, 40b erfassen. In manchen Ausführungsformen kann eine verstrichene Zeit zwischen Positionssensorsignalen verwendet werden, um eine Drehgeschwindigkeit des Motors 32 und der Magneten 36a, 36b zu berechnen. Die Steuerung 58 kann Schritte eines Schrittmotors 32 nachverfolgen, um die Magnetposition relativ zu einer erfassten Position entlang des achsumlaufenden Wegs 40 dynamisch zu bestimmen. Die Steuerung 58 kann programmiert sein, um den Motor 32 anzuhalten, um die Magneten 36a, 36b an jeder beliebigen einer Vielzahl von Positionen entlang der entsprechenden achsumlaufenden Wege 40a, 40b für einen kontrollierten Zeitraum zu halten. In manchen Ausführungsformen kann die Steuerung 58 einen Magneten 36a, 36b benachbart zu Gefäß 12 und Kammer 14 für einen kontrollierten Zeitraum in Position halten, um entsprechend Teilchen 22 in der Kammer 14 in Position zu halten.
Anordnung und Betrieb
Ein oder mehrere Arme 34a, 34b können an dem angetriebenen Element 33 befestigt sein, um um die Antriebsachse 38 angetrieben zu werden. Arme 34a, 34b können mit dem angetriebenen Element 33 verschweißt, verlötet, verklebt, befestigt oder einstückig ausgebildet sein. In manchen Ausführungsformen erstreckt sich ein erster Arm 34a radial nach außen von dem angetriebenen Element 33 entlang einer ersten Richtung und ein zweiter Arm 34b erstreckt sich radial nach außen von dem angetriebenen Element 33 entlang einer zweiten Richtung, die anders als die erste Richtung ist. Die erste Richtung kann der zweiten Richtung entgegengesetzt sein.
Das Suspensionssystem für magnetische Teilchen 10 ist eingerichtet, um die Teilchen 22 magnetisch zu steuern, wenn die Teilchen 22 in Kammer 14 angeordnet sind. Die magnetische Steuerung von Teilchen 22 beinhaltet induzierte Bewegung auf eine Weise, die Teilchen in einem gesamten Suspensionsmedium dispergiert, sowie auf eine Weise, um Teilchen 22 in Position zu halten, wie z. B. gegen eine Wand in der Kammer 14, während Material aus der Kammer 14 durch die Öffnung 16 geladen und/oder entfernt wird. Teilchen 22 werden durch die Anwendung, Modifikation und das Entfernen von einem oder mehreren Magnetfeldern, die durch die Magneten 36a, 36b erzeugt werden, magnetisch gesteuert. Das Magnetfeld, das durch jeden Magneten 36a, 36b erzeugt wird, bewirkt eine magnetische Reaktion in den Teilchen 22, wenn der entsprechende Magnet 36a, 36b in einem Eingriffsabschnitt 42 des achsumlaufenden Wegs 40 ist. Im Eingriffsabschnitt 42 ist das Magnetfeld, das durch den Magneten 36a, 36b erzeugt wird, ausreichend stark, um eine magnetische Reaktion in den Teilchen 22 zu bewirken. Außerhalb des Eingriffsabschnitts 42, der ein Nichteingriffsabschnitt 44 des achsumlaufenden Wegs 40 ist, ist das Magnetfeld, das durch den Magneten 36a, 36b erzeugt wird, unzureichend, um eine magnetische Reaktion der Teilchen 22 für die Zwecke der vorliegenden Erfindung zu bewirken. Insbesondere ist die magnetische Reaktion, die für die Zwecke der vorliegenden Erfindung geeignet ist, eine magnetische Anziehung, die geeignet ist, um eine Bewegung von Teilchen 22 zu verursachen.
Ein Aspekt der vorliegenden Erfindung ist die gesteuerte Anwendung, Modifikation und das Entfernen von einem oder mehreren Magnetfeldern auf magnetisch reagierende Teilchen 22 in der Kammer 14. Die Anordnung von Magneten 36a, 36b, die an entsprechenden Armen 34a, 34b befestigt sind, zusammen mit der gesteuerten Drehbewegung des angetriebenen Elements 33 um die Antriebsachse 38 erleichtert eine einzigartige Interaktion zwischen Magnetfeldern und magnetisch reagierenden Teilchen. Der Magnet 36a kann am Arm 34a befestigt sein, um in die Nähe des Gefäßes 14 im Eingriffsabschnitt 42 des achsumlaufenden Wegs 40 gebracht zu werden. In der veranschaulichten Ausführungsform kann der Magnet 36a an einer Innenfläche 35a des Arms 34a befestigt sein, sodass der Magnet 36a zwischen dem Arm 34a und dem Gefäß 14 positioniert ist, während der Magnet 36a durch den Eingriffsabschnitt 42 des achsumlaufenden Wegs 40 getrieben wird. Eine ähnliche Anordnung kann für den Magnet 36b an der Oberfläche 35b des Arms 34b geeignet sein. Die Nähe der Magneten 36a, 36b zum Gefäß 14 im Eingriffsabschnitt 42 des achsumlaufenden Wegs 40 vereinfacht eine ausreichende Interaktion der entsprechenden Magnetfelder mit den Teilchen 22, um eine magnetische Reaktion in den Teilchen 22 zu bewirken. In manchen Ausführungsformen können die Magneten 36a, 36b in den Umkreis von 10 mm des Gefäßes 14 gebracht werden, bevorzugt in den Umkreis von 5 mm des Gefäßes 14 und bevorzugter in den Umkreis von 1 mm des Gefäßes 14 am achsumlaufenden Weg 40.
Wie oben beschrieben ist eine magnetische Reaktion in den Teilchen 22 eine Anziehung zu dem entsprechenden Magneten 36a, 36b hin, die eine entsprechende Bewegung in den Teilchen 22 bewirkt. Die Bewegung der Teilchen 22 hängt von verschiedenen Faktoren ab, einschließlich Eigenschaften des Magnetfelds, Bewegung des Magnetfelds, Eigenschaften der Teilchen 22, Eigenschaften von jeglichem Suspensionsfluid, das vorhanden ist, und Eigenschaften der Kammer 44. Die Steuerung 58 kann programmiert sein, um auf diese Eigenschaften einzugehen, um die Bewegung des Magnetfelds entlang des achsumlaufenden Wegs anzupassen, um dementsprechend die erwünschte Bewegung in den Teilchen 22 zu bewirken, sowie um eine Bewegung der Teilchen 22 unter Gravitationskräften allein oder in Kombination mit angelegten Magnetfeldern zuzulassen.

Die Anmelder erwägen verschiedene Betriebsbedingungen, in denen der Motor 32 gesteuert werden soll, um ein erwünschtes Verhalten 22 in der Kammer 14 zu bewirken. Die folgende Tabelle 1 beschreibt beispielhafte Betriebsbedingungen, spezifiziert durch Magnetfeld, Magnetfeldposition und Felddrehgeschwindigkeit. Tabelle 1

Betriebsbedingung	Magnetfeld	Feldposition	Felddrehgeschwindigkeit	Veranlasste oder zugelassene Teilchenbewegung
1	A	Eingriff	0	Zu oder gegen Kammerwand in Richtung der ersten Seite des Gefäßes
1	B	Nichteingriff	0
2	A	Nichteingriff	0	Zu oder gegen Kammerwand in Richtung der zweiten Seite des Gefäßes
2	B	Eingriff	0
3	A	Eingriff	Hoch	Dispersion in Fluid mit niedriger Viskosität
3	B	Nichteingriff	Hoch	Dispersion in Fluid mit niedriger Viskosität
4	A	Eingriff	Niedrig	Dispersion in Fluid mit hoher Viskosität
4	B	Nichteingriff	Niedrig	Dispersion in Fluid mit hoher Viskosität
5	A	Nichteingriff	0, niedrig, hoch	Absetzen unter Schwerkraft
5	B	Nichteingriff	0, niedrig, hoch	Absetzen unter Schwerkraft

Betriebsbedingung 1 steuert den Motor 32, um Drehbewegung an einer ausgewählten inkrementellen Position um die Antriebsachse 38 herum anzuhalten, in der Magnetfeld „A“, das Magnet 36a zugewiesen ist, im Eingriffsabschnitt 42 positioniert ist, während Magnetfeld „B“, das Magnet 36b zugewiesen ist, im Nichteingriffsabschnitt 44 positioniert ist. In manchen Ausführungsformen kann die Betriebsbedingung 1 der Steuerung 58 den Motor 32 anweisen, die Drehbewegung an einer ausgewählten inkrementellen Position um die Antriebsachse 38 anzuhalten, in der der Magnet 36a in unmittelbarer Nähe zu dem Gefäß 12, bevorzugt in der der Magnet 36a unmittelbar benachbart zu oder in Kontakt mit dem Gefäß 12 ist, sodass das Magnetfeld A die größte magnetische Reaktion in den Teilchen 22 bewirkt. Betriebsbedingung 1 kann Motor 32 zu einer Stoppbedingung für einen vorbestimmten Zeitraum steuern, bevorzugt ausreichend, um Teilchen 22 gegen eine Wand in oder Kammer 14 zu ziehen. Obwohl dies nicht ausdrücklich in den Zeichnungen veranschaulicht wird, wird erwogen, dass das Gefäß 12 eine Wand in der Kammer 14 beinhalten kann, die nicht die Außenwand 15 definiert, sondern stattdessen eine Oberfläche bildet, gegen die Teilchen 22 durch ein Magnetfeld gezogen werden können, zum Beispiel in Betriebsbedingung 1 der Steuerung 58.
Mit Bezug auf 1 und 2 kann das angetriebene Element 33 um die Antriebsachse 38 durch den Motor an der Richtung der Steuerung 58 steuerbar gedreht werden. Arme 34a, 34b können sich mit dem angetriebenen Element 33 um die Antriebsachse 38 drehen, sodass sich der Magnet 36a entlang eines ersten achsumlaufenden Wegs 40a in die Nähe einer ersten Seite 13a des Gefäßes 12 bewegt. Genauso bewegt sich der Magnet 36a entlang eines zweiten achsumlaufenden Wegs 40b in die Nähe einer zweiten Seite 13b des Gefäßes 12. Für Betriebsbedingung 1 der Steuerung 58 zieht daher das Magnetfeld „A“, erzeugt durch Magnet 36a, Teilchen zu oder gegen eine Kammerwand in der Richtung der ersten Seite 13a des Gefäßes 12.
Betriebsbedingung 2 der Steuerung 58 steuert den Motor 32, um die Drehbewegung an einer ausgewählten inkrementellen Position um die Antriebsachse 38 herum anzuhalten, in der Magnetfeld „B“ im Eingriffsabschnitt 42 positioniert ist, während Magnetfeld „A“ im Nichteingriffsabschnitt 44 positioniert ist. In manchen Ausführungsformen kann die Betriebsbedingung 2 der Steuerung 58 den Motor 32 anweisen, die Drehbewegung an einer ausgewählten inkrementellen Position um die Antriebsachse 38 anzuhalten, in der der Magnet 36b in unmittelbarer Nähe zu dem Gefäß 12, bevorzugt in der der Magnet 36b unmittelbar benachbart zu oder in Kontakt mit dem Gefäß 12 ist, sodass das Magnetfeld B die größte magnetische Reaktion in den Teilchen 22 bewirkt. Die Betriebsbedingung 2 kann den Motor 32 zu einer Stoppbedingung für einen vorbestimmten Zeitraum steuern, bevorzugt ausreichend, um Teilchen 22 gegen eine Wand in oder Kammer 14 definierend in die Richtung der zweiten Seite 13b des Gefäßes 12 zu ziehen.
Die Betriebsbedingungen 3 und 4 der Steuerung 58 steuern den Motor 32, um das angetriebene Element 33 um die Antriebsachse bei einer „hohen“ oder „niedrigen“ Drehgeschwindigkeit zu drehen, einschließlich während sich das Magnetfeld A durch den Eingriffsabschnitt 42 bewegt und während sich das Magnetfeld B durch den Nichteingriffsabschnitt 44 bewegt. Obwohl die spezifische Drehgeschwindigkeit des angetriebenen Elements 33 in einer beliebigen der Betriebsbedingungen 3-5 nicht beschränkt ist, ist ein Aspekt der Erfindung, dass die Steuerung 58 programmiert sein kann, um die Drehgeschwindigkeit des Motors 32/angetriebenen Elements 33 zu modifizieren, um eine erwünschte Bewegung von Teilchen 22 in der Kammer 14 zu erreichen. In vielen Anwendungen kann es erwünscht sein, Teilchen 22 im Suspensionsfluid 20 zu dispergieren und sogar im Wesentlichen gleichmäßig zu dispergieren. Die Dispersion von Teilchen 22 im Suspensionsfluid 20 kann die Effizienz und Wirksamkeit eines Zielsubstanztransfers zu und von Teilchen 22 verbessern. Sorgfältige Dispersion von Teilchen 22 im Suspensionsfluid 20 kann auch die Konsistenz von Proben unterstützen, die aus der Dispersion entnommen werden.
Die Dispersion von Teilchen 22 im Suspensionsfluid 20 hängt von verschiedenen Faktoren ab, einschließlich der Viskosität des Suspensionsfluids 20, der magnetischen Eigenschaften der Teilchen 22, der Eigenschaften des/der Magnetfeld(er), die eine Reaktion in den Teilchen 22 bewirken, und der Eigenschaften der Kammer 14. Die Steuerung 58 kann bevorzugt mit Algorithmen programmiert sein, die zulassen, dass eine Steuerung 58 geeignete Drehgeschwindigkeiten für den Motor 32/das angetriebene Element 33 berechnet, um Teilchen 22 im Suspensionsfluid 20 wünschenswert zu dispergieren, einschließlich des gleichmäßigen Dispergierens von Teilchen 22 in Suspensionsfluid 20. Die Algorithmen berücksichtigen die Eigenschaften der Kammer 14, einschließlich Volumen, Durchmesser und dergleichen, sowie die Eigenschaften von Magneten 36a, 36b, einschließlich der Magnetform und des Magnetfelds, das durch jeden der Magneten 36a, 36b erzeugt wird. Die Algorithmen können ferner einen Radius des achsumlaufenden Wegs 40 berücksichtigen. Variable Informationen, die die spezifische Suspensionsanwendung betreffen, können, zum Beispiel durch eine Benutzeroberfläche 59 wie z. B. einen Computerterminal oder eine graphische Benutzeroberfläche der Steuerung 58, in die Steuerung eingegeben werden. Die Eingabe von variablen Informationen in die Steuerung 58 kann, zum Beispiel, Suspensionsfluidtypen, Fluidviskositäten, Fluidvolumen und Teilchentypen, Teilchendichten, Teilchendichteverteilungen, Teilchengrößen, Teilchengrößenverteilungen, hydrodynamische Teilchengrößen und hydrodynamische Teilchengrößenverteilungen beinhalten. Solche Informationen bestimmen die Bewegung von Teilchen 22 durch das Suspensionsfluid 20 gemäß der Stokesschen Gleichung.
Die beispielhaften Betriebsbedingungen 3 und 4 stellen unterschiedliche gesteuerte Drehgeschwindigkeiten für das angetriebene Element 33 dar, abhängig von der Viskosität des Suspensionsfluids 20. Der Motor 32 ist bevorzugt in der Lage, die Drehgeschwindigkeit anzupassen und/oder die Drehrichtung umzukehren als Reaktion auf Anweisungen von der Steuerung 58. Es wurde herausgefunden, dass verbesserte(s) Mischen/Dispersion von Teilchen 22 in einem Suspensionsfluid 20 mit relativ hoher Viskosität mit einer relativ geringeren Drehgeschwindigkeit erreicht werden kann, um die Eingriffszeit eines Magnetfelds im Eingriffsabschnitt 42 des achsumlaufenden Wegs 40 zu erhöhen. Die relativ hohe Fluidviskosität verzögert die Teilchenbeschleunigungswerte, wobei eine längere Eingriffszeit zulässt, dass die Teilchen 22 ausreichende Geschwindigkeiten für erwünschte(s) Mischen/Dispersion erlangen. Im Gegensatz dazu kann verbesserte(s) Mischen/Dispersion von Teilchen 22 in einem Suspensionsfluid 20 mit relativ niedriger Viskosität mit einer relativ höheren Drehgeschwindigkeit erreicht werden, um die Frequenz von Interaktion von gegenüberliegenden Magnetfeldern mit Teilchen 22 zu erhöhen. Die relativ niedrige Fluidviskosität kann dazu neigen, zuzulassen, dass sich Teilchen 22 in einem Klumpen im Suspensionsfluid 20 bewegen. Folglich kann das Erhöhen der Frequenz einer Exposition gegenüber Magnetfeldern, die wirken, um Teilchenbewegungsrichtungen zu verändern, beim Dispergieren der Teilchen 22 helfen.
Die Betriebsbedingung 5 aus Tabelle 1 stellt einen zusätzlichen Grad der Teilchenbewegungssteuerung dar, wobei zugelassen werden kann, dass auf Teilchen 22 nur durch Gravitationskräfte für einen kontrollierten Zeitraum eingewirkt werden darf. Dazu können das erste und zweite Magnetfeld A, B simultan in der Nichteingriffsposition 44 des achsumlaufenden Wegs 40 positioniert werden. Solche Anordnung des ersten und zweiten Magnetfelds A, B kann für einen kontrollierten Zeitraum aufrechterhalten werden, abhängig von der Drehgeschwindigkeit des Motors 32/angetriebenen Elements 33. Die Drehgeschwindigkeit kann gleich wie oder größer als 0 sein und kann bevorzugt durch die Steuerung 58 angepasst werden.
Die 6A-8B veranschaulichen eine Progression von Teilchenbewegung in der Kammer 14 in Verbindung mit einem bogenförmigen Weg eines beweglichen Magnetfelds in der Nähe der Kammer 14. 6A ist eine Draufsicht der perspektivischen Seitenansicht von 6B, wobei der bogenförmige Weg ein Segment des achsumlaufenden Wegs 40 darstellt, während sich der Magnet 36a, mit entsprechendem Magnetfeld „A“, in der Nähe des Gefäßes 12 im Eingriffsabschnitt 42 bewegt. Die Bewegungsrichtung des Magneten 36a ist dargestellt durch die Pfeilspitze des bogenförmigen Wegs 41 in 6A und 6B. In der veranschaulichten Ausführungsform werden Teilchen 22 zu der und/oder gegen die Außenwand 15 an einer ersten Seite 13a des Gefäßes 12 gezogen. Es wurde durch den Anmelder herausgefunden, dass Mischen/Dispersion von Teilchen 22 im Suspensionsfluid 20 verbessert werden kann, wenn die Probe in einem umgekehrten kreisförmigen, konischen Bereich 72 der Kammer 14 angeordnet ist. Es wird angenommen, dass die Beziehung eines bogenförmigen Wegs eines beweglichen Magnetfelds vorbei an den magnetisch reagierenden Teilchen im kreisförmigen, konischen Bereich 72 eine randomisierte Fluidwirbelbewegung schafft, die dabei hilft, die Teilchen 22 durch das Suspensionsfluid 20 zu verteilen. Des Weiteren können Teilchen 22, die auf ein sich langsam bewegendes oder angehaltenes Magnetfeld magnetisch reagieren stärker gebündelt sein, wenn sie magnetisch gegen eine angeschrägte Wand des kreisförmigen, konischen Bereichs 72 gehalten werden. Diese Eigenschaft kann dabei helfen, Teilchen 22 in Position zu halten, während Fluid in der Kammer 44 ausgetauscht wird.
7A-7B veranschaulichen den Magnet 36a und das Feld A, an einer Position, die am nächsten am Gefäß 12 ist. Teilchen 22 werden weiterhin zum Magnetfeld A gezogen. In manchen Ausführungsformen kann die kreisförmige, konische Konfiguration des konischen Bereichs 72 verursachen, dass Teilchen 22 zu einem ersten Ende der Kammer 14 gezogen werden, wenn das Magnetfeld A in der in 7A-7B veranschaulichten Position ist.
8A-8B veranschaulichen die anhaltende Bewegung von Teilchen 22, um dem beweglichen Magnetfeld A entlang des achsumlaufenden Wegs 41 zu folgen.
Obwohl dies in 6A-8B nicht ausdrücklich veranschaulicht ist, sollte verstanden werden, dass das Vorbeiziehen des ersten Magnets 36a an der ersten Seite 13a des Gefäßes 12 bevorzugt von dem Vorbeiziehen des zweiten Magneten 36b an der zweiten Seite 13b des Gefäßes 12 gefolgt wird. Das Vorbeiziehen des ersten Magneten 36a an der ersten Seite 13a veranlasst bevorzugt eine erste Drehbewegung der Teilchen 22 im Fluid 20, teilweise aufgrund der Konfiguration des konischen Bereichs 72 der Kammer 14. Die veranlasste erste Drehbewegung der Teilchen 22 kann dem Fluid eine Schleppdrehgeschwindigkeit verleihen, die für einen Zeitraum anhalten kann, nachdem das Magnetfeld des ersten Magneten 36a aus der Kammer 14 entfernt wird. Das Vorbeiziehen des zweiten Magneten 36b an der zweiten Seite 13b die gegenüber der ersten Seite 13a sein kann, veranlasst eine zweite Drehbewegung der Teilchen 22 im Fluid 20. Die zweite Drehbewegung kann bevorzugt anders als die erste Drehbewegung sein und kann Geschwindigkeitskomponentenvektoren beinhalten, die den Geschwindigkeitskomponentenvektoren der ersten Drehbewegung entgegengesetzt sind. Das Gleiche gilt für eine dem Fluid verliehene Schleppdrehgeschwindigkeit, die für einen Zeitraum anhalten kann, nachdem das Magnetfeld des zweiten Magneten 36b aus der Kammer 14 entfernt wird. Die Veranlassung des Veränderns von Drehbewegungen von Teilchen 22 führt zu einer Verwirbelung, die Mischen und Dispersion von Teilchen 22 durch das Fluidvolumen begünstigt. Die Verwirbelung fördert die erwünschten chemischen Interaktionen zwischen den magnetisch reagierenden Teilchen und dem Fluid, wie z. B. für Substanztransfervorgänge.
In der veranschaulichten Ausführungsform kann ein Ventil in der Form einer Gasblase 21 an der Öffnung 16 eingesetzt werden, um unerwünschtes Abfließen des Inhalts der Kammer 14 zu verhindern und um den Inhalt der Kammer 14 von dem Inhalt des Fluidkanals 52 zu trennen. Das Gasblasenventil 21 kann durch Schaffung der Gasblase an der Öffnung 16 mit einem vorsätzlichen Betrieb der Fluidpumpe 50 in Kombination mit einem oder mehreren Fluidbehältern 54, 56 „geschlossen“ werden. Sobald die Gasblase im Fluidkanal 52 gebildet ist, kann die Pumpe 50 betrieben werden, um die Blase mit Fluid durch den Fluidkanal 52 zur oder in die Nähe der Öffnung 16 zu drücken. Die Gasblase hat bevorzugt ein ausreichendes Volumen, um einen Querschnitt des Fluidkanals 52 oder der Öffnung 16 zu füllen, um im Wesentlichen zu verhindern, dass Material durch einen Ventilbereich dringt, der durch die Gasblase geschaffen wird. Das Gasblasenventil 21 ist bevorzugt wirksam im Verhindern des Durchflusses von Fluid 20 und/oder Teilchen 22 dadurch hindurch, wenn es an der Öffnung 16 oder im Fluidkanal 52 eingesetzt wird. In manchen Ausführungsformen ist die Gasblase, die das Gasblasenventil 21 bildet, hydrophob, um dabei zu helfen, den Durchfluss von Fluid 20 und benetzten Teilchen 22 zu verhindern. Bevorzugt ist das Gasblasenventil 21 an der Öffnung 16 oder im Fluidkanal 52 an der Öffnung 16 positioniert, sodass Fluid 20 und Teilchen 22 in einem magnetisch aktiven Bereich 72 der Kammer 14 bleiben. Das Gasblasenventil 21 kann „geöffnet“ werden, um ein Abfließen und/oder Füllen der Kammer 14 durch Entnehmen des Fluids in Fluidkanal 52 mit Pumpe 50 in einem Ausmaß zuzulassen, in dem die Gasblase in ein Fluidventil oder eine Entlüftungsvorrichtung gezogen wird.
Beispiel
Das Suspensionssystem für magnetische Teilchen der vorliegenden Erfindung kann in einer Vielzahl von Anwendungen verwendet werden. Eine beispielhafte Anwendung ist die Reinigung von n-Glykan und Markierung von Glykoproteinen. Ein Übersichtsflussdiagramm dieser beispielhaften Anwendung ist in 9 veranschaulicht und die Teilprozesse der Spül-/Waschroutine 110 für Magnetic Beads (10), Suspensionsroutine 111 für Magnetic Beads (11) und Aufnahme- und Freigaberoutinen für markierte Beads (12) sind auch veranschaulicht. Es sollte verstanden werden, dass die Prozessschritte und spezifischen Materialien, Volumen und Zeiten, die in den Zeichnungen beschrieben werden, nur beispielhaft für verschiedene Techniken sind, die im Suspensionssystem der vorliegenden Erfindung verwendet werden können.
Ein System 202 zum Markieren von Glykoproteinen ist in 13 schematisch veranschaulicht und beinhaltet im Allgemeinen ein Reaktionssuspensionssystem 210 und ein Zufuhrsuspensionssystem 280, das durch eine Steuerung 258 gesteuert wird, und das Koordinieren mit einer Fluidpumpe und einer Ventilvorrichtung 250. Das Reaktionssuspensionssystem 210 ist analog zum Suspensionssystem 10, mit einem Gefäß 212, das eine Kammer 214 definiert, und einer Suspensionsvorrichtung 230 zum kontrollierten Bewegen eines Magnetfelds durch die Kammer 214. Die Suspensionsvorrichtung 230 beinhaltet einen Motor 232, ein angetriebenes Element 233, Arme 234a, 234b, die an das angetriebene Element 233 gekoppelt sind, und Magneten 236a, 236b, die an entsprechende Arme 234a, 234b gekoppelt sind. Der Motor 232 treibt das angetriebene Element 233 um die Antriebsachse 238 an, um die Magneten 236a, 236b entlang jeweiliger achsumlaufender Wege 240a, 240b entsprechend anzutreiben. Die Suspensionsvorrichtung 230 beinhaltet außerdem einen Sensor, wie z. B. einen Drehgeber 237, um bei dem inkrementellen Betrieb des Motors 232 zu helfen.
Das Zufuhrsuspensionssystem 280 kann im Wesentlichen ähnlich wie das Reaktionssuspensionssystem 210 angeordnet sein, wobei der Zweck des Zufuhrsuspensionssystems 280 ist, konsistente und im Wesentlichen gleichmäßige Dispersionen von magnetischen Teilchen in einer Reagenzlösung durch die Fluidpumpe und die Ventilvorrichtung 250 dem Reaktionssuspensionssystem 210 zuzuführen. Es wird erwogen, dass das Reaktionssuspensionssystem 210 bekannte und konsistente Volumen von magnetischen Teilchen erfordern kann. Dafür kann das Zufuhrsuspensionssystem betrieben werden, um magnetische Teilchen in einer im Wesentlichen gleichmäßigen Dispersion in einem Zufuhrreagens zu halten, wobei die Zugabe eines bekannten Volumens des Zufuhrreagens aus dem Reagenzgefäß 282 eine bekannte und konsistente Menge von magnetischen Teilchen enthält. Die Suspensionsvorrichtung 290 bewegt steuerbar ein Magnetfeld durch eine Kammer 284, die durch das Reagenzgefäß 282 definiert ist, und beinhaltet einen Motor 292, ein angetriebenes Element 293, Arme 294a, 294b, die an das angetriebene Element 293 gekoppelt sind, und Magneten 296a, 296b, die an entsprechende Arme 294a, 294b gekoppelt sind. Der Motor treibt das angetriebene Element 293 um die Antriebsachse 298 an, um Magneten 296a, 296b entlang jeweiliger achsumlaufender Wege 288a, 288b entsprechend anzutreiben.
Die Steuerung 258 kann konfiguriert sein, um mit entsprechenden Motorsteuerungen für Motoren 232 und 292 zu kommunizieren, um deren Betrieb unabhängig zu steuern. In manchen Ausführungsformen kann der Motor 232 in ausgewählten der verschiedenen unterschiedlichen Bedingungen wie oben beschrieben in Bezug auf den Motor 32 betrieben werden. Der Motor 292 kann auch in ausgewählten von verschiedenen unterschiedlichen Bedingungen betrieben werden. Typischerweise kann der Motor 292 jedoch betrieben werden, um eine im Wesentlichen gleichmäßige Dispersion von magnetischen Teilchen im Reagenz aufrechtzuhalten. Ein solcher Betrieb kann eine kontinuierliche Drehung des angetriebenen Elements 293 um die Antriebsachse 298 in verschiedenen Drehgeschwindigkeiten beinhalten, die geeignet sind, um verschiedenen Reagensviskositäten entgegenzukommen, die die Teilchendispersion beeinflussen.
14 veranschaulicht chromatographische Daten, die von einem universellen Antikörperstandard SILuLite SigmaMab (Sigma-Aldrich) erworben werden, verarbeitet mit einem GlycanAssure-Assaykit von ThermoFisher Scientific für freigegebene N-Glykane, aufgenommen an GlycanAssure Magnetic Beads. Das Diagramm aus 14 zeigt eine Überlagerung von chromatographischen Daten mit einem ersten Versuch (-003.D), in dem die Glykanaufnahme mit manuellem Verwirbeln durchgeführt wird, und einem zweiten Versuch (-005.D), in dem die Glykanaufnahme mit dem magnetischen Teilchenmischen der vorliegenden Erfindung durchgeführt wird. Die überlagerten chromatographischen Profile zeigen die relative N-Glykan-Aufnahmeeffizienz an den Magnetic Beads unter Verwendung der zwei unterschiedlichen Prozesse.
Eine 40-µl-Probe von 1 mg/ml rekombinanter menschlicher IgG1-Probe SigmaMab wurde durch Denaturierungs-, Digestions- und Markierungsschritte manuell verarbeitet. Die markierte Probe wurde dann in zwei gleiche Abschnitte von 30 µl aufgeteilt. Eine der markierten Proben (-005.D) und ein 50-µl-Aliquot von Magnetic Beads wurden in die Reaktionszelle für den Schritt „Beads binden“ eingeführt und die Proben/Bead-Kombination wurde durch Betreiben der Suspensionsvorrichtung bei 90 rpm vermischt, während 375 µl Acetonitril (ACN) über die untere Schlauchverbindung hinzugegeben wurden. Die Suspensionsvorrichtung wurde dann betrieben, um die Magnetic Beads gegen die Reaktionskammerwand aufzunehmen, um die Magnetic Beads aus der Flüssigkeit zu isolieren, während das ACN entfernt wurde. Ein 200-µl-Aliquot von Waschpuffer wurde dann zu der Reaktionskammer hinzugegeben, um eine Resuspension der Magnetic Beads durch Betrieb der Suspensionsvorrichtung und Transfer zu einem 1,5-ml-Mikrozentrifugenröhrchen durchzuführen, um die Schritte des manuellen Waschens und der Elution fertigzustellen. Die andere markierte Probe (-003.D) wurde anschließend an den Glycan-Assure-Workflow für 1,5-µl-Mikrozentrifugenröhrchen manuell verarbeitet.

Tabellen 2 und 3 unten beschreiben die Flächen unter jedem chromatographischen Peak, wobei Tabelle 2 die Peakflächen für die chromatographischen Daten zeigt, die aus der Probe erhalten werden, die durch das magnetische Mischen der vorliegenden Erfindung verarbeitet wird, sowie die relativen Flächen für Signal 1 (magnetisches Mischen) und Signal 2 (manuelles Mischen). Die relativen Flächen zeigen erhöhte Peakflächen für das Verfahren des magnetischen Mischens, was mehr aufgenommene Glykane angibt. Tabelle 2 - Magnetisches Mischen (-005.0)

Peak #	Zeit (min)	*Fläche (LUs)**	Höhe (LU)	Relative Fläche (Sig1/Sig2)
1	11,590	34,276	3,324	1,33
2	12,354	1123,878	70,561	1,65
3	14,386	730,772	45,051	1,42
4	15,005	283,870	15,606	1,40
5	17,009	152,956	8,675	1,29

Tabelle 3 - Manuelles Verwirbeln (-003.D)

Peak #	Zeit (min)	*Fläche (LUs)**	Höhe (LU)	Relative Fläche (Sig2/Sig2)
1	11,590	25,675	2,240	1,00
2	12,354	680,297	43,220	1,00
3	14,386	513,251	31,610	1,00
4	15,005	202,222	11,236	1,00
5	17,009	118,628	6,763	1,00

Der Zweck dieses Experiments war es, die Glykan-Aufnahmeeffizienz unter Verwendung der Suspensionsvorrichtung der vorliegenden Erfindung im Vergleich zum herkömmlichen Vortexen zu vergleichen. Es wird angenommen, dass, da der magnetische Mischvorgang zu niedrigeren Scherraten an den Magnetic Beads führt und das oszillierende Magnetfeld das Problem des „Klumpens“ eliminiert, das häufig beobachtet wird, wenn die Gemische verwirbelt werden. Die Daten bestätigen, dass das magnetische Mischen zu verbesserter Glykanaufnahme bei allen Glykanspezies führt.
Die Erfindung wurde hier sehr ausführlich beschrieben, um die Patentvorschriften zu erfüllen und um Fachleuten die Informationen bereitzustellen, die sie benötigen, um die neuen Prinzipien anzuwenden und um Ausführungsformen der Erfindung nach Bedarf zu bauen und zu verwenden. Es soll jedoch verstanden werden, dass verschiedene Modifikationen erreicht werden können, ohne von der Erfindung selbst abzuweichen.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

US 10940485 B [0004]
US 2020/0030816 [0006]
US 2019/0022665 [0006]

Claims

Verfahren zum Suspendieren von Teilchen in einem Gefäß, wobei das Verfahren Folgendes umfasst: (a) Laden von Teilchen, die auf ein Magnetfeld magnetisch ansprechen, in eine Kammer, die durch ein Gefäß definiert ist, und optional das Laden eines Fluidvolumens in die Kammer; (b) Anlegen eines ersten Magnetfelds von einer oder mehreren einer Vielzahl von Positionen entlang eines ersten Wegs, um eine erste magnetische Reaktion zu bewirken, die den Teilchen eine erste Drehgeschwindigkeit verleiht; (c) Anlegen eines zweiten Magnetfelds von einer oder mehreren einer Vielzahl von Positionen entlang eines zweiten Wegs, um eine zweite magnetische Reaktion zu bewirken, die den Teilchen eine zweite Drehgeschwindigkeit verleiht, wobei die zweite Drehgeschwindigkeit im Allgemeinen der ersten Drehgeschwindigkeit entgegengesetzt ist; und (d) vor oder nach Schritt (c), Anpassen des ersten Magnetfelds, um die erste magnetische Reaktion in den Teilchen zu verändern.
Verfahren nach Anspruch 1, einschließlich des Entfernens des ersten Magnetfelds vor dem Anlegen des zweiten Magnetfelds.
Verfahren nach Anspruch 1, einschließlich des Anlegens des ersten Magnetfelds von einer ersten Seite des Gefäßes und des Anlegens des zweiten Magnetfelds von einer zweiten Seite des Gefäßes.
Verfahren nach Anspruch 3, wobei die erste Seite des Gefäßes der zweiten Seite des Gefäßes gegenüberliegt.
Verfahren nach Anspruch 2, wobei die erste und zweite magnetische Reaktion Anziehung beinhalten.
Verfahren nach Anspruch 5, wobei die erste und zweite magnetische Reaktion jeweils die Teilchen zu einer oder gegen eine entsprechende Wand in der Kammer, oder die diese definiert, ziehen.
Verfahren nach Anspruch 6, einschließlich des Entfernens von mindestens einem Abschnitt des Fluidvolumens aus der Kammer, während mindestens eines des ersten und zweiten Magnetfelds an die Teilchen angelegt wird.
Verfahren nach Anspruch 7, einschließlich des Ladens eines zweiten Fluidvolumens in die Kammer, während mindestens eines des ersten und zweiten Magnetfelds an die Teilchen angelegt wird.
Verfahren nach Anspruch 5, wobei das erste und zweite Magnetfeld auf eine Weise angelegt werden, um die Teilchen im Fluidvolumen zu verteilen und zu suspendieren.
Verfahren nach Anspruch 9, einschließlich des im Wesentlichen gleichmäßigen Verteilens und Suspendierens der Teilchen im Fluidvolumen.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei der erste Weg bogenförmig und in einer ersten Ebene ist, die sich nicht mit der Kammer schneidet, und der zweite Weg bogenförmig und in einer zweiten Ebene ist, die sich nicht mit der Kammer schneidet.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei die erste magnetische Reaktion eine dritte Drehgeschwindigkeit im Fluid verursacht und die zweite magnetische Reaktion eine vierte Drehgeschwindigkeit im Fluid verursacht, wobei die vierte Drehgeschwindigkeit im Allgemeinen der dritten Drehgeschwindigkeit entgegengesetzt ist.
Verfahren zum Suspendieren von magnetisch reagierenden Teilchen in einem Fluid, das in einer Kammer angeordnet ist, wobei das Verfahren Folgendes umfasst: (a) Bereitstellen eines ersten beweglichen Magnetfelds, auf das die Teilchen magnetisch reagieren, wobei das erste Magnetfeld durch die Kammer bewegt werden kann und von einem ersten Weg angelegt werden kann, der sich in der Nähe zu einer ersten Seite der Kammer erstreckt; (b) Bereitstellen eines zweiten beweglichen Magnetfelds, auf das die Teilchen magnetisch reagieren, wobei das zweite Magnetfeld durch die Kammer bewegt werden kann und von einem zweiten Weg angelegt werden kann, der sich in der Nähe zu einer zweiten Seite der Kammer erstreckt; (c) Anlegen des ersten und zweiten Magnetfelds in einer Reihe, umfassend: (i) eine erste Bedingung, wobei das erste Magnetfeld an die Teilchen angelegt wird, während es sich entlang des ersten Wegs bewegt; (ii) eine zweite Bedingung, wobei das erste Magnetfeld auf eine Weise modifiziert ist, um die magnetische Reaktion in den Teilchen zu verändern, oder nicht an die Teilchen angelegt wird; und (iii) eine dritte Bedingung, wobei das zweite Magnetfeld an die Teilchen angelegt wird, während es sich entlang des zweiten Wegs bewegt.
Verfahren nach Anspruch 13, wobei die zweite Bedingung beinhaltet, das zweite Magnetfeld nicht an die Teilchen anzulegen.
Verfahren nach Anspruch 14, wobei die erste Bedingung beinhaltet, das zweite Magnetfeld nicht an die Teilchen anzulegen.
Verfahren nach Anspruch 15, wobei die dritte Bedingung beinhaltet, das erste Magnetfeld nicht an die Teilchen anzulegen.
Verfahren nach Anspruch 13, wobei die Reihe des Anlegens des ersten und zweiten Magnetfelds in einer Reihenfolge der ersten Bedingung gefolgt von der zweiten Bedingung, und der zweiten Bedingung gefolgt von der dritten Bedingung vonstattengeht.
Verfahren nach Anspruch 13, wobei das erste und zweite Magnetfeld in kontinuierlicher Bewegung entlang des entsprechenden ersten und zweiten Wegs während der gesamten Reihe sind.
Verfahren nach Anspruch 14, wobei das erste und zweite Magnetfeld mit anpassbarer Geschwindigkeit bewegt werden können.
Verfahren nach Anspruch 13, wobei der erste und zweite magnetische Weg bogenförmig sind.
Verfahren nach Anspruch 13, wobei mindestens eines des ersten und zweiten Magnetfelds in der Feldstärke modifiziert werden kann.