EA018228B1 - Device for separating magnetic particles from fluid - Google Patents
Device for separating magnetic particles from fluid Download PDFInfo
- Publication number
- EA018228B1 EA018228B1 EA201200061A EA201200061A EA018228B1 EA 018228 B1 EA018228 B1 EA 018228B1 EA 201200061 A EA201200061 A EA 201200061A EA 201200061 A EA201200061 A EA 201200061A EA 018228 B1 EA018228 B1 EA 018228B1
- Authority
- EA
- Eurasian Patent Office
- Prior art keywords
- magnet
- particles
- magnetic
- magnetic particles
- radius
- Prior art date
Links
Landscapes
- Apparatus Associated With Microorganisms And Enzymes (AREA)
- Micro-Organisms Or Cultivation Processes Thereof (AREA)
Abstract
Description
(57) Изобретение относится к устройствам для сепарации магнитных частиц из жидкости, содержащей магнитные и немагнитные частицы, в частности для сепарации магнитных частиц, связанных при помощи специфических антител с определенным типом биологических клеток, и может быть использовано в биологических и медицинских исследованиях. Задачей настоящего изобретения является повышение эффективности устройства для сепарации магнитных частиц из жидкости за счет увеличения максимального объема сепарируемого материала в расчете на один магнит и оптимизации соотношения между радиусами магнита и пробирок. Задача решается следующим образом. Известное устройство для сепарации магнитных частиц из жидкости содержит немагнитное основание, установленную на основании магнитную систему, содержащую хотя бы один вертикальный поперечно намагниченный постоянный магнит в немагнитном кожухе, а также держатель имеющих определенный размер пробирок для жидкости с частицами. В предлагаемом устройстве постоянный магнит выполнен в форме цилиндра с длиной не менее десяти радиусов, а держатель пробирок выполнен с возможностью равномерной азимутальной установки пробирок, имеющих радиус, не превышающий радиус магнита, вплотную к боковой поверхности магнита.(57) The invention relates to devices for the separation of magnetic particles from a liquid containing magnetic and non-magnetic particles, in particular for the separation of magnetic particles associated with specific antibodies with a specific type of biological cells, and can be used in biological and medical research. The objective of the present invention is to increase the efficiency of the device for the separation of magnetic particles from a liquid by increasing the maximum volume of separated material per one magnet and optimizing the ratio between the radii of the magnet and the tubes. The problem is solved as follows. A known device for separating magnetic particles from a liquid contains a non-magnetic base mounted on the base of a magnetic system containing at least one vertical transversely magnetized permanent magnet in a non-magnetic casing, as well as a holder of a specific sized liquid tubes with particles. In the proposed device, the permanent magnet is made in the form of a cylinder with a length of at least ten radii, and the tube holder is made with the possibility of uniform azimuthal installation of tubes having a radius not exceeding the radius of the magnet, close to the side surface of the magnet.
Изобретение относится к устройствам для сепарации магнитных частиц из жидкости, содержащей магнитные и немагнитные частицы, в частности для сепарации магнитных частиц, связанных при помощи специфических антител с определенным типом биологических клеток, и может быть использовано в биологических и медицинских исследованиях.The invention relates to a device for the separation of magnetic particles from a liquid containing magnetic and non-magnetic particles, in particular for the separation of magnetic particles associated with specific antibodies with a specific type of biological cells, and can be used in biological and medical research.
Отдельную группу устройств, предложенных для выделения из клеточной суспензии целевых клеток, меченных магнитными маркерами, составляют объемные сепараторы, в которых выделение меченых клеток происходит на внутренней поверхности контейнера под действием неоднородного внешнего поля [1]. Конструктивно, все известные устройства для объемной магнитной сепарации содержат три основных элемента: немагнитное основание, магнитную систему для создания неоднородного магнитного поля и держатель для размещения пробирок с клеточной суспензией. Как правило, неоднородное магнитное поле создают с помощью наиболее мощных и дорогостоящих постоянных редкоземельных магнитов из сплава неодим-железо-бор. При всей внешней простоте этой схемы, в литературе предложено множество технических решений, что связано как с разнообразием запросов практики, так и со стремлением улучшить технические характеристики устройств - увеличить чистоту и полноту выделения меченых клеток, уменьшить габариты и массу магнитной системы, расширить возможности варьирования объема разделяемой клеточной суспензии и количества клеток. Однако многочисленные усовершенствования не затрагивают некоторые принципиальные ограничения давно предложенных устройств. Таковым является устройство для сепарации магнитных частиц из жидкости [2], которое содержит плоское немагнитное основание, в котором установлен упорядоченный набор постоянных магнитов, а также держатель пробирок определенного размера, обеспечивающий установку пробирок над магнитами - над каждым магнитом одна пробирка. Недостатком данного устройства является совпадение по направлению магнитной силы и силы гравитации, что приводит к загрязнению отсепарированного материала седиментирующими немагнитными частицами. Кроме того, данное устройство может применяться только с пробирками малого объема, что исключает проведение сепарации больших количеств частиц или требует увеличения количества магнитов и, соответственно, габаритов и стоимости устройства.A separate group of devices proposed for the isolation of target cells from a cell suspension labeled with magnetic markers are volume separators, in which the release of labeled cells occurs on the inner surface of the container under the influence of an inhomogeneous external field [1]. Structurally, all known devices for volumetric magnetic separation contain three main elements: a non-magnetic base, a magnetic system for creating an inhomogeneous magnetic field, and a holder for placing test tubes with cell suspension. As a rule, an inhomogeneous magnetic field is created using the most powerful and expensive permanent rare-earth magnets from a neodymium-iron-boron alloy. Despite the outward simplicity of this scheme, a lot of technical solutions have been proposed in the literature, which is related both to the variety of practical requirements and the desire to improve the technical characteristics of devices - to increase the purity and completeness of the isolation of labeled cells, reduce the size and weight of the magnetic system, and expand the possibilities for varying the volume shared cell suspension and cell number. However, numerous improvements do not affect some of the fundamental limitations of the long proposed devices. Such is a device for separating magnetic particles from a liquid [2], which contains a flat non-magnetic base, in which an ordered set of permanent magnets is installed, as well as a tube holder of a certain size, which ensures the installation of tubes above the magnets - one tube above each magnet. The disadvantage of this device is the coincidence in the direction of the magnetic force and the force of gravity, which leads to contamination of the separated material by sedimenting non-magnetic particles. In addition, this device can only be used with test tubes of small volume, which eliminates the separation of large quantities of particles or requires an increase in the number of magnets and, accordingly, the dimensions and cost of the device.
Данные недостатки частично устраняет устройство для сепарации магнитных частиц из жидкости [3] (прототип), в котором применены поперечно намагниченные постоянные магниты квадратного сечения, а держатель пробирок обеспечивает установку пробирок напротив одного и другого полюсов каждого магнита. Чистота сепарации увеличивается за счет того, что сепарируемые частицы перемещаются в горизонтальном направлении и осаждаются на боковой поверхности пробирок, а немагнитные частицы оседают на дно пробирок. Объем разделяемого материала может быть увеличен за счет увеличения длины магнита и, соответственно, длины пробирок. Однако возможности увеличения объема разделяемого материала и возможности варьировать этот объем ограничены тем, что на каждый магнит приходится не более двух пробирок.These disadvantages are partially eliminated by a device for separating magnetic particles from a liquid [3] (prototype), in which transversely magnetized permanent magnets of square cross section are used, and the tube holder allows the tubes to be installed opposite one and the other poles of each magnet. The purity of separation is increased due to the fact that the separated particles move in the horizontal direction and are deposited on the side surface of the tubes, and non-magnetic particles settle on the bottom of the tubes. The volume of material to be separated can be increased by increasing the length of the magnet and, accordingly, the length of the tubes. However, the possibilities of increasing the volume of the material to be separated and the possibilities of varying this volume are limited by the fact that for each magnet there are no more than two tubes.
Задачей настоящего изобретения является повышение эффективности устройства для сепарации магнитных частиц из жидкости за счет увеличения максимального объема сепарируемого материала в расчете на один магнит и оптимизации соотношения между радиусами магнита и пробирок.The objective of the present invention is to increase the efficiency of the device for the separation of magnetic particles from a liquid by increasing the maximum volume of separated material per one magnet and optimizing the ratio between the radii of the magnet and the tubes.
Задача решается следующим образом.The problem is solved as follows.
Известное устройство для сепарации магнитных частиц из жидкости содержит немагнитное основание, установленную на основании магнитную систему, содержащую хотя бы один вертикальный поперечно намагниченный постоянный магнит, а также держатель имеющих определенный размер пробирок для жидкости с частицами. В предлагаемом устройстве постоянный магнит выполнен в форме цилиндра с длиной не менее десяти радиусов, а держатель пробирок выполнен для пробирок с радиусом, не превышающим радиус магнита, и обеспечивает равномерную азимутальную установку пробирок вплотную к боковой поверхности магнита.A known device for separating magnetic particles from a liquid contains a non-magnetic base mounted on the base of a magnetic system containing at least one vertical transversely magnetized permanent magnet, as well as a holder of a specific sized liquid tubes with particles. In the proposed device, the permanent magnet is made in the form of a cylinder with a length of at least ten radii, and the tube holder is made for tubes with a radius not exceeding the radius of the magnet, and ensures uniform azimuthal installation of the tubes close to the side surface of the magnet.
Использование поперечно намагниченного постоянного магнита цилиндрической формы с длиной не менее десяти радиусов обеспечивает создание магнитного поля, напряженность которого на расстоянии от торцов более двух радиусов практически совпадает с полем бесконечного цилиндра, а именноThe use of a transversely magnetized permanent magnet of cylindrical shape with a length of at least ten radii ensures the creation of a magnetic field, the intensity of which at a distance from the ends of more than two radii practically coincides with the field of an infinite cylinder, namely
Здесь Н - напряженность магнитного поля, К.т - радиус магнита, Вт - остаточная индукция магнита, г - расстояние до оси магнита, μ - магнитная постоянная. Согласно приведенной выше формуле, напряженность создаваемого поперечно намагниченным цилиндрическим магнитом магнитного поля не зависит от направления намагниченности магнита, из чего следует, что действующая в этом поле на магнитную частицу сила направлена строго к оси магнита, независимо от азимутального положения частицы. Из этого можно заключить, что выделение магнитных частиц из жидкости на обращенной к магниту поверхности пробирки, установленной вблизи магнита вдоль его оси, будет происходить одинаково при любом азимутальном положении пробирки. Выполнение согласно изобретению держателя пробирок с возможностью их равномерной азимутальной установки вплотную к боковой поверхности магнита позволяет в несколько раз увеличить количество пробирок, а значит и объем разделяемого материала, на один магнит. Важной характеристикой эффективности устройства является время, необходимое для вы- 1 018228 деления магнитных частиц из всего объема жидкости. Согласно выполненным расчетам, при заданном радиусе магнита, это время начинает резко возрастать, если радиус пробирки превышает радиус магнита.Here H is the magnetic field strength, K. t is the radius of the magnet, V t is the residual induction of the magnet, g is the distance to the axis of the magnet, μ is the magnetic constant. According to the above formula, the intensity of a magnetic field created by a transversely magnetized cylindrical magnet does not depend on the direction of magnetization of the magnet, which implies that the force acting in this field on the magnetic particle is directed strictly to the axis of the magnet, regardless of the azimuthal position of the particle. From this it can be concluded that the release of magnetic particles from the liquid on the surface of the tube facing the magnet installed near the magnet along its axis will occur the same for any azimuthal position of the tube. The implementation according to the invention of the test tube holder with the possibility of their uniform azimuthal installation close to the side surface of the magnet allows several times to increase the number of tubes, and hence the volume of the material to be separated, by one magnet. An important characteristic of the efficiency of the device is the time required for the separation of magnetic particles from the entire volume of the liquid. According to the calculations, for a given radius of the magnet, this time begins to increase sharply if the radius of the tube exceeds the radius of the magnet.
Согласно изобретению с целью быстрейшего выделения магнитных частиц из жидкости держатель пробирок выполнен для пробирок с радиусом, не превышающим радиус магнита.According to the invention, in order to quickly isolate magnetic particles from a liquid, the tube holder is made for tubes with a radius not exceeding the radius of the magnet.
На фиг. 1 представлена фотография изготовленного согласно изобретению устройства для сепарации магнитных частиц из жидкости, снаряженного пробирками для жидкости с частицами;In FIG. 1 is a photograph of a device for separating magnetic particles from a fluid, manufactured according to the invention, equipped with fluid tubes with particles;
на фиг. 2 изображена рассчитанная зависимость времени Т полной сепарации частиц в предложенном устройстве от соотношения радиуса магнита к радиусу пробирки, Рт/Рс. отнесенного ко времени сепарации Т* в устройстве с одинаковыми радиусами магнита и пробирки.in FIG. 2 shows the calculated dependence of the time T of the complete separation of particles in the proposed device on the ratio of the radius of the magnet to the radius of the tube, R t / R s . referred to the separation time T * in a device with the same radius of the magnet and the tube.
Устройство для сепарации магнитных частиц из жидкости (фиг. 1) содержит немагнитное основание 1, закрепленный на основании поперечно намагниченный цилиндрический постоянный магнит 2 в тонкостенном кожухе и держатель 3 пробирок 4 для жидкости с частицами. Основание 1 и кожух магнита 2 изготовлены из полиамида, допускающего дезинфекционные процедуры. Магнит 2 изготовлен из сплава Νά-Ре-В (неодим-железо-бор). Радиус магнита 2 составляет 7,5 мм, толщина кожуха магнита 1 мм, длина магнита 80 мм. Держатель 3 пробирок 4 имеет семь равномерно распределенных по азимуту установочных мест для размещения стандартных пробирок из биосовместимого материала с радиусом 6 мм и длиной 74 мм.A device for separating magnetic particles from a liquid (Fig. 1) contains a non-magnetic base 1, a transversely magnetized cylindrical permanent magnet 2 mounted on the base in a thin-walled casing, and a holder 3 of tubes 4 for liquid with particles. The base 1 and the casing of the magnet 2 are made of polyamide, which allows disinfection procedures. Magnet 2 is made of Νά-Re-В alloy (neodymium-iron-boron). The radius of magnet 2 is 7.5 mm, the thickness of the magnet casing is 1 mm, and the length of the magnet is 80 mm. The holder 3 tubes 4 has seven evenly distributed along the azimuth mounting locations for placement of standard tubes of biocompatible material with a radius of 6 mm and a length of 74 mm.
Выбор предложенного в изобретении соотношения К.т > Вс радиусов магнита, Ят, и пробирок, Вс, обосновывает зависимость, представленная на фиг. 2. Как видно из этой зависимости, уменьшение радиуса магнита ниже радиуса пробирки сопровождается резким нарастанием времени сепарации, что ухудшает эксплуатационные свойства устройства.The choice of the ratio K. t > B proposed in the invention with the radii of the magnet, H t , and test tubes, B s , justifies the dependence shown in FIG. 2. As can be seen from this dependence, a decrease in the radius of the magnet below the radius of the tube is accompanied by a sharp increase in the separation time, which affects the operational properties of the device.
Работу устройства рассмотрим на примере сепарации из цельной крови моноцитов в объеме, позволяющем использовать одну описанную выше стандартную пробирку для помещения жидкости с частицами.We will consider the operation of the device by the example of separation of monocytes from whole blood in a volume that allows the use of one standard test tube described above for placing liquid with particles.
Работу начинают с установки устройства основанием 1 на горизонтальной поверхности. Для проведения сепарации, цельную кровь объемом 1,25 мл разбавляют в 3,5 мл фосфатного буфера при комнатной температуре и помещают в отдельную пробирку с крышкой. В пробирку добавляют суспензию полистирольных магнитных частиц сферической формы диаметром 4,5 мкм, имеющих на своей поверхности антитела, специфичные к клеточному маркеру моноцитов (суспензия ΌΥΝΛΒΕΆΌ8 СО 14 фирмы ΟΥΝΛΒ). Пробирку закрывают крышкой и устанавливают на перемешивающее устройство (орбитальный шейкер Βίο К.8-24) на 10 мин, в течение которых магнитные частицы, содержащие антитела, сцепляются с моноцитами. Инкубированную таким образом суспензию клеток крови переливают в одну из пробирок для жидкости с частицами и устанавливают в любое гнездо держателя пробирок 3. Под действием неоднородного магнитного поля магнита 2 магнитные частицы, связанные с моноцитами, перемещаются из объема жидкости на поверхность пробирки, обращенную к магниту 2. Ход процесса сепарации контролируют визуально: осаждение частиц с клетками сопровождается образованием на обращенной к магниту 2 поверхности пробирки темной полоски осадка. После окончания процесса сепарации магнитных частиц со связанными моноцитами (требующего в рассматриваемом примере около 10 мин) устройство для сепарации магнитных частиц берут рукой за основание 1 и медленно переворачивают, сливая жидкость с немечеными клетками в чашку Петри. При этом отсепарированные магнитные частицы с клетками удерживаются на стенке пробирки. Затем пробирку с отсепарированным материалом заполняют 5 мл фосфатного буфера, извлекают из держателя пробирок и встряхивают. При этом отсепарированные вместе с магнитными частицами клетки переходят в объем жидкости и могут быть использованы по желанию.Work begins with the installation of the device base 1 on a horizontal surface. For separation, 1.25 ml whole blood is diluted in 3.5 ml phosphate buffer at room temperature and placed in a separate tube with a cap. A suspension of polystyrene magnetic particles of a spherical shape with a diameter of 4.5 μm having antibodies specific for the cell marker of monocytes (suspension ΌΥΝΛΒΕΆΌ8 СО 14 from ΟΥΝΛΒ) on their surface is added to the test tube. The tube is closed with a lid and placed on a mixing device (orbital shaker Кο K.8-24) for 10 min, during which magnetic particles containing antibodies adhere to monocytes. The blood cell suspension incubated in this way is poured into one of the particles fluid tubes and installed in any slot of the tube holder 3. Under the influence of the inhomogeneous magnetic field of magnet 2, magnetic particles associated with monocytes move from the volume of the liquid onto the surface of the tube facing magnet 2 The progress of the separation process is visually controlled: the deposition of particles with cells is accompanied by the formation of a dark strip of sediment on the surface of the tube facing the magnet 2. After the process of separation of magnetic particles with bound monocytes (requiring about 10 minutes in the considered example) is completed, the device for separating magnetic particles is taken by hand by the base 1 and slowly turned over, draining the liquid with unlabeled cells into a Petri dish. In this case, the separated magnetic particles with cells are held on the wall of the tube. Then the tube with the separated material is filled with 5 ml of phosphate buffer, removed from the tube holder and shaken. At the same time, cells separated with magnetic particles pass into the volume of liquid and can be used as desired.
В случае загрязнения устройства основание 1, кожух магнита 2 и держатель пробирок 3 обрабатываются дезинфицирующим раствором (например, раствором дуацида).In case of contamination of the device, the base 1, the casing of the magnet 2 and the tube holder 3 are treated with a disinfectant solution (for example, a solution of duacid).
При необходимости, приведенный выше объем разделяемой пробы может быть уменьшен в два раза (пробирка заполняется наполовину допустимого объема) или увеличен до семи раз (используются все семь гнезд держателя пробирок 3).If necessary, the above volume of the divided sample can be reduced by half (the tube is filled to half the permissible volume) or increased to seven times (all seven nests of the tube holder 3 are used).
Изобретение улучшает функциональные характеристики устройства для сепарации магнитных частиц и уменьшает его вес, габариты и стоимость за счет максимального использования возможностей разделения одним магнитом. При необходимости дальнейшего увеличения объема сепарации, на общем немагнитном основании может быть установлено несколько съемных модулей, каждый из которых содержит поперечно намагниченный цилиндрический магнит и держатель пробирок согласно изобретению.The invention improves the functional characteristics of a device for the separation of magnetic particles and reduces its weight, dimensions and cost due to the maximum use of the possibility of separation with one magnet. If it is necessary to further increase the separation volume, several removable modules can be installed on a common non-magnetic base, each of which contains a transversely magnetized cylindrical magnet and a tube holder according to the invention.
Claims (1)
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| EA201200061A EA018228B1 (en) | 2011-12-08 | 2011-12-08 | Device for separating magnetic particles from fluid |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| EA201200061A EA018228B1 (en) | 2011-12-08 | 2011-12-08 | Device for separating magnetic particles from fluid |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| EA201200061A1 EA201200061A1 (en) | 2013-05-30 |
| EA018228B1 true EA018228B1 (en) | 2013-06-28 |
Family
ID=48483763
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| EA201200061A EA018228B1 (en) | 2011-12-08 | 2011-12-08 | Device for separating magnetic particles from fluid |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| EA (1) | EA018228B1 (en) |
Citations (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US4895650A (en) * | 1988-02-25 | 1990-01-23 | Gen-Probe Incorporated | Magnetic separation rack for diagnostic assays |
| US20090173681A1 (en) * | 1995-02-21 | 2009-07-09 | Iqbal Waheed Siddiqi | Machine for mixing and separating magnetic particles |
-
2011
- 2011-12-08 EA EA201200061A patent/EA018228B1/en not_active IP Right Cessation
Patent Citations (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US4895650A (en) * | 1988-02-25 | 1990-01-23 | Gen-Probe Incorporated | Magnetic separation rack for diagnostic assays |
| US20090173681A1 (en) * | 1995-02-21 | 2009-07-09 | Iqbal Waheed Siddiqi | Machine for mixing and separating magnetic particles |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| EA201200061A1 (en) | 2013-05-30 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| US8574515B2 (en) | Magnetic separating device | |
| JP4444377B2 (en) | Magnetic cell separator | |
| US10293344B2 (en) | Sample holder with magnetic base and magnetisable body | |
| ES2242877T3 (en) | SYSTEM FOR THE SEPARATION OF PARTICLES THAT ARE MAGNETICALLY ATTACKED. | |
| CN101977692B (en) | High gradient magnetic separation of biological material | |
| US20150153259A1 (en) | Multi-parameter high gradient magnetic separator and methods of use thereof | |
| EP2678110A1 (en) | Particle processing | |
| Anil‐Inevi et al. | Magnetic levitation assisted biofabrication, culture, and manipulation of 3D cellular structures using a ring magnet based setup | |
| US20100298816A1 (en) | Magnetic delivery device | |
| US7364921B1 (en) | Method and apparatus for separating biological materials and other substances | |
| JP7029443B2 (en) | Plate magnet | |
| EA018228B1 (en) | Device for separating magnetic particles from fluid | |
| US20210053073A1 (en) | Purification systems and methods | |
| JP6660057B2 (en) | Electroporation electrode and foreign substance introduction device | |
| US20120262260A1 (en) | Magnetic microparticle localization device | |
| RU193055U1 (en) | UNIVERSAL DEVICE FOR ELECTROIMMUNOIMMOBILIZATION AND ELECTROCHEMICAL OXIDATION OF FUNCTIONAL SURFACES | |
| US20220412970A1 (en) | Method and Apparatus for Processing Material | |
| RU2438990C1 (en) | Device for magnetic treatment of fluids | |
| WO2000040947A9 (en) | Method and apparatus for separating biological materials and other substances | |
| JP2010081915A (en) | Cell recovery magnetic stand and cell recovery kit | |
| Šafaříková et al. | Rapid removal of magnetic particles from large volumes of suspensions | |
| Yan et al. | A high-gradient magnetic separation system for separating magnetic nanobeads from aqueous solution |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| MM4A | Lapse of a eurasian patent due to non-payment of renewal fees within the time limit in the following designated state(s) |
Designated state(s): AM AZ BY KZ KG MD TJ TM |
|
| MM4A | Lapse of a eurasian patent due to non-payment of renewal fees within the time limit in the following designated state(s) |
Designated state(s): RU |