EP2192987A1 - Apparatus and method for the treatment of liquids with magnetic particles - Google Patents

Apparatus and method for the treatment of liquids with magnetic particles

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EP2192987A1
EP2192987A1 EP08804473A EP08804473A EP2192987A1 EP 2192987 A1 EP2192987 A1 EP 2192987A1 EP 08804473 A EP08804473 A EP 08804473A EP 08804473 A EP08804473 A EP 08804473A EP 2192987 A1 EP2192987 A1 EP 2192987A1
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EP
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magnetic particles
central element
magnetic
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liquid
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Ralf Himmelreich
Thomas Rothmann
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Qiagen GmbH
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Qiagen GmbH
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    • B03C2201/26—Details of magnetic or electrostatic separation for use in medical or biological applications

Definitions

  • the present invention relates to an apparatus and a method for treating liquids with magnetic particles.
  • the device and the method are suitable, for example, for applications in biochemistry, clinical chemistry, molecular biology, microbiology, medical diagnostics or forensic medicine.
  • the magnetic particles are immobilized by applying magnetic forces or a magnetic field, for example by means of a permanent magnet, at one point. This accumulation of magnetic particles is also referred to as pellet or magnetic sediment. Subsequently, the liquid supernatant is separated, for example, by suction or decantation and discarded. Since the magnetic particles are immobilized by the magnetic forces, it is largely prevented that magnetic particles are separated together with the supernatant.
  • the immobilized magnetic particles are then resuspended.
  • an elution liquid or an elution buffer is used to enrich the bound target substances.
  • the bond between the target Substance and the magnetic particles is dissolved and released the target substance molecules from the magnetic particles.
  • the target substance molecules can then be separated together with the elution liquid, while the magnetic particles are immobilized by the action of a magnetic field.
  • the target substance molecules can not only be enriched, but also concentrated.
  • one or more washing steps can be carried out.
  • US 2001/0022948 describes an apparatus in which a magnetic rod is immersed in a first reaction vessel containing magnetic particles suspended in liquid.
  • EP 0 965 842 discloses a device in which the magnetic particles, together with the liquid in which they are suspended, are drawn up in a pipette.
  • the pipette tip has a special separation area, which can be acted upon by a magnet with a magnetic field.
  • the magnetic particles as a pellet or magnetic sediment immobilized on the inside of the pipette tip.
  • the aspirated liquid is removed from the pipette tip by the pipetting function of the device.
  • EP 015 905 520 Another principle for the separation of magnetic particles is described in EP 015 905 520.
  • the magnetic particles remain in the same reaction vessel while the liquid in this vessel is exchanged.
  • the magnetic sediments can be immobilized at a desired height on the side wall of the reaction vessel for adaptation to a respective process step. This is done by providing magnets which are arranged on different arms of a rotatably mounted carrier at a different distance from the axis of rotation. By rotating the carrier, a particular arm can be brought into the vicinity of the side wall of the reaction vessel, and thus a specific magnet. At this point, the magnetic particles are then immobilized as a pellet.
  • the present invention has for its object to overcome the described, resulting from the prior art disadvantages and in particular for a wide range of applications to provide a device and a method in which a treatment of liquids with magnetic particles in a simple manner possible is.
  • an apparatus for treating liquids with magnetic particles comprising a plurality of first, disposed in the liquid magnetic particles and at least one, arranged in the liquid, preferably rod, dumbbell and / or ellipsoidal shaped magnetic and / or magnetizable central element in which the ratio of the longest diameter d2 of the at least one central element to the ratio of the average diameter d1 of the magnetic particles is at least
  • central element is understood to mean, in particular, any article which is capable of being subjected to magnetic field action, possibly under the action of a further, ā€œexternalā€ magnet (as described below) - to bind at rest in at least the majority of the magnetic particles.
  • the at least one central element comprises a magnet, preferably a permanent magnet; According to an alternative preferred embodiment of the invention, the at least one central element comprises a magnetizable material, e.g. Iron.
  • liquids is understood to mean, but is not limited to, aqueous solutions, suspensions and / or biphasic emulsions with water as a phase containing biomolecules.
  • treating in the sense of the present invention is understood in particular to mean that certain biomolecules can attach to the magnetic particles in a separation step, but the present invention is expressly not limited thereto.
  • diameter of the magnetic particles is meant in particular, when the magnetic particles are not spherical or substantially spherical, the respective longest diameter of the magnetic particles.
  • average diameter is meant in particular the arithmetic mean of the diameters of the magnetic particles, which can be measured randomly, in particular (but not limited thereto).
  • Such a device provides at least one of the following advantages for a wide range of applications within the present inventions: Characterized in that at least one central element is provided, a homogenization of the magnetic particles as well as a separation of the magnetic particles from the solution in a simple manner possible, as described below, inter alia.
  • the device allows use in "closed" systems, this is a preferred embodiment of the invention in that it requires no further means (such as a bar magnet, etc.) which dip directly into the liquid and thus constitute a potential source of contamination. It results in a very fast and easy for most applications
  • the ratio of the longest diameter d2 of the at least one central element to the ratio of the average diameter d1 of the magnetic particles d2 (mm) is> 50 * dl (mm), more preferably d2 (mm)> 100 * dl (mm Further, d2 (mm)> 200 * dl (mm), and most preferably d2 (mm)> 300 * dl (mm).
  • the ratio of the volume V2 is the at least one central element to the ratio of the average volume Vl of the magnetic particles V2 (mm 3)> 100 * V1 (mm 3), more preferably, V2 (mm 3)> 1000 * V1 (mm 3 ) and most preferably V2 (mm 3 )> 10 5 * V1 (mm 3 ).
  • the number of magnetic particles per central element is> 10 4 to ā‡ 10 8 , preferably> 5 ā‡ 10 5 to ā‡ 5 ā‡ 10 6 .
  • the magnetic particles comprise a material selected from the group of paramagnetic materials, superparamagnetic materials, ferromagnetic materials, ferromagnetic materials and mixtures thereof.
  • the average saturation magnetization of the magnetic particles is> 1 Am 2 / kg and 250 AmVkg, preferably> 10 AmVkg and 240 Am 2 / kg, and most preferably> 20 AmVkg and 235 AmVkg.
  • the at least one central element is rod, dumbbell and / or ellipsoidal and the ratio of the longest diameter a to the ratio of the shortest diameter b is from
  • the at least one central element is rod, dumbbell and / or ellipsoidal in shape and the ratio of the longest diameter a to the ratio of the shortest diameter b is from a / b> 1.5 to a / b ā‡ 8, preferably a / b> 2 to a / b ā‡ 5.
  • the magnetic particles and the at least one central element are arranged in a closed vessel.
  • the added volume V m of the magnetic particles and that of the at least one central element are> 0.25% to ā‡ 50% of the total volume V G of the vessel. This has proven to be beneficial for many applications.
  • the added volume V m of the magnetic particles and that of the at least one central element are> 0.5% to ā‡ 20%, more preferably> 1% to ā‡ 15% of the total volume V G of the vessel.
  • the device according to the invention further comprises at least one external magnet, which is designed to interact with the at least one central element.
  • the central element is a permanent magnet
  • the ratio of the magnet strength H3 of the at least one external magnet to the magnet strength H 2 of the at least one central element H 3 > 1.5 * H 2 to H 3 ā‡ 8 * H 2 , even more preferably H 3 > 2 * H 2 to H 3 ā‡ 5 * H 2 .
  • the at least one external magnet is and / or comprises an electromagnet (s) which is operated to homogenize the magnetic particles under alternating voltage.
  • the central element is then preferably a (permanent) magnet.
  • the at least one external magnet is and / or comprises a permanent magnet (s).
  • the present invention also relates to a method of treating liquids with magnetic particles comprising a plurality of first magnetic particles arranged in the liquid and at least one in the liquid, preferably rod, dumbbell and / or ellipsoidal - Shaped trained magnetic or magnetizable central element, comprising the steps
  • step a) comprises a resuspension of the magnetic particles in the liquid.
  • step a) prior to step a) the magnetic particles were at least partially, preferably almost completely, attached to the at least one central element and step a) takes place by the action of an external force on the at least one central element.
  • step b) is supported by means of a further, external permanent magnet.
  • a further, external permanent magnet is brought into the vicinity of the vessel in which the magnetic particles and the at least one central element are located.
  • the method according to the invention comprises a device according to the invention.
  • the present invention also relates to the use of a device according to the invention and / or a method according to the invention for the at least partial separation of biomolecules from / in a preferably aqueous solution.
  • biomolecules includes, but is not limited to, all biomolecules, such as lipids, carbohydrates, metabolites, metabolites, all types of nucleic acids, all types of peptides and proteins, and also substituted or functionalized peptides and / or proteins understood.
  • biomolecules are understood to mean, but is not limited to, all naturally occurring or artificially introduced molecules in biological samples.
  • the device according to the invention and / or the method according to the invention is used for the at least partial removal of nucleic acids from / in a preferably aqueous solution.
  • nucleic acid in the context of the present invention particularly, but not limited to, natural, preferably isolated, linear, branched or circular nucleic acids such as RNA, in particular mRNA, siRNA, miRNA, snRNA, tRNA, hnRNA or ribozymes, DNA and the like, synthetic or modified nucleic acids, for example oligonucleotides, in particular primers, probes or standards used for the PCR, nucleic acids labeled with digoxigenin, biotin or fluorescent dyes or so-called PNAs ("peptide nucleic acids").
  • RNA in particular mRNA, siRNA, miRNA, snRNA, tRNA, hnRNA or ribozymes, DNA and the like
  • synthetic or modified nucleic acids for example oligonucleotides, in particular primers, probes or standards used for the PCR, nucleic acids labeled with digoxigenin, biotin or fluorescent dyes or so-called PNAs ("peptide nucle
  • FIG. 1 shows a very schematic view of a device according to the invention according to an embodiment of the invention prior to "homogenization" of the magnetic particles;
  • Fig. 2 shows the device of Fig. 1 after "homogenization"
  • FIG. 3 shows a UV curve of a DNA elution solution after carrying out a preparation of genomic DNA according to Example I.
  • FIG. 3 shows a UV curve of a DNA elution solution after carrying out a preparation of genomic DNA according to Example I.
  • FIG. 1 shows a very schematic view of a device according to the invention according to an embodiment. It should be noted that FIGS. 1 and 2 are highly schematic, and in most of the inventors' applications, the actual ratios (whether size ratios such as the number of magnetic particles) will be different.
  • the device comprises a plurality of first magnetic particles 10, which are deposited in the "resting state" on a central element 20.
  • Magnetic particles 10 and central magnet 20 are arranged in a (preferably closed) vessel 100, which optionally via (schematically indicated by dashed lines) inlets and outlets 110 or 120.
  • the vessel 100 is preferably filled with a liquid 150 so high that the magnetic particles 10 and the central element 20 are in the liquid.
  • the central member 20 is a permanent magnet; however, this is not limiting.
  • the central element 20 may also contain a magnetizable material such as iron.
  • Another embodiment for moving the at least one central element is a one-dimensional oscillating movement. Due to the effect of a magnetic field that moves back and forth along a line, the at least one central element is "hewn" alternately against the opposite vessel walls, as a result of which the magnetic particles are also shaken off effectively by the central element 20.
  • a shaking movement of the at least one central element can also take place by means of an electromagnet when it is operated under alternating voltage and the magnetic field polarity changes alternately, in that respect this also constitutes a preferred embodiment of the invention. Changing the operating mode to direct current thus finds a magnetic separation instead of.
  • the magnetic particles 10 re-attach to the central element 20, so that (substantially) the state of FIG. 1 is reached again.
  • the liquid 150 may now be e.g. be removed from the vessel or other reagents may be added, depending on the specific application.
  • Example I Preparation of genomic DNA from 5 ml of whole blood
  • Buffer AL brand product from QIAGEN
  • QIAGEN Proteinase K
  • the supernatant was removed, followed by air drying of the magnetic particles for 20 min.
  • the UV curve of the supernatant can be seen in FIG. Based on the UV spectrum, the yield can be estimated, which was approximately quantitative in Example 1 (about 170 micrograms of genomic DNA from 5 ml of whole blood).

Landscapes

  • Physical Or Chemical Processes And Apparatus (AREA)
  • Automatic Analysis And Handling Materials Therefor (AREA)
  • Measuring Or Testing Involving Enzymes Or Micro-Organisms (AREA)
  • Apparatus Associated With Microorganisms And Enzymes (AREA)

Abstract

The invention relates to an apparatus and a method for treating liquids with magnetic particles. At least one other central element is additionally provided which is used for collecting and homogenizing the particles.

Description

VORRICHTUNG UND VERFAHREN ZUM BEHANDELN VON FLƜSSIGKEITEN MIT MAGNETISCHEN PARTIKELNĀ DEVICE AND METHOD FOR TREATING LIQUIDS WITH MAGNETIC PARTICLES
Gebiet der ErfindungField of the invention
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Vorrichtung sowie ein Verfahren zum Behandeln von FlĆ¼ssigkeiten mit magnetischen Partikeln. Die Vorrichtung sowie das Verfahren sind beispielsweise fĆ¼r Anwendungszwecke in der Biochemie, kli- nischen Chemie, Molekularbiologie, Mikrobiologie, medizinischen Diagnostik oder forensischen Medizin geeignet.The present invention relates to an apparatus and a method for treating liquids with magnetic particles. The device and the method are suitable, for example, for applications in biochemistry, clinical chemistry, molecular biology, microbiology, medical diagnostics or forensic medicine.
Technischer HintergrundTechnical background
Im Stand der Technik ist eine Vielzahl von Verfahren zum Behandeln von FlĆ¼ssigkeiten mit magnetischen Partikeln bekannt, wobei sich diese meist auf das Abtrennen von NukleinsƤuren oder anderen biologisch oder biochemisch relevanten Stoffen aus einer Lƶsung beziehen.In the prior art, a variety of methods for treating liquids with magnetic particles are known, these usually relate to the separation of nucleic acids or other biologically or biochemically relevant substances from a solution.
Verfahren, die auf der magnetischen Abtrennung unter Verwendung von spezifisch und/oder unspezifisch bindenden, magnetischen Partikeln beruhen, haben im Bereich der Probenvorbereitung fĆ¼r diagnostische oder analytische Untersuchungen, insbesondere fĆ¼r die Isolierung von NukleinsƤuren, Proteinen und Zellen, zunehmende Bedeutung erlangt.Methods based on magnetic separation using specific and / or nonspecifically binding magnetic particles have gained increasing importance in the field of sample preparation for diagnostic or analytical studies, in particular for the isolation of nucleic acids, proteins and cells.
Dies gilt insbesondere fĆ¼r automatisierte Verfahren, da auf diese Weise eine groƟe Anzahl von Proben innerhalb kurzer Zeit vorbereitet werden kƶnnen und auf ar- beitsaufwendige Zentrifugationsschritte verzichtet werden kann. Dadurch werden die Voraussetzungen fĆ¼r einen effizienten und hohen Probendurchsatz geschaffen. Dies ist von enormer Bedeutung, da eine rein manuelle Handhabung von sehr groƟen Probenzahlen praktisch nicht zu bewƤltigen ist.This applies in particular to automated procedures, since in this way a large number of samples can be prepared within a short time and beitsaufwendige centrifugation steps can be omitted. This creates the conditions for efficient and high sample throughput. This is of tremendous importance, since a purely manual handling of very large sample numbers is practically unmanageable.
Das Grundprinzip der magnetischen Abtrennung von Substanzen aus komplexen Gemischen beruht darauf, dass magnetische Partikel z.B. durch chemische Behandlung ihrer OberflƤche mit spezifischen Bindungseigenschaften fĆ¼r die abzutrennenden Zielsubstanzen ausgestattet werden. Die GrĆ¶ĆŸe solcher Magnetpartikel liegt im Allgemeinen im Bereich von ca. 0,05 bis 500 Ī¼m, so dass sie eine groƟe OberflƤche fĆ¼r die Bindungsreaktion bereitstellen. In AbhƤngigkeit von ihrer GrĆ¶ĆŸe und Beschaffenheit kƶnnen die magnetischen Partikel eine Dichte aufweisen, die Ƥhnlich der Dichte der FlĆ¼ssigkeit ist, in der sie suspendiert sind. In diesem Fall kann eine Sedimentierung der magnetischen Partikel durchaus einige Stunden dauern.The basic principle of the magnetic separation of substances from complex mixtures is based on the fact that magnetic particles e.g. be provided by chemical treatment of their surface with specific binding properties for the target substances to be separated. The size of such magnetic particles is generally in the range of about 0.05 to 500 microns so as to provide a large surface area for the binding reaction. Depending on their size and nature, the magnetic particles may have a density similar to the density of the liquid in which they are suspended. In this case, sedimentation of the magnetic particles can take several hours.
Bei bekannten Trennverfahren werden die Magnetpartikel durch Anwendung magnetischer KrƤfte bzw. eines Magnetfeldes, beispielsweise mittels eines Permanentmagneten, an einer Stelle immobilisiert. Diese Ansammlung der Magnet- partikel wird auch als Pellet oder Magnetsediment bezeichnet. Nachfolgend wird der flĆ¼ssige Ɯberstand beispielsweise durch Absaugen oder Dekantieren abgetrennt und verworfen. Da die Magnetpartikel durch die magnetischen KrƤfte immobilisiert sind, wird weitgehend verhindert, dass magnetische Partikel zusammen mit dem Ɯberstand abgetrennt werden.In known separation processes, the magnetic particles are immobilized by applying magnetic forces or a magnetic field, for example by means of a permanent magnet, at one point. This accumulation of magnetic particles is also referred to as pellet or magnetic sediment. Subsequently, the liquid supernatant is separated, for example, by suction or decantation and discarded. Since the magnetic particles are immobilized by the magnetic forces, it is largely prevented that magnetic particles are separated together with the supernatant.
Typischerweise werden die immobilisierten Magnetpartikel anschlieƟend resuspendiert. Zur Anreicherung der gebundenen Zielsubstanzen wird eine Eluti- onsflĆ¼ssigkeit bzw. ein Elutionspuffer verwendet. Die Bindung zwischen der Ziel- Substanz und den Magnetpartikeln wird gelƶst und die Zielsubstanz-MolekĆ¼le von den Magnetpartikeln freigesetzt. Die Zielsubstanz-MolekĆ¼le kƶnnen dann zusammen mit der ElutionsflĆ¼ssigkeit abgetrennt werden, wƤhrend die Magnetpartikel durch Einwirkung eines Magnetfeldes immobilisiert werden. Durch Verringe- rung des Volumens an ElutionsflĆ¼ssigkeit in Bezug zum primƤren Ausgangsvolumen zur Bindung, kƶnnen die Zielsubstanz-MolekĆ¼le nicht nur angereichert, sondern auch konzentriert werden. Vor dem Elutionsschritt kƶnnen ein oder mehrere Waschschritte durchgefĆ¼hrt werden.Typically, the immobilized magnetic particles are then resuspended. To enrich the bound target substances, an elution liquid or an elution buffer is used. The bond between the target Substance and the magnetic particles is dissolved and released the target substance molecules from the magnetic particles. The target substance molecules can then be separated together with the elution liquid, while the magnetic particles are immobilized by the action of a magnetic field. By reducing the volume of elution liquid relative to the primary starting volume for binding, the target substance molecules can not only be enriched, but also concentrated. Before the elution step, one or more washing steps can be carried out.
FĆ¼r die DurchfĆ¼hrung solcher Trennverfahren mittels magnetischer Partikel sind verschiedenartige Vorrichtungen beschrieben worden. So beschreibt US 2001/0022948 eine Vorrichtung, bei der ein magnetischer Stab in ein erstes ReaktionsgefƤƟ eintaucht, das in FlĆ¼ssigkeit suspendierte magnetische Partikel enthƤlt.Various devices have been described for performing such magnetic particle separation processes. Thus, US 2001/0022948 describes an apparatus in which a magnetic rod is immersed in a first reaction vessel containing magnetic particles suspended in liquid.
Dort zieht der magnetische Stab die magnetischen Partikel an, so dass die Magnetpartikel an dem Stab anhaften. Der magnetische Stab wird dann zusammen mit den daran anhaftenden magnetischen Partikeln aus dem ReaktionsgefƤƟ gezogen und in ein zweites ReaktionsgefƤƟ eingefĆ¼hrt. Dort wird dann die Magnetkraft des Stabes verringert bzw. abgeschaltet, so dass sich die magnetischen Partikel von dem Stab lƶsen und in einer im ReaktionsgefƤƟ befindlichen FlĆ¼ssigkeit suspendiert werden. Ƅhnliche Verfahren sind auch aus der US 6,065,605 und der WO 2005/005049 bekannt.There, the magnetic rod attracts the magnetic particles so that the magnetic particles adhere to the rod. The magnetic rod is then pulled out of the reaction vessel together with the adhering magnetic particles and introduced into a second reaction vessel. There, the magnetic force of the rod is then reduced or switched off, so that the magnetic particles detach from the rod and are suspended in a liquid present in the reaction vessel. Similar methods are also known from US 6,065,605 and WO 2005/005049.
Hingegen ist aus der EP 0 965 842 eine Vorrichtung bekannt, bei der die magneti- sehen Partikel zusammen mit der FlĆ¼ssigkeit, in der sie suspendiert sind, in einer Pipette aufgezogen werden. Die Pipettenspitze weist einen speziellen Separationsbereich auf, der durch einen Magneten mit einem Magnetfeld beaufschlagt werden kann. Dadurch werden die Magnetpartikel als Pellet oder Magnetsediment an der Innenseite der Pipettenspitze immobilisiert. AnschlieƟend wird die aspirierte FlĆ¼ssigkeit durch die Pipettierfunktion der Vorrichtung aus der Pipettenspitze entfernt.On the other hand, EP 0 965 842 discloses a device in which the magnetic particles, together with the liquid in which they are suspended, are drawn up in a pipette. The pipette tip has a special separation area, which can be acted upon by a magnet with a magnetic field. As a result, the magnetic particles as a pellet or magnetic sediment immobilized on the inside of the pipette tip. Subsequently, the aspirated liquid is removed from the pipette tip by the pipetting function of the device.
Danach kann das Magnetfeld im Separationsbereich wieder entfernt werden, wodurch die im Pellet immobilisierten Magnetpartikel wieder freigegeben werden. Ein Ƥhnliches Verfahren und eine Ƥhnliche Vorrichtung sind in der US 6,187,270 beschrieben.Thereafter, the magnetic field in the separation region can be removed again, whereby the immobilized in the pellet magnetic particles are released again. A similar method and apparatus are described in US 6,187,270.
Ein anderes Prinzip zur Abtrennung magnetischer Partikel beschreibt die EP 015 905 520. Dabei verbleiben die magnetischen Partikel in demselben ReaktionsgefƤƟ wƤhrend die FlĆ¼ssigkeit in diesem GefƤƟ ausgetauscht wird. Die Magnetsedimente kƶnnen zur Anpassung an einen jeweiligen Prozessschritt in einer gewĆ¼nschten Hƶhe an der Seitenwand des ReaktionsgefƤƟes immobilisiert werden. Dies erfolgt durch Bereitstellung von Magneten, die auf verschiedenen Armen eines drehbar gelagerten TrƤgers in jeweils unterschiedlicher Entfernung von der Drehachse angeordnet sind. Durch Drehen des TrƤgers kann jeweils ein bestimmter Arm - und damit ein bestimmter Magnet - in die NƤhe der Seitenwand des ReaktionsgefƤƟes gebracht werden. An dieser Stelle werden dann die Magnetpartikel als Pellet immobilisiert.Another principle for the separation of magnetic particles is described in EP 015 905 520. The magnetic particles remain in the same reaction vessel while the liquid in this vessel is exchanged. The magnetic sediments can be immobilized at a desired height on the side wall of the reaction vessel for adaptation to a respective process step. This is done by providing magnets which are arranged on different arms of a rotatably mounted carrier at a different distance from the axis of rotation. By rotating the carrier, a particular arm can be brought into the vicinity of the side wall of the reaction vessel, and thus a specific magnet. At this point, the magnetic particles are then immobilized as a pellet.
Die genannten herkƶmmlichen Vorrichtungen und Verfahren weisen alle die gemeinsame Eigenschaft auf, dass sie als so genannte ā€žoffene Systeme" ausgebildet sind, da gemƤƟ ihrem jeweiligen Funktionsprinzip magnetische StƤbe oder Pipet- ten ein- oder mehrmals in das ReaktionsgefƤƟ eingefĆ¼hrt werden mĆ¼ssen. Dadurch besteht bei diesen herkƶmmlichen Vorrichtungen und Verfahren das Risiko einer Kreuzkontamination anderer ReaktionsgefƤƟe durch Aerosol- und/oderThe said conventional devices and methods all have the common feature that they are designed as so-called "open systems" since, according to their respective operating principle, magnetic rods or pipettes must be introduced into the reaction vessel one or more times These conventional devices and methods, the risk of cross-contamination of other reaction vessels by aerosol and / or
- A - Tropfenbildung. Untersuchungsergebnisse kƶnnen verfƤlscht oder sogar unbrauchbar werden.- A - Dripping. Examination results can be falsified or even rendered useless.
Aufgabe der vorliegenden ErfindungObject of the present invention
Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die beschriebenen, sich aus dem Stand der Technik ergebenden Nachteile zu Ć¼berwinden und insbesondere fĆ¼r eine weite Spanne von Anwendungen eine Vorrichtung sowie ein Verfahren zu schaffen, bei dem ein Behandeln von FlĆ¼ssigkeiten mit magnetischen Partikeln auf einfache Weise mƶglich ist.The present invention has for its object to overcome the described, resulting from the prior art disadvantages and in particular for a wide range of applications to provide a device and a method in which a treatment of liquids with magnetic particles in a simple manner possible is.
Die Aufgabe wird durch eine Vorrichtung gemƤƟ Anspruch 1 der vorliegenden Erfindung gelƶst. DemgemƤƟ wird eine Vorrichtung zum Behandeln von FlĆ¼ssigkeiten mit magnetischen Partikeln, umfassend eine Vielzahl von ersten, in der FlĆ¼ssigkeit angeordneten magnetischen Partikeln sowie mindestens ein, in der FlĆ¼ssigkeit angeordnetes, bevorzugt stab-, hantel- und/oder ellipsoidfƶrmig ausgebildetes magnetisches und/oder magnetisierbares Zentralelement, wobei das VerhƤltnis des lƤngsten Durchmessers d2 des mindestens einen Zentralelements zum VerhƤltnis des durchschnittlichen Durchmessers dl der magnetischen Parti- kel mindestensThe object is achieved by a device according to claim 1 of the present invention. Accordingly, an apparatus for treating liquids with magnetic particles, comprising a plurality of first, disposed in the liquid magnetic particles and at least one, arranged in the liquid, preferably rod, dumbbell and / or ellipsoidal shaped magnetic and / or magnetizable central element in which the ratio of the longest diameter d2 of the at least one central element to the ratio of the average diameter d1 of the magnetic particles is at least
d2 (mm) > 15*dl (mm)d2 (mm)> 15 * dl (mm)
betrƤgt.is.
Unter dem Begriff ā€žZentralelement" wird im Sinne der vorliegenden Erfindung insbesondere jeder Gegenstand verstanden, welcher in der Lage ist, durch Magnetfeldeinwirkung - ggf. unter Einwirkung eines weiteren, ā€žexternen" Magneten (wie im Folgenden beschrieben) - im Ruhezustand zumindest die Mehrzahl der magnetischen Partikel an sich zu binden.For the purposes of the present invention, the term "central element" is understood to mean, in particular, any article which is capable of being subjected to magnetic field action, possibly under the action of a further, "external" magnet (as described below) - to bind at rest in at least the majority of the magnetic particles.
GemƤƟ einer bevorzugten AusfĆ¼hrungsform der Erfindung umfasst das mindes- tens eine Zentralelement einen Magneten, bevorzugt einen Permanentmagnet; gemƤƟ einer alternativen, bevorzugten AusfĆ¼hrungsform der Erfindung umfasst das mindestens eine Zentralelement ein magnetisierbares Material, wie z.B. Eisen.According to a preferred embodiment of the invention, the at least one central element comprises a magnet, preferably a permanent magnet; According to an alternative preferred embodiment of the invention, the at least one central element comprises a magnetizable material, e.g. Iron.
Unter dem Begriff ā€žFlĆ¼ssigkeiten" werden - aber nicht darauf beschrƤnkt - im Sinne der vorliegenden Erfindung insbesondere wƤssrige Lƶsungen, Suspensionen und/oder zweiphasige Emulsionen mit Wasser als einer Phase, die BiomolekĆ¼le enthalten verstanden.For the purposes of the present invention, the term "liquids" is understood to mean, but is not limited to, aqueous solutions, suspensions and / or biphasic emulsions with water as a phase containing biomolecules.
Unter dem Begriff ā€žBehandeln" im Sinne der vorliegenden Erfindung wird insbe- sondere verstanden, dass in einem Separationsschritt bestimmte Biomo lekĆ¼le sich an die Magnetpartikel anlagern kƶnnen; die vorliegende Erfindung ist jedoch ausdrĆ¼cklich nicht darauf beschrƤnkt.The term "treating" in the sense of the present invention is understood in particular to mean that certain biomolecules can attach to the magnetic particles in a separation step, but the present invention is expressly not limited thereto.
Unter dem Begriff ā€žDurchmesser" der Magnetpartikel ist insbesondere, wenn die Magnetpartikel nicht kugelfƶrmig oder im wesentlichen kugelfƶrmig sind, der jeweils lƤngste Durchmesser der Magnetpartikel gemeint.By the term "diameter" of the magnetic particles is meant in particular, when the magnetic particles are not spherical or substantially spherical, the respective longest diameter of the magnetic particles.
Unter dem Begriff ā€ždurchschnittlicher Durchmesser" ist insbesondere das arithmetische Mittel der Durchmesser der Magnetpartikel gemeint, welches insbeson- dere (aber nicht darauf beschrƤnkt) stichprobenartig gemessen werden kann.By the term "average diameter" is meant in particular the arithmetic mean of the diameters of the magnetic particles, which can be measured randomly, in particular (but not limited thereto).
Eine derartige Vorrichtung bietet fĆ¼r eine weite Spanne von Anwendungen innerhalb der vorliegenden Erfindungen mindestens einen der folgenden Vorteile: Dadurch, dass mindestens ein Zentralelement vorgesehen ist, ist eine Homogenisierung der Magnetpartikel wie auch eine Separierung der Magnetpartikel von der Lƶsung auf einfache Weise mƶglich, wie u.a. nachfolgend beschrieben. - Die Vorrichtung erlaubt den Einsatz in ā€žgeschlossenen" Systemen; dies stellt insofern eine bevorzugte AusfĆ¼hrungsform der Erfindung dar. Es sind keine weiteren Mittel (wie ein Stabmagnet etc.) notwendig, die direkt in die FlĆ¼ssigkeit eintauchen und somit eine potentielle Kontaminationsquelle darstellen. - Es ergibt sich fĆ¼r die meisten Anwendungen eine sehr schnelle und leichteSuch a device provides at least one of the following advantages for a wide range of applications within the present inventions: Characterized in that at least one central element is provided, a homogenization of the magnetic particles as well as a separation of the magnetic particles from the solution in a simple manner possible, as described below, inter alia. The device allows use in "closed" systems, this is a preferred embodiment of the invention in that it requires no further means (such as a bar magnet, etc.) which dip directly into the liquid and thus constitute a potential source of contamination. It results in a very fast and easy for most applications
Homogenisierung der Magnetpartikel.Homogenization of the magnetic particles.
Weiterhin ist meist eine sehr schnelle Separation der Magnetpartikel mƶglich. - Neben dem einfachen Aufbau der Vorrichtung ist gleichzeitig der zu betreibende technische Aufwand meist sehr gering.Furthermore, a very rapid separation of the magnetic particles is usually possible. - In addition to the simple structure of the device at the same time to be operated technical effort is usually very low.
GemƤƟ einer bevorzugten AusfĆ¼hrungsform der Erfindung ist das VerhƤltnis des lƤngsten Durchmessers d2 des mindestens einen Zentralelements zum VerhƤltnis des durchschnittlichen Durchmessers dl der magnetischen Partikel d2 (mm) >50 *dl (mm), noch bevorzugt d2 (mm) >100 *dl (mm), ferner bevorzugt d2 (mm) >200 *dl (mm), sowie am meisten bevorzugt d2 (mm) >300 *dl (mm).According to a preferred embodiment of the invention, the ratio of the longest diameter d2 of the at least one central element to the ratio of the average diameter d1 of the magnetic particles d2 (mm) is> 50 * dl (mm), more preferably d2 (mm)> 100 * dl (mm Further, d2 (mm)> 200 * dl (mm), and most preferably d2 (mm)> 300 * dl (mm).
Dies hat sich fĆ¼r eine breite Spanne von Anwendungen innerhalb der vorliegenden Erfindung als vorteilhaft herausgestellt, da so die gewĆ¼nschten erfinderischen Effekte oftmals auf einfache Weise erzielt werden kƶnnen.This has been found to be advantageous for a wide range of applications within the present invention, since the desired inventive effects can often be achieved in a simple manner.
GemƤƟ einer bevorzugten AusfĆ¼hrungsform der Erfindung ist das VerhƤltnis des Volumens V2 des mindestens einen Zentralelements zum VerhƤltnis des durchschnittlichen Volumens Vl der magnetischen Partikel V2 (mm3) > 10 *Vl (mm3).According to a preferred embodiment of the invention, the ratio of the volume V2 of the at least one central element to the ratio of the average volume Vl of the magnetic particles V2 (mm 3 )> 10 * VI (mm 3 ).
Dies hat sich ebenfalls als gĆ¼nstig herausgestellt, da so insbesondere sichergestellt werden kann, dass nach einer Homogenisierung (Resuspendierung) der Magnetpartikel diese sich wieder an den Magneten anlagern.This has also proven to be favorable, since it can be ensured in particular that after homogenization (resuspension) of the magnetic particles, these are again deposited on the magnet.
GemƤƟ einer bevorzugten AusfĆ¼hrungsform der Erfindung ist das VerhƤltnis des Volumens V2 des mindestens einen Zentralelements zum VerhƤltnis des durchschnittlichen Volumens Vl der magnetischen Partikel V2 (mm3) > 100 *V1 (mm3), noch bevorzugt V2 (mm3) > 1000 *V1 (mm3) sowie am meisten bevorzugt V2 (mm3) > 105 *V1 (mm3).According to a preferred embodiment of the invention, the ratio of the volume V2 is the at least one central element to the ratio of the average volume Vl of the magnetic particles V2 (mm 3)> 100 * V1 (mm 3), more preferably, V2 (mm 3)> 1000 * V1 (mm 3 ) and most preferably V2 (mm 3 )> 10 5 * V1 (mm 3 ).
GemƤƟ einer bevorzugten AusfĆ¼hrungsform der Erfindung betrƤgt die Anzahl der magnetischen Partikel pro Zentralelement >104 bis <108, bevorzugt >5 x 105 bis < 5 x 106.According to a preferred embodiment of the invention, the number of magnetic particles per central element is> 10 4 to <10 8 , preferably> 5 Ɨ 10 5 to <5 Ɨ 10 6 .
GemƤƟ einer bevorzugten AusfĆ¼hrungsform der Erfindung beinhalten die magne- tischen Partikel ein Material, ausgewƤhlt aus der Gruppe paramagnetische Materialien, superparamagnetische Materialien, ferromagnetische Materialien, ferri- magnetische Materialien sowie Mischungen daraus.According to a preferred embodiment of the invention, the magnetic particles comprise a material selected from the group of paramagnetic materials, superparamagnetic materials, ferromagnetic materials, ferromagnetic materials and mixtures thereof.
GemƤƟ einer bevorzugten AusfĆ¼hrungsform der Erfindung betrƤgt die durch- schnittliche SƤttigungsmagnetisierung der magnetischen Partikel >1 Am2/kg und 250 AmVkg, bevorzugt >10 AmVkg und 240 Am2/kg, sowie am meisten bevorzugt >20 AmVkg und 235 AmVkg. Dies hat sich fĆ¼r viele Anwendungen der vorliegenden Erfindung als vorteilhaft herausgestellt. GemƤƟ einer bevorzugten Ausfuhrungsform der Erfindung ist das mindestens eine Zentralelement stab-, hantel- und/oder ellipsoidfƶrmig ausgebildet und das VerhƤltnis des lƤngsten Durchmessers a zum VerhƤltnis des kĆ¼rzesten Durchmessers b ist vonAccording to a preferred embodiment of the invention, the average saturation magnetization of the magnetic particles is> 1 Am 2 / kg and 250 AmVkg, preferably> 10 AmVkg and 240 Am 2 / kg, and most preferably> 20 AmVkg and 235 AmVkg. This has proven advantageous for many applications of the present invention. According to a preferred embodiment of the invention, the at least one central element is rod, dumbbell and / or ellipsoidal and the ratio of the longest diameter a to the ratio of the shortest diameter b is from
a/b > 1.1 bis a/b <10.a / b> 1.1 to a / b <10.
Dies hat sich insbesondere fĆ¼r eine einfache Homogenisierung der Magnetpartikel bei vielen Anwendungen als gĆ¼nstig herausgestellt. GemƤƟ einer bevorzugten AusfĆ¼hrungsform der Erfindung ist das mindestens eine Zentralelement stab-, hantel- und/oder ellipsoidfƶrmig ausgebildet und das VerhƤltnis des lƤngsten Durchmessers a zum VerhƤltnis des kĆ¼rzesten Durchmessers b ist von a/b > 1.5 bis a/b <8, bevorzugt a/b > 2 bis a/b <5.This has proved to be favorable, in particular for a simple homogenization of the magnetic particles in many applications. According to a preferred embodiment of the invention, the at least one central element is rod, dumbbell and / or ellipsoidal in shape and the ratio of the longest diameter a to the ratio of the shortest diameter b is from a / b> 1.5 to a / b <8, preferably a / b> 2 to a / b <5.
GemƤƟ einer bevorzugten AusfĆ¼hrungsform der Erfindung sind die magnetischen Partikel und das mindestens eine Zentralelement in einem geschlossenen GefƤƟ angeordnet.According to a preferred embodiment of the invention, the magnetic particles and the at least one central element are arranged in a closed vessel.
GemƤƟ einer bevorzugten AusfĆ¼hrungsform der Erfindung betragen das addierte Volumen Vm der magnetischen Partikel sowie das des mindestens einen Zentralelements >0,25% bis <50% des Gesamtvolumens VG des GefƤƟes. Dies hat sich fĆ¼r viele Anwendungen als gĆ¼nstig herausgestellt.According to a preferred embodiment of the invention, the added volume V m of the magnetic particles and that of the at least one central element are> 0.25% to <50% of the total volume V G of the vessel. This has proven to be beneficial for many applications.
Bevorzugt betragen das addierte Volumen Vm der magnetischen Partikel sowie das des mindestens einen Zentralelements >0,5% bis <20%, noch mehr bevorzugt >1% bis <15%, des Gesamtvolumens VG des GefƤƟes. GemƤƟ einer bevorzugten Ausfuhrungsform der Erfindung umfasst die erfindungsgemƤƟe Vorrichtung weiterhin mindestens einen externen Magneten, welcher zur Interaktion mit dem mindestens einen Zentralelement ausgebildet ist.Preferably, the added volume V m of the magnetic particles and that of the at least one central element are> 0.5% to <20%, more preferably> 1% to <15% of the total volume V G of the vessel. According to a preferred embodiment of the invention, the device according to the invention further comprises at least one external magnet, which is designed to interact with the at least one central element.
FĆ¼r den Fall, dass es sich bei dem Zentralelement um einen Permanentmagneten handelt, ist gemƤƟ einer bevorzugten AusfĆ¼hrungsform der Erfindung das VerhƤltnis der MagnetstƤrke H3 des mindestens einen externen Magneten zur MagnetstƤrke H2 des mindestens einen ZentralelementsIn the event that the central element is a permanent magnet, according to a preferred embodiment of the invention, the ratio of the magnet strength H 3 of the at least one external magnet to the magnet strength H 2 of the at least one central element
H3 > l.l* H2bis H3 < 10* H2 H 3 > II * H 2 to H 3 <10 * H 2
Dies hat sich als gĆ¼nstig herausgestellt, da so der mindestens eine Zentralelement auf der einen Seite erfindungemƤƟ hƤufig sehr gut beeinfiusst werden kann, auf der anderen Seite die Homogenisierung bzw. Anlagerung der Magnetpartikel an das mindestens eine Zentralelement nicht unnƶtig beeinfiusst wird.This has turned out to be favorable since the at least one central element on the one hand can often be very well influenced according to the invention, on the other hand the homogenization or addition of the magnetic particles to the at least one central element is not unnecessarily affected.
GemƤƟ einer bevorzugten AusfĆ¼hrungsform der Erfindung ist das VerhƤltnis der MagnetstƤrke H3 des mindestens einen externen Magneten zur MagnetstƤrke H2 des mindestens einen Zentralelements H3 > 1.5* H2 bis H3 < 8* H2, noch mehr bevorzugt H3 > 2* H2 bis H3 < 5* H2.According to a preferred embodiment of the invention, the ratio of the magnet strength H3 of the at least one external magnet to the magnet strength H 2 of the at least one central element H 3 > 1.5 * H 2 to H 3 <8 * H 2 , even more preferably H 3 > 2 * H 2 to H 3 <5 * H 2 .
GemƤƟ einer bevorzugten AusfĆ¼hrungsform der Erfindung ist und/oder umfasst der mindestens eine externe Magnet ein(en) Elektromagnet(en), der zur Homogenisierung der magnetischen Partikel unter Wechselspannung betrieben wird. In dieser AusfĆ¼hrung ist dann bevorzugt das Zentralelement ein (Permanent-) Magnet. GemƤƟ einer bevorzugten Ausfuhrungsform der Erfindung ist und/oder umfasst der mindestens eine externe Magnet ein(en) Permanentmagnet(en).According to a preferred embodiment of the invention, the at least one external magnet is and / or comprises an electromagnet (s) which is operated to homogenize the magnetic particles under alternating voltage. In this embodiment, the central element is then preferably a (permanent) magnet. According to a preferred embodiment of the invention, the at least one external magnet is and / or comprises a permanent magnet (s).
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auƟerdem auf ein Verfahren zum Behan- dein von FlĆ¼ssigkeiten mit magnetischen Partikeln, umfassend eine Vielzahl von ersten, in der FlĆ¼ssigkeit angeordneten magnetischen Partikeln sowie mindestens ein, in der FlĆ¼ssigkeit angeordnetes, bevorzugt stab-, hantel- und/oder ellipsoid- fƶrmig ausgebildetes magnetisches oder magnetisierbares Zentralelement, umfassend die SchritteThe present invention also relates to a method of treating liquids with magnetic particles comprising a plurality of first magnetic particles arranged in the liquid and at least one in the liquid, preferably rod, dumbbell and / or ellipsoidal - Shaped trained magnetic or magnetizable central element, comprising the steps
a) Verteilen der magnetischen Partikel in der FlĆ¼ssigkeit sowie nachfolgend b) Anlagern der magnetischen Partikel an das mindestens eine Zentralelement.a) distributing the magnetic particles in the liquid and subsequently b) attaching the magnetic particles to the at least one central element.
Ein derartiges Verfahren bietet fĆ¼r eine weite Spanne von Anwendungen inner- halb der vorliegenden Erfindungen mindestens einen der folgenden Vorteile:Such a method provides at least one of the following advantages for a wide range of applications within the present inventions:
Dadurch, dass mindestens ein Zentralelement vorgesehen ist, ist eine Homogenisierung der Magnetpartikel wie auch eine Separierung der Magnetpartikel von der Lƶsung auf einfache Weise mƶglich, wie u.a. nachfolgend beschrieben.Characterized in that at least one central element is provided, a homogenization of the magnetic particles as well as a separation of the magnetic particles from the solution in a simple manner possible, such as u.a. described below.
Das Verfahren erlaubt den Einsatz in ā€žgeschlossenen" Systemen. Es sind keine weiteren Mittel (wie ein Stabmagnet etc.) notwendig, die in die FlĆ¼ssigkeit eintauchen und somit eine potentielle Kontaminationsquelle darstellen. - Es ergibt sich fĆ¼r die meisten Anwendungen eine sehr schnelle und leichteThe process allows use in "closed" systems, eliminating the need for other means (such as a bar magnet, etc.) that penetrate into the liquid and thus constitute a potential source of contamination - a very fast and easy process for most applications
Homogenisierung der MagnetpartikelHomogenization of the magnetic particles
Weiterhin ist meist eine sehr schnelle Separation der Magnetpartikel mƶglich - Neben dem einfachen Aufbau des Verfahrens ist gleichzeitig der zu betreibende technische Aufwand meist sehr gering.Furthermore, a very rapid separation of the magnetic particles is usually possible - In addition to the simple structure of the method is at the same time to be operated technical effort usually very low.
GemƤƟ einer bevorzugten AusfĆ¼hrungsform der Erfindung umfasst Schritt a) eine Resuspendierung der magnetischen Partikel in der FlĆ¼ssigkeit.According to a preferred embodiment of the invention, step a) comprises a resuspension of the magnetic particles in the liquid.
GemƤƟ einer bevorzugten AusfĆ¼hrungsform der Erfindung waren vor dem Schritt a) die magnetischen Partikel zumindest teilweise, bevorzugt fast vollstƤndig, an das mindestens eine Zentralelement angelagert und Schritt a) erfolgt durch Ein- Wirkung einer externen Kraft auf das mindestens eine Zentralelement.According to a preferred embodiment of the invention, prior to step a) the magnetic particles were at least partially, preferably almost completely, attached to the at least one central element and step a) takes place by the action of an external force on the at least one central element.
GemƤƟ einer bevorzugten AusfĆ¼hrungsform der Erfindung wird Schritt b) mittels eines weiteren, externen Permanentmagneten unterstĆ¼tzt. Dabei geschieht dies bevorzugt dergestalt, dass ein externer Permanentmagnet in die NƤhe des GefƤƟes gebracht wird, in der sich die Magnetpartikel und das mindestens eine Zentralelement befinden. Dadurch kann bei vielen AusfĆ¼hrungsformen der vorliegenden Erfindung das Anlagern der Magnetpartikel an das mindestens eine Zentralelement deutlich schneller gestaltet werden. Diese AusfĆ¼hrungsform hat sich auch insbesondere dann als vorteilhaft herausgestellt, wenn das mindestens eine Zent- ralelement kein Permanentmagnet ist.According to a preferred embodiment of the invention, step b) is supported by means of a further, external permanent magnet. This is preferably done in such a way that an external permanent magnet is brought into the vicinity of the vessel in which the magnetic particles and the at least one central element are located. As a result, in many embodiments of the present invention, the attachment of the magnetic particles to the at least one central element can be made significantly faster. This embodiment has also proved to be particularly advantageous if the at least one central element is not a permanent magnet.
GemƤƟ einer bevorzugten AusfĆ¼hrungsform der Erfindung umfasst das erfindungsgemƤƟe Verfahren eine erfindungsgemƤƟe Vorrichtung.According to a preferred embodiment of the invention, the method according to the invention comprises a device according to the invention.
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auƟerdem auf Verwendung einer erfindungsgemƤƟen Vorrichtung und/oder eines erfindungsgemƤƟen Verfahrens zur zumindest teilweisen Abtrennung von Biomo lekĆ¼len aus/in einer vorzugsweise wƤssrigen Lƶsung. Unter dem Term ā€žBiomolekĆ¼le" werden - aber nicht darauf beschrƤnkt - im Sinne der vorliegenden Erfindung sƤmtliche BiomolekĆ¼le, wie z. B Lipide, Kohlenhydrate, Metabolite, Stoffwechselprodukte, alle Arten von NukleinsƤuren, alle Arten von Peptiden und Proteinen, auch substutierte oder funktionalisierte Peptide und/oder Proteine verstanden.The present invention also relates to the use of a device according to the invention and / or a method according to the invention for the at least partial separation of biomolecules from / in a preferably aqueous solution. For the purposes of the present invention, the term "biomolecules" includes, but is not limited to, all biomolecules, such as lipids, carbohydrates, metabolites, metabolites, all types of nucleic acids, all types of peptides and proteins, and also substituted or functionalized peptides and / or proteins understood.
Unter dem Term ā€žBiomolekĆ¼le" werden weiterhin - aber nicht darauf beschrƤnkt - im Sinne der vorliegenden Erfindung sƤmtlich in biologischen Proben natĆ¼rlicherweise vorkommende oder kĆ¼nstlich eingebrachte MolekĆ¼le verstanden.For the purposes of the present invention, the term "biomolecules" is understood to mean, but is not limited to, all naturally occurring or artificially introduced molecules in biological samples.
GemƤƟ einer bevorzugten AusfĆ¼hrungsform der Erfindung wird die erfindungsgemƤƟe Vorrichtung und/oder das erfindungsgemƤƟe Verfahren zur zumindest teilweisen Abtrennung von NukleinsƤuren aus/in einer vorzugsweise wƤssrigen Lƶsung verwendet.According to a preferred embodiment of the invention, the device according to the invention and / or the method according to the invention is used for the at least partial removal of nucleic acids from / in a preferably aqueous solution.
Unter dem Term ā€žNukleinsƤure" im Sinne der vorliegenden Erfindung wird insbesondere - aber nicht darauf beschrƤnkt - natĆ¼rliche, vorzugsweise isolierte, lineare, verzweigte oder zirkulƤre NukleinsƤuren wie RNA, insbesondere mRNA, siRNA, miRNA, snRNA, tRNA, hnRNA oder Ribozyme, DNA und dergleichen, synthetische oder modifizierte NukleinsƤuren, beispielsweise Oligonukleotide, insbesondere fĆ¼r die PCR verwendete Primer, Sonden oder Standards, mit Digo- xigenin, Biotin oder Fluoreszensfarbstoffen markierte NukleinsƤuren oder sogenannte PNAs (,peptide nucleic acids") verstanden.The term "nucleic acid" in the context of the present invention particularly, but not limited to, natural, preferably isolated, linear, branched or circular nucleic acids such as RNA, in particular mRNA, siRNA, miRNA, snRNA, tRNA, hnRNA or ribozymes, DNA and the like, synthetic or modified nucleic acids, for example oligonucleotides, in particular primers, probes or standards used for the PCR, nucleic acids labeled with digoxigenin, biotin or fluorescent dyes or so-called PNAs ("peptide nucleic acids").
Die vorgenannten sowie die beanspruchten und in den AusfĆ¼hrungsbeispielen beschriebenen, erfindungsgemƤƟ zu verwendenden Komponenten unterliegen in ihrer GrĆ¶ĆŸe, Formgestaltung, Materialauswahl und technischen Konzeption keinen besonderen Ausnahmebedingungen, so dass die in dem Anwendungsgebiet bekannten Auswahlkriterien uneingeschrƤnkt Anwendung finden kƶnnen. Weitere Einzelheiten, Merkmale und Vorteile des Gegenstandes der Erfindung ergeben sich aus den UnteransprĆ¼chen sowie aus der nachfolgenden Beschreibung der zugehƶrigen Figuren und Beispiele, in denen - beispielhaft - mehrere AusfĆ¼h- rungsbeispiele sowie Einsatzmƶglichkeiten der vorliegenden Erfindung dargestellt sind.The aforementioned as well as the claimed and described in the embodiments, according to the invention to be used components are not subject to any special conditions of exception in their size, shape design, choice of materials and technical design, so that the well-known in the field of application selection criteria can apply without restriction. Further details, features and advantages of the subject matter of the invention will become apparent from the subclaims and from the following description of the associated figures and examples, in which - exemplary - several AusfĆ¼h- tion examples and applications of the present invention are shown.
Fig. 1 zeigt eine sehr schematische Ansicht einer erfindungsgemƤƟen Vorrichtung gemƤƟ eines AusfĆ¼hrungsbeispiels der Erfindung vor ā€žHomogenisie- rung" der Magnetpartikel;1 shows a very schematic view of a device according to the invention according to an embodiment of the invention prior to "homogenization" of the magnetic particles;
Fig. 2 zeigt die Vorrichtung aus Fig. 1 nach ā€žHomogenisierung"; sowieFig. 2 shows the device of Fig. 1 after "homogenization";
Fig. 3 eine UV-Kurve einer DNA-E lutionslƶsung nach DurchfĆ¼hrung einer PrƤ- paration von genomischer DNA gemƤƟ Beispiel I.3 shows a UV curve of a DNA elution solution after carrying out a preparation of genomic DNA according to Example I. FIG.
Fig. 1 zeigt eine sehr schematische Ansicht einer erfindungsgemƤƟen Vorrichtung gemƤƟ einem AusfĆ¼hrungsbeispiel. Es sei angemerkt, dass Fig. 1 und 2 hochgradig schematisch sind und bei den meisten Anwendungen der Erfinder die tatsƤch- liehen VerhƤltnisse (sei es GrĆ¶ĆŸenverhƤltnisse wie die Anzahl der Magnetpartikel) anders sein werden.Fig. 1 shows a very schematic view of a device according to the invention according to an embodiment. It should be noted that FIGS. 1 and 2 are highly schematic, and in most of the inventors' applications, the actual ratios (whether size ratios such as the number of magnetic particles) will be different.
Die Vorrichtung umfasst mehrere erste Magnetpartikel 10, die im ā€žRuhezustand" an ein Zentralelement 20 angelagert sind. Magnetpartikel 10 und zentraler Magnet 20 sind dabei in einem (vorzugsweise geschlossenen) GefƤƟ 100 angeordnet, welches wahlweise Ć¼ber (schematisch strichartig angedeutete) Ein- und AblƤsse 110 bzw. 120 verfĆ¼gen kann. Das GefƤƟ 100 ist vorzugsweise mit einer FlĆ¼ssigkeit 150 so hoch gefĆ¼llt, dass sich die Magnetpartikel 10 und das Zentralelement 20 in der FlĆ¼ssigkeit befinden. In der vorliegenden AusfĆ¼hrungsform ist das Zentralelement 20 ein Permanentmagnet; dies ist jedoch nicht beschrƤnkend. Wie bereits geschildert kann das Zentralelement 20 auch ein magnetisierbares Material wie Eisen enthalten.The device comprises a plurality of first magnetic particles 10, which are deposited in the "resting state" on a central element 20. Magnetic particles 10 and central magnet 20 are arranged in a (preferably closed) vessel 100, which optionally via (schematically indicated by dashed lines) inlets and outlets 110 or 120. The vessel 100 is preferably filled with a liquid 150 so high that the magnetic particles 10 and the central element 20 are in the liquid. In the present embodiment, the central member 20 is a permanent magnet; however, this is not limiting. As already described, the central element 20 may also contain a magnetizable material such as iron.
Durch Bewegen des Zentralelements 20 (z.B. durch Drehen in Richtung des Pfeils A oder alternativ durch RĆ¼tteln), welches vorzugsweise mittels eines weiteren (in der Fig. nicht gezeigten) Magneten erfolgt, ist es mƶglich, die Magnetpartikel von dem Zentralelement 20 zu ā€žlƶsen" (quasi ā€žabzuschĆ¼tteln") und im GefƤƟ zu ver- teilen, so dass sich (abhƤngig von der konkreten Anwendung) z.B. BiomolekĆ¼le an die Magnetpartikel anlagern kƶnnen.By moving the central element 20 (eg by turning in the direction of the arrow A or alternatively by shaking), which preferably takes place by means of a further magnet (not shown in the figure), it is possible to "release" the magnetic particles from the central element 20. (quasi "shake off") and to distribute in the vessel, so that (depending on the specific application) eg Biomolecules can attach to the magnetic particles.
Es sei an dieser Stelle darauf hingewiesen, dass es sich bei vielen Anwendungen der vorliegenden Erfindung als gĆ¼nstig erwiesen hat, dass, wenn eine Kreis- (oder kreisartige) Bewegung des Zentralelements 20 stattfindet, der Mittelpunkt dieses ā€žimaginƤren" Kreises sich nicht in der NƤhe des Mittelpunktes des GefƤƟes 100 befindet. Durch diese Anordnung wird oftmals bewirkt, dass die Magnetpartikel 10 bei der Homogenisierung vom Zentralelement 20 regelrecht ā€žweggeschleudert" werden, was den Schritt der Homogenisierung nochmals erleichtert. Somit stellt dies eine bevorzugte AusfĆ¼hrungsform der vorliegenden Erfindung dar.It should be noted at this point that in many applications of the present invention it has been found to be beneficial that when a circular (or circular) movement of the central member 20 takes place, the center of this "imaginary" circle is not in the vicinity of the center of the vessel 100. This arrangement often causes the magnetic particles 10 to be literally "thrown" away from the central element 20 during the homogenization, which further facilitates the step of homogenization. Thus, this represents a preferred embodiment of the present invention.
Eine weitere AusfĆ¼hrungsform zur Bewegung des mindestens einen Zentralelements ist eine eindimensionale oszillierende Bewegung. Durch die Auswirkung eines Magnetfeldes, das sich auf einer Linie vor- und zurĆ¼ckbewegt, wird das mindestens eine Zentralelemente alternierend an die gegenĆ¼berliegenden GefƤƟwƤnde ā€žgehauen", wodurch die Magnetpartikel von dem Zentralelement 20 auch effektiv abgeschĆ¼ttelt werden. Eine RĆ¼ttelbewegung des mindestens einen Zentralelements kann auch mittels eines Elektromagneten erfolgen wenn dieser unter Wechselspannung betrieben wird und sich die Magnetfeld-Polung alternierend Ƥndert, insofern stellt dies ebenfalls eine bevorzugte AusfĆ¼hrungsform der Erfindung dar. Ƅndert man die Be- triebsart auf Gleichstrom so findet eine Magnetseparation statt.Another embodiment for moving the at least one central element is a one-dimensional oscillating movement. Due to the effect of a magnetic field that moves back and forth along a line, the at least one central element is "hewn" alternately against the opposite vessel walls, as a result of which the magnetic particles are also shaken off effectively by the central element 20. A shaking movement of the at least one central element can also take place by means of an electromagnet when it is operated under alternating voltage and the magnetic field polarity changes alternately, in that respect this also constitutes a preferred embodiment of the invention. Changing the operating mode to direct current thus finds a magnetic separation instead of.
Der Zustand nach dieser ā€žHomogenisierung" ist sehr schematisch in Fig. 2 gezeigt.The state after this "homogenization" is shown very schematically in FIG.
Wird die Bewegung des Zentralelements 20 gestoppt, so lagern sich die Magnetpartikel 10 wieder an das Zentralelement 20 an, so dass (im Wesentlichen) der Zustand der Fig. 1 wieder erreicht wird. Die FlĆ¼ssigkeit 150 kann nun z.B. aus dem GefƤƟ entfernt werden oder es kƶnnen weitere Reagenzien zugegeben werden, je nach konkreter Anwendung.If the movement of the central element 20 is stopped, the magnetic particles 10 re-attach to the central element 20, so that (substantially) the state of FIG. 1 is reached again. The liquid 150 may now be e.g. be removed from the vessel or other reagents may be added, depending on the specific application.
Die Erfindung wird nachfolgend ebenfalls anhand von Beispielen erlƤutert. Es versteht sich, dass diese rein illustrativ zu betrachten sind und keine EinschrƤnkung der vorliegenden Erfindung darstellen sollen, welche ausschlieƟlich durch die AnsprĆ¼che festgelegt wird.The invention will also be explained below by way of examples. It should be understood that these are to be considered as illustrative and not as a limitation of the present invention, which is to be determined solely by the claims.
Es sei insbesondere explizit angemerkt, dass das vorliegende Beispiel auch im Hinblick auf die beschriebenen GrĆ¶ĆŸen-/Volumen-/Mengenangaben bzw. die geometrischen Gestaltungsformen des ReaktionsgefƤƟes rein illustrativ zu verstehen ist. Die vorliegende Erfindung ist, wie sich bei vielen Anwendungen und AusfĆ¼h- rungsbespielen gezeigt hat, innerhalb einer weiten GrĆ¶ĆŸenordnung anwendbar und ein Fachmann wird dementsprechend andere Dimensionen bzw. Anordnungen wƤhlen. Neben dem Vorteil das Verfahren als geschlossenes System zu betreiben, liegt natĆ¼rlich die Option offen dies auch als offenes System zu gestalten (siehe Beispiel I). Insbesondere hat sich gezeigt, dass die vorliegende Erfindung auch bei Mikro Systemen, wie Mikromischern etc., bei vielen Anwendungen sehr gut einsetzbar ist, was eine bevorzugte AusfĆ¼hrungsform der vorliegenden Erfindung darstellt.It should be noted in particular explicitly that the present example is to be understood purely by way of illustration with regard to the size / volume / quantity specifications or the geometric shapes of the reaction vessel described. The present invention, as has been shown in many applications and embodiments, is applicable within a wide range and one skilled in the art will accordingly choose other dimensions or arrangements. In addition to the advantage of operating the process as a closed system, of course, the option is open to make this as an open system (see Example I). In particular, it has been found that the present invention also in Microsystems, such as micromixers, etc., can be used very well in many applications, which is a preferred embodiment of the present invention.
Beispiel I: PrƤparation von genomischer DNA aus 5 ml VollblutExample I: Preparation of genomic DNA from 5 ml of whole blood
Aus 5 ml Vollblut wurden mittels des folgenden Protokolls die genomische DNA isoliert:From 5 ml of whole blood the genomic DNA was isolated by means of the following protocol:
5 ml Blut wurden in ein 30 ml Becherglas mit einem Zentralelement (Standard Teflon-ummantelter RĆ¼hrfisch; LƤnge 2 cm; Durchmesser 7 mm) gegeben.5 ml of blood was added to a 30 ml beaker with a central element (standard Teflon-coated stirrer, length 2 cm, diameter 7 mm).
AnschlieƟend wurden 5 ml Buffer AL (Markenprodukt der Fa. QIAGEN) sowie 500 Ī¼l Proteinase K (QIAGEN) zugegeben. Es erfolgte eine Inkubation fĆ¼r 30 min bei 600C auf einem MagnetheizrĆ¼hrer bei langsamer RĆ¼hrgeschwindigkeit.Subsequently, 5 ml of Buffer AL (brand product from QIAGEN) and 500 Ī¼l of Proteinase K (QIAGEN) were added. It was incubated for 30 min at 60 0 C on a MagnetheizrĆ¼hrer at a slow stirring speed.
Danach wurden 5 ml Isopropanol und 500 Ī¼l MagAttract Suspension G (QIAGEN) zugegeben, welche die Magnetpartikel enthielt; der durchschnittliche Durchmesser der Partikel ist 8 Ī¼m.Thereafter, 5 ml of isopropanol and 500 Ī¼l of MagAttract Suspension G (QIAGEN) containing the magnetic particles were added; the average diameter of the particles is 8 Ī¼m.
Mittels eines externen MagnetrĆ¼hrers wurde 5 min. gerĆ¼hrt, um die genomische DNA an die Magnetpartikel zu binden.By means of an external magnetic stirrer was 5 min. stirred to bind the genomic DNA to the magnetic particles.
AnschlieƟend wurde der RĆ¼hrer gestoppt, worauf sich die Magnetpartikel an das Zentralelement anlagerten. Der Ɯberstand wurde entfernt, anschlieƟend wurden 15 ml Waschpuffer AWl (QIAGEN) zugeben. Es erfolgte eine Homogenisieren der Magnetpartikel durch RĆ¼hren fĆ¼r 60 sec, anschlieƟend erneut eine Magnetseparation durch RĆ¼hrstopp.Subsequently, the stirrer was stopped, whereupon the magnetic particles attached to the central element. The supernatant was removed, then 15 ml of wash buffer AWI (QIAGEN) was added. There was a homogenization the magnetic particles by stirring for 60 sec, then again a magnetic separation by stirring stop.
Es erfolgte ein erneutes Entfernen des Ɯberstandes sowie die Zugabe von 15 ml Waschpuffer AW2 (QIAGEN). Danach wurden die Magnetpartikel durch RĆ¼hren fĆ¼r 60 sec. Homogenisiert. Nach RĆ¼hrstopp erfolgte eine Anlagerung der Magnetpartikel an das Zentralelement.It was again removed the supernatant and the addition of 15 ml of washing buffer AW2 (QIAGEN). Thereafter, the magnetic particles were homogenized by stirring for 60 sec. After stirring stop, the magnetic particles were attached to the central element.
Der Ɯberstand wurde entfernt, danach erfolgte ein Lufttrocknen der Magnetparti- kel fĆ¼r 20 min.The supernatant was removed, followed by air drying of the magnetic particles for 20 min.
Um die DNA zu eluieren wurden 5 ml Buffer TE (DNA Elution, QIAGEN) zugegeben. Danach wurden die Magnetpartikel durch RĆ¼hren fĆ¼r 5 min homogenisiert, nach RĆ¼hrstopp erfolgte die Anlagerung der Magnetpartikel an das Zentralele- ment.To elute the DNA, 5 ml Buffer TE (DNA elution, QIAGEN) was added. Thereafter, the magnetic particles were homogenized by stirring for 5 min, after stirring stop, the magnetic particles were attached to the central element.
Der Ɯberstand, der nun die DNA enthielt, wurde in ein geeignetes Lagerungs- rƶhrchen Ć¼berfĆ¼hrt und die DNA- Konzentration durch UV-Quantifizierung und OD Scan gemessen.The supernatant, which now contained the DNA, was transferred to a suitable storage tube and the DNA concentration measured by UV quantification and OD scan.
Die UV-Kurve des Ɯberstandes ist in Fig.3 zu sehen. Anhand des UV-Spektrums kann die Ausbeute abgeschƤtzt werden, die in Beispiel 1 annƤhernd quantitativ erfolgte (ca. 170 Ī¼g genomische DNA aus 5 ml Vollblut). The UV curve of the supernatant can be seen in FIG. Based on the UV spectrum, the yield can be estimated, which was approximately quantitative in Example 1 (about 170 micrograms of genomic DNA from 5 ml of whole blood).

Claims

PATENTANSPRƜCHE
1. Vorrichtung zum Behandeln von FlĆ¼ssigkeiten mit magnetischen Partikeln, umfassend eine Vielzahl von in der FlĆ¼ssigkeit angeordneten magnetischenA device for treating liquids with magnetic particles, comprising a plurality of arranged in the liquid magnetic
Partikeln sowie mindestens ein, in der FlĆ¼ssigkeit angeordnetes, bevorzugt stab-, hantel- und/oder ellipsoidfƶrmig ausgebildetes magnetisches und/oder magnetisierbares Zentralelement, wobei das VerhƤltnis des lƤngsten Durchmessers d2 des mindestens einen Zentralelements zum VerhƤltnis des durch- schnittlichen Durchmessers dl der magnetischen Partikel mindestensParticles and at least one arranged in the liquid, preferably rod, dumbbell and / or ellipsoidal shaped magnetic and / or magnetizable central element, wherein the ratio of the longest diameter d2 of the at least one central element to the ratio of the average diameter dl of the magnetic particles at least
d2 (mm) >15 *dl (mm)d2 (mm)> 15 * dl (mm)
betrƤgt.is.
2. Vorrichtung nach Anspruch 1, wobei das VerhƤltnis des Volumens V2 des mindestens einen Zentralelements zum VerhƤltnis des durchschnittlichen Volumens dl eines magnetischen Partikels2. Device according to claim 1, wherein the ratio of the volume V2 of the at least one central element to the ratio of the average volume dl of a magnetic particle
V2 (mm3) > 10 *Vl (mm3) betrƤgt.V2 (mm 3 )> 10 * VI (mm 3 ).
3. Vorrichtung nach Anspruch 1, wobei die Anzahl der magnetischen Partikel pro Zentralelement >104 betrƤgt. 3. Apparatus according to claim 1, wherein the number of magnetic particles per central element> 10 4 .
4. Vorrichtung gemƤƟ einem der AnsprĆ¼che 1 bis 3, wobei die magnetischen Partikel ein Material, ausgewƤhlt aus der Gruppe paramagnetische Materialien, superparamagnetische Materialien, ferromagnetische Materialien, fer- rimagnetische Materialien sowie Mischungen daraus beinhalten.4. Device according to one of claims 1 to 3, wherein the magnetic particles include a material selected from the group of paramagnetic materials, superparamagnetic materials, ferromagnetic materials, ferrimagnetic materials and mixtures thereof.
5. Vorrichtung gemƤƟ einem der AnsprĆ¼che 1 bis 4, wobei das mindestens eine Zentralelement stab-, hantel- und/oder ellipsoidfƶrmig ausgebildet ist und das VerhƤltnis des lƤngsten Durchmessers a zum VerhƤltnis des kĆ¼rzesten Durchmessers b von5. Device according to one of claims 1 to 4, wherein the at least one central element is rod, dumbbell and / or ellipsoidal in shape and the ratio of the longest diameter a to the ratio of the shortest diameter b of
a/b > 1.1 bis a/b <10a / b> 1.1 to a / b <10
betrƤgt.is.
6. Vorrichtung gemƤƟ einem der AnsprĆ¼che 1 bis 5, wobei die durchschnitt Ii- che SƤttigungsmagnetisierung der magnetischen Partikel >1 Am 2 //kg und 250 Am2/kg betrƤgt.6. Device according to one of claims 1 to 5, wherein the average Iiche saturation magnetization of the magnetic particles> 1 Am 2 // kg and 250 Am 2 / kg.
7. Vorrichtung gemƤƟ einem der AnsprĆ¼che 1 bis 6, wobei das addierte VoIu- men Vm der magnetischen Partikel sowie des mindestens einen Zentralelements >0,25% bis <50% des Gesamtvolumens VG des GefƤƟes betragen.7. Device according to one of claims 1 to 6, wherein the added volume V m of the magnetic particles and the at least one central element> 0.25% to <50% of the total volume V G of the vessel amount.
8. Vorrichtung nach einem der AnsprĆ¼che 1 bis 7, zusƤtzlich umfassend mindestens einen externen Magneten, welcher zur Interaktion mit dem mindes- tens einen Zentralelement ausgebildet ist.8. Device according to one of claims 1 to 7, additionally comprising at least one external magnet, which is designed for interaction with the at least one central element.
9. Vorrichtung nach einem der AnsprĆ¼che 1 bis 8, wobei das Zentralelement mindestens einen Permanentmagneten umfasst und das VerhƤltnis der Mag- netstƤrke H3 des mindestens einen externen Magneten zur MagnetstƤrke H2 des mindestens einen Zentralelements 9. Device according to one of claims 1 to 8, wherein the central element comprises at least one permanent magnet and the ratio of magne- netstƤrke H3 of the at least one external magnet for magnetic strength H 2 of the at least one central element
betrƤgt.is.
10. Vorrichtung nach einem der AnsprĆ¼che 1 bis 9, wobei der mindestens eine externe Magnet ein Elektromagnet ist.10. Device according to one of claims 1 to 9, wherein the at least one external magnet is an electromagnet.
11. Vorrichtung nach einem der AnsprĆ¼che 1 bis 9, wobei der mindestens eine externe Magnet ein Permanentmagnet ist.11. Device according to one of claims 1 to 9, wherein the at least one external magnet is a permanent magnet.
12. Verfahren zum Behandeln von FlĆ¼ssigkeiten mit magnetischen Partikeln, umfassend eine Vielzahl von ersten, in der FlĆ¼ssigkeit angeordneten, magnetischen Partikeln sowie mindestens ein, in der FlĆ¼ssigkeit angeordnetes, bevorzugt stab-, hantel- und/oder ellipsoidfƶrmig ausgebildetes Zentralelement, umfassend die Schritte12. A method for treating liquids with magnetic particles, comprising a plurality of first, arranged in the liquid, magnetic particles and at least one, arranged in the liquid, preferably rod, dumbbell and / or ellipsoidal shaped central element, comprising the steps
a) Verteilen der magnetischen Partikel in der FlĆ¼ssigkeit sowie nachfolgend b) Anlagern der magnetischen Partikel an das mindestens eine Zentralelement.a) distributing the magnetic particles in the liquid and subsequently b) attaching the magnetic particles to the at least one central element.
13. Verfahren nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass Schritt a) eine Resuspendierung der magnetischen Partikel in der FlĆ¼ssigkeit umfasst. 13. The method according to claim 12, characterized in that step a) comprises a resuspension of the magnetic particles in the liquid.
14. Verfahren nach Anspruch 12 oder 13, dadurch gekennzeichnet, dass vor dem Schritt a) die magnetischen Partikel zumindest teilweise an das mindestens eine Zentralelement angelagert waren und Schritt a) durch Einwirkung einer Kraft auf das mindestens eine Zentralelement erfolgt.14. The method according to claim 12 or 13, characterized in that prior to step a), the magnetic particles were at least partially attached to the at least one central element and step a) takes place by the action of a force on the at least one central element.
15. Verfahren nach einem der AnsprĆ¼che 12 bis 14, gekennzeichnet durch die Verwendung einer Vorrichtung nach einem der AnsprĆ¼che 1 bis 11.15. The method according to any one of claims 12 to 14, characterized by the use of a device according to one of claims 1 to 11.
16. Verwendung einer Vorrichtung nach einem der AnsprĆ¼che 1 bis 11 und/oder eines Verfahrens gemƤƟ einem der AnsprĆ¼che 12 bis 15 zur zumindest teilweisen Abtrennung von Biomo lekĆ¼len aus/in einer vorzugsweise wƤssrigen Lƶsung. 16. Use of a device according to one of claims 1 to 11 and / or a method according to any one of claims 12 to 15 for the at least partial separation of biomolecules from / in a preferably aqueous solution.
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