EP3461560B1 - Magnetische trennvorrichtung mit magnetischer aktivierung und deaktivierung - Google Patents

Magnetische trennvorrichtung mit magnetischer aktivierung und deaktivierung Download PDF

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EP3461560B1
EP3461560B1 EP18204538.5A EP18204538A EP3461560B1 EP 3461560 B1 EP3461560 B1 EP 3461560B1 EP 18204538 A EP18204538 A EP 18204538A EP 3461560 B1 EP3461560 B1 EP 3461560B1
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EP
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magnet arrangement
magnetic
tip
magnetization
magnet
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Martin Gajewski
Hanspeter Romer
Mario Arangio
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Hamilton Bonaduz AG
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Hamilton Bonaduz AG
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    • B03C2201/26—Details of magnetic or electrostatic separation for use in medical applications

Definitions

  • the present invention relates to a magnetic separation device for separating magnetic particles from a suspension with a soft magnetic tip, the magnetization state of which can be changed between a more magnetized state and a weakly magnetized state, the tip having an immersion end for introduction into the suspension and a magnetization section for changing the magnetization state of the tip, the separating device having a magnet arrangement whose magnetic field in the magnetization section of the tip can be changed over time to change its magnetization state.
  • Separation devices of this type are used, for example, in chemical, biochemical and / or pharmaceutical laboratories in order to remove magnetic particles contained in a suspension from the suspension.
  • Such suspensions with magnetic particles can be used, for example, for the purification of DNA.
  • the magnetic particles serve only as a means of transport and are usually coated in such a way that only a certain constituent of the suspension can and will attach to the outer surface of the coating facing away from the particle, which can then be removed together with the particle from the suspension.
  • the magnetic particles are therefore usually magnetic only for the planned removal of chemical or biological material from the suspension liquid.
  • a generic magnetic separation device is known for example from the WO 02/40173 A1 .
  • a strong and correspondingly space-consuming electric ring magnet surrounds the soft magnetic tip which passes through the plane of extension of the electric ring magnet along the ring axis.
  • the soft magnetic tip passing through it acts like an anchor or iron core and is magnetized for the duration of the energization of the electro-ring magnet, so that the immersion end of the soft-magnetic tip is inserted into the respective suspension and then because of it magnetized state, the magnetic particles contained in the suspension can be brought into contact with an outer surface of the soft magnetic tip and can then be frictionally or non-positively removed from the remaining suspension liquid.
  • the outer surface of the soft magnetic tip can be formed by the soft magnetic material itself or - depending on the requirements of the respective cleaning process - by a protective cover surrounding the immersion end of the soft magnetic tip.
  • the WO 02/40173 A1 By rotating the soft magnetic tip, the WO 02/40173 A1 the separation of the particles can be supported with a magnetized immersion end of the soft magnetic tip. The rotation can also be used to remove magnetic particles attached to the immersion end of the soft magnetic tip and removed from the suspension liquid together with the soft magnetic tip from the immersion end.
  • a disadvantage of the known magnetic separating device is on the one hand its expansive, space-consuming construction, in which the soft magnetic tip and the electro-ring magnet are arranged coaxially and axially overlapping as the above-mentioned magnet arrangement.
  • a further device, in particular a further magnetic separating device can therefore not be approximated to the known separating device more closely than the radius of the electro-ring magnet surrounding the soft magnetic tip.
  • the use of an electromagnet for the temporary magnetization of the soft magnetic tip can be of concern, especially when the electromagnet is used for magnetization the soft magnetic tip is to be arranged axially overlapping in the direction of its longitudinal axis.
  • the electromagnet is thus arranged comparatively close to the suspension to be processed with the separating device. Since the electromagnet only provides its magnetic field when it is energized, the electromagnet heats up during operation of the magnetic separating device and thus at least the risk of thermal stress on the suspension to be processed, which can be disadvantageous for thermally sensitive ingredients of the suspension.
  • Another magnetic separation device which also has all the features of the preamble of claim 1, is from the US 4,751,053 A. known.
  • This separating device also uses an electromagnet which is arranged coaxially and axially overlapping with the soft magnetic tip of the separating device with respect to the longitudinal axis of the soft magnetic tip.
  • the electric ring magnet of the US 4,751,053 A. encloses the soft magnetic tip used there radially narrower than that from the WO 02/40173 A1 well-known electric ring magnet, which makes the design of the from US 4,751,053 A. known separating device is radially less protruding than that previously discussed.
  • the electric ring magnet which changes the magnetization state of the soft magnetic tip acting as an armature or iron core solely by energization and de-energization, is arranged comparatively close to the suspension to be processed, which in turn increases the risk of undesired thermal stress described above Suspension consists of the separator.
  • Another magnetic separation device is from the US 7 776 221 B2 known.
  • This document discloses a plurality of soft magnetic tips which project from a surface delimiting an air gap between the free leg ends of a C-shaped magnetic yoke.
  • sample containers are provided, into which a suspension with magnetic particles can be placed.
  • the soft magnetic tips from the US 7 776 221 B2 known separation device are in their entirety about their distance direction rotatable to the suspension containers, but not lowerable towards the containers.
  • One or more permanent magnet arrangements are movably received in a recess of the magnetic yoke, so that the magnetization state of the soft magnetic tips connected to the yoke can be changed by relative movement of these magnet arrangements.
  • This separating device requires a great deal of installation space, since the soft magnetic tips are held on the magnetic yoke so that they cannot be displaced in the direction of the distance from the suspension containers and the tips can only be immersed in the suspension to be processed by means of an additional manipulation device.
  • Very similar magnetic separators are from the DE 10 2005 004 664 A1 and from the US 5,567,326 A known.
  • the separating devices known in this way have a plate from which a plurality of soft magnetic tips, which are generally arranged in a matrix-like manner, project parallel to one another in a direction of repulsion.
  • a permanent magnet can be temporarily arranged on the plate carrying the soft magnetic tips on the plate side pointing away from the protruding tips in order to change the magnetization state of the soft magnetic tips in their entirety, i.e. to magnetize all soft magnetic tips if the permanent magnet is present, and to do so Demagnetize if the permanent magnet is not present.
  • Another magnetic separation device is from the US 4,649,116 A known.
  • a soft-magnetic tip and a non-magnetic, that is to say non-magnetized and also non-magnetizable, material are arranged in a collinear manner in the axial direction with respect to the longitudinal axis of the soft-magnetic tip.
  • a horseshoe magnet is attached to the side of this arrangement of soft magnetic tip and non-magnetic material, one of which is free Leg end in an active position, in which the magnetic separation device is biased by a spring and in which the soft magnetic tip is magnetized, is radially opposite the soft magnetic tip - hence its magnetization - and the further free leg end is radially opposite the non-magnetic material.
  • the soft magnetic tip can now be moved together with the non-magnetic material past the two free leg ends of the horseshoe magnet until both leg ends of the horseshoe magnet lie opposite the non-magnetic material. At this moment, the soft magnetic tip loses its temporary magnetization and is non-magnetic or at least less magnetized, since a certain leakage flux can possibly not be excluded. This separating device is radially protruding due to the horseshoe magnet used.
  • a magnetic separating device in which an annular permanent magnet arrangement surrounds a pipette tip radially on the outside and can be displaced in the longitudinal direction of the pipette tip in order to apply its magnetic field to different zones of the pipette tip.
  • a soft magnetic tip can be lowered into the pipetting tip so that the US 5,647,994 A known magnetic separation device, a relative position of the soft magnetic tip and a permanent magnet arrangement which can be displaced parallel thereto can be reached, in which the soft magnetic tip penetrates the permanent magnet arrangement, consequently the soft magnetic tip and the permanent magnet arrangement overlap axially in the longitudinal direction of the soft magnetic tip, so that the soft magnetic tip magnetizes more within the pipetting tip is when the two components: soft magnetic tip and permanent magnet arrangement do not overlap axially.
  • a magnetic separation device which has a permanent magnet which can move along a channel. At one longitudinal end of the channel there is a soft magnetic tip, with which the movable permanent magnet can optionally be brought into contact to magnetize it, or which the permanent magnet can be physically separated to keep the soft magnetic tip in a non-magnetic state.
  • the present application is therefore based on the object of further developing the generic magnetic separation device in such a way that it takes up less installation space and loads the suspension to be processed as little as possible.
  • This object is achieved according to the invention by a generic magnetic separation device which additionally has the features of the characterizing part of claim 1.
  • one of the two magnet arrangements is stationary relative to the soft magnetic tip and the other magnet arrangement is movable relative to the tip and to one magnet arrangement.
  • the first and the second magnet arrangement can be used to neutralize each other by field closure, depending on the relative position, so that no or only a smaller magnetic field acts on them from the soft magnetic tip, or they cannot neutralize themselves, so that a magnetic field emanating from them or at least from one of the magnet arrangements acts on the soft magnetic tip and, in contrast to the aforementioned state, magnetizes it more strongly.
  • variable relative arrangement of the two magnet arrangements makes it possible not only to change the magnetization state of the soft magnetic tip, as in the prior art, between a first state of low or no magnetization and a second state of stronger magnetization. Rather, the variable relative arrangement of the two magnet arrangements offers the possibility of changing the degree of magnetization of the soft magnetic tip in a targeted manner also towards intermediate values lying between two extreme values, preferably even continuously changing at least in areas.
  • the first magnet arrangement mentioned in solving the object on which the present invention is based is the magnet arrangement mentioned at the outset.
  • Magnetic is a material that is either magnetizable or magnetized. In most applications of the magnetic separation device discussed here, the magnetic particles will comprise ferromagnetic material or consist of ferromagnetic material.
  • the invention provides that one of the two magnet arrangements is stationary relative to the soft magnetic tip and the other magnet arrangement is movable relative to the tip and to one magnet arrangement .
  • one of the two magnet arrangements as a magnetizing magnet arrangement comprises at least one permanent magnet, is preferably a permanent magnet or a permanent magnet arrangement with a plurality of permanent magnets, cannot be displaced relative to the soft magnetic tip and is in permanent magnetic contact with the soft magnetic tip, and that other of the two magnet arrangements as a switching magnet arrangement comprises at least one permanent magnet and can be shifted between a switch-off position in which it weakens the magnetizing magnetic field of the magnetizing magnet arrangement in the region of the magnetization section with its switching magnetic field, and a switch-on position in which it switches the magnetizing magnetic field with its switching magnetic field the magnetization magnet arrangement weakens less strongly in the region of the magnetization section.
  • the basic idea of the embodiment according to the invention discussed here is an arrangement in which the magnetizing magnet arrangement, which ensures the magnetization of the soft magnetic tip, is arranged such that it cannot be displaced relative to it, and in which the switching magnet arrangement is displaceable, depending on its position relative to the magnetization -Magnet arrangement to weaken or neutralize their magnetic field to different degrees.
  • the current consumption of the magnetic separating device can be considerably reduced and thus undesirable heat sources in the separating device can be avoided.
  • a simple way of weakening the magnetic field emanating from the magnetizing magnet arrangement is to use the switching magnet arrangement in the field connection for a magnetic return, for example when the switching magnet arrangement is in its switched-off position. If, in the switched-off position, the poles of the magnetizing magnet arrangement on the one hand and the switching magnet arrangement on the other hand are in close proximity, the magnetic field emanating from one pole of the magnetizing magnet arrangement can move via the switching magnet arrangement towards the other pole of the magnetizing magnet arrangement are conducted without the soft magnetic tip being penetrated to a considerable extent by the magnetic field of the magnetizing magnet arrangement.
  • the switching magnet arrangement is therefore preferably in its switch-off position closer to that pole of the magnetization magnet arrangement which in turn is closer to the soft magnetic tip.
  • the magnetizing magnet arrangement and the switching magnet arrangement are polarized in opposite directions along their relative movement path. It is then particularly easy to bring the poles of the switching magnet arrangement and the magnetization magnet arrangement in a region close to the soft magnetic tip into proximity to one another by merely translatory, preferably rectilinear, movement of the switching magnet arrangement relative to the magnetization magnet arrangement.
  • the switching magnet arrangement along the relative movement path which is preferably a straight-line relative movement path, is preferably shorter than the magnetizing magnet arrangement. This facilitates their relative mobility relative to the magnetizing magnet arrangement along the relative movement path.
  • the switching magnet arrangement can move along its relative movement path beyond the extension length of the magnetization magnet arrangement in the direction of the relative movement path, it can in principle be sufficient if the relative movement path of the switching magnet arrangement does not extend beyond the extension component of the magnetization magnet arrangement along the relative movement path runs. In this way, a separating device which is short along the relative movement path can be obtained.
  • a magnetic coupling device for coupling the soft magnetic tip into the magnetic field of the magnetizing magnet arrangement at the longitudinal end of the magnetizing magnet arrangement closer to the soft magnetic tip, and preferably this coupling formation as an end stop for the relative movement of the switching magnet arrangement to the soft elastic tip to use.
  • poles of the same name of both magnet arrangements are preferably close to one another, but different poles than in the switch-off position.
  • the switching magnet arrangement can also be designed in an extremely advantageous manner to be displaced between its two positions: switch-off position and switch-on position due to magnetic forces.
  • the magnetic separating device has a third magnet arrangement, which comprises at least one optionally energizable electrical coil and which, as a trigger magnet arrangement, causes a displacement of the switching magnet arrangement between its switch-on and switch-off position depending on its current supply.
  • the trigger magnet arrangement again introduces a current source and thus a possible heat source into the magnetic separating device, it may be sufficient here to energize the trigger magnet arrangement only briefly, so that it only develops a magnetic field for a very short time, which leads to a force pulse leads, which releases the switching magnet assembly from its respective position and accelerates to the other position.
  • the force pulse through the trigger magnet arrangement only has to overcome the prevailing equilibrium state and that Remove the switching magnet arrangement sufficiently far from the respective position so that the other two, of the same name assigned to the other position from the switch-on position and switch-off position Poles of the two magnet arrangements come so close to one another that the new equilibrium position of the other position is established automatically.
  • the magnetic separating device is therefore preferably designed to energize the trigger magnet arrangement only during the transition of the switching magnet arrangement from one of its positions: switch-on position and switch-off position, into the respective other position, with - as described above - energizing for the entire duration the relative movement of the switching magnet arrangement and magnetizing magnet arrangement is not absolutely necessary.
  • the trigger magnet arrangement can advantageously bring about a shift relative to the magnetization magnet arrangement into the respective other position in both positions of the switching magnet arrangement: switch-on and switch-off position, if the trigger magnet arrangement is coupled to the switching magnet arrangement for joint movement.
  • the trigger magnet arrangement can advantageously be arranged coaxially to the switching magnet arrangement, that is to say extending over a common area of the relative movement path. It can also be arranged collinear to the switching magnet arrangement, for example following the switching magnet arrangement in the direction of the relative movement path.
  • the trigger magnet arrangement can have at least two coaxial winding sections between which the switching magnet arrangement is arranged.
  • the trigger magnet arrangement can also be arranged along the relative movement path of the switching magnet arrangement and magnetizing magnet arrangement between two permanent magnets of the switching magnet arrangement.
  • the switching magnet arrangement and the trigger magnet arrangement both individually and jointly, each generate a substantially symmetrical magnetic field with respect to a plane of symmetry oriented orthogonally to the relative movement path of the switching magnet arrangement.
  • this is not functionally necessary.
  • the switching magnet arrangement can be formed from a plurality of permanent magnets stacked with one another along the relative movement path in order to generate a particularly strong magnetic field and / or to simplify the repairability of the switching magnet arrangement.
  • a possible aim of the present magnetic separation device is to use a plurality of soft magnetic tips at the same time, wherein the plurality of soft magnetic tips are preferably provided in a predetermined arrangement pattern, for example arranged in rows and columns.
  • the soft magnetic tip extends along a tip axis.
  • the assembly of the soft magnetic tip in the magnetic separating device can be simplified if the soft magnetic tip is at least partially, preferably completely, rotationally symmetrical with respect to the tip axis as a rotational symmetry axis.
  • a magnetic field that is as homogeneous as possible of the two magnet arrangements with respect to one another can be obtained in that the one magnet arrangement each surrounds others, wherein a particularly advantageous homogeneous and symmetrical magnetic field of the magnetic separation device as a whole can be obtained if one magnet arrangement coaxially surrounds the other.
  • complete encasing of one magnet arrangement by the other is preferred.
  • the switching magnet arrangement possibly together with the trigger magnet arrangement, surrounds the magnetizing magnet arrangement.
  • the above-mentioned magnetizing magnet arrangement thus preferably also extends along a magnet arrangement axis, which is preferably arranged collinearly with the tip axis.
  • Both magnet arrangements that is to say magnetization magnet arrangement on the one hand and drive or switching magnet arrangement on the other hand, and the soft magnetic tip are therefore preferably arranged coaxially with collinear course axes.
  • the permanent magnets of at least one, preferably both, magnet arrangements run coaxially with the tip axis and are polarized along this axis and are preferably designed to be rotationally symmetrical with respect to the tip axis as an axis of rotational symmetry.
  • the soft magnetic tip is preferably rotatable to improve the separation of magnetic particles from suspension liquid, the axis of rotation of the soft magnetic tip preferably being its tip axis.
  • the magnetic separating device has a rotary drive which is coupled to the soft magnetic tip to transmit movement and torque. The tip can be rotated by this rotary drive.
  • a rotary drive component for example a shaft or hub stub which is permanently coupled to the soft magnetic tip and can be releasably coupled or coupled to the rotary drive for common rotation about the axis of rotation, can be formed at least in sections from soft magnetic material, the rotary drive component then acting as the holding device mentioned above, which holds the magnetizing magnet assembly in the non-magnetizing position.
  • the two magnet arrangements are preferably arranged in the direction of the tip axis between the soft magnetic tip and the rotary drive, in particular between the tip and the above-mentioned rotary drive component. This preferably applies regardless of the position of the movable magnet arrangement that is assumed in each case.
  • the magnetic separating device preferably has a separating device head with a plurality of soft-magnetic tips, all of which extend along a tip axis, the tip axes of the individual soft-magnetic tips being arranged parallel to one another.
  • the soft magnetic tips are preferably arranged in a matrix in rows and columns, an orthogonal row and column system being preferred.
  • the magnetization state of at least one part of the soft magnetic tips of the separating device head can preferably be changed independently of another part of the soft magnetic tips.
  • the magnetization state of soft magnetic tips in a separating device head can be changed independently by energizing the magnet arrangement causing the change in the magnetization state of the respective soft magnetic tip.
  • the magnetization state of each individual soft magnetic tip of the separating device head can preferably be changed independently of the magnetization state of each other soft magnetic tip.
  • the energization of individual magnet arrangements can be effected in a simple and safe manner by a corresponding control device, the control device also being able to be configured to line softly or / and column by column softly pointed tips of the separating device head for the common change summarize the magnetization state.
  • the control device can change all soft magnetic tips of a row and / or a column by jointly controlling the respective magnet arrangements in the same sense and simultaneously.
  • Magnetic separation devices of this type can advantageously be provided on a pipetting device, at least one pipetting channel of the pipetting device then being replaced by a separation device as described above.
  • a separating device designed as described above preferably has a radial extent of less than 20 mm, preferably not more than 18 mm.
  • the soft magnetic tip can be shiny metallic or can have a coating.
  • the coating can be firmly connected to the magnetic tip or can be detachably provided on the latter.
  • the magnet arrangements described in the present application as being movable relative to the soft magnetic tip can be guided to move them on a carrier component that is at least non-translationally displaceable relative to the soft magnetic tip.
  • the carrier component is preferably located between the soft magnetic tip and the rotary drive. With a guide section, the carrier component can pass through a magnet arrangement guided on it for relative movement or surround it radially on the outside.
  • a magnetic separating device not falling under claim 1 and therefore not according to the invention is generally designated by 10.
  • Below the magnetic separating device there is an exemplary sample vessel 12, in which, as in FIG Figure 1b is shown, a suspension 14 is located with magnetic particles.
  • the magnetic separator 10 extends along a device axis V, which is also included in the section plane lb-lb.
  • the device axis V runs parallel to the plane of the drawing Figure 1 , the section plane lb-lb orthogonal to this.
  • the magnetic separating device 10 has a soft magnetic tip 16 which, as in the example shown, can be designed as a cylindrical component, the cylinder axis or generally the longitudinal axis L of the soft elastic tip 16 coinciding with the device axis V.
  • the soft magnetic tip 16 has an immersion end 16a closer to the container 12 and a magnetization section 16b, which in the present example, as will be explained in more detail below, is structurally formed by the longitudinal end opposite the immersion end 16a.
  • the soft magnetic tip 16 can be surrounded at its immersion end 16a by an interchangeable sheath 18, through which the material of the tip 16 can be shielded from the suspension 14, into which the immersion end 16a of the tip 16 operates by movement along the device axis V. - and immersed as intended.
  • the interchangeable sleeve 18 is a detachable and replaceable protective sleeve provided on the tip 16.
  • the magnetizing section 16b of the soft magnetic tip 16 is clamped in a mounting section 20a of a carrier component 20, for example shrunk in or screwed in, glued in, soldered in and the like.
  • a first magnet arrangement 22 is accommodated as a magnetizing magnet arrangement 22 so as to be movable along the device axis V.
  • the carrier component 20 has a cavity 24 which, in relation to the device axis V, is longer than the magnetizing magnet arrangement 22 and in which the magnetizing magnet arrangement 22 is axially movable.
  • the carrier component 20 is preferably formed from non-magnetizable material, it can be formed from plastic, aluminum, brass and the like.
  • a stub shaft 26 adjoins the carrier component 20, which axially closes off the recess 24 in the carrier component 20 in the example shown.
  • the shaft end 26 has a recess 28 for receiving one in the Figures 1 and 2nd Key, not shown, by means of which torque can be transmitted from a hub, also not shown, to the shaft end 26 in order to drive the shaft end 26 and with it the device 10 as a whole for rotation about the device axis V as the axis of rotation.
  • the soft magnetic tip 16 which is non-rotatably coupled to the shaft end 26, can also be set in rotation about its longitudinal axis L, so that centrifugal forces acting in the radial direction with respect to the device axis V affect any Magnetic particles adhering to the end 16a of the soft magnetic tip 16 can be exerted either to separate the suspension liquid still adhering to them or to facilitate the separation of the magnetic particles from the immersion end 16a of the soft magnetic tip 16.
  • the rotary drive for the magnetic separation device 10 is in the Figures 1 to 4 not shown.
  • the shaft end 26 has soft magnetic material at least on its longitudinal end 26a closer to the carrier component 22, so that the magnetizing magnet arrangement 22 in FIG Figure 1b shown non-magnetization position physically abuts the soft magnetic material of the longitudinal end 26a of the stub shaft 26 and thus creates a magnetic connection with this. Due to the magnetic forces thus formed between at least the longitudinal end 26a of the stub shaft 26 and the magnetizing magnet arrangement 22, the magnetizing magnet arrangement 22 remains in the non-magnetizing position shown without external force.
  • a drive magnet arrangement 30, which surrounds a portion of the carrier component 20 radially on the outside.
  • the drive magnet arrangement 30 thus also surrounds the magnetization magnet arrangement 22 radially on the outside.
  • the magnetizing magnet arrangement is preferably formed from one or more permanent magnets, the magnetizing magnet arrangement preferably being magnetized along the device axis V, so that for example its end 22a facing the tip 16 has a magnetic south pole and its opposite longitudinal end 22b facing the stub shaft 26 has a magnetic north pole
  • the drive magnet arrangement 30 is preferably formed by an electromagnet, that is, by an energizable coil.
  • the coil axis S preferably coincides with the device axis V as well as an axis of symmetry M of the magnetizing magnet arrangement 22.
  • a short-time energizing pulse can temporarily generate a magnetic field in the drive magnet arrangement 30, which, with suitable polarity, exerts a magnitude larger and opposite force on the magnetizing magnet arrangement 22 than the magnetic connection between the longitudinal end 22b and the longitudinal end 26a of the stub shaft 26, which acts as a holding device.
  • the magnetizing magnet arrangement is shortened by shortening the axial distance between the longitudinal end 22a of the magnetizing magnet arrangement 22 and the magnetizing section 16b of the soft magnetic tip 16 Figure 2b shown magnetization position shifted.
  • the magnetization position shown preferably touches the longitudinal end 22a of the magnetization magnet assembly 22 physically and forms a magnetic connection with the magnetization section 16b of the soft magnetic tip 16, as a result of which the soft magnetic tip 16 is itself magnetized for the duration of this magnetic connection.
  • the soft magnetic tip 16 is magnetized, the magnetic particles in the suspension 14 are deposited on the immersion end 16a of the tip 16 when it is immersed in the suspension 14. As a result, the magnetic particles and substances adhering to them on their outside can be removed from the suspension 14.
  • the drive magnet arrangement 30 does not need to be energized for the duration of the magnetic connection between the magnetization magnet arrangement 22 and the tip 16. This must be energized only for the duration of the release of the magnetizing magnet assembly 22 from the longitudinal end 26a of the stub shaft 26 until the sum of gravity and attraction between the longitudinal end 22a and the tip 16 is greater than the attraction between the opposite Longitudinal end 22b and the longitudinal end 26a of the stub shaft. From this condition, the further displacement of the magnetization magnet arrangement 22 into the magnetization position takes place automatically.
  • the drive magnet arrangement 30, which is only briefly energized, does not represent a significant heat source during operation of the magnetic separation device 10.
  • the magnetizing magnet arrangement 22 in the illustrated example has to be shifted from the magnetizing position into the non-magnetizing position against the action of gravity, it may be necessary to energize the drive magnet arrangement for shifting the magnetizing magnet arrangement 22 into the non-magnetizing position for a longer time than shifting in the opposite direction. However, this also does not make a significant contribution to the development of heat, since the energization does not need to be continued beyond the duration of the shift. After reaching the longitudinal end 26a of the stub shaft 26 and after establishing a magnetic connection with it, the magnetizing magnet arrangement 22 again remains in the non-magnetizing position.
  • the soft magnetic material of the tip 16 is essentially not magnetized, so that when the immersion end 16a is immersed in the suspension 14, no magnetic particles adhere to it.
  • Main difference of the embodiment of the Figures 3 and 4th to the design of the Figures 1 and 2nd lies in the fact that the magnetizing magnet arrangement 122 is arranged such that it cannot be displaced relative to the soft magnetic tip 116. With its longitudinal end 122b pointing away from the tip 116, the magnetizing magnet arrangement 122 is in permanent contact with the longitudinal end 126a of the stub shaft 126. Since magnetic holding forces between the stub shaft 126 and the magnetizing magnet arrangement 122 are not important in the present case the stub shaft 126 in the embodiment may be made of any material. The longitudinal end 126a need not be soft magnetic.
  • the magnetization magnet arrangement 122 With its longitudinal end 122a facing the tip 116, the magnetization magnet arrangement 122 is permanently in magnetic contact with the magnetization section 116b of the tip 116, this magnetic connection being produced indirectly in the present example via an intermediate arrangement of a soft magnetic intermediate component 134, which ends with the magnetization magnet arrangement 122 and at the other end is in physical contact with the soft magnetic tip 116, in particular with its magnetization section 116b.
  • the soft magnetic tip 116 can additionally be coupled to the intermediate component 134 by a ring coupling 136.
  • the ring coupling 136 can also be formed from soft magnetic material.
  • the soft magnetic tip 116 of the embodiment can be interchangeably provided on the device 110.
  • the intermediate component 134 is preferably designed and arranged rotationally symmetrically with respect to the device axis V.
  • the soft magnetic tip 116 is magnetized, so that in this state it is prepared to remove magnetic particles from the suspension 114.
  • the magnetization state of the tip 116 is controlled in the embodiment by a switching magnet arrangement 130, which is displaceable relative to the magnetization magnet arrangement 122.
  • the switching magnet arrangement 130 can be displaced along the device axis V. It is located in the Figure 3 in its switch-on position farther from the tip 116, in which the magnetizing magnet arrangement 122 is “switched on” as it were, so that this magnetizes the tip 116.
  • the switching magnet arrangement 130 is arranged coaxially with the magnetization magnet arrangement 122, so that its longitudinal magnet arrangement axis coincides with the device axis V. The same applies to the axis M of the magnetizing magnet arrangement 122.
  • the switching magnet arrangement 130 has one or more permanent magnets which are polarized along the device axis V, the polarization being opposite to that of the magnetization magnet arrangement 122.
  • the switching magnet arrangement 130 forms at its longitudinal end closer to the tip 116 a magnetic pole which is not the same as that of the longitudinal end 122a of the magnetizing magnet arrangement 122. The same applies to the opposite magnetic pole at the longitudinal end 130b with respect to the magnetic pole at the longitudinal end 122b of the magnetizing magnet arrangement 122. This makes the in Figure 3 shown switch-on position of the switching magnet arrangement 130 relative to the magnetizing magnet arrangement 122 a stable state.
  • a further magnet arrangement 132 is provided, which in the example shown is the switching magnet arrangement 130 radially surrounds. This arrangement is not mandatory.
  • the further magnet arrangement 132 which acts as a trigger magnet arrangement 132 in the sense of the introduction to the description, can also be arranged axially next to the switching magnet arrangement 130 or can be formed in a plurality of, preferably coaxial sections and enclose the switching magnet arrangement 130 between its sections.
  • the arrangement shown in the present example makes it possible to implement an axially particularly short component comprising a switching and triggering magnet arrangement.
  • the release magnet arrangement 132 which forms a potential heat source as an electromagnet, only needs to be energized for a short time, the duration of the energization being shorter due to the gravitational support during the shift from the switch-on position to the switch-off position than vice versa, and the current supply duration due to the stability of both positions : Switch-on position and switch-off position, the duration of the displacement movement of the switching magnet arrangement 130 does not have to exceed in time. Due to the short-term energization of the release magnet arrangement 132, its effect as a heat source is negligible.
  • the embodiment as well as the embodiment allow a radially extremely slim design, which allows the integration of the magnetic separation device shown into a pipetting device, in particular into a pipetting head, wherein the magnetic separating device can then replace a pipetting channel in the pipetting device.
  • the radial dimension of the magnetic separating device which is predominantly formed with the exception of a few component sections and is rotationally symmetrical with respect to the device axis V, is preferably less than 20 mm in diameter, particularly preferably less than 18 mm in diameter.

Landscapes

  • Apparatus Associated With Microorganisms And Enzymes (AREA)
  • Electromagnets (AREA)
  • Physical Or Chemical Processes And Apparatus (AREA)

Description

  • Die vorliegende Erfindung betrifft eine Magnetische Trennvorrichtung zur Trennung magnetischer Partikel aus einer Suspension mit einer weichmagnetischen Spitze, deren Magnetisierungszustand wahlweise zwischen einem stärker magnetisierten Zustand und einem schwächer magnetisierten Zustand änderbar ist, wobei die Spitze ein Eintauch-Ende zur Einführung in die Suspension und einen Magnetisierungsabschnitt zur Änderung des Magnetisierungszustands der Spitze aufweist, wobei die Trennvorrichtung eine Magnetanordnung aufweist, deren Magnetfeld im Magnetisierungsabschnitt der Spitze zur Änderung ihres Magnetisierungszustands zeitlich veränderlich ist.
  • Derartige Trennvorrichtungen werden beispielsweise in chemischen, biochemischen oder/und pharmazeutischen Laboren verwendet, um in einer Suspension enthaltene magnetische Partikel aus der Suspension zu entfernen.
  • Derartige Suspensionen mit magnetischen Partikeln können beispielsweise zur Reinigung von DNA verwendet werden. Die magnetischen Partikel dienen dabei lediglich als Transportmittel und sind üblicherweise derart beschichtet, dass sich an die vom Partikel wegweisende Außenfläche der Beschichtung nur ein bestimmter Bestandteil der Suspension anlagern kann und wird, welcher dann mit dem Partikel zusammen aus der Suspension entfernt werden kann. Die magnetischen Partikel sind somit in der Regel nur zwecks der geplanten Entnahme von chemischem oder biologischem Material aus der Suspensionsflüssigkeit magnetisch.
  • Eine gattungsgemäße magnetische Trennvorrichtung ist beispielsweise bekannt aus der WO 02/40173 A1 . Bei dieser bekannten Trennvorrichtung umgibt ein starker und dementsprechend Bauraum fordernder Elektro-Ringmagnet die weichmagnetische Spitze, die die Erstreckungsebene des Elektro-Ringmagneten längs der Ringachse durchsetzt.
  • Im Falle der Bestromung des Elektro-Ringmagneten wirkt die ihn durchsetzende weichmagnetische Spitze wie ein Anker bzw. Eisenkern und wird für die Dauer der Bestromung des Elektro-Ringmagneten magnetisiert, sodass das Eintauch-Ende der weichmagnetischen Spitze in die jeweilige Suspension eingeführt und aufgrund ihres dann magnetisierten Zustands die in der Suspension enthaltenen magnetischen Partikel bis zur Anlage an eine Außenfläche der weichmagnetischen Spitze anziehen und diese dann reib- bzw. kraftschlüssig aus der zurückbleibenden Suspensionsflüssigkeit entfernen kann. Die Außenfläche der weichmagnetischen Spitze kann von dem weichmagnetischen Material selbst oder - je nach Anforderungen an den jeweiligen Reinigungsprozess - durch eine das Eintauch-Ende der weichmagnetischen Spitze umgebenden Schutzhülle gebildet sein.
  • An ihrem dem Eintauch-Ende entgegengesetzten Längsende ist die aus der WO 02/40173 A1 bekannte magnetische Trennvorrichtung mit einem elektromotorischen Drehantrieb gekoppelt, durch welchen die weichmagnetische Spitze um ihre Längsachse rotierbar ist.
  • Durch Rotation der weichmagnetischen Spitze kann ausweislich der WO 02/40173 A1 die Abscheidung der Partikel bei magnetisiertem Eintauch-Ende der weichmagnetischen Spitze unterstützt werden. Die Rotation kann ebenfalls dazu verwendet werden, am Eintauch-Ende der weichmagnetischen Spitze angelagerte und aus der Suspensionsflüssigkeit zusammen mit der weichmagnetischen Spitze entfernte magnetische Partikel vom Eintauch-Ende wieder zu entfernen.
  • Nachteilig an der bekannten magnetischen Trennvorrichtung ist zum einen ihre ausladende, Bauraum fordernde Bauweise, bei welcher die weichmagnetische Spitze und der Elektro-Ringmagnet als die oben genannte Magnetanordnung koaxial und sich axial überlappend angeordnet sind. Eine weitere Vorrichtung, insbesondere eine weitere magnetische Trennvorrichtung kann daher nicht näher an die bekannte Trennvorrichtung angenähert werden als der Radius des die weichmagnetische Spitze umgebenden Elektro-Ringmagneten. Zum anderen kann die Verwendung eines Elektromagneten zur vorübergehenden Magnetisierung der weichmagnetischen Spitze bedenklich sein, insbesondere dann, wenn der Elektromagnet zur Magnetisierung der weichmagnetischen Spitze mit dieser in Richtung ihrer Längsachse axial überlappend anzuordnen ist. Der Elektromagnet ist somit vergleichsweise nahe an der mit der Trennvorrichtung zu bearbeitenden Suspension angeordnet. Da der Elektromagnet sein Magnetfeld nur unter Bestromung bereitstellt, kommt es während des Betriebs der magnetischen Trennvorrichtung zu einer Erwärmung des Elektromagneten und damit zumindest zu dem Risiko einer thermischen Belastung der zu bearbeitenden Suspension, was gerade für thermisch sensible Inhaltsstoffe der Suspension nachteilig sein kann.
  • Eine weitere magnetische Trennvorrichtung, die ebenfalls alle Merkmale des Oberbegriffs des Anspruchs 1 aufweist, ist aus der US 4 751 053 A bekannt. Auch diese Trennvorrichtung verwendet einen Elektromagneten, der bezüglich der Längsachse der weichmagnetischen Spitze koaxial und axial überlappend mit der weichmagnetischen Spitze der Trennvorrichtung angeordnet ist. Der Elektro-Ringmagnet der US 4 751 053 A umschließt die dort verwendete weichmagnetische Spitze jedoch radial enger als der aus der WO 02/40173 A1 bekannte Elektro-Ringmagnet, wodurch die Bauweise der aus der US 4 751 053 A bekannten Trennvorrichtung radial weniger ausladend ist als die zuvor diskutierte. Allerdings ist auch hier der Elektro-Ringmagnet, der allein durch Bestromung und Nicht-Bestromung den Magnetisierungszustand der als Anker bzw. Eisenkern wirkenden weichmagnetischen Spitze ändert, vergleichsweise nahe an der zu bearbeitenden Suspension angeordnet, wodurch wiederum das oben beschriebene Risiko der unerwünschten thermischen Belastung der Suspension durch die Trennvorrichtung besteht.
  • Eine weitere magnetische Trennvorrichtung ist aus der US 7 776 221 B2 bekannt. Diese Druckschrift offenbart eine Mehrzahl von weichmagnetischen Spitzen, welche von einer einen Luftspalt zwischen den freien Schenkelenden eines C-förmigen Magnetjochs begrenzenden Fläche abstehen. Auf der gegenüberliegenden Fläche, die den Luftspalt des Magnetjochs in entgegengesetzte Richtung beschränkt, sind Probenbehälter vorgesehen, in die eine Suspension mit magnetischen Partikeln hineingegeben werden kann. Die weichmagnetischen Spitzen der aus der US 7 776 221 B2 bekannten Trennvorrichtung sind in ihrer Gesamtheit um ihre Abstandsrichtung zu den Suspensionsbehältern drehbar, jedoch nicht zu den Behältern hin absenkbar.
  • In einer Ausnehmung des Magnetjochs sind eine oder mehrere Permanentmagnetanordnungen beweglich aufgenommen, sodass durch Relativbewegung dieser Magnetanordnungen relativ zum Joch der Magnetisierungszustand der mit dem Joch verbundenen weichmagnetischen Spitzen änderbar ist.
  • Diese Trennvorrichtung ist äußerst Bauraum fordernd, da die weichmagnetischen Spitzen in Abstandsrichtung zu den Suspensionsbehältern unverlagerbar am Magnetjoch aufgenommen sind und die Spitzen nur durch Verlagerung der Suspensionsbehälter mittels einer zusätzlichen Manipulationsvorrichtung in die zu bearbeitende Suspension eingetaucht werden können.
  • Sehr ähnliche magnetische Trennvorrichtungen sind aus der DE 10 2005 004 664 A1 und aus der US 5 567 326 A bekannt. Die so bekannten Trennvorrichtungen weisen eine Platte auf, von welcher mehrere, in der Regel matrixartig angeordnete weichmagnetische Spitzen parallel zueinander in einer Abstehrichtung abstehen. Auf der die weichmagnetischen Spitzen tragenden Platte kann auf der von den abstehenden Spitzen wegweisenden Plattenseite vorübergehend ein Permanentmagnet angeordnet werden, um den Magnetisierungszustand der weichmagnetischen Spitzen in ihrer Gesamtheit zu verändern, also alle weichmagnetischen Spitzen zu magnetisieren, wenn der Permanentmagnet vorhanden ist, und diese zu entmagnetisieren, wenn der Permanentmagnet nicht vorhanden ist.
  • Eine weitere magnetische Trennvorrichtung ist aus der US 4 649 116 A bekannt. Bei dieser Vorrichtung sind eine weichmagnetische Spitze und ein unmagnetisches, also nicht magnetisiertes und auch nicht magnetisierbares, Material kollinear in axialer Richtung bezogen auf die Längsachse der weichmagnetischen Spitze hintereinander angeordnet.
  • Seitlich an diese Anordnung aus weichmagnetischer Spitze und unmagnetischem Material ist in einer Richtung ein Hufeisenmagnet angesetzt, von welchem ein freies Schenkelende in einer Aktivstellung, in welche die magnetische Trennvorrichtung durch eine Feder vorgespannt ist und in welcher die weichmagnetische Spitze magnetisiert ist, der weichmagnetischen Spitze radial gegenüberliegt - daher deren Magnetisierung - und das weitere freie Schenkelende dem unmagnetischen Material radial gegenüberliegt.
  • Gegen die zuvor beschriebene Federvorspannung kann die weichmagnetische Spitze nun zusammen mit dem unmagnetischen Material an den beiden freien Schenkelenden des Hufeisenmagnets vorbei bewegt werden, bis beide Schenkelenden des Hufeisenmagnets dem unmagnetischen Material gegenüber liegen. In diesem Augenblick verliert die weichmagnetische Spitze ihre vorübergehende Magnetisierung und ist unmagnetisch oder wenigstens weniger magnetisiert, da möglicherweise ein gewisser Streufluss nicht auszuschließen ist. Diese Trennvorrichtung ist aufgrund des verwendeten Hufeisenmagneten radial ausladend.
  • Aus der US 5 647 994 A ist eine magnetische Trennvorrichtung bekannt, bei welcher eine ringförmige Permanentmagnetanordnung eine Pipettierspitze radial außen umgibt und in Längsrichtung der Pipettierspitze verlagerbar ist, um unterschiedliche Zonen der Pipettierspitze mit ihrem Magnetfeld zu beaufschlagen.
  • In die Pipettierspitze hinein kann eine weichmagnetische Spitze abgesenkt werden, sodass mit der aus der US 5 647 994 A bekannten magnetischen Trennvorrichtung eine Relativstellung von weichmagnetischer Spitze und parallel dazu verlagerbarer Permanentmagnetanordnung erreichbar ist, in welcher die weichmagnetische Spitze die Permanentmagnetanordnung durchsetzt, sich folglich die weichmagnetische Spitze und die Permanentmagnetanordnung in Längsrichtung der weichmagnetischen Spitze axial überlappen, sodass die weichmagnetische Spitze innerhalb der Pipettierspitze stärker magnetisiert ist als dann, wenn sich die beiden Bauteile: weichmagnetische Spitze und Permanentmagnetanordnung, nicht axial überlappen.
  • Aus der US 2008/0170966 A1 ist eine magnetische Trennvorrichtung bekannt, welche einen längs eines Kanals beweglichen Permanentmagneten aufweist. An einem Längsende des Kanals ist eine weichmagnetische Spitze angeordnet, mit welcher der bewegliche Permanentmagnet wahlweise in Kontakt gebracht werden kann, um diese zu magnetisieren, oder von welcher der Permanentmagnet körperlich getrennt werden kann, um die weichmagnetische Spitze in einem unmagnetischen Zustand zu halten.
  • Der vorliegenden Anmeldung liegt daher die Aufgabe zu Grunde, die gattungsgemäße magnetische Trennvorrichtung derart weiterzubilden, dass sie geringeren Bauraum beansprucht und die zu bearbeitende Suspension möglichst wenig belastet. Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch eine gattungsgemäße magnetische Trennvorrichtung, welche zusätzlich die Merkmale des kennzeichnenden Teils des Anspruchs 1 aufweist. An einer solchen Trennvorrichtung ist die eine der beiden Magnetanordnungen relativ zur weichmagnetischen Spitze ortsfest und ist die jeweils andere Magnetanordnung relativ zur Spitze und zur einen Magnetanordnung beweglich.
  • Durch die erfindungsgemäß vorgeschlagene Lösung können die erste und die zweite Magnetanordnung dazu verwendet werden, sich je nach Relativstellung gegenseitig durch Feldschluss zu neutralisieren, sodass von ihnen kein oder nur ein geringeres Magnetfeld auf die weichmagnetische Spitze einwirkt, oder sie können sich eben nicht neutralisieren, sodass ein von ihnen oder wenigstens von einer der Magnetanordnungen ausgehendes Magnetfeld auf die weichmagnetische Spitze einwirkt und diese im Gegensatz zum zuvor genannten Zustand stärker magnetisiert.
  • Durch die Möglichkeit, das von den beiden Magnetanordnungen ausgehende und auf die weichmagnetische Spitze einwirkende Magnetfeld durch Relativanordnung der beiden Magnetanordnungen zu verändern, besteht grundsätzlich die Möglichkeit, eine schaltbare also hinsichtlich des Magnetisierungszustands der weichmagnetischen Spitze veränderbare magnetische Trennvorrichtung wenigstens für die Dauer des stärker magnetisierten Zustands stromlos und somit im Wesentlichen ohne Wärmequellen bereitzustellen.
  • Überdies besteht durch veränderliche Relativanordnung der beiden Magnetanordnungen die Möglichkeit, den Magnetisierungszustand der weichmagnetischen Spitze nicht nur wie im Stand der Technik zwischen einem ersten Zustand niedriger bzw. keiner Magnetisierung und einem zweiten Zustand stärkerer Magnetisierung zu ändern. Vielmehr bietet die veränderliche Relativanordnung der zwei Magnetanordnungen die Möglichkeit, den Magnetisierungsgrad der weichmagnetischen Spitze gezielt auch zu zwischen zwei Extremwerten liegenden Zwischenwerten hin zu ändern, vorzugsweise sogar wenigstens in Bereichen stufenlos zu ändern.
  • Dies ist beispielsweise möglich, wenn die Relativstellungen der beiden Magnetanordnungen zumindest in einem Bereich der Relativbeweglichkeit der beiden Magnetanordnungen zueinander stufenlos veränderbar sind.
  • Die bei der Lösung der der vorliegenden Erfindung zu Grunde liegenden Aufgabe genannte erste Magnetanordnung ist die eingangs genannte Magnetanordnung.
  • Mit "magnetisch" ist ein Material bezeichnet, welches entweder magnetisierbar ist oder magnetisiert ist. In den meisten Anwendungsfällen der vorliegend diskutierten magnetischen Trennvorrichtung werden die magnetischen Partikel ferromagnetisches Material umfassen oder aus ferromagnetischem Material bestehen.
  • Um die zur Bildung der erfindungsgemäßen Trennvorrichtung benötigten Führungs- und Antriebsmittel in ihrer Anzahl möglichst gering zu halten, ist erfindungsgemäß vorgesehen, dass die eine der beiden Magnetanordnungen relativ zur weichmagnetischen Spitze ortsfest ist und die jeweils andere Magnetanordnung relativ zur Spitze und zur einen Magnetanordnung beweglich ist.
  • Erfindungsgemäß ist vorgesehen, dass eine der beiden Magnetanordnungen als Magnetisierungs-Magnetanordnung wenigstens einen Permanentmagneten umfasst, vorzugsweise ein Permanentmagnet oder eine Permanentmagnetanordnung mit mehreren Permanentmagneten ist, relativ zur weichmagnetischen Spitze unverlagerbar ist und dauerhaft mit der weichmagnetischen Spitze in Magnetschluss-Kontakt steht, und dass die andere der beiden Magnetanordnungen als Schalt-Magnetanordnung wenigstens einen Permanentmagneten umfasst und verlagerbar ist zwischen einer Ausschaltposition, in welcher sie mit ihrem Schalt-Magnetfeld das Magnetisierungs-Magnetfeld der Magnetisierungs-Magnetanordnung im Bereich des Magnetisierungsabschnitts stärker schwächt, und einer Einschaltposition, in welcher sie mit ihrem Schalt-Magnetfeld das Magnetisierungs-Magnetfeld der Magnetisierungs-Magnetanordnung im Bereich des Magnetisierungsabschnitts weniger stark schwächt.
  • Der Grundgedanke der hier diskutierten erfindungsgemäßen Ausführungsform ist eine Anordnung, bei welcher die Magnetisierungs-Magnetanordnung, welche für die Magnetisierung der weichmagnetischen Spitze sorgt, relativ zu dieser unverlagerbar angeordnet ist und in welcher die Schalt-Magnetanordnung verlagerbar ist, um abhängig von ihrer Relativstellung zur Magnetisierungs-Magnetanordnung deren Magnetfeld unterschiedlich stark zu schwächen bzw. zu neutralisieren.
  • Durch die Verwendung von wenigstens einem Permanentmagneten in jeder der Magnetanordnungen aus Magnetisierungs- und Schalt-Magnetanordnung können der Stromverbrauch der magnetischen Trennvorrichtung erheblich reduziert und somit unerwünschte Wärmequellen in der Trennvorrichtung vermieden werden.
  • Eine einfache Möglichkeit, der Schwächung des von der Magnetisierungs-Magnetanordnung ausgehenden Magnetfelds liegt darin, die Schalt-Magnetanordnung im Feldschluss für einen magnetischen Rückschluss zu verwenden, etwa dann, wenn sich die Schalt-Magnetanordnung in ihrer Ausschaltposition befindet. Dann, wenn sich in der Ausschaltposition ungleichnamige Pole der Magnetisierungs-Magnetanordnung einerseits und der Schalt-Magnetanordnung andererseits in großer Annäherung befinden, kann das von einem Pol der Magnetisierungs-Magnetanordnung ausgehende Magnetfeld über die Schalt-Magnetanordnung in Richtung zum anderen Pol der Magnetisierungs-Magnetanordnung geleitet werden, ohne dass die weichmagnetische Spitze in erheblichem Maße von dem Magnetfeld der Magnetisierungs-Magnetanordnung durchsetzt wird.
  • Bevorzugt befindet sich daher die Schalt-Magnetanordnung in ihrer Ausschaltposition näher bei jenem Pol der Magnetisierungs-Magnetanordnung, welcher wiederum der weichmagnetischen Spitze näher gelegen ist.
  • Daher kann es vorteilhaft sein, wenn die Magnetisierungs-Magnetanordnung und die Schalt-Magnetanordnung längs ihrer Relativbewegungsbahn entgegengesetzt polarisiert sind. Dann ist es nämlich besonders einfach, durch lediglich translatorische, bevorzugt geradlinige, Bewegung der Schalt-Magnetanordnung relativ zur Magnetisierungs-Magnetanordnung ungleichnamige Pole von Schalt-Magnetanordnung und Magnetisierungs-Magnetanordnung in einem nahe bei der weichmagnetischen Spitze gelegenen Bereich in Annäherung aneinander zu bringen.
  • Bevorzugt ist die Schalt-Magnetanordnung längs der Relativbewegungsbahn, welche bevorzugt eine geradlinige Relativbewegungsbahn ist, kürzer ausgebildet als die Magnetisierungs-Magnetanordnung. Hierdurch wird ihre Relativbeweglichkeit relativ zur Magnetisierungs-Magnetanordnung längs der Relativbewegungsbahn erleichtert.
  • Wenngleich grundsätzlich die Schalt-Magnetanordnung sich längs ihrer Relativbewegungsbahn über die Erstreckungslänge der Magnetisierungs-Magnetanordnung in Richtung der Relativbewegungsbahn hinaus bewegen kann, kann es grundsätzlich ausreichend sein, wenn der Relativbewegungsweg der Schalt-Magnetanordnung nicht über die Erstreckungskomponente der Magnetisierungs-Magnetanordnung längs der Relativbewegungsbahn hinaus verläuft. So kann eine längs des Relativbewegungswegs kurze Trennvorrichtung erhalten werden.
  • Dann ist es möglich, beispielsweise an dem der weichmagnetischen Spitze näher gelegenen Längsende der Magnetisierungs-Magnetanordnung eine magnetische Kopplungsvorrichtung zum Einkoppeln der weichmagnetischen Spitze in das Magnetfeld der Magnetisierungs-Magnetanordnung vorzusehen und bevorzugt diese Kopplungsausbildung als Endanschlag für die Relativbewegung der Schalt-Magnetanordnung zur weichelastischen Spitze hin zu nutzen.
  • Auch in der Einschaltposition der Schalt-Magnetanordnung liegen vorzugsweise ungleichnamige Pole beider Magnetanordnungen in großer Annäherung beieinander, jedoch andere Pole als in der Ausschaltposition.
  • Die starke Annäherung ungleichnamiger Pole der beiden Magnetanordnungen aneinander führt zu einer stabilen Gleichgewichtssituation, sodass weder in der Einschaltposition noch in der Ausschaltposition der Schalt-Magnetanordnung Haltevorrichtungen zum Halten der Schalt-Magnetanordnung in wenigstens einer der jeweiligen Positionen benötigt werden, wenngleich nicht ausgeschlossen ist, dergleichen Haltevorrichtungen aus Gründen redundanter Funktionssicherheit vorzusehen.
  • Die Schalt-Magnetanordnung kann in äußerst vorteilhafter Weise auch dazu ausgebildet sein, aufgrund von magnetischen Kräften zwischen ihren beiden Positionen: Ausschaltposition und Einschaltposition, verlagert zu werden. Hierfür kann vorgesehen sein, dass die magnetische Trennvorrichtung eine dritte Magnetanordnung aufweist, welche wenigstens eine wahlweise bestrombare elektrische Spule umfasst und welche als Auslöser-Magnetanordnung abhängig von ihrer Bestromung eine Verlagerung der Schalt-Magnetanordnung zwischen ihrer Einschalt- und ihrer Ausschaltposition bewirkt.
  • Zwar wird mit der Auslöser-Magnetanordnung wieder eine Stromquelle und damit eine mögliche Wärmequelle in die magnetische Trennvorrichtung eingeführt, jedoch kann es hier ausreichen, die Auslöser-Magnetanordnung nur kurzzeitig zu bestromen, sodass diese zeitlich nur sehr kurz ein Magnetfeld entwickelt, welches zu einem Kraftpuls führt, der die Schalt-Magnetanordnung aus ihrer jeweiligen Position löst und zur jeweils anderen Position hin beschleunigt. Dann, wenn sich in den beiden Positionen der Schalt-Magnetanordnung: Einschaltposition und Ausschaltposition, ungleichnamige Pole der beiden Magnetanordnungen: Schalt- und Magnetisierungs-Magnetanordnung in ausreichender Annäherung aneinander befinden, muss der Kraftpuls durch die Auslöser-Magnetanordnung lediglich den herrschenden Gleichgewichtszustand überwinden und die Schalt-Magnetanordnung aus der jeweiligen Position ausreichend weit entfernen, sodass die beiden anderen, der jeweils anderen Position aus Einschaltposition und Ausschaltposition zugeordneten ungleichnamigen Pole der beiden Magnetanordnungen soweit in Annäherung aneinander geraten, dass sich die neue Gleichgewichtsstellung der jeweils anderen Position von alleine einstellt.
  • Die magnetische Trennvorrichtung ist daher bevorzugt dazu ausgebildet, die Auslöser-Magnetanordnung nur während des Übergangs der Schalt-Magnetanordnung von einer ihrer Positionen: Einschaltposition und Ausschaltposition, in die jeweils andere Position zu bestromen, wobei - wie oben geschildert - eine Bestromung für die gesamte Dauer der Relativbewegung von Schalt-Magnetanordnung und Magnetisierungs-Magnetanordnung nicht unbedingt notwendig ist.
  • Die Auslöser-Magnetanordnung kann vorteilhafterweise in beiden Positionen der Schalt-Magnetanordnung: Einschalt- und Ausschaltposition, eine Verlagerung relativ zur Magnetisierungs-Magnetanordnung in die jeweils andere Position bewirken, wenn die Auslöser-Magnetanordnung zur gemeinsamen Bewegung mit der Schalt-Magnetanordnung gekoppelt ist.
  • Die Auslöser-Magnetanordnung kann in vorteilhafter Weise koaxial zur Schalt-Magnetanordnung angeordnet sein, also sich über einen gemeinsamen Bereich der Relativbewegungsbahn erstreckend. Sie kann ebenso kollinear zur Schalt-Magnetanordnung angeordnet sein, beispielsweise in Richtung der Relativbewegungsbahn an die Schalt-Magnetanordnung anschließend.
  • Um besonders effektiv in beiden Positionen der Schalt-Magnetanordnung: Einschalt- und Ausschaltposition, deren Verlagerung in die jeweils andere Position bewirken zu können, kann die Auslöser-Magnetanordnung wenigstens zwei koaxiale Wicklungsabschnitte aufweisen, zwischen welchen die Schalt-Magnetanordnung angeordnet ist.
  • Alternativ kann die Auslöser-Magnetanordnung auch längs der Relativbewegungsbahn von Schalt-Magnetanordnung und Magnetisierungs-Magnetanordnung zwischen zwei Permanentmagneten der Schalt-Magnetanordnung angeordnet sein.
  • Vorteilhaft ist, wenn Schalt-Magnetanordnung und Auslöser-Magnetanordnung sowohl einzeln als auch gemeinsam betrachtet jeweils ein zu einer orthogonal zur Relativbewegungsbahn der Schalt-Magnetanordnung orientierten Symmetrieebene ein im Wesentlichen symmetrisches Magnetfeld erzeugen. Funktionsnotwendig ist dies jedoch nicht.
  • Die Schalt-Magnetanordnung kann aus mehreren miteinander längs der Relativbewegungsbahn gestapelten Permanentmagneten gebildet sein, um ein besonders starkes Magnetfeld zu erzeugen oder/und um die Reparierbarkeit der Schalt-Magnetanordnung zu vereinfachen.
  • Ein mögliches Ziel der vorliegenden magnetischen Trennvorrichtung ist es, eine Mehrzahl von weichmagnetischen Spitzen gleichzeitig zu verwenden, wobei bevorzugt die Mehrzahl von weichmagnetischen Spitzen in einem vorgegebenen Anordnungsmuster vorgesehen sind, beispielsweise in Zeilen und Spalten angeordnet.
  • Um für eine solche matrixartige Anordnung von weichmagnetischen Spitzen einer magnetischen Trennvorrichtung die magnetische Trennvorrichtung mit möglichst wenig radialem Bauraum bereitstellen zu können, ist es vorteilhaft, wenn sich die weichmagnetische Spitze längs einer Spitzenachse erstreckt. Die Montage der weichmagnetischen Spitze in der magnetischen Trennvorrichtung kann dadurch vereinfacht werden, wenn die weichmagnetische Spitze wenigstens abschnittsweise, vorzugsweise vollständig, rotationssymmetrisch bezüglich der Spitzenachse als Rotationssymmetrieachse ausgebildet ist.
  • Es dient weiterhin der radial schlanken Bauweise der magnetischen Trennvorrichtung, wenn die Relativverlagerungsbahn der beiden Magnetanordnungen parallel oder bevorzugt kollinear mit der Spitzenachse verläuft. "Parallel" bedeutet dabei, dass zwischen den in gleiche Richtung verlaufenden Linien: Spitzenachse und Relativverlagerungsbahn, ein Abstand besteht. Dieser ist bei kollinearer Anordnung 0.
  • Ein sowohl möglichst homogenes Magnetfeld der beiden Magnetanordnungen zueinander kann dadurch erhalten werden, dass die eine Magnetanordnung die jeweils andere umgibt, wobei dann ein besonders vorteilhaftes homogenes und symmetrisches Magnetfeld der magnetischen Trennvorrichtung insgesamt erhalten werden kann, wenn die eine Magnetanordnung die jeweils andere koaxial umgibt. Aus den genannten Gründen ist ein vollständiges Umschließen der einen Magnetanordnung durch die jeweils andere bevorzugt.
  • Im vorliegend genannten bevorzugten Ausführungsbeispiel ist es bevorzugt, wenn die Schalt-Magnetanordnung, gegebenenfalls zusammen mit der Auslöser-Magnetanordnung, die Magnetisierungs-Magnetanordnung umgibt.
  • Bevorzugt erstreckt sich somit auch die oben genannte Magnetisierungs-Magnetanordnung längs einer Magnetanordnungsachse, welche bevorzugt kollinear mit der Spitzenachse angeordnet ist.
  • Auch dann, wenn eine die jeweils andere Magnetanordnung umgebende Magnetanordnung sich längs einer Erstreckungsachse erstreckt, wobei die Erstreckungsachse dann lediglich einen von den Magneten der Magnetanordnung umgebenen Hohlraum durchsetzt, ist es vorteilhaft, wenn diese Erstreckungsachse und die Spitzenachse kollinear angeordnet sind.
  • Bevorzugt sind daher beide Magnetanordnungen, also Magnetisierungs-Magnetanordnung einerseits und Antriebs- bzw. Schalt-Magnetanordnung andererseits, sowie die weichmagnetische Spitze koaxial mit kollinearen Verlaufsachsen angeordnet.
  • Bevorzugt ist daher vorgesehen, dass wenigstens ein Teil der Permanentmagneten wenigstens einer, vorzugsweise beider Magnetanordnungen koaxial zur Spitzenachse verläuft und längs dieser Achse polarisiert ist und bevorzugt bezüglich der Spitzenachse als Rotationssymmetrieachse rotationssymmetrisch ausgebildet ist. Besonders bevorzugt gilt dies für alle Permanentmagneten wenigstens einer, vorzugsweise beider Magnetanordnungen, das sind für die oben genannten besonderen Ausführungsbeispiele wenigstens die Magnetisierungs-Magnetanordnung einerseits und die Antriebs- bzw. Schalt-Magnetisierungsanordnung andererseits.
  • Bevorzugt ist die weichmagnetische Spitze zur Verbesserung der Trennung von magnetischen Partikeln von Suspensionsflüssigkeit rotierbar, wobei die Rotationsachse der weichmagnetischen Spitze bevorzugt ihre Spitzenachse ist. Aus diesem Grunde ist es ebenso bevorzugt, dass die magnetische Trennvorrichtung einen Drehantrieb aufweist, welcher mit der weichmagnetischen Spitze Bewegung und Drehmoment übertragend gekoppelt ist. Durch diesen Drehantrieb ist die Spitze rotierbar.
  • Ein Drehantriebsbauteil, etwa ein zur gemeinsamen Rotation um die Rotationsachse mit der weichmagnetischen Spitze dauerhaft gekoppelter und mit dem Drehantrieb lösbar gekoppelter oder koppelbarer Wellen- oder Nabenstumpf kann wenigstens abschnittsweise aus weichmagnetischem Material gebildet sein, wobei das Drehantriebsbauteil dann als das oben genannte Haltevorrichtung wirken kann, die die Magnetisierungs-Magnetanordnung in der Nicht-Magnetisierungsposition hält.
  • Zur Erzielung einer gewünscht schlanken Bauform sind bevorzugt die beiden Magnetanordnungen, bevorzugt auch die oben genannte Auslöse-Magnetanordnung, in Richtung der Spitzenachse zwischen der weichmagnetischen Spitze und dem Drehantrieb, insbesondere zwischen der Spitze und dem oben genannten Drehantriebsbauteil angeordnet. Dies gilt bevorzugt unabhängig von der jeweils eingenommenen Position der beweglichen Magnetanordnung.
  • Bevorzugt weist die magnetische Trennvorrichtung zur Erhöhung der Anzahl der durch sie gleichzeitig bearbeitbaren Suspensionen einen Trennvorrichtungskopf mit einer Mehrzahl von weichmagnetischen Spitzen auf, welche sich alle längs einer Spitzenachse erstrecken, wobei die Spitzenachsen der einzelnen weichmagnetischen Spitzen parallel zueinander angeordnet sind. Bevorzugt sind die weichmagnetischen Spitzen matrixartig in Zeilen und Spalten angeordnet, wobei ein orthogonales Zeilen- und Spaltensystem bevorzugt ist.
  • Um mit einem derartigen Trennvorrichtungskopf gleichzeitig auch unterschiedliche Suspensionen bearbeiten zu können, ist vorzugsweise der Magnetisierungszustand wenigstens eines Teils der weichmagnetischen Spitzen des Trennvorrichtungskopfes unabhängig von einem anderen Teil der weichmagnetischen Spitzen änderbar. Diese unabhängige Änderbarkeit des Magnetisierungszustands von weichmagnetischen Spitzen in einem Trennvorrichtungskopf kann durch individuelle Bestromung der die Änderung des Magnetisierungszustands der jeweiligen weichmagnetischen Spitze bewirkenden Magnetanordnung erfolgen.
  • Bevorzugt ist der Magnetisierungszustand jeder einzelnen weichmagnetischen Spitze des Trennvorrichtungskopfes unabhängig vom Magnetisierungszustand jeder anderen weichmagnetischen Spitze änderbar.
  • Da die Änderung des Magnetisierungszustands mittels Bestromung einer Magnetanordnung erfolgt, kann die Bestromung einzelner Magnetanordnungen in einfacher und sicherer Weise durch eine entsprechende Steuereinrichtung bewirkt werden, wobei die Steuereinrichtung auch dazu ausgebildet sein kann, weichmagnetische Spitzen des Trennvorrichtungskopfes zeilen- oder/und spaltenweise zur gemeinsamen Änderung des Magnetisierungszustandes zusammenzufassen. In diesem Falle kann die Steuereinrichtung alle weichmagnetischen Spitzen einer Zeile oder/und einer Spalte durch gemeinsame Ansteuerung der jeweiligen Magnetanordnungen in gleichem Sinne und gleichzeitig ändern.
  • Derartige magnetische Trennvorrichtungen lassen sich vorteilhaft an einer Pipettiervorrichtung vorsehen, wobei dann wenigstens ein Pipettierkanal der Pipettiervorrichtung durch eine Trennvorrichtung, wie sie oben beschrieben ist, ersetzt ist.
  • Die oben zur Bildung einer radial möglichst schlanken Trennvorrichtung vorgestellten technischen Merkmale erlauben, die magnetische Trennvorrichtung der vorliegenden Erfindung mit einem radialen Bauraumbedarf auszubilden, welcher jenen eines Pipettierkanals in einer Pipettiervorrichtung nicht übersteigt. Bevorzugt hat eine wie oben beschrieben ausgebildete Trennvorrichtung eine radiale Ausdehnung von weniger als 20 mm, vorzugsweise von nicht mehr als 18 mm.
  • Die weichmagnetische Spitze kann metallisch blank sein oder kann einen Überzug aufweisen. Der Überzug kann fest mit der magnetischen Spitze verbunden sein oder kann lösbar an dieser vorgesehen sein.
  • Die in der vorliegenden Anmeldung als relativ zur weichmagnetischen Spitze bewegbar beschriebenen Magnetanordnungen können an einem relativ zur weichmagnetischen Spitze zumindest nicht translatorisch verlagerbaren Trägerbauteil zu ihrer Bewegung geführt sein. Bevorzugt befindet sich das Trägerbauteil zwischen der weichmagnetischen Spitze und dem Drehantrieb. Das Trägerbauteil kann mit einem Führungsabschnitt eine an ihm zur Relativbewegung geführte Magnetanordnung durchsetzen oder diese radial außen umgeben.
  • Die vorliegende Erfindung wird nachfolgend anhand der beiliegenden Zeichnungen näher erläutert werden. Es stellt dar:
    • Figur 1a
    eine Aufrissansicht einer Ausgestaltungsform einer nicht erfindungsgemäßen magnetischen Trennvorrichtung mit einer Magnetisierungs-Magnetanordnung und einer Antriebs-Magnetanordnung, wobei sich die Magnetisierungs-Magnetanordnung in ihrer Nicht-Magnetisierungsposition befindet,
    Figur 1
    beine Längsschnittansicht durch die Vorrichtung der Figur 1a längs der Schnittebene lb-lb in Figur 1a,
    Figur 2a
    die Ausgestaltungsform der magnetischen Trennvorrichtung von Figur 1a, jedoch mit der Magnetisierungs-Magnetanordnung in der Magnetisierungsposition,
    Figur 2b
    eine Längsschnittansicht der Vorrichtung von Figur 2a längs der Schnittebene llb-llb in Figur 2a,
    Figur 3a
    eine Ausführungsform einer erfindungsgemäßen magnetischen Trennvorrichtung mit einer Magnetisierungs-Magnetanordnung und einer Schalt-Magnetanordnung, letztere in der Einschaltposition,
    Figur 3b
    eine Längsschnittansicht durch die magnetische Trennvorrichtung von Figur 3a längs der Schnittebene lllb-lllb in Figur 3a,
    Figur 4a
    die magnetische Trennvorrichtung von Figur 3a, jedoch mit der Schalt-Magnetanordnung in der Ausschaltposition, und
    Figur 4b
    eine Längsschnittansicht durch die Vorrichtung von Figur 4a längs der Schnittebene IVb-IVb in Figur 4a.
  • In den Figuren 1a bis 2b ist eine nicht dem Anspruch 1 unterfallende und daher nicht erfindungsgemäße magnetische Trennvorrichtung allgemein mit 10 bezeichnet. Unterhalb der magnetischen Trennvorrichtung befindet sich ein beispielhaft dargestelltes Probengefäß 12, in welchem sich, wie in Figur 1b dargestellt ist, eine Suspension 14 mit magnetischen Partikeln befindet.
  • Die magnetische Trennvorrichtung 10 erstreckt sich längs einer Vorrichtungsachse V, die auch in der Schnittebene lb-lb enthalten ist. Die Vorrichtungsachse V verläuft parallel zur Zeichenebene der Figur 1, die Schnittebene lb-lb orthogonal zu dieser.
  • Die magnetische Trennvorrichtung 10 weist eine weichmagnetische Spitze 16 auf, welche, wie im dargestellten Beispiel, als zylindrisches Bauteil ausgebildet sein kann, wobei die Zylinderachse oder allgemein die Längsachse L der weichelastischen Spitze 16 mit der Vorrichtungsachse V zusammenfällt.
  • Die weichmagnetische Spitze 16 weist ein dem Behälter 12 näher liegendes Eintauch-Ende 16a auf und weist einen Magnetisierungsabschnitt 16b auf, welcher im vorliegenden Beispiel, wie unten noch näher erläutert werden wird, konstruktiv bedingt durch das dem Eintauch-Ende 16a entgegengesetzte Längsende gebildet ist.
  • Die weichmagnetische Spitze 16 kann an ihrem Eintauch-Ende 16a von einer Wechselhülle 18 umgeben sein, durch welche das Material der Spitze 16 gegenüber der Suspension 14 abgeschirmt werden kann, in die das Eintauch-Ende 16a der Spitze 16 durch Bewegung längs der Vorrichtungsachse V betriebs- und bestimmungsgemäß eingetaucht wird. Die Wechselhülle 18 ist eine lösbar und austauschbar an der Spitze 16 vorgesehene Schutzhülle.
  • Die weichmagnetische Spitze 16 ist mit ihrem Magnetisierungsabschnitt 16b in einen Fassungsabschnitt 20a eines Trägerbauteils 20 eingespannt, beispielsweise eingeschrumpft oder auch eingeschraubt, eingeklebt, eingelötet und dgl.
  • In dem Trägerbauteil 20, welches bevorzugt wie die weichelastische Spitze 16 auch rotationssymmetrisch bezüglich der Vorrichtungsachse V ausgebildet ist, ist eine erste Magnetanordnung 22 als Magnetisierungs-Magnetanordnung 22 längs der Vorrichtungsachse V beweglich aufgenommen. Das Trägerbauteil 20 weist hierzu einen Hohlraum 24 auf, welcher axial - bezogen auf die Vorrichtungsachse V - länger ausgebildet ist als die Magnetisierungs-Magnetanordnung 22 und in welchem die Magnetisierungs-Magnetanordnung 22 axial beweglich ist.
  • Das Trägerbauteil 20 ist bevorzugt aus nicht-magnetisierbarem Material gebildet, es kann aus Kunststoff, Aluminium, Messing und dgl. gebildet sein.
  • Axial in Richtung von der Spitze 16 weg schließt an das Trägerbauteil 20 ein Wellenstumpf 26 an, welcher im dargestellten Beispiel die Ausnehmung 24 im Trägerbauteil 20 axial abschließt.
  • Der Wellenstumpf 26 weist eine Ausnehmung 28 zur Aufnahme einer in den Figuren 1 und 2 nicht dargestellten Passfeder auf, mittels welcher Drehmoment von einer ebenfalls nicht dargestellten Nabe auf den Wellenstumpf 26 übertragbar ist, um den Wellenstumpf 26 und mit diesem die Vorrichtung 10 insgesamt zur Rotation um die Vorrichtungsachse V als Rotationsachse anzutreiben. Durch Rotation des Wellenstumpfes 26 und mit diesem der Vorrichtung 10 insgesamt kann auch die drehfest mit dem Wellenstumpf 26 gekoppelte weichmagnetische Spitze 16 in Rotation um ihre Längsachse L versetzt werden, wodurch in radialer Richtung bezogen auf die Vorrichtungsachse V wirkende Fliehkräfte auf etwaig an dem Eintauch-Ende 16a der weichmagnetischen Spitze 16 anhaftende magnetische Partikel ausgeübt werden können, um entweder an diesen noch anhaftende Suspensionsflüssigkeit von diesen zu trennen, oder um die Trennung der magnetischen Partikel vom Eintauch-Ende 16a der weichmagnetischen Spitze 16 zu erleichtern.
  • Der Drehantrieb für die magnetische Trennvorrichtung 10 ist in den Figuren 1 bis 4 nicht dargestellt.
  • Der Wellenstumpf 26 weist wenigstens an seinem dem Trägerbauteil 22 näher gelegenen Längsende 26a weichmagnetisches Material auf, sodass die Magnetisierungs-Magnetanordnung 22 in der in Figur 1b dargestellten Nicht-Magnetisierungsposition an dem weichmagnetischen Material des Längsendes 26a des Wellenstumpfes 26 körperlich anliegt und so einen Magnetschluss mit diesem herstellt. Durch die so gebildeten Magnetkräfte zwischen wenigstens dem Längsende 26a des Wellenstumpfes 26 und der Magnetisierungs-Magnetanordnung 22 verbleibt diese ohne äußere Krafteinwirkung in der dargestellten Nicht-Magnetisierungsposition.
  • Zur Verstellung der Magnetisierungs-Magnetanordnung 22 in ihre in Figur 2b dargestellte Magnetisierungsposition und zurück ist radial außen an dem Trägerbauteil 20 eine Antriebs-Magnetanordnung 30 vorgesehen, welche einen Abschnitt des Trägerbauteils 20 radial außen umgibt. Damit umgibt die Antriebs-Magnetanordnung 30 auch die Magnetisierungs-Magnetanordnung 22 radial außen.
  • Während die Magnetisierungs-Magnetanordnung bevorzugt aus einem oder aus mehreren Permanentmagneten gebildet ist, wobei die Magnetisierungs-Magnetanordnung bevorzugt längs der Vorrichtungsachse V magnetisiert ist, sodass beispielsweise ihr der Spitze 16 zugewandtes Ende 22a einen magnetischen Südpol aufweist und ihr dem Wellenstumpf 26 zugewandtes entgegengesetztes Längsende 22b einen magnetischen Nordpol aufweist, ist die Antriebs-Magnetanordnung 30 bevorzugt durch einen Elektromagneten gebildet, also durch eine bestrombare Spule. Die Spulenachse S fällt bevorzugt ebenso mit der Vorrichtungsachse V zusammen wie eine Symmetrieachse M der Magnetisierungs-Magnetanordnung 22.
  • Durch einen kurzzeitigen Bestromungsimpuls kann vorübergehend in der Antriebs-Magnetanordnung 30 ein Magnetfeld erzeugt werden, das bei geeigneter Polarität eine betragsmäßig größere und entgegengesetzt gerichtete Kraft auf die Magnetisierungs-Magnetanordnung 22 ausübt als der Magnetschluss zwischen dem Längsende 22b und dem als Haltevorrichtung agierenden Längsende 26a des Wellenstumpfes 26. In der Folge wird dadurch die Magnetisierungs-Magnetanordnung unter Verkürzung des axialen Abstandes zwischen dem Längsende 22a der Magnetisierungs-Magnetanordnung 22 und dem Magnetisierungsabschnitt 16b der weichmagnetischen Spitze 16 in die in Figur 2b dargestellte Magnetisierungsposition verlagert.
  • In der in Figur 2b dargestellten Magnetisierungsposition berührt bevorzugt das Längsende 22a der Magnetisierungs-Magnetanordnung 22 körperlich den Magnetisierungsabschnitt 16b der weichmagnetischen Spitze 16 und bildet einen Magnetschluss mit diesem, wodurch die weichmagnetische Spitze 16 für die Dauer dieses Magnetschlusses selbst magnetisiert ist.
  • Dann, wenn die weichmagnetische Spitze 16 magnetisiert ist, lagern sich die in der Suspension 14 befindlichen magnetischen Partikel an dem Eintauch-Ende 16a der Spitze 16 ab, wenn diese in die Suspension 14 eingetaucht ist. Dadurch können die magnetischen Partikel und mit diesen an ihrer Außenseite anhaftende Substanzen aus der Suspension 14 entfernt werden.
  • Durch den Magnetschluss zwischen der Magnetisierungs-Magnetanordnung 22 und der weichmagnetischen Spitze 16 wirken zwischen der Spitze 16 und der Magnetisierungs-Magnetanordnung 22 magnetische Kräfte, die die Magnetisierungs-Magnetanordnung 22 in der Magnetisierungsposition halten.
  • Die Verlagerung der Magnetisierungs-Magnetanordnung 22 in die Magnetisierungsposition von Figur 2b und der Verbleib in dieser werden in der hier beispielhaft gezeigten Anordnung durch die Schwerkraft unterstützt.
  • Für die Dauer des Magnetschlusses zwischen der Magnetisierungs-Magnetanordnung 22 und der Spitze 16 braucht die Antriebs-Magnetanordnung 30 nicht bestromt zu werden. Diese muss lediglich für die Dauer des Lösens der Magnetisierungs-Magnetanordnung 22 von Längsende 26a des Wellenstumpfes 26 solange bestromt werden, bis die Summe aus Schwerkraft und Anziehungskraft zwischen dem Längsende 22a und der Spitze 16 größer ist als die Anziehungskraft zwischen dem entgegengesetzten Längsende 22b und dem Längsende 26a des Wellenstumpfes. Ab dieser Bedingung läuft die weitere Verlagerung der Magnetisierungs-Magnetanordnung 22 in die Magnetisierungsposition selbsttätig ab.
  • Somit stellt die lediglich kurzzeitig bestromte Antriebs-Magnetanordnung 30 keine nennenswerte Wärmequelle im Betrieb der magnetischen Trennvorrichtung 10 dar.
  • Da die Magnetisierungs-Magnetanordnung 22 im dargestellten Beispiel von der Magnetisierungsposition in die Nicht-Magnetisierungsposition gegen die Wirkung der Schwerkraft verlagert werden muss, kann es notwendig sein, die Antriebs-Magnetanordnung zur Verlagerung der Magnetisierungs-Magnetanordnung 22 in die Nicht-Magnetisierungsposition länger zu bestromen als zur Verlagerung in die entgegengesetzte Richtung. Auch dies trägt jedoch nicht wesentlich zur Wärmeentwicklung bei, da die Bestromung jedenfalls nicht über die Dauer der Verlagerung hinaus fortgesetzt zu werden braucht. Nach Erreichen des Längsendes 26a des Wellenstumpfes 26 und nach Herstellung eines Magnetschlusses mit diesem verbleibt die Magnetisierungs-Magnetanordnung 22 erneut in der Nicht-Magnetisierungsposition.
  • In dieser Nicht-Magnetisierungsposition ist das weichmagnetische Material der Spitze 16 im Wesentlichen nicht magnetisiert, sodass bei Eintauchen des EintauchEndes 16a in die Suspension 14 keine magnetischen Partikel an dieser sich anlagern.
  • In den Figuren 3a bis 4b ist eine Ausführungsform der vorliegenden Erfindung dargestellt. Diese Ausführungsform wird nachfolgend nur insofern beschrieben werden, als sie sich von der zuvor beschriebenen nicht-erfindungsgemäßen Ausgestaltungsform der Figuren 1a bis 2b unterscheidet, auf deren Beschreibung ansonsten auch zur Beschreibung der erfindungsgemäßen Ausführungsform ausdrücklich verwiesen wird.
  • Zur Anwendung der oben gegebenen Beschreibung auch auf die erfindungsgemäße Ausführungsform sind gleiche Bauteile und Bauteilabschnitte wie in der nicht-erfindungsgemäßen Ausgestaltungsform in der erfindungsgemäßen Ausführungsform mit gleichen Bezugszeichen versehen, jedoch zur Unterscheidung um die Zahl 100 erhöht.
  • Wesentlicher Unterschied der Ausführungsform der Figuren 3 und 4 zur Ausgestaltungsform der Figuren 1 und 2 liegt darin, dass die Magnetisierungs-Magnetanordnung 122 relativ zur weichmagnetischen Spitze 116 unverlagerbar angeordnet ist. Mit ihrem von der Spitze 116 weg weisenden Längsende 122b befindet sich die Magnetisierungs-Magnetanordnung 122 in dauerhafter Anlage an dem Längsende 126a des Wellenstumpfes 126. Da es im vorliegenden Fall auf magnetische Haltekräfte zwischen dem Wellenstumpf 126 und der Magnetisierungs-Magnetanordnung 122 nicht ankommt, kann der Wellenstumpf 126 in der Ausführungsform aus einem beliebigen Material hergestellt sein. Das Längsende 126a braucht nicht weichmagnetisch zu sein.
  • Mit seinem der Spitze 116 zugewandten Längsende 122a befindet sich die Magnetisierungs-Magnetanordnung 122 dauerhaft in Magnetschlusskontakt mit dem Magnetisierungsabschnitt 116b der Spitze 116, wobei dieser Magnetschluss im vorliegenden Beispiel mittelbar über Zwischenanordnung eines weichmagnetischen Zwischenbauteils 134 hergestellt ist, welches einenends mit der Magnetisierungs-Magnetanordnung 122 und anderenends mit der weichmagnetischen Spitze 116, insbesondere mit deren Magnetisierungsabschnitt 116b, in körperlichem Berührkontakt steht.
  • Die weichmagnetische Spitze 116 kann durch eine Ringkupplung 136 zusätzlich mit dem Zwischenbauteil 134 gekuppelt sein. Auch die Ringkupplung 136 kann aus weichmagnetischem Material gebildet sein.
  • Mit der vorliegend beschriebenen Anordnung kann die weichmagnetische Spitze 116 der Ausführungsform auswechselbar an der Vorrichtung 110 vorgesehen sein.
  • Das Zwischenbauteil 134 ist bevorzugt rotationssymmetrisch bezüglich der Vorrichtungsachse V ausgebildet und angeordnet.
  • In der in Figur 3 gezeigten Konfiguration ist die weichmagnetische Spitze 116 magnetisiert, sodass sie in diesem Zustand dazu hergerichtet ist, magnetische Partikel aus der Suspension 114 zu entnehmen.
  • Der Magnetisierungszustand der Spitze 116 wird bei der Ausführungsform durch eine Schalt-Magnetanordnung 130 gesteuert, die relativ zur Magnetisierungs-Magnetanordnung 122 verlagerbar ist. Im dargestellten Beispiel ist die Schalt-Magnetanordnung 130 längs der Vorrichtungsachse V verlagerbar. Sie befindet sich in der Figur 3 in ihrer der Spitze 116 ferneren Einschaltposition, in der die Magnetisierungs-Magnetanordnung 122 gleichsam "eingeschaltet" ist, sodass diese eine Magnetisierung der Spitze 116 bewirkt.
  • Die Schalt-Magnetanordnung 130 ist koaxial zur Magnetisierungs-Magnetanordnung 122 angeordnet, sodass ihre Magnetanordnungslängsachse mit der Vorrichtungsachse V zusammenfällt. Gleiches gilt für die Achse M der Magnetisierungs-Magnetanordnung 122.
  • Die Schalt-Magnetanordnung 130 weist einen oder mehrere Permanentmagneten auf, welche längs der Vorrichtungsachse V polarisiert sind, wobei die Polarisierung jener der Magnetisierungs-Magnetanordnung 122 entgegengesetzt ist.
  • Somit bildet die Schalt-Magnetanordnung 130 an ihrem der Spitze 116 näher gelegenen Längsende einen Magnetpol aus, welcher zu jenem des Längsendes 122a der Magnetisierungs-Magnetanordnung 122 ungleichnamig ist. Für den entgegengesetzten Magnetpol am Längsende 130b gilt in Bezug auf den Magnetpol am Längsende 122b der Magnetisierungs-Magnetanordnung 122 das Nämliche. Dadurch ist die in Figur 3 dargestellte Einschaltposition der Schalt-Magnetanordnung 130 relativ zur Magnetisierungs-Magnetanordnung 122 ein stabiler Zustand.
  • Um den Magnetisierungszustand der weichmagnetischen Spitze 116 zu verändern und die Schalt-Magnetanordnung 130 von der in Figur 3 dargestellten Einschaltposition in die in Figur 4 dargestellte Ausschaltposition zu verlagern, ist eine weitere Magnetanordnung 132 vorgesehen, welche im dargestellten Beispiel die Schalt-Magnetanordnung 130 radial außen umgibt. Diese Anordnung ist nicht zwingend. Die weitere Magnetanordnung 132, die als Auslöse-Magnetanordnung 132 im Sinne der Beschreibungseinleitung agiert, kann auch axial neben der Schalt-Magnetanordnung 130 angeordnet sein oder kann in mehreren, vorzugsweise koaxialen Abschnitten ausgebildet sein und die Schalt-Magnetanordnung 130 zwischen ihren Abschnitten einfassen.
  • Die im vorliegenden Beispiel dargestellte Anordnung ermöglicht eine Realisierung eines axial besonders kurzen Bauteils aus Schalt- und Auslöse-Magnetanordnung.
  • Durch kurze Bestromung der Auslöse-Magnetanordnung 132 kann eine Magnetkraft auf die Schalt-Magnetanordnung 130 ausgeübt werden, sodass diese - unterstützt wiederum von der Schwerkraft - in die in Figur 4 gezeigte Stellung verlagert wird. Diese ist die Ausschaltstellung.
  • Da in der Ausschaltposition die Längsenden 122b und 130b der beiden Magnetanordnungen 122 und 130 sich in etwa auf gleicher axialer Höhe befinden und dort ungleichnamige Pole an den unterschiedlichen Magnetanordnungen 122 und 130 ausgebildet sind, ist auch die in Figur 4 dargestellte Ausschaltposition eine stabile Position.
  • Wiederum muss die Auslöse-Magnetanordnung 132, die als Elektromagnet eine potentielle Wärmequelle bildet, nur kurzzeitig bestromt werden, wobei die Bestromungsdauer aufgrund der Schwerkraftunterstützung bei der Verlagerung von der Einschaltposition in die Ausschaltposition kürzer ausfallen kann als umgekehrt und wobei die Bestromungsdauer aufgrund der Stabilität beider Positionen: Einschaltposition und Ausschaltposition, zeitlich die Dauer der Verlagerungsbewegung der Schalt-Magnetanordnung 130 nicht überschreiten muss. Aufgrund der Kurzzeitigkeit der Bestromung der Auslöse-Magnetanordnung 132 ist deren Wirkung als Wärmequelle vernachlässigbar.
  • Die Ausgestaltungsform ebenso wie die Ausführungsform gestatten eine radial äußerst schlanke Bauweise, die die Integration der gezeigten magnetischen Trennvorrichtung in eine Pipettiervorrichtung, insbesondere in einen Pipettierkopf, gestattet, wobei die magnetische Trennvorrichtung dann einen Pipettierkanal in der Pipettiervorrichtung ersetzen kann.
  • Die radiale Abmessung der überwiegend - mit der Ausnahme weniger Bauteilabschnitte - rotationssymmetrisch bezüglich der Vorrichtungsachse V ausgebildeten magnetischen Trennvorrichtung ist bevorzugt kleiner als 20 mm im Durchmesser, besonders bevorzugt kleiner als 18 mm im Durchmesser.

Claims (13)

  1. Magnetische Trennvorrichtung (110) zur Trennung magnetischer Partikel aus einer Suspension (114) mit einer weichmagnetischen Spitze (116), deren Magnetisierungszustand wahlweise zwischen einem stärker magnetisierten Zustand und einem schwächer magnetisierten Zustand änderbar ist, wobei die Spitze (116) ein Eintauch-Ende (116a) zur Einführung in die Suspension (114) und einen Magnetisierungsabschnitt (116b) zur Änderung des Magnetisierungszustands der Spitze (116) aufweist, wobei die Trennvorrichtung (110) eine erste Magnetanordnung (122) aufweist, deren Magnetfeld im Magnetisierungsabschnitt (116b) der Spitze (116) zur Änderung ihres Magnetisierungszustands zeitlich veränderlich ist,
    dadurch gekennzeichnet, dass die Trennvorrichtung (110) eine zweite Magnetanordnung (130) umfasst, wobei die erste (122) und die zweite Magnetanordnung (130) relativ zueinander verlagerbar sind und der Magnetisierungszustand der weichmagnetischen Spitze (116) abhängig von der Relativstellung der beiden Magnetanordnungen (122, 130) ist, wobei die erste Magnetanordnung (122) relativ zur weichmagnetischen Spitze (116) ortsfest ist und die zweite Magnetanordnung (130) relativ zur Spitze (116) und zur ersten Magnetanordnung (122) beweglich ist, wobei die erste Magnetanordnung (122) als Magnetisierungs-Magnetanordnung (122) wenigstens einen Permanentmagneten umfasst und dauerhaft mit der weichmagnetischen Spitze (116) in Magnetschluss-Kontakt steht, und wobei die zweite Magnetanordnung (130) als Schalt-Magnetanordnung (130) wenigstens einen Permanentmagneten umfasst und verlagerbar ist zwischen einer Ausschaltposition, in welcher sie mit ihrem Schalt-Magnetfeld das Magnetisierungs-Magnetfeld der Magnetisierungs-Magnetanordnung (122) im Bereich des Magnetisierungsabschnitts (116b) stärker schwächt, und einer Einschaltposition, in welcher sie mit ihrem Schalt-Magnetfeld das Magnetisierungs-Magnetfeld der Magnetisierungs-Magnetanordnung (122) im Bereich des Magnetisierungsabschnitts (116b) weniger stark schwächt.
  2. Magnetische Trennvorrichtung (110) nach Anspruch 1,
    dadurch gekennzeichnet, dass die Magnetisierungs-Magnetanordnung (122) ein Permanentmagnet oder eine Permanentmagnetanordnung mit mehreren Permanentmagneten ist.
  3. Magnetische Trennvorrichtung (110) nach Anspruch 1 oder 2,
    dadurch gekennzeichnet, dass die Magnetisierungs-Magnetanordnung (122) und die Schalt-Magnetanordnung (130) längs ihrer Relativbewegungsbahn (V) entgegengesetzt polarisiert sind.
  4. Magnetische Trennvorrichtung (110) nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
    dadurch gekennzeichnet, dass sie eine dritte Magnetanordnung (132) aufweist, welche wenigstens eine wahlweise bestrombare elektrische Spule umfasst und welche als Auslöser-Magnetanordnung (132) abhängig von Ihrer Bestromung eine Verlagerung der Schalt-Magnetanordnung (130) zwischen ihrer Einschalt- und ihrer Ausschaltposition bewirkt.
  5. Magnetische Trennvorrichtung (110) nach Anspruch 4,
    dadurch gekennzeichnet, dass die Auslöser-Magnetanordnung (132) zur gemeinsamen Bewegung mit der Schalt-Magnetanordnung (130) gekoppelt ist.
  6. Magnetische Trennvorrichtung (10) nach Anspruch 5,
    dadurch gekennzeichnet, dass die Auslöser-Magnetanordnung (132) koaxial zur Schalt-Magnetanordnung (130) angeordnet ist.
  7. Magnetische Trennvorrichtung (10) nach Anspruch 6,
    dadurch gekennzeichnet, dass die Auslöser-Magnetanordnung (132) wenigstens zwei koaxiale Wicklungsabschnitte aufweist, zwischen welchen die Schalt-Magnetanordnung (130) angeordnet ist.
  8. Magnetische Trennvorrichtung (110) nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
    dadurch gekennzeichnet, dass sich die weichmagnetische Spitze (116) längs einer Spitzenachse (L) erstreckt, vorzugsweise zumindest abschnittsweise rotationssymmetrisch bezüglich der Spitzenachse (L) als Rotationssymmetrieachse (M) ausgebildet ist, wobei eine Relativverlagerungsbahn (V) der beiden Magnetanordnungen (122, 130) aus Magnetisierungs-Magnetanordnung (122) und Schalt-Magnetanordnung (130) parallel, vorzugsweise kollinear mit der Spitzenachse (L) ist.
  9. Magnetische Trennvorrichtung (110) nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
    dadurch gekennzeichnet, dass die eine Magnetanordnung (130) aus Magnetisierungs-Magnetanordnung (122) und Schalt-Magnetanordnung (130) die jeweils andere (122) umgibt, vorzugsweise koaxial umgibt.
  10. Magnetische Trennvorrichtung (110) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, unter Einbeziehung des Anspruchs 8,
    dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens ein Teil der Permanentmagneten wenigstens einer, vorzugsweise beider Magnetanordnungen (122, 130) aus Magnetisierungs-Magnetanordnung (122) und Schalt-Magnetanordnung (130) koaxial zur Spitzenachse (L) verläuft und längs dieser Achse (L) polarisiert ist und bevorzugt bezüglich der Spitzenachse (L) als Rotationssymmetrieachse (M) rotationssymmetrisch ausgebildet ist.
  11. Magnetische Trennvorrichtung (110) nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
    dadurch gekennzeichnet, dass sich die weichmagnetische Spitze (116) längs einer Spitzenachse (L) erstreckt, wobei die Trennvorrichtung (110) einen Drehantrieb aufweist, durch welchen die Spitze (116) um ihre Spitzenachse (L) rotierbar ist.
  12. Pipettiervorrichtung mit wenigstens einer magnetischen Trennvorrichtung (110) gemäß einem der Ansprüche 1 bis 11 anstelle eines Pipettierkanals.
  13. Flüssigkeits-Handhabungsvorrichtung mit einer Mehrzahl von magnetischen Trennvorrichtungen (110) gemäß den Anspruch 11, wobei die Mehrzahl von magnetischen Trennvorrichtungen (110) mit rasterartig angeordneten parallelen Spitzenachsen (L) vorgesehen ist, wobei jede Trennvorrichtung (110) einen eigenen Drehantrieb zur Rotation der jeweiligen Spitze (116) um ihre Spitzenachse (L) aufweist, welcher gesondert von den Drehantrieben der übrigen Trennvorrichtungen (110) betreibbar ist.
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