JP2003265915A - 磁気分離装置及び磁気分離方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】磁気分離装置及び磁気分離方法において、細胞
やプランクトンや蛋白質等からなる被分離物質を破壊せ
ずに高精度で分離する。 【解決手段】導電性を有する被分離物を含む被処理溶液
を供給する手段９、１０と、供給される被処理溶液が流
動する分離流路８ａと、被分離物を介して分離流路８ａ
中を流動する被処理溶液に直流電流を流す電極１１、１
２と、被分離物に流れる電流方向と交叉する方向に磁界
を供して被処理溶液中の被分離物を分離する磁場発生手
段と、分離流路８ａ中で分離された被分離物を分けて取
り出す手段１８ａ〜１８ｅとを有する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、磁気分離装置及び
磁気分離方法に係り、特に導電性の被分離物を分離回収
する磁気分離装置及び磁気分離方法に好適なものであ
る。

【０００２】

【従来の技術】従来の細胞や蛋白質等の高分子物質の分
離装置においては、高分子物質に遠心力を加え、密度差
を利用して高分子物質を分離する遠心分離装置（従来技
術１）や、電極間に数百Ｖの電圧をかけ電位差によって
高分子物質の荷電状態の差を利用して分離する電気泳動
装置（従来技術２）がある。

【０００３】なお、従来技術１に関連する文献としては
特開平９−１５５２３５号公報が挙げられ、従来技術２
に関連する文献としては特開平１０−１００８８号公報
が挙げられる。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかし、従来技術１で
は、分離の際に高分子物質に大きな遠心力が加わるの
で、細胞や蛋白質等の高分子物質が破壊されてしまうお
それがある。

【０００５】また、従来技術２では、電極間に数百Ｖの
電圧をかけ電位差によって細胞や蛋白質等の高分子物質
を分離するため、電極間に数十ｍアンペアの大きな電流
が流れる。これにより、電気泳動部にジュール熱が発生
して高分子物質等を含む被処理溶液が加熱され、被処理
溶液に熱対流が生じて高分子物質の分離精度が低下して
しまうという課題がある。

【０００６】本発明の目的は、被分離物質を破壊せずに
高精度で分離可能な磁気分離装置及び磁気分離方法を提
供することにある。

【０００７】なお、本発明の前記以外の目的と有利点は
以下の記述から明らかにされる。

【０００８】

【課題を解決するための手段】前記目的を達成するため
の本発明の磁気分離装置は、導電性を有する被分離物を
含む被処理溶液を供給する手段と、供給される被処理溶
液が流動する分離流路と、前記被分離物を介して前記分
離流路中を流動する前記被処理溶液に直流電流を流す電
極と、前記被分離物に流れる電流方向と交叉する方向に
磁界を供して前記被処理溶液中の被分離物を分離する磁
場発生手段と、前記分離流路中で分離された被分離物を
分けて取り出す手段とを有する構成にしたことにある。

【０００９】前記目的を達成するための本発明の磁気分
離方法は、導電性を有する被分離物を含む被処理溶液を
分離流路中で流動させ、前記分離流路中を流動する前記
被処理溶液に前記被分離物を通して直流電流を流し、前
記被分離物に流れる電流方向と交叉する方向に磁界を供
して前記被処理溶液中の被分離物を分離し、前記分離流
路中で分離された被分離物を分けて取り出すようにした
ことにある。

【００１０】なお、本発明のその他の手段は以下の記述
から明らかにされる。

【００１１】

【発明の実施の形態】以下、本発明の複数の実施例を図
を参照しながら説明する。

【００１２】まず、本発明の第1実施例を図１から図３
を参照しながら説明する。図１は本発明の第１実施例の
磁気分離装置を示す縦断面図、図２は図１のＡ−Ａ断面
図、図３は図１のＢ−Ｂ断面図である。

【００１３】磁場発生手段は、高温超伝導バルク体１、
熱伝導体２、低温冷凍機３、低温ステージ４、真空断熱
容器５、６、及びＯリング７を備えて構成される。

【００１４】高温超電導バルク体１は薄い角型に形成さ
れ、バルク面（平面部）から磁力線が発生されて磁場を
生ずるようになっている。即ち、高温超電導バルク体１
は、予め外部磁界によりバルク面に対し垂直方向（図１
の矢印Ｗ方向）に着磁されている。具体的には、高温超
伝導バルク体１は、数テスラ〜数十テスラの磁界を発生
し、数百テスラ／メートルと大きな磁気勾配を発生す
る。また、高温超伝導バルク体１は複数個に分割されて
おり、この分割された複数個が銅製の熱伝導体２に直列
に埋め込まれ、エポキシ樹脂等の接着剤で両者の隙間が
接着されている。熱伝導体２の一端部はパルス管冷凍機
等の低温冷凍機３の低温ステージ４と熱的に一体化され
ている。高温超伝導バルク体１、熱伝導体２、及び低温
ステージ４は、真空断熱容器５、６内に配置されてい
る。真空断熱容器５と６は、密封部材を構成するＯリン
グ７を介して気密的に接続され、真空断熱容器５、６内
は大気と気密が保たれている。

【００１５】分離容器８は被処理溶液の分離流路８ａを
構成しており、その一側には被処理溶液の供給手段が設
けられると共に、その他側には分離流路８ａ中で分離さ
れた被分離物と分離媒体とをそれぞれ分けて取り出す手
段が設けられている。分離容器８は縦長に形成されてい
る。さらに、分離容器８の内部には電流発生手段を構成
する電極１１、１２が設けられている。

【００１６】被処理溶液の供給手段はノズル９、１０を
備えて構成されている。ノズル９は分離容器８の一側端
面（図示例では上面）の中央部に取り付けられ、水やア
ルコール等の導電性の分離媒体を図１及び図３の実線矢
印の方向から分離容器８の分離流路８ａ内に遅い速度で
流入させるようになっている。ノズル１０は分離容器８
の一側端面（図示例では上面）にノズル９と並置して取
り付けられ、異なる分子量の複数の高分子物質を含む溶
液を図１及び図３の点線矢印の方向から分離容器８の分
離流路８ａ内に遅い速度で流入させるようになってい
る。この高分子物質は電気伝導度が高く且つ反磁性の磁
化率が高い被分離物を構成するものであり、例えば細胞
やプランクトンや蛋白質等の導電性を有すると共に反磁
性を有するものである。また、分離媒体と高分子物質溶
液とは被処理溶液を構成する。

【００１７】電流発生手段は、分離流路８ａを流れる被
処理溶液に直流電流を流すためのものであり、電極１
１、１２、外部電源１３、電線１４、１５を備えて構成
されている。電極１１、１２は、分離容器８内の両側
（上下部）に、換言すれば分離流路８ａの両側（上下
部）に被処理溶液が流通可能なように配置されている。
具体的には、電極１１は＋の電極であり、電極１２は−
の電極であり、これら電極１１、１２は網状の電極で形
成され、被処理溶液が流通できるようになっている。そ
して、電極１１、１２は外部電源１３と電線１４、１５
を介して接続されている。したがって、電流発生手段が
動作すると、導電性の被処理溶液に上から下方向に微弱
電流が流れる。即ち、電気伝導度の高い高分子物質を通
して被処理溶液に微弱電流が流れる。

【００１８】被処理溶液の取り出し手段は、図１及び図
３に示すように複数行、複数列のノズル１６〜２０を備
えて構成されている。ノズル１６〜２０は分離容器８の
他側端面の全体にわたって取り付けられ、分離流路８ａ
中で分離された被分離物と分離媒体とをそれぞれ分けて
取り出すようになっている。なお、ノズル１６〜２０は
行方向で示す場合の符号であり、各行のノズルを列方向
に示す場合には、図３に示すようにそれぞれの符号にア
ルファベットａ〜ｅを付すようにしてある。

【００１９】ノズル９から分離流路８ａに流入した複数
の高分子物質を含む溶液は、分離媒体中を浮遊しながら
高温超電導バルク体１が形成する磁界中を下方に遅い速
度で流下し、その際に電流発生手段によってその内部に
微弱電流が上から下に流れる。これによって、高分子物
質は、図１中の矢印Ｗの向きの磁界中でフレミングの左
手の法則による電磁力を受ける。具体的には、それぞれ
の高分子物質の電気伝導度の大きさにしたがって異なる
大きさの電磁力を受ける。高分子物質は、電気伝導度の
大きさにしたがって図３中の破線矢印に示すように紙面
右方向に移動しながら分離される。これによって、異な
る電気伝導度の高分子物質が図３における左右方向でそ
れぞれ分けられてノズル１６〜２０から取り出される。

【００２０】さらには、高分子物質は反磁性を有してい
るので、高温超伝導バルク体１の磁界によって反高温超
伝導バルク体１方向に磁気反力を受ける。具体的には、
各高分子物質の反磁性の磁化率の大きさにしたがって異
なる大きさの磁気反力を受ける。高分子物質は、反磁性
の磁化率の大きさにしたがって図１中の破線矢印に示す
ように紙面左方向に移動しながら分離される。

【００２１】このようにして、分離容器８の下底面部に
複数行、複数列（図示例では５行、５列）に配置された
ノズル１６〜２０から異なる高分子物質が分離して取り
出される。なお、分離流路８ａの長さは、高分子物質が
確実に分離された状態でノズル１６〜２０に至る長さに
設定されている。

【００２２】本実施例によれば、上述したように、導電
性の被分離物を含む被処理溶液を供給するノズル９、１
０と、供給される被処理溶液が流動する分離流路８ａ
と、被分離物を介して分離流路８ａ中を流動する被処理
溶液に直流電流を流す電極１１、１２と、被分離物に流
れる電流方向と交叉する方向に磁界を供して被処理溶液
中の被分離物を分離する高温超伝導バルク体１と、分離
流路８ａ中で分離された被分離物を取り出すノズル１６
〜２０とを有する構成にしているので、被分離物が分離
流路８ａを流れる際にこの被分離物に電流が流れ、この
電流に交叉する方向に高温超伝導バルク体１の磁界が供
され、フレミングの左手の法則による力が作用して被分
離物を分離することができる。したがって、従来技術１
のように大きな遠心力を加えて分離する必要がないた
め、被分離物の破壊を防止することができる。また、従
来技術２のように電極間に大きな電流を流さなくても被
分離物を分離することが可能となるため、被処理溶液中
にジュール熱による熱対流を防止でき、分離精度を格段
に向上できる。

【００２３】特に、高温超伝導バルク体１は、数テスラ
〜数十テスラの大きな磁界を発生し、数百テスラ／メー
トルと大きな磁気勾配を発生するため、高分子物質の電
気伝導度や磁化率が小さくても大きな電磁力を作用させ
ることができ、電気伝導度および磁化率が異なる複数の
高分子物質を精度良く、分離、抽出することができる。
この場合、磁界および磁気勾配を大きくしても、高分子
物質および分離媒体に発熱現象を起こさせることがな
く、熱対流現象が生ぜず、分離精度を向上できる効果が
ある。即ち、微弱電流の値は、磁界および磁気勾配が大
きいほど小さな値で済むことになり、数テスラ〜数十テ
スラの磁界を発生し、数百テスラ／メートルと大きな磁
気勾配を発生する超電導バルク体１を磁石に使用するこ
とにより、前記微弱電流値の値は極めて小さな値でよ
く、ほとんどジュール熱が発生しないので熱対流が無
く、精度良く磁気分離することができ、また、微弱電流
値で済むため、細胞を死滅させたり破壊したりすること
なく、磁気分離することができる。

【００２４】また、本実施例のように細胞やプランクト
ンや蛋白質等の高分子物質を分離する場合、これらを構
成する複数の高分子物質はそれぞれ異なった電気伝導
度、磁化率を有しているため、電気伝導度および磁化率
をパラメータとした立体的に細胞やプランクトンや蛋白
質などを分離、抽出することができる効果がある。

【００２５】次に、本発明の第２実施例を図４から図６
を参照しながら説明する。図４は本発明の第２実施例の
磁気分離装置を示す縦断面図、図５は図４のＣ−Ｃ断面
図、図６は図４のＤ−Ｄ断面図である。この第２実施例
は、次に述べる通り第１実施例と相違するものであり、
その他の点については第１実施例と基本的には同一であ
る。

【００２６】高温超電導バルク体２１は、リング型単体
もしくは複数のセグメントをリング状に並べて形成さ
れ、銅製の熱伝導体２２に埋め込んでエポキシ樹脂等の
接着剤で接着されている。熱伝導体２２の端部はパルス
管冷凍機等の低温冷凍機３の低温ステージ４と銅製の熱
伝導棒２３、２４を介して熱的に一体化されている。こ
れらの部材２１、２２、２３、２６、４は、真空断熱容
器２５、２６内に配置されている。リング状の真空断熱
容器２５と真空断熱容器２６とは、Ｏリング２７で大気
と気密構造となるように取り付けられている。真空断熱
容器２６と低温冷凍機３は、Ｏリング２８で大気と気密
構造となるように取り付けられている。

【００２７】高温超電導バルク体２１は予め外部磁界に
よりバルク面に対し垂直方向（図４の矢印Ｗ方向）に着
磁されている。熱伝導体２２は、ガラス繊維入りエポキ
シ樹脂製等の断熱支持管２９によりリング円周上の複数
個所で真空容器２５に締結支持されている。

【００２８】分離容器は２段のリング状の分離容器３
０、３１で形成されている。分離容器３０、３１は電気
絶縁材（例えばプラスチック製やガラス製）で形成され
ている。分離容器３０内にはリング状の電極３２、３３
が配置され、分離容器３１内には平板状の電極３４、３
５が配置されている。電極３２、３３は分離流路４１の
外周部及び内周部に沿って設けられている。電極３４、
３５は分離流路４１Ａの入口部と出口部とに設けられて
いる。電極３２〜３５は、それぞれ電源３６に配線３
７、３８を介して接続され、電極３２と電極３４が＋極
に、電極３３と電極３５が−極に接続されている。

【００２９】分離する複数の分子量の高分子物質を含ん
だ水やアルコール等の導電性の分離溶液媒体は図４及び
図５の破線矢印の方向からノズル３９を通して分離容器
３０内に遅い速度で流入される。分離溶液媒体はノズル
３９の複数個の孔４０から、電極３２と電極３３に挟ま
れたリング状の分離流路４１内に流入され、流路隔壁４
２があるため分離流路４１内を図５の反時計周りに移動
する。

【００３０】ここで、電極３２と電極３３とに通電する
ことにより、導電性の分離媒体内に外周から内周方向に
微弱電流が流れる。流入した複数の高分子物質を含む溶
液は分離媒体中を浮遊しながら高温超電導バルク体２１
が形成する磁界中を図５の反時計方向に遅い速度で移動
する。高分子物質は図４の矢印Ｗ方向の磁界中で各高分
子物質の電気伝導度の大きさにしたがって、フレミング
の左手の法則による電磁力を受ける。この電磁力によ
り、電気伝導度の大きい高分子物質は、周回速度が遅く
なり、周回方向に高分子物質の分離が生じる。

【００３１】分離溶液媒体は分離容器３０の出口４３か
ら、破線部１００で示す紙面上方の位置にある流入口に
ダクト(図示せず)を通じて上段の分離容器３１に流入さ
れる。分離溶液媒体は流入口１００から、分離容器３１
内に形成されたリング状の分離流路４１Ａに流入され、
隔壁４５があるため分離流路４１Ａ内を図６の時計周り
に移動する。

【００３２】ここで、分離容器３１と電気絶縁された電
極３４、３５が隔壁４５の両側に配置されており、電源
１０１から電流を供給することより、分離溶液媒体内に
は円周方向に微弱電流が流れる。流入した複数の高分子
物質を含む溶液は分離媒体中を浮遊しながら高温超電導
バルク体２１が形成する磁界中を図６中で時計方向に移
動する。高分子物質は、図４の矢印Ｗ方向の磁界中で各
高分子物質の電気伝導度の大きさにしたがってフレミン
グの左手の法則により外周方向に電磁力を受ける。この
電磁力により、電気伝導度の大きい高分子物質ほど外周
に動き、半径方向に高分子物質の分離が生じる。電源１
０１から供給する電流値を分離容器３０の場合よりも大
きくすることにより、されに精度よく電気伝導度の違い
により高分子物質を分離することができる。したがっ
て、分離容器３１の上部に６列に配置されたノズル４６
〜５１から電気伝導度の違う高分子物質が精度よく分離
されて流出する。

【００３３】本実施例によれば、分離容器３０、３１を
複数段に分け、磁気力の方向をそれぞれ変えることによ
り、被分離流体の流動方向に対し、平行および直角方向
に分離できるので、電気伝導度が異なる複数の高分子物
質を精度良く分離、抽出することができる効果がある。

【００３４】次に、本発明の第３実施例を図７及び図８
を参照しながら説明する。図７は本発明の第３実施例の
磁気分離装置を示す横断面図、図８は図７のＥ−Ｅ断面
図である。この第３実施例は、次に述べる通り第１実施
例と相違するものであり、その他の点については第１実
施例と基本的には同一である。

【００３５】矩形状の分離セグメント７１は、下基板５
２と上基板６１から構成されている。下基板５２は、例
えばガラスやシリコンの電気絶縁材で構成され、表面に
空間５３、５４が形成されている。この空間５３、５４
には電極５５、５６が配置されている。また、下基板５
２には、空間５３と５４を連結する溝５７が設けられる
と共に、溝５７に連通してクロスする溝５８、５９、６
０が設けられている。上基板６１は、例えば透明なガラ
スの電気絶縁材で構成され、下基板５２の上面に接合さ
れている。また、上基板６１には、空間５３、５４に連
通する孔６２、６３が設けられ、被分離液の供給口及び
流出口となっている。電極５５、５６は配線６４、６５
を介して外部電源６６に接続されている。

【００３６】高温超電導バルク体６９は、溝５７の長手
方向に延びるように形成されており、真空容器６７内に
配置されている。また、高温超電導バルク体６９は、銅
製の熱伝導体６８に埋め込まれてエポキシ樹脂等の接着
剤で接着されている。熱伝導体６８の端部は、例えばパ
ルス管冷凍機等の低温冷凍機(図示せず)と熱的に一体化
され、超電導臨界温度以下に冷却される。高温超電導バ
ルク体６９は、予め外部より励磁され、図７の矢印Ｗ方
向に磁界が発生されるようになっている。

【００３７】まず、水やアルコール、コロイド状の分離
溶液媒体を孔６２から空間５３内に供給し、空間および
溝をこの液体で満たす。次に、分離する複数の分子量の
高分子物質を含んだ液を空間５３内に供給する。この状
態で、電源６６から電極５５、５６間に電圧をかけ、空
間５３内の被処理溶液に微弱な直流電流を流す。この微
弱な直流電流は被処理溶液中の高分子物質を通して流れ
る。また、この状態で、空間５３内の被処理溶液に高温
超電導バルク体６９による磁界が供される。したがっ
て、被処理溶液中の高分子物質にはフレミングの左手の
法則による電磁力が加えられ、溝５７に高分子物質が分
離されて流入する。この時、高分子物質は分子量の大き
さにしたがって分離される。

【００３８】その後、この高分子物質は、溝５７を流動
する際に、高温超電導バルク体６９による磁気力を受
け、反磁性を有する高分子物質が溝５８〜６０の反バル
ク体側に分離され、磁性を有する高分子物質が溝５８〜
６０のバルク体側に分離される。この場合、高分子物質
の磁化率の相違にそれぞれの溝５８、５９、６０に分離
される。

【００３９】本実施例によれば、長手方向の溝とこれに
交叉する溝を利用して、分子量や磁化率が異なる複数の
高分子物質を精度良く分離、抽出することができる効果
がある。

【００４０】なお、以上の各実施例では、高分子物質を
対象にした場合について説明したが、被分離物が血液中
の磁性のある赤血球や、薬品製造過程の蛋白質であって
も、分離、抽出に利用できる。

【００４１】

【発明の効果】上述した実施例の説明から明らかなよう
に、本発明によれば、被分離物質を破壊せずに高精度で
分離可能な磁気分離装置及び磁気分離方法を得ることが
できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１実施例の磁気分離装置を示す縦断
面図である。

【図２】図１のＡ−Ａ断面図である。

【図３】図１のＢ−Ｂ断面図である。

【図４】本発明の第２実施例の磁気分離装置を示す縦断
面図である。

【図５】図４のＣ−Ｃ断面図である。

【図６】図４のＤ−Ｄ断面図である。

【図７】本発明の第３実施例の磁気分離装置を示す横断
面図である。

【図８】図７のＥ−Ｅ断面図である。

【符号の説明】

１…高温超電導バルク体、２…熱伝導体、３…低温冷凍
機、４…低温ステージ、５、６…真空断熱容器、７…Ｏ
リング、８…分離容器、９、１０…ノズル、１１、１２
…電極、１３…外部電源、１４、１５…電線、１６〜２
０…ノズル。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 西嶋 規世 茨城県土浦市神立町502番地 株式会社日 立製作所機械研究所内 (72)発明者 山川 寛展 茨城県土浦市神立町502番地 株式会社日 立製作所機械研究所内 (72)発明者 内田 憲孝 埼玉県比企郡鳩山町赤沼2520番地 株式会 社日立製作所中央研究所内 (72)発明者 大川 令 東京都千代田区神田駿河台四丁目６番地 株式会社日立製作所内 Ｆターム(参考） 4B029 AA09 BB01 BB15 CC01 HA05

Claims (7)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】導電性を有する被分離物を含む被処理溶液
   を供給する手段と、 供給される被処理溶液が流動する分離流路と、 前記被分離物を介して前記分離流路中を流動する前記被
   処理溶液に直流電流を流す電極と、 前記被分離物に流れる電流方向と交叉する方向に磁界を
   供して前記被処理溶液中の被分離物を分離する磁場発生
   手段と、 前記分離流路中で分離された被分離物を分けて取り出す
   手段とを有することを特徴とする磁気分離装置。
2. 【請求項２】請求項１において、前記被処理溶液の供給
   手段は導電性の分離媒体と前記分離媒体より高い電気伝
   導度を有する被分離物を含む被処理溶液を供給するもの
   であることを特徴とする磁気分離装置。
3. 【請求項３】請求項１または２において、前記被処理溶
   液の供給手段は細胞やプランクトンや蛋白質等の高分子
   物質であって電気伝導度が異なる複数の被分離物を含む
   被処理溶液を供給するものであることを特徴とする磁気
   分離装置。
4. 【請求項４】請求項１から３の何れかにおいて、前記被
   処理溶液の供給手段は反磁性物質の被分離物を含む被処
   理溶液を供給するものであることを特徴とする磁気分離
   装置。
5. 【請求項５】請求項１から４の何れかにおいて、前記磁
   場発生手段は高温超電導バルク体と冷却・断熱手段とを
   備えることを特徴とする磁気分離装置。
6. 【請求項６】導電性を有する被分離物を含む被処理溶液
   を分離流路中で流動させ、 前記分離流路中を流動する前記被処理溶液に前記被分離
   物を通して直流電流を流し、 前記被分離物に流れる電流方向と交叉する方向に磁界を
   供して前記被処理溶液中の被分離物を分離し、 前記分離流路中で分離された被分離物を分けて取り出す
   ことを特徴とする磁気分離方法。
7. 【請求項７】導電性を有する細胞やプランクトンや蛋白
   質等の複数の高分子物質を含む被処理溶液を分離流路中
   で流動させ、 前記分離流路中を流動する前記被処理溶液に前記被分離
   物を通して微弱な直流電流を流し、 前記被分離物に流れる電流方向と直角方向に数テラス〜
   数十テラスの磁界を供して前記被処理溶液中の被分離物
   を分離し、 前記分離流路中で分離された複数の被分離物をそれぞれ
   分けて取り出すことを特徴とする磁気分離方法。