JP2005233931A - Magnetic separator - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は磁性粒子の分離精製に係り、特に生物学的分析を行うのに好適な磁性粒子の磁気分離装置に関する。 The present invention relates to separation and purification of magnetic particles, and more particularly to an apparatus for magnetic separation of magnetic particles suitable for biological analysis.
免疫学、組織適合性検査、癌研究、移植医学、細菌学、寄生虫学、DNAテクノロジー、臨床化学等の分野での特定物質或いは細胞の分離精製技術などに用いられる磁気分離装置には、表面磁束密度や磁場勾配の高い磁気発生手段が要求されている。 Magnetic separators used for immunology, histocompatibility testing, cancer research, transplantation medicine, bacteriology, parasitology, DNA technology, clinical chemistry, etc. for specific substances or cell separation and purification technology, etc. Magnetic generation means having a high magnetic flux density and magnetic field gradient are required.
この分離精製方法は、不純物が多い検査液の液体中に目的の分子があるときに、磁性粒子に特異的もしくは非特異的に目的分子を吸着させ、さらに、外部から磁界を与えて磁性粒子を容器の壁面に集め、上澄みを除去した後に、新たな懸濁用の液を加え、同時に前記磁界を取り除いて、目的の磁性粒子を再分散させるものである。 In this separation and purification method, when the target molecule is present in the liquid of the test solution having a large amount of impurities, the target molecule is adsorbed specifically or non-specifically to the magnetic particle, and further, a magnetic field is applied from the outside by applying a magnetic field After collecting on the wall of the container and removing the supernatant, a new suspension liquid is added, and at the same time, the magnetic field is removed to redisperse the target magnetic particles.
この一般的な分離精製方法にはマイクロウェルプレートが使用される。マイクロウェルプレートとは板状のベースにウェルと呼ばれる試験管状の凹部が多数設けられたものである。標準的なマイクロウェルプレートはベースの寸法が85mm×127mmで、そのベースに96個のウェルが設けられている。ウェルは深さが15mm程度であり、外径は7mm程度である。ウェルの形状は円錐を逆さまにしたような底部を持ち、検査液が少なくても底部に測定液が集中的に集まる形状となっている。マイクロウェルプレートを使用した磁気分離装置としては、例えば、特許文献1に開示されたものがある。これは、磁石がベースと平行な1方向に着磁されており、マイクロウェルプレートに隣接してウェル4個あたりに磁石を1個配置(4ウェル型)し、磁極の向きは、反発するように配置するものである。これにより、隣接する磁石を水平方向かつ反発方向に配置し、さらに4ウェル印加型の配置とすると、印加する磁力および磁場勾配が大きくすることが容易であり、迅速かつ確実な磁気分離が可能であり、全てのウェルにおいて同一条件の磁場印加が可能であると説明されている。この明細書中ではウェルの形状が円柱状のものしか記載されていない。特許文献2の磁気分離装置はウェルをグリッド状に配置し、4つのウェルで画定される全てのグリッドの中央に磁石を配置する(フルセット型)。磁石は角柱型であり向かい合う二面が着磁されている。二つの磁極はウェルと対向している。磁界の方向は全ての磁石が同一方向を向く配置と、ウェルを中心に90°ピッチ毎に180°方向が回転するように配置すること及び後者の方がより強い磁場をウェルに印加できることが開示されている。
現在の検査装置は上記の96個のウェルを持つマイクロウェルプレート(以後、96マイクロウェルプレートとする)中の磁気分離された検査液全てを数秒程度で測定ができる能力を持っている。しかし、磁気分離にかかる時間は数分〜数時間が必要であり、かつ96マイクロウェルプレートなどでは、ウェル部が隣接していることから高い磁場を各ウェルに印加することが難しい。測定時間の短縮のために検査液の磁気分離にかかる時間を短縮させる必要がある。 The current inspection apparatus has the ability to measure all the magnetically separated inspection liquids in the above-described 96-well microwell plate (hereinafter referred to as 96 microwell plate) in about several seconds. However, the magnetic separation requires several minutes to several hours, and in a 96 microwell plate or the like, it is difficult to apply a high magnetic field to each well because the well portions are adjacent to each other. In order to shorten the measurement time, it is necessary to reduce the time required for magnetic separation of the test solution.
そこで、本発明の目的は、高勾配磁場を発生する磁気分離装置であって、ウェル内全体に高磁場勾配を与え、より効果的な磁気分離が可能となる磁気分離装置を提供することにある。 SUMMARY OF THE INVENTION An object of the present invention is to provide a magnetic separation apparatus that generates a high gradient magnetic field, which provides a high magnetic field gradient throughout the well and enables more effective magnetic separation. .
本願発明者によれば、上記の目的は下記の手段により達成される。
本願第1の発明は、マイクロウェルプレートのウェル中に検査液を採集し、各ウェルの側方に永久磁石を配置して検査液に磁場を印加し、前記検査液中の磁性粒子を分離する磁気分離装置であって、前記磁石の外周面に4極以上の磁極を設ける磁気分離装置である。本発明の構成により磁極間の吸引・反発を効果的に利用した高勾配磁場を発生する磁気分離装置を得ることができる。この磁石は異方性磁石であることが好ましい。ここで、本願における異方性磁石とは合金粉末の成形時に磁場を印加して磁性粒子の配向を特定の向きにそろえて磁気特性を向上させたものだけでなく、等方性磁石を作製し、極異方的ないしラジアル異方的な着磁を行った磁石も指すものとする。極異方性磁石は、リング形状または円柱形状であることが好ましいが、例えば多角形状の筒状、柱状のものでもよい。
According to the inventor of the present application, the above object is achieved by the following means.
In the first invention of the present application, a test solution is collected in a well of a microwell plate, a permanent magnet is disposed on the side of each well, a magnetic field is applied to the test solution, and magnetic particles in the test solution are separated. The magnetic separation device is a magnetic separation device in which four or more magnetic poles are provided on the outer peripheral surface of the magnet. With the configuration of the present invention, it is possible to obtain a magnetic separation device that generates a high gradient magnetic field that effectively utilizes attraction and repulsion between magnetic poles. This magnet is preferably an anisotropic magnet. Here, the anisotropic magnet in the present application is not only a magnetic field applied at the time of molding the alloy powder to align the magnetic particles in a specific direction to improve the magnetic properties, but also an isotropic magnet. In addition, a magnet with extremely anisotropic or radial anisotropic magnetization is also used. The polar anisotropic magnet is preferably ring-shaped or cylindrical, but may be, for example, a polygonal cylinder or column.
磁気分離装置は、前記マイクロウェルプレートの各ウェル間に配置されるよう外周4極の極異方性磁石が板状のプレート上に格子状に配置され、かつ各前記極異方性磁石の磁化の向きが同一の方向に配置することで、ウェルに側方から磁場を印加させ、またウェルを囲む4つの磁石による磁極間の吸引・反発を効果的に利用した磁気回路を形成することができるため、磁気分離効果の高い磁気分離装置を得ることができる。 In the magnetic separator, polar anisotropy magnets having outer peripheral four poles are arranged in a lattice pattern on a plate-like plate so as to be arranged between the wells of the microwell plate, and the magnetization of each of the polar anisotropic magnets By arranging them in the same direction, a magnetic circuit can be formed by applying a magnetic field from the side to the well and effectively utilizing attraction and repulsion between the magnetic poles by the four magnets surrounding the well. Therefore, a magnetic separation device having a high magnetic separation effect can be obtained.
このマイクロウェルプレートが逆円錐状の底部を持つ場合、マイクロウェルプレート下端と上端では隙間の大きさが異なる。そのため、マイクロウェルプレート全体に側方から磁場を印加するためには、この隙間に合わせた磁石形状を取ることでマイクロウェル全体に高い磁場勾配を与えることができる。そこで、異方性着磁された磁石を複数配置し、ウェルの底部に沿うように軸線を含む断面形状が台形となる略円錐形状の極異方性磁石をウェル間に配置させることが好ましい。ここで略円錐形状とは円錐形状のみでなく図3(b)に示すように、円錐の頂点側の一部を軸に垂直に切り取った形状を含む。また、完全な円錐ではなく、四角錐、八角錐などの多角錐形状でも均等の範囲である。 When the microwell plate has an inverted conical bottom, the size of the gap is different between the lower end and the upper end of the microwell plate. Therefore, in order to apply a magnetic field from the side to the entire microwell plate, a high magnetic field gradient can be applied to the entire microwell by taking a magnet shape in accordance with this gap. Accordingly, it is preferable to dispose a plurality of anisotropically magnetized magnets and to arrange between the wells a substantially conical polar anisotropic magnet having a trapezoidal cross-sectional shape including the axis along the bottom of the well. Here, the substantially conical shape includes not only the conical shape but also a shape obtained by cutting a part of the apex side of the cone perpendicular to the axis as shown in FIG. In addition, a polygonal pyramid shape such as a quadrangular pyramid or an octagonal pyramid is not a perfect cone, but an equivalent range.
マイクロウェルプレートにより強い磁場を与えることで、ウェル内により高い磁場勾配を与えることができる。そのため、磁極の方向を前記各ウェルに最も接近させることにより、より磁気分離効果の高いマイクロウェルプレート用磁気分離装置を得ることができる。 By applying a strong magnetic field to the microwell plate, a higher magnetic field gradient can be provided in the well. Therefore, a magnetic separation device for a microwell plate having a higher magnetic separation effect can be obtained by making the direction of the magnetic pole closest to each well.
このようにして得られる磁気分離装置は、ウェル中心部から外周面側へ高勾配磁場を発生させる装置であり、磁性粒子は、ウェル側面に集められる。通常、磁気分離後に上澄み液を除去する作業が発生する。この時、ピペットを用いて上澄み液除去を行うが、ウェル側面にピペット先端が当たると、磁性粒子の一部が上澄み液の除去とともに失われてしまう。このため、ピペットをウェルに対して垂直に差し込むことが必要となる。磁性粒子が吸着するウェル側面部分を限定することで、上澄み液を除去する際に磁性粒子が失われることを防ぐことも可能である。高勾配磁場を発生させるにはウェルの周囲4箇所に磁石を配置することが好ましいが、ウェルの周囲2箇所のみに磁石を配置させることで、磁性粒子が捕集される範囲を小さくでき、ピペットを用いての上澄み液除去が行い易くすることができる。 The magnetic separation device thus obtained is a device that generates a high gradient magnetic field from the center of the well to the outer peripheral surface, and the magnetic particles are collected on the side surface of the well. Usually, an operation of removing the supernatant liquid after magnetic separation occurs. At this time, the supernatant liquid is removed using a pipette. If the tip of the pipette hits the side surface of the well, a part of the magnetic particles is lost along with the removal of the supernatant liquid. For this reason, it is necessary to insert the pipette perpendicularly to the well. By limiting the side of the well where the magnetic particles adsorb, it is possible to prevent the magnetic particles from being lost when the supernatant is removed. In order to generate a high gradient magnetic field, it is preferable to arrange magnets at four locations around the well, but by arranging magnets at only two locations around the well, the range in which magnetic particles are collected can be reduced, and the pipette The supernatant liquid can be easily removed using
一方で内周極異方性磁石を用いた磁気分離装置も得ることができる。内周極異方性磁石は、モーターなどに一般的に用いられる磁石であるが、円筒形状の内部空間内で磁極の吸引・反発を利用した高勾配磁場を形成することが可能である。また、1つの磁石で高勾配磁場空間を得ることができるため、構造を単純にすることが可能である。つまり、マイクロウェルプレートのウェル中に検査液を採集し、各ウェルの側方に磁石を配置して前記検査液に磁場を印加し、前記検査液中の磁性粒子を分離する磁気分離装置であって、磁場を印加する手段として内周面に4極以上の磁極を有するリング磁石を用い、前記ウェルの各底部が前記リング磁石の内径側に挿入されるよう前記リング磁石を板状のプレート上に格子状に配置した磁気分離装置を使用することにより磁気分離効果の高い磁気分離装置を得ることができる。
リング磁石はウェルの底部の径に比べて十分大きな内径を有するものが好ましく、また採集された検査液の液面高さよりも長い軸方向の長さをもつものが好ましい。これ以下の大きさでは磁場が十分検査液に印加せず、磁気分離効果が不十分となる。
On the other hand, a magnetic separation device using an inner circumferential anisotropic magnet can be obtained. The inner circumferential anisotropic magnet is a magnet generally used for a motor or the like, but can form a high gradient magnetic field using magnetic pole attraction / repulsion in a cylindrical inner space. Moreover, since a high gradient magnetic field space can be obtained with one magnet, the structure can be simplified. That is, the magnetic separation device collects the test solution in the wells of the microwell plate, disposes a magnet on the side of each well, applies a magnetic field to the test solution, and separates the magnetic particles in the test solution. Then, a ring magnet having four or more poles on the inner peripheral surface is used as means for applying the magnetic field, and the ring magnet is placed on a plate-like plate so that each bottom of the well is inserted into the inner diameter side of the ring magnet. By using the magnetic separation devices arranged in a grid pattern, a magnetic separation device having a high magnetic separation effect can be obtained.
The ring magnet preferably has a sufficiently large inner diameter compared to the diameter of the bottom of the well, and preferably has an axial length longer than the liquid level height of the collected test liquid. If the size is smaller than this, the magnetic field is not sufficiently applied to the test solution, and the magnetic separation effect becomes insufficient.
また、このリング磁石は、極異方性磁石にこだわるものではなく、ラジアル異方性着磁された円筒磁石を用いても同様の効果を得ることができる。 Further, this ring magnet is not limited to a polar anisotropic magnet, and the same effect can be obtained even by using a cylindrical magnet having a radial anisotropic magnetization.
また、これらの極異方性磁石乃至、ラジアル異方性磁石を用いた磁気分離装置は、その磁極数が4極の磁極の場合により高い磁場勾配を与えることができる磁気分離装置を得ることができる。 Further, the magnetic separation device using these polar anisotropic magnets or radial anisotropic magnets can provide a magnetic separation device capable of giving a higher magnetic field gradient when the number of magnetic poles is four. it can.
本願第2の発明は、ウェルの周囲に永久磁石を設け、前記ウェルを中心として周方向に互いに異なる極性の磁極が交互に現れるように4極以上の磁極をウェルに対して対向配置したことを特徴とする磁気分離装置である。4つのウェルに囲まれた狭い空間に比べてウェルとウェルとの間の空間は幅が広いために製造が容易な矩形形状(板状)の永久磁石を使用することができる。 In the second invention of the present application, a permanent magnet is provided around the well, and four or more magnetic poles are arranged opposite to the well so that magnetic poles having different polarities alternately appear in the circumferential direction around the well. This is a magnetic separation device. Since the space between the wells is wider than the narrow space surrounded by the four wells, a rectangular (plate-shaped) permanent magnet that can be easily manufactured can be used.
前記磁極はウェルのピッチ長さ以下の幅を有し、厚さ方向に着磁された矩形形状(板状)の永久磁石に形成されていることが好ましい。永久磁石はウェルのピッチ長さ以下の幅を有する矩形形状のも採用することもできる。この場合は厚さ方向に着磁される。この矩形形状の永久磁石は作製や着磁が容易であることが最大の利点である。特性が安定しており各ウェル装入空間の磁場勾配のばらつきを抑えることができる。矩形形状の永久磁石に焼結磁石を採用することもできる。特にネオジム鉄ホウ素系焼結磁石に代表される希土類焼結磁石を用いることにより高い磁場勾配を与えることができる。
本発明では、4極以上の磁極をウェルに対して対向配置することが望ましく、なおかつ磁石の磁力が高くなるようにする必要がある。今回のような矩形形状の磁石の場合に磁石の厚さに対して必要以上に磁石の幅を広げることは磁石の形状異方性を大きくすることにつながり、磁石の磁力が下がる結果となるため、磁力を高めるたには、磁石の幅をピッチ長さ以下とすることが望ましい。また、磁石の幅をピッチ長さ以下とすることで、隣り合う4極の磁石の対向面を異極の組合わせにすることが容易に可能となる。このような理由からウェルのピッチ長さより磁石の幅を短くすることが望ましいと言える。
The magnetic pole preferably has a width equal to or less than the pitch length of the well and is formed in a rectangular (plate) permanent magnet magnetized in the thickness direction. The permanent magnet may be a rectangular shape having a width equal to or less than the pitch length of the well. In this case, it is magnetized in the thickness direction. The greatest advantage of this rectangular permanent magnet is that it is easy to manufacture and magnetize. The characteristics are stable, and variations in the magnetic field gradient in each well loading space can be suppressed. A sintered magnet can also be adopted for the rectangular permanent magnet. In particular, a high magnetic field gradient can be provided by using a rare earth sintered magnet typified by a neodymium iron boron based sintered magnet.
In the present invention, it is desirable that four or more magnetic poles are disposed to face the well, and it is necessary to increase the magnetic force of the magnet. In the case of a rectangular magnet like this one, increasing the magnet width more than necessary with respect to the magnet thickness leads to an increase in the magnet shape anisotropy, resulting in a decrease in the magnetic force of the magnet. In order to increase the magnetic force, it is desirable that the width of the magnet is equal to or less than the pitch length. In addition, by making the width of the magnet equal to or less than the pitch length, it is possible to easily combine the opposing surfaces of the adjacent four-pole magnets with different polarities. For this reason, it can be said that it is desirable to make the width of the magnet shorter than the pitch length of the well.
磁気分離装置の外周部に位置するウェル装入空間を含む磁気回路と内周部に位置するそれとでは磁石のパーミアンスが異なるため同じ特性の磁石を用いても各ウェル装入空間の磁場勾配が異なり各ウェルにおける分離時間にばらつきが生じる。最も長時間を要するウェルの分離完了を待たなければならないため作業効率は低下する。
本発明では、各ウェルでの磁場勾配をそろえる方法も可能である。本磁気分離装置では、隣り合う磁石同士が異極となるように組合わせているため、この磁石同士で磁気回路が形成されており、内部の磁石の磁力を高めることができる。一方で外周部の磁石は、その外側に磁気回路が形成されていないため内部の磁石に比べて、表面磁束密度が小さくなる結果となる。外周部の磁石の磁力を高める方法としては、外周部の磁石の厚みを厚くして、磁力を高める方法と、外周部の磁石の周囲に板状のヨークを配置して、永久磁石のパーミアンスを高める方法の2種類が考えられる。そこで、今回は、内部の永久磁石の発生する磁力と外周部の永久磁石の発生する磁力がほぼ等しくなるように板状のヨークの板厚を調整して外周部に配置することで磁気分離装置内の磁場勾配のぱらつきを抑えている。また、各ウェルに配置された永久磁石の4ヶの内、対向する2ヶの永久磁石は、それ以外の2ヶの永久磁石に比べ辺方向の長さを長くすることで、磁気分離装置の磁気回路が安定したものとすることができる。
The magnetic circuit including the well charging space located on the outer peripheral part of the magnetic separation device and the magnetic circuit located on the inner peripheral part have different magnet permeances, so the magnetic field gradient of each well charging space is different even if magnets with the same characteristics are used. The separation time in each well varies. The work efficiency is lowered because it is necessary to wait for the separation of the wells that require the longest time.
In the present invention, a method of aligning the magnetic field gradient in each well is also possible. In this magnetic separator, since adjacent magnets are combined so as to have different polarities, a magnetic circuit is formed by these magnets, and the magnetic force of the internal magnets can be increased. On the other hand, since the magnetic circuit is not formed on the outer side of the magnet at the outer peripheral portion, the surface magnetic flux density is smaller than that of the inner magnet. As a method of increasing the magnetic force of the outer peripheral magnet, the thickness of the outer peripheral magnet is increased to increase the magnetic force, and a plate-shaped yoke is disposed around the outer peripheral magnet to increase the permeance of the permanent magnet. Two types of enhancement methods are conceivable. Therefore, this time, the magnetic separation device is arranged by adjusting the plate thickness of the plate-like yoke so that the magnetic force generated by the internal permanent magnet and the magnetic force generated by the permanent magnet at the outer peripheral portion are substantially equal to each other. The fluctuation of the magnetic field gradient inside is suppressed. In addition, among the four permanent magnets arranged in each well, two opposing permanent magnets are made longer in the side direction than the other two permanent magnets, so that the magnetic separation device The magnetic circuit can be stable.
本発明は次の効果を有している。
1)極異方性磁石を各ウェル間に配置して用いることで、磁気分離効果の高い磁場勾配を有する磁気分離装置を得ることができる。
2)リング磁石を用い、その内径側に磁極を形成し、マイクロウェルプレートのウェルを挿入することで、同様に磁気分離効果の高い磁場勾配を有する磁気分離装置を得ることができる。
3)容易に小型化することができるため、マイクロウェルプレートを用いた複数処理を行う装置に対応した磁気分離装置を作成することができる。
4)極異方性磁石の配置を変える事で磁性粒子を捕集する位置を任意の位置に変更することができる。
The present invention has the following effects.
1) A magnetic separator having a magnetic field gradient with a high magnetic separation effect can be obtained by using polar anisotropic magnets arranged between the wells.
2) Using a ring magnet, forming a magnetic pole on the inner diameter side, and inserting a well of a microwell plate, a magnetic separation device having a magnetic field gradient with a high magnetic separation effect can be obtained.
3) Since it can be easily reduced in size, a magnetic separation apparatus corresponding to an apparatus for performing a plurality of processes using a microwell plate can be produced.
4) The position of collecting magnetic particles can be changed to an arbitrary position by changing the arrangement of the polar anisotropic magnets.
(実施例1)
図1は、本発明の磁気分離装置の主要部である磁場部材3aを示す斜視図である。極異方性円柱状磁石1aと極異方性円柱状磁石1aを支持するベース2aからなる。ベース2aは磁性体とすることで、磁場部材3を設置する設置台への磁気的な結合を防ぐ効果がある。このときに、格子状に配列されたウェルの隙間及び周囲の位置に磁石が隣接して位置するように磁石を配置している。
図2(a)には、第1の実施例におけるウェルが装入された際のA−A´断面図を示す。96マイクロウェル5の各ウェル6の中に検査液7が入れられている。図3(a)には、第1の実施例に用いている極異方性磁石の磁化の方向を示す。図4は、第1の実施例における1つのウェルの周囲に配置する磁石の位置及び磁化方向を示す。極異方性円筒状磁石1aは、図3(a)に示すように外周部に4極の極異方性を持つように着磁されている。また、この磁石材料は、より大きな磁場を発生する材料であることが望ましいため、Nd-Fe-B焼結磁石材料を用いた。ウェル内の磁石の配置は、図4に示すように全ての磁石の磁極が同じ方向となるように格子状に配置し、また磁極の方向をウェル6が装入される中心部に向かう方向とした。
この磁気分離装置では、極異方性円柱状磁石1aがウェル4の周囲4箇所を囲むように配置している。このとき、極異方性円柱状磁石1aのある磁極と隣あう磁極は、異極になるように配置していることから、同一磁石内の磁極間及び隣接する磁石の異極間で図4に示す磁力線のような磁気回路が形成されている。この磁気回路は、ウェル中心部が、各磁石から最も離れているため、磁場が最も小さく、ウェルの外周部に近くなるほど磁場が大きくなるような磁場分布とすることができる。
このとき、極異方性磁石を配置するために磁極の方向を判別する必要があることから、組立性向上のために磁石の1部に切り欠きなどの位置決めマークを設けても良い。図5に外形5mmの極異方性円筒状磁石用い、ウェル6の径が7mmである96マイクロウェルプレートを用いた場合のウェル内に発生する磁場分布を磁界解析により求めた結果を示す。中央の円内は、ウェルが装入される空間4を示し、磁場分布を等高線図によって示している。等高線の間隔が狭いほど高い磁場勾配が得られていることを示したものであり、後述する比較例に対して等高線の数が多く、間隔も狭くなっており、高い磁場勾配が得られることが分かった。
(Example 1)
FIG. 1 is a perspective view showing a
FIG. 2A shows a cross-sectional view taken along the line AA ′ when the well in the first embodiment is inserted. A
In this magnetic separation device, polar anisotropic cylindrical magnets 1 a are arranged so as to surround four locations around the
At this time, since it is necessary to determine the direction of the magnetic pole in order to arrange the polar anisotropic magnet, a positioning mark such as a notch may be provided in a part of the magnet in order to improve assemblability. FIG. 5 shows the result of magnetic field distribution obtained by magnetic field analysis when a 96 microwell plate having a 5 mm outer diameter polar anisotropic cylindrical magnet and a well 6 having a diameter of 7 mm is used. The center circle shows the
(参考例)
実施例1と同様の磁気分離装置を製造した。ただし、外周4極の極異方性円柱状磁石1aの磁極方向を図10に示すように隣接する磁石の方向に向け、かつ隣接する磁石同士の極が対向するように配置した。この磁場部材に対して実施例1と同様に磁界解析を行い、ウェル内に発生する磁場分布を求めたが実施例1ほどの磁場勾配は得られないことがわかった。この磁気分離装置は、前記マイクロウェルプレートの各ウェル間に配置されるよう外周4極の極異方性磁石が板状のベース上に格子状に配置され、かつ各前記極異方性磁石の磁化の向きが同一の方向になるように配置する。ウェルに側方から磁場を印加させ、またウェルを囲む4つの磁石による磁極間の吸引・反発を効果的に利用した磁気回路を形成することができるため、ある程度の磁気分離効果を有する磁気分離装置を得ることができる。
(Reference example)
A magnetic separator similar to that of Example 1 was manufactured. However, the magnetic pole direction of the pole anisotropic pole-shaped magnet 1a having four poles on the outer periphery is arranged in the direction of the adjacent magnet as shown in FIG. 10 and the poles of the adjacent magnets face each other. Magnetic field analysis was performed on this magnetic field member in the same manner as in Example 1, and the magnetic field distribution generated in the well was obtained. However, it was found that the magnetic field gradient as in Example 1 could not be obtained. In this magnetic separator, polar anisotropy magnets having outer peripheral four poles are arranged in a lattice form on a plate-like base so as to be arranged between the wells of the microwell plate, and It arrange | positions so that the direction of magnetization may become the same direction. A magnetic circuit having a certain degree of magnetic separation effect can be formed by applying a magnetic field from the side to the well and effectively using attraction and repulsion between the magnetic poles by the four magnets surrounding the well. Can be obtained.
(実施例2)
実施例1と同様に極異方性をベース2a上に格子状に並べた磁場部材を想定して磁界解析を行い、ウェル内に発生する磁場分布を求めた。ただし、極異方性磁石1bは図3(b)に示す、略円錐状のNd−Fe−B系ボンド磁石を用いた。図2(b)にその断面図を示す。ウェル6は、その先端部が、先細りの形状になっているため、ウェル間は上部が狭く、下部が広くなっている。図2(b)に示すようにウェルの隙間にあわせて、下部が広く、上部が狭い略円錐形状の極異方性磁石1bを用いることで、ウェルと磁石の隙間を垂直方向のいずれの部分でも狭くした構造とした。極異方性磁石1bの上端での外径はΦ5mm、下端での外径はΦ10mmである。磁界解析の結果、図5とほぼ同程度の磁場分布が得られた。また、下部の方の磁場解析を行ったところ、さらに高い磁場分布が得られていることが解った。
(Example 2)
As in Example 1, the magnetic field analysis was performed assuming magnetic field members having polar anisotropy arranged in a lattice on the
(実施例3)
図11は、本発明の第3の実施例における磁気分離装置の主要部である磁場部材3cを示す斜視図である。極異方性円柱状磁石1aと極異方性円柱状磁石1aを支持するベース2aからなる。このときに、格子状に配列されたウェルの隙間及び周囲のウェルを中心とした対向する位置の一方に磁石が隣接して配置され、他の位置の磁石を取り除いている。極異方性円柱状磁石1aは、図3に示すように外周部に4極の極異方性を持つように着磁されている。また、この磁石材料は、より大きな磁場を発生する材料であることが望ましいため、Nd-Fe-B焼結磁石材料を用いた。図12には、図11のB−B´断面の磁石配置を示す。ウェル内の磁石は、図11,12に示すように実施例1と比較して半分の数であり、かつウェル間を一つおきに配置されている。全ての磁石が同じ方向となるように配置し、また磁極の方向をウェル5が装入されるウェル装入空間4の中心部に向かう方向とした。図13に外径6mmの極異方性円柱状を用い、ウェル6の径が7mmである96マイクロウェルプレートを用いた場合のウェル内に発生する磁場分布を磁界解析により求めた結果を示す。中央の円内は、ウェルが装入される空間4を示し、磁場分布を等高線図によって示している。実施例1と比較して、磁石の配置されていない部分の等高線の間隔が広くなっており、この部分には磁性粒子が集まらないことが分かる。磁性粒子が2箇所にのみ集められ、ピペットでの検査液の採集が行いやすい。
図13にこの磁気分離装置の磁石の磁化方向及び、各磁極から発生する磁力線、各ウェルの磁場勾配等高線図をしめす。この磁気分離装置では、極異方性円柱状磁石1aは、ウェルに対して、対向する位置に2ヶ所となるように配置している。このとき、極異方性円柱状磁石1aのある磁極に対して、最も近い距離にある異極は、同一磁石内の隣接する異極となる。このため、主要な磁気回路は、同一磁石内の隣接する異極間で形成されるため、図13に示す磁力線のようになる。ウェルを挟んで対向する位置にある磁極は同極となるように配置されているため、磁石同士が反発するため、ウェル中央部では、磁力が小さくなる結果となる。このため、図に示すウェル内部の等高線図のように各磁極の近傍で高い磁場勾配が発生することとなり、磁性粒子が2ヶ所のみに集められる結果となる。
(Example 3)
FIG. 11 is a perspective view showing a magnetic field member 3c, which is a main part of the magnetic separation device according to the third embodiment of the present invention. It comprises a polar anisotropic cylindrical magnet 1a and a
FIG. 13 shows the magnetization direction of the magnet of this magnetic separation apparatus, the magnetic field lines generated from each magnetic pole, and the magnetic field gradient contour map of each well. In this magnetic separation apparatus, the polar anisotropic cylindrical magnet 1a is arranged at two positions facing each other with respect to the well. At this time, the different polarity at the closest distance to the magnetic pole with the polar anisotropic cylindrical magnet 1a becomes an adjacent different polarity in the same magnet. For this reason, since the main magnetic circuit is formed between adjacent different poles in the same magnet, it looks like the lines of magnetic force shown in FIG. Since the magnetic poles at positions facing each other across the well are arranged so as to have the same polarity, the magnets repel each other, resulting in a small magnetic force at the center of the well. For this reason, a high magnetic field gradient is generated in the vicinity of each magnetic pole as shown in the contour diagram inside the well shown in the figure, resulting in the magnetic particles being collected only in two places.
(実施例4)
図14は、本発明の第4の実施例における磁気分離装置の主要部である磁場部材3dを示す斜視図である、極異方性円柱状磁石1aと極異方性円柱状磁石1aと支持するベース2aからなる。このとき、格子状に配列されたウェルの隙間に対して一列置きに磁石を配置している実施例1と同様に、図15に等高線図によって示したウェル内の磁場分布を示す。この結果から、磁性粒子は磁石の近傍に集められることが分かる。
このような磁気回路の場合、一列離れた磁石間では、磁気回路はほとんど形成されず、同一磁石内での隣接する異極間及び隣接する磁石の異極間に磁気回路が形成することができる。図15にこの磁気分離装置の磁石の磁化方向及び、各磁極から発生する磁力線、各ウェルの磁場勾配等高線図をしめす。この磁気分離装置では、極異方性円柱状磁石1aは、ウェル間に一列あけて配置している。各極異方性円柱状磁石1aの磁化の方向は、全て同じ向きとなるように配置している。このとき、極異方性円柱状磁石1aのある磁極に対して、近い距離にある異極は、同一磁石内の隣接する異極及び隣接する磁石の異極となる。このため、主要な磁気回路は、同一磁石内の隣接する異極間及び隣接する磁石の異極間で形成されるため、図15に示す磁力線のようになる。各極異方性円柱状磁石1aは、一列あけて配置しているため、磁石のないウェルの反対側は、磁界の小さい場所となり、磁石に近づくにつれて磁力が大きくなる。そのためこのため、図に示すウェル内部の等高線図のように各磁極の近傍で高い磁場勾配が発生することとなり、磁性粒子が磁石を配置している側の2ヶ所に集められる結果となる。
Example 4
FIG. 14 is a perspective view showing a magnetic field member 3d which is a main part of a magnetic separation device according to the fourth embodiment of the present invention, and a polar anisotropic cylindrical magnet 1a, a polar anisotropic cylindrical magnet 1a and a support. It consists of a
In the case of such a magnetic circuit, a magnetic circuit is hardly formed between magnets separated by one row, and a magnetic circuit can be formed between adjacent different poles in the same magnet and between different poles of adjacent magnets. . FIG. 15 shows the magnetization direction of the magnet of this magnetic separation apparatus, the lines of magnetic force generated from each magnetic pole, and the magnetic field gradient contour map of each well. In this magnetic separation apparatus, polar anisotropic cylindrical magnets 1a are arranged in a row between wells. The polar anisotropic columnar magnets 1a are arranged so that the magnetization directions are all the same. At this time, the different polarity at a short distance from the magnetic pole having the polar anisotropic cylindrical magnet 1a becomes the adjacent different polarity in the same magnet and the different polarity of the adjacent magnet. For this reason, the main magnetic circuit is formed between adjacent different poles in the same magnet and between different poles of adjacent magnets. Since each polar anisotropic cylindrical magnet 1a is arranged in a line, the opposite side of the well without the magnet is a place where the magnetic field is small, and the magnetic force increases as the magnet is approached. Therefore, a high magnetic field gradient is generated in the vicinity of each magnetic pole as shown in the contour diagram inside the well shown in the figure, resulting in the magnetic particles being collected at two locations on the side where the magnet is arranged.
(比較例1)
図20に示すように従来のウェル側方から磁石により磁場を与える磁気分離方法に関して磁界解析を行い、ウェル内に発生する磁場分布を求めた。96マイクロウェルプレートは実施例1と同様のものを使用したと仮定した。磁石の外径は実施例1と同じ5mmであり、かつ一方向にのみ着磁を行っている。その結果を図19に示す。図19は、磁石の近傍のウェルが装入される空間の磁場分布を等高線図によってしめしたものであり、等高線の間隔が近いほど磁場勾配が高いことを示す。図16では、磁石近傍では、磁場勾配があるが、磁石から離れると、磁場勾配が非常に小さく、本発明の磁場勾配よりも低いものしか得られていないことが分かる。
(Comparative Example 1)
As shown in FIG. 20, a magnetic field analysis was performed on a conventional magnetic separation method in which a magnetic field was applied by a magnet from the side of a well, and a magnetic field distribution generated in the well was obtained. It was assumed that the same 96 microwell plate as in Example 1 was used. The outer diameter of the magnet is 5 mm, the same as in Example 1, and is magnetized only in one direction. The result is shown in FIG. FIG. 19 shows the magnetic field distribution in the space in which the well in the vicinity of the magnet is inserted by a contour map, and shows that the magnetic field gradient is higher as the interval between the contour lines is closer. In FIG. 16, there is a magnetic field gradient in the vicinity of the magnet, but it can be seen that the magnetic field gradient is very small and only lower than the magnetic field gradient of the present invention is obtained when moving away from the magnet.
(実施例5)
図6は、本発明の第5の実施例を示す斜視図である。図7には、第5の実施例に用いている極異方性リング磁石1cの斜視図を示す。図8は、この極異方性磁石1cにウェル6が装入した時の断面図である。図6の磁場部材3bは、96ウェルマイクロウェルプレート用に配置された96ヶの極異方性リング磁石1cと極異方性磁石を支持するベース2bとからなる。マイクロウェルプレートは、この磁場部材3bに重ね合わせて使用する。このときに、格子状に配列されている各ウェル6がこの極異方性リング磁石内部の空間に収まる。ベース2bは、磁性体とすることで、磁気分離装置を設置する設置台への磁気的な結合を防ぐ意味でも磁性材を用いることが望ましい。極異方性リング磁石1cは、図7に示すように内周部に4極の極異方性を持つように着磁されている。また、この磁石材料には、Nd-Fe-B系の焼結磁石を用いた。極異方性リング磁石1cは、内径4mm、外径6mm、長さ10mmの円筒形状である。極異方性リング磁石の内部空間は、4箇所から磁場が印加されており、極異方性リング磁石1cが独立して1個の磁気分離装置として成立している。また、図8にしめすように、ウェル6中の検査液7は、この極異方性磁石の上面とほぼ同じ高さもしくは、下方になるように磁石の径、試料液の量を選択することが望ましい。また、図9にはこの極異方性磁石を磁界解析により求めた磁石内部の空間の磁場分布を等高線によって示す。この磁石内部の空間は、同心円状の等高線が得られており、外周部が強く、中心に近づくにつれて磁場が弱くなっていく結果が得られ、等高線間隔の狭い、すなわち高い磁場勾配が得られることが分かった。
(Example 5)
FIG. 6 is a perspective view showing a fifth embodiment of the present invention. FIG. 7 shows a perspective view of a polar anisotropic ring magnet 1c used in the fifth embodiment. FIG. 8 is a cross-sectional view when the
(実施例6)
図16は、本発明の第6の実施例における磁気分離装置の主要部を示す斜視図である。図16では、2種類の長さの板磁石111と板磁石112およびベースとなるヨーク221及び磁石側面に設けられたヨーク222からなる。磁石111は、厚さ2mm、長さ9mm、高さ20mmであり、磁石112は、厚さ2mm、長さ7mm、高さ20mmの形状であり、磁石の材質は共にNdFeB系焼結磁石を用いた。ヨーク221は、板磁石111及び板磁石112を固定するための幅2mm、深さ2mmの溝が9mm間隔で格子状に設けている。ベースとなるヨーク221は、磁性体であることにより、磁気分離装置を設置する設置台への磁気的な結合を防ぐことや、磁石の固定する効果が得られる。この溝に幅の長い磁石111を先に差し込み、次に幅の短い磁石112を差し込む。磁石同士は、ヨーク及び隣接する磁石に吸い付けられるため、磁石同士の位置合わせは及び組立は、容易である。このように磁石111及び磁石112が所定の位置に納めた後、ヨーク222を磁石側面に貼り付ける。
(Example 6)
FIG. 16 is a perspective view showing the main part of the magnetic separation device according to the sixth embodiment of the present invention. In FIG. 16, the plate magnet 111 includes two types of lengths, a plate magnet 112, a yoke 221 serving as a base, and a
このように組み立てられた磁気分離装置は、図17に示すような磁化方向の磁石の組合わせとなり、磁気分離装置内部の空間は、図にしめす磁力線分布となる。この磁力線分布に対応してウェル内部4の磁場等高線図示すようにほぼ一様な磁場勾配を得ることができる。図17に示す磁力線のように内部の磁石111、112では、4ヶの交点を中心として磁気回路が形成されている。このような磁気回路を形成することができるので、磁石が単独で存在する場合に比べて、各磁石から発生する磁力が高められる結果となる。一方で、外周部の磁石では、磁気回路を形成するための磁石が1ヶ不足している。そこで、不足した磁石を補う形で、磁石の代わりに外周部の外側に222ヨークを配置している。このヨークの板厚は、薄ければヨークとしての役目が不足して磁力があまり高められない。逆に板厚が厚すぎれば過大な効果になり外周部の磁石の磁力は、内部磁石の磁力よりも高くなってしまう。今回、このヨークの板厚を最適値とするために、有限要素法による磁界解析を用いて最適値を求め、0.5mmとした。
The magnetic separation device assembled in this manner is a combination of magnets having magnetization directions as shown in FIG. 17, and the space inside the magnetic separation device has a distribution of magnetic lines shown in the figure. Corresponding to this magnetic field line distribution, a substantially uniform magnetic field gradient can be obtained as shown in the magnetic field contour map inside the
本実施例に示す磁気分離装置では、磁石111が磁石112の幅が異なる2種類の磁石を用いている。この理由としては、図18(a)に示すように同じ幅の磁石112を組合せても同様の磁気分離装置を得ることができるが、上側の磁石112は、右側と左側の磁石の両方に引き寄せられる形となり、一見、釣り合う場所があるように見える。しかしながら、実際は、わずかでも、左右に振れた場合、一方の磁石に引き寄せられてしまうことになってしまい、形状が崩れてしまう。この問題を回避するために、本実施例のように、長さの長い磁石111が突き当たるように配置すると、この境目を中心として、左右に配置する磁石112を引き寄せるように働き、容易に磁石を所定の位置に配置することができるようになる。 In the magnetic separation apparatus shown in the present embodiment, the magnet 111 uses two types of magnets having different magnet 112 widths. The reason for this is that a similar magnetic separation device can be obtained by combining magnets 112 having the same width as shown in FIG. 18A, but the upper magnet 112 is attracted to both the right and left magnets. At first glance, there seems to be a place to balance. However, in fact, even if it is slightly swung from side to side, it will be attracted to one of the magnets, and the shape will collapse. In order to avoid this problem, when the long magnet 111 is arranged so as to abut as in the present embodiment, the magnet 112 arranged on the left and right works toward this boundary, and the magnet is easily attached. It can be arranged at a predetermined position.
本発明は、免疫学、組織適合性検査、癌研究、移植医学、細菌学、寄生虫学、DNAテクノロジー、臨床化学等の分野での特定物質或いは細胞の分離精製技術などに用いられる磁気分離装置に利用出来る。 The present invention relates to a magnetic separation apparatus used for specific substance or cell separation and purification techniques in fields such as immunology, histocompatibility testing, cancer research, transplantation medicine, bacteriology, parasitology, DNA technology, clinical chemistry, etc. Can be used for
1a,1b,1c:極異方性磁石
2a,2b:ベース
3a,3b,3c,3d:磁場部材
4:ウェル装入空間
5:マイクロウェルプレート
6:ウェル
7:検査液
8:円柱状磁石(2極着磁)
9a,9b,9c:磁気分離装置
111,112:板磁石
221、222:ヨーク
1a, 1b, 1c: Polar
9a, 9b, 9c: Magnetic separators 111, 112: Plate magnets 221, 222: Yoke
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