JP5200378B2 - 粒子分離装置 - Google Patents

Description

本発明は、磁性粒子を分離するための技術、または、その分離に用いられる装置を対象とした技術に関する。本発明は、磁性粒子を含む液体混合物から粒子を分離するためのさまざまな化学的方法に応用することができる。

磁性粒子は、固相状態の表面で反発力が起こることが可能となるさまざまな方法において用いられる。粒子は、通常、付与された第二の物質に対して特異反応を起こす物質でコーティングされている。これが混合物に含まれている第二の物質の分離を可能にしている。

粒子は、通常、反応後に反応混合物から分離される必要がある。この分離は、通常、容器から反応媒体を取り除くことにより、または容器内の粒子を取り除くことによりなされてきた。

国際特許出願ＷＯ９４／１８５６５には、容器から粒子を取り除くことによって粒子を分離するための方法と装置が開示されている。この分離は、細長いリムーバーによって行なわれ、リムーバーは、ケーシング内に配置され、長手方向に移動可能な磁石を含んでいる。リムーバーは、下方位置にある磁石を用いて混合物内に導かれるので、粒子はリムーバーの表面に付着し、混合物から分離される。それに反して、磁石は高い位置に引き上げられるので、粒子がリムーバーの表面から分離される。装置は、複数のサンプルを同時処理するために、並列処理で作動する複数のリムーバーを含んでいる。国際特許出願ＷＯ９６／１２９５８には，類似するリムーバーが開示されており、そのリムーバーの磁石は、粒子が下方に位置する磁極にのみ集められるような長さを有している。このような分離技術は、フィンランド国のサーモ エレクトロン オイで開発された分離装置「ＫｉｎｇＦｉｓｈｅｒ」（登録商標）において既に商業的に実施されている。これらの装置は、並列に配置された複数のリムーバーを含み、それらの磁石は、同一方向に配向されている。すなわち、常時、同じ磁極が同一方向に配向されている。

本願請求項１に係る粒子分離装置が、今、発明された。他の請求項は本発明のいくつかの実施形態を定める。

本発明によれば、分離装置は、並列に整列された複数の磁石を含んでいる。いくつかの磁石は、その磁極がその他と相反する向きになるように配置されている。この配置は、隣接する磁石の分離領域において磁石の作用を減少させる。

分離装置に含まれる磁石の数が多くなればなるほど、ますます本発明は有益なものとなる。

本発明に係る分離装置は、実質上、並列に整列された複数の磁石を含み、その多くが磁極がその他と相反する向きになるように配置されている。すなわち、少なくともひとつの磁石のＮ極が上方に配向され、少なくとももう一つの磁石のＮ極が下方に配向されている。従って、例えば、複数の磁石のうち、約半数がその磁極がその他と相反する向きになるように逆向きに配向され、とりわけ、一つ置きに逆向きに配向されている。特に、複数の磁石はマトリクス状に配置された複数の磁石列を含む。これは、例えば、全列の磁石において、特に、四角形に形成されていないマトリクスの場合の短い列が、全て同じ方向に配向される配置を可能にしている。これに限定されず、さまざまな相違する組合わせも考えられる。

本発明は、近接する磁石の収集領域からの粒子収集力をより少なくさせる磁石の利点を用いる。特に、分離する容器の側壁に付着する粒子を減少させる。実際、発明者は、同様に配向された各磁石を形成している領域は互いに反発するので、境界域の各磁石の磁場は、中央領域にある磁石からの反発作用によって中心領域における磁石の影響をなくしてマトリクス状に配置された磁石の境界領域の方に僅かに傾いているということを発見した。傾いた磁場の磁力線は、近接容器に作用する傾向にあり、このため容器の壁に、近接する容器の粒子の一部が結合する。これらの粒子は、この容器に対して特定の磁石によって収集されない虞があり、このため粒子は収集されないままウエル（Ｗｅｌｌ）内に残る。本発明に従って磁石がその磁極がその他と相反する向きになるように逆方向に配置されているため、磁気領域は各磁石の間に限定される。磁気領域は局所的に限定されるので、各磁石は広範囲に及ぶ反発作用を起さず、収集は磁石にある容器に局所的に形成される。

本発明は、その他、部分的に全く異なった利点も提供する。先ず最初の利点として、外部障害要因による作用を減少させることができる。マトリクス状に配置された各磁石の外側の磁気的材料（トラック、モータ、ボックス構造）は、各磁石によって生成された磁界により作動する傾向がある。磁極がその他と相反する向きになるように配向された各磁石の磁界は磁石の間に限定され、その結果それらの干渉は減少することになる。第２の利点として、弱い磁界が分離装置の外部に作用する。これにより他の装置への干渉をいくらか減少させている。これはまた運送中の保護を容易にしている。例えば、空輸は、空路運送によって発生する磁界により特定の（具体的な）上限値を受ける。磁界は、例えば、ペースメーカーのような治療装置に影響を起し得る。第３の利点として、各磁石は、磁極のような反発力による作用よりも、交互に変わる磁極を有する隣接する磁石の自由極の吸着による作用を受けて、より少ない程度に曲げられる。

複数の磁石は、通常、磁気ヘッドと言われる一構成部材として一体化されている。磁気ヘッドは、分離装置において垂直方向へ移動可能に配置されている。

磁気ヘッドは、それぞれ移動可能なケーシングを有している。複数のケーシングは、装置内に一構成部材として一体化されて配置され、磁気ヘッドと同様に垂直方向に移動可能となる。

磁石は、とりわけ分離装置の先端部に粒子を捕集できるように延長されている（国際特許出願ＷＯ９６／１２９５９を参照）。磁石の厚さ（太さ）に対する長さの比は、例えば、少なくとも約２対１、あるいは少なくとも５対１に設定されている。粒子が捕集されている間、磁石の上側に位置する磁極がなるべく混合物の上方に位置するように保たれることが望ましい。しかしながら、従来の短い磁石も使用することができる。分離器の先端部は鋭く、凸状になっていることが好ましい（国際特許出願ＷＯ９４／１８５６４、ＷＯ９４／１８５６５、ＷＯ９６／１２９５９参照）。表面張力を減少させるための物質が粒子を含む混合物内に混ざっており、これにより分離器への粒子の付着が促進されている（国際特許出願ＷＯ００／４２４３２参照）。

分離された磁性粒子は、特に、微粒子となる。最大粒子のサイズは、例えば、５０μｍ、あるいは１０μｍとなる。最小粒子のサイズは、例えば、０．０５μｍとなる。標準的粒子のサイズは、０．５〜１０μｍ程度となる。

粒子は、通常、サンプルの成分に対して特有の反応を有する物質で覆われている。

本発明に係るいくつかの実施の形態を以下に詳細に開示する。

分離装置１は、９ｍｍ配列に並ぶ８×１２のウエル１０からなるマイクロろ過板型のサンプル処理をするために使用される。

その分離装置１は、等間隔に分配される９６個の細長い永久磁石３（長さ／厚さ（太さ）が約１０：１）を含む磁気ヘッド２を有し、その永久磁石３の上端部は支持板によって結合されている。複数の磁石３は、高い残留磁気と保磁力を有する材質（例えば、ＮｅＦｅＢ）から形成されることが望ましい。磁気ヘッド２は、つり上げ装置４に固定され、垂直方向に移動可能である。磁気ヘッド２の下側の同じ位置に支持ケーシング５が設けられ、支持ケーシング５にはそれぞれの磁石３の位置に対応して穴が設けられている。支持ケーシング５は、垂直方向へ移動可能な状態でつり上げ装置６に結合されている。くし型のケーシング７は、支持ケーシング５上に配置され、このくしの部分はそれぞれの磁石３を挿入するためのケーシング８を含んでいる。ケーシング８の下端部は、凹型の表面からなる円錐状に加工された分離領域を有し、その中央部は鋭い先端部になっている。

その分離装置１は、ウエル１０が配置される回転トレイ９を含んでいる。トレイの回転により、所望のウエル１０が磁気ヘッド２の下側の処理位置に配置される。このウエル１０は、分離時間になると磁性粒子が蓄積される。ウエル１０から粒子を移動することが要求されると、その磁気ヘッド２がくし型のケーシング７内に降ろされ、これらの２つはウエル１０の中にいっしょに挿入される。ウエル１０内の粒子は、ケーシング８の分離領域に付着する。この後、くし型のケーシング７と磁気ヘッド２がいっしょにつり上げられる。粒子が分離されると、くし型のケーシング７と磁気ヘッド２はいっしょにウエル１０の中に降ろされ、この後、先ず磁気ヘッド２が最初につり上げられ、続いてくし型のケーシング７がつり上げられる。粒子が移動し、そして分離される両方の段階において、くし型のケーシング７は多数回の往復運動を実行する（国際特許出願ＷＯ９４／１８５６５参照）。図１に示すように、処理ステーションは比較的高いウエル１０を有したプレートを含み、このプレートは、特に分離反応を行なうために使用されている。勿論、低いウエル１０を有したプレートを使用することも可能であり、そのケーシング８はより短くすることができる。

磁気ヘッド２の複数の磁石３には、磁極がその他と相反する向きになるように配向されたいくつかの磁石が配置されている。図４から９に相違する配列を示す。磁石ヘッド２のマトリクスは、マイクロプレートに対応する８個の水平方向の列（ＡからＨ）と１２個の垂直方向の列（１から１２）から構成されている。

図４に示すように、複数の磁石が一本置きに、その磁極が相反する向きになるように配置されている。

図５及び図６に示すように、複数の磁石において、Ａ列〜Ｈ列は、一本または二本置きに、その磁極が相反する向きになるように配置されており、１列〜１２列では、当該列全てその磁極が同じ向きになるように配置されている。

図７に示すように、複数の磁石において、Ａ列〜Ｈ列は、一本置きにその磁極が相反する向きになるように配置され、Ａ列及びＨ列はＮ極から始まり、Ｂ列〜Ｇ列はＳ極から始まる。

図８に示すように、最も外周に位置する複数の磁石と、その内側に位置する複数の磁石とは、その磁極が相反する向きになるように配置される。

図９に示すように、複数の磁石において、環状に延びる群ごとにその磁極が相反する向きになるように配置されている。

本発明の記述に関係する添付図面を以下に示す。
本発明に係る、一連の分離装置の一形態を示す図である。 分離装置を構成する分離器と、分離器に使用されるくし型のケーシング及びサンプル板とを示す図である。 くし型ケーシングとサンプル板が挿入配置された分離器の断面図である。 逆方向に配置された磁石の各種態様を示す図である。 逆方向に配置された磁石の各種態様を示す図である。 逆方向に配置された磁石の各種態様を示す図である。 逆方向に配置された磁石の各種態様を示す図である。 逆方向に配置された磁石の各種態様を示す図である。 逆方向に配置された磁石の各種態様を示す図である。

Claims (3)

1. 分離されるべき磁性粒子を含む液体混合物が含有され、複数に画成されたウエル（１０）を備え、
   各ウエル（１０）の上方に、各ウエル（１０）に対応する複数の磁石（３）及び各磁石（３）に対応する複数のケーシング（８）をそれぞれ配置して、
   各磁石（３）は、磁気ヘッド（２）を介してつり上げ装置（４）に結合され、各磁石（３）は、各ケーシング（８）内につり上げ装置（４）により挿入可能であり、
   各ケーシング（８）は、支持ケーシング（５）を介してつり上げ装置（６）に結合され、各ケーシング（８）は、各磁石（３）のそれぞれが挿入された状態でつり上げ装置（６）により各ウエル（１０）内に挿入可能であり、
   複数の磁石（３）のうち、半数の磁石（３）をその磁極がその他と相反する向きになるように配置して、
   複数の磁石（３）は、一つ置きにその磁極が相反する向きになるように配置されるか、あるいは、
   複数の磁石（３）はマトリックス状に配置され、最も外周に整列される各磁石はその磁極が同じ向きになるように配置され、残りはそれと相反する向きになるように配置されるか、または、磁極が同じ向きである環状の群が複数配置され、環状の群ごとにその磁極が互いに相反する向きになるように配置されることを特徴とする分離装置（１）。
2. 前記各磁石（３）は、永久磁石からなり、その長さ対直径の比が少なくとも２対１あることを特徴とする請求項１に記載の分離装置（１）。
3. 前記各磁石（３）は、永久磁石からなり、その長さ対直径の比が少なくとも５対１であることを特徴とする請求項１に記載の分離装置（１）。

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