JP5763875B2 - 磁性粒子を分離するためのデバイス及び方法 - Google Patents

Description

本発明は、磁性粒子の分離の分野に関する。

様々な種類の粒子の分離には多くの用途がある。例えば、医学、生物学、及び薬理学の分野では、例えば試料、懸濁液や溶液等の所定の成分（例えば特定の種類の抗体）を分離することが、これらの成分に関する特徴を分析する（例えば病気を診断するため）上で、多くの場合で必要とされている。この種の成分、粒子又は分子の分離を行うために従来使用された方法は、親和クロマトグラフィー法及び遠心沈殿法による分離方法である。

近年、使用されることが多くなった別の方法は、磁性粒子を使用することに基づく分離方法である。この方法は、例えば特定の蛋白質、遺伝物質、及び生体分子等の成分を正確に且つ確実に分離するための速くて容易な方法である（例えば、２００３年９月１８日に刊行された生体磁性の研究及び技術２００３年号のＺ Ｍ サイード等による「製薬及び生物医学の分野における磁気技術の適用」を参照されたい［http://www.biomagres.com/content/1/1/2で利用できる］）。この方法は、幾つかの種類の容器等で、例えば試料、溶液、懸濁液等から分離されるべき特定の成分と結合するように設計された磁性粒子を使用することに基づく。磁界を加えることによって、磁性粒子を試料の残りのものから分離させるか、或いは、（例えば加えられた磁界によって）容器の一部で濃縮させ、そこに保持させる。試料の残り（即ち試料の残りの少なくとも大部分）は、除去する。次いで、保持された部分に洗浄プロセスを加える。このプロセスには、磁性粒子の別の分離物等が含まれていてもよい。

米国特許第４，９１０，１４８号及び国際特許出願ＷＯ−Ａ−０２／０５５２０６には、磁性粒子に基づく二つの分離システムが開示されている。両システムは、基本的には、磁性粒子を引き付けてこれらを試料の残りのものから分離できるようにするため、試料に関連する磁石を使用する。

磁性粒子には二つの種類がある。第１の種類は、磁石のように永久的に磁化された磁性粒子である。これらの粒子は、磁性モーメント（ｍ）が一定であり、外部磁気誘導（Ｂ）の影響を実際上受けないことを特徴とする。この種の粒子については、粒子に及ぼされる力は、以下のように表現できる。

第２の種類は、外部の磁界に従って磁性が変化する粒子である。中程度の磁界については、磁化率が実質的に一定であると仮定できる。この種類には、軟質の強磁性体、常磁性体、及び超常磁性体が含まれる。この種類のものを使用し、こうした材料に及ぼされる力は、以下のように表現できる。

ここで、χは磁化率であり、外部磁界と磁気モーメントとの間の関係を表す。

これらの記載から、（磁性粒子に及ぼされる力を増大させることによって）磁性粒子を分離するためのプロセスの有効性を改善するのに少なくとも二つの方法があることがわかる。即ち、
磁化率及び／又は磁気モーメントを増大させる方法、又は
磁界の大きな空間的変化を発生させる方法がある。

磁化率及び／又は磁気モーメントの増大には危険がなく、磁性粒子の生物学的機能と密接に関連した磁性粒子の他の性質に影響を及ぼすことがない。しかしながら、試料の領域内で不均等な磁界を使用することに基づいて分離を良好に且つ効果的に行うためのシステム又は少なくとも一つの理論的システムは既に知られている。

米国特許第６，３６１，７４９号には、磁石をＮ極−Ｓ極分配した分離器が開示されている。この分離器では、磁石の数は磁極の数と同じである。しかしながら、この形態には欠点がある。これは、磁極の数が４個よりも多いと、試料の中央に磁気勾配が実際上存在せず、試料の容器の中央の粒子が容器の壁に移動しないか或いは非常にゆっくりとしか移動しないことである（４個の磁石の４個の磁極が磁界を発生する場合には、中央に勾配があるけれども、この勾配は、以下に更に詳細に説明するように、磁石に近い領域が歪んでいる）。

米国特許第５，７０５，０６４号には、磁石のリングによって形成された円筒体でできた分離器が開示されている。円筒体の断面では、各磁石の二つの側面は、隣接した磁石の各々の側面と平行であり且つこれらの側面に当たっている。これらの磁石の磁化方向は、Δｙ＝２×Δθ（ここで、円筒体の前記断面において、Δｙは、一つの磁石と次の磁石との間の磁化方向角度の変化量を表し、Δθは、一つの磁石と次の磁石との間の角度位置の変化量を表す）の角度進行に従い（又は、別の方法では、円筒体の前記断面において、角度進行は、ｙ＝２×θであり、ここで、ｙは、双極基準軸線に関する磁石の磁化方向角度を表し、θは双極基準軸線に関する磁石の角度位置である）、このようにして、システムは、磁気双極子を形成する。かくして比較的均等な、即ち、磁界の勾配が非常に小さい磁界が得られる。このことは、磁性粒子を迅速に且つ効果的に分離しようとする場合には不利であるということを意味する（これは、上述のように、磁界の勾配が大きいと、粒子に及ぼされる力を大きくでき、従って、前記粒子が試料又は容器の一つ又はそれ以上の領域に位置決めされる速度を大きくできるためである）。

米国特許出願第２００３／００１５４７４号には、８個の磁石で形成された円筒体に基づく別の分離器が開示されている。円筒体の断面において、各磁石は、隣接した磁石の各々の側面と平行であり且つこれらの側面に当たる二つの側面を有する。磁石の磁化方向は、Δｙ＝３×Δθ（ここで、円筒体の前記断面において、Δｙは、一つの磁石と次の磁石との間の磁化方向角度の変化量を表し、Δθは、一つの磁石と次の磁石との間の角度位置の変化量を表す）の角度進行に従い（又は、別の方法では、円筒体の前記断面において、角度進行は、ｙ＝３×θであり、ここで、ｙは、双極基準軸線に関する磁石の磁化方向角度を表し、θは、双極基準軸線に関する磁石の角度位置である）、このようにして、システムは、磁気四極子(quadripole)を形成する。

米国特許第５，７０５，０６４号に開示された構造に基づく磁性粒子の分離器は、強い磁界を発生させることができるのに対し、米国特許出願公開公報第２００３／００１５４７４号に開示された構造に基づく分離器は、ほぼ一定の磁界勾配を発生させることができる。これらの構造は、ハルバック理論(Halback Theorem) に基づく。ハルバック理論によれば、軸線に対して垂直方向に磁化した無限の線型磁石の磁化を、前記軸線を中心として回転させた場合、磁界のモジュールが空間に亘って一定であり、その方向は、全ての空間内で、同じ角度で、回転方向に対して逆方向に回転する。この原理を使用し、円筒形キャビティの内部に均等な磁界を発生させる双極源を開発できる（例えば、Ｊ．Ｍ．Ｄ．Ｃｏｅｙ（著者）の１９９６年の「希土類磁石」の第４０１頁乃至第４０５頁のＨ．Ａ．Ｌｅｕｐｏｌｄの「静的用途」を参照されたい）。さらに、円筒体の外側にほぼゼロの磁界を発生できる。これは、安全性に関して有利である。これらの構造は、「ハルバックシリンダ（Halbach Cylinders）」として周知である。この原理は、多極源で容易に使用でき、四極源の場合、勾配を一定にする。

通常は、磁性粒子の分離器は、容積が小さい、典型的には、５０ｍｌ又はそれ以下の磁性粒子を分離するのに使用される。しかしながら、磁性粒子を分離するための技術は、更に、技術的目的及び／又は商業的目的のため、例えば数リットル程度の更に大きな容積（試料、溶液、懸濁液、等）で実施するのが有用な用途において、重要な用途を有する。取り扱われるべき容積は、大幅に変化してもよい。従って、磁界を発生するシステムの構造の規模を容易に変えることができるのが有用である。

米国特許第５，７０５，０６４号及び米国特許出願公開公報第Ａ−２００３／００１５４７４号に開示された構造は、ハルバックシリンダに基づく。このハルバックシリンダは、並べて配置された磁石を含み、各磁石の側面が、隣接した磁石の側面と平行であり且つこれらの側面に当たるようになっている。両文献の図において、分離器の磁界を発生させる構造体の断面の幾何学的形状が、内側が小さく且つ外側が大きい実質的に台形であり、磁石の側面と対応する両横側が隣接した磁石の側面に当たった磁石を使用することにより、これをどのように行うのかがわかる。このようにして、磁界を発生させる構造体は、一辺の長さが短い正多角形形状の断面を持つ内面と、一辺の長さが長い正多角形形状の断面を持つ外面とを有する。

これらの構造は、理論的には良好であり、大きな技術的な問題がないけれども、少なくとも、（数ｍｌ程度の容積の容器に適用される）小さな容積中の磁性粒子を分離するためのシステムが設けられていない場合には、規模を変化させる上で、及び構成要素を得る上で問題があることがわかっている。

例えば、シリンダの内部空間の直径、即ち磁性粒子の分離処理が行われ、磁界に露呈されなければならない対象（試料、懸濁液、溶液、容器、等）を受け入れる空間の直径を大きくしようとする場合には、上文中に説明した設計構造を維持するため、磁石の寸法を変更しなければならない。換言すると、所定の直径の自由空間が内部に設けられた分離器で使用される磁石は、少なくとも、米国特許第５，７０５，０６４号及び米国特許出願公開公報第２００３／００１５４７４号に開示したハルバックシリンダ構造を維持しようとする場合には、内部の自由空間が異なる構造では使用できない。更に、磁石の寸法を大きくした場合、米国特許第５，７０５，０６４号及び米国特許出願公開公報第２００３／００１５４７４号に開示された構造で磁石を位置決めするのは益々困難になる。これは、磁石間の斥力が増大するためである。

他方、構造の断面での磁石の幾何学的形状と、磁化方向との間の関係を、様々な磁石の間で変化させる方法がわかる（構造の断面でわかる）。例えば、米国特許出願公開公報第２００３／００１５４７４号では、磁化と磁石の幾何学的形状との間には少なくとも三つの種類の関係がある。即ち、
−複数の磁石のうちの二つにおいて、磁化方向（Ｓ→Ｎ）が、大きい辺（外側）から小さい辺（内側）に向かう、
−複数の磁石のうちの二つにおいて、磁化方向（Ｓ→Ｎ）が、小さい辺（内側）から大きい辺（外側）に向かう、
−複数の磁石のうちの四つにおいて、磁化方向（Ｓ→Ｎ）が、大きい辺及び小さい辺と実質的に平行である（これらの磁石のうちの二つでは、磁化方向は、外側から見て左から右に向かい、他の二つでは、逆方向に向かう）。

このことは、例えば、米国特許出願公開公報第２００３／００１５４７４号による構造を形成するためには、少なくとも三種類の磁石を使用しなければならないということを意味する。この種の磁石で使用した種類の磁性体の要素は、好ましい即ち容易な磁化方向（磁性体の「容易軸線(easy axis) 」と対応する）を有し、これらの三つの異なる種類の磁石を得る上で、元の磁性体を三つの異なるテンプレートに基づいて機械加工することを必要とする。理論的には、これによって、更に複雑で高価な構造が形成される。これは、特に、小さな一連の分離器を製造する場合に問題であり、特定の顧客及び／又は用途の必要条件について特定的に設計した分離器を製造しようとする場合によく起る。
米国特許第４，９１０，１４８号 国際特許出願ＷＯ−Ａ−０２／０５５２０６ 米国特許第６，３６１，７４９号 米国特許第５，７０５，０６４号 米国特許出願公開公報第２００３／００１５４７４号

以上の理由により、規模を変更できる構造による磁性粒子の分離器を提供するのが望ましく、更に詳細には、幾つかの所定の磁気要素又は磁石を使用して、様々な寸法の磁界を発生させるための構造を提供するのが望ましい。

本発明の第１の態様は、磁性粒子を分離するためのデバイスであって、磁性粒子分離処理を行わなければならない対象を受け入れるための内部空間を持つ断面を有する不均一磁界発生器を備え、前記発生器は、磁石用支持構造体と、該支持構造体に位置決めされた複数の磁石とを有する、デバイスに関する。

前記デバイスにおいて、前記磁石は、前記複数の磁石を含む平面に沿った前記発生器の断面で、複数の側部を持つ多角形形状を有し、前記複数の磁石は角度をなすよう配置されており、磁極の数Ｐが２より大きな偶数となるような磁界を前記内部空間に発生させるため、磁石でできた少なくとも一つのリングを前記内部空間の周囲に形成しており、前記多角形形状は、六角形形状である。

各磁石は、発生器の前記断面内に所定の磁化方向を有する。前記少なくとも一つのリングの磁石は、磁石の磁化方向がΔｙ＝（（Ｐ／２）＋１）×Δθの角度進行に従うように位置決めされている。ここで、発生器の前記断面において、Δｙは、一つの磁石と次の磁石との間の磁化方向の変化量を表し、Δθは、一つの磁石と次の磁石との間の角度位置の変化量を表す（そしてＰは上述の磁極の数である）。

前記少なくとも一つのリングは、Ｐ個よりも多くの磁石を含む（即ち、磁界の磁極の数よりも多くの磁石を備えている）。このようにして、内部空間に亘り、磁気勾配が大きく且つ実質的に一定の磁界を得ることができ、既に知られているように、磁石の数が増えるに従って磁界の分布における歪みが、磁界源に最も近い領域で減少する（例えば、使用される磁石が４個しかない場合には、磁石の近くで勾配の「歪み」が発生するが、非常に多数の磁石を使用した場合には、勾配は、実際上、完全なものになる、即ち磁石の表面と非常に近い領域を除き、歪みが実質的にない）。

本発明のこの態様によれば、発生器の断面にＮ種類の磁石が設けられる。各種の磁石は、発生器の断面において、所定の幾何学的形状を有するとともに、その磁化方向と前記幾何学的形状との間には所定の関係がある。本発明のこの態様によれば、Ｎ＝１又はＮ＝２である。

このことは、一種類の磁石、又は独自の幾何学的形状及び磁化方向／幾何学的形状関係を各々有する最大でも二種類の磁石を使用することにより、少ない種類（一種類又は二種類）の磁石で大きな融通性を得ることができるため、有利である。このことは、理論的に見ても有利であり、小さな一連の分離器を製造する場合に特に重要である。本発明により、一種類の磁石だけを使用して、又は二種類の磁石を使用して、様々な大きさ及び特徴を持つ分離器を製造できる。このことは、例えば、一種類の又は二種類以上のテンプレートを使用して（磁性体の好ましい磁化方向を考慮に入れて）、切断した磁性体から得られた磁石に基づいて分離器を製造できるということを意味する。

発生器は、発生器の前記断面において、磁石の側部が、前記リング内で角度的に前後に配置された磁石と側部が当たらないように形成できる（しかしながら、各磁石は、互いに接触し且つ表面が互いに当たった幾つかの磁石片で形成されていてもよい）。磁石をこのように分配することにより、構造上、大きな融通性が得られ、これにより、磁石の形状又は寸法を変化させることなく、簡単な幾何学的形状を持つ磁石を使用して、同じ磁石を使用して、様々な寸法の構造を形成できる。本発明のこの形態によれば、リングを形成する磁石は、例えば、互いに接触しておらず、又は前記磁石のうちの少なくとも一つの磁石の二つの側部間の角とだけ、対応する接触点のところだけでリングの他の磁石と（別の磁石の角又は側部で）接触していてもよい。

本発明の別の態様は、磁性粒子分離処理が行われるべき対象を受け入れるための内部空間を持つ断面を有する不均一磁界発生器を備えた、磁性粒子を分離するためのデバイスに関する。

発生器は、磁石用の支持構造体と、この支持構造体に位置決めされた複数の磁石とを有し、前記磁石は、前記複数の磁石を含む平面に沿った発生器の断面で、複数の側部を持つ多角形形状を有する（これらの磁石は、更に、楕円形形状や円形形状であってもよい。これは、例えば円は、無限個の側部を持つ多角形と考えることができるためである）。

磁石は角度をなすよう配置されており、前記内部空間にＰ個の磁極で磁界を発生させるため、磁石でできた少なくとも一つのリングを内部空間の周囲に形成する。Ｐは、２以上の偶数である。

各磁石は、発生器の前記断面において所定の磁化方向を有し、前記少なくとも一つのリングの磁石は、磁石の磁化方向がΔｙ＝（（Ｐ／２）＋１）×Δθに従うように位置決めされる。ここで、発生器の前記断面において、Δｙは、一つの磁石と次の磁石との間の磁化方向の変化量を表し、Δθは、一つの磁石と次の磁石との間の角度位置の変化量を表す。前記少なくとも一つのリングは、Ｐ個よりも多くの磁石を含む（即ち、発生した磁界の磁極の数よりも多くの磁石を備えている。このようにして、内部空間に亘り、磁気勾配が大きく実質的に一定の磁界を得ることができる。既に知られているように、磁石の数が増えるに従って磁界の分布における歪みが、磁界源に最も近い領域で減少する。例えば、使用される磁石が４個しかない場合には、磁石の近くで磁気勾配の大きな「歪み」が発生するが、多数の磁石を使用した場合には、磁気勾配には、磁石の表面と非常に近い領域を除き、このような大きな歪みは発生しない）。

本発明のこの態様によれば、発生器は、発生器の前記断面において、磁石の側部が、前記リング内の角度的に前後に配置された磁石と側部が当たらないように形成される（しかしながら、各磁石は、表面を互いに当てて配置した幾つかの磁石片で形成されていてもよい）。

この形態により、磁石構造体の設計の時点で大きな融通性が得られ、これにより、一種類の磁石（又は、少なくとも少数の磁石）を使用して様々な寸法の構造体を形成できる。磁石が互いに接触していないか或いは少なくともこれらの磁石の表面が互いに当たっていないため、磁石の形状または寸法、あるいは磁石の幾何学的形状に関する磁化方向を変化させる必要なしに、多くの様々な磁石形態を得ることができる。

リングを形成する磁石は、例えば、互いに接触していないか或いは、リング内の角度的に連続した二つの磁石間で或る程度の接触がある場合には、この接触は、前記磁石のうちの少なくとも一つの磁石の二つの側部間の角と対応する（別の磁石の角又は側部に当たる）。

発生器の前記断面には、例えばＮ種類の磁石が設けられていてもよい。各種類の磁石は、発生器の断面において、所定の幾何学的形状を有するとともに、磁化方向と前記幾何学的形状との間に所定の関係があり、Ｎ＝１又はＮ＝２である。一種類の磁石、又は独自の幾何学的形状及び磁化方向／幾何学的形状関係を各々有する最大でも二種類の磁石を使用することにより、少ない種類の磁石で大きな融通性を得ることができる。これは、理論的観点から見て有利であり、特定の目的の製品を製造する場合は特に重要であり、これにより、使用されるべき磁石が１種類または２種類であった場合にも非常に様々な大きさ及び特徴を持つ分離器を形成でき、一つ又は二つのテンプレートを使用して切断した磁性体から全ての磁石を得ることができる。

上文中に説明した本発明の二つの態様のいずれも、多くの形態に従って実施できる。例えば、断面において、磁石はほぼ矩形又は六角形の多角形形状であってもよい。

本発明の別の態様は、磁性粒子を分離するためのデバイスに関し、このデバイスは、磁性粒子分離処理を行わなければならない対象を受け入れるための内部空間を持つ断面を有する不均一磁界発生器を備えている。この発生器は、磁石支持構造体と、この支持構造体に位置決めされた複数の磁石とを有している。磁石は、前記複数の磁石を含む平面に沿った発生器の断面において、複数の側部を持つ多角形形状を備えている。これらの複数の磁石は角度をなすよう配置されており、前記内部空間にＰ個の磁極で磁界を発生するため、磁石でできた少なくとも一つのリングを内部空間の周囲に形成する。Ｐは、２より大きな偶数である。

本発明のこの態様によれば、多角形形状は六角形形状である。六角形形状は、磁石の磁化方向と前記幾何学的形状との間の数種類の関係を使用して、規模を容易に変更できる構造体を提供できるため、非常に有用である。これにより利点が得られる（上文中の説明を参照されたい）。この構造体は、例えば、磁石でできた一つのリングを取り外すことによって規模を容易に変更できる。このような規模を容易に変更できる磁石でできた構造体、すなわち容易に拡大できる内部空間を備えた構造体は、磁石の側部を隣接した磁石の側部に当てて磁石を互いに接触させて蜂の巣（honeycomb）等の形状にすることによって形成できる。

各磁石は、発生器の前記断面に所定の磁化方向を備えており、前記少なくとも一つのリングの磁石は、これらの磁石の磁化方向がΔｙ＝（（Ｐ／２）＋１）×Δθの角度進行に従うように位置決めできる。ここで、発生器の前記断面において、Δｙは、一つの磁石と次の磁石との間の磁化方向の変化量を表し、Δθは、一つの磁石と次の磁石との間の角度位置の変化量を表す。

前記少なくとも一つのリングは、Ｐ個よりも多くの磁石を備えていてもよい（即ち、磁石の数は磁界の磁極の数よりも多くてもよい）。このようにして、Ｐ＝４の場合に磁気勾配が一定の磁界を内部空間に形成できる（Ｐ＞４の場合には、勾配は一定ではなく、例えばＰ＝６の場合には、勾配は線形をなして増大し、中央でゼロになる。このことは、分離の有効性が低いということを意味する）。磁界の極の数よりも多くの磁石を使用することにより、磁気勾配が内部空間に亘って大きく且つ実質的に一定の磁界を得ることができる。周知のように、磁石の数が増えると、磁界源に最も近い領域で、磁界の輪郭における歪みが減少する（例えば、４個の磁石しか使用しない場合には、磁石に近いところで勾配の「歪み」が発生する。しかしながら非常に多数の磁石を使用した場合には、勾配は、実際上、完全になる、即ち磁石の表面に非常に近い領域を除き、歪みが実質的にない）。

発生器の前記断面では、Ｎ種類の磁石が設けられている。各種類の磁石は、発生器の断面において、所定の幾何学的形状を有し、それらの磁化方向と前記幾何学的形状との間に所定の関係がある。Ｎは、例えば１又は２である。一種類の磁石、又は独自の幾何学的形状及び磁化方向／幾何学的形状関係を持つ最大でも二種類の磁石を使用することによって、大きな融通性を提供し、磁石の種類の数を減少する。これは理論的に見て非常に良く、小さな一連の製品を製造する上で特に重要である。本発明により、一種類の磁石だけを使用して又は二種類の磁石を使用して、非常に様々な大きさ及び特徴を持つ分離器を形成できる。

発生器は、その断面において、磁石の側部が、前記リング内で、その磁石の角度的に前後の磁石の側部に当たらないように形成できる（しかし、各磁石は、表面が互いに当たった幾つかの磁石片でできていてもよい）。これにより、構造上、大きな融通性が得られ、このため、磁石の形状又は寸法を変えることなく、同じ磁石又は複数の種類の磁石を使用して様々な寸法を形成できる。本発明のこの形態によれば、リングを形成する磁石が互いに接触しないように、又は磁石のうちの幾つか又は全てが接触するが、前記リング内の角度的に連続した二つの磁石間の接触が、前記磁石のうちの少なくとも一つの磁石の二つの側部間の一つの角と対応し、別の磁石の角又は側部に当たるように磁石を配置してもよい。

上文中に説明した本発明の態様のうちの任意の態様は、以下の任意の特徴のうちの幾つか又は全てを含む様々な形態に従って形成されてもよい。

断面において、磁石のリングを構成する磁石は、Δα＝（（Ｐ／２）＋１）×Δθの角度進行に従う幾何学的形状の方向を備えていてもよい。ここで、発生器の前記断面において、Δαは、一つの磁石と次の磁石との間の幾何学的形状の角度方向の変化を表し、Δθは、一つの磁石と次の磁石との間の角度位置の変化を表す。換言すると、磁石は、磁化方向を前記幾何学的形状に関して変化させるのでなく、磁石の幾何学的形状の角度方向を変化させるように配置される。これにより、元々の磁性体を一つのテンプレートを使用して切断できるため、即ち磁化と幾何学的形状との間の関係が同じ部品を製造できるため有利である。

磁極の数Ｐは４個であってもよい。これにより、内部空間に亘る磁界中に大きな一定の勾配が得られる。

磁石は、前記複数の磁石を含む前記平面に沿った発生器の前記断面において、等辺の多角形形状を形成する。

磁石は、平行六面体であってもよい。

断面において、磁石は、磁石でできた複数の同心のリングを含む形態で配置されていてもよい。

構造体は、前記断面に対して実質的に垂直なデバイスの長手方向軸線に沿って配置された、磁石でできた複数のリングを含んでいてもよい。

一つ又はそれ以上の磁石は、並べて配置された少なくとも二つの磁石片を有していてもよい。

支持構造体は、デバイスの長手方向軸線に沿って次々に位置決めされた複数の支持部材（例えばアルミニウムリングの形態の部材）を有していてもよい。各支持部材には、磁石を受け入れるため、磁石の幾何学的形状と一致する幾何学的形状の複数の穴が設けられている。

磁石は、例えば、ＮｄＦｅＢ、ＳｍＣｏ、Ｎｉで形成されていてもよく、又は更に一般的には、磁気異方性の、例えば磁気結晶異方性の磁石であってもよい（この特性を備えていない場合には、隣接した磁石が発生する磁界により磁石が減磁する危険性がある。これは、材料が鋼やＡｌＮｉＣｏである場合に生じる）。

本発明の別の態様は、対象（例えば、流体、例えば磁性粒子の懸濁液が入った容器）の磁性粒子を分離するための方法に関する。本発明のこの態様によれば、この方法は、上文中に説明した任意のデバイスの内部空間に対象を置く工程を含む。

本発明の特徴を、その実際の実施形態の好ましい例に従って説明し、良好に理解するため、一組の図面を前記説明と一体の部分として、例示の非限定的な方法で示す。

図１は、本発明のある好ましい実施形態の概略図であり、更に詳細には、支持体即ちベース２４の上に配置されたリング２１、２２、２３として概略的に示される例えばアルミニウム製の複数の支持リングを含む支持構造体２を示す。リング内の自由空間１は、磁性粒子分離処理が行われる試料即ち対象を受け入れる場所である。

リング２１（このリングの形態は、他のリング２２及び２３と同じであるか或いは実質的に同じである）からわかるように、支持リングは一連の穴即ちチャンネル２Ｂを有し、ここに、磁石が、これらの磁石間に及ぼされる引力又は斥力に関わらず、動かないように収容される。図示の構造には、更に、磁石が垂直方向に（即ち支持構造体の長手方向軸線と平行に）移動しないようにするカバー（図示せず）が設けられていてもよい。図１には、更に、穴２Ａを示してある。これらの穴２Ａには、リングを接合状態にしておくのに使用される真鍮製又はステンレス鋼製の幾つかのバーが位置決めされる。基本的には、これらのバーは、アルミニウム製のリング２１、２２、２３と、ベース２４と、カバー（図示せず）とともに支持構造体を形成する。

チャンネル即ち穴２Ｂに磁石を位置決めする。各磁石は、並べて配置されることにより磁石を形成する二つ又はそれ以上の磁石片を有している。磁石の断面は、穴即ちチャンネル２Ｂの断面と一致し、そのため、磁石は前記穴に遊隙なしで、又は非常に限られた量の遊隙で保持される。

図２は、図１に示す種類の支持構造体２において、構造体の支持リングに通した真鍮等でできた複数のバー２５を使用して、各々が複数の側部を持つ複数の磁石３を穴２Ｂに収容する方法を概略的に示す。詳細には、図２は、分離器の断面を示し、磁石３が、前記断面において、どのような多角形断面を備えているのか、詳細には矩形形状、又は更に詳細には正方形形状を有していることがわかる。磁石は、互いに接触していない。詳細には、側部即ち表面３ａ、３ｂ、３ｃ、及び３ｄを、隣接した磁石の表面又は側部に当てて配置した磁石はない（しかし、本発明の範囲を越えることなく、ある磁石の角を隣接した磁石の角又は側部と接触させることは考えられる）。図２からわかるように、磁石３は、磁石でできたリング４を形成するように配置され、これらの磁石の側部を互いに当てる必要がないということは、リング４に亘り、一つの磁石と次の磁石との間で磁化方向を変化させることができるということを意味する。これは、磁石及び支持構造体を構成する物理的な部品間の関係を適合させることによって行われ、（分離器の断面での）磁化方向と幾何学的形状との間の関係が様々となるよう磁石片を使用する必要がない。

この概念は、本発明のある実施形態における分離器の断面での磁石３の分布を示す、図３を見ることによって更に容易に理解されるであろう。図からわかるように、方向を即ち磁化方向５を示す矢印は、全ての磁石について、分離器の断面の平面内の磁石の幾何学的形状に関し、同じ関係を有する。

詳細には、全ての磁石の磁化方向は、それらの磁石の二つの側部と平行であり、他の二つの側部に対して垂直である。このことは、一片の磁性体を、同じテンプレートに基づいて、材料の磁化が容易な方向（即ち、材料のいわゆる「容易軸線(easy axis) 」と一致する方向）と平行な方向及び垂直な方向に切断することによって、全ての磁石を得ることができるということを意味する。

分離器の内部空間に四つの極の磁界を発生させる磁石３の分布を示すような図３に示すように、磁石リング４の磁石３の磁化方向５は、Δｙ＝３×Δθの角度進行(angular progression) に従う。ここで、Δｙは、発生器の断面における、ある磁石３と次の磁石との間の磁化方向５の変化を表し、Δθは、ある磁石３と次の磁石との間の角度位置の変化を表す。しかしながら、本発明によれば、これは、磁石の磁化方向を磁石の幾何学的形状に関して変化させることによって行われるのではなく、磁石の幾何学的形状の方向を支持構造体に関して変化させることによって行われる。詳細には、図３からわかるように、磁石リング４を形成する磁石３の幾何学的形状の方向は、Δα＝３Δθの角度進行に従う。ここで、分離器の断面において、Δαは、ある磁石３と次の磁石との間の幾何学的形状の角度方向５の変化量を表し、Δθは、ある磁石と次の磁石との間の角度位置の変化量を表す。換言すると、磁石の側部を、隣接した磁石の側部に当てる必要がないため、磁化方向の角度を、磁石を構成する物理的要素の方向の角度進行に対応して進めることができる。

図３に示すような形態では、発生した磁界（Ｂ）の誘導モジュールは、急激に増大し、リング４の中央（即ち、内部自由空間１の中央）におけるゼロ誘導から、縁部（磁石リングの近く）における高誘導まで変化し、勾配が実質的に一定であり、典型的な場合では、数Ｔ／ｍである。この一定の勾配により、内部空間に導入された試料、具体的には例えば少なくとも分離器の断面で内部空間の大部分を占める容器に入れた試料内の磁性粒子が、容器の壁に向かって移動する。図３において、リング４によって囲まれた「内部空間」１内の矢印は、磁化勾配、及び従って、試料中の磁性粒子に及ぼされる力の方向を示し、これにより、磁性粒子は、試料を収容した容器の壁に向かって移動する。図３のほぼ円形の線は、等位線、即ち磁界の強さの値が同じ点が形成する線を示す（このことは、この種の線及び矢印を示す他の図にも適用される）。

図４は、本発明の別のある実施形態による磁石分布を示す。この実施形態では、磁石３は二つのリングに分割されて分配されており、磁化方向５の角度進行は図３に示す形態と同じであるが、この場合、一方のリングが２２個の磁石を含み且つ他方の外側にあるリングが３０個の磁石を含む、磁石でできた二つのリングを使用し、図３の形態におけるのと同じ種類の磁石を使用し、磁界の勾配が比較的大きくなる。

図５は、本発明のある好ましい実施形態による、組み立て中の支持構造体を示す。詳細には、高さが約１０ｍｍの例えばアルミニウム製の三つのリング２１、２２、２３をベースプレート２４に固定する方法がわかる。これらのリングは、例えば１０ｍｍ厚のアルミニウムプレートをレーザーで切断することによって製造できる。

リングは、例えば真鍮製又は非磁性のステンレス鋼製のバー２５を含む固定システムによって互いに固定される。バー２５にはねじ山が設けられており、アルミニウム製のリングは、例えばプラスチック製のボルト２６を使用して所望の高さに固定される。組み合わせられて磁石３を構成する二つの部品３１、３２で各磁石３を形成する方法を概略的に示す。

図６は、別のアルミニウムリング２０を追加した、分離器の別の組み立て工程を示す。この図では、全ての磁石３が組み込んであり、各磁石３は、二つの部品３１及び３２を含む。図６に示す構造体は、三つの磁石層を有する。磁石は、例えばＮｄＦｅＢ磁石であってもよいし、得ようとする特定の性質に応じて、任意の他の適当な材料でできていてもよい。

図７は、本発明の別のある実施形態を概略的に示す。この実施形態では、処理が行われるべき試料又は対象を受け入れる内部空間１の周囲にリング状に配置した六角形断面の磁石３を使用した。この形態では、六角形断面の磁石を使用することによって、磁化方向５の角度を適切に進行させることができる。磁化方向と磁石の断面の幾何学的形状との間に単一の関係を形成すると同時に、磁石を側部と側部とを向き合わせて（即ち、同じ磁石の二つの側部を隣接した磁石の夫々の側部に当てた状態で）配置できる。これにより、構造的利点が得られる。

図８は、六角形の磁石でできた内リング及び外リングの二つのリングに基づく別の形態を示す。全ての磁石は、側面が、隣接した、同じリング及び別のリングの磁石の側面に当たっている。この場合、全ての磁石は、同じ幾何学的形状を有しているが、磁化と幾何学的形状との間に二種類の関係がある。ある磁石３Ａの磁化方向５は、磁石の二つの表面に対して垂直であり、他の磁石３Ｂの磁化方向は、二つの表面間の縁部に向かって移動することが理解されよう。

図９は、六角形断面の磁石による別の形態を示す。内部空間１は、磁気勾配の方向（矢印で）、及び幾つかの等位線、即ち磁界の断面の強さの値が同じ点に形成される線を示す。

これらの図から容易にわかるように、六角形形状の磁石でできた様々な「リング」を含む「蜂の巣形態」の形状は、規模を容易に変更できるシステムを設計できるため、大きな利点を有する。例えば、図８に示す形状を持つ分離器の内部空間１の直径を増大させるために、内リング等の磁石６を容易になくすことができる。

図１０には、完成した状態の、図５及び図６に示す設計に基づく分離器が示してある。この分離器には、外カバー２９及びカバー２７が設けられており、カバー２７は、バー２５（図１０には示さず）にねじ２８で固定されている。

本明細書中では、「備える（comprises）」等の用語（「備えている（comprising）」等）は、除外的であると捉えられるべきではない。即ち記載した要素が他の構成要素、工程等を含むということを除外しない。

更に、本発明は、上文中に説明した特定の実施形態に限定されることはなく、例えば、請求の範囲に記載の範囲内での当業者による変更（例えば、材料、寸法、構成要素、形態、等の選択に関する）も含む。

本発明のある実施形態による分離器の支持構造体の概略斜視図である。 本発明のある実施形態による分離器の断面図である。 本発明の別の実施形態による分離器の側断面での磁石の配向及びこれらの磁石の磁化方向の概略図である。 本発明の別の実施形態による分離器の側断面での磁石の配向及びこれらの磁石の磁化方向の概略図である。 本発明のある実施形態による、ある組み立て状態での支持構造体の斜視図である。 本発明のある実施形態による、別の組み立て状態での支持構造体の斜視図である。 六角形磁石による、ある実施形態の分離器の断面での磁石の構造の形態を示す概略図である。 六角形磁石による、別の実施形態の分離器の断面での磁石の構造の形態を示す概略図である。 六角形磁石による、更に別の実施形態の分離器の断面での磁石の構造の形態を示す概略図である。 本発明のある実施形態による、完成した状態の分離器を示す斜視図である。

Claims (7)

1. 磁性粒子を分離するためのデバイスであって、
   磁性粒子分離処理を行わなければならない対象を受け入れるための内部空間（１）を持つ断面を有する不均一磁界発生器を備え、
   前記発生器は、磁石用支持構造体（２）と、該支持構造体に位置決めされた複数の磁石（３）とを有し、
   前記磁石（３）は、前記複数の磁石を含む平面に沿った前記発生器の断面で、複数の側部を持つ多角形形状を有し、
   前記複数の磁石（３）は角度をなすよう配置されており、かつ、磁極の数Ｐが２より大きな偶数となるような磁界を前記内部空間（１）に発生させるため、前記複数の磁石（３）が、前記内部空間の周囲に少なくとも１つのリングを形成するようにリング状に配置されている、デバイスにおいて、
   前記多角形形状は、六角形形状であり、
   各磁石（３）は、前記発生器の前記断面内で所定の磁化方向（５）を有し、前記少なくとも一つのリング（４）の前記磁石（３）は、磁石の磁化方向（５）が、Δｙ＝（（Ｐ／２）＋１）×Δθの角度進行に従うように位置決めされ、ここで、前記発生器の前記断面において、Δｙは、一つの磁石と次の磁石との間の磁化方向（５）の変化量を表し、Δθは、一つの磁石と次の磁石との間の角度位置の変化量を表し、
   前記多角形形状は、正六角形形状であり、
   隣接する２つの前記磁石（３）の側面は、互いに平行に向き合わされており、
   前記複数の磁石（３）は、内リング及び外リングの少なくとも二つの同心のリングを形成するように配置されている、ことを特徴とするデバイス。
2. 請求項１に記載のデバイスにおいて、
   前記発生器の前記断面において、前記複数の磁石（３）は、磁化方向と前記六角形形状との間の関係に基づいてＮ種類に分類され、Ｎ＝１又はＮ＝２である、ことを特徴とするデバイス。
3. 請求項２に記載のデバイスにおいて、
   磁極の数Ｐ＝４である、ことを特徴とするデバイス。
4. 請求項２に記載のデバイスにおいて、
   前記断面において、前記複数の磁石は、複数の同心のリングを構成するようにリング状に配置されている、ことを特徴とするデバイス。
5. 請求項４に記載のデバイスにおいて、
   前記構造体は、前記断面に対して実質的に垂直なデバイスの長手方向軸線に沿って配置された、複数の磁石をリング状に配置することによって構成された複数のリングを有する、ことを特徴とするデバイス。
6. 請求項２または３に記載のデバイスにおいて、
   前記支持構造体（２）は、前記デバイスの長手方向軸線に沿って次々に位置決めされた複数の支持部材（２１、２２、２３）を有し、各支持部材は、前記磁石（３）を受け入れるため、前記磁石（３）の前記幾何学的形状と一致する幾何学的形状の複数の穴（２Ｂ）を有する、ことを特徴とするデバイス。
7. 対象の磁性粒子を分離するための方法において、
   請求項１乃至６のうちのいずれか一項に記載のデバイスの前記内部空間に前記対象を位置決めする工程を含む、ことを特徴とする方法。

Images