JP5801356B2 - 液体媒体中で磁性粒子を操作及び混合するためのデバイス及び方法 - Google Patents
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Description
確実に、異なる試薬の正確な制御(マイクロフルイディクスによって許容された)として非常に重要であり、生物学的種及びその反応の処理(磁性粒子によって許容された)は、単一システム内に一緒に統合されるであろう。
(a)ギャップを横切り互いに対向し、前記ギャップの狭い末端から前記ギャップの広い末端まで開散する、少なくとも一対の磁極であって、前記ギャップを有する前記磁極が前記ギャップ領域中に磁場勾配を提供するように配置される好ましくは閉じた電磁気回路の別の部分である、少なくとも一対の磁極と;
(b)懸濁液中に前記磁性粒子を含む、マイクロ流体ネットワークの一部分であり、前記電磁極のギャップ内に配置された反応チャンバであって、当該反応チャンバ内外へ前記液体媒体を誘導及び除去のための入口/出口末端を有し、前記反応チャンバの末端が前記ギャップの狭い及び広い末端と対応するように前記ギャップに沿って、その末端間に延在する反応チャンバと;
を具え、
(c)好ましくは、前記磁極の各々が、前記反応チャンバを横切る磁場勾配の最大値の位置の時間変化を誘起するのに合わせて変化する極性と振幅を有する磁場配列で操作され、それによって、粒子の霧が前記反応チャンバの全体積をカバーするように使用中の前記粒子に相対的な並進及び回転運動をさせることを特徴とするデバイスである。
(1)粒子の鎖状凝集体を分解あるいは阻害し、相対的な力学動作中の粒子の霧として懸濁液中で前記粒子を維持するのに有効な、時間通りに変化する極性と強度を有する磁場配列を、前記電磁極から適用するステップと;
(2)配列中の異なる磁極からの磁場を組み合わせて、前記反応チャンバを横切る前記粒子の霧の転置を誘起し、これによって、前記粒子の霧が準即時的に又はある期間にわたり、反応チャンバの体積全体を実質的に占有するステップと;
からなる磁極操作メカニズムに関する。
(a)マイクロ流体ネットワークの一部分であり、開散−収束部分を伴う少なくとも1の空洞を有する反応チャンバと;
(b)当該チャンバの両側に配置されて、外部磁気回路の一部分である磁極を受け入れる開口部と;
を具え、
(c)前記磁極が、前記反応チャンバの開散−収束部分で共通に開散/共通に収束する方法で幾何学的に配置される;
ことを特徴とする。
(a)各々の前記電磁極からの時間通りに変化する極性と強度を有する磁場配列を適用するステップと;
(b)各磁極からの磁場を組み合わせて、前記反応チャンバの全体積を横切る磁場勾配の最大値の位置(転置)の連続的な時間変化を誘起するステップと;
(c)前記粒子を均一に分配させ、前記反応チャンバの体積の実質的な部分にわたり、粒子の霧として力学的に動作するステップと;
を具えている。
を可能にする。一般的な例は、この手順を限定しないが、酵素結合アッセイ、タンパク質及び核酸抽出、又は化学発光法、NASBA、TMAあるいはPCRのような酵素の信号増幅法に基づく検出法である。
磁極1及び1’:B=B0sin(2πf1t) (1)
に適用され、磁界の極性の永続性変化のために、磁気凝集(鎖)は磁界の周波数(f1)をとともに減少するサイズを有する小さな粒子の鎖状構造へ分解するであろう。最終的に粒子は相対的な力学運動における粒子の霧として振る舞うであろう。「振動する」磁場の使用を特徴づける別の重要な現象は、粒子凝集分解に更に寄与する(粒子が同じ速度で回転しないという事実による)粒子間の負の双極相互作用の生成である。例えば、粒子が磁極方向に凝集塊として大部分引き込まれるような静止磁界の場合(図1(a)に示したような)と対照的に、振動する磁場においては、粒子(回転中の)は、反応チャンバの断面にわたって均一に与えられる傾向にある(図5(a)に示したように)。言い換えれば、振動する磁場の下では、粒子は粒子間の反発的な磁力の発生のためにより大きな空間を占有する傾向にある。
磁極1:B=B0sin(2πf1t+π)、
磁極1’:B=B0sin(2πf1t) (2)
へと変化して、磁力(5)の方向に変化を生じ、磁力(5)の方向に従いX方向の軸方向に、反応チャンバの狭いセグメントから広いセグメントまで粒子(9)を動かす。
(及び)検出のような生化学的プロセスの実行に強い効果を有する。更には、開示された磁性粒子処理概念の1の重要な要素は、粒子操作手順が、検討中の生化学プロセスに対応して再適応あるいは調整されうることである。
図7の操作配列は、基本配列として用いられる時間変化する(振幅及び極性)磁場を用いて操作する間に、どのようにして磁性粒子を各磁極からの磁場の組合せに従って移動できるかの例示である。この移動中、粒子は粒子の霧として反応チャンバの全体積を実質的にカバーし、それによって混合を保証する。「不連続な」配列として示されているが、図7に示すような粒子の配列は、磁極操作配列に従う回転磁場として得られる。
磁極1及び10’:B=B0sin(ft)、
磁極1’及び10:B=B0sin(ft+π/2) (3)
式(4)は本発明による混合を得るための別の操作配列を示している。
磁極1及び10’:B=B0sin(f1t)sin(f2t)、
磁極1’及び10:B=B0sin(f1t)sin(f2t+π/2) (4)
式(5)は本発明による混合を得るための別の操作配列を示し、式(1)の回転する磁場の周波数は、「変調」される。
f=f0+f1sin(Ωt) (5)
ここまでの例では、「回転する磁場」を用いることに基づいていたが、粒子の霧の線形操作配列を更に用いて、混合して均一状態に到達させることができる。線形操作モードの一般例は、粒子を図7(b)で示されるように操作配列:
磁極1及び1’:B=B0sin(ωt)、
磁極10及び10’:B=B0sin(ωt+π) (6)
を用いて粒子を、外側境界へ移動させることによって得ることができる。
磁極1及び1’:B=B0sin(ωt)、
磁極10及び10’:B=B0sin(ωt+π/2) (7)
によって反応チャンバの左隅(狭い部分)に移動できる。
磁極1及び1’:B=B0sin(ωt+π/2)、
磁極10及び10’:B=B0sin(ωt) (8)
によって得ることができる。
本実施例では、開示した磁性粒子デバイス及び方法が、挿入されたプラスミドを有するバクテリア(大腸菌)培養液からのDNAの抽出に用いられている。抽出のために、Roche Diagnostics社(スイス)のMagNA Pure LCキットが用いられる。このキットの特殊性は、磁性粒子が約200エルステッドの抗電界で強磁性反応を示すことである。
この実施例においては、開示された磁性粒子及び方法はヒトの血液全体からのDNA抽出に用いられる。抽出のために、Roche Diagnostics社(スイス)のMagNA Pure LC キットIIが例4と同一のプロセス及びプロトコルで用いられる。
Claims (13)
- 磁性粒子を周囲媒体と混合する方法において、前記磁性粒子が、マイクロ流体ネットワークの一部分である反応チャンバに保持され、前記反応チャンバが、前記反応チャンバ内外へ前記液体媒体を誘導及び除去するための入口及び出口末端を具えており、少なくとも一対の電磁極が前記反応チャンバを横切って互いに対向し、前記反応チャンバが、前記反応チャンバの全体積をカバーし液体流動状態下の反応チャンバ中で前記磁性粒子を保持するよう用いられる磁場勾配を生成し、前記方法が:
(a)粒子の鎖状の凝集体を分解あるいは阻害し、相対的な力学動作中の粒子の霧として懸濁液中で前記粒子を維持するのに有効な、時間通りに変化する極性と強度を有する磁場配列を、前記電磁極から適用するステップと;
(b)配列中の異なる磁極からの磁場を組み合わせて、前記反応チャンバを横切る磁場勾配の最大値の位置の連続的な時間変化を誘起し、これによって、粒子の霧が実質的に前記反応チャンバの全体積をカバーするように、使用中の前記粒子に相対的な並進及び回転運動をさせるステップと;
を具えることを特徴とする方法。 - 請求項1に記載の方法において、配列中の異なる磁極からの磁場を組み合わせて、前記粒子を分離又は拘束し、前記粒子が前記反応チャンバの体積中の部分体積を占有するようにするステップを更に具えることを特徴とする方法。
- 請求項1に記載の方法において、ステップ(b)中に、前記粒子のサイズ及び前記粒子混合の均一性は、前記磁場の周波数及び振幅をそれぞれ変えることによって制御されることを特徴とする方法。
- 磁性粒子をマイクロ流体デバイスの一部分であり懸濁液中の粒子を含む反応チャンバのサンプルと混合するための請求項1に記載の方法において:
(a)配列中の異なる磁極からの磁場を組み合わせて、前記粒子を分離又は拘束し、前記粒子が前記反応チャンバの体積中の部分体積を占有するようにするステップと;
(b)前記反応チャンバ内に規定量のサンプルを注入するステップと;
(c)配列中の異なる磁極からの磁場を組み合わせて、前記反応チャンバを横切る前記粒子の霧の転置を誘起し、これによって、前記粒子の霧が規定の期間にわたって、前記反応チャンバの体積全体を実質的に占有するステップと;
(d)前記サンプルの全容量が前記磁気粒子と混合されるまで、連続した方法で、ステップ(a)−(c)を繰り返すステップと;
を更に具えることを特徴とする方法。 - 請求項1に記載の磁性粒子を混合する方法において、前記反応チャンバが開散及び収束部分を伴う少なくとも1のセグメントを有し、少なくとも一対の電磁極が前記反応チャンバを横切って互いに対向し、前記反応チャンバの開散及び収束部分で開散及び収束する方法で幾何学配置されることを特徴とする方法。
- 請求項5に記載の方法において、前記磁極が4極構造を形成することを特徴とする方法。
- 請求項1乃至6のいずれか1項に記載の磁性粒子を周囲液体と混合する方法において、前記粒子が、液流によって前記反応チャンバ中に運ばれる少なくとも1の標的分子と前記粒子を選択的に結合できるように設計されることを特徴とする方法。
- 請求項1に記載の方法において、前記反応チャンバの容量が、0.1μl乃至500μlであることを特徴とする方法。
- 請求項4に記載の方法において、ステップ(b)の間に注入された試薬の容量が、前記反応チャンバの容量以下であることを特徴とする方法。
- 請求項1に記載の方法において、前記時間変化した磁気配列は、実質的に矩形、正弦、鋸歯状、非対称三角形、又は対称三角形の形態、あるいは前記形態のいくつかの組み合わせを有することを特徴とする方法。
- 請求項10に記載の方法において、前記磁場の脈動あるいは振動周波数は、0.1Hz乃至1000Hzの間であることを特徴とする方法。
- 請求項1に記載の方法において、前記粒子の霧が、準即時的に、前記反応チャンバの体積全体を実質的に占有することを特徴とする方法。
- 請求項1に記載の方法において、前記粒子の霧が、ある期間にわたり、前記反応チャンバの体積全体を実質的に占有することを特徴とする方法。
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