NO331333B1 - Apparat for oppsamling og frigiving av magnetiske partikler - Google Patents

Abstract

Oppfinnelsen angår et kar og en stang som brukes i karet for å samle magnetiske partikler fra en væske som inneholder partiklene i karet, eller for å utløse partiklene i en væske i karet. Avstanden fra stangen (3) når den settes inn i karet (1) er stor nok ved hvert punkt til å hindre at det dannes en ring eller del av en ring mellom karet og stangen, hvilken ring ville bli fjernet sammen med stangen. På denne måten blir væsken hindret fra å bli fjernet fra karet sammen med stangen.

Description

Foreliggende oppfinnelse angår prosessering av sammensetninger inneholdende magnetiske partikler, i hvilke partiklene blir samlet fra et kar inneholdende sammensetningen eller blir utløst som en sammensetning i karet, og i hvilket en magnetisk stang blir brukt til å samle partiklene på sin spiss eller å utløse den fra spissen. Oppfinnelsen angår spesielt karet og stangen som brukes i prosesseringen. Oppfinnelsen kan brukes for eksempel i forskjellige metoder for produksjon, rensing og analyse.

Magnetiske partikler blir brukt i forskjellige kjemiske prosesser som en fast fase til hvis overflate en gitt komponent fester seg. Pga. partiklene blir den tilgjengelige overflate av den solide fase så stor som mulig. Partikkelstørrelsen er typisk i området fra 0,05 til 10 u,m. Partiklene kan beveges ved hjelp av et magnetisk felt. For eksempel i en oppløsning kan de således bli overført til veggen av karet, slik at den resterende opp-løsning kan fjernes fra karet ved dekantering eller pipettering. Partiklene kan også bli skilt fra oppløsningen ved neddykking av en magnetisk stang i oppløsningen. Magnetiske stenger er også kjent, som omfatter en vertikalt bevegelig magnet inne i et deksel. Med magneten i den nedre posisjon, kan partiklene bli samlet på stangens overflate, spesielt ved dens ende. Når magneten heves til en øvre posisjon, kan partiklene bli utløst fra stangen.

WO 94/18565 beskriver stenger som brukes for samling og overføring av magnetiske partikler. De er fortrinnsvis utstyrt med et deksel med en skarp spiss som omgir en bevegelig magnet. Karet som brukes sammen med stangen kan ha en bunn som passer til formen av stangens spiss. Mellomrommet mellom stangen og karets vegg er gjort smal med hensikt, for å gjøre at væsken flyter så raskt som mulig mellom stangen og karets vegg når stangen beveges vertikalt. Dette forbedrer blanding og masseoverføring.

WO 87/05536 viser til en fremgangsmåte og apparatur for å samle ferromagnetiske partikler i gass eller væske. Apparatet har en magnetisk stang for oppsamling og er utstyrt med en fjær for å kontrollere bevegelsene til stangen.

I følge denne oppfinnelse oppnås dette formål ved et apparat for å samle partikler fra en væske som inneholder partiklene i et kar, eller for å frigjøre partiklene i en væske i karet ved hjelp av en magnetisk stang og som har de karakteristiske trekk angitt i krav 1.

Ifølge oppfinnelsen omfatter apparatet i hvilket karet blir behandlet ved hjelp av stangen, en vertikal elastisk anordning som gir etter når stangen blir senket mot karets bunn. Dette gir kompensasjon for plasseringsfeil forårsaket ved posisjoneringstoleranser av den vertikale bevegelse, og ved fremstillingstoleranser av stangen og karet. Den elastiske anordning, så som en fjæranordning, kan anordnes i en base inkludert i apparatet for karet, i stangen eller dens aktiveringsanordning eller i en plate som omfatter flere kar.

Karet er fortrinnsvis symmetrisk, så som sirkelrundt i tverrsnitt, og tverrsnittsformen av stangen er tilpasset tverrsnittsformen av karet. Stangen er utstyrt med en magnet ved hjelp av hvilken partikler blir samlet på stangens overflate, fortrinnsvis ved dens endeområde. Magneten er fortrinnsvis en slik magnet hvis aksjon kan elimineres, slik at partiklene kan bli utløst fra stangens overflate.

Magneten er fortrinnsvis en permanent magnet, og mest å foretrekke en magnet som kan bli skiftet mellom en samlingsposisjon og en utløsningsposisjon inne i stangen. Retningen av bevegelsen er spesielt lengderetningen av stangen. Samlingsposisjonen av magneten er fortrinnsvis den nedre posisjon, hvorfra den kan heves til en utløsnings-posisjon. Magneten har fortrinnsvis en lengde som er betydelig større enn dens bredde. Dette tillater partikler å bli effektivt samlet på stangens spiss. Av samme grunn forblir den øvre ende av magneten fortrinnsvis kontinuerlig ovenfor sammensetningens overflate mens partiklene blir samlet (se WO 96/12958). For dette formål kan lengden av magneten være betydelig større enn høyden av væskekolonnen som skal behandles. I magneten er forholdet mellom dens lengde til bredde fortrinnsvis minst omkring 5:1, og mest å foretrekke minst 10:1. Stangen skrår fortrinnsvis nedover ved hvert punkt og ender i en skarp spiss. På denne måten har stangen, når den løftes fra væsken, en tendens til å holde så liten mengde væske som mulig (se WO 94/18565 og WO 94/18564). Bruken av en lang magnet tillater mer effektivt operasjon i små volumer. En lang magnet er nyttig også i store volumer, fordi den forstørrer den dynamiske området ved begge ender. Spissen har fortrinnsvis også et avsmalnet konkavt spissområde, slik at partikler blir effektivt utløst fra stangens spiss og inn i et lite kar av samme størrelsesorden som spissdelen av stangen (se WO 96/12959). For at magnetfeltet skal bli innrettet med denne spissdel så effektivt som mulig, er høyden av spissdelen relativt liten sammenliknet med magnetens diameter. Typisk er forholdet av høyde av spissdelen til magnetens diameter 1:1 - 1:2, så som omkring 1:1,5. Den flate form av spissen har også det formål å oppnå et pålitelig operasjonsvolum som er så lite som mulig.

Partikler kan bli samlet med et spesifikt apparat, i hvilket karet kan plasseres og som omfatter en anordning for å bevege stangen (se WO 94/18565).

Vanligvis har et antall kar vært sammenføyd for å danne en plate, spesielt en matriseformet plate, som omfatter flere rekker av kar i rekkefølge. En vanlig brukt plate er den som er kalt en mikrotitrasjonsplate, omfattende 8-12 kar eller brønner, ved 9 med mer intervaller. En plate med tilsvarende ytre dimensjoner og 16-24 brønner er også brukt. Apparatet ment for behandling av platene kan omfatte en rekke stenger lik antallet brønner i én rekke (se WO 94/18565 og Thermo Labsystems Kingfisher Magnetic Particle Processor). Apparatet tillater også operasjon av flere, så som to plater samtidig, spesielt i parallell.

Mellomrommet mellom karet og stangen kan være stort nok til å hindre dannelse av væskering eller en ringdel som stiger sammen med stangen og dermed fjerner væske fra karet. M.a.o., væsken strømmer nedover mellom stangen og karet under tyngdekraften. Stigende vann kunne strømme over kanten av karet, for eksempel inn i et tilstøtende kar eller i spissen av en fjernet spiss til det etterfølgende prosesstrinn. Et passende mellomrom mellom stangen og karet kan være minst omkring 1 mm, så som omkring 1,5 mm, og fortrinnsvis minst 2 mm. I vanlige tilfeller vil ikke et mellomrom på mer enn 3 mm gi noen ytterligere fordel i denne sammenheng.

Karets bunn kan omfatte en posisjonsforsenkning, inn i hvilken stangens spiss er montert med stangen med tilstrekkelig avstand fra den indre vegg av karet ved hvert punkt. Posisjoneringsforsenkningen tjener til å kompensere for posisjoneringsfeil forårsaket ved horisontal bevegelse av stangen og karet. Forsenkningens sentrum omfatter fortrinnsvis et horisontalt område, hvis bredde tilsvarer posisjoneringsmarginen. Forsenkningsformen er fortrinnsvis identisk med spissområdet av stangen, slik at mellomrommet mellom forsenkningen og spissdelen blir så liten som mulig. Mellomrommet er fortrinnsvis 0,05-0,3 mm på det meste, så som 0,1-0,2 mm. Når et symmetrisk kar og stang er brukt, vil forsenkningen være plassert ved sentrum av karet. Det horisontale området har typisk en bredde i området 0,5-2 mm, så som omkring 1 mm. Stangen er imidlertid fortrinnsvis slik at den er brukbar også i konvensjonelle kar med en flat eller konkav bunn av forskjellige størrelser.

Oppfinnelsen er egnet for bruk spesielt under operasjoner i meget små volumer. Den nedre grense kan være for eksempel 10 u. eller til og med 5 u. Oppfinnelsen er egnet for bruk også når partikler samles fra et relativt stort volum, for eksempel en bakterie-kultur, og blir overført inn i et volum som kan være opptil flere ganger mindre.

Oppfinnelsen skal i det følgende beskrives nærmere under henvisning til tegningene, hvor figur 1 viser trinnene med samling av magnetiske partikler med stangen fra en liten mengde væske i karet ifølge én utførelse av oppfinnelsen, figur 2 viser trinnene med utløsning av magnetiske partikler som er festet til stangen på figur 1 inn i en liten mengde væske i karet på figur 1, figur 3 viser et apparat ifølge oppfinnelsen utstyrt med en fjæranordning.

Den sirkelrunde brønn 1 vist på figurene 1 og 2, omfatter, i bunnens senter, en bunnforsenkning 2 med relativt bratte kanter. Det er væske i brønnforsenkningen.

Sammen med brønnen 1 er det brukt en stang 3, som har et sirkelrundt tverrsnitt og en diameter betydelig mindre enn diameteren av brønnen, men enda større enn diameteren av forsenkningen. Stangen har en intern utboring som begynner fra den øvre ende og en langstrakt permanent magnet 4 som kan beveges inne i utboringen. Når magneten er i den lavere posisjon inne i stangen, kan magnetiske partikler bli samlet opp på stangens spiss (figur 1). Spissdelen 5 av stangen smalner av for å få plass i bunnforsenkningen 2 av brønnen.

Magnetiske partikler som fester seg til stangen 3 kan utløses i væsken i brønnen 1 (figur 2). For denne virkning blir stangen innført i brønnen med magneten 4 i den nedre posisjon, magneten blir fjernet, og deretter stangen uten magneten, slik at partiklene forblir i væsken i brønnen. Tilsvarende, hvis det er partikler i væsken som er i brønnen, med magneten i den nedre stilling, blir partiklene samlet fra væsken og over på stangens spiss. Når stangen og magneten fjernes sammen, blir partiklene fjernet sammen med dem.

Spissdelen 5 av stangen 3 er konkav og ender i en skarp spiss. Når således partikler blir utløst, blir de skrapet av inn i forsenkningen 2 så komplett som mulig, og når stangen løftes fra væsken har den en tendens til å holde på væsken i så liten mengde som mulig. Når partikler samles, fester de seg til den konkave del av spissen, som omgir den som en ringformet masse. Forsenkningsveggen har en tilsvarende konveks form, slik at mellomrommet mellom stangens spissdel og brønnen er så liten som mulig. Når stangspissen ligger an mot den forsenkede bunn, vil væsken automatisk finne veien inn i mellomrommet pga. adhesjon og overflatespenning. Væsken fukter således hele spissdelen, hvor partikler kan være til stede når de blir brakt inn i brønnen med stangen. Væsken forblir fast i mellomrommet med stangen på plass i forsenkningen. Når stangen løftes fra forsenkningen, vil væske som omgir spissdelen effektivt feie partiklene sammen med toppen til bunnen ved hydrodynamiske krefter.

Når mellomrommet mellom stangen 3 og veggen i brønnen 1 er stort nok, vil ingen væskering eller del av den som stiger sammen med stangen bli dannet i denne åpningen. Et passende mellomrom er omkring 1 mm. I praksis vil ikke et mellomrom på omkring 3 mm gi noen ytterligere fordel i denne sammenheng. For å bryte en stigende væskering som kan ha steget i eksepsjonelle tilfeller, kan munningsdelen av brønnen bli ytterligere forstørret (se WO 94/18565 figur 5). De høye laterale vegger av brønnen hindrer væske fra å bli spilt over til utsiden. På denne måten, hvor det er nødvendig, kan væskemengde mange ganger større enn volumet av bunnforsenkningen 2 brukes i samme brønn.

Bunnen av brønn 1 har en slik form at en liten mengde av væske dosert inn i brønnen finner sin naturlige vei inn i bunnforsenkningen 2 så komplett som mulig. I forsenkningen vil den frie overflate av væske være ved et minimum, slik at væsken har en tendens til å forbli der under påvirkning av overflatespenning. For at væsken ikke skal forbli i hjørnet mellom veggens bunn og den ytre vegg, er dette hjørnet gitt en litt kurvet form. En passende kurvaturradius av hjørnet er for eksempel 0,5-2 mm, så som omkring 1 mm.

Bunnen av brønnen 1 er kontinuerlig skrånende fra hjørnene til bunnforsenkningen 2. Væsken vil således strømme naturlig inn i bunnforsenkningen.

Bunnen av bunnforsenkningen 2 i brønn 1 omfatter et sentralt horisontalt område 6. Bredden av området er bestemt ved posisjoneringstoleranser, slik at det er sikret at spissen på stangen 3 alltid treffer dette horisontale området. Det vil være plasseringsfeil hvis brønnen eller stangen beveges horisontalt. Bredden av det horisontale området er da (minst) to ganger den forventede posisjoneringsfeil. Den passende bredde av området er typisk 0,5-2 mm, så som omkring 1 mm. Av samme grunn er mellomrommet mellom spissdelen 5 av stangen og veggen i bunnforsenkningen noe større ved bunnenden enn ved toppenden. Målet er å redusere mellomrommet til et minimum. Det er typisk 0,1-0,2 mm.

Forholdet av lengden til diameteren av magneten 4 er omkring 13:1. Pga. den lange magneten blir partiklene samlet så komplett som mulig presist til spissområdet av stangen 3. Av denne grunn er høyden på spissdelen forholdsvis liten sammenliknet med magnetens diameter. Typisk vil forholdet av høyden på spissdelen til magnetens diameter være 1:1-1:2, så som omkring 1:1,5.

I den såkalte mikrotitreringsplate, når brønnene er plassert ved 9 mm intervaller, kunne dimensjoneringen av en brukbar brønn 1 og stang 3 være som følger: Indre diameter av brønnen 7 mm, ytre diameter av stangen 4 mm, indre dybde av brønnen (uten bunnforsenkning 5) 10 mm, dybden av bunnforsenkningen og høyden av stangens spissområde 1,5 mm, bredden av den flate bunn 6 av forsenkningen 1 mm, kurvaturradius av bunnhjørnene av veggen omkring 1 mm, kurvaturradius av bunnforsenkningsveggen omkring 5 mm, konkavitetsradius av stangspissen omkring 4 mm, høyde av magneten 4 omkring 40 mm og diameter av magneten omkring 3 mm. Mht. brønnen av mikrotitreringsplate, er en slik magnet egentlig for lang, men den samme stang kan imidlertid brukes i større brønner, for eksempel med en høyde på omkring 25 mm, hvor volumet er i størrelsesorden 500 ul. En ganske lang magnet har også fordelen av å være lett å feste til støttestrukturer av apparatet uten å kreve en mellomliggende adapter.

Bunnforsenkningen 2 og slangens spissdel sikrer at mellomrommet mellom veggen av brønnen 1 og stangen 3 er stort nok til at stangen kan bli satt inn hele veien til forsenkningens bunn, til tross for plasseringstoleranse forårsaket av den transversale bevegelse.

Stangen 3 kan også brukes i en konvensjonell brønn med flat eller konkav bunn.

Den vertikale bevegelse har også spesifikke toleranser, og som et resultat vil ikke spissen av stangen 3 nødvendigvis alltid nå sin nederste posisjon ved brønnens bunn. Med typisk apparatteknikk er den maksimale feil forårsaket av dette omkring ± 0,5 mm. Den relative skråstilling av stangen og brønnen forårsaker en ytterligere feil. Feilen forårsaket ved dette kan typisk være omkring ± 0,3 mm. Den relative skråstilling av en plate omfattende flere brønner og en matrise omfattende flere stenger, forårsaker en ytterligere feil. Denne feilen er imidlertid liten sammenliknet med de som er nevnt ovenfor.

Karet og stangen kan lages av et passende plastmateriale, for eksempel polypropylen. Apparatet kan utstyres med en vertikal fjæranordning for å kompensere for vertikale bevegelsestoleranser.

Anordningen vist på figur 3 viser en plate 7, som omfatter et antall av brønner 1. Likeledes er et antall stenger lik antallet av brønner i en rekke forbundet med en arm parallelt med rekken for å danne en samtidig beveget rekke av stenger. Hver stang 3 holder en magnet 4 festet til armen 8. Ved sin øvre ende har armen en gripeanordning 9, med hvilken armen blir beveget vertikalt. Platen er plassert på en base 10. Basen gir etter i vertikal retning pga. den vertikale fjæranordning 11. Når rekken av stenger føres inn i brønnen, blir den drevet mot bunnen 6 av bunnforsenkningen 2 og til og med noe lengre. Fjærene vil så balansere avstanden mellom spissen og bunnen av hver stang til et minimum (nesten til null i praksis).

Istedenfor basen 10, kan festearmen av stengene 4 være utstyrt med fjærer.

I tillegg eller som et alternativt, kan hver arm 8 være utstyrt med en fjær separat. For dette formål er gripeanordningen 9 plassert glidende mellom en øvre stopper 12 og en nedre stopper 13 i armen, og mellom gripeanordningen 1 og den nedre stopper er det en fjær 14 som presser gripeanordningen oppover.

Fjæranordningen er spesielt nyttig når en meget liten brønn (for eksempel 5 til 10 er brukt. De ter også spesielt nyttig når store plater eller plater omfattende mange brønner er brukt.

Claims (3)

1. Apparat for å samle magnetiske partikler fra en væske som inneholder partiklene i et kar, eller for å frigjøre partiklene i en væske i karet ved hjelp av en magnetisk stang (3, 4), hvor stangen settes inn i karet og fjernes fra karet etter innsamlingen eller frigjøringen, hvor apparatet omfatter en vertikal elastisk anordning,karakterisert vedat stangen ved innsetting i karet senkes mot karets bunn og at den elastiske anordningen (11, 14) gir etter i stangens bevegelsesretning for å kompensere for posisjonsfeil når stangen senkes mot bunnen.

2. Apparat ifølge krav 1,karakterisert vedat den elastiske anordningen er en fjæranordning (11, 14).

3. Apparat ifølge krav 1 eller 2,karakterisert vedat den elastiske anordningen (11, 14) er anordnet i en base i karets apparat eller i stangen eller dens aktiveringsutstyr eller i en plate som omfatter flere kar.