[发明专利]用于分离磁性粒子的装置

说明书

本发明涉及一种用于根据磁性粒子的属性，特别是它们的磁化率， 分离该磁性粒子的装置和方法。而且它涉及这种装置的应用。

在许多化学和生物工艺中越来越多地使用微观的磁性粒子。在这 个方面，WO2005/072855 A1描述了用于通过经与固定到对应容器的 多个局部磁性元件结合的旋转式外部磁场移动磁性粒子来诱导样本 流体流的装置。然而，没有实现根据粒子的物理属性分离粒子。

基于这种状况，本发明的目的是提供用于根据磁性粒子的物理属 性分离磁性粒子(特别是具有小于大约1微米的直径的粒子)的装置。

该目的通过根据权利要求1的设备、根据权利要求14的方法和 根据权利要求17的用途来实现。在从属权利要求中公开了优选实施 例。

根据本发明的装置(排他地或尤其)用于分离不同物理属性(例 如不同的磁化率、尺寸或质量)的磁性粒子。磁性粒子例如可以是文 献中描述种类的磁性纳米粒子或磁珠，其用在磁性生物传感器中。该 设备包括下列组件：

a)样本室，在其中，粒子可以在一些非磁性影响下运动。 这种非磁性影响的典型实例是作用于带电的或极化的粒子上的 电力、粘性阻力或热能。

b)磁场发生器，其用于生成将磁驱动力施加到磁性粒子上 的磁驱动场，其中，所述磁驱动力对不同属性的粒子的运动产生 不同的影响。因此，在磁驱动力影响下的粒子的连续运动将在宏 观尺度上分离不同属性的粒子。

设备具有以下优点：它利用了一些非磁性影响与磁性驱动力之间 的相互作用，以生成或改变最终将分离磁性粒子的磁性粒子运动。通 过改变非磁性与磁性相互作用之间的相对力量，可以根据需要调整分 离过程的阈值(threshold)。

在本发明的第一优选实施例中，设备包括运输器件，其在样本室 中生成含有磁性粒子的样本流体流。运输器件可以是能够诱导理想流 的任意种类的器件。它可以例如包括微流体泵或应用样本流体的毛细 管力或电驱动。如果设备也用于其他目的(例如，样本的诊断)，它 将通常已经包括用于样本运动的合适运输器件。样本流体的强制流动 将在磁性粒子上生成流体动力(粘性阻力)，该流体动力用作上述种 类的非磁性影响，其使得磁性粒子在样本室中活跃地运动。该力的强 度、以及因此的粒子运动速度可以经运输器件来调整。运输器件的另 一个优点在于，它诱导磁性粒子基本的、相当快速的运动，这可以快 速地实现不同粒子的理想宏观分离，其中，磁力仅仅需要改变该运动 的一些初始参数。因此，磁场可以例如用来使得具有某些属性的粒子 从它们的“正常”路线偏转。

在本发明的可选实施例中，设备的样本室包括用于将流动的样本 流体分为包括磁性粒子不同成分的不同部分的至少一个分支。因此， 流动样本中磁性粒子的空间分离可以通过将流动分成给定数量的分 支来固定，这些分支可以在设备的不同部分中单独地处理。

在具有运输器件的设备的另一个变形中，磁场发生器包括横过样 本室中区域的至少一个导线，通过所述区域，样本流体的流动(由运 输器件诱导的)可以发生，其中，所述导线相对于局部流动方向改变 其倾角。由流体流施加到磁性粒子上、与导线垂直的粘性阻力的向量 分量因此将在强度上相应地改变。如果适当地调整运行参数，将沿着 导线存在一点，在那里所述垂直分量对于给定粒子克服(surmount) 了由流过线的电流产生的磁力。因此，所考虑的磁性粒子将远离导线 而由流体流分裂(torn)，其中，这个发生的点依赖于粒子的流体动 力属性，尤其是粒子的磁属性。应当注意，流体流可以相对于例如直 导线是弯曲的，虽然通常优选的是，导线相对于均匀的、平行的流体 流是曲线。

在上述实施例的进一步发展中，导线相对于局部流动方向连续地 从水平到垂直改变其倾角。如果随后以这样的方式引导均匀平行的样 本流：流体中的磁性粒子首先遇到导线的平行部分，它们将经历与线 垂直的粘性阻力，该粘性阻力沿着线从零增加到最大值。因此，磁性 粒子将沿着线行进，直到它们在特定粒子位置处远离导线分裂。这使 得具有不同物理属性的粒子空间分离。

在本发明的另一个优选实施例中，可以在样本室中使磁性粒子运 动的非磁性影响(influence)包括粒子的热能，即，在由磁性粒子与 周围介质的粒子(这两种粒子都根据它们的热能随机运动)之间的微 观碰撞所传送的力的作用下运动。这些碰撞生成了微观可见粒子的所 谓“布朗运动”。