[发明专利]生物材料的高梯度磁性分离

说明书

技术领域

本发明涉及用于分离和纯化生物材料的高梯度磁性分离(HGMS)技术的应用。

背景技术

尤其是在生物医学研究领域中，从非均质颗粒悬液中分离和纯化确定的颗粒，对于各种不同分析方法来说是极其重要的。一般来说，待纯化的、在后文中称为“靶颗粒”的颗粒，与悬液中包含的其余的、在后文中称为“非靶颗粒”的颗粒相比，通常只有极小的差别。靶颗粒和非靶颗粒通常是细胞或细胞片段，但也可以是任何其他生物物质。

一些已有的分离方法利用了靶颗粒的磁性性质，其中，靶颗粒具有天然存在的“固有”磁性性质，或者其中靶颗粒在实际分离步骤之前通过有针对性地结合合成的磁性颗粒而被标记。

固有磁性颗粒是例如血红细胞，前提情况是：血红细胞中所包含的血红蛋白以脱氧合或氧化而非氧合的状态存在。这里，脱氧合意味着没有携带氧，而氧合意味着携带氧。在后一种情况下，血红蛋白分子通过非共价结合、也就是说可逆结合携带氧分子。与之相区别的是血红蛋白的氧化状态，在该氧化状态中，氧原子或其他氧化性原子共价地、也就是不可逆地结合到血红蛋白分子的中心铁原子上。这时，在脱氧合以及氧化形式(但非氧合形式)中，血红蛋白分子中所包含的中心铁原子的轨道携带不成对电子。这些电子的不成对自旋通过施加磁场在铁原子中实现诱导磁极。

但是，所施加的常规类型的磁场，不能对包含这种铁原子的颗粒施加有向的净磁力，这是因为由于原子直径非常小，在极化的铁原子的北极和南极处的吸引磁力和排斥磁力保持平衡。同样地，在移除磁场后，颗粒将失去其极化。这种磁性被称为“顺磁性”。特定形式的顺磁性有时被称为“超顺磁性”。但是，在这两种形式之间不存在完全明确的区分，因此在下文中，术语“顺磁性”或“顺磁性的”将包含术语“超顺磁性”和“超顺磁性的”。

同样地，可用的、用于靶颗粒磁性标记的合成颗粒是顺磁性的，并且与氧化血红蛋白非常相似地，通常含有极少量的氧化的铁或另一种可磁化物质。此外理想的是，所述合成颗粒是如此之小，以至于它们在悬液中形成稳定的胶体，换句话说，它们在长时间段(数月到数年)中不会沉积，因此，所述合成颗粒的直径一般为30-200nm。这种类型的可商购颗粒，单独地或与抗体偶联进行销售，例如由chemicellGmbH(Eresburgstrasse 22-23，D-12103 Berlin，Deutschland)、micromodPartikeltechnologie GmbH(Friedrich-Barnewitz-Str.4，D-18119 Rostock，Deutschland)、oder Miltenyi Biotech GmbH(Friedrich Ebert Straβe 68，D-51429 Bergisch Gladbach，Deutschland)销售。

已可行的、纯化顺磁性颗粒的方法、也就是说从颗粒悬液中分离顺磁性颗粒的方法，是产生极高的磁场梯度。足够高的磁场梯度导致：顺磁性颗粒的北极和南极经受吸引力和排斥力的差异，并因此产生了有向的净磁力。这种技术用高梯度磁性分离(HGMS)这一名称来称呼。

在这里，需要在所谓的“内部”和“外部”高梯度磁性分离器之间作出区分。对HGMS技术的首次介绍涉及的是内部分离器。它们可以在Oberteuffer(IEEE Transactions on Magnetics，Mag-9，No.3，September 1973：303-306)和US 3.676.337中发现。将用作分离室的适合的非磁性容器中的铁磁性材料导入到强的均匀磁场中，该磁场可以由电磁体或马蹄铁形状的永磁体(偶极磁体)产生。在这种情况下，铁磁性材料一般被称为“基质”；它可以是丝状的(线状或纤维状的)，球形的(球状)，或其他不同形状的，例如它可以由冲出的钢片构成。基质的铁磁性材料通过外部施加的场而获得与其磁化率X相应的磁化。于是，从基质材料的表面出发，产生了磁场梯度，该磁场梯度可以达到高于每厘米100特斯拉，其中，梯度的大小与使用的丝状或球形元件的直径成反比。“外部”高梯度磁性分离器，通过磁体在固有分离室外部的技术上更加复杂的特殊布置，而获得类似的高梯度，例如在WO 98/055236、WO 99/019071或US 6.241.894B1中所公开的。作为重要区别的是，取消了基质位于分离室中的必需性。

当今，内部高梯度磁性分离器在生物医学研究中得到最广泛的推广。US 4.664.796和US 5.200.084描述了这种分离器的具体实施方案。