(57)【要約】本発明の装置は、貫流チャネル５、第１及び第２磁場、ならびに２つの流入チャネル１、２及び２つの排出チャネル３、４を有している。第１磁場は貫流チャネル５の外側で流入チャネルの合流領域の下流に配置されており、第２磁場７は第１磁場６の下流で貫流チャネル５の反対側に配置されている。これら２つの磁場は、適切に配置した単一磁石によって生成することもできる。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
壁（５ａ）、合流領域（Ｅ）、及びその下流に配置されている排出領域（Ａ）を備える貫流チャネル（５）と、
前記貫流チャネル（５）の断面の少なくとも一部分を横断する第１磁場を発生させる少なくとも１つの磁石（７）と、を有する分離装置であって、
このとき流体を供給するための２つの流入チャネル（１、２）が前記合流領域（Ｅ）において貫流チャネル（５）に開口しており、流体を搬送するための２つの排出チャネル（３、４）が排出領域（Ａ）から外へ通じており、
前記磁石（６、７）の１つが前記合流領域（Ｅ）の下流で前記第１磁場を発生させ、
前記磁石（６、７）の１つが前記第１磁場の下流かつ前記排出領域（Ａ）の上流で第２磁場を発生させ、前記第１磁場及び前記第２磁場が本質的にそれらの方向もしくは極性に関して反対に位置していること、
を特徴とする分離装置。
【請求項２】
第１磁石（６）及び第２磁石（７）が前記貫流チャネル（５）の断面の少なくとも一部分を横断する磁場を発生させ、
流体を供給するための２つの流入チャネル（１、２）が前記合流領域（Ｅ）において貫流チャネル（５）に開口しており、流体を搬送するための２つの排出チャネル（３、４）が前記排出領域（Ａ）から外へ通じており、
前記第１磁石（６）が、前記貫流チャネル（５）の外側で前記合流領域（Ｅ）の下流に配置されており、又は前記貫流チャネルの壁（５ａ）に少なくとも部分的に組み込まれている、もしくは前記貫流チャネル内の壁（５ａ）の中にあり、
前記第２磁石（７）が、前記第１磁石（６）の下流かつ前記貫流チャネル（５）の外側で前記排出領域（Ａ）の上流に配置されており、又は前記貫流チャネルの壁（５ａ）の中に少なくとも部分的に組み込まれている、もしくは前記貫流チャネル内の壁（５ａ）の中にあり、
前記第１磁石及び前記第２磁石が、前記貫流チャネルの外側もしくは内側で貫流チャネル（５）の本質的に対向して位置する側に配置されており、又は前記貫流チャネル（５）の壁（５ａ）に組み込まれていること、
を特徴とする先行する請求項に記載の分離装置。
【請求項３】
前記２つの流入チャネル（１、２）及び前記２つの排出チャネル（３、４）ならびに好ましくは前記第１磁石及び前記第２磁石もまた前記貫流チャネル（５）の流れ方向で本質的に１つの平面内に配置されていること、
を特徴とする先行する請求項の一項に記載の分離装置。
【請求項４】
前記流入チャネル（１、２）の少なくとも１つ及び／又は前記排出チャネル（３、４）の少なくとも１つが、本質的に前記貫流チャネル（５）の流れ方向で、又は前記貫流チャネルに対して０＜α＜１８０°、特別には０＜α＜９０°、より特別には０＜α＜４５°の角度αで傾斜して開口している、又は外へ通じていること、
を特徴とする先行する請求項の一項に記載の分離装置。
【請求項５】
前記流入チャネル及び前記排出チャネルの各１つが、前記貫流チャネルの流れ方向に対して垂直に見たときに前記貫流チャネルの同じ側に配置されていること、
を特徴とする先行する請求項の一項に記載の分離装置。
【請求項６】
前記第１磁石及び／又は前記第２磁石（６、７）が永久磁石又は電磁石であること、
を特徴とする先行する請求項の一項に記載の分離装置。
【請求項７】
電磁石の磁場強度及び／又は傾斜磁場を時間的及び／又は場所的に変動させることができる、又は一定に維持できること、
を特徴とする先行する請求項の一項に記載の分離装置。
【請求項８】
前記貫流チャネル及び／又は前記流入チャネル及び／又は前記排出チャネルが、免疫磁気分離のために使用できる流体の貫流中に、前記貫流チャネル内において層流又は臨界的レイノルズ数Ｒｃｒｉｔより小さいレイノルズ数Ｒを有する流れが発生し得るように、配置されている、及び／又は特に貫流方向に対して垂直なそれらの断面に関して空間的に構成されていること、
を特徴とする先行する請求項の一項に記載の分離装置。
【請求項９】
前記貫流チャネル及び／又は前記流入チャネル及び／又は前記排出チャネルが、第１液体流れを前記貫流チャネル内の第１磁石（６）の側で形成できるように、そして前記第１液体流れから分離される第２液体流れを拡散プロセスまでは前記貫流チャネル内の第２磁石（７）の側で形成できるように配置及び／又は構成されていること、
を特徴とする先行する請求項に記載の分離装置。
【請求項１０】
前記貫流チャネルが、特別には貫流方向に対して垂直な０．００２ｍｍ２超及び／又は１ｍｍ２未満、好ましくは０．０１ｍｍ２超及び／又は０．０６ｍｍ２未満の断面積を備えるマイクロ流体チャネルであること、
を特徴とする先行する請求項の一項に記載の分離装置。
【請求項１１】
前記貫流チャネルが、その断面が本質的に円形、楕円形、長方形もしくは正方形の管であること、
を特徴とする先行する請求項の一項に記載の分離装置。
【請求項１２】
流れ方向で第１磁石の後かつ第２磁石の前に配置されている、流路を延長する反応装置（１４、１５）を備えること、
を特徴とする先行する請求項の一項に記載の分離装置。
【請求項１３】
前記流路を延長する反応装置が、好ましくは本質的に前記第１磁石（６）の側に配置された反応チャンバ（１４）と、貫流チャネル（５）の内側に配置された流れ遮断器（１５）とを有すること、
を特徴とする先行する請求項に記載の分離装置。
【請求項１４】
前記流れ遮断器（１５）を用いて第１液体流れを反応チャンバ（１４）内に誘導できること、
を特徴とする先行する請求項及び請求項８による分離装置。
【請求項１５】
貫流チャネルの流れ方向に平行な平面にある前記反応チャンバ（１４）が、本質的にΩ形、半円形もしくは台形の断面を有すること、及び／又はこの平面にある前記流れ遮断器（１５）が本質的に三角形もしくはＴ形の断面を有すること、
を特徴とする先行する請求項に記載の免疫磁気分離装置。
【請求項１６】
前記反応チャンバ（１４）が、前記貫流チャネル（５）の壁（５ａ）内の隆起部として、もしくは前記貫流チャネルと一体的に構成されていること、又は前記反応チャンバ（１４）が別個の、前記貫流チャネル（５）の壁（５ａ）の開口部に配置された構成要素として構成されていること、
を特徴とする先行する請求項の一項に記載の分離装置。
【請求項１７】
制御装置、特別には第１及び／又は第２磁石（６、７）を制御するための電子制御回路、及び／又は、貫流チャネル（５）内及び／又は流入チャネル（１、２）内及び／又は排出チャネル（３、４）内の流速を調整するための調整装置を備えること、
を特徴とする先行する請求項の一項に記載の分離装置。
【請求項１８】
前記分離装置がヒトもしくは動物の体内に植込み可能であること、又は前記分離装置がヒトもしくは動物の体外で、特別には検査機器として使用できること、
を特徴とする先行する請求項の一項に記載の分離装置。
【請求項１９】
前記貫流チャネル（５）内で流入チャネル（１、２）の領域及び／又は前記排出チャネル（３、４）の領域の間の流体の流れ方向において、相互から別個に導入された隣接する流体流れが混じり合うのを防止する分離壁が少なくとも部分的に配置されていること、
を特徴とする先行する請求項の一項に記載の分離装置。
【請求項２０】
免疫磁気分離装置と、
流体、特別には複数の免疫磁気粒子、抗体結合粒子もしくは特別には抗原特異的テトラマー結合粒子を有する液体と、
を有する分離配置であって、前記免疫磁気分離装置が先行する請求項の一項によって構成されていること、
を特徴とする分離配置。
【請求項２１】
粒子（８）が、強磁性及び／又は超常磁性特性及び／又は本質的に球形を有すること、
を特徴とする先行する請求項に記載の分離配置。
【請求項２２】
分離装置の前記貫流チャネル（５）及び／又は前記流入チャネル（１、２）及び／又は前記排出チャネル（３、４）が、前記貫流チャネル内において層流もしくは臨界的レイノルズ数Ｒｃｒｉｔより小さいレイノルズ数Ｒを有する流れが発生し得るように構成さていれること、及び／又は流体もしくは液体が、貫流チャネル内において層流もしくは臨界的レイノルズ数Ｒｃｒｉｔより小さいレイノルズ数Ｒを有する流れが発生し得るような粘性、密度、温度及び平均流速を貫流チャネル（５）内で有すること、
を特徴とする２つの先行する請求項の一項に記載の分離装置。
【請求項２３】
粒子（８）を有する流体もしくは粒子を有する液体の貫流チャネルを通過する流量が０．１μＬ／分超及び／又は２，０００μＬ／分未満、特別には１μＬ／分超及び／又は２００μＬ／分未満であること、
を特徴とする先行する請求項の一項に記載の分離配置。
【請求項２４】
貫流チャネル内の粒子（８）を有する流体もしくは粒子を有する液体の平均流速が０．０３ｍｍ／秒超及び／又は３，０００ｍｍ／秒未満、特別には０．３ｍｍ／秒超及び／又は３００ｍｍ／秒未満であること、
を特徴とする先行する請求項の一項に記載の分離配置。
【請求項２５】
特定の生物材料（１１）、特別には抗原を、第１流体（９）、特別には前記生物材料（１１）に加えてさらに別の生物材料及び／又は他の材料（１２）を有する液体から、多数の免疫磁気粒子、特別には前記抗原に対して特異的な抗体、テトラマー及び／又はストレプタマーに結合している粒子（８）を有する第２流体（１０）を用いて単離するための単離方法であって、
このとき前記第１流体（９）及び同時に前記第２流体（１０）が、貫流チャネル（５）内に導入されると、前記貫流チャネル（５）内では２つの導入された流体流れ間で層流状態が発生させられ、第１流体（９）は第１液体流れの中に流れ、第２流体（１０）は貫流チャネルを通って第２の隣接する液体流れの中に流れ、
前記免疫磁気粒子（８）が、第１磁場を用いて第２液体流れから第１液体流れの中へ少なくとも部分的に引き出され、その後前記第１液体流れ中に滞留して、貫流チャネル内を貫流するために要する時間の一部に対応する結合時間にわたって特定の生物材料（１１）に結合し、その後に場合によっては少なくとも部分的に特定の生物材料に結合している免疫磁気粒子（８、１３）が第２磁場を用いて第１液体流れから第２液体流れの中へ少なくとも部分的に引き出され、
前記２つの液体流れが、前記貫流チャネル（５）から個別に排出させられること、
を特徴とする方法。
【請求項２６】
請求項１から２２のうちの一項に記載の免疫磁気分離装置又は免疫磁気分離配置を使用すること、
を特徴とする先行する請求項に記載の単離方法。
【請求項２７】
前記第１磁場及び／又は前記第２磁場の磁場強度及び／又は傾斜強度が、前記第２液体流れから前記第１液体流れの中へ免疫磁気粒子（８）を移動させるのに十分な強度であるように、又は前記特定の生物材料へ少なくとも部分的に結合している免疫磁気粒子（１３）を前記第１液体流れから前記第２液体流れへ移動させるのに十分な強度であるように選択されること、
を特徴とする２つの先行する請求項の一項に記載の単離方法。
【請求項２８】
前記第１磁場及び／又は第２磁場がパルス状で発生させられる、又は正弦波状で変調させられること、
を特徴とする３つの先行する請求項の一項に記載の単離方法。
【請求項２９】
前記貫流チャネルを通る第１液体流れの流路を延長することによって結合期間を延長すること、
を特徴とする４つの先行する請求項の一項に記載の単離方法。
【請求項３０】
前記単離方法がヒト又は動物の体外又は体内で実施されること、
を特徴とする５つの先行する請求項の一項に記載の単離方法。
【請求項３１】
ヒトもしくは動物の体外又は体内での医学的診断又は療法のための先行する請求項の一項に記載の免疫磁気分離装置及び／又は免疫磁気分離配置及び／又は免疫磁気単離方法の使用。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、生物粒子を単離するための装置及び方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
生物粒子（下記では生物材料とも称する）は、微粒子又は分子をベースとする粒子もしくは材料であると理解されたい。これには例えばウイルスもしくは細菌などの細胞が含まれるが、特別には白血球もしくは腫瘍細胞などのヒト及び動物の単離細胞、ならびに例えばタンパク質及び分子などの低分子量及び高分子量化合物、特別には抗原、抗体、及び核酸などの免疫学的に活性な化合物、さらにあるいは例えばＭＨＣテトラマーもしくはストレプタマーなどの抗原特異的テトラマーも含まれる。本発明は、特別にはヒトもしくは動物細胞のための免疫磁気分離法（ＩＭＳ）、自動試料調製法、ならびに（電）磁気もしくは磁気分離法（ＥＭＳ）及びマイクロ流体技術に関する。免疫磁気分離法は、免疫磁気粒子を用いて実施される。免疫磁気粒子は、磁化可能もしくは磁性、例えば強磁性もしくは超常磁性粒子、又は例えば特定の生物材料もしくは特定の生物粒子へ（例えば抗体もしくは抗原特異的テトラマーとの結合によって）特異的に結合できることを特徴とするフェライトなどのソフト磁性材料であると理解されている。結合能力のある免疫磁気粒子は、好ましくは本質的に球形を有しており（このために免疫磁気球もしくは抗体結合磁気球とも呼ばれる）、好ましくは１００μｍ未満の粒径を有する。
【０００３】
生物粒子の相違する免疫特性に基づき、特定の粒子（例えば抗原又は抗原特異的テトラマーもしくはストレプタマー）は、特定の抗体によって特徴付けることができる、又は特定の抗体に結合させることができる（免疫反応もしくは抗原−抗体反応）。
【０００４】
４つのＭＨＣ分子と抗原を含む構造は、免疫学の分野ではテトラマーと称される。Ｔ細胞は、個別複合体への結合に比べて１，０００倍良好にかかる構造に結合する。このときテトラマーは、対応するＴ細胞受容体に結合する。これは、ＭＨＣ複合体によって抗原提示細胞に結合しているペプチドの形態にある、細胞結合抗原の認識によるＴ細胞媒介性二次免疫応答に一致する。
【０００５】
他方、組み換え可溶性ＭＨＣ分子を作製し、既知の抗原に結合させ、これをストレプトアビジンによって四量体化することができる。このように作製したペプチド特異的テトラマーＭＨＣ分子は、蛍光着色剤でマーキングしてフローサイトメーターを用いた測定に使用できる。テトラマー技術を手掛かりに、抗原特異的Ｔ細胞の出現頻度を決定して、病状に関係する抗原についての証拠を得ることができる。ＭＨＣ分子によって、例えば腫瘍抗原を認識するＴ細胞を分類及び分析することができる。そこでペプチド−ＭＨＣテトラマーは、例えば関節炎のようなヒト自己免疫疾患における抗原特異的Ｔ細胞を検出することに大きな治療上の潜在能力を有している。
【０００６】
テトラマーの粒子への結合により、抗原特異的Ｔ細胞の粒子へのより良好な結合が保証されるであろうが、粒子であることに基づいて残りの未結合細胞から分離させることもできる。
【０００７】
可逆性のＭＨＣ−ペプチドマルチマー、いわゆるストレプタマーは、細胞毒性Ｔリンパ球を調製及び単離するための新規技術である。現在までに使用されてきたテトラマーとは対照的に、Ｔ細胞から再び取り除くことができるため、細胞の機能に影響しない。
【０００８】
この粒子を磁気球に結合させると、免疫特異的反応に基づいて、この粒子に結合した生物粒子は、結合した生物粒子として同様に磁性、好ましくは超常磁性もしくは強磁性の特性を有する。そこで、例えば電磁石もしくは永久磁石等の磁石を使用することによって、そのような方法で磁気粒子に結合した抗体に結合している生物粒子を分離し、単離することができる。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
本発明の目的は、貫流方法で動作する分離装置もしくは対応する分離法を利用できるようにすることであり、それによって単純な方法で生物粒子の自動的及び連続的な単離が可能となる。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
この目的を達成するために、本発明による装置は、２つの流入口もしくは流入チャネル及び２つの排出口もしくは排出チャネルを備える単純なマイクロ流体チャネルと、１つ又は複数の磁石、例えば電磁石もしくは永久磁石を使用する。チャネル（これは貫流チャネルならびに前記貫流チャネルに開口している流入チャネル及び前記貫流チャネルから外へ通じている排出チャネルの両方に該当する）は、以下では、流体が貫流できる容積にこの容積を取り囲む壁を含めた容積であると理解されたい。
【００１１】
第１流入チャネルを経由して、相違する生物材料及び／又は非生物材料（特異的免疫反応を通して決定すべき生物粒子を含む）を含有する液体が、マイクロ流体貫流チャネル内へ導入される。さらに別の流入チャネルを経由して、特定の生物材料へ特異的に結合させるために形成された免疫磁気粒子を含有する液体が導入される。特異的結合は、免疫反応によって分離すべき生物材料が抗原であり、免疫磁気粒子が対応する抗体もしくは抗原特異的テトラマーもしくはストレプタマーに結合している（抗原−抗体／テトラマー／ストレプタマー反応）強磁性球もしくは超常磁性球であることで達成できる。
【００１２】
２種の液体の流動学的特性及び幾何学的関係（特別には２つの流入チャネルの断面積及び貫流チャネルの断面積）は、２つの流入チャネルを経由して供給される液体流れが（拡散プロセスまでは）貫流チャネル内で混じり合わないように構成される。これは、供給もしくは排出された液体流れが流入チャネルの領域内及び排出チャネルの領域内でしか接触しないように、貫流チャネル内の流入チャネルの領域と排出チャネルの領域との間に分離壁が用意されていることによっても達成できる。それによって、流れ間の望ましくない拡散作用が最小限に抑えられ、分離しなければならない生物粒子の一層純粋な分離が可能になる。
【００１３】
第１磁石（又は磁場もしくはその傾斜磁場）を用いると、免疫磁気粒子は、流入チャネルの領域においてそれらが強磁性もしくは超常磁性特性であることにより、流れ方向に垂直な速度成分を得る。それによって、免疫磁気粒子は両方の層流の境界を乗り越えることができる、又は一方の液体流れから他方の液体流れの中へ引き入れられる。後者の流れには分離すべき特異的生物粒子が存在しており、それには免疫磁気粒子が結合している。適切に配置された第１磁石もしくはさらにその下流に配置された第２磁石によって、排出チャネルの領域内では、分離すべき生物粒子へ少なくとも部分的に結合している免疫磁気粒子は、反対方向に方向付けられた磁場もしくは傾斜磁場を適用することによって、元の液体流れの中へ再び引き戻される。分離すべき生物材料に結合している免疫磁気粒子を含有する液体流れは、次に一方の排出チャネルを経由して排出され、他方の（残りの生物材料及び／又は非生物材料、及び、分離すべき生物材料であって結合していない粒子を含有する）液体流れは他方の排出チャネルを用いて排出される。
【００１４】
マイクロ流体貫流チャネル内では、そこ（液体の流動学的特性及び特別にはチャネルの断面積）では層流状態が支配的であることに基づいて層流状態が存在することが極めて重要である。このために、２つの液体流れは全く、又は非実質的にしか混じり合わない。よって、免疫磁気粒子だけが第１磁場を利用して２つの液体流れ間の境界を本質的に乗り越え、結合した免疫磁気粒子及び結合していない残りの免疫磁気粒子は第２電磁石の磁場を利用して２つの液体流れの境界を反対方向へ再び乗り越える。免疫磁気粒子は分離すべき生物粒子を含有する液体へ個別に導入され、そこで所定時間にわたってそれらの液体流れから隣接する生物材料の液体流れへ移動し、そこで分離すべき生物粒子に結合し、その後第２磁場を利用してそれに結合した生物粒子と一緒にそれらの元の流れの中へ引き戻される。結合していない生物粒子ならびに他の生物材料を含有する液体は、一方の排出口もしくは排出チャネルを経由して排出され、他方結合した、したがって単離された生物粒子は他方の排出口から排出させることができる。
【００１５】
有意な変形実施形態では、本発明による装置には反応チャンバを設けても良い。反応チャンバは、生物材料を含有する液体流れもしくは第１磁石の側の貫流チャネル上に配置され、この液体流れが貫流チャネルを貫流するのに要する時間を延長するように機能する。反応チャンバは、流れの中に引き込まれる免疫磁気粒子の滞留時間を長くして、免疫磁気粒子が特異的生物材料に結合する確率を高めるように、流れ方向で２つの磁石の間に配置される。
【００１６】
上述した免疫磁気分離装置は、以下の一連の長所を有する：
・  本装置によれば、追加の混合、インキュベーション、及び洗浄工程を行わずに単純な分離を行うことができるが、本装置によらない場合にはそれらを手動で実行することが必要になり、その結果として多大な時間がかかると共に、追加の液体も必要となる。本装置を用いると、自動的及び連続的な粒子の単離もしくは分離が可能になり、緩衝液、搬送液及び／又は希釈液が微量か、もしくは全く必要とされない。したがって本装置では、試料希釈液及び追加の緩衝液は不要である。
・  このため、結合した生物粒子は、様々な生物材料を含有する元の混合液体から追加の洗浄プロセスを行わずに単離及び分離することができる。分離された生物粒子は、別個の排出チャネルを経由して得られる。
・  抗体結合磁気粒子もしくは免疫磁気粒子は、追加の予備混合工程又はインキュベーション工程を必要とすることなく、それらに関連する流入チャネルへ直接的に供給することができる。
・  本装置には、磁場強度もしくは傾斜磁場を制御するための自動制御装置を設けることができる。さらに本装置には、貫流チャネル内の流速の制御又は単位時間当たりの液体流量を調整する調整装置も設けることができる。流速又は単位時間当たりの液体流量の調整は、流入チャネル及び／又は排出チャネルの領域内での適切な調整装置によって行ってもよい。このように単純且つ制御された方法で、生物粒子のマーキングもしくは結合及びそれらの単離が可能である。
【００１７】
本発明による装置は、ヒトもしくは動物の体内又は体外で医学診断システムとして使用できる。同等に単純な方法で、本発明による装置は、治療の目的で、例えば患者の血液もしくは組織などに由来する特定タイプの細胞を単離することにも使用できる。そこで本装置は、特別には植込み可能であり、連続的分離もしくは測定プロセスを可能にする。特別には、植込み型装置については、植込み型装置とその電子制御装置を一体化して製造することができるため、植込みに適合した寸法にして、経済的に製造できる。本発明による装置をヒトもしくは動物の体外で使用する場合は、本装置は検査機器として構成することができる。検査機器は、例えば血液試料、混合細胞集団（例えば、患者組織由来）、又は特定の特性（例えば、特定の表面マーカーもしくは生理学的状態）を有する細胞の細胞分離に使用できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１８】
本発明による装置は、以下の２つの実施例のうちの１つに例示するように構築又は使用できる。
【００１９】
以下に記載する実施例に対応する図面では、本装置の類似もしくは同一の構成要素に対しては同一の参照番号を使用する。
【００２０】
図１は、免疫磁気分離装置を示している。図１は、本発明による免疫磁気分離装置の重心を通って延びる中心面における同装置の断面を示している。本装置は、合流領域Ｅ及びその下流に配置されている排出領域Ａを備えるマイクロ流体貫流チャネル５を有する。合流領域Ｅでは、第１流入チャネル１及び第２流入チャネル２が貫流チャネル５に開口している。このとき第２流入チャネルは貫流チャネル５を通る流れ方向に開口している。第１流入チャネル１は、貫流チャネル５を通る貫流方向に対してα＝３０°の角度で開口している。排出領域Ａでは、２つの排出チャネル３及び４が貫流チャネル５から外へ通じている。このとき排出チャネル３は貫流チャネル５を通る流れ方向で、そして排出チャネル４はこの方向に対してα＝３０°の角度で外へ通じている。流入チャネル１、２及び排出チャネル３、４の各貫流方向に垂直な直径は、貫流チャネル５の貫流方向に垂直な直径のほぼ半分である。
【００２１】
合流領域Ｅの下流では、第１電磁石６が貫流チャネル５の外側で貫流チャネル５に隣接する側面に配置されている。第１電磁石６の下流かつ排出領域Ａのすぐ上流には、第２電磁石７も同様に貫流チャネル５の外側で貫流チャネル５に隣接する側面に配置されている。これら２つの電磁石６及び７は、相違する側に、この例では貫流チャネル５の対向する側に配置されている。
【００２２】
代替的に、２つの電磁石６及び７は、貫流チャネル５の壁５ａの中に少なくとも部分的に組み込むこともできる。この場合には、２つの電磁石６及び７は貫流チャネル５の壁５ａの本質的に対向する側に組み込むことができる。しかし、２つの電磁石６及び７を完全に貫流チャネル５の中に、又は壁５ａによって囲まれている貫流チャネル５の容積で貫流チャネル５の壁５ａの中に配置することもまた可能である。２つの電磁石６及び７は、同様に貫流チャネル５内において貫流チャネルの本質的に対向する側に配置される（好ましくは貫流チャネルの壁領域において配置され、又は電磁石６及び７はチャネルの内壁に配置される若しくは取り付けられる）。しかし電磁石６及び電磁石７は、記載したものとは相違する形で使用することも可能であり、例えば電磁石６を完全にチャネルの壁５ａの外側に配置し、他方電磁石７を貫流チャネル５の反対側で壁の中に組み込んで、又はチャネルの内部において反対側で壁５ａの内面に配置してもよい。
【００２３】
この場合には、流入チャネル１、２、排出チャネル３、４、貫流チャネル５、ならびに２つの電磁石６及び７（又は対応する中心軸もしくは重心）は、１つの平面内に配置されている。
【００２４】
流入チャネル、排出チャネル、及び貫流チャネルの十分に小さい直径に基づいて、ならびに十分に低い流速に基づいて、流路内の状況が、乱流を起こさずに２つの個別に重なり合って進む液体流れもしくは液体層（層流）を形成できるように構築されていることが極めて重要である。様々な生物粒子１１、１２を含有する混合液体９が第１流入チャネル１を経由して、そして免疫磁気粒子８を含有する液体１０が第２流入チャネルを経由して導入されると、２つの導入された液体流れは（拡散プロセスまでは）混じり合わず、排出領域Ａの方向に相互に平行な別個の液体層として進行する。混合液体９の第１液体流れは、次に免疫磁気粒子８の第２液体流れ１０と混じり合うことなく第１排出チャネル３を経由して、第２液体流れ１０はこれに相応して第２排出チャネル４を経由して排出される。
【００２５】
このために、マイクロ流体貫流チャネル５内で、貫流する液体が、貫流チャネル５内の流れの状態を層流と見なせるような小さいレイノルズ数を有することが極めて重要である。これにより、乱流及び二次流れもしくは渦を引き起こす慣性の作用はごくわずかであり、拡散プロセスの結果としてしか混合は生じ得ない。これを保証するために、例示した場合ではマイクロ貫流チャネル５は０．１〜０．３ｍｍの幅及び０．１〜０．２ｍｍの高さ（長方形の貫流チャネル、長手方向もしくは貫流方向に垂直な幅及び高さ）を有する。マイクロ貫流チャネル５の総流量（図示していない調整装置によって調整される）は、１〜２００μＬ／分である。このようなマイクロ流体の流れの特性により、マイクロ貫流チャネル５における層流状態の要件が満たされる。このために、第１流入チャネル１を経由して導入される混合液体９、及び、第２流入チャネル２を経由して導入され免疫磁気粒子８を含有する液体１０は、貫流チャネル５内では混じり合わず、２つの別個の流れ層を形成する。そこで、各液体流れの相違する粒子（生物粒子１１、１２及び免疫磁気粒子８）は、電磁石６、７のスイッチが切られると混じり合わず、それらの各液体流れはそれぞれの排出チャネル３もしくは４へ持続的に流れる。
【００２６】
この場合、混合液体９は、分離すべき生物粒子１１に加えて生物（又はその他の）粒子１２をさらに含んでおり、分離すべき生物粒子１１はこの粒子１２から分離されるよう意図される。ただし、このような更なる粒子１２は必ずしも存在しないため、本発明を使用して液体流れ９中の分離すべき粒子１１の濃度を変化させることもできる。ここで第１磁石６が作動させられると、免疫磁気粒子８には、貫流チャネル５を通り抜ける貫流の方向に直交する方向において第１電磁石６に向かって力を加える電磁場又は傾斜磁場がかけられる。結果として、免疫磁気粒子８は、それらの第２液体流れ１０から液体流れの境界を越えて混合液体の第１液体流れ９内へ引き出される。免疫磁気粒子８は、そこで混合液体流れ９内に存在する粒子１１、１２と混じり合い、特異的抗原−抗体反応によって分離すべき粒子１１に結合することができる（これにより、各々少なくとも１つの免疫磁気粒子８及び１つの生物粒子１１を有する組み合わせもしくは結合した粒子１３が生成される）。電磁石６の磁場強度もしくは傾斜強度は、発生した力が第２液体流れ１０から液体流れ９内へ免疫磁気粒子８を引き出すのに十分な強度であるように制御もしくは調整することができる。電磁石６の磁場（電磁石７についても同様）は、これによりパルス状もしくは正弦波状に調節することができる。その後免疫磁気粒子は、貫流方向における流速とそれに垂直な磁場によって誘導される速度との間の平衡状態で自由に流れる。
【００２７】
上述したように、免疫磁気粒子８が混合液体９の第１液体流れの中に引き出された後は、それらは分離すべき生物粒子１１との免疫特異的反応によって結合した粒子１３を形成する。マイクロ貫流チャネル５が狭いもしくは断面積が小さい（直径が十分に小さい）及び貫流チャネル５を通過する貫流速度が十分に低いことにより、個々の免疫磁気粒子８が適切な生物粒子１１に結合する確率が高まる（免疫反応に利用できる時間が増大する）。
【００２８】
第１電磁石６の下流側では、貫流チャネル５のこの磁石とは反対側で排出領域Ａの直前に第２電磁石７が配置されている。この第２電磁石７を用いて、結合した粒子１３並びに電磁石６と電磁石７との間の流路において生物粒子１１に結合しなかった免疫磁気粒子８も液体流れの境界を越えて第２液体流れ１０の中へ再び引き戻される。これは、第１磁石６の電磁場もしくは傾斜磁場とは反対に方向付けられている電磁石７の電磁場もしくは傾斜磁場によって発生する。免疫磁気的に結合もしくは特徴付けられた生物粒子１３及び結合していない免疫磁気粒子８もしくは第２液体流れ１０は、次に第２排出チャネル４を経由して排出される。第１液体流れ９もしくは残留している結合していない生物粒子１１ならびに他の生物材料１２は、第１排出チャネル３を経由して排出される。（結合している）生物粒子１１もしくは１３は、他の生物材料１２から分離される。
【００２９】
図２は、その基本的構造が図１に示した分離装置に一致する免疫磁気分離装置を示している。ただし第１電磁石６の後から第２電磁石７の前までの流れ方向では、貫流チャネル５は、第１電磁石６の側に配置された隆起部（反応チャンバ）１４を有している。この例では、貫流チャネル５は、反応チャンバ１４と一体の構成となっている。しかし、反応チャンバ１４は、貫流チャネル５内の対応する開口部で別個の構成要素として製造してもよい。図示した断面（流入チャネル１、２、排出チャネル３、４、及び２つの電磁石６、７の配置面）では、反応チャンバ１４はΩ形の断面を有している。反応チャンバ１４の最上流には、図示した断面では貫流チャネル５内にＴ形の流れ遮断器１５が配置されている。流れ遮断器１５は、それが混合液体９の第１液体流れにだけ係ってこの液体流れを反応チャンバ１４内へ偏向させるように、流れ方向においてチャンバ１４の最上流に配置されている。流れ遮断器１５及び反応チャンバ１４から構成される反応装置によって、第１液体流れ９が貫流チャネル５を通る流路は延長される。この反応装置によって、第１液体流れ９の貫流チャネル５内での滞留期間は、反応チャンバ１４の容積に比例して増加する。これにより、接触効率が向上する、又は免疫磁気粒子８を特定の生物粒子１１に結合させるために利用できる時間が延長される。よって免疫反応が発生する確率、又は免疫磁気粒子８が結合する確率が上昇する。本装置の向上した免疫反応効率によって分離効率が高まる。提示した反応チャンバ１４により、第１液体流れ９の高い流速勾配及び良好なマイクロ混合が生じる。これにより、免疫磁気粒子８の結合確率も上昇する。ここで重要なのは、第１液体流れの中に既に免疫磁気粒子８が取り込まれている場合は、結合時間を延長するこの反応チャンバ１４内へ第１流体流れが導入されるように、反応装置１４、１５を流れ方向において２つの電磁石６及び７の間で利用可能にすることである。
【００３０】
図３は、図１に示したものに広い意味で類似するように構成される本発明による、さらに別の分離装置を示している。しかし、図１とは対照的に、ここでは合流領域Ｅとその下流に配置された排出領域Ａとの間に、分離装置の流入チャネル１もしくは流入チャネル２を経由して導かれる２つの液体流れを相互的に分離する分離壁１７が存在している。よって、磁石６による磁力のために磁気粒子が一方の液体流れから他方の液体流れへ移動することは２つの流入口１及び２の領域Ｅにおいてのみ可能であり、また領域Ａでは反対方向における移動が同様に生じる。これらの２つの領域Ｅ及びＡの間では、液体流れがそれ以上混合することはなく、この領域で生じるのは免疫磁気粒子と抗原付着粒子との間の凝集のみである。
【００３１】
図４は、本発明によるさらに別の分離装置を示している。この場合には、免疫磁気粒子１１は流入チャネル２を経由して、そして試料は流入チャネル１を経由して供給され、それらの粒子はＥで示す領域内で互いに交わるため、免疫磁気粒子１１は印加された磁場Ｆｍａｇにより試料中へ移動することができる。生成される磁場Ｆｍａｇは、矢印によって表示されている。免疫磁気粒子１１を含む試料は次に長い流路を経由してスパイラル１８内に誘導され、免疫磁気粒子１１はそこで抗原８と結合することができる。スパイラル１８は元の方向へ誘導され、領域Ａにおいて、その間に偏向させられていて元々免疫磁気粒子１１を含有していた液体と遭遇する。この領域Ａでは、免疫磁気粒子８を有した粒子１１は磁場Ｆｍａｇによって元の液体流れの中へ再び引き戻され、続いて排出口４を経由して排出される。免疫磁気粒子１１を有さない試料はスパイラル１８の周囲の大きな湾曲部１９内に誘導され、最後に排出口３を経由して排出される。この構成には、磁気粒子１１と抗原８とを混合する領域が非常に長いという利点がある。さらにこの構成には、領域Ｅ内の磁場及び領域Ａ内の磁場を発生させるため、そして全混合及び分離プロセスを実行するためには、１つの磁石しか必要としないという利点がある。
【図面の簡単な説明】
【００３２】
【図１】本発明による第１免疫磁気分離装置を示す図である。
【図２】本発明による反応チャンバを備える第２免疫磁気分離装置を示す図である。
【図３】本発明による第３免疫磁気分離装置を示す図である。
【図４】本発明による第４免疫磁気分離装置を示す図である。
【符号の説明】
【００３３】
１  第１流入チャネル
２  第２流入チャネル
３、４  排出チャネル
５  マイクロ流体貫流チャネル
５ａ  壁
６  第１電磁石
７  第２電磁石
８  免疫磁気粒子
９  混合液体
１１、１２  生物粒子
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【国際調査報告】
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