(57)【要約】  本発明は、液状媒体において、磁性粒子を運動させる装置と、装置を有するシステムと、磁性粒子を運動させる方法と、該磁性粒子を運動させるとともに固定する方法とを提供する。前記装置は、第１主軸を有する第１磁場を生成する第１磁気手段と、第２主軸を有する第２磁場を生成する第２磁気手段とを有し、前記第１主軸及び第２主軸は、鋭角の傾斜により互いに対して傾斜されている。
2008544277.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
チャンバを備える、液状媒体内の磁性粒子を運動させる装置であって、該装置は、第１主軸を有する第１磁場を生成する第１磁気手段と、第２主軸を有する第２磁場を生成する第２磁気手段とを有し、前記第１主軸と前記第２主軸とが、鋭角の傾斜により、互いに対して傾斜されている、装置。
【請求項２】
前記第１磁気手段が、第１回転軸の周りを第１回転速度で回転可能に設けられ、前記第２磁気手段は、第２回転軸の周りを第２回転速度で回転可能に設けられる、請求項１に記載の装置。
【請求項３】
前記第１回転軸と前記第２回転軸とが一致する、請求項２に記載の装置。
【請求項４】
前記第１回転速度と前記第２回転速度とが、運動動作の間、可変である、請求項２に記載の装置。
【請求項５】
前記第１磁気手段が、前記チャンバに対して第１距離に設けられ、前記第２磁気手段は、前記チャンバに対して第２距離に設けられる、請求項１に記載の装置。
【請求項６】
前記第１距離と前記第２距離とは、前記装置の動作の間、独立して可変である、請求項５に記載の装置。
【請求項７】
前記傾斜の角度が、運動動作の間、可変である、請求項１に記載の装置。
【請求項８】
前記傾斜の角度が、２０度乃至７０度の範囲にある、請求項１に記載の装置。
【請求項９】
前記傾斜の角度が、３５度乃至５５度の範囲にある、請求項１に記載の装置。
【請求項１０】
前記第１磁気手段、及び／又は前記第２磁気手段が、永久磁石である、請求項１に記載の装置。
【請求項１１】
前記第１磁気手段が前記チャンバの上部に設けられ、前記第２磁気手段は前記チャンバの下部に設けられる、請求項１に記載の装置。
【請求項１２】
液状媒体内の磁性粒子を運動させるシステムであって、該システムは、装置を有するとともに、前記磁性粒子があるチャンバを更に有し、前記装置は、第１主軸を有する第１磁場を生成する第１磁気手段と、第２主軸を有する第２磁場を生成する第２磁気手段とを有し、前記第１主軸と前記第２主軸とは、鋭角の傾斜により互いに対して傾斜され、前記チャンバが入り口及び出口を備えるシステム。
【請求項１３】
チャンバ内に備えられた液状媒体にある磁性粒子を運動させる方法であって、
‐第１主軸を有する第１磁場を生成する第１磁気手段を、第１回転速度で第１回転軸の周りに回転させるステップと、
‐第２主軸を有する第２磁場を生成する第２磁気手段を、第２回転速度で第２回転軸の周りに回転させるステップと、
を有し、前記第１主軸と前記第２主軸とが、鋭角の傾斜により互いに対して傾斜されている、磁性粒子を運動させる方法。
【請求項１４】
前記第１回転速度と前記第２回転速度とが、運動の間に変更される、請求項１３に記載の方法。
【請求項１５】
液状媒体内の磁性粒子を運動させるとともに、該磁性粒子を固定する方法であって、
‐第１ステップにおいて、請求項１３による方法により、前記磁性粒子が運動させられ、
‐第２ステップにおいて、前記磁性粒子が、前記チャンバに対する前記第１磁気手段の第１距離を減少させるとともに、前記チャンバからの前記第２磁気手段の第２距離を増加させることにより固定される、
方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、液状媒体内の磁性粒子を運動させる装置に関する。本発明は、更に、装置及びチャンバを有する、液状媒体内の磁性粒子を運動させるシステムに関する。本発明は、更に、磁性粒子を運動させる方法、及び該磁性粒子を運動させるとともに固定する方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
生体サンプルの分析の分野、特に分子診断及び核酸分析、特に生体又は臨床材料からの核酸の単離による分析において、例えば生体サンプルからの核酸の単離は時間のかかる退屈なものになり得るので、自動化の度合いの向上に対するニーズが存在する。サンプルの準備は、細胞単離、細胞溶解、及び洗浄を含み得る。遺伝的な病気、状況又は特性に関する遺伝分析に対して、信頼でき、容易に再生可能であり、特に自動的に修正可能である核酸単離の方法を利用可能であることが必須である。この要件は、患者の体液において低い濃度の特定のバクテリアＤＮＡの検出に特に役立つ。
【０００３】
この文脈において、例えばサンプル流体に存在する化合物と結合反応をする、特別な結合分子を備える磁気ビーズのような磁性粒子を処理することが通常必要である。このため、
‐例えばビーズをあるターゲット分子に結合することが可能であり、
‐磁気ビーズ又は磁性粒子に位置されるターゲット又は化合物を、残りの流体から洗浄、又は分離、又は溶離することが更に可能である
ように、制御可能な流体‐ビーズ相互作用が達成されることが必要である。
【０００４】
液体のような媒体とともに磁性粒子を含む容器又はチャンバに磁場を印加することにより、磁性粒子を運動させる装置が一般に知られている。例えば国際特許公開公報ＷＯ０４／０００４４６Ａ２は、磁気的に誘導可能な粒子を回転させる方法及び装置を開示する。この文献は、流体中に懸濁された粒子を通じて、多方向磁場を回転させることにより、前記懸濁された磁気的に誘導可能な粒子を回転させる装置及び方法を開示し、これにより粒子及び流体は運動させられる。磁性粒子を運動させる従来技術の装置において、媒体又は媒体中の化合物に対するせん断力の印加に対して、運動の効率が不満足なものであるということが認識されている。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
それゆえ本発明の目的は、媒体中の化合物に対して印加するせん断力の最適値、及び高い運動効率を有する、チャンバに備えられる液状媒体内の磁性粒子を運動させる装置を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記の目的は、本発明による運動及び固定する方法、並びに、運動させる装置、システム、及び方法により達成される。チャンバに備えられた液状媒体内の磁性粒子を運動させる装置は、第１主軸を有する第１磁場を生成する第１磁気手段と、第２主軸を有する第２磁場を生成する第２磁気手段とを有し、第１主軸及び第２主軸が、鋭角の傾斜により互いに対して傾斜されている。
【０００７】
本発明による装置の利点は、このように２つの磁気手段の磁場を印加することにより、媒体において磁性粒子のより効果的な運動が可能であることである。例えば核酸、オリゴ核酸、たんぱく質、抗体等の生体分子に関する生化学反応に対して、所定の期間内に可能な限りの媒体又は流体表面に見えるように、磁性粒子又は磁気ビーズが流体を通じて運動する場合、対応する分子のより良い結合、又は、概してより良い生化学反応が達成され得る。磁気手段の傾斜された主軸で、２つの磁気手段の磁場を印加することにより、生化学反応が行われた後の洗浄ステップの間の運動も、より効率的になされる。運動効率が磁気ビーズ又は磁性粒子の視覚的乱流に関連付けられると仮定される。より乱流が観測されればされるほど、より良い結合及び／又は洗浄プロセスとなる。
【０００８】
本発明の好ましい実施例において、第１磁気手段は、第１の回転軸の周りを、第１の回転速度で回転可能に設けられ、第２磁気手段が、第２の回転軸の周りを、第２の回転速度で回転可能に設けられる。特に好ましくは、運動操作の間、第１の回転速度と、第２の回転速度とが、可変にされる。このことは、第１の磁気手段と、第２の磁気手段とが独立して様々な速度で運動させられることが可能であり、その結果、磁性粒子の運動効率が向上されるという利点を有する。磁性粒子がチャンバ内部で「見る」磁場が、これにより向上される。第１及び／又は第２の回転速度を変化させ、チャンバに対する第１磁石及び／若しくは第２磁石の高さ（又は距離）及び／又は回転の方向を変化させることにより、異なる体積及びタイプの流体を操作することも可能である。
【０００９】
本発明の更に好ましい実施例において、回転の第１軸と第２軸とが一致する。この特徴は、この発明の装置が、より単純に、コスト効率よく構成され得るという利点を有する。
【００１０】
本発明の好ましい実施例において、第１磁気手段は、チャンバに対して第１の距離に設けられ、第２磁気手段が、チャンバに対して第２の距離に設けられる。特に好ましくは、装置の操作の間、第１及び第２の距離が独立して変更可能にされる。本発明による装置の利点は、磁性粒子に作用する磁力を正確に制御することが可能であることである。第１及び／又は第２の距離を変更することにより、異なる体積及びタイプの流体を操作することも可能である。（第１及び／又は第２の）回転の速度、並びに（第１及び／又は第２の）距離も変化させることにより、より広い範囲の異なるサイズの流体サンプル及び／又は異なるタイプの流体を操作することも可能である。回転の速度及び／又は距離は、好ましくは液状媒体の粘性と、本発明の装置により扱われるべき液状媒体の体積との関数として定義される。
【００１１】
本発明の更に好ましい実施例において、傾斜の角度は、運動操作の間、可変である。特に好ましくは、傾斜の角度は、２０度乃至７０度の範囲にあり、最も好ましくは、３５度乃至５５度の範囲にある。
【００１２】
本発明の好ましい実施例において、第１及び／又は第２磁気手段は、永久磁石である。本発明による装置の利点は、該装置が、磁気手段として標準的な磁気要素を使用することにより、軽量且つコスト効率よくされ得るということである。代替として、磁気手段は、電磁石としても、設けられ得る。このことは、媒体を通じた磁性粒子の運動のプロセスの間、磁場の強度及び形態が変化され得るという利点を有する。
【００１３】
本発明の好ましい実施例において、第１磁気手段は、チャンバの上部に設けられ、第２磁気手段が、チャンバの下部に設けられる。本発明による装置の利点は、磁性粒子及び内部の媒体とともにチャンバを担持する使い捨てのカートリッジと一緒に使用することが可能であることである。
【００１４】
本発明は、液状媒体内の磁性粒子を運動させる、装置を有するシステムも含み、該システムは、磁性粒子が位置されるチャンバを更に有し、該装置は、主軸を有する第１磁場を生成する第１磁気手段と、第２の主軸を有する第２磁場を生成する第２磁気手段とを有し、第１の主軸と第２の主軸とが、鋭角の傾斜により互いに対して傾斜され、チャンバは、入り口及び出口を備える。本発明によるシステムは、本発明の装置とチャンバとを有する。好ましくは、チャンバは、例えばスロット等により挿入されるか、又は装置から外され得る使い捨てカートリッジ内に位置される。こうすることにより、チャンバ内の媒体は、装置から完全に分離することができ、システムは媒体及び磁性粒子に関して閉じた系を実現するということが可能である。カートリッジ内では、チャンバは、混合室、容器（reservoir）等のような他の区域と好ましくはリンクされる。チャンバは、入り口及び出口により、これらの他の区域と連通する。
【００１５】
本発明は、磁性粒子を運動させる方法も含み、該磁性粒子はチャンバ内にある液状媒体に備えられ、該方法は、
‐第１主軸を有する第１磁場を生成する第１磁気手段を、第１回転軸の周りに第１回転速度で回転させるステップと、
‐第２主軸を有する第２磁場を生成する第２磁気手段を、第２回転軸の周りに第２回転速度で回転させるステップと、
を有し、第１主軸と第２主軸とは、鋭角の傾斜により互いに対して傾斜されている。これにより、磁性粒子を運動させる効率は、非常に向上されうる。
【００１６】
本発明の好ましい実施例において、第１回転速度と第２回転速度とは、媒体を通じた磁性粒子の運動の間、変化される。このことは、磁力の印加の間、第１磁気手段と第２磁気手段とが、独立して様々な速度で運動させられ、その結果磁性粒子の運動効率が向上されるという利点をもつ。磁性粒子がチャンバ内で「見る」磁場は、これによって更に向上される。
【００１７】
本発明は、液状媒体内の磁性粒子を運動させる方法と、該磁性粒子を固定する方法とを含み、
‐第１のステップにおいて、該磁性粒子は、本発明の方法により運動させられ、
‐第２のステップにおいて、該磁性粒子は、第１磁気手段のチャンバに対する第１距離を減少させることと、第２磁気手段のチャンバからの第２距離を増加させることとにより、固定される。本発明による方法は、小さな体積のチャンバにおいて磁性粒子を蓄積するとともに固定することが可能であるという利点を有する。この状況において、磁性粒子は、例えばチャンバの上部の制限（「天井」）において固定される。媒体は、それから、チャンバから排出され得、その結果、磁性粒子又は磁気ビーズに付着された化合物又は材料を洗浄及びすすぐことが可能である。
【００１８】
本発明のこれら及び他の特徴、フィーチャ、及び利点は、添付の図面とともに、本発明の原理を例によって説明する、以下の詳細な説明から明らかになるであろう。記載は、発明の範囲を制限することなく、例のみのために付与される。以下に引用された参照する図面は、添付の図面を参照する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１９】
本発明は、特定の実施例と関連して、ある図面を参照して記載されるだろうが、本発明は、当該実施例及び図面には制限されず、請求項のみによって制限される。記載された図面は、概略的なものに過ぎず、非制限的である。図面において、要素のいくつかのサイズは、説明上誇張されて、正しい縮尺で描かれないことがあり得る。
【００２０】
単数形の表記が使用される場合、他に特に述べられていないならば複数形のものも含む。
【００２１】
更に、説明及び請求項における、第１、第２、第３等の用語は、類似の要素間を区別するために使用され、連続的に又は時系列に記載することを必要としない。このように使用される用語は、適切な環境の下で交換可能であり、ここに記載される本発明の実施例は、ここに記載される以外のシーケンスにおいて動作させることができると理解されるべきである。
【００２２】
更に、説明及び請求項における、上、下等の用語は、説明的な目的で使用され、必ずしも相対的な位置を記載するわけではない。このように使用される用語は、適切な環境の下で交換可能であり、ここに記載された本発明の実施例は、ここに記載又は図示される以外の方向で動作させることができると理解されるべきである。
【００２３】
本説明及び請求項において使用される「有する」という用語は、当該説明及び請求項に列挙される手段に制限されているとして解釈されるべきではなく、他の要素又はステップを排除しないことに留意されるべきである。したがって、「手段Ａ及びＢを有する装置」という表現の範囲は、コンポーネントＡ及びＢのみからなる装置に制限されるべきではない。このことは、本発明に関して装置の関連するコンポーネントのみがＡ及びＢであるということを意味する。
【００２４】
図１において、本発明の装置１０は、チャンバ２０とともに概略的に図示される。チャンバは、媒体３と磁性粒子２とを含む。装置１０は、チャンバ２０の上に第１磁気手段３０を有し、チャンバ２０の下に第２磁気手段４０を有する。第１磁気手段３０は、第１回転軸３３の周りを回転可能に配置され、第２磁気手段４０は、第２回転軸４３の周りを回転可能に配置される。第１磁気手段３０は、第１回転軸３３の周りを第１回転速度３２で回転され得、第２磁気手段４０が、第２回転軸４３の周りを第２回転速度４２で回転され得る。第１磁気手段３０は、チャンバ２０から第１の距離３１に設けられ、第２磁気手段４０は、チャンバ２０から第２の距離４１に設けられる。
【００２５】
第１磁気手段３０及び第２磁気手段４０は、好ましくは永久磁石、例えば希土類合金である。このような永久磁石の外側の、又はこのような永久磁石により「生成される」磁場は、通常主軸について回転対称であるか、又は少なくともその近似を示す。円盤形態の均質な材料の永久磁石の場合において、外部磁場は回転対称を示し、主軸は、円盤の中心を通り、ディスクの主な平面に対して直交される。異なる形状の永久磁石に対しても、主軸は、通常磁石の中心を通るであろう。本発明による主軸は、通常、磁石の表面部分における、磁石の外部の磁場の方向と一致し、該磁場は、磁石の表面部分に対して直角に向けられる。このように、第１磁気手段３０は、第１主軸３６を示し、第２磁気手段４０が、第２主軸４６を示す。本発明によると、第１及び第２磁気手段３０、４０の主軸３６，４６は、互いに対して鋭角の傾斜５１により傾斜される。こうすることにより、第１及び第２磁気手段３０，４０がチャンバ２０内に生成する磁場を非常に変化させる、及び制御することが可能である。
【００２６】
好ましくは、永久磁石である磁気手段３０，４０は、長方形の断面を有し、永久磁石アセンブリを形成するため、回転可能な非磁性の保持サポート部に対して、糊付けか、又は機械的な手段により固定され得る。第２磁気手段４０に対して、保持サポート部４４が図１に示される。前記アセンブリは、１つ又は複数の磁石を収容し、磁場を焦点に合わせるために、強磁性ハーネスを含み得る。
【００２７】
垂直な第１回転軸３３及び第２磁気手段４０に対して傾斜された保持サポート部４４をもつ、本発明の装置１０の図示された例の場合において、傾斜角５１は、好ましくは、垂直な第１回転軸３３と第２磁気手段４０に対して傾斜された保持サポート部４４との間の鋭角に対応し、すなわち、第２主軸４６は、例えば第２磁気手段４０に対する保持サポート部４４に対して垂直になっている。
【００２８】
図２乃至４において、磁気手段３０、４０の異なる回転速度における、運動又はミキシング効率の例とともに、チャンバ２０の上部から得られるチャンバ２０の図が示される。明確にするため、第２磁気手段４０は、図２乃至４において示されない。図２において、磁性粒子２は、ゆっくりとだけ（毎秒約２回転）運動し、一方、図３において、磁性粒子２は、平均的な速度（毎秒約６回転）で運動させられる。図２と図３とを比較してわかるように、磁性粒子をより早く回転させることにより、より高い度合いの視覚的乱流（暗い領域）が達成される。図４において、磁気手段３０，４０をより高い回転速度（毎秒約９回転）で運動させる間、更に高い度合いの視覚的乱流が達成される。
【００２９】
本発明によると、磁気手段３０，４０により、チャンバ２０内部の媒体３内に備えられる磁性粒子２を運動又はミキシングすることができる。本発明によると、流体又は媒体を通じた、磁性粒子２の制御された攪拌が可能である。
【００３０】
磁性粒子２は、好ましくは磁気ビーズ２、磁気ラベル２、又は磁気球２である。磁性粒子２は、ターゲット分子、例えば核酸が結合され得る結合サイトを担持することができるように設計される。磁性粒子２は、磁化されるか、又は磁化可能にされ得る。磁性粒子２は、必ずしも球体の形状でなくてもよく、適切な形状、例えば、球、円柱、棒、立方体、楕円形等であるか、又は規定された、若しくは一定の形状をもたなくても良い。「磁性粒子」という用語は、いかなる適切な形態の１又はそれより多くの磁性材料、例えば磁性、反磁性、常磁性、超常磁性、強磁性、すなわち、永久的か、又は一時的に、磁場中に磁気ダイポールを生成するいかなる形態の磁性の材料を粒子が含むことを意味するように理解される。本発明を実行するために、磁性粒子の形状に対していかなる制限もないが、現在のところ球体の粒子が、信頼できる態様で製造するのに最も容易且つ安価である。磁性粒子のサイズは、それ自体、本発明を制限する要素ではない。しかしながら、マイクロ流体の系における相互作用を検出するために、小さなサイズの磁性粒子が有利であるだろう。μｍサイズの磁気ビーズが磁性粒子として使用される場合、該ビーズは、ダウンスケーリングを制限する。更に、小さな磁性粒子２は、より良い拡散特性を有し、通常大きな磁性粒子２よりも、低い沈殿傾向を示す。本発明によると、磁性粒子は、１ｎｍと約５０００ｎｍとの間、より好ましくは、約６００ｎｍと約４０００ｎｍとの間のサイズ範囲で使用される。
【００３１】
媒体３を通じた磁性粒子２の運動は、異なる回転速度において、第１及び／又は第２磁気手段３０，４０を回転させることにより制御され得る。媒体３を通じた磁性粒子２の運動は、更に、第２磁気手段４０と比較して同じか、又は反対の回転方向で、第１磁気手段３０を回転させることにより制御され得る。媒体３を通じた磁性粒子２の運動は、更に、チャンバ２０に対する、磁気手段３０，４０の第１及び第２距離３１，４１を変化させることにより制御され得る。
【００３２】
チャンバ２０内における媒体３を通じた磁性粒子２の運動に加えて、磁気手段は、チャンバ内の位置、好ましくは、チャンバ２０の内部表面の領域において、磁性粒子２を固定又は捕捉するためにも使用され得る。このことは、例えば、第１及び第２磁気手段３０，４０を低くする、すなわち、第１距離３１を減少し、第２距離４１を増加させることによりなされる。それから、磁性粒子２は、少量堆積され、媒体３の流体の大半は、チャンバ２０の外に流され得る。もちろん、第１及び第２磁気手段３０、４０を上げる、すなわち第１距離３１を増加させ、第２距離４１を減少させることにより、磁気粒子を捕捉又は固定することも可能である。
【図面の簡単な説明】
【００３３】
【図１】図１は、本発明の装置をチャンバとともに概略的に図示する。
【図２】図２は、磁気手段の異なる回転速度における運動又はミキシング効率の例とともに、チャンバの図を示す。
【図３】図３は、磁気手段の異なる回転速度における運動又はミキシング効率の例とともに、チャンバの図を示す。
【図４】図４は、磁気手段の異なる回転速度における運動又はミキシング効率の例とともに、チャンバの図を示す。
【図１】
2008544277.tif 000003
【図２】
2008544277.tif 000004
【図３】
2008544277.tif 000005
【図４】
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【国際調査報告】
2008544277.tif 000007
2008544277.tif 000008
2008544277.tif 000009