(57)【要約】本発明は、概して、媒体内の細胞または生体分子等の粒子を単離するために、そのような粒子の磁気浮上に関する。本発明は、粒子を単離するデバイスおよび方法を提供する。それを通して延在する流体チャネルを有する、流体工学粒子単離デバイスが、開示され、流体チャネルの区画は、常磁性媒体内に粒子を含有する溶液が、磁場を通して通過されるときに、粒子が溶液内で単離されるように、非対称磁場に暴露される。本明細書で提供されるものは、流体チャネルと、略垂直軸に沿って流体チャネルの反対側に位置付けられる２つの磁気構成要素とを含む、粒子単離デバイスであり、２つの磁気構成要素は、流体チャネル内に非対称磁場を生成するように構成される。
2021519113.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
粒子単離デバイスであって、前記粒子単離デバイスは、流体チャネルと、略垂直軸に沿って前記流体チャネルの反対側に位置付けられる２つの磁気構成要素とを備え、前記２つの磁気構成要素は、前記流体チャネル内に非対称磁場を生成するように構成される、粒子単離デバイス。
【請求項２】
前記磁場は、略垂直軸に沿って非対称である、請求項１に記載の粒子単離デバイス。
【請求項３】
前記２つの磁気構成要素は、前記２つの磁気構成要素のうちの第１の磁気構成要素が、前記２つの磁気構成要素のうちの第２の磁気構成要素によって生成される前記流体チャネル内の磁場よりも強い前記流体チャネル内の磁場を生成するように、前記流体チャネルに対して構成される、請求項１に記載の粒子単離デバイス。
【請求項４】
前記流体チャネルは、略線形部分を含み、前記２つの磁気構成要素は、前記略線形部分に沿って位置付けられる、請求項１に記載の粒子単離デバイス。
【請求項５】
粒子単離デバイスであって、
ａ）流体チャネルによって相互接続される少なくとも１つの入力ポートと、少なくとも１つの出力ポートとを備える流体チャネル構造であって、前記流体チャネルは、略線形部分を含み、前記略線形部分は、前記少なくとも１つの入力ポートと流体連通する先端と、前記少なくとも１つの出力ポートと流体連通する末端とを備える、流体チャネル構造と、
ｂ）前記流体チャネルの略線形部分の反対側に略垂直に位置付けられる２つの磁気構成要素であって、前記２つの磁気構成要素は、前記流体チャネルの略線形部分内に非対称磁場を生成するように構成される、２つの磁気構成要素と、
ｃ）随意に、前記少なくとも１つの入力ポートから前記流体チャネルを通して前記少なくとも１つの出力ポートから外に流体を駆動するように構成される１つ以上のポンプと
を備える、粒子単離デバイス。
【請求項６】
前記２つの磁気構成要素は、前記２つの磁気構成要素のうちの第１の磁気構成要素が、前記２つの磁気構成要素のうちの第２の磁気構成要素によって生成される前記流体チャネル内の磁場よりも強い前記流体チャネル内の磁場を生成するように、前記流体チャネルに対して構成される、請求項５に記載の粒子単離デバイス。
【請求項７】
前記２つの磁気構成要素は、永久磁石または電磁石を備える、請求項５に記載の粒子単離デバイス。
【請求項８】
前記２つの磁気構成要素は、ネオジム−鉄、サマリウム−コバルト、またはフェライトを含む恒久棒磁石を備える、請求項５に記載の粒子単離デバイス。
【請求項９】
前記２つの磁気構成要素は、上側磁石と、下側磁石とを備え、前記上側磁石は、前記下側磁石よりも大型であるか、または、前記下側磁石は、前記上側磁石よりも大型である、請求項５に記載の粒子単離デバイス。
【請求項１０】
前記流体チャネルの略線形部分の末端は、前記流体チャネルを少なくとも２つのチャネルに区分化するスプリッタを備える、請求項５に記載の粒子単離デバイス。
【請求項１１】
前記スプリッタは、前記流体チャネルが、前記２つの磁気構成要素の間にある位置において分割されるように、前記流体チャネル内に位置する、請求項１０に記載の粒子単離デバイス。
【請求項１２】
前記スプリッタは、前記流体チャネルを複数の垂直に離間されたコンパートメントに区分化する、請求項１０に記載の粒子単離デバイス。
【請求項１３】
前記少なくとも１つの入力ポート、前記少なくとも１つの出力ポート、および前記流体チャネルは、統合型流体チップまたはカートリッジ内に含有される、請求項５に記載の粒子単離デバイス。
【請求項１４】
前記非対称磁場は、略垂直軸に沿って非対称である、請求項５に記載の粒子単離デバイス。
【請求項１５】
前記デバイスはさらに、前記流体チャネル内の流体流および／または前記少なくとも１つの出力ポートからの流体流を制御するための１つ以上の弁を備える、請求項５に記載の粒子単離デバイス。
【請求項１６】
前記デバイスはさらに、粒子が前記非対称磁場を通して通過するにつれて、前記粒子の画像を可視化および／または記録するためのデバイスを備える、請求項５に記載の粒子単離デバイス。
【請求項１７】
前記デバイスはさらに、前記非対称磁場が生成される前記流体チャネルの一部の可視化を可能にするように構成される可視化窓を備える、請求項１６に記載の粒子単離デバイス。
【請求項１８】
粒子単離デバイスであって、
ａ）流体チャネル構造であって、前記流体チャネル構造は、一連の流体チャネルによって相互接続される少なくとも１つの入力ポートと、少なくとも２つの出力ポートとを備え、前記一連の流体チャネルは、第１の略線形部分を備える第１の流体チャネルと、第２の略線形部分を備える第２の流体チャネルと、第３の略線形部分を備える第３の流体チャネルとを備え、前記流体チャネル構造は、第１の処理経路であって、前記少なくとも１つの入力ポートから前記第１の略線形部分まで延在し、前記第１の略線形部分から前記第２の略線形部分まで延在し、前記第２の略線形部分から前記少なくとも２つの出力ポートのうちの第１の出力ポートまで延在する、第１の処理経路と、第２の処理経路であって、前記少なくとも１つの入力ポートから前記第１の略線形部分まで延在し、前記第１の略線形部分から前記第３の略線形部分まで延在し、前記第３の略線形部分から前記少なくとも２つの出力ポートのうちの第２の出力ポートまで延在する、第２の処理経路とを備える、流体チャネル構造と、
ｂ）それぞれ、前記第１の略線形部分、前記第２の略線形部分、および第３の略線形部分の反対側に略垂直に位置付けられる、第１の対の磁気構成要素、第２の対の磁気構成要素、および第３の対の磁気構成要素であって、前記第１の対の磁気構成要素、第２の対の磁気構成要素、または第３の対の磁気構成要素のうちの少なくとも１つは、その隣接する略線形部分内に非対称磁場を生成するように構成される、第１の対の磁気構成要素、第２の対の磁気構成要素、および第３の対の磁気構成要素と、
ｃ）随意に、前記少なくとも１つの入力ポートから前記一連の流体チャネルを通して、前記少なくとも２つの出力ポートから外に流体を駆動するように構成される、１つ以上のポンプと
を備える、粒子単離デバイス。
【請求項１９】
１つ以上の付加的処理区画をさらに備え、前記１つ以上の付加的処理区画はそれぞれ、両側に一対の磁気構成要素が並んだ略線形流体チャネル部分を備え、それによって、前記１つ以上の付加的処理区画は、前記第１の略線形部分、前記第２の略線形部分、または前記第３の略線形部分のうちの少なくとも１つと流体連通し、前記１つ以上の付加的処理区画は、前記第１の略線形部分、前記第２の略線形部分、または前記第３の略線形部分のうちの少なくとも１つと並列または直列に位置付けられる、請求項１８に記載の粒子単離デバイス。
【請求項２０】
前記第１の対の磁気構成要素は、前記第１の略線形部分内で略垂直軸に沿って対称磁場を生成するように構成され、前記第２の対の磁気構成要素は、前記第２の略線形部分内で略垂直軸に沿って非対称磁場を生成するように構成され、前記第３の対の磁気構成要素は、前記第３の略線形部分内で略垂直軸に沿って非対称磁場を生成するように構成される、請求項１８に記載の粒子単離デバイス。
【請求項２１】
前記第１の対の磁気構成要素は、前記第１の略線形部分の上方に位置付けられる第１の上側棒磁石と、前記第１の略線形部分の下方に位置付けられる第１の下側棒磁石とを備え、前記第１の上側磁石および第１の下側磁石は、磁気反発配向で位置付けられ、前記第２の対の磁気構成要素は、前記第２の略線形部分の上方に位置付けられる第２の上側棒磁石と、前記第２の略線形部分の下方に位置付けられる第２の下側棒磁石とを備え、前記第２の上側磁石および第２の下側磁石は、磁気反発配向で位置付けられ、前記第３の対の磁気構成要素は、前記第３の略線形部分の上方に位置付けられる第３の上側棒磁石と、前記第３の略線形部分の下方に位置付けられる第３の下側棒磁石とを備え、前記第３の上側磁石および第３の下側磁石は、磁気反発配向で位置付けられる、請求項２０に記載の粒子単離デバイス。
【請求項２２】
前記第２の上側棒磁石は、前記第２の下側棒磁石よりも強い磁場を放出し、前記第３の下側棒磁石は、前記第３の上側棒磁石よりも強い磁場を放出する、請求項２１に記載の粒子単離デバイス。
【請求項２３】
前記第２の上側棒磁石は、前記第２の下側棒磁石よりも強い磁場を放出する２つ以上の磁石を備え、前記第３の下側棒磁石は、前記第３の上側棒磁石よりも強い磁場を放出する２つ以上の磁石を備える、請求項２１に記載の粒子単離デバイス。
【請求項２４】
前記第１の略線形部分内の前記第１の流体チャネルの終端に沿って開始する第１のスプリッタと、前記第２の略線形部分内の前記第２の流体チャネルの終端に沿って開始する第２のスプリッタと、前記第３の略線形部分内の前記第３の流体チャネルの終端に沿って開始する第３のスプリッタとをさらに備える、請求項２０に記載の粒子単離デバイス。
【請求項２５】
前記第１のスプリッタは、前記第１の略線形部分に沿った前記第１の流体チャネルを少なくとも２つの流体チャネルに分割し、それによって、前記少なくとも２つの流体チャネルのうちの第１のチャネルが、前記第２の略線形部分内の前記第２の流体チャネルと流体連通し、前記少なくとも２つの流体チャネルのうちの第２のチャネルが、前記第３の略線形部分内の前記第３の流体チャネルと流体連通する、請求項２４に記載の粒子単離デバイス。
【請求項２６】
前記第２のスプリッタは、前記第２の略線形部分に沿った前記第２の流体チャネルを少なくとも２つの流体チャネルに分割し、それによって、前記少なくとも２つの流体チャネルは、対応する出口ポートと流体連通する、請求項２４に記載の粒子単離デバイス。
【請求項２７】
前記第３のスプリッタは、前記第３の略線形部分に沿った前記第３の流体チャネルを少なくとも２つの流体チャネルに分割し、それによって、前記少なくとも２つの流体チャネルは、対応する出口ポートと流体連通する、請求項２４に記載の粒子単離デバイス。
【請求項２８】
粒子を単離する方法であって、
ａ）粒子と、常磁性媒体とを含む処理溶液を形成することと、
ｂ）粒子単離デバイスを通して前記処理溶液を通過させることであって、前記デバイスは、流体チャネルを備える流体チャネル構造と、前記流体チャネルの反対側に位置付けられる少なくとも２つの磁気構成要素とを備え、前記２つの磁気構成要素は、前記流体チャネル内に非対称磁場を生成し、それによって、前記粒子が前記非対称磁場を通して通過するにつれて、それらを単離し、それによって、単離された粒子を発生させる、ことと、
ｃ）前記単離された粒子を観察、分析、記録、および／または収集することと
を含む、方法。
【請求項２９】
ａ）流体チャネル構造は、前記流体チャネルによって相互接続される少なくとも１つの入力ポートと、少なくとも１つの出力ポートとを備え、前記流体チャネルは、前記入力ポートと流体連通する先端と、前記出力ポートと流体連通する末端とを備える略線形部分を含み、前記少なくとも２つの磁気構成要素は、前記流体チャネルの略線形部分の反対側に略垂直に位置付けられ、前記少なくとも２つの磁気構成要素は、前記流体チャネルの略線形部分内に非対称磁場を生成するように構成され、
ｂ）随意に、１つ以上のポンプは、前記少なくとも１つの入力ポートから前記流体チャネルを通して、前記少なくとも１つの出力ポートから外に流体を駆動するように構成され、
ｃ）前記方法はさらに、前記流体チャネルを通して前記処理溶液を圧送することを含み、前記単離された粒子を観察、分析、および／または記録することは、前記流体チャネルの略線形部分に沿って前記単離された粒子を観察、分析、および／または記録すること、および／または前記少なくとも１つの出力ポートから前記単離された粒子を収集することを含む、請求項２８に記載の方法。
【請求項３０】
前記常磁性媒体は、常磁性材料と、溶媒とを含む、請求項２８に記載の方法。
【請求項３１】
前記常磁性媒体は、常磁性材料と、塩と、細胞の完全性を維持するように機能する他の添加剤とを含む、請求項２８に記載の方法。
【請求項３２】
前記常磁性媒体は、生体適合性である、請求項２８に記載の方法。
【請求項３３】
前記常磁性材料は、ガドリニウム、チタン、バナジウム、クロム、マンガン、鉄、ニッケル、ガリウム、ジスプロシウム、それらのイオン、またはそれらの組み合わせを含む、請求項３０に記載の方法。
【請求項３４】
前記常磁性材料は、チタン（ＩＩＩ）イオン、ガドリニウム（ＩＩＩ）イオン、バナジウム（Ｉ）イオン、ニッケル（ＩＩ）イオン、クロム（ＩＩＩ）イオン、バナジウム（ＩＩＩ）イオン、ジスプロシウム（ＩＩＩ）イオン、コバルト（ＩＩ）イオン、またはガリウム（ＩＩＩ）イオンを含む、請求項３０に記載の方法。
【請求項３５】
前記常磁性材料は、キレート化合物を含む、請求項３０に記載の方法。
【請求項３６】
前記常磁性材料は、ガドリニウムキレート、ジスプロシウムキレート、またはマンガンキレートを含む、請求項３０に記載の方法。
【請求項３７】
前記常磁性材料は、少なくとも１０ｍＭ、２０ｍＭ、３０ｍＭ、４０ｍＭ、５０ｍＭ、６０ｍＭ、７０ｍＭ、８０ｍＭ、９０ｍＭ、１００ｍＭ、１２０ｍＭ、１５０ｍＭ、２００ｍＭ、２５０ｍＭ、３００ｍＭ、５００ｍＭ、または１Ｍの濃度において前記常磁性媒体内に存在する、請求項３０に記載の方法。
【請求項３８】
前記常磁性材料は、約１０ｍＭ〜約５０ｍＭ、約２５ｍＭ〜約７５ｍＭ、約５０ｍＭ〜約１００ｍＭ、約１００ｍＭ〜約１５０ｍＭ、約１５０ｍＭ〜約２００ｍＭ、約２００ｍＭ〜約２５０ｍＭ、約２５０ｍＭ〜約３００ｍＭ、約３００ｍＭ〜約５００ｍＭ、または約５００ｍＭ〜約１Ｍの濃度において前記常磁性媒体内に存在する、請求項３０に記載の方法。
【請求項３９】
前記常磁性材料は、ガドリニウムを含み、少なくとも１０ｍＭ、２０ｍＭ、３０ｍＭ、４０ｍＭ、５０ｍＭ、６０ｍＭ、７０ｍＭ、８０ｍＭ、９０ｍＭ、または１００ｍＭの濃度において前記常磁性媒体内に存在する、請求項３０に記載の方法。
【請求項４０】
前記常磁性材料は、ガドリニウムを含み、約１０ｍＭ〜約５０ｍＭ、約２５ｍＭ〜約７５ｍＭ、または約５０ｍＭ〜約１００ｍＭの濃度において前記常磁性媒体内に存在する、請求項３０に記載の方法。
【請求項４１】
前記少なくとも２つの磁気構成要素は、上側磁石と、下側磁石とを備え、前記粒子の密度は、前記常磁性媒体の密度よりも大きく、前記下側磁石によって生成される磁場は、前記上側磁石によって生成される磁場よりも大きい、請求項３０に記載の方法。
【請求項４２】
前記少なくとも２つの磁気構成要素は、上側磁石と、下側磁石とを備え、前記粒子の密度は、前記常磁性媒体の密度未満であり、前記下側磁石によって生成される磁場は、前記上側磁石によって生成される磁場未満である、請求項３０に記載の方法。
【請求項４３】
前記処理溶液が、前記非対称磁場を通して通過するにつれて、前記粒子は、実質的に類似する平衡高度に到達する、請求項２８に記載の方法。
【請求項４４】
前記少なくとも２つの磁気構成要素は、上側磁石と、下側磁石とを備え、前記処理溶液内に含有される前記粒子の実質的に全ては、平衡高度に到達し、前記粒子の最高平衡高度と前記粒子の最低平衡高度との間の差異は、前記上側磁石と下側磁石との間の垂直間隙の３５％未満、または前記上側磁石と下側磁石との間の垂直間隙の３０％未満、または前記上側磁石と下側磁石との間の垂直間隙の２５％未満、または前記上側磁石と下側磁石との間の垂直間隙の２０％未満、または前記上側磁石と下側磁石との間の垂直間隙の１５％未満、または前記上側磁石と下側磁石との間の垂直間隙の１０％未満、または前記上側磁石と下側磁石との間の垂直間隙の８％未満、または前記上側磁石と下側磁石との間の垂直間隙の６％未満、または前記上側磁石と下側磁石との間の垂直間隙の５％未満に等しい、請求項４３に記載の方法。
【請求項４５】
前記粒子の実質的に全ての平衡高度分布は、約５，０００ミクロン未満、４，０００ミクロン未満、３，０００ミクロン未満、２，０００ミクロン未満、１，０００ミクロン未満、５００ミクロン未満、３００ミクロン未満、または２００ミクロン未満である、請求項４４に記載の方法。
【請求項４６】
前記粒子の実質的に全ての平衡高度分布は、約１ミクロン〜約５，０００ミクロン、または約１ミクロン〜約３，０００ミクロン、または約１ミクロン〜約１，０００ミクロン、または約１ミクロン〜約５００ミクロン、または約１ミクロン〜約２００ミクロンである、請求項４４に記載の方法。
【請求項４７】
前記実質的に全ての粒子は、前記粒子の少なくとも７０％、７５％、８０％、８５％、９０％、または９５％を含む、請求項４５または請求項４６に記載の方法。
【請求項４８】
いったん前記粒子の実質的に全てが平衡高度に到達すると、前記粒子は、前記処理溶液を複数の流出分画に幾何学的に分割するスプリッタを通して通過し、前記粒子の実質的に全てを含む前記複数の流出分画のうちの１つ以上の流出分画が、収集され、それによって、前記粒子を単離する、請求項２８に記載の方法。
【請求項４９】
前記粒子の実質的に全ては、前記粒子の少なくとも７０％、７５％、８０％、８５％、９０％、または９５％を含む、請求項４４、４５、または４８に記載の方法。
【請求項５０】
前記常磁性媒体から前記単離された粒子を分離するステップをさらに含む、請求項２８、４４、４５、または４８に記載の方法。
【請求項５１】
前記粒子は、生体分子、細胞、細胞群、タンパク質、脂質、炭水化物、微生物、または細菌を含む、請求項２８に記載の方法。
【請求項５２】
粒子を単離する方法であって、
ａ）前記粒子と、常磁性媒体とを含む処理溶液を形成することと、
ｂ）粒子単離デバイスを通して前記処理溶液を通過させることであって、前記デバイスは、一連の流体チャネルを備える流体チャネル構造と、少なくとも２つの処理区画とを備え、前記少なくとも２つの処理区画のうちの各処理区画は、前記流体チャネルの一部の反対側に位置付けられる少なくとも２つの磁気構成要素を備え、前記２つの磁気構成要素は、前記流体チャネルのそれらの対応する部分内に非対称磁場を生成し、それによって、前記処理溶液の一部は、並行して前記少なくとも２つの処理区画を通して通過し、および／または前記処理溶液の一部または前記処理溶液の全ては、連続して前記少なくとも２つの処理区画を通して通過し、それによって、前記粒子が前記処理区画の非対称磁場を通して通過するにつれて、それらを単離する、ことと、
ｃ）前記単離された粒子を観察、分析、記録、および／または収集することと
を含む、方法。
【請求項５３】
（ｉ）前記流体チャネル構造は、前記一連の流体チャネルによって相互接続される少なくとも１つの入力ポートと、少なくとも２つの出力ポートとを備え、前記一連の流体チャネルは、第１の略線形部分と、第２の略線形部分と、第３の略線形部分とを備え、前記流体チャネル構造は、
Ａ．（ｉ）第１の処理経路であって、前記少なくとも１つの入力ポートから前記第１の略線形部分まで延在し、前記第１の略線形部分から前記第２の略線形部分まで延在し、前記第２の略線形部分から前記少なくとも２つの出力ポートのうちの出力ポートまで延在する、第１の処理経路と、
Ｂ．（ｉｉ）第２の処理経路であって、前記少なくとも１つの入力ポートから前記第１の略線形部分まで延在し、前記第１の略線形部分から前記第３の略線形部分まで延在し、前記第３の略線形部分から前記少なくとも２つの出力ポートのうちの出力ポートまで延在する、第２の処理経路と
を含み、
（ｉｉ）それぞれ、前記第１の略線形部分、前記第２の略線形部分、および第３の略線形部分の反対側に略垂直に位置付けられる、第１の対の磁気構成要素、第２の対の磁気構成要素、および第３の対の磁気構成要素であって、前記第１の対の磁気構成要素、第２の対の磁気構成要素、および第３の対の磁気構成要素のうちの少なくとも１つは、その隣接する略線形部分内に非対称磁場を生成するように構成され、
（ｉｉｉ）随意に、１つ以上のポンプは、前記少なくとも１つの入力ポートから前記一連の流体チャネルを通して、前記少なくとも２つの出力ポートから外に流体を駆動するように構成され、
（ｉｖ）前記方法は、前記第１の処理経路を通して前記処理溶液の一部を通過させ、前記第２の処理経路を通して前記処理溶液の一部を通過させることを含み、それによって、前記粒子が前記第１の略線形部分内の前記非対称磁場を通して通過するにつれて、粒子の第１の単離が存在し、それらが前記第２の略線形部分または前記第３の略線形部分のいずれかの非対称磁場を通して通過するにつれて、粒子の第２の単離が存在する、請求項５２に記載の方法。
【請求項５４】
チャネルを備える粒子単離デバイスであって、前記チャネルの一方の端部は、少なくとも２つのチャネルに分岐され、前記２つのチャネルは、前記粒子単離デバイス内で相互と略平行であり、磁石が、前記２つの略平行チャネルの間に位置付けられ、前記磁石は、磁力によって前記チャネル内の粒子を分離するように構成される、粒子単離デバイス。
【請求項５５】
粒子単離デバイスであって、前記粒子単離デバイスは、ウェルのアレイと、磁石のアレイとを備え、前記磁石のアレイのうちの第１の磁石は、前記ウェルのアレイのうちの第１のウェルと第２のウェルとの間に位置付けられ、前記第１の磁石は、前記第１のウェルおよび第２のウェル内の粒子を分離するように構成される、粒子単離デバイス。
【請求項５６】
前記粒子単離デバイスは、前記第１のウェル内で流体サンプルを循環させるように構成される、請求求５５に記載の粒子単離デバイス。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
（相互参照）
本願は、参照することによってそれらの全体として本明細書に組み込まれる、２０１８年３月２６日に出願された米国仮出願第６２／６４８，３００号、および２０１８年９月７日に出願された米国仮出願第６２／７２８，６８４号の利益を主張する。
【０００２】
本発明は、概して、媒体内の細胞または生体分子等の粒子を単離するために、そのような粒子の磁気浮上に関する。
【背景技術】
【０００３】
媒体内に含有される粒子単離は、多くの化学および生物学的プロセスにおいて重要なステップである。いくつかのプロセスでは、粒子の使用または操作を促進するために、単に粒子を単離する必要性が存在し得る一方で、他のプロセスでは、媒体内に同様に存在する他の粒子から粒子を分離する必要性が存在し得る。デバイスは、粒子の異種集団から着目粒子を分離するために、粒子およびそれらの周辺媒体の磁気的性質に依拠し得る。
【０００４】
例えば、浮上システムは、２つの磁石のセットの間に位置付けられるマイクロキャピラリチャネルを有することができる。磁気応答性媒体内の細胞の異種集団は、マイクロキャピラリチャネルを通して送られることができ、２つの隣接する磁石によって生成される磁場に暴露されることができる。磁場への暴露に応じて、細胞の異種集団内の同一のタイプの細胞が、マイクロキャピラリチャネル内で具体的高度まで浮上し、それによって、相互から細胞を分離することができる。所与の細胞の浮上高度は、個々の細胞上の磁力および補正された重力の平衡に基づいて決定されることができる。
【０００５】
２つの磁石は、磁場強度分布が、キャピラリチャネルの各軸に対して対称であるように、キャピラリチャネルに対して対称に位置付けられることができる。ある場合には、磁石の対称構成は、粒子を分離するデバイスの能力を限定し得る。ある場合には、磁石の垂直対称構成を用いると、媒体自体よりも高密度である磁気応答性媒体内の粒子の全てが、対称軸の下方の位置（すなわち、２つの磁石の間の垂直中間点）まで浮上することができる。これは、２つの結果を有し得、すなわち、（１）浮上高度の広がりが、磁石の間の利用可能な空間の半分に制約され得る、（２）流体経路が、より小さい空間（すなわち、チャネルの下半分）内で捕捉され得、加工の困難を引き起こし得、流動抵抗を増加させ得る。磁石をさらに離して移動させ、より大型のキャピラリを使用することは、全ての他の要因が一致していると、粒子へのより弱い分離力をもたらし得る、より浅い磁場勾配をもたらし得る。
【０００６】
故に、磁石の所与の表面強度に関して浮上位置の広がりを増加させることによって、選択性を改良し、浮上領域に結合される流体デバイスの製造可能性および動作可能性を改良する、細胞単離デバイスの必要性が存在する。
【発明の概要】
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明の概要内で提供される発明の実施形態は、例証的にすぎず、本明細書に開示される選択された実施形態の概観を提供するように意図されている。例証的かつ選択的である、発明の概要は、いずれの請求項の範囲も限定せず、本明細書に開示または検討される発明の実施形態の範囲全体を提供せず、本開示または任意の請求される発明の実施形態の範囲を限定または制約するものとして解釈されるべきではない。
【０００８】
本明細書で提供されるものは、流体チャネルと、略垂直軸に沿って流体チャネルの反対側に位置付けられる２つの磁気構成要素とを含む、粒子単離デバイスであり、２つの磁気構成要素は、流体チャネル内に非対称磁場を生成するように構成される。
【０００９】
また、本明細書で提供されるものは、流体チャネル構造と、少なくとも２つの磁気構成要素と、入力ポートから流体チャネル構造を通して、出力ポートから外に流体を駆動するように構成される、１つ以上のポンプとを有する、粒子単離デバイスである。本実施形態によると、流体チャネル構造は、流体チャネルによって相互接続される、少なくとも１つの入力ポートと、少なくとも１つの出力ポートとを含み、流体チャネルは、入力ポートと流体連通する先端と、出力ポートと流体連通する末端とを含む、略線形部分を含む。本実施形態はさらに、流体チャネルの略線形部分の反対側に略垂直に位置付けられる、２つの磁気構成要素を含み、２つの磁気構成要素は、流体チャネルの略線形部分内に非対称磁場を生成するように構成される。
【００１０】
さらに、本明細書で提供されるものは、一連の流体チャネルによって相互接続される、少なくとも１つの入力ポートと、少なくとも２つの出力ポートとを有する、流体チャネル構造を備える、粒子単離デバイスであり、一連の流体チャネルは、第１、第２、および第３の略線形部分を含む。本実施形態によると、流体チャネル構造は、第１の処理経路と、第２の処理経路とを含む。第１の処理経路は、入力ポートから第１の略線形部分まで、および第１の略線形部分から第２の略線形部分まで、および第２の略線形部分から出力ポートまで延在する。第２の処理経路は、入力ポートから第１の略線形部分まで、および第１の略線形部分から第３の略線形部分まで、および第３の略線形部分から出力ポートまで延在する。本デバイスはさらに、それぞれ、流体チャネルの第１、第２、および第３の略線形部分の反対側に略垂直に位置付けられる、第１、第２、および第３の対の磁気構成要素を含み、一対の磁気構成要素のうちの少なくとも１つは、流体チャネルのその隣接する略線形部分内に非対称磁場を生成するように構成される。本デバイスはさらに、少なくとも１つの入力ポートから流体チャネルを通して、少なくとも１つの出力ポートから外に流体を駆動するように構成される、１つ以上のポンプを含む。
【００１１】
一側面では、粒子単離デバイスの磁気構成要素は、非対称、好ましくは、略垂直軸に沿って非対称である、流体チャネル内に磁場を生成する。
【００１２】
別の側面では、粒子単離デバイスは、２つの磁気構成要素のうちの第１の磁気構成要素が、２つの磁気構成要素のうちの第２の磁気構成要素によって生成される流体チャネル内の磁場よりも強い流体チャネル内の磁場を生成するように、流体チャネルに対して構成される、２つの磁気構成要素を備える。
【００１３】
別の側面では、粒子単離デバイスは、永久磁石または電磁石である、２つの磁気構成要素を含む。磁気構成要素は、ネオジム−鉄、サマリウム−コバルト、アルミニウム−鉄−コバルト合金、またはフェライトを含む、恒久棒磁石を備えてもよい。
【００１４】
別の側面では、粒子単離デバイスは、上側磁石と、下側磁石とを含む、２つの磁気構成要素を含み、上側磁石は、下側磁石よりも大型である、または下側磁石は、上側磁石よりも大型である。
【００１５】
別の側面では、粒子単離デバイスは、流体チャネルを少なくとも２つのチャネルに区分化するスプリッタを含む。ある実施形態では、スプリッタは、流体チャネルの略線形部分の末端において流体チャネル内に位置付けられ、流体チャネルを２つ以上のチャネルに分割する。ある実施形態では、スプリッタは、流体チャネルが、２つの磁気構成要素の間にある位置において分割されるように、流体チャネル内に位置する。ある実施形態では、スプリッタは、流体チャネルを複数の垂直に離間されたコンパートメントに区分化する。
【００１６】
さらなる側面では、粒子単離デバイスは、統合型流体チップまたはカートリッジを備える。
【００１７】
別の側面では、粒子単離デバイスは、流体チャネル内の流体流および／または少なくとも１つの出力ポートの中へ、または少なくとも１つの出力ポートからの流体流を制御するための１つ以上の弁を含む。
【００１８】
別の側面では、粒子単離デバイスは、粒子が非対称磁場を通して通過するにつれて、粒子の画像を可視化および／または記録するためのデバイスを含む。
【００１９】
さらに、本明細書で提供されるものは、各処理区画が、両側に一対の磁気構成要素が並んだ略線形流体チャネル部分を備える、１つ以上の処理区画を備え、それによって、処理区画は、並列または直列に相互と流体連通する、粒子単離デバイスである。
【００２０】
本発明のある側面では、粒子単離デバイスは、複数の略線形部分を有する、流体チャネル構造を含み、第１の対の磁気構成要素は、第１の略線形部分の流体チャネル内で対称磁場を生成するように構成され、第２の対の磁気構成要素は、第２の略線形部分の流体チャネル内で非対称磁場を生成するように構成され、第３の対の磁気構成要素は、第３の略線形部分の流体チャネル内で非対称磁場を生成するように構成される。ある実施形態によると、第１の略線形部分は、第２および第３の略線形部分と直列流体連通し、第２および第３の略線形部分は、並列に構成され、直接流体連通していない。
【００２１】
一側面では、第１の対の磁気構成要素は、第１の線形部分の上方に位置付けられる第１の上側棒磁石と、第１の略線形部分の下方に位置付けられる第１の下側棒磁石とを含み、第１の上側磁石および第１の下側磁石は、磁気反発配向で位置付けられ、第２の対の磁気構成要素は、第２の略線形部分の上方に位置付けられる第２の上側棒磁石と、第２の略線形部分の下方に位置付けられる第２の下側棒磁石とを備え、第２の上側磁石および第２の下側磁石は、磁気反発配向で位置付けられ、第３の対の磁気構成要素は、第３の略線形部分の上方に位置付けられる第３の上側棒磁石と、第３の略線形部分の下方に位置付けられる第３の下側棒磁石とを備え、第３の上側磁石および第３の下側磁石は、磁気反発配向で位置付けられる。さらなる側面では、第２の上側棒磁石は、第２の下側棒磁石よりも強い磁場を放出し、第３の下側棒磁石は、第３の上側棒磁石よりも強い磁場を放出する。さらなる側面では、第２の上側棒磁石は、第２の下側棒磁石よりも強い磁場を放出する、２つ以上の磁石を備え、第３の下側棒磁石は、第３の上側棒磁石よりも強い磁場を放出する、２つ以上の磁石を備える。
【００２２】
別の側面では、粒子単離デバイスは、１つ以上の中心または散在磁石を共有する、平行流体チャネルの１つ以上のセットを備える。磁石は、各別個の流体チャネル内に磁場を成形するように位置付けられ、別個の流体チャネル毎の対向する磁石は、同じ極が面するように（すなわち、Ｓ−ＳまたはＮ−Ｎ）、位置付けられる。
【００２３】
別の側面では、粒子単離デバイスは、検定形式で静的分離を実施するための１つ以上のウェルのセットを備える。隣接ウェルが、１つ以上の磁石、例えば、スタックされた磁石を共有し、磁場、例えば、媒体内の粒子を、例えば、媒体の中心の中に単離する、成形された磁場を生成してもよい。
【００２４】
別の側面では、粒子単離デバイスはさらに、第１の略線形部分内の流体チャネルの終端に沿って開始する第１のスプリッタと、第２の略線形部分内の流体チャネルの終端に沿って開始する第２のスプリッタと、第３の略線形部分内の流体チャネルの終端に沿って開始する第３のスプリッタとを備える。さらなる側面では、第１のスプリッタは、第１の略線形部分に沿った流体チャネルを少なくとも２つの流体チャネルに分割し、それによって、該少なくとも２つの流体チャネルのうちの１つが、第２の略線形部分内の流体チャネルと流体連通し、該少なくとも２つの流体チャネルのうちの１つが、第３の略線形部分内の流体チャネルと流体連通する。別の側面では、第２のスプリッタは、第２の略線形部分に沿った流体チャネルを少なくとも２つの流体チャネルに分割し、それによって、該少なくとも２つの流体チャネルは、対応する出口ポートと流体連通する。さらなる側面では、第３のスプリッタは、第３の略線形部分に沿った流体チャネルを少なくとも２つの流体チャネルに分割し、それによって、該少なくとも２つの流体チャネルは、対応する出口ポートと流体連通する。
【００２５】
本発明のある実施形態では、粒子を単離する方法が提供されている。本方法は、（ａ）粒子と、常磁性媒体を含む、処理溶液を形成するステップと、（ｂ）粒子単離デバイスを通して処理溶液を通過させるステップであって、本デバイスは、流体チャネルを含む、流体チャネル構造と、流体チャネルの反対側に位置付けられる、少なくとも２つの磁気構成要素とを含み、２つの磁気構成要素は、流体チャネル内に非対称磁場を生成し、それによって、粒子が非対称磁場を通して通過するにつれて、それらを単離し、それによって、単離された粒子を発生させる、ステップと、（ｃ）単離された粒子を観察、分析、記録、および／または収集するステップとを含む。
【００２６】
一側面では、本発明の方法は、流体チャネルによって相互接続される、少なくとも１つの入力ポートと、少なくとも１つの出力ポートとを含む、流体チャネル構造を用いて実践され、流体チャネルは、入力ポートと流体連通する先端と、出力ポートと流体連通する末端とを有する、略線形部分を含み、少なくとも２つの磁気構成要素は、流体チャネルの略線形部分の反対側に略垂直に位置付けられ、少なくとも２つの磁気構成要素は、流体チャネルの略線形部分内に非対称磁場を生成するように構成され、随意に、１つ以上のポンプは、少なくとも１つの入力ポートから流体チャネルを通して、少なくとも１つの出力ポートから外に流体を駆動するように構成され、本方法はさらに、流体チャネルを通して処理溶液を圧送するステップを含み、単離された粒子を観察、分析、および／または記録するステップは、流体チャネルの略線形部分に沿って単離された粒子を観察、分析、および／または記録するステップ、および／または少なくとも１つの出力ポートから単離された粒子を収集するステップを含む。
【００２７】
さらなる側面では、常磁性媒体は、常磁性材料と、溶媒を含む。別の側面では、常磁性媒体は、常磁性材料と、塩と、細胞の完全性を維持するように機能する他の添加剤を含む。別の側面では、常磁性媒体は、生体適合性である。
【００２８】
さらなる側面では、常磁性材料は、ガドリニウム、チタン、バナジウム、クロム、マンガン、鉄、ニッケル、ガリウム、ジスプロシウム、それらのイオン、またはそれらの組み合わせを含んでもよい。さらなる側面では、常磁性材料は、チタン（ＩＩＩ）イオン、ガドリニウム（ＩＩＩ）イオン、バナジウム（Ｉ）イオン、ニッケル（ＩＩ）イオン、クロム（ＩＩＩ）イオン、ジスプロシウム（ＩＩＩ）イオン、バナジウム（ＩＩＩ）イオン、コバルト（ＩＩ）イオン、またはガリウム（ＩＩＩ）イオンを含む。さらなる側面では、常磁性材料は、キレート化合物を含む。さらなる側面では、常磁性材料は、ガドリニウムキレート、ジスプロシウムキレート、またはマンガンキレートを含む。
【００２９】
別の側面では、常磁性材料は、少なくとも１０ｍＭ、２０ｍＭ、３０ｍＭ、４０ｍＭ、５０ｍＭ、６０ｍＭ、７０ｍＭ、８０ｍＭ、９０ｍＭ、１００ｍＭ、１２０ｍＭ、１５０ｍＭ、２００ｍＭ、２５０ｍＭ、３００ｍＭ、５００ｍＭ、または１Ｍの濃度において常磁性媒体内に存在する。さらなる側面では、常磁性材料は、約１０ｍＭ〜約５０ｍＭ、約２５ｍＭ〜約７５ｍＭ、約５０ｍＭ〜約１００ｍＭ、約１００ｍＭ〜約１５０ｍＭ、約１５０ｍＭ〜約２００ｍＭ、約２００ｍＭ〜約２５０ｍＭ、約２５０ｍＭ〜約３００ｍＭ、約３００ｍＭ〜約５００ｍＭ、または約５００ｍＭ〜約１Ｍの濃度において常磁性媒体内に存在する。
【００３０】
別の側面では、常磁性材料は、ガドリニウムを含み、少なくとも約１０ｍＭ、２０ｍＭ、３０ｍＭ、４０ｍＭ、５０ｍＭ、６０ｍＭ、７０ｍＭ、８０ｍＭ、９０ｍＭ、または１００ｍＭの濃度において常磁性媒体内に存在する。さらなる側面では、常磁性材料は、ガドリニウムを含み、約１０ｍＭ〜約５０ｍＭ、約２５ｍＭ〜約７５ｍＭ、または約５０ｍＭ〜約１００ｍＭの濃度において常磁性媒体内に存在する。
【００３１】
別の側面では、少なくとも２つの磁気構成要素は、上側磁石と、下側磁石とを備え、粒子の密度は、常磁性材料の密度よりも大きく、下側磁石によって生成される磁場は、上側磁石によって生成される磁場よりも大きい。別の側面では、粒子の密度は、常磁性材料の密度未満であり、下側磁石によって生成される磁場は、上側磁石によって生成される磁場未満である。
【００３２】
別の側面では、処理溶液が、非対称磁場を通して通過するにつれて、着目粒子は、実質的に類似する平衡高度に到達するであろう。さらなる側面では、少なくとも２つの磁気構成要素は、上側磁石と、下側磁石とを備え、処理溶液内に含有される粒子の実質的に全ては、平衡高度に到達し、粒子の最高平衡高度と粒子の最低平衡高度との間の差異（すなわち、平衡高度分布）は、上側磁石と下側磁石との間の垂直間隙の３５％未満、または上側磁石と下側磁石との間の垂直間隙の３０％未満、または上側磁石と下側磁石との間の垂直間隙の２５％未満、または上側磁石と下側磁石との間の垂直間隙の２０％未満、または上側磁石と下側磁石との間の垂直間隙の１５％未満、または上側磁石と下側磁石との間の垂直間隙の１０％未満、または上側磁石と下側磁石との間の垂直間隙の８％未満、または上側磁石と下側磁石との間の垂直間隙の６％未満、または上側磁石と下側磁石との間の垂直間隙の５％未満に等しい。ある側面では、実質的に全ての着目粒子の平衡高度分布は、約５，０００ミクロン未満、４，０００ミクロン未満、３，０００ミクロン未満、２，０００ミクロン未満、１，０００ミクロン未満、５００ミクロン未満、３００ミクロン未満、または２００ミクロン未満である、または着目粒子の実質的に全ての平衡高度分布は、約１ミクロン〜約５，０００ミクロン、または約１ミクロン〜約３，０００ミクロン、または約１ミクロン〜約１，０００ミクロン、または約１ミクロン〜約５００ミクロン、または約１ミクロン〜約２００ミクロンである。
【００３３】
本発明の方法によると、いったん実質的に全ての粒子が、平衡高度に到達すると、粒子は、処理溶液を複数の流出分画に幾何学的に分割するスプリッタを通して通過し、実質的に全ての粒子を含有する、１つまたは複数の流出分画が、収集され、それによって、粒子を単離する。本発明のある側面では、実質的に全ての粒子は、粒子の少なくとも約７０％、７５％、８０％、８５％、９０％、または９５％を含む。
【００３４】
別の側面では、本発明の方法はさらに、常磁性媒体から単離された粒子を分離するステップを含む。別の側面では、粒子は、生体分子、細胞、細胞群、タンパク質、脂質、炭水化物、微生物、または細菌を含む。
【００３５】
ある実施形態によると、（ａ）粒子と、常磁性媒体を含む、処理溶液を形成するステップと、（ｂ）粒子単離デバイスを通して処理溶液を通過させるステップであって、本デバイスは、一連の流体チャネルを含む、流体チャネル構造と、少なくとも２つの処理区画とを備え、少なくとも２つの処理区画のうちの各処理区画は、流体チャネルの一部の反対側に位置付けられる、少なくとも２つの磁気構成要素を含み、２つの磁気構成要素は、流体チャネルのそれらの対応する部分内に非対称磁場を生成し、それによって、処理溶液の一部は、並行して少なくとも２つの処理区画を通して通過し、および／または処理溶液の一部または処理溶液の全ては、連続して少なくとも２つの処理区画を通して通過し、それによって、粒子が処理区画の非対称磁場を通して通過するにつれて、それらを単離する、ステップと、（ｃ）単離された粒子を観察、分析、記録、および／または収集するステップとを含む、粒子を単離する方法が、提供される。
【００３６】
ある側面では、本発明の方法は、一連の流体チャネルによって相互接続される、少なくとも１つの入力ポートと、少なくとも２つの出力ポートとを含む、流体チャネル構造を含み、一連の流体チャネルは、第１の略線形部分と、第２の略線形部分と、第３の略線形部分とを含み、流体チャネル構造は、（ｉ）少なくとも１つの入力ポートから第１の略線形部分まで、および第１の略線形部分から第２の略線形部分まで、および第２の略線形部分から少なくとも２つの出力ポートのうちの出力ポートまで延在する、第１の処理経路と、（ｉｉ）少なくとも１つの入力ポートから第１の略線形部分まで、および第１の略線形部分から第３の略線形部分まで、および第３の略線形部分から少なくとも２つの出力ポートのうちの出力ポートまで延在する、第２の処理経路とを含み、それぞれ、第１の略線形部分、第２の略線形部分、および第３の略線形部分の反対側に略垂直に位置付けられる、第１の対の磁気構成要素、第２の対の磁気構成要素、および第３の対の磁気構成要素であって、第１の対の磁気構成要素、第２の対の磁気構成要素、または第３の対の磁気構成要素のうちの少なくとも１つは、その隣接する略線形部分内に非対称磁場を生成するように構成され、１つ以上のポンプは、少なくとも１つの入力ポートから一連の流体チャネルを通して、少なくとも２つの出力ポートから外に流体を駆動するように構成され、本方法は、第１の処理経路を通して処理溶液の一部を通過させ、第２の処理経路を通して処理溶液の一部を通過させるステップを含み、それによって、粒子が第１の略線形部分内の非対称磁場を通して通過するにつれて、粒子の第１の単離が存在し、それらが第２の略線形部分または第３の略線形部分のいずれかの非対称磁場を通して通過するにつれて、粒子の第２の単離が存在する。
【図面の簡単な説明】
【００３７】
【図１】図１は、従来技術のデバイスに存在する磁場の説明図である。
【００３８】
【図２】図２は、本発明による、デバイスに存在する磁場の説明図である。
【００３９】
【図３】図３Ａおよび３Ｂは、本発明による、非対称磁場に起因する偏移中性線の説明図である。
【００４０】
【図４】図４Ａおよび４Ｂは、本発明による、粒子の単離への偏移中性線の影響の説明図である。
【００４１】
【図５】図５は、本発明による、粒子単離デバイスの代替実施形態の平面図である。
【００４２】
【図６】図６は、本発明による、粒子単離デバイスの代替実施形態の平面図である。
【００４３】
【図７】図７は、図５の線７−７に沿って得られた処理区画５０の終端６０のキャピラリ３２の断面図である。
【００４４】
【図８】図８は、図５の線７−７に沿って得られた処理区画５０の終端６０のキャピラリ３２の断面図の代替実施形態である。
【００４５】
【図９】図９は、本発明による、粒子単離デバイスの代替実施形態の平面図である。
【００４６】
【図１０】図１０は、本発明による、粒子単離デバイスの代替実施形態の斜視図である。
【００４７】
【図１１】図１１は、いくつかの内部詳細が可視である、図１０に示される粒子単離デバイスの図である。
【００４８】
【図１２】図１２は、点線のボックス１２によって示される、図１１に示される粒子単離デバイスの一部の拡大斜視図である。
【００４９】
【図１３】図１３は、本発明による、粒子単離デバイスの代替実施形態の斜視図である。
【００５０】
【図１４】図１４は、図１３に示される処理チャネル７８の末端の拡大斜視図である。
【００５１】
【図１５】図１５は、本発明による、粒子単離デバイスの代替実施形態の斜視図である。
【００５２】
【図１６】図１６は、線Ｂ−Ｂに沿って得られ、磁石１１６が示される、図１５に示されるデバイスの断面図である。
【００５３】
【図１７】図１７Ａおよび１７Ｂは、本発明による、粒子単離デバイスの代替磁石構成の斜視図である。
【００５４】
【図１８】図１８は、本発明による、粒子単離デバイスの代替磁石構成の斜視図である。
【００５５】
【図１９】図１９は、本発明による、粒子単離デバイスの代替実施形態の斜視図である。
【００５６】
【図２０】図２０は、本発明による、粒子単離デバイスの代替実施形態の斜視図である。
【００５７】
【図２１】図２１は、本発明による、粒子単離デバイスの代替実施形態の斜視図である。
【００５８】
【図２２】図２２Ａおよび２２Ｂは、本発明のある実施形態による、従来技術の流体チャネル（図２２Ａ）および流体チャネル（図２２Ｂ）の断面図である。
【００５９】
【図２３】図２３は、本発明による、粒子の単離を図示する写真である。
【００６０】
【図２４】図２４は、図２３に示される単離された粒子の粒子分布を示すグラフである。
【００６１】
【図２５】図２５は、共有中心磁石を伴う分岐平行チャネルデバイスの概念図である。
【００６２】
【図２６】図２６は、隣接ウェルの間で磁石を共有する、ウェル検定粒子分離デバイスの概念図である。
【００６３】
【図２７】図２７は、粒子密度（ｇｍ／ｃｍ３）対ｚ軸に沿った位置（ｃｍ）の差異を図示する。
【発明を実施するための形態】
【００６４】
Ｉ．    定義／用語
以下の定義が、本発明の理解を補助するために提供される。別様に定義されない限り、本明細書で使用される全ての専門用語、表記法、および他の科学または工学用語または用語集は、当業者によって一般的に理解される意味を有することを意図している。ある場合には、一般的に理解される意味を伴う用語が、明確にするために、および／または容易な参照のために本明細書で定義され、本明細書のそのような定義の包含は、概して当技術分野内で理解されるものに対して実質的な差異を表すと仮定されるべきではなく、そのような一般的理解を補完することを意図している。本明細書の定義が、概して当技術分野内で理解されるものと矛盾する限りにおいて、別様に明示的に記述されない限り、本明細書で提供される定義および概して当技術分野内で理解されるものは両方とも、代替実施形態として本発明の範囲内に該当すると見なされるものとする。
【００６５】
本明細書で使用されるように、別様に示されない限り、「ｃｏｎｔａｉｎ（〜を含有する）」、「ｃｏｎｔａｉｎｉｎｇ（〜を含有する）」、「ｉｎｃｌｕｄｅ（〜を含む）」、「ｉｎｃｌｕｄｉｎｇ（〜を含む）」、および同等物等の非制約的用語は、「ｃｏｍｐｒｉｓｉｎｇ（〜を備える）」を意味する。
【００６６】
本明細書のいくつかの実施形態は、数値範囲を検討する。数値範囲が、提供されるとき、範囲は、別様に示されない限り、範囲終点を含む。別様に示されない限り、数値範囲は、明示的に書き出された場合のように、その中の全ての値および部分的範囲を含む。
【００６７】
本明細書で使用されるように、冠詞「ａ」は、明示的に記述されない限り、「１つ以上の」を意味する。
【００６８】
本明細書のいくつかの値は、用語「約」によって修飾される。いくつかの事例では、基準数値に関連する用語「約」は、その値からプラスまたはマイナス１０％の値の範囲を含むことができる。例えば、量「約１０」は、９〜１１の量を含むことができる。他の実施形態では、基準数値に関連する用語「約」は、その値からプラスまたはマイナス１０％、９％、８％、７％、６％、５％、４％、３％、２％、または１％の値の範囲を含むことができる。一連の値が、用語「約」を前置きされる場合、本用語は、一連の中に含まれる各値を修飾することを意図している。
【００６９】
本明細書で使用されるように、磁場についての用語「非対称」は、関連付けられる流体チャネルの領域内の磁場が、流体チャネルの中心を通して通過する、１つ以上の平面を中心として対称ではなく、好ましい実施形態によると、水平面を中心として対称ではないことを意味する。
【００７０】
本明細書で使用されるように、用語「キャピラリ」、「マイクロキャピラリ」、または「キャピラリ管」は、下記に本明細書で定義されるようなチャネルを有する管を指す。
【００７１】
本明細書で使用されるように、用語「チャネル」、「流動チャネル」、「流体チャネル（ｆｌｕｉｄ  ｃｈａｎｎｅｌ）」、および「流体チャネル（ｆｌｕｉｄｉｃ  ｃｈａｎｎｅｌ）」は、同義的に使用され、流体が流動し得る、流体デバイス上の経路を指す。チャネルは、約３０ｍｍ、約２５ｍｍ、約２０ｍｍ、約１５ｍｍ、約１０ｍｍ、約５ｍｍ、約５ｍｍ、約３ｍｍ、約２ｍｍ、約１ｍｍ、または約０．５ｍｍの最大内部寸法（例えば、高度または厚さ）を伴う経路を含む。チャネルの内部高度は、その断面を横断して一様ではない場合があり、幾何学的に、断面は、円形、正方形、卵形、長方形、または六角形を含む、任意の形状であってもよい。用語「チャネル」は、限定ではないが、マイクロチャネルおよびナノチャネルを含み、本明細書のチャネルの任意の言及に関して、そのようなチャネルは、マイクロチャネルまたはナノチャネルを備えてもよい。
【００７２】
本明細書で使用されるように、用語「濃度」は、第２の成分内に含有される第１の成分の量を意味し、単位体積あたりの粒子の数、単位体積あたりのモル量、単位体積あたりの重量に基づく、または複合成分の体積あたりの第１の成分の体積に基づいてもよい。
【００７３】
本明細書で使用されるように、用語「流体的に結合される」または「流体連通」は、流体が、そのように結合される、または連通する、２つの構成要素の間で流動し得ることを意味する。
【００７４】
本明細書で使用されるように、成分を参照した用語「単離する」または「単離すること」は、他の成分からそのような成分を分離することを意味し、溶液内の成分の濃度を増加させること、または溶液内の他の成分から成分を分離すること、または溶液内の他の成分からそのような成分を分離しながら、溶液内の成分の濃度を増加させることの両方の組み合わせを含む。溶液内の粒子は、溶液内の他の粒子から隔離された、および／または溶液の定義された部分内に位置付けられた場合に、「単離された」と見なされる。溶液内の粒子または成分はまた、溶液を処理した後に、そのような粒子または成分の濃度が、少なくとも約１００：１、９０：１、８０：１、７０：１、６０：１、５０：１、４０：１、３０：１、２０：１、１０：１、５：１、または２：１の比だけ増加される場合に、「単離された」と見なされる。他の粒子を含有する溶液内の着目粒子は、そのような溶液を処理した後に、そのような他の粒子の濃度に対するそのような着目粒子の濃度の比が増加される場合、またはそのような他の粒子の濃度に対するそのような着目粒子の濃度の比が、少なくとも約５０％、１００％、２００％、３００％、４００％、５００％、６００％、７００％、８００％、９００％、または１０００％増加される場合、またはそのような他の成分の濃度が、それらの初期濃度に対して、または存在したままである類似サイズの粒子の割合として、約５０％未満、２０％未満、１５％未満、１０％未満、８％未満、６％未満、５％未満、４％未満、３％未満、２％未満、１％未満、または０．５％未満まで減少される場合に、「単離された」と見なされる。
【００７５】
本明細書で使用されるように、用語「流体」は、本明細書の上記に定義されるような少なくとも１つの「チャネル」を含む、流体サンプルを取り扱う、処理する、放出する、および／または分析するためのシステム、デバイス、または要素を指す。用語「流体」は、限定ではないが、マイクロ流体およびナノ流体を含む。
【００７６】
本明細書で使用されるように、用語「流体機能」は、限定ではないが、濾過、ポンプ、流体流調節、流体流の制御、および同等物を含む、流体システム内の流体またはサンプルに実施される、または表される、任意の動作、機能、またはプロセスを指す。
【００７７】
本明細書で使用されるように、用語「粒子」は、任意の方向へのその最大寸法が、約３ｍｍ未満、２ｍｍ未満、１ｍｍ未満、０．５ｍｍ未満、０．２５ｍｍ未満、１００ミクロン未満、７５ミクロン未満、５０ミクロン未満、４０ミクロン未満、３０ミクロン未満、２０ミクロン未満、または１０ミクロン未満である、限定ではないが、原子、化学元素、分子、化合物、生体分子、細胞、タンパク質、脂質、炭水化物、微生物、細菌、または任意の物理的物質を含む、任意の物質を指す。
【００７８】
本明細書で使用されるように、用語「ポート」は、例えば、流体チャネルを使用して、２つの要素の間に流体連通を提供するための構造を指す。
【００７９】
本明細書に説明される方法およびステップは、ある順序で生じる、ある事象を示すが、当業者は、あるステップの順序付けが、修正され得、そのような修正は、本発明の変形例によるものであることを認識するであろう。加えて、あるステップが、可能であるときに並行プロセスにおいて並行して実施されるとともに、連続的に実施されてもよい。
ＩＩ．            非対称磁場
【００８０】
本開示は、磁気浮上を使用することによって、粒子を単離するためのデバイスを提供する。磁気浮上は、粒子への重力に対抗し、それによって、同様の粒子を媒体内で平衡高度まで上昇または降下させるための磁場の使用を指す。任意の所与の粒子に関する平衡高度は、粒子および媒体の相対磁化率、粒子および媒体の相対密度、粒子のサイズ、および磁場の強度を含む、多数の要因によって決定されることができる。いったん同様の粒子が、それらの平衡高度に到達すると、種々の分画が、次いで、同様の粒子を単離するように収集されることができる、または代替として、種々の処置が、次いで、１つ以上の分画に標的化され、それによって、そのような分画内の同様の粒子へのそのような処置を単離することができる。好ましい実施形態によると、そのような分画は、粒子および媒体を含有する流体チャネルの高度に沿って略垂直分画を備える。
【００８１】
ある実施形態では、本デバイスは、流体チャネルと、流体チャネルの少なくとも一部に沿って非対称磁力を及ぼすように構成される磁場源とを含む。磁力の非対称性が、少なくとも流体チャネルの１つの軸に沿って存在する。好ましくは、磁力は、少なくとも流体チャネルの垂直軸に沿って非対称である。代替として、磁力は、流体チャネルの垂直軸のみに沿って非対称である。本発明の他の実施形態では、磁力は、流体チャネルの垂直軸および流体チャネルの少なくとも１つの付加的軸に沿って非対称である、または磁力は、流体チャネルの３つ全ての軸に沿って非対称である。
【００８２】
従来技術のデバイスによると、同じ磁石が、それらの磁極に対して反発配向で流体チャネルの上方および下方に対称に設置され、それによって、流体チャネルの垂直軸に沿って対称磁力をもたらす。そのような従来技術のデバイスによる、２つの対向する同じ磁石の磁力線２が、図１に図示される。図１に示されるように、同じ磁石が、利用されるとき、２つの対向する磁石によって及ぼされる力が相互を打ち消す、中性線４（またはゼロ磁場面）が、２つの磁石の間の真中にある垂直位置において生じるであろう。
【００８３】
本発明のある実施形態によると、流体チャネルの片側の粒子に及ぼされる力が、流体チャネルの反対側の同じ粒子に及ぼされる力よりも大きく、それによって、流体チャネルと垂直な非対称磁力をもたらす、磁石構成が、使用される。本力の不均衡は、１つのより強い磁石を使用すること、または流体チャネルの片側で複数の磁石を使用することによって達成され得る。より強い磁石が、類似幾何学形状であるが、より強い内部磁化を伴う単一の磁石、またはより大きい軸方向寸法および同一の磁化を伴う磁石を使用することによって、達成され得る。図２は、本発明による、下側磁石８が、上側磁石１０よりも強い、２つの対向する磁石の磁力線２を図示する。図２に図示されるように、中性線６は、垂直に偏移する、またはより弱い磁石に向かって付勢される。図３Ａおよび３Ｂは、本中性線偏移が、上側磁石１０と下側磁石８との間に間置される流体チャネル１２内で生じる磁力線２に影響を及ぼすであろう様子を図示する。図３Ａは、従来技術の構成を図示し、図３Ｂは、本発明による構成を図示する。図３Ｂに図示されるように、流体チャネルの下のより大型の磁石の使用は、磁石が、同一の磁気強度を有し、２つの磁石の間の垂直中間点において生じる対称中性線４をもたらす、対称磁場を付与する、図３に示される構成と比較して、中性線６を偏移させる、またはより弱い上側磁石１０に向かって上向きに付勢させる。
【００８４】
製造の間に完全に磁化される、所与のグレードの磁石に関して、極表面における表面磁場強度は、磁化と平行な方向に磁石の寸法とともに増加する。したがって、磁石寸法のうちの２つを固定された状態に保つが、分離または磁場軸（すなわち、垂直軸）の長さを増加させることによって、磁石の強度が、増加されることができる。対称構成では、これは、単に、任意の点において磁場または勾配を増加させることができる。例えば、底部磁石のみが増加される、非対称構成では、対向する磁石の間のゼロ磁場面または中性線が、より弱い磁石に向かって（上向きに）押動されることができる。
【００８５】
図４Ａおよび４Ｂは、中性線４、６の垂直偏移が、第１の粒子１４および第２の粒子１６を単離するために、本発明による浮上デバイスの動作に影響を及ぼす様子の実施例を図示する。特に、本発明によると、着目粒子が、磁気応答性媒体と組み合わされ、流体チャネルの上方および下方に位置する磁石が両側に並んだ流体チャネルを通して通過される。媒体自体よりも高密度である磁気応答性媒体内の全ての粒子が、中性線の下方の位置において浮上するであろう。図４Ｂに図示されるように、本発明による非対称磁場の使用、および上向きの中性線６の結果として生じる偏移は、（図４Ａに示される従来技術のデバイスと同様に）浮上高度の広がりを磁石の間の利用可能な垂直空間のちょうど半分に制約することを回避し、粒子分離のためのより広い場および分離の光学可視化のためのより広い場を可能にする。さらに、本発明は、流体チャネルのより大きい容積が利用され得るため、より大きい流体流を可能にする。
【００８６】
逆に、一次着目粒子は、磁気応答性媒体よりも低密度であり、対称磁場が、粒子単離を流体チャネルの上半分に限定し得る。したがって、そのような用途では、より大型の磁場を流体チャネルの上側に付与し、それによって、中性線を下向きに偏移させる、磁気構成が、使用されることができる。
ＩＩＩ．        浮上デバイス
【００８７】
本発明による、浮上デバイスは、入力部分と、処理部分と、出力部分とを備えることができる。浮上デバイスは、入力、処理、および出力部分がそれぞれ、相互接続された個々の構成要素を備える、構成要素構成を備えてもよい。代替として、浮上デバイスは、入力、処理、および出力部分の部分が、例えば、流体チップ等の単一の構成要素に統合される、一体的構成を備えてもよい。本発明による、浮上デバイスの構成要素構成が、図５−図６に図示され、一体的構成が、図９−図１６に図示される。
Ａ．    構成要素構成
【００８８】
図５および図６を参照すると、デバイスの入力部分、処理部分、および出力部分が、相互接続される別個の個々の構成要素を備える、本発明の浮上デバイス２０の種々の実施形態が、示される。図５は、非対称磁場が、流体チャネル３４の片側に１つのより大型の磁石３６を含むことによって達成される、実施形態を図示する。図６は、非対称磁場が、流体チャネル３４の片側に２つの磁石４０を含むことによって達成され、２つの磁石４０が、反発ではなく誘引配列で位置付けられる、実施形態を図示する。図６に示される様式で２つの磁石を組み合わせることは、図５に示されるようなモノリシックな単一の部品３８よりもわずかに低い磁場強度を与えるが、依然として、有効非対称磁場をもたらす。
【００８９】
図５を参照すると、浮上デバイス２０は、支持構造と、支持構造搭載手段とを含む。図示される実施形態によると、支持構造は、支持構造２２を備え、支持構造搭載手段は、複数の搭載孔２４および搭載支柱２６を備える。デバイスの入力部分は、入力マニホールド２８を備える。デバイスの出力部分は、出力マニホールド４２を備える。入力マニホールド２８および出力マニホールド４２は、それぞれ、図示される実施形態では、搭載孔およびねじを備える、入力マニホールド搭載手段３０および出力マニホールド搭載手段４４を使用して、支持構造２２に搭載される。キャピラリ３２が、その中に含有される保定スロットを介して、入力および出力マニホールド上に搭載される。
【００９０】
デバイスの処理部分は、キャピラリ３２と、上側磁石３６と、下側磁石３８とを備える。キャピラリ３２は、キャピラリ３２の長さに沿って、それを通して延在する流体チャネル３４を含む。上側磁石３６および下側磁石３８は、それらが流体チャネル３４に隣接して位置付けられ、上側磁石３６が、キャピラリ３２の上方に位置付けられ、下側磁石３８が、キャピラリ３２の下方に位置付けられるように、支持構造２２上に搭載される。上側磁石３６、下側磁石３８、およびキャピラリ３２は、略水平に平行であり、略垂直軸に沿って整合される。ある実施形態によると、キャピラリ３２は、図５に図示されるように、上側磁石３６と下側磁石３８との間で垂直に心合されてもよい。代替として、キャピラリ３２は、図６に図示されるように、２つの磁石のうちの１つに垂直により接近するように、上側磁石３６と下側磁石３８との間で垂直にオフセットされてもよい。
【００９１】
上側磁石３６および下側磁石３８は、流体チャネル３４内に非対称磁場を生成するように構成される。非対称磁場は、磁石のうちの一方から流体チャネル内で生成される磁場が、他方の磁石によって生成される磁場よりも大きい、磁石構成を選択することによって達成される。本明細書の下記により詳細に説明されるように、これは、磁石のサイズ、磁石の数、磁石のタイプ（例えば、磁性材料）、または流体チャネルに対する磁石の間隔に基づいて、種々の異なる磁気構成を使用することによって達成され得る。図５に示されるように、上側磁石３６は、下側磁石３８よりも大型であり、したがって、流体チャネル３４内により大きい磁場を生成する。図６に示されるように、下側磁石３８は、上側磁石３６と同一のサイズである、２つのより小型の磁石を備え、したがって、組み合わせられた２つの下側磁石は、流体チャネル３４内により大きい磁場を生成する。加えて、図６の下側磁石３８によって流体チャネル３４内で生成される磁場の強度は、上側磁石３６よりも流体チャネル３４の近くに下側磁石３８を垂直に位置付けることによって向上される。
【００９２】
ある実施形態によると、キャピラリ３２は、入力開口部４６と、出力開口部４８と、流体チャネル処理区画５０とを備える。処理区画５０は、入力開口部４６および出力開口部４８と流体連通する、略線形流体チャネルを備える。ある場合には、処理区画５０はさらに、上側磁石３６と下側磁石３８または４０との間で整合する、流体チャネルのその部分として画定される。キャピラリ３２は、流体チャネルを複数のチャネルに分割するスプリッタを含んでもよい。スプリッタは、好ましくは、磁石の間に流体を通過させることによって達成される任意の粒子単離が、流体がデバイスから退出するにつれて維持されるように、処理区画５０内であるが、処理区画の終端６０の近傍に位置付けられる。スプリッタは、処理区画５０の終端６０から出力開口部４８まで延在する、１つ以上の略水平パーティションを備えてもよい。スプリッタ５４の水平パーティション５６は、図５の線７−７に沿って得られた処理区画５０の終端６０のキャピラリ３２の断面図である、図７に図示される。図７に示されるスプリッタを組み込む実施形態によると、４つの垂直分画が、出力開口部４８において収集されるであろう。加えて、スプリッタは、１つ以上の垂直パーティションを含み、それによって、出力開口部４８に至る流出流体チャネルの水平および垂直グリッド（図８参照）を作成してもよい。
Ｂ．    一体的構成
【００９３】
代替として、浮上デバイスは、入力部分、処理部分、および出力部分の部分が、例えば、流体チップ等の単一の構成要素に統合される、一体的構成を備えてもよい。図９、図１０、および図１３に示されるように、入力マニホールド、流体チャネル、および出力マニホールドは、単一の統合型流体構成要素６４を備えてもよい。本実施形態による、浮上デバイスは、統合型流体構成要素と、上側磁石と、下側磁石とを備える。統合型流体構成要素６４は、単回使用使い捨てユニットであり得る、流体カートリッジ（図１０および図１５）またはチップ（図１３）を備えてもよい。
【００９４】
ここで図９、図１０、および図１３を参照すると、好ましい実施形態では、浮上デバイス２０は、統合型流体構成要素６４と、支持構造２２と、上側磁石３６と、下側磁石３８とを備える。図９に示されるように、統合型流体構成要素６４、上側磁石３６、および下側磁石３８は、支持構造２２上に搭載されてもよい。統合型流体構成要素６４は、入力区分６６と、出力区分６８と、入力区分６６と出力区分６８との間に位置付けられる中心処理区分７０とを備える。流体チャネル構造７２は、入力区分６６、出力区分６８、および中心処理区分７０を通して延在する。
【００９５】
入力区分６６は、流体チャネル構造７２と流体連通する、１つ以上の入口ポート７４を含む。入力区分６６はまた、１つ以上の入力弁７６（図１３に示される）を含んでもよい。入力弁７６は、流体チャネル構造７２との入口ポートの連通の制御を可能にするように含まれてもよい。ある実施形態では、入力弁７６は、チャネル内に位置付けられ、入口ポート７４に隣接して位置付けられる。入力区分６６はまた、図１３に図示されるように、１つ以上のポンプ９６を含んでもよい。
【００９６】
流体チャネルは、入口ポート７４から入力区分６６を通して、中心処理区分７０を通して延在する処理チャネル７８の中に延在する。中心処理区分７０は、上側磁石３６および下側磁石３８とともに、着目粒子が、磁場に暴露され、それによって、単離される、デバイスの機能部分である、デバイスの処理部分を形成する。下記により完全に説明されるように、上側磁石３６および下側磁石３８は、上側磁石３６および下側磁石３８が、処理チャネル７８を横断して非対称磁力を生成するように、処理区分７０を通して延在する処理チャネル７８に隣接して位置付けられる。向上された動作可能性および製造可能性に関して、中心処理区分６４は、入力区分６０または出力区分６２の平面からｚ軸においてオフセットされ、デバイスの全体を通して流体接続を維持し得る。
【００９７】
処理チャネル７８は、好ましくは、粒子が処理チャネル７８内で（ｙ軸に沿って）高度平衡により密接に接近するために要求される滞留時間に基づいて、かつシステムからの所望のスループットに基づいて、着目粒子を含有する流体を処理するための十分な時間を可能にするためにｘ軸（図１３に示される）に沿って十分な長さを有する、伸長流体チャネルである。ある実施形態によると、処理チャネルは、約２００ミクロン〜約３０ｍｍ、約２００ミクロン〜約２０ｍｍ、約２００ミクロン〜約１５ｍｍ、約２００ミクロン〜約１０ｍｍ、約２００ミクロン〜約５ｍｍ、約２００ミクロン〜約２ｍｍ、約２００ミクロン〜約１ｍｍ、約０．５ｍｍ〜約１ｍｍ、約０．５ｍｍ〜約２ｍｍ、約０．５ｍｍ〜約３ｍｍ、約１ｍｍ〜約２ｍｍ、約１ｍｍ〜約３ｍｍ、または約１．５ｍｍ〜約２ｍｍの高度を有する、流体チャネルである。ある実施形態によると、処理チャネル７８は、約２０ｍｍ〜約２００ｍｍ、約２０ｍｍ〜約１５０ｍｍ、約２０ｍｍ〜約１００ｍｍ、約２０ｍｍ〜約５０ｍｍ、約４０ｍｍ〜約１００ｍｍ、約４０ｍｍ〜約９０ｍｍ、または約４０ｍｍ〜約８０ｍｍの長さを有する。処理チャネル７８は、任意の断面幾何学構成を有してもよく、正方形、長方形、円形、または卵形である断面幾何学構成を備えてもよい。本明細書に説明される処理チャネル７８の幾何学的特性は、本発明の構成要素構成を参照して上記に説明される、キャピラリ３２および流体チャネル３４に等しく適用可能である。
【００９８】
好ましい実施形態によると、処理チャネル７８は、スプリッタとしての役割を果たす、１つ以上のチャネル分割器８０を伴って終端する。本デバイスは、処理チャネル７８の末端部分内に垂直に離間された略水平パーティションを備え得、処理チャネル７８の末端部分に沿って複数の垂直に離間されたコンパートメント８２を画定する、複数のチャネル分割器８０を含んでもよい。代替として、チャネル分割器はまた、図８に図示されるような退出グリッドを作成するように、複数の水平に離間されたコンパートメントを画定する、１つ以上の水平に離間された略垂直パーティション８４を含んでもよい。スプリッタは、デバイスによって処理される流体の種々の分画の収集を可能にし、それによって、流体内の単離された粒子の平衡位置に基づいて、単離された粒子が所与の分画で収集されることを可能にする。
【００９９】
上側磁石３６および下側磁石３８が処理チャネル７８のｘ軸に沿って生成する磁場は、ｘ軸に沿った中心点において最も強い。処理流体が、処理チャネル７８に沿って処理チャネル７８の末端部分に向かって移動するにつれて、磁場は、減衰し始め得、配向もまた、変動し得る。流体経路が、このより空間的に可変の磁場を通して通過するにつれて、単離された粒子が、それらの平衡高度から移行し始める傾向が存在し得る。本傾向は、いったん粒子が磁石を越えて移動すると、悪化し得る。故に、好ましい実施形態によると、チャネル分割器８０は、処理チャネル７８の末端から処理チャネル７８の中に戻るように延在し、図１３に示される処理チャネル７８の末端の拡大斜視図である、図１４に図示されるように、上側磁石３６の末端部分と下側磁石３８の末端部分との間にある、処理チャネルの少なくとも一部に戻るように延在する。本構成は、磁場の空間的変動が単離の劣化をもたらす前に、単離された粒子の恒久分離を可能にすることができる。磁場減衰のレベルは、上側磁石と下側磁石との間の距離の関数であり得る。したがって、好ましい実施形態によると、チャネル分割器８０は、上側磁石と下側磁石との間の間隙のサイズの少なくとも約１０％〜約３００％、または約２０％〜約２８０％、約３０％〜約２６０％、約４０％〜約２４０％、約５０％〜約２２０％、約６０％〜約２００％、約７０％〜約１８０％、または約８０％〜約１６０％である距離だけ、デバイスのｘ軸に沿って上側磁石３６の末端部分および下側磁石３８の末端部分と重複する。
【０１００】
チャネル分割器は、複数の流出流体チャネル８８（図９、図１１、図１２、および図１４参照）を画定する。ある実施形態によると、本発明の浮上デバイスは、２、３、４、５、６、７、８、９、または１０本の流出流体チャネルを画定する、スプリッタを含む。ある実施形態によると、本発明の浮上デバイスは、少なくとも２本、少なくとも３本、少なくとも４本、少なくとも５本、少なくとも６本、少なくとも７本、少なくとも８本、少なくとも９本、または少なくとも１０本の流出流体チャネルを画定する、スプリッタを含む。ある実施形態によると、本発明の浮上デバイスは、２〜４、５〜７、または８〜１０本の流出流体チャネルを画定する、スプリッタを含む。本明細書に説明されるスプリッタ、および種々の結果として生じる流出流体チャネルは、本発明の構成要素構成を参照して上記に説明される、キャピラリ３２および流体チャネル３４の中に組み込まれてもよい。
【０１０１】
複数の流出流体チャネルは、処理チャネル７８から対応する複数の出口ポート９０まで延在する。複数の流出流体チャネルは、処理チャネル７８から個別の流出チャネルを通して個別の出口ポートまでの流量を制御する、出力弁９４等の流体流コントローラを含んでもよい。
【０１０２】
本発明による、流体カートリッジ９８の代替実施形態が、図１５および図１６に示される。図１６は、線Ｂ−Ｂに沿って得られた図１５に示されるデバイスの断面図である。本実施形態によると、流体チャネル処理区画１０４を含む内部流体構造１０２と流体連通する、入口ポート１００が含まれている。流体カートリッジ９８はまた、流体チャネル処理区画１０４（図１５に示される）に隣接し、磁石１１６（図１６に示される）を受容するように適合される、２つの陥凹状部分１０６も含む。流体構造１０２は、流体チャネル処理区画１０４を、それぞれ出口ポート１１２に至る２つの流出チャネル１１０に分割する、スプリッタ１０８を含む。流体カートリッジ９８はまた、流体チャネル処理区画１０４に隣接して位置付けられる可視化窓１１４も含む。可視化窓１１４は、図２１に示されるデバイス等の光学デバイスが、流体チャネル処理区画１０４内の磁場に暴露されるにつれて粒子の観察および／またはビデオ録画を促進することを可能にするように適合される、実質的に透明な窓を備えてもよい。可視化窓１１４はまた、内容物の可視化が達成可能であるように、チャネルの十分に透明な区分を備えてもよい。
Ｃ．    磁石構成
【０１０３】
好ましい実施形態によると、磁石が、キャピラリ３２（図５および図６）または中心処理区分７０（図９および図１３）の上方および下方に位置付けられ、流体チャネル３４を横断して垂直に磁場を生成するように、相互に対して磁気反発配向に位置付けられ、流体チャネル３４内の磁場は、少なくとも垂直方向に沿って非対称である。ある実施形態によると、磁石は、その長さに沿って（すなわち、図１３に示されるｘ軸に沿って）流体処理チャネルを伴って心合される。
【０１０４】
好ましい実施形態によると、上側磁石３６または下側磁石３８のうちの少なくとも一方は、他方の磁石よりも大きい磁場を流体チャネル３４上に生成するように構成され、それによって、例えば、図３Ｂに図示されるように、流体チャネル３４内に非対称磁力をもたらす。このより大きい力は、（１）（図５のより大きい上側磁石３６によって図示されるように）流体チャネル３４の片側でより大型の磁石を使用すること、（２）（図６の下側磁石４０によって図示されるように）（相互に対して反発ではなく誘引配列で）流体チャネル３４の片側に複数の磁石を含むこと、（３）（図６に図示されるように）２つの磁石のうちの一方を他方の磁石よりも流体チャネル３４に接近して位置付けること、または（４）それらのある組み合わせのいずれかによって、達成されることができる。
【０１０５】
ある実施形態によると、上側磁石３６、下側磁石３８、または下側磁石４０の一方または両方は、流体チャネル３４に対する磁石の垂直位置の制御された調節を可能にするように、かつ磁場の非対称性の調節を可能にするように、システム内に移動可能に搭載される。ある実施形態によると、浮上デバイスは、係合される（すなわち、流体チャネルの処理区分を横断して磁場を能動的に生成する）磁石の数が、制御され、それによって、磁場の規模および勾配プロファイルを制御し得るように、移動可能に搭載される複数の磁石を備える、上側磁石または下側磁石を含む。時間の関数としての磁場に対する制御は、実験または検定の間に随時、変更され得る、より複雑なプロトコルを可能にすることができる。静的システムに優る、いくつかある利点の中でも、これは、サンプルのより柔軟な区分化、粒子の分離におけるより高い分解能、流体経路をパージ、プライミング、および処置するためのより柔軟な方法、および実験または検定の実行時に分離パラメータを最適化または変更するためのフィードバックを可能にすることができる。
【０１０６】
ある実施形態によると、上側磁石３６および下側磁石３８は、その寸法が、約２ｍｍ〜約２５ｍｍの高度（図１３からのｙ軸（垂直軸））、約３０ｍｍ〜約８０ｍｍの幅（図１３からのｘ軸）、および約０．５ｍｍ〜約７ｍｍの深度（図１３のｚ軸）に及ぶ、伸長な長方形の磁石（好ましくは、棒磁石）を備える。好ましくは、上側磁石３６および下側磁石３８は、約４ｍｍ〜約２０ｍｍの高度（図１３からのｙ軸）、約４０ｍｍ〜約６０ｍｍの幅（図１３からのｘ軸）、および約１ｍｍ〜約３ｍｍの深度（図１３からの（ｚ軸）に及ぶ、寸法を有する。本明細書に説明される好ましい磁石サイズは、１つの磁石によって、または複数の磁石を組み合わせることによって、達成され得る。ある実施形態によると、上側磁石３６および下側磁石３８の深度および幅は、実質的に同一である。ある実施形態によると、上側磁石３６の高度は、下側磁石３８の高度よりも少なくとも約２５％、５０％、７５％、１００％、１２５％、１５０％、１７５％、２００％、２２５％、２５０％、２７５％、３００％、３２５％、３５０％、３７５％、４００％、４２５％、４５０％、４７５％、または５００％大きい。ある実施形態によると、上側磁石３６の高度は、下側磁石３８の高度よりも約２５％〜約１００％、約１００％〜約２００％、約２００％〜約３００％、約３００％〜約４００％、約４００％〜約５００％、または約５００％〜約６００％大きい。ある実施形態によると、下側磁石３８の高度は、上側磁石３６の高度よりも少なくとも約２５％、５０％、７５％、１００％、１２５％、１５０％、１７５％、２００％、２２５％、２５０％、２７５％、３００％、３２５％、３５０％、３７５％、４００％、４２５％、４５０％、４７５％、または５００％大きい。ある実施形態によると、下側磁石３８の高度は、上側磁石３６の高度よりも約２５％〜約１００％、約１００％〜約２００％、約２００％〜約３００％、約３００％〜約４００％、約４００％〜約５００％、または約５００％〜約６００％大きい。
【０１０７】
ある実施形態によると、垂直軸に沿った、上側および下側磁石と、流体チャネル３４、キャピラリ３２、または中心処理区分７０との間の距離は、少なくとも約１ミクロン、１０ミクロン、５０ミクロン、または１００ミクロンである、および／または約５００ミクロン、１ｍｍ、２ｍｍ、３ｍｍ、４ｍｍ、または５ｍｍ以下である。ある実施形態によると、磁石のいずれか一方と流体処理チャネルとの間の距離は、垂直軸に沿って約１ミクロン〜約５ｍｍ、好ましくは、約１０ミクロン〜約２ｍｍである。
【０１０８】
ある実施形態によると、上側磁石と流体処理チャネルとの間の垂直距離は、下側磁石と流体処理チャネルとの間の垂直距離を少なくとも約２５％、５０％、７５％、１００％、１２５％、１５０％、１７５％、２００％、２２５％、２５０％、２７５％、３００％、３２５％、３５０％、３７５％、４００％、４２５％、４５０％、４７５％、または５００％上回る。ある実施形態によると、上側磁石と流体処理チャネルとの間の垂直距離は、下側磁石と流体処理チャネルとの間の垂直距離を少なくとも約２５％〜約１００％、約１００％〜約２００％、約２００％〜約３００％、約３００％〜約４００％、約４００％〜約５００％、または約５００％〜約６００％上回る。
【０１０９】
ある実施形態によると、下側磁石と流体処理チャネルとの間の垂直距離は、上側磁石と流体処理チャネルとの間の垂直距離を少なくとも約２５％、５０％、７５％、１００％、１２５％、１５０％、１７５％、２００％、２２５％、２５０％、２７５％、３００％、３２５％、３５０％、３７５％、４００％、４２５％、４５０％、４７５％、または５００％上回る。ある実施形態によると、下側磁石と流体処理チャネルとの間の垂直距離は、上側磁石と流体処理チャネルとの間の垂直距離を少なくとも約２５％〜約１００％、約１００％〜約２００％、約２００％〜約３００％、約３００％〜約４００％、約４００％〜約５００％、または約５００％〜約６００％上回る。
【０１１０】
ある実施形態によると、上側磁石３６および下側磁石３８は、永久磁石または電磁石である。ある実施形態によると、上側磁石３６および下側磁石３８の最大エネルギー積は、約１メガガウスエルステッド〜約１，０００メガガウスエルステッドに及び、より好ましくは、約  メガガウスエルステッド〜約  メガガウスエルステッドに及ぶ。ある実施形態によると、上側および下側磁石の表面磁場強度は、約０．１テスラ〜約１００テスラに及び、より好ましくは、約１テスラ〜約１０テスラに及ぶ。ある実施形態によると、上側および下側磁石の残留磁気は、約０．５テスラ〜約５テスラに及び、より好ましくは、約１テスラ〜約３テスラに及ぶ。
【０１１１】
好ましい実施形態によると、上側磁石３６および下側磁石３８は、鉄およびホウ素を伴うネオジム合金、ネオジム、鉄を伴うネオジム合金、サマリウム−コバルト、鉄を伴う希土類元素の他の合金、ニッケルを伴う希土類合金の合金、フェライト、鉄を伴うアルミニウムの合金、またはそれらの組み合わせを含む材料から作製される。ある実施形態によると、上側磁石３６および下側磁石３８は、同一の材料から作製される、または異なる材料から作製される。
【０１１２】
好ましい実施形態によると、非対称磁場が、流体チャネルの片側のより強い磁性材料および流体チャネルの反対側のより弱い磁性材料を使用することによって、達成される。そのような実施形態によると、上側磁石３６および下側磁石３８は、実質的に同一のサイズであってもよいが、依然として、流体チャネル３４を横断して非対称磁力を生じさせる。そのような実施形態によると、上側磁石３６は、ネオジムを含んでもよく、下側磁石３８は、サマリウム−コバルトを含んでもよく、両方の磁石は、実質的に同一のサイズである。代替として、上側磁石３６は、サマリウム−コバルトを含んでもよく、下側磁石３８は、ネオジムを含んでもよく、両方の磁石は、実質的に同一のサイズである。
【０１１３】
ある実施形態によると、代替磁石構成が、使用されてもよい。図１７Ａを参照すると、本発明によるデバイスは、流体チャネルの周囲に位置付けられる、複数の上側磁石および複数の下側磁石を含んでもよい。上側磁石は、前上側磁石１１８と、中心上側磁石１２０と、後上側磁石１２２とを含んでもよい。下側磁石は、前下側磁石１２６と、中心下側磁石１２８と、後下側磁石１３０とを含んでもよい。図１７Ａに図示されるように、前、後、および中心としての磁石の言及は、流体チャネル１２４に対するｚ軸に沿った磁石の位置を指し、上側および下側としての磁石の言及は、流体チャネル１２４に対するｙ軸に沿った磁石の位置を指す。矢印１３２は、磁石１１８、１２０、１２２、１２６、１２８、および１３０に関する磁場の配向を示し、図示されるように、上側および下側磁石は、磁気反発配向で位置付けられる。
【０１１４】
別の実施形態によると、さらなる代替磁石構成が、使用されてもよい。図１７Ｂを参照すると、本発明によるデバイスは、流体チャネルの周囲に位置付けられる、複数の上側磁石および複数の下側磁石を含んでもよい。上側磁石は、前上側磁石１４０と、中心上側磁石１２０と、後上側磁石１４６とを含んでもよい。下側磁石は、前下側磁石１４２と、中心下側磁石１２８と、後下側磁石１４４とを含んでもよい。図１７Ｂに図示されるように、前、後、および中心としての磁石の言及は、流体チャネル１２４に対するｚ軸に沿った磁石の位置を指し、上側および下側としての磁石の言及は、流体チャネル１２４に対するｙ軸に沿った磁石の位置を指す。矢印１３２は、磁石１４０、１２０、１４６、１４２、１２８、および１４４に関する磁場の配向を示し、図示されるように、３つの上側磁石は、逆並列構成であり、３つの下側磁石は、逆並列構成であり、中心上側および中心下側磁石は、磁気反発配向で位置付けられる。
【０１１５】
図１８を参照すると、別の磁石構成が、図示される。本実施形態によると、本デバイスは、前上側磁石３３４と、後上側磁石３３６と、前下側磁石３３８と、後下側磁石３４０とを含んでもよく、磁石は、流体チャネル３４２の周囲に位置付けられる。矢印３４４は、磁石に関する磁場の配向を示し、図示されるように、前上側磁石３３４および後下側磁石３４０は、磁気反発配向で位置付けられ、後上側磁石３３６および前下側磁石３３８は、磁気反発配向で位置付けられる。前および後磁石は、チャネル内の磁場プロファイルを修正し、性能を向上させる。
【０１１６】
図１７Ａ、図１７Ｂ、および図１８に図示される実施形態によると、流体チャネル１２４および１４２に及ぼされる磁場は、非対称、好ましくは、ｘ−ｙ面内で非対称であり得る。非対称性は、流体チャネルに対する１つ以上の磁石の位置を調節することによるもの、および／または（１）下側の磁石に対して上側、（２）上側の磁石に対して下側、（３）後側の磁石に対して前側、および／または（４）前側の磁石に対して後側のいずれかで、より強い磁石（より大型の磁石または異なる磁性材料）を使用することによるものを含む、本明細書の上記に説明される方法に従って、達成され得る。図１７Ａまたは図１７Ｂに示される磁気構成を有する、実施形態によると、中心下側磁石は、中心上側磁石よりも強い、および／または前下側磁石および後下側磁石のいずれか一方または両方よりも強い。図１７Ａまたは図１７Ｂに示される磁気構成を有する、実施形態によると、中心上側磁石は、中心下側磁石よりも強い、および／または前上側磁石および後上側磁石のいずれか一方または両方よりも強い。
Ｄ．    直列および並列構成
【０１１７】
ある実施形態によると、本発明の単離デバイスまたは浮上デバイスは、直列および／または並列に相互接続される複数の処理区画を備えてもよい。そのような複数の相互接続された処理区画を伴うデバイスは、より高い特異性で粒子を分離するデバイスの能力を向上させ、広範囲の比において流体自体の体積を分割するデバイスの能力を向上させることができる。並列および直列構成のいずれかが、サンプルの増加した数量が所与の時間周期内に処理され得るという意味で、デバイスのスループットを増加させるために使用されてもよい。
【０１１８】
図１９および図２０を参照すると、粒子単離デバイス１４８が、示される。デバイス１４８は、それを通して延在する流体チャネル構造を含む。流体チャネル構造は、一連の流体チャネル１５４と、ポンプ１５６と、弁１５８とを備える、流体チャネル構造によって相互接続される、少なくとも１つの入力ポート１５０と、少なくとも２つの出力ポート１５２とを含む。一連の流体チャネルは、第１の略線形部分１６０と、第２の略線形部分１６２と、第３の略線形部分１６４とを含む。上側経路点線１６６（図１９）によって示される第１の処理経路は、入口（入力）ポート１５０から該第１の略線形部分１６０まで、および該第１の略線形部分１６０から該第２の略線形部分１６２まで、および該第２の略線形部分１６２から出口（出力）ポート１５２まで延在する。下側経路点線１６８（図１９）によって示される第２の処理経路は、入口ポート１５０から該第１の略線形部分１６０まで、および該第１の略線形部分１６０から該第３の略線形部分１６４まで、および該第３の略線形部分１６４から出口（出力）ポート１５２まで延在する。略線形部分１６０、１６２、および１６４は、主に、製造の容易性および動作可能性のために線形であるように設計され得ることが即座に理解されるはずである。一般に、それらは、それらの長さに沿った磁場が、浮上が生じるために好適であることを前提として、曲線状であり得る。
【０１１９】
デバイス１４８はさらに、それぞれ、流体チャネル構造の第１の略線形部分１６０、第２の略線形部分１６２、および第３の略線形部分１６４の反対側に略垂直に位置付けられる、第１の対の磁気構成要素１７０、第２の対の磁気構成要素１７２、および第３の対の磁気構成要素１７４を備える。ある実施形態によると、直列および／または並列に相互接続される複数の処理区画を有する、単離デバイスまたは浮上デバイスが、提供され、各処理区画は、一対の磁気構成要素を含み、該一対の磁気構成要素のうちの少なくとも１つは、流体チャネルのその隣接する略線形部分内で非対称磁力を及ぼすように構成される。本実施形態によると、磁力の非対称性は、本明細書の上記に説明される任意の様式で達成され得る。
【０１２０】
図１９および図２０に示される実施形態によると、第１の対の磁気構成要素１７０は、流体チャネルの第１の略線形部分１６０から等しく離間される同じ磁石を備え、第２の対の磁気構成要素１７２は、両方の磁石が流体チャネルの第２の略線形部分１６２から等しく離間された、下側磁石よりも大型である上側磁石を備え、第３の対の磁気構成要素１７４は、両方の磁石が流体チャネルの第３の略線形部分１６４から等しく離間された、下側磁石よりも小型である上側磁石を備える。本実施形態によると、流体チャネルの第１の略線形部分１６０内の磁気中性線は、流体チャネルの垂直中心に沿って位置し、流体チャネルの第２の略線形部分１６２内の磁気中性線は、流体チャネルの垂直中心の下方に位置し、流体チャネルの第３の略線形部分１６４内の磁気中性線は、流体チャネルの垂直中心の上方に位置する。
【０１２１】
デバイス１４８は、第１の略線形部分１６０の終端１８２に位置付けられる第１のスプリッタ１７６と、第２の略線形部分１６２の終端１８４に位置付けられる第２のスプリッタ１７８と、第３の略線形部分１６４の終端１８６に位置付けられる第３のスプリッタ１８０とを含む。ある実施形態によると、第１のスプリッタ、第２のスプリッタ、および第３のスプリッタは、チャネルを２つ以上のチャネルに分割する。ある実施形態によると、第１のスプリッタは、チャネルを２つのチャネルに分割し、それによって、そのような分割されたチャネルのうちの１つは、第２の略線形部分１６２に至り、そのような分割されたチャネルのうちの第２のものは、第３の略線形部分１６４に至る。代替として、そのような実施形態は、第１のスプリッタとして３方向スプリッタを含んでもよく、第３のチャネルは、未処理廃水に至る。
【０１２２】
ある実施形態によると、第１の対の磁気構成要素１７０は、第１の略線形部分１６０内に延在する流体チャネルに沿って磁力を及ぼすように構成され、そのような磁力は、そのような流体チャネルの垂直中心線を中心として垂直に対称である。本実施形態によると、第２の対の磁気構成要素１７２は、第２の略線形部分１６２内に延在する流体チャネルに沿って磁力を及ぼすように構成され、そのような磁力は、そのような流体チャネルの垂直中心線を中心として垂直に非対称であり、下向きに付勢される。また、本実施形態によると、第３の対の磁気構成要素１７４は、第３の略線形部分１６４内に延在する流体チャネルに沿って磁力を及ぼすように構成され、そのような磁力は、そのような流体チャネルの垂直中心線を中心として垂直に非対称であり、上向きに付勢される。本実施形態によると、磁力の非対称性は、本明細書の上記に説明される任意の様式で達成され得る。図１９および図２０に図示される実施形態によると、非対称性は、下側磁石３８よりも大型である上側磁石３６を有することによって、第２の略線形部分１６２内に延在する流体チャネル内で達成され、非対称性は、下側磁石３８よりも小型である上側磁石３６を有することによって、第３の略線形部分１６４内に延在する流体チャネル内で達成される。
【０１２３】
いくつかの実施形態では、粒子単離デバイスは、図２５に示されるように、デバイスに分岐構造を与える、一連の平行チャネルの１つ以上のセットを備えてもよい。分岐粒子単離デバイスのいくつかの実施形態では、平行流体チャネルは、共通中心磁石を共有してもよい。随意に、本実施形態は、平行チャネルの間に一連の共有中心磁石を含有してもよい。磁石は、所望に応じて、達成される粒子分離の性質を改変する磁場を発生させるように位置付けられてもよい。粒子単離デバイスは、少なくとも１、２、３、４、５、６、７、８、９、１０個以上の磁石を備えることができる。いくつかの実施形態では、粒子単離デバイスは、粒子混合物の静力学的分離のための１つ以上のウェルを備えてもよい。いくつかの実施形態では、隣接ウェルまたはチャネルが、１つ以上の共通磁石を共有するであろう。随意に、複数の磁石が、図２６に示されるように、ウェル内に集束中心線を生成する、成形された磁場を生成するように、スタックされてもよい。本中心線を画定する磁場は、粒子が、群、例えば、ウェルの中心線に沿った緊密な群で分離されることを可能にし、検出を容易にし得る、集束機構としての役割を果たすことができる。ウェルまたはチャネルを囲繞する磁石は、粒子平衡位置を広げるように水平に配列されてもよい。これは、それに比例してダイナミックレンジを減少させ得、平衡を保つために要する時間を増加させ得る。各ウェルに隣接する複数の磁石のスタックは、磁場勾配を急峻にし、分離効率を改良する方法で、磁場勾配の形状を修正し得る。スタックされた磁石構成は、磁力線を圧縮し、性能を改良し得る。ある場合には、サンプルが、各ウェルを通して循環することができる。ある場合には、ステップアンドホールド形式でこれを使用することは、希釈サンプルに有用であり得る、バッチ分析を可能にすることができる。図２７は、密度（ｇｍ／ｃｍ３）対ｚ軸に沿った位置（ｃｍ）の差異を図示する。
【０１２４】
デバイス１４８はまた、入力ポート１５０から流体チャネルを通して、出力ポート１５２から外に流体を駆動するように構成される、１つ以上のポンプ１５６を含んでもよい。デバイス１４８はまた、流体チャネル構造内に含まれる種々の経路に沿って流動する流体の量の制御を可能にするための１つ以上の弁１５８を含んでもよい。
Ｅ．    ポンプ
【０１２５】
本発明によると、本デバイスは、システムを通して流体を駆動するための１つ以上のポンプを含んでもよい。「ポンプ」は、チャネル構造内の異なる場所の間で圧力の差異を印加する、任意のデバイスを指すために使用される。ポンプは、システムの入口側（出口に向かって流体を押動する）、または出口（入口から液体を引動する）、または両方の組み合わせのいずれかに設置されてもよい。圧力の差異は、正または負であり得る。圧力差は、複数の出口または入口を横断して共通して印加されてもよい、または各出口または入口が直接印加された圧力差を有するように配列されてもよい。ポンプは、印加された圧力差の制御を可能にするように可変であり得る。ポンプタイプは、限定ではないが、シリンジポンプ等の容積型ポンプ、蠕動ポンプ、ダイヤフラムポンプ、調整型静圧源、上昇または低下した体積の液体等の重力制御型圧力源、およびプラスチックまたはホイルブリスタ等の手動圧力源を含む。
【０１２６】
いくつかの実施形態では、ポンプが、概して、チャネル構造を通して流体を駆動するように、入口ライン上に含まれ、また、ある出口ラインを通して、より多くの流体を選択的に駆動するように、（全てではなく）ある出口ライン上に含まれてもよい。例えば、ポンプが、１つ以上の着目粒子の１つまたは複数の平衡浮上高度と関連付けられる、１つ以上の出口ライン上に含まれてもよい。加えて、全ての出口ラインは、１つ以上の着目粒子の１つまたは複数の予想される平衡浮上高度に基づいてアクティブ化または非アクティブ化され得る、可変ポンプを含んでもよい。同様に、外部ポンプが、可変圧力差を提供するように制御されてもよい。
Ｆ．    付加的デバイス構成要素
【０１２７】
本発明による、浮上デバイスまたは粒子単離デバイスはまた、図２１に図示されるような付加的構成要素を含んでもよい。本実施形態によると、粒子単離デバイス１８８は、入力マニホールド１９４と、出力マニホールド１９６と、処理チャネル１９２と、一対の磁石１９０とを含む。磁石１９０は、処理チャネル１９２の上方および下方に位置付けられ、処理チャネル１９２を横断して磁場を及ぼすように構成される。磁石１９０および処理チャネル１９２は、本明細書の上記に説明される磁石／チャネル構成および実施形態のうちのいずれかに従って構成されてもよい。デバイス１８８はさらに、可視化構成要素１９８と、照明構成要素２００とを備える。可視化構成要素１９８は、粒子が処理チャネル１９２を通して通過するにつれて、それらをリアルタイムで視認する、および／または記録する能力を可能にし、または向上させ、それによって、粒子単離の程度および／または粒子単離率を含む、粒子の単離の観察および／または測定を可能にする、任意のデバイスを備えてもよい。可視化はまた、粒子および／またはサンプルの他の成分のサイズ、形状、または他の特性の分析を含んでもよい。ある実施形態によると、処理チャネル１９２を囲繞し、それによって、画定するために使用される材料は、それを通して通過する粒子の観察を促進するように、処理チャネル１９２の少なくとも一区画に沿って透明または透過性である。
【０１２８】
ある実施形態では、本デバイスは、チャネル１９２の反対側にそれぞれを伴って、２つの透明または透過性区画を含む。本実施形態によると、可視化構成要素１９８は、片側に位置付けられ、該透明または透過性区画のうちの１つを集束させ、照明構成要素２００は、反対側に位置付けられ、該透明または透過性区画のうちの第２のものを集束させた。照明構成要素２００は、可視化構成要素１９８による処理チャネル１９２内の粒子の可視化を促進するために十分な光を提供するように構成される。
【０１２９】
ある実施形態では、本発明の粒子単離デバイスはまた、テーパ状入口ポートも含む。図２２Ａに図示されるように、従来技術の流体デバイスは、流体チャネル２０４に至る流体入力ポート２０２を含む。図２２Ａの点線２０６は、従来技術の非テーパ状入口ポート内の流体流ベクトルを図示する。そのようなデバイスでは、渦が、流体チャネル２０４の入口に生成される。これらの渦は、細胞または他の粒子が、デバイスを通して流動するのではなく、循環経路内に閉じ込められ得る場所を提供することによって、サンプルを処理する効率または率を低減させ得る。渦流はまた、細胞等の粒子に剪断応力を誘発し得る。図２２Ｂに図示されるような本発明の実施形態によると、流体入力ポート２０２は、流体チャネル２０４の中へのテーパ状遷移部２１０を含む。テーパ状遷移部は、渦を実質的に排除し、点ベクトル線２０８によって表されるような流体チャネル２０４の中へのより円滑な層流の流体流をもたらす。
【０１３０】
さらなる付加的構成要素は、１つ以上の出口収集管を保持するためのレセプタクル、１つ以上の入力管を保持するためのレセプタクル、温度制御される１つ以上の管のためのレセプタクル、例えば、摂氏４度に近い温度において１つ以上の出口管を格納する低温プレートを備える、構成要素、または入口または出口をマイクロプレート内のウェルに結合するための位置付け手段を含み得る、マイクロプレートホルダを含んでもよい。本デバイスはまた、デバイスを通した流体および／または粒子流および分離を記録、分析、および／または制御するようにプログラムされる、マイクロプロセッサまたはコンピュータと統合されてもよい。
ＩＶ．            粒子を単離する方法
【０１３１】
本発明の方法によると、粒子が、本明細書の上記に説明されるデバイスを使用して、単離されてもよい。多数の用途が、他の粒子からの同様の粒子の分離、粒子の識別、および粒子の処置または別様に操作を要求する用途を含む、粒子の単離を要求する。そのような用途は、限定ではないが、生および死細胞を分離すること、循環腫瘍細胞の単離および／または処置、エマルションＰＣＲ濃縮、循環胎児細胞の単離、多血小板血漿等の血漿の産生、性別選択等の具体的特質に関して精子を単離すること、細菌負荷試験、抗生物質抵抗試験、敗血症または血液汚染の識別、免疫細胞単離、化合物スクリーニング、エキソソーム分離、または細胞外小胞分離を含む。本発明の粒子単離方法は、これらの用途のうちのいずれかで利用されてもよい。
【０１３２】
本発明の方法によると、着目粒子を含有する物質が、処理溶液を生成するように常磁性媒体と組み合わせられる。常磁性媒体は、常磁性材料と、溶媒を含む。好ましい実施形態によると、常磁性媒体は、生体適合性である、すなわち、生体細胞と混合され、細胞の生存能力に影響を及ぼさない、または細胞挙動に影響を及ぼさない、例えば、遺伝子発現に影響を及ぼさないことが可能である。常磁性材料は、それらのイオンおよびそれらの組み合わせを含む、ガドリニウム、チタン、バナジウム、ジスプロシウム、クロム、マンガン、鉄、ニッケル、ガリウムを含む群から選択されてもよい。ある実施形態によると、常磁性材料は、チタン（ＩＩＩ）イオン、ガドリニウム（ＩＩＩ）イオン、バナジウム（Ｉ）イオン、ニッケル（ＩＩ）イオン、クロム（ＩＩＩ）イオン、バナジウム（ＩＩＩ）イオン、ジスプロシウム（ＩＩＩ）イオン、コバルト（ＩＩ）イオン、およびガリウム（ＩＩＩ）イオンを含む群から選択される。好ましい実施形態によると、常磁性材料は、キレート化合物を含む。好ましい実施形態によると、常磁性材料は、ガドリニウムキレート、ジスプロシウムキレート、またはマンガンキレートを含む。ある実施形態によると、常磁性媒体は、常磁性材料と、塩と、細胞の完全性を維持するように機能する他の添加剤を含む。
【０１３３】
ある実施形態によると、常磁性材料は、少なくとも約１０ｍＭ、２０ｍＭ、３０ｍＭ、４０ｍＭ、５０ｍＭ、６０ｍＭ、７０ｍＭ、８０ｍＭ、９０ｍＭ、１００ｍＭ、１２０ｍＭ、１５０ｍＭ、２００ｍＭ、２５０ｍＭ、３００ｍＭ、５００ｍＭ、または１Ｍの濃度において常磁性媒体内に存在し得る。ある実施形態によると、常磁性材料は、約１０ｍＭ〜約５０ｍＭ、約２５ｍＭ〜約７５ｍＭ、約５０ｍＭ〜約１００ｍＭ、約１００ｍＭ〜約１５０ｍＭ、約１５０ｍＭ〜約２００ｍＭ、約２００ｍＭ〜約２５０ｍＭ、約２５０ｍＭｔ〜約３００ｍＭ、約３００ｍＭ〜約５００ｍＭ、または約５００ｍＭ〜約１Ｍの濃度において常磁性媒体内に存在し得る。
【０１３４】
ある実施形態によると、常磁性材料は、ガドリニウムを含み、少なくとも約１０ｍＭ、２０ｍＭ、３０ｍＭ、４０ｍＭ、５０ｍＭ、６０ｍＭ、７０ｍＭ、８０ｍＭ、９０ｍＭ、または１００ｍＭの濃度において常磁性媒体内に存在する。ある実施形態によると、常磁性材料は、ガドリニウムを含み、約１０ｍＭ〜約５０ｍＭ、約２５ｍＭ〜約７５ｍＭ、または約５０ｍＭ〜約１００ｍＭの濃度において常磁性媒体内に存在する。
【０１３５】
処理溶液は、粒子単離デバイスの入口ポートの中に注入され、流体チャネル構造を通して処理チャネルに流入する。処理チャネルは、両側に上側磁気構成要素および下側磁気構成要素が並んだ略線形流体チャネルを備える。処理流体が、処理チャネル内の流体チャネルを通して通過するにつれて、処理流体は、上側磁気構成要素および下側磁気構成要素によって生成される非対称磁場に暴露される。本方法で使用される磁気構成要素の正確な構成は、常磁性媒体の密度に対する着目粒子の密度に基づいて事前決定される。着目粒子が、常磁性媒体よりも高密度である場合、下側磁気構成要素によって及ぼされる磁力が、上側磁気構成要素によって及ぼされる磁力よりも大きい、磁気構成要素構成が、選択される。逆に、常磁性媒体が、着目粒子よりも高密度である場合、上側磁気構成要素によって及ぼされる磁力が、下側磁気構成要素によって及ぼされる磁力よりも大きい、磁気構成要素構成が、選択される。
【０１３６】
処理流体が、処理チャネル内の非対称磁場を通して通過するにつれて、着目粒子は、実質的に類似する平衡高度に到達するであろう。本発明の方法の実施形態によると、処理流体内に含有される着目粒子の実質的に全ては、粒子がゼロ流体流速条件において定常のままである、粒子位置の垂直成分として定義される平衡高度に到達するであろう。平衡高度は、上側磁石と下側磁石との間の垂直間隙（例えば、図６に示される垂直間隙５２参照）の３５％未満、上側磁石と下側磁石との間の垂直間隙の３０％未満、上側磁石と下側磁石との間の垂直間隙の２５％未満、上側磁石と下側磁石との間の垂直間隙の２０％未満、上側磁石と下側磁石との間の垂直間隙の１５％未満、上側磁石と下側磁石との間の垂直間隙の１０％未満、上側磁石と下側磁石との間の垂直間隙の８％未満、上側磁石と下側磁石との間の垂直間隙の６％未満、または上側磁石と下側磁石との間の垂直間隙の５％未満を表す、範囲に及ぶ。本発明の方法の実施形態によると、処理流体内に含有される着目粒子の少なくとも約７０％、７５％、８０％、８５％、９０％、または９５％が、上側磁石と下側磁石との間の垂直間隙の３５％未満、上側磁石と下側磁石との間の垂直間隙の３０％未満、上側磁石と下側磁石との間の垂直間隙の２５％未満、上側磁石と下側磁石との間の垂直間隙の２０％未満、上側磁石と下側磁石との間の垂直間隙の１５％未満、上側磁石と下側磁石との間の垂直間隙の１０％未満、上側磁石と下側磁石との間の垂直間隙の８％未満、上側磁石と下側磁石との間の垂直間隙の６％未満、または上側磁石と下側磁石との間の垂直間隙の５％未満を表す範囲に及ぶ、平衡高度に到達するであろう。
【０１３７】
磁石の間の浮上した粒子の平衡高度は、底部磁石の上面から上部磁石の下面までの高度の割合の観点から考慮されることができる。平衡高度は、本高度の割合または「相対高度」として表されることができ、０％の相対高度は、底部磁石にあり、１００％の相対高度は、上部磁石にあり、５０％は、磁石の間に垂直に心合される高度にある。本発明のある実施形態によると、処理流体内に含有される実質的に全ての着目粒子の平衡相対高度分布は、約３５％、または約３０％、または約２５％、または約２０％、または約１５％、または約１０％、または約５％以下だけ変動するであろう。本発明のある実施形態によると、処理流体内に含有される着目粒子の少なくとも約７０％、７５％、８０％、８５％、９０％、または９５％の平衡相対高度分布は、約３５％、または約３０％、または約２５％、または約２０％、または約１５％、または約１０％、または約５％以下だけ変動するであろう。
【０１３８】
いったん着目粒子がそれらの平衡高度に到達すると、処理溶液を複数の分画に幾何学的に分割するスプリッタを通して通過する。着目粒子が処理溶液内で幾何学的に単離されるため、実質的に全ての着目粒子は、ある幾何学的分画の流出内で留保される。着目粒子を含有する１つまたは複数の幾何学的流出分画は、次いで、着目粒子が１つよりも多くの分画に存在する場合に、収集および再結合され、それによって、着目粒子を単離する。いくつかの実施形態では、常磁性媒体から細胞を分離する必要があり得る。これは、常磁性媒体からの細胞の分離が所望される場合に、希釈を通して行われてもよい。
【０１３９】
代替として、各流出分画への処理溶液の分割は、分割の比が修正され得るように、個々の出口に向かって流体流を増加または減少させることによって達成され得る。ある実施形態によると、比は、最大５０％修正されてもよい。例えば、スプリッタが、等しい断面を伴う２つのチャネルを備える場合、分割の幾何学的な比は、１：１である。他方の分画に適用されるものよりも大きい（または小さい）ポンプ率の適用を通して、一方の分画の中により多い（またはより少ない）量の流体を引き込むことによって、分割の比は、例えば、約３：１、４：１、５：１、６：１、７：１、８：１、９：１、または１０：１に改変されることができる。好ましい実施形態では、そのような幾何学的な比に関する分割は、約２：１〜約１：２の範囲内であろう。
Ｖ．   開示される実施形態は、非限定的である
【０１４０】
本発明の種々の実施形態が、本明細書に示され、説明されたが、そのような実施形態は、一例のみとして提供されることが強調される。多数の変形例、変更、および代用が、その種々の実施形態において本明細書の発明から逸脱することなく行われ得る。具体的には、任意の範囲が本明細書に説明されるとき、別様に明確に記述されない限り、その範囲は、その中の全ての値およびその中の全ての部分的範囲を含む。
【０１４１】
また、より一般的には、本明細書の開示、議論、実施例、および実施形態によると、当技術分野内で従来の流体工学、分子生物学、細胞生物学、微生物学、および組み換えＤＮＡ技法が採用され得る。そのような技法は、文献で完全に解説される。（例えば、Ｓａｍｂｒｏｏｋ  ａｎｄ  Ｒｕｓｓｅｌｌ，  “Ｍｏｌｅｃｕｌａｒ  Ｃｌｏｎｉｎｇ：  Ａ  Ｌａｂｏｒａｔｏｒｙ  Ｍａｎｕａｌ，”  Ｔｈｉｒｄ  Ｅｄｉｔｉｏｎ  ２００１  （ｖｏｌｕｍｅｓ  １−３），  Ｃｏｌｄ  Ｓｐｒｉｎｇ  Ｈａｒｂｏｒ  Ｌａｂｏｒａｔｏｒｙ  Ｐｒｅｓｓ，  Ｃｏｌｄ  Ｓｐｒｉｎｇ  Ｈａｒｂｏｒ，  Ｎ．Ｙ．；  Ａｎｉｍａｌ  Ｃｅｌｌ  Ｃｕｌｔｕｒｅ，  Ｒ．  Ｉ．  Ｆｒｅｓｈｎｅｙ，  ｅｄ．，  １９８６参照。）これらの公開されたリソースは、その中で見出される標準研究室方法のそれらの個別の教示に関して、参照することによって本明細書に組み込まれる。そのような組み込みは、最低限でも、本明細書で参考文献を引用するときに記述され得る、具体的教示および／または他の目的のためのものとされる。具体的教示および／または他の目的が、そのように記述されない場合には、公開されたリソースは、参考文献の題名、要約、および／または概要のうちの１つ以上のものによって示される教示に関して、具体的に組み込まれる。そのような具体的に識別される教示および／または他の目的が、そのように関連し得ない場合には、公開されたリソースは、本発明が関連する最先端技術をより完全に説明するため、および／または適用可能であり得るものとして当業者に概して公知であるような教示を提供するために、組み込まれる。しかしながら、本明細書の公開されたリソースの引用は、そのようなものが本発明にとって従来技術であるという承認として解釈されないものとすることが、具体的に記述される。また、組み込まれる公開されたリソースのうちの１つ以上のものが、限定ではないが、定義された用語、用語の用法、説明される技法、または同等物を含む、本願と異なる、または矛盾する場合において、本願が、好ましい実施形態として優先し、任意の矛盾が、代替実施形態と見なされ得る。実施例における主題は、既存ではない程度に本節に組み込まれる。
【実施例】
【０１４２】
本発明によるデバイスが、本明細書の上記に説明される細胞および他の粒子等の着目粒子をシミュレートする、ポリマービーズを分離するために使用された。本実験で使用されたデバイスは、長さが８０ｍｍであり、高度が１．７８ｍｍであった、卵形のチャネルを含んだ。ネオジム磁石が、底部磁石上に静置するチャネル、および約４００ミクロンの垂直距離にチャネルと上側磁石との間の分離を伴って、チャネルの上方および下方に位置付けられた。上側磁石は、高さが５ｍｍであった。下側磁石は、高さが１０ｍｍであり、それぞれ５ｍｍの２つの磁石のスタックを含んだ。ビーズおよびガドブトロール混合物が、キャピラリの入口側に位置する単一のシリンジを用いてキャピラリの中に押動された。
【０１４３】
３つの異なる密度を有するポリマービーズの３つの群のほぼ等量が、ともに混合された。ビーズは、それぞれ、１．０９１ｇ／ｃｃ、１．０１４ｇ／ｃｃ、および１．０５ｇ／ｃｃの密度、および３５ミクロン、３５ミクロン、および１０ミクロンの対応する直径を伴うビーズを含んだ。混合されたビーズは、１倍リン酸緩衝生理食塩水（ＰＢＳ）内のガドブトロールの１００ｍＭ溶液と組み合わせられた。ビーズ／ガドブトロール流体混合物は、デバイスのチャネルに注入された。混合物が、チャネルを通して流動するにつれて、磁石によって及ぼされる磁場に暴露され、３つのタイプのビーズが、異なる高度まで浮上することによって異なるように応答した。
【０１４４】
結果は、図２３および図２４に示される。図２３は、磁場を通して通過した際のビーズの画像であり、３つのタイプのビーズの分離が、明確に可視である。図２４は、種々のビーズの高度分布を示すグラフであり、再度、ビーズの明確な分離を図示する。
【０１４５】
本発明の好ましい実施形態が、本明細書に示され、説明されたが、そのような実施形態は、一例のみとして提供されることが当業者に明白であろう。多数の変形例、変更、および代用が、ここで、本発明から逸脱することなく、当業者に想起されるであろう。本明細書に説明される本発明の実施形態の種々の代替物が、本発明を実践する際に採用され得ることを理解されたい。
【図１】
2021519113.tif 000003
【図２】
2021519113.tif 000004
【図３】
2021519113.tif 000005
【図４Ａ−４Ｂ】
2021519113.tif 000006
【図５】
2021519113.tif 000007
【図６】
2021519113.tif 000008
【図７】
2021519113.tif 000009
【図８】
2021519113.tif 000010
【図９】
2021519113.tif 000011
【図１０】
2021519113.tif 000012
【図１１】
2021519113.tif 000013
【図１２】
2021519113.tif 000014
【図１３】
2021519113.tif 000015
【図１４】
2021519113.tif 000016
【図１５】
2021519113.tif 000017
【図１６】
2021519113.tif 000018
【図１７Ａ】
2021519113.tif 000019
【図１７Ｂ】
2021519113.tif 000020
【図１８】
2021519113.tif 000021
【図１９】
2021519113.tif 000022
【図２０】
2021519113.tif 000023
【図２１】
2021519113.tif 000024
【図２２】
2021519113.tif 000025
【図２３】
2021519113.tif 000026
【図２４】
2021519113.tif 000027
【図２５】
2021519113.tif 000028
【図２６】
2021519113.tif 000029
【図２７】
2021519113.tif 000030
【国際調査報告】
2021519113.tif 000031
2021519113.tif 000032
2021519113.tif 000033