(57)【要約】流体と複数の磁性粒子とを含むためのサンプルチャンバを有するサンプル容器と、サンプルチャンバの中または外に移動可能に挿入されるように構成された少なくとも１つの可動磁気アセンブリとを含み得る流体処理システム。可動磁気アセンブリは、アセンブリが少なくとも部分的にサンプルチャンバの中に挿入されると、サンプルチャンバの少なくとも一部内に磁場を発生させる複数の電磁石を含むことができる。流体処理システムは、磁気アセンブリの電磁石に電気信号、例えば、ＡＣ電気信号を印加する信号発生器と、サンプルチャンバの一部内に複数の磁性粒子に磁気的に影響を及ぼすために効果的な磁場勾配を発生させるように、電磁石に印加される電気信号の位相を制御するように構成された信号発生器に結合されたコントローラとも含むことができる。
2021504131.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
流体処理システムであって、前記流体処理システムは、
流体と複数の磁性粒子とを含むための少なくとも１つのサンプルチャンバを含むサンプル容器と、
前記サンプルチャンバの中または外に移動可能に挿入されるように構成された少なくとも１つの可動磁気アセンブリであって、前記可動磁気アセンブリは、複数の電磁石を備え、前記複数の電磁石は、前記アセンブリが少なくとも部分的に前記サンプルチャンバの中に挿入されると、前記サンプルチャンバの少なくとも一部内に磁場を発生させるように配置されている、可動磁気アセンブリと、
前記磁気アセンブリの電磁石に電気信号を印加するための少なくとも１つの信号発生器と、
前記信号発生器に結合されたコントローラと
を備え、
前記コントローラは、前記電磁石に印加される前記電気信号の位相を制御することによって、前記サンプルチャンバの前記少なくとも一部内に前記複数の磁性粒子に磁気的に影響を及ぼすために効果的な磁場勾配を発生させる、流体処理システム。
【請求項２】
前記信号発生器は、前記電磁石への印加のためのＡＣ信号を発生させるように構成されている、請求項１に記載の流体処理システム。
【請求項３】
前記ＡＣ信号は、約０．１Ｈｚ〜約５，０００Ｈｚの範囲内の周波数を有する、請求項２に記載の流体処理システム。
【請求項４】
前記ＡＣ信号は、約１ボルト〜約１００ボルトの範囲内の振幅を有する電圧信号である、請求項３に記載の流体処理システム。
【請求項５】
前記電磁石は、実質的に平面内で前記磁性粒子の混合を引き起こすように配置されている、請求項１に記載の流体処理システム。
【請求項６】
前記複数の電磁石は、第１、第２、第３、および第４の電磁石を備え、前記コントローラは、以下の関係：
【数６０】
2021504131.tif 000008
に従って、前記電磁石に複数の電気信号の前記印加をもたらすように構成され、式中、Ｉｆｉｒｓｔ、Ｉｆｉｒｓｔ、Ｉｆｉｒｓｔ、およびＩｆｉｒｓｔは、それぞれ、前記第１、第２、第３、および第４の電磁石に印加される波形を表し、Ｉ０は、信号の振幅を表し、ｆは、信号の周波数を示す、請求項１に記載の流体処理システム。
【請求項７】
前記可動磁気アセンブリは、前記複数の電磁石が組み込まれたシェルを備え、前記シェルは、前記サンプルチャンバの中への少なくとも部分的な挿入のために形状およびサイズを決定されている、請求項１に記載の流体処理システム。
【請求項８】
前記サンプルチャンバの周囲に配置された複数の電磁石を備えている少なくとも１つの磁気構造をさらに備え、前記少なくとも１つの磁気構造の前記電磁石は、前記信号発生器に電気的に結合されている、請求項１に記載の流体処理システム。
【請求項９】
前記コントローラは、前記磁気構造の前記電磁石に異なる位相を有する電気信号の印加を引き起こすことによって、前記サンプルチャンバの前記少なくとも一部内に前記磁性粒子に磁気的に影響を及ぼすために効果的な磁場勾配を発生させるように構成されている、請求項８に記載の流体処理システム。
【請求項１０】
前記磁気構造の前記電磁石は、前記可動磁気アセンブリの前記電磁石から垂直に間隔を置かれており、前記コントローラは、前記磁気構造の前記電磁石および前記可動磁気アセンブリの前記電磁石に電気信号のあるパターンの印加をもたらすことによって、垂直方向に沿った磁場勾配を発生させる、請求項９に記載の流体処理システム。
【請求項１１】
前記可動磁気アセンブリの前記複数の電磁石は、第１、第２、第３、および第４の電磁石を備え、前記磁気構造の前記電磁石は、第１、第２、第３、および第４の電磁石を備え、前記コントローラは、以下の関係：
【数７０】
2021504131.tif 000009
に従って、前記電磁石に複数の電気信号の前記印加をもたらすように構成され、式中、Ｉｆｉｒｓｔ，ＭＥＭＡ、Ｉｓｅｃｏｎｄ，ＭＥＭＡ、Ｉｔｈｉｒｄ，ＭＥＭＡ、およびＩｆｏｕｒｔｈ，ＭＥＭＡは、それぞれ、前記磁場アセンブリの前記第１、第２、第３、および第４の電磁石に印加される波形を表し、Ｉｆｉｒｓｔ，ＭＳ、Ｉｆｉｒｓｔ，ＭＳ、Ｉｆｉｒｓｔ，ＭＳ、Ｉｆｉｒｓｔ，ＭＳは、それぞれ、前記サンプルチャンバを包囲する前記磁気構造の前記第１、第２、第３、および第４の電磁石に印加される信号の波形を表し、Ｉ０は、信号の振幅を表し、ｆは、信号の周波数を表し、
Ｉｆｉｒｓｔ，ＭＥＭＡとＩｆｉｒｓｔ，ＭＳとは、垂直に隣接し、Ｉｓｅｃｏｎｄ，ＭＥＭＡとＩｓｅｃｏｎｄ，ＭＳとは、垂直に隣接し、Ｉｔｈｉｒｄ，ＭＥＭＡとＩｔｈｉｒｄ，ＭＳとは、垂直に隣接し、Ｉｆｏｕｒｔｈ，ＭＥＭＡとｆｏｕｒｔｈ，ＭＳとは、垂直に隣接している、請求項１０に記載の流体処理システム。
【請求項１２】
前記コントローラは、前記コントローラによる実行のための少なくとも１つのサンプル処理プロトコルを記憶するように構成された少なくとも１つのメモリモジュールを備えている、請求項１に記載の流体処理システム。
【請求項１３】
前記コントローラの制御下で動作するＤＣ信号発生器をさらに備え、前記ＤＣ信号発生器は、前記電磁石のうちの１つ以上に前記磁性粒子を捕捉するための１つ以上のＤＣ信号を印加する、請求項１に記載の流体処理システム。
【請求項１４】
前記少なくとも１つのサンプルチャンバは、複数の流体的に隔離されたサンプルチャンバを備えている、請求項８に記載の流体処理システム。
【請求項１５】
前記少なくとも１つの磁気構造は、前記複数のサンプルチャンバに関連付けられた複数の磁気構造を備え、前記磁気構造のうちの少なくとも２つは、少なくとも１つの電磁石を共有している、請求項１４に記載の流体処理システム。
【請求項１６】
前記少なくとも１つのサンプルチャンバは、約１マイクロリットル〜約１リットルの範囲内の容積を有する、請求項１に記載の流体処理システム。
【請求項１７】
流体処理システムであって、前記流体処理システムは、
流体と複数の磁性粒子とを含むための少なくとも１つのサンプルチャンバを含むサンプル容器と、
１つの電磁石を備えている少なくとも１つの可動磁気アセンブリであって、前記少なくとも１つの可動磁気アセンブリは、前記サンプルチャンバの中または外に移動可能に挿入されるように構成されている、少なくとも１つの可動磁気アセンブリと、
前記サンプルチャンバの周囲に配置された複数の電磁石を備えている磁気構造と、
前記可動磁気アセンブリの前記電磁石および前記磁気構造の前記電磁石に電気信号を印加するための少なくとも１つの信号発生器と、
前記信号発生器に結合されたコントローラと
を備え、
前記コントローラは、前記電磁石に印加される前記電気信号の位相を制御することによって、前記サンプルチャンバの前記少なくとも一部内に前記複数の磁性粒子に磁気的に影響を及ぼすために効果的な磁場勾配を発生させる、流体処理システム。
【請求項１８】
前記コントローラは、前記磁気構造の前記電磁石に印加される前記信号の位相と異なる位相を有する信号の印加を前記可動磁気アセンブリの前記電磁石にもたらすように構成されている、請求項１７に記載の流体処理システム。
【請求項１９】
流体を処理する方法であって、前記方法は、
流体サンプルおよび複数の磁性粒子を磁気構造を有する流体チャンバに送達することであって、前記磁気構造は、前記流体チャンバの周囲に配置された複数の電磁石を備えている、ことと、
可動電磁アセンブリを少なくとも部分的に前記流体チャンバの中に挿入することであって、前記可動電磁アセンブリは、少なくとも１つの電磁石を備えている、ことと、
前記磁気構造の前記電磁石および前記可動電磁アセンブリの前記少なくとも１つの電磁石にＡＣ電気信号を印加することによって、前記流体チャンバの少なくとも一部内に前記磁性粒子に磁気的に影響を及ぼすために効果的な磁場を発生させ、それによって、前記流体の混合を引き起こすことと
を含む、方法。
【請求項２０】
前記流体の混合に続いて、前記電磁石への前記ＡＣ電気信号の印加を終了させることと、
前記可動電磁アセンブリの前記少なくとも１つの電磁石に前記可動電磁アセンブリにおける前記磁性粒子の少なくとも一部を捕捉するための少なくとも１つのＤＣ信号を印加することと
をさらに含む、請求項１９に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
（関連出願）
本願は、その内容全体が参照することによって本明細書に組み込まれる２０１７年１１月２１日に出願された米国仮出願第６２／５８９，０９８号の優先権の利益を主張する。
（分野）
【０００２】
本教示は、概して、流体を処理することに関し、より具体的に、流体内に配置された磁性粒子を操作するように構成された電磁気構造を使用して流体を処理する方法およびシステムに関する。
【背景技術】
【０００３】
サンプルの調製は、化学的および生物学的分析研究の重要な段階である。精密かつ信頼性のある分析を達成するために、標的化合物が、複雑な未加工サンプルから処理され、分析機器に送達されなければならない。例えば、プロテオミクスの研究は、概して、単一のタンパク質またはタンパク質群に焦点を当てている。故に、生物学的サンプルは、標的タンパク質をサンプル中の他の細胞物質から単離するために処理される。タンパク質の単離（例えば、免疫沈降）、母材の一掃、消化、脱塩等の追加の処理が、多くの場合、要求される。塩、緩衝液、洗剤、タンパク質、酵素、および他の化合物等の非標的物質が、典型的に、化学的および生物学的サンプル中に見出される。これらの非標的物質は、例えば、分析機器によって検出される標的信号の量の低減を引き起こすことによって、分析を妨害し得る。したがって、複雑な未加工サンプルは、典型的に、非標的物質から着目化合物を単離させるために１つ以上の分離および／または抽出技法を受ける。
【０００４】
液体クロマトグラフィ（ＬＣ）は、異なる物質の複雑な混合物中に存在する着目分析物の分離のための典型的な溶液ベースの技法である。ＬＣは、概して、固体の不溶性母材に液体サンプルを流すことを伴う。液体サンプルは、ある条件、例えば、ｐＨ、塩分濃度、または溶媒組成条件下で母材に対する親和性を有する着目分析物を含み得る。ＬＣ中、混合物中の化学成分は、液体移動相の流動によって、固定相を通して搬送され得る。液体クロマトグラフィにおける分離は、移動相および固定相の両方との分析物の相互作用における差異に起因して生じる。高性能液体クロマトグラフィ（ＨＰＬＣ）は、分析物が高圧力において液体移動相中の固定相を通して押し進められるＬＣのある形態である。高圧力を使用して分析物を押し進めることは、分離された成分が固定相に留まる時間、したがって、成分がカラム内に拡散せねばならない時間を減少させる。ＨＰＬＣは、従来のＬＣ技法と比較して、典型的に、より良好な分解能および感度を達成するための分析機器によって使用され得る処理済みサンプルをもたらす。しかしながら、ＬＣは、サンプルを処理するために使用するために高価であり、かつ連続的プロセスである複雑な技法であり、それによって、複数の並列カラムが、複数のサンプルを同時に処理することを要求される。加えて、ＬＣは、ある潜在的な標的物質を不可逆的に吸着および／または共溶出し得る。ＨＰＬＣは、ＬＣより迅速である（典型的に、サンプルを処理するために約１０〜３０分を要求する）が、ＨＰＬＣの複雑性およびコストは、例えば、プロセスを実行するために要求されるポンプおよび他の特殊な機器に起因して、従来のＬＣをはるかに上回る。
【０００５】
磁性粒子またはビーズは、化学的および生物学的アッセイおよび診断のためのサンプル調製のために採用され得る別の技術である。例証的磁性粒子が、米国特許第４，５８２，６２２号（特許文献１）および米国特許第４，６２８，０３７号に説明されている。サンプルの分離および抽出のために磁性粒子を採用するデバイスおよび方法の例が、米国特許第４，５５４，０８８号および米国特許第８，３６１，３１６号に説明される。そのような磁性粒子は、Ｍａｒｔｉｎ  Ａ．  Ｍ．  Ｇｉｊｓによって著され、Ｍｉｃｒｏｆｌｕｉｄ  Ｎａｎｏｆｌｕｉｄ（２００４；Ｉ：２２−４０）に公開された「Ｍａｇｎｅｔｉｃ  ｂｅａｄ  ｈａｎｄｌｉｎｇ  ｏｎ−ｃｈｉｐ：ｎｅｗ  ｏｐｐｏｒｔｕｎｉｔｉｅｓ  ｆｏｒ  ａｎａｌｙｔｉｃａｌ  ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｓ」と題された論説に開示されるもの等の微小流体システムにおいても使用されている。
【０００６】
磁性粒子技術は、高性能（例えば、デバイス感度および正確度）を提供し、アッセイプロトコルの容易な自動化も提供するロバストな技術である。多くの用途に関して、磁性粒子の表面は、好適なリガンドもしくは受容体（混合物中の標的物質を他の物質と選択的に結合させ得る抗体、レクチン、オリゴヌクレオチド、または他の生体反応性分子等）でコーティングされる。磁性粒子の分離および取り扱い技術における１つの重要な要素は、標的物質と粒子表面との間の反応率を向上させるための効率的な混合である。懸濁された磁性粒子は、磁力によって作動させられ、サンプル溶液の撹拌をもたらし、混合プロセスを向上または発生させ得る。磁性粒子混合システムの例が、Ｓｕｚｕｋｉ  ｅｔ  ａｌ．によって著され、Ｊｏｕｒｎａｌ  ｏｆ  Ｍｉｃｒｏｅｌｅｃｔｒｏｍｅｃｈａｎｉｃａｌ  Ｓｙｓｔｅｍｓ（２００４；Ｉ：１３：７７９−７９０）に公開された「Ａ  ｃｈａｏｔｉｃ  ｍｉｘｅｒ  ｆｏｒ  ｍａｇｎｅｔｉｃ  ｂｅａｄ−ｂａｓｅｄ  ｍｉｃｒｏ  ｃｅｌｌ  ｓｏｒｔｅｒ」と題された論説、および、Ｗａｎｇ  ｅｔ  ａｌ．によって著され、Ｍｉｃｒｏｆｌｕｉｄ  Ｎａｎｏｆｌｕｉｄ（２００８；Ｉ：４：３７５−３８９）に公開された「Ａ  ｒａｐｉｄ  ｍａｇｎｅｔｉｃ  ｐａｒｔｉｃｌｅ  ｄｒｉｖｅｎ  ｍｉｃｒｏｍｉｘｅｒ」と題された論説に開示されている。
【０００７】
米国特許第６，２３１，７６０号（特許文献２）、米国特許第６，８８４，３５７号、および米国特許第８，３６１，３１６号に開示されるもの等の磁性粒子を使用して流体を混合するための前述の技法は、機械的手段を使用して、静止している容器に対して磁石を移動させるか、または、静止している磁石に対して容器を移動させ、容器内の磁場勾配の相対的変位を誘発することを伴っている。そのような方法を使用した磁場勾配の変位は、磁性粒子を磁石位置の変化に伴って持続的に移動させるように誘導することによって、容器内にある混合を引き起こし得る。しかしながら、容器内での磁場勾配の形成は、粒子を容器の壁に近い領域に誘引し、閉じ込め得、それは、混合の効率および有効性を低減させる。国際特許出願公開第ＷＯ１９９１／０９３０８号に説明される別の技法は、その中に配置された磁性粒子を有するチャンバの周囲で、互いに面している２つの電磁石の使用を伴う。十分な周波数において２つの電磁石に連続的に電気供給すること、および電気供給を停止すること（すなわち、２進のオン／オフ制御）は、磁性粒子をチャンバ内に配置された流体の中に懸濁させるように動作する。方法に従って２つの電磁石を作動させることから生じる粒子の移動は、チャンバ内の小さいエリアに限定され、比較的に弱い混合力を発生させる。加えて、磁性粒子の一部は、磁場によって影響を受けないこともある。影響を受けていない粒子は、チャンバ表面の近くで凝集し、混合または親和性結合に寄与しない。
【０００８】
米国特許第８，５８５，２７９号（特許文献３）は、微小流体チップデバイス（Ｓｐｉｎｏｍｉｘ  ＳＡ製の「ＭａｇＰｈａｓｅ」デバイス）を開示し、それは、封入されたサンプル容器内の磁性粒子を作動させるために、統合されたポンプおよび流体チャネルとの組み合わせにおいて、無線周波数（ＲＦ）駆動電磁石を採用する。電磁石は、サンプル容器内の磁場勾配を変動させ、サンプル流体内の磁性粒子の移動をもたらすように構成されたシーケンスで作動させられる。しかしながら、ＭａｇＰｈａｓｅデバイスを使用したサンプルの混合は、元来、微小流体デバイスの構成が限定された数のサンプルの同時の処理のみを可能にするので、本質的に連続的である。特定の構成に起因して、ＭａｇＰｈａｓｅデバイスは、比較的に大きいサンプル体積の損失および磁性粒子の損失を被る。さらに、ＭａｇＰｈａｓｅ微小流体デバイスの封入されたチャネルおよびサンプル容器は、デバイスからのサンプル体積の装填および回収の自動化に対する障壁をもたらし、処理されることが可能であるサンプル体積を限定する。ＭａｇＰｈａｓｅデバイスを使用して処理されるサンプルは、それらが、デバイスの種々のチャネルおよび流体経路を通して進行することが要求されるので、必然的に大きい接触表面積にさらされる。故に、ＭａｇＰｈａｓｅデバイスを介して処理されるサンプルは、例えば、非特異的な結合に起因して、高い飛沫同伴および低い回収が生じやすい。
【０００９】
磁性粒子は、Ａｎｄｅｒｓｏｎ  ｅｔ  ａｌ．によって著され、Ｊｏｕｒｎａｌ  ｏｆ  Ｐｒｏｔｅｏｍｅ  Ｒｅｓｅａｒｃｈ（２００４；Ｉ：３：２３５−２４４）に公開された「Ｍａｓｓ  ｓｐｅｃｔｒｏｍｅｔｒｉｃ  ｑｕａｎｔｉｔａｔｉｏｎ  ｏｆ  ｐｅｐｔｉｄｅｓ  ａｎｄ  ｐｒｏｔｅｉｎｓ  ｕｓｉｎｇ  Ｓｔａｂｌｅ  Ｉｓｏｔｏｐｅ  Ｓｔａｎｄａｒｄｓ  ａｎｄ  Ｃａｐｔｕｒｅ  ｂｙ  Ａｎｔｉ−Ｐｅｐｔｉｄｅ  Ａｎｔｉｂｏｄｉｅｓ（ＳＩＳＣＡＰＡ）」と題された論説に説明されるＳＩＳＣＡＰＡ技法等のサンプルプレート用途においても使用されている。例示的磁気サンプルプレートシステムは、Ｂｅｃｋｍａｎ  Ｃｏｕｌｔｅｒ，Ｉｎｃ．（Ｂｒｅａ，Ｃａｌｉｆｏｒｎｉａ，Ｕｎｉｔｅｄ  Ｓｔａｔｅｓ）によって提供されるＡｇｅｎｃｏｕｒｔ  ＳＰＲＩＰｌａｔｅ  ９６Ｒ  −  Ｒｉｎｇ  Ｓｕｐｅｒ  Ｍａｇｎｅｔ  Ｐｌａｔｅ、およびＡｌｐａｑｕａ（登録商標）（Ｂｅｖｅｒｌｙ，Ｍａｓｓａｃｈｕｓｅｔｔｓ，Ｕｎｉｔｅｄ  Ｓｔａｔｅｓ）によって提供されるＭａｇｎｕｍ  ＦＬＸを含む。これらの用途では、サンプルプレートは、磁石が、サンプルウェル間で突出するか、またはサンプルウェルが輪形状磁石内に位置付けられることを可能にするかのいずれかであるように配置される複数の固定界磁石を含む。サンプルウェル内の磁性粒子は、撹拌され、混合を促進し得、磁性粒子は、次いで、永久磁石の影響を通して捕捉されることができる。他のタイプの自動化された混合デバイスは、概して、機械的撹拌によって（すなわち、サンプルプレートを振動させることによって）混合を達成するように試みる。サンプルを処理することの後、磁石は、ビーズをサンプルウェルの側面に閉じ込め、サンプル流体の除去を可能にするために使用され得る。しかしながら、従来の磁気サンプルプレート用途において使用される固定界磁石は、ロバストな混合を達成することが可能ではない。例えば、磁性粒子は、概して、サンプルウェルの別々のエリアにおいて凝集および密集する傾向にある。加えて、プレート自体が、分析のステップ間で移動させられる必要があり、それは、かなりの自動化を要求する。
【００１０】
上で言及されたそれらを含む磁性粒子を使用した従来のサンプル混合システムは、いくつかの欠点を被る。例えば、そのようなシステムは、単一の次元、主に、ｘ−ｙ平面内でサンプルを混合することに限定され得る。したがって、そのようなサンプル混合システムは、比較的に浅い、低容積サンプル容器を取り扱うことに制限される。故に、磁性粒子を使用したサンプル混合および分離の全体的な速度および効率を改良する必要性が存在し、それは、サンプル流体の超高速均質混合と、より大きいサンプル体積を有する多数のサンプル流体のアクセス可能な並行処理とを含む。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１１】
【特許文献１】米国特許第４，５８２，６２２号明細書
【特許文献２】米国特許第６，２３１，７６０号明細書
【特許文献３】米国特許第８，５８５，２７９号明細書
【発明の概要】
【課題を解決するための手段】
【００１２】
ある側面において、流体と複数の磁性粒子とを含むための少なくとも１つのサンプルチャンバを含むサンプル容器と、該サンプルチャンバの中または外に移動可能に挿入されるように構成された少なくとも１つの可動電磁アセンブリ（本明細書では、ＭＥＭＡとも称される）であって、少なくとも１つの可動電磁アセンブリは、アセンブリが少なくとも部分的に該サンプルチャンバの中に挿入されると、サンプルチャンバの少なくとも一部内に磁場を発生させるように配置された複数の電磁石を備えている、可動電磁アセンブリとを備えている流体処理システムが、開示される。流体処理システムは、電磁アセンブリの該電磁石に電気信号を印加するための少なくとも１つの信号発生器と、サンプルチャンバの該少なくとも一部内に複数の磁性粒子に磁気的に影響を及ぼすために効果的な磁場勾配を発生させるように、該電磁石に印加される電気信号の位相を制御するための該信号発生器に結合されるコントローラとも含むことができる。いくつかの実施形態において、信号発生器は、電磁石への印加のためのＡＣ（交流）信号を生成するように構成される。一例として、ＡＣ信号は、約１Ｈｚ未満（例えば、０．５Ｈｚ）〜約５，０００Ｈｚの範囲内の周波数を有することができる。そのような実施形態において、ＡＣ信号は、例えば、約１ボルト〜約５００ボルトの範囲内の振幅を有する電圧信号であることができる。
【００１３】
いくつかの実施形態において、可動電磁アセンブリの複数の電磁石は、実質的に平面内、例えば、ｘ−ｙ平面内での磁性粒子の混合を引き起こすように配置されることができる。
【００１４】
いくつかの実施形態において、可動電磁アセンブリの複数の電磁石は、第１、第２、第３、および第４の電磁石を含むことができ、コントローラは、以下の関係：
【数１０】
2021504131.tif 000003
に従って、該電磁石に複数の電気信号の印加をもたらすように構成され、式中、Ｉｆｉｒｓｔ、Ｉｆｉｒｓｔ、ＩｆｉｒｓｔおよびＩｆｉｒｓｔは、それぞれ、第１、第２、第３、および第４の電磁石に印加される波形を表し、Ｉ０は、信号の振幅を表し、ｆは、信号の周波数を示す。
【００１５】
いくつかの実施形態において、可動電磁アセンブリは、複数の電磁石が組み込まれたシェルを備えている。シェルは、サンプルチャンバの中への少なくとも部分的な挿入のために形状およびサイズを決定されることができる。
【００１６】
いくつかの実施形態において、流体処理システムは、サンプルチャンバの周囲に配置された複数の電磁石を備えている少なくとも１つの磁気構造を含み、該少なくとも１つの磁気構造の該電磁石は、該信号発生器に電気的に結合される。そのような実施形態において、コントローラは、該サンプルチャンバの少なくとも一部内に磁性粒子に磁気的に影響を及ぼすために効果的な磁場勾配を発生させるように、磁気構造の電磁石に異なる位相を有する電気信号の印加をもたらすように構成されることができる。
【００１７】
いくつかの実施形態において、磁気構造の電磁石は、該可動磁気アセンブリの電磁石から垂直に間隔を置かれ、該コントローラは、該垂直方向に沿った磁場勾配を発生させるように、磁気構造の該電磁石および該可動磁気アセンブリの電磁石に電気信号のあるパターンの印加をもたらす。
【００１８】
流体処理システムのいくつかの実施形態において、可動磁気アセンブリおよび少なくとも１つのサンプルウェルを包囲する磁気構造の各々は、本明細書において第１、第２、第３、および第４の電磁石と称される４つの電磁石を含む。いくつかのそのような実施形態において、コントローラは、以下の関係：
【数２０】
2021504131.tif 000004
に従って、該電磁石に複数の電気信号の印加をもたらすように構成され、式中、Ｉｆｉｒｓｔ，ＭＥＭＡ、Ｉｓｅｃｏｎｄ，ＭＥＭＡ、Ｉｔｈｉｒｄ，ＭＥＭＡ、およびＩｆｏｕｒｔｈ，ＭＥＭＡは、それぞれ、磁場アセンブリの第１、第２、第３、および第４の電磁石に印加される波形を表し、Ｉｆｉｒｓｔ，ＭＳ、Ｉｆｉｒｓｔ，ＭＳ、Ｉｆｉｒｓｔ，ＭＳ、Ｉｆｉｒｓｔ，ＭＳは、それぞれ、サンプルチャンバを包囲する磁気構造の第１、第２、第３、および第４の電磁石に印加される信号の波形を表し、Ｉ０は、信号の振幅を表しｆは、信号の周波数を表し、Ｉｆｉｒｓｔ，ＭＥＭＡとＩｆｉｒｓｔ，ＭＳとは、垂直に隣接し、Ｉｓｅｃｏｎｄ，ＭＥＭＡとＩｓｅｃｏｎｄ，ＭＳとは、垂直に隣接し、Ｉｔｈｉｒｄ，ＭＥＭＡとＩｔｈｉｒｄ，ＭＳとは、垂直に隣接し、Ｉｆｏｕｒｔｈ，ＭＥＭＡとＩｆｏｕｒｔｈ，ＭＳとは、垂直に隣接する。
【００１９】
いくつかの実施形態において、流体処理システムは、可動電磁アセンブリの電磁石のうちの１つ以上にその中に磁性粒子を捕捉するための１つ以上のＤＣ信号を印加するために、コントローラの制御下で動作するＤＣ信号発生器をさらに含む。
【００２０】
いくつかの実施形態において、コントローラは、コントローラによる実行のための少なくとも１つのサンプル処理プロトコルを記憶するように構成された少なくとも１つのメモリモジュールを含む。
【００２１】
いくつかの実施形態において、流体処理システムは、複数の流体的に隔離されたサンプルチャンバを提供するサンプル容器を含むことができる。いくつかのそのような実施形態において、各サンプルチャンバは、サンプルチャンバの周囲に配置された複数の電磁石を備えている磁気構造を含むことができ、磁気構造のうちの少なくとも２つは、１つ以上の電磁石を共有する。
【００２２】
いくつかの実施形態において、サンプル容器は、約１マイクロリットル〜約１リットルの範囲内の容積を有する１つ以上のサンプルチャンバを含む。
【００２３】
関連する側面において、流体と複数の磁性粒子とを含むための少なくとも１つのサンプルチャンバを含むサンプル容器と、１つの電磁石を備え、該サンプルチャンバの中または外に移動可能に挿入されるように構成された少なくとも１つの可動電磁アセンブリと、該サンプルチャンバの周囲に配置された複数の電磁石を備えている磁気構造と、該可動磁気アセンブリの該電磁石および磁気構造の該電磁石に電気信号を印加するための少なくとも１つの信号発生器と、サンプルチャンバの少なくとも一部内に複数の磁性粒子に磁気的に影響を及ぼすために効果的な磁場勾配を発生させるように、該電磁石に印加される電気信号の位相を制御するための該信号発生器に結合されたコントローラとを含む流体処理システムが、開示される。いくつかのそのような実施形態において、コントローラは、磁気構造の該電磁石に印加される信号の位相と異なる位相を有する信号の印加を可動磁気アセンブリの該電磁石にもたらすように構成される。
【００２４】
関連する側面において、流体サンプルおよび複数の磁性粒子を該流体チャンバの周囲に配置された複数の電磁石を備えている磁気構造を有する流体チャンバに送達することと、可動電磁アセンブリを少なくとも部分的に該流体チャンバの中に挿入することであって、該可動電磁アセンブリは、少なくとも１つの電磁石を備えている、ことと、該流体チャンバの少なくとも一部内に磁性粒子に磁気的に影響を及ぼすために効果的な磁場を発生させ、それによって、流体の混合を引き起こすように、該磁気構造の該電磁石および可動電磁アセンブリの該少なくとも１つの電磁石にＲＦ電気信号を印加することとを含む流体を処理する方法が、開示される。
【００２５】
いくつかの実施形態において、方法は、流体の混合に続いて、電磁石への電気信号の印加を終了させるステップと、可動電磁アセンブリの電磁石のうちの少なくとも１つ、多くの実施形態において、その電磁石の全てに可動電磁アセンブリ内の磁性粒子の少なくとも一部を捕捉するための少なくとも１つのＤＣ信号を印加するステップとをさらに含むことができる。捕捉された磁性粒子は、別のデバイスおよび／または容器、例えば、別のサンプルガラス瓶に送達されることができる。
【００２６】
いくつかの実施形態において、捕捉された粒子は、受け取りサンプルチャンバ、例えば、サンプルガラス瓶の中に粒子を放出するように、電磁アセンブリの電磁石のうちの少なくとも１つに印加されるＤＣ信号（例えば、ＤＣ電圧）をオフにすることによって、別のサンプルガラス瓶に移動させられることができる。いくつかの実施形態において、受け取りサンプルチャンバ、例えば、サンプルガラス瓶は、例えば、下で議論される様式でそのチャンバを包囲する１つ以上の電磁石を含むことができる。いくつかのそのような実施形態において、チャンバを包囲する電磁石のうちの１つ以上への１つ以上のＡＣおよび／またはＤＣ信号の印加は、電磁可動アセンブリからサンプルチャンバの中への粒子の移送を促進することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２７】
【図１】図１は、複数のサンプルウェルを提供する容器と、サンプルウェルの中への挿入のために構成された複数の可動電磁アセンブリとを含む本教示のある実施形態による流体処理システムを図式的に描写する。
【００２８】
【図２】図２は、例示的サンプルウェル、およびサンプルウェルの中への挿入のために構成された例示的可動電磁アセンブリを図式的に描写する。
【００２９】
【図３】図３は、本明細書に開示される電磁石に印加される信号に対応し得る位相遅延の例を図式的に図示する。
【００３０】
【図４】図４は、本明細書に開示されるいくつかの実施形態の中で説明される電磁石にＲＦ電流信号を印加することによって発生させられ得る例示的磁場を描写する。
【００３１】
【図５】図５は、本明細書に開示されるいくつかの実施形態によるサンプルウェル１０２の例および電磁アセンブリの例を図示する。
【００３２】
【図６】図６は、本明細書に開示されるいくつかの実施形態による流体を混合するための手順のフロー図である。
【００３３】
【図７】図７は、本明細書に開示されるいくつかの実施形態と共に使用され得る例示的コントローラのブロック図である。
【００３４】
【図８−１】図８Ａ−８Ｃは、サンプルを１つのサンプルガラス瓶から別のものに移動させるための本教示による可動電磁アセンブリの使用を図式的に描写する。
【図８−２】図８Ａ−８Ｃは、サンプルを１つのサンプルガラス瓶から別のものに移動させるための本教示による可動電磁アセンブリの使用を図式的に描写する。
【発明を実施するための形態】
【００３５】
本発明は、概して、流体を混合するためのシステムおよび方法に関し、磁場勾配が、流体中に散乱させられた磁性粒子を撹拌し、それによって、流体を混合するために採用される。より具体的に、多くの実施形態において、流体と散乱させられた磁性粒子とを含むサンプルウェルのうちの１つ以上のものの中への挿入のために構成された１つ以上の可動電磁アセンブリと、それらのサンプルウェルに関連付けられた磁気構造との組み合わせが、流体の３次元（３Ｄ）混合を引き起こすために採用される。例えば、可動電磁アセンブリおよび／またはサンプルウェルに関連付けられた磁気構造へのＲＦ信号の印加は、磁場勾配を発生させることができ、磁場勾配は、磁性粒子が移動すること、スピンすること、振動すること、または別様に撹拌されることを引き起こし、それによって、流体を混合する。種々の用語が、当技術分野におけるそれらの通常の意味に従って、本明細書で使用される。本明細書で使用されるように、サンプルウェルに関連付けられた磁気構造の電磁石（電磁石Ａ）は、可動電磁アセンブリの電磁石（電磁石Ｂ）に対して垂直に隣接し、電磁石Ｂは、電磁石Ｂに対する電磁石Ａの側方の分離が、磁気構造の他の電磁石に対する電磁石Ａのそれぞれの側方の分離より小さいとき、サンプルウェルの中に挿入される。言い換えると、ある場合、２つの垂直に隣接する電磁石は、側方のオフセットを示すことはないが、他の場合、２つの垂直に隣接する電磁石は、側方のオフセットを示し得る。用語「磁気サンプル」は、本明細書で使用されるように、磁性粒子を含むか、または別様に磁性であるサンプルを指す。
【００３６】
図１を参照すると、ある実施形態による流体処理システム１００は、複数のサンプルウェル１０２ａ−１０２ｆを提供するサンプル容器１０１と、サンプルウェルに関連付けられた複数の磁気構造１０４、１０５、１０６、１０７、１０８、１０９とを含む。本実施形態において、磁気構造１０４、１０５、１０６、１０７、１０８、１０９は、４つの電磁石が各サンプルウェルの周囲に配置されるようにサンプルウェルの周囲に分散させられた複数の電磁石１０４を含む。下でより詳細に議論されるように、これらの電磁石への異なる位相を伴うＡＣ信号の印加は、サンプルウェル内に磁場を発生させることができ、それは、下でより詳細に議論されるように、それらのウェルの中に含まれる磁気サンプルの混合を引き起こすことができる。より具体的に、本実施形態において、電磁石１０４、１０５、１０６、１０７、１０８、１０９は、４つの電磁石が各サンプルウェルの周辺を包囲するように分散させられている。他の実施形態において、サンプルウェルを包囲する電磁石の数は、異なることができ、例えば、３つ、６つ、または８つの電磁石が、使用されることができる。一例として、サンプルウェル１０２ａに焦点を当てると、４つの電磁石１０４ａ−ｄは、サンプルウェル１０２ａの周辺を包囲し、サンプルウェル内の磁場の発生を介して、ｘ−ｙ平面状区分（すなわち、サンプルウェルの縦軸に対して略直交する容積区分）におけるサンプルウェル中
に含まれる磁気サンプルの混合を引き起こすために効果的であり得る。本例示的実施形態において、６つのサンプルウェルのみが、例証的目的のために描写されるが、本教示は、任意の所望される数のサンプルウェルを使用して実装され得ることを理解されたい。
【００３７】
流体処理システム１００は、複数の可動電磁アセンブリ２００をさらに含み、それらは、下でより詳細に議論されるように、少なくとも部分的にサンプルウェル内に設置され、サンプルウェル中に含まれる磁気サンプルの３次元の（３Ｄ）混合を引き起こすことができる。本実施形態において、磁気アセンブリ２００は、サンプルウェル１０２ａ−１０２ｆの中へのそれらの挿入および外への移動を促進するバックプレート２０１（図１に示される）に結合されている。
【００３８】
図２を参照すると、可動電磁アセンブリのうちの１つ２００ａに焦点を当てると、そのようなアセンブリは、４つの電磁石２１２ａ−２１２ｄが組み込まれたシェル２１０を含むことができる。電磁石２１２ａ−２１２ｄは、下で議論される様式で作動させられ、それがサンプルウェル中の磁気サンプルを混合するために挿入されるサンプルウェル内に磁場を発生させることができる。
【００３９】
いくつかの実施形態において、シェルは、電磁石２１２ａ−２１２ｄによって発生させられる磁場の低吸収を示す材料から形成されることができる。一例として、いくつかの実施形態において、シェルは、ポリプロピレンおよびポリエチレン等のポリマー材料から形成されることができる。
【００４０】
図２を継続して参照すると、電磁アセンブリ２００ａは、それぞれのサンプルウェル１０２ａの中への少なくとも部分的な挿入のためにサイズおよび形状を決定される。上で議論されるように、本実施形態において、サンプルウェル１０２ａは、４つの電磁石１０４ａ−１０４ｄによって包囲されている。
【００４１】
図１に戻って参照すると、下でより詳細に議論されるように、コントローラ４００の制御下で動作するＡＣ信号発生器３００が、サンプルウェル１０２ａ−１０２ｆ中に含まれる磁気サンプルの混合を引き起こすように、電磁石１０４ａ−１０４ｄおよび２１２ａ−２１２ｄに異なる位相を伴うＡＣ信号を印加することができる。
【００４２】
図２に戻って参照すると、種々の電磁石は、特定の電磁石に印加される信号に対応する位相遅延に従って、ａ−ｄと標識される。例えば、電磁石１０４ａおよび２１２ａに印加されるＡＣ信号は、同じ位相を示すことができるが、ある位相遅延が、可動電磁アセンブリ２００ａ内の隣接する電磁石とサンプルウェルを包囲する電磁石１０４ａ−１０４ｄとの間に存在し得る。いくつかの実施形態において、電磁石２１２ａ−２１２ｄは、電磁石１０４ａ−１０４ｄに対して、例えば、約４５度だけ角度シフトされ得る。
【００４３】
図３は、本明細書に開示される電磁石に印加される信号に対応し得る位相遅延の例を図式的に図示する。図３に示される実施形態において、可動電磁アセンブリ２００ａの隣接する電磁石間、およびサンプルウェルを包囲するそれら間の位相遅延は、±９０°である。一例として、ａ−ｄと標識された電磁石に印加されるＲＦ電流は、以下の関係に従うことができる。
【数３０】
2021504131.tif 000005
【００４４】
ＡＣ信号発生器３００（図１に示される）は、他のサンプルウェルに関連付けられた他の可動電磁アセンブリの電磁石およびそれらのウェルを包囲する電磁石に同様のＡＣ信号を印加することができる。本実施形態において、隣接する電磁石間の位相シフトは、±９０°であるが、それにかかわらず、本教示が、３０°の位相遅延、６０°の位相遅延、９０°の位相遅延、１２０°の位相遅延、１５０°の位相遅延、１８０°の位相遅延、２１０°の位相遅延、２４０°の位相遅延、２７０°の位相遅延、３００°の位相遅延、３３０°の位相遅延等の他の位相シフト値が、本教示の種々の側面に従って使用され得るので、そのように限定されないことを理解されたい。
【００４５】
種々の側面において、上記の例示的位相遅延の式による電磁石（例えば、電磁石１０４ａ−１０４ｄ）の作動は、これらの電磁石によって発生させられる磁場勾配によって影響を受けるサンプルウェル１０２ａ中の磁性粒子（図示せず）がこれらの電磁石に関連付けられたｘ−ｙ平面内で反時計回りの運動で混合されることを引き起こす（図３では、この反時計回りの運動は、概して、矢印３０１を使用して示される）。さらに、上記の例示的位相遅延の式による電磁石２１２ａ−２１２ｄ（図２）の作動は、サンプルウェル中の磁性粒子をこれらの電磁石に関連付けられたｘ−ｙ平面内で混合されることを引き起こす。さらに、下で議論されるように、可動電磁アセンブリ２００ａの電磁石２１２ａ−２１２ｄに印加されるＡＣ信号とサンプルウェル１０２ａに関連付けられた電磁石１０４ａ−１０４ｄとに印加されるＡＣ信号との間の位相シフトは、ｘ−ｙ平面内における磁場勾配と、ｚ方向（すなわち、サンプルウェルの縦軸）に沿った磁場勾配とを発生させ、粒子の３Ｄ混合を提供することができる。ＡＣ位相差の他のパターンも、電磁石１０４ａ−１０４ｄおよび２１２ａ−２１２ｄに印加され、混合の他のパターンを引き起こすことができる。本出願人の教示の種々の側面に従って撹拌される磁性粒子を使用して流体を混合することは、磁性粒子が各流体容器内で均質に３次元的に散乱させられることを引き起こす。
【００４６】
図４は、上記の関係に従って電磁石１０４ａ−１０４ｄおよび／または２１２ａ−２１２ｄにＡＣ電流信号を印加することによって発生させられ得る時間間隔Ｔ１−Ｔ５における例示的磁場を描写する。一般性のいかなる損失も伴わず、例示的磁場は、可動電磁アセンブリ２００ａの作動させられた電磁石２１２ａ−２１２ｄによって発生させられたそれらであると仮定される。本例示的実施形態において、磁場４００ａおよび４００ｂの波形は、正弦波を表し、電磁石２１２ａ−２１２ｄによって発生させられた磁場の磁気影響下にある磁性粒子４０１の例示的な概略的移動を発生させる。磁場４００ａ／４００ｂは、互いに対して９０°の位相シフトを有し、磁場４００ａは、電磁石２１２ａおよび２１２ｃに対応し、磁場４００ｂは、電磁石２１２ｂおよび２１２ｄに対応する。図４の例証的描写では、電磁石２１２ａ−２１２ｄが、流体サンプルに対して異なる場所に配置されており、それによって、各電磁石によって発生させられる磁場の向きが、同じ電気信号がそれに印加された場合、概して異なることを理解されたい。同様に、流体サンプルの反対側上に配置された電磁石に関して、そのような電極によって発生させられる磁場は、同じ大きさおよび反対の位相のＡＣ信号がそれらに印加されると、同じ方向である。
【００４７】
したがって、異なる混合パターンが、１０４ａ−１０４ｄおよび２１２ａ−２１２ｄの電磁石に印加されるＡＣ波形を制御することによってもたらされ得ることを本教示に照らして理解されたい。一例として、別の流体混合パターンが、電磁石１０４ａ−１０４ｄおよび２１２ａ−２１２ｄに異なる位相遅延の以下の例示的ＡＣ信号を印加することによって得られることができ、基板ａ、ｂ、ｃ、ｄは、それぞれ、電磁石１０４ａ／２１２ａ、１０４ｂ／２２１ｂ、１０４ｃ／２１２ｃ、および１０４ｄ／２１２ｄへの特定の信号の印加を示す。
【数４０】
2021504131.tif 000006
式中、Ｉ＝電流、ｆ＝周波数、およびｔ＝時間である。
【００４８】
上記の式（５）−（８）によって示されるＲＦ信号の印加は、サンプルウェル１０２ａ中の磁性流体が略反時計回りの様式で混合されることを引き起こすことができる。
【００４９】
上記の実施形態において、正弦波のＲＦ波形が、電磁石１０４ａ−１０４ｄおよび２１２ａ−２１２ｄに印加されるが、本教示は、そのように限定されない。実際に、任意のタイプの波形が、本出願人の教示に従って動作することが可能である電磁石に供給され得ることを理解されたい。非限定的な例として、各流体容器を包囲する電磁石の数、隣接する電磁石間の位相シフト（例えば、３０°、６０°、９０°、１２０°、１５０°、１８０°、２１０°、２４０°、２７０°、３００°、および３３０°の位相シフト）、および波形の形状は、本教示の種々の側面に従って変動させられることができる。電流波形の非限定的な例は、正方形、長方形、三角形、非対称的、鋸歯状、またはそれらの任意の組み合わせを含み得る。いくつかの実施形態において、電磁石に供給される電流のタイプは、いくつかの実施形態に従って構成された流体処理システムの動作中に修正され得る。例えば、電磁石の少なくとも一部は、９０°の位相シフトを伴うＡＣ波形を受信し得る一方、別の部分は、１８０°の位相シフトを伴うＡＣ波形を受信し得る。そのような実施形態において、各部分の位相シフトは、流体処理システムの動作中に修正され得る（例えば、位相シフトは、切り替えられ得る、同期させられ得る等）。いくつかの実施形態において、電磁石の少なくとも一部は、並行して、連続して、パルス化されて動作させられ得る等。種々の側面において、電磁石に供給される電流は、処理プロトコルに従って制御され得る。いくつかの実施形態において、処理プロトコルは、フィードバック、オペレータ入力、混合効率の検出、分析結果等の種々の要素に基づいて、流体処理システムの動作中に動的に改変され得る。
【００５０】
加えて、または代替として、ＤＣ信号が、静磁場を発生させるためにＤＣ信号発生器（図１に図式的に描写されるＤＣ信号発生器２００等）を介して電磁石１０４ａ−１０４ｄおよび２１２ａ−２１２ｄに印加されることができ、それによって、流体容器の片側に（かつバルク流体の外に）磁性粒子を引き込み、非限定的な例として、混合した後の容器からの流体移送を補助し、および／または、磁性粒子の吸引を防止する。
【００５１】
図１および３を参照すると、可動電磁アセンブリ２００の各々の電磁石と、それぞれのサンプルウェルに関連付けられた磁気構造１０４、１０５、１０６、１０７、１０８、１０９のそれらとの垂直の分離は、サンプル流体内での磁性粒子の垂直方向に沿った（すなわち、ｚ軸に沿った）混合と、水平平面内（すなわち、ｘ−ｙ平面内）での混合とを引き起こし、それによって、磁性粒子の３次元の混合を提供することができる。再び、図２に描写される可動電磁アセンブリ２００ａとそれぞれのサンプルウェル１０２ａとに焦点を当てると、電磁石２１２ａ、２１２ｂ、２１２ｃ、および２１２ｄは、それぞれ、電磁石１０４ａ、１０４ｂ、１０４ｃ、および１０４ｄに垂直に隣接している。上で議論されるように、電磁石は、例えば、上記の式（１）−（８）に従って、それらに印加されるＡＣ信号の位相に従ってａ−ｄと標識される。再び、上で議論されるように、電磁石１０４ａ−１０４ｄへの異なる位相、例えば、隣接する電磁石間での９０度の位相差を伴うＡＣ信号の印加は、ｘ−ｙ平面内でのサンプル流体中の磁性粒子の混合を引き起こし得る磁場を発生させることができる。同様に、電磁石２１２ａ−２１２ｄへの異なる位相、例えば、隣接する電磁石間での９０度の位相差を伴うＲＦ信号の印加は、ｘ−ｙ平面内での磁性粒子の混合を引き起こし得る磁場をもたらすことができる。加えて、電磁石１０４ａ−１０４ｄおよび２１２ａ−２１２ｄに印加されるＡＣ信号のパターンは、垂直方向（すなわち、ｚ方向）における磁場勾配を発生させ、それによって、加えて、磁性粒子の垂直の混合をもたらすために効果的であり得る。一例として、垂直に隣接する電磁石、例えば、電磁石１０４ａと２１２ａとへの±９０°の位相シフトを有するＡＣ信号の印加は、ｚ方向に沿う磁場勾配を発生させることができる。いくつかの実施形態において、電磁石１０４ａ−１０４ｄおよび２１２ａ−２１２ｄに印加されるＡＣ信号のパターンは、種々の電磁石によって発生させられる磁場勾配の組み合わせられた効果によって、サンプル流体内の磁性粒子が流体サンプル内で回転し、スピンし、および／または、水平に左右方向に移動し、および／または、垂直に上下方向に移動するように影響を及ぼすことができる。
【００５２】
本教示の種々の側面に従って磁性粒子を撹拌することは、磁性粒子が各流体容器内で均質に、水平に、かつ垂直に散乱させられることを引き起こし、流体の最適な暴露および向上した混合を提供する。任意の数の混合パターンが、電磁石１０４ａ−１０４ｄおよび２１２ａ−２１２ｄに印加されるＡＣ信号の位相および／または振幅を改変することによって提供されることができる。一例として、可動電磁アセンブリ２００ａの電磁石１０４ａ−１０４ｄに印加されるＡＣ信号のパターンは、例えば、上で議論される様式で、発生させられた磁場が、それによって、磁性粒子の時計回りの混合を引き起こし得、電磁石２１２ａ−２１２ｂに印加されるＡＣ信号のパターンが、磁性粒子の反時計回りの混合を引き起こし得る一方、１０４ａ−１０４ｄの電磁石に印加されるＡＣ信号と２１２ａ−２１２ｄの電磁石に印加されるＡＣ信号との間の位相シフトが、磁性粒子の垂直の混合を引き起こし得るように選択されることができる。
【００５３】
図１を参照すると、混合プロセスが遂行された後、磁場アセンブリの電磁石、例えば、電磁石２１２ａ−２１２ｄ、およびサンプルウェルの磁気構造に関連付けられたそれら、例えば、電磁石１０４ａ−１０４ｄへのＲＦ信号の印加は、終了されることができ、例えば、約１ボルト〜約１００ボルトの範囲内の１つ以上のＤＣ電圧が、例えば、ＤＣ電圧源１１１によって、磁気アセンブリのうちの１つ以上の電磁石のうちの１つ以上に印加され、アセンブリの表面上に磁性粒子を捕捉することができる。一例として、可動電磁アセンブリ２００ａの電極２１２ａ−２１２ｄへのＤＣ電圧の印加は、シェル２１０の表面上への磁性粒子の捕捉を引き起こすことができる。可動電磁アセンブリ２００ａは、次いで、別のデバイス、例えば、サンプル処理／洗浄ガラス瓶、または開放ポート（ＯＰＰ）サンプリングデバイス等のサンプリングデバイスに捕捉された粒子を送達するために使用されることができる。
【００５４】
図５を参照すると、本教示のいくつかの実施形態において、可動電磁アセンブリ５００は、シェル５１０内に配置された単一の電磁石５１２を有し、例えば、相互汚染を排除することができる。そのような実施形態において、それぞれのサンプルウェル５０２ａの電磁石５０４ａ−５０４ｄに印加される信号の任意のもの位相と異なる位相を伴うＡＣ信号の電磁石５１２への印加は、３Ｄ磁気混合を引き起こすことができる。一例として、サンプルウェル５０２ａに関連付けられた電磁石５０４ａ−５０４ｄに印加される信号は、上記の式（１）−（４）に従い得る一方、可動アセンブリ５００の電磁石５１２に印加される信号は、以下の関係に従い得る。
【数５０】
2021504131.tif 000007
式中、ＩＭＥＭＡは、電磁石５１２内の時間変動電流を示し、Ｉ０は、電流の振幅を示し、ｆは、信号の周波数である。
【００５５】
前述の実施形態と同様に、ＤＣ磁場が、粒子の捕捉および送達のために使用されることができる。単一の可動電磁アセンブリは、単純な設計を有し、いくつかの実施形態において、それは、より多くの電磁石を有する可動電磁アセンブリより小さいサイズを伴って形成されることができる。
【００５６】
いくつかの実施形態において、可動磁気アセンブリの電磁石、および／または、サンプルウェルに関連付けられた磁気構造のそれらに印加される信号は、約１Ｈｚ未満（例えば、０．５Ｈｚ）〜約５，０００Ｈｚの範囲内の周波数を有することができる。
【００５７】
図６を参照すると、流体を混合するための本教示のある実施形態による方法において、複数の磁性粒子が、流体内に散乱させられ（６１０）、磁性粒子を含む流体は、流体チャンバの周囲に配置された複数の電磁石を備えている磁気構造を有する少なくとも１つの流体チャンバに送達される（６２０）。少なくとも１つの電磁石を有する可動電磁アセンブリが、少なくとも部分的に流体チャンバの中に挿入される（６３０）。電気作動信号、例えば、上で議論されるそれら等のＡＣ信号が、磁性粒子に磁気的に影響を及ぼすために効果的な流体チャンバの少なくとも一部の中に磁場勾配を発生させ、それによって、流体の混合を引き起こすように、流体チャンバに関連付けられた磁気構造の電磁石、および／または可動電磁アセンブリのそれらに印加される（６４０）。可動電磁アセンブリの電磁石およびサンプルウェルのそれらに印加される電気信号のパターンは、例えば、上で議論される様式で調節されることができ、サンプルウェルの水平な容積部分における異なる混合パターンと、サンプルウェルの垂直方向に沿った種々の異なる混合パターンとを生成する。
【００５８】
コントローラ４００は、ハードウェア、ソフトウェア、および／またはファームウェアにおいて実装されることができる。例えば、図７を参照すると、コントローラ４００は、プロセッサ７００と、少なくとも１つのランダムアクセスメモリ（ＲＡＭ）モジュール７０２と、少なくとも１つの永久メモリモジュール７０３と、これらのコンポーネントが互いに通信することを可能にする１つ以上の通信バス７０４とを含むことができる。磁性粒子を混合するためのプロトコルが、例えば、永久メモリモジュール７０３に記憶されることができ、可動電磁アセンブリの電磁石およびサンプルウェルに関連付けられた磁気構造の選択的な作動のために、プロセッサ７００を介してランタイム中にＲＡＭ７０２の中にロードされることができる。
【００５９】
上で記載されるように、いくつかの実施形態において、本教示による可動電磁アセンブリが、磁性粒子、例えば、磁性ビーズを１つのサンプルチャンバ、例えば、サンプルガラス瓶から別のものに移送するために採用されることができる。さらなる例証として、図８Ａから８Ｃを参照すると、一実施形態において、可動電磁アセンブリが挿入されたサンプルガラス瓶Ａの電磁石に印加されるＡＣ信号は、オフにされることができ、ＤＣ信号が、可動電磁アセンブリの電磁石のうちの少なくとも１つに印加され、サンプルガラス瓶Ａ内の磁性粒子の少なくとも一部を可動電磁アセンブリの表面上に回収することができる（図８Ａ）。可動電磁アセンブリは、次いで、サンプルガラス瓶Ａから除去され、別のサンプルガラス瓶Ｂに移送されることができる（図８Ｂ）。可動電磁アセンブリに印加されるＤＣ信号は、オフにされ、可動電磁アセンブリ上に回収された粒子が、サンプルガラス瓶Ｂに進入することを可能にすることができる。サンプルガラス瓶Ｂが、サンプルガラス瓶Ｂを包囲する上で議論されるそれら等の複数の電磁石を備えている磁気構造を含むいくつかの実施形態において、上で議論されるＡＣ信号等の１つ以上の信号が、サンプルガラス瓶Ｂを包囲する電磁石のうちの１つ以上に印加され、可動電磁アセンブリからガラス瓶Ｂの中、例えば、ガラス瓶Ｂの中の溶液の中への磁性粒子の放出を促進することができる。当業者は、種々の修正が、本発明の範囲から逸脱することなく、上記の実施形態に成され得ることを理解するであろう。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８Ａ】
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【図８Ｂ】
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【図８Ｃ】
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【国際調査報告】
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