(57)【要約】磁気泳動と組み合わせた誘電泳動を使用して、物質を識別するための方法および装置。１つ以上の成分を有するサンプルが、チャンバの入口ポートに注入される。この入口ポートでキャリア誘電流動を起こして、チャンバ内に流動を作り出す。サンプルの成分に働くように誘電泳動力を生じさせる。サンプルの成分に働くように磁気泳動力を生じさせる。誘電泳動力と磁気泳動力との平衡を保って、チャンバ内で成分を位置付ける。次いで、この成分の誘電特性および磁気特性によって、チャンバの１つ以上の出口ポートでこの成分を収集する。成分は、チャンバからの流出時間および／またはチャンバ内での位置の関数として収集され得る。
2004503775.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
磁気泳動と組み合わせた誘電泳動を使用して、物質を識別する方法であって、該方法は、以下：
１つ以上の成分を有するサンプルをチャンバの入口ポートに注入する工程；
該入口ポートでキャリア媒介流動を起こして、該チャンバ内に流動を作り出す工程；
該成分に対して誘電泳動力を生じさせる工程；
該成分に対して磁力を生じさせる工程；
該誘電泳動力と磁力との平衡を保って、該チャンバ内で該成分を位置付ける工程；ならびに、
該成分の誘電特性および磁気特性によって、該チャンバの１つ以上の出口ポートで該成分を収集する工程、
を包含する、方法。
【請求項２】
前記サンプルが、識別可能な磁気特性および誘電特性を有する１つ以上の標識と共に混合された１つ以上の検体を含む、請求項１に記載の方法。
【請求項３】
第一の標識が、第一の誘電特性および磁気特性を有し、かつ第一検体に対する結合親和力を有し、そして第二の標識が、第二の誘電特性および磁気特性を有し、かつ第二検体に対する結合親和力を有する、請求項２に記載の方法。
【請求項４】
前記キャリア媒介流動により、前記成分が前記チャンバ内での位置に依存した速度で移動される、請求項１に記載の方法。
【請求項５】
前記収集工程が、前記成分の誘電特性および磁気特性によって、前記１つ以上の出口ポートから異なる時間で現れる異なる成分を収集する工程を包含する、請求項４に記載の方法。
【請求項６】
前記収集工程が、前記成分の誘電特性および磁気特性によって、前記１つ以上の出口ポートから異なる位置で現れる異なる成分を収集する工程を包含する、請求項１に記載の方法。
【請求項７】
磁気泳動と組み合わせた誘電泳動を使用して、物質をバッチ様式で識別するための方法であって、該方法は、以下：
１つ以上の成分を有するサンプルのアリコートをチャンバの入口ポートに注入する工程；
該入口ポートでキャリア媒介流動を起こして、該チャンバ内に流動を作り出す工程であり、ここで、該チャンバ媒介流動により、該成分が該チャンバ内での位置に依存した速度で移動される、工程；
該成分に対して誘電泳動力を生じさせる工程；
該成分に対して磁力を生じさせる工程；
該誘電泳動力と磁力との平衡を保って、該チャンバ内で該成分を位置付ける工程；ならびに、
該チャンバの出口ポートからの流出時間によって該成分を収集する工程、
を包含する、方法。
【請求項８】
前記サンプルが、識別可能な磁気特性および誘電特性を有する１つ以上の標識と共に混合された１つ以上の検体を含む、請求項７に記載の方法。
【請求項９】
第一の標識が、第一の誘電特性および磁気特性を有し、かつ第一検体に対する結合親和力を有し、そして第二の標識が、第二の誘電特性および磁気特性を有し、かつ第二検体に対する結合親和力を有する、請求項８に記載の方法。
【請求項１０】
磁気泳動と組み合わせた誘電泳動を使用して、物質を連続様式で識別するための方法であって、該方法は、以下：
１つ以上の成分を有するサンプルをチャンバの入口ポートに連続的に注入する工程；
該入口ポートでキャリア媒介流動を起こして、該チャンバ内に流動を作り出す工程；
該成分に対して誘電泳動力を生じさせる工程；
該成分に対して磁力を生じさせる工程；
該誘電泳動力と磁力との平衡を保って、該チャンバ内で該成分を位置付ける工程；ならびに、
該成分の位置によって、該チャンバの複数の出口ポートから該成分を収集する工程、
を包含する、方法。
【請求項１１】
前記サンプルが、識別可能な磁気特性および誘電特性を有する１つ以上の標識と共に混合された１つ以上の検体を含む、請求項１０に記載の方法。
【請求項１２】
第一の標識が、第一の誘電特性および磁気特性を有し、かつ第一検体に対する結合親和力を有し、そして第二の標識が、第二の誘電特性および磁気特性を有し、かつ第二検体に対する結合親和力を有する、請求項１１に記載の方法。
【請求項１３】
磁気泳動と組み合わせた誘電泳動を使用して、物質を識別する方法であって、該方法は、以下：
少なくとも１つの入口ポートおよび出口ポート、該チャンバと操作的に関連し、誘電泳動力を生じさせるように構成された電極アレイ、ならびに該チャンバと操作的に関連し、磁力を生じさせるように構成された１つ以上の永久磁石、を含むチャンバを提供する工程；
物質をチャンバの入口ポートに注入する工程；
物質を識別し、そして該１つ以上の永久磁石上に収集するために、該磁石を使用して、該物質に対して磁力を生じさせる；工程
該収集した物質を該磁石と反発させるために、該電極を使用して、誘電泳動力を生じさせる工程；ならびに、
該チャンバの１つ以上の出口ポートで該物質を収集する、工程、
を包含する、方法。
【請求項１４】
誘電泳動および磁気泳動を使用して、物質を識別する方法であって、該方法は、以下：
少なくとも１つの検体および複数の標識を含むサンプルを調製する工程であり、該複数の標識は、予め選択された誘電泳動特性および磁気特性を有し、該複数の標識のうちの少なくともいくつかが、該少なくとも１つの検体と結合して、検体−標識複合体を作製する、工程；
該サンプルをチャンバの入口ポートに注入する工程であり、該チャンバが分離チャネルを含む、工程；
該チャンバ中に電場を生じさせて該サンプルに対する誘電泳動力を起こさせるように、該チャンバに適合される少なくとも１つの電極要素に異なる位相で電気信号を提供する工程；
該チャンバ中で磁場を生じさせて該サンプルに対する磁気泳動力を起こさせるように、該チャンバに適合される少なくとも１つの磁気要素に、磁気信号を提供する工程；
該入口ポートでキャリア媒介流動を起こして、分離チャネル内に流体力学的流動プロフィールを作り出す工程であり、該キャリア媒介により、該少なくとも１つの検体および該検体−標識複合体が、該分離チャネル内での位置に依存した速度で移動される、工程；
該チャンバの出口ポートで該検体−標識複合体を収集する工程であり、ここで、類似の磁気特性および誘電特性を有する該検体−標識複合体が、単一の溶出ピークで該出口ポートに到達する、工程、
を包含する、方法。
【請求項１５】
誘電泳動および磁気泳動を使用して、標的検体を識別する方法であって、該方法は、以下：
少なくとも１つの検体および複数の標識を含むサンプルを調製する工程であり、該複数の標識は、予め選択された誘電泳動特性および磁気特性を有し、該複数の標識のうちの少なくともいくつかが、該少なくとも１つの検体と結合して、検体−標識複合体を作製する、工程；
チャンバに適合される少なくとも１つの電極要素に電気信号を提供する工程であり、該チャンバは、異なる位相で、該チャンバ中で電場を生じさせて該サンプルに対する誘電泳動力を起こさせる、分離チャネルを含む、工程；
該チャンバ中で電場を生じさせて該サンプルに対する磁気誘電力を起こさせるように、該チャンバに適合される、少なくとも１つの磁気要素に磁気信号を提供する工程；
該チャンバの入口ポートに該サンプルを連続的に注入する工程；
該チャンバの複数の出口ポートで該検体−標識複合体を収集する工程であり、ここで、類似の磁気特性および誘電特性を有する該検体−標識複合体が、該複数の出口ポートのうちの同じポートに到達する、工程、
を包含する、方法。
【請求項１６】
誘電泳動、磁気泳動およびフィールドフローフラクショネーションを使用して、サンプルを識別するための装置であって、該装置は、以下：
少なくとも１つ入口ポートおよび出口ポートを有するチャンバ；
該チャンバと操作的に関連し、該チャンバ内のサンプルの成分に対して誘電泳動力を生じさせるように構成された、電極アレイ；
該チャンバと操作的に関連し、該チャンバ内の該サンプルの成分に対して磁力を生じさせるように構成された、磁極アレイ、
を備える、装置であり、そして、
ここで、該電極および磁極は、相互に均衡を保ち、該サンプル内の成分の磁気特性および誘電特性に特徴的な該チャンバ内の位置に該サンプル内の成分を移動させる力を生じさせるように構成された、装置。
【請求項１７】
前記磁極アレイが、１つ以上の永久磁石を含む、請求項１６に記載の装置。
【請求項１８】
前記出口ポートが、該チャンバを通って移動する流体のバンドを規定された位置で収集するように構成された複数のポートを含む、請求項１６に記載の装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
本出願は、仮特許出願番号６０／２１１，７５７（２０００年６月１４日出願）、Ｐｅｔｅｒ　Ｒ．Ｃ．Ｇａｓｃｏｙｎｅ、Ｊｏｄｙ　Ｖ．ＶｙｋｏｕｋａｌおよびＦｒｅｄｅｒｉｃｋ　Ｆ．Ｂｅｃｋｅｒによる、タイトル「Ｍｅｔｈｏｄ　ａｎｄ　Ａｐｐａｒａｔｕｓ　ｆｏｒ　Ｃｏｍｂｉｎｅｄ　Ｍａｇｎｅｔｏｐｈｏｒｅｔｉｃ　ａｎｄ　Ｄｉｅｌｅｃｔｒｏｐｈｏｒｅｔｉｃ　Ｍａｎｉｐｕｌａｔｉｏｎ　ｏｆ　Ａｎａｌｙｔｅ　Ｍｉｘｔｕｒｅ」の優先権を主張する。図面を含む上で参考された開示の全文は、放棄することなく、本明細書中で具体的に参考として援用される。
【０００２】
以下の登録された米国特許は、本明細書によって参考として援用される：米国特許第５，８５８，１９２号、同第５，８８８，３７０号、同第５，９９３，６３２号、および同第５，８８８，３７０号。以下の特許出願は、本明細書中で参考として援用される：係属中の米国特許出願番号０９／２４９，９５５号、「Ｍｅｔｈｏｄ　ａｎｄ　ａｐｐａｒａｔｕｓ　ｆｏｒ　ｐｒｏｇｒａｍｍａｂｌｅ　ｆｌｕｉｄｉｃ　ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ」、１９９９年２月１２日出願；係属中の米国特許出願番号０９／３９５，８９０号、「Ｍｅｔｈｏｄ　ａｎｄ　ａｐｐａｒａｔｕｓ　ｆｏｒ　ｆｒａｃｔｉｏｎａｔｉｏｎ　ｕｓｉｎｇ　ｇｅｎｅｒａｌｉｚｅｄ　ｄｉｅｌｅｃｔｒｏｐｈｏｒｅｓｉｓ　ａｎｄ　ｆｉｅｌｄ　ｆｌｏｗ　ｆｒａｃｔｉｏｎａｔｉｏｎ」、１９９９年９月１４日出願；仮米国特許出願番号６０／２１１，５１５号、「Ｄｉｅｌｅｃｔｒｉｃａｌｌｙ　Ｅｎｇｉｎｅｅｒｅｄ　Ｍｉｃｒｏｐａｒｔｉｃｌｅｓ」、２０００年６月１４日出願；仮米国特許出願番号６０／２１１，５１４、「Ｓｙｓｔｅｍｓ　ａｎｄ　ｍｅｔｈｏｄｓ　ｆｏｒ　ｃｅｌｌ　ｓｕｂｐｏｐｕｌａｔｉｏｎ　ａｎａｌｙｓｉｓ」、２０００年６月１４日出願；および仮米国特許出願番号６０／２１１，５１６、「Ａｐｐａｒａｔｕｓ　ａｎｄ　ｍｅｔｈｏｄ　ｆｏｒ　ｆｌｕｉｄ　ｉｎｊｅｃｔｉｏｎ」２０００年６月１４日出願。
【０００３】
（発明の分野）
本発明は、一体型の磁気泳動（ｍａｇｎｅｔｏｐｈｏｒｅｔｉｃ）操作および誘電泳動（ｄｉｅｌｅｃｔｒｏｐｈｏｒｅｔｉｃ）操作のための装置および方法に関する。
【０００４】
（発明の背景）
ライフサイエンス全体にわたる生体材料の特徴付けおよび調製を可能にする最も重要な能力の１つは、混合物中の標的成分の認識、ならびにこの標的成分を選択的に操作し、相互作用し、そして／または単離する能力である。これらの工程を達成する当該分野で公知の方法は、磁気標識技術を含む。これらの方法において、磁石に結合し得、そして標的粒子、細胞または分子（本明細書中で「標的検体」と呼ばれる）に優先的に結合する改変された表面を有する磁気感受性粒子（本明細書中で、「磁気標識」または「標識」と呼ばれる）が使用される。優先的な結合を提供する標識の表面特徴としては、抗体、化学的反応性基」およびレセプターリガンドが挙げられるが、これらに限定されない。このような表面改変磁気感受性標識は、標的検体に結合する傾向があり、この標的検体に対してこれらの標識が検体の混合物中での優先的な結合能力を有する。
【０００５】
結合後、この磁気標識は、この標識付近の磁場の不均質性を増大するためのメカニズムを通常備える磁石によって生じる不均質な磁場により収集され得る。無視し得る磁化率を有し、そして磁気感受性標識に結合せず、検体−標識複合体を形成しなかった混合物中の検体は、磁石によって収集されず、洗い流され得る。続いて、磁場は除去され得、そしてこの検体−標識複合体は、放出され得、そして別個の画分中に収集され得る。
【０００６】
従って、これらの異なる捕捉特徴を使用することによって、現在の磁気標識方法により、標的検体は、粒子、細胞または分子の混合物から単離され得る。これらの磁気標識方法を使用して、さらなる処理、分析または研究のために標的検体を保持し得る（当該分野で「ポジティブ選択」として公知である）。あるいは、磁場により保持されない検体は、収集され、そしてさらなる処理、分析または研究のために使用され得る（当該分野で「ネガティブ選択」として公知である）。磁気標識法の用途は広範であるが、現在の方法は、多数の有意な欠点を有する。例えば、混合物中の全ての磁気標識は、表面改変状態または標的検体との結合状態で存在し得るいずれの差異にもかかわらず、収集磁石に結合するため、複数の標的検体を同時に識別し、そして単離することが不可能である。磁気標識が標的検体に結合した程度を、磁気的収集後にさらなる測定工程を実施することなく、決定することもまた不可能である。例えば、それらの表面に結合した標識の数の変化によって特徴付けられる細胞亜集団を識別または単離することは不可能である。なぜなら、標識に結合する全ての細胞は、その数にかかわらず、現在の磁気的方法により収集されるからである。最後に、現在の方法は、収集チャンバまたはカラム内における表面上への磁気標識の捕捉に基づき、そして標的検体はクランプ内に収集される傾向がある。これは、代表的に、チャンバまたはカラムへの付着のためにサンプルの回収を制限し、そして標識された検体中の所望でない標識されていない検体を捕捉し得、それにより回収された標的検体の純度を制限する。
【０００７】
標的検体の混合物からの識別、操作、分離および単離のより新しいアプローチは、標的検体自体の誘電特性の利用または誘電標識技術の使用に基づく。米国特許第５，９９３，６３０号および同第５，８８８，３７０号（これらは本明細書中で参考として明確に援用される）において、本願の特定の発明者は、流体力学的流動プロフィールの特性と共に、粒子の固有の誘電特性を利用することによって、この粒子を識別、分離および単離するための誘電泳動法の使用を教示する。
【０００８】
標的因子の同定および選別のための誘電ビーズに関する同時に出願された仮特許出願において、本発明者らは、有用な誘電特性および磁気特性を組み込んだ標識を設計し得る方法を教示する。このような標識により、標的検体は、誘電泳動法によって識別および操作され得る。標識の有用な属性としての磁気特性と誘電特性とを合わせることによって、これらの方法は、標識自体間および検体−標識複合体間の両方の識別のさらなるレベルを可能にする。例えば、本開示は、異なる標識型の「カクテル」中の異なる標識型の認識を可能にする、異なる「誘電性フィンガープリント」を有する異なる型の標識が、どのように設計され得るかを教示する。検体、標識または検体−標識複合体は、これらの誘電的方法における分離を達成するために、カラム内に捕捉される必要がないため、これらはクランプ内に標識していない検体を捕捉しにくい。さらに全ての検体は、誘電分離の間、潜在的に付着性の表面から離れて維持され得、その結果、サンプル回収効率が改善される。それにもかかわらず、標的粒子、細胞または分子の固有の誘電特性、あるいはそれらの誘電標識の固有の誘電特性はなお、複雑な混合物中の複数の標的検体間の十分な識別を可能にしない。
【０００９】
さらに、異なる検体間の最高の識別を有する現存の誘電方法（誘電泳動フィールドフローフラクショネーション（ＤＥＰ−ＦＦＦ法）と呼ばれる）は、サンプル混合物中の検体にかかる誘電泳動力と沈降力との間のバランスを利用する。このようなバランスは、重力場または遠心場に関する装置の特定の配向が存在する場合にのみ認められ得る。これは、空間のような微小重力環境における適用のための方法の使用を除外または制限する。誘電泳動力と沈降力との間のバランスを達成する必要性はまた、検体の混合物および分離されるべき検体を運ぶ懸濁媒体の相対密度を制限する。例えば、標的検体、または誘電標識の場合には、検体−標識複合体は、有効なＤＥＰ−ＦＦＦ分離のために、懸濁媒体よりわずかに（代表的には、２〜２０％）大きい密度を有するべきである。最後に、標的検体または標的検体−標識複合体に対して作用する沈降力は通常小さく、そして分離チャンバ内の空間において均質であるため、代表的に、検体または検体−標識複合体が、力のバランスが生じる誘電分離装置内の位置に到達するのに何分もかかる。
【００１０】
従って、サンプルがＤＥＰ−ＦＦＦセパレーターに導入された後、サンプルをある「緩和時間」の間静止させて、分離工程が始まる前に検体に沈降時間を与えることがしばしば必要である。この緩和時間は、しばしば、合わされた分離工程の残りの全てを完了するのにかかる時間に匹敵するため、この工程は、分離手順を顕著に遅らせ、そして不都合である。
【００１１】
（発明の要旨）
磁気分離方法論および誘電分離方法論の両方におけるこれらの問題を解決するために、本発明は、新規な標的方法論および操作手順を開示し、ここで標的検体−標識複合体は、磁気力だけでなく、誘電力にも同時に供される。１つではなく２つの外的適用され制御可能な力の使用は、標識の操作のための多能性および検体−標識複合体間を識別する非常に改良された能力を導入する。
【００１２】
本明細書中に開示される方法は、流体力学的流動プロフィール内の異なる高さに標的検体を位置決めする工程に基づく。以前の方法は、重力と誘電泳動力のバランスによってこのような位置決めを達成したが、本発明は、誘電力と磁気力のバランスによって位置決めを達成する。詳細には、誘電泳動効果、磁気泳動効果および流体力学的効果が、検体を同時に、識別、操作、画分化、同定および／または単離するために利用され得る新しい装置および方法が本明細書中に記載される。
【００１３】
本発明の以下の目的は、この増大の結果として可能になり得る。第１に、本発明の方法により、いくつかの標的検体は、単一の分離工程で同時に識別および単離され得る。第２に、標的検体は、分離器内に収集される必要はなく、実際に、本発明によると、この標的検体は、これらが分離の間に付着し得る任意の表面と接触するのを防がれ得る。このことは、所望でない検体が標的検体の画分の中に捕捉されるかなり問題を減少するだけでなく、検体の回収効率を改善する。第３に、本発明に従う装置は、任意の配向で、ならびに微小重力環境で作動し得る。第４に、以前の方法により得られ得るよりはるかに優れた識別を得ることが本発明の目的である。第５に、検体−標識複合体を位置決めするために使用される磁気泳動（ＭＡＰ）力場および誘電泳動（ＤＥＰ）力場の両方は、空間内で不均質であるため、位置決め力は沈降力より大きくあり得、従って、本発明に従う位置決めは、重力による沈降が使用される場合よりも迅速に起こり得る。このことは、分離前の「緩和時間」を減少または排除する。第６に、本発明は、ビーズ標的方法論が十分に利用され得るという改良点を導入する。
【００１４】
（詳細な説明）
新規な方法を十分に理解するために、それらの操作の基礎をなす重要な物理的原理を導入することが役立つ。これを達成するために、誘電泳動力および磁気泳動力は、電極（本明細書中で使用する場合、「電極」とは、任意の電気的通路、例えば、伝導体のアレイを意味する）および磁極（ｍａｇｎｅｔｒｏｄｅ）（本明細書中で使用する場合、「磁極」とは、任意の磁気的経路、例えば、高い透磁性を有する常磁性材料のストリップを意味する）のアレイの付近で空間的に変動し、これらが誘電分極率および磁化率の両方を有する物体に作用する場合に、平衡になり得る力の条件を示し、そして流体力学的流動プロフィールを議論するために議論され、そして示される。次いで、代表的な実施形態および適用が示される。
【００１５】
１）誘電泳動力、ＦＤＥＰ
誘電率ε＊ｓおよび複素誘電率ε＊ｓの媒体中に懸濁された、容積ｖおよび複素誘電率ε＊ｐの粒子（これは、固体、細胞、ウイルス、細菌、分子、または懸濁媒体とは異なりこの媒体中に保持される任意の他の局在化配置の物質を含み得る）であって、誘電泳動（ＤＥＰ）力および磁気泳動（ＭＡＰ）力に同時に供される、粒子を考える。これらの力が電極および磁極のアレイによって与えられる場合、電場および磁場の不均質な分布を引き起こすものは何か？座標ｘ，ｙ，ｚを有する空間内の所定の点において、電極／磁極の座標枠を参照し、電場および磁場は、それぞれ、Ｅ（ｘ，ｙ，ｚ）およびＨ（ｘ，ｙ，ｚ）であるとさらに仮定する。（磁場はまた、本開示の目的のために、永久磁気要素のアレイによって生成され得ることが理解されるべきである。）
双極子近似（ｄｉｐｏｌｅ　ａｐｐｒｏｘｉｍａｔｉｏｎ）に従って、ＤＥＰ力が、以下によって与えられる：
（表１の等式１を参照のこと）。
【００１６】
ここで、Ｒは、粒子の半径であり、この粒子は、単純化のために、球形であると仮定し、ｆＣＭ因子は、クラウジウス−モソッティ因子であり、この因子は、粒子の懸濁媒体に対する粒子の振動数依存性誘電分極率に影響を与え、そしてωＥは、ＡＣ電場の振動数である。非球形粒子の場合において、四重より高次のＤＥＰ力成分が有効である状態を記載することが理解され、等式（１）よりも複雑な表現が、当業者に公知（例えば、Ｘ．Ｊ．Ｗａｎｇらに記載されるより高次の極の分析を参照のこと）であるように適用される。
【００１７】
誘電分極力におけるさらなる背景が、Ｔｈｏｍａｓ　Ｂ．Ｊｏｎｅｓ，「Ｅｌｅｃｔｒｏｍｅｃｈａｎｉｃｓ　ｏｆ　Ｐａｒｔｉｃｌｅｓ」、第３章（Ｃａｍｂｒｉｄｇｅ　Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ　Ｐｒｅｓｓ、１９９５）において見出され得る。
【００１８】
（２．磁気泳動力、ＦＭＡＰ）
不均一な磁場中に配置された体積ｖおよび透磁率μ＊ｐの粒子は、磁気泳動力：
（表１の等式２を参照のこと）
を受ける。ここで、μｓは、懸濁媒体の透磁率であり、Ｒは、この粒子の半径であり、そしてｋｃｍ因子は、粒子の懸濁媒体に対する粒子の磁気分極率を記載する磁気クラウジウス−モソッティ因子である。ここで、ωＨは、適用された磁場の振動数であり、そして静的場に対して０の値を有する。誘電等式（１）と同様に、μｓおよびμｐは、懸濁媒体および粒子それぞれの複素透過率である。静的磁場の場合において、これらの透磁率は、実際の静的透磁率のパラメータμｓおよびμｐそれぞれに対して減少する。
【００１９】
本発明者は、誘電等式（２）が、誘電等式（１）の磁気アナログであることに留意する。あるいは、この粒子が、永久磁気容量ｍを有する場合、この磁気泳動力は、以下：
（表１の等式３を参照のこと）
である。
【００２０】
粒子は、永久磁気分極成分および誘導磁気分極成分の両方を有することが可能である。この場合において、等式（２）および（３）の組み合わせが、適用される。例えば、粒子は、高い透過率を有し、そして同時に、磁気の残り（ｒｅｍｎａｎｃｅ）を示し得る。
【００２１】
磁気泳動力におけるさらなる背景が、Ｔｈｏｍａｓ　Ｂ．Ｊｏｎｅｓ、「Ｅｌｅｃｔｒｏｍｅｃｈａｎｉｃｓ　ｏｆ　Ｐａｒｔｉｃｌｅｓ」、第３章（Ｃａｍｂｒｉｄｇｅ　Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ　Ｐｒｅｓｓ、１９９５）において見出され得る。
【００２２】
（３．電場および磁場の空間的変化）
不均一な電場および磁場が、交流電圧を電極アレイに印可することによって、および磁化力を磁極アレイに印加することによって形成されると想定する。図１は、非伝導基材（例えば、ガラス）上にパターン化された導体（例えば、０．５μｍ厚の金の層）を含む電極アレイを示す。電極要素（２および３）は並行であるが、干渉縞効果（ｆｒｉｎｇｉｎｇ　ｅｆｆｅｃｔ）は、電圧が、電極母線１と４との間に印加される場合、電極要素のパネルの上側および下側に空間的に不均一な電場を形成する。ここで、電極パネルの上側の不均一な電場の分析（Ｘ．Ｊ．Ｗａｎｇら（Ｅｘｈｉｂｉｔ　Ｃ）において議論される）は、フリンジ場（ｆｒｉｎｇｉｎｇ　ｆｉｅｌｄ）領域に配置される粒子が受ける誘電泳動力が、近似関係：
（表１の等式４を参照のこと）
に従って、電極のパネルからの粒子の距離に依存するということを明らかにする。
【００２３】
ここで、ＦＤＥＰＯは、所定の印加電圧および所定の粒子特性に関する定数であり、ｈは、電極面からの粒子の距離であり、そしてｈＤＥＰは、電極アレイの形状に依存する定数である。
【００２４】
これに対して磁気アナログにも、印加される。図１の電極２および３が、電極代わりに磁極（例えば、薄膜磁極）であると考えられ、そして磁石が、母線１および４において極と接続される場合、空間的に不均一な磁場が、薄膜磁気要素の面の上側および下側に形成される。磁極アレイの付近に配置された磁気的に感受性の（または永久的に磁性の）粒子は、等式（２）（または等式（３））に従う磁気泳動力を受ける。この電気的な場合と類似して、この粒子は、以下の関係：
（表１の等式５を参照のこと）
に従って、磁気トラックの面の面からの距離ｈの増加に伴って減少する、磁気泳動力を受ける。ここで、ｈＭＡＰは、崩壊定数である。ここで、ＦＭＡＰ０は、磁極母線１と４との間に適用される磁石の所定の強さ、およびこの粒子の所定の磁気特性に関する定数である。
【００２５】
ここで、電気力および磁気力が、同時に適用される場合を考慮する。電極アレイおよび磁極アレイの両方は、支持基板上に同時に存在し得る。さらに、電極アレイおよび磁極アレイの形状特性は、類似しているか、または類似していなくてもよい。形状的な非類似性が存在するか、または他の一般的な条件が、互いに対して磁場または電場を歪ませるように作用する場合、パラメータｈＤＥＰおよびｈＭＡＰの値は、互いに異なり、そして粒子に作用する電気力および磁気力は、電極および磁極の面からの粒子距離において、異なる依存性を示す。
【００２６】
磁気泳動力は、生物学的標識適用において、通常、陽性（すなわち、誘引性）の標識であるが、条件は、このような適用において、この誘導泳動力を陰性にするように選択され得る。この場合において、粒子に作用する誘導泳動力および磁力が、互いに反対に作用することが可能である。等式（４）および（５）において、ｈＤＥＰ＜ｈＭＡＰである場合、以下：
（表１の等式６を参照のこと）
のように、等式（１）および（２）を使用して、力が釣り合っている場合の電極面および磁極面からの距離ｈについて、独特の値を見出すことが可能である。ここで、ＧＤＥＰおよびＧＭＡＰは、電極要素および磁極要素の空間的な特性に関する幾何学的関数であり、Ｖ０は、電極母線に印可される電圧であり、そしてＢ０は、磁極母線に印可される磁場である。この等式は、粒子が、以下：
（表１の等式７を参照のこと）
（所定のｈは、表１の等式８を参照のこと）
の場合、電極および磁極（これらの、要素は、同一面であると想定される）の面から高さｈで平衡状態になることを明らかにする。
【００２７】
あるいは、この粒子が、永久磁気モーメントを有し、それらの磁気モーメントが、飽和値に到達した場合、等式（３）に記載される磁気泳動力は、関係（５）に従って減少し、そして以下：
（表１の等式８Ａを参照のこと）
の崩壊定数ｈＭＡＰは、この電極アレイおよび磁気アレイの形状が同一である場合であっても、誘電泳動の崩壊定数ｈＤＥＰと異なる。この場合において、以下：
（表１の等式９を参照のこと）
（所定のｈは、表１の等式１０を参照のこと）
の場合に、平衡状態の高さに達する。
【００２８】
この場合において、誘電泳動場および磁気泳動場は、空間的に完全に一致した電極−磁極構造から発生され得る。この誘電泳動力は、印可された電圧の２乗に依存するが、この磁力は、印可された磁場に直線的に依存する場合にも留意のこと。等式（１０）において、磁性粒子の磁場は、磁極アレイからの電場で整列化されたままであると想定される。磁性粒子が、印可される磁場を用いて完全に整列化し得ない場合、磁気泳動力は、当該分野で公知のように、等式（３）によって与えられる力よりも小さい。ＤＥＰ力およびＭＡＰ力が釣り合う高さは、磁極および電極が同一面でない場合に、代替の等式セットによって記載され、この代替の等式は、電極および磁気要素の他の配置に対する、誘電泳動力および磁気泳動力を記載するために誘導され得ることにも留意のこと。この開示は、このような場合の全てをカバーすることが意図され、そして上の式は、この技術を教示する例示的な目的のためであることを意味する。
【００２９】
（４．上層フィールドフローフラクション）
薄いチャネルを通って層流レジームの下を移動する流体は、流体学的流動プロフィールを想定し、これにより、流体速度は、このチャネルの中心部において、チャネル壁からの距離と共に最大速度まで増加する。流動プロフィールが放射状である場合、例えば、この速度は、以下：
（表１の等式１１を参照のこと）
によって与えられ、ここで、ｈは、チャネル壁からの距離であり、Ｄは、チャネルの高さであり、そして＜ｖ＞は、チャネル中の流体の平均速度である。
【００３０】
フィールドフローフラクション（ＦＦＦ）の方法は、１以上の適用された力の場による、流体力学的流動プロフィール内の粒子の位置決めに依存し、この力の場は、異なる物理学的な特性を有する粒子に差動的に影響を与える。この力の場の影響を介して、流動プロフィールにおいて異なる高さで位置決めされた粒子は、異なるスピードの流体により運搬され、これにより分離される。
【００３１】
本発明は、分離されるべき粒子の位置を、相反する誘電泳動力および磁力を釣り合わせることによって、流体学的流動プロフィール内で制御することによる方法を開示する。しかし、重力はまた、粒子に作用し、そして流体力学的流動プロフィールにおける、それらの位置または速度に影響を与え得ることが理解される。このような場合において、重力、電気力および磁力の組み合わせが、粒子の位置および速度を決定する。ＤＥＰ−ＦＦＦ適用における重力の効果および使用は、米国特許第５，９９３，６３０号および同第５，８８８，３７０号（既に、本明細書中で参考として援用されている）に記載されている。
【００３２】
粒子を位置決めするためのＤＥＰ力およびＭＡＰ力を利用するために、チャネル内で、不均一な電場および磁場を発生する、電極および磁極（または永久磁気要素）を取り込むチャネルを利用する。これらの場は、チャネルに導入されるキャリア流体内の粒子に、誘電泳動力および磁気泳動力を引き起こす。このチャネルに関する粒子の位置は、これらの力によって影響される。このキャリア流体がチャネルを通って流れる場合、チャネル中の所定の位置での流体の速度は、その位置に依存し、従って、この粒子が流体によって運搬される速度は、粒子位置での誘電泳動力および磁気泳動力の効果によって影響される。
【００３３】
例えば、所定の粒子が、磁力および誘電力の両方に対して感受性である場合、その高さは、等式（８）または等式（１０）に従う誘電泳動力および磁気泳動力の釣り合いによって制御され得、そしてこの流体は、等式（１１）によって与えられる速度で粒子を運搬し得る。粒子１８に作用するＭＡＰ力およびＤＥＰ力ならびに流体力学的流動プロフィール１６は、図２Ａに示される。図２Ａに示されるように、誘電泳動力１０は、磁気泳動力１２と相反する。流動の矢印１４は、このチャンバ２０内の流体流動の方向を示す。例示的な実施形態において、放射状の流動プロフィールである、流体力学的プロフィール１６が、図２Ａにさらに示される。電極要素２２および磁気要素２４もまた、図２Ａの例示的な実施形態において示される。特徴的な高さに対する粒子の動きは、図２Ｂにおいて示され、ここで、この流体は、左から右へとゆっくりと流れる。実際に、図２Ｂに示されるよりも、より大きいか、または同様に小さい特徴的な高さの差が、検体の識別および分離のために利用され得る。
【００３４】
類似の物理的特性を有する粒子は、全て、流動チャネルにおいて同じ特徴的高さに位置し、従って、同じ速度で流体によって輸送される。異なる物理的特性を有する粒子は、異なる特徴的な高さ（流体流動速度が異なる）に位置する。従って、これらは、異なる速度でチャンバを通って輸送される。この原理を使用して、異なる粒子型の混合物の分画が達成され得る。例えば、粒子混合物を含むサンプルがこのような流動チャンバの一端に導入され、流体流動によってチャンバを通って運ばれる場合、異なる粒子型は、異なる速度で運ばれ、そして異なる時間で流動チャンバの出口端部から出て、ここで、これらが分離画分に収集され得る。所定の粒子が、流動チャネルの入口から出口端部に進むのにかかる時間は、「保持時間」として当該分野において公知である。本発明は、検体の分画、分離、単離、同定および特徴付けのために、チャネル内での粒子の位置および／または保持時間を制御するための誘電泳動、磁気泳動および流体力学的原理の組み合わせに関する。
【００３５】
（粒子の誘電特性および磁気特性）
粒子の誘電特性および磁気特性に影響する因子は、当該分野において周知である。粒子が検体−標識複合体から構成される場合、複合体の特性が、一般的に、複合化されていない検体または複合化されていない標識の特性とは異なることが理解される。これは、本明細書中に開示される本発明の識別能力に対して重要な意味を有する。具体的には、磁気標識と非磁性検体との会合が、標識または検体のいずれかの誘電特性とは異なる誘電特性を有し、そして検体の磁気特性とは異なる磁気特性を有する磁気検体−標識複合体を生じることが理解されるべきである。
【００３６】
一般的に、標識および検体は、それらの比誘電率、透磁率、容積、および懸濁媒体の電荷分布に対する影響に依存する、誘電特性および磁気特性を複合体に与える。本明細書中に記載される分離が誘電泳動力および磁気泳動力の平衡に依存するので、検体−標識複合体は、従って、会合していない検体を有する標識の溶出特性とは異なる、ＤＥＰ−ＭＡＰ分離器における溶出特性を通常示す。
【００３７】
従って、本発明に従う方法によって、標識が、検体に関するそれらの会合状態に従って識別され得、そして分離され得る。例えば、異なる数の磁性標識を結合した細胞は、分離の間、異なる特性を示し、それらの識別、特徴付け、および単離を可能にする。従って、例えば、ＥＧＦレセプターに対する抗体についてより少ない結合部位を有する細胞は、より多くの数のレセプターを有する細胞から分離され得る。別の例として、複合体化していない標識は、細胞、粒子、分子および他の標的検体と会合した標識から分離され得る。
【００３８】
さらに、異なる種類の標識からなる「カクテル」は、それぞれの型の標識が異なる誘電的および磁気的「指紋（ｆｉｎｇｅｒｐｒｉｎｔ）」を有するように、作製され得る。次いで、この混合物における各型の標識は、異なる標的検体とのそのそれぞれの結合状態に従って、独立して、識別され得、分離され得、同定され得、そして特徴付けられ得る。このようなカクテルの標識は、単一の分離工程で、混合物内の複数の検体標識の同時分析を可能にする。
【００３９】
（重力の影響）
図２Ａは、分離器内の粒子に作用し、そして平衡位置に粒子を位置付けるために作用するＭＡＰおよびＤＥＰ力を示す（図２Ｂ）。分離が重力場で行われる場合（分離が地球上で行われる場合）、重力が粒子上に作用することが理解されるべきである。粒子に作用するこの力の大きさは、Ｆ沈降−ｖｇ（ｄｐ−ｄｓ）であり、ここで、ｖは、粒子の体積であり、ｄｐは、その密度であり、そしてｄｓは、懸濁媒体の密度である。図２Ａの力の図に関する重力の方向は、地球の重力場に関して分離器の実施形態の配向に依存する。重力がＦＭＡＰまたはＦＤＥＰｚと同じ方向の成分を有する場合、粒子の位置に影響する傾向もまたある。従って、式（８）および（１０）は、実際、重力の項の追加によって改変される必要があり得る。さらに、重力が、図９Ａにおける流体流動の方向に作用するかまたは流体流動の方向に逆らって作用する成分を有する場合、式（１１）によって与えられる粒子の速度は、沈降速度の項の追加によって改変される。例えば、重力が流動の方向に作用する場合、さらなる沈降速度成分は、
【００４０】
【数１】
2004503775.tif 000003
として、ストークスの法則によって与えられる。
【００４１】
これらの重力の効果が重力場に関して分離装置の適切な整列によって除外され得るか、またはこれらが標識、検体または検体−標識複合体の密度特性の利用するために活用され得ることが理解されるべきである。
【００４２】
最後に、ＤＥＰ力を提供するために使用される電場が容易に切換可能であり、そして特定の所望の型の識別を達成するために、分離の間、特定の適用にカスタマイズされ、そしてプログラミングされ得ることが注意されるべきである。分離の間の時間にわたって、電場を変化させるプロセスは、プログラミングと呼ばれる。ＤＥＰ−ＦＦＦ分離を改善するためのプログラム可能性の使用は、係属中の米国特許出願番号第０９／２４９，９５５号（本明細書中において明確に参考として援用される）に記載される。磁場はまた、本明細書中に開示される本発明のフレキシビリティー、識別および能力をさらに向上させるためにプログラミングされ得る。
【００４３】
（例示的な実施形態）
誘電泳動力および磁気泳動力の組み合わせによって位置付けられる分析を活用する、分離器の２つの例示的な実施形態が記載される。第１の実施形態において、これは、キャリア流体の流動速度プロフィールを活用せず、そしてサンプルの連続的なプロセシングに適し、検体混合物は、アレイの電極および磁極（ｍａｇｎｅｔｒｏｄｅ）を備えるチャンバを通って連続的に流れ得る。次いで、検体は、電場および磁場から生じる、組み合わされた誘電泳動力および磁気泳動力に供される。流動チャネル内で十分な時間が費やされる場合、これらの力は、検体が同定され得るか、分離され得るかまたは単離され得るように、ＤＥＰおよびＭＡＰ力が平衡になるキャリア媒体流動プロフィール流れ内の特徴的な位置の十分近くに検体を移動させる。従って、検体は、それらの誘電特性および磁気特性に依存する位置で流動チャネルから出る。異なる検体は、流動チャネル壁に関して位置に従って特徴付けられるかまたは分離され得、ここで、これらは、出口ポートの適切な配列の使用によって流動チャネルを出る。
【００４４】
第２の型の実施形態において、これは、キャリア流体の流動速度プロフィールが活用され、そしてサンプルのバッチプロセシングに最も適しており、サンプル検体混合物が、体積において分離チャンバよりも通常ずっと小さい単一のサンプルとして注入されることを除いて、類似の装置および操作の様式が使用される。次いで、このアリコートは、キャリア媒体により流動チャネルを通って運ばれる。また、ＤＥＰおよびＭＡＰ場において十分な時間を費やす場合、検体は、識別され得るかまたは分離され得るように、それらの作用するＤＥＰおよびＭＡＰ力が平衡になるキャリア流体流動プロフィール内の位置の十分近くに移動する。次いで検体がキャリア媒体流動プロフィールにおけるそれらの位置に従って異なる速度で運ばれるので、それらは、異なる特徴的時間で流動チャネルから出る。上記で使用される「十分な時間」とは、検体、標識および検体−標識複合体が、それらが通常、識別されるか、検出されるか、または分離され得る位置に移動するのに十分な時間を、ＭＡＰおよびＤＥＰ力場で費やすことを意味する。実際には、これは、ＭＡＰおよびＤＥＰ力が正確に平衡になる位置にそれらが来る時間よりも短くあり得る。
【００４５】
２つの実施形態についての装置の特定の局面を、ここで記載する。出口ポート（連続的様式の実施形態について検体の分離および単離を達成するために複数でなければならない）を除いて、２つの実施形態の他の局面は同一であり得る。しかし、複数の出口ポートを有する実施形態がまたバッチ様式で操作され得ることが理解されるべきである。
【００４６】
誘電泳動操作についての例示的な電極アレイは、図２および３に示される。これらは、支持基板（ガラスなど）の上にパターン化された導体（例えば、金など）の薄いフィルムからなる平面アレイである。これらのアレイは、公知のフォトリソグラフィックおよびＥビームパターン化技術によって製造され得る。これらまたは異なる形態の電極アレイを使用して、本明細書中に開示される分離器にＤＥＰ力を提供し得る。電極は、電気メッキされるか、プリントされるか、エッチングされるか、またはチャンバ壁に固定されるか、あるいはそれ以外で流動チャネル内またはその周りに位置付けられて、これらがシグナル発生器に接続される場合に、流動チャネル内に不均一な電場を作製し得る。
【００４７】
磁気泳動操作のための例示的な磁極アレイは、図３に示されるパターンと類似または異なるパターンを有し得る。磁気の場合、磁極は、薄いフィルム材料、合金、または磁気的に感受性の材料（例えば、磁気セラミックスまたはフェライト）、磁気的に感受性のワイヤ、またはストリップ、ワイヤ、または他の永久磁石材料の配置からなり得る。これらは、チャンバ壁に取り付けられ得るかまたは流動チャネル内に不均一な電場を提供する能力を生じる任意の位置に位置付けられ得る。
【００４８】
磁場および電場を同時に提供するのに適した例示的な電極および磁極の組み合わせは、図４Ａ〜Ｃに断面で示される。図４Ａは、電極要素および磁極要素が組み合わされた例示的な構造を示す。具体的には、図４Ａは、電極２２が磁極２４の上に配置され、磁極２４が構造２６の上に配置されていることを示す。代替の実施形態において、磁極２４は、電極２２の上に配置され得る。例えば、このような構造は、単一のフォトマスクからリソグラフィーによりパターン化され得る。磁極要素および電極要素の形状が異なる、より複雑なパターンのスキームは、例として図４Ｂに示されるように、フォトリソグラフィーのための２つ以上のパターン化マスクを使用して作製され得る。図４Ｂに示されるように、電極要素２２は、磁気要素２４に隣接して配置される。当該分野で公知の他の方法は、電極アレイおよび磁極アレイを作製するために使用され得る。さらなる電極または電極アレイが、例えば、図４Ｃに示されるように、チャンバ内の他の所に組み込まれ得ることが理解される。図４Ｃに示されるように、１次電極構造２２に加えて、２次電極構造２８は、対向する基板３０上に配置される。例示的な実施形態において、２次電極構造３０は、１次電極構造２２と同じ厚みおよび幅であり得るか、または異なるサイズであり得る。例示的な電気的励起スキームは、図５に示される。
【００４９】
例示的な磁場励起スキームは、図６に示される。図２に示される形態または他の任意の形態をとる、永久磁石材料のアレイはまた、外部磁場の必要なしに、流動チャネル内に磁場を提供するために使用され得る（図７）。電極のアレイはまた、図７Ｂに示されるアレイへの磁極経路の必要なしに、チャンバの外側に配置される磁極から誘導される磁場に不均一性を導入するために使用され得る。
【００５０】
バッチ様式分離について、誘電および磁気分離原理を使用する分離器の例示的な実施形態は、図８に拡大形態で示される。図８は、スロットＩＶが切り抜かれたガスケットＩＩＩを間にはさむ２つの側壁ＩＩおよびＩＩＩから構成される薄いチャンバＩの拡大図を示す。組み立てられた場合、チャンバは、ガスケットスロットが流動チャネルになるような様式で、例えば、締め具で留められる（ｃｌａｍｐｉｎｇ）そして／または接着されることによって、一緒に密接に保持される。入口ポートＶおよび出口ポートＶＩは、キャリア流体およびサンプルの進入および退出を可能にする。実際には、複数のポートＶおよびＶＩが存在し得る。
【００５１】
代替の実施形態において、流動チャネルは、エッチング、機械加工、アブレーション、リソグラフィー手段、または当該分野で公知の他の任意の手順によって、スロット切断から直接的に一方または両方の側壁に誘導され得る。あるいは、流動チャネルは、スパッタリング、スピンコーティング、プリンティングまたは薄膜堆積によって、一方または両方の側壁に適用される材料から誘導され得るか、デバイスの本体に切り出され得るかまたは形成され得、あるいは射出成形され得るか、当該分野において公知の他の任意の手順によって作製され得る。
【００５２】
電極ＶＩＩおよび磁極ＶＩＩＩのアレイが、流動チャネルに存在する。これらは、それ自体の内部のチャネル内にあり得るか、チャンバの１つ以上の壁によって支持され得るか、またはチャンバの外側であり得る。電気信号が、単一ジェネレータＩＸから接続される。磁界は、磁石Ｘから、バスＸＩおよびＸＩＩを介して、それぞれ、電極および磁極に提供される。
【００５３】
連続様式の分離についての第二の実施形態が、図９に示される。図９は、出口ポートＶＩを除いて図の全ての要素が、図８に記載されるものと同じものである、代替の実施形態を示す。図９において、出口ポート構成は、電極および磁極要素、ならびに流動チャンバの壁から、特定の規定された距離で、流動チャンバを通って移動する流体のバンドを収集するように構成された複数のポートを含む。具体的に、図９ａは、流動チャネルから異なる距離で流動チャネルを通って移動するキャリア流体が、例えば、６個の排出ポートを通して流動チャネルからどのように除去され得るかを示す。それにより、図の底部の、チャンバフロアーから異なる位置で、キャリア媒体に運ばれる検体または標識または検体−標識複合体は、異なる排出ポートを通って排出される。
【００５４】
（バッチ様式操作の説明）
バッチ様式を使用する例示的な分離において、以下の工程が行われる：
（１）１つ以上の検体を含むサンプルを、誘電的特性および磁気的特性ならびに１以上の型の標的検体に対する結合親和性を有する標識と混合する。所望ならば、区別可能な磁気的特性および誘電的特性ならびに結合親和性を有する、異なる検体のための標識が、この工程と組合せて使用され得る。
【００５５】
（２）標的検体と標識との間の適切な結合を確実にするために十分なインキュベーション時間の後に、検体／標識混合物の計量されたアリコートを、分離チャネルの入口端部に注入する。
【００５６】
（３）磁界およびＡＣ電界を、分離チャネル中の磁極／電極アレイに印加する。この工程は、サンプル注入工程の前であってもよいし、このサンプル注入工程の後でもよい。
【００５７】
（４）ＭＡＰ力およびＤＥＰ力が釣り合う、電極および磁極アレイに対する位置に十分に近く、検体および検体−標識混合物が接近する間の適切な緩和時間の後、キャリア媒体の流動が、分離チャネルの入口端部で開始する。
【００５８】
（５）このキャリア媒体が、分離チャネル内に流体力学的流動プロフィールを確立し、そしてチャネル壁に対するそれらの位置に依存する速度で分離チャネルを通して検体および検体−標識複合体を運ぶ。この位置は、印加された磁界およびＡＣ電界に依存し、そして例示的な実施形態において、流体力学的流動プロフィールおよび重力によって影響され得る。
【００５９】
（６）異なる検体および検体−標識複合体が、異なる時間にチャンバの出口端部から出現し、そして別個の画分に収集され得るかまたは種々の測定方法によって検出され得る。類似の磁気特性および誘電特性を有する検体−標識複合体は、分離チャネルで作用する磁気力および誘電力の相乗作用によって同様に配置されるので、これらは、キャリア媒体によって類似の速度で運ばれ、そして単一の溶出ピークでチャネル出口に一緒に出現する。対照的に、異なる特性を有する検体および検体−標識複合体は、磁界および電界の相乗作用によって異なって配置され、キャリア媒体によって異なる速度で運ばれ、そして異なる時間でチャネル出口に出現する。このようにして、検体の混合物は、区別され得、そしていくつかの特徴的なピークまたはバンドに時間的に分離され得る。例示的な実施形態のいずれかは、バッチ様式で操作され得る。
【００６０】
（連続様式操作の説明）
（１）１つ以上の検体を含むサンプルを、誘電的特性および磁気的特性ならびに１以上の型の標的検体に対する結合親和性を有する標識と混合する。所望ならば、区別可能な磁気的特性および誘電的特性ならびに結合親和性を有する、異なる検体のための標識が、この工程と組合せて使用され得る。この混合物は、標的検体と標識との間の適切な結合が生じるに十分な時間インキュベートされる。
【００６１】
（２）磁界およびＡＣ電界を、分離チャネル中の磁極および電極のアレイに印加する。
【００６２】
（３）（１）からの検体／標識混合物が、流動チャネルの入口ポートに連続的に注入される。
【００６３】
（４）キャリア媒体が、分離器の複数の排出ポートから引き出される（図９を参照のこと）。異なる検体画分が、各ポートから出現する。
【００６４】
このようにして、検体および検体−標識複合体の混合物が、異なる排出ポートから出現する画分に連続的に分離され得る。
【００６５】
（誘電泳動力による磁気粒子の放出）
本明細書中に開示される発明は、ＭＡＰ力およびＤＥＰ力の相互作用（具体的には、釣り合い）に依存する検体、標識および検体−標識複合体の区別のための方法を記述する。
【００６６】
ＤＥＰ力はまた、磁気標識適用における永久磁石と関連した一般的な問題を克服するために使用され得る。具体的に、現在の磁気分離技術は、それらが収集された後に磁気標識および検体−標識複合体を放出するために、磁場を取り除く能力に依存する。磁気分離は、通常、磁界が外部手段（例えば、永久磁石または電磁石）によって印加される分離チャンバまたは分離カラムを使用して達成される。磁気標識および検体−標識複合体の収集の後に、分離チャンバまたは分離カラムは永久磁石の近傍から取り除かれなければならないか、または電磁石が切られなくてはならず、この結果、これらの標識および標識−検体複合体が放出される。収集された検体を放出するために、磁界を取り除くためのこの要求は、分離チャンバ自体の内部にある永久磁石または永久磁石のアレイの使用を排除する。
【００６７】
本発明は、この制限が克服されることを可能にする。これは、本発明に従う装置が、磁気標識および標識−検体複合体がＤＥＰ力によって収集チャンバ内の磁気要素から反発されることを可能にするからである。例えば、図６Ａは、永久磁石の一体化アレイを有する分離チャンバを示す。
【００６８】
本明細書中の他の箇所で、ＤＥＰ力が、磁気標識および検体−標識複合体の磁極または永久磁気要素への付着を防止するために十分であることを仮定する。しかし、代替の様式の操作において、ＤＥＰ力は、切られるかまたは低レベルに維持される一方で、磁界は存在する。相殺するＤＥＰ力が存在しない場合、磁気標識および検体−標識複合体が、磁気要素に引かれ、接近しそして接触し、そして磁気要素上に固定化される。この様式の操作において、従って、分離チャンバは、最初に、従来の磁気分離チャンバまたはカラムのように機能し、そして懸濁媒体からの標識および検体−標識複合体を保持する。
【００６９】
しかし、収集の後、ＤＥＰ力は、十分に高いレベルにスイッチングされて、磁界を除去する必要がなしに、磁気要素から、収集された磁気標識および検体−標識複合体を反発させ、そして解離させる。ある一定時間の間の小さい容量から大きな容量への、電極アレイに印加された電圧を上昇させることによる、ＤＥＰ力によって磁気的に収集された種の解離によって、異なる標識および検体−標識複合体が、異なる時間に放出され得、そして分離チャンバからフラッシュされ得、そして異なる画分に収集され得ることに注意すべきである。
【００７０】
この様式の操作は、永久磁気要素が、分離チャンバに組込まれることを可能にし、この特徴は、微小流体実施形態において特に有用である。永久磁石要素の組み込みを可能にすることによって、より強力な外部磁石についての必要性が排除される。あるいは、磁界を取り除く必要性を排除することによって、所望ならば、固定された外部磁石が使用され得る。
【００７１】
（例示的な適用）
本発明による装置および方法を使用して、種々の物質が、磁化され得る。特に、本発明によって、以下の物質の識別、分離、同定、検出、操作および単離が達成され得る：
（ａ）細胞サブ集団であって、例えば、以下を含む：
・それらの抗体および誘電プロフィールに従う血球（例えば、ＣＤ３４＋、ＣＤ８＋、ＣＤ４＋、ＣＤ１４＋、ＣＤ１８＋、ＣＤ５＋など）；
・血液由来の稀な細胞（例えば、転移性細胞（例えば、ＥＧＦ＋、ＣＤ５＋、上皮マーカー＋など）；
・針生検からの標的細胞；
・母体液体（ｍａｔｅｒｎａｌ　ｆｌｕｉｄ）由来の有核胎児細胞（例えば、母体血液からの赤血球、臍帯血（ｃｈｏｒｄ　ｂｌｏｏｄ）、羊水など）；
・グラム陽性細菌からのグラム陰性細菌；
・体液由来の寄生生物および寄生された細胞（例えば、マラリア）および正常な細胞；
・血液、尿、唾液、羊水、針生検からの細菌；
（ｂ）マイコプラスマ、真菌、およびウイルス粒子サブ集団であって、血液、尿、唾液、羊水、針生検由来のサブ集団を含む；
（ｃ）食品処理工場、食品配給、レストラン、家を維持する公衆衛生、細菌戦（ｂｉｏｗａｒｅｆａｒｅ）、バイオテロ行為の検出における水分析のための、環境からの潜在的に病原性の細胞、ウイルス粒子、マイコプラスマ、真菌胞子、細菌胞子；
（ｄ）分子サブ集団であって、以下を含む；タンパク質（例えば、診断剤および予後剤、バイオテクノロジーのための分離物、研究、医薬品における）；
・核酸（例えば、診断剤および予後剤、バイオテクノロジー遺伝子治療、研究、医薬品における）；
・脂質（例えば、診断剤および予後剤、バイオテクノロジー遺伝子治療、研究、医薬品における）；
・複合体分子（例えば、診断剤および予後剤、バイオテクノロジー遺伝子治療、研究、医薬品における；
（ｅ）無機質（例えば、鉱石の選鉱（ｂｅｎｆｉｃａｔｉｏｎ）、環境サンプル、診断および予後サンプル（例えば、堆積物、骨など）のための）；
（ｆ）空間のための医薬品（ｆｏｒ　ｓｐａｃｅ　ｍｅｄｉｃｉｎｅ）（重力、遠心力、大きな磁石のない分離）；
（ｇ）細胞オルガネラおよび他の生物学的構造物であって、以下を含む：
・核、染色体、リボソーム
・ミトコンドリア
・エンドソーム、ブレブ、ペルオキシソーム、および他のリポソーム要素
・膜会合物（小胞体、形質膜、核膜、ウイルスカプセル、細菌複合体、胞子アセンブリなどを含む）；ならびに
（ｈ）標識への結合の程度に関して、細胞、オルガネラ、または他の粒子。（例えば、異なる数のＥＧＦレセプターによって特徴付けられる異なる細胞サブ集団が、ＥＧＦについてのモノクローナル抗体で改変された標識によって識別され得る）。
【００７２】
（表１）
【００７３】
【表１】
2004503775.tif 000004
2004503775.tif 000005
本明細書中に開示されそして特許請求される組成物および／または方法の全ては、本発明の開示の観点から過度な実験を行うことなく作製され、そして実施され得る。本発明の組成物および方法は、特定の実施形態の点から記載されるが、変更が、本発明の概念、意図、および範囲から逸脱することなく、本明細書中に記載される組成物および／または方法、ならびにこの方法の工程またはこの方法の工程の順番に適用され得ることが当業者に明らかである。当業者に明らかである全てのこのような類似の置換および改変が、添付の特許請求の範囲に規定されるように本発明の意図、範囲および概念内にあると見なされる。
【図面の簡単な説明】
【図１】図１は、非伝導基材（例えば、ガラス）上にパターン化された導体（例えば、０．５μｍ厚の金の層）を含む電極アレイを示す。
【図２】図２Ａは、粒子１８に作用するＭＡＰ力およびＤＥＰ力ならびに流体力学的流動プロフィール１６を示す。図２Ｂは、特徴的な高さに対する粒子の動きを示す。
【図３】図３は、誘電泳動操作についての例示的な電極アレイを示す。
【図４】図４は、磁場および電場を同時に提供するのに適した例示的な電極および磁極の組み合わせを断面で示す。
【図５】図５は、例示的な電気的励起スキームを示す。
【図６】図６は、例示的な磁場励起スキームを示す。
【図７】図７は、外部磁場の必要なしに、流動チャネル内に磁場を提供するために使用され得る、図２に示される形態または他の任意の形態をとる、永久磁石材料のアレイを示す。
【図８】図８は、バッチ様式分離について、誘電および磁気分離原理を使用する分離器の例示的な実施形態を拡大形態で示す。
【図９】図９は、連続様式の分離についての第二の実施形態を示す。
【図２】
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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８】
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【図９】
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【国際公開パンフレット】
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【国際公開パンフレット（コレクトバージョン）】
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【国際調査報告】
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