(57)【要約】記載された磁気浮上システムは、第１筒形磁石と、第１筒形磁石と同軸上に並んだ第２筒形磁石と、第１筒形磁石と同軸上に並んだ第１空洞と、を含む。第１筒形磁石及び第２筒形磁石の同極の表面は、互いに平行になって対向し、第１筒形磁石と第２筒形磁石との間に線形磁場が発生する。また、反磁性サンプル又は常磁性サンプルを分析するために磁気浮上システムを使用する方法も記載される。
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１筒形磁石と、
前記第１筒形磁石と同軸上に並んだ第２筒形磁石と、
前記第１筒形磁石と同軸上に並ぶとともに前記第１筒形磁石の中に形成された第１空洞と、を備え、
前記第１筒形磁石及び前記第２筒形磁石の同極の表面は、互いに平行になって対向し、前記第１筒形磁石と前記第２筒形磁石との間に線形磁場が発生する、
磁気浮上システム。
【請求項２】
前記第１空洞は、筒形である、請求項１に記載のシステム。
【請求項３】
前記第１空洞は、前記第１筒形磁石の高さ全体にわたっている、請求項１に記載のシステム。
【請求項４】
前記線形磁場は、前記第１空洞の中まで延在する、請求項１〜３のいずれか１項に記載のシステム。
【請求項５】
前記第１筒形磁石と前記第２筒形磁石とは、異なる半径又は高さを有する、請求項１〜４のいずれか１項に記載のシステム。
【請求項６】
前記第１筒形磁石及び前記第２筒形磁石は、同じ半径、高さ、又はこれらの双方を有する、請求項１〜４のいずれか１項に記載のシステム。
【請求項７】
前記第２筒形磁石の中に形成され、前記第２筒形磁石と同軸上に並んだ第２空洞を更に備える、請求項１〜６のいずれか１項に記載のシステム。
【請求項８】
前記第２空洞は、筒形である、請求項７に記載のシステム。
【請求項９】
前記第１筒形磁石及び前記第２筒形磁石の同極の表面間の距離はｄであり、
前記第１筒形磁石及び前記第２筒形磁石の高さは、それぞれ、ｈ１とｈ２であり、
ｈ１及びｈ２のうちの少なくとも１つとｄとの比は、約０．２：１〜約１０：１である、請求項１〜８のいずれか１項に記載のシステム。
【請求項１０】
ｈ１及びｈ２のうちの少なくとも１つとｄとの比は、約１．６７：１である、請求項９に記載のシステム。
【請求項１１】
前記第１筒形磁石の内径は、ｉｄ１であり、
ｉｄ１とｄとの比は、約０．２：１〜約１０：１である、
請求項９又は請求項１０に記載のシステム。
【請求項１２】
ｉｄ１とｄとの比は、約１．６７：１である、請求項１１に記載のシステム。
【請求項１３】
前記第１筒形磁石の外形は、ｏｄ１であり、
ｏｄ１とｄとの比は、約０．３：１〜約１００：１である、
請求項９〜１２のいずれか１項に記載のシステム。
【請求項１４】
ｏｄ１とｄとの比は、約５：１である、請求項１３に記載のシステム。
【請求項１５】
前記第２筒形磁石の中に形成され、前記第２筒形磁石と同軸上に並んだ第２筒形空洞を更に備え、
前記第２筒形磁石の内径は、ｉｄ２であり、
ｉｄ２とｄとの比は、約０．２：１〜約１０：１である、
請求項９〜１４のいずれか１項に記載のシステム。
【請求項１６】
ｉｄ２とｄとの比は、約１．６７：１である、請求項１５に記載のシステム。
【請求項１７】
前記第２筒形磁石の中に形成され、前記第２筒形磁石と同軸上に並んだ第２空洞を更に備え、
前記第２筒形磁石の外形は、ｏｄ２であり、
ｏｄ２とｄとの比は、約０．３：１〜約１００：１である、
請求項８〜１６のいずれか１項に記載のシステム。
【請求項１８】
ｏｄ２とｄとの比は、約５：１である、請求項１７に記載のシステム。
【請求項１９】
前記第１空洞は、筒形であり、前記第１筒形磁石の内径（ｉｄ１）：外形（ｏｄ１）：高さ（ｈ１）：前記第１筒形磁石及び前記第２筒形磁石の同極の表面間の距離（ｄ）の比は、約１．６７：５：１．６７：１である、請求項１〜１８のいずれか１項に記載のシステム。
【請求項２０】
前記第２筒形磁石の中に形成され、前記第２筒形磁石と同軸上に並んだ第２筒形空洞を更に備え、
前記第２筒形磁石の内径（ｉｄ２）：外形（ｏｄ２）：高さ（ｈ２）：前記第１筒形磁石及び前記第２筒形磁石の同極の表面間の距離（ｄ）の比は、約１．６７：５：１．６７：１である、
請求項１〜１９のいずれか１項に記載のシステム。
【請求項２１】
常磁性媒体を保持するように構成され、前記第１筒形磁石と前記第２筒形磁石との間に少なくとも部分的に配置された容器を更に備える、請求項１〜２０のいずれか１項に記載のシステム。
【請求項２２】
前記容器は、前記常磁性媒体又は常磁性サンプル又は反磁性サンプルを添加又は除去することができるように構成された入口を更に備える、請求項２１に記載のシステム。
【請求項２３】
前記容器は、２つの端部を備え、そのうちの少なくとも一方は、前記第１空洞の中まで、又は前記第１空洞を通って延在する、請求項２１又は請求項２２に記載のシステム。
【請求項２４】
前記第２筒形磁石の中に形成され、前記第２筒形磁石と同軸上に並んだ第２空洞を更に備え、
前記容器の２つの端部のうちの他方は、第２筒形空洞の中まで、又は前記第２筒形空洞を通って延在する、
請求項２３に記載のシステム。
【請求項２５】
前記容器は、キュベットである、請求項２１〜２４のいずれか１項に記載のシステム。
【請求項２６】
前記常磁性媒体は、常磁性化合物の水溶液を含む、請求項２１〜２５のいずれか１項に記載のシステム。
【請求項２７】
前記常磁性化合物は、ＭｎＣｌ２、ＭｎＢｒ２、ＣｕＳＯ４、ＧｄＣｌ３、ＤｙＣｌ３、ＨｏＣｌ３、Ｇｄキレート化合物、及びこれらの組合せからなる群から選択される、請求項２６に記載のシステム。
【請求項２８】
前記Ｇｄキレート化合物は、ガドリニウム（ＩＩＩ）ジエチレントリアミン五酢酸である、請求項２７に記載のシステム。
【請求項２９】
前記常磁性媒体は、ＭｎＣｌ２水溶液を含む、請求項２１〜２７のいずれか１項に記載のシステム。
【請求項３０】
前記常磁性媒体は、疎水性常磁性媒体又は常磁性イオン液体を含む、請求項２１〜２４のいずれか１項に記載のシステム。
【請求項３１】
前記第１筒形磁石及び前記第２筒形磁石の共通軸に沿った最大磁場は、約０．２０〜０．５０Ｔである、請求項１〜３０のいずれか１項に記載のシステム。
【請求項３２】
前記第１筒形磁石及び前記第２筒形磁石は、ＮｄＦｅＢ磁石である、請求項１〜３１のいずれか１項に記載のシステム。
【請求項３３】
前記第２筒形磁石の高さ全体にわたり、前記第２筒形磁石と同軸上に並んだ第２筒形空洞を備えてもよく、
前記第１筒形磁石又は前記第２筒形磁石の内径は、約１５ｍｍ〜約４０ｍｍである、
請求項１〜３２のいずれか１項に記載のシステム。
【請求項３４】
前記第１筒形磁石又は前記第２筒形磁石の内径は、約２５ｍｍである、請求項３３に記載のシステム。
【請求項３５】
前記第２筒形磁石の高さ全体にわたり、前記第２筒形磁石と同軸上に並んだ第２筒形空洞を備えてもよく、
前記第１筒形磁石又は前記第２筒形磁石の外径は、約５０ｍｍ〜約１００ｍｍである、
請求項１〜３４のいずれか１項に記載のシステム。
【請求項３６】
前記第１筒形磁石又は前記第２筒形磁石の外径は、約７６ｍｍである、請求項３５に記載のシステム。
【請求項３７】
前記第１筒形磁石又は前記第２筒形磁石の高さは、約１５ｍｍ〜約５０ｍｍである、請求項１〜３６のいずれか１項に記載のシステム。
【請求項３８】
前記第１筒形磁石又は前記第２筒形磁石の高さは、約２５ｍｍである、請求項３７に記載のシステム。
【請求項３９】
前記第１筒形磁石及び前記第２筒形磁石の同極の表面間の距離は、約５ｍｍ〜約５０ｍｍである、請求項１〜３８のいずれか１項に記載のシステム。
【請求項４０】
前記第１筒形磁石及び前記第２筒形磁石の同極の表面間の距離は、約１５ｍｍである、請求項３９に記載のシステム。
【請求項４１】
反磁性サンプル又は常磁性サンプルを分析する方法であって、
請求項１〜４０のいずれか１項に記載のシステムを提供するステップと、
常磁性媒体を保持するように構成された容器を前記第１筒形磁石と前記第２筒形磁石との間に配置するステップと、
常磁性媒体と、反磁性又は常磁性サンプルとを、別々に又は一緒に前記容器に添加するステップと、
前記第１筒形磁石と前記第２筒形磁石との間の前記線形磁場の下で、前記反磁性サンプル又は常磁性サンプルを浮上させるステップと、
を含む、方法。
【請求項４２】
前記常磁性媒体又は前記常磁性サンプル又は前記反磁性サンプルは、第１筒形空洞を介して添加される、請求項４１に記載の方法。
【請求項４３】
前記常磁性媒体又は前記常磁性サンプル又は前記反磁性サンプルを除去するステップを更に含む、請求項４１又は請求項４２に記載の方法。
【請求項４４】
前記常磁性媒体又は前記常磁性サンプル又は前記反磁性サンプルは、第１筒形空洞を介して除去される、請求項４３に記載の方法。
【請求項４５】
前記常磁性媒体は、常磁性化合物の水溶液、疎水性常磁性媒体、又は常磁性イオン液体を含む、請求項４１〜４４のいずれか１項に記載の方法。
【請求項４６】
前記常磁性化合物は、ＭｎＣｌ２、ＭｎＢｒ２、ＣｕＳＯ４、ＧｄＣｌ３、ＤｙＣｌ３、ＨｏＣｌ３、Ｇｄキレート化合物、及びこれらの組合せからなる群から選択される、請求項４５に記載の方法。
【請求項４７】
前記Ｇｄキレート化合物は、ガドリニウム（ＩＩＩ）ジエチレントリアミン五酢酸である、請求項４６に記載の方法。
【請求項４８】
前記常磁性媒体は、ＭｎＣｌ２水溶液を含む、請求項４１〜４６のいずれか１項に記載の方法。
【請求項４９】
前記常磁性媒体は、臭化セチルトリメチルアンモニウムを更に含む、請求項４１〜４８のいずれか１項に記載の方法。
【請求項５０】
前記常磁性サンプル又は前記反磁性サンプルは、架橋高分子を含む、請求項４１〜４８のいずれか１項に記載の方法。
【請求項５１】
前記架橋高分子の密度を決定するステップを更に含む、請求項５０に記載の方法。
【請求項５２】
前記システムにおけるサンプルの浮上高さとその密度とを相関させた標準曲線を生成するステップと、
前記標準曲線と前記システムにおける浮上高さとを用いて、前記架橋高分子の密度を決定するステップと、
を更に含む、請求項５１に記載の方法。
【請求項５３】
前記架橋高分子は、ポリジメチルシロキサンを含む、請求項５０〜５２のいずれか１項に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
関連出願の相互参照
この出願は、２０１８年９月２８日に出願された米国仮出願第６２／７３８，７５８、及び２０１９年２月４日に出願された米国仮出願第６２／８００，７９６に対する優先権を主張し、その内容全体が参照により本明細書に組み込まれる。
【０００２】
参照による援用
本明細書で引用されているすべての特許、特許出願、及び刊行物は、本明細書に記載の発明日の時点で当業者に知られている技術の状態をより完全に説明するために、その全体が参照により本明細書に組み込まれる。
【背景技術】
【０００３】
本出願は、一般に、磁気浮上（ＭａｇＬｅｖ）デバイスに関する。
【０００４】
連邦政府による資金提供を受けた研究開発の記載
本発明は、エネルギー省のＥＲ４５８５２による政府支援を受けてなされた。米国政府は本発明に関して権利を有する。
【発明の概要】
【０００５】
一態様では、第１筒形磁石と、
前記第１筒形磁石と同軸上に並んだ第２筒形磁石と、
前記第１筒形磁石と同軸上に並ぶとともに前記第１筒形磁石の中に形成された第１空洞と、
を含む磁気浮上システムが記載され、
前記第１筒形磁石及び前記第２筒形磁石の同極の表面は、互いに平行になって対向し、前記第１筒形磁石と前記第２筒形磁石との間に線形（linear）磁場が発生する。
【０００６】
本明細書において開示される１以上の実施形態において、前記第１空洞は、筒形である。
【０００７】
本明細書において開示される１以上の実施形態において、前記第１空洞は、前記第１筒形磁石の高さ全体にわたっている。
【０００８】
本明細書において開示される１以上の実施形態において、前記線形磁場は、前記第１空洞の中まで延在する。
【０００９】
本明細書において開示される１以上の実施形態において、前記第１筒形磁石と前記第２筒形磁石とは、異なる半径又は高さを有する。
【００１０】
本明細書において開示される１以上の実施形態において、前記第１筒形磁石及び前記第２筒形磁石は、同じ半径、高さ、又はこれらの双方を有する。
【００１１】
本明細書において開示される１以上の実施形態において、前記システムは、第２空洞を更に含み、前記第２空洞は、前記第２筒形磁石の中に形成され、前記第２筒形磁石と同軸上に並んでいる。
【００１２】
本明細書において開示される１以上の実施形態において、前記第２空洞は、筒形である。
【００１３】
本明細書において開示される１以上の実施形態において、前記第１筒形磁石及び前記第２筒形磁石の同極の表面間の距離はｄであり、前記第１筒形磁石及び前記第２筒形磁石の高さは、それぞれ、ｈ１とｈ２であり、ｈ１及びｈ２のうちの少なくとも１つとｄとの比は、約０．２：１〜約１０：１である。
【００１４】
本明細書において開示される１以上の実施形態において、ｈ１及びｈ２のうちの少なくとも１つとｄとの比は、約１．６７：１である。
【００１５】
本明細書において開示される１以上の実施形態において、前記第１筒形磁石の内径は、ｉｄ１であり、ｉｄ１とｄとの比は、約０．２：１〜約１０：１である。
【００１６】
本明細書において開示される１以上の実施形態において、ｉｄ１とｄとの比は、約１．６７：１である。
【００１７】
本明細書において開示される１以上の実施形態において、前記第１筒形磁石の外形は、ｏｄ１であり、ｏｄ１とｄとの比は、約０．３：１〜約１００：１である。
【００１８】
本明細書において開示される１以上の実施形態において、ｏｄ１とｄとの比は、約５：１である。
【００１９】
本明細書において開示される１以上の実施形態において、前記システムは、第２筒形空洞を更に含み、前記第２筒形空洞は、前記第２筒形磁石の中に形成され、前記第２筒形磁石と同軸上に並び、前記第２筒形磁石の内径は、ｉｄ２であり、ｉｄ２とｄとの比は、約０．２：１〜約１０：１である。
【００２０】
本明細書において開示される１以上の実施形態において、ｉｄ２とｄとの比は、約１．６７：１である。
【００２１】
本明細書において開示される１以上の実施形態において、前記システムは、第２空洞を更に備え、前記第２空洞は、前記第２筒形磁石の中に形成され、前記第２筒形磁石と同軸上に並び、前記第２筒形磁石の外形は、ｏｄ２であり、ｏｄ２とｄとの比は、約０．３：１〜約１００：１である。
【００２２】
本明細書において開示される１以上の実施形態において、ｏｄ２とｄとの比は、約５：１である。
【００２３】
本明細書において開示される１以上の実施形態において、前記第１空洞は、筒形であり、前記第１筒形磁石の内径（ｉｄ１）：外形（ｏｄ１）：高さ（ｈ１）：前記第１筒形磁石及び前記第２筒形磁石の同極の表面間の距離（ｄ）の比は、約１．６７：５：１．６７：１である。
【００２４】
本明細書において開示される１以上の実施形態において、前記システムは、第２筒形空洞を更に備え、第２筒形空洞は、前記第２筒形磁石の中に形成され、前記第２筒形磁石と同軸上に並び、前記第２筒形磁石の内径（ｉｄ２）：外形（ｏｄ２）：高さ（ｈ２）：前記第１筒形磁石及び前記第２筒形磁石の同極の表面間の距離（ｄ）の比は、約１．６７：５：１．６７：１である。
【００２５】
本明細書において開示される１以上の実施形態において、前記システムは、容器を更に備え、前記容器は、常磁性媒体を保持するように構成され、前記第１筒形磁石と前記第２筒形磁石との間に少なくとも部分的に配置される。
【００２６】
本明細書において開示される１以上の実施形態において、前記容器は、前記常磁性媒体又は常磁性サンプル又は反磁性サンプルを添加又は除去することができるように構成された入口を更に含む。
【００２７】
本明細書において開示される１以上の実施形態において、前記容器は、２つの端部を含み、そのうちの少なくとも一方は、前記第１空洞の中まで、又は前記第１空洞を通って延在する。
【００２８】
本明細書において開示される１以上の実施形態において、前記システムは、第２空洞を更に含み、前記第２空洞は、前記第２筒形磁石の中に形成され、前記第２筒形磁石と同軸上に並び、前記容器の２つの端部のうちの他方は、前記第２筒形空洞の中まで、又は前記第２筒形空洞を通って延在する。
【００２９】
本明細書において開示される１以上の実施形態において、前記容器は、キュベットである。
【００３０】
本明細書において開示される１以上の実施形態において、前記常磁性媒体は、常磁性化合物の水溶液を含む。
【００３１】
本明細書において開示される１以上の実施形態において、前記常磁性化合物は、ＭｎＣｌ２、ＭｎＢｒ２、ＣｕＳＯ４、ＧｄＣｌ３、ＤｙＣｌ３、ＨｏＣｌ３、Ｇｄキレート化合物、及びこれらの組合せからなる群から選択される。
【００３２】
本明細書において開示される１以上の実施形態において、前記Ｇｄキレート化合物は、ガドリニウム（ＩＩＩ）ジエチレントリアミン五酢酸である。
【００３３】
本明細書において開示される１以上の実施形態において、前記常磁性媒体は、ＭｎＣｌ２水溶液を含む。
【００３４】
本明細書において開示される１以上の実施形態において、前記常磁性媒体は、疎水性常磁性媒体又は常磁性イオン液体を含む。
【００３５】
本明細書において開示される１以上の実施形態において、前記第１筒形磁石及び前記第２筒形磁石の共通軸に沿った最大磁場は、約０．２０〜０．５０Ｔである。
【００３６】
本明細書において開示される１以上の実施形態において、前記第１筒形磁石及び前記第２筒形磁石は、ＮｄＦｅＢ磁石である。
【００３７】
本明細書において開示される１以上の実施形態において、前記システムは、第２筒形空洞を備えてもよく、前記第２筒形空洞は、前記第２筒形磁石の高さ全体にわたり、前記第２筒形磁石と同軸上に並び、前記第１筒形磁石又は前記第２筒形磁石の内径は、約１５ｍｍ〜約４０ｍｍである。
【００３８】
本明細書において開示される１以上の実施形態において、前記第１筒形磁石又は前記第２筒形磁石の内径は、約２５ｍｍである。
【００３９】
本明細書において開示される１以上の実施形態において、前記システムは、第２筒形空洞を備えてもよく、前記第２筒形空洞は、前記第２筒形磁石の高さ全体にわたり、前記第２筒形磁石と同軸上に並び、前記第１筒形磁石又は前記第２筒形磁石の外径は、約５０ｍｍ〜約１００ｍｍである。
【００４０】
本明細書において開示される１以上の実施形態において、前記第１筒形磁石又は前記第２筒形磁石の外径は、約７６ｍｍである。
【００４１】
本明細書において開示される１以上の実施形態において、前記第１筒形磁石又は前記第２筒形磁石の高さは、約１５ｍｍ〜約５０ｍｍである。
【００４２】
本明細書において開示される１以上の実施形態において、前記第１筒形磁石又は前記第２筒形磁石の高さは、約２５ｍｍである。
【００４３】
本明細書において開示される１以上の実施形態において、前記第１筒形磁石及び前記第２筒形磁石の同極の表面間の距離は、約５ｍｍ〜約５０ｍｍである。
【００４４】
本明細書において開示される１以上の実施形態において、前記第１筒形磁石及び前記第２筒形磁石の同極の表面間の距離は、約１５ｍｍである。
【００４５】
一態様では、反磁性サンプル又は常磁性サンプルを分析する方法が記載され、前記方法は、
上記のシステムのいずれか１つを提供するステップと、
常磁性媒体を保持するように構成された容器を前記第１筒形磁石と前記第２筒形磁石との間に配置するステップと、
常磁性媒体と、反磁性又は常磁性サンプルとを、別々に又は一緒に前記容器に添加するステップと、
前記第１筒形磁石と前記第２筒形磁石との間の前記線形磁場の下で、前記反磁性サンプル又は常磁性サンプルを浮上させるステップと、
を含む。
【００４６】
本明細書において開示される１以上の実施形態において、前記常磁性媒体又は前記常磁性サンプル又は前記反磁性サンプルは、第１筒形空洞を介して添加される。
【００４７】
本明細書において開示される１以上の実施形態において、前記方法は、前記常磁性媒体又は前記常磁性サンプル又は前記反磁性サンプルを除去するステップを更に含む。
【００４８】
本明細書において開示される１以上の実施形態において、前記常磁性媒体又は前記常磁性サンプル又は前記反磁性サンプルは、前記第１筒形空洞を介して除去される。
【００４９】
本明細書において開示される１以上の実施形態において、前記常磁性媒体は、常磁性化合物の水溶液、疎水性常磁性媒体、又は常磁性イオン液体を含む。
【００５０】
本明細書において開示される１以上の実施形態において、前記常磁性化合物は、ＭｎＣｌ２、ＭｎＢｒ２、ＣｕＳＯ４、ＧｄＣｌ３、ＤｙＣｌ３、ＨｏＣｌ３、Ｇｄキレート化合物、及びこれらの組合せからなる群から選択される。
【００５１】
本明細書において開示される１以上の実施形態において、前記Ｇｄキレート化合物は、ガドリニウム（ＩＩＩ）ジエチレントリアミン五酢酸である。
【００５２】
本明細書において開示される１以上の実施形態において、前記常磁性媒体は、ＭｎＣｌ２水溶液を含む。
【００５３】
本明細書において開示される１以上の実施形態において、前記常磁性媒体は、臭化セチルトリメチルアンモニウムを更に含む。
【００５４】
本明細書において開示される１以上の実施形態において、前記常磁性サンプル又は前記反磁性サンプルは、架橋高分子を含む。
【００５５】
本明細書において開示される１以上の実施形態において、前記方法は、前記架橋高分子の密度を決定するステップを更に含む。
【００５６】
本明細書において開示される１以上の実施形態において、前記方法は、前記システムにおけるサンプルの浮上高さとその密度とを相関させた標準曲線を生成するステップと、前記標準曲線及び前記システムにおける浮上高さを用いて、前記架橋高分子の密度を決定するステップと、を更に含む。
【００５７】
本明細書において開示される１以上の実施形態において、前記架橋高分子は、ポリジメチルシロキサンを含む。
【００５８】
本明細書において開示される態様又は実施形態はいずれも、本明細書において開示される他の態様又は実施形態と組み合わせることができる。本明細書に記載された１又は複数の実施形態と、本明細書に記載された他の１又は複数の実施形態との組み合わせは、明示的に予定されている。
【００５９】
本願は、以下の図を参照して説明されるが、これらの図は説明のために提示されるものであり、限定することを意図したものではない。
【図面の簡単な説明】
【００６０】
【図１Ａ】本明細書に記載の１又は複数の実施形態による、同軸上に配置された複数のブロック磁石を含むＭａｇＬｅｖデバイスを示す。
【図１Ｂ】本明細書に記載の１又は複数の実施形態による、同軸上に配置された複数のリング磁石を含むアキシアル（axial）ＭａｇＬｅｖデバイスを示す。
【図２Ａ】本明細書に記載の１又は複数の実施形態による、同極を対向させて同軸上に配置された一対の区別不可能な（indistinguishable）磁石と、常磁性媒体の中で浮上する反磁性サンプルと、を示す。
【図２Ｂ】本明細書に記載の１又は複数の実施形態による、中心軸を通る垂直断面における磁場の空間特性を示す。
【図２Ｃ】本明細書に記載の１又は複数の実施形態による、図２Ｂの縦点線に沿った磁場強度Ｂｚを示す。
【図３Ａ】常磁性媒体の水溶液中で浮上する非水溶性有機液体の滴の列を用いた、本明細書に記載の１又は複数の実施形態によるＭａｇＬｅｖデバイスの較正を示す。
【図３Ｂ】本明細書に記載の１又は複数の実施形態による、図３Ａに示された較正から得られる較正曲線を示す。
【図４】本明細書に記載の１又は複数の実施形態による、アキシアルＭａｇＬｅｖを用いて分析可能な密度の拡張範囲を示す。
【図５Ａ】本明細書に記載の１又は複数の実施形態による、常磁性溶液中で浮上するポリジメチルシロキサンプレポリマーの液滴を示す。
【図５Ｂ】本明細書に記載の１又は複数の実施形態による、常磁性溶液中で浮上するＶａｓｅｌｉｎｅ（登録商標）ゲルのプラグを示す。
【図５Ｃ】本明細書に記載の１又は複数の実施形態による、常磁性溶液中で浮上する密度標準ビーズの亜集団（sub-population）の取出しを示す。
【図６Ａ】本明細書に記載の１又は複数の実施形態による、ＭａｇＬｅｖデバイスの構成を規定するために使用される４つの独立物理パラメータを示す模式図である。
【図６Ｂ】本明細書に記載の１又は複数の実施形態による、磁石間の中心軸（挿入図における点線）に沿った、〜０．４Ｔの最大磁場強度の線形勾配の一例を示す。
【図６Ｃ】本明細書に記載の１又は複数の実施形態による、磁石間の中心軸（挿入図における点線）に沿った、〜０．５Ｔの最大磁場強度の非線形勾配の一例を示す。
【図６Ｄ】本明細書に記載の１又は複数の実施形態による、ＭａｇＬｅｖデバイスにおいて使用される２つの磁石間の離隔距離の微調整を示す。
【図６Ｅ】本明細書に記載の１又は複数の実施形態による、２つの磁石間の中心軸に沿った磁場強度Ｂｚを、離隔距離を変化させて示す。
【図６Ｆ】本明細書に記載の１又は複数の実施形態による、図６Ｅのｄ＝０．６における曲線のプロットを示す。
【図７Ａ】本明細書に記載の１又は複数の実施形態による、ＭａｇＬｅｖデバイスのアセンブリを示す。
【図７Ｂ】本明細書に記載の１又は複数の実施形態による、図７ＡのＭａｇＬｅｖデバイスの収縮図を示す。
【図８Ａ】本明細書に記載の１又は複数の実施形態による、単一リング磁石を使用する磁気浮上を示す。
【図８Ｂ】本明細書に記載の１又は複数の実施形態による、図８Ａの単一リング磁石の磁場を示す。
【発明を実施するための形態】
【００６１】
磁気浮上（ＭａｇＬｅｖ）は、すべての物質の普遍的な物理的特性である密度を利用するシンプルで有用な技術であり、化学、生化学、材料科学等の様々な分野で応用されている。図１Ａに示すＭａｇＬｅｖの構成は、磁石の空間的配置を示し、そこでは、サンプル容器（例えば、高さ４５ｍｍの角型キュベット）が２つのブロックＮｄＦｅＢ永久磁石間に挟まれている。この構成では、ユーザは、（ｉ）常磁性媒体又は浮上しているサンプル（特に粘性の又は粘着性のサンプル）を容易に添加又は除去すること、（ｉｉ）浮上しているサンプルを上から又は下から観察すること、（ｉｉｉ）磁石間の中心軸に沿って容器内の常磁性媒体を移動させること、及び（ｉｖ）例えば背の高いバイアル及び試験管のように、磁石間の離隔距離よりも高いサンプル容器を収容すること、を行うことができない。
【００６２】
本明細書に記載のいくつかの実施形態では、筒形磁石（例えば、リング磁石）を使用するＭａｇＬｅｖシステムを説明する。これらの「アキシアル」ＭａｇＬｅｖデバイスは、磁場の中心軸に沿ったサンプルへのアクセスを可能にする。これは、ブロック型磁石のＭａｇＬｅｖデバイス（例えば、図１Ａのデバイス）では不可能である。いくつかの実施形態では、アキシアルＭａｇＬｅｖによれば、密度に基づく磁気アルキメデス分析、分離、及びその他の操作を簡単な手順で行うことができる。いくつかの実施形態では、密度を利用して、例えば、（ｉ）様々な種類の非生物材料及び生物材料（例えば、ガラス、金属、結晶多形、ポリマー粒子、哺乳類細胞、酵母、及びバクテリア）の分離又は分析、（ｉｉ）密度の変化に伴う化学プロセス（例えば、固体支持体上における化学反応及び重合）の監視、結合事象（例えば、リガンドと酵素の結合、抗体と抗原の結合、抗体と細胞の結合）の監視、（ｉｉｉ）非接触による物体の配向、３次元における自己集合、及び（ｉｖ）射出成形プラスチック部品の品質管理、を実行することができる。
【００６３】
一態様では、第１筒形磁石と、
前記第１筒形磁石と同軸上に並んだ第２筒形磁石と、
前記第１筒形磁石と同軸上に並んだ第１空洞と、
を含む磁気浮上システムが説明され、
前記第１筒形磁石及び前記第２筒形磁石の同極の表面は、互いに平行になって対向し、前記第１筒形磁石と前記第２筒形磁石との間に線形磁場が発生する。
【００６４】
いくつかの実施形態では、第１空洞は、筒形である。他の実施形態では、第１空洞の断面は、三角形、四角形、六角形等の対称的な形状である。いくつかの実施形態では、出願人は、驚くべきことに、（電磁石を使用するアンチヘルムホルツ構成のように）一対の円筒形磁石（例えば、リング磁石）の同極を対向させると、線形の軸対称磁場が得られ、反磁性体や弱常磁性体（すなわち、常磁性が比較的弱く、磁化率が比較的小さい物質、例えばアルミニウム）を、常磁性媒体（例えば、ＭｎＣｌ２やＧｄＣｌ３の水溶液）の中で浮上させ、密度に基づく分析、分離、及び操作を行うことができることを見出した。いくつかの実施形態では、リング磁石間の線形磁場を利用することで、密度測定の較正及び実行の手順を効率的に行うことができる。いくつかの実施形態では、磁場の非線形部分、特にリング磁石の空洞内の磁場を利用して、密度に基づいた分離及び操作を実行することができる。
【００６５】
いくつかの実施形態では、図１Ｂを参照して、アキシアルＭａｇＬｅｖシステムが説明される。図１Ｂに示すように、１以上の実施形態によれば、アキシアルＭａｇＬｅｖシステム１００は、第１筒形磁石１０１と、第１筒形磁石１０１と同軸上に並んだ第２筒形磁石１０３と、第１筒形磁石１０１と同軸上に並んだ第１筒形空洞１０５と、を含む。いくつかの実施形態では、第１筒形空洞１０５は、第１筒形磁石１０１の高さ全体にわたっている。他の実施形態では、第１筒形空洞１０５は、第１筒形磁石１０１の高さの一部にわたっている。いくつかの実施形態では、磁気浮上システム１００は、第２筒形磁石１０３と同軸上に並んだ第２筒形空洞１１１を含む。いくつかの実施形態では、第２筒形空洞１１１は、第２筒形磁石１０３の高さ全体にわたっている。他の実施形態では、第２筒形空洞１１１は、第２筒形磁石１０３の高さの一部にわたっている。いくつかの実施形態では、第１筒形磁石１０１及び第２筒形磁石１０３は、ＮｄＦｅＢ磁石である。いくつかの実施形態では、第１空洞１０５及び第２空洞１１１は、それぞれ、筒形である。他の実施形態では、第１空洞及び／又は第２空洞の断面は、三角形、四角形、六角形等の対称的な形状である。
【００６６】
出願人は、驚くべきことに、本明細書に開示された（２つの同極が対向した筒形磁石を備える）１以上の実施形態に係るＭａｇＬｅｖシステムによれば、第１磁石と第２磁石との間において線形磁場が得られることを見出した。いくつかの実施形態では、磁石のサイズ、磁石のアスペクト比、及び／又は２つの磁石間の距離は、線形磁場が得られるように更に最適化される。いくつかの実施形態では、（同軸上に配置され、同極を対向させた）２つのリング磁石間に発生する最適化された線形磁場により、常磁性体懸濁媒体の中で反磁性体及び弱常磁性体を浮上させることができ、密度測定をより簡単に行うことができる。
【００６７】
いくつかの実施形態では、線形磁場は、第１磁石１０１と第２磁石１０３との間のスペース１０７に存在する。いくつかの実施形態では、線形磁場は、第１筒形空洞１０５及び／又は第２筒形空洞１１１の中まで延在する。いくつかの特定の実施形態では、線形磁場は、第１筒形空洞１０５及び／又は第２筒形空洞１１１の高さの少なくとも約半分中まで延在する。１以上の実施形態によると、本明細書で使用される用語「線形磁場」は、概要、磁場が線形勾配を持つように、磁場のベクトルが構成の中心軸に沿って線形に変化することを指す。
【００６８】
いくつかの実施形態では、筒形磁石を「リング磁石」とも呼ぶ。いくつかの実施形態では、第１筒形磁石と第２筒形磁石とは、異なる半径又は高さを有する。いくつかの実施形態では、第１筒形磁石及び第２筒形磁石は、同じ半径、同じ高さ、又はこれらの双方を有する。
【００６９】
いくつかの実施形態では、アキシアルＭａｇＬｅｖシステムは、常磁性媒体を保持するように構成され、第１筒形磁石と第２筒形磁石との間に少なくとも部分的に配置された容器（例えば、図１Ｂの１０９）を更に含む。いくつかの実施形態では、容器１０９は、常磁性媒体又は常磁性サンプル又は反磁性サンプルを添加又は除去することができるように構成された入口１１３を更に含む。図１Ｂに示すように、特定の実施形態では、容器１０９は、２つの端部（上端及び下端）を含み、そのうちの少なくとも一方（例えば、容器１０９の上端）は、第１筒形空洞１０５の中まで、又は第１筒形空洞１０５を通って延在する。いくつかの実施形態では、第１筒形空洞１０５により、２つの対抗する磁石１０１と磁石１０３との間に容器１０９を容易に配置し、アキシアルＭａｇＬｅｖシステム１００から容器１０９を容易に除去することが可能となる。両者は第１筒形空洞１０５を介して実行できる。いくつかの実施形態では、容器の他端（例えば、容器１０９の下端）は、第２筒形空洞１１１の中まで、又は第２筒形空洞を通って延在する（図１Ｂに図示せず）。同様に、いくつかの実施形態では、第２筒形空洞１１１により、２つの対抗する磁石１０１と磁石１０３との間に容器１０９を容易に配置し、アキシアルＭａｇＬｅｖシステム１００から容器１０９を容易に除去することが可能となる。両者は第２筒形空洞１１１を介して実行できる。容器の非限定的な例は、キュベット及び試験管を含む。
【００７０】
いくつかの実施形態では、第１筒形磁石及び／又は第２筒形磁石のサイズ及び／又はアスペクト比によって、２つの筒形磁石の間に線形磁場が発生することを説明する。いくつかの実施形態では、第１筒形磁石及び第２筒形磁石の同極の表面間の距離はｄであり、第１筒形磁石及び第２筒形磁石の高さは、それぞれ、ｈ１とｈ２であり、ｈ１及びｈ２のうちの少なくとも１つとｄとの比は、約０．２：１〜約１０：１である。いくつかの実施形態では、ｈ１及びｈ２のうちの少なくとも１つとｄとの比は、約０．５：１、０．８：１、１：１、１．５：１、２：１、３：１、４：１、５：１、６：１、７：１、８：１、９：１、又は１０：１であり、又は、本明細書に開示された２つの比のいずれかの値で囲まれた範囲内にある。
【００７１】
したがって、いくつかの実施形態では、ｈ１とｄとの比又はｈ２とｄとの比は、約０．５：１〜約１０：１、約１：１〜約１０：１、約２：１〜約１０：１、約３：１〜約１０：１、約４：１〜約１０：１、約５：１〜約１０：１、約６：１〜約１０：１、約７：１〜約１０：１、約８：１〜約１０：１、又は約９：１〜約１０：１である。いくつかの実施形態では、ｈ１とｄとの比又はｈ２とｄとの比は、約０．５：１〜約９：１、約１：１〜約９：１、約２：１〜約９：１、約３：１〜約９：１、約４：１〜約９：１、約５：１〜約９：１、約６：１〜約９：１、約７：１〜約９：１、又は約８：１〜約９：１である。いくつかの実施形態では、ｈ１とｄとの比又はｈ２とｄとの比は、約０．５：１〜約８：１、約１：１〜約８：１、約２：１〜約８：１、約３：１〜約８：１、約４：１〜約８：１、約５：１〜約８：１、約６：１〜約８：１、又は約７：１〜約８：１である。
【００７２】
いくつかの実施形態では、ｈ１とｄとの比又はｈ２とｄとの比は、約０．５：１〜約４：１、約０．７５：１〜約３：１、約１：１〜約２：１、約１．５：１〜約２：１、約１．６：１〜約１．８である。
【００７３】
いくつかの実施形態では、ｈ１及びｈ２のうちの少なくとも１つとｄとの比は、約１．６７：１である。
【００７４】
いくつかの実施形態では、第１筒形磁石の内径は、ｉｄ１であり、ｉｄ１とｄとの比は、約０．２：１〜約１０：１である。したがって、いくつかの実施形態では、ｉｄ１とｄとの比は、約０．５：１〜約１０：１、約１：１〜約１０：１、約２：１〜約１０：１、約３：１〜約１０：１、約４：１〜約１０：１、約５：１〜約１０：１、約６：１〜約１０：１、約７：１〜約１０：１、約８：１〜約１０：１、又は約９：１〜約１０：１である。いくつかの実施形態では、ｉｄ１とｄとの比は、約０．５：１〜約９：１、約１：１〜約９：１、約２：１〜約９：１、約３：１〜約９：１、約４：１〜約９：１、約５：１〜約９：１、約６：１〜約９：１、約７：１〜約９：１、又は約８：１〜約９：１である。いくつかの実施形態では、ｉｄ１とｄとの比は、約０．５：１〜約８：１、約１：１〜約８：１、約２：１〜約８：１、約３：１〜約８：１、約４：１〜約８：１、約５：１〜約８：１、約６：１〜約８：１、又は約７：１〜約８：１である。
【００７５】
いくつかの実施形態では、ｉｄ１とｄとの比は、約０．５：１〜約４：１、約０．７５：１〜約３：１、約１：１〜約２：１、約１．５：１〜約２：１、又は約１．６：１〜約１．８である。
【００７６】
いくつかの実施形態では、ｉｄ１とｄとの比は、約１．６７：１である。
【００７７】
いくつかの実施形態では、第１筒形磁石の外形は、ｏｄ１であり、ｏｄ１とｄとの比は、約０．３：１〜約１００：１である。したがって、いくつかの実施形態では、ｏｄ１とｄとの比は、約０．５：１〜約５０：１、約１：１〜約５０：１、約２：１〜約５０：１、約３：１〜約５０：１、約４：１〜約５０：１、約５：１〜約５０：１、約６：１〜約５０：１、約７：１〜約５０：１、約８：１〜約５０：１、約９：１〜約５０：１、又は約１０：１〜約５０：１である。いくつかの実施形態では、ｏｄ１とｄとの比は、約１：１〜約１０：１、約２：１〜約９：１、約３：１〜約８：１、約４：１〜約７：１、約４：１〜約６：１、又は約４：１〜約５：１である。
【００７８】
いくつかの実施形態では、ｏｄ１とｄとの比は、約５：１である。
【００７９】
いくつかの実施形態では、第１筒形磁石の内径（ｉｄ１）：外形（ｏｄ１）：高さ（ｈ１）：第１筒形磁石及び第２筒形磁石の同極の表面間の距離（ｄ）の比は、約１〜５：１〜１０：１〜５：１である。いくつかの実施形態では、第１筒形磁石の内径（ｉｄ１）：外形（ｏｄ１）：高さ（ｈ１）：第１筒形磁石及び第２筒形磁石の同極の表面間の距離（ｄ）の比は、約１〜３：２〜８：１〜３：１である。いくつかの実施形態では、第１筒形磁石の内径（ｉｄ１）：外形（ｏｄ１）：高さ（ｈ１）：第１筒形磁石及び第２筒形磁石の同極の表面間の距離（ｄ）の比は、約１〜２：３〜６：１〜２：１である。いくつかの実施形態では、第１筒形磁石の内径（ｉｄ１）：外形（ｏｄ１）：高さ（ｈ１）：第１筒形磁石及び第２筒形磁石の同極の表面間の距離（ｄ）の比は、約１．６７：５：１．６７：１である。
【００８０】
いくつかの実施形態では、第２筒形磁石の内径は、ｉｄ２であり、ｉｄ２とｄとの比は、約０．２：１〜約１０：１である。したがって、いくつかの実施形態では、ｉｄ２とｄとの比は、約０．５：１〜約１０：１、約１：１〜約１０：１、約２：１〜約１０：１、約３：１〜約１０：１、約４：１〜約１０：１、約５：１〜約１０：１、約６：１〜約１０：１、約７：１〜約１０：１、約８：１〜約１０：１、又は約９：１〜約１０：１である。いくつかの実施形態では、ｉｄ２とｄとの比は、約０．５：１〜約９：１、約１：１〜約９：１、約２：１〜約９：１、約３：１〜約９：１、約４：１〜約９：１、約５：１〜約９：１、約６：１〜約９：１、約７：１〜約９：１、又は約８：１〜約９：１である。いくつかの実施形態では、ｉｄ２とｄとの比は、約０．５：１〜約８：１、約１：１〜約８：１、約２：１〜約８：１、約３：１〜約８：１、約４：１〜約８：１、約５：１〜約８：１、約６：１〜約８：１、又は約７：１〜約８：１である。
【００８１】
いくつかの実施形態では、ｉｄ２とｄとの比は、約０．５：１〜約４：１、約０．７５：１〜約３：１、約１：１〜約２：１、約１．５：１〜約２：１、又は約１．６：１〜約１．８である。
【００８２】
いくつかの実施形態では、ｉｄ２とｄとの比は、約１．６７：１である。
【００８３】
いくつかの実施形態では、第２筒形磁石の外形は、ｏｄ２であり、ｏｄ２とｄとの比は、約０．３：１〜約１００：１である。したがって、いくつかの実施形態では、ｏｄ２とｄとの比は、約０．５：１〜約５０：１、約１：１〜約５０：１、約２：１〜約５０：１、約３：１〜約５０：１、約４：１〜約５０：１、約５：１〜約５０：１、約６：１〜約５０：１、約７：１〜約５０：１、約８：１〜約５０：１、約９：１〜約５０：１、又は約１０：１〜約５０：１である。いくつかの実施形態では、ｏｄ２とｄとの比は、約１：１〜約１０：１、約２：１〜約９：１、約３：１〜約８：１、約４：１〜約７：１、約４：１〜約６：１、又は約４：１〜約５：１である。
【００８４】
いくつかの実施形態では、ｏｄ２とｄとの比は、約５：１である。
【００８５】
いくつかの実施形態では、第２筒形磁石の内径（ｉｄ２）：外形（ｏｄ２）：高さ（ｈ２）：第１筒形磁石及び第２筒形磁石の同極の表面間の距離（ｄ）の比は、約１〜５：１〜１０：１〜５：１である。いくつかの実施形態では、第２筒形磁石の内径（ｉｄ２）：外形（ｏｄ２）：高さ（ｈ２）：第１筒形磁石及び第２筒形磁石の同極の表面間の距離（ｄ）の比は、約１〜３：２〜８：１〜３：１である。いくつかの実施形態では、第２筒形磁石の内径（ｉｄ２）：外形（ｏｄ２）：高さ（ｈ２）：第１筒形磁石及び第２筒形磁石の同極の表面間の距離（ｄ）の比は、約１〜２：３〜６：１〜２：１である。いくつかの実施形態では、第２筒形磁石の内径（ｉｄ２）：外形（ｏｄ２）：高さ（ｈ２）：第１筒形磁石及び第２筒形磁石の同極の表面間の距離（ｄ）の比は、約１．６７：５：１．６７：１である。
【００８６】
いくつかの実施形態では、第２筒形空洞１１１は、第２筒形磁石１０３の高さ全体にわたるとともに、第２筒形磁石１０３と同軸上に並び、第１筒形磁石及び／又は第２筒形磁石の内径は、約１５ｍｍ〜約４０ｍｍである。いくつかの実施形態では、第１筒形磁石又は第２筒形磁石の内径は、約１５ｍｍ〜約４０ｍｍ、約２０ｍｍ〜約３０ｍｍ、又は約２２ｍｍ〜約２７ｍｍである。いくつかの実施形態では、第１筒形磁石及び／又は第２筒形磁石の内径は、約２５ｍｍである。
【００８７】
いくつかの実施形態では、第１筒形磁石及び／又は第２筒形磁石の外径は、約５０ｍｍ〜約１００ｍｍである。いくつかの実施形態では、第１筒形磁石及び／又は第２筒形磁石の外径は、約６０ｍｍ〜約９０ｍｍである。いくつかの実施形態では、第１筒形磁石及び／又は第２筒形磁石の外径は、約７０ｍｍ〜約８０ｍｍである。いくつかの特定の実施形態では、第１筒形磁石又は第２筒形磁石の外径は、約７５，７６，又は７７ｍｍである。
【００８８】
いくつかの実施形態では、第１筒形磁石及び／又は第２筒形磁石の高さは、約１５ｍｍ〜約５０ｍｍ、約１５ｍｍ〜約４０ｍｍ、約２０ｍｍ〜約３０ｍｍ、又は約２０ｍｍ〜約２５ｍｍである。いくつかの実施形態では、第１筒形磁石又は第２筒形磁石の高さは、約２５ｍである。
【００８９】
いくつかの実施形態では、第１筒形磁石及び第２筒形磁石の同極の表面間の距離は、約５ｍｍ〜約５０ｍｍである。いくつかの実施形態では、第１筒形磁石及び第２筒形磁石の同極の表面間の距離は、約１５ｍｍである。
【００９０】
いくつかの実施形態では、第１筒形磁石及び第２筒形磁石の共通軸に沿った最大磁場は、約０．２０〜０．５０Ｔである。いくつかの特定の実施形態では、第１筒形磁石と第２筒形磁石との間の中心軸に沿った最大Ｂｏは、〜０．３３Ｔであり、線形磁場は、リング磁石の空洞内まで延在する（磁石間の離隔距離の約半分）。特定の理論により拘束されることを望まないが、本明細書の１以上の実施形態に記載のデバイスの形状は、反磁性サンプル及び弱常磁性サンプルの密度に基づく分析及び分離の実行を容易にし、（例えば、サンプル容器を磁石に対して相対的に移動させることによって）浮上物体を取り囲む常磁性媒体を交換することを容易にすると考えられる。
【００９１】
いくつかの実施形態では、常磁性媒体は、常磁性化合物の水溶液を含む。いくつかの実施形態では、常磁性化合物は、ＭｎＣｌ２、ＭｎＢｒ２、ＣｕＳＯ４、ＧｄＣｌ３、ＤｙＣｌ３、ＨｏＣｌ３、Ｇｄキレート化合物、及びこれらの組合せからなる群から選択される。いくつかの特定の実施形態では、Ｇｄキレート化合物は、ガドリニウム（ＩＩＩ）ジエチレントリアミン五酢酸である。
【００９２】
いくつかの実施形態では、常磁性媒体は、ＭｎＣｌ２水溶液を含む。いくつかの実施形態では、常磁性媒体は、疎水性常磁性媒体又は常磁性イオン液体を含む。
【００９３】
他の態様では、反磁性サンプル又は常磁性サンプルを分析する方法が記載され、前記方法は、
本明細書に記載された実施形態のいずれか１つのシステムを提供するステップと、
常磁性媒体を保持するように構成された容器を前記第１筒形磁石と前記第２筒形磁石との間に配置するステップと、
常磁性媒体と、反磁性又は常磁性サンプルとを、別々に又は一緒に前記容器に添加するステップと、
前記第１筒形磁石と前記第２筒形磁石との間の前記線形磁場の下で、前記反磁性サンプル又は常磁性サンプルを浮上させるステップと、
を含む。
【００９４】
いくつかの実施形態では、前記常磁性媒体又は前記常磁性サンプル又は前記反磁性サンプルは、第１筒形空洞を介して添加される。いくつかの実施形態では、前記方法は、前記常磁性媒体又は前記常磁性サンプル又は前記反磁性サンプルを除去するステップを更に含む。いくつかの実施形態では、前記常磁性媒体又は前記常磁性サンプル又は前記反磁性サンプルは、前記第１筒形空洞を介して除去される。
【００９５】
いくつかの実施形態では、前記常磁性媒体は、常磁性化合物の水溶液、疎水性常磁性媒体、又は常磁性イオン液体を含む。いくつかの実施形態では、前記常磁性化合物は、ＭｎＣｌ２、ＭｎＢｒ２、ＣｕＳＯ４、ＧｄＣｌ３、ＤｙＣｌ３、ＨｏＣｌ３、Ｇｄキレート化合物、及びこれらの組合せからなる群から選択される。いくつかの実施形態では、前記Ｇｄキレート化合物は、ガドリニウム（ＩＩＩ）ジエチレントリアミン五酢酸である。いくつかの実施形態では、前記常磁性媒体は、ＭｎＣｌ２水溶液を含む。いくつかの実施形態では、前記常磁性媒体は、臭化セチルトリメチルアンモニウムを更に含む。いくつかの特定の実施形態では、前記常磁性サンプル又は前記反磁性サンプルは、架橋高分子を含む。
【００９６】
いくつかの実施形態では、前記方法は、前記架橋高分子の密度を決定するステップを更に含む。いくつかの実施形態では、前記方法は、前記システムにおけるサンプルの浮上高さとその密度とを相関させた標準曲線を生成するステップと、前記標準曲線及び前記システムにおける浮上高さを用いて、前記架橋高分子の密度を決定するステップと、を更に含む。いくつかの実施形態では、前記架橋高分子は、ＰＤＭＳを含む。
【００９７】
本明細書では、様々な要素を説明するために、第１、第２、第３等の用語を使用することがあるが、これらの要素はこれらの用語によって限定されない。これらの用語は、単にある要素を別の要素から区別するために使用される。したがって、後述する第１の要素を、例示的な実施形態の教示から逸脱することなく、第２の要素と呼ぶことができる。「上」、「下」、「左」、「右」、「前」、「後ろ」等の空間的に相対的な用語は、本明細書において、図示のように、説明を容易にして、ある要素と別の要素との関係を説明するために使用される。空間的に相対的な用語、及び図示された構成は、本明細書に記載され、図に描かれた方向に加えて、使用時又は操作時の装置の異なる方向を包含することが意図されていることが理解されるであろう。例えば、図中の装置をひっくり返すと、他の要素又は特徴の「下（below）」又は「下（beneath）」として記載されている要素は、他の要素又は特徴の「上」に向く。したがって、例示的な用語である「上」は、上向きと下向きの両方を包含する可能性がある。装置は、他の方向に向けられてもよく（例えば、９０度回転し、又は他の方向に配置されてもよく）、それに応じて、本明細書で説明される空間的に相対的な記述子が解釈される。さらに、本開示では、ある要素が他の要素に「連結されている」、「上にある」、「接続されている」、「結合されている」、「接触している」等といわれる場合、特に指定がない限り、他の要素に直接的に連結され、上にあり、接続され、結合され、又は接触していてもよく、又は、介在する要素が存在してもよい。
【００９８】
本明細書で使用される用語は、特定の実施形態を説明するためのものであり、例示的な実施形態を限定することを意図しない。特定の実施形態では、「ａ」や「ａｎ」のような単数形は、文脈が示す場合を除き、複数形も含むことを意図する。さらに、「含む（includes）」、「含む（including）」、「含む（comprises）」、及び「含む（comprising）」という用語は、記載された要素又はステップの存在を特定するものであり、１以上の他の要素又はステップの存在又は追加を排除するものではない。
【００９９】
例
次に、特定の実施形態について、以下の非限定的な例で説明する。
【０１００】
図１Ａは、いくつかの実施形態に係るＭａｇＬｅｖデバイスの構成を例示する。ＭａｇＬｅｖデバイスは、同軸上に４５．０ｍｍの離隔距離で配置され、同極を対向させた２つのブロック磁石（例えば、ＮｄＦｅＢ永久磁石、Ｗ×Ｌ×Ｈ：５０．８ｍｍ×５０．８ｍｍ×２５．４ｍｍ）を備える。いくつかの実施形態では、キュベット（例えば、高さ４５ｍｍ）は、常磁性媒体（例えば、ＭｎＣｌ２の水溶液）中で、（図１Ａでは３ｍｍの球体で表されている）反磁性試料を浮上させるために使用される一般的な容器である。
【０１０１】
いくつかの実施形態では、アキシアルＭａｇＬｅｖデバイスは、筒形磁石、例えばリング磁石を含むため、図１ＡのＭａｇＬｅｖデバイスの中に存在する磁場中において、物理的なサンプリングに対する物理障壁を取り除く構成になっている。したがって、いくつかの実施形態では、アキシアルＭａｇＬｅｖは、密度に基づく分析、分離、及び操作を実行するための手順を簡略化する。特定の実施形態では、（同軸上に配置され、同極を対向させた）２つのリング磁石間に発生する最適化された線形磁場により、常磁性体懸濁媒体の中で反磁性体（及び弱常磁性体、例えばアルミニウム）を浮上させることができ、密度測定をより簡単に行うことができる。特定の実施形態では、このアキシアル構成により、（ｉ）容器の開口部からサンプル及び／又は常磁性媒体を添加すること、及び、磁場の中で浮遊しているサンプル（例えば、小粒子群の亜集団）を容器から取り出すこと、（ｉｉ）サンプル容器の周囲３６０°、及び上と下からサンプルを見ること、及び（ｉｉｉ）少量のサンプル（実証されているように、サブミリ（sub-millimeter）粒子１個程度）の密度測定を容易にすること、が可能となる。アキシアルＭａｇＬｅｖデバイスのコンパクトなデザイン、携帯性、手頃な価格、使いやすさは、材料科学、化学、生化学等の分野で、様々な種類のサンプル（例えば、固体、液体、粉末、ペースト、ゲル、及び生物体）を分析、分離、及び／又は操作する際に、磁気的方法の用途を広げることになるであろう。
【０１０２】
いくつかの実施形態では、一対のリング磁石を（電磁石を使用するアンチヘルムホルツ構成のように）同極同士が対向するように配置して軸対称の線形磁場を作り、この磁場を利用して常磁性媒体（例えば、ＭｎＣｌ２又はＧｄＣｌ３の水溶液）の中で反磁性体及び弱常磁性体（例えば、アルミニウム）を浮上させ、密度に基づいた分析、分離、及び操作を行った（図１Ｂ）。いくつかの実施形態では、リング磁石間の線形磁場を利用することで、密度測定の較正及び実行の手順を簡略化することができる。他の実施形態では、磁場の非線形部分、特にリング磁石の空洞内の磁場を利用して、密度に基づいた分離及び操作を実行することができる。
【０１０３】
図１Ｂは、１又は複数の実施形態に係る、１５．０ｍｍの離隔距離で同軸上に配置された、同極を対向させた２つのリング磁石（例えば、ＮｄＦｅＢ永久磁石、ＯＤ×ＩＤ×Ｈ：７６．２ｍｍ×２５．４ｍｍ×２５．４ｍｍ）を含む、アキシアルＭａｇＬｅｖデバイスを例示する。これらの実施形態では、デバイスのサイズを示すために、（図１Ｂでは３ｍｍの球体によって表された）サンプルを収容したキュベットが含まれる。
【０１０４】
いくつかの実施形態では、磁石のサイズ及びアスペクト比は、線形磁場が得られるように最適化された。特定の実施形態では、磁石間の中心軸に沿った最大Ｂｏは、約０．３Ｔ，０．４Ｔ，０．５Ｔ，０．６Ｔ，０．７Ｔ，０．８Ｔ，０．９Ｔ，１．０Ｔ、又は本明細書で開示されている任意の２つの値で囲まれた範囲内にある。特定の実施形態では、磁石間の中心軸に沿った最大Ｂｏは、〜０．３３Ｔであり、線形磁場は、リング磁石の空洞内まで延在する（磁石間の離隔距離の約半分）。これらの実施形態では、この形状は、反磁性サンプル及び弱常磁性サンプルの密度に基づく分析及び分離の実行を容易にし、（例えば、サンプル容器を磁石に対して相対的に移動させることによって）浮上物体を取り囲む常磁性媒体を交換することを容易にする。
【０１０５】
いくつかの実施形態では、２つのリング磁石を使用するアキシアルＭａｇＬｅｖ構成は、多くの新しい手順を利用可能にし、又は従来のＭａｇＬｅｖの手順に比べてより容易である。いくつかの実施形態において、このアキシアル構成では、サンプル容器の上部と下部の両方に簡単にアクセスできるため、サンプル容器を磁場から取り除くことなく、サンプルの回収、及び浮上物を取り囲む常磁性媒体の交換が簡単にできる。
【０１０６】
デバイスの設計
いくつかの実施形態では、２つのリング磁石（例えば、ＮｄＦｅＢ永久磁石）が、磁石間の磁場の勾配が直線的になるように同極を対向させて同軸上に配置され、中心軸が重力ベクトルに一致した。図２Ａに示すように、Ｃｏｍｓｏｌ（登録商標）を用いて磁場のシミュレーションを行い、内径（ｉｄ）、外径（ｏｄ）、磁石の高さ（ｈ）、磁石間の距離（ｄ）を含むリング磁石の形状を最適化することで、磁石間の線形磁場の強さを最大化した。いくつかの実施形態では、磁石の物理的サイズが増加又は減少しても、磁場の空間特性（profile）（すなわち、磁場の空間分布）は変化しないという、１又は複数の永久磁石によって生成される磁場の「相似（homothetic）」特性が利用された。いくつかの実施形態では、複数の磁石の「アスペクト比」（すなわち、ｉｄ：ｏｄ：ｈ：ｄ）を最適化して磁場の強さを最大化した（詳細については図６Ａ〜６Ｆ及び表２を参照）。これらのシミュレーションの結果から、いくつかの実施形態では、磁石間の磁場の強さは、約０．４Ｔ又は０．５ＴまでのＢｏに対して線形であり得ることが示唆された。磁石間の間隙における線形勾配に焦点を当てたが、線形勾配の全範囲は、いくつかの実施形態では、リング磁石の空洞内にわずかに延在し、図１Ｂに示す構成の場合、リング磁石の内径とほぼ同じサイズである。
【０１０７】
図２Ａ〜２Ｃは、１又は複数の実施形態による、リング磁石を用いたＭａｇＬｅｖデバイスの設計を示している。図２Ａは、１又は複数の実施形態による、同極を対向させて同軸上に配置された一対の区別不可能な磁石（内径：外形：高さ：離隔距離＝１：３：１：０．６）と、常磁性媒体の中で浮上する反磁性物体（サンプル）と、を示す。これらの実施形態では、構成のｚ軸は、重力ベクトルと反対向きであった。図２Ｂは、１又は複数の実施形態による、中心軸（中心軸は、縦点線と重なっている）を通る垂直断面における磁場の空間特性を示す。１又は複数の実施形態による、（図２Ｂの）縦点線に沿った磁場強度Ｂｚを示す。ここでは、Ｎ４５グレードのＮｄＦｅＢ永久磁石を２個使用した構成で、Ｂｏ＝〜０．３３Ｔを実現している。このプロットでは、ｚ軸は無単位である。
【０１０８】
いくつかの実施形態では、同一形状（外径７６ｍｍ、内径２５ｍｍ、高さ２５ｍｍ）のＮｄＦｅＢリング磁石を２個、１５ｍｍ間隔で配置した。特定の理論により拘束されることを望まないが、いくつかの実施形態では、この構成は、（ｉ）磁石間に強い線形磁場（Ｂｏ＝〜０．３３Ｔ）を生成し、（ｉｉ）磁石間に大きい作動距離（１５ｍｍ）を有し、（ｉｉｉ）コンパクトであり、したがって（ｏｄとｉｄの比率が大きい磁石を使った構成とは異なり）サンプルが観察しやすく、（ｉｖ）市販の磁石を使用し、（ｖ）比較的廉価（磁石１個につき〜＄５０）な磁石を使用する、と考えられる。いくつかの実施形態では、３Ｄプリントされたプラスチックハウジング、金属ロッド、及びスクリューを使用して、空間中に磁石を機械的に固定した（図７Ａ〜７Ｂ）。いくつかの実施形態では、異なるサイズのリングが、１又は複数の磁束集中具（例えば、軟鉄板）と組み合わされて磁場を形成し、反磁性体を浮上させることもできる。
【０１０９】
図８Ａに示すように、１又は複数の実施形態によれば、中心軸に沿って２つの磁力の局小値を有する単一のリング磁石を使用して、常磁性媒体中で反磁性体を浮上させた。これらの実施形態では、この磁場の空間特性により、本明細書に開示されるアキシアルＭａｇＬｅｖシステム（例えば、図１ＢのアキシアルＭａｇＬｅｖシステム）の中で生成されるような線形磁場ではなく、左右の中心軸に沿った非線形磁場が得られることが分かった。いくつかの実施形態では、最適化された線形磁場は、密度測定の較正及び実行のプロセスを簡略化する。さらに、いくつかの実施形態では、アキシアルＭａｇＬｅｖ構成により、（ｉ）容器の開口部からサンプル及び／又は常磁性媒体を容易に添加すること、及び磁場の中で浮遊しているサンプル（例えば、小粒子群の亜集団）を容器から容易に取り出すこと、（ｉｉ）サンプル容器の周囲３６０°、及び上と下からサンプルを見ること、及び（ｉｉｉ）少量のサンプル（実証されているように、サブミリ粒子１個程度）の密度測定を容易にすること、が可能となる。
【０１１０】
常磁性媒体の選択
いくつかの実施形態では、常磁性種（例えば、ＭｎＣｌ２、ＭｎＢｒ２、ＣｕＳＯ４、ＧｄＣｌ３、ＤｙＣｌ３、ＨｏＣｌ３、Ｇｄキレート化合物（例えば、ガドリニウム（ＩＩＩ）ジエチレントリアミン五酢酸））の水溶液を用いて物体を浮遊させた。いくつかの実施形態では、これらの常磁性種は、廉価であり、（高濃度であっても）スペクトルの可視領域において透明であり、市場で入手可能である。いくつかの実施形態では、ＭａｇＬｅｖは、疎水性常磁性媒体及び常磁性イオン液体にも対応している。
【０１１１】
膨潤比を測定するための架橋高分子材料及び溶媒の選択
いくつかの実施形態では、架橋高分子材料の膨潤比を測定するために、特に、水性ＭｎＣｌ２懸濁液媒体を用いて、乾燥したサンプル及び完全に膨潤サンプルの両方の密度を測定することによって、不定形かつ少量の架橋高分子材料の疎水性溶媒中の膨潤比を測定するために、アキシアルＭａｇＬｅｖが使用された。
【０１１２】
いくつかの実施形態では、架橋高分子材料の膨潤比（体積比）は、溶媒の吸収（すなわち、材料の架橋ネットワーク内への溶媒の吸収）によって膨らむ傾向を特徴付ける。いくつかの実施形態では、この比率は、高分子材料の中に存在する架橋密度、及び、溶媒が高分子鎖と相互作用する方法を、部分的に反映している。したがって、この比率は、固相有機合成、高吸水性材料の開発、薬物放出用高分子材料の使用等の様々な分野において、架橋高分子の特性を把握するための有用なパラメータである。
【０１１３】
いくつかの実施形態では、（例えば粒子の集合体のバルク体積を観察するための）目盛り付きシリンダ、（サンプルの重量を測定するための）重力測定法、（サンプルの寸法を測定するための）光学顕微鏡、及び特殊な機器を含む様々な手法を用いて、架橋高分子材料の膨潤比を測定することができる。しかし、これらの技術は、いくつかの実施形態では、退屈であり、（グラム単位の）大量のサンプルを必要とし、及び／又は、様々な種類のサンプル（例えば、不規則な形状のサンプル、粉末、及びデリケートな素材又はゲル状の素材）への互換性に限界がある場合がある。
【０１１４】
いくつかの実施形態では、アキシアルＭａｇＬｅｖは、溶媒中の架橋高分子材料の膨潤比を測定するためのシンプルで幅広い対応性のあるツールとして開発された。いくつかの実施形態では、架橋ＰＤＭＳが、モデル材料として選択された。（ＰＤＭＳに基づくマイクロ流体デバイスの開発に関連して）様々な有機溶媒中におけるＰＤＭＳの膨潤挙動が特徴的であった。
【０１１５】
いくつかの実施形態では、アキシアルＭａｇＬｅｖ技術は、ＭｎＣｌ２水溶液を使用してサンプルを浮上させた。ＰＤＭＳサンプルを膨潤させるために使用された溶媒は、水溶液中に溶解されない。従来の研究で特徴づけられた３９の溶媒のうち、ここでは次の３つの例示的な疎水性溶媒を研究する：クロロホルム、クロロベンゼン、及びトルエン。いくつかの実施形態では、水混和性溶媒を使用する場合、サンプル（溶媒に浸されたＰＤＭＳ）と、（例えば、疎水性溶媒中に溶解した疎水性Ｇｄキレートを使用する）懸濁媒体と、溶解性についての互換性が必要となる場合がある。
【０１１６】
較正
いくつかの実施形態では、疎水性の有機液体をデバイスの構成に使用した。その理由は、疎水性の有機液体が、（ｉ）密度が既知であること、（ｉｉ）小滴（例えば直径１〜２ｍｍ）として使用でき、（一般的に使用される〜４ｍｍの不規則な形状の標準ガラスビーズと比較して）重心の正確な位置決めが容易であること、（ｉｉｉ）市販されていること、にある。いくつかの実施形態では、疎水性溶媒中への水の溶解度が溶媒の密度に与える影響は無視できる。例えば、いくつかの実施形態では、クロロベンゼン中への水の溶解度は、室温で０．３ｍｏｌ％であり、溶解水においては、０．０１％未満の密度変化しか生じない。
【０１１７】
図３Ａ〜３Ｂは、１又は複数の実施形態による、非水溶性有機液体を用いたＭａｇＬｅｖデバイスの較正を示す。図３Ａは、ピペッターを介して角型キュベットに順次添加され、０．５ＭのＭｎＣｌ２の水溶液中で浮上している、１又は複数の実施形態による、５滴（〜３ｍＬ）の有機液体の列を示している。１又は複数の実施形態による、ＭｎＣｌ２溶液を用いて得られる較正曲線を示す。これらの実施形態では、キュベットの横にミリメートル目盛のついたルーラーを置き（±０．１ｍｍの読取り）、デジタルカメラで液滴の写真を撮影した。いくつかの実施形態では、浮上高さｈは、液滴の重心と下側磁石の上面との距離である（ｈを示す図２Ａを参照）。いくつかの実施形態では、３．０ＭのＭｎＣｌ２溶液の較正に使用された有機液体は、シクロヘキサン（ρ＝０．７７９ｇ／ｃｍ３）、フルオロベンゼン（ρ＝１．０２４ｇ／ｃｍ３）、ジクロロメタン（ρ＝１．３２５ｇ／ｃｍ３）、１，１，２−トリクロロトリフルオロエタン（ρ＝１．５７ｇ／ｃｍ３）、ＦＣ４０（ρ＝１．８５ｇ／ｃｍ３）であった。これらの実施形態では、直線近似の方程式は、０．５ＭのＭｎＣｌ２についてはｈ＝−６１．５ρ＋７１．９（Ｒ２＝０．９９９７）であり、３．０ＭのＭｎＣｌ２についてはｈ＝−１１．４ρ＋２１．９（Ｒ２＝０．９９９９）であった。これらの実施形態では、すべての密度は、Ｓｉｇｍａ−Ａｌｄｒｉｃｈ社によって報告された値から取った。データは、平均値±標準偏差としてプロットされたものである（すべての測定に対してＮ＝７）。エラーバーは、シンボルのサイズよりもはるかに小さいため、プロット上では見えない。いくつかの実施形態では、液滴の浮上高さは、３０分間にわたって変化しなかった。
【０１１８】
測定可能な密度の範囲
いくつかの実施形態では、図４に示すように、０．０１％（ｖ／ｖ）のＴｗｅｅｎ−２０を含む３．０ＭのＤｙＣｌ３の濃縮された水溶液を用いて、空気の泡（ρ≒０ｇ／ｃｍ３）から珪酸ジルコニウム（ρ≒３．７ｇ／ｃｍ３）までの範囲の物体を浮上させた。これらの実施形態では、サンプルは、不規則な形状のアルミニウムサンプル（厚さ２５０ｍｍのシート状のホイルから切り出されたもの）を除き、すべて球形であった。いくつかの実施形態では、角型キュベット（経路長１ｃｍ）がサンプルを浮上させるために使用され、デバイスの較正には、シクロヘキサン（ρ＝０．７７９ｇ／ｃｍ３）、ジクロロメタン（ρ＝１．３２５ｇ／ｃｍ３）、１，２−ジブロモエタン（ρ＝２．１８ｇ／ｃｍ３）、トリブロモエタン（ρ＝２．８９ｇ／ｃｍ３）の溶媒が使用された。これらの実施形態では、データの直線近似は、ｈ＝−３．４３ρ＋１２．９（Ｒ２＝０．９９９９）となった。いくつかの実施形態では、報告された密度は、材料を購入した市販業者（例えば、ＭｃＭａｓｔｅｒ−Ｃａｒｒ、Ｓｉｇｍａ−Ａｌｄｒｉｃｈなど）から得たものである。Ｎ＝７の測定であった。
【０１１９】
いくつかの実施形態では、濃縮常磁性塩（例えば、ＤｙＣｌ３）を、高い磁化率（ＤｙＣｌ３＝５．５×１０−７ｍ３／ｍｏｌ対ＭｎＣｌ２＝１．８３×１０−７ｍ３／ｍｏｌ）及び磁場強度の急峻な勾配（アキシアルＭａｇＬｅｖにおける〜４３Ｔ／ｍ対通常のＭａｇＬｅｖにおける１７Ｔ／ｍ）と組み合わせて使用することで、を組み合わせることで、幅広い密度（〜０ｇ／ｃｍ３〜３．７ｇ／ｃｍ３）に対応することができる。これに対して、従来の研究では、ＭｎＣｌ２の水溶液と従来のＭａｇＬｅｖデバイスを用いて、〜０．８ｇ／ｃｍ３〜３ｇ／ｃｍ３の範囲しか達成できなかった。いくつかの実施形態では、傾斜したＭａｇＬｅｖ（デバイスを重力ベクトルに対して傾斜させ、サンプル容器の壁にサンプルを部分的に載せながら、デバイスの中心軸に沿って浮上させる、従来のＭａｇＬｅｖの変形型）は、常温下の物質において観測される密度の全範囲（〜０ｇ／ｃｍ３〜２３ｇ／ｃｍ３）を測定することができる。いくつかの実施形態では、本明細書で開示されるアキシアルＭａｇＬｅｖシステムは、従来のＭａｇＬｅｖよりも広い密度の範囲を実証し、実験的にも非常に便利であるとともに、傾斜したＭａｇＬｅｖの潜在的な問題（例えば、サンプルがサンプル容器の壁に載る）のいくつかを回避することができた。
【０１２０】
サンプルの添加及び／又は取出しの手順
いくつかの実施形態では、アキシアルＭａｇＬｅｖ較正は、容器にサンプルを添加すること、及び／又は容器からサンプルを取り出すことを容易にすることができる。図５Ａ〜５Ｃは、１又は複数の実施形態によるこれらの手順を、「粘着性」又は粘性のサンプル（ＰＤＭＳプレポリマーの液滴及びＶａｓｅｌｉｎｅ（登録商標）ゲルのプラグ）の浮上によって、示す。このタイプのサンプルは、従来のＭａｇＬｅｖ装置や傾斜したＭａｇＬｅｖ装置では、容器の壁及び液と空気との界面に付着する傾向があるため、測定が困難であった。また、１又は複数の実施形態によるアキシアルＭａｇＬｅｖ構成によれば、サンプルの対象片を、容易に（例えば、粒子の集合体から）取り出すことが可能になる。
【０１２１】
いくつかの実施形態では、常磁性媒体が入った試験管がアキシアルＭａｇＬｅｖデバイス内に配置され、容器に、上から、「粘着性」サンプルが添加された。これらの実施形態では、サンプルは、重力によって媒体に入り、その中で浮上した（ｍｍサイズのサンプルではほぼ瞬間的に、図５Ａ〜５Ｃ）。
【０１２２】
図５Ａ〜５Ｂは、１又は複数の実施形態による、サンプルの添加及び／又は取出しの手順を示す。図５Ａは、１又は複数の実施形態による、０．５ＭのＭｎＣｌ２の水溶液中で浮上するＰＤＭＳプレポリマー（可視化のために黒鉛粉末がドープされている）の液滴を示す。いくつかの実施形態では、液滴が楕円形に見えるのは、円筒形の試験管の壁が湾曲しているために視覚的に歪んでいるからである。図５Ｂは、１又は複数の実施形態による、０．１％（ｖ／ｖ）のＴｗｅｅｎ−２０を含む３．０ＭのＭｎＣｌ２の水溶液中で浮上するシリンジから押し出されたＶａｓｅｌｉｎｅ（登録商標）ゲルのプラグを示す。図５Ｃは、１又は複数の実施形態による、密度標準ビーズの亜集団の取出しを示す。いくつかの実施形態では、取り出されたビーズは、以前に取り除かれたときと同じ高さに浮上した（３番目のパネルを参照）。これらの実施形態では、懸濁液には、０．５ＭのＭｎＣｌ２、１．４ＭのＮａＣｌ（粒子と液の密度を合わせるために使用された反磁性の共溶質）、及び０．１％（ｖ／ｖ）のＴｗｅｅｎ−２０が含まれていた。図５Ｃに示されている矢印は、１又は複数の実施形態による粒子の密度（単位：ｇ／ｃｍ３）の広がりを示す。
【０１２３】
いくつかの実施形態では、ＭａｇＬｅｖデバイスの中に配置された容器からサンプルを取り出すことは、アキシアル構成のため容易である。密度標準（ポリエチレン粒子、直径〜２００μｍ、公称密度１．１３ｇ／ｃｍ３）を用いて、１又は複数の実施形態に従ってこれを実証した。特定の実施形態では、先端が９０度曲がったガラスパスツールピペットをサンプル容器（直径〜２５ｍｍの試験管）の上部から挿入し、ＭｎＣｌ２水溶液中で浮上している粒子の亜集団を取り出した。特定の実施形態では、残りのサンプルは浮上したままであり、乱されなかった。特定の実施形態では、除去された断片は、予想通り、デバイスに戻したときに同じ媒体内で同じ高さに浮上したが（図５Ｃ）、密度の分布は〜５倍狭くなっていました（したがって、精度が向上しました）。本明細書に開示されるアキシアルＭａｇＬｅｖは、特定の実施形態では、高品質の密度標準を簡単に用意できる方法を提供する。
【０１２４】
溶媒中の架橋高分子の膨潤比
いくつかの実施形態では、ＰＤＭＳは、溶媒中の架橋高分子の膨潤挙動を特徴付けるアキシアルＭａｇＬｅｖの使用を実証するために、モデル架橋高分子として選択された。特定の実施形態では、ＰＤＭＳの小片（直径１．５ｍｍ、厚さ〜１ｍｍ、１．５ｍｍの生検パンチによって用意）を２４時間溶媒に浸した。特定の実施形態では、サンプルは、水分を吸い取られてＭａｇＬｅｖデバイスに添加され、０．１％（ｖ／ｖ）の臭化セチルトリメチルアンモニウム（気泡を除去するための界面活性剤）を含む１．５ＭのＭｎＣｌ２水溶液を用いて密度測定が行われた。いくつかの実施形態では、ＭａｇＬｅｖは、サンプルの体積（又は形状）とは無関係に、サンプルの密度を直接的に測定することができる。いくつかの実施形態では、測定された密度は、式１を用いて体積膨潤比（表１参照）に変換された。
2022502643.tif 000003
【０１２５】
いくつかの実施形態では、式１において、Ｖｓｐは膨潤サンプルの体積であり、Ｖｐは乾燥サンプルの体積であり、ρｐはサンプルの密度であり、ρｓｐは膨潤サンプルの密度であり、ρｓは溶媒の密度である。
【０１２６】
いくつかの実施形態では、同一の画像から得られた乾燥サンプル及び膨潤サンプルの直径は、浮上高さを用いて測定され、膨潤比が推定された。いくつかの実施形態では、（偏差１０％以内で）結果が一致していることから、ＭａｇＬｅｖ技術の性能が実証された。いくつかの実施形態では、文献値からの乖離は、サンプルの準備の差異に起因する可能性がある。いくつかの実施形態では、この実証は、少量のサンプルの測定において高度な道具（例えば顕微鏡）を必要としないＭａｇＬｅｖ技術のシンプルさ及び互換性をも強調する。
表１  特定の溶媒中におけるＰＤＭＳサンプルの膨潤比
2022502643.tif 000004
ａ．Ｎ＝３、３の計測の平均
ｂ．体積膨潤比は、式ｆ＝（Ｄ／Ｄ０）３を用いて計算された。ここで、Ｄは膨潤したＰＤＭＳディスクの直径であり、Ｄ０は乾燥したＰＤＭＳディスクの直径である。溶媒中においてＰＤＭＳサンプルが等方的に膨潤すると仮定した。Ｎ＝３。
ｃ．Lee et al. "Solvent Compatibility of Poly(dimethylsiloxane)-Based Microfluidic Devices" 2003, Vol.75, pp.6544-6554において報告されたＰＤＭＳの小片の膨潤比。以下の乾燥したサンプルの長さに対する膨潤したＰＤＭＳサンプルの長さの比が使用された：クロロホルム１．３９、クロロベンゼン１．２２、トルエン１．３１。これらの値は、体積膨潤比に換算された。
【０１２７】
いくつかの実施形態では、アキシアルＭａｇＬｅｖは、同極を対向させた２つのリング磁石によって生成される軸対称の磁場を利用して、密度に基づく分析、分離、及び操作を実行する。いくつかの実施形態では、ＭａｇＬｅｖのこの構成は、従来のＭａｇＬｅｖデバイスの中心軸に沿った物理的な障壁を取り除く。従来のＭａｇＬｅｖデバイスでは、サンプル容器（例えば、角型キュベット又はキャピラリー管）が２つのブロック磁石の間に物理的に挟まれている。いくつかの実施形態では、アキシアルＭａｇＬｅｖは、４つの有用な特徴を有する。すなわち、（ｉ）アキシアルＭａｇＬｅｖでは、浮上しているサンプル及び常磁性媒体へのアクセスが容易であり、サンプル又は懸濁媒体を容易に添加又は除去することができる。（ｉｉ）アキシアルＭａｇＬｅｖは、サンプル容器の周囲に完全なクリアランス（３６０°）を確保し、これにより浮上しているサンプルが観察可能であり、さらに、上からも下からもサンプルを容易に観察することができる。（ｉｉｉ）アキシアルＭａｇＬｅｖは、サンプル容器の高さを制限せず、さらに、リング磁石の内径に収まる範囲であれば、様々な種類の容器（例えば、キュベット、バイアル、試験管、メスシリンダ）に幅広く対応する。（ｉｖ）アキシアルＭａｇＬｅｖは、小さな粒子及び／又は希薄な粒子を共通の垂直軸に沿って集中させ、それらの可視化及び操作を支援する。
【０１２８】
いくつかの実施形態では、アキシアルＭａｇＬｅｖは、磁石間に線形磁場を発生させる。特定の実施形態では、密度に基づく測定及び分離を実行するために、適切な構成をして、非線形磁場が使用されてもよい。特定の実施形態では、磁場勾配（したがって密度）を単調に変化させながら、２つの磁石間の作動距離を少なくとも〜３８ｍｍまで拡張することができる。
【０１２９】
図６Ａ〜６Ｆは、１又は複数の実施形態による、Ｃｏｍｓｏｌ（登録商標）シミュレーションを用いたリング磁石の形状の選択及びリング磁石間の離隔距離を示す。図６Ａは、１又は複数の実施形態による、装置の構成を規定するために使用される４つの独立物理パラメータ（ｏｄ：外形、ｉｄ：内径、ｈ：磁石の高さ、ｄ：離隔距離）を示す模式図である。これらの実施形態において、Ｃｏｍｓｏｌ（登録商標）シミュレーションを用いて検討したパラメータの組み合わせを表２に示す。図６Ｂは、１又は複数の実施形態による、磁石間の中心軸（挿入図における点線）に沿った、〜０．４Ｔの最大磁場強度の線形勾配の特定の一例を示す。図６Ｃは、１又は複数の実施形態による、磁石間の中心軸（挿入図における点線）に沿った、〜０．５Ｔの最大磁場強度の非線形勾配の一例を示す。図６Ｄは、１又は複数の実施形態による、２つの磁石（ｏｄ：３、ｉｄ：１、ｈ：１）間の離隔距離の微調整を示す。図６Ｅは、１又は複数の実施形態による、２つの磁石間の中心軸に沿った磁場強度Ｂｚを、離隔距離を０．２〜２まで、０．２毎に変化させて示す。図６Ｆは、図６Ｅのｄ＝０．６における曲線のプロットを示す。いくつかの実施形態では、これらのパラメータのアスペクト比（ｄ＝１）は、磁場形状を最適化することに焦点を当てたため、パラメータはすべて無単位である。
【０１３０】
密度は、すべての物質の普遍的な性質であり、本明細書に記載したアキシアルＭａｇＬｅｖデバイスのような、シンプルで廉価かつ有用なＭａｇＬｅｖデバイスは、化学、生化学、及び材料科学において、ＭａｇＬｅｖに基づく密度分析の有用性を拡大し得る。いくつかの実施形態では、アキシアルＭａｇＬｅｖデバイスのコンパクトなデザイン、携帯性、手頃な価格、使いやすさは、材料の特性評価（例えば、溶媒中の架橋高分子材料の膨潤挙動）、サンプル（例えば結晶のような特に少量のもの）の分離、及び物理的に接触することなくサンプル（例えば、硬いもの、柔らかいもの、及び例えばゲルのように粘着性のあるもの）を操作することを可能にする。
表２  Ｃｏｍｓｏｌ（登録商標）シミュレーションを用いて検査されたパラメータ
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【０１３１】
材料
いくつかの実施形態では、ポリアミドイミド（Ｔｏｒｌｏｎ（登録商標））とポリテトラフルオロエチレン（Ｔｅｆｌｏｎ（登録商標））は、ＭｃＭａｓｔｅｒ−Ｃａｒｒ社から入手した。いくつかの実施形態では、アルミ箔は、Ｓｉｇｍａ−Ａｌｄｒｉｃｈ社から入手した。いくつかの実施形態では、珪酸ジルコニウムは、Ｃｏｓｐｈｅｒｉｃ  ＬＬＣから入手した。いくつかの実施形態では、空気の密度は、CRC Handbook of Chemistry and Physics, 98th Editionから得られた。
【０１３２】
膨潤比と密度との相関関係
いくつかの実施形態では、式Ｓ１は乾燥状態における架橋高分子サンプルの密度を、式Ｓ２は膨潤状態における密度を、式Ｓ３はサンプルの膨潤比を示す。
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【０１３３】
式Ｓ１〜Ｓ３において、ｍｐはサンプルの質量であり、ｍｓは膨潤サンプル中に存在する溶媒の質量であり、Ｖｓｐは膨潤サンプルの体積であり、Ｖｐは乾燥サンプルの体積であり、ρｐはサンプルの密度であり、ρｓｐは膨潤サンプルの密度であり、ρｓは溶媒の密度である。
【０１３４】
いくつかの実施形態では、膨潤サンプルについて、溶媒の質量は式Ｓ４で表される。
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【０１３５】
いくつかの実施形態では、式Ｓ１〜Ｓ４を解くことにより、膨潤比と密度との間の関係を表す式Ｓ５が得られる。
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【０１３６】
説明のために１又は複数の特定の材料又はステップを示し、記載したが、所望の結果を得るために、材料もしくはステップを特定の点で変化させ、又は材料もしくはステップを組み合わせることができることが理解できる。さらに、開示された実施形態及び請求された本発明の修正は、可能であり、この開示された発明の範囲内にある。
【図１Ａ】
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【図１Ｂ】
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【図２Ａ】
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【図２Ｂ】
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【図２Ｃ】
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【図３Ａ】
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【図３Ｂ】
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【図４】
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【図５Ａ】
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【図５Ｂ】
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【図５Ｃ】
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【図６Ａ】
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【図６Ｂ】
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【図６Ｃ】
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【図６Ｄ】
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【図６Ｅ】
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【図６Ｆ】
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【図７Ａ】
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【図７Ｂ】
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【図８Ａ】
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【図８Ｂ】
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【国際調査報告】
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