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EP1843854A1 - Vorrichtung und verfahren zum abtrennen von magnetischen oder magnetisierbaren partikeln aus einer flüssigkeit - Google Patents

Vorrichtung und verfahren zum abtrennen von magnetischen oder magnetisierbaren partikeln aus einer flüssigkeit

Info

Publication number
EP1843854A1
EP1843854A1 EP06706463A EP06706463A EP1843854A1 EP 1843854 A1 EP1843854 A1 EP 1843854A1 EP 06706463 A EP06706463 A EP 06706463A EP 06706463 A EP06706463 A EP 06706463A EP 1843854 A1 EP1843854 A1 EP 1843854A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
rods
magnetizable
head piece
bars
liquid
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Granted
Application number
EP06706463A
Other languages
English (en)
French (fr)
Other versions
EP1843854B1 (de
Inventor
Lothar A Brassard
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
PerkinElmer Chemagen Technologie GmbH
Original Assignee
Chemagen Biopolymer Technologie AG
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Chemagen Biopolymer Technologie AG filed Critical Chemagen Biopolymer Technologie AG
Publication of EP1843854A1 publication Critical patent/EP1843854A1/de
Application granted granted Critical
Publication of EP1843854B1 publication Critical patent/EP1843854B1/de
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

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Classifications

    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B03—SEPARATION OF SOLID MATERIALS USING LIQUIDS OR USING PNEUMATIC TABLES OR JIGS; MAGNETIC OR ELECTROSTATIC SEPARATION OF SOLID MATERIALS FROM SOLID MATERIALS OR FLUIDS; SEPARATION BY HIGH-VOLTAGE ELECTRIC FIELDS
    • B03C—MAGNETIC OR ELECTROSTATIC SEPARATION OF SOLID MATERIALS FROM SOLID MATERIALS OR FLUIDS; SEPARATION BY HIGH-VOLTAGE ELECTRIC FIELDS
    • B03C1/00—Magnetic separation
    • B03C1/02—Magnetic separation acting directly on the substance being separated
    • B03C1/28—Magnetic plugs and dipsticks
    • B03C1/286—Magnetic plugs and dipsticks disposed at the inner circumference of a recipient, e.g. magnetic drain bolt
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B03—SEPARATION OF SOLID MATERIALS USING LIQUIDS OR USING PNEUMATIC TABLES OR JIGS; MAGNETIC OR ELECTROSTATIC SEPARATION OF SOLID MATERIALS FROM SOLID MATERIALS OR FLUIDS; SEPARATION BY HIGH-VOLTAGE ELECTRIC FIELDS
    • B03C—MAGNETIC OR ELECTROSTATIC SEPARATION OF SOLID MATERIALS FROM SOLID MATERIALS OR FLUIDS; SEPARATION BY HIGH-VOLTAGE ELECTRIC FIELDS
    • B03C1/00—Magnetic separation
    • B03C1/02—Magnetic separation acting directly on the substance being separated
    • B03C1/025—High gradient magnetic separators
    • B03C1/031—Component parts; Auxiliary operations
    • B03C1/033—Component parts; Auxiliary operations characterised by the magnetic circuit
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B03—SEPARATION OF SOLID MATERIALS USING LIQUIDS OR USING PNEUMATIC TABLES OR JIGS; MAGNETIC OR ELECTROSTATIC SEPARATION OF SOLID MATERIALS FROM SOLID MATERIALS OR FLUIDS; SEPARATION BY HIGH-VOLTAGE ELECTRIC FIELDS
    • B03C—MAGNETIC OR ELECTROSTATIC SEPARATION OF SOLID MATERIALS FROM SOLID MATERIALS OR FLUIDS; SEPARATION BY HIGH-VOLTAGE ELECTRIC FIELDS
    • B03C1/00—Magnetic separation
    • B03C1/02—Magnetic separation acting directly on the substance being separated
    • B03C1/04—Magnetic separation acting directly on the substance being separated with the material carriers in the form of trays or with tables
    • B03C1/06—Magnetic separation acting directly on the substance being separated with the material carriers in the form of trays or with tables with magnets moving during operation
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
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    • B03C1/00—Magnetic separation
    • B03C1/02—Magnetic separation acting directly on the substance being separated
    • B03C1/30—Combinations with other devices, not otherwise provided for
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
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    • B03C2201/00—Details of magnetic or electrostatic separation
    • B03C2201/18—Magnetic separation whereby the particles are suspended in a liquid
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
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    • B03C2201/22—Details of magnetic or electrostatic separation characterised by the magnetic field, e.g. its shape or generation
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
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    • B03C2201/00—Details of magnetic or electrostatic separation
    • B03C2201/26—Details of magnetic or electrostatic separation for use in medical or biological applications

Definitions

  • Apparatus and method for separating magnetic or magnetizable particles from a liquid Apparatus and method for separating magnetic or magnetizable particles from a liquid.
  • the invention relates to devices for separating and resuspending magnetic or magnetizable particles from liquids by means of a magnetic field generated by one or more permanent magnets.
  • the invention further relates to methods for separating magnetic or magnetizable particles from liquids and mixing and resuspending magnetic or magnetizable particles in liquids by means of a magnetic field generated by one or more permanent magnets.
  • the devices and methods are suitable, for example, for applications in pharmaceutical development, biochemistry, molecular genetics, microbiology, medical diagnostics and forensic medicine.
  • the basic principle of the magnetic separation of substances from complex mixtures is based on the fact that magnetic particles (magnetizable or magnetically attractable particles) are specifically functionalized for the intended separation process, d. H. they are provided by chemical treatment with specific binding properties for the target substances to be separated.
  • the size of such magnetic particles is generally in the range of about 0.05 to 500 ⁇ m.
  • Magnetic particles which have specific binding properties for certain substances and are suitable for separating these substances from complex mixtures have been described, for example, in DE 195 28 029 A1 and are commercially available (eg, Chemagen Biopolymer-Technologie AG, DE-52499 Baesweiler) ,
  • the functionalized magnetic particles are added in a first step ("binding step") to a mixture to be purified, which contains the target substance (s) in a liquid which favors the binding of the target substance molecules to the magnetic particles (binding buffer).
  • binding step a first step
  • these magnetic particles are immobilized by application of magnetic forces or a magnetic field, for example by means of a permanent magnet, at a location of the reaction vessel inner wall ("pellet").
  • pellet the liquid supernatant is separated and discarded, for example by suction or decantation.
  • the magnetic particles are immobilized in the aforementioned manner, it is largely prevented that these particles are separated with the supernatant. Subsequently, the immobilized magnetic particles are resuspended again.
  • an elution liquid or an elution buffer is used, which is suitable for dissolving the bond between the target substance (s) and the magnetic particles, so that the target substance molecules are released from the magnetic particles and can be separated with the elution liquid, while the magnetic particles are immobilized by the action of a magnetic field.
  • one or more washing steps can be carried out before the elution step.
  • the magnetic particles can also be used directly for diagnostic or analytical studies.
  • the functionalization allows the specific binding z .B. of pathogenic substances.
  • all impurities must be removed in suitable solutions. This requires the most efficient possible mixing (washing) of the analyte-containing particles. Such a process facilitates the present invention, especially if the number of simultaneously processed samples is large or must be worked in small volumes (384 or 1536 format).
  • DE 296 14 623 Ul discloses a magnetic separator equipped with movable permanent magnets. Alternatively, it is proposed to move the magnetic particles containing reaction vessel by mechanical drive means relative to a permanently installed permanent magnet. The device described in DE 296 14 623 Ul has no magnetizable rods that dip into the sample liquid; rather, the permanent magazines each positioned next to the individual reaction vessels.
  • the apparatus described in DE 100 63 984 A1 operates according to a similar principle and has a movable magnet holder and a movable reaction vessel holder, wherein the magnets can be positioned laterally of the reaction vessels.
  • the magnetic particles are immobilized or collected on the inner wall or at the bottom of a reaction vessel as a "pellet".
  • these devices are not suitable for removing the magnetic particles from a reaction vessel. Therefore, to separate the liquid from the magnetic particles in each case the liquid must be sucked from the individual reaction vessels. This is disadvantageous because it involves a high material consumption (single pipette tips). Furthermore, it can not be prevented that individual magnetic particles are sucked with; This results in a high error rate. Further errors can be caused by dripping liquids, which lead to cross contamination.
  • DE 100 57 396 C1 proposes a magnet separator which has a multiplicity of rotatable rods which can be magnetized by an electromagnetic exciter coil.
  • the magnetic particles By immersing the rod in the liquid containing magnetic particles and pulling out the rod in the magnetized state, the magnetic particles can be removed from the liquid and optionally transferred to another reaction vessel. There they can be released by switching off the excitation coil back into a liquid, for example, in a washing or Eluti- onswashkeit.
  • the excitation coil has a relatively large amount of space, resulting in constructive limitations.
  • the geometry and geometry of the electromagnet are constrained in terms of the arrangement and number of rods, which may include limitations on sample processing. The geometry of the electromagnet, however, can not be changed arbitrarily, since then inhomogeneities of the magnetic field must be taken into account.
  • the known devices are not suitable for the simultaneous treatment of larger numbers of samples, as required for high-throughput applications (eg 364 or 1536 well plates).
  • the design effort would be immense and in addition a significantly higher susceptibility of the mechanics used would have to be accepted.
  • the known devices are also disadvantageous because they are only suitable for individual sample vessels or only for a specific, fixed predetermined arrangement of the sample vessels, for example in the form of a 96-well microtiter plate.
  • a magneto-separator apparatus be suitable or capable of being adapted for various types of sample vessels or for various types of sample vessels (e.g., 96, 364 or 1536 well plates).
  • the invention therefore an object of the invention to provide devices and methods with which the separation of magnetic particles from liquids and the transfer of magnetic particles from a liquid is made possible in another liquid, without causing the aforementioned disadvantages occur.
  • the devices and methods should be suitable for use in high-pressure procedures.
  • the devices are intended to be used on the side and in particular suitable for different types of reaction vessels.
  • the devices according to the invention for separating magnetic or magnetizable particles from a liquid are characterized by the following features:
  • a header having one or more magnetizable bars which are fixedly or detachably connected to the header;
  • One or more permanent magnets whose relative position with respect to the head piece by a predetermined movement of the / or the magnet and / or by a predetermined movement of the head piece is changeable.
  • the operation of the device is based on the fact that the / the permanent magnet (s) over the head piece (with the rods attached thereto) can be positioned. This causes the magnetization of the rod (s). This state of the device is referred to as "on".
  • the magnetizable rods When the magnetizable rods are immersed with their lower end or portion, for example, in a sample liquid having magnetic particles therein, the magnetic particles will adhere to the lower end of the rods due to the magnetic forces. The sticks with the adhered magnetic particles can then be immersed in another liquid (eg, a reagent or wash solution).
  • the permanent magnets are / are movably arranged relative to the head piece, so that the magnetization of the magnetizable bars attached to the head piece can be alternately switched on and off by movement of the magnet (s).
  • the magnet (s) is / are moved over the head piece or away from the head piece.
  • the magnetization or demagnetization can also be achieved by moving the head piece under the magnet (s) or away from the magnet, in which case the magnet (s) are preferably arranged stationary.
  • the head piece By the movement of the head piece (with the magnetizable bars attached thereto), it can assume a first position, in which the head piece is located below the area of the permanent magnet (switched-on state), or it can assume a second position in which it is located is outside the specified range (switched off state).
  • the device By being able to temporarily magnetize the rods, the device can be used to remove magnetic particles from a first fluid by means of the magnetizable rods and to transfer them into a second or further fluid and release them there.
  • the arrangement of a permanent magnet which may also be composed of a plurality of individual magnets, a substantially homogeneous magnetic field is generated.
  • a substantially homogeneous magnetic field is generated.
  • the arrangement of a larger number of rods, for example in several rows, is made possible, wherein the magnetic field at each of the bars is approximately equal; This is particularly advantageous in terms of reproducibility of high throughput processes.
  • the devices according to the invention also have the advantage that the magnetic particles - in the magnetized state - accumulate substantially at the tip of the rods whereby the adhering substances to be separated can be absorbed in comparatively small elution volumes. This guarantees - for diagnostic or analytical investigations essentially high concentrations of the substances to be separated.
  • all hard magnetic materials known to the person skilled in the art can be used for producing the permanent magnets, in particular ferrites, Al-Ni-Co alloys and rare earth magnets (preferably NdFeB); Such magnetic materials and magnets are commercially available from various manufacturers.
  • the number of magnetizable rods attached to the header depends on the number of samples or the number of wells in liquid containers that are to be treated simultaneously at most.
  • Microtiter plates in particular with 96, 384 or 1536 depressions ("wells") are preferably used as containers, so that corresponding numbers of magnetizable bars are provided for these cases.
  • sample tubes or reaction vessels having a volume of, for example, 0, 015 to 100 ml, which can be treated individually or in groups, in each case in combination with magnetizable rods adapted thereto.
  • the magnetizable rods are preferably made of a soft magnetic material, for example of soft iron (in particular Fe nickel). Alloys) or magnetizable steel. Their length and diameter depend on the intended application, in particular on the dimensions of the containers and the volumes of liquid, and can be varied accordingly. If a group of multiple rods (for example 96, 384 or 1536) is used, then these rods each have the same length, thickness and material condition.
  • the rods may optionally be hollow inside, ie be formed as tubes, wherein the lower end is preferably closed. In particular, the rods may be shaped as sleeves, as described below.
  • the magnetic bars are substantially perpendicular and parallel to each other, and the individual bars of a group or array are preferably equidistant from adjacent bars.
  • Particularly preferred is a grid-like arrangement of the rods, which corresponds to the arrangement of the wells in conventional microtiter plates.
  • the invention therefore also extends to arrangements of magnetizable bars in which a plurality of magnetizable bars (4) are mounted on a base plate (9), the bars being substantially parallel to one another and preferably arranged in one, two or more rows are, each row comprising two or more rods.
  • the magnetizable rods whether fixed or detachably connected to the head piece, preferably have a thickness of 0.5 mm to 10 mm, in particular 1 to 5 mm.
  • the length of the rods is preferably 1 to 20 cm, in particular 5 to 10 cm.
  • conventional means may be used (eg glued connection, screw connection, welding).
  • the head piece (without rods) may be wholly or partly made of a non-magnetic or non-magnetizable material.
  • the magnetizable rods are preferably connected by means of a clamping connection to the head plate.
  • the head piece may be provided on its underside with corresponding recesses or holes into which the rods can be inserted.
  • rods may be used which are tubular or at least have a recess at their upper end and which can be plugged onto corresponding pins or protrusions provided on the underside of the header.
  • the head piece is provided with a mechanism which releases the clamping connection between the bars and the head piece, thus causing the bars to be pushed off or thrown off when they are to be replaced by unused bars after use.
  • This may preferably be accomplished by electromotive drive, or by pneumatic, electromagnetic or hydraulic means, or by a combination thereof.
  • the magnetizable rods are attached to a base plate and form a unit with this.
  • the base plate can be detachably connected to the header.
  • the base plate and the rods located thereon can optionally also be made in one piece.
  • base plates with rods attached thereto can be carried out by means of known materials and processes for the production of molded parts, for example by deep-drawing, extrusion, welding, gluing, etc.
  • the units consisting of Base plate and rods connected to it, manufactured and used as Disposables.
  • the base plate is provided with a plurality of magnetizable bars arranged in one or more rows, each row containing a plurality of bars.
  • the rods are preferably arranged in a regular matrix, for example in accordance with the arrangement of the wells of a microtiter plate (in particular a microtiter plate with 96, 384 or 1536 wells).
  • the base plate generally has a rectangular or square outline.
  • the releasable connection between said base plate and the head piece can be effected in a manner known to those skilled in the art, e.g. by clamping, clamping or clamping devices, levers, springs, etc ..
  • the device has means by which the rods, or the base plate with the rods located thereon, can be detachably connected to the head piece and / or removed from the head piece.
  • Said means will preferably be actuated by electromotive drive, or by pneumatic, electromagnetic or hydraulic means, or by a combination thereof.
  • the picking up, attaching and dropping of the base plate can be done automatically, and these operations can be controlled by, for example, a program.
  • the said rod (s) - regardless of whether they are fixed or detachable, with or without base plate, are connected to the head piece - each with a strippable, replaceable Sleeve are provided. This has the advantage that the sleeve between the individual working cycles can be replaced and renewed, so that cross-contamination between different samples or the carryover of sample material can be prevented.
  • the sleeves are - depending on the dimensions of the rods - dimensioned so that they can be fixed by means of clamping connection to the rods.
  • the group of sleeves is provided on a dispensing device, wherein the arrangement of the sleeves on the dispenser device corresponds to the respective arrangement of the magnetizable bars (eg arrangement corresponding to the distances between the individual wells of a microtiter plate).
  • the number and arrangement of the sleeves on such a unit corresponds to the respective number and arrangement of the magnetizable bars.
  • the invention also extends to arrays of sleeves suitable for use with any of the devices of the invention; in particular to arrangements with a plurality of sleeves (8) which are attachable to the magnetizable bars of said device and are arranged substantially parallel to each other.
  • the sleeves are in one, two or more hen arranged, each row comprises two or more rods.
  • the sleeves mentioned can be made of known materials, for.
  • plastics such as polyethylene, polypropylene, Teflon, polyethylene terephthalate, nylon, polyvinyl chloride etc. , or from metallic materials such as stainless steel, tinplate, aluminum foil, etc. , or from combinations of such materials, in a manner known in the art produced (in particular by injection molding or deep drawing).
  • the sleeves or the sleeves connected to a common unit from a magnetizable material (as mentioned above).
  • the magnetizable sleeves or the unitized magnetizable sleeves assume the function of the above-described magnetizable rods or the magnetizable connected to a base plate
  • the device according to the invention comprises means by which the interchangeable sleeves or a common unit forming sleeves on the rods - or at the head of the device - recorded, held and / or by the rods (or of the head piece ) can be removed or discarded.
  • Said means are preferably operated by electromotive drive, or by pneumatic, electromagnetic or hydraulic means, or by a combination thereof. In this way, the recording, attaching and dropping the sleeves can be done automatically or automatically, in particular programmatically.
  • the apparatus may further comprise means by which individual sheaths, arrays of sheaths, or interconnected sheaths are automatically or programmatically provided (e.g., disposed in a stand or dispenser) so as to be received by the bars can.
  • the head piece of the device is arranged to be movable and can be set in motion by a drive device.
  • Electromotive, pneumatic, electromagnetic or hydraulic drive means, or a combination thereof, are particularly suitable for the drive device.
  • the head piece is movably arranged in such a way that it can perform one or more of the following types of movement:
  • the vertical direction corresponds substantially to the longitudinal direction of the substantially vertically oriented magnetizable rods.
  • the vertical movements serve to effect the immersion of the rods into the sample liquid and the withdrawal of the rods from the liquid.
  • the horizontal movements may be used, in particular, to perform shaking or vibrating movements (eg, circular or orbital shaker movements). Suitable mechanisms by which the mentioned types of movement can be effected are known to the person skilled in the art.
  • liquids containing such particles, below the magnetisable rods, introduced, with containers of the type mentioned above can be used.
  • at least one holding device is provided which can be positioned below the bars, so that the bars are aligned with the openings of the container.
  • This holding device can be configured for example in the form of a holding plate.
  • the holding device is preferably arranged to be movable and can be set in motion by a drive device, so that the sample containers can be alternately positioned in a region below the bars or outside this region.
  • the invention includes embodiments in which the holding device is movable in a substantially horizontal plane in one or more directions; Alternatively or additionally, the holding device may be movable in the vertical direction.
  • the holding device is movably arranged in such a way that it can perform one or more of the following types of movement: translation movements in a horizontal plane; Movements along a circular path, an elliptical path or an irregular closed path, each in a horizontal plane;
  • the vertical direction substantially corresponds to the longitudinal direction of the magnetizable rods (4).
  • Electromotive, pneumatic, electromagnetic or hydraulic drive means, or combinations thereof, are preferably used as drive means of the holding device.
  • the holding devices and their drive means may also be designed in such a way that they are suitable for carrying out shaking or vibrating movements.
  • the design measures required for this purpose are generally known to the person skilled in the art.
  • both the head piece and the holding device are movable and in particular are capable of carrying out shaking movements. In this way, a particularly effective mixing of the sample liquid is possible if the rods are immersed therein.
  • the device is equipped with a movable holding device, the head piece, however, arranged immovable.
  • the holding device is part of a program-controlled laboratory robot system.
  • it is arranged so that a plurality of individual ones of the said containers or groups of such containers, in particular microtiter plates, are alternately brought into a position below said bars and then returned to a position after a predetermined time interval, which is outside the below Bars located area lies. In this way, a high sample throughput is possible.
  • control or regulating device by means of which the vertical movement of the holding device (s) is adjustable or controllable in such a way that upon immersion, the rods are immersed in the liquid-filled Container is effected.
  • the operation of the device according to a preferred embodiment is based on the fact that the / the permanent magnet (s) can be positioned over the head piece, and then can be moved out of this position again / can.
  • the magnet In order to allow movement of the permanent magnet (s) for turning on and off the magnetic field, the magnet, or a group of a plurality of magnets, can be slidably, rotatably or tiltably disposed in a dedicated device. By moving, turning or tilting the magnet can be brought into a position in which its poles or its magnetic field point in the direction of the bars (switched-on state, maximum field strength on the bars), or the magnet can be moved to another position, in which the magnetic field emitted by it does not magnetize the rods of the head piece (switched-off state).
  • the magnet (s) may also be slid, rotated or tilted in intermediate positions to cause the field strength at the magnetizable bars to be less than the maximum value.
  • the movement of the permanent magnet (s) is made possible according to a preferred embodiment in that the / the permanent magnet (s) is slidably arranged so that the / the magnet (s) from the outside by shifting (or by pulling forces) into the region lying above the head piece and can be moved out of this area again / can.
  • the permanent magnet can be mounted for example on rails, rollers or racks.
  • the movement of the / the permanent magnet (s) is made possible by the / the permanent magnet (s) (1) on a rotatable or tiltable device is / are arranged, by means of which the / the permanent magnet (s) via the head piece and can be moved away from this again / can.
  • the movement (eg, tilting, turning, shifting) of the permanent magnet (s) can be done either directly or indirectly by hand or by means of a drive device, which preferably has electromotive, pneumatic, electromagnetic or hydraulic drive means, or a combination thereof.
  • drive means are generally known to the person skilled in the art, as are other components (eg gearboxes, linkages) which may be required for the drive device.
  • a device according to the invention is preferably equipped in such a way that the extent of the movement of the permanent magnet (s) is predictable (eg turning angle or tilting angle, displacement distance).
  • the device is associated with a program-controlled computer and connected to it.
  • This program-controlled computer makes it possible to control or regulate at least one of the following functions of the device, or to coordinate or to synchronize at least two of the following functions: Movement of the permanent magnet (s), in particular the time intervals within which the magnet (s) are positioned over the magnetizable bars;
  • rotation, shaking or vibrating movement of the holding device in particular rotational speed, amplitude and intervals between individual working phases.
  • the devices of the invention may be advantageously combined with other devices for the automated treatment of sample material. Furthermore, two or more of the devices according to the invention can be arranged side by side and combined.
  • the invention therefore also extends to devices of the type described above, to which one or more of the following devices are assigned, their functions are preferably coordinated by a common control with the functions of the device:
  • thermostatable heating or cooling devices
  • one or more pipetting stations for metering in liquids, in particular reagents
  • the invention further includes methods for separating magnetic or magnetizable particles from a liquid using a magnetic field; These methods are preferably carried out using one of the devices described above.
  • the processes according to the invention have the following steps: a) immersing at least one magnetizable rod of the device in the particle-containing liquid; b) turning on a magnetic field by changing the position of a permanent magnet relative to the magnetizable rod, thereby magnetizing the rod and allowing the particles to collect substantially at the lower end of the rod; c) removing the rod with the adhering particles from the liquid.
  • the devices and methods of the invention may be advantageously used to separate and / or mix a target substance from / in a liquid mixture or solution.
  • the magnetizable rods are immersed in a liquid which contains a target substance which is specific but reversible the particle is bound.
  • the target substances may be, for example, antibodies, enzymes,. Receptors, ligands, pharmaceutical agents, nucleic acids act. These can also be present in the form of complex mixtures with other substances, the target substances, depending on the binding properties of the magnetizable particles, are specifically bound to them.
  • Such a washing process may, for example, proceed as follows: d) immersing the stick with the adhering particles in a predetermined volume of a washing liquid; e) switching off the magnetic field by oppositely changing the position of the permanent magnet, thereby releasing the particles into the liquid; f) mixing; g) magnetizing the rods by altering the position of the permanent magnet (s), whereby the particles accumulate substantially at the lower end of the rod; h) lifting the rod out of the washing liquid.
  • the method comprises the following additional steps: i) immersing the rod with the adhering particles in a predetermined volume of an elution liquid which causes the elution of the target substance from the particles; k) lifting the rod out of the elution liquid, the particles sticking to the rod and thus being separated from the liquid.
  • the mixing can be effected, for example, by shaking the holding device and / or the head part.
  • the said methods can be carried out in a particularly simple and rapid manner.
  • the devices and methods of the invention are particularly suitable for the application areas mentioned above, in particular for high-throughput methods.
  • the magnetizable rods are exchanged and renewed between two working cycles or between two method steps, for example to prevent cross-contamination.
  • a method therefore additionally comprises at least one of the following steps: 1) a first group of magnetizable rods, or a plurality of rods connected to a common unit, is / are detachably fastened to a device which has one or more arranged permanent magnets, whose relative position with respect to the magnetizable rods is variable; m) the first group of magnetizable rods is separated or discarded by the device and replaced by a second group of magnetizable rods which is releasably secured to the device.
  • the magnetizable rods are provided with sleeves which are exchanged and renewed between two working cycles or between two method steps in order to avoid carryover of reagents or cross contamination ,
  • such a method therefore additionally comprises at least one of the following steps: n) a first group of sleeves, or sleeves connected to a common unit, is / are attached to the magnetizable rods of a device according to claim 1; o) the first group of sleeves is stripped or discarded from the magnetizable rods of the device and replaced by a second group of sleeves which are slipped onto the rods.
  • FIG. 1A and 1B show an embodiment of a device 10 according to the invention in a side view, FIG. 1A illustrating the switched-on state, FIG. 1B illustrating the switched-off state.
  • the device (10) has a permanent magnet (1) which is displaceable on rails
  • a fixed frame of the device (not shown) carries a header
  • a vertically displaceable holding device (6) On the holding Direction is a sample container (7) arranged with a plurality of wells for receiving liquid samples, for example, removably fixed on the holding device (6).
  • the head piece (3) is connected to a drive unit (5), which makes it possible to move the head piece with the rods attached thereto in movement, preferably in a shaking movement in the horizontal plane, as indicated by arrow (b).
  • the holding device (6) is equipped with a drive unit (not shown), which allows an upward and downward movement of the holding device (arrow c).
  • sleeves (8) are attached or clamped.
  • the rods are firmly connected to the head piece; Alternatively, they can also be releasably connected to the head piece.
  • the magnet (1) in Fig. 1A is in a position substantially above the header or magnetizable bars, so that the bars can be magnetized by the magnet. As a result, a magnetic field is generated at the ends of the rods (7) which can be used to attract magnetic particles.
  • Fig. IB off state
  • the magnet has been moved out of this position and is no longer located above the bars (4).
  • Fig. 1C shows a modification of the device (10) shown in Figs. 1A and 1B, wherein the sleeves (8 ') are interconnected at their upper ends and form a common unit.
  • FIGs. 2A to 2C show another embodiment of the device (10) in which a plurality of bars (4) are connected in a regular arrangement to a base plate (9) and form a unit therewith.
  • the plate (9) is releasably attached to the head piece (3).
  • the header is then preferably equipped with a holding and ejection device which allows for automatic picking and dropping of the plate through the header (not shown).
  • FIG. 2A shows the switched-on state
  • FIG. 2B shows the switched-off state.
  • Fig. 2C shows a further advantageous embodiment of the invention (in the on state), wherein the entire unit comprising the head piece and the magnet, can be moved up and down, preferably by drive means of the type mentioned above a vertical mobility of the holding device (6) are dispensed with.
  • Fig. 2D shows a further advantageous embodiment of the invention, in which instead of a base plate (9) with rods (4) attached thereto, a group of sleeves or hollow rods (8 '') connected together in one unit is used; the sleeves are made in this case of a magnetizable material.
  • Fig. 3 shows a further embodiment of the device according to the invention, in which the holding device (6) for the sample containers with a drive unit (5 ') in the horizontal direction (arrow d) can be moved.
  • Fig. 4 shows a further embodiment of the invention, wherein two units, each with a head piece (3), magnetizable bars (4), holding device (6) are combined, wherein the magnet (1) via a rail (2) alternately can be positioned over one or the other head piece (3).

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Description

Vorrichtung und Verfahren zum Abtrennen von magnetischen oder magnetisierbaren Partikeln aus einer Flüssigkeit .
Die Erfindung betrifft Vorrichtungen zum Abtrennen und Resuspendieren von magnetischen oder magnetisierbaren Partikeln aus Flüssigkeiten mittels eines Magnetfeldes, das durch einen oder mehrere Permanentmagneten erzeugt wird. Die Erfindung betrifft ferner Verfahren zum Abtrennen von magnetischen oder magnetisierbaren Partikeln aus Flüssigkeiten und das Mischen und Resuspendieren von magnetischen oder magnetisierbaren Partikeln in Flüssigkeiten mittels eines Magnetfeldes, das durch einen oder mehrere Permanentmagneten erzeugt wird. Die Vorrichtungen und Verfahren sind beispielsweise für Anwendungszwecke in der Pharmaentwick- lung, Biochemie, Molekulargenetik, Mikrobiologie, medizinischen Diagnostik und forensischen Medizin geeignet .
Verfahren, die auf der magnetischen Abtrennung unter Verwendung von spezifisch bindenden, magnetisch anziehbaren Partikeln beruhen oder mit denen es möglich ist, magnetische oder magnetisierbare Partikeln in Lösungen zu mischen, erlangen im Bereich der Probenvorbereitung für diagnostische oder analytische Untersuchungen oder der Durchführung diagnostischer oder analytischer Untersuchungen zunehmende Bedeutung. Dies gilt insbesondere für automatisierte Verfahren, da auf diese Weise eine große Anzahl von Proben innerhalb kurzer Zeit vorbereitet oder analysiert werden kön~ nen und auf arbeitsaufwendige Zentrifugationssσhritte verzichtet werden kann. Dadurch werden die Voraussetzungen für ein effizientes, kostengünstiges Screening mit einem hohen Proben-Durchsatz geschaffen. Dies ist beispielsweise für Anwendungen bei molekulargenetischen Studien oder auf dem Gebiet der medizinischen Diagnostik von enormer Bedeutung, da eine rein manuelle Handhabung von sehr großen Probenzahlen praktisch nicht zu bewältigen bzw. zu bezahlen ist . Weitere wichtige Anwendungsgebiete betreffen pharmazeutische Screening-Methoden zur Identifizierung potentieller Arzneimittel-Wirkstoffe .
Das Grundprinzip der magnetischen Abtrennung von Substanzen aus komplexen Gemischen beruht darauf, daß Magnetpartikel (magnetisierbare oder magnetisch anziehbare Partikel) in spezifischer Weise für den beabsichtigten Separationsprozeß funktionalisiert werden, d. h. sie werden durch chemische Behandlung mit spezifischen Bindungseigenschaften für die abzutrennenden Zielsubstanzen ausgestattet . Die Größe solcher Magnetpartikel liegt im allgemeinen im Bereich von ca. 0 , 05 bis 500 um.
Magnetpartikel, die spezifische Bindungseigenschaften für bestimmte Substanzen aufweisen und sich zur Abtrennung dieser Substanzen aus komplexen Gemischen eignen, sind beispielsweise in DE 195 28 029 Al beschrieben worden und sind kommerziell erhältlich (z . B. chemagen Biopolymer-Technologie AG, DE-52499 Baesweiler) .
Bei bekannten Trennverfahren werden die funktionalisierten Magnetpartikel in einem ersten Schritt ( "Bindungs-Schritt" ) zu einem aufzureinigenden Gemisch hinzugegeben, das die Zielsubstanz (en) in einer Flüssigkeit enthält, welche die Bindung der Zielsubstanz-Moleküle an die Magnetpartikel begünstigt (Bindungspuffer) . Dadurch kommt es zu einer selektiven Bindung der im Gemisch vorhandenen Zielsubstanz (en) an die Magnetpartikel . Anschließend werden diese Magnetpartikel durch Anwendung magnetischer Kräfte bzw. eines Magnetfeldes, beispielsweise mittels eines Permanentmagneten, an einer Stelle der Reaktionsgefäß-Innenwand immobilisiert ( "Pellet" ) . Nachfolgend wird der flüssige Überstand abgetrennt und verworfen, beispielsweise durch Absaugen oder Dekantieren. Da die Magnetpartikel auf die genannte Weise immobilisiert sind, wird weitgehend verhindert, daß diese Partikel mit dem Überstand abgetrennt werden. Anschließend werden die immobilisierten Magnetpartikel erneut resuspendiert . Dabei wird eine Elutionsflüssigkeit bzw. ein Elutionspuffer verwendet, der geeignet ist, die Bindung zwischen der/den Zielsubstanz (en) und den Magnetpartikeln zu lösen, so daß die Zielsubstanz-Moleküle von den Magnetpartikeln freigesetzt werden und mit der Elutionsflüssigkeit abgetrennt werden können, während die Magnetpartikel durch Einwirkung eines Magnetfeldes immobilisiert werden. Vor dem Elutionsschritt können ein oder mehrere Waschschritte durchgeführt werden.
Entsprechend funktionalisiert, können die Magnetpartikel auch unmittelbar für diagnostische oder analytische Untersuchungen verwendet werden. Die Funktionalisierung ermöglicht dabei die spezifische Bindung z .B . von pathogenen Substanzen. Um jedoch eine möglichst eindeutige Aussage z .B bezüglich einer pathogenen Substanz treffen zu können, müssen in geeigneten Lösungen alle Verunreinigungen entfernt werden. Dazu ist ein möglichst effizientes Mischen (Waschen) der mit Analyten behafteten Partikeln notwendig. Einen solchen Vorgang erleichtert die vorliegende Erfindung vor allem wenn die Anzahl der gleichzeitig zu bearbeitenden Proben groß ist oder in kleinen Volumina gearbeitet werden muß (384er oder 1536er Format) .
Für die Durchführung von Trennverfahren mittels magnetischer Partikel sind verschiedenartige Vorrichtungen beschrieben worden. DE 296 14 623 Ul offenbart einen Magnetseparator, der mit beweglichen Dauermagneten ausgestattet ist . Alternativ wird vorgeschlagen, das die Magnetpartikel enthaltende Reaktionsgefäß durch mechanische Antriebseinrichtungen relativ zu einem fest installierten Dauermagneten zu bewegen. Die in DE 296 14 623 Ul beschriebene Vorrichtung weist keine magnetisierbaren Stäbe auf, die in die Probenflüssigkeit eintauchen; vielmehr werden die Dauermag- nete jeweils neben den einzelnen Reaktionsgefäßen positioniert .
Nach einem ähnlichen Prinzip arbeitet auch die in DE 100 63 984 Al beschriebene Vorrichtung, die eine bewegliche Mag- nethalterung und eine bewegliche Reaktionsgefäßhalterung aufweist, wobei die Magnete seitlich von den Reaktionsgefäßen positioniert werden können.
Mit den vorstehend genannten Vorrichtungen läßt sich erreichen, daß die Magnetpartikel an der Innenwand oder am Boden eines Reaktionsgefäßes als "Pellet" immobilisiert oder gesammelt werden. Diese Vorrichtungen sind jedoch nicht dafür geeignet, um die Magnetpartikel aus einem Reaktionsgefäß zu entfernen. Deshalb muß zur Abtrennung der Flüssigkeit von den Magnetpartikeln jeweils die Flüssigkeit aus den einzelnen Reaktionsgefäßen abgesaugt werden. Dies ist nachteilig, weil es mit einem hohen Materialverbrauch einhergeht (Ein- mal-Pipettenspitzen) . Ferner läßt sich nicht verhindern, daß einzelne Magnetpartikel mit abgesaugt werden; hieraus resultiert eine hohe Fehlerquote. Weitere Fehler können durch herabtropfende Flüssigkeiten verursacht werden, die zu Kreuzkontaminationen führen.
In DE 100 57 396 Cl wird ein MagnetSeparator vorgeschlagen, der eine Vielzahl von drehbaren Stäben aufweist, die durch eine elektromagnetische Erregerspule magnetisiert werden können. Durch Eintauchen des Stabes in die Magnetpartikel enthaltende Flüssigkeit und Herausziehen des Stabes im mag- netisierten Zustand können die Magnetpartikel aus der Flüssigkeit entfernt werden und gegebenenfalls in ein weiteres Reaktionsgefäß überführt werden. Dort können sie durch Abschalten der Erregerspule wieder in eine Flüssigkeit freigesetzt werden, beispielsweise in eine Wasch- oder Eluti- onsflüssigkeit . Nachteilig ist bei dieser Vorrichtung, daß die Erregerspule einen relativ hohen Platzbedarf hat, woraus sich konstruktive Einschränkungen ergeben. Darüber hinaus ist man hinsichtlich der Anordnung und Anzahl der Stäbe an die Geometrie des Elektromagneten gebunden, was Einschränkungen für die Bearbeitung von Proben beinhalten kann. Die Geometrie des Elektromagneten kann hingegen nicht beliebig geändert werden, da dann Inhomogenitäten des Magnetfeldes in Kauf genommen werden müssen.
Die bekannten Vorrichtungen sind vor allem nicht für die gleichzeitige Behandlung von größeren Anzahlen von Proben geeignet, wie dies für Hochdurchsatz-Anwendungen erforderlich ist (z . B. Mikrotiterplatten mit 364 oder 1536 wells) . Der konstruktive Aufwand wäre immens groß und darüber hinaus müsste eine signifikant höhere Anfälligkeit der verwendeten Mechanik in Kauf genommen werden.
Die bekannten Vorrichtungen sind außerdem nachteilig, weil sie nur für einzelne Probengefäße oder nur für eine bestimmte, fest vorgegebene Anordnung der Probengefäße, beispielsweise in Form einer 96-er Mikrotiterplatte geeignet sind. Für praktische Zwecke ist es aber wünschenswert, daß eine solche MagnetSeparator-Vorrichtung für verschiedenartige Typen von Probengefäßen oder für verschiedenartige Anordnungen von Probengefäßen (z . B. Mikrotiterplatten mit 96, 364 oder 1536 wells) geeignet ist oder umgerüstet werden kann.
Der Erfindung lag deshalb die Aufgabe zugrunde, Vorrichtungen und Verfahren bereitzustellen, mit denen die Abtrennung von Magnetpartikeln aus Flüssigkeiten und das überführen von Magnetpartikeln aus einer Flüssigkeit in eine andere Flüssigkeit ermöglicht wird, ohne daß dabei die vorstehend genannten Nachteile auftreten. Insbesondere sollen die Vorrichtungen und Verfahren für die Anwendung bei Hochdurσh- satzverfahren geeignet sein. Die Vorrichtungen sollen viel- seitig einsetzbar und insbesondere für unterschiedliche Typen von Reaktionsgefäßen geeignet sein.
Diese und weitere Aufgaben werden überraschenderweise durch eine die in den unabhängigen Patentansprüchen definierten Vorrichtungen und Verfahren gelöst, sowie durch die in den abhängigen Ansprüchen beschriebenen Ausführungsformen.
Demnach zeichnen sich die erfindungsgemäßen Vorrichtungen zum Abtrennen von magnetischen oder magnetisierbaren Partikeln aus einer Flüssigkeit durch folgende Merkmale aus :
- ein Kopfstück mit einem oder mehreren magnetisierbaren Stäben, welche (r) fest oder lösbar mit dem Kopfstück verbunden ist/sind;
- einen oder mehrere Permanentmagnete, dessen/deren relative Position bezüglich des Kopfstücks durch eine vorherbestimmbare Bewegung des/der Magneten oder/und durch eine vorherbestimmbare Bewegung des Kopfstücks veränderbar ist .
Die Funktionsweise der Vorrichtung beruht darauf, daß der/die Permanentmagnet (e) über dem Kopfstück (mit den daran befestigten Stäben) positioniert werden können. Dadurch wird die Magnetisierung des Stabs bzw. der Stäbe bewirkt . Dieser Zustand der Vorrichtung wird als "eingeschaltet" bezeichnet . Wenn die magnetisierbaren Stäbe mit ihrem unteren Ende oder Abschnitt beispielsweise in eine Probenflüssigkeit mit darin befindlichen Magnetpartikeln eingetaucht sind, werden die Magnetpartikel aufgrund der magnetischen Kräfte am unteren Ende der Stäbe anhaften. Die Stäbe mit den anhaftenden Magnetpartikeln können dann in eine andere Flüssigkeit (z .B . eine Reagenzien- oder Waschlösung) eingetaucht werden.
Wenn der/die Permanentmagnet (e) nun wieder aus der über dem Kopfstück befindlichen Position herausbewegt wird, kann dadurch die Magnetisierung der Stäbe aufgehoben werden, so daß die Magnetpartikel von den Stäben abfallen oder durch Schüttelbewegungen losgelöst werden können. Dieser Zustand der Vorrichtung wird als "ausgeschaltet" bezeichnet . Durch die Bewegung des/der Magneten wird ein schneller Wechsel zwischen dem eingeschalteten Zustand und dem ausgeschalteten Zustand des Magnetseparators ermöglicht .
Erfindungsgemäß ist/sind die Permanentmagneten relativ zum Kopfstück beweglich angeordnet, so daß die Magnetisierung der am Kopfstück angebrachten magnetisierbaren Stäbe durch Bewegung des/ der Magneten abwechselnd ein- bzw. ausgeschaltet werden kann. Der/die Magnet (e) wird/werden dazu über das Kopfstück bzw. wieder vom Kopfstück weg bewegt .
Alternativ kann die Magnetisierung bzw. Entmagnetisierung auch durch Bewegen des Kopfstücks unter den/die Magneten bzw. von dem Magneten weg erreicht werden, wobei der Magnet/die Magnete in diesem Fall vorzugsweise ortsfest angeordnet sind.
Durch die Bewegung des Kopfstücks (mit den daran angebrachten magnetisierbaren Stäben) kann dieses eine erste Position einnehmen, in welcher sich das Kopfstück unterhalb des Bereichs des/der Permanentmagneten befindet (eingeschalteter Zustand) , oder es kann eine zweite Position einnehmen, in welcher es sich außerhalb des genannten Bereichs befindet (ausgeschalteter Zustand) .
Durch die Möglichkeit, die Stäbe vorübergehend zu magneti- sieren, kann die Vorrichtung dazu verwendet werden, magnetische Partikel mit Hilfe der magnetisierbaren Stäbe aus einer ersten Flüssigkeit zu entfernen und in eine zweite oder weitere Flüssigkeit zu überführen und dort wieder freizusetzen.
Durch die Anordnung eines Permanentmagneten, der auch aus mehreren einzelnen Magneten zusammengesetzt sein kann, wird ein im wesentlichen homogenes Magnetfeld erzeugt . Dadurch wird die Anordnung einer größeren Anzahl von Stäben, beispielsweise in mehreren Reihen, ermöglicht, wobei das magnetische Feld an jedem der Stäbe annähernd gleich groß ist; dies ist insbesondere im Hinblick auf Reproduzierbarkeit von Hochdurchsatzverfahren von Vorteil . Die erfindungsgemäßen Vorrichtungen haben des weiteren den Vorteil, daß sich die Magnetpartikel - im magnetisierten Zustand - im wesentlichen an der Spitze der Stäbe ansammeln wodurch die anhaftenden, abzutrennenden Substanzen in vergleichsweise geringen Elutionsvolumina aufgenommen werden können. Das garantiert - für diagnostische oder analytische Untersuchungen essentiell- hohe Konzentrationen der abzutrennenden Substanzen.
Zur Herstellung der Permanentmagnete können grundsätzlich alle dem Fachmann bekannten hartmagnetischen Materialien verwendet werden, insbesondere Ferrite, Al-Ni-Co-Legierungen und Seltenerd-Magnete (vorzugsweise NdFeB) ; derartige Magnetwerkstoffe und Magnete sind von verschiedenen Herstellern kommerziell erhältlich.
Die Anzahl der am Kopfstück angebrachten magnetisierbaren Stäbe hängt von der Anzahl der Proben bzw. der Anzahl von Vertiefungen in Flüssigkeitsbehältern ab, die maximal gleichzeitig behandelt werden sollen. Bevorzugt werden als Behälter Mikrotiterplatten, insbesondere mit 96, 384 oder 1536 Vertiefungen ( "wells" ) verwendet, so daß für diese Fälle entsprechende Anzahlen von magnetisierbaren Stäben vorgesehen sind. Weiterhin kommen als Behälter auch Proben- röhrchen oder Reaktionsgefäße mit einem Volumen von beispielsweise 0, 015 bis 100 ml in Betracht, die einzeln oder in Gruppen behandelt werden können, jeweils in Kombination mit daran angepaßten magnetisierbaren Stäben.
Die magnetisierbaren Stäbe, wahlweise auch das Kopfstück, sind vorzugsweise aus einem weichmagnetischen Material gefertigt, beispielsweise aus Weicheisen (insbesondere Fe-Ni- Legierungen) oder magnetisierbarem Stahl . Ihre Länge und ihr Durchmesser richten sich nach dem beabsichtigten Anwendungszweck, insbesondere nach den Dimensionen der Behälter und den Flüssigkeitsvolumina, und können entsprechend variiert werden. Falls eine Gruppe von mehreren Stäben (beispielsweise 96, 384 oder 1536) verwendet wird, so weisen diese Stäbe jeweils dieselbe Länge, Dicke und Materialbeschaffenheit auf . Die Stäbe können wahlweise innen hohl sein, d. h. als Röhren ausgebildet sein, wobei das untere Ende vorzugsweise verschlossen ist . Insbesondere können die Stäbe als Hülsen geformt sein, wie weiter unten beschrieben.
Im allgemeinen sind die Magnetstäbe im wesentlichen senkrecht und parallel zueinander ausgerichtet, und die einzelnen Stäbe einer Gruppe oder Anordnung weisen vorzugsweise gleiche Abstände zu jeweils benachbarten Stäben auf . Besonders bevorzugt ist eine rasterförmige Anordnung der Stäbe, welche der Anordnung der Vertiefungen bei gebräuchlichen Mikrotiterplatten entspricht .
Die Erfindung erstreckt sich deshalb auch auf Anordnungen von magnetisierbaren Stäben, bei denen eine Vielzahl von magnetisierbaren Stäben (4) an einer Grundplatte (9 ) angebracht sind, wobei die Stäbe im wesentlichen parallel zueinander ausgerichtet sind und vorzugsweise in einer, zwei oder mehreren Reihen angeordnet sind, wobei jede Reihe zwei oder mehrere Stäbe umfaßt .
Die magnetisierbaren Stäbe, ob fest oder lösbar mit dem Kopfstück verbunden, weisen vorzugsweise eine Dicke von 0, 5 mm bis 10 mm, insbesondere 1 bis 5 mm auf . Die Länge der Stäbe beträgt vorzugsweise 1 bis 20 cm, insbesondere 5 bis 10 cm. Um die Stäbe, wie erwähnt, fest mit dem Kopfstück zu verbinden, können fachübliche Mittel verwendet werden (z . B. Klebverbindung, Schraubverbindung, Schweißen) . Nach einer weiteren Ausführungsform kann das Kopfstück (ohne Stangen) ganz oder teilweise aus einem nicht-magnetischen bzw. nicht magnetisierbaren Material gefertigt sein.
Zur lösbaren Befestigung der magnetisierbaren Stäbe werden diese vorzugsweise mittels einer Klemmverbindung an der mit der Kopfplatte verbunden. Beispielsweise kann das Kopfstück auf seiner Unterseite mit entsprechenden Vertiefungen oder Löchern ausgestattet sein, in welche die Stäbe eingesteckt werden können. Alternativ können Stäbe verwendet werden, die röhrenförmig sind oder zumindest an ihrem oberen Ende eine Vertiefung aufweisen, und die auf entsprechende Stifte oder Vorsprünge, die an der Unterseite des Kopfstücks vorgesehen sind, aufgesteckt werden können.
Vorzugsweise ist das Kopfstück mit einem Mechanismus versehen, der die Klemmverbindung zwischen den Stäben und dem Kopfstück löst und so das Abstoßen oder Abwerfen der Stäbe bewirkt, wenn diese nach dem Gebrauch durch unbenutzte Stäbe ersetzt werden sollen. Dies kann vorzugsweise durch elektromotorischen Antrieb, oder durch pneumatische, elektromagnetische oder hydraulische Mittel, oder durch eine Kombination davon, bewerkstelligt werden.
Nach einer bevorzugten Ausführungsform sind die magnetisierbaren Stäbe an einer Grundplatte angebracht und bilden mit dieser eine Einheit . In diesem Fall wird bevorzugt, daß die Grundplatte lösbar mit dem Kopfstück verbunden werden kann. Die Grundplatte und die daran befindlichen Stäbe können wahlweise auch einstückig hergestellt sein.
Die Herstellung von Grundplatten mit daran angebrachten Stäben kann mittels bekannter Materialien und Verfahren zur Herstellung von Formteilen erfolgen, beispielsweise mittels Tiefziehverfahren, Extrusionsverfahren, Schweißen, Kleben, etc .. Vorzugsweise werden die Einheiten, bestehend aus Grundplatte und mit dieser verbundenen Stäben, als Einmal- Artikel (Disposables) hergestellt und verwendet .
Nach einer weiteren bevorzugten Ausführungsform ist die Grundplatte mit einer Vielzahl von magnetisierbaren Stäben versehen, die in einer oder mehreren Reihen angeordnet sind, wobei jede Reihe eine Vielzahl von Stäben enthält . Die Stäbe sind vorzugsweise in einer regelmäßigen Matrix angeordnet, beispielsweise in Übereinstimmung mit der Anordnung der Vertiefungen einer Mikrotiterplatte (insbesondere einer Mikrotiterplatte mit 96, 384 oder 1536 Vertiefungen) . Die Grundplatte hat im allgemeinen einen rechteckigen oder quadratischen Grundriß.
Durch Verwendung einer lösbar befestigten Grundplatte (mit daran angeordneten Stäben) wird die Möglichkeit geschaffen, die Vorrichtung auf einfache Weise umzurüsten, so daß sie beispielsweise für unterschiedliche Typen von Mikroti- terplatten geeignet ist .
Die lösbare Verbindung zwischen der genannten Grundplatte und dem Kopfstück kann auf dem Fachmann bekannte Weise bewirkt werden, z .B. durch Klammer-, Spann- oder Klemmvorrichtungen, Hebel, Federn, etc ..
Nach einer besonders vorteilhaften Ausführungsform weist die Vorrichtung Mittel auf, durch welche die Stäbe, oder die Grundplatte mit den daran befindlichen Stäben, lösbar an dem Kopfstück verbunden und/oder vom Kopfstück entfernt werden können/kann. Die genannten Mittel werden vorzugsweise durch elektromotorischen Antrieb, oder durch pneumatische, elektromagnetische oder hydraulische Mittel, oder durch eine Kombination davon, betätigt werden. Auf diese Weise kann das Aufnehmen, Befestigen und Abwerfen der Grundplatte selbsttätig bzw. automatisch erfolgen, und diese Vorgänge können beispielsweise durch ein Programm gesteuert werden. Nach einer weiteren, besonders bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist vorgesehen, daß der/die genannte (n) Stab/Stäbe - unabhängig davon, ob diese fest oder lösbar, mit oder ohne Grundplatte, mit dem Kopfstück verbunden sind - jeweils mit einer abstreifbaren, auswechselbaren Hülse versehen sind. Dies hat den Vorteil, daß die Hülse zwischen den einzelnen Arbeitscyclen ausgewechselt und erneuert werden kann, so daß Kreuzkontaminationen zwischen verschiedenen Proben bzw. die Verschleppung von Probenmaterial verhindert werden kann.
Vorzugsweise sind die Hülsen - abhängig von den Abmessungen der Stäbe - so dimensioniert, daß sie mittels klemmender Verbindung an den Stäben befestigt werden können. Um das Aufstecken der Hülsen zu erleichtern, ist es vorteilhaft, wenn die Gruppe von Hülsen auf einer Spendervorrichtung bereitgestellt wird, wobei die Anordnung der Hülsen auf der Spendervorrichtung der jeweiligen Anordnung der magneti- sierbaren Stäbe entspricht (z . B. Anordnung entsprechend den Abständen zwischen den einzelnen Vertiefungen einer Mikrotiterplatte) .
Besonders vorteilhaft ist es, wenn mehrere Hülsen miteinander verbunden sind und eine gemeinsame Einheit bilden. Auf diese Weise wird das Auswechseln der Hülsen wesentlich vereinfacht . Vorzugsweise entspricht die Anzahl und die Anordnung der Hülsen auf einer solchen Einheit der jeweiligen Anzahl und Anordnung der magnetisierbaren Stäbe.
Die Erfindung erstreckt sich auch auf Anordnungen von Hülsen, die zur Verwendung mit einer der erfindungsgemäßen Vorrichtungen geeignet sind; insbesondere auf Anordnungen mit einer Vielzahl von Hülsen (8) , die auf den magnetisierbaren Stäben der genannten Vorrichtung aufsteckbar sind und im wesentlichen parallel zueinander angeordnet sind. Vorzugsweise sind die Hülsen in einer, zwei oder mehreren Rei- hen angeordnet, wobei jede Reihe zwei oder mehrere Stäbe umfaßt .
Die genannten Hülsen können aus bekannten Materialien, z . B. Kunststoffe wie Polyethylen, Polypropylen, Teflon, PoIy- ethylenterephthalat, Nylon, Polyvinylchlorid etc . , oder aus metallischen Werkstoffen wie Edelstahl, Weißblech, Aluminiumfolien, etc . , oder aus Kombinationen solcher Werkstoffe, auf dem Fachmann bekannte Weise hergestellt werden (insbesondere mittels Spritzguß oder Tiefziehen) .
Ferner ist es auch möglich, die Hülsen oder die zu einer gemeinsamen Einheit verbundenen Hülsen aus einem magneti- sierbaren Werkstoff (wie oben erwähnt) herzustellen.
In diesem Fall übernehmen die magnetisierbaren Hülsen bzw. die zu einer Einheit verbundenen magnetisierbaren Hülsen die Funktion der oben beschriebenen magnetisierbaren Stäbe bzw. der mit einer Grundplatte verbundenen magnetisierbaren
Stäbe .
Vorzugsweise werden die aus Gruppen von Hülsen gebildeten
Einheiten als Einmal-Artikel (Disposables) hergestellt und verwendet um Kontaminationen auszuschließen.
Mach einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung weist die erfindungsgemäße Vorrichtung Mittel auf, durch welche die auswechselbaren Hülsen oder die eine gemeinsame Einheit bildenden Hülsen an den Stäben - oder an dem Kopfstück der Vorrichtung - aufgenommen, festgehalten und/oder von den Stäben (bzw. von dem Kopfstück) entfernt oder abgeworfen werden können/kann. Die genannten Mittel werden vorzugsweise durch elektromotorischen Antrieb, oder durch pneumatische, elektromagnetische oder hydraulische Mittel, oder durch eine Kombination davon, betätigt . Auf diese Weise kann das Aufnehmen, Befestigen und Abwerfen der Hülsen selbsttätig bzw. automatisch, insbesondere programmgesteuert, erfolgen. Die Vorrichtung kann ferner Einrichtungen aufweisen, durch welche einzelne Hüllen, Anordnungen von Hüllen, oder miteinander verbundene Hüllen automatisch oder programmgesteuert bereitgestellt werden (z .B. in einem Ständer oder Spender angeordnet) , so daß sie von den Stäben bzw. vom Kopfstück aufgenommen werden können.
Um das Auswechseln der Hülsen, oder die eine gemeinsame Einheit bildenden Hülsen, zu ermöglichen, sind können diese
- wie erwähnt - klemmend auf den Stäben befestigt werden; alternativ oder zusätzlich können die Hülsen auf dem Fachmann z . B . durch Klammer-, Spann- oder Klemmvorrichtungen, Hebel, Federn, etc . mit den Stäben oder/und mit der Kopf- platte oder anderen Teilen der Vorrichtung befestigt werden.
Nach einer weiteren bevorzugten Ausführungsform ist vorgesehen, daß das Kopfstück der Vorrichtung beweglich angeordnet ist und durch eine Antriebseinrichtung in Bewegung versetzt werden kann. Für die Antriebseinrichtung kommen insbesondere elektromotorische, pneumatische, elektromagnetische oder hydraulische Antriebsmittel, oder eine Kombination davon, in Betracht .
Vorzugsweise ist das Kopfstück in der Weise beweglich angeordnet, daß es eine oder mehrere der nachfolgend genannten Bewegungsarten ausführen kann:
- Translationsbewegungen in einer horizontalen Ebene;
- Bewegungen entlang einer Kreisbahn, einer elliptischen Bahn oder unregelmäßigen Bahn, jeweils in einer horizontalen Ebene;
- Bewegungen in vertikaler Richtung.
Die vertikale Richtung entspricht dabei im wesentlichen der Längsrichtung der im wesentlichen senkrecht ausgerichteten magnetisierbaren Stäbe. Die vertikalen Bewegungen dienen insbesondere dazu, das Eintauchen der Stäbe in die Probenflüssigkeit und das Herausziehen der Stäbe aus der Flüssigkeit zu bewirken. Die horizontalen Bewegungen können insbesondere zur Ausführung von Schüttel- oder Vibrationsbewegungen verwendet werden (z .B . kreisförmige Bewegungen oder Bewegungen nach Art eines Orbitalschüttlers) . Geeignete Mechanismen, durch welche die genannten Bewegungsarten bewirkt werden können, sind dem Fachmann bekannt .
Zur Abtrennung von Magnetpartikeln werden Flüssigkeiten, die solche Partikel enthalten, unterhalb der magnetisierba- ren Stäbe, eingebracht, wobei Behälter der eingangs erwähnten Art verwendet werden können. Vorzugsweise ist hierfür mindestens eine Haltevorrichtung vorgesehen, die unterhalb der Stäbe positionierbar ist, so daß die Stäbe auf die Öffnungen der Behälter hin ausgerichtet werden. Diese Haltevorrichtung kann beispielsweise in Form einer Halteplatte ausgestaltet sein.
Die Haltevorrichtung ist bevorzugt beweglich angeordnet und kann durch eine Antriebseinrichtung in Bewegung versetzt werden, so daß die Probengefäße abwechselnd in einem unterhalb der Stäbe liegenden Bereich oder außerhalb dieses Bereichs positioniert werden können.
Insbesondere umfaßt die Erfindung Ausführungsformen, bei denen die Haltevorrichtung in einer im wesentlichen horizontalen Ebene in einer oder mehreren Richtungen bewegbar ist; alternativ oder zusätzlich kann die Haltevorrichtung in vertikaler Richtung bewegbar sein.
Vorzugsweise ist die Haltevorrichtung in der Weise beweglich angeordnet, daß sie eine oder mehrere der nachfolgend genannten Bewegungsarten ausführen kann: - Translationsbewegungen in einer horizontalen Ebene; - Bewegungen entlang einer Kreisbahn, einer elliptischen Bahn oder unregelmäßigen geschlossenen Bahn, jeweils in einer horizontalen Ebene;
- Bewegungen in vertikaler Richtung.
Dabei entspricht die vertikale Richtung im wesentlichen der Längsrichtung der magnetisierbaren Stäbe (4) .
Als Antriebseinrichtung der Haltevorrichtung werden vorzugsweise elektromotorische, pneumatische, elektromagnetische oder hydraulische Antriebsmittel, oder Kombinationen davon, verwendet .
Insbesondere können die Haltevorrichtungen und deren Antriebseinrichtungen auch in der Weise ausgebildet sein, daß sie zur Durchführung von Schüttel- oder Vibrationsbewegungen geeignet sind. Die hierfür erforderlichen konstruktiven Maßnahmen sind dem Fachmann grundsätzlich bekannt .
Ferner ist nach einer weiteren Ausführungsform vorgesehen, daß sowohl das Kopfstück als auch die Haltevorrichtung bewegbar ist und insbesondere zur Durchführung von Schüttelbewegungen befähigt sind. Auf diese Weise ist eine besonders wirksame Durchmischung der Probenflüssigkeit möglich, wenn die Stäbe darin eingetaucht sind.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform der Erfindung ist die Vorrichtung mit einer beweglichen Haltevorrichtung ausgestattet, das Kopfstück hingegen unbeweglich angeordnet .
Gemäß einer weiteren, besonders vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist die Haltevorrichtung Bestandteil eines programmgesteuerten Laborroboter-Systems . Vorzugsweise ist sie so eingerichtet, daß eine Vielzahl von einzelnen der genannten Behälter oder von Gruppen solcher Behälter, insbesondere Mikrotiterplatten, abwechselnd in eine Position unterhalb der genannten Stäbe gebracht und anschließend nach einem vorherbestimmbaren Zeitintervall wieder in eine Position gebracht wird, die außerhalb des unterhalb der Stäbe befindlichen Bereiches liegt . Auf diese Weise wird ein hoher Probendurchsatz ermöglicht .
Des weiteren wird in Verbindung mit der vorstehend beschriebenen Ausgestaltung bevorzugt, daß eine Steuer- oder Regelvorrichtung vorhanden ist, durch welche die vertikale Bewegung der Haltevorrichtung(en) in der Weise einstellbar oder steuerbar ist, daß bei einer Aufwärtsbewegung ein Eintauchen der Stäbe in die flüssigkeitsgefüllten Behälter bewirkt wird.
Wie eingangs erwähnt, beruht die Funktionsweise der Vorrichtung nach einer bevorzugten Ausführungsform darauf, daß der/die Permanentmagnet (e) über dem Kopfstück positioniert werden können, und danach wieder aus dieser Position herausbewegt werden kann/können.
Um eine Bewegung des/der Permanentmagneten zum Ein- und Ausschalten des Magnetfeldes zu ermöglichen, kann der Magnet, oder eine Gruppe von mehreren Magneten, schiebbar, drehbar oder kippbar in einer dafür vorgesehenen Einrichtung angeordnet werden. Durch Verschieben, Drehen oder Kippen kann der Magnet in eine Position gebracht werden, in der seine Pole bzw. sein Magnetfeld in Richtung der Stäbe weisen (eingeschalteter Zustand, maximale Feldstärke an den Stäben) , oder der Magnet kann in eine andere Position gebracht werden, in der das von ihm ausgehende Magnetfeld die Stäbe des Kopfstücks nicht magnetisiert (ausgeschalteter Zustand) . Der Magnet/die Magnete kann/können auch in Zwischenpositionen geschoben, gedreht oder gekippt werden, um zu erreichen, daß die Feldstärke an den magnetisierbaren Stäben einen geringeren als den maximalen Wert hat .
Die Bewegung des/der Permanentmagnete (n) wird nach einer bevorzugten Ausführungsform dadurch ermöglicht, daß der/die Permanentmagnet (e) verschiebbar angeordnet wird/werden, so daß der/die Magnet (e) von außen her durch Verschieben (oder durch Zugkräfte) in den über dem Kopfstück liegenden Bereich hineinbewegt und wieder aus diesem Bereich heraus bewegt werden kann/können. Um das Verschieben zu ermöglichen, kann der Permanentmagnet beispielsweise auf Schienen, Rollen oder Zahnstangen gelagert sein.
Nach einer weiteren bevorzugten Ausführungsform wird die Bewegung des/der Permanentmagnete (n) dadurch ermöglicht, daß der/die Permanentmagnet (e) (1) auf einer drehbaren oder kippbaren Einrichtung angeordnet wird/werden, mittels welcher der/die Permanentmagnet (e) über das Kopfstück und wieder von diesem weg bewegt werden kann/können.
Die Bewegung (z . B. Kippen, Drehen, Verschieben) des/der Permanentmagneten kann entweder direkt oder indirekt von Hand oder mittels einer Antriebseinrichtung erfolgten, welche vorzugsweise elektromotorische, pneumatische, elektromagnetische oder hydraulische Antriebsmittel, oder eine Kombination davon, aufweist . Diese Antriebsmittel sind dem Fachmann im allgemeinen bekannt, ebenso weitere Komponenten (z .B. Getriebe, Gestänge) , die gegebenenfalls für die Antriebseinrichtung benötigt werden.
Des weiteren ist eine erfindungsgemäße Vorrichtung vorzugsweise so ausgestattet, daß das Ausmaß der Bewegung des/der Permanentmagneten vorherbestimmbar ist (z . B. Dreh- oder Kippwinkel, Verschiebungsstrecke) .
Nach einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist vorgesehen, daß der Vorrichtung ein programmgesteuerter Rechner zugeordnet und mit ihr verbunden ist . Dieser programmgesteuerte Rechner ermöglicht es, mindestens eine der nachfolgenden Funktionen der Vorrichtung zu steuern oder zu regeln, oder mindestens zwei der nachfolgend genannten Funktionen miteinander zu koordinieren oder zu synchronisieren: - Bewegung des/der Permanentmagneten, insbesondere die Zeitintervalle, innerhalb welcher der/die Magnete über den magnetisierbaren Stäben positioniert sind;
- Bewegung des Kopfstückes in horizontaler oder/und vertikaler Richtung, insbesondere Dauer, Frequenz und Amplitude einer Schüttel- oder Vibrationsbewegung;
- Betätigung der Mittel zum lösbaren Befestigen der Grundplatte am Kopfstück und zum Entfernen der Grundplatte vom Kopfstück;
- Betätigung der Mittel zum Festhalten der Hülsen an den Stäben und zum Entfernen der Hülsen von den Stäben;
- Bewegung der Haltevorrichtung, um Behälter oder Gruppen von Behältern abwechselnd unterhalb der Stäbe zu positionieren und anschließend wieder aus dieser Position zu entfernen, insbesondere Geschwindigkeit und Frequenz der Bewegungen, sowie Verweildauer der Haltevorrichtung unterhalb der Stäbe;
- vertikale Bewegung der Haltevorrichtung, um den Stab/ die Stäbe in die Flüssigkeit des/der Behälter einzutauchen und wieder daraus zu entfernen; insbesondere Eintauchtiefe, Dauer und Frequenz;
- sofern vorgesehen, Rotations-, Schüttel- oder Vibrationsbewegung der Haltevorrichtung, insbesondere Rotations- geschwindigkeit, -Amplitude und Intervalle zwischen einzelnen Arbeitsphasen.
Die erfindungsgemäßen Vorrichtungen können auf vorteilhafte Weise mit anderen Vorrichtungen zur automatisierten Behandlung von Probenmaterial kombiniert werden. Des weiteren können auch zwei oder mehrere der erfindungsgemäßen Vorrichtungen nebeneinander angeordnet und kombiniert werden.
Die Erfindung erstreckt sich deshalb auch auf Vorrichtungen der vorstehend beschriebenen Art, welchen eine oder mehrere der nachfolgend genannten Einrichtungen zugeordnet sind, deren Funktionen vorzugsweise durch eine gemeinsame Steuerung mit den Funktionen der Vorrichtung koordiniert werden:
- eine oder mehrere thermostatisierbare Heiz- oder Kühleinrichtungen;
- eine oder mehrere Pipettierstationen zum Hinzudosieren von Flüssigkeiten, insbesondere Reagenzien;
- eine oder mehrere Saugeinrichtungen zum Absaugen von Flüssigkeit aus den Behältern;
- eine oder mehrere Einrichtungen zum Schütteln oder Durchmischen der in den Behältern enthaltenen Flüssigkeiten;
- analytische Geräte, insbesondere für photometrische Messungen oder Lumineszenzdetektion.
Die Erfindung umfaßt ferner Verfahren zum Abtrennen von magnetischen oder magnetisierbaren Partikeln aus einer Flüssigkeit unter Verwendung eines Magnetfeldes; diese Verfahren werden vorzugsweise unter Verwendung einer der vorstehend beschriebenen Vorrichtungen durchgeführt . Die erfindungsgemäßen Verfahren weisen gemäß einer bevorzugten Ausführungsform folgende Schritte auf : a) Eintauchen zumindest eines magnetisierbaren Stabes der Vorrichtung in die partikelhaltige Flüssigkeit; b) Einschalten eines magnetischen Feldes durch Veränderung der Position eines Dauermagneten relativ zu dem magnetisierbaren Stab, wodurch der Stab magnetisiert wird und die Partikel sich im wesentlichen am unteren Ende des Stabes ansammeln; c) Entfernen des Stabes mit den anhaftenden Partikeln aus der Flüssigkeit .
Die erfindungsgemäßen Vorrichtungen und Verfahren können in vorteilhafter Weise zum Abtrennen und/oder Mischen einer Zielsubstanz aus/in einem flüssigen Stoffgemisch oder einer Lösung verwendet werden. Hierbei werden die magnetisierbaren Stäbe in eine Flüssigkeit eingetaucht, welche eine Zielsubstanz enthält, die spezifisch, aber reversibel an die Partikel gebunden wird. Bei den Zielsubstanzen kann es sich beispielsweise um Antikörper, Enzyme, . Rezeptoren, Liganden, pharmazeutische Wirkstoffe, Nukleinsäuren handeln. Diese können auch in Form komplexer Gemische mit anderen Substanzen vorliegen, wobei die Zielsubstanzen, abhängig von den Bindungseigenschaften der magnetisierbaren Partikel, spezifisch an diese gebunden werden.
In weiteren Arbeitsschritten kann es sinnvoll sein, Magnetpartikel samt anhaftenden Zielsubstanzen in geeigneten Waschlösungen zu waschen. Ein solcher Wasch-Vorgang kann beispielsweise wie folgt ablaufen: d) Eintauchen des Stabes mit den anhaftenden Partikeln in ein vorgegebenes Volumen einer Waschflüssigkeit; e) Ausschalten des magnetischen Feldes durch entgegengesetzte Veränderung der Position des Dauermagneten, wodurch die Partikel in die Flüssigkeit freigesetzt werden; f) Mischen; g) Magnetisieren der Stäbe durch Veränderung der Position des/der Dauermagneten, wodurch sich die Partikel im wesentlichen am unteren Ende des Stabes ansammeln; h) Herausheben des Stabes aus der Waschflüssigkeit .
In vielen Fällen ist es wünschenswert, die Zielsubstanzen nach der Bindung nach dem Abtrennen der Magnetpartikel von diesen zu eluieren. Deshalb ist nach einer weiteren Ausführungsform vorgesehen, daß das Verfahren folgende zusätzliche Schritte aufweist : i) Eintauchen des Stabes mit den anhaftenden Partikeln in ein vorgegebenes Volumen einer Elutions-Flüssigkeit, welche die Elution der Zielsubstanz von den Partikeln bewirkt; k) Herausheben des Stabes aus der Elutionsflüssigkeit, wobei die Partikel an dem Stab haften bleiben und so aus der Flüssigkeit abgetrennt werden. Zur Verbesserung der Reinheit und Ausbeute kann es vorteilhaft sein, die Partikel im Anschluß an Schritt b) oder d) durch Ausschalten des magnetischen Feldes in die Flüssigkeit freizusetzen, diese zu durchmischen, und anschließend durch Einschalten des Magnetfeldes wieder an den Stäben zu sammeln. Das Durchmischen kann beispielsweise durch Schütteln der Haltevorrichtung oder/und des Kopfteils bewirkt werden.
Durch Verwendung einer der oben beschriebenen erfindungsgemäßen Vorrichtungen können die genannten Verfahren auf besonders einfache und schnelle Weise durchgeführt werden. Die erfindungsgemäßen Vorrichtungen und Verfahren eignen sich in besonders vorteilhafter Weise für die eingangs erwähnten Anwendungsgebiete, insbesondere für Hochdurchsatz- Methoden.
Nach einer weiteren bevorzugten Ausführungsform ist bei dem erfindungsgemäßen Verfahren vorgesehen, daß die magneti- sierbaren Stäbe zwischen zwei Arbeitscyclen oder zwischen zwei Verfahrensschritten ausgetauscht und erneuert werden, beispielsweise zur Vermeidung von Kreuzkontaminationen. Vorzugsweise weist ein solches Verfahren deshalb zusätzlich zumindest einen der nachfolgend genannten Schritte auf : 1) eine erste Gruppe von magnetisierbaren Stäben, oder mehrere zu einer gemeinsamen Einheit verbundenen Stäbe, wird/werden lösbar an einer Vorrichtung befestigt, die einen oder mehrere angeordnete Permanentmagnete aufweist, dessen/deren relative Position bezüglich der magnetisierbaren Stäbe veränderbar ist; m) die erste Gruppe von magnetisierbaren Stäben wird von der Vorrichtung abgetrennt oder abgeworfen und durch eine zweite Gruppe von magnetisierbaren Stäben ersetzt, die lösbar an der Vorrichtung befestigt wird. Alternativ zu dieser Maßnahme, oder zusätzlich dazu, ist nach einer weiteren Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens vorgesehen, daß die magnetisierbaren Stäbe mit Hülsen ausgestattet werden, die zwischen zwei Arbeitscyclen oder zwischen zwei Verfahrensschritten ausgetauscht und erneuert werden, um die Verschleppung von Reagenzien oder Kreuzkontaminationen zu vermeiden.
Vorzugsweise weist ein solches Verfahren deshalb zusätzlich zumindest einen der nachfolgend genannten Schritte auf : n) eine erste Gruppe von Hülsen, oder zu einer gemeinsamen Einheit verbundene Hülsen, wird/werden auf die magnetisierbaren Stäbe einer Vorrichtung nach Anspruch 1 aufgesteckt; o) die erste Gruppe von Hülsen wird von den magnetisierbaren Stäben der Vorrichtung abgestreift oder abgeworfen und durch eine zweite Gruppe von Hülsen ersetzt, die auf die Stäbe aufgesteckt werden.
Die Erfindung wird nachfolgend anhand der beigefügten schematischen Zeichnungen beispielhaft erläutert . Die verwendeten Bezugszeichen haben in allen Zeichnungen dieselbe Bedeutung, sofern nicht anders angegeben. Da es sich lediglich um schematische Darstellungen handelt, können die tatsächlichen Größenverhältnisse hiervon abweichen.
Fig. IA und IB zeigen eine Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Vorrichtung (10) in einer Seitenansicht, wobei Fig. IA den eingeschalteten, Fig. IB den ausgeschalteten Zustand veranschaulicht . Die Vorrichtung (10) weist einen Permanentmagneten (1) auf, der verschiebbar auf Schienen
(2) gelagert ist und in Richtung des Pfeiles (a) in einer horizontalen Ebene bewegt werden kann. Ein ortsfester Rahmen der Vorrichtung (nicht abgebildet) trägt ein Kopfstück
(3 ) mit daran angebrachten magnetisierbaren Stangen oder Stäben (4) . Unterhalb der Stangen befindet sich eine vertikal verschiebbare Haltevorrichtung (6) . Auf der Haltevor- richtung ist ein Probenbehälter (7 ) mit mehreren Vertiefungen zur Aufnahme von Flüssigkeitsproben angeordnet, beispielsweise wiederablösbar auf der Haltevorrichtung ( 6) fixiert .
Das Kopfstück (3 ) ist mit einer Antriebseinheit (5 ) verbunden, welche es ermöglicht, das Kopfstück mit den daran angebrachten Stäben in Bewegung zu versetzen, vorzugsweise in eine Schüttelbewegung in horizontaler Ebene, wie durch Pfeil (b) angedeutet. Die Haltevorrichtung (6) ist mit einer Antriebseinheit ausgestattet (nicht abgebildet) , die eine Aufwärts- und Abwärtsbewegung der Haltevorrichtung ermöglicht (Pfeil c) . Auf die Stäbe (4) sind Hülsen (8) aufgesteckt oder aufgeklemmt.
Die Stäbe sind fest mit dem Kopfstück verbunden; alternativ können sie auch lösbar mit dem Kopfstück verbunden sein.
Wie erkennbar, befindet sich der Magnet (1) in Fig. IA in einer Position, die im wesentlichen oberhalb des Kopfstücks bzw. der magnetisierbaren Stäbe liegt, so daß die Stäbe durch den Magneten magnetisiert werden können. Dadurch wird an den Enden der Stäbe (7) ein Magnetfeld erzeugt, das zur Anziehung von Magnetpartikeln verwendet werden kann. In Fig. IB (ausgeschalteter Zustand) ist der Magnet aus dieser Position herausbewegt worden und befindet sich nicht mehr über den Stäben (4) .
Fig. IC zeigt eine Abwandlung der in Fig. IA und IB gezeigten Vorrichtung (10) , wobei die Hülsen (8 ' ) an ihren oberen Enden miteinander verbunden sind und eine gemeinsame Einheit bilden.
Fig. 2A bis 2C zeigen eine weitere Ausführungsform der Vorrichtung (10) , bei welcher eine Vielzahl von Stäben (4) in einer regelmäßigen Anordnung mit einer Grundplatte (9) verbunden sind und mit dieser eine Einheit bilden. Vorzugsweise ist die Platte (9) lösbar am Kopfstück (3) befestigt . Das Kopfstück ist dann bevorzugt mit einer Halte- und Ab- wurf-Vorrichtung ausgestattet, welche ein automatisches Aufnehmen und Abwerfen der Platte durch das Kopfstück ermöglicht (nicht abgebildet) . - Fig. 2A zeigt den eingeschalteten, Fig. 2B den ausgeschalteten Zustand.
Fig. 2C zeigt eine weitere vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung (im eingeschalteten Zustand) , wobei die gesamte Einheit, die das Kopfstück und den Magneten umfaßt, auf- und abwärts bewegt werden kann, vorzugsweise durch Antriebsmittel der oben genannten Art. In diesem Fall kann auf eine vertikale Bewegbarkeit der Haltevorrichtung (6) verzichtet werden.
Fig. 2D zeigt eine weitere vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung, bei welcher anstelle einer Grundplatte (9) mit daran angebrachten Stäben (4) eine Gruppe von miteinander zu einer Einheit verbundenen Hülsen oder Hohlstäben ( 8 ' ' ) verwendet wird; die Hülsen sind in diesem Fall aus einem magnetisierbaren Material hergestellt .
Fig. 3 zeigt eine weitere Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung, bei welcher die Haltevorrichtung ( 6) für die Probengefäße mit einer Antriebseinheit (5 ' ) in horizontaler Richtung (Pfeil d) bewegt werden kann.
Fig. 4 zeigt eine weitere Ausgestaltung der Erfindung, wobei zwei Einheiten, jeweils mit einem Kopfstück (3) , magnetisierbaren Stäben (4) , Haltevorrichtung (6) , miteinander kombiniert sind, wobei der Magnet (1) über eine Schiene (2) abwechselnd über dem einen oder dem anderen Kopfstück (3) positioniert werden kann.
Die vorstehend beschriebenen Vorrichtungen und Verfahren können in vorteilhafter Weise bei den eingangs erwähnten Methoden und Techniken eingesetzt werden, und sie können auf einfache Weise an unterschiedliche Anforderungen angepaßt werden.

Claims

Ansp rü che
1. Vorrichtung zum Abtrennen von magnetischen oder magne- tisierbaren Partikeln aus einer Flüssigkeit unter Verwendung eines Magnetfeldes, wobei die Vorrichtung (10 )
- ein Kopfstück (3 ) mit einem oder mehreren magnetisierba- ren Stäben (4) aufweist, welche (r) fest oder lösbar mit dem Kopfstück (3) verbunden ist/sind;
- einen oder mehrere Permanentmagnete (1) aufweist, dessen/deren relative Position bezüglich des Kopfstücks durch eine vorherbestimmbare Bewegung des/der Magneten oder/und durch eine vorherbestirambare Bewegung des Kopfstücks veränderbar ist .
2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die magnetisierbaren Stäbe (4) an einer Grundplatte (9 ) angebracht sind und mit dieser eine Einheit bilden, wobei bevorzugt wird, daß die Grundplatte lösbar mit dem Kopfstück (3 ) verbunden ist .
3. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Platte (9) mit einer Vielzahl von magnetisierbaren Stäben (4) versehen ist, die in einer oder mehreren Reihen angeordnet sind, wobei jede Reihe eine Vielzahl von Stäben (4) enthält .
4. Vorrichtung nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß sie Mittel aufweist, durch welche die Stäbe (4) , oder die Grundplatte (9) mit den daran befindlichen Stäben (4) , lösbar an dem Kopfstück verbunden und/oder vom Kopfstück entfernt werden kann/können, wobei die genannten Mittel vorzugsweise durch elektromotorischen Antrieb, oder durch pneumatische, elektromagnetische oder hydraulische Mittel, oder durch eine Kombination davon, betätigt werden.
5. Vorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der/die genannte (n) Stab/Stäbe (4) jeweils mit einer abstreifbaren, auswechselbaren Hülse ( 8 ) versehen sind.
6. Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß sie mehrere Hülsen aufweist, welche eine gemeinsame Einheit (8 ' ) bilden.
7. Vorrichtung nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, daß sie Mittel aufweist, durch welche die auswechselbaren Hülsen ( 8) oder die eine gemeinsame Einheit bildenden Hülsen (8 ' ) an den Stäben (4) , oder an dem Kopfstück (3 ) , festgehalten und/oder von den Stäben (4) , oder dem Kopfstück (3) , entfernt werden können/kann, wobei die genannten Mittel vorzugsweise durch elektromotorischen Antrieb, oder durch pneumatische, elektromagnetische oder hydraulische Mittel, oder durch eine Kombination davon, betätigt werden.
8. Vorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Kopfstück beweglich angeordnet ist und durch eine Antriebseinrichtung in Bewegung versetzt werden kann, wobei die Antriebseinrichtung vorzugsweise elektromotorische, pneumatische, elektromagnetische oder hydraulische Antriebsmittel, oder eine Kombination davon, aufweist .
9. Vorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet , daß das Kopfstück (3) in der Weise beweglich angeordnet ist, daß es eine oder mehrere der nachfolgend genannten Bewegungsarten ausführen kann:
- Translationsbewegungen in einer horizontalen Ebene; - Bewegungen entlang einer Kreisbahn, einer elliptischen Bahn oder unregelmäßigen Bahn, jeweils in einer horizontalen Ebene;
- Bewegungen in vertikaler Richtung; wobei die vertikale Richtung im wesentlichen der Längsrichtung der magnetisierbaren Stäbe (4 ' ) entspricht .
10. Vorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß sie eine Haltevorrichtung (6) für eine oder mehrere Probengefäße (7) aufweist .
11. Vorrichtung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Haltevorrichtung (6) beweglich angeordnet ist und durch eine Antriebseinrichtung in Bewegung versetzt werden kann, so daß die Probengefäße (7 ) in einem unterhalb der Stäbe (4) liegenden Bereich oder außerhalb dieses Bereichs positioniert werden können, wobei die Antriebseinrichtung der Haltevorrichtung (6) vorzugsweise elektromotorische, pneumatische, elektromagnetische oder hydraulische Antriebsmittel, oder eine Kombination davon, aufweist .
12. Vorrichtung nach Anspruch 10 oder 11, dadurch gekennzeichnet, daß die Haltevorrichtung (6) in der Weise beweglich angeordnet ist, daß sie eine oder mehrere der nachfolgend genannten Bewegungsarten ausführen kann:
- Translationsbewegungen in einer horizontalen Ebene;
- Bewegungen entlang einer Kreisbahn, einer elliptischen Bahn oder unregelmäßigen geschlossenen Bahn, jeweils in einer horizontalen Ebene;
- Bewegungen in vertikaler Richtung; wobei die vertikale Richtung im wesentlichen der Längsrichtung der magnetisierbaren Stäbe (4) entspricht .
13. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 10 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß die Haltevorrichtung (6) Bestandteil eines programmgesteuerten Laborroboter-Systems ist und so eingerichtet ist, daß eine Vielzahl von einzelnen der genannten Behälter oder von Gruppen solcher Behälter (7) , insbesondere Mikrotiterplatten, abwechselnd in eine Position unterhalb der genannten Stäbe (4) gebracht und anschließend nach einem vorherbestimmbaren Zeitintervall wieder in eine Position gebracht werden, die außerhalb des unterhalb der Stäbe befindlichen Bereiches liegt .
14. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 10 bis 13, dadurch gekennzeichnet, daß die vertikale Bewegung der Haltevorrichtung (6) durch eine Steuerungs- oder Regeleinheit in der Weise Steuer- oder regelbar ist, daß bei einer Aufwärtsbewegung ein Eintauchen der Stäbe (4) in die flüssigkeitsgefüllten Behälter (7) bewirkt wird.
15. Vorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Kopfstück oder/und die HaI- tevorriσhtung zur Ausführung von Sσhüttel- oder Vibrationsbewegungen befähigt ist .
16. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 14, dadurch gekennzeichnet, daß das Kopfstück fest angeordnet ist .
17. Vorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die der/die Permanentmagnet (e) (1) verschiebbar angeordnet ist/sind, so daß der/die Magnet (e) von außen her in den über dem Kopfstück (3) liegenden Bereich hineinbewegt und wieder aus diesem Bereich heraus bewegt werden kann/können.
18. Vorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der/die Permanentmagnet (e) (1) drehbar oder kippbar angeordnet ist/sind.
19. Vorrichtung nach einem vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Bewegung des/der Permanentmagneten mittels einer Antriebseinrichtung erfolgt, welche vorzugsweise elektromotorische, pneumatische, elektromagnetische oder hydraulische Antriebsmittel, oder eine Kombination davon, aufweist .
20. Vorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet. daß der Vorrichtung ein programmgesteuerter Rechner zugeordnet und mit ihr verbunden ist, durch den mindestens eine der nachfolgenden Funktionen der Vorrichtung gesteuert oder geregelt werden kann, oder durch den mindestens zwei der nachfolgend genannten Funktionen miteinander koordiniert werden können:
- Bewegung des/der Permanentmagneten (1) , insbesondere die Zeitintervalle, innerhalb welcher der/die Magnete über den magnetisierbaren Stäben (4) positioniert sind;
- Bewegung des Kopfstückes (3) in horizontaler oder/und vertikaler Richtung, insbesondere Dauer, Frequenz und Amplitude einer Schüttel- oder Vibrationsbewegung;
- Betätigung der Mittel zum lösbaren Befestigen der Grundplatte (9) am Kopfstück (3 ) und zum Entfernen der Grundplatte vom Kopfstück;
- Betätigung der Mittel zum Festhalten der Hülsen (8) an den Stäben (4) und zum Entfernen der Hülsen ( 8) von den Stäben (4) ;
- Bewegung der Haltevorrichtung (6) , um Behälter (7 ) oder Gruppen von Behältern abwechselnd unterhalb der Stäbe (4) zu positionieren und anschließend wieder aus dieser Position zu entfernen, insbesondere Geschwindigkeit und Frequenz der Bewegungen, sowie Verweildauer der Haltevorrichtung unterhalb der Stäbe;
- vertikale Bewegung der Haltevorrichtung (6) , um den Stab/ die Stäbe (4) in die Flüssigkeit des/der Behälter (7 ) einzutauchen und wieder daraus zu entfernen; insbesondere Eintauchtiefe, Dauer und Frequenz;
- sofern vorgesehen, Rotations-, Schüttel- oder Vibrationsbewegung der Haltevorrichtung (6) , insbesondere Rotati- onsgeschwindigkeit, -Amplitude und Intervalle zwischen einzelnen Arbeitsphasen.
21. Vorrichtung nach einem oder mehreren der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß ihr eine oder mehrere der nachfolgend genannten Einrichtungen zugeordnet sind, deren Funktionen durch eine gemeinsame Steuerung mit den Funktionen der Vorrichtung koordiniert werden:
- eine oder mehrere thermostatisierbare Heiz- oder Kühleinrichtungen;
- eine oder mehrere Pipettierstationen zum Hinzudosieren von Flüssigkeiten, insbesondere Reagenzien;
- eine oder mehrere Saugeinrichtungen zum Absaugen von Flüssigkeit aus den Behältern;
- eine oder mehrere Einrichtungen zum Schütteln oder Durchmischen der in den Behältern enthaltenen Flüssigkeiten;
- analytische Geräte, insbesondere für photometrische Messungen oder Lumineszenzdetektion.
22. Anordnung von magnetisierbaren Stäbe zur Verwendung in einer Vorrichtung zum Abtrennen von magnetischen oder magnetisierbaren Partikeln nach einem der Ansprüche 1 bis 21, dadurch gekennzeichnet, daß eine Vielzahl von magnetisierbaren Stäben (4) an einer Grundplatte (9) angebracht sind, wobei die Stäbe im wesentlichen parallel zueinander ausgerichtet sind und vorzugsweise in einer, zwei oder mehreren Reihen angeordnet sind, wobei jede Reihe zwei oder mehrere Stäbe umfaßt .
23. Anordnung nach Anspruch 22, dadurch gekennzeichnet, daß die magnetisierbaren Stäbe (4) mit der Grundplatte (9 ) eine Einheit bilden, die vorzugsweise einstückig hergestellt ist, insbesondere durch Tiefziehen.
24. Anordnung von Hülsen zur Verwendung in einer Vorrichtung zum Abtrennen von magnetischen oder magnetisierbaren Partikeln aus einer Flüssigkeit nach einem der Ansprüche 1 bis 21, dadurch gekennzeichnet, daß eine Vielzahl von Hülsen (8) , die auf den magnetisierbaren Stäben der genannten Vorrichtung aufsteckbar sind, im wesentlichen parallel zueinander angeordnet sind, vorzugsweise in einer, zwei oder mehreren Reihen angeordnet sind, wobei jede Reihe zwei oder mehrere Stäbe umfaßt .
25. Anordnung nach Anspruch 24, dadurch gekennzeichnet, daß die Hülsen ( 8 ) zu einer gemeinsamen Einheit ( 8 ' ) verbunden sind, die vorzugsweise einstückig hergestellt ist, insbesondere durch Tiefziehen.
26. Verfahren zum Abtrennen von magnetischen oder magnetisierbaren Partikeln aus einer Flüssigkeit unter Verwendung eines Magnetfeldes, durchführbar mittels einer Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1-21, wobei das Verfahren folgende Schritte aufweist : a) Eintauchen zumindest eines magnetisierbaren Stabes der Vorrichtung in die partikelhaltige Flüssigkeit; b) Einschalten eines magnetischen Feldes durch Veränderung der Position eines Dauermagneten relativ zu dem magnetisierbaren Stab, wodurch der Stab magnetisiert wird und die Partikel sich im wesentlichen am unteren Ende des Stabes ansammeln; c) Entfernen des Stabes mit den anhaftenden Partikeln aus der Flüssigkeit .
27. Verfahren nach Anspruch 26, dadurch gekennzeichnet, daß die in Schritt (a) verwendete Flüssigkeit eine Zielsubstanz enthält, die spezifisch, aber reversibel an die Partikel gebunden wird.
28. Verfahren nach Anspruch 27 , gekennzeichnet durch folgende zusätzliche Schritte: d) Eintauchen des Stabes mit den anhaftenden Partikeln in ein vorgegebenes Volumen einer Waschflüssigkeit; e) Ausschalten des magnetischen Feldes durch entgegengesetzte Veränderung der Position des Dauermagneten, wodurch die Partikel in die Flüssigkeit freigesetzt werden; f) Mischen; g) Magnetisieren der Stäbe durch Veränderung der Position des/der Dauermagneten, wodurch sich die Partikel im wesentlichen am unteren Ende des Stabes ansammeln; h) Herausheben des Stabes aus der Waschflüssigkeit .
29. Verfahren nach Anspruch 27 oder 28, gekennzeichnet durch folgende zusätzliche Schritte: i) Eintauchen des Stabes mit den anhaftenden Partikeln in ein vorgegebenes Volumen einer Elutions-Flüssigkeit, welche die Elution der Zielsubstanz von den Partikeln bewirkt; k) Herausheben des Stabes aus der Elutionsflüssigkeit, wobei die Partikel an dem Stab haften bleiben und so aus der Flüssigkeit abgetrennt werden.
30. Verfahren nach einem der Ansprüche 26-29, wobei das Verfahren zusätzlich zumindest einen der nachfolgend genannten Schritte aufweist :
1) eine erste Gruppe von magnetisierbaren Stäben, oder mehrere zu einer gemeinsamen Einheit verbundenen Stäbe, wird/werden lösbar an einer Vorrichtung befestigt, die" einen oder mehrere angeordnete Permanentmagnete (1) aufweist, dessen/deren relative Position bezüglich der magnetisierbaren Stäbe veränderbar ist; m) die erste Gruppe von magnetisierbaren Stäben wird von der Vorrichtung abgetrennt oder abgeworfen und durch eine zweite Gruppe von magnetisierbaren Stäben ersetzt, die lösbar an der Vorrichtung befestigt wird.
31. Verfahren nach, einem der Ansprüche 26-30, wobei das Verfahren zusätzlich zumindest einen der nachfolgend genannten Schritte aufweist :
n) eine erste Gruppe von Hülsen, oder zu einer gemeinsamen Einheit verbundene Hülsen, wird/werden auf die magneti- sierbaren Stäbe einer Vorrichtung nach Anspruch 1 aufgesteckt; o) die erste Gruppe von Hülsen wird von den magnetisierba- ren Stäben der Vorrichtung abgestreift oder abgeworfen und durch eine zweite Gruppe von Hülsen ersetzt, die auf die Stäbe aufgesteckt werden.
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