特開 2023-111898 磁性粒子反応システム

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】P2023111898

(43)【公開日】2023-08-10

(54)【発明の名称】磁性粒子反応システム

(51)【国際特許分類】

   B01F 33/451 20220101AFI20230803BHJP

   B03C 1/01 20060101ALI20230803BHJP

   B03C 1/00 20060101ALI20230803BHJP

   G01N 33/543 20060101ALI20230803BHJP

【ＦＩ】

B01F33/451

B03C1/01

B03C1/00 A

G01N33/543 541A

【審査請求】未請求

【請求項の数】21

【出願形態】ＯＬ

【外国語出願】

(21)【出願番号】P 2023012140

(22)【出願日】2023-01-30

(31)【優先権主張番号】63/304,858

(32)【優先日】2022-01-31

(33)【優先権主張国・地域又は機関】US

(71)【出願人】

【識別番号】513237308

【氏名又は名称】アイデックス ヘルス アンド サイエンス エルエルシー

(74)【代理人】

【識別番号】110000855

【氏名又は名称】弁理士法人浅村特許事務所

(72)【発明者】

【氏名】ジョン バーナクル

(72)【発明者】

【氏名】エリック ビーマー

(72)【発明者】

【氏名】クレイグ ラブ

(72)【発明者】

【氏名】ジェイミー ブラボ

(72)【発明者】

【氏名】カール シムズ

【テーマコード（参考）】

4G036

【Ｆターム（参考）】

4G036AC27

(57)【要約】

【課題】磁性粒子を使用して混合物から標的分子を単離する方法。
【解決手段】容器内に粒子を懸濁するための方法であって、（ａ）磁場に磁気応答する粒子を容器によって画定されたチャンバ内に装填するステップと、（ｂ）第１の経路に沿って複数の位置のうちの１つまたは複数から第１の磁場を印加するステップと、（ｃ）第２の経路に沿って複数の位置のうちの１つまたは複数から第２の磁場を印加するステップと、（ｄ）第１の磁場を調整するステップと、を含む方法。
【選択図】図１

【特許請求の範囲】

【請求項1】

容器内に粒子を懸濁するための方法であって、
（ａ）磁場に磁気応答する粒子を容器によって画定されたチャンバ内に装填し、任意選択的に流体体積を前記チャンバ内に装填するステップと、
（ｂ）第１の経路に沿って複数の位置のうちの１つまたは複数から第１の磁場を印加し、前記粒子に第１の回転速度を促す第１の磁気応答を生じさせるステップと、
（ｃ）第２の経路に沿って複数の位置のうちの１つまたは複数から第２の磁場を印加し、前記粒子に第２の回転速度を促す第２の磁気応答を生じさせるステップであって、前記第２の回転速度は前記第１の回転速度とほぼ反対である、ステップと、
（ｄ）ステップ（ｃ）の前または後に、前記第１の磁場を調整し、前記粒子の前記第１の磁気応答を変化させるためにステップと、
を含む方法。

【請求項2】

前記第２の磁場を印加する前に前記第１の磁場を除去するステップを含む、請求項１に記載の方法。

【請求項3】

前記容器の第１の側面から前記第１の磁場を印加するステップと、前記容器の第２の側面から前記第２の磁場を印加するステップと、を含む、請求項１に記載の方法。

【請求項4】

前記容器の前記第１の側面が、前記容器の前記第２の側面とは反対側にある、請求項３に記載の方法。

【請求項5】

前記第１および第２の磁気応答が引力を含む、請求項２に記載の方法。

【請求項6】

前記第１および第２の磁気応答が各々、前記チャンバ内の、または前記チャンバを画定するそれぞれの壁に向かって、または前記それぞれの壁に対して前記粒子を引き寄せる、請求項５に記載の方法。

【請求項7】

前記第１および第２の磁場の少なくとも一方が前記粒子に印加されている間に、前記チャンバから前記流体体積の少なくとも一部を除去するステップを含む、請求項６に記載の方法。

【請求項8】

前記第１および第２の磁場のうちの前記少なくとも一方が前記粒子に印加されている間に、第２の流体体積を前記チャンバに装填するステップを含む、請求項７に記載の方法。

【請求項9】

前記第１および第２の磁場が、前記流体体積内に前記粒子を分散および懸濁させるように印加される、請求項５に記載の方法。

【請求項10】

前記流体体積内に前記粒子を実質的に均一に分散および懸濁するステップを含む、請求項９に記載の方法。

【請求項11】

前記第１の経路が、円弧状であって、前記チャンバと交差しない第１の平面内にあり、前記第２の経路が、円弧状であって、前記チャンバと交差しない第２の平面内にある、請求項１に記載の方法。

【請求項12】

前記第１の磁気応答が前記流体内に第３の回転速度を生じさせ、前記第２の磁気応答が前記流体内に第４の回転速度を生じさせ、前記第４の回転速度が前記第３の回転速度とほぼ反対である、請求項１に記載の方法。

【請求項13】

チャンバ内に配置された流体中に磁気応答性粒子を懸濁するための方法であって、
（ａ）前記粒子が磁気応答する第１の可動磁場を提供するステップであって、前記第１の磁場が、前記チャンバを貫通して移動可能であり、前記チャンバの第１の側面に近接して延在する第１の経路から印加可能である、ステップと、
（ｂ）前記粒子が磁気応答する第２の可動磁場を提供するステップであって、前記第２の磁場が、前記チャンバを貫通して移動可能であり、前記チャンバの第２の側面に近接して延在する第２の経路から印加可能である、ステップと、
（ｃ）前記第１および第２の磁場を、
（ｉ）前記第１の経路に沿って移動しながら前記粒子に前記第１の磁場が印加される第１の条件と、
（ｉｉ）前記第１の磁場が、前記粒子の前記磁気応答を変化させるように修正されるか、または前記粒子に印加されない第２の条件と、
（ｉｉｉ）前記第２の経路に沿って移動しながら前記粒子に前記第２の磁場が印加される第３の条件と、
を含む系列で印加するステップと、
を含む方法。

【請求項14】

前記第２の条件が、前記粒子に前記第２の磁場を印加しないことを含む、請求項１３に記載の方法。

【請求項15】

前記第１の条件が、前記粒子に前記第２の磁場を印加しないことを含む、請求項１４に記載の方法。

【請求項16】

前記第３の条件が、前記粒子に前記第１の磁場を印加しないことを含む、請求項１５に記載の方法。

【請求項17】

前記第１および第２の磁場を印加するステップの前記系列が、前記第１の条件の後に前記第２の条件が続き、前記第２の条件の後に前記第３の条件が続く順序で進行する、請求項１３に記載の方法。

【請求項18】

前記第１の磁場および前記第２の磁場が、前記系列の全体にわたってそれぞれの第１の経路および第２の経路に沿って連続的に移動する、請求項１３に記載の方法。

【請求項19】

前記第１および第２の磁場が、調整可能な速度で移動可能である、請求項１４に記載の方法。

【請求項20】

前記第１および第２の磁気経路が円弧状である、請求項１３に記載の方法。

【請求項21】

前記第１および第２の磁場のうちの少なくとも一方が、磁場強度において修正可能である、請求項１３に記載の方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、一般に、反応および分離システムに関し、より具体的には、磁性粒子を使用して混合物から標的分子を調製、分離、化学修飾、濃縮または他の方法で単離する反応システムに関する。

【背景技術】

【0002】

マイクロメータ以下の磁性粒子は、ある特定の化学的用途のために最初に開発されたが、最近、様々な表面化学修飾を有するミクロンサイズ粒子を形成する凝集体としての使用が見出された。これらの粒子は、磁気ビーズまたは単に「ビーズ」と呼ばれることがある。粒子は単分散性であり得、複雑な混合物から標的分子または生体分子を選択的に単離するために選択された官能基化表面修飾を有し得る。

【0003】

磁性粒子、表面化学、多孔性、粒径分布などの用途の進歩は、様々なクロマトグラフィ媒体の開発に関連している。いくつかの磁性粒子は、高度に複雑な生物学的混合物からの分析物の穏やかな捕捉とそれに続く選択的放出を必要とする、混合物からの抗体－抗原タイプの標的分子捕捉を実施するための表面修飾を有する生物学的用途のために開発されている。使用またはさらなる分析のために試料を抽出、精製、濃縮、または他の方法で調製するために、磁性粒子に対する特定の表面修飾を使用して多くの生物学的アッセイが開発されている。磁性粒子はまた、生産環境における細胞培養物から生物学的に重要な分子を捕捉するために使用されてきた。

【0004】

磁性粒子は、標的合成生体分子を捕捉し、それらを反応媒体から分離するためのバイオリアクタシステムに使用されてきた。米国特許第１０，９４０，４８５号に記載されている例示的なシステムでは、標的分子が付着した磁性粒子は、位置決め可能な磁石を使用して磁性粒子および標的分子が静止している別個の容器に移送される。当技術分野で周知のように、媒体が容器から除去されている間に磁性粒子および結合標的分子を所定の位置に保持するために、媒体中に磁性粒子および結合標的分子を収容する容器に近接して磁石を適用することができる。培地除去に続いて、洗浄サイクルを使用して、粒子および結合した標的分子から残留培地を除去することができる。磁石の適用は、典型的には、磁性粒子および結合した標的分子が洗浄試薬と完全に相互作用することができるように、洗浄サイクル中に除去される。その後に、磁性粒子から標的分子を放出させるために、転移液を容器に導入してもよい。転写液の導入後にチャンバに磁場を再印加することにより、磁性粒子と標的分子とが物理的に分離され、転写液による標的分子の除去が可能となる。

【0005】

磁場は、磁性粒子またはその少なくとも表面に親和性を有する標的化合物のバルク捕捉および放出のために磁性粒子に関連して印加され得る。永久磁石は、この目的のための有用な磁場の一般的な供給源である。永久磁石は、隣接する容器内の磁性粒子に対して関連する磁場を選択的に印加および除去するように制御される可動装置に固定されてもよい。具体的には、永久磁石は、可動装置によって、その磁場が容器内の磁性粒子と相互作用して、流体が容器に導入され、および／または容器から除去されている間に容器の壁に対して磁性粒子を保持する位置に移動される。

【0006】

いくつかの従来のシステムは、磁場が印加されていないときにそれぞれの流体媒体中に磁性粒子を懸濁させるために機械的または流体混合機構を使用する。磁性粒子は、均一または不均一な密度を有してもよく、場合によっては、磁性粒子が懸濁されている流体媒体の密度に近い。インペラまたは回転容器などの機械的ミキサは、米国特許出願公開第２０２０／００３０８１６号および米国特許出願公開第２０１９／００２２６６５号に記載されている。流体媒体中の磁性粒子の均一な分散を達成することが重要であり得、特に、試料アリコートを粒子溶液から取り出すことができる。従来の混合機構は、流体媒体内に磁性粒子を適切に分散させるが、いくつかの反応器環境はそれに適合しない。例えば、磁性粒子の混合を達成するために容器の移動に依存する機構は、容器が静止していなければならない用途、または容器に接続された固定具を回転させることができないか、そうでなければ移動させることができない用途と互換性がない。従来のシステムはまた、粒子、すなわち流体媒体密度および粘度の差に対して混合速度を修正する能力を提供しない。さらに、従来のシステムは、磁性粒子に対する磁場の速度を変化させる能力を提供しない。従来のシステムは、粒子および／または溶液の変動の変化を補償する能力が制限されており、溶媒組成を変更する際の粒子操作の最適化を制限する。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0007】

【特許文献1】米国特許第１０，９４０，４８５号明細書

【特許文献2】米国特許出願公開第２０２０／００３０８１６号明細書

【特許文献3】米国特許出願公開第２０１９／００２２６６５号明細書

【発明の概要】

【0008】

本発明により、可変磁場を磁性粒子接触システムに制御可能に印加して、磁性粒子に所望の運動および非運動を生じさせることができる。特に、磁場自体は、磁性粒子の磁気応答を生じさせるように、磁性粒子を収容する静止容器に対して移動させることができる。容器の粒子収容チャンバを通る磁場の制御された移動は、磁性粒子の制御された移動または非移動を誘発する。

【0009】

一実施形態では、磁性粒子懸濁システムは、チャンバおよびチャンバへの開口部を画定する容器と、磁場に磁気応答する粒子と、粒子がチャンバ内に配置されたときにチャンバを貫通して磁場を制御可能に移動させ、それによって粒子を磁気的に制御するための懸濁装置と、を含む。懸濁装置は、モータと、モータに結合されたアームと、アームに結合された磁石と、を含み、モータは、磁石が駆動軸の周りの軸周回経路に沿って移動するように、アームを駆動軸の周りで回転駆動する。

【0010】

いくつかの実施形態では、磁石によって生成された磁場は、軸周回経路の係合部分にあるときに磁性粒子に磁気応答を生じさせる。磁気応答は、粒子の運動を誘発する引力であり得る。磁気応答は、好ましくは、粒子をチャンバ内またはチャンバを画定する壁に向かってまたは壁に対して引き寄せることができる。

【0011】

軸周回経路の係合部分は、磁石によって生成された磁場が粒子に磁気応答を生じさせるために、容器のチャンバに十分に近接していてもよい。さらに、磁石によって生成された磁場は、軸周回経路の非係合部分にあるとき、粒子の磁気応答に影響を及ぼさない可能性がある。

【0012】

懸濁装置は、モータに結合された複数のアームと、アームの各々に結合された少なくとも１つの磁石と、を含むことができる。第１および第２のアームは、駆動軸から半径方向反対側に延在してもよい。磁石は、それぞれの軸周回経路に沿って駆動軸の周りで駆動可能であり得、磁石のうちの第１のものによって生成された第１の磁場は、それぞれの軸周回経路の係合部分にあるときに粒子に磁気応答を生じさせることができ、磁石のうちの第２のものによって生成された第２の磁場は、それぞれの軸周回経路の係合部分にあるときに粒子に磁気応答を生じさせることができる。磁気応答は、粒子の運動を誘発する引力であり得る。磁気応答は、粒子をチャンバ内またはチャンバを画定する壁に向かってまたは壁に対して引き寄せることができる。第１および第２の磁場は重なり合わなくてもよく、第１の軸周回経路は容器の第１の側面に隣接してもよく、第２の軸周回経路は第１の側面とは反対の容器の第２の側面に隣接してもよい。

【0013】

モータは、駆動軸を中心に駆動部材を増分的に回転させるように制御可能な可変速モータであってもよい。アームは、駆動部材に結合されてもよい。いくつかの実施形態では、モータは、駆動軸を中心とした駆動部材の増分回転が１度であるステッパモータである。

【0014】

容器内に粒子を懸濁するための方法は、容器によって画定されたチャンバ内に磁場に応答する粒子を装填するステップと、任意選択的にチャンバ内に流体体積を装填するステップと、を含む。第１の磁場を印加して粒子に磁気応答を生じさせ、第２の磁場を印加して粒子に磁気応答を生じさせる。第２の磁場を印加する前または後に、第１の磁場を調整し、粒子の第１の磁気応答を変化させてもよい。

【0015】

いくつかの実施形態では、第１の磁場は、第２の磁場を印加する前に除去される。第１の磁気応答は、第２の磁気応答と異なっていてもよい。

【0016】

第１の磁場は容器の第１の側面から印加されてもよく、第２の磁場は容器の第２の側面から印加されてもよい。いくつかの実施形態では、容器の第１の側面は、容器の第２の側面と反対側にある。

【0017】

第１および第２の磁気応答は、典型的には、引力を含む。いくつかの実施形態では、第１および第２の磁気応答はそれぞれ、粒子をチャンバ内またはチャンバを画定するそれぞれの壁に向かってまたはそれに対して引き寄せる。第１および第２の磁場の少なくとも一方が粒子に印加されている間に、流体体積の少なくとも一部をチャンバから除去することができる。第１および第２の磁場のうちの少なくとも１つが粒子に印加されている間に、第２の流体体積をチャンバに装填することができる。

【0018】

第１および第２の磁場は、流体体積内に粒子を分散および懸濁させるように印加されてもよい。いくつかの実施形態では、粒子は、流体体積内に実質的に均一に分散および懸濁されてもよい。

【0019】

磁性粒子懸濁システムであって、
チャンバおよびチャンバへの開口部を画定する容器と、
磁場に磁気応答する粒子と、
粒子がチャンバ内に配置されたときに、チャンバを貫通して円弧状に磁場を制御可能に移動させ、それによって粒子を磁気的に制御するための懸濁装置と、を含み、懸濁装置は、モータと、モータに結合されたアームと、アームに結合された磁石と、を含み、モータは、アームを駆動軸の周りに回転可能に駆動し、それにより磁石は駆動軸の周りの軸周回経路に沿って移動する。

【0020】

磁石によって生成された磁場が、軸周回経路の係合部分にあるときに粒子に磁気応答を生じさせる、本明細書に記載の磁性粒子懸濁システム。

【0021】

磁気応答は粒子の運動を誘発する引力である、本明細書に記載の磁性粒子懸濁システム。

【0022】

磁気応答は、粒子をチャンバ内またはチャンバを画定する壁に向かってまたは壁に対して引き寄せる、本明細書に記載の磁性粒子懸濁システム。

【0023】

磁石は、１０００テスラ／ｍ未満の磁場強度を有する永久磁石である、本明細書に記載の磁性粒子懸濁システム。

【0024】

軸周回経路の係合部分は、磁石によって生成された磁場が粒子の磁気応答を生じさせるために容器のチャンバに十分に近接している、本明細書に記載の磁性粒子懸濁システム。

【0025】

磁石によって生成された磁場は、軸周回経路の非係合部分にあるときに粒子の磁気応答に影響を及ぼさない、本明細書に記載の磁性粒子懸濁システム。

【0026】

懸濁装置は、モータに結合された複数のアームと、アームの各々に結合された少なくとも１つの磁石と、を含む、本明細書に記載の磁性粒子懸濁システム。

【0027】

アームのうちの第１および第２のものが、駆動軸から半径方向反対側に延在する、本明細書に記載の磁性粒子懸濁システム。

【0028】

磁石は、それぞれの軸周回経路に沿って駆動軸の周りで駆動可能であり、磁石のうちの第１のものによって生成された第１の磁場は、それぞれの軸周回経路の係合部分にあるときに粒子に磁気応答を生じさせ、磁石のうちの第２のものによって生成された第２の磁場は、それぞれの軸周回経路の係合部分にあるときに粒子に磁気応答を生じさせる、本明細書に記載の磁性粒子懸濁システム。

【0029】

磁気応答は粒子の運動を誘発する引力である、本明細書に記載の磁性粒子懸濁システム。

【0030】

磁気応答は、チャンバ内の壁またはチャンバを画定する壁に向かってまたはそれに対して粒子を駆動する、本明細書に記載の磁性粒子懸濁システム。

【0031】

第１および第２の磁場は重ならない、本明細書に記載の磁性粒子懸濁システム。

【0032】

第１の軸周回経路は、容器の第１の側面に隣接し、第２の軸周回経路は、第１の側面の反対側の容器の第２の側面に隣接する、本明細書に記載の磁性粒子懸濁システム。

【0033】

モータは、駆動軸を中心に駆動部材を増分的に回転させるように制御可能な可変速可逆モータであり、アームが駆動部材に結合されている、本明細書に記載の磁性粒子懸濁システム。

【0034】

モータはステッパモータである、本明細書に記載の磁性粒子懸濁システム。

【0035】

駆動軸を中心とした駆動部材の増分回転が１度である、本明細書に記載の磁性粒子懸濁システム。

【0036】

チャンバは円錐状領域を含み、チャンバが、重力方向下方に沿って狭くなる円錐状領域と共に配向可能である、本明細書に記載の磁性粒子懸濁システム。

【0037】

粒子が、磁石に対する磁気応答を示しながら、チャンバの円錐状領域内に配置可能である、本明細書に記載の磁性粒子懸濁システム。

【0038】

容器内に粒子を懸濁するための方法であって、本方法は、
（ａ）磁場に磁気応答する粒子を容器によって画定されたチャンバ内に装填し、任意選択的に流体体積をチャンバ内に装填するステップと、
（ｂ）第１の経路に沿って複数の位置のうちの１つまたは複数から第１の磁場を印加し、粒子に第１の回転速度を促す第１の磁気応答を生じさせるステップと、
（ｃ）第２の経路に沿って複数の位置のうちの１つまたは複数から第２の磁場を印加し、粒子に第２の回転速度を促す第２の磁気応答を生じさせるステップであって、第２の回転速度は第１の回転速度とほぼ反対である、ステップと、
（ｄ）ステップ（ｃ）の前または後に、粒子の第１の磁気応答を変化させるために第１の磁場を調整するステップと、
を含む。

【0039】

第２の磁場を印加する前に第１の磁場を除去するステップを含む、本明細書に記載の方法。

【0040】

容器の第１の側面から第１の磁場を印加するステップと、容器の第２の側面から第２の磁場を印加するステップとを含む、本明細書に記載の方法。

【0041】

容器の第１の側面は容器の第２の側面と反対側にある、本明細書に記載の方法。

【0042】

第１および第２の磁気応答は引力を含む、本明細書に記載の方法。

【0043】

第１および第２の磁気応答は各々、チャンバ内の、またはチャンバを画定するそれぞれの壁に向かって、またはそれぞれの壁に対して粒子を引き寄せる、本明細書に記載の方法。

【0044】

第１および第２の磁場の少なくとも一方が粒子に印加されている間に、チャンバから流体体積の少なくとも一部を除去するステップを含む、本明細書に記載の方法。

【0045】

第１および第２の磁場のうちの少なくとも一方が粒子に印加されている間に、第２の流体体積をチャンバに装填するステップを含む、本明細書に記載の方法。

【0046】

第１および第２の磁場は、流体体積内に粒子を分散および懸濁させるように印加される、本明細書に記載の方法。

【0047】

流体体積内で粒子を実質的に均一に分散および懸濁するステップを含む、本明細書に記載の方法。

【0048】

第１の経路は円弧状であり、チャンバと交差しない第１の平面内にあり、第２の経路は円弧状であり、チャンバと交差しない第２の平面内にある、本明細書に記載の方法。

【0049】

第１の磁気応答は流体内に第３の回転速度を生じさせ、第２の磁気応答は流体内に第４の回転速度を生じさせ、第４の回転速度は第３の回転速度とほぼ反対である、本明細書に記載の方法。

【0050】

チャンバ内に配置された流体中に磁気応答性粒子を懸濁するための方法であって、本方法は、
（ａ）粒子が磁気応答する第１の可動磁場を提供するステップであって、第１の磁場が、チャンバを貫通して移動可能であり、チャンバの第１の側面に近接して延在する第１の経路から印加可能である、ステップと、
（ｂ）粒子が磁気応答する第２の可動磁場を提供するステップであって、第２の磁場が、チャンバを貫通して移動可能であり、チャンバの第２の側面に近接して延在する第２の経路から印加可能である、ステップと、
（ｃ）第１および第２の磁場を、
（ｉ）第１の経路に沿って移動しながら粒子に第１の磁場が印加される第１の条件と、
（ｉｉ）第１の磁場が、粒子の磁気応答を変化させるように修正されるか、または粒子に印加されない第２の条件と、
（ｉｉｉ）第２の経路に沿って移動しながら粒子に第２の磁場が印加される第３の条件と、
を含む系列で印加するステップと、
を含む。

【0051】

第２の条件は粒子に第２の磁場を印加しないことを含む、本明細書に記載の方法。

【0052】

第１の条件は粒子に第２の磁場を印加しないことを含む、本明細書に記載の方法。

【0053】

第３の条件は、粒子に第１の磁場を印加しないことを含む、本明細書に記載の方法。

【0054】

第１および第２の磁場を印加するステップの系列は、第１の条件の後に第２の条件が続き、第２の条件の後に第３の条件が続く順序で進行する、本明細書に記載の方法。

【0055】

第１の磁場および第２の磁場は、系列の全体にわたってそれぞれの第１の経路および第２の経路に沿って連続的に移動する、本明細書に記載の方法。

【0056】

第１および第２の磁場は、調整可能な速度で移動可能である、本明細書に記載の方法。

【0057】

第１および第２の磁気経路は円弧状である、本明細書に記載の方法。

【0058】

第１および第２の磁場の少なくとも一方は、磁場強度において修正可能である、本明細書に記載の方法。

【0059】

磁性粒子懸濁システムであって、
チャンバおよびチャンバへの開口部を画定する容器と、
磁場が係合ゾーンから放射されるときに磁場に磁気応答する粒子と、
粒子がチャンバ内に配置されたときに、チャンバを貫通して磁場を制御可能に移動させ、それによって粒子を磁気的に制御するための懸濁装置と、を含み、懸濁装置は、モータと、モータによって移動可能に駆動されるキャリッジと、係合ゾーンを通って移動するためにキャリッジによって支持される磁石と、粒子の磁気応答を対応して調整するためにキャリッジの駆動速度を調整するようにモータを制御するためのコントローラと、を含み、コントローラは、粒径、粒径分布、粒子密度、粒子流体力学的サイズ、粒子流体力学的サイズ分布、流体同一性、および流体粘度のうちの１つまたは複数を入力パラメータとして受信し、入力パラメータを制御アルゴリズムに適用して、係合ゾーンを通る磁場速度、係合ゾーン内の磁場持続時間、および係合ゾーン内にある間の磁場配向のうちの少なくとも１つの計算された駆動パラメータを満たすように駆動速度を調整するためにモータを動作させる制御信号を生成するようにプログラムされる。

【0060】

計算された駆動パラメータは、少なくとも２つの磁場配向のうちの１つを決定する、本明細書に記載の磁性粒子懸濁システム。

【0061】

少なくとも２つの磁場配向は、容器に対して少なくとも２つの異なる位置からの磁場発生を規定する、本明細書に記載の磁性粒子懸濁システム。

【0062】

位置は容器の対向する側面を含む、本明細書に記載の磁性粒子懸濁システム。

【0063】

駆動速度は０に調整され得る、本明細書に記載の磁性粒子懸濁システム。

【0064】

磁性粒子懸濁システムであって、
チャンバおよびチャンバへの開口部を画定する容器と、
磁場に磁気応答する粒子と、
磁場がチャンバ内に配置された粒子の磁気応答を生じさせる係合部分を有する経路に沿って磁場を制御可能に移動させるための懸濁装置と、を含み、懸濁装置は、モータと、モータによって移動可能に駆動されるキャリッジと、経路に沿って移動するためにキャリッジによって支持される磁石と、キャリッジおよび支持される磁石の移動を制御するためのモータコントローラと、経路に沿った磁場の位置を決定するためのセンサと、を含み、センサはコントローラに通信可能に結合され、センサからの第１の信号は、経路の係合部分にある磁場の第１の位置をコントローラに示す。

【0065】

経路は、磁場がチャンバ内に配置された粒子に磁気応答を生じさせない非係合部分を含む、本明細書に記載の磁性粒子懸濁システム。

【0066】

流体チャネルを介して流体の供給源に流体接続された開口部を有するチャンバ内に配置された流体中に磁気応答性粒子を懸濁するための方法であって、本方法は、
（ａ）開口部がチャンバ内の流体および粒子より重力的に下方にあるようにチャンバを配向させるステップと、
（ｂ）気泡バルブを展開し、チャンバを流体チャネルから選択的に流体的に分離するステップであって、気泡バルブはガスを含有するバブルを含む、ステップと、
（ｃ）粒子が磁気応答する第１の可動磁場を提供するステップと、
（ｄ）選択的にチャンバを貫通して第１の可動磁場を移動させ、粒子に磁気応答を生じさせるステップと、
を含む。

【0067】

気泡を開口部に配置するステップを含む、本明細書に記載の方法。

【0068】

気泡が開口部を満たす、本明細書に記載の方法。

【0069】

気泡バルブを除去し、チャンバを流体チャネルに選択的に流体接続するステップを含む、本明細書に記載の方法。

【0070】

本明細書に記載の方法は、気泡を除去しながら開口部を通してチャンバに流体体積を充填するステップを含む。

【0071】

チャンバに流体体積を充填した後に気泡バルブを再展開するステップを含む、本明細書に記載の方法。

【0072】

気泡は空気を含有する、本明細書に記載の方法。

【図面の簡単な説明】

【0073】

【図1】本発明の磁性粒子懸濁システムの概略図である。

【図2A】図１の磁性粒子懸濁システムの概略図である。

【図2B】図１の磁性粒子懸濁システムの概略図である。

【図3A】本発明の磁性粒子懸濁システムの容器部分の図である。

【図3B】切断線３Ｂ－３Ｂに沿った図３Ａの断面図である。

【図4A】本発明の磁性粒子懸濁システムの磁石部分の端面図である。

【図4B】図４Ａに示す磁石部分の磁場分布の図である。

【図4C】図４Ａに示す磁石部分の磁場勾配の図である。

【図5】本発明の磁性粒子懸濁システムの概略図である。

【図6A】図６Ｂの切断線６Ａ－６Ａに沿った本発明の磁性粒子懸濁システムの断面上面からの概略図である。

【図6B】本発明の磁性粒子懸濁システムの側面からの概略図である。

【図7A】切断線７Ａ－７Ａに沿った本発明の磁性粒子懸濁システムの断面上面からの概略図である。

【図7B】本発明の磁性粒子懸濁システムの側面からの概略図である。

【図8A】切断線８Ａ－８Ａに沿った本発明の磁性粒子懸濁システムの断面上面からの概略図である。

【図8B】本発明の磁性粒子懸濁システムの側面からの概略図である。

【図9】本発明の磁性粒子懸濁システムの例示的な適用の概略流れ図である。

【図10】図９に記載されている例示的な適用の一部の流れ図である。

【図11】図９に記載されている例示的な適用の一部の流れ図である。

【図12】図９に記載されている例示的な適用の一部の流れ図である。

【図13】本発明の磁性粒子懸濁システムの概略図である。

【図14】磁気混合プロセス対手動渦巻プロセスを使用して、磁気ビーズからのグリカン捕捉および放出から得られたクロマトグラフィデータを重ね合わせるチャートである。

【発明を実施するための形態】

【0074】

上記で列挙された目的および特徴は、本発明によって表される他の目的、特徴、および進歩と共に、添付の図面を参照して説明された詳細な実施形態に関してここで提示される。本発明の他の態様は、当業者の理解の範囲内であると認識される。

【0075】

図１は、混合物から標的分子を調製、分離、化学修飾、濃縮または他の方法で単離するために容器内の磁性粒子を磁気的に操作するために使用することができる磁性粒子懸濁システム１０の概略図である。懸濁システム１０は、チャンバ１４およびチャンバへの開口部１６を画定する容器１２を含む。容器１２は、磁場に磁気応答する流体２０および粒子２２をチャンバ１４内に受け入れるように構成される。流体２０は、１つまたは複数の液体、気体、溶質、溶媒、分散液、懸濁液、固体粒子、ゲルなどを含んでもよい。粒子２２は、以下でより詳細に説明するように、流体２０中に、または流体から選択的に分散、懸濁、混合、または分離されてもよい。

【0076】

懸濁システム１０は、チャンバ１４を通る磁場を制御可能に移動させ、それによってチャンバ１４内の粒子２２を制御するための懸濁装置３０をさらに含む。懸濁装置３０は、モータ３２と、被駆動部材３３と、被駆動部材３３に結合されたアーム３４ａ、３４ｂと、それぞれのアーム３４ａ、３４ｂに結合された磁石３６ａ、３６ｂと、を含む。モータ３２は、好ましくは、アーム３４ａ、３４ｂが対応して駆動軸３８を中心に駆動されるように、駆動軸３８を中心に被駆動部材３３を駆動する。図２Ａおよび図２Ｂに概略的に示すように、磁石３６ａ、３６ｂは、モータ３２によって、軸周回経路４０、それぞれ軸周回経路４０ａ、４０ｂに沿って駆動されてもよく、その一部は容器１２に近接していてもよい。

【0077】

流体ポンプ５０は、流体チャネル５２によって開口部１６を介してチャンバ１４に流体接続されている。いくつかの実施形態では、流体チャネル５２は、流体２０に対して不活性なポリマーまたは他の材料から作製された可撓性ホースであってもよい。ポンプ５０は、開口部１６を通ってリザーバ５４、５６に関連してチャンバ１４を選択的に充填および排出するように適合されてもよい。チャンバ１４の開口部１６は、流体がチャンバ１４から排出されるのを防止し、チャンバ１４内の流体２０を流体チャネル５２内の流体から分離するために、気泡２１で選択的に充填されてもよい。いくつかの実施形態では、リザーバは、洗浄流体、溶離液、試薬、移送流体、貯蔵流体、磁性粒子、標的分子、廃棄物などを貯蔵することができる。コントローラ５８は、好ましくは、その動作を自動的に制御するために流体ポンプ５０およびモータ３０に通信可能にリンクされ、さらに、懸濁システム１０の様々な状態を示す信号を受信するための１つまたは複数のセンサに通信可能にリンクされてもよい。

【0078】

粒子
本明細書に記載されるように、磁気応答性粒子は、反応、精製、分離、交換、単離などの様々な用途に使用され得る。典型的には、磁気応答性粒子は、標的物質に永久的または一時的に結合するために使用される。結合機構は、共有結合、非共有結合、静電、水素、ファンデルワールス力、または他の適切な力を含み得る。所望のプロセスを達成するために、様々な磁気応答性粒子、粒子形状、粒径、粒径分布、凝集、および粒子表面処理を使用することができる。本明細書の目的のために、磁場に磁気応答する粒子、または磁気応答性粒子は、磁気特性を有するか、または磁場の存在下で磁化することができる粒子または粒子の凝集またはクラスタである。そのような粒子は、「磁気ビーズ」または「超常磁性粒子」と呼ばれることもある。「磁性」という用語は、磁性、常磁性、または強磁性である任意の元素を含むことを意図している。

【0079】

本発明の磁性粒子懸濁システムに有用な例示的な粒子には、マグネタイト（Ｆｅ_－３Ｏ_４）などの酸化鉄が含まれ、これらは外部磁場の存在下でのみ磁気挙動を示す。この特性は、粒子の小さいサイズに依存し、ビーズが結合しているものと一緒に、ビーズを懸濁液中で分離することを可能にする。そのような粒子は、典型的には磁場の外側で互いに引き付け合わないため、望ましくない凝集を懸念することなく使用することができる。粒子の種類としては、カルボキシレート修飾磁気ビーズ、アミン封鎖磁気ビーズ、オリゴ（ｄＴ）被覆磁気ビーズ、ストレプトアビジン被覆磁気ビーズ、ストレプトアビジン封鎖磁気ビーズ、プロテインＡ／Ｇ磁気ビーズ、シリカ被覆磁気ビーズおよびマグセファロースが挙げられる。

【0080】

磁気応答性粒子は、サイズ、形状、および密度の範囲であり得る。以下でより詳細に説明するように、システム１０は、好ましくは、懸濁流体内の粒子の所望の分散を達成するために、様々な懸濁流体密度および粘度と共に、様々な磁気応答性粒子および粒子ブレンドを収容するように適合される。特に、磁気応答性粒子は、懸濁流体よりも大きい、小さい、または実質的に等しい密度、ならびに様々な流体力学的直径を有することができ、懸濁流体は、その物理的特性ではなくその化学的特性のために選択することができ、それによって、チャンバ１４内の磁気応答性粒子の所望の磁気駆動運動を達成するために被駆動部材３３の回転速度を調整することをシステム１０に要求する。磁気応答性粒子は、典型的には、１ｎｍ～５μｍ、好ましくは１ｎｍ～３μｍ、より好ましくは１ｎｍ～１００ｎｍのサイズの範囲であってもよい。非球形磁気応答性粒子は、１ｎｍ～５μｍ、好ましくは１ｎｍ～３μｍ、より好ましくは１ｎｍ～１００ｎｍの流体力学的直径を示してもよい。磁気応答性粒子は、球形、非球形、棒状、板状、対称、または非対称の形状であってもよい。

【0081】

容器
磁性粒子懸濁システム１０に有用な例示的な容器１２を図３に示す。図示の実施形態では、容器１２は、例えば、ＴｈｅｒｍｏＦｉｓｈｅｒ Ｓｃｉｅｎｔｉｆｉｃから市販されているような円錐状の微小遠心管であり、流体チャネル５２を介してチャンバに材料を導入し、チャンバ１４から材料を除去するための開口部１６を含むように修正されている。容器１２は、チャンバ１４を画定する外壁１５を含む。外壁１５は、円筒状領域６０と、円筒状領域６０から開口部１６に向かって狭まる円錐状領域６２と、を有する。外壁１５の円筒状領域６０は、キャップ６４で取り外し可能に閉じることができる第２の開口部で終端する。いくつかの実施形態では、容器１２は、好ましくはチャンバ１４に装填された流体に対して不活性である１つまたは複数のポリマーから製造される。容器１２の製造に有用なポリマーの例には、ポリプロピレン（ＰＰ）およびポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）が含まれる。しかしながら、容器１２は、システム１０の意図された用途のための様々な適切な材料のうちの１つまたは複数から作製されてもよい。容器１２は、意図された用途に適した容積を有することができる。いくつかの実施形態では、容器１２は、１～２ｍＬのチャンバ１４内の容積を有することができる。

【0082】

出願人は、チャンバ１４の形状、ならびに重力に対するその動作方向が、粒子２２と磁石３６ａ、３６ｂとの間の所望の磁気相互作用を助けることができることを見出した。図３に示すように、開口部１６および上部開口部を通って延在するチャンバ１４の中心軸６６は、好ましくは、重力ベクトル方向「Ｇ」に沿って配向されてもよい。このようにして、重力は、外壁１５の円錐状領域６２によって画定されたチャンバ１４の一部に向かって粒子２２を付勢する。磁石３６ａ、３６ｂが軸周回経路４０に沿って駆動されるときに磁石３６ａ、３６ｂからの磁気勾配を移動させることにより、チャンバ１４のその領域に配置された粒子２２は、磁石３６ａ、３６ｂが粒子２２にそれぞれの磁場を順次付与するときにランダムになる旋回パターンで移動する。そのような運動は、従来のシステムよりも流体２０中の粒子２２の分散を大幅に改善し、より一貫して均一な粒子懸濁液をもたらす。

【0083】

いくつかの実施形態では、チャンバ１４は、外壁１５の円筒状領域６０に関連する円筒状部分７０と、外壁１５の円錐状領域６２に関連する円錐状部分７２と、を有する。例示的な実施形態では、配管５２を受け入れるために開口部１６で修正された、Ｓｉｇｍａ－Ａｌｄｒｉｃｈ製のＥｐｐｅｎｄｏｒｆ（登録商標）１．５ｍＬ微量遠心管を容器１２として利用した。しかしながら、容器１２の他のサイズおよび形状が本発明の装置において有用であり得ることが企図される。チャンバ１４の円筒状部分７０は、円筒状領域６０と円錐状領域６２との間の移行部６８と容器１２の第２の端部６９との間に画定されるように、直径Ｄ_１（容器１２の内径）および長さＬ_１を有してもよい。チャンバ１４の円錐状部分７２は、容器１２の第１の端部６７においてＤ_１からＤ_２へと狭まる直径を有してもよい。

【0084】

磁石
本明細書の目的のために、「磁石」という用語は、１つまたは複数の磁場発生要素を意味することを意図している。いくつかの実施形態では、磁石３６ａ、３６ｂの各々は、それ自体の持続磁場を生成するように構成された永久磁石である。各磁石は、いくつかの実施形態では、１０００テスラ／ｍ未満、より好ましくは約０．０５～１５０テスラ／ｍの磁場強度を生成することができる。出願人は、この磁場強度の範囲が、本明細書に記載の流体２０中の粒子２２への特定の磁気誘導運動にとって重要である一方で、外壁１５の内面に対して、またはチャンバ１４の内壁の表面に対して粒子２２を引き寄せることもできることを見出した。

【0085】

例示的な実施形態では、各磁石３６ａ、３６ｂは、３９テスラ／メートルのエッジ磁場強度および１．１３テスラ／ｍの中心磁場強度で軸方向に分極され、３２ｍｍの直径および３ｍｍの厚さを有するタイプＮ５２ディスク磁石を含むことができる。例示的な磁石３６ａ、３６ｂによって生成された磁場が図４Ａ～図４Ｃに示されており、エッジ磁場が図４Ａに示され、面磁場分布が図４Ｂに示され、磁場勾配が図４Ｃに示されている。出願人は、ディスク形状の磁石が良好に機能してチャンバ１４内の粒子２２に所望の動きを誘発することを決定した。しかしながら、試験データが粒子２２への移動の誘発における同様の性能を証明した場合、本明細書に記載のディスク形状磁石の代わりに他の磁石形状を用いることができると考えられる。磁石３６ａ、３６ｂは、チャンバ１４に対して必要な磁場強度、磁場形状、および磁場サイズに合わせて選択することができるとさらに考えられる。

【0086】

他の実施形態では、磁石３６ａ、３６ｂは、電流が供給されると磁場を生成するように構成された１つまたは複数の電磁石で構成されてもよい。電磁石は、電流入力に応答して可変強度磁場を生成するように適合されてもよい。

【0087】

モータ
モータ３２は、被駆動部材３３に回転運動を制御可能に生成するのに適した任意のモータであってもよい。モータ３２は、好ましくは、コントローラ５８によって自動的に制御され得る可変速度の可逆モータである。より好ましくは、モータ３２は、少なくとも３６０回転毎に一部分、好ましくは少なくとも１０００回転毎に一部分、より好ましくは少なくとも４０００回転毎に一部分の位置精度を有する電気ステッパモータである。本発明において有用なステッパモータの特徴は、様々な制御された速度で回転し、その回転における任意の選択された点で停止するように構成され得ることである。図５に概略的に示すように、モータ３２は、破線４０で概略的に示すそれぞれの軸周回経路に沿って駆動軸３８の周りにそれぞれの磁石３６ａ、３６ｂを円周方向に担持するアーム３４ａ、３４ｂを駆動する。しかしながら、図１および図２に示す例示的な実施形態から理解されるように、各磁石３６ａ、３６ｂは、駆動軸３８を中心とするそれ自体の軸周回経路に沿って移動することができる。破線４０の各ダッシュは、ステッパモータ３２の停止点を表すことができる。例えば、コントローラ５８は、モータ３２を動作させて、被駆動部材３３を駆動軸３８の周りに１度の増分で増分的に回転させるようにプログラムすることができる。このようにして、磁石３６ａ、３６ｂによって生成された磁場は、粒子２２に対して所望の効果または効果の欠如を有するように、チャンバ１４に対して選択的に配置され得る。

【0088】

コントローラ５８は、入力に応じてモータ３２を動作させることが望ましい。いくつかの実施形態では、入力は、容器１２のチャンバ１４に対する磁石３６ａ、３６ｂおよび／またはアーム３４ａ／３４ｂの位置を示す位置センサからの信号を含むことができる。例示的な位置センサは、シャフトエンコーダである。磁石３６ａ、３６ｂによって生成された磁場によってトリガされるホール効果デバイスは、それぞれの軸周回経路４０ａ、４０ｂに沿って磁石３６ａ、３６ｂの位置を感知することができる。いくつかの実施形態では、位置センサ信号間の経過時間を使用して、モータ３２および磁石３６ａ、３６ｂの回転速度を計算することができる。コントローラ５８は、ステッパモータ３２のステップを追跡して、軸周回経路４０に沿った検知位置に対する磁石位置を動的に決定することができる。コントローラ５８は、モータ３２を停止させて、磁石３６ａ、３６ｂをそれぞれの軸周回経路４０ａ、４０ｂに沿った複数の位置のいずれかに制御された期間にわたって保持するようにプログラムすることができる。いくつかの実施形態では、コントローラ５８は、粒子２２をチャンバ１４内の所定の位置に対応して保持するために、制御された期間にわたって容器１２およびチャンバ１４に隣接する所定の位置に磁石３６ａ、３６ｂを保持することができる。

【0089】

配置および動作
駆動軸３８を中心に駆動されるために、１つまたは複数のアーム３４ａ、３４ｂを被駆動部材３３に固定してもよい。アーム３４ａ、３４ｂは、被駆動部材３３と溶接、はんだ付け、接着、締結、または一体的に形成されてもよい。いくつかの実施形態では、第１のアーム３４ａは第１の方向に沿って被駆動部材３３から半径方向外側に延在し、第２のアーム３４ｂは第１の方向とは異なる第２の方向に沿って被駆動部材３３から半径方向外側に延在する。第１の方向は、第２の方向と反対であってもよい。

【0090】

磁性粒子懸濁システム１０は、粒子２２がチャンバ１４内に配置されたときに粒子２２を磁気的に制御するように構成される。粒子２２の磁気制御は、材料が開口部１６を介してチャンバ１４から装填および／または除去されている間に、懸濁媒体全体に粒子を分散させるように、ならびにチャンバ１４内の壁に対してなど、粒子２２を定位置に保持するように誘導運動を含む。粒子２２は、磁石３６ａ、３６ｂによって生成された１つまたは複数の磁場の印加、修正、および除去によって磁気的に制御される。それぞれの磁石３６ａ、３６ｂによって生成された磁場は、各磁石３６ａ、３６ｂが軸周回経路４０の係合部分４２内にあるときに粒子２２に磁気応答を生じさせる。係合部分４２内では、磁石３６ａ、３６ｂによって生成された磁場は粒子２２に磁気応答を生じさせるのに十分強い。軸周回経路４０の非係合部分４４である係合部分４２の外側では、磁石３６ａ、３６ｂによって生成される磁場は、本発明の目的のために粒子２２に磁気応答を生じさせるには不十分である。特に、本発明の目的に有用な磁気応答は、粒子２２の運動を誘発するのに適した磁気引力である。

【0091】

本発明の態様として、チャンバ１４内の磁気応答性粒子２２への１つまたは複数の磁場の制御された印加、修正、および除去がある。駆動軸３８を中心とした被駆動部材３３の制御された回転運動と共に、それぞれのアーム３４ａ、３４ｂに固定された磁石３６ａ、３６ｂの配置は、磁場と磁気応答性粒子との間の固有の相互作用を促進する。磁石３６ａは、軸周回経路４０の係合部分４２において容器１４に近接するようにアーム３４ａに固定されてもよい。図示の実施形態では、磁石３６ａは、磁石３６ａが軸周回経路４０の係合部分４２を通って駆動されるときに磁石３６ａがアーム３４ａと容器１４との間に配置されるように、アーム３４ａの内面３５ａに固定されてもよい。同様の配置は、アーム３４ｂの表面３５ｂにおける磁石３６ｂに適し得る。軸周回経路４０の係合部分４２にあるときの容器１４に対する磁石３６ａ、３６ｂの近接は、それぞれの磁場と粒子２２との十分な相互作用を促進して、粒子２２に磁気応答を生じさせる。いくつかの実施形態では、磁石３６ａ、３６ｂは、軸周回経路４０上で容器１４の１０ｍｍ以内、好ましくは容器１４の５ｍｍ以内、より好ましくは容器１４の１ｍｍ以内にすることができる。

【0092】

上述したように、粒子２２における磁気応答は、粒子２２における対応する動きを誘発するそれぞれの磁石３６ａ、３６ｂに向かう引力である。粒子２２の動きは、磁場の特性、磁場の動き、粒子２２の特性、存在する懸濁流体の特性、およびチャンバ４４の特性を含むいくつかの要因に依存する。コントローラ５８は、軸周回経路に沿った磁場の動きを調整してそれに応じて粒子２２の所望の動きを誘発するために、ならびに重力のみまたは印加磁場と組み合わせて粒子２２の動きを可能にするために、これらの特性に対応するようにプログラムすることができる。

【0093】

本出願人は、チャンバ１４内の粒子２２内で所望の挙動を達成するようにモータ３２を制御するいくつかの動作条件を企図している。以下の表１は、磁場、磁場位置、および磁場回転速度によって指定される例示的な動作条件を説明する。

【表1】

【0094】

動作条件１は、磁石３６ａに関連する磁場「Ａ」が係合領域４２に配置され、磁石３６ｂに関連する磁場「Ｂ」が非係合領域４４に配置される駆動軸３８の周りの選択された増分位置で回転運動を停止するようにモータ３２を制御する。いくつかの実施形態では、コントローラ５８の動作条件１は、磁石３６ａが容器１２に近接している、好ましくは磁場Ａが粒子２２内で最大の磁気応答を生じさせるために磁石３６ａが容器１２に直接隣接または接触している駆動軸３８の周りの選択された増分位置で回転運動を停止するようにモータ３２に指示することができる。動作条件１は、モータ３２を、好ましくはチャンバ１４内の壁に対して粒子２２を引き寄せるのに十分な所定の期間停止条件に制御することができる。図面には明示的に示されていないが、容器１２は、外壁１５を画定しないチャンバ１４内の壁を含むことができるが、代わりに、例えばコントローラ５８の動作条件１において、粒子２２が磁場によって引き寄せられ得る表面を形成することが考えられる。

【0095】

図１および図２を参照すると、被駆動部材３３は、コントローラ５８の方向でモータによって駆動軸３８を中心に制御可能に回転することができる。アーム３４ａ、３４ｂは、磁石３６ａが第１の軸周回経路４０ａに沿って容器１２の第１の側面１３ａに近接して移動するように、駆動軸３８を中心に被駆動部材３３と共に回転することができる。同様に、磁石３６ｂは、第２の軸周回経路４０ｂに沿って容器１２の第２の側面１３ｂに近接して移動する。したがって、コントローラ５８の動作条件１の場合、磁石３６ａによって生成された磁場「Ａ」は、容器１２の第１の側面１３ａの方向にチャンバ壁に向かってまたはチャンバ壁に対して粒子を引き込む。

【0096】

コントローラ５８の動作条件２は、磁場「Ｂ」が係合領域４２に配置され、磁場「Ａ」が非係合領域４４に配置される駆動軸３８の周りの選択された増分位置で回転運動を停止するようにモータ３２を制御する。いくつかの実施形態では、コントローラ５８の動作条件２は、磁石３６ｂが容器１２に近接している、好ましくは磁場Ｂが粒子２２内で最大の磁気応答を生じさせるために磁石３６ｂが容器１２に直接隣接または接触している駆動軸３８の周りの選択された増分位置で回転運動を停止するようにモータ３２に指示することができる。動作条件２は、モータ３２を、好ましくは容器１２の第２の側面１３ｂの方向にチャンバ１４内またはチャンバ１４を画定する壁に対して粒子２２を引き込むのに十分な所定の期間停止条件に制御することができる。

【0097】

コントローラ５８の動作条件３および４は、磁場Ａが係合領域４２を通って移動するとき、および磁場Ｂが非係合領域４４を通って移動するときを含む、「高」または「低」回転速度で駆動軸を中心に被駆動部材３３を回転させるようにモータ３２を制御する。動作条件３～５のいずれかにおける被駆動部材３３の特定の回転速度は限定されないが、本発明の一態様は、コントローラ５８が、チャンバ１４内の粒子２２の所望の動きを達成するようにモータ３２／被駆動部材３３の回転速度を修正するようにプログラムされ得ることである。多くの用途では、懸濁流体２０中に粒子２２を分散させ、さらには実質的に均一に分散させることが望ましい場合がある。懸濁流体２０中の粒子２２の分散は、粒子２２へのおよび粒子からの標的物質移動の効率および有効性を高めることができる。懸濁流体２０中の粒子２２の完全な分散はまた、分散液から採取された試料の一貫性を促進し得る。

【0098】

懸濁流体２０中の粒子２２の分散は、懸濁流体２０の粘度、粒子２２の磁気特性、粒子２２の応答を生じさせる磁場の特性、およびチャンバ１４の特性を含むいくつかの要因に依存する。コントローラ５８は、好ましくは、懸濁流体２０中に粒子２２を実質的に均一に分散させることを含む、モータ３２／被駆動部材３３が懸濁流体２０中に粒子２２を望ましく分散させるのに適した回転速度をコントローラ５８が計算することを可能にするアルゴリズムでプログラムされてもよい。アルゴリズムは、容積、直径などを含むチャンバ１４の特性、ならびに磁石３６ａ、３６ｂの各々によって生成される磁石形状および磁場を含む磁石３６ａ、３６ｂの特性を考慮に入れることができる。アルゴリズムは、軸周回経路４０の半径をさらに考慮に入れることができる。特定の懸濁用途に関する可変情報は、例えば、コントローラ５８のコンピュータ端末またはグラフィカルユーザインターフェースなどのユーザインターフェース５９を介してコントローラに入力されてもよい。コントローラ５８に入力される可変情報は、例えば、懸濁流体タイプ、流体粘度、流体体積、および粒子タイプ、粒子密度、粒子密度分布、粒径、粒径分布、粒子流体力学的サイズ、および粒子流体力学的サイズ分布を含むことができる。そのような情報は、ストークスの法則に従って、懸濁流体２０を通る粒子２２の動きを管理する。

【0099】

例示的な動作条件３および４は、懸濁流体２０の粘度に応じて被駆動部材３３の異なる制御された回転速度を表す。モータ３２は、好ましくは、コントローラ５８からの命令に応答して回転速度を調整し、および／または回転方向を反転させることができる。軸周回経路４０の係合部分４２内の磁場の係合時間を増加させるために、比較的高い粘度の懸濁流体２０中の粒子２２の混合／分散の改善は、比較的低い回転速度で達成され得ることが分かった。比較的高い流体粘度は、粒子加速速度を遅らせ、より長い係合時間は、粒子２２が所望の混合／分散のために十分な速度を達成することを可能にする。対照的に、粒子２２との対向する磁場相互作用の頻度を増加させるために、比較的低粘度の懸濁流体２０中の粒子２２の混合／分散の改善は、比較的高い回転速度で達成され得る。比較的低い流体粘度は、粒子２２が懸濁流体２０内の塊で移動することを可能にする傾向があり得る。結果として、粒子の移動方向を変えるように作用する磁場への曝露の頻度を増加させることは、粒子２２の分散を助けることができる。

【0100】

表１の動作条件５は、粒子移動制御のさらなる程度を表し、粒子２２は、制御された期間にわたって重力のみによって作用されることが可能であり得る。そうするために、第１および第２の磁場Ａ、Ｂは、軸周回経路４０の非係合部分４４に同時に配置されてもよい。第１および第２の磁場Ａ、Ｂのこのような配置は、モータ３２／被駆動部材３３の回転速度に応じて、制御された期間にわたって維持されてもよい。回転速度は０以上であってもよく、好ましくはコントローラ５８によって調整可能である。

【0101】

図６Ａ～図８Ｂは、チャンバ１４に近接する移動磁場の円弧状経路に関連するチャンバ１４内の粒子移動の進行を示す。図６ａは、図６Ｂの側面斜視図の上面図であり、円弧状経路は、対応する磁場「Ａ」を有する磁石３６ａが係合部分４２内で容器１２に近接して移動するときの軸周回経路４０のセグメントを表す。磁石３６ａの移動方向は、図６Ａおよび図６Ｂの両方における円弧状経路４１の矢印によって示されている。図示の実施形態では、粒子２２は、容器１２の第１の側面１３ａで外壁１５に向かっておよび／または外壁に対して引き込まれる。懸濁流体２０中の粒子２２の混合／分散は、試料がチャンバ１４の逆円錐状領域７２に配置されていることで向上し得ることが出願人によって見出されている。円錐状領域７２内の磁気応答性粒子を通過する移動磁場の円弧状経路の関係は、粒子２２を懸濁流体２０全体に分散するのを助けるランダム化された旋回流体運動を生成すると考えられる。さらに、ゆっくりと移動する磁場または停止した磁場に磁気応答する粒子２２は、円錐状領域７２のテーパ壁に対して磁気的に保持されたときに、より一緒にグループ化され得る。この特性は、チャンバ４４内で流体を交換しながら粒子２２を所定の位置に保持するのを助けることができる。

【0102】

図７Ａ～図７Ｂは、容器１２に最も近接した位置にある磁石３６ａ、磁場Ａを示す。粒子２２は、磁場Ａに向かって引き込まれ続ける。いくつかの実施形態では、円錐状領域７２の円錐構成は、磁場Ａが図７Ａ～図７Ｂに示す位置にあるときに、粒子２２をチャンバ１４の第１の端部に向かって引き込ませることができる。

【0103】

図８Ａ～図８Ｂは、円弧状経路４１に沿った移動磁場Ａに従う粒子２２の継続的な移動を示す。

【0104】

図６Ａ～図８Ｂには明示的に示されていないが、容器１２の第１の側面１３ａによる第１の磁石３６ａの通過に続いて、好ましくは容器１２の第２の側面１３ｂによる第２の磁石３６ｂの通過が続くことを理解されたい。第１の磁石３６ａが第１の側面１３ａを通過することは、好ましくは、チャンバ１４の円錐状領域７２の構成に部分的に起因して、流体２０中の粒子２２に第１の回転運動を誘発する。粒子２２の誘導された第１の回転運動は、第１の磁石３６ａの磁場がチャンバ１４から除去された後の一定期間継続し得る流体に抗力回転速度を付与し得る。第２の磁石３６ｂが第１の側面１３ａとは反対側であってもよい第２の側面１３ｂを通過することにより、流体２０中の粒子２２に第２の回転運動が誘起される。第２の回転運動は、好ましくは第１の回転運動とは異なり得、第１の回転運動の速度成分ベクトルとは反対の速度成分ベクトルを含み得る。同じことが、第２の磁石３６ｂの磁場がチャンバ１４から除去された後の一定期間継続することができる、流体への付与された抗力回転速度にも当てはまる。粒子２２への回転運動の変化の誘発は、流体体積全体にわたる粒子２２の混合および分散を促進する乱流をもたらす。乱流は、物質移動操作などのために、磁気応答性粒子と流体との間の所望の化学的相互作用を促進する。

【0105】

図示の実施形態では、チャンバ１４の内容物の望ましくない排出を防止し、チャンバ１４の内容物を流体チャネル５２の内容物から分離するために、気泡２１の形態のバルブを開口部１６に使用することができる。気泡バルブ２１は、１つまたは複数の流体リザーバ５４、５６と組み合わせて流体ポンプ５０を意図的に作動させて、開口部１６に気泡を確立することによって「閉鎖」されてもよい。気泡が流体チャネル５２内に形成されると、ポンプ５０は、流体を有する気泡を流体チャネル５２を通って開口部１６にまたは開口部に近接して押すように動作することができる。気泡は、気泡によって確立されたバルブ領域を材料が通過するのを実質的に防止するために、流体チャネル５２または開口部１６の断面を充填するのに十分な体積であることが好ましい。気泡バルブ２１は、開口部１６または流体チャネル５２に展開されたときに、流体２０および／または粒子２２の通過を防止するのに有効であることが好ましい。いくつかの実施形態では、気泡形成気泡バルブ２１は、流体２０および湿潤粒子２２の通過を防止するのを助けるために疎水性である。好ましくは、気泡バルブ２１は、流体２０および粒子２２がチャンバ１４の磁気的活性領域７２内に残るように、開口部１６または開口部１６の流体チャネル５２内に配置される。気泡バルブ２１は、気泡が流体バルブまたはベント装置内に引き込まれる程度までポンプ５０で流体チャネル５２内の流体を引き出すことによってチャンバ１４の排出および／または充填を可能にするために「開かれる」ことができる。

【実施例0106】

本発明の磁性粒子懸濁システムは、種々の用途に用いることができる。例示的な用途は、ｎ－グリカンの精製および糖タンパク質のラベリングである。この例示的な用途の概要流れ図が図９に示されており、磁気ビーズリンス／洗浄ルーチン１１０（図１０）、磁気ビーズ懸濁ルーチン１１１（図１１）、およびラベルされたビーズの捕捉および放出ルーチン（図１２）のサブセットプロセスも示されている。図面に記載されたプロセスステップ、ならびに特定の材料、体積、および時間は、本発明の懸濁システムで使用され得る様々な技術の単なる例示であることを理解されたい。

【0107】

糖タンパク質をラベリングするためのシステム２０２は、図１３に概略的に示されており、一般に、反応懸濁システム２１０と、コントローラ２５８によって制御され、流体ポンプおよびバルブ装置２５０と連携する供給懸濁システム２８０と、を含む。反応懸濁システム２１０は懸濁システム１０に類似しており、チャンバ２１４を画定する容器２１２と、チャンバ２１４を通って磁場を制御可能に移動させるための懸濁装置２３０と、を有する。懸濁装置２３０は、モータ２３２と、被駆動部材２３３と、被駆動部材２３３に結合されたアーム２３４ａ、２３４ｂと、それぞれのアーム２３４ａ、２３４ｂに結合された磁石２３６ａ、２３６ｂと、を含む。モータ２３２は、駆動軸２３８を中心として被駆動部材２３３を駆動し、それに対応して磁石２３６ａ、２３６ｂをそれぞれの軸周回経路２４０ａ、２４０ｂに沿って駆動する。懸濁装置２３０はまた、モータ２３２の増分動作を支援するために、シャフトエンコーダ２３７などのセンサを含む。

【0108】

供給懸濁システム２８０は、反応懸濁システム２１０と実質的に同様に配置されてもよく、供給懸濁システム２８０の目的は、流体ポンプおよびバルブ装置２５０を介して試薬溶液中の磁性粒子の一貫した実質的に均一な分散液を反応懸濁システム２１０に供給することである。反応懸濁システム２１０は、既知の一定の体積の磁性粒子を必要とし得ると考えられる。そうするために、供給懸濁システムを動作させて、供給試薬中の実質的に均一な分散液中に磁性粒子を維持することができ、試薬容器２８２からの既知の体積の供給試薬の送達は、既知の一定量の磁性粒子を含む。懸濁装置２９０は、試薬容器２８２によって画定されたチャンバ２８４を通って磁場を制御可能に移動させ、モータ２９２と、被駆動部材２９３と、被駆動部材２９３に結合されたアーム２９４ａ、２９４ｂと、それぞれのアーム２９４ａ、２９４ｂに結合された磁石２９６ａ、２９６ｂとを含む。モータは、駆動軸２９８を中心として被駆動部材２９３を駆動し、それに対応して磁石２９６ａ、２９６ｂをそれぞれの軸周回経路２８８ａ、２８８ｂに沿って駆動する。

【0109】

コントローラ２５８は、それらの動作を独立して制御するために、モータ２３２および２９２のそれぞれのモータコントローラと通信するように構成されてもよい。いくつかの実施形態では、モータ２３２は、モータ３２に関して上述したように、いくつかの異なる条件のうちの選択された条件で動作することができる。モータ２９２はまた、いくつかの異なる条件のうちの選択された条件で動作することができる。しかしながら、典型的には、モータ２９２は、試薬中の磁性粒子の実質的に均一な分散を維持するように動作することができる。そのような動作は、粒子分散に影響を及ぼす様々な試薬粘度に適応するのに適した様々な回転速度での駆動軸２９８を中心とした被駆動部材２９３の連続回転を含むことができる。

【0110】

図１４は、ＧｌｙｃａｎＡｓｓｕｒｅ磁気ビーズ上に捕捉された放出Ｎ－グリカンについて、ＴｈｅｒｍｏＦｉｓｈｅｒ ＳｃｉｅｎｔｉｆｉｃからのＧｌｙｃａｎＡｓｓｕｒｅアッセイキットで処理したＳＩＬｕＬｉｔｅ ＳｉｇｍａＭａｂユニバーサル抗体標準（Ｓｉｇｍａ－Ａｌｄｒｉｃｈ）から取得したクロマトグラフィデータを示す図である。図１４のチャートは、手動渦巻でグリカン捕捉を行う第１の試行（－００３．Ｄ）と、本発明の磁性粒子混合でグリカン捕捉を行う第２の試行（－００５．Ｄ）と、のクロマトグラフィデータの重ね合わせを示す。重ね合わせたクロマトグラフィプロファイルは、２つの異なるプロセスを使用した磁気ビーズ上の相対Ｎ－グリカン捕捉効率を示す。

【0111】

１ｍｇ／ｍＬのＳｉｇｍａＭａｂ組換えヒトＩｇＧ１試料の４０μＬ試料を、変性、温浸およびラベリング工程を通して手動で処理した。次いで、ラベルされた試料を、２つの等しい３０μＬ部分に分割した。ラベルされた試料（－００５．Ｄ）のうちの１つと５０μＬアリコートの磁気ビーズを「Ｂｉｎｄ Ｂｅａｄｓ」ステップのために反応細胞に導入し、試料／ビーズの組み合わせを、下部配管接続を介して３７５μＬのアセトニトリル（ＡＣＮ）を添加しながら９０ｒｐｍで懸濁装置を操作することによって混合した。次いで、懸濁装置を操作して反応チャンバ壁に対して磁気ビーズを捕捉し、ＡＣＮを除去しながら液体から磁気ビーズを単離した。次いで、２００μＬアリコートの洗浄緩衝液を、懸濁装置の動作による磁気ビーズの再懸濁のために反応チャンバに添加し、１．５ｍＬ微量遠心管に移して、手動洗浄および溶出工程を完了させた。他のラベルされた試料（－００３．Ｄ）は、１．５μＬマイクロ遠心管のＧｌｙｃａｎＡｓｓｕｒｅワークフローに従って手動で処理した。

【0112】

以下の表２および表３は、各クロマトグラフィピーク下の面積を記載し、表２は、本発明の磁気混合によって処理された試料から得られたクロマトグラフィデータのピーク面積、ならびにシグナル１（磁気混合）およびシグナル２（手動混合）の相対面積を示す。相対面積は、磁気混合法のピーク面積の増加を示し、より多くのグリカンが捕捉されたことを示している。

【表2】

【表3】

【0113】

この実験の目的は、従来の渦巻運動と比較して、本発明の懸濁装置を使用したグリカン捕捉効率を比較することであった。磁気混合操作は磁気ビーズ上のより低い剪断速度をもたらし、振動磁場は混合物を渦巻運動させるときにしばしば観察される「クランピング」問題を排除すると考えられる。データは、磁気混合がすべてのグリカン種にわたって改善されたグリカン捕捉をもたらすことを検証する。

【0114】

本発明は、特許法に準拠し、新規な原理を適用し、必要に応じて本発明の実施形態を構築および使用するために必要な情報を当業者に提供するために、本明細書でかなり詳細に説明されている。しかしながら、本発明自体から逸脱することなく様々な修正を達成することができることを理解されたい。

【図1】

【図2A】

【図2B】

【図3A】

【図3B】

【図4A】

【図4B】

【図4C】

【図5】

【図6A】

【図6B】

【図7A】

【図7B】

【図8A】

【図8B】

【図9】

【図10】

【図11】

【図12】

【図13】

【図14】

【外国語明細書】