Die Erfindung betrifft Vorrichtungen zum Abtrennen von mag- netischen 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 Flüssig- keiten mittels eines Magnetfeldes, das durch einen oder mehrere Permanentmagneten erzeugt wird. Die Vorrichtungen und Verfahren sind beispielsweise für Anwendungszwecke in der Biochemie, Molekulargenetik, Mikrobiologie, medizini- schen Diagnostik und forensischen Medizin geeignet.

Verfahren, die auf der magnetischen Abtrennung unter Ver- wendung von spezifisch bindenden, magnetisch anziehbaren Partikeln beruhen, erlangen im Bereich der Probenvorberei- tung für diagnostische oder analytische Untersuchungen zu- nehmende Bedeutung. Dies gilt insbesondere für automati- sierte Verfahren, da auf diese Weise eine große Anzahl von Proben innerhalb kurzer Zeit analysiert werden können und auf arbeitsaufwendige Zentrifugationsschritte verzichtet werden kann. Dadurch werden die Voraussetzungen für ein ef- fizientes Screening mit einem hohen Proben-Durchsatz ge- schaffen. Dies ist beispielsweise für Anwendungen bei mole- kulargenetischen Studien oder auf dem Gebiet der medizin- schen Diagnostik von enormer Bedeutung, da eine rein manu- elle Handhabung von sehr großen Probenzahlen praktisch nicht zu bewältigen ist. Weitere wichtige Anwendungsgebiete betreffen pharmazeutische Screening-Methoden zur Identify- zierung potentieller Arzneimittel-Wirkstoffe.

Das Grundprinzip der magnetischen Abtrennung von Substanzen aus komplexen Gemischen beruht darauf, daß magnetische Par- tikel (magnetisierbare bzw. magnetisch anziehbare Partikel) in spezifischer Weise für den beabsichtigten Separations- prozeß funktionalisiert werden, d. h. sie werden durch che- mische Behandlung mit spezifischen Bindungseigenschaften für die abzutrennenden Zielsubstanzen ausgestattet. Die Größe solcher Magnetpartikel liegt im allgemeinen im Be- reich von ca. 0,05 bis 500 um.

Magnetpartikel, die spezifische Bindungseigenschaften für bestimmte Substanzen aufweisen und sich zur Abtrennung die- ser Substanzen aus komplexen Gemischen eignen, sind bei- spielsweise in DE 195 28 029 A1 beschrieben worden und sind kommerziell erhältlich (z. B. chemagen Biopolymer-Techno- logie 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 be- günstigt (Bindungspuffer). Dadurch kommt es zu einer selek- tiven Bindung der im Gemisch vorhandenen Zielsubstanz (en) an die Magnetpartikel. Anschließend werden diese Magnetpar- tikel durch Anwendung magnetischer Kräfte bzw. eines Mag- netfeldes, beispielsweise mittels eines Permanentmagneten, an einer Stelle der Reaktionsgefäß-Innenwand immobilisiert ("Pellet"). Nachfolgend wird der flüssige Überstand abge- trennt 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 er- neut resuspendiert. Dabei wird eine Elutionsflüssigkeit bzw. ein Elutionspuffer verwendet, der geeignet ist, die Bindung zwischen der/den Zielsubstanz (en) und den Magnet- partikeln zu lösen, so daß die Zielsubstanz-Moleküle von den Magnetpartikeln freigesetzt werden und mit der Eluti- onsflüssigkeit abgetrennt werden können, während die Mag- netpartikel durch Einwirkung eines Magnetfeldes immobili- siert werden. Vor dem Elutionsschritt können ein oder meh- rere Waschschritte durchgeführt werden.

Für die Durchführung von Trennverfahren mittels magneti- scher Partikel sind verschiedenartige Vorrichtungen be- schieben worden. DE 296 14 623 U1 offenbart einen Magnet- separator, der mit beweglichen Dauermagneten ausgestattet ist. Alternativ wird vorgeschlagen, daß die Magnetpartikel enthaltende Reaktionsgefäß durch mechanische Antriebsein- richtungen relativ zu einem fest installierten Dauermagne- ten zu bewegen. Nach einem ähnlichen Prinzip arbeitet auch die in DE 100 63 984 A1 beschriebene Vorrichtung, die eine bewegliche Magnethalterung und eine bewegliche Reaktionsge- fäßhalterung aufweist.

Mit den vorstehend genannten Vorrichtungen läßt sich errei- chen, daß die Magnetpartikel an der Innenwand oder am Boden eines Reaktionsgefäßes als"Pellet"immobilisiert oder ge- sammelt 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 einzel- nen 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 Flüs- sigkeit entfernt werden und gegebenenfalls in ein weiteres Reaktionsgefäß überführt werden. Dort können sie durch Ab- schalten der Erregerspule wieder in eine Flüssigkeit frei- gesetzt werden, beispielsweise in eine Wasch-oder Eluti- onsflüssigkeit.

Nachteilig ist bei dieser Vorrichtung, daß das von der Er- regerspule erzeugte magnetische Feld nicht ausreichend ho- mogen ist, so daß die einzelnen Stäbe-abhängig von ihrer Position innerhalb der ringförmigen Erregerspule-unter- schiedlich stark magnetisiert werden. Dieser Nachteil tritt insbesondere dann hervor, wenn eine große Anzahl von Stäben benötigt wird. Außerdem hat die Erregerspule einen relativ hohen Platzbedarf, woraus sich konstruktive Einschränkungen ergeben.

Die bekannten Vorrichtungen sind vor allem nicht für die gleichzeitige Behandlung von größeren Anzahlen von Proben geeignet, wie dies für Hochdurchsatz-Anwendungen erforder- lich ist (z. B. Mikrotiterplatten mit 364 oder 1536 wells).

Der Erfindung lag deshalb die Aufgabe zugrunde, Vorrichtun- gen 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 Vor- richtungen und Verfahren für die Anwendung bei Hochdurch- satzverfahren geeignet sein.

Diese und weitere Aufgaben werden überraschenderweise durch eine Vorrichtung gemäß Hauptanspruch sowie durch Verfahren gemäß Anspruch 24-27 gelöst, sowie durch die in den abhän- gigen Ansprüchen beschriebenen Ausführungsformen.

Demnach zeichnen sich die erfindungsgemäßen Vorrichtungen zum Abtrennen von magnetischen oder magnetisierbaren Parti- keln aus einer Flüssigkeit durch folgende Merkmale aus : - die Vorrichtungen weisen zwei Schenkel aus einem weich- magnetischen Werkstoff auf ; diese bilden-gegebenenfalls zusammen mit weiteren Komponenten-einen magnetischen Kreis ; - zwischen den beiden Polen der Schenkel ist ein Luftspalt vorhanden, der zur Aufnahme eines Behälters oder einer Vielzahl von Behältern geeignet ist ; - an dem einen der beiden Pole ist ein Kopfstück fest oder lösbar angeordnet ; an dem Kopfstück ist/sind in vertika- ler Richtung ein magnetisierbarer Stab oder eine Vielzahl derartiger Stäbe fest oder beweglich angebracht ; -an mindestens einer Stelle der Vorrichtung ist ein Perma- nentmagnet, oder eine Gruppe von mindestens zwei Per- manentmagneten, beweglich angeordnet ; die Anordnung ist dergestalt, daß ein Magnetfeld zwischen den beiden Polen erzeugbar ist und das Magnetfeld durch Bewegung des/der Magneten eingeschaltet oder ausgeschaltet werden kann ; - derjenige Bereich der Vorrichtung, in welchem der/die be- wegliche (n) Magnet (e) im magnetischen Kreis (Eisenkreis) angeordnet ist/sind, ist zumindest teilweise von einem das magnetische Feld abschirmenden Material umgeben.

Die beiden Schenkel sind aus einem weichmagnetischen Mag- netwerkstoff, beispielsweise aus Weicheisen (insbesondere Fe-Ni-Legierungen) oder magnetisierbarem Stahl hergestellt.

Ihr Querschnitt kann beispielsweise quadratisch, recht- eckig, kreisrund oder oval sein ; die Größe der Quer- schnittsfläche hängt von der gewünschten Querschnittsfläche des Magnetfeldes ab und kann beispielsweise 20 bis 100 cm2 betragen. Ferner ist es möglich, die Schenkel an einem Rah- men oder Gehäuse aus nichtmagnetisierbarem Material zu be- festigen.

Die beiden Schenkel sind-im allgemeinen übereinander ange- ordnet, wobei sich der das Kopfstück tragende Schenkel sich über demjenigen Bereich des anderen Schenkels befindet, der für die Aufnahme der Flüssigkeitsbehälter (d. h. der Pro- bengefäße) bestimmt ist.

Das Kopfstück kann lösbar angeordnet sein, wodurch bei- spielsweise das Auswechseln von Kopfstücken mit unter- schiedlichen Anzahlen oder Arten (Länge, Durchmesser ; fest oder beweglich) von magnetisierbaren Stäben ermöglicht wird. Die Anzahl der Stäbe hängt von der Anzahl der Proben bzw. Flüssigkeitsbehälter ab, die gleichzeitig behandelt werden sollen. Bevorzugt werden als Behälter Mikrotiter- platten, insbesondere mit 96,384 oder 1536 Vertiefungen ("wells") verwendet, so daß für diese Fälle entsprechende Kopfstücke mit beispielsweise 96,384 oder 1536 magnet- sierbaren Stäben vorgesehen sind. Weiterhin kommen als Be- hälter auch Probenröhrchen oder Reaktionsgefäße mit einem Volumen von beispielsweise 0,015 bis 100 ml in Betracht, die einzeln oder in Gruppen behandelt werden können, je- weils in Kombination mit daran angepaßten magnetisierbaren Stäben.

Die Stäbe, wahlweise auch das Kopfstück, sind ebenfalls aus einem weichmagnetischen Material gefertigt, wie oben be- schrieben. 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.

Ferner ist vorgesehen, daß über die Stäbe jeweils eine ab- streifbare, auswechselbare Umhüllung aufgesteckt wird, um Kreuzkontaminationen zwischen verschiedenen Flüssigkeits- proben zu vermeiden. Hierfür wird vorzugsweise eine beson- dere Vorrichtung vorgesehen, welche das automatische Abwer- fen der gebrauchten Hüllen und die Bereitstellung und das Anbringen neuer Hüllen ermöglicht.

Durch die Anordnung eines Permanentmagneten, der auch aus mehreren einzelnen Magneten zusammengesetzt sein kann, wird zwischen den Polen der Schenkel ein im wesentlichen homoge- nes Magnetfeld erzeugt. Dadurch wird die Anordnung einer größeren Anzahl von Stäben, beispielsweise in mehreren Rei- hen, ermöglicht, wobei das magnetische Feld an jedem der Stäbe annähernd gleich groß ist ; dies ist dies insbesondere im Hinblick auf Hochdurchsatzverfahren von Vorteil. Die er- findungsgemäßen Vorrichtungen haben des weiteren den Vor- teil, daß sich die Magnetpartikel-im eingeschalteten Zu- stand-im wesentlichen an der Spitze der Stäbe ansammeln.

Erfindungsgemäß ist/sind die Permanentmagneten relativ zum magnetischen Kreis der Vorrichtung beweglich angeordnet, so daß das Magnetfeld zwischen den Polen durch Bewegung des/ der Magneten abwechselnd ein-bzw. ausgeschaltet werden kann. Der/die Magnet (e) wird/werden dazu im Magnetkreis oder in diesen hinein bzw. wieder aus dem Magnetkreis her- aus bewegt.

Das heißt, daß das Magnetfeld zwischen den Polen einge- schaltet ist, wenn sich der/die Permanentmagnet (e) in einer ersten Position befindet/befinden, und daß das Magnetfeld zwischen den Polen abgeschaltet ist, wenn sich der/die Per- manentmagnet (e) in einer zweiten Position befindet/befin- den. In der genannten zweiten Position befindet/befinden sich der/die Magnet (e) vorzugsweise außerhalb des magnet- schen Kreises.

Das Magnetfeld kann vorzugsweise in der Weise ein-bzw. ausgeschaltet werden, daß der/die Magnet (e) innerhalb des Eisenkreises (magnetischen Kreises) bewegt werden (z. B. durch Rotation), oder daß der/die Magnet (e) von außen her in den magnetischen Kreis hineinbewegt wird/werden ("Ein- schalten") und danach wieder nach außen bewegt wird/werden ("Ausschalten").

Durch die Möglichkeit, das Magnetfeld ein-bzw. auszuschal- ten, kann die Vorrichtung dazu verwendet werden, magnet- sche Partikel mit Hilfe der magnetisierbaren Stäbe aus ei- ner ersten Flüssigkeit zu entfernen und in eine zweite oder weitere Flüssigkeit zu überführen und dort wieder freizu- setzen. Ferner wird es dadurch ermöglicht, die Stäbe zu- sätzlich für andere Funktionen zu nutzen, beispielsweise als Rührstäbe.

Zur Herstellung der Permanentmagnete können grundsätzlich alle dem Fachmann bekannten hartmagnetischen Materialien verwendet werden, insbesondere Ferrite, Al-Ni-Co-Legierun- gen und Seltenerd-Magnete (vorzugsweise NdFeB) ; derartige Magnetwerkstoffe und Magnete sind von verschiedenen Her- stellern kommerziell erhältlich.

Derjenige Bereich der Vorrichtung, in welchem der/die be- weglichen Magnet (e) im Eisenkreis angeordnet ist/sind, ist zumindest teilweise von einem das magnetische Feld abschir- menden Material umgeben.

Als abschirmendes Material kann ein weichmagnetisches Mate- rial verwendet werden oder/und ein dem Fachmann bekanntes, magnetische Felder abschirmendes Material, wie z. B. Weiß- blech oder Mumetall. Dieses abschirmende Material wird in der Weise um den/die beweglichen Magneten herum angeordnet, daß im ausgeschalteten Zustand keine magnetischen Kräfte auf die im Luftspalt des Magnetkreises befindlichen Proben- flüssigkeitsbehälter wirken können.

Besonders bevorzugt ist eine Abschirmung, die den Bereich, in dem der/die Permanentmagnet (e) angeordnet sind, voll- ständig umgibt. Insbesondere kann hierfür ein Kurzschluß- ring ausgebildet sein.

Die Vorrichtung ist vorzugsweise so eingerichtet, daß der- jenige Bereich der Vorrichtung, in welchem der/die bewegli- chen Magnet (e) im Eisenkreis angeordnet ist/sind, im Falle einer Bewegung des/der Magneten im Eisenkreis oder in die- sen hinein zumindest teilweise von einem das magnetische Feld abschirmenden Material umgeben ist.

Gemäß einer besonders bevorzugten Ausführungsform sind die beiden Schenkel der Vorrichtung an der den beiden Polen ge- genüberliegenden Seite durch ein ebenfalls magnetisierbares (weichmagnetisches) Material miteinander verbunden, so daß ein magnetischer Kreis oder ein Magnetisierungsring gebil- det wird, der-mit Ausnahme des Luftspaltes zwischen den Polen-vollständig geschlossen ist.

Der/die bewegliche (n) Permanentmagnet (e) ist/sind vorzugs- weise zwischen den beiden Schenkeln und an deren anderem Ende (d. h. den Polen gegenüberliegend) angeordnet. Falls die beiden Schenkel, wie beschrieben, miteinander verbund- nen sind, dann wird/werden der/die Permanentmagnet (e) vor- zugsweise in oder an dem die beiden Schenkel verbindenden Bereich angebracht. Bevorzugt ist/sind der/die Magnet (e) in einer dafür vorgesehenen Aussparung in einem der Schenkel oder in dem die beiden Schenkel verbindenden Teilstück be- weglich eingebaut.

Um eine Bewegung des/der Permanentmagneten zum Ein-und Ausschalten des Magnetfeldes zu ermöglichen, kann der Mag- net, oder eine Gruppe von mehreren Magneten, drehbar oder kippbar in einer dafür vorgesehenen Aussparung angeordnet werden. Durch Drehen oder Kippen kann der Magnet in eine Position gebracht werden, in der seine Pole bzw. sein Mag- netfeld in Richtung des magnetischen Kreises bzw. in Rich- tung auf die Schenkel weisen (eingeschalteter Zustand, ma- ximale Feldstärke zwischen den Polen der Schenkel), oder der Magnet kann in eine andere Position gebracht werden, in der das von ihm ausgehende Magnetfeld im wesentlichen senk- recht zu der genannten Richtung steht (ausgeschalteter Zu- stand). Der Magnet/die Magnete kann/können auch in dazwi- schenliegende Positionen gedreht oder gekippt werden, um zu erreichen, daß die Feldstärke zwischen den Polen der Schen- kel einen geringeren als den maximalen Wert hat.

Alternativ ist es auch möglich, den/die Magnet (en) ver- schiebbar anzubringen, so daß der/die Magnet (e) durch Ver- schieben in den Magnetkreis hineingebracht werden können (Einschalten) oder wieder aus diesem entfernt werden können (Ausschalten).

Die Bewegung (z. B. Kippen, Drehen, Verschieben) kann ent- weder direkt oder indirekt von Hand oder mittels einem oder mehrerer Elektromotoren erfolgen, oder durch pneumatische oder hydraulische Mittel ; auch Kombinationen der genannten Mittel sind möglich. Die Antriebseinrichtungen können wei- tere, dem Fachmann bekannte Mittel, wie z. B. Gestänge oder Getriebe umfassen.

Nach einer bevorzugten Ausführungsform ist vorgesehen, daß das Ausmaß der Bewegung des/der Permanentmagneten vorher- bestimmbar ist. Auf diese Weise läßt sich die magnetische Feldstärke, abhängig vom jeweiligen Anwendungszweck, auf einen bestimmten Wert einstellen. Dies kann insbesondere dadurch erreicht werden, daß ein bestimmter Kipp-oder Drehwinkel oder eine bestimmte Verschiebungsstrecke vorge- geben und eingehalten wird.

Gemäß einer weiteren Ausführungsform ist vorgesehen, daß das die magnetisierbaren Stäbe tragende Kopfstück bewegbar angebracht ist. Insbesondere kann das Kopfstück in der ho- rizontalen Ebene bewegbar sein. Vorzugsweise sind dann An- triebsmittel (z. B. elektrisch, pneumatisch, hydraulisch), Getriebe, Gestänge und dgl. mit dem Kopfstück verbunden, so daß das Kopfstück zur steuerbaren Ausführung von Schüttel- bewegungen geeignet ist (z. B. kreisförmige Bewegungen oder Bewegungen nach Art eines Orbitalschüttlers).

Ferner wird bevorzugt, daß der/die genannte (n) magnetisier- bare (n) Stab/Stäbe drehbar (um ihre Längsachse) an dem je- weiligen Kopfstück angebracht sind und während der Behand- lung einer magnetpartikelhaltigen Flüssigkeit in Rotation versetzt werden können, um eine Durchmischung zu bewirken oder um das Ablösen der Partikel von den Stäben zu be- schleunigen. Die Rotation erfolgt vorzugsweise durch elekt- romotorische Mittel.

Zur Abtrennung von Magnetpartikeln werden Flüssigkeiten, die solche Partikel enthalten, in den Luftspalt der Vor- richtung, unterhalb der magnetisierbaren Stäbe, einge- bracht, wobei Behälter der eingangs erwähnten Art verwendet werden können. Vorzugsweise ist hierfür mindestens eine Haltevorrichtung vorgesehen, die unterhalb der Stäbe posi- tionierbar ist, so daß die Stäbe auf die Öffnungen der Be- hälter hin ausgerichtet werden. Diese Haltevorrichtung kann beispielsweise in Form einer Halteplatte ausgestaltet sein.

Des weiteren werden Ausführungsformen bevorzugt, bei denen die Haltevorrichtung in einer im wesentlichen horizontalen Ebene in einer oder mehreren Richtungen bewegbar ist ; al- ternativ oder zusätzlich kann die Haltevorrichtung in ver- tikaler Richtung bewegbar sein. Die Bewegung erfolgt vor- zugsweise durch elektromotorischen Antrieb oder durch pneu- maische oder hydraulische Mittel, oder durch Kombinationen dieser Mittel.

Insbesondere können die Haltevorrichtungen auch in der Wei- se ausgebildet sein, daß sie zur Durchführung von Schüttel- bewegungen geeignet sind. Die hierfür erforderlichen konstruktiven Maßnahmen sind dem Fachmann grundsätzlich be- kannt. Ferner ist vorgesehen, daß sowohl das Kopfstück als auch die Haltevorrichtung bewegbar und zur Durchführung von Schüttelbewegungen verwendet werden können. Auf diese Weise ist eine besonders wirksame Durchmischung der Probenflüs- sigkeit möglich, wenn die Stäbe darin eingetaucht sind.

Des weiteren wird bevorzugt, daß eine Steuer-oder Regel- vorrichtung vorhanden ist, durch welche die vertikale Bewe- gung der Haltevorrichtung (en) in der Weise einstellbar oder steuerbar ist, daß bei einer Aufwärtsbewegung ein Eintau- chen der Stäbe (7) in die flüssigkeitsgefüllten Behälter (10) bewirkt wird.

Insbesondere kann die genannte Haltevorrichtung Bestandteil eines programmgesteuerten Laborroboter-Systems sein, wobei sie vorzugsweise so eingerichtet ist, 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.

Nach einer weiteren, besonders bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist vorgesehen, daß der Vorrichtung ein pro- grammgesteuerter Rechner zugeordnet und mit ihr verbunden ist. Dadurch kann mindestens eine der nachfolgenden Funkti- onen der Vorrichtung gesteuert oder geregelt werden, oder es können mindestens zwei der nachfolgend genannten Funkti- onen miteinander koordiniert werden : Bewegung des/der Permanentmagneten zum Ein-und Ausschal- ten des magnetische Feldes, insbesondere Zeitdauer der Einschalt-und Ausschaltphasen, sowie magnetische Feld- stärke ; - Rotationsgeschwindigkeit und-Dauer im Falle rotierbarer Stäbe ; - Bewegung des Kopfes in horizontaler Ebene, insbesondere Dauer, Frequenz und Amplitude einer Schüttelbewegung ; -Bewegung des/der Haltevorrichtung (en), 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 Eintauchtie- fe, Dauer und Frequenz ; - sofern vorgesehen, Rotations-oder Schüttelbewegung der Haltevorrichtung (en), insbesondere Rotationsgeschwindig- keit, -Amplitude und Intervalle zwischen einzelnen Ar- beitsphasen.

Die erfindungsgemäßen Vorrichtungen können auf vorteilhafte Weise mit anderen Vorrichtungen zur automatisierten Behand- lung von Probenmaterial kombiniert werden. Des weiteren können auch zwei oder mehrere der erfindungsgemäßen Vor- richtungen 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 durch eine gemeinsame Steuerung mit den Funktionen der Vorrichtung koordiniert werden : - eine oder mehrere thermostatisierbare Heiz-oder Kühlen- richtungen ; - 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 Durch- mischen der in den Behältern enthaltenen Flüssigkeiten ; - analytische Geräte, insbesondere für photometrische Mes- sungen oder Lumineszenzdetektion.

Die Erfindung umfaßt ferner Verfahren zum Abtrennen einer Zielsubstanz aus einem in flüssiger Form vorliegenden Stoffgemisch. Diese Verfahren weisen im allgemeinen folgen- de Schritte auf : a) Zugabe von magnetischen oder magnetisierbaren Partikeln, welche spezifische Bindungseigenschaften in Bezug auf die Zielsubstanz aufweisen ; b) Einbringen eines vorgegebenen Volumen des Gemisches in den Luftspalt zwischen den zwei Polen eines magnetischen Kreises und Eintauchen eines magnetisierbaren Stabes in das Gemisch, wobei der Stab mit einem der Pole des mag- netischen Kreises verbunden ist und das magnetische Feld zunächst ausgeschaltet ist ; c) Einschalten des magnetischen Feldes durch Veränderung der Position eines im oder am magnetischen Kreis ange- ordneten Dauermagneten, wodurch der Stab magnetisiert wird und die Partikel sich im wesentlichen am unteren Ende des Stabes ansammeln ; anschließend wird der Stab mit den anhaftenden Partikeln aus dem ersten Flüssig- keitsgemisch herausgenommen ; d) Eintauchen des Stabes mit den anhaftenden Partikeln in ein vorgegebenes Volumen einer Flüssigkeit, welche Elu- tion der Zielsubstanz von den Partikeln bewirkt ; e) Herausheben des Stabes aus der Elutionsflüssigkeit, wo- bei die Partikel an dem Stab haften bleiben und so aus der Flüssigkeit abgetrennt werden.

Zur Verbesserung der Reinheit und Ausbeute kann es vorteil- haft sein, die Partikel im Anschluß an Schritt d durch Aus- schalten des magnetischen Feldes in die Flüssigkeit freizu- setzen, diese zu durchmischen, und anschließend durch Ein- schalten des Magnetfeldes wieder an den Stäben zu sammeln.

Das Durchmischen kann beispielsweise durch Rotation der Stäbe oder durch Schütteln der Haltevorrichtung oder/und des Kopfteils bewirkt werden.

Ferner kann das beschriebene Verfahren wahlweise einen oder mehrere Wasch-Vorgänge enthalten ; ein solcher Wasch-Vorgang kann sich beispielsweise an Schritt c) anschließen und wie folgt ablaufen : - Eintauchen des Stabes mit den anhaftenden Partikeln in ein vorgegebenes Volumen einer Waschflüssigkeit ; - Ausschalten des magnetischen Feldes durch entgegengesetz- te Veränderung der Position des Dauermagneten, wodurch die Partikel in die Flüssigkeit freigesetzt werden ; -Mischen ; - Einschalten des magnetischen Feldes durch Veränderung der Position eines im oder am magnetischen Kreis angeordneten Dauermagneten, wodurch der Stab magnetisiert wird und die Partikel sich im wesentlichen am unteren Ende des Stabes ansammeln ; - Herausheben des Stabes aus der Waschflüssigkeit ; -Elution der Zielsubstanz, wie in den Schritten d) und e).

Durch Verwendung einer der oben beschriebenen erfindungsge- mäßen Vorrichtungen können die genannten Verfahren auf be- sonders einfache und schnelle Weise durchgeführt werden.

Die erfindungsgemäßen Vorrichtungen und Verfahren eignen sich in besonders vorteilhafter Weise für die eingangs er- wähnten Anwendungsgebiete, insbesondere für Hochdurchsatz- Methoden.

Die Erfindung wird nachfolgend anhand der beigefügten sche- maischen Zeichnungen beispielhaft erläutert. Die verwende- ten Bezugszeichen haben in allen Zeichnungen dieselbe Be- deutung, sofern nicht anders angegeben. Da es sich ledig- lich um schematische Darstellungen handelt, können die tat- sächlichen Größenverhältnisse hiervon abweichen.

Fig. 1A und 1B zeigen eine Ausführungsform einer erfin- dungsgemäßen Vorrichtung in einer Seitenansicht. Die Vor- richtung (1) weist zwei magnetisierbare Schenkel (2,3) ei- nes magnetischen Kreises auf, wobei die Schenkel im Bereich (6) miteinander verbunden sind. Am gegenüberliegenden Ende der Schenkel befinden sich die beiden Pole (4,5) mit einem dazwischen liegenden Luftspalt (12). Der Pol (4) des oberen Schenkels (2) trägt ein Kopfstück (8) mit daran angebrach- ten magnetisierbaren Stangen (7). Unterhalb der Stangen be- findet sich eine Haltevorrichtung (11), die mit dem Pol (5) des anderen Schenkels (3) verbunden ist oder zumindest in Kontakt mit diesem steht. Auf der Haltevorrichtung ist ein Probenbehälter (9) mit mehreren Vertiefungen (10) zur Auf- nahme von Flüssigkeitsproben angeordnet, beispielsweise wiederablösbar auf der Haltevorrichtung (11) fixiert.

Auf der dem Luftspalt (12) gegenüberliegenden Seite ist in dem die beiden Schenkel verbindenden Bereich (6) eine Aus- sparung (16) vorhanden, in der ein stab-oder quaderförmi- ger Dauermagnet (15) drehbar angeordnet ist. Um den Bereich des Dauermagneten ist ein Kurzschlußring (20) angeordnet (dieser ist im Bereich des drehbaren Magneten durchbrochen dargestellt). Fig. 1A zeigt die Vorrichtung im ausgeschal- teten Zustand ; die Lage des Dauermagneten (15) ist im we- sentlichen senkrecht zur Richtung des magnetischen Kreises ; das magnetische Feld des Dauermagneten wird in den Kurz- schlußring (20) geleitet.

Fig. 1B zeigt dieselbe Vorrichtung im eingeschalteten Zu- stand. Die Lage des Dauermagneten (15) zeigt im wesentli- chen in die Richtung des magnetischen Kreises. Dadurch wird zwischen den Polen (4,5) und somit auch an den Enden der Stäbe (7) ein Magnetfeld erzeugt, das zur Anziehung von Magnetpartikeln verwendet werden kann.

Fig. 1C zeigt eine Schnittdarstellung der in den Fig. 1A/B gezeigten Vorrichtung, in der durch die gestrichelte Linie a (Fig. 1B) angedeuteten Ebene. Die Pfeile (17) zeigen schematisch die Richtung des Magnetfeldes im eingeschalte- ten Zustand an.

Die Fig. 1D und 1E zeigen, ebenfalls in schematischer Sei- tenansicht, eine weitere Ausführungsform der erfindungsge- mäßen Vorrichtungen, wobei der verwendete Magnet eine fla- che Quader-Form aufweist und die Pole sich an den beiden großen Seitenflächen befinden. In Fig. 1D ist der eingeschaltete Zustand (das Magnetfeld verläuft in Richtung des Eisenkreises), in Fig. 1E der ausgeschaltete Zustand dargestellt. Die Position des Kurzschlußringes (20) ist lediglich angedeutet. Die weiteren, in Fig. 1A, 1B gezeigten Elemente sind zur Vereinfachung der Darstellung weggelassen worden.

Fig. 2 und Fig. 3 zeigen, ebenfalls in Seitenansicht, wei- tere Konstruktionsvarianten der erfindungsgemäßen Vorrich- tungen.

Fig. 4 zeigt die Vorrichtung (1) der Fig. 1A/B in Drauf- sicht ; dadurch ist die ringförmige Gestalt des Kurzschluß- ringes (20) zu erkennen. Bei der gezeigten Ausführungsform ist der Kurzschlußring (20) so gestaltet, daß er nicht vollständig am Magnetkreis anliegt, sondern ein Hohlraum (22) vorhanden ist. Dadurch wird der Zugang zu dem drehba- ren Magneten (15) erleichtert bzw. ermöglicht. Der Kurz- schlußring (20) kann aus zwei Hälften (20a, 20b) oder meh- reren Teilen zusammengesetzt sein, wie durch die gestri- chelte Linie 21 angedeutet, um die Montage und Demontage zu erleichtern.

Fig. 5 zeigt eine Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung (ebenfalls in Seitenansicht), bei der in der Aussparung (16) ein verschiebbarer (Doppelpfeil) Dauermag- net (15) vorgesehen ist. Fig. 5 zeigt den eingeschalteten Zustand, in welchem der Dauermagnet bewirkt, daß zwischen den Polen (4,5) ein Magnetfeld entsteht. Zum Ausschalten wird der Magnet aus dem magnetischen Kreis der Vorrichtung (1) nach außen verschoben.

Fig. 6 zeigt eine Abwandlung der in Fig. 1A/B dargestellten Vorrichtung, wobei die beiden Schenkel (3,4) unterschied- lich lang sind.

Die Fig. 7A bis 7D zeigen verschiedene Ansichten einer be- sonders bevorzugten Ausführungsform, bei der ein Magnet (15) auf einer Unterlage (40) angeordnet ist, die in einer horizontalen Ebene um die Achse Y drehbar ist. Dadurch kann der Magnet (15) durch Rotation der Unterlage (40) in den magnetischen Kreis (Eisenkreis) hineingebracht werden (ein- geschalteter Zustand, Fig. 7C, 7D) oder aus dem Bereich des magnetischen Kreises herausbewegt werden (Fig. 7A, 7B). Der in diesen Abbildungen (Fig. 7A bis 7D) nicht dargestellte Kurzschlußring (20) weist im Bereich der Unterlage (40) ei- ne passende Aussparung auf, oder das abschirmende Material ist auf dieser Seite der Vorrichtung nicht vollständig aus- gebildet. Die Unterlage (40) ist vorzugsweise in Form einer Drehscheibe oder auch als drehbarer Arm ausgebildet, die/der mittels bekannter Antriebsvorrichtungen bewegt wird. Auf der Unterlage können optional auch zwei oder meh- rere Magnete angebracht sein.

Fig. 7A, 7C zeigen eine Schnittdarstellung in der Fläche der Drehachse Y ; die Fig. 7B, 7D zeigen jeweils dieselbe Vorrichtung in Draufsicht.

Fig. 8 zeigt eine Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung (1) in Seitenansicht ; in diesem Fall sind die beiden Schenkel (2,3) nicht durch einen gemeinsamen Bereich (6) miteinander verbunden. Der drehbare Magnet (15) ist zwischen den beiden Schenkeln (2,3) angeordnet, auf der dem Luftspalt gegenüberliegenden Seite. Der Kurzschlußring (20) ist in Schnittdarstellung abgebildet.

Fig. 9 zeigt die Vorderansicht des oberen Schenkels (4) ei- ner erfindungsgemäßen Vorrichtung mit dem Kopfstück (8) und daran angebrachten Stäben (7). Unterhalb der Stäbe ist eine Haltevorrichtung (8) positioniert, auf der mehrere Behälter (10) in Reihen angeordnet sind. Die Haltevorrichtung läßt sich in der horizontalen Ebene in verschiedene Richtungen sowie nach oben und unten bewegen (Pfeile).

Fig. 10 (a-d) zeigt im Längsschnitt Beispiele für verschie- dene Formen der magnetisierbaren Stäbe (7). Die unter dem Einfluß des Magnetfeldes angezogenen Partikel sind mit (30) bezeichnet. Fig. 9d zeigt einen Stab, der mit einer aus- wechselbaren Hülle (25) versehen ist.