Die Erfindung betrifft ein System zur Separation von magnetisch anziehbaren Partikeln, die in einer Flüssigkeit suspendiert sind, beinhaltend eine Magnetanordnung mit mindestens zwei ring- förmigen Magneten, deren Magnetachse senkrecht zur Ringebene ausgerichtet ist, die Magnete gleichsinnig oder gegensinnig übereinander angeordnet sind und die Ringilmemäume eine Auf- nahmeposition für ein Gefäß bilden. Die Erfindung betrifft ferner Verfahren zur Separation und Waschung magnetisch anziehbarer Partikel unter Verwendung eines solchen Systems, sowie ein System, das eine Bewegungsvorrichtung zur Suspendierung separierter Partikel besitzt.

Im Gebiet der chemischen Analyse hat sich eine Verwendung von magnetisch anziehbaren Par- tikeln bereits seit einiger Zeit etabliert. Die magnetisch anziehbaren Partikel werden dabei in erster Linie zur Abtrennung nachzuweisender Stoffe/Partikel aus der Probenmatrix eingesetzt.

Hierzu werden die magnetisch anziehbaren Partikel so beschichtet, daß sie entweder direkt oder nach Reaktion mit Hilfssubstanzen nachzuweisendes Material auf ihrer Oberfläche binden. Bei diesen Prozessen ist es gewollt oder zwingend notwendig, nachzuweisende Substanz möglichst vollständig von der Probenmatrix zu trennen, damit spätere analytische Schritte nicht gestört werden. Eine Abtrennung der magnetisch anziehbaren Partikel von der Probenmatrix ist insbe- sondere wichtig, um die Partikel waschen zu können und so eine noch weitergehende Abtren- nung der Probenmatrix zu erzielen.

In den Dokumenten US 5,827, 478 und US 5,888, 835 sind Anordnungen beschrieben, bei denen Magnetpartikel, die sich in Suspension befinden, durch Heranführen von Magneten an eine Ge- fäßaußenseite separiert werden. Überstehende Probenflüssigkeit wird aus dem Gefäß entfernt und die Partikel werden mit einer Reinigungsflüssigkeit gewaschen. Hierzu können die Partikel nach Abtrennung des Überstandes in einer Waschflüssigkeit suspendiert werden.

In den Dokumenten US 5,976, 369 und US 5,897, 783 sind Anordnungen beschrieben, bei denen Magnetpartikel durch einen magnetischen Dipol an der Innenwandung eines Gefäßes abgeschie- den werden. Durch die Formgebung des magnetischen Jochs wird eine Separation erzielt, bei der die Partikel im wesentlichen in Form eines Ringes abgeschieden werden. Bei Verwendung eines Dipoles dieser Art ist jedoch die Ausbildung eines homogenen Ringes nicht möglich.

Aus der EP 0 479 448 ist weiterhin ein Separationsdevice bekannt, welches eine Magnetplatte mit Bohrungen aufweist, in die Gefäße mit darin enthaltenen suspendierten Magnetpartikeln ein- gebracht werden. Die Magnetplatte ist so beschaffen, daß die Nord-Süd-Achse parallel zur Achse der Bohrung angeordnet ist.

Im Rahmen der vorliegenden Erfindung wurde gefunden, daß Separationsanordnungen gemäß den o. g. Dokumenten zwar prinzipiell eine hinreichende Abtrennung ermöglichen, hinsichtlich ihrer Wascheffizienz jedoch verbesserungsbedürftig sind. Es wurde unter anderem gefunden, daß eine sehr starke, konzentrierte Abscheidung von Partikeln durchaus nachteilig sein kann, da die Partikel sehr dicht gepackt sind und auch häufig nach einem Resuspensierungsschritt noch dicht gepackte Cluster verbleiben. In diesen Fällen ist der Zwischenraum der Partikel nicht oder nur unzureichend für Waschflüssigkeiten zugänglich ist. Ein weiterer Nachteil einer intensiven, kon- zentrierten Abscheidung von Partikeln besteht darin, daß eine Resuspension der Partikel häufig nur unter hohem Aufwand möglich ist. Erfindungsgemäß wird ein System vorgeschlagen, bei dem die Partikel möglichst gleichmäßig auf einer relativ großen Innenfläche eines Gefäßes abge- schieden werden. In diesem Zustand ist sowohl ein effizientes Waschen oder Versetzen der Par- tikel mit einer Realctionsflüssigkeit als auch eine relativ einfache Resuspendierung der Partikel möglich. Bei dem erfindungsgemäßen System vuld Verfahren wird die hier genannte vorteilhafte Abscheidung durch eine Anordnung von mindestens zwei ringförmigen Magneten erzielt, deren Magnetachse senkrecht zur Ringebene ausgerichtet ist und die Magnete gleichsinnig oder gegen- sinnig iibereinander angeordnet sind, so daß der entstehende Ringimienraum einen geeigneten Ort für eine magnetische Abscheidung bildet.

Magnetisch anziehbare Partikel im Sinne der vorliegenden Erfindung sind sowohl paramagneti- sche als auch vorzugsweise ferromagnetische Partikel. Bei den ferromagnetischen Partikeln wer- den magnetisch harte Substanzen, die nach Entfernen eines äußeren Magnetfeldes keinen oder nur einen geringen Restmagnetismus aufweisen, bevorzugt. Ein verbleibender Restmagnetismus würde eine vollständige Resuspendierung der Partikel schwieriger machen. Magnetisch anzieh- bare Mikropartikel zur Verwendung in der Analytik weisen typischerweise einen Durchmesser im Bereich weniger Mikrometer, vorzugsweise im Bereich von 1,5-4 u. m auf. Derartige Parti- lcel können im Handel beispielsweise von der Firma Dynal bezogen werden. Zur Verwendung im Rahmen der Analytik werden die Partikel im Regelfall mit Bindungspartnem beschichtet. Dies können sowohl Beschichtungen sein, die einen nachzuweisenden Analyten direkt binden als auch Universalbeschichtungen, wie z. B. Streptavidin. Durch Reaktion universal beschichteter Partikel mit Konjugaten aus einem Bindepartner für die Universalbeschichtung (beispielsweise Biotin) und einem Bindepartner für den Analyten, können spezifisch bindende Mikropartikel erzeugt werden. Da Herstellungsverfahren für Mikropartikel zur chemischen/immunologischen Analyse im Stand der Technik hinlänglich bekannt sind, wird an dieser Stelle nicht näher darauf eingegangen.

Zur Durchführung einer Analyse werden die Mikropartikel mit einer Probenflüssigkeit wie Blut oder Serum versetzt, damit nachzuweisende Analyten auf der Oberfläche der Mikropartikel bin- den können oder dort eine spezifische Reaktion hervorrufen. Sowohl Mikropartikel als auch Pro- benflüssigkeit können vor dem beschriebenen Reaktionsschritt anderweitigen Operationsschrit- ten wie Suspendierung, Verdünnung, Aufschlußverfabren usw. unterworfen werden. Zur Durch- führung einer Analyse ist es im Regelfall notwendig, den Teil der Probe, der nicht Analyt dar- stellt (Probenmatrix) möglichst vollständig abzutrennen, um eine Störung späterer Nachweis- reaktionen zu vermeiden. Im Gebiet der Erfindung erfolgt dies durch Separation der magnetisch anziehbaren Partikel und Abtrennung der verbleibenden Flüssigkeit (im allgemeinen Sprache- brauch auch Überstand genannt). Im Regelfall müssen die separierten Mikropartikel vor Durch- führung weiterer Analyseschritte zunächst gewaschen werden, um anhaltende Flüssigkeit, die auch noch Probenmatrix enthält, zu entfernen. Ein solches Waschen kann erfindungsgemäß so- wohl erfolgen während die Partikel abgeschieden sind als auch durch oder während die Partikel in Flüssigkeit suspendiert sind. Wie bereits weiter oben ausgeführt, zeichnet sich die vorliegende Erfindung dadurch aus, daß die Mikropartikel in einer Form abgeschieden werden, aus der sie besonders gut und ohne Beibehaltung größerer Aggregate resuspendiert werden können. Die Partilcel können nunmehr auf verschiedenste Arten für eine Analyse eingesetzt werden.

Zur Durchführung einer Separation muß eine Suspension von magnetischen Mikropartikeln in das Wirkfeld der Magnetanordnung, d. h. im gegebenen Fall in den Innenraum der ringförmigen Magnete eingebracht werden. Dies kann in erster Linie dadurch erreicht werden, daß ein nicht- magnetisches Gefäß, in dem sich die Suspension befindet, in den durch die ringförmigen Magnete gebildeten Ringinnenraum eingeführt wird. Alternativ kann auch die Magnetanordnung so bewegt werden, daß das Gefäß mit der Suspension in den Innenraum eintaucht. Eine weitere Möglichkeit besteht darin, eine Magnetanordnmlg zu wählen, welche aus zwei oder mehr Teilen, vorzugsweise zwei Halbschalen, aufgebaut ist, welche zum Einführen eines Gefäßes auseinan- derbewegt, das Gefäß in den gebildeten Innenraum gebracht und die Teile zum Anlegen des Magnetfeldes zusammengefahren werden.

Die ringförmigen Magnete einer erfindungsgemäßen Magnetanordnung können gleichsinnig oder gegensinnig übereinander angeordnet sein. Eine gegensinnige Orientierung führt zu stärke- ren Magnetfeldgradienten und somit zu einer rascheren Separation von Partikeln. Wie jedoch bereits oben ausgeführt, ist eine Verringerung der Separationszeit zwar prinzipiell günstig, um den Zeitbedarf für den Analyseprozeß zu senken, jedoch auch häufig mit einem schwieriger zu resuspendierenden Partikelkuchen verbunden. Wird eine Anordnung mit gegensinnig angeord- neten Magneten gewählt, so ist es vorteilhaft, eine Haltevorrichtung vorzusehen, die die Magnete gegen die Abstoßung zusammenhält. Sowohl bei gleichsinniger als auch bei gegensinniger Orientierung der Magnete können Abstandshalter zwischen den Einzelmagneten vorgesehen werden, die aus nicht-magnetischem Material bestehen. Durch Auswahl der Abstandshalter, insbesondere ihrer Dicke, kann die Intensität und räumliche Verteilung des Magnetfeldes auf einfachere Weise modifiziert werden. So ist es einfach möglich, die Magnetanordnung den jeweiligen Erfordernissen anzupassen.

Für das Gebiet der Erfindung wurde gefunden, daß der Ringimlenralun, in den ein Gefäß zur Separation eingeführt wird, vorzugsweise einen Querschnitt im Bereich zwischen 4 und 10 mm aufweisen sollte. Von Vorteil ist es weiterhin, wenn die einzelnen, für die Magnetanordnung verwendeten Magnete eine magnetische Remanenz von größer als 0,8 T aufweisen. Derartige Ringmagnete können beispielsweise über dir Firma Bomatec, Höri in der Schweiz erhalten wer- den. Im Rahmen der Erfindung sind kreisringförmige Magnete bevorzugt, da mit ihnen eine ho- mogene Separation der Partikel an der Gefäßinnenwandung erzielt werden kann. Es sind jedoch prinzipiell auch Magnete mit anderen, ringförmig geschlossenen Magneten, z. B. in Gestalt eines Viereclcs oder Vielecks, möglich. Ringinnenraum und Gefäßaußenfläche sind vorzugsweise so aneinander angepaßt, daß zwischen Magnetinnenwandung und Gefäßaußenwand ein Spalt von vorzugsweise 0 bis 1,5 mm, besser noch unter 0,5 mm verbleibt, wenn das jeweilige Gefäß kon- zentrisch in die Ringmagneten eingeführt ist.

Im Rahmen der vorliegenden Erfindung wurde auch eine Vorrichtung zur Resuspension von abgeschiedenen Mikropartikeln gefunden, die vorteilhaft in einem System zur Separation mit erfindungsgemäßer Magnetanordnung eingesetzt werden kann.

Die Vorrichtung zur Suspendierung abgeschiedener Mikropartikel besitzt eine Gefäßhalterung zur Aufnahme eines Gefäßes. Die Gefäßhalterung wird zur Suspendierung von Partilceln mit einer Bewegungsvorrichtung bewegt. Vorzugsweise ist die Gefäßhalterung so gelagert, daß sie in einer Weise bewegt werden kann, bei der die Gefäßachse gegenüber dem Lot verkippt wird. Eine solche Lagerung kann beispielsweise durch eine Gefäßhalterung mit einer äußeren Fläche in Form eines Kugelsegmentes erreicht werden, welches in einem entsprechenden Hohlraum, der eine Vertiefung in Form einer Teilkugel aufweist, gehaltert wird. Eine Bewegung der Gefäßhal- terung kann durch eine mechanische Verbindung mit einem Exzenterantrieb erfolgen.

Die vorliegende Erfindung wird anhand von Figuren näher erläutert : Figur 1 : Magnetordnung in perspektivischer Ansicht Figur 2 : Verfallrensscllritte zum Waschen von Mikropartikeln unter Verwendung der in Figur 1 dargestellten Magnetanordntulg Figur 3 : Schematische Darstellung von Magnetanordnungen im Querschnitt Figur 4 : Modul zur Separation und Resuspendierung von Mikropartikeln Figur 1 zeigt eine perspektivische Darstellung einer erfindungsgemäßen Magnetanordnung, bei der vier Ringmagnete (10,10', 10'', 10''') übereinander angeordnet sind. Die Magnetachse der Ringmagneten ist senkrecht zur Ringebene ausgebildet. Zwischen den Ringmagneten befinden sich Abstandshalter (11, 11', 11''). Die Abstandshalter bestehen aus einem nicht-magnetischen Material, beispielsweise einem Kunststoff. Durch die linienräume der übereinander angeordneten Ringmagnete wird ein Innenraum (12), zur Aufnahme eines Probengefäßes (20) gebildet. In der dargestellten Anordnung sind die Ringmagnete gleichsinnig angeordnet, so daß ihre Nord-Süd- Achse in die gleiche Richtung weist.

In Figur 2 sind schematisch die einzelnen Verfahrensschritte zur Waschung von Mikropartikeln mit Hilfe der in Figur 1 dargestellten Magnetanordnung gezeigt. In Figur la ist die Magnetan- ordnung perspektivisch dargestellt, während die übrigen Figuren Querschnittszeichnungen sind.

Zunächst wird ein Gefäß mit darin suspendierten Mikropartikeln in den Aufnahmeraum (12) der Magnetanordnung (5) eingebracht (Figuren a und b). Sobald die Milcropartilcel durch das Magnetfeld an der Innenwandung des Gefäßes abgeschieden sind, wird die im Gefäß nunmehr getrennt von den Mikropartikeln vorliegende Flüssigkeit mit einer Pipette (30) entnommen (Figur c). Nunmehr wird Waschflüssigkeit zugegeben (Figur d) und diese wiederum aus dem Gefäß abpipettiert (Figur e). Das Gefäß wird wieder mit Waschflüssigkeit gefüllt (Figur f) und Gefäß und Magnetanordnung räumlich voneinander getrennt (Figur g). Nunmehr wird der abge- schiedene Kuchen (50) von Mikropartikeln durch Bewegen des Gefäßes in der Flüssigkeit sus- pendiert (Figur h). Alternativ zu dem dargestellten Verfahren kann auch ein Einfüllen von Flüs- siglceit zum Resuspendieren abgeschiedener Mikropartikel verwendet werden, wozu jedoch auch zuvor der Einfluß des Magnetfeldes entfernt wird. Der Prozeß der Schritte a bis h kann, falls notwendig, wiederholt werden. Zur Steigerung der Wascheffizienz ist es ferner möglich, nach dem Schritt fmit Schritt c unter Verwendung neuer Waschflüssigkeit anzuschließen. Die Sequenz c bis fkann so oft wie gewEinscl1t/erforderlich wiederholt werden.

Figur 3 zeigt drei verschiedene Magnetanordnungen. In Figur 3a ist eine Anordnung dargestellt, bei der drei Ringmagnete in gegensinniger Polarität durch eine Klammer (40) zusammengehalten werden. In Figur 3b ist eine entsprechende Anordnung mit 4 gegensinnig angeordneten Ring- magneten dargestellt. Figur 3c zeigt schließlich eine Anordnung, bei der sich zwischen den Ringmagneten Abstandshalter (11, 11') befinden.

Figur 4 zeigt ein System, das sowohl zur magnetischen Separation von Mikropartikeln als auch zur Resuspension abgeschiedener Mikropartikel in Flüssigkeiten geeignet ist. Bei dieser Anord- nung befindet sich ein Gefäß in einer Halterung (61), welche die Außenform einer Teilkugel aufweist. Die Teilkugel ist in einer stationären, in ihrer der Halterung angepaßten Form (62) ge- haltert. Die Halterung ist in der Form so angeordnet, daß eine Bewegung erfolgen kann, mit wel- cher die Längsachse des Gefäßes gegenüber der Lotrechten verkippt wird. Hierzu weist die Hal- terung Verbindungsstangen (63) auf, die mit einer Bewegungsplatte (64) verbunden sind. Die Bewegungsplatte hat an iluer Unterseite ebenfalls eine Verbindungsstange (65), welche durch eine Exzenterscheibe (66) in eine Taumelbewegung versetzt wird. Hierzu wird die Exzenter- scheibe (66) über einen Motor (67) in Rotation versetzt. Auf der Bewegungsplatte (64) ist wei- terhin eine Magnetanordnung (5) gemäß Figur 1 angeordnet. Die Bewegungsplatte kann über eine Hubvorrichtung (70) entlang der Verbindungsstangen (63) nach oben bewegt werden, so daß das Gefäß in den durch die Magnete gebildeten Imleluatun eintaucht. Mit dieser Anordnung kann zunächst ein Separationsprozeß durchgeführt werden, bei dem ein Gefäß in die Aufnahme- position eingestellt wird und die MagnetanorLnung (5) bereits so angeordnet ist, daß ein unterer Bereich des Gefäßes in ihren Innenraum eintaucht oder aber die Magnetanordmng kann über die Hubvorrichtung (70) nach oben gefahren werden, um eine Separation von Partikeln zu bewirken.

Die in Figur 2 dargestellten Schritte b bis f können nunmehr in dieser Position durchgeführt wer- den. Zur Resuspension wird die Magnetanordnung (5) in ihre untere Position, welche in Figur 4 dargestellt ist, verfahren, und das Gefäß mit seinem Inhalt durch die Exzenteranordnung in Be- wegung versetzt, so daß eine Resuspendierung der Mikropartikel erfolgt.