專利名稱：用于純化細胞、化學物質和蛋白質結構的多級電磁分離器的制作方法
技術領域：
本發(fā)明要求1999年4月9日美國臨時申請60/128,627的優(yōu)先權。
本申請政府項目，NAS9-97027號合同的一部分。
發(fā)明領域本發(fā)明涉及定量分離細胞、化學物質、蛋白質、配體或其他顆粒的新方法，采用的是多級磁輔助分離技術(“MAGSEP”)。MAGSEP極其適合免疫研究和分析，藥物開發(fā)、研究和加工，以及其他生物醫(yī)藥應用?？捎肕AGSEP技術進行與臨床、動/植物研究相關的細胞分離。
現有技術描述幾乎所有的現有技術都可以歸為磁性過濾一類，即將非磁性顆粒與磁性顆粒分離而不論磁性顆粒的磁化程度如何。例如，Miltenyl等在靜態(tài)試管或流動通道內用強力場梯度將以磁性顆粒(順磁性、超順磁性或鐵磁性)標記的細胞吸附于試管壁或通道壁，從而將其俘獲。非磁性顆粒則沉降或流走，只留下磁性顆粒被俘獲，然后由力場中釋放得以收集。在美國專利5,053,344中，Zborowsky將一個類似的過程定名為“磁泳”一磁截止。Liberti等在美國專利4,795,698中提出將細的鐵磁性磁極條伸入磁性顆粒懸浮液可將且僅將磁性顆粒吸附于磁極上；非磁性顆粒則游走或沉降分離，當力場撤消時，所吸附的顆粒釋放進入懸浮液，從而作為純凈細胞被收集。在一種類似于層析的方法中，Ugelstad提出可在珠狀鐵磁性介質或纖維周圍形成高力場梯度，用以俘獲磁性顆粒標記的細胞。其他還有一些此類磁性過濾裝置，例如美國專利4,795,698和5,053,344。以上所述都是一種相似的、簡單的兩分法，即將磁性顆粒與非磁性顆粒分開，所用的都是高梯度磁場。
與本發(fā)明更接近的現有技術是Power等所述將低梯度力場施加于通道內水平流動的懸浮液根據磁標記的磁化水平，通過磁標記細胞的吸附，將其動態(tài)亦即潛在地俘獲。然而，該方法僅用于二元分離。Winoto-Morbach等引入了“磁泳遷移率”的概念，意指有一個固有參數使得顆粒可以根據其在力場梯度中的遷移速度而分離。遷移率即速度與驅動力之比。在這一概念的實施方式之一即Zborowsky等的美國專利5,968,820中，對磁泳遷移率進行了測定，美國專利5,974,901則提出大型永磁體磁極的顆粒懸浮液受控層流，顆粒會根據其磁泳遷移率發(fā)生偏轉。所述偏轉可被用作根據顆粒遷移率或磁化程度進行回收的方法。Reddy等(1995)和Zborowsky等(1995)開發(fā)出了直接評估不同磁性顆粒類型磁化的分析方法。
與此競爭的其他制備技術包括另一些不同類型的分離方法，例如電泳和離心。電泳分離是讓物質通過一個電場，根據細胞對一特定正電荷或負電荷的吸引力而發(fā)生分離。目前市場上的許多制造商只制造電泳設備。離心則是靠慣性力來分離細胞或其他物質。較重的物質受力向外移動，而較輕的物質則留在溶液的上層。這一過程的優(yōu)越性取決于待分離細胞是否能夠承受這樣的力，是否可以僅根據其大小和/或密度進行分離。該技術對細胞可能特別具有破壞性，因為當離心裝置將細胞推向容器壁時，細胞會受到很大的力。
美國專利5,974,901中，Zborowski等的方法是在含有細胞的區(qū)域施加一個近乎恒定的力場，例如磁場，從而使細胞在該力場中遷移。通過獲取該力場中顆粒(細胞)的一系列顯微圖像，可以測出其速度，并可以用軟件繪制出速度直方圖，如果所述力場為磁場，則該圖反映顆粒的磁化程度。該方法的用途之一是測定磁泳遷移率即顆粒速度與所施加的場強之比，由此可得出顆粒的其他物理及化學信息。本發(fā)明與Zborowski等的區(qū)別在于Zborowski等是基于磁性分布的顆粒分析，本發(fā)明則提供基于此類特性的顆粒俘獲方法，以及根據磁泳遷移率的顆粒收集和分離方法，不限于Zborowski等單純的分析數據收集。
美國專利5,968,820，Zborowski等的方法中，有一生物細胞混合物，細胞表面固定有一定數量的磁性顆粒，其數量與研究者所研究的受體的數量成正比，細胞因此在其懸浮所處的流動物流中得以分離。所述物流在兩個磁極間流動，其中的細胞以一定的速度向磁極偏轉，該速度取決于它們的磁泳遷移率，也就是取決于其磁化率，也就是取決于其受體密度。最后，分離后的細胞或顆粒在多個出口被收集成為若干級份，每一級份內的細胞分別具有特定范圍內的受體密度。與Zborowski等所述不同，本發(fā)明使用的是小室內的靜態(tài)樣品，通過施加磁力使細胞或顆粒以一定的速度流出小室，該速度取決于它們的磁泳遷移率，也就是取決于其磁化率，也就是取決于其受體密度。
美國專利5,053,344，Zborowski等的系統中，在兩磁極間有一段空隙，其中，在重力或其他力的驅動下，顆粒懸浮液流過一個有兩面平行壁的薄室。該室的位置使得懸浮液液流中的顆粒受到空間梯度磁力的作用。所述空間梯度磁力使得顆粒的俘獲根據它們的磁化率在一個平面上形成一定的空間分布，該過程稱為“磁性記錄(ferrography)”。俘獲后，可以根據俘獲位置對懸浮液中的顆粒尤其是生物細胞進行檢查，但不是根據其磁化率(如果用磁性標記的配體顆粒，則也就是根據受體密度)對懸浮液中的顆粒進行分離。該系統并沒有對懸浮液中的顆粒進行分離收集，因此與本發(fā)明不同，本發(fā)明正是以分離和收集為目標。
改進分離活細胞和蛋白質的技術因為生物技術日益受到重視而變得越來越重要，因為分離常成為許多生物學方法中的限制因素。為了滿足上述需要，本發(fā)明提供了一種定量分離細胞、顆粒、配體、蛋白質以及其他化學物質的方法，使用的是磁力和/或電磁輔助分離法。
發(fā)明概述本發(fā)明裝置和方法可定量分離細胞、蛋白質或其他顆粒，本發(fā)明采用多級磁力和/或電磁輔助分離技術(″MAGSEP″)。MAGSEP技術是一種可用于醫(yī)藥、化學、細胞生物學和生物技術的分離技術。而且，本發(fā)明還涉及一種對共同合成分子混合物進行分離并提純的方法，可由此制備具有不同大小、長度、分子量和結構元素的分組產物。然后對它們進行與抗體、受體或其他結合成員的結合能力分析。上述收集過程可以生成一個配體文庫，其中包含所有結合成員的特異性配體，雖然某一序列的構型數可能較多。該技術為細胞生物學家提供了一種用于研究分子識別作用的工具?？梢酝ㄟ^對包含已知序列和任意序列的組合文庫進行篩選，從中獲得結合性強的配體。這樣的工具提供了識別和分離激動劑、拮抗劑、酶抑制劑、病毒阻抑劑、抗原和其他藥物的方法。
在臨床使用單級或多級磁力和/或電磁分離器時，以逐漸減少的順磁性微珠標記細胞，采用強度逐漸升高的力場，根據它們被標記的程度進行定量分離。受體上結合磁珠越多的細胞越能被弱力場吸引，磁珠越少的細胞則越不能被吸引，參見


圖1。這一原理確立了用一速率或平衡過程，根據細胞或其他顆粒磁力進行分離(“分級”)的基礎。
電磁輔助方法在此前未能在商業(yè)上獲得重用的主要原因之一是所用設備的神秘性。其實際上相當簡單的物理機制被認為過于復雜。另外還存在著對分離機制的誤解。除了不被了解之外，實際物理因素也曾經是阻礙磁場輔助分離應用的因素之一。要求磁珠與待分離物(separand)特異性吸附的大多數磁力輔助分離需要后續(xù)裝置去除不需要的顆粒。
本發(fā)明的多級電磁分離器大大簡化了電磁場輔助分離過程，從而克服了上述障礙。所述分離器不需要凝膠、紙張等穩(wěn)定化基質，也不需要密度梯度。該技術不需要液體強制流動來進行磁力分離。液體的反復轉移使流速降至最低，并為分離純化細胞和蛋白質提供了更溫和更適合的環(huán)境。本發(fā)明的電磁分離技術還能夠自動傾析污染性懸浮液。不需要的細胞或顆粒作為過程的副產物被滯留在相反的另一半室中。最終，儀器的終端用戶將發(fā)現僅需制備一種緩沖液即可提純并收集自動分離的組分而無需復雜的泵送和真空操作，這帶來了效率的提高。
磁力分離技術在其初期的應用之一是新糖基結合體(neoglycoconjugate)研制。許多細胞、酶和外源凝集素都具有特定糖(“外源凝集素”表示“糖結合性蛋白質”)的識別位點。通過將特定糖(寡糖或多糖)與磁珠表面結合，特定細胞、酶或外源凝集素可通過HMGS或MACS分離。這代表了MAGSEP的一種理想用途，因為，不同的糖結合體可以不同的強度與磁珠連接，從而從混合物中分離出來，識別可強磁化微珠上糖結合體A的細胞可與識別可弱磁化微珠上糖結合體B的細胞相分離。而且，通過加入可競爭磁性結合位點的游離糖的溶液，可釋放出被磁力俘獲的細胞，MAGSEP由此可最后收集到沒有微珠結合的細胞。
盡管有了以上最近的革新，仍需要能根據受體密度進行的細胞分離方法。最近，研究實驗室在科研中多用受體數量作為依賴性變量。在內分泌學中，小鼠白細胞顯示β腎上腺素受體減少；生長調節(jié)中，EGF受體的減少受培養(yǎng)物中細胞密度的調節(jié)，該密度可用魚精蛋白調節(jié)；在病毒學中，細胞表面上病毒進入細胞所需皰疹病毒糖蛋白D受體數量是有限的；在腫瘤形成過程中，H-ras致癌基因可改變EGF-β受體的數量和類型；在傳染病中，galanin受體水平與胰細胞的百日咳毒素抗性相關，已經鑒定到一種白喉毒素受體結合蛋白。在神經學中，受刺激腦細胞培養(yǎng)物中發(fā)生阿片樣物質κ受體調節(jié)；營養(yǎng)學中，當發(fā)生蛋白質營養(yǎng)不良時，肥大細胞會損失IgE受體，還發(fā)現存在著高密度的血管活性腸肽(VIP)受體。以上只是最新發(fā)現的少量舉例，這些清楚地表明，針對受體密度改變細胞的研究工具將大受歡迎。
已經有了一些方法通過用免疫微珠配體標記人類循環(huán)系統中的細胞，然后用高磁力梯度技術特異性地對其進行牽引。在目前的實踐中，這是一種二元分離方法，這種方法可因本發(fā)明的連續(xù)分離而得到改善。
使用磁力傳遞藥物是磁性顆粒分離技術的又一潛在用途。制成用于傳遞的磁化顆粒或膠囊后，必需將弱磁化顆粒與磁化率最高的顆粒或膠囊分離。由于要的是強磁化顆粒，所以一個重要的考慮因素是外部磁體與傳遞部位間的距離，以及不要誤送了弱磁化顆粒，這些顆粒若攜帶有藥物，將造成不良副作用。該技術可用于分離AIDS患者的T淋巴細胞特定亞型，或分離治療糖尿病的胰島細胞特定亞型。
診斷測試中，除進行預純化細胞計數外還可進行流式細胞計數，但后者的成本可高達前者的100倍。但本發(fā)明方法的低成本具有重大意義發(fā)展中國家AIDS護理的困擾在于難以進行診斷檢測，因為缺乏進行流動計數的流式計數儀。采用多級電磁分離器的本發(fā)明解決了這些問題，并可望為此類全球性健康問題提供解決手段。
理論上，磁輔助分離法不存在容量限制。它可以應診斷所需而很小，也可以應制備(例如細胞移植)所需而很大。后一種情況很重要，因為定量分離所需的高磁性柱(可能高達1m，力場強度高達1-2特斯拉)可用一個轉盤內的多級分離室所取代，其中裝有中等強度的磁體和電磁體，參見圖2。
開發(fā)用戶友好性、能夠根據顆粒表面配體數量分離顆粒的裝置看來是改進磁輔助分離裝置方面最大的需要。在這方面，磁分離產業(yè)已獲得了相當的進步，但目前的技術仍僅限于二元分離。一個例子是Baxter Healthcare的Isolex-300磁力細胞分離器，它能通過使用單克隆抗體(MAB)包被的磁珠來選擇干/祖細胞。干細胞被選用于再生因化療或放療受損的骨髓。本發(fā)明的MAGSEP代表了一個技術躍進，因為本發(fā)明最終可提供一種根據表面組成的細小差異進行微分分離的可靠方法。
大多數基于配體(例如受體-抗體)的細胞分離方法是非此即彼的二元性的?，F在將磁力吸引作為速率過程與逆流分離相結合可以使磁力細胞分離成為一種定量技術，根據每個細胞上結合的配體數量進行分離。根據各種細胞所結合的配體量，該方法可以是定性的，根據同種細胞各自所結合的配體量或高或低，它也可以是定量的。
本發(fā)明目的之一是提供一種定量分離細胞、蛋白質或其他顆粒的方法，使用的是多級磁力電磁輔助分離技術(″MAGSEP″)。
本發(fā)明的目的還在于提供一種分離共同合成分子混合物的方法，共同合成分子生成了多組不同種產物，各自具有不同的大小、長度、(分子量)以及可用于分析其與抗體、受體或其他配體特異性結合的結構元件，該方法提供了構建配體文庫的手段，所述文庫可包含所有連接合成員的配體，從而為細胞生物學家提供一種研究分子識別作用的工具。
本發(fā)明的目的還在于提供一種由含有已知和任意序列的組合文庫識別并分離激動劑、拮抗劑、酶抑制劑、病毒阻抑劑、抗原和其他藥物的方法。
本發(fā)明的目的還在于提供一種進行動植物細胞和細胞組分磁力分級的方法。
本發(fā)明的目的還在于提供一種平板組件，其中可安裝至少一塊，最好多塊磁體，電磁體和/或其組合，并具有一個支撐基底。
本發(fā)明的目的還在于設計能提供不同場強(1-1000mT)的電磁硬件和驅動板。
本發(fā)明的目的還在于提供一種平板平動指引系統。
本發(fā)明的目的還在于使本發(fā)明的電磁分離器能適配裝入ADSEP容器，用于宇航和遠程用途。
本發(fā)明的目的還在于與數據管理及處理控制系統相結合。
本發(fā)明的目的還在于提供一種極性改變較快的電磁體用于強化混合。
本發(fā)明的目的還在于提供一種磁力恒定且具有確定磁通密度的電磁體。
本發(fā)明的目的還在于提供一種實施方式，其中，表面帶有受體的細胞可通過特定的化學物質配體附著于有待本發(fā)明收集的磁性顆粒，所述的細胞表面受體可被抗體結合，所述配體例如與生物素反應的親和素，與所述抗體化學結合的維生素。
本發(fā)明的目的還在于從合成的非均勻磁性顆粒群中選出均勻的磁性顆粒群用于細胞研究。
發(fā)明的目的還在于基于弱磁性顆粒遷移率低造成的差異性和選擇性來選擇高強度、均勻磁性顆粒用于定向藥物傳遞，將磁性微粒用于腸胃外定向藥物傳遞。
本發(fā)明的目的還在于采用一種平動磁體為二極、四極或六極永磁體的方式，或磁體為二極、四極或環(huán)形電磁體的方式。
本發(fā)明的目的還在于采用這樣一種方式，其中的平動磁體為一系列固定的任意極性電磁體，它們依次工作，從而將顆粒掃入一個共同的啟動區(qū)帶。
本發(fā)明的目的還在于采用計算機和用戶軟件實現對平動磁體、吸持磁體(holding magnet)和轉盤傳遞系統的控制。
本發(fā)明的目的還在于采用這樣一種方式，其中，俘獲室和吸持磁體成直線排列，或排成其他幾何相對關系，例如環(huán)繞。
本發(fā)明的目的還在于采用這樣一種方式，其中，一個以上樣品室與各自的平動磁體構成俘獲室陣列。
本發(fā)明的目的還在于采用這樣一種方式，其中，本發(fā)明被用于分離磁性標記的生物細胞。
本發(fā)明的目的還在于采用這樣一種方式，其中，本發(fā)明被用于選擇均勻的磁性微粒以用于細胞分離及其他生物化學分離過程。
本發(fā)明的目的還在于采用這樣一種方式，其中，本發(fā)明被用于選擇均勻的磁性微粒亞群，用于定向藥物傳遞。
本發(fā)明的目的還在于采用這樣一種方式，其中，本發(fā)明被用于所有需要根據磁泳遷移率亦即體積磁化率差異將磁性顆粒分級(分離)的過程。
本發(fā)明的目的還在于采用這樣一種方式，其中沒有采用平動磁體。
后文描述有助于更充分地理解本發(fā)明的上述及其他目的。
附圖簡述根據以下描述，結合附圖，可對本發(fā)明有更好的理解。附圖中，同一編號代表同一零部件。
圖1是通過特異性抗體結合于細胞受體上的磁珠；圖2顯示一種多級電磁分離器與假想的磁力層析柱的比較；圖3顯示一種單級磁力分離過程，其中與磁珠結合的細胞順著場強梯度被引向磁極；圖4是一種用于樣品俘獲的電磁分離器的剖視圖，顯示了平動磁體和吸持磁體，以及相關裝置；圖5是實驗室用電磁體分離裝置的透視圖，顯示了平板組件，電磁體組件，吸持磁體，和底座；圖6是一個平動電磁體實施方式，顯示了不銹鋼的鐵芯和繞線；圖7顯示用于圖6實施方式的平板組件；圖8是圖6實施方式中平板組件進樣口的透視圖；圖9是用于圖4實施方式的小室，還顯示了俘獲室和樣品室，以及吸持電磁體、固定用磁體、和平動電磁體；
圖10是平板和小室的剖視圖，顯示樣品室的進樣過程；
圖11是平板和小室的剖視圖，顯示小室相對于上平板轉動的位置；
圖12是平板和小室的剖視圖，顯示樣品室內顆粒排列的啟動，即平動磁體通電引起顆粒向板界面的移動；
圖13是平板和小室的剖視圖，顯示平動電磁體的位置和顆粒的俘獲；
圖14是平板和小室的剖視圖，顯示上平板轉動從而俘獲部分顆粒；
圖15是平動磁體場強圖；
圖16所示為圖4實施方式的吸持磁體組件；
圖17所示為磁性微球體與非磁性微球體的分離；
圖18顯示平板組件的透視圖，該組件與平動電磁站相接；
圖19是令收集板轉動的MAGSEP的引導系統的透視圖；圖20是一種盒式處理裝置模件設計的透視圖；圖21是一個MAGSEP盒的透視圖，它具有與航空業(yè)準用的“ADSEP”盒相同的組件，但容量不同；圖22是一種實施方式，其中的平動磁體組件采用了多個四極磁體，它們層疊式排列，依次通電；圖23是一種實施方式，其中的平動磁體組件由活動四極磁體構成；圖24是一種實施方式，其中采用四極或六極平動磁體。
優(yōu)選實施方式的描述本發(fā)明是一種電磁分離器10，采用電磁輔助分離法定量分離細胞、蛋白質、配體、化學物質、抗原和其他顆粒物質。本發(fā)明的多級電磁體(“MAGSEP”)10能夠進行基于磁化率和磁泳遷移率的多級分離。電磁分離器10的優(yōu)選形式之一是一種多級逆流裝置，其中，底物或細胞用逐漸減少的順磁性磁珠標記，并用逐漸增強的力場強度根據標記程度進行定量分離。所述電磁分離器10通過自動進行級份收集而提高了產物回收率，并可實現微分分離，而此前只可能進行二元分離。該分離器可用于各種水性懸浮液，并可靈活適用于商業(yè)性用途和空間實驗室。本發(fā)明可實現根據細胞表面抗原含量來分離大量免疫細胞、血細胞及其他分化細胞。而且，它還能夠根據磁化率和/或磁泳遷移率對樣品中的各組分進行更高水平或純度的細分。而且，可以通過改變場強均勻俘獲磁化的細胞或其他底物。
磁泳作用力定義為-μm=VmBdBdZ]]>其中的B是俘獲磁體的力場強度，Vm是顆粒在力場中的速度。該速度是力場和顆粒及溶劑特性的函數Vm=2a2ΔxBdBaημ0dZ]]>所以，MAGSEP裝置中的各級分別選擇磁泳遷移率不同的顆粒。各級內的顆粒則具有不同的遷移率分布。低力場強度將選擇遷移率高的顆粒，較高的力場強度則選擇遷移率較低的顆粒。所以，各級根據俘獲磁體的力場強度和顆粒停留時間具有各自的磁泳遷移率截留值。
方程(2)中，a是顆粒半徑，Δx是顆粒與介質的磁化率差異，η是粘度，μ0是自由空間的磁導率。
運用力場的細胞分離方法多被用作二元分離方法，分離
圖1所示基于特異性表面配體而結合和沒有結合磁性微球體的細胞。如圖所示，抗原結合于細胞受體位點，生物素與抗體結合。磁珠與親和素結合，后者則與生物素結合。由于表面具有抗體結合性受體的生物細胞可通過配體(例如與生物素反應的親和素)與磁性顆粒結合，所以可將配體與抗體化學結合。
圖5顯示的是一種多級電磁分離器與一假象磁性層析柱比較。如前所述，MAGSEP裝置采用步進轉動分布和容器系統，可選擇、分離并儲存不同磁泳遷移率的顆粒。各級中的顆粒將具有不同的遷移率分布。低場強將選擇遷移率高的顆粒，高場強則選擇遷移率小的顆粒。所以，各級根據俘獲磁體的力場強度和顆粒停留時間具有各自的磁泳遷移率截留值。圖2顯示，移動快的細胞其磁泳遷移率較大。于是，細胞根據其表面上的配體得以分離。
將磁力吸引作為一種速率過程與逆流分離相結合，細胞的磁力分離就可以成為根據每個細胞所結合配體的數量進行分離的定量技術。若根據每種細胞所結合的配體量，該方法是定性的，若根據同種細胞不同個體上配體結合量的或多或少，則是定量的。
圖3顯示一種單級分離過程，其中，與磁珠結合的細胞順著場強梯度被引向磁極。圖中顯示了一個磁源，它可以是永磁體或電磁體，位于容器或小室的上方，在其中產生一個力場梯度，磁力牽引順磁性顆粒根據各自的磁泳遷移率而移動。本發(fā)明的電磁分離裝置10可以進行非常清楚的分離，其中，顆粒疏松地排列成層，磁性最強的顆粒位于小室的頂部，磁化率略低的懸浮于中部，沒有或幾乎沒有磁化的則懸浮于小室的底部。
例如，所有與磁化珠結合的待分離物(例如細胞或蛋白質)可以從均勻的懸浮液中被引向多級分離器的一個半室，而非磁性待分離物則仍然均衡地分配于上室和下室之間。讓非磁性顆粒靜置沉降一段時間。移動上室至新鮮溶液上方，使之與分離后的細胞充分混合。在低重力條件下，可以不用沉降獲得以上結果，而采用稀釋法除去上室中的非磁性顆粒。
優(yōu)選實施方式通過在同一平板組件中使用多個樣品室來實現多級分離。在分離過程中，平動電磁體和吸持電磁體的場強是可變的。
圖4是本發(fā)明多級電磁分離器10的透視圖。MAGSEP單元10的上平板26與下平板24以協調轉動方式接合，下平板24由多個支撐腿22支承，上平板26中至少有1個(最好多個)上收集室27，它們與下平板24和其中的下樣品室38液體相通，室38內由脂、蠟或其他潤滑劑和/或密封劑形成一密封層。該圖還顯示了一個平動電磁體40，平動系統42，吸持磁體44(在本實施例中，它是一塊永磁體)帶冷卻風扇的吸持電磁體46，平板轉動系統48，和平板定位微鈕50。
圖5所示是一個商品化的裝置，其中，上平板26由聚碳酸酯等聚合物制成，安裝在軸承33上，由夾緊螺栓29緊固。支撐腿22換成了側板23，形成一個底座。下平板24是不銹鋼制成的。吸持磁體步進馬達帶動平板26轉動。吸持電磁體46懸于管27上方。電磁體35位于底座內。底座安裝在機箱37上，機箱上有電源開關39，110VAC插座41，流通口43，指示燈45和冷卻風扇47。
更具體地說，該實驗室裝置包括一臺計算機和軟件，由電子組件箱和處理單元構成。電子組件有數個接口，包括110VAC電源、電源開關，RS 232接口和狀態(tài)指示燈。該處理單元接受來自110AC連接件的電源。電源由電源開關開啟?？刂扑鎏幚韱卧腜C通過RS232信號連接件工作。電源、平動電磁體、吸持磁體和平板轉動的狀態(tài)以GUI顯示。
單個處理單元由上平板和下平板，平板轉動系統，電磁體，電磁體平動系統和吸持磁體組件構成。各板通過一個錐形滾柱軸承栓接在一起，使得各板能夠相對轉動。板之間貼合界面形成一個密封層將液體隔開。在處理過程中，下室可以與多達15個上室對齊。兩相步進馬達通過驅動轉動系統使上平板轉動，所述轉動系統與位于上平板下表面的內部齒輪嚙合。平動電磁體安裝于平動系統上，使得電磁體可沿下室垂直平動。向電磁體傳遞定量電流，形成與下室相交的力場。平動電磁體的場強可以設定為0至1400高斯(在磁極表面測得)或其他選定范圍。電磁體平動系統帶動電磁體沿下室上下移動。平動速度可以設定為5μm/s至2000μm/s或其他選定范圍。吸持磁體組件由安裝在連接步進馬達的機械臂上的永磁體構成。步進馬達帶動裝有吸持磁體的機械臂轉動，使得吸持磁體位于接受處理的小室的上方。
如圖6所示，一種優(yōu)選的平動電磁體40有一個C-1018不銹鋼鐵芯42，繞以818匝26號銅線，形成一個在兩端之間具有空氣隙44的碟形。它接收來自電子組件的0至2.16Amps的電流。力場強度可設定為0-1500高斯(在磁極表面測得)。電磁體系統使電磁體沿下室28上下移動。平動速度可設定為120-250＿。
如圖4所示，吸持磁體組件44由固定在連接步進馬達31的機械臂19上的永磁體構成。步進馬達帶動裝有吸持磁體44的機械臂19轉動，使得吸持磁體44位于接受處理的上室27上方。
使用方法MAGSEP 10的作用是分離懸浮于液體中的可磁化物質。如圖4所示的一種應用方式可描述如下讓上平板26和下平板24處于進樣位置(步進半步)，將液體樣品加入上室27和下室28。上室27轉動到下室28正上方的位置，兩管對齊。平動電磁體40通電到設定的電流值，從下室28的底部平動到平板24與26的界面。平動電磁體40斷電，吸持電磁體46通電到設定值，特定遷移率范圍內的顆粒于是被引入上收集室27的頂部。最后，吸持電磁體46斷電，僅由吸持永磁體44將收集到的樣品顆粒保持在管27的頂部，同時，上平板26轉動，從而俘獲樣品中的集得顆粒?？梢詫Χ噙_15個俘獲室27重復以上過程或加以改變后重復。
圖7是平板組件的剖視圖，其中，下平板24和上平板26的協動接合，樣品室28與上方的收集室27與機械臂19上的吸持磁體孔44對齊。
圖8更具體地顯示了上平板26內的進樣口，該進樣口與上收集室27液體相通。分離前后都由平板組件承載樣品。一種優(yōu)選的平板組件由聚碳酸酯上平板，不銹鋼下平板和一個聚碳酸酯樣品室28構成。上平板與下平板用一個夾緊螺栓接合，上平板可轉動。上平板至少有一個(最好多個)被稱為收集室27的小室，如圖所示是15個。樣品室28固定于下平板24的開孔內。這使得收集室27可以在樣品室28上方轉動，從而允許樣品室28內的顆粒轉移到收集室27內。然后，收集室27可以從樣品室上方轉開，從而俘走收集室內的顆粒。夾緊螺栓的壓力使得上平板與下平板壓合密封。
圖9-14顯示了用本發(fā)明進行的顆粒分級分離過程。
如圖9所示，顯示了俘獲室28，樣品室38，吸持電磁體46，吸持永磁體44和平動電磁體40的位置。
圖10顯示向樣品室28內加入細胞等選擇性結合了磁性顆粒的物質。如
圖11所示，上平板26相對于下平板24和樣品室28轉動到一個整步位置。如
圖12所示，平動電磁體40通電，并向兩板的界面移動，該圖顯示樣品室28內顆粒排列的啟動階段。必需指出的是，進樣順序可以是提升電磁體40，上平板26進半步，然后帶動帶有磁體的上收集室27到位，或者帶動所述管的上室27和磁體40到位，然后抬升樣品室28。
圖13顯示平動電磁體的最終位置以及顆粒的俘獲，其中，平動電磁體40停止移動并斷電，吸持電磁體46通電，其力場與永磁體44的偶合。最后，如
圖14所示，上平板26轉動從而帶走作為處理樣品的顆粒中的選定級份。
圖15是例如圖4所示平動電磁體40的場強圖。
如
圖16所示，用俘獲或吸持電磁體46或程控電磁體牽引樣品越過板的界面進入上室27的頂部。
用永磁體44保持俘獲的樣品停留于俘獲室27的頂部，防治它落入板的界面而夾在板24與26之間?？梢酝ㄟ^改變永磁體44的大小和材質來改變其力場強度。
圖17顯示一個通過多級磁泳過程將磁性微粒與非磁性微粒分離的實驗結果。實驗從含90％1-2_____磁性微球體(animosphere，Polysciences Inc.，)和10％6.0μm非磁性球體(IDC)的混合物開始。這些顆?？梢詰腋≡诟鞣N液體中；然而，通常使用的是水、聚乙二醇或乙醇。給6個室配備磁極面場強為10-375mT的磁體。以2.54cm為梯度建立場強梯度，換算成mT/m。在各室的停留時間為15分鐘，平均移動距離為3mm。根據以上數據估算7個室各自的磁泳遷移率，得該圖所示的結果。
如圖所示，80.1％的磁性顆粒俘獲在6號室中，對應于0.6mm/N-S的遷移率，只有2.8％的非磁性顆粒被俘獲。磁性球體的“純度”達90-99.6％。
圖18是一個平動電磁體臺的外部平板組件的剖視圖，所示平板組件100包括平動電磁體臺102(最好每個樣品板104有3個)，它與樣品板104接合，樣品板104以可轉動方式與多個室106液體相通，這些室形成并排列于收集板108的外緣，板108與吸持磁體(電磁體)146協作接合。
圖19是MAGSEP用于轉動收集板的引導系統的剖視圖，其中，盤蓋110裝在平板組件100上，100與蝸輪112接合，112的斜角接觸齒輪114與軸承座116連接。所述組件可轉動地安裝于基座組件119上，該基座有軸承座圈凸緣(relief)118，和位置探測器120，其中，基座119形成盤122，它與精密蝸桿126的軸124機械連接，蝸桿126與活動連軸節(jié)128相連，后者由步進馬達130驅動。該引導(indexing)系統位于由外殼134和外殼蓋136形成的筒體或盒體132內，它們如圖20所示那樣包住平板組件，圖20是一種盒式處理裝置模件設計的透視圖。
如圖21所示，MAGSEP盒可用于設計包括更多相同或不同所述盒單元的處理模件。
圖22-24顯示了另一種實施方式，即采用層疊式磁體系統，其中，一系列二極、四極或環(huán)性磁體，一般為3、4個，沿MAGSEP兩板裝置的上部柱形室層疊。它們從最底下的開始順次通電，用以向上加速(即顆粒物理學上所用的磁感應加速器)顆粒，直到它們達到Earnshaw定理所規(guī)定的不穩(wěn)定點，此時，關閉第一力場，啟動第二力場，通過磁泳(1995年Zborowski等的美國專利)繼續(xù)向上的俘獲過程，使顆粒不會粘附于器壁。
圖22是一種層疊的、依次通電的多個四極磁體的平動磁體組件，還包括一個樣品室，分離電磁體，收集室和吸持電磁體。
圖23是一種活動四極磁體組件，包括一個分離電磁體，樣品室，收集室和吸持電磁體。
圖24是一種四極或六極平動電磁體。
其他應用本發(fā)明還可以用作“磁層析”的工具。俘獲可以是“等度”俘獲，即各級的磁場強度相等，或者是“梯度”俘獲，即磁體的場強隨級數升高而增強。在后一種情況的一種典型應用中，第一級沒有磁體也沒有上室，其作用是在轉移開始前將細胞混合物攪拌均勻。第二級沒有磁體，用于從一個小體積的上室向細胞懸浮液中加入磁性顆粒，讓它們混合并反應。第三級的上室內有一塊很弱的磁體，其體積與下室相近，它只吸引磁化程度最高的細胞，即磁性配體的受體最多的細胞。第四級上室內的磁體強于第三級，吸引磁化程度較弱的細胞，以此類推，倒數第二級是最強的磁體，在此將俘獲受體最少的細胞。最后一級也沒有磁體，其中將是轉移后最終留下的所有完全沒有磁化的細胞。在重力條件下，如果轉移時間足夠長，未被俘獲的細胞將因重力沉降而進入位置較低的室。如果沒有重力，則未被俘獲的細胞將在每次轉移時留在上室和下室中；然而，每次轉移的不斷混合可帶走各室中未被俘獲的細胞。
另一個例子是，將DYNABEADS M-280與2μm非磁化微球體混合。在分離前后進行微分計數(庫爾特顆粒計數器或血細胞計數儀)，用于測定純化因數和分離度。為了測定分離方法對實際細胞的效率，用梯度力場強度(隨級數升高而增強)分離帶有不同數量磁珠的細胞。處理的底物是氨基順磁性顆粒(例如Polyscience#19524)標記的醛固定的人紅細胞，紅細胞預先經兩次不同水平的神經氨酸苷酶處理，將原表面負電荷降低30％，60％和0％(對照)。所得的三組紅細胞與氨基順磁性微球靜電結合，在多級電磁分離器10中分離成三個組分。
以上的詳細描述是為了便于清楚地理解本發(fā)明，不應將其視為不必要的限定，因為，根據以上所述，符合本發(fā)明宗旨和范圍的修改對本領域技術人員來說是顯而易見的。
磁泳作用力定義為-μm=VmBdBdZ]]>其中的B是俘獲磁體的力場強度，Vm是顆粒在力場中的速度。該速度是力場和顆粒及溶劑特性的函數Vm=2a2ΔxBdBaημ0dZ]]>所以，MAGSEP裝置中的各級分別選擇磁泳遷移率不同的顆粒。各級內的顆粒則具有不同的遷移率分布。低力場強度將選擇遷移率高的顆粒，較高的力場強度則選擇遷移率較低的顆粒。所以，各級根據俘獲磁體的力場強度和顆粒停留時間具有各自的磁泳遷移率截留值。
圖7顯示用于圖5實施方式的平板組件；圖8是圖5實施方式中平板組件進樣口的透視圖；圖9是用于圖4實施方式的小室，還顯示了俘獲室和樣品室，以及吸持電磁體、固定用磁體、和平動電磁體；
圖10是平板和小室的剖視圖，顯示樣品室的進樣過程；
圖11是平板和小室的剖視圖，顯示小室相對于上平板轉動的位置；
圖12是平板和小室的剖視圖，顯示樣品室內顆粒排列的啟動，即平動磁體通電引起顆粒向板界面的移動；
圖13是平板和小室的剖視圖，顯示平動電磁體的位置和顆粒的俘獲；
圖14是平板和小室的剖視圖，顯示上平板轉動從而俘獲部分顆粒；
圖15是平動磁體場強圖；
圖16所示為圖4實施方式的吸持磁體組件；
圖17所示為磁性微球體與非磁性微球體的分離；
圖18顯示平板組件的透視圖，該組件與平動電磁站相接；
圖19是令收集板轉動的MAGSEP的引導系統的透視圖；圖20是一種盒式處理裝置模件設計的透視圖；圖21是一個MAGSEP盒的透視圖，它具有與航空業(yè)準用的“ADSEP”盒相同的組件，但容量不同；圖22是一種實施方式，其中的平動磁體組件采用了多個四極磁體，它們層疊式排列，依次通電；圖23是一種實施方式，其中的平動磁體組件由活動四極磁體構成；圖24是一種實施方式，其中采用四極或六極平動磁體。
優(yōu)選實施方式的描述本發(fā)明是一種電磁分離器10，采用電磁輔助分離法定量分離細胞、蛋白質、配體、化學物質、抗原和其他顆粒物質。本發(fā)明的多級電磁體(“MAGSEP”)10能夠進行基于磁化率和磁泳遷移率的多級分離。電磁分離器10的優(yōu)選形式之一是一種多級逆流裝置，其中，底物或細胞用逐漸減少的順磁性磁珠標記，并用逐漸增強的力場強度根據標記程度進行定量分離。所述電磁分離器10通過自動進行級份收集而提高了產物回收率，并可實現微分分離，而此前只可能進行二元分離。該分離器可用于各種水性懸浮液，并可靈活適用于商業(yè)性用途和空間實驗室。本發(fā)明可實現根據細胞表面抗原含量來分離大量免疫細胞、血細胞及其他分化細胞。而且，它還能夠根據磁化率和/或磁泳遷移率對樣品中的各組分進行更高水平或純度的細分。而且，可以通過改變場強均勻俘獲磁化的細胞或其他底物。
磁泳作用力定義為其中的B是俘獲磁體的力場強度，Vm是顆粒在力場中的速度。該速度是力場和顆粒及溶劑特性的函數所以，MAGSEP裝置中的各級分別選擇磁泳遷移率不同的顆粒。各級內的顆粒則具有不同的遷移率分布。低力場強度將選擇遷移率高的顆粒，較高的力場強度則選擇遷移率較低的顆粒。所以，各級根據俘獲磁體的力場強度和顆粒停留時間具有各自的磁泳遷移率截留值。
方程(2)中，a是顆粒半徑，Δx是顆粒與介質的磁化率差異，η是粘度，μ0是自由空間的磁導率。
運用力場的細胞分離方法多被用作二元分離方法，分離
圖1所示基于特異性表面配體而結合和沒有結合磁性微球體的細胞。如圖所示，抗原結合于細胞受體位點，生物素與抗體結合。磁珠與親和素結合，后者則與生物素結合。由于表面具有抗體結合性受體的生物細胞可通過配體(例如與生物素反應的親和素)與磁性顆粒結合，所以可將配體與抗體化學結合。
圖2顯示的是一種多級電磁分離器與一假象磁性層析柱比較。如前所述，MAGSEP裝置采用步進轉動分布和容器系統，可選擇、分離并儲存不同磁泳遷移率的顆粒。各級中的顆粒將具有不同的遷移率分布。低場強將選擇遷移率高的顆粒，高場強則選擇遷移率小的顆粒。所以，各級根據俘獲磁體的力場強度和顆粒停留時間具有各自的磁泳遷移率截留值。圖2顯示，移動快的細胞其磁泳遷移率較大。于是，細胞根據其表面上的配體得以分離。
將磁力吸引作為一種速率過程與逆流分離相結合，細胞的磁力分離就可以成為根據每個細胞所結合配體的數量進行分離的定量技術。若根據每種細胞所結合的配體量，該方法是定性的，若根據同種細胞不同個體上配體結合量的或多或少，則是定量的。
圖3顯示一種單級分離過程，其中，與磁珠結合的細胞順著場強梯度被引向磁極。圖中顯示了一個磁源，它可以是永磁體或電磁體，位于容器或小室的上方，在其中產生一個力場梯度，磁力牽引順磁性顆粒根據各自的磁泳遷移率而移動。本發(fā)明的電磁分離裝置10可以進行非常清楚的分離，其中，顆粒疏松地排列成層，磁性最強的顆粒位于小室的頂部，磁化率略低的懸浮于中部，沒有或幾乎沒有磁化的則懸浮于小室的底部。
例如，所有與磁化珠結合的待分離物(例如細胞或蛋白質)可以從均勻的懸浮液中被引向多級分離器的一個半室，而非磁性待分離物則仍然均衡地分配于上室和下室之間。讓非磁性顆粒靜置沉降一段時間。移動上室至新鮮溶液上方，使之與分離后的細胞充分混合。在低重力條件下，可以不用沉降獲得以上結果，而采用稀釋法除去室中的非磁性顆粒。
優(yōu)選實施方式通過在同一平板組件中使用多個樣品室來實現多級分離。在分離過程中，平動電磁體和吸持電磁體的場強是可變的。
圖4是本發(fā)明多級電磁分離器10的透視圖。MAGSEP單元10的上平板26與下平板24以協調轉動方式接合，下平板24由多個支撐腿22支承，上平板26中至少有1個(最好多個)上收集室27，它們與下平板24和其中的下樣品室38液體相通，室38內由脂、蠟或其他潤滑劑和/或密封劑形成一密封層。該圖還顯示了一個平動電磁體40，平動系統42，吸持磁體44(在本實施例中，它是一塊永磁體)帶冷卻風扇的吸持電磁體46，平板轉動系統48，和平板定位微鈕50。
圖5所示是一個商品化的裝置，其中，上平板26由聚碳酸酯等聚合物制成，安裝在軸承33上，由夾緊螺栓29緊固。支撐腿22換成了側板23，形成一個底座。下平板24是不銹鋼制成的。吸持磁體步進馬達帶動平板26轉動。吸持電磁體46懸于管27上方。電磁體35位于底座內。底座安裝在機箱37上，機箱上有電源開關39，110VAC插座41，流通口43，指示燈45和冷卻風扇47。
更具體地說，該實驗室裝置包括一臺計算機和軟件，由電子組件箱和處理單元構成。電子組件有數個接口，包括110VAC電源、電源開關，RS 232接口和狀態(tài)指示燈。該處理單元接受來自110AC連接件的電源。電源由電源開關開啟?？刂扑鎏幚韱卧腜C通過RS232信號連接件工作。電源、平動電磁體、吸持磁體和平板轉動的狀態(tài)通過個人計算機以圖形用戶界面顯示。
單個處理單元由上平板和下平板，平板轉動系統，電磁體，電磁體平動系統和吸持磁體組件構成。各板通過一個錐形滾柱軸承栓接在一起，使得各板能夠相對轉動。板之間貼合界面形成一個密封層將液體隔開。在處理過程中，下室可以與多達15個上室對齊。兩相步進馬達通過驅動轉動系統使上平板轉動，所述轉動系統與位于上平板下表面的內部齒輪嚙合。平動電磁體安裝于平動系統上，使得電磁體可沿下室垂直平動。向電磁體傳遞定量電流，形成與下室相交的力場。平動電磁體的場強可以設定為0至1400高斯(在磁極表面測得)或其他選定范圍。電磁體平動系統帶動電磁體沿下室上下移動。平動速度可以設定為5μm/s至2000μm/s或其他選定范圍。吸持磁體組件由安裝在連接步進馬達的機械臂上的永磁體構成。步進馬達帶動裝有吸持磁體的機械臂轉動，使得吸持磁體位于接受處理的小室的上方。
如圖6所示，一種優(yōu)選的平動電磁體40有一個C-1018不銹鋼鐵芯42，繞以818匝26號銅線，形成一個在兩端之間具有空氣隙44的碟形。它接收來自電子組件的0至2.16Amps的電流。力場強度可設定為0-1500高斯(在磁極表面測得)。電磁體平動系統使電磁體沿下室28上下移動。平動速度可設定為120-250μm/s。
如圖4所示，吸持磁體組件44由固定在連接步進馬達31的機械臂19上的永磁體構成。步進馬達帶動裝有吸持磁體44的機械臂19轉動，使得吸持磁體44位于接受處理的上室27上方。
使用方法MAGSEP 10的作用是分離懸浮于液體中的可磁化物質。如圖4所示的一種應用方式可描述如下讓上平板26和下平板24處于進樣位置(步進半步)，將液體樣品加入上室27和下室28。上室27轉動到下室28正上方的位置，兩管對齊。平動電磁體40通電到設定的電流值，從下室28的底部平動到平板24與26的界面。平動電磁體40斷電，吸持電磁體46通電到設定值，特定遷移率范圍內的顆粒于是被引入上收集室27的頂部。最后，吸持電磁體46斷電，僅由吸持永磁體44將收集到的樣品顆粒保持在管27的頂部，同時，上平板26轉動，從而俘獲樣品中的集得顆粒?？梢詫Χ噙_15個俘獲室27重復以上過程或加以改變后重復。
圖7是平板組件的剖視圖，其中，下平板24和上平板26的協動接合，樣品室28與上方的收集室27與機械臂19上的吸持磁體孔44對齊。
圖8更具體地顯示了上平板26內的進樣口，該進樣口與上收集室27液體相通。分離前后都由平板組件承載樣品。一種優(yōu)選的平板組件由聚碳酸酯上平板，不銹鋼下平板和一個聚碳酸酯樣品室28構成。上平板與下平板用中心的一個夾緊螺栓接合，所述夾緊螺栓即上平板相對于下平板轉動的旋轉軸。上平板至少有一個(最好多個)被稱為收集室27的小室，如圖所示是15個。樣品室28固定于下平板24的開孔內。這使得收集室27可以在樣品室28上方轉動，從而允許樣品室28內的顆粒轉移到收集室27內。然后，收集室27可以從樣品室上方轉開，從而俘走收集室內的顆粒。夾緊螺栓的壓力使得上平板與下平板壓合密封。
圖9-14顯示了用本發(fā)明進行的顆粒分級分離過程。
如圖9所示，顯示了俘獲室28，樣品室38，吸持電磁體46，吸持永磁體44和平動電磁體40的位置。
圖10顯示向樣品室28內加入細胞等選擇性結合了磁性顆粒的物質。如
圖11所示，上平板26相對于下平板24和樣品室28轉動到一個整步位置，最終使得樣品室與收集室對齊。如
圖12所示，平動電磁體40通電，并向兩板的界面移動，該圖顯示樣品室28內顆粒排列的啟動階段。必需指出的是，進樣順序可以是提升電磁體40，上平板26進半步，然后帶動帶有磁體的上收集室27到位，或者帶動所述管的上室27和磁體40到位，然后抬升樣品室28。
圖13顯示平動電磁體的最終位置以及顆粒的俘獲，其中，平動電磁體40停止移動并斷電，吸持電磁體46通電，其力場與永磁體44的偶合。最后，如
圖14所示，上平板26轉動從而帶走作為處理樣品的顆粒中的選定級份。
圖15是例如圖4所示平動電磁體40的場強圖。
如
圖16所示，用俘獲或吸持電磁體46或程控電磁體牽引樣品越過板的界面進入上室27的頂部。
用永磁體44保持俘獲的樣品停留于俘獲室27的頂部，防治它落入板的界面而夾在板24與26之間。可以通過改變永磁體44的大小和材質來改變其力場強度。
圖17顯示一個通過多級磁泳過程將磁性微粒與非磁性微粒分離的實驗結果。實驗從含90％1-2μm磁性微球體(animosphere，Polysciences Inc.，)和10％6.0μm非磁性球體(Interfacial Dynamics，Corp.)的混合物開始。這些顆?？梢詰腋≡诟鞣N液體中；然而，通常使用的是水、聚乙二醇或乙醇。給6個室配備磁極面場強為10-375mT的磁體。以2.54cm為梯度建立場強梯度，換算成mT/m。在各室的停留時間為15分鐘，平均移動距離為3mm。根據以上數據估算7個室各自的磁泳遷移率，得該圖所示的結果。
如圖所示，80.1％的磁性顆粒俘獲在6號室中，對應于0.6mm/N-S的遷移率，只有2.8％的非磁性顆粒被俘獲。磁性球體的“純度”達90-99.6％。
圖18是一個平動電磁體臺的外部平板組件的剖視圖，所示平板組件100包括平動電磁體臺102(最好每個樣品板104有3個)，它與樣品板104接合，樣品板104以可轉動方式與多個室106液體相通，這些室形成并排列于收集板108的外緣，板108與吸持磁體(電磁體)146協作接合。
圖19是MAGSEP用于轉動收集板的引導系統的剖視圖，其中，盤蓋110裝在平板組件100上，100與蝸輪112接合，112的斜角接觸齒輪114與軸承座116連接。所述組件可轉動地安裝于基座組件119上，該基座有軸承座圈凸緣(relief)118，和位置探測器120，其中，基座119形成盤122，它與精密蝸桿126的軸124機械連接，蝸桿126與活動連軸節(jié)128相連，后者由步進馬達130驅動。該引導(indexing)系統位于由外殼134和外殼蓋136形成的筒體或盒體132內，它們如圖20所示那樣包住平板組件，圖20是一種盒式處理裝置模件設計的透視圖。
如圖21所示，MAGSEP盒可用于設計包括更多相同或不同所述盒單元的處理模件。
圖22顯示了另一種實施方式，即采用層疊式磁體系統，其中，一系列二極、四極或環(huán)性磁體，一般為3、4個，沿MAGSEP兩板裝置的上部柱形室層疊。它們從最底下的開始順次通電，用以向上加速(即顆粒物理學上所用的磁感應加速器)顆粒，直到它們達到Earnshaw定理所規(guī)定的不穩(wěn)定點，此時，關閉第一力場，啟動第二力場，通過磁泳(1995年Zborowski等的美國專利5,053,344)繼續(xù)向上的俘獲過程，使顆粒不會粘附于器壁。
圖2是一種層疊的、依次通電的多個四極磁體的平動磁體組件，還包括一個樣品室，分離電磁體，收集室和吸持電磁體。
圖23是一種活動四極磁體組件，包括一個分離電磁體，樣品室，收集室和吸持電磁體。
圖24是一種四極或六極平動電磁體。
其他應用本發(fā)明還可以用作“磁層析”的工具。俘獲可以是“等度”俘獲，即各級的磁場強度相等，或者是“梯度”俘獲，即磁體的場強隨級數升高而增強。在后一種情況的一種典型應用中，第一級沒有磁體也沒有上室，其作用是在轉移開始前將細胞混合物攪拌均勻。第二級沒有磁體，用于從一個小體積的上室向細胞懸浮液中加入磁性顆粒，讓它們混合并反應。第三級的上室內有一塊很弱的磁體，其體積與下室相近，它只吸引磁化程度最高的細胞，即磁性配體的受體最多的細胞。第四級上室內的磁體強于第三級，吸引磁化程度較弱的細胞，以此類推，倒數第二級是最強的磁體，在此將俘獲受體最少的細胞。最后一級也沒有磁體，其中將是轉移后最終留下的所有完全沒有磁化的細胞。在重力條件下，如果轉移時間足夠長，未被俘獲的細胞將因重力沉降而進入位置較低的室。如果沒有重力，則未被俘獲的細胞將在每次轉移時留在上室和下室中；然而，每次轉移的不斷混合可帶走各室中未被俘獲的細胞。
以上的詳細描述是為了便于清楚地理解本發(fā)明，不應將其視為不必要的限定，因為，根據以上所述，符合本發(fā)明宗旨和范圍的修改對本領域技術人員來說是顯而易見的。
權利要求
1.一種定量分離細胞、蛋白質或其他顆粒的新方法，它包括使用多級電磁輔助分離技術，該技術包括使用一系列二極、四極或環(huán)形磁體，它們沿MAGSEP兩板裝置上部圓柱形室堆疊，從最底層開始依次啟動，用于向上加速顆粒，直至它們達到Earnshaw定理所規(guī)定的不穩(wěn)定點，此時，關閉第一力場而啟動第二力場，通過磁泳繼續(xù)向上的俘獲過程，顆粒不會粘附于器壁。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種定量分離細胞、蛋白質或其他顆粒的新方法，涉及多級電磁輔助分離技術，用到一系列二極、四極或環(huán)形磁體(40，44)，沿MAGSEP(10)雙盤裝置上部圓柱形室堆疊，先啟動第一力場，向上加速(即粒子物理學中所用的磁感應加速器)粒子，直至它們達到Evamshaw定理所規(guī)定的不穩(wěn)定點，此時，關閉第一力場，啟動第二力場，繼續(xù)通過磁泳向上的俘獲過程，期間，粒子不會粘附于器壁。
文檔編號C12N5/02GK1399718SQ00808434
公開日2003年2月26日 申請日期2000年4月10日 優(yōu)先權日1999年4月9日
發(fā)明者J·維林格, P·W·托德, K·巴頓, S·鄧恩, M·S·多瑟 申請人:宇宙硬件最佳技術股份有限公司