CN101208153B - 分离磁性粒子的装置及方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种分离磁性粒子的装置和方法，用于从放置在该分离装置的内部空间(1)中的样品中分离磁性粒子。根据本发明，通过磁体(3)的特殊设置产生磁场。这种特殊设置能够利用减少的磁体数目或磁体种类构建不同大小的装置。

Description

分离磁性粒子的装置及方法

技术领域

本发明涉及磁性粒子分离的技术领域。

背景技术

不同类型的粒子的分离具有许多应用。例如，在药学、生物学和药理学领域中，经常需要分离出例如样品、悬浮液或溶液的确定的成分(例如抗体的确定类型)以便分析与这些成分相关的问题(例如以便诊断疾病)。传统的用来实现成分、粒子或分子的这种类型的分离方法是通过亲和层析柱(affinity columns)的分离方法和离心法。

近年来被广泛应用的另一种方法是基于利用磁性粒子的分离方法。这种方法可以快捷且容易的用于精确和可靠的成分分离，用于诸如，特殊蛋白质、遗传物质和生物分子(参见，例如，Z M Saiyed，et al.，“Application of Magnetic Techniques in the Field of DrugDiscovery and Biomedicine”，BioMagnetic Research and Technology 2003，I：2，published 18September 2003[available at http：//www.biomagres.com/content/1/1/2])。该方法基于磁性粒子的利用，磁性粒子与将从样品、溶液、悬浮液等中分离出的特殊成分在一些受体(recipient)或类似物中结合。通过施加磁场，磁性粒子与剩余的样品分离，更确切地说，磁性粒子被集中在一部分受体中，在移去剩余的样品(或至少剩余样品的主要部分)的同时将它们保留在那里(例如，由于施加的磁场的作用)。接下来，可使保留部分经受清洗处理，该清洗处理可包括磁性粒子的另一个分离等。

美国专利US4910148A和国际专利申请WO02/055206A公开了两种基于磁性粒子的分离***。这两种***基本利用磁体与样品相结合来吸引磁性粒子，以便它们能够与剩余的样品分离。

有两种类型磁性粒子。第一种是永久磁化的那些，例如磁体。这些粒子的特征在于它们具有实际上与外部磁感应(B)无关的恒定的磁矩(m)。对于这一系列的粒子，施加在它们上的力可以表示为：

${\stackrel{\→}{F}}_m=(\stackrel{\→}{m}\·\stackrel{\→}{\▿})\stackrel{\→}{B}$

第二种类型的粒子具有根据外部磁场而变化的磁化强度。对于中强场，可以假定磁化率基本恒定。这系列的粒子包括软铁磁体、顺磁和超顺磁性材料。利用这一近似值，施加给粒子的力可以表示为：

${\stackrel{\→}{F}}_m\∝\mathrm{\χ}\stackrel{\→}{\▿}\left({\stackrel{\→}{B}}^2\right)$

其中χ是磁化率，其表示外部磁场和磁矩之间的关系。

从这些表达式中可以看出，至少有两种方式可以提高分离磁性粒子方法的效率(通过增加施加到粒子上的力)，即：

—通过增加磁化率和/或磁矩；或

—通过产生大的空间变化的磁场。

增加磁化率和/或磁矩而不影响磁性粒子的与其生物学功能性紧密相关的其他特性不是一项简单的任务。然而，基于样品区域内的非均匀磁场的利用的***或至少理论上的***已经实现了良好的和有效的分离。

美国专利US6361749B公开了一种具有南北方向分布的磁体的分离器，其中磁体的数量等于磁极的数量。但是，这种构造具有缺点，因为当磁极的数量大于四时，在样品的中心实际上不存在磁梯度，这是样品受体中心的粒子不向受体壁移动或缓慢地向受体壁移动的原因(在利用四个磁体产生四个磁极的情况下，虽然在中心具有梯度，但在靠近磁体的区域也是有扭曲的，这将在下面更详细的描述)。

美国专利US5705064A公开了一种由磁体环形成的圆筒构成的分离器，其中在圆筒的横截面上，每个磁体具有两个与毗邻或相邻的磁体的相应侧面平行并且相靠放置的侧面。磁体的磁化方向遵循Δγ＝2Δθ的角度递进(其中Δγ表示在所述圆筒的横截面中一个磁体和相邻的磁体之间磁化方向的变化，而Δθ表示在所述圆筒的横截面中一个磁体和相邻的磁体之间的角度位置的变化)(或者，以另一种方式描述，γ＝2θ的角度递进，这里γ表示在所述圆筒的横截面中相对于参考的偶极轴的磁体的磁化角度方向，而θ表示在所述圆筒的横截面中相对于参考的偶极轴的磁体的角度位置)；这样，该***产生磁偶极子。因此产生相对均匀的磁场，即其具有非常小的磁梯度，当试图快速和有效地分离磁性粒子时，具有隐含的缺点(因为，如上所述，大的磁场梯度能够增加作用在粒子上的力，并能够增加将所述粒子定位在样品或受体的期望区域的速度)。

美国专利申请公开号US2003/0015474A公开了另一种分离器，其同样基于圆筒，该圆筒由8个磁体形成，其中在圆筒的横截面上，每个磁体具有两个侧面与毗邻或相邻的磁体的相应侧面平行并且相靠放置。磁体的磁化方向遵循Δγ＝3Δθ的角度递进(其中，Δγ表示在所述圆筒的横截面中一个磁体和相邻的磁体之间的磁化角度方向变化，而Δθ表示在所述圆筒的横截面中一个磁体和相邻的磁体之间的角度位置的变化)(或者，以另一种方式描述，遵循γ＝3θ的角度递进，这里γ表示在所述圆筒的横截面中相对于参考的偶极轴的磁体的磁化角度方向，而θ表示在所述圆筒的横截面中相对于参考的偶极轴的磁体的角度位置)；因此，这种***产生磁四极子。

基于US5705064A中公开的结构的磁性粒子分离器产生强烈的磁场，而基于US2003/0015474A中公开的结构的分离器产生几乎恒定的磁场梯度。这些结构基于Halbach定理，该定理表明，如果垂直于其轴被磁化的无限线性磁体的磁化围绕该轴旋转，磁场在整个空间内的模式是恒定的，并且其方向在整个空间内以相同的角度沿与旋转方向相反的方向旋转。利用这一原理，可以开发在圆筒腔内部产生均匀场的偶极源(例如，参见H.A.Leupold，“Static Applications”in“Rare Earth Permanent Magnets”，J.M.D.Coey(Editor)，1996，pages 401-405)。此外，可以在圆筒的外侧实现接近零磁场，其具有安全方面的优点。这些结构也被称为“Halbach圆筒”。该原理可容易地用在多极源上，四极源的情况下，可以实现恒定的梯度。

通常，磁性粒子分离器用来分离小体积的磁性粒子，通常是50ml或更小的体积。但是，分离磁性粒子的技术同样具有重要的应用，其中出于技术和/或商业目的，其可被用来处理大的体积(例如样品、溶液、悬浮液)，例如，几升级的体积。处理的体积可能发生改变。因此，如果产生磁场的***的结构能够容易地扩展，那么这是有利的。

US5705064A和US2003/0015474A中公开的结构是基于并列的磁体组成的Halbach圆筒，所以每一个磁体的侧面与毗邻或相邻磁体的侧面磁体平行且相靠放置。在这两篇文献的附图中，可以看出是如何利用磁体实现这种结构的，其中在产生分离器的磁场的这个结构的横截面内，该磁体的几何构型(geometric configuration)为具有由两个侧面接合的较小的内侧和较大的外侧的大致梯形，该两个侧面对应于该磁体的侧面，其与磁体和相邻磁体的侧面相靠放置。这样，产生磁场的这种结构具有内表面和外表面，该内表面的横截面为由短边形成的规则多边形，该外表面的横截面为由长边形成的规则多边形。

虽然这些结构在理论上是良好的并不存在重大的技术问题，至少是当分离小体积的磁性粒子的***时(应用到几个ml级体积的受体)没有问题，但是能够证明在可扩展性和制造部件方面存在问题。

例如，如果试图增加圆筒内侧自由空间的直径，即增加放置经受磁性粒子分离处理的物体(样品、悬浮液、溶液、受体等)的空间的直径，所述物体因此必须被暴露于磁场，必须改变磁体的尺寸以能够维持上述设计结构。换句话说，用在内部具有确定直径自由空间的分离器中的磁体不能被用在另一个内部自由空间的结构中，至少是在希望维持Halbach圆筒结构时不能，如US5705064A和US2003/0015474A所公开的。此外，当增加磁体尺寸时，由于磁体间排斥力的增加，诸如US5705064A和US2003/0015474A中描述的那些结构中的磁体的定位变得越来越难。

另一方面，可以发现在这种结构的横截面中的磁体的几何构型和磁化方向之间的关系在不同的磁体间是变化的(在该结构的横截面中可见)。例如，在US2003/0015474A中，磁体的磁化和几何构型之间具有至少三种类型的关系：

—在两个磁体中，磁化方向或方位(S→N)从较大的边(外侧)指向较小的边(内侧)；

—在两个磁体中，磁化方向(S→N)从较小的边(内侧)指向较大的边(外侧)；

—在四个磁体中，磁化方向(S→N)大致平行于较大和较小的边(从外侧看，它们中的两个是从左到右，而另两个以相反的方向)。

这意味着，为了建立一种如US2003/0015474A的结构时，必须利用至少三种不同类型的磁体。假定用于这种类型磁体的磁性材料的元件具有优选的或容易的磁化方向(相应于磁性材料的“易磁化轴”)，那么要获得这三种不同类型的磁体可能需要基于三种不同模板来加工原始磁性材料。逻辑上，这样可能使得获得该结构更复杂和更昂贵，在生产小批量分离器的情况下尤其成问题，并且在希望为特定客户和/或应用的需求而特殊设计的分离器时可能更普遍。

发明内容

为此，考虑到这样的事实，希望建立基于一种结构的磁性粒子分离器，该结构具有可扩展性，更特别地，其可以将某些确定的磁性部件或磁体用于产生不同尺寸的磁场的结构中。

本发明的一个目的涉及一种分离磁性粒子的装置，该装置包括具有横截面的非均匀磁场发生器，所述横截面具有用于放置将经受磁性粒子分离处理的物体的内部空间。

该发生器包括用于磁体的支撑结构和定位在所述支撑结构中的多个磁体。在包括多个所述磁体的平面中的发生器的横截面中，该磁体是具有多个边的多边形构造(磁体同样可能为椭圆形、圆形形状等，因为，例如圆形可以认为是具有无数边的多边形)。多个磁体成角度地分布，形成至少一个围绕内部空间的磁体环，从而在所述内部空间中产生具有磁极数为P的磁场，P是大于2的偶数。

每个磁体在所述发生器的横截面具有磁化方向，设置所述至少一个环的磁体以便磁体的磁化方向遵循Δγ＝((P/2)+1)*Δθ的角度递进，其中，Δγ表示在所述发生器的横截面中一个磁体和相邻的磁体之间的磁化方向的变化，而Δθ表示在所述发生器的横截面中一个磁体和相邻的磁体之间的角度位置的变化(并且P是前述的磁极数)。

所述至少一个环包括多于P个磁体(即，其具有比磁场中的磁极数多的大量磁体；这样，可以实现整个内部空间具有磁梯度大且恒定的磁场，众所周知，随着磁体数的增加，在最接近场源的区域中的场的分布扭曲减少(例如，如果只利用4个磁体，靠近磁体的地方会产生梯度“扭曲”；但是，如果利用大量的磁体，则梯度几乎是完美的，即没有大的扭曲，除了已经在非常接近磁体表面的区域中的之外)。

根据本发明的这一目的，在发生器的横截面中具有N种类型的磁体。在发生器的横截面内，每种磁体都具有确定的几何构型，并且其磁化方向和所述几何构型之间具有确定的关系。根据本发明的这一目的，N＝1或N＝2。

这是有利的，因为使用一种或至多两种磁体，其中每种磁体都具有其自己的几何构型和磁化/几何构型关系，由于具有减少的磁体种数(1或2)，使其具有相当大的灵活性，逻辑上具有优势，当其涉及制造小批量分离器时特别重要。本发明只使用一种或两种磁体就能构建不同尺寸和特性的分离器。这意味着，例如，分离器的生产取决于磁体，该磁体可以通过利用一种或至多两种不同模板对一种磁性材料进行切割而得到(考虑该材料的优选磁化方向)。

发生器可以以这种方式构造，在所述发生器的横截面内，磁体的的多个边中没有和在所述环中有角度地位于它们之前或之后的磁体的边相靠放置的边(但是，每个磁体可以由几块彼此接触并且它们的面彼此相靠放置的磁体块组成)。磁体的这种分布在结构上具有很大的灵活性，其能够利用相同的磁体形成具有不同尺寸的结构，而不改变磁体的形状或尺寸，并且使用简单几何构型的磁体。根据本发明的这种形式，形成所述环的磁体例如可以彼此不接触，或者可以接触该环中的其他磁体，但是接触点只在对应于至少一个所述磁体的两边之间的角处(与另一个磁体的角或边相靠)。

本发明的另一目的涉及一种分离磁性粒子的装置，该装置包括具有横截面的非均匀磁场发生器，所述横截面具有用于放置将经受磁性粒子分离处理的物体的内部空间。

发生器包括用于磁体的支撑结构和定位在所述支撑结构中的多个磁体，在包括多个所述磁体的平面中的发生器的横截面中，所述磁体具有多个边的多边形构造(包括为椭圆形、圆形等的可能性，因为，例如圆形可以认为是具有无数边的多边形等)。

多个磁体成角度地分布，围绕内部空间形成至少一个磁体环，以便在所述内部空间中产生具有磁极数为P的磁场，P是大于2的偶数。

每个磁体在所述分离器的横截面具有磁化方向，对所述至少一个环的磁体进行设置，以便磁体的磁化方向或方位遵循Δγ＝((P/2)+1)*Δθ的角度递进，其中Δγ表示在所述发生器的横截面中一个磁体和相邻的磁体之间的磁化方向的变化，而Δθ表示在所述发生器的横截面中一个磁体和相邻的磁体之间的角度位置的变化，并且所述至少一个环具有多于P个磁体(即，其具有比产生的磁场的磁极数多的大量磁体；这样，可以实现整个内部空间具有磁梯度大且恒定的磁场，众所周知，随着磁体数的增加，在最接近场源的区域中的场的分布扭曲减少；例如，如果只有4个磁体，靠近磁体的磁梯度具有相当大的“扭曲”，然而，如果使用大量的磁体，则梯度基本上没有这种大的扭曲，除了已经在非常接近磁体表面的区域之外)。

根据本发明的这一目的，对发生器进行构造，以致于在所述发生器的横截面内，磁体的多个边中边没有和在所述环中有角度地位于它们之前或之后的磁体的边相靠放置的边(虽然每个磁体可以由几块面彼此相靠放置的磁体块组成)。

这种构造在设计磁体结构时具有较大的灵活性，其能够利用单一种类的磁体形成具有不同尺寸的结构(或者至少减少磁体数量)。鉴于磁体彼此不接触或者至少它们的面彼此不是相靠放置，可以实现不同磁体构造，而不用去改变磁体的形状或尺寸或者改变相对于磁体的几何构型磁化方向。

形成环的磁体可以例如彼此不相接触，或者如果在所述环的两个连续的成角度的磁体之间具有一些接触，该接触可以仅对应于至少一个所述磁体的两边之间的角(与另一个磁体的角或边相靠)。

在所述发生器的横截面中，例如，可以有N种磁体，每种磁体具有确定的几何构型和确定的其磁化方向和所述几何构型之间的关系，在所述发生器的横截面，N＝1或N＝2。使用一种或至多两种磁体，每种磁体都具有其几何构型和磁化/几何构型关系，且磁体类型数的减少，使其具有相当大灵活性，从逻辑上看这是有利的，当其涉及制造用于特殊目的的小批量分离器时尤其重要；本发明可以只使用一种或两种磁体，并因此能够构建许多不同尺寸和特性的分离器，这使得可以基于一种或两种模板切割磁性材料而获得所有磁体。

上述的本发明的两个目的中，每一个都能够根据多种形式实现。例如，在横截面中，磁体可以具有大致矩形或六边形的多边形构造。

本发明的另一目的涉及一种分离磁性粒子的装置，该装置包括非均匀磁场发生器，该发生器包括具有内部空间的横截面，该内部空间用于放置将经受磁性粒子分离处理的物体，所述发生器包括用于磁体的支撑结构和定位在所述支撑结构中的多个磁体。在包括多个所述磁体的平面内的该发生器的横截面内，所述磁体为具有多个边的多边形构造。磁体成角度地分布，形成至少一个围绕内部空间的磁体环，以便在所述内部空间中产生具有磁极数为P的磁场，P是大于2的偶数。

根据本发明的这一目的，多边形构造是六边形构造。六边形构造是非常有利的，因为其允许利用磁体的磁化方向和几何构型之间很少的关系建立易于扩展的结构，具有隐含的优点(参见上述解释)。例如，这些结构可以通过移去一个磁体环很容易地进行扩展。磁体彼此接触，磁体的边和相邻磁体边相靠设置形成蜂窝或类似形式，同样可以构建这些可扩展的磁体结构或具有容易增加内部空间的结构。

每个磁体在所述分离器的横截面具有磁化方向，并且所述至少一个环的磁体被定位，以便磁体的磁化方向遵循Δγ＝((P/2)+1)*Δθ的角度递进，其中，Δγ表示在所述发生器的横截面一个磁体和邻接的磁体之间的磁化方向的变化，而Δθ表示在所述发生器的横截面一个磁体和相邻的磁体之间的角度位置的变化。

所述至少一个环可以包括多于P个磁体(即，磁体数多于磁场中的磁极数)。这样，可以实现整个内部空间具有恒定的磁梯度的磁场，特别是当P＝4时(当P＞4，梯度不恒定，例如，当P＝6，梯度线性上升，中心梯度为零，其隐含分离效率低)。利用比磁场中的磁极数多的大量磁体，能够在整个内部空间获得磁梯度大且基本恒定的磁场，众所周知，随着磁体数的增加，在最接近场源的区域中的场的分布扭曲减少(例如，如果只利用4个磁体，则在靠近磁体处会产生梯度“扭曲”；但是，如果利用大量的磁体，则梯度几乎是完美的-即基本上没有扭曲，除了已经非常接近磁体表面的区域之外)。

在所述发生器的横截面中，可以有N种磁体，每种磁体具有确定的几何构型以及确定的其磁化方向和所述几何构型之间的关系，在所述发生器的横截面，例如，N可能为1或2。使用一种或至多两种磁体，每种磁体都具有其几何构型和磁化/几何构型关系，且磁体种类的减少，允许具有相当大的灵活性，从逻辑上这是很有利的，当其涉及制造小批量分离器时尤其重要；本发明允许只使用一种或两种磁体，并因此能够构建许多不同大小和特性的分离器。

发生器可以这样设置，在所述发生器的横截面内，磁体的多个边中没有和在所述环中有角度地位于它们之前或之后的磁体的边相靠放置的边(虽然，每个磁体可以由几块面彼此相靠放置磁体块组成)。这样在结构上具有大的灵活性，其能够利用同一磁体或类型的磁体形成不同尺寸的结构，而不改变磁体的形状或尺寸。根据本发明的这一形式，可以对磁体的排列进行选择，以便形成所述环的磁体彼此不相接触，或者某些磁体或全部磁体接触，但是只是以这种方式接触，即所述环中的两个有角度的连续的磁体间的接触对应于至少一个所述磁体的两边之间的角，和另一个磁体的角或边相靠。

根据不同的形式，可以对上述发明的任一目的构造，其可包括下述可选特征的一些或全部：

在横截面中，组成磁体环的磁体具有遵循Δγ＝((P/2)+1)*Δθ的角度递进的几何构型的方向，其中Δγ表示在所述发生器的横截面，一个磁体和相邻磁体之间的几何构型的角度方向的变化，而Δθ表示在所述发生器的横截面一个磁体和相邻磁体之间的角度位置的变化。换句话说，磁体这样分布，以致可以改变磁体的几何构型的角度方向，而不用改变相对于所述几何构型的磁化。这是有利的，因为其允许利用单一模板切割原始磁性材料，即制造磁体块，所有磁体块具有相同的磁化和几何构型之间的关系。

整个内部空间的磁极数P可以是4，这样得到的磁场中具有大的且恒定的梯度。

磁体在包括多个所述磁体的所述平面内的所述发生器的横截面中，磁体可以具有等边的多边形构造。

磁体可以是平行六面体。

在横截面中，磁体可以分布在包括多个同心的磁体环的构造中。

该结构可以包括沿着装置的大致垂直于所述横截面的纵轴分布的多个磁体环。

一个或多个磁体可以由至少两块并置的磁体块组成。

支撑结构可包括多个沿着该装置的纵轴依次放置的支撑部件(例如铝环形式)，每个支撑部件具有用于放置磁体的多个孔，该孔的几何构型与磁体的几何构型相匹配。

磁体可由例如NdFeB，SmCo，Ni制成，或者更一般地，磁体可以是具有磁各向异性的磁体，例如，具有磁晶各向异性的磁体(而不具有这一特性，会出现由于相邻的磁体产生的磁场而导致磁体去磁的风险，例如，如果材料是钢或AlNiCo，就可能发生)。

本发明的另一目的涉及一种分离物体(例如，包含流体的容器，流体例如是悬浮液内带有磁性粒子的液体)中的磁性粒子的方法。根据本发明的这一目的，该方法包括将物体放置在根据上述任一方法的装置的内部空间的步骤。

附图说明

为了补充说明书且更好理解本发明的特征，根据本发明的实际实施例的优选例子，提供一组附图，作为所述说明书的整体的一部分，这些附图用说明性和非限制性的方式表示如下：

图1示出的是根据本发明的可行实施例的分离器的支撑结构的示意透视图。

图2示出的是根据本发明的可行实施例的分离器的横截面图。

图3和4示出的是根据本发明的两个可替换的实施例的分离器的侧面磁体的定位和它们的磁化方向的示意图。

图5和6示出的是根据本发明的可行实施例的两个组装阶段的支撑结构透视图。

图7-9示出了基于六边形磁体的三个实施例中的分离器截面图中的磁体结构的设置示意图。

图10示出的是根据本发明的可行实施例的完整的分离器的透视图。

具体实施方式

图1示意了本发明可行的优选实施例，并且更特别地，支撑结构2放置在支座或基座24的顶部，该支撑结构2包括多个支撑环，例如铝环，图中被表示为环21、22、23。环内的自由空间1用于放置将被磁性粒子分离处理的样品或物体。

如在环21(其具有与其他环22和23相同或大致相同的构造)中所示，支撑环具有一系列其内设置有磁体的孔或通道2B，所以尽管磁体间有吸引或排斥力，磁体保持固定不动。图示的结构还可以具有盖子(未示出)，用于阻止磁体的垂直移动(即平行于支撑结构的纵轴的移动)。图1中，同样可以看到孔2A，用于将杆设置于其内以保持环的连接，该杆可由黄铜或不锈钢制成。所述杆和铝环21、22、23、基座24及盖子(未示出)一起基本上形成支撑结构。

磁体设置在通道或孔2B中。每个磁体可能由两块或多块磁体组成，该两块或多块磁体被并置以便形成一个磁体，其横截面对应于孔或通道2B的横截面，所以磁体以不能移动或相当有限的移动保持在所述孔中。

图2示意了在图1表示的这类支撑结构2中，利用多个黄铜或类似的杆25进行固定，该杆穿过该结构的支撑环，多个磁体3放置在孔2B内，每个磁体具有多个边。特别地，图2显示了分离器的横截面，并且显示了在所述横截面，磁体3具有多边形横截面，特别地是为矩形，或者更特别地为正方形。磁体之间彼此不接触。特别地，磁体的边或面3a、3b、3c和3d不与相邻磁体的面或边相靠放置(虽然有可能磁体的角和相邻磁体的角或边接触，其也不超出本发明的范围)。从图2中可知，多个磁体3被设置形成磁体环4，不必使磁体间的边彼此相靠放置，意味着环4上的一个磁体与相邻磁体间的磁化方向的变化，可以通过改变组成磁体的物理部分和支撑结构之间的关系建立，不需要使用在磁化方向(分离器的横截面中的磁化方向)和几何构型之间具有不同的关系的磁体块。

参看图3可以更容易地理解这一原理，图3示出了在本发明的可行实施例中的分离器横截面中的磁体3的分布。如图所示，对于所有的磁体，指示磁化方向或方位的箭头5相对于分离器横截面平面中的磁体的几何构型具有相同的关系。

特别地，所有磁体都具有平行于其两边并垂直于另外两边的磁化方向。这意味着，沿着平行和垂直于所述材料的易磁化方向(即对应于材料的所谓“易磁化轴”的方向)，所有的磁体都能够基于同一模板切割一块磁性材料获得。

如图3所示，其中显示了在分离器的内部空间产生具有四极磁场的磁体的分布，磁体环4的磁体3的磁化方向5遵循γ＝3*Δθ的角度递进，其中，Δγ表示在所述分离器的横截面中一个磁体3和相邻的磁体之间的磁化方向5的变化，而Δθ表示在所述分离器的横截面中一个磁体3和相邻的磁体之间的角度位置的变化。然而，根据本发明，不是通过改变磁体的磁化方向相对于磁体的几何构型之间的关系实现，而是通过改变磁体相对于支撑结构的几何构型方向实现的；特别地，如图3中所示，形成磁体环4的多个磁体3具有遵循Δγ＝3Δθ的角度递进的几何构型方向，其中，Δγ表示在所述分离器的横截面一个磁体3和相邻的磁体之间的几何构型的角度方向的变化，而Δθ表示在所述分离器的横截面一个磁体和相邻的磁体之间的角度位置的变化。换句话说，因为磁体的边不与相邻的磁体的边相靠放置，所以可以通过组成磁体的物理部件的方向的相应角度递进产生磁化方向的角度递进。

在类似于图3所示的设置中，产生的磁场(B)的感应模式沿径向增加；其从环4中心(内部自由空间1的中心)的零感应改变到边缘(靠近磁体环)的高感应，具有大致恒定的梯度，典型地，该梯度可以是几个T/m。该恒定的梯度导致放置在内部空间的样品中所出现的磁性粒子，至少在分离器的横截面上向容器壁移动，例如，所述样品被放置在占据大部分所述内部空间的容器中。图3中，以环4为轮廓的“内部空间”1中的箭头表示磁梯度的方向，因此也是施加在样品中的磁性粒子上并使得它们向包含该样品的容器的壁移动的力的方向。图3中，近似环形的线表示等位线，即由具有相同值的磁场强度的点形成的线(这同样适用于示出这种类型的线和箭头的其他的图)。

图4示出了根据本发明的另一个可行实施例磁体的分布。在该实施例中，磁体3沿两个环分布；它们的磁化方向5的角度递进与图3中所示的设置相同，但是在这种情况下，利用两个磁体环，一个有22个磁体，而另一个即外侧是30个磁体，且磁体类型与图3设置中的类型相同，实现了更大梯度的磁场。

根据本发明的可行优选实施例，图5示出的是组装中的支撑结构。特别地，显示了具有大约10mm高度的三个环21、22、23是如何被固定在基板24上的，所述环例如为铝环。所述环可由例如10mm厚的铝板利用激光切割制成。

上述环通过固定***相互固定，该固定***包括杆25，该杆例如为黄铜或无磁性不锈钢杆。杆25带有螺纹，并且利用螺栓26将铝环固定在所希望的高度，该螺栓例如为塑料螺栓。图中也示意了每个磁体3是如何由两部分31、32组成，该两部分一起构成磁体3。

图6示出了分离器的另一个组装阶段，其中，增加了另一个铝环20，并且包含了所有磁铁3，每个磁体都由两部分31、32组成。图6示出的结构具有三层磁体。磁体可以是例如NdFeB磁体或任何其他合适材料的磁体，这取决于预期想要得到的具体特性。

图7示意了本发明的另一个可行的实施例，其中所用的磁体3具有六边形横截面，并且被放置在围绕内部空间1的环中，该内部空间用于放置将被处理的样品或物体。这种构造中，利用了具有六边形横截面的磁体，当磁体边靠边放置时(即同一磁体的两边与相邻磁体的相应边相靠放置)，磁化方向和磁体的横截面的几何构型之间具有单一的关系，能够实现磁化方向5的合适的角度递进，具有隐含的结构方面的优点。

图8示出了基于两个六边形磁体环的另一个设置，两个磁体环即内环和外环，所有磁体有这样的侧面，该侧面靠在同一个和另一个磁体环的相邻磁体的侧面。在这种情况下，所有磁体具有相同的几何构型，但是磁化和几何构型之间具有两种关系：如图所示，一些磁体3A具有垂直于磁体的两个面的磁化方向5，而另一些磁体3B具有朝向两个面之间的边缘的方向。

图9示出了基于六边形横截面磁体的另一种设置；内部空间1显示了磁梯度的方向(具有箭头)和一些等位线，等位线即由具有相同值的磁场横截面强度的点形成。

从这些图中很容易看出，不同的六边形磁体“环”的这种“蜂窝”状设置有很重要的优势，因为其能够容易地设计成可扩展的***：例如，为了增加图8所示构造的分离器的内部空间1的直径，可以容易地除去内环中的6个磁体等。

在图10中，显示了完整的分离器，其是基于图5和6中所示的设计，但是具有外壳29和盖子27；盖子利用螺钉28固定到杆25(图10中未示出)上。

在本文中，词语“包括”及其变形不应该被理解成排除，也就是说，它们不排除所描述的术语包括其他的部件、步骤等的可能性。

此外，在权利要求推定的范围内，本发明不限于上面描述的特定实施例，而且同样覆盖例如本领域技术人员可能作出的变化(例如关于材料、尺寸、组分、构造等等的选择)。

Claims (39)

1.一种分离磁性粒子的装置，包括：

具有横截面的非均匀磁场发生器，所述横截面具有用于放置将经受磁性粒子分离处理的物体的内部空间(1)，

所述发生器包括用于支撑磁体的支撑结构(2)和多个定位在所述支撑结构(2)中的磁体(3)，

在包括所述多个磁体的平面中的所述发生器的横截面中，所述磁体(3)为具有多个边的多边形构造，

所述多个磁体(3)成角度地分布，形成至少一个围绕所述内部空间的磁体环(4)，以便在所述内部空间(1)中产生具有磁极数为P的磁场，P是大于2的偶数，

每个磁体(3)在所述发生器的横截面中具有磁化方向(5)，所述至少一个环(4)的多个磁体(3)被定位，以便所述磁体的磁化方向(5)遵循Δγ＝((P/2)+1)*Δθ的角度递进，其中，Δγ表示在所述发生器的横截面中一个磁体和相邻的磁体之间的磁化方向的变化，而Δθ表示在所述发生器的横截面中一个磁体和相邻的磁体之间的角度位置的变化，并且所述至少一个环包括多于P个磁体，

其特征在于：

在所述发生器的横截面中，所述多个磁体具有N种类型，每种类型的磁体都具有确定的几何构型以及其磁化方向与所述几何构型之间的确定关系，在所述的横截面中，N＝1或N＝2。

2.根据权利要求1所述的装置，其特征在于：所述发生器被构造，以便在所述发生器的横截面中，所述磁体(3a，3b，3c，3d)的多个边中没有和所述环中有角度地位于它们之前或之后的磁体的边相靠放置的边。

3.根据权利要求2所述的装置，其特征在于：形成所述环的所述磁体(3)彼此不接触。

4.根据权利要求2所述的装置，其特征在于：如果所述环中两个有角度地连续设置的磁体(3)之间具有接触，则所述接触只对应于至少一个所述磁体的两边之间的一个角。

5.根据权利要求1所述的装置，其特征在于：磁极数P＝4。

6.根据权利要求1所述的装置，其特征在于：在所述发生器的横截面中，包括多个所述磁体的所述平面内的磁体(3)具有等边多边形构造。

7.根据权利要求1所述的装置，其特征在于：所述磁体是平行六面体构造。

8.根据权利要求1所述的装置，其特征在于：在所述横截面中，所述磁体以包括多个同心磁体环的构造分布。

9.根据权利要求1所述的装置，其特征在于：所述发生器包括沿着所述装置的大致垂直于所述横截面的纵轴分布的多个磁体环。

10.根据权利要求1所述的装置，其特征在于：至少一个所述磁体由至少两个并置的磁体块组成。

11.根据权利要求1所述的装置，其特征在于：所述支撑结构(2)包括沿着所述装置的纵轴依次放置的多个支撑部件(21，22，23)，每一个支撑部件都具有用于放置所述磁体的多个孔(2B)，所述孔的几何构型与所述磁体(3)的几何构型相匹配。

12.一种分离磁性粒子的装置，包括：

具有横截面的非均匀磁场发生器，所述横截面具有放置将经受磁性粒子分离处理的物体的内部空间(1)，

所述发生器包括用于支撑磁体的支撑结构(2)和多个定位在所述支撑结构(2)中的磁体(3)，

在包括多个所述磁体的平面中的所述发生器的横截面中，所述磁体(3)为具有多个边的多边形构造，

所述多个磁体(3)成角度地分布，形成至少一个围绕所述内部空间的磁体环(4)，以便在所述内部空间(1)中产生具有磁极数为P的磁场，P是大于2的偶数，

每个磁体(3)在所述发生器的横截面具有磁化方向(5)，所述至少一个环(4)的多个磁体(3)被定位，以便所述磁体的磁化方向(5)遵循Δγ＝((P/2)+1)*Δθ的角度递进，其中Δγ表示在所述发生器的横截面中一个磁体和相邻的磁体之间的磁化方向的变化，而Δθ表示在所述发生器的横截面中一个磁体和相邻的磁体之间的角度位置的变化，并且所述至少一个环包括多于P个磁体，

其特征在于：

所述发生器被构造，以便在所述发生器的横截面中，所述磁体(3a，3b，3c，3d)的多个边中没有和所述环中有角度地位于它们之前或之后的磁体的边相靠放置的边。

13.根据权利要求12所述的装置，其特征在于：形成所述环的所述磁体(3)彼此不相接触。

14.根据权利要求12所述的装置，其特征在于：如果所述环中两个有角度地连续的磁体(3)之间具有接触，则所述接触只对应于至少一个所述磁体的两边之间的一个角。

15.根据权利要求12-14中任一项权利要求所述的装置，其特征在于：在所述横截面中，所述磁体具有矩形的多边形构造。

16.根据权利要求12-14中任一项权利要求所述的装置，其特征在于：在所述横截面中，所述磁体具有六边形的多边形构造。

17.根据权利要求12所述的装置，其特征在于：磁极数P＝4。

18.根据权利要求12所述的装置，其特征在于：在所述发生器的横截面中，包括多个所述磁体的所述平面内的磁体(3)具有等边多边形构造。

19.根据权利要求12所述的装置，其特征在于：所述磁体是平行六面体构造。

20.根据权利要求12所述的装置，其特征在于：在所述横截面中，所述磁体以包括多个同心磁体环的构造分布。

21.根据权利要求12所述的装置，其特征在于：所述发生器包括沿着所述装置的大致垂直于所述横截面的纵轴分布的多个磁体环。

22.根据权利要求12所述的装置，其特征在于：至少一个所述磁体由至少两个并置的磁体块组成。

23.根据权利要求12所述的装置，其特征在于：所述支撑结构(2)包括沿着所述装置的纵轴依次放置的多个支撑部件(21，22，23)，每一个支撑部件都具有用于放置所述磁体的多个孔(2B)，所述孔的几何构型与所述磁体(3)的几何构型相匹配。

24.一种分离磁性粒子的装置，包括：

具有横截面的非均匀磁场发生器，所述横截面具有放置将经受磁性粒子分离处理的物体的内部空间(1)，

所述发生器包括支撑磁体的支撑结构(2)和多个定位在所述支撑结构(2)中的磁体(3)，

在包括多个所述磁体的平面的所述发生器的横截面中，所述磁体(3)是具有多个边的多边形构造，

所述多个磁体(3)成角度地分布，形成至少一个围绕所述内部空间的磁体环(4)，以便在所述内部空间(1)中产生具有磁极数为P的磁场，P是大于2的偶数，

其特征在于：所述多边形构造是六边形构造。

25.根据权利要求24所述的装置，其特征在于：每个磁体(3)在所述发生器的横截面中具有磁化方向(5)，并且所述至少一个环(4)的多个磁体(3)被定位，以便所述磁体的磁化方向(5)遵循Δγ＝((P/2)+1)*Δθ的角度递进，其中Δγ表示在所述发生器的横截面中一个磁体和相邻的磁体之间的磁化方向的变化，而Δθ表示在所述发生器的横截面中一个磁体和相邻的磁体之间的角度位置的变化。

26.根据权利要求24或25所述的装置，其特征在于：所述至少一个环(4)包括多于P个磁体。

27.根据权利要求24或25所述的装置，其特征在于：在所述发生器的横截面中，所述多个磁体具有N种类型，每种类型的磁体都具有确定的几何构型以及其磁化方向与所述几何构型之间的确定关系，在所述的横截面中，N＝1或N＝2。

28.根据权利要求24或25所述的装置，其特征在于：所述发生器被构造，以便在所述发生器的横截面中，所述磁体(3a，3b，3c，3d)的多个边中没有和所述环中有角度地位于它们之前或之后的磁体的边相靠放置的边。

29.根据权利要求28所述的装置，其特征在于：形成所述环的所述磁体(3)彼此不相接触。

30.根据权利要求28所述的装置，其特征在于：如果所述环中两个有角度地连续设置的磁体(3)之间具有接触，则所述接触只对应于至少一个所述磁体的两边之间的一个角。

31.根据权利要求24所述的装置，其特征在于：在所述横截面中，组成磁体环的所述磁体(3)具有遵循Δγ＝((P/2)+1)*Δθ的角度递进的几何构型的方向，其中Δγ表示在所述发生器的横截面中一个磁体和相邻的磁体之间的所述几何构型的角度方向的变化，而Δθ表示在所述发生器的横截面中一个磁体和相邻的磁体之间的角度位置的变化。

32.根据权利要求24所述的装置，其特征在于：磁极数P＝4。

33.根据权利要求24所述的装置，其特征在于：在所述发生器的横截面中，包括多个所述磁体的所述平面内的磁体(3)具有等边多边形构造。

34.根据权利要求24所述的装置，其特征在于：所述磁体是平行六面体构造。

35.根据权利要求24所述的装置，其特征在于：在所述横截面中，所述磁体以包括多个同心磁体环的构造分布。

36.根据权利要求24所述的装置，其特征在于：所述发生器包括沿着所述装置的大致垂直于所述横截面的纵轴分布的多个磁体环。

37.根据权利要求24所述的装置，其特征在于：至少一个所述磁体由至少两个并置的磁体块组成。

38.根据权利要求24所述的装置，其特征在于：所述支撑结构(2)包括沿着所述装置的纵轴依次放置的多个支撑部件(21，22，23)，每一个支撑部件都具有用于放置所述磁体的多个孔(2B)，所述孔的几何构型与所述磁体(3)的几何构型相匹配。

39.一种分离物体中的磁性粒子的方法，其特征在于：其包括将物体放入前述任一项权利要求的所述装置的内部空间中的步骤。

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