CN105190312A - 基于磁性粒子的分离和测定方法 - Google Patents

基于磁性粒子的分离和测定方法 Download PDF

Info

Publication number
CN105190312A
CN105190312A CN201480011457.0A CN201480011457A CN105190312A CN 105190312 A CN105190312 A CN 105190312A CN 201480011457 A CN201480011457 A CN 201480011457A CN 105190312 A CN105190312 A CN 105190312A
Authority
CN
China
Prior art keywords
particle
magnetic
group
magnetic field
field
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Granted
Application number
CN201480011457.0A
Other languages
English (en)
Other versions
CN105190312B (zh
Inventor
埃玛·瑞达
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Spinomix SA
Original Assignee
Spinomix SA
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Spinomix SA filed Critical Spinomix SA
Publication of CN105190312A publication Critical patent/CN105190312A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN105190312B publication Critical patent/CN105190312B/zh
Expired - Fee Related legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Classifications

    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N1/00—Sampling; Preparing specimens for investigation
    • G01N1/28—Preparing specimens for investigation including physical details of (bio-)chemical methods covered elsewhere, e.g. G01N33/50, C12Q
    • G01N1/34—Purifying; Cleaning
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B03—SEPARATION OF SOLID MATERIALS USING LIQUIDS OR USING PNEUMATIC TABLES OR JIGS; MAGNETIC OR ELECTROSTATIC SEPARATION OF SOLID MATERIALS FROM SOLID MATERIALS OR FLUIDS; SEPARATION BY HIGH-VOLTAGE ELECTRIC FIELDS
    • B03C—MAGNETIC OR ELECTROSTATIC SEPARATION OF SOLID MATERIALS FROM SOLID MATERIALS OR FLUIDS; SEPARATION BY HIGH-VOLTAGE ELECTRIC FIELDS
    • B03C1/00—Magnetic separation
    • B03C1/005—Pretreatment specially adapted for magnetic separation
    • B03C1/01—Pretreatment specially adapted for magnetic separation by addition of magnetic adjuvants
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B03—SEPARATION OF SOLID MATERIALS USING LIQUIDS OR USING PNEUMATIC TABLES OR JIGS; MAGNETIC OR ELECTROSTATIC SEPARATION OF SOLID MATERIALS FROM SOLID MATERIALS OR FLUIDS; SEPARATION BY HIGH-VOLTAGE ELECTRIC FIELDS
    • B03C—MAGNETIC OR ELECTROSTATIC SEPARATION OF SOLID MATERIALS FROM SOLID MATERIALS OR FLUIDS; SEPARATION BY HIGH-VOLTAGE ELECTRIC FIELDS
    • B03C1/00—Magnetic separation
    • B03C1/02—Magnetic separation acting directly on the substance being separated
    • B03C1/28—Magnetic plugs and dipsticks
    • B03C1/288—Magnetic plugs and dipsticks disposed at the outer circumference of a recipient
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N33/00—Investigating or analysing materials by specific methods not covered by groups G01N1/00 - G01N31/00
    • G01N33/48—Biological material, e.g. blood, urine; Haemocytometers
    • G01N33/50—Chemical analysis of biological material, e.g. blood, urine; Testing involving biospecific ligand binding methods; Immunological testing
    • G01N33/53—Immunoassay; Biospecific binding assay; Materials therefor
    • G01N33/543—Immunoassay; Biospecific binding assay; Materials therefor with an insoluble carrier for immobilising immunochemicals
    • G01N33/54313—Immunoassay; Biospecific binding assay; Materials therefor with an insoluble carrier for immobilising immunochemicals the carrier being characterised by its particulate form
    • G01N33/54326—Magnetic particles
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N33/00—Investigating or analysing materials by specific methods not covered by groups G01N1/00 - G01N31/00
    • G01N33/48—Biological material, e.g. blood, urine; Haemocytometers
    • G01N33/50—Chemical analysis of biological material, e.g. blood, urine; Testing involving biospecific ligand binding methods; Immunological testing
    • G01N33/53—Immunoassay; Biospecific binding assay; Materials therefor
    • G01N33/543—Immunoassay; Biospecific binding assay; Materials therefor with an insoluble carrier for immobilising immunochemicals
    • G01N33/54313—Immunoassay; Biospecific binding assay; Materials therefor with an insoluble carrier for immobilising immunochemicals the carrier being characterised by its particulate form
    • G01N33/54326—Magnetic particles
    • G01N33/54333—Modification of conditions of immunological binding reaction, e.g. use of more than one type of particle, use of chemical agents to improve binding, choice of incubation time or application of magnetic field during binding reaction
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B03—SEPARATION OF SOLID MATERIALS USING LIQUIDS OR USING PNEUMATIC TABLES OR JIGS; MAGNETIC OR ELECTROSTATIC SEPARATION OF SOLID MATERIALS FROM SOLID MATERIALS OR FLUIDS; SEPARATION BY HIGH-VOLTAGE ELECTRIC FIELDS
    • B03C—MAGNETIC OR ELECTROSTATIC SEPARATION OF SOLID MATERIALS FROM SOLID MATERIALS OR FLUIDS; SEPARATION BY HIGH-VOLTAGE ELECTRIC FIELDS
    • B03C2201/00—Details of magnetic or electrostatic separation
    • B03C2201/18—Magnetic separation whereby the particles are suspended in a liquid
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B03—SEPARATION OF SOLID MATERIALS USING LIQUIDS OR USING PNEUMATIC TABLES OR JIGS; MAGNETIC OR ELECTROSTATIC SEPARATION OF SOLID MATERIALS FROM SOLID MATERIALS OR FLUIDS; SEPARATION BY HIGH-VOLTAGE ELECTRIC FIELDS
    • B03C—MAGNETIC OR ELECTROSTATIC SEPARATION OF SOLID MATERIALS FROM SOLID MATERIALS OR FLUIDS; SEPARATION BY HIGH-VOLTAGE ELECTRIC FIELDS
    • B03C2201/00—Details of magnetic or electrostatic separation
    • B03C2201/26—Details of magnetic or electrostatic separation for use in medical applications

Landscapes

  • Health & Medical Sciences (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Immunology (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Biomedical Technology (AREA)
  • Molecular Biology (AREA)
  • Hematology (AREA)
  • Urology & Nephrology (AREA)
  • Pathology (AREA)
  • Analytical Chemistry (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • General Health & Medical Sciences (AREA)
  • Biochemistry (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Cell Biology (AREA)
  • Medicinal Chemistry (AREA)
  • Food Science & Technology (AREA)
  • Microbiology (AREA)
  • Biotechnology (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Measuring Or Testing Involving Enzymes Or Micro-Organisms (AREA)
  • Apparatus Associated With Microorganisms And Enzymes (AREA)
  • Soft Magnetic Materials (AREA)
  • Investigating Or Analysing Biological Materials (AREA)
  • Physical Or Chemical Processes And Apparatus (AREA)
  • Investigating Or Analyzing Materials By The Use Of Magnetic Means (AREA)

Abstract

基于磁性粒子的分离和测定方法使用被放置在容器内的溶液中且特征是矫顽磁场分别为e1和e2的至少两组磁性粒子，其中e1大于e2。具有较大的矫顽磁场e1的第一磁性粒子将被用作处理具有较低的矫顽磁场e2的第二亲和磁性粒子的载体。磁性粒子处理方法包括下面的步骤：应用具有随着时间而变化的极性和幅度的外磁场，从而引起所述载体磁性粒子在容器内处于相对运动中，因此，驱动亲和粒子在关于液体的永久的相对运动中形成粒子的均匀悬浮。

Description

基于磁性粒子的分离和测定方法
技术领域
本发明通常涉及基于磁性粒子的分离和测定方法，包括特征在于当所述粒子的流体悬浮经受外部磁场时的特定的磁响应的磁性粒子的组合。进一步地，本发明涉及具有确定的组合的磁性粒子用于生物分子和化学物质的测定、操纵和纯化的应用。
背景技术
在生物测定中，从不同的样品提取、浓缩和纯化靶分子、粒子或分析物的能力(也就是，样品制备)代表关键的步骤，且作为用于有效的靶标检测和分析的先决条件步骤，具有挑战性。为此，当今，磁响应粒子被认为是用于执行样品制备程序的标准。例如，可以激活磁性粒子表面，以携带与互补靶分子特别地相互作用的探针。使用磁性粒子的优势是，可以仅仅使用磁场操纵磁性粒子，以控制它们的表面上的反应和/或把特异性靶分子与初始“污染物”周围介质分离。基于磁性粒子的程序和***是相对快速、容易的，并需要简单的仪器。
基于磁性粒子的试验中需要解决的一个主要的问题是实验处理步骤期间粒子的均匀分散。对于最大化与周围液体介质接触的总的有效的粒子表面，这样的均匀性的确是重要的。此外，基于粒子的试验中第二重要的要求是有效的混合，以增强靶物质和粒子表面之间的反应速度。的确，关于任何基于表面的试验，反应强烈地受限于自然的扩散过程，因此，强的操控和混合是促进配体和靶物质之间的亲和结合反应所必需的。
为了解决均匀性问题，现有工艺的基于磁性粒子的试验主要地依赖于顺磁性或超顺磁性粒子的应用，特征是能够在外部磁场的存在的情况下磁化但是在缺少这样的磁场的情况下变成非磁化的。如此，顺磁性或超顺磁性粒子提供了特征是在最初应用的磁场去除时低的剩余磁化强度的磁响应。为了最小化在它们的操纵期间磁性粒子的凝聚，这样的考虑是重要的。的确，液体悬浮液中的磁性粒子的操纵需要相对“大的”磁力的应用，在它们彼此的磁偶极子相互作用的影响下，导致单分散的磁性粒子凝聚。因此，在磁场去除之后，恢复单分散的粒子悬浮需要粒子的低剩余偶极磁化。然而，现有技术中描述的超顺磁性粒子(例如，在US6027945或US5945525中)遭受与它们在外磁场下的低磁化相关的限制，这导致难以分离、分散和混合这样的粒子。
为了解决超顺磁性粒子的低分离相关的问题，美国专利5108933公开了一种方法，其中，通过在它们的分离之前，添加凝结剂，使单分散的胶体磁性粒子“聚合”。事实上，通过形成较大的粒子聚合物，粒子分离将更有效且更快，同时使用相对低的磁力。然而，形成这样的粒子凝聚体可能是耗费时间的，且可能难以实现在其凝聚时重悬粒子。
为了克服超顺磁性粒子的限制，在本领域中提出提供“铁磁性”行为的磁性粒子。“铁磁性”粒子提供了特征是在缺少应用的外部磁场时的剩余磁化强度的磁响应。于是，当与超顺磁性粒子比较时，铁磁性粒子呈现高的磁矩，这使得更易于使用外部磁场进行处理。
例如，美国专利7132275公开磁性纳米线，其拉长磁性实体，由于它们的形状各向异性，其将在粒子的伸长方向中产生优选的磁化。甚至在外部磁场去除之后，这种各向异性磁化仍然保持。在美国专利8142892中，公开了具有特定的磁响应的铁磁性粒子。这样的铁磁性粒子的优势之一是通过调整“剩余磁化强度”调整它们的磁响应的可能性。
然而，与超顺磁性粒子相反，铁磁性粒子遭受主要的限制。事实上，因为在去除外部应用的磁场时，这些粒子依然被磁化，粒子重悬变得困难。为了克服这样的限制，美国专利申请2006/0188876提出使用具有包括功能基团的表面的铁磁性粒子，功能基团在液相的存在的情况下，促进磁性粒子的解聚作用。例如，可以使用疏水性材料功能化磁性粒子表面，疏水性材料将促进粒子在有机液相或非极性液相中的粒子重悬。在美国专利8142892中，当使用具有随着时间而变化的极性(也就是，磁场方向)和幅度的磁场操纵这样的粒子时，可以有效地控制铁磁性粒子聚合。然而，铁磁性粒子遭受这样的限制，即，在缺少磁场时，不能使这样的粒子均匀地分散。
已知这些缺点，需要允许超顺磁性粒子的快速和有效的处理的新的方法的研发。换句话说，期望在执行基于磁性粒子的试验中，找到一种方法，以在缺少外部磁场时，将在磁场下铁磁性粒子的轻松操纵和均匀混合与超顺磁性粒子的良好的分散相结合。
发明内容
因此，本发明提供基于磁性粒子的分离和测定方法。利用独立权利要求1获得这个目的。
因此，本发明提供用于操纵容器内的磁性粒子的方法。利用根据独立权利要求7的方法获得这个目的。
因此，本发明公开了试剂盒，其包括用于生物分子和化学物质的测定、操纵和纯化的磁性粒子组合物。利用独立权利要求17获得这个目的。
在从属权利要求中阐述不同的实施方式。
本发明公开了使用磁性粒子从样品分离靶分子或粒子的方法。所述方法使用分别地具有矫顽磁场e1和e2的至少两组磁性粒子的组合，其中e1大于e2。
因此，本发明提供在磁性粒子分离工艺中处理磁性粒子的方法，其中具有较大的矫顽磁场e1的第一磁性粒子组被用作用于混合和(或)分离具有低于e1的矫顽磁场e2的第二组磁性粒子的载体或媒介物。在优选的实施方式中，用化学方法激活具有较低的矫顽磁场e2的第二组磁性粒子，或利用选择性靶标识别能力将其共轭到多种生物化学分子上(如蛋白质、核酸和细胞等等)。
在本发明中，公开了一种方法，其中将具有矫顽磁场e1和e2(e1大于e2)的至少两组磁性粒子，添加到放置在容器内的复合反应混合物中(如溶液中的全血或碎片细胞)。施加外部磁场，其具有随时间而变化的极性和幅度，特征是高于阈值频率f1的频率f，以使载体磁性粒子(具有最高的矫顽磁场e1的那些)在容器内处于相对运动中，从而驱动亲和粒子(具有较低的矫顽磁场e2的那些)在关于容器内的液体的永久相对运动中形成粒子的均匀悬浮。这将允许亲和粒子和周围的液体介质之间有效的混合和相互作用。反过来，这种相互作用将导致靶标到磁性粒子表面的有效的亲和结合。
因此，并在捕获磁性粒子表面上的靶标时，本发明公开了一种方法，其中具有随时间而变化的极性和幅度(其特征是低于阈值频率f1的频率f)的磁场使应用的两组粒子凝聚在一起。一旦聚合，粒子就容易且快速地分离，导致靶标-磁性粒子复合物与周围的液体媒介的分离。
在优选的实施方式中，由铁磁性粒子组和超顺磁性粒子组组成用于进行根据本发明的试验的两组磁性粒子。铁磁性粒子(特征是由室温下的非零矫顽磁场定义)被用作用于混合和分离超顺磁性粒子(特征是由室温下大体上的零矫顽磁场定义)的载体。根据这个实施方式，优选地，用化学方法激活超顺磁性粒子或利用选择性靶标识别能力将其共轭到多种生物化学分子上。
在优选的实施方式中，用于进行根据本发明的试验的两组磁性粒子包括优选地特征是大于100Oe的矫顽磁场的铁磁性粒子组和优选地特征是低于50Oe的矫顽磁场的超顺磁性粒子组。在另一个优选的实施方式中，根据本发明使用的两组粒子包括特征是大于200Oe的矫顽磁场的第一组磁性粒子和特征是低于25Oe的矫顽磁场的第二组磁性粒子。
在优选的实施方式中，阈值频率f1(在该频率下，将使两种粒子“分离”并形成粒子的均匀混合)处于等于每秒10周期的最小值上和优选地处于等于每秒50周期的最小值上。为此并为了使两组粒子凝聚，根据优选的实施方式，随时间变化的磁场具有低于每秒10周期和优选地低于每秒2周期的频率。
用于进行生物试验的根据本发明的另一个优选的实施方式包括使用特征是矫顽磁场e1的第一组磁响应粒子和特征是矫顽磁场e2的第二组磁响应粒子，其中e1至少大于e2的两倍。
本发明也公开了用于操纵容器内的磁性粒子的方法，包括下列步骤：(a)提供具有矫顽磁场e1的第一磁性粒子载体组，(b)提供具有矫顽磁场e2的第二磁性粒子亲和组，其中e2低于e1。优选地，第二组磁性粒子经设计用于选择性地与靶分子结合；(c)将所述载体磁性粒子和亲和磁性粒子放置在容器内的溶液中；并施加具有随着时间而变化的极性和幅度的外部磁场。这种施加的磁场将引起所述载体磁性粒子在容器内处于相对运动中，从而驱动亲和粒子形成粒子的均匀悬浮，即，关于容器内的液体处于永久的相对运动。
在优选的实施方式中，方法进一步包括磁分离步骤，其包括施加第二磁场，以引起所述两组粒子凝聚在一起并形成粒子的聚合物。这种分离磁场可以是静态磁场或特征是低于在上述提到的步骤(c)期间，用于使粒子均匀化的频率的变化频率的随时间变化的磁场。
用于本发明的容器指的是在需要与所述磁性粒子反应的液体内，保持磁性粒子悬浮的任何容器。在优选的实施方式中，容器是标准测试管。在另一个实施方式中，容器是反应室，即，流体或微流体***的部分。在后面的情况下，将流体反应室连接至流体通道的网络，其具有分别地将样品或试剂带入和带出反应室的至少一个进口通道和一个出口通道。
本发明也公开了试剂盒，其包括至少两组磁性粒子，具有矫顽磁场e1和e2，且其中e1大于e2。第一组磁性粒子(具有较大的矫顽磁场的那些)担任操纵第二组磁性粒子(具有较低的矫顽磁场的那些)的驱动器。用化学方法使后一组粒子激活或利用选择性靶标识别能力将其共轭至多种生物化学分子上。
在优选的实施方式中，也使用化学方法使具有较大的矫顽磁场的驱动器粒子激活或利用选择性靶标识别能力将其共轭至生物化学分子上。在优选的实施方式中，驱动器粒子的识别能力不同于“亲和”粒子(具有较低的矫顽磁场的那些)的识别能力。
关于本发明的最终目的，本发明公开了含有功能化磁性粒子的悬浮，功能化磁性粒子经设计用于使用定义的磁性矫顽磁场对外部磁场的施加进行响应。所述粒子的悬浮包括至少两组磁性粒子，具有矫顽磁场e1和e2，且其中e1大于e2。具体地，使用用于选择性地与靶分子结合的亲和识别基团来功能化所述磁性粒子的表面。利用这种方面，具有较大的矫顽磁场的第一磁性粒子组将被用作驱动器，以混合或分离低矫顽磁场粒子。利用提出的途径，能够得益于在外部磁场下，容易地处理铁磁性粒子(也就是，具有大的矫顽磁场的粒子)的均匀混合和在缺少外部磁场时，良好地分散超顺磁性粒子(也就是，具有充分较低的矫顽磁场的粒子)。所述悬浮可以是试剂盒的部分，所述试剂盒包括用于生物分子和化学物质的测定、操纵、纯化和检测所需要的其他试剂。为了完成这些目标，使用具有随时间而变化的极性和幅度的外部磁场来操纵磁性粒子。
附图说明
在所附的权利要求中特别地阐述了本发明的目标和特征。结合附图，通过参考具体的以下描述，可以最佳地理解本发明，关于它的组织和操作方式，连同进一步的目标和优势，其中
图1是显示磁性材料(如磁性粒子)对外部磁场的滞后响应的图。显示了包括矫顽磁场的这个响应的不同的关键参数。
图2是以根据本发明的磁性粒子处理方法为基础的物理机制的示意图，其中使用具有随时间而变化的极性和幅度的外部磁场来操纵高矫顽磁场粒子和低矫顽磁场粒子。在低频率下(图2(a))，两组粒子将凝聚，而在高频率下(图2(b))，粒子将趋向于彼此分离(彼此排斥)。
图3是根据本发明的磁性粒子处理方法的示意图。具体地，示意图显示了经受具有随时间而变化的极性和幅度的磁场的容器内，悬浮的磁性粒子的行为，其中由包围容器的磁源的连续刺激形成所述磁场。
图4是根据本发明的实施方式的容器的示意图，容器包括连接至流体通道的网络的反应室，其具有将通过溢流道(flow-through)分别地将样品或试剂带入和带出反应室的至少一个进口通道和一个出口通道。
具体实施方式
本发明公开了使用磁性粒子从样品分离靶分子或粒子的方法。所述方法涉及使用具有矫顽磁场e1和e2的至少两组磁性粒子的组合，且其中e1大于e2。
本发明公开了一种方法，其中，将具有矫顽磁场e1和e2(e1大于e2)的至少两组磁性粒子添加到放置在容器内的复合反应混合物中(如溶液中的全血或碎片细胞)。施加外部磁场，其具有随时间而变化的极性和幅度，特征是优于阈值频率f1的频率f，以引起载体磁性粒子(具有矫顽磁场e1的那些)在容器内处于相对运动中，从而驱动亲和粒子(具有较低的矫顽磁场e2的那些)形成粒子的均匀悬浮。亲和粒子关于容器内的液体的这种永久的相对运动允许粒子和周围的液体介质之间有效的相互作用(即，混合)。反过来，这种相互作用将导致靶标与磁性粒子表面的亲和结合。
以本发明为基础的物理机制是基于对具有随时间而变化的极性和幅度的磁场具有确定的磁响应(也就是，矫顽磁场)的磁性粒子的行为或动态的差异。
通常，当经受外部磁场H时，磁性粒子(如任何磁性材料)特征是由磁化强度“B”定义的磁响应。通过图1所示的B-H滞后曲线表示这种磁响应。B-H滞后曲线的关键的特征值是矫顽磁场或矫顽力，其定义了在样品的磁化强度被驱为饱和之后，将该粒子的磁化强度减少为零所需要的外部施加的磁场的强度。因此，实际上，矫顽磁场(e)测量磁性粒子变成消磁的阻抗。通常以奥斯特(Oe)或安培/米(1Oe＝1000/4TT-A/m)测量矫顽磁场。
关于它们的磁响应，通常在现有技术磁性分离程序的状态中描述了两种类型磁性粒子。第一种磁性粒子类型，被称为铁磁性粒子，特征是室温下的非零矫顽磁场。实际上，此处，我们将铁磁性粒子称为具有大于50Oe的矫顽磁场和优选地大于200Oe的矫顽磁场的粒子。铁磁性粒子也以其高的磁化强度知名，这使得易于使用外部低磁场对其进行处理。然而，由于在去除外部磁性粒子之后，它们仍然被磁化的事实，铁磁性粒子将趋向于形成粒子聚合物，这使得其在缺少外部磁场时非常难以重悬。然而，如美国专利8142892中公开的，当使用具有随着时间而变化的极性和幅度的磁场操纵时，具有特定的矫顽磁场的铁磁性粒子显示有趣的行为。在这样的时间变化的磁场下，如美国专利8585279公开的，可以解决粒子聚合问题，且粒子将呈现与周围的液体介质有效的均匀混合。
第二种磁性粒子被称为超顺磁性粒子，特征是室温下大体上的零矫顽磁场。实际上，此处，我们将超顺磁性粒子称为具有低于50Oe的矫顽磁场和优选地低于20Oe的矫顽磁场的粒子。由于它们的低矫顽磁场，一旦外部施加的磁场去除，超顺磁性粒子趋向于损失它们的磁化强度。在这样的条件下，将容易地使粒子重悬，以形成粒子的均匀悬浮，这使得生物实验应用可优选它们。然而，与超顺磁性粒子相关的重要的限制是，这些磁性粒子在外部磁场下呈现低的磁化。在这种情况下，对于产生操纵这些粒子足够的磁力来说，高的磁场是必要的。此外，更难以使用外部磁场来处理和混合这样的粒子，因为甚至当使用随时间变化的磁场时，超顺磁性粒子将趋向于形成聚合物，如美国专利8585279中公开的。
因此，期望找到一种方法，来将在外部(随时间变化的)磁场下铁磁性粒子的轻松操纵和均匀混合与在缺少外部磁场时超顺磁性粒子的良好分散相结合，用于进行基于磁性粒子的实验。
在图2显示了以根据本发明的粒子处理方法为基础的物理机制。这种机制基本上是基于在具有随时间而变化的极性和幅度的外部磁场(也就是，时间变化的磁场)的施加下，具有不同的矫顽磁场的粒子的磁响应的动态行为的差异。
因此，所述磁场变化的特征是范围在每秒0.1至10000周期之间的变化频率。在优选的实施方式中，磁场变化的特征是范围在每秒1至500周期之间的频率变化。
在这样的随时间变化的磁场中并如图2(a)所示，当使用低频率时间变化的磁场操纵高矫顽磁场e1磁性粒子(3)(以空的圆形表示)结合具有(相对)较低的矫顽磁场e2第二粒子(4)(以黑色圆形表示)时，两种粒子趋向于凝聚在一起。在低频时间变化的磁场下的这种凝聚，如在静态磁场的情况下，是由于两种粒子类型将随着外部磁场极性变化(或“旋转”)以同步的方式“旋转”的事实。在这样的条件下，两种粒子类型(高和低矫顽磁场)可以跟随“缓慢的”磁场极性变化，这导致其各自的磁矩对齐，并因此粒子将在它们之间具有吸引的相互作用(因而其聚合)。
在高频时间变化的磁场下且由于周围的液体介质施加的高粘度扭矩，粒子的磁矩将关于外部磁场的磁场极性变化(或旋转)趋向于去同步化。因此，高频率模式的特征是磁场变化和粒子的磁矩之间的时间“迟延”。这种时间迟延较低，因为粒子的矫顽磁场较高(也就是，具有高的矫顽磁场的粒子将趋向于更容易地跟随磁场变化)。如图2(b)所示，当使用高频率时间变化的磁场来操纵高矫顽磁场e1磁性粒子(3)(以空的圆形表示)结合具有(相对)较低的矫顽磁场e2的第二粒子(4)(通过黑色圆形表示)时，由于在高频磁场下，它们的各自的磁矩之间的“迟延”形成的负(也就是，排斥的)磁性相互作用，两种粒子趋向于彼此分离(也就是，反隔离)。通过进一步增加外部磁场的极性变化的频率，可以实际上达到频率阈值(f1)，其中仅有具有高矫顽磁场的粒子(3)能够仍然动态地运动并跟随磁场，而具有低矫顽磁场的粒子(4)具有相对低的物理运动。
使用这种物理机制，本发明公开了用于操纵磁性粒子的方法，其涉及具有矫顽磁场e1和e2(其中e1大于e2)的至少两组磁性粒子的组合的应用，且其中在操作中，包括以下步骤：(a)施加特征是频率f1的第一磁场，以引起应用的两种粒子形成粒子的均匀悬浮；和(b)施加具有频率f2<f1的第二磁场，以引起应用的粒子凝聚在一起和形成粒子的聚合物。
关于根据本发明的随时间变化的磁场的频率，在优选的实施方式中，在该频率下两种粒子将彼此“分离”并形成粒子的均匀混合的阈值频率f1处于等于每秒10周期的最小值上和优选地处于等于每秒50周期的最小值上。实际上，当与第二粒子组的矫顽磁场(e2)比较时，第一粒子组的矫顽磁场(e1)越高，分离两种粒子以形成均匀的状态所必需的阈值频率f1就越高。考虑引起两组粒子凝聚的阈值频率f1的这些参数，随时间变化的磁场应该具有低于每秒10周期且优选地低于每秒2周期的频率。
使用随时间变化的磁场，优选地根据全文以参考方式并入此处的专利8585279，执行根据本发明的磁性粒子处理。因此，本发明公开了使用具有随时间而变化的极性和幅度的磁场序列来引发磁场梯度最大值在反应室的位置的时间变化，从而引起使用中的粒子在整体反应室体积上作为粒子雾处于相对平移和旋转运动中。使用这种方法，粒子混合将提供标准体积单位粒子的有效面积的相当大的和永久的增加，导致粒子的这种大的表面和靶物质之间的增强的接触。进一步地，提出的磁性粒子处理工艺在部分时间中，有利地确保整体反应体积上的均匀混合，从而允许更多的样品体积有效地和迅速地与粒子表面接触。此外，在它们的操纵期间，在整个反应室体积上，粒子都处于永久有效的运动中，这是增强粒子混合的关键。
根据本发明使用的磁性粒子且特别是具有较大的矫顽磁场的第一组粒子优选地由亚铁磁性或铁磁性粒子组成。优选地，在美国专利8142892中公开第一组磁性粒子，其全部以参考方式并入此处。关于这个方面，根据本发明的使用中的磁性粒子由铁磁性粒子组成，包括，但不限于，钴(Co)、镍(Ni)、磁铁矿(γ-Fe2O3)或其任何合金。优选地，具有高磁化强度和强轴向磁晶各向异性的某些铁磁性合金，如Pt、FePt、PrCo5、Sm和CoPt用于提供高的矫顽磁场。在一般过渡金属中，优选金属氧化物及其合金作为组成组合物的材料。
根据本发明使用的磁性粒子且特别是具有较低的矫顽磁场的第二组粒子优选地由顺磁性和超顺磁性材料组成。如本领域描述的，组成超顺磁性粒子的组合物的材料是细小的(几个毫微米大小)磁性粒子(也被称为铁-流体悬浮物)。事实上，当使用更细小的磁性粒子作为主要的磁性材料时，细小的粒子的剩余磁化强度的方向如此小，使得可以通过周围的热能波动使其逆转，导致消失的平均剩余磁化强度。
根据本发明的实施方式，磁性粒子在它们的表面上具有涂层，且其中至少一组所述磁性粒子包括附着到它们的涂层上的亲和识别分子，用于选择性地结合靶分子。为此，磁性粒子表面包括，例如，能够结合到靶分子或靶分子类上的功能基团或配体。可能的功能基团包括但不限于羧酸、异羟肟酸、无粘着力化合物、胺、异氰酸酯、和氰化物。可能的配体包括但不限于蛋白质、DNA、RNA、酶、疏水性材料、亲水性材料和抗体。更通常地，适用于本发明的配体的实施例包括，但不限于，分子和大分子如蛋白质和蛋白质的片段、肽和多肽、抗体、受体、核酸适配体、酶、基质、基质类似物、核糖酶、结构蛋白质、核酸如DNA和RNA和DNA/RNA杂交、糖类、脂质、多种疏水性或亲水性物质、亲脂性材料、化学引诱物、酶、荷尔蒙、纤连蛋白等等。这样的分子和大分子可能是自然地存在的或合成的。术语配体也可以包括较大的实体如细胞、组织、整个微生物、病毒等等。
图3(a)显示了容器(8)内操纵的低矫顽磁场粒子(6)的行为，例如，高频率变化的磁场中的超顺磁性粒子。在这样的条件下，粒子将趋向于在接近包围容器(8)的磁场源(7)的容器的外边界上凝聚，且这引起磁场的连续的刺激。图3(b)显示了低频率时间变化的磁场(5)中的高矫顽(空的圆形)粒子和低矫顽粒子(黑色圆形)的组合(9)的行为。在这样的条件下，高矫顽磁场粒子将驱动低矫顽磁场粒子以粒子的聚合物的形式(9)随着外部磁场(5)的极性变化而运动。图3(c)显示高频率时间变化的磁场(5)中的高矫顽(空的圆形)粒子和低矫顽粒子(黑色圆形)的组合(10)的行为。在这样的条件下，高矫顽磁场粒子将驱动低矫顽磁场粒子以粒子的均匀悬浮形式(10)随着外部磁场的极性变化(5)而运动。图3(d)显示关于图3(c)但是具有更高的外部磁场的幅度的粒子的行为。在这样的条件下且由于它们的更高的磁化强度，高矫顽磁场粒子将被吸引到容器的外部边界，而低矫顽磁场粒子仍然形成随着外部磁场的极性变化(5)运动的粒子的均匀悬浮(11)。
图4是根据本发明的实施方式的容器的示意图，其包括通过至少一个进口(12)和至少一个出口(13)连接至流体通道的网络的反应室(8)，其中，进口和出口将通过溢流道(14)分别地将样品和试剂运送到反应室(8)内或运送到反应室(8)外。依然，将磁体(7)配置在反应室(8)周围，用于随时间变化的磁场的施加。
用于本发明的容器指的是在需要与所述磁性粒子反应的液体内，保持磁性粒子悬浮的任何容器。在优选的实施方式中，容器是标准测试管。在另一个实施方式中，容器是反应室，其为流体或微流体***的部分。在后一种情况下，将流体反应室连接至流体通道的网络，其具有将分别地将样品或试剂带入和带出反应室的至少一个进口和一个出口通道。这种容器将被放置在设备内，该设备将使所述反应室经受磁场，且更具体地，经受如上述描述的随时间变化的磁场。
本发明的另一个方面关注含有至少两种类型的磁性粒子的悬浮液，其中磁性粒子具有对外部磁场响应的确定的磁性矫顽磁场。具体地，使用用于选择性结合靶分子的亲和识别基团，来功能化所述磁性粒子的表面。所述悬浮液是包括用于生物分子和化学物质的测定、操纵和纯化所需要的其他试剂的试剂盒的部分。在优选的实施方式中，根据本发明的试剂盒包括特征是在室温下的超顺磁性行为的至少一组磁性粒子和特征是铁磁性行为的至少一组磁性粒子。铁磁性粒子具有优选地范围是从100Oe至1000Oe的矫顽磁场。在操作根据本发明的磁性粒子中，操纵具有随时间而变化的极性和幅度的磁场序列，以引起整个反应体积上的均匀混合。
虽然已经通过具体的所示实施方式描述了本发明，但是不应该通过那些实施方式限制本发明，而只能通过所附的权利要求限制本发明。因此，在没有背离本发明的范畴的情况下，本发明将包括实施方式的任何变化、改变或组合。

Claims (18)

1.一种基于磁性粒子的分离和测定方法，包括使用至少两组磁性粒子，一组磁性粒子具有矫顽磁场e1且另一组磁性粒子具有矫顽磁场e2，其中e1大于e2。
2.根据权利要求1所述的方法，其中e1至少大于两倍e2。
3.根据权利要求1所述的方法，其中使用具有随时间而变化的极性和幅度的磁场操纵所述磁性粒子。
4.根据权利要求3所述的方法，其中所述磁场的变化包括范围在每秒0.1周期至每秒1000周期之间的频率的变化。
5.根据权利要求4所述的方法，其包括下列步骤中的一个或两个：
a.施加频率为f1的第一磁场，以使所述两组磁性粒子中的粒子形成粒子的均匀悬浮；和
b.施加频率为f2<f1的第二磁场，以使所述两组磁性粒子中的粒子凝聚在一起并形成粒子的聚合物。
6.根据权利要求1所述的方法，其中所述磁性粒子在它们的表面上具有涂层，并且其中至少一组所述磁性粒子包括附着到它们的涂层上的亲和识别分子，用于选择性地结合靶分子。
7.一种操纵容器内的磁性粒子的方法，包括下列步骤：
a.提供第一磁性粒子载体组，其具有矫顽磁场e1；
b.提供第二磁性粒子亲和组，其具有低于e1的矫顽磁场e2并被设计为选择性地结合靶分子；
c.将载体磁性粒子组和亲和磁性粒子组放置在容器内的溶液中；以及
d.施加具有随时间而变化的极性和幅度的外部磁场，以使所述载体磁性粒子在所述容器内处于相对运动中，从而驱动所述亲和粒子在关于所述容器内的液体的永久相对运动中形成粒子的均匀悬浮。
8.根据权利要求7所述的方法，其中所述载体粒子组的粒子是铁磁性的。
9.根据权利要求7所述的方法，其中所述亲和粒子组的粒子是顺磁性的。
10.根据权利要求7所述的方法，其中所述磁场的频率大于每秒10周期并优选地大于每秒100周期。
11.根据权利要求7所述的方法，其还包括将所述第一粒子组和所述第二粒子组与液体溶液分离的步骤。
12.根据权利要求11所述的方法，其中所述分离步骤包括施加第二磁场，以使所述两组粒子凝聚在一起并形成粒子聚合物。
13.根据权利要求12所述的方法，其中所述第二磁场是静态磁场。
14.根据权利要求12所述的方法，其中所述第二磁场具有随时间而变化的极性和幅度。
15.根据权利要求14所述的方法，其中所述第二磁场的频率低于每秒10周期，并优选地在每秒2周期和每秒0.1周期之间。
16.根据权利要求7所述的方法，其中所述磁性粒子载体组的粒子在它们的表面上还具有涂层，允许选择性地结合靶分子。
17.一种试剂盒，其含有至少两组磁性粒子以及试剂，所述两组磁性粒子中的一组磁性粒子具有矫顽磁场e1且另一组磁性粒子具有矫顽磁场e2，其中e1大于e2，所述试剂用于测定、操纵或纯化生物分子或化学物质。
18.根据权利要求17的试剂盒在生命科学和化学测定中的使用。
CN201480011457.0A 2013-03-01 2014-02-26 基于磁性粒子的分离和测定方法 Expired - Fee Related CN105190312B (zh)

Applications Claiming Priority (3)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CH00530/13 2013-03-01
CH5302013 2013-03-01
PCT/IB2014/059264 WO2014132201A1 (en) 2013-03-01 2014-02-26 A magnetic particles based separation and assaying method

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN105190312A true CN105190312A (zh) 2015-12-23
CN105190312B CN105190312B (zh) 2017-12-12

Family

ID=50478889

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201480011457.0A Expired - Fee Related CN105190312B (zh) 2013-03-01 2014-02-26 基于磁性粒子的分离和测定方法

Country Status (6)

Country Link
US (2) US9157841B2 (zh)
EP (1) EP2962107A1 (zh)
JP (1) JP2016510872A (zh)
CN (1) CN105190312B (zh)
CA (1) CA2902783C (zh)
WO (1) WO2014132201A1 (zh)

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN106111329A (zh) * 2016-08-16 2016-11-16 闫维新 一种微型磁珠的操控装置
CN109803766A (zh) * 2016-09-16 2019-05-24 西澳大利亚大学 磁性工具和使用其收集磁性颗粒的方法
CN111148574A (zh) * 2017-07-25 2020-05-12 麦格诺莫有限责任公司 用于可磁化塑料的方法和组合物

Families Citing this family (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN104297039B (zh) * 2014-09-25 2017-01-11 深圳市奥特库贝科技有限公司 一种新型磁分离机构
JP2020082047A (ja) * 2018-11-30 2020-06-04 シスメックス株式会社 分離成否判定方法、粒子検出方法および粒子分離装置
KR20200122123A (ko) * 2019-04-17 2020-10-27 엠비디 주식회사 스포터

Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN1829916A (zh) * 2003-07-30 2006-09-06 皇家飞利浦电子股份有限公司 用于确定生物活性分子之间结合的磁性粒子的使用
CN101019026A (zh) * 2004-08-23 2007-08-15 基斯特-欧洲研究协会 应用免疫磁性分离法分离生物粒子的微观流体***
US20100157724A1 (en) * 2006-06-21 2010-06-24 Amar Rida Device and Method for Manipulating and Mixing Magnetic Particles in a Liquid Medium
US8142892B2 (en) * 2004-11-25 2012-03-27 Spinomix S.A. Tailored magnetic particles comprising a non-magnetic component and a magnetic core-shell component, and method to produce same
CN102764607A (zh) * 2006-06-21 2012-11-07 斯彼诺米克斯公司 一种用于处理和混合液体介质中的磁性颗粒的设备和方法
US20120329124A1 (en) * 2009-11-13 2012-12-27 Universal Bio Research Co., Ltd. Magnetic reagent, magnetic reagent kit, method for treating magnetic carriers, and treatment device therefor

Family Cites Families (22)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS5029157B1 (zh) 1971-05-27 1975-09-20
US5597531A (en) * 1985-10-04 1997-01-28 Immunivest Corporation Resuspendable coated magnetic particles and stable magnetic particle suspensions
US5108933A (en) 1988-09-16 1992-04-28 Immunicon Corporation Manipulation of colloids for facilitating magnetic separations
WO1990015666A1 (en) 1989-06-16 1990-12-27 Omni Quest Corporation Coated magnetic particles for use in separations
US5648124A (en) 1993-07-09 1997-07-15 Seradyn, Inc. Process for preparing magnetically responsive microparticles
US5607768A (en) 1995-05-15 1997-03-04 General Motors Corporation Lubricous polymer-encapsulated ferromagnetic particles and method of making
JP2965131B2 (ja) * 1995-07-07 1999-10-18 東洋紡績株式会社 核酸結合用磁性担体およびそれを用いる核酸単離方法
US6027945A (en) 1997-01-21 2000-02-22 Promega Corporation Methods of isolating biological target materials using silica magnetic particles
US6045925A (en) 1997-08-05 2000-04-04 Kansas State University Research Foundation Encapsulated nanometer magnetic particles
US6337215B1 (en) 1997-12-01 2002-01-08 International Business Machines Corporation Magnetic particles having two antiparallel ferromagnetic layers and attached affinity recognition molecules
WO2001037721A2 (en) 1999-11-22 2001-05-31 The Research Foundation Of State University Of New York Magnetic nanoparticles for selective therapy
WO2001078087A2 (en) 2000-04-06 2001-10-18 Luminex Corporation Magnetically-responsive microspheres
WO2002093140A1 (en) * 2001-05-14 2002-11-21 Johns Hopkins University Multifunctional magnetic nanowires
GB0116358D0 (en) 2001-07-04 2001-08-29 Genovision As Preparation of polymer particles
US7147916B2 (en) 2001-09-03 2006-12-12 Sony Corporation Magnetic material, method for producing the same, and magnetic recording medium
US7232691B2 (en) * 2001-11-27 2007-06-19 Los Alamos National Security, Llc Bioassay and biomolecular identification, sorting, and collection methods using magnetic microspheres
US7282540B2 (en) 2002-03-25 2007-10-16 Jsr Corporation Process for producing particles for diagnostic reagent
GB0215185D0 (en) * 2002-07-01 2002-08-07 Genovision As Binding a target substance
DE10309132A1 (de) * 2003-02-28 2004-11-18 Forschungszentrum Jülich GmbH Verfahren und Vorrichtung zum selektiven Nachweis magnetischer Partikel
US7261940B2 (en) 2004-12-03 2007-08-28 Los Alamos National Security, Llc Multifunctional nanocrystals
WO2008035681A1 (en) * 2006-09-20 2008-03-27 Hitachi Metals, Ltd. Coated metal fine particles and process for production thereof
DE102008064036B4 (de) * 2008-12-22 2012-06-06 Heraeus Medical Gmbh Polymethylmethacrylat-Knochenzement-Zusammensetzung zur kontrollierten Hyperthermiebehandlung und deren Verwendung

Patent Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN1829916A (zh) * 2003-07-30 2006-09-06 皇家飞利浦电子股份有限公司 用于确定生物活性分子之间结合的磁性粒子的使用
CN101019026A (zh) * 2004-08-23 2007-08-15 基斯特-欧洲研究协会 应用免疫磁性分离法分离生物粒子的微观流体***
US8142892B2 (en) * 2004-11-25 2012-03-27 Spinomix S.A. Tailored magnetic particles comprising a non-magnetic component and a magnetic core-shell component, and method to produce same
US20100157724A1 (en) * 2006-06-21 2010-06-24 Amar Rida Device and Method for Manipulating and Mixing Magnetic Particles in a Liquid Medium
CN102764607A (zh) * 2006-06-21 2012-11-07 斯彼诺米克斯公司 一种用于处理和混合液体介质中的磁性颗粒的设备和方法
US20120329124A1 (en) * 2009-11-13 2012-12-27 Universal Bio Research Co., Ltd. Magnetic reagent, magnetic reagent kit, method for treating magnetic carriers, and treatment device therefor

Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN106111329A (zh) * 2016-08-16 2016-11-16 闫维新 一种微型磁珠的操控装置
CN109803766A (zh) * 2016-09-16 2019-05-24 西澳大利亚大学 磁性工具和使用其收集磁性颗粒的方法
CN111148574A (zh) * 2017-07-25 2020-05-12 麦格诺莫有限责任公司 用于可磁化塑料的方法和组合物
CN111148574B (zh) * 2017-07-25 2023-04-21 麦格诺莫有限责任公司 用于可磁化塑料的方法和组合物

Also Published As

Publication number Publication date
CA2902783C (en) 2016-06-21
US9354148B2 (en) 2016-05-31
WO2014132201A1 (en) 2014-09-04
US20140248712A1 (en) 2014-09-04
CN105190312B (zh) 2017-12-12
US20160018303A1 (en) 2016-01-21
CA2902783A1 (en) 2014-09-04
JP2016510872A (ja) 2016-04-11
US9157841B2 (en) 2015-10-13
EP2962107A1 (en) 2016-01-06

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US8142892B2 (en) Tailored magnetic particles comprising a non-magnetic component and a magnetic core-shell component, and method to produce same
CN105190312A (zh) 基于磁性粒子的分离和测定方法
US9694368B2 (en) Magnetic reagent, magnetic reagent kit, method for treating magnetic carriers, and treatment device therefor
US11530437B2 (en) Magnetic particles
JP2005532799A5 (zh)
US9532729B2 (en) Self-assembled magnetic arrays
WO2008136853A2 (en) Methods for separating magnetic nanoparticles
JP2007101318A (ja) 分析装置
US8361326B2 (en) Apparatus and method for the treatment of liquids with magnetic particles
JP2009128169A (ja) 標的物質の検出方法、検出カートリッジ、検出キット
JP2006006223A (ja) 微粒子の細胞への導入と回収装置、及びその導入と細胞あるいは細胞内の標的生体分子の回収方法
RU2777899C1 (ru) Магнитные частицы
Dowling et al. Enhancing the capture of magnetic nanoparticles inside of ferromagnetic nanostructures using external magnetic fields
Biswas et al. Magnetic Bead Characterization, Implementation and Control for the Extraction of Nucleic Acids from Patient Biofluid Samples in Point of Need Microfluidic Devices
WO2023121622A1 (en) Rna/dna isolation kit with high efficiency
Umut Functionalized Magnetic Nanoparticles for Solid-phase Extraction
CN115279494A (zh) 在微流体室中使用表面附着的柱和捕获珠粒的微流体装置和方法
WO2024006510A1 (en) In-tip magnetic-based magnetic bead processing
Furlani Magnetophoresis: Principles and Bioapplications
Ferreira Magnetoresistive biochips
Huang Magnetic nanoparticles based magnetophoresis for the separation of Escherichia coli O157: H7

Legal Events

Date Code Title Description
C06 Publication
PB01 Publication
C10 Entry into substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
GR01 Patent grant
GR01 Patent grant
CF01 Termination of patent right due to non-payment of annual fee

Granted publication date: 20171212

Termination date: 20200226

CF01 Termination of patent right due to non-payment of annual fee