具有双环分布的生物磁分离系统的制作方法

本发明涉及颗粒的磁分离领域。更具体地，本发明涉及针对大体积的生物磁分离器。

背景技术：

1、磁分离系统在医学、生物学和药理学领域有许多应用。通常需要分离样本、悬浮液或溶液的特定成分(例如某些类型的抗体)来分析与这些成分相关的各个方面(例如诊断疾病)。传统上用于实现成分、颗粒或分子的这种类型的分离的方法是通过亲和层析柱分离法和离心法。

2、近年来使用有所增加的另一种方法是基于使用磁性颗粒的分离方法。该方法快速且容易精确且可靠地分离成分，例如分离特定蛋白质、遗传物质和生物分子(例如参见z msaired等人的“磁性技术在药物发现和生物医学领域的应用”(application of magnetictechniques in the field of drug discovery and biomedicine)，生物磁研究与技术2003，1:2，2003年9月18日出版，可在http://www.biomagres.com/content/1/1/2上获得)。该方法基于磁性颗粒的使用，磁性颗粒设计成与要从样本、溶液、悬浮液等中分离的特定成分在某种类型的容器中结合。通过施加磁场，磁性颗粒与样本的其余部分分离，或者更确切地，集中在容器的壁处，在去除样本的其余部分(或者至少样本的其余部分的大部分)时，磁性颗粒被保留(例如，由于施加的磁场)在该壁处。保留的部分随后可经历洗涤过程，该洗涤过程可包括对磁性颗粒的另一次分离等。

3、基于第5,705,064号美国专利中公开的结构的磁性颗粒的分离器可以产生强磁场，而基于us-a-2003/0015474中公开的结构的分离器可以产生几乎恒定的磁场梯度。这些结构基于海尔贝克(halbach)定理，该定理证明如果垂直于其轴线磁化的无限线性磁体的磁化是围绕该轴线旋转的，则磁场在整个空间中的模块中是恒定的，并且其方向在所有空间中以与旋转相反的方向以相同的角度旋转(k.halbach的“采用定向稀土钴材料的永磁多极磁体的设计”(“design of permanent multipole magnets with oriented rare earthcobalt material”)，核仪器和方法，第169卷，第1期，1980年2月1日，第1页至10页)。利用该原理，可以开发在圆柱形腔内产生均匀场的偶极源(例如参见h.a.leupold的“稀土永磁”(“rare earth permanent magnets”)中的“静态应用”(“static applications”)，j.m.d.coey(编辑)，1996年，第401页至405页)。此外，可以在圆筒外部获得接近零的磁场，这在安全性方面是有利的。这些结构也称为“halbach圆筒”。

4、该原理可以容易地用于多极源上(在四极源的情况下)实现恒定的梯度。这些结构是功能性的，并且在理论上在涉及小体积(应用于几毫升量级的体积的接收器)时不存在大的技术问题。由内半径为r0和外半径为r2的halbach圆筒产生的磁场梯度将在磁性颗粒上产生恒定的磁场梯度，从而在插入到与该圆筒同轴的孔中的内半径为z0的圆柱形容器中产生朝向该容器的内壁的径向运动(z0<r0)。

5、一旦磁性颗粒被分离(即它们全部到达其最终位置)，就去除悬浮液。此时，磁场梯度应该足够强到使所有磁性颗粒保留在容器的内壁上(即使不是液体)，从而避免磁性颗粒和附着在其上的生物分子的损失。对于悬浮液中的给定体积浓度的颗粒，在分离过程结束时保留在容器的圆柱形内壁上的磁性颗粒的表面密度将随其半径线性增加。那么，对于较大半径的容器，保留磁性颗粒所需的磁场梯度将更高。

6、然而，由四极halbach圆筒产生的磁场梯度是▽b＝2*br/r0*(1-r0/r2)，其中br是所使用的永磁体的剩磁。在具有r2无穷大的无限高圆筒的情况下(r0/r2->0)，梯度将与半径成反比，且具有极限▽b>2*br/r0。

7、当增加容器的半径z0以增加磁分离过程的批次体积时，磁颗粒的悬浮液将需要增加磁场梯度以应对保留区域处的较大表面密度的磁颗粒，但受限于孔的内半径(r0>z0)，磁场梯度将减小。当去除悬浮液时，在临界半径，由四极halbach圆筒产生的梯度将小于保留磁性颗粒所需的值。

技术实现思路

1、本发明通过提供一种磁分离器来解决上述问题，所述磁分离器具有包括四极halbach圆筒的外环和由永磁体制成的内环，所述内环具有取决于磁体的填充因子和容器及外环的半径的特定数量的磁极和内半径和外半径。内环在z0处提供保留颗粒并且不影响外环的分离能力的磁场梯度。

2、以这种方式，避免了分离的颗粒在容器内壁处滑落，同时保持了分离过程的高生产率并减少了实现所寻求的磁场梯度所需的稀土磁体的量。

3、更具体地，本发明的生物磁分离系统具有包括外环和内环的双环分布，所述外环具有内半径r1和外半径r2，具有相同几何形状的n2个永磁体，其中n2>4，并且磁化方向的递进符合：

4、δγ2＝3δθ2

5、其中，δθ2是两个连续磁体之间的角距离，

6、所述内环具有外半径r1和内半径r0，具有相同几何形状的n1个永磁体，其中n1>2n，n是磁极对的数目，内环磁体的磁化方向的递进符合：

7、δγ＝(n+1)δθ

8、其中，δθ为两个连续磁体之间的角距离，其中内环与外环同心并且限定用于放置容器的内孔，所述容器的内面与内环和外环的几何中心相距z0，

9、外环具有剩磁br1和填充因子f1，

10、内环具有剩磁br2和填充因子f2，

11、并且其中外环和内环满足以下条件：

12、

13、

14、其中，k>1，z为比值z0/r0，并且f＝(br2*f2)/(br1*f1)。

15、在用于两个环的所有磁体都相同并且填充因子也相同的特定情况下，f＝1。

16、然而，外环可以由具有不同剩磁的磁体的子环制成，并且两个环的填充因子可以不同。

技术特征：

1.一种具有双环分布的生物磁分离系统，包括外环和内环，所述外环具有内半径r1和外半径r2，具有相同几何形状的n2个永磁体，其中n2>4，并且磁化方向的递进符合：

2.根据权利要求1所述的具有双环分布的生物磁分离系统，其特征在于，f＝1，对于所述内环和所述外环，所述填充因子和磁体剩磁均相同。

技术总结
本发明涉及一种生物磁分离系统，包括永磁体的外环和内环，外环是四极Halbach圆筒，内环是具有N个磁极的Halbach圆筒。这些圆筒的直径和其它条件被选择为使得在内环的内半径上，容器壁处的磁场梯度大于仅外环时的磁场梯度。

技术研发人员：L·M·马汀尼兹·嘎西亚
受保护的技术使用者：赛普马格系统有限公司
技术研发日：
技术公布日：2024/3/31