МАГНИТНЫЕ ЧАСТИЦЫ Российский патент 2022 года по МПК H01F1/00 H01F1/36 

ПЕРЕКРЕСТНАЯ ССЫЛКА НА РОДСТВЕННЫЕ ЗАЯВКИ

[0001] Эта заявка испрашивает преимущество приоритета по предварительной заявке на патент США под серийным № 62/700658 озаглавленной «MAGNETIC PARTICLES SUITABLE FOR MIXING IN RESPONSE TO A CHANGING MAGNETIC FIELD», поданной 19 июля 2018 г., раскрытие которой включено в данный документ посредством ссылки во всей ее полноте.

УРОВЕНЬ ТЕХНИКИ

[0002] Магнитные частицы (например, парамагнитные и суперпарамагнитные частицы) используются для анализа и приготовления образца (пробы) в самых различных ситуациях, включая химические и биологические анализы и диагностику. Такие парамагнитные и суперпарамагнитные частицы также использовались в микрофлюидных системах. Технология с использованием магнитных частиц является надежной технологией, которая обеспечивает высокую эффективность (например, чувствительность и точность устройства), а также обеспечивает простую автоматизацию протоколов анализов. В некоторых применениях поверхность магнитных частиц может быть покрыта подходящими лигандом или рецептором (например, антителами, лектинами, олигонуклеотидами или другими аффинными группами), которые могут селективно связывать целевое вещество или группу аналитов в смеси. В некоторых применениях магнитные частицы используют для массопереноса компонентов с одного субстрата на другой субстрат. Одним из ключевых элементов в технологии разделения магнитными частицами и обращения с ними является эффективное перемешивание, повышающее скорость реакции между целевыми веществами и поверхностями частиц, массоперенос с одного субстрата на другой или переноса аналит из одной среды в другую.

[0003] Магнитные частицы также использовались в применениях планшетов для образцов. В системах магнитных планшетов для образцов планшеты для образцов содержат множество магнитов с постоянным полем, расположенных так, что магниты или выступают между лунками для образца, или обеспечивают расположение лунок для образца в кольцеобразных магнитах. Магнитные частицы в лунках для образца можно взбалтывать путем размещения постоянного магнита вблизи планшета для образцов с обеспечением перемешивания. С помощью других типов автоматических перемешивающих устройств обычно пытаются обеспечить перемешивание путем механического взбалтывания (например, путем встряхивания планшета для образцов). После обработки образцов магниты можно использовать для удержания частиц сбоку лунок для образцов, чтобы обеспечить удаление жидкого образца. Однако магниты с постоянным полем, используемые в обычных применениях магнитных планшетов для образцов, не могут обеспечивать надежное перемешивание. Например, магнитные частицы обычно имеют тенденцию образовывать агрегаты и кластеры в отдельных зонах лунок для образца. Магнитные частицы перемещаются с жидкостью посредством небольших турбулентных участков при использовании обычных методов перемешивания, таким образом делая перемешивание неэффективным. Кроме того, сам планшет необходимо перемещать между стадиями анализа, что требует значительной автоматизации.

КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ

[0004] Соответственно существует потребность в улучшении общей скорости и эффективности перемешивания и разделения образца с применением магнитных частиц, включая сверхбыстрое однородное перемешивание жидких образцов. Также существует потребность в магнитных частицах, которые обладают быстрой реакцией на внешние магнитные поля, а также низкой остаточной намагниченностью. Кроме того, существует потребность в том, чтобы магнитные частицы оставались суспендированными в течение заданного периода времени после перемешивания. Также существует потребность в способе перемешивания, с помощью которого обеспечивается перемешивание магнитных частиц в жидкости, а не с жидкостью.

[0005] Примеры изобретения решают эти и другие задачи, по отдельности и совместно.

[0006] Первый аспект относится к магнитной частице. Магнитная частица содержит магнитный материал, имеющий максимальную напряженность поля в диапазоне от приблизительно 20 эме/г до приблизительно 250 эме/г и остаточную намагниченность в диапазоне от приблизительно 0 эме/г до приблизительно 30 эме/г. Магнитная частица дополнительно содержит наружную поверхность, содержащую лиганд. Лиганд взаимодействует с представляющим интерес аналитом в растворе образца.

[0007] Другой аспект относится к способу обработки образца. Способ включает обеспечение магнитной частицы с лигандом на поверхности частицы. Лиганд селективно взаимодействует с представляющим интерес аналитом в образце. Магнитная частица имеет максимальную напряженность поля в диапазоне от приблизительно 20 эме/г до приблизительно 250 эме/г и остаточную намагниченность в диапазоне от приблизительно 0 эме/г до приблизительно 30 эме/г. Способ дополнительно включает приведение раствора, содержащего представляющий интерес аналит, в контакт с магнитной частицей с обеспечением взаимодействия лиганда с представляющим интерес аналитом.

[0008] Другой аспект относится к способу обработки образца. Сначала обеспечивают контейнер, содержащий ферримагнитные частицы и образец. Контейнер подвергают воздействию переменного магнитного поля, перемещая тем самым ферримагнитные частицы в контейнере и осуществляя тем самым обработку образца.

[0009] Эти и другие примеры описаны более подробно ниже со ссылкой на чертежи.

КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ

[0010] ФИГ. 1A-1D представляют собой изображения различных типов магнетизма согласно настоящему раскрытию.

[0011] ФИГ. 2 представляет собой блок-схему системы обработки образца согласно настоящему раскрытию.

[0012] ФИГ. 3 представляет собой график зависимости радиан от плотности энергии магнитного поля и демонстрирует, как плотность энергии магнитного поля изменяется между соседними электромагнитами согласно настоящему раскрытию.

[0013] ФИГ. 4A-4D представляют собой графики, демонстрирующие концентрацию ДНК по различным аспектам примера 8 согласно настоящему раскрытию.

[0014] На ФИГ. 5 показаны данные высокоэффективной жидкостной хроматографии (HPLC) для расщепления с помощью трипсина по примеру 9 согласно настоящему раскрытию.

ПОДРОБНОЕ ОПИСАНИЕ

[0015] Идеи настоящего изобретения в целом относятся к способам и системам обработки образца для перемешивания, разделения, фильтрации или иной обработки образца (например, жидкого образца (пробы текучей среды)) путем использования магнитных частиц (например, ферримагнитных частиц), которые побуждают перемещаться под действием магнитного узла, расположенного по периферии контейнера, содержащего образец. Хотя магнитные частицы, такие как ферримагнитные частицы, описаны совместно с многочисленными вариантами осуществления, аспектами и примерами в соответствии с настоящим раскрытием, еще предполагается, что также можно использовать магнитные частицы, такие как ферромагнитные частицы, парамагнитные частицы и суперпарамагнитные частицы, или смеси различных классов магнитных частиц. Таким образом, любое конкретное упоминание ферримагнитной частицы можно в равной степени применять к ферромагнитной частице, парамагнитной частице, суперпарамагнитной частице или к их смесям.

[0016] Идеи настоящего изобретения обеспечивают несколько технологических преимуществ, включая повышенную напряженность магнитного поля в объеме образца, позволяющих тем самым улучшить перемешивание, улучшить массоперенос и/или снизить энергопотребление по сравнению с известными системами перемешивания магнитными частицами. Ферримагнитные частицы могут проявлять сильную магнитную восприимчивость по сравнению с обычными парамагнитными частицами, тем самым обеспечивая более эффективное перемешивание ферримагнитных частиц в образце с применением магнитного узла, который создает переменные магнитные поля. Кроме того, ферримагнитные частицы не агрегируют вследствие индуцированной магнитным полем агрегации подобно тому, как это делают обычные ферромагнитные частицы.

[0017] Перед обсуждением примеров данного раскрытия можно более подробно описать некоторые термины.

[0018] Используемый в данном документе термин «ферримагнитные частицы» относится к частицам, содержащим ферримагнитный материал. Ферримагнитные частицы могут реагировать на внешнее магнитное поле (например, переменное магнитное поле), но могут размагничиваться при удалении внешнего магнитного поля. Таким образом, ферримагнитные частицы эффективно перемешиваются в образце за счет внешних магнитных полей, а также эффективно отделяются от образца с применением магнита или электромагнита, но могут оставаться суспендированными без возникновения индуцированной магнитным полем агрегации.

[0019] Ферримагнитные частицы, описанные в данном документе, достаточно восприимчивы к магнитным полям, так что они могут эффективно перемещаться в образце. В целом диапазон интенсивности поля может быть таким же диапазоном, что и у любого электромагнита, при условии, что он способен обеспечивать перемещение частиц. Например, магнитное поле имеет интенсивность от приблизительно 10 мТл до приблизительно 100 мТл, от приблизительно 20 мТл до приблизительно 80 мТл и от приблизительно 30 мТл до приблизительно 50 мТл. В некоторых примерах можно использовать более мощные электромагниты для перемешивания менее восприимчивых микрочастиц. В некоторых примерах магнитное поле может быть сфокусировано в образец, насколько это возможно. Также электромагниты могут находиться настолько близко к образцу, насколько это возможно, поскольку напряженность магнитного поля снижается пропорционально квадрату расстояния.

[0020] В некоторых примерах ферримагнитная частица содержит феррит. Феррит включает в себя керамический материал, который содержит оксид железа в сочетании с неорганическими соединениями, содержащими атомы металла, неметалла или металлоида. Например, феррит может содержать оксид железа(III) (Fe₂O₃), смешанный с одним или более дополнительными элементами, представляющими собой металл, такими как барий, марганец, никель, цинк, титан или любой другой подходящий элемент, представляющий собой металл. Другие примеры ферритов включают Fe₂TiO₂, FeTiO₂, MnFe₂O₄, NiFe₂O₄, MgFe₂O₄. Дополнительные примеры ферритов включают железное ядро, содержащее сульфид или оксигидроксид, такой как Fe₇S₈, Fe₃S₄, FeS или FeOOH.

[0021] Магнетит (Fe₃O₄) является другим примером ферримагнитного материала, пригодного в примерах, описанных в данном документе, который является примером феррита. Магнетит содержит ионы как Fe²⁺, так и Fe³⁺. В некоторых случаях спины электронов ионов Fe²⁺ и Fe³⁺ могут быть спаренными в кристаллической структуре, так что магнетит является ферримагнетиком, описанным в данном документе. Однако в некоторых примерах ферримагнитные частицы содержат любой ферримагнитный материал (например, феррит). Согласно некоторым примерам ферримагнитный материал (например, феррит) может не являться магнетитом (Fe₃O₄), однако, в некоторых примерах магнетит является подходящим ферримагнитным материалом.

[0022] Ферриты можно подразделять на два основных семейства (магнитотвердые ферриты и магнитомягкие ферриты) на основании их магнитной коэрцитивной силы (например, способности материала выдерживать внешнее магнитное поле, не становясь размагниченным).

[0023] Магнитотвердые ферриты имеют высокую магнитную коэрцитивную силу, а также высокую остаточную намагниченность после намагничивания. Магнитотвердые ферриты можно использовать для получения постоянных магнитов, поскольку магнитотвердые ферриты не размагничиваются легко в отсутствие внешнего магнитного поля, поскольку они могут иметь высокую остаточную намагниченность. Примеры магнитотвердых ферритов включают феррит стронция и феррит бария.

[0024] Магнитомягкие ферриты имеют низкую магнитную коэрцитивную силу. Магнитомягкие ферриты также имеют низкую остаточную намагниченность после намагничивания. Намагничивание магнитомягких ферритов легче изменить, чем магнитотвердых ферритов. Кроме того, намагничивание магнитомягких ферритов может легко изменять направление без рассеивания больших количеств энергии (например, посредством потерь на гистерезис). Магнитомягкие ферриты могут также иметь высокое удельное электросопротивление, таким образом предотвращая образование вихревых токов в материале, что является еще одним источником потери энергии.

[0025] Магнитомягкие ферриты могут включать марганец-цинковый (MnZn) феррит и никель-цинковый (NiZn) феррит. Таким образом, в некоторых примерах ферримагнитные частицы содержат MnZn-феррит. В других примерах ферримагнитные частицы содержат NiZn-феррит. Ферримагнитные частицы, содержащие MnZn-феррит и/или NiZn-феррит, могут становиться намагниченными в присутствии внешнего магнитного поля и, таким образом, способны перемещаться при наличии внешнего магнитного поля, но не агрегируют вследствие индуцированной магнитным полем агрегации после удаления внешнего магнитного поля, поскольку они имеют низкую остаточную намагниченность.

[0026] Некоторые ферриты можно рассматривать как магнитополутвердые ферриты. Магнитополутвердые ферриты имеют свойства, которые находятся между свойствами магнитомягких ферритов и свойствами магнитотвердых ферритов. Например, феррит кобальта (CoFe₂O₄) представляет собой полутвердый феррит, который может намагничиваться в присутствии внешнего магнитного поля (например, переменного магнитного поля, создаваемого магнитным узлом), но не характеризуется высокой остаточной намагниченностью после удаления внешнего магнитного поля, так что ферримагнитные частицы, содержащие ядро из феррита кобальта, не агрегируют из-за индуцированной магнитным полем агрегации.

[0027] «Магнитный домен» представляет собой область в магнитном материале, в которой суммарная намагниченность направлена в одном направлении. Магнитные домены могут возникать в ферромагнитных и ферримагнитных материалах. Материал может содержать много магнитных доменов. Намагничивание в магнитном домене может быть ориентировано в едином направлении. Каждый магнитный домен в материале может быть ориентирован в разном направлении. В присутствии внешнего магнитного поля домены в магнитном материале могут вращаться так, что намагничивание каждого домена совпадает с внешним магнитным полем.

[0028] Термин «остаточная намагниченность» относится к остаточному магнетизму, который материал сохраняет после удаления магнитного поля. Материалы, которые имеют высокую остаточную намагниченность после удаления магнитного поля, сохраняют большую напряженность магнитного поля, тогда как материалы, которые имеют низкую остаточную намагниченность после удаления магнитного поля, имеют небольшую напряженность магнитного поля или нулевую напряженность магнитного поля. Используемый в данном документе термин «покрытая функциональной группой поверхность» относится к поверхности, которая покрыта фрагментами, каждый из которых имеет свободную функциональную группу, которая связана с ферримагнитной частицей; в результате поверхности ферримагнитных частиц покрыты содержащими функциональные группы фрагментами. Функциональная группа действует в качестве биоаффинного абсорбента для биологических молекул в растворе. В одном примере функциональная группа представляет собой карбоновую кислоту. Подходящий фрагмент со свободной функциональной группой карбоновой кислоты представляет собой фрагмент янтарной кислоты, в котором одна из групп карбоновой кислоты связана с аминогруппой аминосиланов посредством амидной связи, а вторая группа карбоновой кислоты является несвязанной, что обеспечивает в результате свободную группу карбоновой кислоты, прикрепленную или привязанную к поверхности ферримагнитной частицы. Другие подходящие функциональные группы, которые можно использовать для нанесения в качестве покрытия на поверхность ферримагнитных частиц, включают, но без ограничения этим, тиольные группы, стрептавидин, авидин, нейтравидин, каптавидин, аминогруппы, гидроксильные группы, тозильные группы, эпоксигруппы, алкильные группы, винильные группы или арильные группы. Согласно дополнительным примерам на поверхность можно нанести в качестве покрытия биомолекулу, такую как фермент, белок, дезоксирибонуклеиновая кислота (ДНК), рибонуклеиновая кислота (РНК), иммуноглобулин G или антитело (например, моноклональное антитело).

[0029] Образец, используемый в настоящем раскрытии, может быть жидким образцом и может быть, например, биологическим образцом или химическим образцом. Используемый в данном документе термин «биологические образцы» может включать биологические жидкости и может включать, но без ограничения этим, кровь, плазму крови, сыворотку крови или другие физиологические жидкости или выделения, такие как, но без ограничения этим, слюну, мочу, спинномозговую жидкость, слезную жидкость, пот, желудочно-кишечную жидкость, околоплодные воды, слизистую жидкость, плевральную жидкость, жировой секрет сальных желез, выдыхаемый воздух и т.п. Химические образцы могут включать любые подходящие типы образцов, содержащих химические вещества, которые необходимо детектировать, включая образцы воды.

[0030] Соответствующие биологические образцы могут также включать лизаты, приготовленные из клеток, полученных или из ткани, клеточной культуры или физиологических жидкостей млекопитающего, образцов нуклеиновых кислот, элюированных из агарозы или полиакриламидных гелей, растворов, содержащих множество разновидностей молекул ДНК, полученных либо в результате амплификации с помощью полимеразной цепной реакции (ПЦР), либо из процедуры выбора размера цепи ДНК, и растворов, полученных из реакции пост-секвенирования. Подходящие образцы могут представлять собой смеси биомолекул (например, белков, полисахаридов, липидов, низкомолекулярных ингибиторов ферментов, олигонуклеотидов, праймеров, матриц) и других веществ, таких как агароза, полиакриламид, следовые количества металлов и органические растворители, из которых можно выделить целевую молекулу нуклеиновой кислоты.

[0031] Термин «аналит» относится к веществу, присутствие, отсутствие или концентрацию которого следует определить согласно примерам настоящего раскрытия. Примеры аналитов могут включать, но без ограничения этим, биологические молекулы, такие как гормоны (такие как гормоны щитовидной железы, эстрадиол, тестостерон, прогестерон, эстроген), метаболиты (такие как глюкоза или этанол), белки, липиды, углеводы и сахара, стероиды (такие как витамин D), пептиды (такие как прокальцитонин) и нуклеиновые кислоты. Аналит также может представлять собой клетки, компоненты клеток (такие как клеточные мембраны), споры, биомаркеры (фармацевтические препараты, такие как антибиотики, бензодиазепин), лекарственные средства (такие как иммунодепрессанты, наркотические средства, опиоиды и т.п.), молекулы с регуляторным действием в ферментативных процессах, такие как промоторы, активаторы, ингибиторы или кофакторы, микроорганизмами, такие как вирусы (включая EBV, HPV, HIV, HCV, HBV, вирус гриппа, норовирус, ротавирус, аденовирус и т.п.), бактерии (H. pylori, Streptococcus, MRSA, C. diff., Ligionella и т.п.), грибы, паразиты (плазмодий и т.п.). Примеры этого раскрытия также могут позволять проводить одновременный анализ нескольких аналитов одного и того же класса или разных классов (например, одновременный анализ метаболитов и белков). В примерах этого раскрытия анализ конкретного аналита, такого как биомаркер, может указывать на то, что конкретное состояние (например, заболевание) ассоциировано с образцом, который содержит аналит.

[0032] Используемый в данном документе термин «выделенный» предназначен для обозначения, что материал, о котором идет речь, находится в физической среде, отличной от той, в которой он встречается в природе, и/или из которой он был полностью или частично выделен или очищен от других нецелевых молекул.

[0033] Используемые в данном документе термины «селективный» и «селективно» относятся к способности выделять конкретные разновидности биологических молекул, таких как молекула или молекулы ДНК, на основании конкретного свойства, такого как размер молекулы, из комбинации, которая включает или является смесью разновидностей молекул, такой как лизат клетки-хозяина и другие компоненты клетки-хозяина. В некоторых примерах селективное выделение конкретных разновидностей молекул достигается за счет использования соответствующего осаждающего реагента (например, соли полиалкиленгликоля), приводящего к осаждению и облегченной адсорбции конкретных разновидностей ДНК (например, характеризуемых на основании размера) на поверхностях ферримагнитных частиц по этому раскрытию.

[0034] Термин «анализатор» включает любой подходящий прибор, который способен анализировать образец, такой как биологический образец. Примеры анализаторов включают масс-спектрометры, иммуноанализаторы, гематологические анализаторы, микробиологические анализаторы и/или анализаторы для молекулярной биологии.

I. МАГНИТНЫЕ ЧАСТИЦЫ

[0035] Согласно различным аспектам идей настоящего изобретения магнитные частицы, например, такие как ферримагнитные частицы, могут перемешиваться во всем контейнере. На ферримагнитные частицы воздействуют (например, перемещают) путем изменения магнитного поля, создаваемого магнитным узлом.

[0036] Ферримагнитные частицы по настоящему раскрытию имеют высокую чувствительность к магнитным полям, так что ферримагнитные частицы легко перемешиваются в образце в присутствии внешнего переменного магнитного поля. Ферримагнитные частицы могут также иметь низкую остаточную намагниченность, так что ферримагнитные частицы не притягиваются друг к другу магнитным образом, когда внешнее переменное магнитное поле удаляют. В результате ферримагнитные частицы могут оставаться суспендированными без возникновения индуцированной магнитным полем агрегации после перемешивания и, таким образом, не ингибируют связывание или элюирование.

[0037] Кроме того, ферримагнитные частицы должны оставаться суспендированными в образце в течение подходящего периода времени после перемешивания. Специалист в данной области техники поймет, что ряд свойств ферримагнитных частиц будет влиять на этой свойство. Например, плотность, а также остаточная намагниченность (например, остаточный магнетизм) ферримагнитных частиц может влиять на длительность времени жизни суспензии в образце после удаления переменного магнитного поля. В некоторых примерах желательно выделять ферримагнитные частицы из образца. В данных примерах ферримагнитные частицы можно выделять магнитным образом из контейнера с помощью компонента для сбора, такого как магнит или электромагнит, описанный в данном документе.

[0038] Ферримагнитные частицы могут иметь различные формы, которые могут быть правильными или неправильными; в некоторых примерах форма максимально увеличивает площадь поверхности частиц. Например, ферримагнитные частицы могут быть сферическими, в форме стержня, эллиптическими или любой другой подходящей формы. Ферримагнитные частицы могут иметь различную плотность, которую можно определить по составу ядра. В некоторых примерах плотность ферримагнитных частиц можно регулировать с помощью покрытия, как описано в данном документе.

[0039] В некоторых примерах ферримагнитные частицы имеют достаточную площадь поверхности, чтобы обеспечивать эффективное связывание целевого аналита, и дополнительно характеризуются наличием поверхностей, которые способны обратимо или необратимо связывать целевой аналит (например, биологические молекулы). В некоторых примерах площадь поверхности ферримагнитных частиц может находиться в диапазоне от приблизительно 0,1 м²/г до приблизительно 500 м²/г, от приблизительно 50 м²/г до приблизительно 200 м²/г или от приблизительно 150 м²/г до приблизительно 175 м²/г.

[0040] Подходящие ферримагнитные частицы могут иметь такой размер, что их выделение из раствора не является сложным, например, с помощью магнитных способов или фильтрации. Кроме того, ферримагнитные частицы не должны быть слишком большими, чтобы площадь их поверхности была минимизирована, или чтобы они не были подходящими для манипуляций с масштабом от нанометрового до микрометрового.

[0041] Подходящие размеры находятся в диапазоне от среднего диаметра приблизительно 1 нм до среднего диаметра приблизительно 1 мм, от приблизительно 5 нм до приблизительно 50 мкм или от приблизительно 100 нм до приблизительно 100 мкм. Подходящий размер составляет от приблизительно 1 мкм до приблизительно 10 мкм. Например, в некоторых примерах ферримагнитные частицы могут представлять собой наночастицы (например, частицы со средним диаметром менее 1 мкм, но более 1 нм). В других примерах ферримагнитные частицы могут представлять собой микрочастицы (например, частицы со средним диаметром более 1 мкм, но менее 100 мкм). В общем, большие ферримагнитные частицы (которые имеют размер приблизительно 1 мм) пригодны при клеточном фракционировании, расщеплении тканей, смешивании жидкостей и т.п.

[0042] Ферримагнитные частицы могут быть по существу твердыми или могут иметь некоторую степень пористости. Если ферримагнитные частицы действительно включают некоторую степень пористости, размер пор отдельных пор может находиться в диапазоне от приблизительно 5 Е до приблизительно 1000 Е, от приблизительно 50 Е до приблизительно 500 Е. По меньшей мере множество пор могут быть сквозными порами (например, проходящими полностью между противоположными поверхностями). Размеры пор или общую пористость ферримагнитных частиц можно определить согласно множеству подходящих способов. Например, можно определить полный объем идеальной (например, непористой) ферримагнитной частицы, а затем можно определить объем фактического пористого каркасного материала. Пористость затем рассчитывают путем вычитания объема фактического пористого каркасного материала из объема идеальной ферримагнитной частицы. Пористость ферримагнитной частицы или размер отдельных пор также можно определить путем оптического измерения с помощью микроскопа и обработки изображений для измерения отдельных пор.

[0043] Ферримагнитные частицы, описанные в данном документе, могут включать несколько различных материалов. В той степени, в которой присутствуют смеси материалов, общее содержание магнитных материалов в ферримагнитных частицах может составлять по меньшей мере 50 мас.% ферримагнитной частицы, по меньшей мере 70 мас.% ферримагнитной частицы или даже 100 мас.% ферримагнитной частицы. Ферримагнитные частицы могут включать любые материалы из описанных в данном документе. Немагнитный материал, составляющий остальную часть ферримагнитных частиц, может включать, например, любой из материалов покрытия, описанных в данном документе. Немагнитный материал можно использовать в качестве покрытия для инкапсуляции магнитной части ферримагнитной частицы, его также можно использовать в качестве функционального компонента для взаимодействия с представляющим интерес аналитом и связывания его. Немагнитный материал может также действовать в качестве компонента-наполнителя.

A. Магнетизм

[0044] Специалистам в данной области техники будет знаком ряд различных типов магнетизма, включая парамагнетизм, суперпарамагнетизм, ферромагнетизм, антиферромагнетизм и ферримагнетизм. На ФИГ. 1 показаны примеры различных типов магнетизма. Стрелки на ФИГ. 1A-1D указывают магнитные моменты частиц, например, электронов, в различных материалах, однако, понятно, что атомы и молекулы могут также создавать магнитные моменты. Каждая стрелка представляет магнитную силу (длиной стрелки) и ориентацию магнитного момента (ориентацией стрелки).

[0045] Парамагнетизм возникает при присутствии неспаренных электронов в материале. На фиг. 1A показаны магнитные моменты в парамагнитном материале в отсутствие внешнего магнитного поля. Магнитные моменты не выровнены и могут ориентироваться в произвольных направлениях из-за теплового движения. Материал имеет нулевую суммарную намагниченность, поскольку магнитные моменты ориентированы в произвольных направлениях, таким образом нейтрализуя друг друга. В присутствии внешнего магнитного поля магнитные моменты выравниваются параллельно внешнему магнитному полю. Парамагнитный материал затем образует индуцированное магнитное поле в направлении внешнего магнитного поля, вызывая суммарное притяжение. Парамагнитные материалы проявляют магнетизм только в присутствии внешнего магнитного поля. Парамагнитные материалы могут быть слабо чувствительными к магнитному полю. Примеры парамагнитных материалов включают алюминий, кислород, титан и оксид железа (FeO).

[0046] Материалы, которые являются ферромагнитными, могут намагничиваться внешним магнитным полем, например, магнитные моменты материала выравниваются в одном направлении, и остаются намагниченными после удаления внешнего магнитного поля. На фиг. 1B показан ряд выровненных магнитных моментов в ферромагнитном материале в отсутствие внешнего магнитного поля. Ферромагнитный материал может образовывать индуцированное магнитное поле в направлении выровненных магнитных моментов.

[0047] Ферромагнетизм является свойством не только химического состава материала, но также кристаллической структуры и микроструктуры материала. Например, существуют ферромагнитные сплавы металлов, которые содержат элементы, не являющиеся ферромагнитными. Ферромагнитный материал имеет высокую чувствительность к внешнему магнитному полю и имеет тенденцию сохранять магнитное поле после удаления внешнего магнитного поля. Частицы, содержащие ферромагнитный материал, могут подвергаться индуцированной магнитным полем агрегации, поскольку они сохраняют магнитное поле. Таким образом, после того, как магнитная мешалка перемешивает ферромагнитные частицы в образце, ферромагнитные частицы могут оставаться намагниченными и слипшимися. Примеры ферромагнитных материалов включают железо, никель и кобальт.

[0048] Ферримагнитный материал может иметь множество групп атомов с противоположными магнитными моментами. На фиг. 1D показаны магнитные моменты двух различных групп атомов, которые являются обратновыровненными и неравными. Магнитные моменты одной группы могут быть сильнее, чем магнитные моменты другой группы, таким образом вызывая суммарный магнетизм. Кристаллическая структура ферримагнитного материала содержит магнитные подрешетки с магнитными моментами, причем магнитные моменты двух подрешеток являются обратновыровненными и неравными. Противоположные магнитные моменты являются неравными, и остается самопроизвольное намагничивание. Ферримагнитные материалы могут также иметь высокое удельное электросопротивление. Когда внешнее магнитное поле удаляют от ферримагнитного материала, ферримагнитный материал может оставаться намагниченным или может стать ненамагниченным в зависимости от конкретного ферримагнитного материала. Примером ферримагнитного материала является феррит.

[0049] На фиг. 1C показаны магнитные моменты в антиферромагнитном материале. В данном случае две различные группы являются обратновыровненными и равными. Одна группа магнитных моментов ориентирована в одном направлении, тогда как вторая группа магнитных моментов ориентирована в противоположном направлении. Сила этих двух групп магнитных моментов равна, таким образом, в присутствии внешнего магнитного поля антиферромагнитная частица не будет создавать индуцированное магнитное поле.

[0050] Суперпарамагнетизм является пятым типом магнитного поведения, при котором наночастицы, например, размером менее 50 нм, изготовленные из ферромагнитного или ферримагнитного материала, являются достаточно маленькими для вмещения единственного магнитного домена. Суперпарамагнитные материалы могут проявлять подобное парамагнетикам поведение вне магнитного поля, но могут быть более чувствительными к магнитному полю, чем парамагнитные материалы в присутствии внешнего магнитного поля.

[0051] Согласно различным примерам напряженность магнитного поля ферримагнитных частиц может быть больше или равной приблизительно 20 эме/г, приблизительно 25 эме/г, приблизительно 30 эме/г, приблизительно 35 эме/г, приблизительно 40 эме/г, приблизительно 45 эме/г, приблизительно 50 эме/г, приблизительно 75 эме/г, приблизительно 100 эме/г, приблизительно 150 эме/г, приблизительно 175 эме/г, приблизительно 200 эме/г, приблизительно 225 эме/г, приблизительно 250 эме/г, в диапазоне от приблизительно 20 эме/г до приблизительно 250 эме/г или от приблизительно 35 эме/г до приблизительно 100 эме/г. Это значение можно рассматривать как максимальную напряженность поля частицы, которая является мерой напряженности магнитного поля, создаваемой частицей при воздействии магнитного поля. В комбинации с напряженностью магнитного поля ферримагнитных частиц проницаемость ферримагнитной частицы должна быть достаточной для создания индуцированного магнитного поля, большего или равного приблизительно 10 эме/г, 15 эме/г, 20 эме/г, приблизительно 25 эме/г, приблизительно 30 эме/г, приблизительно 35 эме/г, приблизительно 40 эме/г, приблизительно 45 эме/г, приблизительно 50 эме/г, приблизительно 75 эме/г, приблизительно 100 эме/г, приблизительно 150 эме/г, приблизительно 175 эме/г, приблизительно 200 эме/г, приблизительно 225 эме/г, приблизительно 250 эме/г, в диапазоне от приблизительно 10 эме/г до приблизительно 250 эме/г или от приблизительно 35 эме/г до приблизительно 100 эме/г. Магнитное поле, действию которого подвергаются ферримагнитные частицы, может иметь напряженность от приблизительно 700 эрстед до приблизительно 800 эрстед, от приблизительно 725 эрстед до приблизительно 775 эрстед, меньшую, равную или большую чем приблизительно 700 эрстед, 725, 750, 775 или приблизительно 800 эрстед.

[0052] Согласно различным примерам остаточная намагниченность ферримагнитных материалов может быть в диапазоне от приблизительно 0 эме/г до приблизительно 30 эме/г, от приблизительно 0 эме/г до приблизительно 10 эме/г, от приблизительно 1 эме/г до приблизительно 8 эме/г, от приблизительно 3 эме/г до приблизительно 5 эме/г, меньшей, равной или большей чем приблизительно 0 эме/г, 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10, 11, 12, 13, 14, 15, 16, 17, 18, 19, 20, 21, 22, 23, 24, 25, 26, 27, 28, 29 или приблизительно 30 эме/г.

[0053] Магнитные компоненты частиц могут представлять собой магнитные наночастицы, магнитные субмикронные частицы или магнитные микрометровые частицы. Ферримагнитные частицы, описанные в данном документе, могут иметь множество различных структур. Например, ферримагнитные частицы могут представлять собой магнитные наночастицы, включенные в полимерную матрицу или матрицу на основе кремнезема, магнитными шариками, заключенными в оболочку из кремнезема или полимерную оболочку, магнитными наночастицами или магнитными шариками, функционализированными органическими лигандами, магнитными наночастицами или шариками без покрытия. В примерах, где ферримагнитные частицы являются частицами типа ядро-оболочка, оболочка может включать покрытие, описанное в данном документе.

B. Покрытие

[0054] Ферримагнитные частицы по настоящему раскрытию могут содержать ферримагнитное ядро, окруженное покрытием. В примере ферримагнитные частицы покрыты одним или более слоями немагнитного материала. Применение покрытых ферримагнитных частиц, не содержащих открытого железа на своих поверхностях, может исключать возможность препятствования железа некоторым дальнейшим манипуляциям с образцом. Покрытие может представлять собой, например, полимерный слой или слой на основе кремнезема.

[0055] Примеры полимерных слоев могут включать полиэтилен, полистирол, полиметилметакрилат, поливиниловый спирт или любой другой подходящий полимер. Примеры слоев на основе кремнезема могут включать диоксид кремния, боросиликат, натронную известь, титанат бария и другие типы стекла. Полимерный слой или слой на основе кремнезема может предназначаться для регулирования плотности ферримагнитных частиц. Например, полимерный слой или слой на основе кремнезема может регулировать плотность ферримагнитных частиц до уровня, близкого к плотности образца, например, водного образца (например, приблизительно 1 г/см³).

[0056] В других примерах другие типы покрытия могут включать металлическое покрытие, такое как алюминий, золото, оксид цинка или любое из других покрытий, упомянутых в данном документе, и т.п. Кроме того, любое из покрытий, описанных в данном документе, может содержать включенный флуоресцентный или цветной краситель.

[0057] Покрытие может также содержать лиганд, такой как реагент захвата или функциональную группу, включая упомянутые в данном документе, для селективного или неселективного связывания целевых аналитов. Функциональная группа может быть предназначена для адсорбции биомолекул, таких как нуклеиновые кислоты, которые могут неспецифично относительно последовательности и обратимо связываться с функциональной группой на покрытии ферримагнитных частиц. Полинуклеотиды могут представлять собой ДНК, РНК или полиамидные нуклеиновые кислоты (PNA). В примере функциональная группа представляет собой карбоксильную группу. Различные покрытия, содержащие функциональные группы, подходящие для этих целей, описаны в патенте США №5705628, патенте США №5898071 и патенте США №6534262, идеи которых, таким образом, включены посредством ссылки в настоящую заявку во всей их полноте. Любое из покрытий, описанных в данном документе, можно функционализировать с помощью химических веществ для модификации поверхности, как описано в данном документе, например, карбоновой кислотой, стрептавидином, амином, гидразидом, силанолом, азидом. И их можно дополнительно функционализировать с помощью биологических молекул, таких как антитела, ферменты, фрагменты ДНК или РНК, катализаторы и т.п.

[0058] В некоторых примерах покрытие может содержать реагент захвата. Реагент захвата может быть предназначен для захвата аналита в образце. Поверхность ферримагнитных частиц может быть покрыта реагентом захвата, который является подходящим лигандом или рецептором (например, антителами, лектинами, олигонуклеотидами, другими аффинными группами или любым из других реагентов захвата, упомянутых в данном документе), который может селективно связывать целевой аналит или группу аналитов в смеси. В некоторых примерах реагент захвата может представлять собой антитело.

[0059] Специалисты в данной области техники поймут, что для этой цели можно использовать любое количество реагентов захвата, например, аптамеры, наночастицы, связывающие белки и т.п. Реагент захвата может быть разработан для захвата конкретного аналита или конкретной панели аналитов, например, панели для определения лекарственных средств или панели для оценки эндокринной функции и т.п.

[0060] Альтернативно лиганд может включать фермент. В некоторых вариантах осуществления фермент может быть связан с покрытием для селективного взаимодействия с субстратом данного фермента. При взаимодействии с субстратом фермент может функционировать, разрушая или расщепляя субстрат. Это может приводить к образованию представляющего интерес вещества путем действия фермента или к удалению субстрата из образца. Согласно различным вариантам осуществления фермент может представлять собой трипсин.

[0061] Хотя только один слой покрытия описан, понятно, что некоторые примеры могут включать несколько слоев покрытия. Например, некоторые примеры могут включать основное металлическое покрытие с полимерным покрытием или функциональной группой, расположенными на нем. В некоторых примерах слой покрытия может функционировать, удерживая в достаточной степени внешнее покрытие на ферримагнитной частице.

C. Изготовление

[0062] Ферримагнитные частицы можно изготовлять с помощью любого подходящего способа изготовления наномерных-микромерных магнитных частиц. В качестве примера в патенте США №5648124 раскрыт способ приготовления чувствительных к магнитному полю микрочастиц, и он таким образом включен в данный документ посредством ссылки во всей его полноте. Ферримагнитные частицы можно изготовлять с применением любого подходящего ферримагнитного материала, описанного в данном документе.

[0063] Например, ферримагнитная частица может быть изготовлена путем добавления сперва ферримагнитных наночастиц в химическую баню. Наночастицы можно инкапсулировать в неорганической матрице из кремнезема, таким образом получая микрочастицу, которая содержит множество ферримагнитных частиц. Затем можно использовать обработку ультразвуком для содействия получению этих частиц в монодиспергированном виде. Хотя матрица из кремнезема упомянута выше, также можно инкапсулировать отдельные ферримагнитные наночастицы или микрочастицы в других неорганических или органических материалах. Например, ферримагнитные наночастицы можно инкапсулировать в SiO₂, TiO₂, ZnO₂, Al₂O₃, CeO₂ или любом подходящем керамическом материале. В качестве дополнительного примера ферримагнитные наночастицы можно инкапсулировать в органическом материале, таком как полиакриловая кислота (PAA), поли(метилакрилат) (PMA), полистирол (PS), дивинилбензол (DVB), поливинилпирролидон (PVP) или поливиниловый спирт (PVA).

[0064] В другом примере ферромагнитный материал можно использовать для изготовления ферримагнитных частиц. Магнитные свойства можно изменять путем изменения структуры ферромагнитного материала. Гематит (Fe₂O₃) представляет собой природный ферромагнетик, когда ему позволяют кристаллизоваться в его чистом виде. Однако, если добавляются примеси, такие как никель и цинк, тогда никель и цинк могут занимать место некоторых атомов железа в кристаллической структуре, таким образом превращая природный ферромагнитный материал в ферримагнитную частицу. Или в другом примере ферромагнитный гематит можно измельчать до размера менее 50 нм, так что каждая частица содержит единственный магнитный домен. В данном виде частица может представлять собой суперпарамагнитную частицу. Иллюстративная ферримагнитная частица может быть выполнена из наночастиц ферримагнитного магнетита размером 50-100 нм, соединенных вместе в кремнеземе или полимере. Данные наночастицы слишком большие, чтобы быть суперпарамагнитными.

II. СИСТЕМА

[0065] Идеи настоящего изобретения в общем относятся к способам и системам обработки образца для перемешивания, разделения, фильтрации или иной обработки образца (например, жидкого образца) в контейнере путем использования ферримагнитных частиц по данному раскрытию, которые побуждаются перемещаться под действием магнитного узла, расположенного около контейнера.

[0066] Таким образом, система обработки образца по данному раскрытию может содержать контейнер, ферримагнитные частицы, магнитный узел, расположенный по периферии контейнера, и управляющий компонент, соединенный с магнитным узлом. Магнитный узел может содержать по меньшей мере одну магнитную конструкцию, причем каждая магнитная конструкция содержит множество электромагнитов, расположенных по периферии контейнера. Каждый электромагнит отдельно управляется управляющим компонентом для создания требуемого магнитного поля в контейнере, эффективного для воздействия на ферримагнитные частицы, например, согласно способу обработки образца, включающему различные стадии. В некоторых примерах магнитный узел может содержать множество магнитных конструкций. Магнитные конструкции могут быть расположены в горизонтальных или по существу горизонтальных слоях. В других примерах магнитные конструкции могут быть расположены в вертикальных или по существу вертикальных слоях.

[0067] В еще одних примерах может присутствовать магнитопроницаемая закорачивающая пластина или конструкция ниже, выше и/или между магнитными системами. Магнитопроницаемая закорачивающая пластина сильно снижает энергопотребление путем концентрирования магнитного поля в одном конкретном месте, а не в двух.

[0068] В некоторых примерах система обработки образца может также содержать магнит или электромагнит, способный собирать ферримагнитные частицы в контейнере, с обеспечением тем самым отделения ферримагнитных частиц от образца, находящегося в контейнере.

[0069] Специалистам в данной области техники будет понятно, что контейнер, магнитный узел и управляющий компонент могут быть выполнены любым подходящим образом для создания переменных магнитных полей (например, осциллирующие магнитные поля, вращающиеся магнитные поля) в контейнере. В заявке PCT № PCT/IB2016/057189 Arnold etc. (Арнольда и др.), раскрыты электромагнитные узлы для обработки жидкостей, подходящие для использования в настоящем изобретении, и, таким образом, она включена посредством ссылки в данный документ во всей ее полноте.

A. Контейнер

[0070] Система обработки образца может содержать контейнер, содержащий образец для обработки. Контейнер может в целом представлять собой любой тип контейнера, выполненный с возможностью удерживания образца (например, жидкого образца), таким как лунка для образца, сосуд, резервуар для жидкости или т.п., ограничивающих в нем содержащую жидкость камеру. Как показано на фиг. 2, система 200 обработки образца может содержать контейнер 220. Иллюстративный контейнер 220 может проходить от открытого, верхнего конца (открытого во внешнюю атмосферу) до нижнего, закрытого конца, так что образец в контейнере 220 может загружаться в открытый, верхний конец и/или удаляться из него с помощью одного или более устройств для загрузки/сбора жидкости (не показаны). Специалистам в данной области техники будет понятно, что контейнер может содержать удаляемую крышку, которая может быть соединена с открытым, верхним концом (например, пробирка Эппендорфа) на различных стадиях обработки, например, для предотвращения утечки жидкости, загрязнения и/или испарения. Иллюстративные устройства для загрузки/сбора жидкости могут включать, но без ограничения этим, ручные устройства для загрузки образца (например, пипетка), многоканальные пипеточные устройства, акустические устройства для дозирования жидкости и/или автодозатор, все в качестве неограничивающих примеров.

[0071] Системы обработки образцов, описанные в данном документе, могут быть выполнены с возможностью обработки образцов в микромасштабе или макромасштабе (включая форматы больших объемов). В общем, макромасштаб включает объемы жидкости в диапазоне миллилитров, тогда как объемы обработки жидкости в микромасштабе включают объемы жидкости в диапазоне менее миллилитра, таком как микролитры, нанолитры или пиколитры. Форматы с большими объемами могут включать обработку объемов жидкости более 1 мл. Например, системы обработки образца согласно различным аспектам идей настоящего изобретения могут быть способны обрабатывать объем жидкости от приблизительно 10 мкл до приблизительно 1 мл и даже больше, включая, например, приблизительно 1,5 мл, приблизительно 2 мл, приблизительно 5 мл, приблизительно 10 мл или больше. Однако с учетом идей настоящего изобретения будет понятно, что системы обработки образца могут обрабатывать любой поддающийся обработке объем жидкости, как описано в данном документе. В другом примере контейнер может быть способен обрабатывать объем жидкости приблизительно от 10 мкл до 500 мкл.

[0072] Согласно различным аспектам идей настоящего изобретения в системах и способах, описанных в данном документе, могут использоваться контейнеры, которые можно заполнять или частично заполнять различными объемами образца, с обеспечением тем самым снижения или увеличения объема образца, подлежащего обработке, в зависимости, например, от доступности или стоимости образца и/или от требований конкретного анализа. В некоторых аспектах образцы, подлежащие обработке (и реагенты, используемые для их обработки), можно непосредственно добавлять в открытый контейнер (например, посредством автодозатора или пипетки, вставленной в открытый конец контейнера) и можно, аналогично, непосредственно удалять из него (например, посредством компонента для сбора), например, после обработки.

[0073] В качестве другого примера контейнер может содержать камеру с непрерывным потоком жидкости. В некоторых аспектах, например, контейнер может содержать пробник с открытым отверстием, причем пробник с открытым отверстием содержит трубчатый элемент, впускное отверстие для притока образца и выпускное отверстие для оттока образца и конец, открытый в атмосферу и выполненный таким образом, что приток и отток образца направлены к концу для сохранения постоянного уровня образца. В связанных аспектах пробник с открытым отверстием может быть выполнен с возможностью приема субстрата, содержащего аналит на по меньшей мере части его поверхности, на образец, чтобы вызвать перенос по меньшей мере части аналита с поверхности субстрата на образец. В качестве неограничивающего примера субстрат может представлять собой волокно для твердофазной микроэкстракции (SPME).

[0074] В качестве дополнительного примера пробник с открытым отверстием может содержать трубку с открытым кончиком, который выполнен с возможностью как введения, так и извлечения образца непрерывным образом, обеспечивая постоянный уровень образца в конце. В данном конкретном примере пробник с открытым отверстием может содержать первый цилиндрический элемент, расположенный внутри второго цилиндрического элемента, размещенные в соосной конфигурации. Образец перемещается к концу по кольцевому пространству между двумя цилиндрическими элементами, а затем перемещается из конца по внутреннему цилиндру. Следует принимать во внимание, что, если приток или отток жидкости отсутствует, уровень образца будет оставаться постоянным, и во многих отношениях пробник с открытым отверстием будет работать аналогично другим контейнерам, описанным ранее, таким как сосуд. Пробник с открытым отверстием можно использовать для извлечения аналитов с поверхности субстрата, который входит в контакт с образцом на конце. В нескольких примерах ферримагнитные частицы можно вводить в образец на конце пробника с открытым отверстием и в комбинации с системами обработки образца и магнитными блоками и/или системами, содержащими электромагниты, описанными в данном документе, на ферримагнитные частицы можно воздействовать, чтобы они сопротивлялись оттоку образца из конца и оставались вблизи конца посредством наличия магнитных полей. Кроме того, магнитные узлы и/или конструкции вызывают вращение или перемещение назад и вперед в x-, y- и z-направлениях ферримагнитных частиц, ограниченных наличием магнитных полей. Хотя электромагниты можно выбирать достаточно сильные для предотвращения какого-либо высвобождения ферримагнитных частиц с поверхности кончика, для захвата ферримагнитных частиц также можно использовать постоянный магнит, расположенный ниже по потоку, или электромагнит (не показан), тем самым предотвращая какой-либо дальнейший анализ от загрязнения.

[0075] Хотя цилиндрические элементы были описаны выше при описании трубы, следует понимать, что другие формы с различными формами сечения также можно использовать, включая треугольную, квадратную, прямоугольную или любую другую многостороннюю форму. Магнитные узлы и/или магнитные конструкции, которые содержат электромагниты, можно помещать снаружи металлической трубы, или они могут быть частью самой металлической трубы и быть непосредственно цельными с металлом на кончике или вблизи него.

B. Магнитный узел

[0076] Хотя системы, устройства и способы, описанные в данном документе, можно использовать совместно с многими другими системами обработки образца, иллюстративная система 200 обработки образца показана схематически на ФИГ. 2. Следует понимать, что система 200 обработки образца представляет собой только одну возможную систему обработки образца для использования согласно примерам систем, устройств и способов, описанных в данном документе, и все системы обработки образца и/или их компоненты с другими конфигурациями и рабочими характеристиками можно также использовать согласно системам, устройствам и способам, описанным в данном документе. Как показано на ФИГ. 2, иллюстративная система 200 обработки образца содержит магнитный узел 205, содержащий по меньшей мере одну магнитную конструкцию 210. Магнитная конструкция 210 содержит множество электромагнитов 210a-d. Как обсуждается более подробно ниже, магнитный узел 205 выполнен с возможностью генерирования (создания) переменного магнитного поля или магнитной силы в контейнере 220 и может содержать по меньшей мере одну магнитную конструкцию 210, которая может быть расположена относительно контейнера 220 таким образом, чтобы генерировать в нем магнитное поле. В некоторых примерах магнитный узел 205 может быть выполнен с возможностью генерирования статического магнитного поля с обеспечением тем самым сбора ферримагнитных частиц. Каждая магнитная конструкция 210 может содержать множество электромагнитов 210a-d, причем каждый из множества электромагнитов 210a-d содержит электропроводящую катушку, расположенную вокруг центральной линии, которая проходит в направлении центральной оси магнитной конструкции 210.

[0077] Как указано выше, каждая магнитная конструкция 210 магнитного узла 205 может содержать множество электромагнитов 210a-d. Хотя четыре электромагнита 210a-d относятся к магнитной конструкции 210, например, будет понятно, что идеи настоящего изобретения не ограничены таким образом, поскольку можно использовать любое число электромагнитов, способных функционировать согласно различным аспектам идей заявителя. Например, магнитная конструкция 210 может содержать 2 электромагнита, 3 электромагнита, 4 электромагнита, 5 электромагнитов, 6 электромагнитов, 7 электромагнитов, 8 электромагнитов, 9 электромагнитов, 10 электромагнитов или больше. Электромагниты могут включать в себя любой электромагнит, известный специалистам в данной области техники, включая, например, соленоид с ферромагнитным ядром. Электромагниты могут иметь различные формы, включая квадратную, прямоугольную, круглую, эллиптическую или любую другую форму, способную функционировать согласно различным аспектам идей заявителя. Кроме того, в некоторых аспектах можно использовать магнитные линзы, чтобы модифицировать (например, придавать иную форму) магнитное поле, генерируемое электромагнитами в контейнере.

[0078] Согласно различным аспектам идей настоящего изобретения магнитная конструкция 210 может быть включена в различные системы 200 обработки образца и устройства для манипуляций с жидкостями. Система обработки образца может содержать, например, одну или множество магнитных конструкций 210, расположенных в горизонтальных или по существу горизонтальных слоях. Кроме того или альтернативно, в некоторых примерах электромагниты различных магнитных конструкций 210 (например, из различных разнесенных по вертикали слоев) можно выборочно заряжать энергией, чтобы обрабатывать различные объемы образца и/или влиять на характеристики магнитного поля, генерируемого магнитным узлом 205.

[0079] Например, магнитный узел 205 может содержать множество магнитных конструкций. Каждая из магнитных конструкций содержит горизонтальный или по существу горизонтальный слой электромагнитов, расположенных в плоскости, перпендикулярной или по существу перпендикулярной вертикальной оси контейнера 220. Как указано числом магнитных конструкций, иллюстративный магнитный узел 205 может содержать ряд разнесенных по вертикали слоев магнитных конструкций, включая 2 магнитные конструкции, 3 магнитные конструкции, 4 магнитные конструкции, 5 магнитных конструкций, 10 магнитных конструкций, 20 магнитных конструкций или больше. Кроме того, будет понятно, что, хотя четыре электромагнита 210a-d изображены как связанные с каждой магнитной системой 210 на ФИГ. 2, идеи настоящего изобретения не ограничены таким образом, поскольку можно использовать любое число электромагнитов, способных функционировать согласно различным аспектам идей заявителя, как дополнительно описано в данном документе. Кроме того, магнитные конструкции каждого слоя не обязательно идентичны. Например, хотя электромагниты слоя в магнитных конструкциях могут быть расположены так, что их центральная линия проходит в направлении контейнера 220, в некоторых аспектах электромагниты в другом слое могут иметь другую конфигурацию. В качестве примера электромагниты слоя в магнитных конструкциях могут быть ориентированы по существу ортогонально (или под другим ненулевым углом) относительно плоскости, содержащей центральную линию электромагнитов.

[0080] Магнитные конструкции могут быть образованы из множества электромагнитов, расположенных вокруг контейнера 220 на одной или более различных высотах по вертикали, причем каждый электромагнит по отдельности управляется для генерирования требуемого переменного магнитного поля (например, осциллирующего магнитного поля, вращающегося магнитного поля) в контейнере 220, эффективного для воздействия на ферримагнитные частицы, расположенные в нем. На основе выборочного приложения электрических сигналов к множеству электромагнитов, окружающих контейнер 220, на ферримагнитные частицы можно воздействовать для обеспечения вращения, кручения, горизонтального движения из стороны в сторону и/или вертикального движения вверх и вниз в жидком образце путем объединенного влияния магнитных полей, генерируемых различными электромагнитами. В качестве примера сигналы, прикладываемые к электромагнитам 210a-d каждой магнитной конструкции 210 (например, в одном горизонтальном слое), могут быть предназначены для генерирования переменных магнитных полей по существу в плоскости x-y, тогда как сигналы, прикладываемые к электромагнитам других магнитных конструкций, могут приводить к переменным магнитным полям, демонстрирующим составляющую в z-направлении или вертикальную составляющую. Таким образом, объединенное влияние множества электромагнитов может обеспечивать магнитное поле в контейнере 220 с различными характеристиками, такими как различные напряженности и/или направленность, чтобы, в качестве неограничивающего примера, быстро и эффективно перемешивать образец и/или захватывать целевые аналиты в образце.

[0081] В некоторых примерах вертикальное положение одной или более магнитных конструкций 210 может быть регулируемым, например, для обработки различных объемов образца и/или для влияния на характеристику магнитного поля, генерируемого магнитным узлом 205. В качестве примера в некоторых аспектах магнитная конструкция 210 может быть регулируемой по вертикали согласно различным аспектам идей заявителя в зависимости, например, от объема образца в контейнере 220. Будет понятно, например, что положение магнитной конструкции 210 относительно ферримагнитных частиц и/или других магнитных конструкций может влиять на местоположение, напряженность, интенсивность, направление или другие характеристики магнитного поля, генерируемого магнитным узлом 205 в контейнере 220. Таким образом, магнитную конструкцию 210 можно перемещать на различные значения высоты для оптимальной обработки жидкостей различных объемов и/или для изменения характеристик магнитного поля, генерируемого в контейнере 220. Хотя в данном описании выше предусмотрено перемещение одной магнитной конструкции относительно другой магнитной конструкции магнитного узла 205, будет понятно, что любое количество слоев магнитных конструкций 210 можно перемещать путем элемента позиционирования (не показан), который выполнен с возможностью регулирования положения одного или более электромагнитов 210a-d или одной или более магнитных конструкций 210 друг относительно друга и/или для регулирования положения всего магнитного узла 205 относительно контейнера 220. Неограничивающие примеры элементов позиционирования могут включать поворотные приводы, линейные приводы, серводвигатели, электромоторы или т.п. В некоторых примерах объем образца в контейнере 220 можно измерять с помощью измерительного устройства (не показано), так что элемент позиционирования может автоматически регулировать положение одного или более электромагнитов 210a-d и/или магнитных конструкций 210 на основе измеренного объема образца в контейнере 220 и/или требований протокола обработки образца. В некоторых примерах элемент позиционирования может быть выполнен с возможностью регулирования положения одного или более электромагнитов 210a-d и/или магнитных конструкций 210 на основе вводимых пользователем данных, вводимых вручную данных, протокола обработки образца и/или заранее заданного объема.

[0082] Каждый электромагнит в магнитном узле может генерировать переменное магнитное поле, когда электрический ток, проходящий через соленоид каждого электромагнита, является переменным током. Поскольку ток изменяет направление через катушку соленоида, величина и/или направление получаемого в результате магнитного поля может изменяться. В некоторых примерах каждый электромагнит 210a-d магнитной конструкции 210 может принимать переменный ток, который сдвинут по фазе на заранее определенную величину по сравнению с переменным током, который принимают другие электромагниты магнитной конструкции 210. Таким образом, каждый электромагнит может генерировать переменное магнитное поле. Наложение каждого из генерируемых переменных магнитных полей в контейнере может обеспечивать вращающееся магнитное поле.

C. Управляющий компонент

[0083] Согласно различным аспектам идей заявителя управляющий компонент может быть соединен с магнитным узлом для управления переменным магнитным полем. Управляющий компонент может быть выполнен с возможностью избирательного приведения в действие электромагнитов магнитного узла посредством приложения одного или более радиочастотных (RF) сигналов, сигналов постоянного тока (DC), сигналов переменного тока (AC) или т.п. В качестве неограничивающего примера в некоторых аспектах управляющий компонент может быть выполнен с возможностью управления магнитным полем, генерируемым каждым из множества электромагнитов, путем приложения сигнала прямоугольной формы (тока) к каждому из множества электромагнитов. Например, сигнал прямоугольной формы может демонстрировать частоту в диапазоне от приблизительно 0,5 Гц до приблизительно 300 Гц или от приблизительно 200 Гц до приблизительно 300 Гц. Альтернативно, в некоторых аспектах управляющий компонент может быть выполнен с возможностью управлять магнитным полем, генерируемым каждым из множества электромагнитов, с помощью сигналов переменного тока, прикладываемых к множеству электромагнитов, демонстрирующих различные задержки по фазе относительно друг друга, чтобы влиять на требуемое перемещение ферримагнитных частиц в образце. Каждый электромагнит может генерировать переменное магнитное поле. Например, сигнал переменного тока, приложенный к электромагниту, может вызывать генерирование осциллирующего магнитного поля или вращающегося магнитного поля. Управляющий компонент может быть выполнен с возможностью регулирования интенсивности магнитного поля.

[0084] В некоторых примерах с помощью управляющего компонента частота может быть настроена относительно чувствительности ферримагнитной частицы. Например, медленно движущиеся ферримагнитные частицы могут требовать более низкую частоту, чтобы они имели больше времени для перемещения к магниту, тогда как быстро движущиеся ферримагнитные частицы требуют более высокой частоты, чтобы они не сразу же перемещались к стенкам контейнера. Величина скорости частиц может зависеть от нескольких переменных, например, магнитной чувствительности материала ядра, процентного содержания магнитного материала в ядре, размера частиц и вязкости жидкости (помимо других переменных). В качестве примера ферримагнитные частицы с размерами от приблизительно 1 мкм до приблизительно 2 мкм можно подвергать воздействию магнитных полей, настроенных на частоту, составляющую приблизительно 200 Гц. В некоторых примерах можно использовать значительно более высокие частоты, чтобы вызвать вибрацию шариков, а не их перемешивание по кругу, что можно использовать для фрагментирования ДНК.

[0085] В некоторых примерах управляющий компонент может быть выполнен с возможностью управления магнитным полем, генерируемым каждым из множества электромагнитов, путем приложения сигнала прямоугольной формы или синусоидальной формы к каждому из множества электромагнитов. Сигнал как прямоугольной формы, так и синусоидальной формы может вызывать аналогичные эффекты в ферримагнитных частицах, однако, различные формы сигналов имеют различные значения потребления уровней мощности в устройстве. Это может быть пригодно при минимизации выработки тепла и потребления электроэнергии устройством.

[0086] Управляющий компонент может быть выполнен с возможностью побуждать электромагниты генерировать магнитное поле определенной интенсивности. Как описано в данном документе, диапазон интенсивности поля может быть таким же диапазоном, что и у любого электромагнита, при условии, что он способен обеспечивать перемещение частиц. В одном примере магнитное поле имеет интенсивность от приблизительно 10 мТл до приблизительно 100 мТл или от приблизительно 20 мТл до приблизительно 80 мТл, или от приблизительно 30 мТл до приблизительно 50 мТл. В некоторых примерах можно использовать более мощные электромагниты для перемешивания намного менее чувствительных микрочастиц. Однако из-за потребления мощности и необходимости установки рядом с небольшими пробирками и микротитровальными планшетами более мощные электромагниты нецелесообразны при определенных обстоятельствах. Поле может быть сфокусировано в образце, насколько это возможно. Также электромагниты могут находиться настолько близко к образцу, насколько это возможно, поскольку напряженность магнитного поля снижается пропорционально квадрату расстояния. В еще одних примерах управляющий компонент может быть выполнен с возможностью генерирования магнитного поля интенсивностью от приблизительно 15 мТл для сильно чувствительных ферримагнитных частиц до приблизительно 90 мТл в течение короткого времени для встряхивания ферримагнитных частиц. Интенсивность магнитного поля может находиться в диапазоне от 25 мТл до 40 мТл.

[0087] Иллюстративный управляющий компонент может представлять собой усилитель класса D, который использует широтно-импульсную модуляцию для управления напряжением на уровне 22 кГц для создания синусоидального тока 300 Гц. В некоторых примерах можно использовать другие подходящие типы усилителей, способных создавать соответствующую форму сигнала тока. Усилитель класса D может работать наилучшим образом и создавать наименьшее количество акустического шума при использовании синусоидальных токов, а не токов с квадратной формой и токов с треугольной формой.

[0088] В некоторых примерах управляющий компонент может генерировать токи в электромагнитах, так что электромагнит имеет собственную индуктивность от приблизительно 10 мГн до приблизительно 50 мГн. В других примерах электромагнит может иметь собственную индуктивность от приблизительно 2 мГн до приблизительно 15 мГн.

[0089] В некоторых аспектах сигналы постоянного тока могут быть эффективными для обособления электромагнитов (например, оттягивания ферримагнитных частиц к одной стороне и/или вертикальному уровню контейнера), так что, в качестве неограничивающего примера, образец или часть образца может быть извлечена из контейнера без удаления ферримагнитных частиц.

[0090] В некоторых аспектах упомянутая по меньшей мере одна форма сигнала переменного тока, приложенная к каждому из множества электромагнитов, может демонстрировать задержку по фазе относительно сигналов другого множества электромагнитов. Например, задержка по фазе может представлять собой задержку по фазе на 30°, задержку по фазе на 60°, задержку по фазе на 90°, задержку по фазе на 120°, задержку по фазе на 150°, задержку по фазе на 180°, задержку по фазе на 210°, задержку по фазе на 240°, задержку по фазе на 270°, задержку по фазе на 300°, задержку по фазе на 330°, задержку по фазе на 360° и любым значением или диапазоном между любыми двумя из этих значений (включая конечные точки). В одном аспекте, например, сигнал управления, приложенный к четырем электромагнитам в каждой магнитной конструкции (например, в каждом горизонтальном слое), может содержать сигнал переменного тока, демонстрирующий сдвиг на ± 90° относительно соседних электромагнитов в этом слое, и/или сигнал управления, приложенный к четырем электромагнитам в каждой магнитной конструкции, может содержать сигнал переменного тока, демонстрирующий сдвиг на ± 90° относительно его соседнего по вертикали электромагнита в другой магнитной конструкции (например, в другом горизонтальном слое). В некоторых примерах переменное магнитное поле, генерируемое магнитным узлом, может представлять собой вращающееся магнитное поле. Сигнал переменного тока, приложенный к каждому из множества электромагнитов, имеющий задержку по фазе, может вызывать образование вращающегося магнитного поля. В некоторых примерах вращающееся магнитное поле может представлять собой магнитное поле, которое имеет движущиеся полярности, в котором его противоположные полюса вращаются вокруг центральной точки или оси. Специалистам в данной области будет понятно, что формы сигналов переменного тока не обязательно должны быть центрированы относительно 0 A.

[0091] На ФИГ. 3 показана иллюстративная плотность энергии магнитного поля между соседними электромагнитами. График включает плотность энергии магнитного поля между 210a и 210c, 210c и 210d, 210d и 210b, а также 210b и 210a. По оси x графика приведены радианы, тогда как по оси y приведена плотность энергии магнитного поля в мТл. Сигнал переменного тока, приложенный к каждому из множества электромагнитов управляющим компонентом, описанным в данном документе, может создавать переменные магнитные поля. В данном примере плотность энергии магнитного поля между 210a и 210c может составлять 25 мТл при 0 радиан. Плотность энергии магнитного поля между этими двумя электромагнитами колеблется в виде синусоидальной волны, как показано на ФИГ. 3. Плотность энергии магнитного поля может колебаться между каждыми из соседних электромагнитов.

[0092] Снова со ссылкой на ФИГ. 2 иллюстративная система 200 обработки образца дополнительно содержит управляющий компонент 230, функционально соединенный с магнитным узлом 205 и выполненный с возможностью управления переменными магнитными полями (например, осциллирующими магнитными полями, вращающимися магнитными полями), генерируемыми множеством электромагнитов 210a-d. В различных аспектах управляющий компонент 230 может быть выполнен с возможностью управления одним или более источниками питания (не показаны), выполненными с возможностью подачи электрического сигнала на множество электромагнитов 210a-d.

[0093] В некоторых примерах управляющий компонент 230 может работать, регулируя магнитное поле, генерируемое каждым из электромагнитов 210a-d, путем управления амплитудой, частотой и направлением электрического тока, проходящего через соленоид каждого из электромагнитов 210a-d. В некоторых примерах электрический сигнал может быть в виде радиочастотных (RF) сигналов, постоянного тока, переменного тока (например, прямоугольной формы сигнала) или т.п. Конечно, будет понятно, что в данном документе рассматривается любой тип электрического тока, способного функционировать согласно различным аспектам идей заявителя для способствования перемешиванию жидкого образца. В качестве примера к одному или более электромагнитам тока может дополнительно или альтернативно прикладываться сигнал постоянного, чтобы притянуть магнитные частицы к одной или более сторонам контейнера (и из объема жидкости) с тем, чтобы, в качестве неограничивающего примера, помочь в переносе жидкости из контейнера после стадии перемешивания и/или предотвратить удаление магнитных частиц.

[0094] В различных аспектах каждый электромагнит 210a-d в магнитной конструкции 210 может отдельно контролироваться и приводиться в действие управляющим компонентом 230. Например, управляющий компонент 230 может подавать RF-сигналы или электрические сигналы переменного тока с различными фазами на каждый из одного или более электромагнитов, так что один или более из электромагнитов генерируют различное магнитное поле относительно других электромагнитов. Множество электромагнитов 210a-d может располагаться в различных местах относительно контейнера 220, таким образом ориентация магнитного поля, генерируемого каждым электромагнитом, может отличаться, даже когда к ним прикладывается одинаковый электрический сигнал. Например, поскольку пары электромагнитов могут быть расположены на противоположных сторонах контейнера, магнитное поле, создаваемое электродом в каждой паре, может быть ориентировано в одинаковом направлении.

[0095] Таким образом, магнитное поле, генерируемое магнитным узлом 205 в контейнере 220, может быстро и эффективно регулироваться для управления перемещением ферримагнитных частиц в образце. В некоторых примерах электрические сигналы и их характеристики (например, сдвиги по фазе, частота, амплитуда) можно применять к различным электромагнитам согласно протоколу обработки образца. С учетом идей настоящего изобретения будет понятно, что магнитный узел 205 можно использовать для управления ферримагнитными частицами в образце в различных процессах, включая, но без ограничения этим, анализы белков, дериватизацию образца (например, дериватизация стероидов, дериватизация образца для газовой хроматографии и т.п.) и/или очистку и обессоливание образца. После этой обработки обработанные образцы (например, жидкости (текучие среды)) можно поставлять в различное аналитическое оборудование (не показано), такое как масс-спектрометр (MS) или любой другой подходящий анализатор, описанный в данном документе, для анализа.

[0096] В различных аспектах управляющий компонент может представлять собой любой тип устройства и/или электрического компонента, способный приводить в действие электромагнит. Например, в некоторых аспектах управляющий компонент может содержать или быть соединен с логическим устройством (не показано) и/или запоминающим устройством, такими как вычислительное устройство, выполненное с возможностью выполнения приложения, выполненного с возможностью обеспечения команд для управления электромагнитами магнитной(магнитных) системы(систем) 145. В некоторых примерах приложение может обеспечивать команды на основе вводимых оператором данных и/или обратной связи от системы 200 обработки образца. В некоторых примерах приложение может включать и/или запоминающее устройство может быть выполнено с возможностью хранения одного или более протоколов обработки образца для выполнения управляющим компонентом.

[0097] В различных связанных аспектах система обработки образца может включать по меньшей мере одно запоминающее устройство, функционально связанное с контроллером, выполненным, например, с возможностью хранения по меньшей мере одного протокола обработки образца для выполнения контроллером. В некоторых аспектах система может быть выполнена с возможностью обработки по меньшей мере одной жидкости путем ее перемешивания. В некоторых аспектах система может быть выполнена с возможностью обработки по меньшей мере одной жидкости путем выполнения разделения жидкости для захвата по меньшей мере одного целевого аналита в по меньшей мере одной жидкости.

[0098] В некоторых примерах управляющий компонент может быть выполнен с возможностью выполнения размагничивания. Размагничивание представляет собой процесс снижения и/или устранения остаточного магнитного поля. Управляющий компонент может быть выполнен с возможностью выполнения умеренного размагничивания для дополнительного снижения величины остаточной намагниченности в ферримагнитных частицах.

D. Компонент для сбора

[0099] В некоторых примерах компонент для сбора может располагаться по периферии контейнера. Компонент для сбора может быть способным собирать ферримагнитные частицы в контейнере, с обеспечением тем самым отделения ферримагнитных частиц от образца.

[00100] Компонент для сбора может предусматривать магнит. Например, компонент для сбора может предусматривать магнит, содержащий ферромагнитный материал. В некоторых примерах компонент для сбора может подводиться к периферии контейнера после перемешивания ферримагнитных частиц в образце.

[00101] В некоторых примерах компонент для сбора может представлять собой электромагнит. Электромагнит может быть функционально связан с управляющим компонентом, при этом управляющий компонент способен управлять электромагнитом. Электромагнит может принимать электрический сигнал постоянного тока от управляющего компонента с обеспечением тем самым генерирования статического магнитного поля. Ферримагнитными частицами можно манипулировать, перемещая конкретную область в контейнере под действием приложенного статического магнитного поля.

[00102] В других примерах компонент для сбора может представлять собой магнитный узел. Например, один или более электромагнитов магнитной конструкции могут принимать электрический сигнал постоянного тока от управляющего компонента с обеспечением тем самым генерирования статического магнитного поля. Ферримагнитными частицами можно манипулировать, перемещая конкретную область в контейнере под действием приложенного статического магнитного поля.

E. Анализатор

[00103] Система обработки образца может также содержать анализатор. В некоторых примерах анализатор может быть расположен рядом с магнитным узлом. В других примерах анализатор может быть функционально связан с контейнером. Специалистам в данной области будет понятно, что можно использовать любой подходящий анализатор для анализа аналита или образца. Анализатор может включать любой подходящий прибор, который способен анализировать образец, такой как биологический образец. Примеры анализаторов включают масс-спектрометры, иммуноанализаторы, гематологические анализаторы, микробиологические анализаторы и/или анализаторы для молекулярной биологии. В заявке PCT № PCT/US2018/033927 раскрыта встроенная система обработки образца с возможностью множественного детектирования, и, таким образом, она включена посредством ссылки в данный документ во всей ее полноте.

[00104] В некоторых примерах анализатор может представлять собой иммуноанализатор, используемый для детектирования метки (хемилюминесцентной, электрохемилюминесцентной, флуоресцентной, радиоактивного изотопа, ДНК и т.п.) или в котором используется система без меток. Другие типы анализаторов могут включать гематологические анализаторы, микробиологические анализаторы, анализаторы химического состава, анализаторы мочи, биохимические анализаторы и/или анализаторы для молекулярной биологии. При анализе биологического образца один или более из этих типов анализаторов в любой подходящей комбинации можно использовать для анализа биологического образца.

[00105] Гематологический анализатор можно использовать для выполнения общего анализа крови, определения скорости оседания эритроцитов (СОЭ) и/или анализа свертываемости крови. В автоматических устройствах для подсчета клеток отбирается кровь и определяются количественно, классифицируются и описываются популяции клеток с помощью как электрических, так и оптических методик.

[00106] Микробиологический анализатор может работать как средство диагностики для определения идентичности биологического организма. В некоторых примерах микробиологический анализатор может определять инфицирующий микроорганизм. Такие анализаторы могут использовать биохимические вещества во множестве небольших тестовых микролунок для образца в центробежных роторах, которые содержат различные субстраты, или в многолуночных планшетах в зависимости от типа проводимого теста.

[00107] Анализатор для молекулярной биологии может представлять собой устройство, которое может анализировать биологический образец на его молекулярном уровне. Пример анализатора для молекулярной биологии может включать анализатор нуклеиновых кислот, такой как ДНК-анализатор.

[00108] Анализатор химического состава может проводить анализы на клинических образцах, таких как сыворотка крови, плазма крови, моча и спинномозговая жидкость, детектируя присутствие аналитов, относящихся к заболеванию, или наркотических веществ. В анализаторе химического состава может использоваться фотометрия. При фотометрии образец смешивается с соответствующим реагентом для обеспечения протекания реакции, которая приводит к изменению цвета. Концентрация аналита определяет насыщенность получаемого цвета. Фотометр испускает свет соответствующей длины волны на образец и измеряет количество поглощенного света, что непосредственно коррелирует с концентрацией аналита в образце. Другой аналитический метод, используемый в анализаторе химического состава, представляет собой использование ион-селективных электродов (ISE) для измерения ионов, таких как Na⁺, K⁺, C1^- и Li⁺. ISE является датчиком, который определяет концентрацию ионов в растворе путем измерения протекающего тока через ионоселективную мембрану.

[00109] «Масс-спектрометр» представляет собой прибор, который может измерять массы и относительные концентрации атомов и молекул. В одном примере масс-спектрометра прикладывается основная магнитная сила к движущейся заряженной частице. В общем, прибор ионизирует образец, а затем отклоняет ионы в магнитном поле на основе отношения массы к заряду иона. Масс-спектр можно затем использовать для определения элементного или изотопного состава образца, масс частиц и молекул и объяснения химических структур молекул, таких как пептиды и другие химические соединения. Коммерчески доступные масс-спектрометры можно подразделять на основе того, как они осуществляют сортировку по массе, включая пролетное время, квадрупольную MS, ионные ловушки (включая 3D-квадруполь, цилиндрические ионные ловушки, линейные квадрупольные ионные ловушки, орбитальные ловушки), ионный циклотронный резонанс с Фурье-преобразованием (FTMS) и т.п. Альтернативно их можно подразделять на основе источника ионов (лазерная десорбция, матрично-активированная лазерная десорбция, термическая ионизация, плазма, искровой источник и т.п.) или детекторов (электронные умножители (такие как цилиндр Фарадея и детекторы ион-фотон), индуктивные детекторы и т.п.). В одном примере масс-спектрометр может представлять собой трехквадрупольный масс-спектрометр.

III. СПОСОБ

[00110] Способ обработки образца можно осуществлять с применением ферримагнитных частиц по данному раскрытию. Способы по данному раскрытию включают обеспечение контейнера, содержащего ферримагнитные частицы и образец. Контейнер затем подвергают действию переменного магнитного поля, генерируемого магнитным узлом. Образец затем обрабатывают путем перемещения ферримагнитных частиц в контейнере. В некоторых примерах переменное магнитное поле может представлять собой вращающееся магнитное поле. В других примерах переменное магнитное поле может представлять собой осциллирующее магнитное поле.

[00111] В некоторых примерах, поскольку ферримагнитные частицы перемещаются в контейнере, ферримагнитные частицы могут связываться с клетками, расположенными в образце. После связывания ферримагнитных частиц с клетками, ферримагнитные частицы могут продолжать перемещаться из-за действия переменного магнитного поля, генерируемого магнитным узлом. Таким образом, клетка может перемещаться по всему образцу. В других примерах ферримагнитные частицы могут связываться с клетками для сбора/концентрирования клеток, как описано в данном документе. В еще одних примерах ферримагнитные частицы могут связываться с поверхностными молекулами клеток для идентификации клеток. Ферримагнитные частицы также можно использовать для того, чтобы вытягивать связанные поверхностные молекулы из клеточной мембраны. Аналогичный процесс можно использовать для модификации клеток.

[00112] В других примерах ферримагнитные частицы можно использовать для прокола клеточной мембраны или клеточной стенки с доставкой частиц или реагентов внутрь клетки или ядра (физическая пермеабилизация клеточных мембран, а не обусловленная действием реагентов). Кроме того, ферримагнитные частицы можно использовать для физического разделения на части живых или мертвых клеток или компонентов клеток. Кроме того, ферримагнитные частицы можно использовать для селективного разрушения одного типа клеток относительно другого. В некоторых примерах ферримагнитные частицы можно использовать для разделения на части больших молекул, таких как ДНК/РНК, посредством столкновений между ферримагнитными частицами и большими молекулами. В других примерах ферримагнитные частицы можно использовать для ускорения повторного суспендирования лиофилизированных реагентов или частиц.

[00113] После воздействия на контейнер переменного магнитного поля ферримагнитные частицы можно собирать с помощью компонента для сбора, описанного в данном документе. После того, как ферримагнитные частицы были собраны с помощью компонента для сбора, протокол обработки образца может дополнительно включать элюирование по меньшей мере части образца из контейнера. Часть образца можно элюировать с помощью любого подходящего способа.

[00114] После элюирования части образца можно проводить анализ. Анализ можно проводить с помощью анализатора, описанного выше. В других примерах ферримагнитные частицы можно использовать для ускорения химических реакций, таких как реакции ферментативного расщепления или связывание с белком. Поскольку ферримагнитные частицы перемещаются из-за воздействия переменного магнитного поля, ферримагнитные частицы могут вызывать дополнительное движение в контейнере (например, посредством столкновений с другими частицами в контейнере), таким образом перемешивая образец и вызывая ускорение химической реакции.

[00115] Кроме того, в некоторых примерах образец может содержать неорганические соединения или мелкие объекты. Ферримагнитные частицы могут перемещаться в контейнере под действием переменного магнитного поля, генерируемого магнитным узлом. Ферримагнитные частицы могут связываться с неорганическими соединениями или мелкими объектами в образце. Затем можно проводить дополнительный анализ, описанный в данном документе. В других примерах система обработки образца может использоваться с ферримагнитными частицами, которые могут быть очень чувствительными к магнитному полю и которые можно использовать для перемешивания менее чувствительных или немагнитных частиц или реагентов, находящихся в образце.

[00116] В некоторых примерах ферримагнитные частицы могут представлять собой ферромагнитную жидкость с магнитными свойствами, описанными в данном документе. Система обработки образца может перемешивать ферромагнитную жидкость в образце с применением переменного магнитного поля.

[00117] Множество типов частиц может находиться в контейнере с различными величинами чувствительности к магнитному полю. Например, в контейнере могут находиться две группы ферримагнитных частиц, такие как первая группа ферримагнитных частиц, содержащая ядро из феррита, содержащего MnZn-феррит, а также вторая группа ферримагнитных частиц, содержащая ядро из феррита, содержащего NiZn-феррит. Каждую группу ферримагнитных частиц можно использовать для селективного выделения множества аналитов из одного и того же образца (например, выделять сначала очень восприимчивую связывающую ДНК частицу, а затем медленно восприимчивую связывающую белок частицу). Кроме того, каждую группу ферримагнитных частиц, находящихся в контейнере, можно использовать для любой цели, описанной в данном документе.

[00118] В еще одних примерах ферримагнитные частицы можно помещать в систему непрерывной подачи, описанную в данном документе, обеспечивая непрерывное перемешивание реагентов, текущих через камеру перемешивания.

IV. НАБОР

[00119] Согласно различным аспектам идей настоящего изобретения набор может содержать ферримагнитные частицы и контейнер. Ферримагнитные частицы могут находиться в контейнере. Набор может дополнительно содержать реагенты для требуемых аналитических методов. Реагент может представлять собой любой подходящий реагент (например, осаждающий реагент, промывные буферы, буферы для элюирования и т.п.), который можно использовать при обработке или анализе образца, например, анализе образца на присутствие конкретного аналита, такого как биологическая молекула. В других примерах набор может дополнительно содержать любую часть системы обработки образца, описанной в данном документе.

V. ПРИМЕРЫ

Пример 1. Приготовление шариков для твердофазной обратимой иммобилизации (SPRI) для выделения ДНК

[00120] Систему обработки образца согласно примерам данного раскрытия можно использовать для выделения нуклеиновой кислоты, такой как ДНК, из образца. Данный способ может включать две основные части: фазу приготовления и фазу осуществления процедуры.

[00121] Фаза приготовления начиналась со связывающего буферного раствора для SPRI. Связывающий буферный раствор для SPRI содержал, например, PEG (полиэтиленгликоль) и соль (NaCl). Покрытые карбоксильными группами ферримагнитные частицы, приготовленные как описано в примере 6, повторно суспендировали в связывающем буферном растворе для SPRI. Концентрацию ферримагнитных частиц нормализовали до концентрации стандартного связывающего буфера AmpureXP, поставляемого как часть продукта, доступного под торговым обозначением AMPure XP^TM, доступного от Beckman Coulter, Брея, Калифорния, США.

[00122] После приготовления связывающего буферного раствора для SPRI, готовили свежий 80% раствор этанола. Образец ДНК готовили путем объединения 20 мкм аликвоты маркера длины ДНК в 100 п. н., доступного в каталоге под номером N3231S от New England BioLabs, INC., Ипсвич, Массачусетс, США, с 580 мкл DI воды с получением разбавления 30:1. Затем уровень мощности управляющего компонента задают на 75% и частоту на 200 Гц синусоидальной волны. Планшеты и пробирки выдерживали закрытыми крышкой насколько возможно для снижения изменения из-за испарения.

[00123] После завершения фазы приготовления начиналась фаза осуществления процедуры. В некоторых примерах параллельно нижеописанной процедуре такую же процедуру проводили вручную с помощью стандартного связывающего буфера AmpureXP в качестве контроля. Некоторую часть разбавленной ДНК сохраняли в качестве другого контроля.

[00124] 50 мкл разбавленной ДНК и 90 мкл смеси ферримагнитных частиц (например, связывающего буферного раствора для SPRI) добавляли в пробирку Эппендорфа объемом 0,5 мл (например, контейнер) для селективного осаждения ДНК в образце. Систему обработки образца, описанную в данном документе, использовали для полного перемешивания содержимого пробирки Эппендорфа для обеспечения связывания выпавшей в осадок ДНК с ферримагнитными частицами.

[00125] После перемешивания образца и ферримагнитных частиц образец инкубировали в течение 5 минут, поддерживая ферримагнитные частицы в суспендированном состоянии. Затем магнит (например, электромагниты, описанные в данном документе) использовали для выделения ферримагнитных частиц из раствора до обеспечения прозрачности, обеспечивая удаление надосадочной жидкости.

[00126] Затем 200 мкл этанола добавляли в контейнер. Затем систему обработки образца использовали для полного перемешивания содержимого контейнера, отделения ферримагнитных частиц и удаления любой надосадочной жидкости.

[00127] В контейнер добавляли 50 мкл деионизированной (DI) воды для элюирования ДНК из ферримагнитных частиц. Систему обработки образца использовали для полного перемешивания образца. Образец затем инкубировали в течение 2 минут, поддерживая ферримагнитные частицы в суспендированном состоянии. Затем магнит использовали для отделения до обеспечения прозрачности и переносили раствор после элюирования в новый планшет. После переноса раствора после элюирования в новый планшет концентрацию ДНК в растворе после элюирования измеряли с помощью, например, анализа NanoDrop или PicoGreen. Затем сравнивали концентрацию изначально разбавленной ДНК и концентрацию после выполняемого вручную элюирования с помощью AmpureXP.

[00128] Различные примеры, описывающие способы получения и дополнительного покрытия шариков для SPRI, представлены ниже.

Пример 2. Синтез магнитного ядра: синтез ядра из магнетита (Fe₃O₄)

[00129] Магнитное ядро магнитной частицы приготавливали путем смешивания 2,16 г FeCl₃.6H2O и 64 мл этиленгликоля в химическом стакане объемом 200 мл с получением светло-коричневого раствора без твердых веществ. Добавляли 5,76 г ацетата натрия и 1,6 г полиэтиленгликоля (PEG 400) в раствор, который затем перемешивали в течение 30 минут. Перемешанный раствор переносили в реактор-автоклав объемом 100 мл и нагревали в нем до 180°C в течение 36 часов. Через 36 часов нагревание прекращали и автоклав охлаждали до комнатной температуры. Полученные в результате частицы ядер из магнетита со средним размером около 100 нм собирали с помощью постоянного магнита и затем промывали водой 5 раз.

Пример 3. Инкапсуляция шариков: нанесения покрытия из кремнезема на магнитное ядро

[00130] Инкапсулированное ядро из магнетита приготавливали путем диспергирования 20 г ядра из магнетита размером 100 нм по примеру 2 в 800 мл метанола в химическом стакане объемом 1 л. Смесь обрабатывали ультразвуком в течение 30 минут для обеспечения однородной суспензии. В суспензию добавляли 370 мл 28% гидроксида аммония, которую затем перемешивали в течение 30 минут. После обработки ультразвуком жидкую смесь, содержащую 0,5 мл тетраэтилортосиликата и 4,5 мл метанола, добавляли в суспензию по каплям при дополнительной обработке ультразвуком в течение периода времени 0,5 ч. После обработки ультразвуком химический стакан закрывали и суспензию непрерывно перемешивали в течение 15 ч. После перемешивания инкапсулированные шарики захватывали с помощью постоянного магнита. Инкапсулированные шарики затем промывали 5 раз водой. Шарики затем высушивали в печи при 80°C в течение 24 ч.

Пример 4. Функционализация поверхности: карбоксилирование магнитного ядра с покрытием на основе кремнезема

[00131] Магнитное ядро с карбоксилированным покрытием на основе кремнезема приготавливали путем диспергирования 4 г частиц ядер из магнетита с покрытием на основе кремнезема, приготовленного согласно примеру 3, диспергированных в 150 мл толуола, в колбе объемом 500 мл при перемешивании. В колбу при перемешивании добавляли 20 г (3-триэтоксисилил)пропилянтарного ангидрида. Затем добавляли при перемешивании 0,2 г имидазола с получением однородной суспензии. Суспензию нагревали в колбе с обратным холодильником при приблизительно 114°C при перемешивании в течение 15 ч. После нагревания в колбе с обратным холодильником суспензию охлаждали до комнатной температуры и для сбора твердых веществ из суспензии использовали постоянный магнит. Твердые вещества сначала промывали метанолом один раз, а затем водой 5 раз и переносили в колбу объемом 500 мл. В колбу добавляли при перемешивании 150 мл 0,1 M уксусной кислоты в воде с получением однородной суспензии. Суспензию нагревали до 90°C в течение 15 ч. Суспензию охлаждали до комнатной температуры. Для сбора твердых веществ из суспензии использовали постоянный магнит. Твердые вещества промывали водой 5 раз и высушивали в печи при 60°C в течение 15 ч.

Пример 5. Инкапсуляция шариков: полимерное покрытие на магнитном ядре

[00132] Инкапсулированное покрытое полимером магнитное ядро получали путем диспергирования 4 г ядра из магнетита размером 100 нм, приготовленного согласно примеру 2, в 100 мл воды в колбе объемом 500 мл при перемешивании. В колбу добавляли при перемешивании 10 мл акриловой кислоты вместе с 1 г K₂S₂O₈ с получением однородной суспензии. Суспензию нагревали до 80°C в течение 15 ч при перемешивании. Суспензию затем охлаждали до комнатной температуры. Для сбора твердых веществ из суспензии использовали постоянный магнит. Собранные твердые вещества промывали 5 раз водой и высушивали при 60°C в течение 15 ч.

Пример 6. Инкапсуляция шариков: полимерное покрытие на магнитном ядре

[00133] 0,5 г PMA (чередующегося сополимера простого полиметилвинилового эфира и малеинового ангидрида, молекулярная масса (MW) 260000), 30 г ацетона и 2,0 г ядра размером 100 нм из магнетита приготавливали согласно примеру 2 и добавляли в колбу объемом 250 мл и перемешивали в течение ночи. В колбу добавляли 30 г диоксана. Суспензию в колбе нагревали до 80°C в течение 10 часов. Продукт собирали с применением постоянного магнита и промывали диоксаном один раз и метанолом 3 раза. Промытый твердый продукт переносили в колбу объемом 250 мл и добавляли 85 г воды и 15 г 1 M уксусной кислоты (в воде). Суспензию в колбе нагревали до 80°C в течение 3 часов. Твердый продукт собирали и промывали водой 5 раз. Конечный твердый продукт высушивали в печи при 60°C в течение ночи.

Пример 7. Функционализация поверхности: карбоксилирование магнитного ядра

[00134] 2 г ядер из магнетита размером 100 нм, приготовленных согласно примеру 2, смешивали в колбе с 5 г (3-триэтоксисилил)пропилянтарного ангидрида и 100 мл толуола. Смесь перемешивали с получением однородной суспензии. Суспензию затем нагревали в колбе с обратным холодильником в течение 24 ч при перемешивании. Через 24 ч нагревание прекращали и суспензию охлаждали до комнатной температуры. Продукт затем собирали с применением постоянного магнита. Продукт промывали один раз метанолом, а затем промывали водой 3 раза. Продукт переносили в колбу с 100 мл 0,1 M уксусной кислоты в воде и перемешивали с получением однородной суспензии. Суспензию затем нагревали до 90°C в течение 15 ч при перемешивании. Через 15 ч нагревание прекращали и обеспечивали остывание суспензии до комнатной температуры. Продукт собирали с применением постоянного магнита. Продукт затем промывали водой 3 раза. Продукт затем высушивали в печи при 60°C в течение ночи.

Пример 8. Получение магнитных шариков с иммобилизованным трипсином

[00135] 0,5 г покрытых поли(акриловой кислотой) магнитных шариков, приготовленных согласно примеру 5, смешивали в колбе с 20 мл 0,1 M натрий-фосфатным буфером (pH 7,5) и 50 мг обработанного тозилфенилаланилхлорметилкетоном (TPCK) трипсина. Смесь перемешивали для приготовления однородной суспензии. В суспензию добавляли 200 мг мето-п-толуолсульфоната 1-циклогексил-3-(2-морфолиноэтил)карбодиимида. Суспензию выдерживали при 4°C в течение 24 ч при перемешивании. Продукт собирали с применением постоянного магнита и промывали водой 5 раз. Продукт затем повторно диспергировали в 50 мM уксусной кислоте в воде и хранили при 4°C.

Пример 9. Выделение нуклеиновых кислот

[00136] Систему обработки образца согласно примерам данного раскрытия можно использовать для измерения концентрации ДНК в растворе после элюирования. Данный способ включал две основные части: фазу приготовления и фазу осуществления процедуры.

[00137] Фаза приготовления начиналась со связывающего буферного раствора для SPRI (отображения поверхностного плазмонного резонанса). Связывающий буферный раствор для SPRI содержал, например, PEG (полиэтиленгликоль) и соль (NaCl). Покрытые карбоксильными группами магнитные частицы, приготовленные согласно примеру 6, затем повторно суспендировали в связывающем буферном растворе для SPRI. Концентрацию ферромагнитных частиц нормализовали до концентрации стандартного связывающего буфера AmpureXP, поставляемого как часть продукта, доступного под торговым обозначением AMPure XP^TM, доступного от Beckman Coulter, Брея, Калифорния, США.

[00138] После приготовления связывающего буферного раствора для SPRI, готовили свежий 80% раствор этанола. Затем образец ДНК готовили путем объединения 20 мкм аликвоты маркера длины ДНК в 100 п. н., доступного в каталоге под номером N3231S от New England BioLabs, INC., Ипсвич, Массачусетс, США, с 580 мкл DI воды с получением разбавления 30:1. Затем уровень мощности управляющего компонента задавали на 100% и частоту на 50 Гц синусоидальной волны. Планшеты и пробирки выдерживали закрытыми крышкой насколько возможно для снижения изменения из-за испарения.

[00139] После завершения фазы приготовления начиналась фаза осуществления процедуры. В некоторых примерах параллельно нижеописанной процедуре такую же процедуру проводили вручную с помощью стандартного связывающего буфера AmpureXP в качестве контроля. Некоторую часть разбавленной ДНК сохраняли в качестве другого контроля.

[00140] 50 мкл разбавленной ДНК и 90 мкл смеси ферримагнитных частиц (например, связывающего буферного раствора для SPRI) добавляли в емкость объемом 0,5 мл для полимеразной цепной реакции (ПЦР) (например, контейнер) для селективного осаждения ДНК в образце. Систему обработки образца, описанную в данном документе, использовали для полного перемешивания содержимого контейнера для обеспечения связывания выпавшей в осадок ДНК с магнитными частицами.

[00141] После перемешивания образца и ферримагнитных частиц образец инкубировали в течение 5 минут, поддерживая ферримагнитные частицы в суспендированном состоянии. Затем магнит (например, электромагниты, описанные в данном документе) использовали для выделения ферримагнитных частиц из раствора до обеспечения прозрачности, чтобы обеспечить удаление надосадочной жидкости.

[00142] В контейнер добавляли 200 мкл 80% этанола. Затем систему обработки образца использовали для отделения ферримагнитных частиц и удаления надосадочной жидкости.

[00143] В контейнер добавляли 50 мкл деионизированной (DI) воды для элюирования ДНК из магнитных частиц. Систему обработки образца использовали для полного перемешивания образца. Образец затем инкубировали в течение 2 минут, поддерживая ферримагнитные частицы в суспендированном состоянии. Затем магнит использовали для отделения до обеспечения прозрачности и переносили раствор после элюирования в новый планшет. После переноса раствора после элюирования в новый планшет концентрацию ДНК в растворе после элюирования измеряли с помощью, например, анализа NanoDrop или PicoGreen. Затем сравнивали концентрацию изначально разбавленной ДНК и концентрацию после выполняемого вручную элюирования с помощью AmpureXP.

[00144] Количество выделенной ДНК показано на ФИГ. 4A для магнитного шарика в смесителе. Для сравнения на ФИГ. 4B показано количество выделенной ДНК с помощью магнитного шарика с применением соответствующей процедуры, но без перемешивания. В качестве дополнительного примера на ФИГ. 4C показано количество ДНК, которые было выделено с применением процедуры перемешивания вручную с контрольным шариком. Контрольный шарик представлял собой парамагнитный шарик, разработанный как сравнительный шарик 1, ниже. На ФИГ. 4D показаны исходные уровни ДНК в каждом примере.

Пример 10. Расщепление трипсином

[00145] Магнитные шарики использовали для расщепления трипсином согласно следующей процедуре. Исходный фосфатно-буферный солевой раствор (PBS), доступный под торговым обозначением 10X PBS^TM, доступный от Invitrogen, Карлсбад, Калифорния, США, разбавляли в 10 раз. Готовили 5 мг/мл раствора белка цитохрома C в PBS. 0,122 мл PBS, 0,125 мл 5 мг/мл раствора белка цитохрома C помещали в сосуд объемом 1,5 мл. Магнитные шарики с иммобилизованным трипсином, полученные согласно примеру 7, промывали водой 3 раза. Воду удаляли с получением гранулы с шариками. 0,01 мл (объем гранулы) шариков с иммобилизованным трипсином добавляли в сосуд объемом 1,5 мл. Сосуд устанавливали на магнитной мешалке и перемешивали в течение 20 минут при 150 Гц и 80 мТл для проведения расщепления трипсином. Расщепление прекращали после перемешивания путем добавления 0,0278 мл 1% муравьиной кислоты. 0,1 мл раствора отбирали для анализа с помощью HPLC. Результаты анализа с помощью HPLC показаны на ФИГ. 5, на которой показаны продукты расщепления. Условия HPLC были следующими.

Подвижная фаза: A - 0,1% TFA/FA в воде; B - 0,1% TFA/FA в ACN.

Градиент: 0-0,5 мин. 1% B, 1-50% B в течение 30,5 мин., 50% B в течение 5 мин., 3 мин. очистки при 95% B, 5 мин. повторного уравн. при 1% B.

Расход: 0,3 мл/мин.

Температура: 40°C.

УФ-детектор: 214 нм.

Объем вводимой пробы: 2 мкл.

Пример 11. Определение характеристик в отношении пригодности магнитных шариков

[00146] Различные магнитные шарики исследовали на их способность быть 1) чувствительными к магнитному полю в достаточной мере для перемешивания в воде, 2) чувствительными к магнитному полю в достаточной мере, чтобы быть способными перемешиваться в растворе из полиэтиленгликоля, хлорида натрия, воды, 3) на их способность не образовывать комки под действием магнитных сил, 4) на их способность быть покрытыми карбоксильными группами, 5) на их способность обеспечивать выделение нуклеиновой кислоты и 6) на их способность обеспечивать выделение нуклеиновой кислоты с достаточным выходом.

[00147] Для оценки свойств 1-3 5 мкл раствора различных шариков добавляли к 140 мкл воды или раствора из полиэтиленгликоля, хлорида натрия, воды и в лунку. Для определения, были ли они в достаточной мере чувствительными к магнитному полю для перемешивания, шарики опускали на дно лунки с помощью магнитного поля, а затем перемешивали с помощью электромагнитного смесителя. Если частицы оказывались полностью диспергированными до поверхности жидкости, определяли, что частицы были достаточно чувствительными для перемешивания, как показано в таблице 2 с помощью надписи «да», если они не перемешивались в растворе, частицы определяли как нечувствительные к магнитному полю в достаточной мере для перемешивания, что указано в таблице 2 с помощью надписи «нет». Если при электромагнитном перемешивании магнитные частицы не агрегировали с образованием комков частиц, частицы считались такими, которые не образуют комки, что показано в таблице 2 с помощью надписи «да», если комки присутствовали при перемешивании, частицы считались такими, которые образуют комки, что показано в таблице 2 с помощью надписи «нет». Для определения, могут ли быть шарики покрытыми карбоксильными группами как в 4), шарики подвергали процедуре по существу в соответствии с примером 4, шарики, которые могут быть покрытыми карбоксильными группами, указывали таким образом в таблице 2 с помощью надписи «да», шарики, которые не могут быть покрытыми карбоксильными группами, указывали таким образом в таблице 2 с помощью надписи «нет».

[00148] Для определения, можно ли использовать шарики для выделения ДНК как в 5), 50 мкл образца ДНК добавляли в лунку и перемешивали с шариками. Шарики, которые обеспечивали выделение ДНК, указывали таким образом в таблице 2 с помощью надписи «да», шарики, которые не обеспечивали выделение ДНК, указывали таким образом в таблице 2 с помощью надписи «нет». Для определения, можно ли использовать шарики для выделения ДНК с достижением достаточного выхода, составляющего от 60% до 90% исходного ДНК в 6), рассчитывали выход, и если он был достаточным, указывали в таблице 2 с помощью надписи «да», шарики, которые не обеспечивают выделение ДНК с достижением достаточного выхода, указывали таким образом в таблице 2 с помощью надписи «нет».

[00149] В таблице 1 представлен перечень различных шариков, указанные выше свойства которых изучали. Данные показывают, что только шарики, полученные согласно настоящему раскрытию, обеспечили каждый необходимый аспект настоящего раскрытия. Шарики, которые отличаются по строению или магнитным свойствам, доказали непригодность для использования в смесителе, поскольку шарики не имеют какое-либо из свойств 1-6 или их комбинации. Шарики, исследованные в качестве сравнительных примеров, включают шарики, полученные General Electric, Chemicell, Bangs Laboratories, Pelitex, Spherotech, Creative Diagnostics, Lumigen, Perfinity, Ocean NanoTech, Cospheric и BioChain. Из большого количества исследованных ни один не обеспечил необходимые аспекты 1-6. Для иллюстрации этого вопроса образец этих шариков, обозначенных в таблице 1 и таблице 2 как сравнительные шарики, сравнивают с магнитным шариком по настоящему раскрытию.

Таблица 1. Магнитные шарики

Обозначение шарика в таблице 2 Описание шарика Сравнительный шарик 1 SpeedBead^TM, доступный от General Electric, Бостон, Массачусетс, США Сравнительный шарик 2 BioMagPlus COOH^TM, доступный от Bangs Laboratories, INC, Фишерс, Индиана, САШ Сравнительный шарик 3 ProMag 1 COOH^TM, доступный от Bangs Laboratories, INC, Фишерс, Индиана, США Сравнительный шарик 4 Флуоресцентный ферромагнитный шарик размером 4,4 мкм, доступный от Spherotech INC, Лейк-Форест, Иллинойс, США Сравнительный шарик 5 Ферромагнитный шарик размером 2,0 мкм, доступный от Spherotech INC, Лейк-Форест, Иллинойс, США Сравнительный шарик 6 Шарик размером 2 мкм, обозначенный как WHM-S001^TM, доступный от Creative Diagnostics, Нью-Йорк, штат Нью-Йорк, США Сравнительный шарик 7 Шарик размером 4 мкм, обозначенный как WHM-S002^TM, доступный от Creative Diagnostics, Нью-Йорк, штат Нью-Йорк, США Шарик 1 Шарик, приготовленный согласно примеру 7

Таблица 2. Свойства магнитных шариков

Сравнительный шарик 1 Сравнительный шарик 2 Сравнительный шарик 3 Сравнительный шарик 4 Сравнительный шарик 5 Сравнительный шарик 6 Сравнительный шарик 7 Шарик 1 Чувствительный к магнитному полю в достаточной мере для перемешивания (1) Нет Нет Нет Нет Нет Да Да Да Чувствительный к магнитному полю в достаточной мере для хорошего перемешивания в буферах PEG+NaCl, воде, 80% этаноле (2) Нет Н/о Н/о Н/о Нет Нет Нет Да Без образования комков под действием магнитного поля (3) Да Н/о Н/о Н/о Да Да Да Да Способен к нанесению покрытия карбоксильными группами (4) Да Да Да Нет Да Да Да Да Способен обеспечивать выделение нуклеиновой кислоты (5) Да Да Да Да Да Н/о Н/о Да Способен обеспечивать выделение нуклеиновой кислоты с достаточным выходом (6) Да Н/о Нет Нет Нет Н/о Н/о Да

Вышеуказанные описания являются иллюстративными, а не ограничивающими. Многие варианты данного раскрытия станут очевидными специалистам в данной области техники при рассмотрении раскрытия. Объем настоящего изобретения будет, таким образом, определяться без ссылки на вышеуказанное описание, а вместо этого должен определяться со ссылкой на приложенные пункты формулы изобретения вместе с их полным объемом или эквивалентами.

[00150] Один или более признаков из любого примера можно объединять с одним или более признаками любого другого примера без отклонения от объема данного раскрытия.

[00151] Подразумевается, что указание термина в форме единственного означает «один или более», если конкретно не указано обратное.

[00152] Все патенты, патентные заявки, публикации и описания, упомянутые выше, включены в данный документ посредством ссылки во всей их полноте.

Дополнительные аспекты

[00153] Представлены следующие иллюстративные аспекты, нумерация которых не должна рассматриваться как обозначающая уровень важности.

[00154] В аспекте 1 предусмотрена система обработки образца, содержащая:

контейнер, выполненный с возможностью приема образца для обработки;

ферримагнитные частицы, расположенные в контейнере;

магнитный узел, расположенный по периферии контейнера для создания переменного магнитного поля в контейнере, обеспечивающего тем самым перемещение ферримагнитных частиц в контейнере; и

управляющий компонент, соединенный с магнитным узлом для управления переменным магнитным полем.

[00155] В аспекте 2 предусмотрена система обработки образца согласно аспекту 1, в которой ферримагнитные частицы содержат ядро из феррита.

[00156] В аспекте 3 предусмотрена система обработки образца по аспекту 2, в которой ядро из феррита содержит магнитомягкий феррит.

[00157] В аспекте 4 предусмотрена система обработки образца по любому из аспектов 2 или 3, в которой ядро из феррита выбрано из группы, состоящей из:

феррита кобальта;

MnZn-феррита и

NiZn-феррита.

[00158] В аспекте 5 предусмотрена система обработки образца по любому из аспектов 1-4, дополнительно содержащая:

образец, расположенный в контейнере.

[00159] В аспекте 6 предусмотрена система обработки образца по аспекту 5, в которой ферримагнитные частицы дополнительно содержат покрытие.

[00160] В аспекте 7 предусмотрена система обработки образца по аспекту 6, в которой покрытие представляет полимерный слой или слой на основе кремнезема для регулирования, чтобы плотность ферримагнитных частиц была близкой к плотности жидкости.

[00161] В аспекте 8 предусмотрена система обработки образца по любому из аспектов 6 или 7, в которой покрытие содержит реагент захвата для захвата аналита в образце.

[00162] В аспекте 9 предусмотрена система обработки образца по аспекту 8, в которой реагент захвата представляет собой антитело.

[00163] В аспекте 10 предусмотрена система обработки образца по любому из аспектов 6-9, в которой покрытие содержит функциональную группу для адсорбции нуклеиновых кислот.

[00164] В аспекте 11 предусмотрена система обработки образца по аспекту 10, в которой функциональная группа представляет собой карбоксильную группу.

[00165] В аспекте 12 предусмотрена система обработки образца по любому из аспектов 1-11, в которой образец содержит биомолекулы.

[00166] В аспекте 13 предусмотрена система обработки образца по аспекту 12, в которой биомолекулы представляют собой нуклеиновые кислоты или белки.

[00167] В аспекте 14 предусмотрена система обработки образца по любому из аспектов 1-13, дополнительно содержащая:

компонент для сбора, способный собирать ферримагнитные частицы в контейнере, обеспечивающий тем самым отделение ферримагнитных частиц от образца.

[00168] В аспекте 15 предусмотрена система обработки образца по любому из аспектов 1-14, в которой магнитный узел дополнительно содержит по меньшей мере одну магнитную конструкцию, причем каждая магнитная конструкция содержит множество электромагнитов, причем каждый из множества электромагнитов содержит электропроводную катушку, расположенную вокруг центральной линии, которая проходит в направлении центральной оси магнитной конструкции.

[00169] В аспекте 16 предусмотрен способ обработки образца, причем способ включает:

обеспечение контейнера, содержащего ферримагнитные частицы и образец; и

подвергание контейнера воздействию переменного магнитного поля с обеспечением тем самым перемещения ферримагнитных частиц в контейнере и с обеспечением тем самым обработки образца.

[00170] В аспекте 17 предусмотрен способ по аспекту 16, в котором обработка включает захват аналита в образце.

[00171] В аспекте 18 предусмотрен способ по аспекту 17, в котором ферримагнитные частицы содержат реагент захвата для захвата аналита в образце.

[00172] В аспекте 19 предусмотрен способ по аспекту 18, в котором реагент захвата представляет собой антитело.

[00173] В аспекте 20 предусмотрен способ по любому из аспектов 17-19, в котором ферримагнитные частицы содержат функциональную группу для адсорбции аналита.

[00174] В аспекте 21 предусмотрен способ по аспекту 20, в котором аналит представляет собой нуклеиновую кислоту, а функциональная группа представляет собой карбоксильную группу.

[00175] В аспекте 22 предусмотрен способ по любому из аспектов 16-21, дополнительно включающий:

осуществления сбора с помощью компонента для сбора ферримагнитных частиц; и

элюирование по меньшей мере части образца из контейнера.

[00176] В аспекте 23 предусмотрен способ по любому из аспектов 16-22, в котором обработка включает нагревание или перемешивание образца путем перемещения ферримагнитных частиц в контейнере.

[00177] В аспекте 24 предусмотрен способ по любому из аспектов 16-23, в котором ферримагнитные частицы содержат ядро из феррита.

[00178] В аспекте 25 предусмотрен способ по аспекту 24, в котором ядро из феррита содержит магнитомягкий феррит.

[00179] В аспекте 26 предусмотрен способ по аспекту 25, в котором ядро из феррита выбрано из группы, состоящей из:

феррита кобальта;

MnZn-феррита и

NiZn-феррита.

[00180] В аспекте 27 предусмотрен способ по любому из аспектов 16-26, в котором ферримагнитные частицы дополнительно содержат покрытие.

[00181] В аспекте 28 предусмотрен способ по аспекту 27, в котором покрытие представляет слой полимерный слой или слой на основе кремнезема для регулирования, чтобы плотность ферримагнитных частиц была близкой к плотности жидкости.

[00182] В аспекте 29 предусмотрен способ по любому из аспектов 16-28, в котором образец содержит биомолекулы.

[00183] В аспекте 30 предусмотрен способ по аспекту 29, в котором биомолекулы представляют собой нуклеиновые кислоты или белки.

[00184] В аспекте 31 предусмотрена система обработки образца, содержащая:

контейнер, выполненный с возможностью приема образца для обработки;

магнитные частицы, расположенные в контейнере, причем магнитные частицы имеют максимальную напряженность поля в диапазоне от приблизительно 20 эме/г до приблизительно 250 эме/г и остаточную намагниченность в диапазоне от приблизительно 0 эме/г до приблизительно 30 эме/г;

магнитный узел, расположенный по периферии контейнера, для создания переменного магнитного поля в контейнере с обеспечением тем самым перемещения магнитных частиц в контейнере; и

управляющий компонент, соединенный с магнитным узлом для управления переменным магнитным полем.

[00185] В аспекте 32 предусмотрена система обработки образца по аспекту 31, в которой магнитные частицы содержит ферримагнитные частицы, ферромагнитные частицы, парамагнитные частицы, суперпарамагнитные частицы или их смесь.

[00186] В аспекте 32 предусмотрена система обработки образца по аспекту 31, в которой магнитные частицы содержат ферримагнитные частицы.

[00187] В аспекте 34 предусмотрена система обработки образца по любому из аспектов 31 или 33, в которой максимальная напряженность поля магнитных частиц находится в диапазоне от приблизительно 35 эме/г до приблизительно 100 эме/г.

[00188] В аспекте 35 предусмотрена система обработки образца по любому из аспектов 31-34, в которой остаточная намагниченность магнитных частиц находится в диапазоне от приблизительно 0 эме/г до приблизительно 10 эме/г.

[00189] В аспекте 36 предусмотрена система обработки образца по любому из аспектов 31-35, в которой магнитные частицы являются пористыми, и размер отдельных пор находится в диапазоне от приблизительно 5 Е до приблизительно 1000 Е.

[00190] В аспекте 37 предусмотрена система обработки образца по любому из аспектов 31-36, в которой магнитные частицы являются пористыми, и размер отдельных пор находится в диапазоне от приблизительно 50 Е до приблизительно 500 Е.

[00191] В аспекте 38 предусмотрена система обработки образца по любому из аспектов 31-37, в которой магнитные частицы содержат ядро из феррита.

[00192] В аспекте 39 предусмотрена система обработки образца по любому из аспектов аспект 31-38, в которой ядро из феррита содержит магнитомягкий феррит.

[00193] В аспекте 40 предусмотрена система обработки образца по любому из аспектов 31-39, в которой ядро из феррита выбрано из группы, состоящей из Fe₂TiO₂, FeTiO₂, MnFe₂O₄, NiFe₂O₄, MgFe₂O₄, Fe₇S₈, Fe₃S₄, FeS и FeOOH.

[00194] В аспекте 41 предусмотрена система обработки образца по любому из аспектов 31-40, дополнительно содержащая:

образец, расположенный в контейнере.

[00195] В аспекте 42 предусмотрена система обработки образца по любому из аспектов 31-41, в которой магнитные частицы дополнительно содержат покрытие.

[00196] В аспекте 43 предусмотрена система обработки образца по аспекту 42, в которой покрытие содержит SiO₂, TiO₂, ZnO₂, Al₂O₃, CeO_2, керамику, полиакриловую кислоту, поли(метилакрилат), полистирол, дивинилбензол, поливинилпирролидон, поливиниловый спирт или их смесь.

[00197] В аспекте 44 предусмотрена система обработки образца по любому из аспектов 42 или 43, в которой покрытие содержит реагент захвата для захвата аналита в образце.

[00198] В аспекте 45 предусмотрена система обработки образца по аспекту 44, в которой реагент захвата содержит тиольную группу, стрептавидин, аминогруппу, гидроксильную группу, тозильную группу, эпоксигруппу, алкильную группу, винильную группу, арильную группу, фермент, белок, дезоксирибонуклеиновую кислоту, рибонуклеиновую кислоту, иммуноглобулин G, карбоксильную группу или моноклональное антитело.

[00199] В аспекте 46 предусмотрена система обработки образца по аспекту 42, в которой покрытие содержит фермент, а образец содержит субстрат фермента.

[00200] В аспекте 47 предусмотрена система обработки образца по любому из аспектов 31-46, в которой образец содержит биомолекулы.

[00201] В аспекте 48 предусмотрена система обработки образца по аспекту 47, в которой биомолекулы представляют собой нуклеиновые кислоты или белки.

[00202] В аспекте 49 предусмотрена система обработки образца по любому из аспектов 31-48, дополнительно содержащая:

компонент для сбора, способный собирать магнитные частицы в контейнере, обеспечивающий тем самым отделение магнитных частиц от образца.

[00203] В аспекте 50 предусмотрена система обработки образца по любому из аспектов 31-49, в которой магнитный узел дополнительно содержит по меньшей мере одну магнитную конструкцию, причем каждая магнитная конструкция содержит множество электромагнитов, каждый из множества электромагнитов содержит электропроводную катушку, расположенную вокруг центральной линии, которая проходит в направлении центральной оси магнитной конструкции.

[00204] В аспекте 51 предусмотрена система обработки образца по любому из аспектов 31-50, в которой проницаемость магнитной частицы достаточна для генерирования индуцированного магнитного поля в диапазоне от приблизительно 10 эме/г до приблизительно 250 эме/г при воздействии магнитного поля с напряженностью в диапазоне от приблизительно 700 эрстед до приблизительно 800 эрстед.

[00205] В аспекте 52 предусмотрена система обработки образца по любому из аспектов 31-51, в которой проницаемость магнитной частицы достаточна для генерирования индуцированного магнитного поля в диапазоне от приблизительно 35 эме/г до приблизительно 100 эме/г при воздействии магнитного поля с напряженностью в диапазоне от приблизительно 700 эрстед до приблизительно 800 эрстед.

[00206] В аспекте 53 предусмотрен способ обработки образца, причем способ включает:

обеспечение контейнера, содержащего магнитные частицы и образец в растворе, причем магнитные частицы имеют лиганд на поверхности частиц, причем лиганд селективно взаимодействует с представляющим интерес аналитом в образце, магнитные частицы имеют максимальную напряженность поля в диапазоне от приблизительно 20 эме/г до приблизительно 250 эме/г и остаточную намагниченность в диапазоне от приблизительно 0 эме/г до приблизительно 30 эме/г;

инкубацию раствора с обеспечением контакта представляющего интерес аналита с лигандом на поверхности магнитных частиц и

подвергание контейнера воздействию магнитного поля с обеспечением тем самым отделения магнитных частиц от образца.

[00207] В аспекте 54 предусмотрен способ по аспекту 53, в котором лиганд представляет собой реагент захвата, содержащий тиольную группу, стрептавидин, аминогруппу, гидроксильную группу, тозильную группу, эпоксигруппу, алкильную группу, винильную группу, арильную группу, фермент, белок, дезоксирибонуклеиновую кислоту, рибонуклеиновую кислоту, иммуноглобулин G, карбоксильную группу или моноклональное антитело.

[00208] В аспекте 55 предусмотрен способ по любому из аспектов 53 или 54, в котором аналит представляет собой нуклеиновую кислоту, а функциональная группа представляет собой карбоксильную группу.

[00209] В аспекте 56 предусмотрен способ по любому из аспектов 53-55, дополнительно включающий:

осуществление сбора магнитных частиц с помощью компонента для сбора и

элюирование по меньшей мере части образца из контейнера.

[00210] В аспекте 57 предусмотрен способ по любому из аспектов 53-56, дополнительно включающий нагревание или перемешивание образца путем перемещения магнитных частиц в контейнере.

[00211] В аспекте 58 предусмотрен способ по любому из аспектов 53-57, в котором максимальная напряженность поля находится в диапазоне от приблизительно 35 эме/г до приблизительно 100 эме/г.

[00212] В аспекте 59 предусмотрен способ по любому из аспектов 53-58, в котором остаточная намагниченность магнитных частиц находится в диапазоне от приблизительно 0 эме/г до приблизительно 10 эме/г.

[00213] В аспекте 60 предусмотрен способ по любому из аспектов 53-59, в котором магнитные частицы являются пористыми, и размер отдельных пор находится в диапазоне от приблизительно 5 Е до приблизительно 1000 Е.

[00214] В аспекте 61 предусмотрен способ по любому из аспектов 53-60, в котором магнитные частицы являются пористыми, и размер отдельных пор находится в диапазоне от приблизительно 50 Е до приблизительно 500 Е.

[00215] В аспекте 62 предусмотрен способ по любому из аспектов 53-61, в котором магнитные частицы содержат ядро из феррита.

[00216] В аспекте 63 предусмотрен способ по аспекту 62, в котором ядро из феррита содержит магнитомягкий феррит.

[00217] В аспекте 64 предусмотрен способ по любому из аспектов 61-63, в котором ядро из феррита выбирают из группы, состоящей из Fe₂TiO₂, FeTiO₂, MnFe₂O₄, NiFe₂O₄, MgFe₂O₄, Fe₇S₈, Fe₃S₄, FeS и FeOOH.

[00218] В аспекте 65 предусмотрен способ по любому из аспектов 53-64, в котором магнитные частицы дополнительно содержат покрытие.

[00219] В аспекте 66 предусмотрен способ по аспекту 65, в котором покрытие содержит SiO₂, TiO₂, ZnO₂, Al₂O₃, CeO_2, керамику, полиакриловую кислоту, поли(метилакрилат), полистирол, дивинилбензол, поливинилпирролидон, поливиниловый спирт или их смесь.

[00220] В аспекте 67 предусмотрен способ по любому из аспектов 53-66, в котором представляющий интерес аналит содержит биомолекулы.

[00221] В аспекте 68 предусмотрен способ по аспекту 67, в котором биомолекулы представляют собой нуклеиновые кислоты или белки.

[00222] В аспекте 69 предусмотрен способ по любому из аспектов 53-68, в котором лиганд представляет собой фермент, а представляющий интерес аналит представляет собой субстрат фермента.

[00223] В аспекте 70 предусмотрен способ по аспекту 69, в котором фермент разрушает субстрат.

[00224] В аспекте 71 предусмотрен способ по любому из аспектов 53-70, в котором магнитная частица содержит ферримагнитные частицы, ферромагнитные частицы, парамагнитные частицы, суперпарамагнитные частицы или их смесь.

[00225] В аспекте 72 предусмотрен способ по любому из аспектов 53-71, в котором проницаемость магнитной частицы достаточна для генерирования индуцированного магнитного поля в диапазоне от приблизительно 10 эме/г до приблизительно 250 эме/г при воздействии магнитного поля с напряженностью в диапазоне от приблизительно 700 эрстед до приблизительно 800 эрстед.

[00226] В аспекте 73 предусмотрен способ по любому из аспектов 53-72, в котором проницаемость магнитной частицы достаточна для генерирования индуцированного магнитного поля в диапазоне от приблизительно 35 эме/г до приблизительно 100 эме/г при воздействии магнитного поля с напряженностью в диапазоне от приблизительно 700 эрстед до приблизительно 800 эрстед.

[00227] В аспекте 74 предусмотрена магнитная частица для обработки раствора образца, причем магнитная частица содержит:

магнитный материал, имеющий максимальную напряженность поля в диапазоне от приблизительно 20 эме/г до приблизительно 250 эме/г и остаточную намагниченность в диапазоне от приблизительно 0 эме/г до приблизительно 10 эме/г; и

наружную поверхность, содержащую лиганд, при этом лиганд взаимодействует с представляющим интерес аналитом в растворе образца.

[00228] В аспекте 75 предусмотрена магнитная частица по аспекту 74, в которой максимальная напряженность поля находится в диапазоне от приблизительно 35 эме/г до приблизительно 100 эме/г.

[00229] В аспекте 76 предусмотрена магнитная частица по любому из аспектов 74 или 75, при этом остаточная намагниченность магнитной частицы находится в диапазоне от приблизительно 0 эме/г до приблизительно 10 эме/г.

[00230] В аспекте 77 предусмотрена магнитная частица по любому из аспектов 74-76, при этом магнитная частица является пористой, и размер отдельных пор находится в диапазоне от приблизительно 5 Е до приблизительно 1000 Е.

[00231] В аспекте 78 предусмотрена магнитная частица по любому из аспектов 74-77, при этом магнитная частица является пористой, и размер отдельных пор находится в диапазоне от приблизительно 50 Е до приблизительно 500 Е.

[00232] В аспекте 79 предусмотрена магнитная частица по любому из аспектов 74-78, в которой магнитный материал содержит магнитомягкий феррит.

[00233] В аспекте 80 предусмотрена магнитная частица по любому из аспектов 74-79, в которой магнитный материал выбран из группы, состоящей из Fe₂TiO₂, FeTiO₂, MnFe₂O₄, NiFe₂O₄, MgFe₂O₄, Fe₇S₈, Fe₃S₄, FeS и FeOOH.

[00234] В аспекте 81 предусмотрена магнитная частица по любому из аспектов 74-80, в которой наружная поверхность содержит SiO₂, TiO₂, ZnO₂, Al₂O₃, CeO_2, керамику, полиакриловую кислоту, поли(метилакрилат), полистирол, дивинилбензол, поливинилпирролидон, поливиниловый спирт или их смесь.

[00235] В аспекте 82 предусмотрена магнитная частица по любому из аспектов 74-81, в которой лиганд представляет собой реагент захвата, содержащий тиольную группу, стрептавидин, аминогруппу, гидроксильную группу, тозильную группу, эпоксигруппу, алкильную группу, винильную группу, арильную группу, фермент, белок, дезоксирибонуклеиновую кислоту, рибонуклеиновую кислоту, иммуноглобулин G, карбоксильную группу или моноклональное антитело.

[00236] В аспекте 83 предусмотрена магнитная частица по любому из аспектов 74-82, в которой лиганд представляет собой фермент, а представляющий интерес аналит представляет собой субстрат фермента.

[00237] В аспекте 84 предусмотрена магнитная частица по аспекту 83, в которой фермент разрушает субстрат.

[00238] В аспекте 85 предусмотрена магнитная частица по любому из аспектов 74-84, в которой магнитный материал содержит ферримагнитный материал, ферромагнитный материал, парамагнитный материал, суперпарамагнитный материал или их смесь.

[00239] В аспекте 86 предусмотрена магнитная частица по любому из аспектов 74-85, при этом проницаемость магнитной частицы достаточна для генерирования индуцированного магнитного поля в диапазоне от приблизительно 10 эме/г до приблизительно 250 эме/г при воздействии магнитного поля с напряженностью в диапазоне от приблизительно 700 эрстед до приблизительно 800 эрстед.

[00240] В аспекте 87 предусмотрена магнитная частица по любому из аспектов 74-86, при этом проницаемость магнитной частицы достаточна для генерирования индуцированного магнитного поля в диапазоне от приблизительно 35 эме/г до приблизительно 100 эме/г при воздействии магнитного поля с напряженностью в диапазоне от приблизительно 700 эрстед до приблизительно 800 эрстед.

[00241] В аспекте 88 предусмотрена магнитная частица для обработки раствора образца, причем магнитная частица содержит:

ядро или внутренний слой, содержащие магнитный материал; и

наружный поверхностный слой, содержащий реагент захвата, который селективно связывается с представляющим интерес аналитом в растворе образца,

причем магнитная частица имеет максимальную напряженность поля в диапазоне от приблизительно 20 эме/г до приблизительно 250 эме/г и остаточную намагниченность в диапазоне от приблизительно 0 эме/г до приблизительно 10 эме/г.

[00242] В аспекте 89 предусмотрена магнитная частица по аспекту 88, при этом максимальная напряженность поля магнитной частицы находится в диапазоне от приблизительно 35 эме/г до приблизительно 100 эме/г.

[00243] В аспекте 90 предусмотрена магнитная частица по любому из аспектов 88 или 89, в которой остаточная намагниченность находится в диапазоне от приблизительно 0 эме/г до приблизительно 10 эме/г.

[00244] В аспекте 91 предусмотрена магнитная частица по любому из аспектов 88-90, при этом магнитная частица является пористой, и размер отдельных пор находится в диапазоне от приблизительно 5 Е до приблизительно 1000 Е.

[00245] В аспекте 92 предусмотрена магнитная частица по любому из аспектов 88-91, при этом магнитная частица является пористой, и размер отдельных пор находится в диапазоне от приблизительно 50 Е до приблизительно 500 Е.

[00246] В аспекте 93 предусмотрена магнитная частица по любому из аспектов 88-92, в которой ядро или внутренний слой содержит магнитомягкий феррит.

[00247] В аспекте 94 предусмотрена магнитная частица по любому из аспектов 88-93, в которой ядро или внутренний слой содержат материал, выбранный из группы, состоящей из Fe₂TiO₂, FeTiO₂, MnFe₂O₄, NiFe₂O₄, MgFe₂O₄, Fe₇S₈, Fe₃S₄, FeS и FeOOH.

[00248] В аспекте 95 предусмотрена магнитная частица по любому из аспектов 88-94, в которой наружный поверхностный слой содержит SiO₂, TiO₂, ZnO₂, Al₂O₃, CeO_2, керамику, полиакриловую кислоту, поли(метилакрилат), полистирол, дивинилбензол, поливинилпирролидон, поливиниловый спирт или их смесь.

[00249] В аспекте 96 предусмотрена магнитная частица по любому из аспектов 88-95, в которой наружный поверхностный слой дополнительно содержит реагент захвата, содержащий тиольную группу, стрептавидин, аминогруппу, гидроксильную группу, тозильную группу, эпоксигруппу, алкильную группу, винильную группу, арильную группу, фермент, белок, дезоксирибонуклеиновую кислоту, рибонуклеиновую кислоту, иммуноглобулин G, карбоксильную группу или моноклональное антитело.

[00250] В аспекте 97 предусмотрена магнитная частица по любому из аспектов 88-96, при этом магнитная частица содержит ферримагнитные материалы, ферромагнитные материалы, парамагнитные материалы, суперпарамагнитные материалы или их смесь.

[00251] В аспекте 98 предусмотрена магнитная частица по любому из аспектов 88-97, при этом проницаемость магнитной частицы достаточна для генерирования индуцированного магнитного поля в диапазоне от приблизительно 10 эме/г до приблизительно 250 эме/г при воздействии магнитного поля с напряженностью в диапазоне от приблизительно 700 эрстед до приблизительно 800 эрстед.

[00252] В аспекте 99 предусмотрена магнитная частица по любому из аспектов 88-98, при этом проницаемость магнитной частицы достаточна для генерирования индуцированного магнитного поля в диапазоне от приблизительно 35 эме/г до приблизительно 100 эме/г при воздействии магнитного поля с напряженностью в диапазоне от приблизительно 700 эрстед до приблизительно 800 эрстед.

[00253] В аспекте 100 предусмотрен способ обработки образца, причем способ включает:

обеспечение магнитной частицы, имеющей на поверхности частицы лиганд, при этом лиганд селективно взаимодействует с представляющим интерес аналитом в образце, магнитная частица имеет максимальную напряженность поля в диапазоне от приблизительно 20 эме/г до приблизительно 250 эме/г и остаточную намагниченность в диапазоне от приблизительно 0 эме/г до приблизительно 10 эме/г; и

приведение раствора, содержащего представляющий интерес аналит, в контакт с магнитной частицей с обеспечением взаимодействия лиганда с представляющим интерес аналитом.

[00254] В аспекте 101 предусмотрен способ по аспекту 100, дополнительно включающий подвергание магнитной частицы воздействию магнитного поля с обеспечением тем самым выделения магнитной частицы из раствора.

[00255] В аспекте 102 предусмотрен способ по любому из аспектов 100 или 101, в котором лиганд представляет собой реагент захвата.

[00256] В аспекте 103 предусмотрен способ по аспекту 102, в котором реагент захвата представляет собой тиольную группу, стрептавидин, аминогруппу, гидроксильную группу, тозильную группу, эпоксигруппу, алкильную группу, винильную группу, арильную группу, фермент, белок, дезоксирибонуклеиновую кислоту, рибонуклеиновую кислоту, иммуноглобулин G или моноклональное антитело.

[00257] В аспекте 104 предусмотрен способ по любому из аспектов 100-103, в котором аналит представляет собой нуклеиновую кислоту, а функциональная группа представляет собой карбоксильную группу.

[00258] В аспекте 105 предусмотрен способ по любому из аспектов 100-104, в котором лиганд представляет собой фермент, а представляющий интерес аналит представляет собой субстрат фермента.

[00259] В аспекте 106 предусмотрен способ по аспекту 105, в котором фермент разрушает субстрат.

[00260] В аспекте 107 предусмотрен способ по любому из аспектов 100-106, дополнительно включающий:

осуществление сбора магнитной частицы с помощью компонента для сбора и

элюирование по меньшей мере части образца.

[00261] В аспекте 108 предусмотрен способ по любому из аспектов 100-107, дополнительно включающий нагревание или перемешивание образца путем перемещения магнитной частицы.

[00262] В аспекте 109 предусмотрен способ по любому из аспектов 100-108, в котором максимальная напряженность поля магнитной частицы находится в диапазоне от приблизительно 35 эме/г до приблизительно 100 эме/г.

[00263] В аспекте 110 предусмотрен способ по любому из аспектов 100-109, в котором остаточная намагниченность магнитной частицы находится в диапазоне от приблизительно 0 эме/г до приблизительно 10 эме/г.

[00264] В аспекте 111 предусмотрен способ по любому из аспектов 100-110, в котором магнитная частица является пористой, и размер отдельных пор находится в диапазоне от приблизительно 5 Е до приблизительно 1000 Е.

[00265] В аспекте 112 предусмотрен способ по любому из аспектов 100-111, в котором магнитная частица является пористой, и размер отдельных пор находится в диапазоне от приблизительно 50 Е до приблизительно 500 Е.

[00266] В аспекте 113 предусмотрен способ по любому из аспектов 100-112, в котором магнитная частица содержит ферримагнитное ядро, ферромагнитное ядро, парамагнитное ядро или суперпарамагнитное ядро.

[00267] В аспекте 114 предусмотрен способ по любому из аспектов 100-113, в котором магнитная частица содержит ядро из феррита.

[00268] В аспекте 115 предусмотрен способ по аспекту 114, в котором ядро из феррита содержит магнитомягкий феррит.

[00269] В аспекте 116 предусмотрен способ по любому из аспектов 114-115, в котором ядро из феррита выбрано из группы, состоящей из Fe₂TiO₂, FeTiO₂, MnFe₂O₄, NiFe₂O₄, MgFe₂O₄, Fe₇S₈, Fe₃S₄, FeS и FeOOH.

[00270] В аспекте 117 предусмотрен способ по любому из аспектов 100-116, в котором магнитная частица дополнительно содержит покрытие.

[00271] В аспекте 118 предусмотрен способ по аспекту 117, в котором покрытие содержит SiO₂, TiO₂, ZnO₂, Al₂O₃, CeO_2, керамику, полиакриловую кислоту, поли(метилакрилат), полистирол, дивинилбензол, поливинилпирролидон, поливиниловый спирт или их смесь.

[00272] В аспекте 119 предусмотрен способ по любому из аспектов 100-118, в котором представляющий интерес аналит содержит биомолекулы.

[00273] В аспекте 120 предусмотрен способ по аспекту 119, в котором биомолекулы представляют собой нуклеиновые кислоты или белки.

[00274] В аспекте 121 предусмотрен способ по любому из аспектов 100-120, при этом проницаемость магнитной частицы достаточна для генерирования индуцированного магнитного поля в диапазоне от приблизительно 10 эме/г до приблизительно 250 эме/г при воздействии магнитного поля с напряженностью в диапазоне от приблизительно 700 эрстед до приблизительно 800 эрстед.

[00275] В аспекте 122 предусмотрен способ по любому из аспектов 100-121, при этом проницаемость магнитной частицы достаточна для генерирования индуцированного магнитного поля в диапазоне от приблизительно 35 эме/г до приблизительно 100 эме/г при воздействии магнитного поля с напряженностью в диапазоне от приблизительно 700 эрстед до приблизительно 800 эрстед.

Группа изобретений относится к способам и системам обработки образца для перемешивания, разделения, фильтрации или иной обработки образца (например, жидкого образца (пробы текучей среды)) путем использования магнитных частиц (например, ферримагнитных частиц), которые побуждают перемещаться под действием магнитного узла, расположенного по периферии контейнера, содержащего образец. Магнитная частица содержит магнитный материал, имеющий максимальную напряженность поля в диапазоне от 20 эме/г до 250 эме/г и остаточную намагниченность в диапазоне от 0 эме/г до 30 эме/г, при этом магнитная частица имеет диаметр по меньшей мере 100 нм. Магнитная частица дополнительно содержит наружную поверхность, содержащую лиганд. Лиганд взаимодействует с представляющим интерес аналитом в растворе образца. Технический результат направлен на улучшение перемешивания ферримагнитных частиц в образце, улучшение массопереноса и снижение энергопотребления. 2 н. и 15 з.п. ф-лы, 5 ил., 11 пр., 2 табл.

1. Магнитная частица для обработки раствора образца, содержащая:

магнитный материал, имеющий максимальную напряженность поля в диапазоне от 20 эме/г до 250 эме/г и остаточную намагниченность в диапазоне от 0 эме/г до 30 эме/г; и

лиганд, присоединенный к наружной поверхности магнитной частицы, при этом лиганд взаимодействует с представляющим интерес аналитом в растворе образца,

при этом магнитная частица имеет диаметр по меньшей мере 100 нм.

2. Магнитная частица по п. 1, в которой магнитный материал содержит ферримагнитный материал.

3. Магнитная частица по п. 1 или 2, в которой магнитный материал содержит Fe₃O₄, Fe₂TiO₂, FeTiO₂, MnFe₂O₄, NiFe₂O₄, MgFe₂O₄, Fe₇S₈, Fe₃S₄, FeS или FeOOH.

4. Магнитная частица по любому из пп. 1-3, в которой лиганд содержит тиольную группу, стрептавидин, аминогруппу, гидроксильную группу, тозильную группу, эпоксигруппу, алкильную группу, винильную группу, арильную группу, фермент, белок, дезоксирибонуклеиновую кислоту, рибонуклеиновую кислоту, иммуноглобулин G, карбоксильную группу или моноклональное антитело.

5. Магнитная частица по любому из пп. 1-4, в которой лиганд содержит карбоксильную группу.

6. Магнитная частица по любому из пп. 1-5, в которой максимальная напряженность поля находится в диапазоне от 35 эме/г до 100 эме/г.

7. Магнитная частица по любому из пп. 1-6, в которой остаточная намагниченность находится в диапазоне от 0 эме/г до 10 эме/г.

8. Способ обработки образца, включающий:

обеспечение магнитной частицы, имеющей лиганд, присоединенный к наружной поверхности частицы, при этом лиганд взаимодействует с представляющим интерес аналитом в образце, при этом магнитная частица имеет максимальную напряженность поля в диапазоне от 20 эме/г до 250 эме/г, остаточную намагниченность в диапазоне от 0 эме/г до 30 эме/г и диаметр по меньшей мере 100 нм; и

приведение раствора, содержащего представляющий интерес аналит, в контакт с магнитной частицей с обеспечением взаимодействия лиганда с представляющим интерес аналитом.

9. Способ по п. 8, дополнительно включающий подвергание магнитной частицы воздействию магнитного поля с обеспечением тем самым выделения магнитной частицы из раствора.

10. Способ по п. 8 или 9, при этом представляющий интерес аналит представляет собой нуклеиновую кислоту.

11. Способ по любому из пп. 8-10, при этом максимальная напряженность поля находится в диапазоне от 35 эме/г до 100 эме/г.

12. Способ по любому из пп. 8-11, при этом остаточная намагниченность находится в диапазоне от 0 эме/г до 10 эме/г.

13. Способ по любому из пп. 8-12, при этом магнитная частица содержит ферримагнитный материал.

14. Способ по любому из пп. 8-13, при этом магнитная частица содержит Fe₃O₄, Fe₂TiO₂, FeTiO₂, MnFe₂O₄, NiFe₂O₄, MgFe₂O₄, Fe₇S₈, Fe₃S₄, FeS или FeOOH.

15. Способ по любому из пп. 8-14, при этом лиганд содержит тиольную группу, стрептавидин, аминогруппу, гидроксильную группу, тозильную группу, эпоксигруппу, алкильную группу, винильную группу, арильную группу, фермент, белок, дезоксирибонуклеиновую кислоту, рибонуклеиновую кислоту, иммуноглобулин G, карбоксильную группу или моноклональное антитело.

16. Магнитная частица по п. 1, дополнительно содержащая слой покрытия, заключающий в себя магнитную частицу.

17. Магнитная частица по п. 16, в которой слой покрытия содержит кремнезем.