Verfahren zum Suspendieren oder Resuspendieren von Partikeln in einer Lösung sowie daran angepasste Vorrichtung

Beschreibung

[0001] Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Suspendieren von Partikeln, insbesondere magnetisch anziehbare Partikel und Beads wie ferro- und/oder paramagnetische Partikel, in einer beispielsweise für diagnostische oder analytische Zwecke verwendeten flüssigen Mischung.

[0002] Im Bereich der Probenvorbereitung und Probenverarbeitung für analytische oder diagnostische Untersuchungen werden zunehmend Verfahren verwendet, die auf der Nutzung magnetisch anziehbarer Partikel beruhen, an die entweder insbesondere biologische Zielmoleküle oder aber Verunreinigungen binden können. Magnetisch anziehbare Partikel lassen sich durch geeignete Magnetfelder von der Mischung, in welcher sie suspendiert sind, trennen. Dies gilt insbesondere für automatisierte Verfahren, da auf diese Weise eine große Anzahl von Proben innerhalb kurzer Zeit ohne aufwendige Zentrifugationsschritte analysiert werden können. Dies gestattet einen großen Probendurchsatz und ermöglicht, den Aufwand bei umfangreichen und insbesondere parallelen Untersuchungen erheblich zu reduzieren. Wichtige Einsatzgebiete sind die Aufreinigung biologischer oder medizinischer Proben, generell die Abtrennung und Isolierung insbesondere biologischer Zielmoleküle, die medizinische Diagnostik sowie pharmazeutische Screening-Methoden zur Identifizierung potentieller Arzneimittelwirkstoffe.

[0003] Verfahren zum Abtrennen von magnetisch anziehbaren Partikeln sind beispielsweise in DE 44 21 058, DE 103 31 254, DE 10 2005 004 664, WO 94/18565, WO 99/42832, WO 02/40173, WO 2005/044460, US 5 942 124 und US 6 448 092 offenbart. Das Grundprinzip der darin beschriebenen Verfahren beruht darauf, dass eine Abtrennvorrichtung, beispielsweise ein Magnetstab, in eine üblicherweise flüssige Mischung eingetaucht und durch Wirkung des Magnetfeldes die in der Mischung enthaltenen magnetisch anziehbaren Partikel an der Oberfläche der Abtrennvorrichtung aufkonzentriert werden. Die Abtrennvorrichtung wird dann mit den anheftenden Partikeln aus der Lösung geführt.

[0004] Der Einsatz von externen Magnetfeldern zum Mischen und Abtrennen von magnetischen Partikeln ist in WO 2006/010584 beschrieben. Dazu sind um ein besonders gestaltetes Mischgefäß herum Polschuhè angeordnet, mit denen veränderbare Magnetfelder erzeugt werden können.

[0005] Zum Mischen von Partikeln ist es ebenfalls bekannt, Mischstäbe zu verwenden, die durch Rotation, wie beispielsweise in US 2006/0118494 beschrieben, die Mischung in Bewegung versetzen und dabei die Partikel in der Mischung verwirbeln. Rotationslösungen sind jedoch insbesondere bei automatisierter Parallelverarbeitung sehr aufwendig.

[0006] Insbesondere wenn im Verlauf von Separations- und/oder Aufreinigungsprozessen die magnetischen Partikel mit mehreren Lösungen in Kontakt treten, z.B. in Binde- oder Waschvorgängen, kommt es häufig zu Ausbeuteverlusten der Zielmoleküle, die an die magnetischen Partikel binden, oder unzureichenden Aufreinigungsergebnissen, wenn die Partikel in den Lösungen oder Mischungen nicht ausreichend suspendiert sind, sondern sich am Boden absetzen. Zudem weisen die bei derartigen Prozessen verwendeten Partikel per se eine hohe Tendenz zur Sedimentierung auf. Daher wird in den beschriebenen Prozessen versucht, die magnetischen Partikel zumindest zeitweise durch mechanische Mischbewegungen in der Schwebe zu halten bzw. die sedimentierten Partikel zu resuspendieren.

[0007] Ein Problem, das sich bei der praktischen Anwendung der Prozesse des Standes der Technik gezeigt hat, liegt darin, dass die mit den Zielmolekülen, insbesondere den biologischen Zielmolekülen, oder den Verunreinigungen behafteten Partikel bei Erzeugung eines magnetischen Feldes und direkter oder indirekter Sammlung der magnetischen Partikel am Magneten nicht mehr als Partikel am Magneten haften, sondern eher als Klumpen bzw. Flocken. Das führt dazu, dass nach Freisetzung der Partikel vom Magneten zum Beispiel zum Waschen der Partikel oder Eluieren der daran gebundenen Bestandteile, diese sich nur schwer in Suspension bringen lassen und sehr schnell wieder sedimentieren. Auch dadurch kann es zu schlechten Aufreinigungsergebnissen kommen.

[0008] Es ist daher die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Verfahren anzugeben, mit dem insbesondere sedimentierte Partikel in einer Lösung möglichst einfach suspendiert bzw. resuspendiert werden können.

[0009] Diese Aufgabe wird gelöst durch ein Verfahren zum Suspendieren bzw. Resuspendieren von magnetisch anziehbaren Partikeln. Das Verfahren umfasst die Schritte:

• Bereitstellen zumindest eines Mischgefäßes, das zumindest teilweise mit einer Mischung gefüllt ist, in welcher sich magnetisch anziehbare Partikel befinden, die zumindest teilweise am Boden des Mischgefäßes sedimentiert sind;
• Bereitstellen zumindest eines Mischstabs mit einem dem Boden des Mischgefäßes zugewandten vorderen Ende, wobei der Mischstab eine Magnetfelderzeugungseinrichtung zum wahlweisen Erzeugen eines Magnetfelds zumindest im Bereich des vorderen Endes aufweist;
• Einschalten eines wirksamen Magnetfeldes, das zumindest im Bereich des vorderen Endes des Mischstabs wirkt, durch die Magnetfelderzeugungseinrichtung während der Mischstab in der Mischung eingetaucht ist;
• Bewegung des Magnetfeldes vom Boden des Mischgefäßes weg, wobei die Bewegung des Magnetfeldes so erfolgt, dass zumindest ein Teil der magnetisch anziehbaren Partikel vom Boden des Mischgefäßes hochgehoben werden und der Anteil der Partikel, die am Mischstab haften, minimiert wird;
• Ausschalten des Magnetfeldes in einer zuvor definierten Entfernung vom Boden, die größer ist als die Entfernung vom Boden bei Einschalten des Magnetfeldes;
• Durchführung wiederholter Mischbewegungen des Mischstabs ohne dass am vorderen Ende des Mischstabs ein eingeschaltetes Magnetfeld vorlieget, um die in der Mischung vorliegenden magnetisch anziehbaren Partikel zu suspendieren bzw. resuspendieren.

[0010] Im Rahmen der vorliegenden Beschreibung sollen unter "magnetisch anziehbaren Partikeln" solche Partikel und Beads verstanden werden, die von einem Magnetfeld angezogen werden können. Beispiele dafür sind Partikel und Beads, die ferro-, ferri-, paramagnetische und/oder superparamagnetische Materialen sowie magnetisierbare Materialien aufweisen. Die magnetischen oder magnetisierbaren Partikel weisen meist zumindest teilweise eine Oberfläche aus einem nicht magnetischen oder magnetisierbaren Material auf, das letztendlich die Bindung der biologischen Zielmoleküle oder Verunreinigungen bewirkt. Die Größe solcher Partikel kann im Bereich von etwa 500 nm bis etwa 25 µm liegen.

[0011] Bei dem Mischgefäß kann es sich insbesondere um jedes im Bereich der Analytik und Diagnostik typischerweise verwendete Gefäß handeln. Beispielsweise kann es sich um ein einzelnes separates und unabhängiges Reaktionsgefäß für chemische, biologische und/oder medizinische Anwendungen handeln oder um ein solches Reaktionsgefäß, das zusammen mit einem oder mehreren weiteren üblicherweise gleichartigen Reaktionsgefäßen eine Einheit bildet beispielsweise in Form einer sogenannten Multiwellplatte. Die Reaktionsgefäße können in einer stapelbaren Platte vereint sein. Derartige Platten werden üblicherweise im Bereich der Biotechnologie zur manuellen oder automatisierten Durchführung von Aufreinigungen biologischer Proben bzw. Isolierungen spezieller Bestandteile, beispielsweise Nukleinsäuren oder Proteine, bzw. für Downstream-Prozesse wie Assays, PCR o. ä. verwendet. Dabei kann jedes Reaktions- oder Mischgefäß eine Mischung mit darin enthaltenen magnetisch anziehbaren Partikeln aufweisen. In den Mischungen können weitere Substanzen enthalten sein, z.B. gelöst oder suspendiert.

[0012] Üblicherweise werden die magnetischen Partikel als Pulver oder als Suspension zu einer unbehandelten oder vorbehandelten Probe gegeben. Die Partikel sinken dann meist zunächst auf den Boden. Dies sollte auch der Fall sein, wenn die magnetischen Partikel als Suspension vorgelegt und mit der Probe oder einer Mischung versetzt werden. Typischerweise befinden sich die magnetisch anziehbaren Partikel zum Zeitpunkt der Anwendung des erfindungsgemäßen Verfahrens daher überwiegend am Boden des Mischgefäßes, d. h. die Partikel sind sedimentiert. In diesem Fall werden die Partikel in der Mischung wieder resuspendiert. Andererseits ist es möglich, dass sich die pulverartigen Partikel im Mischgefäß befinden, bevor eine Probe bzw. Mischung hinzugefügt wird. In diesem Fall dient das Verfahren zum Suspendieren der am Boden des Mischgefäßes angesammelten magnetisch anziehbaren Partikel.

[0013] Der zum Suspendieren bzw. Resuspendieren verwendete Mischstab weist zumindest eine Magnetfelderzeugungseinrichtung auf. Zweck dieser Einrichtung ist es, ein wirksames Magnetfeld insbesondere im Bereich des vorderen Endes des Mischstabs wahlweise zu erzeugen, d.h. es kann dort ein wirksames Magnetfeld ein- und wieder ausgeschaltet werden. Unter "einschalten" des Magnetfeldes an einem Ort wird dabei verstanden, dass ein wirksames Magnetfeld an diesem Ort erzeugt wird (beispielsweise durch Einschalten eines dort befindlichen Elektromagneten) oder dass ein Magnetfeld an diesen Ort transportiert wird (beispielsweise durch Bewegung eines Permanentmagneten). Unter letzteren Bedingungen gilt das Magnetfeld erst dann als eingeschaltet, wenn die gesamte Magnetfeldstärke am Ort wirkt, d.h. wenn das Magnetfeld sich noch auf dem Weg zum Ort befindet, gilt es noch nicht als eingeschaltet. Unter dem Begriff "ausschalten" wird dagegen verstanden, dass kein wirksames Magnetfeld im Bereich des vorderen Endes (mehr) erzeugt wird bzw. ein zuvor erzeugtes Magnetfeld entfernt wird. Ein Magnetfeld ist dann "wirksam" im Sinne der vorliegenden Erfindung, wenn mit ihm die Partikel in der Mischung bewegt und insbesondere zum Mischstab hingezogen werden können. "Einschalten" und "Ausschalten" bezieht sich daher auf die wahlweise Erzeugung eines Magnetfeldes insbesondere im Bereich des vorderen Endes des Mischstabs. Generell kann das Magnetfeld nicht nur im Bereich des vorderen Endes des Mischstabs erzeugt werden, sondern sich auch über die Länge des Stabes hin ausdehnen. Es sollte jedoch vorzugsweise vermieden werden, dass der dem vorderen Ende des Mischstabs entgegengesetzte Pol des Magneten ebenfalls in die Mischung eintaucht. Es versteht sich von selbst, dass die Stärke des erforderlichen Magnetfeldes in Abhängigkeit von der Viskosität der Lösung sowie der Größe, Gewicht und dem magnetischen Material der Partikel gewählt werden muss.

[0014] Mit dem Mischstab, der bereits in der Lösung eingetaucht ist oder der erst in die Lösung gebracht wird, werden die sich am Boden des Mischgefäßes befindenden Partikel zunächst vom Boden in Richtung des vorderen Endes des Mischstabs gezogen. Dies erfolgt beispielsweise dadurch, dass der Mischstab vorzugsweise zusammen mit der Magnetfelderzeugungseinrichtung mit seinem vorderen Ende zum Boden des Mischgefäßes gebracht wird. Dabei ist es jedoch nicht nur nicht erforderlich, sondern auch aus Gründen der Konstruktion und der Prozesssicherung nicht gewünscht, dass das vordere Ende des Mischstabs den Boden berührt. Insbesondere wenn der Mischstab mit seinem vorderen Ende in der Nähe des Bodens und damit in der Nähe der dort befindlichen Partikel ist, wird im Bereich des vorderen Endes mit der Magnetfelderzeugungseinrichtung ein Magnetfeld erzeugt, mit dem die Partikel zum Mischstab hingezogen werden. Wahlweise kann der Mischstab auch zusammen mit der Magnetfelderzeugungseinrichtung, die bereits ein Magnetfeld erzeugt, auf den Boden des Mischgefäßes zu bewegt werden oder eine bereits ein Magnetfeld erzeugende Magnetfelderzeugungseinrichtung kann in Richtung des vorderen Endes des Mischstabs, der bereits in der Nähe des Bodens des Mischgefäßes positioniert ist, bewegt werden. Die Magnetfelderzeugungseinrichtung wird dann vorzugsweise zusammen mit dem Mischstab zumindest teilweise vom Boden weg aus der Mischung herausgezogen. Insbesondere die Stärke des erzeugten Magnetfeldes sowie die Beschleunigung und die Geschwindigkeit, mit der das Magnetfeld aus der Mischung herausbewegt wird, sollten dabei vorzugsweise so abgestimmt sein, dass die sedimentierten magnetischen Partikel sich vom Boden in die Mischung bewegen aber nicht unbedingt am Mischstab haften bleiben.

[0015] Vorzugsweise wird dies dadurch erzielt, dass das magnetische Feld sich immer in Bewegung befindet und Verweilzeiten insbesondere in der Nähe des Bodens minimiert werden. Bei Verwendung eines Permanentmagneten kann dies dadurch erreicht werden, dass der Magnet sich zunächst auf den Boden zu bewegt (sei es zusammen mit dem Mischstab oder zum vorderen Ende des sich dort bereits befindlichen Mischstabs hin). Wenn sich der Magnet in ausreichender Nähe zum Boden befindet, um die Partikel über das Magnetfeld anziehen zu können, erfolgt eine Bewegungsumkehr des Magneten und dieser wird nun zusammen mit dem Mischstab wieder vom Boden weg bewegt. Die Verweilzeit des Magneten in der Nähe des Bodens sollte dabei gerade so gewählt werden, dass die Partikel sich zwar auf diesen zu bewegen, sich jedoch zumindest möglichst nicht vollständig am Mischstab sammeln. Die Anhaftung eines Teils der Partikel am Mischstab kann normalerweise auch bei sorgfältiger Abstimmung der Bedingungen nicht vollständig vermieden werden, der Anteil sollte aber so klein wie möglich gehalten werden. Der minimale Abstand des Mischstabes zum Boden beträgt vorzugsweise 0,1 bis 2 mm, weiter bevorzugt 0,3 bis 1 mm und am meisten bevorzugt 0,5 bis 0,6 mm. Der minimale Abstand des Magneten zur inneren Spitze des Mischstabes vor der Bewegungsumkehr des Magneten beträgt vorzugsweise > 0 bis 10 mm, weiter bevorzugt 0,3 bis 8 mm und am meisten bevorzugt 0,5 bis 5 mm. Dabei umfassen die oben spezifizierten Abstandsbereiche vom untersten (distalen) Ende des Magneten zum untersten (distalen) inneren Ende des Mischstabes vorzugsweise sowohl den Fall, dass beide an ihrem unteren Ende parallel verlaufende Konturen aufweisen als auch, dass beide an ihrem unteren Ende unterschiedliche Konturen aufweisen.

[0016] Bei Verwendung von Elektromagneten können diese bereits in erheblicher Entfernung des Bodens eingeschaltet werden. Unter diesen Umständen läuft der erste Verfahrensschritt der Anhebung der Partikel vorzugsweise analog dem bei Verwendung des Permanentmagneten ab. Wird der Elektromagnet erst aktiviert wenn er sich in der Nähe des Bodens befindet, so sollte die Bewegung des Magnetfeldes zusammen mit dem Mischstab vom Boden weg direkt nach Erzeugung des Magnetfeldes und Beschleunigung der Partikel in Richtung des Mischstabes erfolgen.

[0017] Vorzugsweise sollte die Verweilzeit des eingeschalteten Magneten mit einer Feldstärke im Bereich von 0,5 bis 1,5 T an der Stelle, an der der Abstand des Mischstabs mit integriertem Magneten zum Boden minimal ist (vorzugsweise 0,1 bis 2 mm, weiter bevorzugt 0,3 bis 1 mm und am meisten bevorzugt 0,5 bis 0,6mm) 0,02 bis 5 s, weiter bevorzugt 0,04 bis 3 s, noch weiter bevorzugt 0,1 bis 0,5 s und am meisten bevorzugt 0,2 s betragen. Bei Verwendung eines Permanentmagneten sollte der Verfahrweg des Magneten zunächst eine Beschleunigung des unbewegten Magneten auf eine Verfahrgeschwindigkeit (vorzugsweise a₁ * t₁) in Richtung des Gefäßbodens aufweisen, wobei der Magnet entweder zusammen mit dem Mischstab oder auf den sich bereits in größerer Nähe zum Gefäßboden befindlichen Mischstab hin beschleunigt werden kann. Optional kann der Magnet dann weiter eine in Richtung des Gefäßbodens gerichtete konstante Verfahrgeschwindigkeit a₁ * t₁ aufweisen, wobei sich der Magnet dabei wiederum gleichzeitig mit dem Mischstab oder auf diesen zu bewegen kann. Anschließend wird der Magnet mit einer negativen Beschleunigung (vorzugsweise a₂ * t₂) auf eine Geschwindigkeit von 0 beschleunigt. Diese negative Beschleunigung kann auch direkt nach der positiven Beschleunigung folgen. Der Mischstab kann entsprechend dieselbe negative Beschleunigung erfahren oder bereits vorher auf eine Geschwindigkeit von 0 beschleunigt worden sein. Nach Durchlaufen dieses Verfahrwegs sollte sich der Magnet zusammen mit dem Mischstab vorzugsweise mit einer Geschwindigkeit 0 an der Position befinden, an der der Abstand von Magnet und Mischstab zum Gefäßboden jeweils minimal ist. Diesem Verfahrweg liegt vorzugsweise folgende Funktion zu Grunde:

wobei a₁ die Beschleunigung des Magneten bzw. des Mischstabes, t₁ die Zeit, die benötigt wird, um die Verfahrgeschwindigkeit des Magneten bzw. des Mischstabes in Richtung des Gefäßbodens zu erreichen, t₃ die Zeit, während der eine konstante Verfahrgeschwindigkeit in Richtung des Gefäßbodens vorliegt, t₂ die Zeit, die benötigt wird, um die Verfahrgeschwindigkeit des Magneten bzw. des Mischstabes in Richtung des Gefäßbodens auf 0 zu reduzieren, und s die zurückgelegte Strecke darstellen und wobei vorzugsweise a₁ = -a₂ und t₁=t₂ ist. Der Verfahrweg des Mischstabs kann dabei parallel zu dem des Magneten oder aber verschieden zu diesem ablaufen. Die Funktion, die dem Verfahrweg des Mischstabs zu Grunde liegt, sollte dabei der des Magneten entsprechen, wobei die einzelnen Parameter für den Magneten und den Mischstab unterschiedliche Werte aufweisen können. Wenn die Verfahrwege für Magnet und Mischstab unterschiedlich verlaufen, sollte zumindest gewährleistet sein, dass, wenn der Magnet seine Position in minimalem Abstand zum Gefäßboden mit der Geschwindigkeit 0 erreicht hat, auch der Mischstab sich in minimaler Entfernung zum Gefäßboden befindet und die Geschwindigkeit 0 aufweist.

[0018] Darauf folgt die oben spezifizierte Verweilzeit des Magneten vorzugsweise in minimalem Abstand zum Boden, woraufhin der Magnet nun zusammen mit dem Mischstab bevorzugt ein dem obigen analogen Verfahrweg jedoch in Richtung der Gefäßöffnung durchläuft. Die Dauern t₁ und t₂ der Beschleunigungen liegen dabei vorzugsweise im Bereich von 0,02 bis 5 s, weiter bevorzugt von 0,04 bis 3 s und noch weiter bevorzugt von 0,1 bis 0,5 s.

[0019] Es ist jedoch ebenfalls denkbar, dass der oben beschriebene Verfahrweg sowohl für den Mischstab als auch für den Magneten unabhängig voneinander durch andere Funktionen dargestellt wird, als durch die oben beispielsweise angeführte, solange der Ablauf aus Abwärtsbewegung, Stoppen in minimalem Abstand zum Gefäßboden, Verweilzeit und Aufwärtsbewegung generell dem obigen entspricht.

[0020] Bei Verwendung eines Elektromagneten, der eingeschaltet wird, bevor er den minimalen Abstand zum Boden erreicht hat, sollte der Verfahrweg analog dem für den Permanentmagneten sein. Bei Verwendung eines Elektromagneten, der erst eingeschaltet wird, wenn er den minimalen Abstand zum Boden eingenommen hat, sollte der Verfahrweg dem oben dargestellten Verfahrweg des Permanentmagneten in Richtung der Gefäßöffnung entsprechen.

[0021] Sofern die Partikel ausreichend weit angehoben wurden, beispielsweise bis auf eine definierte Höhe, werden sie freigegeben, d.h. die Bewegungsrichtung der Partikel wird nicht mehr durch das Magnetfeld beeinflusst. Dies erfolgt vorzugsweise durch Abschalten des Magnetfeldes oder Entfernen der Magnetfelderzeugungseinrichtung aus dem Mischstab. Gleichzeitig mit der Freigabe der Partikel oder kurz danach wird der Mischstab in eine Mischbewegung gebracht, mit der er die Partikel möglichst homogen in der Lösung verteilt. Bei der Mischbewegung handelt es sich typischerweise um ein wiederholtes Auf- und Abbewegen des Mischstabs, d.h. um eine vertikale Bewegung des Mischstabs. Generell ist auch eine rotierende Bewegung oder eine Kombination aus vertikaler und rotierender Bewegung des Mischstabs denkbar. Die Anzahl der Mischvorgänge ist nicht festgelegt und wird vom Anwender üblicherweise danach bestimmt, welcher Grad an homogener Verteilung der Partikel in der Mischung gewünscht ist. Die Partikel sind daher vorzugsweise dann ausreichend suspendiert bzw. resuspendiert, wenn der Grad der Suspendierung oder Resuspendierung den Anforderungen des Anwenders bzw. der bestmöglichen Suspendierung oder Resuspendierung der Partikel im vorliegenden System entspricht. In den meisten Fällen werden die Partikel dann ausreichend suspendiert sein, wenn der Anteil der nach dem Anheben und Suspendieren wieder sedimentierten Partikel noch relativ klein ist.

[0022] Es hat sich bei Versuchen gezeigt, dass die sedimentierten Partikel mit Hilfe des erfindungsgemäßen Verfahrens wirksam vom Boden aufgehoben und in der Lösung suspendiert bzw. resuspendiert werden können. Es handelt sich dabei also vorzugsweise nicht um einen Separationsprozess im eigentlichen Sinne, bei dem die Partikel möglichst quantitativ am Magneten bzw. an einer diesen umgebenden Hülse festgehalten und aus dem Mischgefäß entfernt werden, sondern die Partikel sollen nur wieder in Suspension gebracht werden, insbesondere um eine möglichst optimale Bindung, Waschwirkung, Elution oder Ähnliches zu erzielen. Das Magnetfeld wird dabei vorzugsweise nur zum Anheben der sedimentierten Partikel genutzt, während das Verteilen der Partikel in der Lösung durch die Mischbewegung des Mischstabs mit ausgeschaltetem Magnetfeld erfolgt.

[0023] Das erfindungsgemäße Verfahren hat dadurch den Vorteil, dass das bloße Verteilen der bereits vom Boden angehobenen Partikel durch vergleichsweise sanfte Mischbewegungen erfolgen kann. Ein Aufwirbeln der sedimentierten Partikel ausschließlich mit starken Mischbewegungen, wie es ohne Einsatz eines Magnetfeldes erforderlich wäre, ist nicht notwendig. Beim erfindungsgemäßen Verfahren muss daher die Lösung nicht sehr stark bewegt werden, wodurch die Gefahr eine Kreuzkontamination von benachbarten Mischgefäßen bei automatisierter Parallelverarbeitung erheblich verringert wird.

[0024] Außerdem braucht der Mischstab zum Anheben der sedimentierten Partikel beim erfindungsgemäßen Verfahren nicht vollständig zum Boden geführt werden, sondern lediglich in die Nähe des Bodens gebracht werden. Dadurch werden Stöße des Mischstabs auf den Boden des Mischgefäßes vermieden. Bei Aufwirbelung der sedimentierten Partikel ausschließlich durch eine Mischbewegung des Mischstabs und ohne Einsatz eines Magnetfeldes muss der Mischstab direkt bis zum Boden gebracht werden, da ansonsten die Gefahr besteht, dass ein Großteil der Partikel nicht aufgewirbelt wird. Insbesondere bei Gefäßen, die keinen flachen Boden aufweisen, kann ein rein mechanisches Mischen dazu führen, dass die Partikel nicht suspendiert bzw. resuspendiert, sondern vielmehr an den Boden gedrückt werden. Zudem erfordert ein derartiges rein mechanisches Resuspendierungsverfahren einen hohen konstruktiven Aufwand, um Zusammenstöße von Boden und Mischgefäß und damit verbundene Beschädigungen des Bodens und ein Austreten der Mischung auszuschließen bzw. zu minimieren.

[0025] Die oben genannte Aufgabe kann gemäß einer weiteren Ausführungsform durch ein Verfahren zum Suspendieren bzw. Resuspendieren von magnetisch anziehbaren Partikeln gelöst werden. Das Verfahren umfasst dabei:

• Bereitstellen zumindest eines Mischgefäßes, das zumindest teilweise mit einer Lösung gefüllt ist, in welcher magnetisch anziehbare Partikel am Boden des Mischgefäßes sedimentiert sind;
• Bereitstellen zumindest eines Mischstabs mit einem dem Boden des Mischgefäßes zugewandten vorderen Ende, wobei der Mischstab eine Magnetfelderzeugungseinrichtung zum wahlweisen Erzeugen eines Magnetfelds im Bereich des vorderen Endes aufweist;
• wobei durch das am vorderen Ende des in die Lösung eingetauchten Mischstabs erzeugte Magnetfeld zumindest ein Teil der magnetisch anziehbaren Partikel vom Boden des Mischgefäßes hochgehoben und nachfolgend durch wiederholte Mischbewegungen des Mischstabs ohne am vorderen Ende des Mischstabs erzeugtes Magnetfeld in der Lösung suspendiert bzw. resuspendiert werden.

[0026] Diese Ausführungsform kann mit einzelnen Aspekten und Merkmalen der zuvor und nachfolgend beschriebenen Ausführungsformen geeignet kombiniert werden, insbesondere hinsichtlich des Aufbaus des Mischstabs, der Art der Magnetfelderzeugung sowie des zeitlichen Ablaufs der Mischbewegung und der Magnetfelderzeugung.

[0027] Gemäß einer weiteren Ausführungsform wird eine Vorrichtung zum Suspendieren oder Resuspendieren von magnetisch anziehbaren Partikeln bereitgestellt, Die Vorrichtung weist auf:

• zumindest einen Mischstab mit einem vorderen Ende, wobei der Mischstab eine Magnetfelderzeugungseinrichtung zum wahlweisen Erzeugen eines Magnetfelds im Bereich des vorderen Endes aufweist;
• wobei die Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens gemäß einer der hierin beschriebenen Ausführungsformen eingerichtet ist.

[0028] Im Folgenden wird die Erfindung anhand von in den anhängenden Figuren gezeigten Ausführungsformen beschrieben, aus denen sich weitere Vorteile und Modifikationen ergeben. Die Erfindung ist jedoch nicht auf die konkret beschriebenen Ausführungsformen beschränkt, sondern kann in geeigneter Weise modifiziert und abgewandelt werden. Es liegt im Rahmen der Erfindung, einzelne Merkmale und Merkmalskombinationen einer Ausführungsform mit Merkmalen und Merkmalskombinationen einer anderen Ausführungsform geeignet zu kombinieren, um zu weiteren erfindungsgemäßen Ausführungsformen zu gelangen.

[0029] Figuren 1A und 1B zeigen eine erste und eine zweite Ausführungsform eines Mischstabs.

[0030] Figur 2 zeigt eine dritte Ausführungsform eines Mischstabs.

[0031] Figuren 3A bis 3E zeigen einzelne Sequenzen des Ablaufs einer Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens.

[0032] Figuren 4A bis 4E zeigen einzelne Sequenzen des Ablaufs einer weiteren Ausführungsform des erfmdungsgemäßen Verfahrens

[0033] Figur 5 zeigt ein Hubdiagramm eines Mischstabs mit beweglichem Permanentmagneten gemäß einer weiteren Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens.

[0034] Die in den Figuren gezeigten Ausführungsformen sind nicht maßstabsgetreu, sondern dienen lediglich der Veranschaulichung der entsprechenden Ausführungsformen. Dabei können einzelne Merkmale vergrößert bzw. verkleinert dargestellt sein. Gleiche Elemente sind in den Figuren mit gleichen Bezugszeichen versehen.

[0035] Figur 1A zeigt eine erste Ausführungsform eines Mischstabs 101. Der Mischstab kann beispielsweise eine langgestreckte zylindrische Form aufweisen. Der Mischstab 101 weist eine beispielsweise zylinderförmige oder rotationssymmetrische äußere Hülse 102 aus einem typischerweise nicht-magnetischen Material auf. Das Material der Hülse 102 sollte vorzugsweise so gewählt werden, dass es Magnetfelder nicht oder nur unwesentlich abschwächt. Beispielsweise kann die Hülse 102 aus einem inerten Kunststoff bestehen, der beispielsweise weitgehend formstabil ist. Zum Erreichen der Formstabilität kann die Materialdicke der Hülse 102 entsprechend gewählt werden. Es ist ebenso möglich, die Hülse durch weitere Strukturen, beispielsweise auf der Innenseite der Hülse 102, zu verstärken, wobei die Strukturen dann aus einem anderen Material als die Hülse 102 bestehen können. Verbundmaterialien sind ebenfalls möglich. Weiterhin kann die Hülse 102 auf ihrer Außenseite strukturiert sein. An ihrem vorderen Ende 103 ist die Hülse 102 typischerweise verschlossen. Dieses Ende bildet gleichzeitig das vordere Ende 103 des Mischstabs 101.

[0036] Im Mischstab 101 gemäß der ersten Ausführungsform ist innerhalb der Hülse 102 ein Permanentmagnet 104 bewegbar, insbesondere in Längsrichtung der Hülse 102, angeordnet. Der Permanentmagnet 104 kann in der Hülse 102 durch einen Stab 105 in Längsrichtung bewegt werden, d.h. insbesondere aus dem Bereich des vorderen Endes 103 heraus und wieder in den Bereich des vorderen Endes 103 hinein gebracht werden. Dies erfolgt beispielsweise mittels einer entsprechenden Betätigungseinrichtung, die hier nicht dargestellt ist. Der Mischstab 101 ist ebenfalls beispielsweise in Längsrichtung bewegbar. Dabei können Mischstab 101 und Permanentmagnet 104 unabhängig voneinander bewegt werden. Der bewegbare Permanentmagnet 104 bildet in dieser Ausführungsform die Magnetfelderzeugungseinrichtung.

[0037] Der Mischstab 101 kann, wie in Figur 1A gezeigt, in ein Mischgefäß 110 eingeführt werden. Das Mischgefäß 110 kann beispielsweise aus einem formstabilen weichen Material bestehen, das teilweise flexibel sein kann. Beispielsweise kann ein Kunststoff für das Mischgefäß verwendet werden. Dabei kann das Material des oder der Mischgefäße 110 weicher als das Material der Hülse 102 sein. Typischerweise können mehrere Mischgefäße 110 nebeneinander zu einer hier nicht dargestellten Platte zusammengefasst sein.

[0038] Figur 1A zeigt ein Mischgefäß 110 mit einem spitz zulaufenden, beispielsweise etwa konusförmigen Boden 111. Das vordere Ende 103 des Mischstabs 101 kann der Form des Mischgefäßes 110 angepasst sein und kann ebenfalls spitz, beispielsweise etwa konusförmig zulaufen. Andere Formen für den Boden 111 des Mischgefäßes und das vordere Ende 103 des Mischstabes sind ebenfalls möglich, beispielsweise etwa konkav-förmig, kegelig, flach oder rund. Generell sind auch Freiformflächen als Formen für den Boden 111 des Mischgefäßes und das vordere Ende 103 des Mischstabes denkbar, obwohl diese aus Gründen der Konstruktion, der Herstellung und des Verfahrensablaufs weniger bevorzugt sind. Günstig ist, wenn der Permanentmagnet 104 eine vertikale Ausdehnung hat, die so bemessen ist, dass sein oberes Ende (sein Nordpol N im gezeigten Ausführungsbeispiel) selbst bei voll eingetauchtem Mischstab 103 stets oberhalb des Flüssigkeitsspiegels liegt.

[0039] Der Permanentmagnet 104 erzeugt gemäß der in Figur 1A gezeigten Ausführungsform ein Magnetfeld, das im Wesentlichen in Längsrichtung des Mischstabs 110 verläuft. Dies ist in Figur 1A durch die Anordnung der Pole (Nord und Süd) angedeutet. Es ist ebenfalls möglich, dass das Magnetfeld eine andere Ausrichtung, beispielsweise eine in Bezug auf die Längserstreckung des Mischstabes 101 laterale Ausrichtung aufweist. Der Permanentmagnet 104 ist in Figur 1A in Längsrichtung des Mischstabs 101 vergleichsweise kurz dargestellt. Es ist auch möglich, dass der Permanentmagnet 104 eine andere Ausdehnung in Längsrichtung aufweist, beispielsweise deutlich länger. Ebenso kann der Permanentmagnet 104 durch zwei oder mehrere Permanentmagneten gebildet werden.

[0040] Die räumlich Lage des durch den Permanentmagneten 104 erzeugten Magnetfelds in Bezug auf das vordere Ende 103 des Mischstabs 101 kann durch Verschieben des Permanentmagneten 104 verändert werden. Wird der Permanentmagnet 104 bis zum vorderen Ende 103 des Mischstabs 101 geschoben, wirkt dort das durch den Permanentmagneten 104 erzeugte Magnetfeld. Ein "wirksames" Magnetfeld ist daher im vorderen Bereich des Mischstabs 101 "eingeschaltet". Wird dagegen der Permanentmagnet 104 ausreichend weit vom vorderen Ende 103 des Mischstabs 101 entfernt, ist die Wirkung des vom Permanentmagneten 104 erzeugten Magnetfelds am vorderen Ende 103 soweit abgeschwächt, dass dort kein zum Anheben von magnetisch anziehbaren Partikeln wirksames Magnetfeld mehr vorhanden ist. Das Magnetfeld ist daher am vorderen Ende 103 des Mischstabs 101 "ausgeschaltet".

[0041] Eine andere Ausführungsform zum Ein- und Ausschalten des Magnetfelds zeigt Figur 1B. Diese umfasst einen im Vergleich zum Permanentmagneten 104 aus Figur 1A in Längsrichtung vergleichsweise langen Permanentmagneten 106, der von einer Abschirmhülse 107 aus beispielsweise ferromagnetischem Material umgeben ist. Sowohl der Permanentmagnet 106 als auch die Abschirmhülse 107 können in Längsrichtung des Mischstabs 101 bewegbar angeordnet sein und durch entsprechende, hier nicht gezeigte Betätigungseinrichtungen unabhängig voneinander bewegt werden. Zum "Einschalten" des Magnetfeldes kann beispielsweise die Abschirmhülse 107 vom vorderen Ende 103 zurückgezogen werden, um den hier gezeigten Südpol des Permanentmagneten 106 freizulegen. Dadurch können die Feldlinien durch die Hülse 102 dringen und außerhalb des Mischstabs 101 verlaufen. Zum "Ausschalten" des Magnetfeldes wird die Abschirmhülse 107 wieder über den Permanentmagneten 106 geschoben und schirmt dadurch das vom Permanentmagneten erzeugte Magnetfeld nach außen ab. Alternativ kann auch der Permanentmagnet 106 vom vorderen Ende 103 zurückgezogen werden. Der Permanentmagnet 106 bildet zusammen mit der Abschirmhülse 107 in dieser Ausführungsform die Magnetfelderzeugungseinrichtung.

[0042] Die in den Figuren 1A und 1B gezeigten Ausführungsformen bewirken ein Ein- und Ausschalten des Magnetfeldes durch Verschieben von Permanentmagneten bzw. Abschirmhülsen. Im Gegensatz dazu zeigt Figur 2 eine Ausführungsform, bei der das Magnetfeld durch einen Elektromagneten 120 erzeugt wird. Der Elektromagnet 120 weist einen Kern 121 mit einem beispielsweise dicken, vorderen Ende 122 auf. Der Kern 121 ist von einer Spule 123 umgeben, durch welche ein Strom zum Erzeugen eines Magnetfelds fließen kann. Das Ein- und Ausschalten des Magnetfelds erfolgt hier durch entsprechendes Ein- und Ausschalten des Stroms. Auf mechanische Betätigungsmittel zum Bewegen eines Permanentmagnets bzw. einer Abschirmhülse kann bei der hier gezeigten Ausführungsform verzichtet werden. Die Magnetfelderzeugungseinrichtung wird bei dieser Ausführungsform vom Elektromagneten 120 gebildet. Generell ist jede Art einer Magnetfelderzeugungseinrichtung zur Anwendung im erfindungsgemäßen Verfahren denkbar, solange diese das Ein- und Ausschalten eines Magnetfeldes ermöglicht.

[0043] Mit Bezug auf die Figuren 3A bis 3E soll nachfolgend eine Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens beschrieben werden. Dabei wird ein in Figur 1A gezeigter Mischstab, jedoch mit langem Permanentmagneten, verwendet. Es ist jedoch auch möglich, die anderen in Figuren 1B und 2 gezeigten Mischstäbe oder auch anders aufgebaute Mischstäbe zu verwenden. Dabei ist lediglich darauf zu achten, dass der Mischstab ein wahlweises Erzeugen eines Magnetfelds mindestens an seinem vorderen Ende gestattet.

[0044] Zunächst wir ein Mischgefäß 10 bereitgestellt. Das Mischgefäß 10 kann eine überwiegend flüssige Mischung 30 mit darin befindlichen magnetisch anziehbaren Partikeln 40 enthalten. Im Weiteren wird lediglich von Partikeln gesprochen. Beispielsweise kann es sich bei den Partikeln 40 um aus der Mischung sedimentierte Partikel 40 handeln. Die Partikel 40 haben sich am Boden 11 des Mischgefäßes 10 angesammelt. Alternativ ist es möglich, dass das Mischgefäß 10 ohne Mischung 30, sondern nur mit den sich am Boden 11 befindenden Partikeln 40 entweder als Pulver oder in Suspension bereitgestellt wird, und nachfolgend dann die Mischung 30 in das Mischgefäß 10 überführt wird.

[0045] Bei den Partikeln 40 kann es sich um Partikel oder Beads handeln, die von einem magnetischen Feld angezogen werden, d.h. die beispielsweise ein ferro-, ferri-, para- oder superparamagnetisches Material aufweisen und zumindest teilweise eine Oberfläche besitzen, die in der Lage ist, beispielsweise Verunreinigungen oder biologische Zielmoleküle wie Nukleinsäuren oder Proteine zu binden. Die bindungsfähige Oberfläche kann dabei durch das magnetische Material selber oder zumindest teilweise häufig auch vollständig durch ein nichtmagnetisches Material beispielsweise ein Polymer oder ein SiO₂-haltige Material, die auch funktionalisiert sein können, gebildet werden. Die Partikel weisen einen typischen Partikeldurchmesser von etwa 500 nm bis 25 µm, vorzugsweise von etwa 1 bis 20 µm und besonders bevorzugt von etwa 4 bis 16 µm auf. Es versteht sich von selbst, dass die Partikel eine gewisse Größenverteilung aufweisen. In einigen Fällen sind die Oberflächen der Partikel 40 funktionalisiert, wobei die Funktionalisierung von der konkreten analytischen bzw. diagnostischen Anwendung abhängt und für das erfindungsgemäße Verfahren unerheblich ist. Derartige magnetische Partikel sind bereits in verschiedenen Ausgestaltungen und für verschiedene Anwendungsbereiche aus dem Stand der Technik bekannt.

[0046] Bei der Mischung 30 kann es sich um jedwede homogene oder heterogene Mischung handeln, die bei den beschriebenen Anwendungen vorliegen kann und eine ausreichende geringe Viskosität aufweist, um das erfindungsgemäße Verfahren durchführen zu können. Insbesondere handelt es sich um Mischungen, die einen erheblichen Anteil flüssiger Bestandteile aufweisen. Beispielsweise handelt es sich um eine Lyse-, Binde-, Wasch- oder Elutionslösung oder um eine Mischung, die zu untersuchende bzw. abzutrennende spezifische, meist biologische, Substanzen oder Verunreinigungen enthält. Wenn es sich bei der Mischung um eine biologische Probe handelt, kann diese unbehandelt oder vorbehandelt beispielsweise als Lysat vorliegen und auch feste Bestandteile wie Zellreste aufweisen. Die Art der Mischung ist für die Durchführung des Verfahrens unerheblich.

[0047] In die Mischung 30 wird ein Mischstab 1 mit seinem vorderen Ende 3 voran, welches zum Boden 11 des Mischgefäßes 10 weist, eingetaucht. Dies erfolgt beispielsweise durch Absenken des Mischstabs 1 entlang dessen Längserstreckung. Die Abwärtsbewegung des Mischstabs 1 ist in Figur 3A mit einem Pfeil angedeutet. Das vordere Ende 3 des Mischstabs 1 kann jedoch auch bereits in die Mischung 30 eingetaucht sein und wird dann lediglich abgesenkt.

[0048] Gleichzeitig mit dem Absenken des Mischstabs 1 kann der Permanentmagnet 4 durch Betätigung des Stabs 5 zum vorderen Ende 3 des Mischstabs 1 geschoben werden, damit dort ein ausreichend starkes Magnetfeld aufgebaut wird. Der Permanentmagnet 3 kann sich jedoch auch bereits am vorderen Ende 3 des Mischstabs 1 befinden, wenn dieser abgesenkt wird. Unabhängig von der Art und Weise, wie der Permanentmagnet 3 zum vorderen Ende 3 des Mischstabs 1 geführt wird, befindet sich dieser zumindest zeitweilig dann am vorderen Ende 3, wenn sich der Mischstab 1 nahe am Boden 11 des Mischgefäßes 10 befindet. Diese Situation ist in Figur 3B dargestellt. Wie dort angedeutet, berührt das vordere Ende 3 des Mischstabs 1 vorzugsweise nicht den Boden 11 des Mischgefäßes, sondern ist von diesem etwas, typischerweise definiert, beabstandet. Dadurch kann einerseits sichergestellt werden, dass ein gewisser Spielraum bei der relativen vertikalen Anordnung des Mischgefäßes 10 zum Mischstab 1 besteht. Andererseits können bei paralleler Bearbeitung von mehreren Mischgefäßen 10, die beispielsweise zu Multiwellplatten zusammengesetzt sind, Fertigungstoleranzen der einzelnen Mischgefäße, insbesondere bei Kunststoffplatten mit integral geformten Mischgefäßen, ausgeglichen werden. Schließlich kann vermieden werden, dass der Mischstab auf den Boden stößt und so das Mischgefäß 10 beschädigt und unter Umständen zu einem Austreten der Mischung führt. Beispielsweise kann der Mischstab bis auf etwa 0,5 bis 2 mm an den Boden 11 des Mischgefäßes herangeführt werden. Dieser Abstand hat sich bei den meisten Anwendungen als hinreichend herausgestellt, um Zusammenstöße des Mischstabs mit dem Boden des Mischgefäßes zu vermeiden. Vorzugsweise beträgt der Abstand zum Boden vorzugsweise 0,1 bis 2 mm, weiter bevorzugt 0,3 bis 1 mm und am meisten bevorzugt 0,5 bis 0,6 mm.

[0049] Wie Figur 3B zu entnehmen ist, werden die Partikel 40 vom durch den Permanentmagneten 4 im Bereich des vorderen Endes 3 des Mischstabs 1 erzeugten Magnetfeld angezogen und bewegen sich dabei vom Boden weg in die Mischung hinein, haften aber nur in geringfügigem Maße an der äußeren Oberfläche des Mischstabs 1, bzw. der Hülse 2. Dadurch werden die Partikel 40 vom Boden 11 aufgehoben und können durch den Mischstab 1 vom Boden weggezogen werden. Dazu wird der Mischstab 1 zusammen mit dem sich am vorderen Ende 3 befindenden Permanentmagneten 4 nach oben gezogen, wie in Figur 3C durch einen Pfeil angedeutet. Diese Aufwärtsbewegung kann vergleichsweise langsam erfolgen, damit sich die anhaftenden Partikel 40 nicht vom Mischstab 1 lösen. Die Bewegung sollte aber nicht zu langsam sein, da ansonsten der Anteil der am Mischstab haftenden Partikel zu groß werden kann.

[0050] Sofern der Mischstab weit genug nach oben gezogen ist, wobei das vordere Ende 3 des Mischstabs mit den daran anhaftenden Partikeln 40 in der Mischung 3 eingetaucht bleiben soll, wird der Permanentmagnet 4 durch den Stab 5 relativ zur Hülse 2 ebenfalls nach oben gezogen, d.h. vom vorderen Ende 3 des Mischstabs entfernt. Der Permanentmagnet 4 kann dabei vergleichsweise schnell nach oben gezogen werden, beispielsweise ruckartig. Mit ruckartig ist dabei vorzugsweise gemeint, dass der Magnet eine Geschwindigkeit aufweist, bei der er in einer Zeit von 0,05 bis 1 s, weiter bevorzugt 0,2 bis 0,4 s und am meisten bevorzugt 0,25 bis 0,3 s einen Weg von 100 mm zurücklegt. Da die vorigen Angaben lediglich der Beschreibung der Geschwindigkeit dienen, kann der Weg daher auch n*100mm betragen, wobei n>0 und wobei die dazugehörigen Verfahrzeiten in diesem Falle ebenfalls mit n zu multiplizieren sind. Ziel dieser Maßnahme ist es, die Wirkung des Magnetfeldes am vorderen Ende 3 des Mischstabs 1 ausreichend schnell zu vermindern oder auszuschalten, so dass die Partikel nicht mehr vom Mischstab 1 angezogen werden. Dadurch, dass der Permanentmagnet 4 vom vorderen Ende 3 entfernt wird, wird das Magnetfeld dort abgeschwächt und ist nicht mehr ausreichend stark, um die Partikeln 40 anzuziehen. Die Partikel 40 werden dadurch freigegeben, d.h. die Bewegungsrichtung der Partikel wird nicht mehr durch das Magnetfeld bestimmt.

[0051] Um zu vermeiden, dass beim Hochziehen des Permanentmagneten 4 die Partikel 40, die sich noch in Suspension befunden haben oder zu dem Teil der Partikel gehören, die doch am Mischstab haften, entlang der äußeren Oberfläche des Mischstabs 1 mit nach oben wandern, sollte der Permanentmagnet 4 ausreichend schnell vom vorderen Ende 3 des Mischstabs 1 zurückgezogen werden, so dass die Partikel 40 aufgrund von Reibung und der Viskosität der Mischung 30 nicht der Bewegung folgen können. Das vorzugsweise konusförmig ausgebildete vordere Ende des Mischstabes 3 wirkt einem "Mitwandern" der Partikel 40 ebenfalls entgegen. Das vergleichsweise rasche Hochziehen des Permanentmagneten 4 ist in Figur 3D durch einen langen Pfeil angedeutet. Typischerweise wird der Permanentmagnet 4 bis auf eine Position oberhalb der Mischung 30 gebracht, so dass in der Mischung 30 kein wirksames Magnetfeld mehr ausgebildet wird.

[0052] Bei analytischen und diagnostischen Untersuchungen werden typischerweise vergleichsweise geringe Flüssigkeits- bzw. Lösungsmengen, beispielsweise wenige Milliliter, verwendet. Beispielsweise kann das Mischgefäß 10, gerechnet vom Boden 11, bis in eine Höhe von beispielsweise etwa 15 mm aufgefüllt sein. Die Partikel 40 können dann bis in eine Höhe von beispielsweise etwa 10 mm gebracht und dort freigegeben werden.

[0053] Das Hochziehen des Mischstabs 1 und des Permanentmagneten 4 muss nicht genau in der vorstehend beschriebenen Weise erfolgen. Es ist auch möglich, den Permanentmagneten 4 bereits beim Hochziehen des Mischstabs 1 zumindest teilweise und zeitlich leicht versetzt zurückzuziehen. Unabhängig von der konkret gewählten Weise ist es das Ziel, die Partikel 40 vom Boden 11 aufzunehmen und weiter nach "oben", d.h. vom Boden des Mischgefäßes entfernt, zu bringen, damit sie dann besser in der Mischung 30 suspendiert werden können. Es sollen dabei weitgehend alle am Boden 11 sedimentierten Partikel 40 vom Mischstab 1 aufgenommen werden.

[0054] Die Partikel 40 sollen dabei vorzugsweise nicht oder nur in geringen Mengen am Mischstab 1 haften. Für eine möglichst optimale Suspension der Partikel genügt es , wenn sie durch die Wirkung des Magnetfelds vom Boden 11 ausreichend weit angehoben werden. Es genügt dabei weiterhin, wenn die Partikel 40 soweit hochgehoben werden, dass sie danach leicht durch die nachfolgend einsetzende Mischbewegung des Mischstabs 1 in der Mischung verteilt werden können.

[0055] Die Mischbewegung des Mischstabs 1, die sich an das "Ausschalten" des Magnetfelds am vorderen Ende 3 des Mischstabs anschließt, ist in Figur 3E gezeigt. In dieser Ausführungsform des Verfahrens bewegt sich der Mischstab 1 wiederholt hoch und runter und verteilt dabei die hochgenommenen Partikel 40 in der Mischung 30. Der Hub der Mischbewegung sowie die Frequenz werden so angepasst, dass zum einen ein ausreichendes Durchmischen gewährleistet ist und zum anderen ein "Überschwappen" der Mischung aus einem Mischgefäß in ein benachbartes Mischgefäß sicher vermieden wird. Beispielsweise kann die Mischbewegung mit einer Frequenz von etwa 1 Hz bis etwa 20 Hz erfolgen. Die Mischbewegung des Mischstabs 1 ist insbesondere dann wirkungsvoll, wenn der Mischstab einen nicht unerheblichen Teil des Lösungsvolumens verdrängt, da dadurch der Flüssigkeitspegel wandert. Die Änderung des Flüssigkeitspegels ist beispielsweise aus dem Vergleich der Figuren 3A und 3B deutlich erkennbar. Die Mischbewegung kann insbesondere auch sanfter im Vergleich zu solchen Mischvorrichtungen erfolgen, bei denen kein magnetfeldunterstütztes Aufnehmen der Partikel 40 erfolgt und die heftigere Mischbewegungen benötigen, um die sedimentierten Partikel aufzuwirbeln. Die Hubhöhe des Mischstabs 1 beim Mischvorgang kann beispielsweise 30 bis 100% der Flüssigkeitssäule betragen.

[0056] Andere Mischbewegungen, beispielsweise eine Rotation des Mischstabs 1, sind ebenfalls möglich. Allerdings erfordern Rotationsbewegungen insbesondere bei Parallelverarbeitung von mehreren Mischgefäßen mit jeweils zugeordnetem Mischstab einen höheren mechanischen Aufwand als Hubbewegungen. Daher sind bei entsprechenden Vorrichtungen bzw. Robotern mit einer Vielzahl von beispielsweise arrayförmig angeordneten Mischstäben diese bevorzugt lediglich längs ihrer Längserstreckung bewegbar, zumal eine solche Bewegung bereits für das Einführen der Mischstäbe erforderlich ist und somit keine zusätzliche Mechanik benötigt wird.

[0057] Im Ergebnis werden die Partikel 40 durch das erfindungsgemäße Verfahren, wie in Figur 3E angedeutet, weitgehend gleichmäßig im gesamten Volumen der Mischung 30 bis einschließlich oberhalb des oberhalb des vorderen Endes 3 suspendiert bzw. resuspendiert. Dadurch können die Ressourcen besser ausgenutzt werden.

[0058] Sofern es trotz der Mischbewegung zu einer erneuten Teilsedimentation der Partikel 40 kommt, können die sedimentierten Partikel 40 durch den Permanentmagneten 4 erneut aufgenommen werden. Eine Teilsedimentation ist in Figur 4A angedeutet. Unabhängig davon, ob eine eventuelle Teilsedimentation auftritt, können durch erneutes Einschalten des Magnetfeldes nach einer gewissen Zeit oder in regelmäßigen Abständen die Partikel 40 erneut ausreichend weit angehoben werden, wodurch ein sicheres Suspendieren bzw. Resuspendieren der Partikel 40 gewährleistet wird.

[0059] Zum eventuellen Aufnehmen der Partikel 40 wird der Permanentmagnet 4, beispielsweise während einer Abwärtsbewegung des Mischstabs 1, zum vorderen Ende 3 des Mischstabs 1 hin bewegt, um so dort ein ausreichend starkes Magnetfeld aufzubauen. Die Bewegung des Permanentmagneten 4, angetrieben durch den Stab 5 und eine hier nicht dargestellte Betätigungsvorrichtung, ist in Figur 4B durch einen langen Pfeil gekennzeichnet. Dessen Länge soll in dem dort gezeigten Ausführungsbeispiel die Geschwindigkeit und den Hub der Abwärtsbewegung darstellen, die für den Fall, dass sich der Mischstab 1 nicht gleichzeitig mit dem Permanentmagneten 4 bewegt, sondern sich der Permanentmagnet 4 auf den Mischstab 1 zu bewegt, höher als die Geschwindigkeit bzw. größer als der Hub der Abwärtsbewegung des Mischstabs 1 sind, so dass vorzugsweise Permanentmagnet 4 und Mischstab 1 gleichzeitig am Gefäßboden ankommen.

[0060] Figur 4C zeigt, dass die Partikel 40 erneut vom vorderen Ende 3 des Mischstabs 1 vom Boden weg in die Mischung gezogen werden. Durch ein in Figur 4D angedeutetes Hochziehen des Mischstabs 1 mit anschließendem raschen Hochfahren des Permanentmagneten 4 werden die vom vorderen Ende 3 hochbewegten Partikel 40 erneut bis in eine definierte Höhe gebracht und dort freigegeben. Es schließt sich dann eine erneute Mischbewegung des Mischstabs 1 ein. Dies ist in Figur 4E angedeutet.

[0061] Das erneute Aufsammeln bzw. Suspendieren der Partikel 40 durch den Mischstab kann beispielsweise während einer Ab- und Aufwärtsbewegung der Mischbewegung erfolgen. Es ist auch möglich, dass zum Aufsammeln die Mischbewegung unterbrochen oder verlangsamt wird, um das Suspendieren durch die Mischbewegung nicht zu behindern.

[0062] Zur Verdeutlichung dieser Situation wird auf Figur 5 verwiesen, die ein Hubdiagramm für die Hubbewegung des Mischstabs 1 und des Permanentmagneten 4 darstellt. Dabei zeigt Kurve 50 die Hubbewegung des Mischstabs bzw. der Hülse 2 und Kurve 51 die Hubbewegung des Permanentmagneten 4 in Abhängigkeit von der Zeit t. Die Hubhöhen h sind relativ zu einem separaten Bezugspunkt, beispielsweise dem Boden 11 des Mischgefäßes 10, dargestellt.

[0063] In einer ersten Phase 61 werden die Hülse 2 und der Permanentmagnet 3 gemeinsam nach unten und dann wieder gemeinsam bis auf eine vordefinierte Höhe nach oben bewegt, wobei sich der Permanentmagnet 4 im Bereich des vorderen Endes 3 des Mischstabs befindet. Diese Hubbewegung kann vergleichsweise langsam erfolgen und dient der Anhebung der sedimentierten Partikel 40, welche bis zur vordefinierten Höhe gebracht werden. Dann erfolgt in einer zweiten Phase 62 ein rasches Wegbewegen des Permanentmagneten 4 vom vorderen Ende 3 der Hülse 2 bzw. des Mischstabs 1, während die Hülse 2 ebenfalls noch ein wenig hochgezogen werden kann. Durch das rasche Hochziehen des Permanentmagneten 4 vom vorderen Ende 3 werden die Partikel freigegeben. Es schließt sich eine dritte Phase 63 an, in welcher im Wesentlichen nur die Hülse 2 zum Erzeugen einer Mischbewegung bewegt wird. Es ist auch möglich, den Permanentmagneten 4 mitzubewegen, wobei dieser dabei einen ausreichenden Abstand zur Flüssigkeitsoberfläche der Mischung 30 haben sollte. Die Mischbewegung ist in Figur 5 durch periodische oder oszillierende Hubbewegungen dargestellt.

[0064] Optional kann sich ein erneutes Anheben und Suspendieren der Partikel 40 anschließen. Dies ist durch die Phase 64 angedeutet, in denen eine im Vergleich zu den Mischbewegungen langsamere Hubbewegung erfolgt und der Permanentmagnet 4 unsymmetrisch zur Hubbewegung der Hülse 2 bzw. des Mischstabs 1 bewegt werden kann. Dabei wird der Permanentmagnet 4 beispielsweise sehr rasch zum vorderen Ende 3 hin bewegt, wenn sich das vordere Ende 3 des Mischstabs 1 in der Nähe des Bodens 11 des Mischgefäßes 10 befindet. Dadurch soll verhindert werden, dass noch suspendierte Partikel erneut nach unten gezogen werden. Dann erfolgt die Aufwärtsbewegung der Hülse 2 zusammen mit dem Permanentmagneten 4, der erst in einer definierten Höhe wieder vom vorderen Ende 3 des Mischstabs rasch zurückgezogen wird. Daran schließt sich in Phase 65 ein erneutes Mischen ohne Magnetfeld an.

[0065] Die in Figur 5 gezeigten Phasen können auch ineinander übergehen. Beispielsweise ist es möglich, das magnetfeldunterstützte Aufnehmen der Partikel während der Mischbewegung durchzuführen.

[0066] Die Erfindung ist nicht auf die vorstehend beschriebenen Ausführungsformen beschränkt, sondern umfasst geeignete Modifikation innerhalb des durch die Ansprüche aufgezeigten Rahmens.

Bezugszeichenliste

[0067] 

1, 101

Mischstab

2, 102

Hülse

3, 103

vorderes Ende des Mischstabs

4, 104

Permanentmagnet

5, 105

Stab

106

Permanentmagnet

107

Abschirmhülse

10, 110

Mischgefäß

11, 111

Boden des Mischgefäßes

30

Mischung

40

Partikel

50

Hubkurve des Mischstabs

51

Hubkurve des Permanentmagneten

61

erste Phase

62

zweite Phase

63

dritte Phase

64

vierte Phase

65

fünfte Phase

120

Elektromagnet

121

Kern

122

Ende des Elektromagnets

123

Spule

Ansprüche

1. Verfahren zum Suspendieren oder Resuspendieren von magnetisch anziehbaren Partikeln, mit den Schritten:

- Bereitstellen zumindest eines Mischgefäßes (10), das zumindest teilweise mit einer Mischung (30) gefüllt ist, in welcher sich magnetisch anziehbare Partikel (40) befinden, die zumindest teilweise am Boden (11) des Mischgefäßes (10) sedimentiert sind;

- Bereitstellen zumindest eines Mischstabs (1) mit einem dem Boden (11) des Mischgefäßes (10) zugewandten vorderen Ende (3), wobei der Mischstab (1) eine Magnetfelderzeugungseinrichtung (4) zum wahlweisen Erzeugen eines Magnetfelds zumindest im Bereich des vorderen Endes (3) aufweist;

- Einschalten eines wirksamen Magnetfeldes, das zumindest im Bereich des vorderen Endes (3) des Mischstabs (1) wirkt, mit Hilfe der Magnetfelderzeugungseinrichtung (4) während der Mischstab (1) in der Mischung (30) eingetaucht ist;

- Bewegung des Magnetfeldes zusammen mit dem Mischstab vom Boden (11) des Mischgefäßes (10) weg, wobei die Bewegung des Magnetfeldes zusammen mit dem Mischstab so erfolgt, dass zumindest ein Teil der magnetisch anziehbaren Partikel (40) vom Boden (11) des Mischgefäßes (10) hochgehoben werden und der Anteil der Partikel, die am Mischstab haften, minimiert wird;

- Ausschalten des Magnetfeldes in einer zuvor definierten Entfernung vom Boden, die größer ist als die Entfernung vom Boden bei Einschalten des Magnetfeldes;

- Durchführung wiederholter Mischbewegungen des Mischstabs (1) ohne dass am vorderen Ende (3) des Mischstabs (1) ein eingeschaltetes Magnetfeld vorliegt, um die in der Mischung (30) vorliegenden magnetisch anziehbaren Partikel zu suspendieren bzw. resuspendieren.

2. Verfahren nach Anspruch 1, wobei nach mehrmaligen Mischbewegungen das Magnetfeld am vorderen Ende (3) des Mischstabs (1) erneut erzeugt wird, um magnetisch anziehbare Partikel (40) erneut anzuheben.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, wobei zum Mischen der Mischstab (1) entlang seiner Längsrichtung hin- und her bewegt wird.

4. Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche, wobei das Magnetfeld am vorderen Ende (3) des Mischstabs (1) zumindest dann eingeschaltet wird, wenn sich der Mischstab (1) mit seinem vorderen Ende (3) in einem definierten minimalen Abstand zum Boden (11) des Mischgefäßes (10) befindet.

5. Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche, wobei der Mischstab (1) zumindest einen Permanentmagneten (4) aufweist, der in Längsrichtung des Mischstabs (1) bewegbar ist.

6. Verfahren nach Anspruch 5, wobei zum Einschalten des Magnetfelds im Bereich des vorderen Endes (3) des Mischstabs (1) der Permanentmagnet (4) zum vorderen Ende (3) des Mischstabs (1) hin bewegt und zum Ausschalten des Magnetfelds vom vorderen Ende (3) weg bewegt wird.

7. Verfahren nach Anspruch 5 oder 6, wobei der Permanentmagnet (4) beim Ausschalten des Magnetfeldes ruckartig vom vorderen Ende (3) des Mischstabs (1) weg bewegt wird.

8. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei der Mischstab (101) zumindest einen Permanentmagneten (106) im Bereich seines vorderen Endes (103) und zumindest eine den Permanentmagneten (106) umgebende und in Längsrichtung des Mischstabs (101) verschiebbare Abschirmhülse (107) aufweist.

9. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei der Mischstab (101) einen Elektromagneten (120) zum Erzeugen des Magnetfelds aufweist.

10. Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche, wobei es sich bei den magnetisch anziehbaren Partikeln (40) um ferro-, ferri-, paramagnetische und/oder superparamagnetische Partikel handelt.

Claims

1. A method for suspending or resuspending magnetically attractable particles with the steps:

- providing at least one mixing vessel (10), filled at least partially with a mixture (30) containing magnetically attractable particles (40) which are at least partially sedimented at the bottom (11) of the mixing vessel (10);

- providing at least one mixing rod (1) having a front end (3) directed towards the bottom (11) of the mixing vessel (10), whereby the mixing rod (1) has a means (4) for generating a magnetic field for the optional generation of a magnetic field at least in the area of the front end (3);

- switching on an effective magnetic field which acts at least in the area of the front end (3) of the mixing rod (1) by means of the means (4) for generating a magnetic field while the mixing rod (1) is immersed in the mixture (30);

- moving the magnetic field together with the mixing rod away from the bottom (11) of the mixing vessel (10), whereby the movement of the magnetic field together with the mixing rod takes place such that at least a part of the magnetically attractable particles (40) is lifted from the bottom (11) of the mixing vessel (10) and the portion of particles which stick to the mixing rod is minimized;

- switching off the magnetic field at a previously determined distance from the bottom which is greater than the distance from the bottom when switching on the magnetic field;

- performing repeated mixing movements of the mixing rod (1) without a magnetic field which is switched on being present at the front end (3) of the mixing rod (1), in order to suspend or resuspend the magnetically attractable particles which are present in the mixture (30).

2. The method according to claim 1, whereby, after multiple mixing movements, the magnetic field at the front end (3) of the mixing rod (1) is generated again to relift magnetically attractable particles (40).

3. The method according to claims 1 or 2, whereby the mixing rod (1) is reciprocated along its longitudinal direction for mixing.

4. The method according to one of the preceding claims, whereby the magnetic field at the front end (3) of the mixing rod (1) is switched on at least when the mixing rod (1) is located with its front end (3) at a defined minimal distance to the bottom (11) of the mixing vessel (10).

5. The method according to one of the preceding claims, whereby the mixing rod (1) contains at least one permanent magnet (4), which is movable in the longitudinal direction of the mixing rod (1).

6. The method according to claim 5, whereby the permanent magnet (4) is moved towards the front end (3) of the mixing rod (1) for switching on the magnetic field in the area of the front end (3) of the mixing rod (1) and is moved away from the front end (3) for switching off the magnetic field.

7. The method according to claim 5 or 6, whereby the permanent magnet (4) is jerkily moved away from the front end (3) of the mixing rod (1) when switching off the magnetic field.

8. The method according to one of the claims 1 to 4, whereby the mixing rod (101) has at least one permanent magnet (106) in the area of its front end (103) and at least one shielding sleeve (107) which surrounds the permanent magnet (106) and which is movable in the longitudinal direction of the mixing rod (101).

9. The method according to one of the claims 1 to 4, whereby the mixing rod (101) has an electromagnet (120) for generating the magnetic field.

10. The method according to one of the preceding claims, whereby the magnetically attractable particles (40) are ferro-, ferri-, paramagnetic and/or superparamagnetic particles.

Revendications

1. Procédé destiné à suspendre ou à resuspendre des particules pouvant être attirées magnétiquement avec les étapes suivantes consistant à :

- mettre à disposition au moins un récipient de mélange (10) qui est rempli au moins en partie d'un mélange (30), dans lequel se trouvent des particules (40) pouvant être attirées magnétiquement qui sont sédimentées au moins en partie sur le fond (11) du récipient de mélange (10) ;

- mettre à disposition au moins une barre mélangeuse (1) avec une extrémité (3) avant tournée vers le fond (11) du récipient de mélange (10), la barre mélangeuse (1) présentant un dispositif de génération de champ magnétique (4) pour la génération au choix d'un champ magnétique au moins dans la zone de l'extrémité avant (3) ;

- activer un champ magnétique actif qui agit au moins dans la zone de l'extrémité avant (3) de la barre mélangeuse (1) à l'aide du dispositif de génération de champ magnétique (4) pendant que la barre mélangeuse (1) est immergée dans le mélange (30) ;

- déplacer le champ magnétique conjointement avec la barre mélangeuse du fond (11) du récipient de mélange (10), le déplacement du champ magnétique conjointement avec la barre mélangeuse étant effectué de sorte qu'au moins une partie des particules (40) pouvant être attirées magnétiquement soit relevée du fond (11) du récipient de mélange (10) et la partie des particules qui adhèrent à la barre mélangeuse, soit minimisée ;

- désactiver le champ magnétique à une distance définie précédemment du fond qui est plus grande que la distance par rapport au fond lors de l'activation du champ magnétique ;

- réaliser des mouvements de mélange répétés de la barre mélangeuse (1) sans que sur l'extrémité avant (3) de la barre mélangeuse (1) ne se trouve un champ magnétique activé afin de suspendre ou resuspendre les particules pouvant être attirées magnétiquement, présentes dans le mélange (30).

2. Procédé selon la revendication 1, le champ magnétique étant généré de nouveau après plusieurs mouvements de mélange sur l'extrémité avant (3) de la barre mélangeuse (1) afin de relever de nouveau des particules (40) pouvant être attirées magnétiquement.

3. Procédé selon la revendication 1 ou 2, pour le mélange, la barre mélangeuse (1) étant déplacée alternativement le long de son sens longitudinal.

4. Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes, le champ magnétique sur l'extrémité avant (3) de la barre mélangeuse (1) étant activé au moins lorsque la barre mélangeuse (1) se trouve avec son extrémité (3) avant à une distance minimale définie par rapport au fond (11) du récipient de mélange (10).

5. Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes, la barre mélangeuse (1) présentant au moins un aimant permanent (4) qui peut être déplacé dans le sens longitudinal de la barre mélangeuse (1).

6. Procédé selon la revendication 5, pour l'activation du champ magnétique dans la zone de l'extrémité avant (3) de la barre mélangeuse (1), l'aimant permanent (4) étant déplacé vers l'extrémité avant (3) de la barre mélangeuse (1) et pour la désactivation du champ magnétique, loin de l'extrémité avant (3).

7. Procédé selon la revendication 5 ou 6, l'aimant permanent (4) étant déplacé lors de la désactivation du champ magnétique par saccades loin de l'extrémité avant (3) de la barre mélangeuse (1).

8. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, la barre mélangeuse (101) présentant au moins un aimant permanent (106) dans la zone de son extrémité avant (103) et au moins une douille de protection (107) entourant l'aimant permanent (106) et pouvant se déplacer dans le sens longitudinal de la barre mélangeuse (101).

9. Procédé selon l'une quelconque des revendication 1 à 4, la barre mélangeuse (101) présentant un électroaimant (120) pour la génération du champ magnétique.

10. Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes, s'agissant pour les particules pouvant être attirées magnétiquement (40) de particules ferromagnétiques, ferrimagnétiques, paramagnétiques et/ou superparamagnétiques.

Zeichnung