DE102011015321A1

DE102011015321A1 - Method for separating leucocyte from blood, involves forming openings through which to-be-separated particles are deflected in separation channel

Info

Publication number: DE102011015321A1
Application number: DE201110015321
Authority: DE
Inventors: Anmelder Gleich
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2011-03-28
Filing date: 2011-03-28
Publication date: 2012-10-04

Abstract

The method involves separating particles in liquid flowing in channel (10) through main flux (50) generated by magnet (30) which is conducted with the channel. A separation channel (20) which is parallel to channel is disconnected from the main flux. The magnetic force field in the form of magnetic portion is acted perpendicular to flow direction of fluid. The separation channel is separated from the channel by a wall (40). Openings (41) are formed through which to-be-separated particles are deflected in separation channel.

Description

Technisches GebietTechnical area

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur kontinuierlichen, selektiven Separation von Partikeln (Zellen, Organellen, Antikörper, Proteinen, Viren, Bakterien, etc.) mittels Magnetismus aus einem heterogenen Partikelgemisch, wobei eine Flüssigkeit, die die zu separierenden Partikel enthält, in einem Kanal an einem Magneten vorbei geleitet und in diesem eine laminare Strömung des Partikelflusses aufrecht erhalten wird.The present invention relates to a method for the continuous, selective separation of particles (cells, organelles, antibodies, proteins, viruses, bacteria, etc.) by means of magnetism from a heterogeneous particle mixture, wherein a liquid containing the particles to be separated, in a channel Passed past a magnet and in this a laminar flow of the particle flow is maintained.

Stand der TechnikState of the art

Die Abtrennung und Aufreinigung bestimmter Partikel aus heterogenen Partikelgemischen ist in der chemischen, biochemischen, biologischen und medizinischen Analyse von großer Bedeutung. Gängige Abtrennungsmethoden beinhalten Filtration und Zentrifugation, außerdem chromatographische oder auch elektrophoretische und magnetophoretische Methoden, wobei zwischen chargenweisen (nicht-kontinuierlichen) und kontinuierlichen Separationsverfahren unterschieden wird. Dabei wird der Fluss bestimmter Partikel aus dem Partikelgemisch so abgelenkt, dass eine räumliche Auftrennung der Partikel stattfindet. Kontinuierliche Verfahren erlauben eine kontinuierliche Kontrolle des Auftrennungserfolges und sind in ihrer Kapazität weniger eingeschränkt. Höhere Mengen können aufgetrennt werden und das Verfahren kann leichter mit anderen Verfahren verbunden werden. Die Separation der Zielpartikel kann auf intrinsische Eigenschaften beruhen, wie z. B. Größe, Ladung oder ihre Polarisierbarkeit. Besitzen die zu trennenden Partikel keine nutzbaren intrinsischen Magnetismus, so bietet sich die Möglichkeit an, diese Partikel an andere Partikel (z. B. Mikromagnete oder diese gekoppelt mit Antikörpern, Rezeptoren, Lektine, etc.) zu koppeln und sie dadurch mit Eigenschaften zu versehen, die zur magnetischen Separation nutzbar sind.The separation and purification of certain particles from heterogeneous particle mixtures is of great importance in chemical, biochemical, biological and medical analysis. Common separation methods include filtration and centrifugation, as well as chromatographic or electrophoretic and magnetophoretic methods, distinguishing between batch (non-continuous) and continuous separation methods. The flow of certain particles from the particle mixture is deflected so that a spatial separation of the particles takes place. Continuous methods allow continuous control of separation success and are less limited in their capacity. Higher quantities can be separated and the process can be more easily linked to other processes. The separation of the target particles may be based on intrinsic properties, such as. B. size, charge or their polarizability. If the particles to be separated do not possess usable intrinsic magnetism, then it is possible to couple these particles to other particles (for example micromagnets or these coupled with antibodies, receptors, lectins, etc.) and thereby to provide them with properties , which are useful for magnetic separation.

Insbesondere magnetische Auftrennungsmethoden haben den Vorteil, dass die magnetischen Kräfte ihre Wirkung „von außen” auf die Partikel ausüben können. Die magnetischen Kräfte, die auf die Partikel ausgeübt werden, sind relativ unempfindlich bezüglich des biochemischen Umfelds und anderer physikalischer Kräfte, wie elektrostatischen oder van der Waals Kräften oder Grenzflächenspannungen und Brownscher Bewegung. Diese Kräfte spielen bei kleinen Distanzen eine große Rolle. Magnetische Partikel existieren in einem weiten Größenbereich, außerdem mit verschiedenen physikalischen und chemischen Eigenschaften und Oberflächeneigenschaften, so dass sie maßgeschneidert angewendet werden können. Diese Kombination von Fernwirkung und maßgeschneidertem Design und die Möglichkeit, diese magnetischen Partikel an andere Partikel (z. B. Antikörper, Rezeptoren, Lektine, DNA-Sonden, etc.) zu koppeln, macht sie zu einem hervorragenden Werkzeug, um erwünschte Partikel aus einem Partikelgemisch magnetisch abzutrennen.In particular magnetic separation methods have the advantage that the magnetic forces can exert their effect "from the outside" on the particles. The magnetic forces exerted on the particles are relatively insensitive to the biochemical environment and other physical forces such as electrostatic or van der Waals forces or interfacial tensions and Brownian motion. These forces play a big role at small distances. Magnetic particles exist in a wide range of sizes, as well as having various physical and chemical properties and surface properties so that they can be tailored. This combination of long-range and tailor-made design and the ability to couple these magnetic particles to other particles (eg, antibodies, receptors, lectins, DNA probes, etc.) makes them an excellent tool to obtain desired particles from a single particle Magnetically separate particle mixture.

In einer Vorrichtung, in der kontinuierlich magnetische Partikel aus einem Fluss eines Partikelgemisches abgelenkt werden, ist die Stärke des magnetischen Feldes entscheidend. Da die verwendeten magnetischen Partikel in der Regel sehr klein sind, muss ein sehr hoher Magnetfeldgradient erzeugt werden, um eine ausreichende Ablenkung zu erreichen. Starke Magnetfelder können auf unterschiedliche Weise erzeugt werden, durch das Anbringen von Permanentmagneten, durch integrierte, aktive Elektromagnete oder durch integrierte, passive, weichmagnetische Strukturen, die durch ein externes Magnetfeld magnetisiert werden. Der hohe magnetische Gradient wird dabei durch zwei Faktoren, starke Magnete und eine möglichst große Nähe der Partikel zu dem Magneten, erreicht. In nicht-kontinuierlich arbeitenden Anwendungen wird dies durch die Verwendung von starken Magneten einerseits und anderseits einer Matrix in Kammern oder Säulen, die eine hohe magnetische Permeabilität besitzen, erreicht. Partikelhaltige Flüssigkeit kann durch die Matrix hindurchfließen und die magnetischen Partikel werden in der Kammer oder Säule zurückgehalten und anschließend eluiert ( US 4,664,796 ; US 5,411,863 ). Durch die Matrix mit seiner hohen magnetischen Permeabilität sind die magnetischen Partikel einem hohen magnetischen Gradienten ausgesetzt, wenn sie durch die Matrix hindurchfließen und werden so an den Matrixbestandteilen zurückgehalten.In a device in which magnetic particles are continuously deflected from a flow of a particle mixture, the strength of the magnetic field is critical. Since the magnetic particles used are usually very small, a very high magnetic field gradient must be generated in order to achieve sufficient deflection. Strong magnetic fields can be generated in different ways, by attaching permanent magnets, by integrated, active electromagnets or by integrated, passive, soft magnetic structures that are magnetized by an external magnetic field. The high magnetic gradient is achieved by two factors, strong magnets and the greatest possible proximity of the particles to the magnet. In non-continuous applications, this is achieved by the use of strong magnets on the one hand, and of a matrix in chambers or columns having high magnetic permeability on the other hand. Particle-containing liquid can flow through the matrix and the magnetic particles are retained in the chamber or column and subsequently eluted ( US 4,664,796 ; US 5,411,863 ). Due to the matrix with its high magnetic permeability, the magnetic particles are exposed to a high magnetic gradient as they pass through the matrix and are thus retained on the matrix constituents.

In kontinuierlich arbeitenden Verfahren ist eine räumliche Ablenkung vonnöten, deshalb ist die Verwendung einer Matrix schwierig. Kontinuierliche Verfahren werden meist in freiem Fluss (free-flow) betrieben. In Abtrennungsverfahren, die magnetische Kräfte benutzen, ist die Partikelbahn das Resultat der hydrodynamischen Geschwindigkeit, die durch das Pumpen der Flüssigkeit entsteht, und der magnetisch induzierten Ablenkung. Durch die Ablenkung der Partikelbahn aus dem Hauptstrom können die erwünschten Partikel abgetrennt werden. Die Abtrennung der abgelenkten Partikel aus dem Partikelgemisch geschieht entweder durch einen einzelnen Kanal („split flow”) oder durch eine Vielzahl von Kanälen (free-flow magnetophoresis), wobei letzteres eine differenzierte Auftrennung der abgelenkten Partikel erlaubt.In continuous processes, spatial deflection is needed, so using a matrix is difficult. Continuous processes are usually operated in free-flow. In separation processes using magnetic forces, the particle trajectory is the result of the hydrodynamic velocity created by pumping the fluid and the magnetically induced deflection. By deflecting the particle web from the main stream, the desired particles can be separated. The separation of the deflected particles from the particle mixture is done either by a single channel ("split flow") or by a plurality of channels (free-flow magnetophoresis), the latter allowing a differentiated separation of the deflected particles.

Bei den „split-flow” Verfahren kann der Kanal, an dem die laminare Strömung in zwei Teile getrennt wird, unterschiedliche Ausformungen haben. Er kann in einem Winkel von 90 Grad, also orthogonal, angeordnet sein, oder aber einen Winkel kleiner als 90 Grad aufweisen. Auch kann er nur seitlich versetzt sein oder aber ringförmig um den Hauptkanal angeordnet sein. ( US 5,968,820 ; US 6,467,630 ; US 7,138,269 ; WO 2008/155519 , US 2009/0220932 ).In the split-flow method, the channel where the laminar flow is split into two parts may have different shapes. It can be arranged at an angle of 90 degrees, that is to say orthogonal, or else have an angle of less than 90 degrees. Also, it can only be laterally offset or ring around be arranged the main channel. ( US 5,968,820 ; US 6,467,630 ; US 7,138,269 ; WO 2008/155519 . US 2009/0220932 ).

Nachteile der bisher bekannten LösungenDisadvantages of the previously known solutions

Die bisher bekannten Lösungen der kontinuierlichen Fluss-Auftrennung, insbesondere auch der magnetischen Flussauftrennung, nutzen sämtlich eine räumliche Ablenkung der aufzutrennenden Partikel. Diese Ablenkung wird über einen oder mehrere Kanäle erreicht, in denen die Zielpartikel gelenkt werden. Bei einem einzigen Ausgangskanal müssen die Zielpartikel möglichst vollständig so abgelenkt werden, dass sie im Ausgangskanal landen. Ebenso müssen die anderen unerwünschten Partikel möglichst im Hauptstrom der Flüssigkeit verbleiben, um eine möglichst hohe Reinheit der Zielpartikel zu erreichen. Um einen hohen Durchsatz zu gewährleisten, muss der Hauptstromkanal mit dem Partikelgemisch möglichst groß sein und/oder eine große Flussgeschwindigkeit besitzen, andererseits muss die ablenkende Kraft groß genug sein, die abzutrennenden Partikel in den dafür vorgesehenen Ausgangskanal abzulenken.The previously known solutions of continuous flow separation, in particular also the magnetic flow separation, all use a spatial deflection of the particles to be separated. This deflection is achieved via one or more channels in which the target particles are directed. With a single output channel, the target particles must be deflected as completely as possible so that they end up in the output channel. Likewise, the other unwanted particles must remain as possible in the main stream of the liquid in order to achieve the highest possible purity of the target particles. To ensure a high throughput, the main flow channel with the particle mixture must be as large as possible and / or have a high flow velocity, on the other hand, the deflecting force must be large enough to divert the particles to be separated in the appropriate output channel.

In der US 2010/0093052 wird dies durch einen ringförmigen „split-Kanal” erreicht. In anderen Druckschriften wird dies durch einen seitlich abgehenden oder zur Fließrichtung verschobenen Kanal erreicht ( US 2009/0220932 ; US 7807454 ; US 7,138,269 ). Um eine größtmögliche Anzahl der Zielpartikel zu gewinnen, müssen möglichst viele der Zielpartikel von der magnetischen Kraft so abgelenkt werden, dass sie in den Abtrennungskanal gelangen. Dies benötigt eine gewisse Zeit, denn schlussendlich muss eine orthogonale Bewegung zum Hauptstrom durchgeführt werden, damit die Zielpartikel den Hauptstrom verlassen können. Je größer die Querschnittsfläche des Hauptstroms, umso größer sind die Distanzen, die die Zielpartikel zurücklegen müssen, um eine ausreichende orthogonale Bewegung zurückzulegen, damit sie in den Ausgangskanal gelangen.In the US 2010/0093052 this is achieved by an annular "split channel". In other publications, this is achieved by a laterally outgoing or to the flow direction shifted channel ( US 2009/0220932 ; US 7807454 ; US 7,138,269 ). In order to obtain the largest possible number of target particles, as many of the target particles as possible have to be deflected by the magnetic force so that they enter the separation channel. This takes a certain amount of time, because in the end an orthogonal movement to the main stream has to be carried out so that the target particles can leave the main stream. The larger the cross-sectional area of the main flow, the greater the distances the target particles must travel to make sufficient orthogonal motion to enter the exit channel.

Ein Hauptfluss mit kreisförmiger Querschnittsfläche mit einem ringförmigen „split-Kanal” und einem magnetischen Quadrupol, wie er in US 2010/0093052 verwirklicht wurde, stellt schon eine optimale Lösung dar. Das Verhältnis von orthogonaler Bewegung zum Erreichen des „split-Kanals” zu der Querschnittsfläche des Hauptstroms und damit dem Durchflussvolumen ist optimal, und hierdurch werden relativ große Durchflussraten erreicht. Bei größer werdendem Hauptstromdurchmesser werden die einwirkenden, z. B. magnetischen Ablenkungskräfte, die auf weiter entfernte Zielpartikel einwirken, jedoch schwächer, d. h. der Kraftgradient, z. B. ein magnetisches Feld, wird abgeschwächt und die Zielpartikel können eventuell keine ausreichende orthogonale Verschiebung mehr erreichen.A major flow with a circular cross-sectional area with an annular split channel and a magnetic quadrupole as shown in US 2010/0093052 The ratio of orthogonal motion to reach the "split channel" to the cross-sectional area of the main flow, and thus the flow volume, is optimal, and this achieves relatively high flow rates. As the main flow diameter becomes larger, the acting, z. B. magnetic deflection forces acting on more distant target particles, but weaker, ie the force gradient, z. B. a magnetic field is weakened and the target particles may not reach a sufficient orthogonal displacement more.

Ein weiterer Nachteil bisher bekannter Lösungen ist die Ablenkung von nicht erwünschten Partikeln in den Ausgangskanal, denn diese können durch zufällige Bewegungen ebenfalls eine orthogonale Bewegung vollziehen. Auch hier stellt sich das Problem, dass je länger den Zielpartikeln Zeit zu einer orthogonalen Bewegung gegeben wird, umso mehr unerwünschte Partikel werden in den Abtrennungskanal mitgenommen. Anderseits brauchen aber, wie bereits geschildert, die Zielpartikel eine gewisse Zeit, um sich durch eine orthogonale Bewegung aus dem Hauptstrom zu bewegen.Another disadvantage of previously known solutions is the deflection of unwanted particles in the output channel, because they can also perform an orthogonal movement by random movements. Again, the problem arises that the longer the target particles time is given to an orthogonal movement, the more unwanted particles are taken into the separation channel. On the other hand, as already described, the target particles need a certain amount of time to move out of the main stream by an orthogonal movement.

Darstellung der ErfindungPresentation of the invention

Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zu Grunde, ein kontinuierliches Separationsverfahren für Partikel mittels Magnetismus zu schaffen, das einen hohen Durchsatz des Partikelgemisches erlaubt, bei gleichzeitiger Reduzierung der Abtrennung von unerwünschten Partikeln und gleichzeitigem hohen Magnetgradienten. Dieses System soll sowohl im Mikroverfahrensbereich (z. B. μTAS) als auch im Makrobereich (z. B. zur Blutreinigung, Abtrennung von Leukozyten, etc.) Anwendung finden können.The present invention is based on the object to provide a continuous separation process for particles by means of magnetism, which allows a high throughput of the particle mixture, while reducing the separation of unwanted particles and simultaneously high magnetic gradient. This system should be able to be used both in the micro process area (eg μTAS) and in the macro area (eg for blood purification, separation of leucocytes, etc.).

Erfindungsgemäß wird die voranstehende Aufgabe mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen des erfindungsgemäßen Verfahrens sind in den Unteransprüchen angegeben.According to the invention the above object is achieved with the features of claim 1. Advantageous embodiments of the method according to the invention are specified in the subclaims.

Danach ist ein Verfahren der eingangs genannten Art dadurch gekennzeichnet, dass zumindest an einem Teilbereich des Kanals wenigstens ein/eine strömungstechnisch vom laminaren Hauptfluss getrennt und zum Kanal (Hauptstromkanal) parallel verlaufende/r Trennkanal oder Trennkammer vorgesehen ist, der/die ein magnetisches Kraftfeld in Form eines magnetischen oder magnetisierbaren Bereiches aufweist, welches orthogonal zur Flussrichtung der Strömung einwirkt, wobei die Trennkammer oder der Trennkanal von dem Kanal mittels einer Wandung getrennt ist, die zahlreiche Öffnungen aufweist, durch welche die zu separierenden Partikel in den Trennkanal oder die Trennkammer abgelenkt werden. Die Trennkammer ist erfindungsgemäß entweder eine strömungsberuhigte Zone oder besitzt eine eigene Strömung (Trennkanal).Thereafter, a method of the type mentioned is characterized in that at least at a portion of the channel at least one / a fluidically separated from the laminar main flow and the channel (main flow channel) parallel / s separating channel or separation chamber is provided, the / a magnetic force field in Form of a magnetic or magnetizable region which acts orthogonal to the flow direction of the flow, wherein the separation chamber or the separation channel is separated from the channel by means of a wall having numerous openings through which the particles to be separated are deflected into the separation channel or the separation chamber , According to the invention, the separation chamber is either a flow-calmed zone or has its own flow (separation channel).

Kurzbeschreibung der ZeichnungenBrief description of the drawings

Weitere Ziele, Merkmale, Vorteile und Anwendungsmöglichkeiten des erfindungsgemäßen Verfahrens ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung eines Ausführungsbeispiels anhand der Zeichnungen. Dabei bilden alle beschriebenen und/oder bildlich dargestellten Merkmale für sich oder in beliebiger Kombination den Gegenstand der Erfindung, unabhängig von der Zusammenfassung in einzelnen Ansprüchen oder deren Rückbeziehung.Other objects, features, advantages and applications of the method according to the invention will become apparent from the following description of an embodiment with reference to the drawings. All described and / or or illustrated features alone or in any combination the subject matter of the invention, regardless of the summary in individual claims or their dependency.

In den Zeichnungen zeigenIn the drawings show

1 ein erfindungsgemäßes Verfahren in einer flächigen Ausführung des Kanals mit strömungsloser Trennkammer und Magnet in perspektivischer Ansicht; 1 an inventive method in a planar design of the channel with flowless separation chamber and magnet in a perspective view;

2 schematisch die orthogonal zum Hauptstrom wirkende Bewegung der Zielpartikel durch die Öffnungen in Richtung eines Trennkanals; 2 schematically the movement of the target particles orthogonal to the main flow through the openings in the direction of a separation channel;

3 ein erfindungsgemäßes Verfahren in flächiger Ausführung des Kanals mit doppelter strömungsloser Trennkammer und mehreren Magneten in seitlicher Ansicht; 3 an inventive method in areal design of the channel with double flowless separation chamber and a plurality of magnets in a side view;

4 ein erfindungsgemäßes Verfahren in flächiger Ausführung des Kanals mit doppeltem strömungslosen Trennkanal und mehreren Magneten in seitlicher Ansicht. 4 an inventive method in areal design of the channel with double flowless separation channel and multiple magnets in a side view.

Ausführung der ErfindungEmbodiment of the invention

1 zeigt ein erfindungsgemäßes Verfahren in einer flächigen Ausführung des Kanals 10 mit strömungsloser Trennkammer 20 und Magnet 30 in perspektivischer Ansicht in einer bevorzugten Ausführungsform. Durch die Öffnungen 41, vorzugsweise in Form von Lücken oder Löcher in der Wandung 40, entsteht eine Vielzahl von Bereichen, an denen die Zielpartikel 1 abgetrennt werden können. Diese Vielzahl von „Ausgangskanälen” 41 erlaubt eine flächige Gestaltung der Trennkammer 20 (bzw. des Trennkanals 20) derart, dass der Partikelfluss eine hohe Querschnittsfläche besitzt, d. h. ein hoher Flussdurchsatz möglich ist, ohne die Flüssigkeit von dem Magneten 30 weit zu entfernen. Ein hoher magnetischer Gradient ist so gewährleistet. 1 shows a method according to the invention in a flat design of the channel 10 with flowless separation chamber 20 and magnet 30 in a perspective view in a preferred embodiment. Through the openings 41 , preferably in the form of gaps or holes in the wall 40 , creates a variety of areas where the target particle 1 can be separated. This variety of "output channels" 41 allows a flat design of the separation chamber 20 (or the separation channel 20 ) such that the particle flow has a high cross-sectional area, ie a high flow rate is possible without the liquid from the magnet 30 far away. A high magnetic gradient is guaranteed.

Der Partikelfluss 60 in der Trennkammer 20 bzw. des Trennkanals 20, in die die Zielpartikel 1 gelenkt werden, kann im Verhältnis zum Partikelfluss 50 im Kanal 10 derart eingestellt werden (vorzugsweise langsamer), dass sich dadurch ein Partikelfluss durch die Öffnungen 41 in die Trennkammer 20 bzw. den Trennkanal 20 bildet. Die Zielpartikel 1 müssen dann einen Gegenstrom überwinden, um in die Trennkammer 20 zu gelangen. Gleichzeitig wird verhindert, dass unerwünschte Partikel 1 in die Trennkammer 20 bzw. den Trennkanal 20 gelangen.The particle flow 60 in the separation chamber 20 or the separation channel 20 into which the target particles 1 can be steered, in relation to the particle flow 50 in the canal 10 be set (preferably slower), that thereby a flow of particles through the openings 41 in the separation chamber 20 or the separation channel 20 forms. The target particles 1 then have to overcome a counterflow to enter the separation chamber 20 to get. At the same time it prevents unwanted particles 1 in the separation chamber 20 or the separation channel 20 reach.

Das ablenkende Magnetfeld des Magneten 30 bewirkt eine Bewegung der Zielpartikel 1 durch die Öffnungen 41 in die angrenzende Trennkammer 20 bzw. den Trennkanal 20, während die anderen Partikel im Partikelfluss 50 verbleiben und den Kanal 10 wieder verlassen. Die Zielpartikel 1 werden durch die vorzugsweise als Lücken bzw. Löcher ausgebildeten zahlreichen Öffnungen 41 der Wandung 40 bewegt, und sobald sie die Löcher passiert haben, werden sie vom Partikelfluss 50 im Kanal 10 nicht mehr mitgenommen. Die laminare Strömung 50 im Kanal 10 transportiert das Partikelgemisch über die Öffnungen 41 hinweg, und das orthogonal dazu wirkende Magnetfeld bewegt die Zielpartikel 1 in Richtung der Öffnungen 41. Das Ende der Öffnungen 41 wirkt für die Zielpartikel 1 wie ein Splitter, der zwei Strömungen voneinander trennt (siehe die schematische Abbildung in 2). Aufgrund der Vielzahl von Öffnungen 41 können die Zielpartikel 1 den Übergang in die Trennkammer 20 bzw. des Trennkanals 20 an einer Vielzahl von Stellen realisieren. Dadurch wird ein Stau von Zielpartikeln 1 am Splitter vermieden.The distracting magnetic field of the magnet 30 causes a movement of the target particles 1 through the openings 41 in the adjacent separation chamber 20 or the separation channel 20 while the other particles in the particle flow 50 remain and the channel 10 leave again. The target particles 1 are formed by the number of openings preferably formed as gaps or holes 41 the wall 40 moved, and once they have passed the holes, they are from the particle flow 50 in the canal 10 no longer taken. The laminar flow 50 in the canal 10 transports the mixture of particles across the openings 41 and the orthogonal magnetic field moves the target particles 1 in the direction of the openings 41 , The end of the openings 41 acts on the target particles 1 like a splitter that separates two flows (see schematic diagram in) 2 ). Due to the large number of openings 41 can the target particles 1 the transition to the separation chamber 20 or the separation channel 20 realize in a variety of places. This will cause a jam of target particles 1 avoided at the splitter.

Der Partikelfluss 50 kann in seiner Distanz von dem orthogonal zur Partikelflussrichtung wirkenden Magnet 30 minimal gehalten werden, da die Querschnittsfläche des Partikelflusses 50 flach gestaltet werden kann. Der Kanal 10 wird so gestaltet, dass das Verhältnis der Höhe zur Breite möglichst klein ist (vgl. 1). Dadurch wird eine maximale und gleichförmige Nähe der Zielpartikel 1 zum Magneten 30 gewährleistet.The particle flow 50 can in its distance from the orthogonal to the particle flow direction acting magnet 30 be kept minimal, since the cross-sectional area of the particle flow 50 can be designed flat. The channel 10 is designed so that the ratio of height to width is as small as possible (cf. 1 ). This will give a maximum and uniform proximity of the target particles 1 to the magnet 30 guaranteed.

Wie aus 3 ersichtlich, weist der Kanal 10, durch den sich der Partikelfluss 50 bewegt, zumindest einen Eingang 11 und einen Ausgang 12 auf. Ebenso kann der mindestens eine Trennkanal 20 oder die Trennkammer 20 mit einem Eingang 21 und einem Ausgang 22 ausgestattet sein.How out 3 As can be seen, the channel points 10 through which the particle flow 50 moves, at least one entrance 11 and an exit 12 on. Likewise, the at least one separation channel 20 or the separation chamber 20 with an entrance 21 and an exit 22 be equipped.

4 zeigt ein erfindungsgemäßes Verfahren in flächiger Ausführung des Kanals 10 mit doppeltem strömungslosen Trennkanal 20 und mehreren Magneten 30 in seitlicher Ansicht. Wie aus 4 ersichtlich, kann ein zweiter Partikelfluss 60 in dem Trennkanal 20 derart eingestellt werden, dass dieser mit einer geringeren Flussrate fließt wie der Partikelfluss 50 und Flüssigkeit in den Kanal 10 hineingezogen wird (hydrodynamisches Paradoxon). Es entsteht ein Partikelfluss von dem Trennkanal 20 in den Kanal 10, der verhindert, dass unerwünschte Partikel in den Trennkanal 20 gelangen. Nur die Zielpartikel 1 können aufgrund der entgegengerichteten Richtung des Magnetfeldes diesen Partikelfluss überwinden, und gelangen so durch die Öffnungen 41 in den Trennkanal 20. 4 shows a method according to the invention in flat execution of the channel 10 with double flowless separation channel 20 and several magnets 30 in lateral view. How out 4 can be seen, a second particle flow 60 in the separation channel 20 be set so that it flows at a lower flow rate as the particle flow 50 and liquid in the channel 10 is drawn in (hydrodynamic paradox). The result is a particle flow from the separation channel 20 in the channel 10 that prevents unwanted particles from entering the separation channel 20 reach. Only the target particles 1 can overcome this flow of particles due to the opposite direction of the magnetic field, and thus pass through the openings 41 in the separation channel 20 ,

Die Größe der Öffnungen 41 kann vorzugsweise so gewählt werden, dass bestimmte, nicht zu separierende Partikel schon aufgrund ihrer Größe nicht in die Trennkammer 20 oder den Trennkanal 20 gelangen können und ein zusätzlicher Siebeffekt vorhanden ist.The size of the openings 41 can preferably be chosen so that certain, not to be separated particles not already in the separation chamber due to their size 20 or the separation channel 20 can reach and an additional screening effect is present.

Ebenso können andere Eigenschaften des Verfahrens variiert werden: die Geschwindigkeit des Partikelflusses 50, des Partikelflusses 60, die Stärke der ablenkenden magnetischen Kraft 31, die Flachheit des Kanals 10 oder des Trennkanals 20 bzw. der Trennkammer 20. Eine weitere Möglichkeit besteht darin, den Kanal 10 mit mehreren, vorzugsweise zwei angrenzenden Trennkammern 20 oder Trennkanälen 20 und dazu gehörigen Magneten 30 zu versehen (vgl. 4). Die Trennkammer 20 bzw. der Trennkanal 20 kann weiterhin auch umlaufend um den Kanal 10 angeordnet sein, wobei der Magnet 30 die Trennkammer 20 bzw. den Trennkanal 20 umlaufend umfasst. In dieser Ausführungsform sind die Kanäle 10, 20 bzw. Kammern 20 vorzugsweise zylindrisch ausgeformt. Ebenso kann der die äußere zylindrische Kammer 20 bzw. den äußeren zylindrischen Kanal 20 umfassende Magnet 30 zylindrisch ausgeformt sein. Likewise, other properties of the process can be varied: the velocity of the particle flow 50 , the particle flow 60 , the strength of the distracting magnetic force 31 , the flatness of the canal 10 or the separation channel 20 or the separation chamber 20 , Another possibility is the channel 10 with several, preferably two adjacent separation chambers 20 or separation channels 20 and associated magnets 30 to be provided (cf. 4 ). The separation chamber 20 or the separation channel 20 can still be circulating around the channel 10 be arranged, the magnet 30 the separation chamber 20 or the separation channel 20 encompassing. In this embodiment, the channels are 10 . 20 or chambers 20 preferably formed cylindrical. Likewise, the outer cylindrical chamber 20 or the outer cylindrical channel 20 comprehensive magnet 30 be formed cylindrical.

Das erfindungsgemäße Verfahren besitzt folgende Vorteile: Durch die Einrichtung einer speziellen Wandung 40, die den Kanal 10 von der Trennkammer 20 bzw. dem Trennkanal 20 separiert, kann der Hauptfluss 50 über lange Strecken und relativ große Zeiträume entlang dem Magnetfeld geführt werden, ohne dass das Partikelgemisch sich mit dem in der Trennkammer 20 bzw. dem Trennkanal 20 befindlichen Medium oder den dort vorhandenen, bereits abgetrennten Zielpartikeln 1 vermischt. Durch die Einrichtung der in der Wandung 40 vorgesehenen Öffnungen 41 können die Zielpartikel 1 den Kanal 10 durch eine Vielzahl von Ausgangskanälen 41 verlassen. Die Ausgangskanäle 41 stellen gleichzeitig eine Vielzahl von Splittern dar. Durch die Öffnungen 41 hindurch kann ein Partikelfluss erzeugt werden, der dem Fluss der orthogonal abgelenkten Zielpartikel 1 entgegengesetzt ist. Damit kann verhindert werden, dass unerwünschte Partikel in die Trennkammer oder den Trennkanal 20 gelangen. Ferner erlauben die Öffnungen 41 die Verwendung des Siebeffekts, der zusätzlich als Trennverfahren eingesetzt werden kann.The inventive method has the following advantages: By the establishment of a special wall 40 that the channel 10 from the separation chamber 20 or the separation channel 20 separated, the main river 50 be guided along the magnetic field over long distances and relatively long periods of time without the particle mixture with the in the separation chamber 20 or the separation channel 20 located medium or existing there, already separated target particles 1 mixed. By the device in the wall 40 provided openings 41 can the target particles 1 the channel 10 through a variety of output channels 41 leave. The output channels 41 represent at the same time a multiplicity of splinters. Through the openings 41 Through this, a particle flow can be generated which corresponds to the flow of the orthogonally deflected target particles 1 is opposite. This can be prevented that unwanted particles in the separation chamber or the separation channel 20 reach. Furthermore, the openings allow 41 the use of the sieve effect, which can also be used as a separation process.

Eine flächige Verteilung der Ausgangskanäle 41 erlaubt eine flache Ausgestaltung des Kanals 10 und damit eine relative Nähe der Zielpartikel 1 zum orthogonal ablenkenden Magnetfeld. Durch eine flache Gestaltung des Kanals 10 wirkt das orthogonal ablenkende Magnetfeld zudem relativ homogen auf die frei fließenden Zielpartikel 1. Zudem kann ein relativ großer Gesamtflussquerschnitt erzielt werden, da das orthogonal ablenkende Magnetfeld 30 flächig verteilt auf die Zielpartikel 1 einwirken kann.An areal distribution of the output channels 41 allows a flat configuration of the channel 10 and thus a relative proximity of the target particles 1 to the orthogonal deflecting magnetic field. Due to a flat design of the canal 10 In addition, the orthogonally deflecting magnetic field acts relatively homogeneously on the freely flowing target particles 1 , In addition, a relatively large total flow cross-section can be achieved because the orthogonally deflecting magnetic field 30 distributed over the target particles 1 can act.

Das erfindungsgemäße Verfahren beschränkt sich in seiner Ausführung nicht auf die vorstehend angegebenen bevorzugten Ausführungsformen.The inventive method is not limited in its execution to the above-mentioned preferred embodiments.

BezugszeichenlisteLIST OF REFERENCE NUMBERS

11: zu separierende Partikelparticles to be separated
1010: Kanalchannel
1111: Eingang 10 entrance 10
1212: Ausgang 10 output 10
2020: Trennkanal/TrennkammerSeparation channel / separation chamber
2121: Eingang 20 entrance 20
2222: Ausgang 20 output 20
3030: Magnetmagnet
3131: Ablenkungskraft des MagnetfeldesDeflection force of the magnetic field
4040: Wandungwall
4141: Öffnungen in 40 Openings in 40
5050: Strömung/Partikelfluss in 10 Flow / particle flow in 10
6060: Strömung/Partikelfluss in 20 Flow / particle flow in 20

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION

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Zitierte PatentliteraturCited patent literature

US 4664796 [0004]
US 5411863 [0004]
US 5968820 [0006]
US 6467630 [0006]
US 7138269 [0006, 0008]
WO 2008/155519 [0006]
US 2009/0220932 [0006, 0008]
US 2010/0093052 [0008, 0009]
US 7807454 [0008]

Claims

Process for the continuous selective separation of particles ( 1 ) by means of magnetism from a heterogeneous particle mixture, wherein a liquid, the particles to be separated ( 1 ), in a channel ( 10 ) on at least one magnet ( 30 ) passed by and in the channel ( 10 ) a laminar flow ( 50 ) of the particle flow is maintained, characterized in that at least at a portion of the channel ( 10 ) at least one / a fluidically separated from the main laminar flow and the channel ( 10 ) parallel separating channel ( 20 ) or separation chamber ( 20 ) is provided, the / a magnetic force field ( 30 ) in the form of a magnetic or magnetizable region ( 30 ) which is orthogonal to the flow direction of the flow ( 50 ), wherein the separation chamber ( 20 ) or the separation channel ( 20 ) from the channel ( 10 ) by means of a wall ( 40 ), which has numerous openings ( 41 ), through which the particles to be separated ( 1 ) into the separation channel ( 20 ) or the separation chamber ( 20 ) to get distracted.

A method according to claim 1, characterized in that a planar design of the separation chamber ( 20 ) or of the separation channel ( 20 ) is provided.

Process according to claims 1 and 2, characterized in that the particle flow ( 60 ) in the separation chamber ( 20 ) or in the separation channel ( 20 ), into the particle (s) ( 1 ), in relation to the particle flow ( 50 ) in the channel ( 10 ) is set such that a particle flow through the openings ( 41 ) into the separation chamber ( 20 ) or the separation channel ( 20 ).

Method according to one or more of the preceding claims, characterized in that the openings ( 41 ) are configured such that the ends of the openings ( 41 ) for the target particles ( 1 ) act as a splitter separating two streams, due to the preferential plurality of orifices ( 41 ) the particles ( 1 ) the transition into the separation chamber ( 20 ) or in the separation channel ( 20 ) can be realized in a plurality of places and thereby a congestion of particles ( 1 ) is avoided on the splitter.

Method according to one or more of the preceding claims, characterized in that the channel ( 10 ) is designed so that the ratio of height to width is as small as possible, whereby a maximum and uniform proximity of the particles ( 1 ) to at least one magnet ( 30 ) is achieved.

Method according to one or more of the preceding claims, characterized in that the size of the openings ( 41 ) is selected so that certain, not to be separated particles already not in the separation chamber due to their size ( 20 ) or the separation channel ( 20 ) and thus an additional screening effect is present.

Method according to one or more of the preceding claims, characterized in that a plurality of separation chambers ( 20 ) and / or separation channels ( 20 ) with at least one magnet ( 30 ) are provided.

Method according to one or more of the preceding claims, characterized in that the channel ( 10 ) and / or the separation chamber (s) ( 20 ) and / or the separating channel or channels ( 20 ) each have an inlet and an outlet ( 11 . 12 ; 21 . 22 ) exhibit.

Method according to one or more of the preceding claims, characterized in that the separation chamber ( 20 ) or the separation channel ( 20 ) around the channel ( 10 ), wherein at least one magnet ( 30 ) the at least one circulating separation chamber ( 20 ) or the at least one circulating separation channel ( 20 ), in which embodiment the channels ( 10 . 20 ) or chambers ( 20 ) are preferably formed cylindrically.