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Gebiet der Erfindung
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Die
Erfindung liegt auf dem Gebiet von Stabanordnungen zur Extraktion
von magnetisierbaren Partikeln aus Lösungen in mindestens
einer Kavität. Ferner liegt die Erfindung auf dem Gebiet
von Verfahren zur Extraktion von magnetisierbaren Partikeln aus
einer Lösung in mindestens einer Kavität. Darüber
hinaus liegt die Erfindung auf dem Gebiet von Magnetelementen zur
Extraktion von magnetisierbaren Partikeln.
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Hintergrund der Erfindung
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Im
Stand der Technik sind Stabanordnungen bekannt, die zur Extraktion
von Biomolekülen mittels magnetisierbarer Partikel verwendet
werden. Die magnetisierbaren Partikel befinden sich zunächst
in einer Lösung in einer Kavität. Unter geeigneten
Bedingungen binden die Biomoleküle an diese magnetisierbaren
Partikel. Die geeigneten Bedingungen umfassen die Zugabe eines Bindepuffers
und möglicherweise eine Lyse der Biomoleküle,
wie sie im Stand der Technik bekannt sind.
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Die
magnetisierbaren Partikel werden an die Biomoleküle gebunden.
Mittels eines Magnetelements der Stabanordnung können die
magnetisierbaren Partikel und damit auch die gebundenen Biomoleküle
angezogen werden. Es ist üblich mehrfache Reinigungsschritte
zur Extraktion der magnetisierbaren Partikel zu durchlaufen. Eine
Reinheit der magnetisierbaren Partikel an der Stabanordnung wird
mit jedem der Reinigungsschritte erhöht. Typischerweise
werden die magnetisierbaren Partikel mit den daran gebundenen Biomolekülen
mittels der Stabanordnung von einer Kavität zu einer nächsten Kavität
bewegt.
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Einfache
magnetisierbare Stabanordnungen sind im Stand der Technik bekannt.
Die Stabanordnungen werden zum Beispiel in Geräten zur
Laborautomation verwendet, um magnetisierbare Partikel zu transportieren.
Ein Stab ist im Stand der Technik häufig mit einer unten
geschlossenen aber nach oben offenen Hülle umhüllt.
Der Stab wird sodann in eine Lösung mit magnetisierbaren
Partikeln gebracht. Ein Magnetelement im Inneren des Stabes wird
in einen Bereich des unteren Endes, das heißt dem distalen Ende
des Stabs, bewegt. Die magnetische Anziehungskraft ermöglicht
einen Transport der magnetisierbaren Partikel aus der Lösung
und in weitere Kavitäten. Um die magnetisierbaren Partikel
in der weiteren Kavität abzugeben, wird das Magnetelement abgeschaltet.
Das Abschalten des Magnetelements kann durch ein Entfernen des Magnetelements
aus der Hülle erfolgen. Alternativ ist ein Ausschalten
eines Stromflusses durch das Magnetelement möglich, sofern
das Magnetelement als ein Elektromagnet implementiert ist.
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WO 198705536 (Carbomatrix,
1986) beschreibt ein Verfahren zur Manipulation von magnetisierbaren
Partikeln mittels Magnetelementen. Es wird eine Plastikumhüllung
des magnetisierbaren Stabes verwendet. Die Plastikumhüllung
ist im Wesentlichen unmagnetisch. Die Plastikumhüllung
besteht aus in der Regel dünnwandigen, unmagnetisierbarem
und remanenzfreiem Material. Das Carbomatrix-System beschreibt weiter
eine Beweglichkeit des Magnetelements innerhalb der unmagnetischen
Hülle. Ein distales Ende der Plastikumhüllung verfügt über
ein Stufenprofil. Das Stufenprofil gewährleistet, dass
sich die magnetisierbaren Partikel im Wesentlichen an der Spitze
und nicht an der Seite der Plastikhülle anlagern.
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US 20060266130 (Festo,
2005) beschreibt eine automatisierte Bearbeitungsvorrichtung mit
magnetisierbaren Stäben und magnetisierbaren Partikeln.
Darüber hinaus gibt diese Patentanmeldung eine umfassende Übersicht über
die Entwicklung der sogenannten „magnetic Beads” Technologien.
Bei den magnetic Beads der ersten Generation wurden Magnete von
unten angebracht, um die magnetisierbaren Partikel nach unten zu
ziehen. Darauf folgten diverse Anordnungen mit magnetisierbaren
Stäben, die von oben in Kavitäten einführbar
sind. Das Festo-System von 2005 ist auf relativ große magnetisierbare
Partikel ausgerichtet, die innerhalb einer Lösung hohe
Geschwindigkeiten erreichen. Das Festo-System von 2005 stellt ferner
nur eine geringe magnetisch wirksame Fläche zur Verfügung.
Unter einer magnetisch wirksamen Fläche ist eine Fläche
der Umhüllung zu verstehen, die mit einem hinreichend starken
und inhomogenen Magnetfeld durchsetzt ist, um magnetisierbare Partikel
anzulagern. Die magnetisch wirksame Fläche wird bestimmt
von einer Ausdehnung eines hinreichend stark von einem inhomogenen
Magnetfeld durchsetzten Bereich und im Wesentlichen Schnittflächen
dies hinreichend mit inhomogenem Magnetfeld durchsetzten Bereich
mit der Umhüllung oder den Wänden der Kavitäten.
Das Festo-System von 2005 ist zur Verwendung kleiner magnetisierbarer
Partikel nicht geeignet.
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Die
im Stand der Technik bekannten magnetisierbaren Partikel haben einen
Durchmesser im Bereich einiger Mikrometer bis einiger zehn Mikrometer. Unter
kleinen magnetisierbaren Partikeln sollen im Folgenden magnetisierbare
Partikel mit einem Durchmesser kleiner als ein Mikrometer verstanden werden,
zum Beispiel im Bereich von 100 bis 500 nm. Die magnetisierbaren
Partikel mit dem Durchmesser kleiner als einem Mikrometer werden
auch als „Nanobeads” bezeichnet.
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WO 8606493 (Labsystems,
1986) beschreibt eine Methode zur Durchführung von Immunoassays mit
Hilfe magnetisierbaren Partikel und magnetisierbarer Stäbe.
Das Labsystems-System von 1986 erlaubt ferner eine Strahlungsmessung
der magnetisierbaren Partikel, die an dem magnetisierbaren Stab haften
bleiben. Der magnetisierbare Stab trat ein Magnetelement an seiner
Spitze. Das Magnetelement an der Spitze ist ein kurzer Stabmagnet.
Das heißt, die Länge des Magneten ist vergleichbar
oder kleiner dem Durchmesser des Stabmagnets. Eine magnetisch wirksame
Fläche zur Extraktion von magnetisierbaren Partikeln ist
bei dem Labsystems-System von 1986 auf das distale Ende des Stabes
beschränkt.
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EP 0787296 (Thermo, 1994)
beschreibt einen magnetisierbaren Stab aus ferromagnetischem Material.
Der magnetisierbare Stab trägt an einem distalen Ende einen
langen Stabmagneten dessen Länge mindestens zweimal so
groß ist wie der Durchmesser des langen Stabmagneten. Ein
ferromagnetischer Schaft des magnetisierbaren Stabs konzentriert
die Feldlinien des Magnetelements in dem ferromagnetischen Material,
so dass die Magnetfeldlinien proximal aus einer Kavität
an dem distalen Ende des magnetisierbaren Stabs herausgeführt
werden. Auch für das Thermo-System von 1994 beschränkt
sich das wirksame Magnetfeld auf das distale Ende des magnetisierbaren
Stabs.
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EP 0687505 (Roche, 1994)
offenbart eine nach unten offene Kavität in der eine Lösung
nach unten abgelassen wird, nachdem die darin befindlichen magnetisierbaren
Partikel an einer Kette alternierender Magnete abgelagert wurden.
Die Kette alternierender Magnete ist durch eine Schutzhülle
gegen die Lösung geschützt.
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WO 2002066165 (Dexter
Magnetic, 2002) offenbart eine Schicht, die alternierende Magnetisierungen
trägt. Die alternierende Magnetisierung der Schicht wird
hervorgerufen durch alternierend magnetisierte Magnetelemente. Die
Schicht kann unter Multiwell-Platten gelegt werden, so dass Magnetfelder
von unten in Kavitäten der Multiwell-Platte dringen. Die
Magnetfeldlinien verlaufen senkrecht zur Ebene der Multiwell-Platte.
Innerhalb der Kavitäten verlaufen die Magnetfeldlinien
in vertikaler Richtung. Daraus ergibt sich, dass die magnetisierbaren
Partikel am Boden der Kavitäten gesammelt werden.
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EP 1185372 (Thermo, 2001)
offenbart einen magnetisierbaren Stab, der in Verbindung mit einem Gefäß zum
Sammeln von magnetisierbaren Partikeln aus einer Lösung
oder zum Abgeben magnetisierbarer Partikel in eine Lösung.
Der magnetisierbare Stab umfasst ein sich verjüngendes
Ende. An dem sich verjüngenden Ende werden die magnetisierbaren Partikel
angesammelt. Durch das verjüngende Ende des magnetisierbaren
Stabs beschränkt sich der Bereich der magnetisch wirksamen
Fläche auf das sich verjüngende Ende des magnetisierbaren
Stabs. Gleichzeitig erhöht das sich verjüngende
Ende des Stabs eine Magnetfeldstärke, wie dem Fachmann bekannt
ist. Das Aufsammeln der magnetisierbaren Partikel ist mit dem Thermo-System
von 2001 auf einen sehr kleinen Spitzenbereich beschränkt.
Es steht auch hier nur eine sehr geringe Fläche zum Aufsammeln
der magnetisierbaren Partikel zur Verfügung. Das Thermo-System
von 2001 offenbart weiter eine flächige Vertiefung der
Kavitat. Durch die flächige Vertiefung der Kavität
entsteht zwischen dem sich verjüngenden Ende des magnetisierbaren
Stabs und dem Boden der Kavität ein zum Beispiel ringförmiger Freiraum.
Der ringförmige Freiraum ist von einem inhomogenen Magnetfeld
durchsetzt, so dass in diesem ringförmigen Freiraum ein
Aufsammeln der magnetisierbaren Partikel möglich ist.
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WO 2008045742 (Promega,
2006) beschreibt einen magnetisierbaren Stab mit distalem Magnetelement.
In das distale Magnetelement ist ein Magnet mit transversaler Magnetisierung
eingebracht. Es ist kennzeichnend für das Promega-System
von 2006, dass die Nord-Südausrichtung der Magnetpole im
Wesentlichen senkrecht zu der Längsachse des magneti sierbaren
Stabs liegt. Auch bei dem Promega-System von 2006 ist der magnetisierbare
Stab von einer Hülle umgeben, die zum Beispiel aus Plastik
besteht.
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WO 2004035217 (BioNobile,
2002) beschreibt einen magnetisierbaren Stab mit langem Stabmagneten
an einem distalen Ende des magnetisierbaren Stabs. Der lange Stabmagnet
hat eine Länge deutlich größer als dessen
Breite. Der lange Stabmagnet ist von einer ferromagnetischen Hülle
umschlossen. Die ferromagnetische Hülle kann proximal abgezogen
werden. Durch das Abziehen der Hülle wird das Magnetfeld
der Spitze freigegeben. Die ferromagnetische Hülle konzentriert
die Feldlinien des langen Stabmagneten in ihrem Inneren, so dass
sich keine inhomogenen Magnetfeldverteilungen mehr an einem distalen
Endbereich des magnetisierbaren Stabs ergeben, so bald die ferromagnetische
Hülle die Länge des langen Stabmagneten im Wesentlichen
vollständig umschließt.
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EP 1726963 (Festo, 2006)
offenbart eine Transfereinheit zum Transferieren einer Probe von einem
Quellgefäß zu einem Zielgefäß.
Die Transfereinheit umfasst ein distal geschlossenes Führungselement
und ein Magnetelement. Das Festo-System von 2006 ist geeignet zur
Extraktion gängiger magnetisierbarer Partikel. Das Magnetelement
ist im Inneren des Führungselements beweglich. Das Magnetelement
bleibt stets von einem distalen Ende des Führungselements
beabstandet. Dadurch wird die Stärke des inhomogenen Magnetfelds
in der magnetisch wirksamen Fläche begrenzt. Die Verwendung
des Festo-Systems von 2006 ist also mit kleinen magnetisierbaren
Partikeln nur begrenzt möglich.
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Kurzfassung der Erfindung
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Die
Erfindung bezieht sich auf eine Stabanordnung zur Extraktion von
magnetisierbaren Partikeln aus einer Lösung. Die Stabanordnung
umfasst mindestens ein Führungselement, mindestens ein Stabelement
und ein Magnetelement. Das mindestens eine Führungselement
ist bewegbar zu einer distalen Führungselementposition.
Das mindestens eine Stabelement ist einbringbar in das mindestens eine
Führungselement. Das mindestens eine Stabelement ist ferner
in eine Richtung im Wesentlichen parallel zu dem mindestens einen
Führungselement bewegbar. Das Magnetelement ist an einem
distalen Endabschnitt des mindestens einen Stabelements angeordnet.
Das Magnetelement ist ferner zu einer distalen Magnetelementposition
bewegbar. Die distale Magnetelementposition ist an einem distalen
Endab schnitt des mindestens einen Führungselements befindlich.
Das mindestens eine Führungselement weist an einem distalen
Ende eine Öffnung auf.
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Die
Erfindung bezieht sich weiter auf ein Verfahren zur Extraktion von
magnetisierbaren Partikeln aus Lösungen in mindestens einer
Kavität. Das Verfahren umfasst ein Aufnehmen von Hüllen
auf mindestens eines der Führungselemente. Das Verfahren umfasst
weiter ein Aufsammeln der magnetisierbaren Partikel unter Verwendung
einer Öffnung an einem distalen Ende des Führungselements.
Das Verfahren kann ein Mischen der Lösungen umfassen. Das
Aufnehmen der Hüllen kann ein Verschließen der Öffnung
an dem distalen Ende des Führungselements mit einem Verschlusselement
umfassen. Das Verschließen der Öffnung an dem
distalen Ende kann das Aufnehmen der Hüllen auch ersetzen.
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Die
Erfindung bezieht sich weiter auf ein Magnetelement zur Extraktion
von magnetisierbaren Partikeln. Das Magnetelement umfasst eine Vielzahl von
Stabmagneten. Mindestens zwei der Vielzahl von Stabmagneten sind
in einer Richtung im Wesentlichen parallel zu einer Längsachse
des Magnetelements mit abstoßenden Polen zueinander angeordnet.
Die Vielzahl von Stabmagneten kann mindestens einen kurzen Stabmagneten
umfassen. Unter einem kurzen Stabmagnet soll im Folgenden ein Magnet
verstanden werden, dessen Länge kleiner oder gleich dem
Durchmesser ist. Dieses Längen zu Durchmesserverhältnis
könnte zum Beispiel 1,5:4 betragen. Das Magnetelement kann
weiter ein Abstandelement umfassen. Das Abstandselement ist angeordnet
zwischen mindestens zwei der einzelnen der Vielzahl von Stabmagneten.
Das mindestens eine Abstandselement kann im Wesentlichen unmagnetisches
Material umfassen. Ferner ist es für das Abstandselement
denkbar weichmagnetische Substanzen zu umfassen.
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Im
Wesentlichen unmagnetisch soll im Folgenden verstanden werden als
Materialien, deren Elektronensystem kein merkliches magnetisches Moment
hervorruft. Im Wesentlichen unmagnetische Materialien sind daher
nicht ferromagnetisch. Im Wesentlichen unmagnetische Materialien
sind darüber hinaus nicht paramagnetisch. Eben so wenig
sind im Wesentlichen unmagnetische Materialien antiferromagnetisch.
Sofern ausschließlich ein atomarer Diamagnetismus vorliegt,
der nicht von einem magnetischen Moment des Elektronensystems überlagert wird,
sollen die atomaren diamagnetischen Beiträge zulässig
sein. Im Wesentlichen unmagnetische Materialien sind zum Beispiel
Edelstahl oder Kunststoff.
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Die
erfindungsgemäße Stabanordnung kann ein zylindrisches
Rohr als Führungselement umfassen. Unter einem dünnwandigen
zylindrischen Rohr sollen im Folgenden solche zylindrischen Rohre
verstanden werden, deren Länge erheblich größer
ist als die Wandstärke des dünnwandigen zylindrischen Rohrs.
Für die praktische Umsetzung der Erfindung bietet sich
zum Beispiel eine Länge von etwa 80 mm an. Die Wandstärke
des dünnwandigen zylindrischen Rohrs beträgt zum
Beispiel 0,2 mm. Um die außerhalb des Führungselements
verfügbare Magnetfeldstärke zu erhöhen
ist die Wandstärke des zylindrischen Rohrs also des Führungselements
möglichst dünn zu wählen. Für
ein typisches dünnwandiges zylindrisches Rohr ergibt sich
ein Lägen- zu Wandstärkenverhältnis von
400:1. Selbstverständlich sind ohne Einschränkungen
auch andere Längen- zu Wandstärkenverhältnisse
möglich, solange die Länge deutlich größer
ist als die Wandstärke. Für das Führungselement
ist eine ausreichende Formstabilität des dünnwandigen
zylindrischen Rohres von Interesse. Die ausreichende Formstabilität
des Führungselements ist beim Aufnehmen der Umhüllungen wünschenswert.
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Das
Stabelement gemäß der Stabanordnung kann ein stabartiges
Element umfassen. Ferner kann das Stabelement ein zylindrisches
Rohr, zum Beispiel ein dünnwandiges zylindrisches Rohr
umfassen. Ein dünnwandiges zylindrisches Rohr umfasst auch
im Fall des Stabelements eine erheblich größere
Länge des Stabelements im Verhältnis zu der Wandstärke
des Stabelements. Das Stabelement kann ferner in Form eines Drahtelements
oder einer Schnur realisiert sein, wobei an einem Ende der Schnur
das Magnetelement festgelegt ist.
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An
die magnetisierbaren Partikel gebundene Biomoleküle werden
auch als Partikel-Biomolekül-Komplex bezeichnet. Der Begriff
magnetisierbare Partikel soll im Folgenden verstanden werden als Partikel-Biomolekül-Komplex
umfassend.
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Für
die Extraktion von magnetisierbaren Partikeln aus einer Lösung
ist ein inhomogenes Magnetfeld erforderlich, damit eine Kraftwirkung
auf die magnetisierbaren Partikel bewirkt wird. Stabanordnungen
stellen daher zumindest einen Bereich mit inhomogener Feldlinienverteilung
bereit, der in eine Lösung mit magnetisierbaren Partikeln
eingebracht werden kann. Durch das Einbringen der inhomogenen Feldlinienverteilung
in die Lösung werden die magnetisierbaren Partikel von
der inhomogenen Feldlinienverteilung zu einer Bewegung veranlasst aufgrund
einer magnetischen Kraftwirkung auf die magnetisierbaren Partikel.
Diese Kraftwirkung kann entweder eine Anziehung der magnetisierbaren
Partikel sein, so dass die magnetisierbaren Partikel an dem magnetisierbaren
Stab angelagert werden. Alternativ kann die Kraftwirkung auch abstoßend
sein. Im Fall einer Abstoßung werden die magnetisierbaren
Partikel von der magnetisch wirksamen Fläche weggedrängt.
Im Falle der Abstoßung kann es zum Beispiel zu einer Konzentration
der magnetisierbaren Partikel in einem Bodenbereich einer Kavität
kommen.
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Die
Stabanordnung zur Extraktion von Biomolekülen aus Lösungen
gemäß der vorliegenden Erfindung ist geeignet
um eine möglichst große magnetische wirksame Fläche
den Umfangsflächen des Führungselements bereit
zu stellen.
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Die
Stabanordnung erlaubt die Verwendung von kleinen magnetisierbaren
Partikeln. Ein Durchmesser kleiner magnetisierbarer Partikel liegt
im Bereich einiger hundert Nanometer. Die kleinen magnetisierbaren
Partikel stellen besonders hohe Anforderungen an eine Stärke
des inhomogenen Magnetfelds. Aufgrund ihrer geringen Größe
können sich die kleinen magnetisierbaren Partikel nur sehr
langsam innerhalb der Lösung bewegen. Ferner erfordern
die kleinen magnetisierbaren Partikel eine möglichst große
magnetisch wirksame Fläche, an der sich die magnetisierbaren
Partikel und damit auch die Biomoleküle ablagern können.
Durch die distal offene Ausgestaltung des Führungselements
wird eine Erhöhung des inhomogene Magnetfelds im distalen
Endbereich des Führungselements möglich.
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Daher
ist die Stabanordnung besser geeignet zur Aufreinigung von kleinen
magnetisierbaren Partikeln als die in im Stand der Technik bekannten Stabanordnungen.
Die Verbesserungen gegenüber dem Stand der Technik gelten
sowohl für gebräuchliche magnetisierbare Partikel
als auch für die kleinen magnetisierbaren Partikel.
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Die
vorliegende Erfindung wird im Folgenden anhand der Zeichnungen und
ausgewählter Ausführungsbeispiele beschrieben.
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1 zeigt
eine Stabanordnung gemäß dem Stand der Technik.
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2 zeigt
ein Detail der Stabanordnung gemäß dem Stand der
Technik aus 1.
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3 zeigt
eine Stabanordnung.
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4 zeigt
ein Detail der in 3 gezeigten Stabanordnung.
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4a zeigt
eine Klemmvorrichtung.
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5 zeigt
einen Feldlinienverlauf für ein Magnetelement.
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6 zeigt
Bereiche, in denen sich die magnetisierbaren Partikel auf den umfänglichen
Flä chen des Führungselements, genauer genommen
auf den umfänglichen Flächen einer Umhül
lung ablagern.
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7 zeigt
das Führungselement in der distalen Führungselementposition
und das Magnet element in der distalen Magnetelementposition.
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8 zeigt
das Führungselement in der distalen Führungselementposition
und das Magnet element in einer proximalen Magnetelementposition.
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9 zeigt
das Führungselement in einer proximalen Führungselementposition
und das Magnetelement in der distalen Magnetelementposition.
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10 zeigt
einen Vergleich des Magnetfeldlinienverlaufs für ein Magnetelement
gemäß der vorliegenden Erfindung und ein Magnetelement nachdem
Stand der Technik.
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11 zeigt
verschiedene Antriebe zur Bewegung der Magnetelemente und der Führungs
elemente.
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12 zeigt
das Magnetelement in einer Position zum Wechseln der Magnetelemente.
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13 zeigt
das Magnetelement in einer distal exponierten Magnetelementposition.
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14 zeigt
ein Ablaufdiagram des Verfahrens.
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15 zeigt
Details des Schritts zum Mischen der Lösung.
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16 zeigt
Details eines Schritts zum Aufsammeln der magnetisierbaren Partikel.
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Detaillierte Beschreibung
der Erfindung
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1 zeigt
eine Stabanordnung 1. Die Stabanordnung 1 umfasst
ein Magnetelement 110. Im Stand der Technik ist das Magnetelement 110 als ein
langer Permanentmagnet oder Stabmagnet ausgeführt. Bei
einem langen Stabmagnet ist die Länge des Stabmagneten
deutlich größer ist als ein Durchmesser des Stabmagneten.
Der Stabmagnet kann zum Beispiel von zylindrischer Gestalt sein.
Ohne Einschränkung sind auch andere Formen des Stabmagneten
denkbar. Die Länge des Magnetelements 110 ist
parallel zu einem Stabelement 20 ausgerichtet. Das Magnetelement 110 ist
an einem distalen Endabschnitt des Stabelements 20 angeordnet.
Das Stabelement 20 wird von einer Stabelementmechanik gehalten.
Die Stabelementmechanik kann ohne Einschränkung als eine
Traverse 30 ausgestaltet sein. Die Nord-Südrichtung
des Magnetelements 110 in 1 ist parallel
zu einer Längsachse des Stabele ments 20 ausgerichtet.
Der Nordpol N befindet sich proximal, d. h. oben. Der Südpol
S befindet sich hingegen in 1 unten
oder distal. Selbstverständlich wäre für
das Magnetelement 110 auch eine umgekehrte Orientierung
denkbar. In 1 ist eine Magnetfeldlinienverteilung 40 des
Magnetelements 110 gezeigt. Die Magnetfeldverteilung deutet
an, dass sich insbesondere an den beiden Polen N und S ein inhomogenes
Magnetfeld des Magnetelements 110 ergibt. Die magnetisch
wirksamen Flächen befinden sich daher für das
in 1 gezeigte Magnetelement 110 im Wesentlichen
auf dem distalen Endabschnitt des Magnetelements 110 und
einem proximalen Endabschnitt. Für das Magnetelement 110 in
Form eines langen Stabmagneten steht lediglich der distale Endabschnitt
des Magnetelements 110 als magnetisch wirksame Fläche
zur Verfügung. Denn nur der distale Endabschnitt des Magnetelements 110 ist
in eine Lösung 60 mit Biomolekülen 70 eingetaucht.
Die Lösung 70 befindet sich in einer Kavität 50,
worin das Magnetelement 110 eingetaucht ist.
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Das
Magnetfeld in 1 und damit die Feldlinienverteilung 40 des
Magnetelements 110 ist in Nord-Südrichtung asymmetrisch.
Die Feldlinienverteilung 40 erstreckt sich deutlich weiter
in einen proximalen Bereich oberhalb des Magnetelements 110. Die
asymmetrische Feldlinienverteilung wird durch das Stabelement 20 aus
einem ferromagnetischen Material bewirkt. Ferromagnetische Materialien
konzentrieren eine Feldlinienverteilung in ihrem Inneren. Das ferromagnetische
Material des Stabelements 20 bewirkt, dass das inhomogen
Magnetfeld im distalen Endabschnitt des Magnetelements 110 erhöht
wird. Das erhöhte inhomogene Magnetfeld steigert eine Kraftwirkung
auf die magnetisierbaren Partikel 70 in der Lösung 60,
so dass sich die magnetisierbaren Partikel 70 vermehrt
an dem distalen Endabschnitt des Magnetelements 110 anlagern.
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2 zeigt
ein Detail der Stabanordnung aus 1. Das Magnetelement 110 und
ein distaler Endabschnitt des Stabelements 20 sind mit
einer Umhüllung 80 überdeckt. Die Umhüllung 80 besteht aus
im Wesentlichen unmagnetischem Material, z. B. Kunststoff. Eine
Wandstärke der Umhüllung ist möglichst
dünn gewählt, um die Stärke des inhomogenen Magnetfelds,
dass auf die magnetisierbaren Partikel 70 in der Lösung 60 wirkt,
nicht mehr als nötig abzuschwächen. Aus demselben
Grund ist es günstig, die Umhüllung 80 aus
im Wesent lichen unmagnetischem Material zu wählen. Die
Umhüllung 80 dient dazu, die Magnetisier baren
Partikel 70, die sich an Außenflächen
der Umhüllung 80 ablagern, leichter von dem Magnetelement 110 trennen
zu können. Sobald die Umhüllung 80 vorgesehen
ist, genügt es, die Umhüllung 80 von
dem Magnetelement und dem distalen Endabschnitt des Stabelements 20 zu
lösen, um die magnetisierbaren Partikel 70 und
das Magnetelement 110 zu trennen. Es entfällt
daher durch Verwendung der Umhüllung 80 eine sonst
erforderliche Reinigung des Magnetelements 110, wobei die
Reinigung durch die attraktive Wechselwirkung zwischen den magnetisierbaren
Partikel und dem Magnetelement 110 erschwert wird.
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3 zeigt
die erfindungsgemäße Stabanordnung 1.
Die Stabanordnung 1 umfasst ein Stabelement 20,
das an einer Stabelementmechanik festgelegt ist. Die Stabelementmechanik
ist in 3 als eine Stabelementtraverse 30 ausgeführt.
An einem distalen Ende des Stabelements 20 ist ein Magnetelement 110 angeordnet.
Das Magnetelement 110 umfasst einen ersten Magnetpol an
einem distalen Ende d, zum Beispiel den Südpol. An einem
proximalen Ende p befindet sich hingegen ein zweiter Magnetpol, zum
Beispiel der Nordpol. Eine Längsachse des Stabelements 20 und
eine Längsachse des Magnetelements 110 sind im
wesentlich koaxial zu einander festgelegt.
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Das
Stabelement 20 kann als zylindrisches Rohr ausgeführt
sein. Ebenso ist eine Ausführung als ein dünnwandiges
zylindrisches Rohr oder als Stab möglich. Ferner ist es
denkbar, das Stabelement 20 durch ein Drahtelement oder
eine Schnur (nicht gezeigt) zu ersetzen, wobei das Magnetelement 110 an einem
distalen Endabschnitt der Schnur festgelegt ist. Eine Bewegung der
Stabelementtraverse 30 in z-Richtung wird auf das Stabelement 20 und
damit auch auf das Magnetelement 110 übertragen.
Die Stabelementtraverse 30 erlaubt daher eine Bewegbarkeit
des Magnetelements 110 im Wesentlichen entlang einer Langsachse
des Magnetelements 110.
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Das
Magnetelement 110 befindet sich im Inneren eines Führungselements 90.
Das Führungselement 90 umfasst in 3 ein
dünnwandiges zylindrisches Rohr. Selbstverständlich
sind auch eckige Ausführungsformen möglich. Die
Verwendung des dünnwandige zylindrischen Rohrs für
das Führungselement 90 ist vorteilhaft, um das
von dem Magnetelement 110 bereitgestellte Magnetfeld möglichst
mit wenig Abschwächung an der Außenfläche
der Umhüllung 80 bereitzustellen. Das Führungselement 90 und
das Stabelement 20 sind gegeneinander bewegbar. Die Bewegbarkeit
des Stabelements 20 kann unabhängig von einer
Bewegung des Führungselements 90 erfolgen. Das
Stabelement 20 kann mittels der Stabtraverse 30 nach
oben gezogen werden, während das Führungselement 90 in
der Kavität 50 verbleiben kann. Ebenso kann die
Bewegung des Stabelements 20 und des Führungselements
gleichzeitig erfolgen. Es ist günstig, zwischen dem Führungselement 90 und
dem Stabelement 20 mit dem Magnetelement 110 ein
gewisses „Spiel” vorzusehen. Das Spiel des Stabelements 20 und
des Magnetelements 110 im Inneren des Führungselements 90 verhindert,
dass sich das Stabelement 20 oder das Magnetelement 110 verkanten.
Das Spiel gewährleistet also die Bewegbarkeit des Stabelements 20 und
des Magnetelements 110 in dem Führungselement 90.
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Das
Führungselement 90 ist an einer Führungselementmechanik
festgelegt. Die Führungselementmechanik umfasst z. B. eine
Führungselementtraverse 100. Eine Bewegung der
Führungselementtraverse 100 überträgt
sich auf das Führungselement 90 ebenso wie auf
einen distalen Endabschnitt des Führungselements 90 verschließende
Umhüllung 80. Durch ein Vorsehen des Führungselements 90 ist
es nicht mehr erforderlich, dass die Umhüllung 80 selbst hinreichend
formstabil ist, um das Magnetelement 110 zu umschließen.
Es genügt vielmehr, wenn zwischen der Umhüllung 80 und
dem Führungselement 90 eine lösbare Verbindung
hergestellt wird, die ein Vordringen der Lösung 70 bis
zu dem Magnetelement 110 verhindert.
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Ferner
wird durch das Führungselement 90 eine weitgehend
genaue Positionierbarkeit der Umhüllung 80 in
der Kavität 50 erreicht. Die weitgehend genaue
Positionierbarkeit der Umhüllung 80 verhindert
ein Abstreifen der magnetisierbaren Partikel 70 von der
Umhüllung 80 durch einen Kontakt mit einer Wand
der Kavität 50.
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Im
Unterschied zum Stand der Technik erlaubt es die Stabanordnung 1,
das Magnetelement 110 durch eine Öffnung 91 über
das distale Ende des Führungselements 90 hinaus
in eine distal exponierte Magnetelementposition 110d*,
wie in 13 gezeigt, zu bewegen. Das
Magnetelement 110 kann also noch näher an die
Umhüllung 80 herangeführt werden. Es
ist ferner von Interesse, das Magnetelement 110 durch die Öffnung 91 des
Führungselements 90 hinaus zu bewegen, wenn die
Umhüllung aufgenommen wird. Es kann dadurch vermieden werden,
dass Kanten des Führungselements 90 die Umhüllung 80 beschädigen.
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In 3 ist
das Magnetelement 110 in einer distalen Magnetelementposition 110d gezeigt.
Die distale Magnetelementposition 110d befindet sich in einem
distalen Endabschnitt des Führungselements 90.
Die distale Magnetelementposition 110d bewirkt, dass die
Lösung 60 mit einem inhomogenen Magnetfeld des
Magnetelement 110 durchsetzt ist. Es besteht also eine
Kraftwirkung auf die magnetisierbaren Partikel 70 in der
Lösung. Mit anderen Worten ist der distale Endabschnitt
des Führungselements 90 magnetisch geschaltet,
wenn sich das Magnetelement 110 in der distalen Magnetelementposition 110d befindet.
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Das
in 3 gezeigte Magnetelement 110 ist in der
distalen Magnetelementposition 110d gezeigt. Die distale
Magnetelementposition 110d befindet sich in einem distalen
Endabschnitt des Führungselements 90. Durch das
Magnetelement 110 in der distalen Magnetelementposition 110d wird
der distale Endabschnitt des Führungselements 90 mit dem
inhomogenen Magnetfeld des Magnetelements 110 durchsetzt.
Es ist zu beachten, dass die distale Magnetelementposition 110d lediglich
definiert in Bezug auf den distalen Endabschnitt des Führungselements 90 ist.
In anderen Worten sobald das Magnetelement 110 in der distalen
Magnetelementposition 110d befindlich ist, ist der distale
Endabschnitt des Führungselements 90 magnetisiert,
das Magnetfeld ist also eingeschaltet. Das Führungselement 90 ist
in 3 in einer distalen Führungselementposition 90d gezeigt.
Die distale Führungselementposition 90d bedeutet,
dass der distale Endabschnitt des Führungselements 90 zumindest
teilweise in die Lösung 60 mit den magnetisierbaren
Partikeln 70 eintaucht, die sich innerhalb der Kavität 50 befindet.
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Mit
der distalen Magnetelementposition 110d korrespondiert
eine distale Stabelementposition 20d wie sie in 3 gezeigt
ist. Aus der distalen Stabelementposition 20d kann das
Stabelement 20 in proximaler Richtung in eine proximale
Stabelementposition 20p bewegt werden, wie in 8 gezeigt.
Aus der distalen Stabelementposition 20d folgt für
das Magnetelement 110 eine proximale Magnetelementposition 110p,
wie zum Beispiel in 8 gezeigt. Die distale Magnetelementposition 110d ist
klar definiert, wie in 3 gezeigt. In der distalen Magnetelementposition 110d ist
der distale Endabschnitt des Führungselements 90 mit
dem Magnetfeld des Magnetelements 110 durchsetzt. Offensichtlich
ergibt sich eine Vielzahl von Positionen für das Magnetelement 110,
welche der proximalen Magnetelementposition 110p entsprechen.
Folglich existieren auch für das Stabelement 20 eine
Vielzahl von proximalen Stabelementpositionen 110p, wie
beispielhaft in 8 gezeigt.
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Das
Magnetelement 110 in der distal exponierten Magnetelementposition 110d* hilft
ein Beschädigen der Umhüllung 80 durch
die Kanten des Führungselements 90 an der dista len Öffnung 91 des Führungselements
zu vermeiden. Dadurch können im Vergleich zum Stand der
Technik dünnere und weniger formstabile Umhüllungen 80 verwendet
werden. Gleichzeitig werden die Herstellungskosten für die
Umhüllungen 80 gesenkt, da die Abmessungen nicht
mehr so enge Toleranzen wie bisher erfüllen müssen.
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Ferner
ist es möglich, durch eine Bewegung des Magnetelements 110 in
die distal exponierte Magnetelementposition 110d* die Magnetfeldstärke
des inhomogenen Magnetfelds auf umfänglichen Flächen der
Umhüllung 80 zu erhöhen. Selbstverständlich
ist dabei vorausgesetzt, dass durch die Bewegung des Magnetelements 110 in
die distal exponierte Magnetelementposition 110d* des Magnetelements
die Umhüllung 80 nicht beschädigt wird.
Die beschriebene Bewegung des Magnetelements 110 darf also
nur innerhalb des Elastizitätsbereichs der Umhüllung 80 erfolgen.
Die in 3 gezeigte Stabanordnung 1 zeigt lediglich
ein einzelnes Stabelement 20. Selbstverständlich
ist es möglich, dass die Stabanordnung 1 eine
Vielzahl von Führungselementen 90, eine Vielzahl
von Stabelementen 20 und eine Vielzahl von Magnetelementen 110 umfasst.
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4 zeigt
das Führungselement 90 in der distalen Führungselementposition 90d ebenso
wie das Magnetelement 110 in der distalen Magnetelementposition 110d.
Bereits diskutierte Elemente der 4 sind mit
denselben Bezugzeichen wie bisher versehen. 4 zeigt
Details des Magnetelements 110 gemäß der
vorliegenden Erfindung. Das Magnetelement 10 kann eine
Vielzahl von Stabmagneten 130 umfassen. In 4 sind
vier Stabmagnete gezeigt. Es ist von Interesse, die Vielzahl von
Stabmagneten 130 so anzuordnen, dass sich gleichnamige Pole
der Stabmagnete 130 gegenüber stehen. Ferner umfasst
das Magnetelement 110 optional eine Vielzahl von Abstandselementen 150 zwischen
einzelnen der Stabmagnete 130. Die Anordnung von gleichnamigen
Polen zueinander für die Stabmagnete 130 ist in
Verbindung mit dem Abstandselement 150 von Interesse, um
die magnetisch wirksamen Flächen auf der Umhüllung 80 zu
vergrößern, wie im Folgenden diskutiert wird.
Statt eines Stabmagnets sind auch andere Magnete 130 denkbar.
Die in 4 gezeigten Stabmagnete 130 sind daher
nur als beispielhafte Ausführung zu verstehen. Es ist von
Interesse, möglichst hohe Magnetfeldstärken der
Magnete 130 zu erreichen. Die Magnete 130 sollten
also ein hohes spezifisches magnetisches Moment tragen. Eine mögliche
Ausführungsform der Magneten 130 umfasst daher
zum Beispiel seltene Erdmaterialien. Dem Fachmann ist bekannt, dass
seltene Erdmaterialien ein hohes spezifisches magnetisches Moment tragen.
Durch ein mög lichst hohes spezifisches magnetisches Moment
des Magneten 130 lässt sich eine hohe inhomogene
Feldstärke auf den umfänglichen Flächen
des Führungselements 90 und damit auf den umfänglichen
Flächen der Umhüllung 80 erreichen. Folglich
wird eine Anlagerung der magnetisierbaren Partikel 70 an
den umfänglichen Flächen der Umhüllung 80 erleichtert.
Die Umhüllung 80 ist wieder größenmäßig
an die Dimensionen des Führungselements 90 angepasst.
Ein Innendurchmesser der Umhüllung 80 ist an einen
Außendurchmesser des Führungselements 90 angepasst.
Das Führungselement 90 und die Umhüllung
sind lösbar verbunden. Diese lösbare Verbindung
kann ohne Einschränkung durch Formschluss, Reibschluss
oder eine Klemmhalterung K erzielt werden.
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4a zeigt
ein Beispiel einer Klemmhalterung K zur lösbaren Verbindung
des Führungselements 90 mit der Unhüllung 80.
Die Halterungen K wie in 4a gezeigt
sind dem Fachmann bekannt und werden deshalb nicht näher
erläutert.
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Das
in 4 gezeigte Abstandelement 150 umfasst
im Wesentlichen nicht magnetisches Material, zum Beispiel Kunststoff.
Ebenso sind für das Abstandselement 150 weichmagnetische
Materialien möglich. Durch die Abstandselemente 150 bildet
sich in der Feldverteilung eine Lücke. Die Feldverteilung wird
im Detail in 5 besprochen. Auf Grund der sich
gegenüber stehenden gleichnamigen Pole der Magnete 130 kommt
es zu einer abstoßenden Kraftwirkung der einzelnen Magnete 130 in
axialer Richtung, in 4 also eine Abstoßung
entlang der Senkrechten. Es ist daher erforderlich, die einzelnen
Magnete 130 in die in 4 gezeigte
Anordnung zu zwingen. Dies kann erfolgen durch ein mechanisch festes Einfassen
mittels des Stabelements 20. Alternativ oder zusätzlich
können die einzelnen Magnete 130 auch verklebt
werden. Die Magnete 130 können zum Beispiel als
kurze Stabmagnete realisiert sein. Unter kurzen Stabmagneten ist
zunächst zu verstehen, dass ein Längen- zu Durchmesserverhältnis
kleiner oder gleich 1 ist. So kann das Längen- zu Durchmesserverhältnis
zum Beispiel 4:5 betragen. Selbstverständlich sind auch
andere Längen- zu Durchmesserverhältnisse möglich.
Es ist möglich, das Magnetelement 110 als ein
einstückiges Element zu fertigen.
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5 zeigt
das Magnetelement 110 aus 4 und zusätzlich
den Verlauf der Feldlinien, also die Magnetfeldverteilung 40.
Aus 5 ist ersichtlich, dass die Magnetfeldlinien insbesondere
in den Bereichen der Abstandselemente 150 besonders inhomogen
verlau fen. Deshalb wird sich in diesen Abschnitten, also in Ringen
auf Höhe der Abstandselemente 150, vermehrt eine
Anlagerung der magnetisierbaren Partikel 70 aus der Lösung 60 einstellen. Die
Bereiche erhöhter Inhomogenität des Magnetfeldes
sind in der Figur dargestellt als die Bereiche 140b, 140c und 140d.
Der Bereich 140a befindet sich oberhalb des obersten Magneten 130,
also am weitesten proximal für das in 5 gezeigte
Magnetelement 110.
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Der
Bereich 140a weist keine Magnete 130 mit entgegensetzter
Polung in proximaler Richtung Auf. Daher kommt es zu einem weniger
stark inhomogenen Magnetfeldverlauf als in den Bereichen 140b, 140c und 140d.
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Der
Bereich erhöhter inhomogener Magnetfeldstärke 140e befindet
sich am distalen Ende des Magnetelements 110. Auch für
den letzten Magneten 130, der sich an den Bereich 140e anschließt,
fehlt ein Magnet 130 entgegen gesetzter Polung. Die Inhomogenität
in dem Bereich 140e ist also nicht genauso hoch, wie in
den Bereichen 140b, 140c und 140d. Durch
das Magnetelement 110 wie in 5 gezeigt, lässt
sich also der Bereich inhomogener Magnetfeldstärke 140a, 140b, 140c, 140d, 140e und
damit auch die Größe der magnetisch wirksamen
Fläche erhöhen. Eine Verwendung des Magnetelements 110 wie in 5 gezeigt,
erhöht also eine Ausbeute an magnetisierbaren Partikeln 70,
die sich in den Bereichen erhöhter inhomogener Magnetfelder 140a, 140b, 140c, 140d und 140e anlagern.
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Bei
N Magneten 130 ergeben sich N-1 Grenzbereiche zwischen
den Magneten 130, das heißt N-1 ringförmige
Abschnitte 140b, 140c, 140d. Die Magnetfeldlinien
in diesen Bereichen 140b, 140c, 140d laufen
im Wesentlichen radial. Durch den radialen Verlauf der Magnetfelder
in den Bereichen 140b, 140c, 140d wird
ein Volumen der Kavität 50 durchdrungen. Die Feldlinien
sind vom Nordpol zum Südpol weisend gezeichnet, wodurch
sich die Richtung der Pfeilspitzen ergibt. An Orten hoher Feldliniendichte
ist das Magnetfeld hoch. Abmessungen der Kavität 50 und
der Verlauf der Magnetfeldlinien 40 können so
aufeinander angestimmt werden, dass die Feldlinien sich im Wesentlichen
auf das Volumen der Kavität 50 beschränken.
Das heißt, das verfügbare Magnetfeld wird nahezu
optimal zum Durchdringen des Volumens der Kavität 50 genutzt.
Dadurch erhöht sich selbstverständlich die Ausbeute
an magnetisierbaren Partikeln 70, die sich an den Bereichen 140a, 140b, 140c, 140d und 140e ablagern.
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Es
empfiehlt sich, die Umhüllung 80 mit einem Profil
oder einem Radius zu versehen. In 6 läuft
die Umhüllung 80 nach unten leicht konisch zu. Durch
solch eine Ausführung der Umhüllung 80 wird das
in dem Bereich 140e verfügbare inhomogene Magnetfeld
besser ausgenutzt. Zudem hilft die in 6 gezeigte
Profilierung der Umhüllung 80, ein Abtropfen der
magnetisierbaren Partikel 70 von der Umhüllung 80 zu
vermeiden.
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Das
in 5 gezeigte Magnetelement 110 kann ohne
Einschränkung auch quer zu einer Längsachse des
Stabelements 20 oder des Führungselements 90 angeordnet
werden. Abhängig von den Dimensionen des Führungselements 90 und
des Stabelements 20 kann eine solche Anordnung von Interesse
sein. Für die zylindrische Ausführung des Stabelements 20 und
des Führungselements 90 erscheint allerdings die
koaxiale Ausrichtung von Führungselement 90 und
Magnetelement 110, wie in 5 gezeigt
vorteilhaft, da die von dem Magnetelement 110 bereitgestellten
Magnetfelder besser die Kavität 50 durchdringen.
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6 zeigt
das erfindungsgemäße Magnetelement 110 in
der distalen Magnetelementposition 110d wie bereits in 5 dargestellt.
Anstatt der Feldlinienverteilung 40 ist allerdings in 6 gezeigt, in
welchen Bereichen sich die magnetisierbaren Partikel 70 anlagern.
Die Anlagerungsbereiche entsprechen den Bereichen erhöhter
inhomogener Magnetfeldverteilungen 140a, 140b, 140c, 140d und 140e. Die
Bereiche erhöhter inhomogener Magnetfeldverteilungen 140a, 140b, 140c, 140d und 140e entsprechen
den magnetisch wirksamen Flächen, wie bereits diskutiert.
Es ist offensichtlich, das mit dem in 6 gezeigten
Magnetelement 110 die magnetisch wirksamen Flächen
deutlich erhöht sind im Vergleich zum Stand der Technik,
wie im Folgenden noch genauer diskutiert wird.
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Mit
dem in 6 gezeigten Magnetelement 110 kommt es
also zu ringförmigen Ablagerungen von magnetisierbaren
Partikeln 70 aus der Lösung 60 an einer
umfänglichen Fläche der Hülle 80.
Der proximale Ring 140a ist weniger stark ausgeprägt
als die darunter folgenden Ringe 140b, 140c, 140d.
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In 7 ist
das Magnetelement 110 in der distalen Magnetelementposition 110d gezeigt.
Es sei nochmals erwähnt, dass sich die distale Magnetelementposition 110d in
einem distalen Endabschnitt des Führungselements 90 befindet.
Das Magnetelement 110 entspricht dem Magnetelement 110 wie zum
Beispiel in 6 gezeigt. Zur besseren Übersichtlichkeit sind
allerdings lediglich die Südpole der einzelnen Magnete 130 angedeutet.
Zum Eintauchen der Magnetelemente 110 in die Lösung 60 wird
zusätzlich das Führungselement 90 in
die distale Führungselementposition 90d gefahren.
Dazu kann zum Beispiel die Führungselementtraverse 100 verwendet
werden. Damit das Magnetelement 110 bei dieser Bewegung
des Führungselements 90 in der distalen Magnetelementposition 110d verbleibt,
muss auch das Stabelement 20 aus einer proximalen Stabelementposition 20p in
eine distale Stabelementposition 20d verfahren werden,
wie in 7 gezeigt. Zum Verfahren der Stabelemente 20 kann
die Stabelementtraverse 30 verwendet werden. In 7 sind beispielhaft
acht Führungselemente 90 und acht Stabelemente 20 gezeigt.
Alle weiteren Merkmale der 7 wurden
bereits in den frühren Figuren besprochen und sind mit
gleichen Bezugszeichen versehen. Es sei noch einmal darauf hingewiesen,
dass die Stabelemente 20 und die Führungselemente 90 unabhängig
voneinander bewegbar sind.
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In 8 ist
das Magnetelement 110 beispielhaft in einer proximalen
Magnetelementposition 110p gezeigt. Durch eine Bewegung
des Magnetelements 110 in die proximale Magnetelementposition 110p wird
der distale Endabschnitt des Führungselements 90 unmagnetisch
geschalten. Das in der Kavität 50 gehaltene Führungselement 90 stabilisiert
eine Position der Umhüllung 80. Dazu verbleibt
die Führungselementtraverse 100 in einer Position,
so dass das die Führungselemente 90 in der distalen
Führungselementposition 90d verbleiben. Eine Bewegung
der Stabelementtraverse 30 kann durch Antriebselemente
erfolgen ebenso wie eine Bewegung der Führungselementtraverse 100 durch
geeignete Antriebselemente erfolgen kann, wie weiter unter erläutert wird.
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9 zeigt
die Führungselemente 90 in einer proximalen Führungselementposition 90p,
wobei der distale Endabschnitt der Führungselemente 90 magnetisiert
bleibt. Die Magnetisierung des distalen Endabschnitts der Führungselemente 90 wird
durch ein Verbleiben des Magnetelements 110 in der distalen
Magnetelementposition 110d erreicht. Es sei nochmals darauf
hingewiesen, dass die distale Magnetelementposition 110d bestimmt
durch ein Positionieren des Magnetelements 110 innerhalb
eines distalen Endabschnitts des Führungselements 90 ist. Um
eine Stellung wie in 9 der Führungselemente 90 mit
dem Magnetelement 110 in der distalen Magnetelementposition 110d zu
erreichen, muss eine Bewegung in z-Richtung der Stabelementtraversen 30 und
der Führungselementtraversen 100 entsprechend
koordiniert werden. Solch eine Koordinierung kann zum Beispiel durch
eine geeignete Steue rungssoftware erfolgen. In der in 9 gezeigten
Stellung der Führungselemente 90 und der Stabelemente 20 befinden
sich die Führungselemente 90 in einer proximalen
Führungselementposition 90p und die Stabelemente 20 in
einer proximalen Stabelementposition 20p. Es sei nochmals
darauf hingewiesen, dass eine Vielzahl von proximalen Stabelementpositionen 20p für
ein Stabelement 20 besteht. Ebenso besteht eine Vielzahl
von proximalen Führungselementpositionen 90p für
das Führungselement 90. Die in 9 gezeigte
Stellung der Führungselemente 90 und der Stabelemente 20 und
damit der Magnetelemente 110 in der distalen Magnetelementposition 110d,
erlaubt ein Transportieren von den Hüllen 80 angelagerten magnetisierbaren
Partikeln 70. Das Transportieren kann ein Herausheben der
magnetisierbaren Partikel 70 aus der Lösung 60 umfassen.
Ebenso können an der Umhüllung 80 angelagerte
magnetisierbare Partikel 70 von einer ersten Kavität 50 in
eine zweite Kavität transportiert werden. So ist es zum
Beispiel möglich, zusätzlich zu den bereits an
den umfänglichen Flächen der Umhüllung 80 angelagerten
magnetisierbaren Partikeln 70, weitere magnetisierbare Partikel 70 aus
einer weiteren Lösung 60 aufzusammeln.
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10 zeigt
einen Vergleich des Magnetelements 110 gemäß des
vorliegenden Aspekts der Erfindung mit einem einzelnen Stabmagneten
als Magnetelement 110. In 10 links
dargestellt ist ein Magnetelement 110 in der distalen Magnetelementposition 110d.
Das Magnetelement 110 umfasst beispielhaft vier kurze Stabmagnete 130.
Ebenso wie die bereits diskutierten Abstandelemente 150.
Darüber hinaus ist die Feldlinienverteilung 40 gezeigt.
Die Bereiche erhöhter inhomogener Magnetfeldbereiche 140b, 140c, 140d sind
ebenfalls eingezeichnet. Rechts in 10 ist
zum Vergleich ein Magnetelement 110 in der distalen Magnetelementposition 110d gezeigt.
Im Unterschied zu dem linken umfasst das rechte Teilbild in 10 einen
einzelnen Magneten 130, der beispielhaft als ein langer
Stabmagnet ausgestaltet ist. Die Feldverteilung für den
einzelnen Magneten 130 ist weniger stark inhomogen als
für das erfindungsgemäße Magnetelement 110.
Darüber hinaus ragen die Magnetfeldlinien der Feldverteilung 40 im
rechten Teilbild deutlich weiter über das Volumen der Kavität 50 hinaus.
Das heißt, die verfügbare Magnetfeldstärke
des Magnetelements 110 wird deutlich weniger effektiv für
ein Aufsammeln der magnetisierbaren Partikeln 70 aus der
Lösung 60 genutzt.
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Im
rechten Teilbild der 10 bleibt lediglich ein Bereich
erhöhter inhomogener Feldverteilung 140. Die Fläche
erhöhter inhomogener Feldverteilung ist für den
einzelnen Magneten 130 deutlich geringer. Die Gegenüberstellung
in 10 zeigt deutlich, dass die magnetisch wirksamen
Flächen unter Verwendung des erfindungsgemäßen
Magnetelements 110 deutlich erhöht gegenüber
dem einzelnen Stabmagneten sind, wie er im Stand der Technik bekannt
ist.
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Es
ist in jedem Fall denkbar, das erfindungsgemäße
Magnetelement 110 mit bereits bekannten Stabanordnungen
zur Extraktion magnetisierbarer Partikel zu kombinieren. Dadurch
ließe sich auch die Effektivität der bereits bekannten
Stabanordnungen erhöhen. Deshalb umfasst die vorliegende
Erfindung auch das Magnetelement 110 als solches.
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Die
Stabanordnung 1 gemäß der vorliegenden
Erfindung kann Antriebselemente umfassen. Wie in 11 gezeigt,
wird die Stabelementtraverse 30 mit den Stabelementen 20 durch
eine Stabelementantriebsgruppe 200 bewegt. Die Stabelementantriebsgruppe 200 kann
bis zu drei orthogonal zueinander wirkende Antriebe umfassen: ein
erster Stabelementantrieb m2x für eine Bewegung in x-Richtung,
ein zweiter Stabelementantrieb m2y für eine Bewegung in
y-Richtung und ein dritter Stabelementantrieb m2z für eine
Bewegung in z-Richtung. Diese drei Stabelementantrieb m2x, m2y und
m2z können unabhängig voneinander angetrieben
werden. Die Führungselementtraverse 100 kann mittels
einer Führungselementantriebsgruppe 900 angetrieben, wodurch
sich eine Bewegbarkeit der Führungselemente 90 ergibt.
Die Führungselementantriebsgruppe 900 kann bis
zu drei unabhängige und getrennt voneinander steuerbare
Antriebe umfassen: Ein erster Führungselementantrieb m9x
kann zum Beispiel eine Bewegung der Führungselementtraverse
in x-Richtung bewirken. Ein zweiter Führungselementantrieb
m9y kann eine Bewegung der Führungselementtraverse in y-Richtung
bewirken. Ein dritter Führungselementantrieb m9z kann eine
Bewegung der Führungselementtraverse in z-Richtung bewirken. Die
Führungselement- und Stabelementantriebsgruppen 200 und 900 sind
unabhängig voneinander steuerbar. Es kann eine geeignete
Steuerung zum Ansteuern und Regeln der beiden Antriebselemente 200, 900 vorgesehen
sein, wie sie dem Fachmann hinreichend bekannt ist.
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12 zeigt,
wie ein Wechseln der Stabelemente 20 und damit der Magnetelemente 110 (nicht gezeigt)
möglich wird. Die Stabelementantriebsgruppe 200 zum
Bewegen der Stabelementtraverse 30 erlaubt ein Bewegen
einer ersten Stabelementtraverse 30a in die proximale Richtung,
weg von der Führungselementtraverse 100. Dadurch
kann erreicht werden, dass die Stabelemente 20a einer ersten
Stabelementtraverse 30a vollständig aus den Führungselementen 90 der
Führungselementtraverse 100 entfernt sind; wie
in 12 links oben gezeigt. Sobald die ersten Stabelemente 20a,
die mit der ersten Stabelementtraverse 30a verbunden sind,
vollständig aus den Führungselementen 90 entfernt
sind, kann mittels einer zweiten Stabelementtraverse 30b eine zweite
Gruppe von Stabelementen 20b in die Führungselemente 90 der
Führungselementtraverse 100 eingeführt
werden. Die erste Antriebselementgruppe 200 erlaubt die
zum Wechseln der Stabelemente 20 erforderliche Bewegbarkeit
der Stabelemente 20. Ein Wechseln der Magnetelemente 110 mittels
eines Wechsels der Stabelemente 20 kann von Interesse sein,
um sicher zu stellen, dass alle Bereiche 140 zur Ablagerung
der magnetisierbaren Partikel 70 stets von Lösung 60 bedeckt
sind. Allgemeiner gesprochen erlaubt ein Wechsel der Magnetelemente 110 eine
Anpassung der Magnetfelder der Magnetelemente 110 an Abmessungen
einer verwendeten Kavität 50 und oder eine Füllhöhe
der Lösung 60 in der Kavität 50.
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Für
den Fachmann ist darüber hinaus offensichtlich, dass die
Antriebselementgruppen 200, 900 auch eine Kreisbewegung
der Führungselemente 90 und der Stabelemente 20 in
einer Ebene erlauben. Dadurch wird zum Beispiel eine kreisförmige
Mischbewegung innerhalb der Kavitäten 50 möglich.
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Ein
Wechsel der Stabelemente 20 kann zum Beispiel von Interesse
sein, um unterschiedlich starke Magnetisierungen auf die Lösungen 60 innerhalb der
Kavitäten 50 wirken zu lassen. Es bietet sich
an, die Führungselemente 90 fest mit der Führungselementtraverse 100 zu
verbinden. Wie bereits erwähnt, ist im Gegensatz dazu eine
Befestigung der Stabelemente 20 an der Stabelementtraverse 30 mit
einem geringfügigen Spiel interessant. Ein gewisses Spiel der
Stabelemente 20 gegenüber der Traverse 30 erlaubt
eine Führung des Stabelements 20 durch das Führungselement 90,
wobei ein Verkanten des Stabelements 20 in dem Führungselement 90 vermieden wird.
Genau genommen wird eine mechanische Überbestimmtheit von
den Führungselementen 90 und den Stabelementen 20 vermieden.
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13 zeigt
ein Führungselement 90 mit einer Öffnung 91 des
Führungselements 90 an einem distalen Ende des
Führungselements 90. In das Führungselement 90 eingeschoben
ist ein Stabelement 20, das an einem distalen Endabschnitt
ein Magnetelement 110 trägt. Für die
Stabanordnung 1 ist es möglich, das Magnetelement 110 über
eine distale Magnet elementposition 110d hinaus in distaler
Richtung, zumindest teilweise, durch die Öffnung 91 des Führungselements 90 zu
bewegen. In 13 ist das Magnetelement 110 in
der distal exponierten Magnetelementposition 110d* gezeigt.
In der distal exponierten Magnetelementposition 110d* reicht
das Magnetelement 110 über das distale Ende des
Führungselements 90 hinaus. Durch die distal exponierte Magnetelementposition 110d* kann
das Magnetelement 110 noch näher an die Umhüllung 80 bewegt werden.
Mit dem Magnetelement 110 in der distal exponierten Magnetelementposition 110d* wird
ein Aufschieben der Umhüllung 80 auf das Führungselement 90,
wie bereits beschrieben, erleichtert. Es wird mit dem Magnetelement 110 in
der distal exponierten Magnetelementposition 110d* vermieden,
dass das distale Ende des Führungselements 90 die
Umhüllung 80 beim Aufschieben der Umhüllung 80 beschädigt.
Eine Beschädigung der Umhüllung 80 ist
insbesondere dann zu befürchten, wenn die Umhüllung 80 selbst über
keine ausreichende Formstabilität verfügt. Bei
hinreichender Elastizität der Umhüllung 80 kann
sich das Magnetelement 110 in die distal exponierte Magnetelementposition 110d* bewegen,
ohne dass die Umhüllung 80 beschädigt
wird. Mit dem Magnetelement 110 in der distal exponierten
Magnetelementposition 110d* erhöht sich darüber
hinaus das inhomogen Magnetfeld, dem die Lösung 60 und
damit die magnetisierbaren Partikel 70 ausgesetzt sind. Die
Kraftwirkung auf die magnetisierbaren Partikel 70 wird
also mittels der distal exponierten Magnetelementposition 110d* erhöht.
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Die
Erfindung offenbart weiter ein Verfahren 500 zur Extraktion
von magnetisierbaren Partikeln 70 aus einer Lösung 60 in
mindestens einer Kavität 50.
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14 zeigt
einen Ablauf des Verfahrens 500. Ein Schritt 510 umfasst
ein Aufnehmen der Hüllen 80 auf mindestens eines
der Führungselemente 90 und/oder ein Verschließen
der Öffnung 91 an dem distalen Ende des mindestens
einen Führungselements 90 durch Verschlusselemente 92.
Das Verschließen der Öffnung 91 kann
das Aufnehmen der Umhüllung 80 ersetzen oder zusätzlich
zum Aufnehmen der Umhüllung in dem Schritt 510 umfasst
sein. Der Schritt 510 des Aufnehmens der Umhüllung 80 kann
zum Beispiel einen Reibschluss zwischen der Umhüllung 80 und
dem Führungselement 90 umfassen. Darüber
hinaus kann zum Aufnehmen der Umhüllung 80 das
Magnetelement 110 in die distal exponierte Magnetelementposition 110d*,
wie in 13 gezeigt, bewegt werden. Darüber
hinaus ist zum Aufnehmen der Umhüllung 80 auch
die Verwendung einer Klemmhalterung K, wie in 4a gezeigt,
möglich. Dem Fachmann sind weitere Möglichkeiten
zur Aufnahme der Umhüllungen 80 auf dem Führungselement 90 bekannt,
die hier nicht weiter diskutiert werden.
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In
einem Schritt 520 erfolgt ein Mischen der Lösung 60.
Das Mischen der Lösung 60 in Schritt 520 dient
zu einem Mischen der magnetisierbaren Partikel 70, die
sich innerhalb der Lösung 60 befinden. Es soll
durch das Mischen verhindert werden, dass alle magnetisierbaren
Partikel 70 lediglich in einem Bodenbereich der Kavität 50 befindlich
sind. Dem Mischen der Lösung 60 schließt
sich ein Schritt 530 zum Aufsammeln der magnetisierbaren
Partikel 70 aus der Lösung 60 an. In
dem Schritt 530 zum Aufsammeln der magnetisierbaren Partikel 70 erfolgt also
eine Extraktion der magnetisierbaren Partikel 70 und damit
auch der an die magnetisierbaren Partikel 70 gebundenen
Biomoleküle aus der Lösung 60.
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In
einem Schritt 540 wird geprüft, ob die magnetisierbaren
Partikel 70 und/oder die magnetisierbaren Partikel-Molekül-Komplexe,
die bereits aufgesammelt wurden, zu einer weiteren Kavität 50 transportiert
werden sollen. Gegebenenfalls erfolgt das Transportieren 550 der
magnetisierbaren Partikel 70 zu der weiteren Kavität 50.
Ist keine weitere Lösung 60 vorgesehen, so erfolgt
ein Transportieren 560 zu einer Zielkavität. Die
Zielkavität kann zum Beispiel ein Resultatgefäß umfassen,
in dem die magnetisierbaren Partikel 70 konzentriert sind.
An die Konzentration kann sich ein Lösen der Biomoleküle
von den magnetisierbaren Partikeln 70 anschließen.
Eine Lösung der magnetisierbaren Partikel 70 von
den Biomolekülen erfolgt dann in einem weiteren Schritt.
Das Transportieren 560 zu der Zielkavität 50 ist
möglich mittels der Antriebgruppen 200, 900,
die eine Beweglichkeit der Führungselementtraverse 100 und
der Stabelementtraverse 30 erlauben. Sofern eine weitere
Lösung 60 gewünscht ist, wird im Anschluss
an den Schritt 540 ein Transportieren 550 zu der
weiteren Lösung 60 ausgeführt. Das Transportieren 550 zu
der weiteren Lösung 60 kann durch die Antriebselemente 200, 900 erfolgen.
Nach dem Schritt 550 zum Transportieren zu der weiteren
Lösung 60 kehrt das Verfahren zu dem Schritt 530 zum
Aufsammeln der magnetisierbaren Partikel 70 zurück.
An den Transport der magnetisierbaren Partikel 70 zu der Zielkavität 50 schließt
sich ein Schritt 570 zum Ablösen der magnetisierbaren
Partikel 70 von der Umhüllung 80 an.
Das Ablösen kann durch ein Mischen unterstützt
werden, wie in dem Schritt 520 beschrieben. Das Ablösen 570 der
magnetisierbaren Partikel 70 von der Umhüllung 80 kann
auch eine Ablösung der magnetisierbaren Partikel 70 von
den Biomolekülen, die an den magnetisierbaren Partikel 70 unter
Bildung des Partikel-Biomolekülkomplex gebunden wurden, umfassen.
Zu der Ablösung der Biomoleküle von den magnetisierbaren
Partikeln 70 sind Elutionslösungen und Elutionsverfahren
bekannt. Diese Elutionsverfahren sind nicht Teil der Erfindung sondern dem
Fachmann hinreichend bekannt. Daher soll auf die Elution der Biomoleküle
aus der Lösung 60 mit den magnetisierbaren Partikeln 70 nicht
weiter eingegangen werden. In einem Schritt 580 werden
die Führungselemente 90 aus der Kavität 50 gehoben. Daran
kann sich ein Schritt 590 zum Ablösen der Umhüllung 80 von
den Führungselementen 90 anschließen.
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15 zeigt
Details des Schritts 520 zum Mischen der Lösung 60.
Ein Schritt 522 umfasst ein Bewegendes magnetisierbaren
Elements 110 in eine proximale Magnetelementposition 110p.
Die proximale Magnetelementposition 110p bedeutet, dass der
distale Endbereich des Führungselements 90 nicht
mehr von dem Magnetfeld des Magnetelements 110 durchsetzt
ist. In einem Schritt 524 wird das Führungselement 90 in
eine distale Führungselementposition bewegt. Typischerweise
taucht bei diesem Schritt das Führungselement 90 in
die in der Kavität 50 befindliche Lösung 60 ein.
Anschließend wird das Führungselement 90 in
einem Schritt 526 in die proximale Führungselementposition 90p bewegt.
Mit anderen Worten wird in den Schritten 522 bis 526 das unmagnetisierte
Führungselement 90 in die Lösung 60 eingetaucht
und wieder aus der Lösung 60 gehoben. In einem
Schritt 528 wird überprüft, ob ein weiteres
Mischen erforderlich ist. Falls kein weiteres Mischen erforderlich
ist, ist der Schritt 520 beendet. Sofern ein ein weiteres
Mischen erforderlich ist, kehrt das Verfahren zu dem Schritt 524 zurück.
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16 zeigt
Details des Schritts 530 zum Aufsammeln der magnetisierbaren
Partikel 70. Ein Schritt 532 umfasst ein Bewegen 532 des
Führungselements 90 in die distale Führungselementposition 90d.
Daran schließt sich in einem Schritt 533 ein Bewegen
des Magnetelements 110 in die distale Magnetelementposition 110d an,
sofern das Magnetelement 110 nicht bereits in der distalen
Magnetelementposition 110d befindlich ist. Der Schritt 533 des Bewegens
des Magnetelements 110 in die distale Magnetelementposition 110d kann
darüber hinaus ein Verfahren des Magnetelements 110 in
die distal exponierte Magnetelementposition 110d* umfassen, wie
in 13 gezeigt.
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In
einem Schritt 534 erfolgt ein Bewegen des Führungselements 90 in
die proximale Führungselementposition 90p. Das
Magnetelement 110 bleibt bei dem Schritt 534 in
der distalen Magnetelementposition 110d oder der distal
exponierten Magnetelementposition 110d*.
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In
einem Schritt 535 wird das Führungselement 90 in
die distale Führungselementposition 90d bewegt,
wobei das Magnetelement 110 in der distalen Magnetelementposition 110d oder
der distal exponierten Magnetelementposition 110d* verbleibt. Das
heißt der distale Endabschnitt des Führungselements 90 bleibt
weiterhin magnetisiert.
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Anschließend
wird der Schritt 534 zum Bewegen des Führungselements
in die proximale Position wiederholt.
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In
einem Schritt 536 wird überprüft, ob
ein weiterer Schritt zum Aufsammeln 530 erforderlich ist. Sofern
ein weiterer Schritt zum Aufsammeln 530 erforderlich ist,
kehrt das Verfahren zu dem Schritt 535 zurück.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- - WO 198705536 [0005]
- - US 20060266130 [0006]
- - WO 8606493 [0008]
- - EP 0787296 [0009]
- - EP 0687505 [0010]
- - WO 2002066165 [0011]
- - EP 1185372 [0012]
- - WO 2008045742 [0013]
- - WO 2004035217 [0014]
- - EP 1726963 [0015]