DE102011080947B3 - Einzelanalyterfassung mittels magnetischer Durchflussmessung - Google Patents
Einzelanalyterfassung mittels magnetischer Durchflussmessung Download PDFInfo
- Publication number
- DE102011080947B3 DE102011080947B3 DE102011080947A DE102011080947A DE102011080947B3 DE 102011080947 B3 DE102011080947 B3 DE 102011080947B3 DE 102011080947 A DE102011080947 A DE 102011080947A DE 102011080947 A DE102011080947 A DE 102011080947A DE 102011080947 B3 DE102011080947 B3 DE 102011080947B3
- Authority
- DE
- Germany
- Prior art keywords
- magnetic
- analytes
- field
- magnetoresistive
- magnetoresistive component
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Expired - Fee Related
Links
- 239000012491 analyte Substances 0.000 title claims abstract description 23
- 238000005259 measurement Methods 0.000 title claims abstract description 16
- 238000001514 detection method Methods 0.000 title claims abstract description 10
- 238000000034 method Methods 0.000 claims abstract description 23
- 238000002372 labelling Methods 0.000 claims abstract description 3
- 239000002102 nanobead Substances 0.000 claims description 12
- 239000000463 material Substances 0.000 claims description 5
- 230000005415 magnetization Effects 0.000 claims description 3
- SZVJSHCCFOBDDC-UHFFFAOYSA-N iron(II,III) oxide Inorganic materials O=[Fe]O[Fe]O[Fe]=O SZVJSHCCFOBDDC-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 2
- JEIPFZHSYJVQDO-UHFFFAOYSA-N iron(III) oxide Inorganic materials O=[Fe]O[Fe]=O JEIPFZHSYJVQDO-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 2
- 230000003287 optical effect Effects 0.000 description 6
- 238000011084 recovery Methods 0.000 description 4
- 238000000684 flow cytometry Methods 0.000 description 3
- 239000007788 liquid Substances 0.000 description 3
- 239000006249 magnetic particle Substances 0.000 description 3
- 208000010201 Exanthema Diseases 0.000 description 2
- PXHVJJICTQNCMI-UHFFFAOYSA-N Nickel Chemical compound [Ni] PXHVJJICTQNCMI-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 239000011324 bead Substances 0.000 description 2
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 2
- 201000005884 exanthem Diseases 0.000 description 2
- 238000012544 monitoring process Methods 0.000 description 2
- 239000002245 particle Substances 0.000 description 2
- 206010037844 rash Diseases 0.000 description 2
- 238000010408 sweeping Methods 0.000 description 2
- 238000009825 accumulation Methods 0.000 description 1
- 238000013459 approach Methods 0.000 description 1
- 239000006285 cell suspension Substances 0.000 description 1
- 239000012141 concentrate Substances 0.000 description 1
- 230000001419 dependent effect Effects 0.000 description 1
- 238000005315 distribution function Methods 0.000 description 1
- 230000005281 excited state Effects 0.000 description 1
- 239000003550 marker Substances 0.000 description 1
- 229910052759 nickel Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000000926 separation method Methods 0.000 description 1
- 239000000725 suspension Substances 0.000 description 1
Images
Classifications
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B03—SEPARATION OF SOLID MATERIALS USING LIQUIDS OR USING PNEUMATIC TABLES OR JIGS; MAGNETIC OR ELECTROSTATIC SEPARATION OF SOLID MATERIALS FROM SOLID MATERIALS OR FLUIDS; SEPARATION BY HIGH-VOLTAGE ELECTRIC FIELDS
- B03C—MAGNETIC OR ELECTROSTATIC SEPARATION OF SOLID MATERIALS FROM SOLID MATERIALS OR FLUIDS; SEPARATION BY HIGH-VOLTAGE ELECTRIC FIELDS
- B03C1/00—Magnetic separation
- B03C1/005—Pretreatment specially adapted for magnetic separation
- B03C1/01—Pretreatment specially adapted for magnetic separation by addition of magnetic adjuvants
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C12—BIOCHEMISTRY; BEER; SPIRITS; WINE; VINEGAR; MICROBIOLOGY; ENZYMOLOGY; MUTATION OR GENETIC ENGINEERING
- C12Q—MEASURING OR TESTING PROCESSES INVOLVING ENZYMES, NUCLEIC ACIDS OR MICROORGANISMS; COMPOSITIONS OR TEST PAPERS THEREFOR; PROCESSES OF PREPARING SUCH COMPOSITIONS; CONDITION-RESPONSIVE CONTROL IN MICROBIOLOGICAL OR ENZYMOLOGICAL PROCESSES
- C12Q1/00—Measuring or testing processes involving enzymes, nucleic acids or microorganisms; Compositions therefor; Processes of preparing such compositions
- C12Q1/02—Measuring or testing processes involving enzymes, nucleic acids or microorganisms; Compositions therefor; Processes of preparing such compositions involving viable microorganisms
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B03—SEPARATION OF SOLID MATERIALS USING LIQUIDS OR USING PNEUMATIC TABLES OR JIGS; MAGNETIC OR ELECTROSTATIC SEPARATION OF SOLID MATERIALS FROM SOLID MATERIALS OR FLUIDS; SEPARATION BY HIGH-VOLTAGE ELECTRIC FIELDS
- B03C—MAGNETIC OR ELECTROSTATIC SEPARATION OF SOLID MATERIALS FROM SOLID MATERIALS OR FLUIDS; SEPARATION BY HIGH-VOLTAGE ELECTRIC FIELDS
- B03C1/00—Magnetic separation
- B03C1/02—Magnetic separation acting directly on the substance being separated
- B03C1/28—Magnetic plugs and dipsticks
- B03C1/288—Magnetic plugs and dipsticks disposed at the outer circumference of a recipient
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
- G01N15/00—Investigating characteristics of particles; Investigating permeability, pore-volume or surface-area of porous materials
- G01N15/10—Investigating individual particles
- G01N15/1031—Investigating individual particles by measuring electrical or magnetic effects
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
- G01N33/00—Investigating or analysing materials by specific methods not covered by groups G01N1/00 - G01N31/00
- G01N33/48—Biological material, e.g. blood, urine; Haemocytometers
- G01N33/50—Chemical analysis of biological material, e.g. blood, urine; Testing involving biospecific ligand binding methods; Immunological testing
- G01N33/58—Chemical analysis of biological material, e.g. blood, urine; Testing involving biospecific ligand binding methods; Immunological testing involving labelled substances
- G01N33/585—Chemical analysis of biological material, e.g. blood, urine; Testing involving biospecific ligand binding methods; Immunological testing involving labelled substances with a particulate label, e.g. coloured latex
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
- G01N33/00—Investigating or analysing materials by specific methods not covered by groups G01N1/00 - G01N31/00
- G01N33/48—Biological material, e.g. blood, urine; Haemocytometers
- G01N33/50—Chemical analysis of biological material, e.g. blood, urine; Testing involving biospecific ligand binding methods; Immunological testing
- G01N33/58—Chemical analysis of biological material, e.g. blood, urine; Testing involving biospecific ligand binding methods; Immunological testing involving labelled substances
- G01N33/585—Chemical analysis of biological material, e.g. blood, urine; Testing involving biospecific ligand binding methods; Immunological testing involving labelled substances with a particulate label, e.g. coloured latex
- G01N33/587—Nanoparticles
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01R—MEASURING ELECTRIC VARIABLES; MEASURING MAGNETIC VARIABLES
- G01R33/00—Arrangements or instruments for measuring magnetic variables
- G01R33/02—Measuring direction or magnitude of magnetic fields or magnetic flux
- G01R33/06—Measuring direction or magnitude of magnetic fields or magnetic flux using galvano-magnetic devices
- G01R33/09—Magnetoresistive devices
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B03—SEPARATION OF SOLID MATERIALS USING LIQUIDS OR USING PNEUMATIC TABLES OR JIGS; MAGNETIC OR ELECTROSTATIC SEPARATION OF SOLID MATERIALS FROM SOLID MATERIALS OR FLUIDS; SEPARATION BY HIGH-VOLTAGE ELECTRIC FIELDS
- B03C—MAGNETIC OR ELECTROSTATIC SEPARATION OF SOLID MATERIALS FROM SOLID MATERIALS OR FLUIDS; SEPARATION BY HIGH-VOLTAGE ELECTRIC FIELDS
- B03C2201/00—Details of magnetic or electrostatic separation
- B03C2201/18—Magnetic separation whereby the particles are suspended in a liquid
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B03—SEPARATION OF SOLID MATERIALS USING LIQUIDS OR USING PNEUMATIC TABLES OR JIGS; MAGNETIC OR ELECTROSTATIC SEPARATION OF SOLID MATERIALS FROM SOLID MATERIALS OR FLUIDS; SEPARATION BY HIGH-VOLTAGE ELECTRIC FIELDS
- B03C—MAGNETIC OR ELECTROSTATIC SEPARATION OF SOLID MATERIALS FROM SOLID MATERIALS OR FLUIDS; SEPARATION BY HIGH-VOLTAGE ELECTRIC FIELDS
- B03C2201/00—Details of magnetic or electrostatic separation
- B03C2201/24—Details of magnetic or electrostatic separation for measuring or calculating of parameters, e.g. efficiency
Landscapes
- Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
- Health & Medical Sciences (AREA)
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Immunology (AREA)
- Physics & Mathematics (AREA)
- Molecular Biology (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Hematology (AREA)
- Biomedical Technology (AREA)
- Urology & Nephrology (AREA)
- Analytical Chemistry (AREA)
- Biochemistry (AREA)
- General Health & Medical Sciences (AREA)
- Pathology (AREA)
- Microbiology (AREA)
- Biotechnology (AREA)
- Medicinal Chemistry (AREA)
- Cell Biology (AREA)
- Food Science & Technology (AREA)
- Organic Chemistry (AREA)
- Proteomics, Peptides & Aminoacids (AREA)
- Wood Science & Technology (AREA)
- Zoology (AREA)
- Nanotechnology (AREA)
- Dispersion Chemistry (AREA)
- Condensed Matter Physics & Semiconductors (AREA)
- Biophysics (AREA)
- Bioinformatics & Cheminformatics (AREA)
- General Engineering & Computer Science (AREA)
- Genetics & Genomics (AREA)
- Investigating Or Analyzing Materials By The Use Of Magnetic Means (AREA)
Abstract
Verfahren zur magnetischen Durchflussmessung eines Analyten, wobei das Verfahren die folgenden Schritte umfasst: – magnetische Markierung von Analyten (1) in einer Probe, – Flusserzeugung der Analyten (1) über eine Sensoranordnung, wobei der Fluss (40) der Analyten (1) zumindest über ein magnetoresistives Bauteil (20) geführt wird, – Erzeugung eines magnetischen Gradientenfeldes, mittels welchem die markierten Analyte (1) über dem magnetoresistiven Bauteil (20) angereichert werden, sowie eines homogenen Magnetfeldes (220), wobei das homogene Magnetfeld (220) und das magnetoresistive Bauteil (20) so zueinander angeordnet sind, dass das homogene Magnetfeld (220) nicht vom magnetoresistiven Bauteil (20) erfasst wird, – Erfassung einzelner markierter Analyte (1), – wobei die magnetische Markierung derart vorgenommen wird, dass die markierten Analyte (1) je ein magnetisches Streufeld aufweisen, dessen durch das magnetoresistive Bauteil (20) erfassbare Maxima in einem Abstand vom Analytmittelpunkt (rmag) liegen, der kleiner ist als der hydrodynamische Analytradius (ropt).
Description
- Die vorliegende Erfindung betrifft die magnetische Durchflussmessung von magnetisch markierten Analyten, insbesondere die magnetische Durchflusszytometrie.
- Im der magnetischen Durchflusszytometrie werden bislang zwei Ansätze zur Einzelzelldetektion verfolgt, bei denen das Problem der eindeutigen Trennung von zwei direkt aufeinanderfolgenden Zellen folgendermaßen umgangen wird:
Wie beispielsweise aus Loureiro et al., ”Journal of Applied Physics”, 2011, 109, 07B311 bekannt, werden superparamagnetisch markierte Zellanalyten von einem magnetoresistiven Sensor erfasst. Durch den Verzicht auf eine Anreicherung der markierten Zellen sind diese zwar nicht sehr hoch konzentriert, jedoch führt dies gleichermaßen zu einer sehr geringen Wiederfindungsrate, d. h. dass nur ein geringer Prozentsatz der markierten Zellen überhaupt vom magnetoresistiven Sensor erfasst werden kann. - Die
US 6 736 978 B1 offenbart eine Methode, Analyte, welche in einem flüssigen Strom fließen, zu überwachen. Dabei wird ein riesenmagnetoresistiver Sensor eingesetzt, um die magnetischen Eigenschaften des Stroms, die abhängen von Analytkonzentration und -verteilung, zu messen und ein elektrisches Ausgangs-Signal zu erzeugen. Der Strom fließt dabei ausreichend nah an dem riesenmagnetoresistiven Sensor vorbei, um ein Ausgangs-Signal zu erzeugen. - Die
offenbart eine Methode, die Überwachung von Analyten, welche in einem flüssigen Strom an einem riesenmagnetoresistiven Sensor vorbei fließen, zu verbessern. Dabei wird der flüssige Strom mit Pufferströmen von der Seite und von oben umhüllt, um die Analyten einreihig zu vereinzeln.US 2009/0001024 A1 - Die
offenbart eine Anordnung mit einem magnetoresistiven Sensor zum Messen von magnetischen Partikeln umfassend eine Einheit zur Generierung unterschiedlich konfigurierter Magnetfelder für unterschiedlich angeregte Zustände der magnetischen Partikel. Weiterhin umfasst die Anordnung eine Sensoreinheit zum Messen unterschiedlicher Signale in Abhängigkeit der magnetischen Partikel in den unterschiedlich konfigurierten Magnetfeldern und eine Einheit zum Auswerten der Signale.WO 2008/001261 A1 - Die
DE 10 2007 057 667 A1 offenbart eine Anordnung und ein Verfahren zur dynamischen Detektion und Selektion magnetisch gekennzeichneter Partikel mit einem Mikrofluidikkanal und einer Wheatstone'schen Brückenschaltung mit zumindest einem magnetoresistiven Element. Der Mikrofluidikkanal ist in der Brückenschaltung so angeordnet, dass die durch den Mikrofluidikkanal fließenden magnetisch gekennzeichneten Partikel den Abgleich mit der Brückenschaltung messbar beeinflussen. - Alternativ wird im Stand der Technik mit verdünnten Proben gearbeitet. Mit der Verminderung der Konzentration einer Zellsuspension in Kombination mit einer Anreicherung der magnetisch markierten Zellen vergrößert sich der Abstand und die Zellen können einzeln über den Sensor geführt werden, jedoch ergibt sich daraus sehr nachteilig eine unerwünschte Verlängerung der Messzeit.
- Es ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung eine Einzelzelldetektion mit hoher Wiederfindungsrate und kurzer Messzeit anzugeben.
- Die Aufgabe wird durch ein Verfahren gemäß Patentanspruch 1 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche.
- Das erfindungsgemäße Verfahren zur magnetischen Durchflussmessung eines Analyten umfasst die folgenden Schritte:
Zunächst erfolgt die magnetische Markierung von Analyten in einer Probe. Dann wird ein Fluss der Analyte erzeugt, welcher die Analyte über eine Sensoranordnung führt, wobei der Fluss der Analyten dabei zumindest über ein magnetoresistives Bauteil geführt wird. Außerdem wird ein magnetisches Gradientenfeld erzeugt, mittels welchem die markierten Analyte über dem magnetoresistiven Bauteil angereichert werden, und es wird ein homogenes Magnetfeldes erzeugt, welches so zum magnetoresistiven Bauteil verläuft, dass das homogene Magnetfeld nicht vom magnetoresistiven Bauteil erfasst wird. Mittels der Sensoranordnung mit dem zumindest einen magnetoresistiven Bauteil erfolgt die Erfassung einzelner markierter Analyte. Die magnetische Markierung wird in dem erfindungsgemäßen Verfahren dabei derart vorgenommen, dass die markierten Analyte je ein magnetisches Streufeld in dem homogenen Magnetfeld hervorrufen, dessen erfassbare Maxima in einem Abstand vom Analytmittelpunkt liegen, der kleiner ist als der hydrodynamische Analytradius. - Zur Erzeugung des magnetischen Gradientenfeldes sowie des homogenen Magnetfeldes wird insbesondere nur eine magnetische Einheit benötigt, die eine doppelte Funktion erfüllt. In weiterem Abstand von der magnetischen Einheit erzeugt diese das Gradientenfeld zur Anreicherung der magnetisch markierten Analyte. Nahe an der magnetischen Einheit verlaufen die Magnetfeldlinien jedoch homogen. Die magnetische Einheit ist dabei so zum Sensor, d. h. dem magnetoresistiven Bauteil angeordnet, dass das homogene Feld in eine Richtung verläuft, in der der Sensor nicht sensitiv ist. Das heißt zum Beispiel, dass das homogene Magnetfeld in z-Richtung verläuft, während der Sensor in x-Richtung, senkrecht dazu, sensitiv ist.
- Das durch die magnetische Markierung eines Analyten im homogenen Magnetfeld hervorgerufene Streufeld wird durch das magnetoresistive Bauteil erfasst. Insbesondere wird die x-Komponente dieses Streufeldes gemessen, wobei die x-Richtung als die Durchflussrichtung definiert ist, d. h. die Richtung des Streufeldes, die parallel zur Oberfläche des magnetoresistiven Bauteils liegt. Diese erfassbaren Streufeldmaxima legen also einen Abstand vom Analytmittelpunkt fest, welcher im Folgenden auch magnetischer Radius genannt wird. Durch die magnetische Markierung von Analyten, beispielsweise Zellanalyten, oder auch Beads können diese einen magnetischen Durchmesser aufweisen, der geringer ist als der optische oder hydrodynamische Durchmesser, was heißt, dass das maximale Streufeld in x-Richtung innerhalb des Analytumfanges liegt. Dadurch und durch die Detektion der x-Komponente eben dieses Streufeldes, beispielsweise mit einem magnetoresistiven Bauelement, welches in dieser horizontalen x-Richtung sensitiv ist, kann die Detektion von zwei unmittelbar aufeinanderfolgenden Zellen als zwei Einzelevents getrennt erfolgen.
- Dies hat also den Vorteil, auch bei hohen Zellkonzentrationen, in denen die Analyten in kleinstmöglichem Abstand vorliegen, diese einzeln zu detektieren, also auch wirklich sogenannte Einzelevents auflösen zu können. Durch die geeignete magnetische Markierung wird also das Streufeld eines markierten Analyten insbesondere in einem vertikalen externen Magnetfeld so beeinflusst, dass eine hohe Wiederfindungsrate der magnetischen Einzelanalytdetektion gewährleistet ist.
- Die Sensoranordnung kann insbesondere mindestens ein aber auch mehrere magnetoresistive Bauteile, d. h. z. B. Einzelwiderstände aufweisen. Vorzugsweise weist die Sensoranordnung magnetoresistive Einzelwiderstände auf, die etwa in einer Wheatstone'schen Messbrücke verschaltet sind. Wie aus der Patentanmeldung
DE 10 2010 040 391.1 bekannt ist, können dadurch besonders vorteilhaft charakteristische Signalverläufe generiert werden. - In einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung wird bei dem Verfahren die magnetische Markierung mit magnetischen Nanobeads, insbesondere superparamagnetischen Nanobeads vorgenommen. Die Nanobeads weisen insbesondere hydrodynamische Durchmesser zwischen 10 nm und 500 nm auf. Je nach zu markierenden Analyten, beispielsweise je nach Zellsorte, bestimmt deren Oberfläche und/oder Epitopenanzahl, welche Größe und Art der Markierung besonders vorteilhaft ist. Die kleinen Nanobeads zwischen 10 nm und 500 nm Durchmesser haben den Vorteil, dass damit Belegungsdichten auf der Analytoberfläche zwischen 10% und 90% erreicht werden können, welche eine Verlagerung des Streufeldmaximums in das Innere des Analyten erzielen. Insbesondere wird ein Analyt, z. B. eine Zelle, so markiert, dass das Maximum der x-Komponente des Streufeldes sich zwischen 50% und 90% des Zellradius vom Zellmittelpunkt entfernt befindet.
- In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung wird bei dem Verfahren die magnetische Markierung mit Nanobeads vorgenommen, welche das Material Magnetit oder das Material Maghemit aufweisen. Insbesondere weisen die zur Markierung verwendeten Nanobeads ein Material auf, dessen Sättigungsmagnetisierung in etwa zwischen 80 und 90 emu/g beträgt.
- Der Materialanteil an den Nanobeads ist dabei insbesondere so gewählt, dass die Sättigungsmagnetisierung der Magnetbeads in etwa zwischen 10 (A·m2)/kg und 60 (A·m2)/kg beträgt.
- Beispielsweise kann mit einer derart geeigneten magnetischen Markierung bei Zellen mit durchschnittlich 12 μm Durchmesser ein Streufeldmaximum in x-Richtung bei einem Abstand vom Zellmittelpunkt von durchschnittlich 4 μm hervorgerufen werden. Dies ist ein besonders vorteilhafter verringerter magnetischer Radius, der gewährleistet, dass die so markierten Zellen in einem externen vertikalen Magnetfeld einzeln erfasst werden können, auch wenn diese in direktem Kontakt zueinander über die Sensoranordnung fließen.
- In einer besonders vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung werden in dem Verfahren die einzelnen markierten Analyte mittels des magnetischen Gradientenfeldes über dem magnetoresistiven Bauteil angereichert, so dass sie dort lokal in hoher Konzentration vorliegen. Ausgehend von Probenkonzentrationen zwischen 0,1 und 104 Analyten pro Mikroliter wird die Konzentration durch die Anreicherung auf das zwischen 100fache bis zu 10000fache erhöht. Dies hat den Vorteil einer sehr hohen Widerfindungsrate, da nur ein verschwindend geringer Anteil an zu detektierenden Analyten nicht nahe genug am Sensor vorbeigeführt wird, um von diesem erfasst zu werden. Gleichzeitig birgt die hohe Konzentration, bei der auch die einzelnen Analyte in direktem Kontakt miteinander stehen können, nicht den Nachteil, dass diese als Einzelevent gezählt werden, sondern aufgrund des verringerten magnetischen Radius der letztendlich von der magnetoresistiven Sensoranordnung erfasst wird, auch bei direktem Kontakt der Zellen noch getrennt werden können. Das Verfahren birgt also gleichzeitig die Vorteile einer hohen Widerfindungsrate des Messsystems, auch bei zwei direkt aufeinander folgenden Zellen und den Vorteil eine Messung an einer Suspension vornehmen zu können, in der die zu detektierenden Analyte in sehr hoher Konzentration vorliegen. Bewirkt die magnetische Markierung, dass das Streufeldmaximum innerhalb der Zelle liegt, wird also eine Messung von zwei direkt aufeinanderfolgenden markierten Analyten als zwei Einzelevents möglich. Insbesondere überfließen also bei dem Verfahren die einzelnen Analyte das magnetoresistive Bauteil in direktem Kontakt miteinander.
- Zur Anreicherung der magnetisch markierten Analyte kann neben dem magnetischen Gradientenfeld, welches insbesondere durch einen Permanentmagneten hervorgerufen werden kann, noch zusätzlich eine magnetophoretische Anreicherung der magnetisch markierten Analyte erfolgen. Eine vorteilhafte magnetophoretische Anreicherung ist beispielsweise aus der Patentanmeldung
DE 10 2009 047 801.9 bekannt. Dabei wird zur magnetischen Durchflusszytometrie ein System für einen gezielten Transport magnetisch markierter Zellen in einem strömenden Medium angegeben. - In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung wird bei dem Verfahren die Durchflussgeschwindigkeit so eingestellt, dass die Analyte mit konstanter Geschwindigkeit über das magnetoresistive Bauteil geführt werden. Insbesondere wird die Durchflussgeschwindigkeit so eingestellt, dass die Analyte, welche insbesondere Zellen sind, über dem magnetoresistiven Bauteil abrollen. Dabei werden sie insbesondere bei Kontakt mit der Kanalwand, an oder in der vorzugsweise das magnetoresistive Bauteil angeordnet ist, in Rotation versetzt und rollen an der Wand und damit über dem magnetoresistiven Bauteil ab. Bei dem magnetoresistiven Bauteil oder beispielsweise den mehreren magnetoresistiven Brückenelementen handelt es sich insbesondere um GMR-Sensoren (giant magneto resistance).
- Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung werden in exemplarischer Weise mit Bezug auf die
1 bis5 der angehängten Zeichnung beschrieben. -
1 zeigt eine Seitenansicht der magnetischen Einheit22 zur Erzeugung des Gradientenfeldes sowie des homogenen Magnetfeldes220 , welches mit Pfeilen senkrecht zur magnetischen Einheit22 eingezeichnet ist. Die magnetische Markierung des Analyten1 bewirkt ein magnetisches Streufeld des Analyten24 , dessen Magnetfeldlinienverlauf um den Analyten1 herum gezeigt ist. Der Analyt1 ist im Querschnitt als Kreis dargestellt. Der Pfeil40 , von links nach rechts in der1 weisend, zeigt die Flussrichtung des Analyten1 an. Die magnetische Einheit22 befindet sich beispielsweise unterhalb eines Durchflusskanals für eine Analytprobe, welche beispielsweise eine Zellprobe ist. - Die doppelte Funktion der magnetischen Einheit
22 kann z. B. folgendermaßen beschrieben werden: Das Gradientenfeld, erzeugt vom externen Magneten22 , zieht die superparamagnetisch markierten Zellen1 an die Sensoroberfläche20 . Dort liegen die Zellen1 stochastisch verteilt vor. Im Fluss40 werden die Zellen1 z. B. mit Hilfe von Nickelstreifen magnetophoretisch über die magnetoresistiven Sensoren20 geführt. Direkt über dem Sensor20 wird ein im Wesentlichen homogenes Feld220 generiert, welches, wie in1 gezeigt, nur in z-Richtung verläuft. So ein vertikales Feld220 sieht der Sensor20 nicht, denn er ist nur in x-Richtung sensitiv. In1 sieht man also beispielsweise eine superparamagnetisch markierte Zelle1 , die das Feld220 in ihrer Umgebung verzerrt. Die x-Komponente dieses Streufeldes24 ist das Feld, das mit dem Sensor20 erfasst wird. In der Vorrichtung wird also die Inhomogenität des Magneten22 ausgenutzt, der das externe Feld generiert. Dabei handelt es sich z. B. um einen NeFeB Magneten. Je nach Qualität des Magneten22 variiert der homogenen Bereich220 nahe am Magneten22 . Genau dieser Bereich wird unter dem Sensor20 platziert. Das Gradientenfeld, das für die Anreicherung benötigt wird, ist dann gegeben durch die Inhomogenität des Magnetfeldes außerhalb des homogenen Bereichs220 . - Die
2 zeigt ein Diagramm mit einer Verteilungsfunktion N und quadratisch eingezeichneten Messpunkten. Dabei wurde gemessen, wie viele Analyte1 , welche beispielsweise Zellen sind, ein Streufeld24 aufweisen, dessen Maximum in x-Richtung, welche von den Sensoren detektiert wird, einen gewissen Abstand Δx vom Zentrum des Analyten beträgt. Dieser Abstand Δx ist in μm angegeben. - In der
3 ist wiederum die Darstellung des Permanentmagneten22 und des durch den Permanentmagneten22 erzeugten homogenen Magnetfeldes220 dargestellt. Die Zelle1 weist einen optischen oder hydrodynamischen Durchmesser ropt auf, aber auch einen sogenannten magnetischen Durchmesser rmag, welcher insbesondere kleiner ist als der optische Durchmesser ropt, d. h. der innerhalb der Zelle1 liegt. Dieser kleinere Durchmesser liegt daran, dass die maximale Streufeldkomponente in x-Richtung, die von den Magnetsensoren20 erfasst wird, an einer Position der Zelle liegt, welche sich innerhalb der Zelle1 befindet. D. h. auch wenn die magnetischen Marker auf der Oberfläche der Zelle1 sitzen, ist das durch die magnetische Markierung erzeugte Streufeld24 nicht nur außerhalb, sondern auch innerhalb der Zelle1 zu finden und sogar dessen Maximum in x-Richtung. - Die
4 zeigt schematisch den Messaufbau, sozusagen einen Ausschnitt aus einer Mikrofluidik mit einem Durchflusskanal. Der Kanalboden11 weist zumindest einen Magnetsensor20 auf und unterhalb des Kanalbodens11 ist die magnetische Einheit22 zur Erzeugung des Gradientenfeldes sowie des homogenen Magnetfeldes220 angebracht. Der Magnetsensor20 weist insbesondere eine Länge x20 in Durchflussrichtung40 auf. Der erste maximale Messausschlag passiert jedoch nicht in dem Moment, in dem die Zelle1 mit ihrem optischen oder hydrodynamischen Durchmesser ropt den Sensor20 erreicht, sondern wie durch eine gestrichelte Linie angezeigt, erst wenn das in der Zelle1 verlaufende magnetische Streufeld24 sein Maximum der x-Komponente über den Rand des Sensors20 schiebt. Diese Stelle markiert den magnetischen Radius rmag, welcher insbesondere kleiner ist als der optische Radius ropt der Zelle1 . Hat die Zelle1 den Magnetsensor20 überstrichen, wird ein zweiter maximaler Messausschlag in die andere Magnetfeldrichtung registriert. - Die
5 schließlich zeigt wie sich das über einen Zeitraum aufgenommene magnetoresistive Signal von mehreren aufeinanderfolgenden Zellen1 verhält. Für den Fall, dass der magnetische Durchmesser rmag mit dem optischen oder tatsächlichen Zellendurchmesser ropt der Zelle1 zusammenfällt, würde bei Überstreichen von zwei aneinanderliegenden Zellen1 wie oben in der5 gezeigt, ein erster positiver Messausschlag, verursacht durch die erste den Sensor20 überstreichende Zelle1 , und ein zweiter negativer Messausschlag, verursacht durch das Ende der zweiten Zelle1 , detektiert werden. Da aber nun der magnetische Durchmesser innerhalb der Zelle1 liegt, sind die Messausschläge, die mit dem Maximum der x-Komponente des Streufeldes24 einer Zelle1 zusammenhängen soweit voneinander getrennt Δt1, dass jede Zelle1 ein vollständiges Messsignal von zwei Messausschlägen hervorruft, wie im unteren Diagramm der5 gezeigt. Der zeitliche Abstand der Messausschläge Δt eines Zellsignals korreliert mit dem magnetischen Durchmesser 2·rmag einer magnetisch markierten Zelle1 . In der5 ist auch wieder das homogene Magnetfeld220 in z-Richtung eingezeichnet. Der Abstand der Zellen1 zum Kanalboden11 ist mit z20 markiert. Die Zellen1 überstreichen den Magnetsensor20 in Durchflussrichtung40 .
Claims (8)
- Verfahren zur magnetischen Durchflussmessung eines Analyten, wobei das Verfahren die folgenden Schritte umfasst: – magnetische Markierung von Analyten (
1 ) in einer Probe, – Flusserzeugung der Analyten (1 ) über eine Sensoranordnung, wobei der Fluss (40 ) der Analyten (1 ) zumindest über ein magnetoresistives Bauteil (20 ) geführt wird, – Erzeugung eines magnetischen Gradientenfeldes, mittels welchem die markierten Analyte (1 ) über dem magnetoresistiven Bauteil (20 ) angereichert werden, sowie eines homogenen Magnetfeldes (220 ), wobei das homogene Magnetfeld (220 ) und das magnetoresistive Bauteil (20 ) so zueinander angeordnet sind, dass das homogene Magnetfeld (220 ) nicht vom magnetoresistiven Bauteil (20 ) erfasst wird, – Erfassung einzelner markierter Analyte (1 ), – wobei die magnetische Markierung derart vorgenommen wird, dass die markierten Analyte (1 ) je ein magnetisches Streufeld aufweisen, dessen durch das magnetoresistive Bauteil (20 ) erfassbare Maxima in einem Abstand vom Analytmittelpunkt (rmag) liegen, der kleiner ist als der hydrodynamische Analytradius (ropt). - Verfahren nach Anspruch 1, bei dem die magnetische Markierung mit magnetischen Nanobeads, insbesondere superparamagnetischen Nanobeads, vorgenommen wird.
- Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, bei dem die magnetische Markierung mit Nanobeads vorgenommen wird, deren hydrodynamischer Durchmesser zwischen 10 nm und 500 nm beträgt.
- Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, bei dem die magnetische Markierung mit Nanobeads vorgenommen wird, welche das Material Magnetit oder Maghemit aufweisen.
- Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, bei dem die magnetische Markierung mit Nanobeads vorgenommen wird, welche eine Magnetisierung zwischen 10 (A·m2)/kg und 60 (A·m2)/kg aufweisen.
- Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, bei dem die einzelnen markierten Analyte (
1 ) mittels des magnetischen Gradientenfeldes über dem magnetoresistiven Bauteil (20 ) angereichert werden, so dass sie dort lokal in hoher Konzentration vorliegen, welche ausgehend von Probenkonzentrationen von 0,1 bis 104 Analyte pro μl zwischen dem 100fachen bis 10000fachen nach der Anreicherung beträgt. - Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, bei dem die einzelnen Analyte (
1 ) bei Überfließen des magnetoresistiven Bauteils (20 ) in direktem Kontakt miteinander stehen. - Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, bei dem die Durchflussgeschwindigkeit so eingestellt wird, dass die Analyte (
1 ) mit konstanter Geschwindigkeit über das magnetoresistive Bauteil (20 ) geführt werden, insbesondere darüber abrollen.
Priority Applications (5)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| DE102011080947A DE102011080947B3 (de) | 2011-08-15 | 2011-08-15 | Einzelanalyterfassung mittels magnetischer Durchflussmessung |
| EP12742894.4A EP2726844A1 (de) | 2011-08-15 | 2012-08-01 | Einzelanalyterfassung mittels magnetischer durchflussmessung |
| CN201280037334.5A CN103733042B (zh) | 2011-08-15 | 2012-08-01 | 借助磁性通流测量的单个分析物采集 |
| PCT/EP2012/064986 WO2013023909A1 (de) | 2011-08-15 | 2012-08-01 | Einzelanalyterfassung mittels magnetischer durchflussmessung |
| US14/239,077 US20140193851A1 (en) | 2011-08-15 | 2012-08-01 | Detecting Individual Analytes by Means of Magnetic Flow Measurement |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| DE102011080947A DE102011080947B3 (de) | 2011-08-15 | 2011-08-15 | Einzelanalyterfassung mittels magnetischer Durchflussmessung |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| DE102011080947B3 true DE102011080947B3 (de) | 2013-01-31 |
Family
ID=46603961
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| DE102011080947A Expired - Fee Related DE102011080947B3 (de) | 2011-08-15 | 2011-08-15 | Einzelanalyterfassung mittels magnetischer Durchflussmessung |
Country Status (5)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US20140193851A1 (de) |
| EP (1) | EP2726844A1 (de) |
| CN (1) | CN103733042B (de) |
| DE (1) | DE102011080947B3 (de) |
| WO (1) | WO2013023909A1 (de) |
Families Citing this family (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| ES2608930T3 (es) * | 2012-01-04 | 2017-04-17 | Magnomics, S.A. | Dispositivo monolítico que combina CMOS con sensores magnetorresistivos |
Citations (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US6736978B1 (en) * | 2000-12-13 | 2004-05-18 | Iowa State University Research Foundation, Inc. | Method and apparatus for magnetoresistive monitoring of analytes in flow streams |
| WO2008001261A2 (en) * | 2006-06-28 | 2008-01-03 | Koninklijke Philips Electronics N. V. | A magnetic sensor device for and a method of sensing magnetic particles |
| US20090001024A1 (en) * | 2007-06-26 | 2009-01-01 | Porter Marc D | Using asymmetrical flow focusing to detect and enumerate magnetic particles in microscale flow systems with embedded magnetic-field sensors |
| DE102007057667A1 (de) * | 2007-11-30 | 2009-09-03 | Siemens Ag | Vorrichtung zur Detektion von Partikeln in einem Fluid |
| DE102009047801A1 (de) * | 2009-09-30 | 2011-03-31 | Siemens Aktiengesellschaft | Durchflusskammer mit Zellleiteinrichtung |
| DE102010040391A1 (de) * | 2010-09-08 | 2012-03-08 | Siemens Aktiengesellschaft | Magnetische Durchflusszytometrie zur Einzelzelldetektion |
Family Cites Families (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US7250759B2 (en) * | 2003-07-30 | 2007-07-31 | Koninklijke Philips Electronics N.V. | Integrated 1/f noise removal method for a magneto-resistive nano-particle sensor |
| EP2208531A1 (de) * | 2008-12-30 | 2010-07-21 | Atonomics A/S | Verteilung von Partikeln in einem Kapillarkanal durch Anwendung eines Magnetfelds |
-
2011
- 2011-08-15 DE DE102011080947A patent/DE102011080947B3/de not_active Expired - Fee Related
-
2012
- 2012-08-01 CN CN201280037334.5A patent/CN103733042B/zh not_active Expired - Fee Related
- 2012-08-01 WO PCT/EP2012/064986 patent/WO2013023909A1/de not_active Ceased
- 2012-08-01 US US14/239,077 patent/US20140193851A1/en not_active Abandoned
- 2012-08-01 EP EP12742894.4A patent/EP2726844A1/de not_active Withdrawn
Patent Citations (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US6736978B1 (en) * | 2000-12-13 | 2004-05-18 | Iowa State University Research Foundation, Inc. | Method and apparatus for magnetoresistive monitoring of analytes in flow streams |
| WO2008001261A2 (en) * | 2006-06-28 | 2008-01-03 | Koninklijke Philips Electronics N. V. | A magnetic sensor device for and a method of sensing magnetic particles |
| US20090001024A1 (en) * | 2007-06-26 | 2009-01-01 | Porter Marc D | Using asymmetrical flow focusing to detect and enumerate magnetic particles in microscale flow systems with embedded magnetic-field sensors |
| DE102007057667A1 (de) * | 2007-11-30 | 2009-09-03 | Siemens Ag | Vorrichtung zur Detektion von Partikeln in einem Fluid |
| DE102009047801A1 (de) * | 2009-09-30 | 2011-03-31 | Siemens Aktiengesellschaft | Durchflusskammer mit Zellleiteinrichtung |
| DE102010040391A1 (de) * | 2010-09-08 | 2012-03-08 | Siemens Aktiengesellschaft | Magnetische Durchflusszytometrie zur Einzelzelldetektion |
Non-Patent Citations (3)
| Title |
|---|
| LOUREIRO, J. [et al.]: Spintronic chip cytometer. In: Journal of applied physics, Vol. 109, 2011, 07B311, S. 1-3. - ISSN 0021-8979 * |
| LOUREIRO, J. [et al.]: Spintronic chip cytometer. In: Journal of applied physics, Vol. 109, 2011, 07B311, S. 1-3. – ISSN 0021-8979 |
| Ludwig, Frank [et al.]: Magnetorelaxometry of magnetic nanoparticles with fluxgate magnetometers for the analysis of biological targets. In: Journal of magnetism and magnetic materials, Vol. 293, 2005, p. 690-695. - ISSN 0304-8853 * |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| US20140193851A1 (en) | 2014-07-10 |
| EP2726844A1 (de) | 2014-05-07 |
| WO2013023909A1 (de) | 2013-02-21 |
| CN103733042B (zh) | 2016-05-04 |
| CN103733042A (zh) | 2014-04-16 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| DE102009047801B4 (de) | Durchflusskammer mit Zellleiteinrichtung | |
| EP2212673B1 (de) | Vorrichtung zur magnetischen detektion von einzelpartikeln in einem mikrofluidischen kanal | |
| DE102009012108B4 (de) | Vorrichtung und Verfahren zur Anreicherung und Erfassung von Zellen in strömenden Medien | |
| DE102010040391B4 (de) | Magnetische Durchflusszytometrie zur Einzelzelldetektion | |
| DE102012210457B4 (de) | Verfahren und Anordnung zur partiellen Markierung und anschließenden Quantifizierung von Zellen einer Zellsuspension | |
| DE112014006687T5 (de) | Kartusche für ein magnetisches Durchflusszytometer, magnetisches Durchflusszytometer und Verfahren für die Analyse einer Probe mit einer solchen Kartusche | |
| DE102011080947B3 (de) | Einzelanalyterfassung mittels magnetischer Durchflussmessung | |
| DE102011076051A1 (de) | Magnetophoretische Analytselektion und -anreicherung | |
| DE102011077905A1 (de) | Hintergrundfreie magnetische Durchflusszytometrie | |
| EP2932233A1 (de) | Verfahren zum anreichern und vereinzeln von zellen mit konzentrationen über mehrere logarithmische stufen | |
| DE102009047793A1 (de) | Durchflusskammer mit GMR-Sensor und Zellleiteinrichtung | |
| DE102010043276A1 (de) | Magnetische Zelldetektion | |
| EP2726845B1 (de) | Dynamische zustandsbestimmung von analyten mittels magnetischer durchflussmessung | |
| WO2015044027A1 (de) | Multiplexverfahren für eine magnetische durchflusszytometrie | |
| DE102014205949A1 (de) | Durchflusskammer für einen Durchflusszytometer sowie Durchflusszytometer | |
| DE102017002035B4 (de) | Verfahren und Vorrichtung zur Ermittlung der Anzahl, der Bewegungsgeschwindigkeit und der Größe von Defekten in einem strömenden Fluid | |
| DE102011004805A1 (de) | Miniaturisierte magnetische Durchflusszytometrie | |
| DE102009055800A1 (de) | System und ein Verfahren zur Detektion von in flüssigen Proben enthaltenen Analytmolekülen | |
| DE102011055409A1 (de) | Streuflusssonde zur zerstörungsfreien Streuflussprüfung von Körpern aus magnetisierbarem Werkstoff | |
| WO2010025695A1 (de) | Verfahren und vorrichtung zur sortierung von partikeln nach deren magnetisierbarkeit | |
| DE102014000054A1 (de) | Positionsmessung mit einem variablen Flusskollektor |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| R012 | Request for examination validly filed | ||
| R016 | Response to examination communication | ||
| R018 | Grant decision by examination section/examining division | ||
| R020 | Patent grant now final |
Effective date: 20130501 |
|
| R119 | Application deemed withdrawn, or ip right lapsed, due to non-payment of renewal fee |