JP2002519595A - フリーズバルブ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 本発明は導管（１）内の少量の液体の流れを制御するためのフリーズバルブ（２）に関する。本発明のさらなる目的は導管のネットワーク、フリーズバルブを開放する方法、および液体分画の分離のためのプロセスであり、いずれも本発明のフリーズバルブ（２）を含んでいる。当該フリーズバルブ（２）は、導管（１）と一体的な管状の壁（３）によって定義され、壁の内側の液体を氷結することによってバルブを閉鎖するために壁とヒートシンク（５）とを接続するサーマルブリッジ（４）と、氷結した液体（７）を融解することによってバルブを開放するために壁をターゲットにしたレーザ光線源をもつ加熱手段（１１）とを備えている。本発明によれば、レーザ光線（１３）は、横方向に延びたシュラウドの形体で発生され、サーマルブリッジ（４）との接続点の両側にまで延びる長さで壁をターゲットにし、氷塊（７）をその全長にわたって同時に融解する。光線（１３）は壁の内側で延びた氷塊に対応する断面をもつ末広がりの扇形または平坦化された円錐の形体をもつことができ、放射強度は光線の中央（１５）においてより高く、光線のエッジ（１６）に向かって減少する。光線はレーザダイオード（１１）から得られ、必用に応じて光学的手段によって修正されおよび／または向けられる。フリーズバルブをもつ導管のネットワークは、臨床化学用の分析器に採用されることができ、分離プロセスは毛細管電気泳動またはクロマトグラフィーであり得、フリーズバルブは分離された液体サンプルを固定するために用いられる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】 本発明は導管内の小量の液体の流れを制御するためのフリーズバルブ(freeze
valve)に関するもであり、該バルブは、導管と一体的な管状の壁によって特徴づ
けられ、当該壁の内側で液体を氷結することによってバルブを閉鎖するために、
壁とヒートシンク(heat sink)とを接続するサーマルブリッジ(thermal bridge)
を備えており、冷凍した液体を融解することによってバルブを開放するために、
壁を標的とされたレーザビームの発生源をも備えている。

【０００２】 本発明のさらなる目的は、複数のフリーズバルブを備えた導管のネットワーク
、フリーズバルブの開放方法、および、とくに毛細管電気泳動およびクロマトグ
ラフィーにおいて液体の流れからの液体またはコロイド状の分画の分離のための
方法である。

【０００３】 フィンランド特許第５７８５００号公報および米国特許第５，３１１，８９６
号明細書には、複数のチャンバと、該チャンバを相互に接続している導管とを備
え、該導管のそれぞれには冷凍、すなわち、バルブ内部の液体を氷結することに
よって閉鎖される少なくとも１つのバルブが設けられている。この目的のために
各バルブは、液体の融点を下回る温度でバルブを維持し得るヒートシンクを構成
している連続的に動作される冷凍機に接続される。バルブの選択的な開放のため
に、おのおののバルブには別々の加熱要素が設けられており、動作されたとき、
氷結した液体を融かすために温度を上昇する。加熱がＯＦＦに切り換えられると
、冷凍機は、もし液体がバルブの場所にあるとき氷結した状態にある前述の低温
度にまでバルブを自動的に戻す。

【０００４】 先に引用した２つの先行技術の特許において、加熱要素はバルブの管状シェル
に隣接して設けられている熱伝導性の金属からなる電気抵抗体であることが教示
されている。バルブの選択的な制御は、当該抵抗体における電流を制御すること
によって達成される。

【０００５】 そのようなシステムは、液体の試料および試薬の大きい貯蔵庫を備えている液
体分析のために意図されており、混合、培養、検知などの操作を実行する。当該
操作は、たとえば臨床化学において規則どおりに実行されるものである。当該フ
リーズバルブは、非磨耗性、自己シール性、密封性をもち、きわめて小さく製造
されることができ、その結果、その特性を利用しているシステムは、運動する機
械的な部分の回避、システムの自動制御の可能性、コンパクトおよび取り扱われ
る液体試料の小型化の利点を有している。

【０００６】 しかしながら、前述の先行技術の特許において加熱要素として用いられる電気
抵抗体は、実用的な商業上の適用のためにフリーズバルブと共に液体取り扱いシ
ステムを使用することを妨げているという欠点がある。米国特許第５，３１１，
８９６号明細書に記載されているように、バルブは液体が氷結する空間を規定す
る金属製のシェルと、該シェルをヒートシンクに接続するストリップ形状のサー
マルブリッジとを備えている。電気抵抗体は、金属製のシェルにハンダ付けされ
た先端に近接したこのブリッジに位置付けられるが、そこからある程度の距離だ
け離間する必要がある。これは、もしハンダ付けの領域が存在するならば、敏感
な抵抗体を損傷するハンダ付け処理のためである。この障害は、発生した熱のか
なりの部分がシェルに到達せずに、ヒートシンクに短絡することである。他の障
害は、バルブのシェルへの流れのアクセスを防止するための合成樹脂の遮断層の
必要性である。この遮断は熱伝導性が悪いので、シェルへの熱の流れを妨げ、バ
ルブを開放するために必要とされる時間を遅らせる。

【０００７】 一例をあげると、米国特許第５，３１１，８９６号明細書のバルブの電鋳の管
状ニッケル製シェルは、長さ３ｍｍ、直径０．３ｍｍ、壁の厚さ０．０２ｍｍで
あると思われる。シェルはハンダ付けされたサーマルブリッジを介して所定のヒ
ートシンクに接続されている。該サーマルブリッジは幅２．５ｍｍ、厚さ０．２
５ｍｍの金属片であり、長さ４ｍｍの絶縁抵抗体シート構造体(insulated resis
tor sheet structure)を支持している。これらは、信頼できるように製造される
、このタイプのサーマルブリッジの最小の寸法である。よって、サーマルブリッ
ジの質量はバルブのシェルの質量の約５０倍であり、たとえシェルがもっと小さ
く製造されることができても、該ブリッジはバルブのパッケージ厚さのために前
述の２．５ｍｍを下回ることを許さない。

【０００８】 動作中の前述の如き先行技術のバルブの閉鎖は大きな問題を引き起こすことは
ない。バルブ本体に含まれる液体の量は、約０．００００２ｍｌであり、氷結し
てバルブを２０ミリ秒間閉鎖する。しかし氷結はそこで止まらず、漸次減少する
速度で約１〜２秒間継続し、その結果、氷塊の長さがシェルの直径の約１０倍に
なり、全体積が約０．０００３ｍｌの範囲内にあるであろう。バルブを開放する
ためには、この氷塊は長さ全体に沿って融解されなければならず、ここでのプロ
セスはバルブの氷結のプロセスの逆である。すなわち、融解が迅速に始まるが、
長いブロックの両端に向かって徐々にゆっくりと進む。バルブを開放するには、
遮断するために必用な正味の熱の流れの１０〜１０００倍の熱量を要する。これ
は実際的ではないが、バルブを開放するために必要とされる時間が延びるという
さらなる問題がある。

【０００９】 米国特許第５，３１１，８９６号明細書には、フリーズバルブを加熱するため
にレーザ光線についての簡単な記述がある。しかしながら、実際にどのように加
熱が調整されるのかについて明示しておらず、それによって得られる利点につい
ても言及していない。詳細な教示は電気抵抗体の使用に関するもので、加熱の好
ましい方法であると結論付けられなければならない。関連付けられる課題を示唆
するものはなく、どのようにその課題を解消するのかについて教示するものがな
い。

【００１０】 それゆえ、本発明の目的は、先行技術のバルブの欠点を解消するか、または当
該バルブの欠点を小量の液体を取り扱う実際のシステムにおいて使用せしめる程
度に軽減するフリーズバルブを提供することである。したがって、本発明には、
先行技術のバルブのばあいより実質的に速く氷塊が融けることができ、バルブが
開放状態に変わるフリーズバルブを提供するねらいがある。また本発明には、バ
ルブを実質的に減少したエネルギー消費で開放させるねらいがある。さらに本発
明には、バルブのより良好な液密のパッケージを許し、これによって導管のシス
テムを小型化し、小型の液体サンプルのための分析器などの目的のために使用さ
れるバルブを許すために操作し得るユニットとしてバルブの寸法を低減するねら
いがある。

【００１１】 本発明のさらなる目的は、特定の新規な方法でのレーザ光線の使用により叙上
の目的を達成するフリーズバルブを提供することである。

【００１２】 本発明のさらなる目的は、バルブを開放するための手段としてレーザ光線を採
用しているフリーズバルブの助けにより液体の流れの中で液体またはコロイド状
の分画を分離するための改善された方法を提供することである。

【００１３】 よって、本発明のフリーズバルブは、横方向に延長されたシュラウド(shroud)
の形をとったレーザ光線を発生するために設けられた手段が存在し、氷塊をその
全長にわたって同時に融かすために、サーマルブリッジとの連結点の両側に延び
る長さで前記シュラウドを壁にねらいをつけつけることを特徴としている。

【００１４】 中央の１点からバルブの壁を加熱する先行技術に対して、本発明の着想は、バ
ルブの内側の氷塊の全長に対して熱エネルギーを伝達させることである。これは
、レーザ源から発生されたシュラウドの形体のレーザ光線または光学手段によっ
て所望のシュラウドの形体に変えられたレーザ光線の使用によって達成される。
これらの手段はバルブを開放させるために必要な、その全長にわたって氷塊の融
解をかなり加速するであろう。同時にヒートシンクへの熱エネルギーの損失は存
在しない。

【００１５】 放射強度が中央においてより高く、端部に向かって減少する末広がりの扇形ま
たは円錐の形体を有している。熱エネルギーのそのような分布は、熱が氷塊を取
り囲んでいる管状の壁に伝えられる熱を考慮すると、その全スパンに沿って均等
に氷塊を加熱するのに有利である。伝達された熱は、氷塊の両端に向けられる輻
射熱を低くするために補償する。

【００１６】 そのうえさらに、シュラウドの形状のレーザ光線は、バルブの管状の壁内に形
成された氷結した液体の長い塊に実質的に対応している長い断面を有する扇形ま
たは平坦化された円錐の形体を有してもよい。氷塊の長さと幅に対する該レーザ
光線の調整は、光学的手段、移動する鏡などの機械的手段、またはレーザ源に依
存した単なるレーザ源の適切な位置によってなされ得る。その利点は、レーザエ
ネルギーすべてがターゲットをはずすいかなるエネルギー損失なしに氷塊を融解
するために用いられることである。

【００１７】 本発明において用いられる好ましいレーザ源はレーザダイオードである。本発
明の目的に適した放射強度の分布で末広がりの扇形のレーザ光線を発生するレー
ザ光線が存在する。必用なら、光線を平行にする光学装置(beam collimating op
tics)が、レーザダイオードとバルブとのあいだに設けられ得る。

【００１８】 本発明は従来技術の電気抵抗体を回避しているが、これは空間を要するバルブ
の近傍に電線が存在せず、これによって複数のバルブを密なアレイ状にまとめる
制限を設けている。複数のサーマルブリッジは加熱機能はなく、単に冷凍機能と
しての役割を果たすので、該複数のサーマルブリッジは先行技術より狭く設計さ
れ得る。その結果、本発明はバルブのパック密度(packaging density)を先行技
術よりも約５倍高くすることが可能になる。抵抗体の回避の他の顕著な利点は、
バルブの熱量を減少させることである。

【００１９】 好ましいセットアップ(set-up)によれば、シュラウド状のレーザ光線が、サー
マルブリッジに取りつけられた側に対向する側からバルブの壁に向けられている
。

【００２０】 バルブの管状の壁は、金属からなるものであり得、本明細書に参考に取り込ま
れた米国特許第５，３１１，８９６号明細書に記載された方法で製造され、そし
て構成される。チャンバ、導管およびバルブの金属構造は、混合、培養および検
知操作が分析の目的のために行われるシステムにおいて有利であり、バルブは選
択的に開放・閉鎖されて導管のネットワーク内の液体サンプルの移送を制御する
。

【００２１】 本発明の他の実施例によれば、導管は、バルブの位置で金属のスリーブに覆わ
れた電気的絶縁材料からなる。該絶縁材料は合成樹脂またはガラスであり得るが
、好ましくは石英ガラスである。そのような構成は、コロイド状の分画が１対の
電極のあいだの非導電性のチューブ内で液体から分離される毛細管の電気泳動(c
apillary electrophoresis)で用いられるので有利である。米国特許第５，３１
１，８９６号明細書において教示されているような金属の導管はこの目的のため
に用いることはできず、合成樹脂またはガラスの導管と組み合わされた該特許に
記載された電気的に加熱し得るサーマルブリッジは、導管材料の熱伝導性が悪い
ため、良好に作用しないであろう。しかしながら、これらの問題は、本発明の教
示によるシュラウドの形体のレーザ光線によってバルブを加熱することによって
克服される。このバルブの、バルブネック部の長手方向に管状の壁によって伝達
される熱への依存性が限定されるかゼロであり、その結果、バルブの熱量は技術
的に可能な限り減少され得る。

【００２２】 叙上の実施例のフリーズバルブへの他の有利な使用は、液体のクロマトグラフ
ィーであり、液体に含まれる溶解された成分を分離するためにガラスチューブま
たはガラス柱内で行われる。また、本明細書において、本発明のシュラウドの形
体のレーザビームがバルブを有効に開放するものの、米国第５，３１１，８９６
号明細書に記載されたような金属の構造および電気加熱は役に立たないであろう
。

【００２３】 合成樹脂またはガラスの導管を備えた前記実施例のさらなる発展形態は、バル
ブの位置にあるスリーブから短い距離において導管のまわりに金属の他のスリー
ブを設けることである。当該他のスリーブは、形成される氷塊の大きさを制御す
るために周囲の熱を導管の壁に伝達する目的を有している。金属のフランジを突
設することは、周囲の大気からの熱の捕捉をさらに促進する。当該他のスリーブ
の能動的な温度制御は、たとえば、バルブ本体の適切な形状のレーザ光線によっ
て、サンプルの噴射のために氷塊の大きさおよび形状の定量的な制御を可能にす
る。

【００２４】 フリーズバルブのそれぞれは、各バルブ自体に、液体バッチを取り扱っている
システム内にレーザダイオードが設けられることが可能であるが、本発明は、発
生されたビームの範囲内で複数のバルブを加熱するための導管のネットワーク内
での１つのレーザダイオードの使用をカバーする。レーザダイオードは移動自在
であってもよく、その結果、ビームは該ネットワーク内で隣接する多数のバルブ
がターゲットにされ得る。必用に応じてレーザダイオードを回転するために、ス
テップモータが用いられ得るので有利である。異なるバルブに選択的にビームを
向けるためには、移動自在の鏡が、レーザダイオードを運動させる代りに用いら
れ得る。もし、レーザダイオードまたは鏡の運動が速ければ、２または３以上の
隣接するバルブの実質的な開放は、１つのダイオードの使用によって達成され得
る。

【００２５】 本発明によって意図されるようなフリーズバルブを開放する方法は、小量の液
体を移動する導管と一体的な管状の壁によって定義されるバルブを含んでおり、
壁とヒートシンクとを接続しているサーマルブリッジを備えており、該バルブは
壁の内側で氷結した氷塊によって閉鎖されている。当該方法は、氷結した液体を
融かすことによってバルブを加熱することを含んでおり、ビームが横方向に延び
たシュラウドの形をとって発生し、実質的に壁の全長にわたって壁の内側で氷結
した氷塊をカバーするすべくバルブをターゲットとする。

【００２６】 レーザビームは、中央においては放射強度がより強く、エッジに向かって減少
するように、末広がりの扇形または円錐の形をとって発生し、該ビームは、サー
マルブリッジとの連結点で最大の加熱を発生するようにバルブの中心方向がター
ゲットにされる。所望のごとく光学装置をコリメート処理する(collimate)こと
によって助けられたビームを発生するために適した手段である。

【００２７】 先に述べたように、本発明は、また、液体の流れから液体または分画を分離す
るためのプロセスを含んでいる。これによって、本発明はそのようなものとして
知られた毛細管の電気泳動または液体のクロマトグラフィー技術の新規な実施例
を含んでいる。そのプロセスにおいて、該分画は異なる速度で主導管に移動し、
分画は、枝の導管に導くことによって分離され、氷解によって該枝の導管を閉鎖
することによって導管内で固定される。

【００２８】 導管の氷結を利用する毛細管の電気泳動は、国際特許出願第ＰＣＴ／ＥＰ９４
／０１７９０号の国際公開公報から従来より知られている。この引用例は、分離
されるべき分画を、主導管から実質的に離間した枝の導管まで駆動し、分画の前
方の枝の導管、すなわち主導管に対向する側から枝の導管を氷結することを教え
ている。氷結は、氷塊が形成される導管上の点に冷たい二酸化炭素の吹き付けに
よって達成され、氷塊は当該冷たい吹き付けを単に終了することによって順次融
ける。この技術の主な欠点は、枝の導管半分だけ開放されたままであり、予防の
ためになされた測定にもかかわらず、混合によって分画をしだいに希釈する。氷
塊を氷塊自体で融かすことはきわめておそい。

【００２９】 本発明の改良された方法は、導管内でフリーズバルブを開放し、分離され分析
されたひじょうに多くの分画を含むプロセス内で迅速な操作を可能にするために
、シュラウド状のビームの有利な使用に基づいている。この方法は、枝の導管に
該導管と一体的な管状の壁によって特徴づけられており、壁の内側で液体を氷結
することによってバルブを閉鎖するためにヒートシンクに壁を接続しているサー
マルブリッジと、氷結した液体を融かすことによってバルブを開放するための加
熱手段とを備えており、前記加熱手段は横方向に延びたシュラウドの形をとって
レーザビームを発生し、さらに、該方法は、分離されるべき分画をフリーズバル
ブの位置またはその上に導き、氷結することによってバルブを閉鎖し、レーザ放
射のシュラウドによってバルブをターゲットとされて該分画を回復し、氷塊をそ
の全長にわたって同時に融かすことを含むことを特徴とする。

【００３０】 この方法において、氷塊は分離された分画を主導管から遮断しており、その結
果、当該分画の混合へと導く成分の泳動は防止される。シュラウドの形体のレー
ザ光線の使用は、とくに電気泳動およびクロマトグラフィーに適した導管、通常
はガラス製の導管および柱を利用しているが、その材料によって限定されること
はない。

【００３１】 本発明の方法の特定の実施例によれば、分離されている分画は、バルブの管状
の壁によって規定された空間内に受け取られ、すべて氷結される。

【００３２】 これは、残された液体サンプルの流れ、または逆方向への他の液体の流れを阻
むためにバルブを閉鎖することに代るフリーズバルブ技術における新規なアプロ
ーチを示しており、バルブの氷結能力は、そのようなものとしてサンプルを固体
にするために用いられる。換言すれば、氷塊は分離された量のあいだのボーダー
ラインではなく、そのようなものとして分離されることを目的とされた量である
。

【００３３】 分離プロセスは、複数の枝の導管内の複数の分画を並行して別々に駆動し、固
定化することを含み、しかるのち、一度に分画の選択的な回復をし、氷塊を融か
すことによって分画を捕捉し、該分画をさらに導管のシステム内、すなわち質量
スペクトロメータまたは他の分析装置内に導くことを含んでいる。このように、
本発明は、流れているピークの分画を直ちに分析することに結び付けられた先行
技術のプロセスとは異なり、その後の分析のために分布が防止される状態で分離
された分画を保持するための方法を提供している。分析装置の能力は通常低いの
で、これは、先行技術において多くのピークの分画が失われていたことを意味す
る。

【００３４】 本発明は、添付図面を参照しつつ以下に詳細に説明される。

【００３５】 図１および２を参照すると、小量の液体サンプルの移送のための１組の平行な
導管１が示されている。導管１は複数の液体チャンバのネットワークと、該複数
のチャンバ間の導管と、移送動作を制御するために導管内に設けられたバルブと
を備えている。前記バルブは金属製の導管１と一体的な管状の壁３によって規定
されたフリーズバルブ２である。当該金属の構造は、米国特許第５，３１１，８
９６号明細書に詳細に記載されているように電鋳(electroformation)によって製
造され得る。たとえば、導管１はニッケルからなり、直径約０．３ｍｍ、厚さ０
．０２ｍｍを有し、互いの距離０．１６ｍｍを有することができ、導管毎に０．
５ｍｍのパッケージ厚さを許している。フリーズバルブ２は、壁３の内側で液体
を氷結することによって閉鎖され、氷塊が融けるように該バルブを加熱すること
によって開放される。

【００３６】 各フリーズバルブ２はサーマルブリッジ４を介してヒートシンクに接続されて
おり、該ヒートシンクは連続的に動作される冷凍機５によって形成され、たとえ
ば−２５〜−３５℃の範囲の温度を有している。該サーマルブリッジ４は狭い金
属製のワイヤであり、たとえば直径０．１〜０．２ｍｍ、長さ約１ｍｍの銅線で
あり、管状の金属壁３に取りつけられており、アタッチメント６がフリーズバル
ブ２の中心を定義している。バルブ２が液体で充填され加熱の進行がなくなると
、氷塊７が管状の壁３の内側で形成し、ヒートシンク５との接続を有する氷結が
バルブの中心６で開始する。氷結が進むと、氷塊７が中心点６の両側の距離にま
で延びてバランスに達する。当該距離はバルブの動作および特定のパラメータに
依存する。図２によれば、氷塊７が１組の枝の導管１を接続している主導管８ま
で延びており、当該枝の導管は図１に見られる並行な導管１である。反体側で氷
塊７の長さが導管の壁に向かって存在する金属のリム９によって調節される。主
導管８の金属製のシェルおよびリム９は調節された温度に保持され、熱をバルブ
の周囲にもたらし、これによって氷塊の成長に限定を設定している。

【００３７】 導管１内の平行なバルブのアレイは、光学的に透明なカバー１０によって密閉
して閉鎖されている。バルブの選択的な開放のための手段は、開放されるべきバ
ルブをターゲットしたレーザ光線１３をコリメート処理するための平面状の光学
装置１２と共に近赤外出力レーザダイオードなどのレーザダイオード１１によっ
て構成される。レーザダイオードは、光線１３を図１に見られる平行なバルブ２
のいずれかに向けることを可能にしているステップモータの回転自在のシャフト
１４に設けられている。本発明によれば、ダイオード１１によって発生されたレ
ーザ光線１３は、コリメート処理用の光学装置の使用によって扇形または平坦化
された円錐の形体を有する末広がりのシュラウドであり、断面は図１および２に
見られるような氷塊７の長さおよび幅に対応している。よって、光線１３は氷塊
７を覆う壁の領域を正確にターゲットし、氷塊の全長にわたって同時に融解せし
める。そのうえさらに、扇形形状の光線１３は、光線の中央で最大の強度が発生
し、両端に向かうにつれて減少するような放射強度の分布を有している。これは
、金属の壁３がバルブの中央とバルブの周辺とのあいだで受動的に熱を伝達する
との事実により、氷塊７の長さにわたって均等化された熱の分布を導く。

【００３８】 図３の実施例は回転自在の鏡が存在する点で図１および２の実施例と異なって
おり、該回転自在の鏡は開放されるべき選択されたバルブ２がレーザ光線１３に
ターゲットとされる。鏡１７の運動は１対の電磁石１９のあいだに設けられたシ
ャフト１８によってガルバノメトリカリー(galvanometrically)に達成される。
光線１３は固定して設けられたダイオードから得られ、コリメート手段（図示さ
れていない）によって、氷塊の寸法に対応しているシュラウドに整列するように
される。ついで鏡１７はシュラウドを加熱されるべきバルブ領域２上に不変的に
反射させる。鏡１７の回転は前―後進運動によって、光線１３が複数のバルブを
同時に加熱するのに充分なだけ速い。

【００３９】 図４および５は、１組の平行な導管１およびフリーズバルブ２を示しており、
個々の導管およびフリーズバルブは図１および２に示されたものと本質的に類似
している。しかしながら、すべてのバルブに共通している回転自在のレーザダイ
オードの代りに、バルブ２の上を横方向に延び、レーザ光源として複数の半導体
のストライプ２１を有する一体的なレーザバー２０が存在し、各バルブ２にはそ
れ自体のレーザ源が設けられている。ストライプ２１は、たとえば８０８ｎｍの
波長で近赤外放射を発生し、個々に制御させる接続線２２を有している。光源２
１から得られたレーザ光線１２は平坦な、横に広がった扇形の形体を有し、光源
がバルブから充分に離間しているときにバルブの内側の氷塊上を延びている。各
バルブ２において、金属のリム９はレーザバー２０から導管の壁まで延びており
、バルブ内に形成された氷塊に制限を設けるための熱源として作用している。

【００４０】 図６には、主導管ライン８と、フリーズバルブ２が設けられた枝の導管１との
あいだの接合部２３が示されている。この実施例において、導管１、８は石英ガ
ラスから製造され、電気的に非伝導性であり、先の実施例において用いられた金
属よりかなり熱伝導性が悪い。導管の内径は１００μｍのオーダーであり、外径
は２００μｍのオーダーである。そのような導管システムは、毛細管電気泳動お
よび液体クロマトグラフィーなどの応用への使用を見出した。

【００４１】 バルブ２の位置において、石英の導管は、金属、たとえば銅のスリーブ２４に
よって取り囲まれ、図１〜２との関連で記載したように狭い金属ワイヤ４を介し
てヒートシンク５との接続を有している。金属の他のスリーブ２５は接合点２３
の反体のバブルの側で枝の導管１を取り囲み、周囲の熱を導管に伝え、バルブの
内側に形成された氷塊の長さを制御し、同時にさらなる２つの金属スリーブ２６
が接合部２４の点で主導管により氷塊レベルの他端を設定する目的で主導管８を
取り囲む。当該スリーブ２６の１つには金属のフランジが設けられ周囲の空気か
ら熱を捕捉し、導管に熱を与えている。レーザダイオードなどのレーザ光源は末
広がりの扇形の形状のレーザ光線を与えており、バルブ領域にターゲットが向け
られ、氷塊を融かすことによってバルブを開放する。バルブ２から適切な距離に
設けられると、レーザダイオード１１によって発生された光線１３は光学手段に
よって修正することなくそのようなものとして利用され得る。

【００４２】 毛細管の電気泳動を実行するために適した導管１、８、８′のネットワークは
、図７に概略が示されている。このプロセスは数十キロボルトの電位差のあいだ
で狭いガラスチューブ内を移動している化合物を分離する。分離は異なる液体分
画(liquid fraction)の移動の異なる速度に基づいている。これらの分画きわめ
て小さく、典型的には数ナノメータのオーダーである。図７のシステムは、示さ
れているような逆のポテンシャル２８、２９において導管の端部をもつ２つの主
導管８、８′と、該主導管のあいだの多くの平行な枝または中間の導管１とを備
えている。主および中間の導管は石英ガラスから製造され、電気的に非伝導性で
ある。各中間の導管１は、図６を参照して記載されているような金属のスリーブ
と、ヒートシンクとの接続部と、中間導管の全長にわたって有効に延びるフリー
ズバルブを形成するためのレーザビーム源（図示されていない）とを備えている
。中間導管１のいずれかが液体分画によって充填されることができ、すべてを氷
結させることによって固定される。形成された氷塊７の両端は個々の主導管８、
８′のレベルである。

【００４３】 毛細管の電気泳動分離プロセスは、導管１、８、８′がまず緩衝溶液によって
充填され、中間導管１が１つを除いて充填している氷によって閉鎖されるように
実行され得る。液体サンプルは正極２８の方向からネットワークに供給され、液
体を貫く電位差は極２８、２９のあいだで設定される。負極２９に向かって移動
する分画３０が分離し、図７に見られるように、１つの開放したままの中間導管
に侵入する。分画３０は該中間導管を充填し、第２の主導管８′に到達する瞬間
に氷結することによって該導管内に止められる。こののち、他の中間導管１がレ
ーザ源からの熱によって開放され、このプロセスが継続する。他のより遅く移動
する分画が他の中間導管を充填し、まさにこの瞬間に氷結することによって導管
内に止められてもよい。この方法において、異なる移動速度の望まれる数の分画
が捕捉されることができ、さらなる処理、とくに質量スペクトロメータによる分
析のために保持される。この段階で、分画は１つ１つ選択的に融解することがで
き、分析器の能力の制限によるいかなる損失もなく分析器に移送される。叙上の
ごとく液体分画を捕捉し、保持するためにフリーズバルブをもつ導管のネットワ
ークは、他の分離プロセスにおいて採用されてもよく、分画は連続流として、と
くに液体クロマトグラフィーにおいて得られる。

【００４４】 叙上の例は、単に図示によって与えられたにすぎず、本発明を限定することは
なく、本発明の範囲は以下の特許請求の範囲によって定義される。

【図面の簡単な説明】

【図１】 図１は、並行な複数の導管内のフリーズバルブのアレイとコリメート処理され
た光学装置を回転自在のレーザ光線であって、少なくとも１つのバルブにターゲ
ットされたレーザ光線とを示しており、図２のＩ−Ｉ線断面図である。

【図２】 図２は、図１に示されたようなレーザビームによって加熱されるバルブの側面
図である。

【図３】 図３は、図１に類似した断面図であるが、回転自在の鏡によって選択されたバ
ルブをターゲットとしたレーザ光線を示している。

【図４】 図４は、扇形の形状のレーザ光線によって加熱される他のフリーズバルブの側
面図である。

【図５】 図５は図４のｖ−ｖ線断面図であり、並行な１組の複数のバルブの１つとして
図４のバルブを示しており、各バルブにはそれ自体のレーザ源が設けられている
。

【図６】 図６は、ガラス製であり、扇形の形状のレーザ光線によって加熱され得る主お
よび枝の導管ラインの接合部を示している。

【図７】 図７は、毛細管内で分離された液体の分画の固定のための主導管同士のあいだ
の１組の枝の導管を示している。

【手続補正書】特許協力条約第３４条補正の翻訳文提出書

【提出日】平成１２年１月１８日（２０００．１．１８）

【手続補正１】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】特許請求の範囲

【補正方法】変更

【補正内容】

【特許請求の範囲】

───────────────────────────────────────────────────── 【要約の続き】 ッジ（１６）に向かって減少する。光線はレーザダイオ ード（１１）から得られ、必用に応じて光学的手段によ って修正されおよび／または向けられる。フリーズバル ブをもつ導管のネットワークは、臨床化学用の分析器に 採用されることができ、分離プロセスは毛細管電気泳動 またはクロマトグラフィーであり得、フリーズバルブは 分離された液体サンプルを固定するために用いられる。

Claims (24)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 導管（１、８）内で小量の液体の流れを制御するためのフリ
   ーズバルブ（２）であって、当該バルブが該導管と一体的な管状の壁によって定
   義され、壁の内側で液体を氷結することによってバルブを閉鎖するために該壁と
   ヒートシンク（５）とを接続しているサーマルブリッジ（４）と、氷結した液体
   （７）を融解することによって開放するために壁をターゲットにしたレーザビー
   ム源をもつ加熱手段（１１、２０、２１）とを備え、 横方向に延びたシュラウドの形体のレーザビーム（１３）を発生し、前記サーマ
   ルブリッジ（４）との接続点の両側まで延びる長さで該シュラウドにより前記壁
   （３）をターゲットにされて、氷塊（７）をその全長にわたって同時に融解する
   ための手段が設けられてなる ことを特徴とするフリーズバルブ。
2. 【請求項２】 前記手段が、その中央（１５）において放射強度がより高く
   、そのエッジ（１６）に向かって減少する末広がりの扇形または円錐の形体でレ
   ーザ光線（１３）を発生することを特徴とする請求項１記載のフリーズバルブ。
3. 【請求項３】 前記レーザビーム（１３）が、前記バルブ（２）の管状の壁
   （３）内で形成される長い氷塊（７）に実質的に対応する長い断面を有する平坦
   化された円錐の形体であることを特徴とする請求項２記載のフリーズバルブ。
4. 【請求項４】 前記加熱手段がレーザダイオード（１１）を備えてなること
   を特徴とする請求項１、２または３記載のフリーズバルブ。
5. 【請求項５】 前記レーザダイオード（１１）に光線を平行にする光学装置
   が設けられてなることを特徴とする請求項４記載のフリーズバルブ。
6. 【請求項６】 レーザ光線（１３）が前記サーマルブリッジ（４）に取りつ
   けられた側に対向する側のバルブの壁をターゲットにすることを特徴とする請求
   項１、２、３、４または５記載のフリーズバルブ。
7. 【請求項７】 前記バルブを定義している壁（３）が金属製であることを特
   徴とする請求項１、２、３、４、５または６記載のフリーズバルブ。
8. 【請求項８】 前記導管（１、８）が合成樹脂またはガラスなどの電気的絶
   縁材料からなり、前記バルブ（２）の位置において金属のスリーブ（２４）によ
   って覆われ、前記サーマルブリッジ（４）がスリーブに取りつけられてなること
   を特徴とする請求項１、２、３、４、５または６記載のフリーズバルブ。
9. 【請求項９】 金属の第１のスリーブ（２４）が前記バルブ（２）の位置で
   導管（１）を覆い、前記導管（１、８）のまわりの金属の第２のスリーブ（２６
   ）が該第１のスリーブから離間して設けられてなることを特徴とする請求項７ま
   たは８記載のフリーズバルブ。
10. 【請求項１０】 前記第２のスリーブ（２６）が、周囲の大気から導管に熱
    を伝達するために突出した金属のフランジを有してなることを特徴とする請求項
    ９記載のフリーズバルブ。
11. 【請求項１１】 前記サーマルブリッジ（４）が管状の壁（３）の中央の点
    に取りつけられた薄い金属のワイヤを備えてなることを特徴とする請求項１、２
    、３、４、５、６、７、８、９または１０記載のフリーズバルブ。
12. 【請求項１２】 ネットワーク内の多くの隣接するバルブが選択的に前記レ
    ーザ光線（１３）をターゲットにしてなることを特徴とする請求項１、２、３、
    ４、５、６、７、８、９、１０または１１記載の複数のフリーズバルブからなる
    導管のネットワーク。
13. 【請求項１３】 前記レーザダイオード（１１）にステップモータ（１４）
    などの回転手段が設けられ、光線（１３）によって平行なバルブが選択的にター
    ゲットにされてなることを特徴とする請求項１２記載のネットワーク。
14. 【請求項１４】 前記ネットワーク内で多くの隣接するバルブ（２）がレー
    ザ光線（１３）によって選択的にターゲットにされてなることを特徴とする請求
    項１、２、３、４、５、６、７、８、９、１０または１１記載の複数のフリーズ
    バルブからなる導管のネットワーク。
15. 【請求項１５】 導管（１、８）内で小量の液体の流れを制御するためのフ
    リーズバルブ（２）を開放する方法であって、該バルブが該導管と一体的な管状
    の壁によって定義され、該壁とヒートシンク（５）とを接続しているサーマルブ
    リッジ（４）を備え、前記バルブが壁の内側の氷塊（７）によって閉鎖されてお
    り、前記方法が、氷結した液体を融解することによってバルブを開放するために
    、壁をターゲットにされたレーザ光線（１３）によってバルブを加熱する工程を
    備えており、 バルブ（２）を加熱するレーザ光線（１３）が、横方向に延びたシュラウドの形
    体で発生し、バルブをターゲットにして、前記壁（３）の内側で氷塊（７）を覆
    う ことを特徴とする方法。
16. 【請求項１６】 前記レーザ光線（１３）が、その中央（１５）において強
    度がより高く、そのエッジに向かって強度が減少する末広がりの扇形または円錐
    の形体で発生され、当該光線によってバルブ（２）の中央がターゲットにされて
    、前記サーマルブリッジ（４）との接続点において最大の熱を発生することを特
    徴とする請求項１５記載の方法。
17. 【請求項１７】 前記レーザ光線（１３）がレーザダイオード（１１）によ
    って発生されてなることを特徴とする請求項１６記載の方法。
18. 【請求項１８】 液体の流れから液体またはコロイド状の分画の分離のため
    のプロセスであって、該分画が主導管ライン（８）中で異なる速度で泳動し、分
    画（３０）が枝の導管（１）内に導くことによって分離され、氷塊（７）によっ
    て該枝の導管を閉鎖することによって該動管内に固定され、 前記枝の導管（１）に、導管と一体的な管状の壁によって定義され、壁の内側の
    液体を氷結することによって閉鎖するために壁とヒートシンク（５）とを接続す
    るサーマルブリッジ（７）と、氷結した液体を融解することによってバルブを開
    放するための加熱手段（１１）とを備えたフリーズバルブ（２）が設けられ、前
    記加熱手段が横方向に延びたシュラウドの形体でレーザ光線（１３）を発生し、
    当該プロセスが前記バルブの位置またはバルブの上に分画（３０）を導き、該分
    画を氷結してバルブを閉鎖し、レーザ放射によってバルブがターゲットにされる
    ことによって該分画を回復して、氷塊をその全長にわたって同時に融解させるこ
    とを含んでなる ことを特徴とするプロセス。
19. 【請求項１９】 前記レーザ光線（１３）が、前記バルブ（２）の管状の壁
    の内部に形成された長い氷塊（７）に実質的に対応している長い断面を有し、円
    錐のエッジ（１６）より円錐の中央（１５）においてより高い放射強度を有する
    ことを特徴とする請求項１８記載のプロセス。
20. 【請求項２０】 分離された前記分画（３０）がバルブ（２）の管状の壁に
    よって定義され、全部が氷結されてなることを特徴とする請求項１８または１９
    記載のプロセス。
21. 【請求項２１】 前記導管（１）が、バルブ（２）の位置で金属のスリーブ
    （２４）によって覆われ、前記サーマルブリッジ（４）が該スリーブに取りつけ
    られてなることを特徴とする請求項１８、１９または２０記載のプロセス。
22. 【請求項２２】 前記プロセスが、液体の媒体から液体またはコロイド状の
    分画を分離する毛細管電気泳動であることを特徴とする請求項２１記載のプロセ
    ス。
23. 【請求項２３】 前記プロセスが、可溶性の液体媒体を分離するクロマトグ
    ラフィー分離プロセスであることを特徴とする請求項１８、１９、２０または２
    １記載のプロセス。
24. 【請求項２４】 多くの分画（３０）が異なる枝の導管（１）に導かれ、該
    動管内で固定され、前記分画が質量スペクトロメトリーなどの分析のために選択
    的に回復されてなることを特徴とする請求項１８、１９、２０、２１、２２また
    は２３記載のプロセス。