JP2006502413A - 液滴の高速選別システム及び方法 - Google Patents

Abstract

流体サンプルの高速選別のためのシステム及び方法である。減圧された圧力が注入弁を介してサンプル吸引チューブに加えられる。第１の流体はサンプルループにサンプルを満たすために、第２の流体は前記吸引チューブを洗い流すために、サンプル吸引チューブを介して第１の流体と第２の流体とが交互に吸引される。第１の流体源から吸引された過剰流体と第２の流体源から吸引された全ての流体とはインライントラップにより捕捉される。

Description

本発明は、一般に流体サンプルの高速選別に関し、具体的には、多量の液滴の移送及び分析、ここで分析には例えば質量分析が含まれる、に関する。

ゲノムとプロテオミクスの最近の進歩により、新しい治療学の大量の潜在的対象が生まれた。薬学的な新しい合成物を発見するための最初のステップは一般的に、これらの対象に対する化学ライブラリーと普通呼ばれている大量の化学合成物を適用するために、大量の生化学的な評価を行うことである。潜在的な生物学的な対象により化学ライブラリーを評価する工程は、高速選別（ＨＴＳ）として知られている。ＨＴＳにおいて、対象と各科学ライブラリー間での相互作用（例えば、結合、阻害、活性化、他）を可能な限り速く効率的に行うことが望ましい。潜在的には一日に何十万又は何百万のオーダーの大量のサンプルが、例えば、２００マイクロリッター以下の大きさの液滴の形態で分配され移送され試薬と結合され、そして／又はＨＴＳにより分析される。

ＨＴＳを扱う現在の技術には多くの問題がある。例えば、電磁弁又は類似の装置で液滴を表面に分配したとき、時間と分配された液の蓄積量により変化する。これは、例えば、弁の詰まりや流体の圧力の変化に起因する。ＨＴＳのもう１つの問題は、注入針を使ったとき、サンプル液滴に様々な試薬を分配する必要がある点である。移転処理は定量的かつサンプル液滴に外乱を与えないで行うのが理想的である。しかしながら、サンプル液滴は注入器に付着する傾向にある。さらに、特定の化学試薬は、特に有機溶媒を少し含む溶液に蓄えられている場合は、試薬が蓄えられているマイクロタイタープレートから注入器の針が引き出されるとき、針の外表面に吸い取ってしまう傾向がある。合成物のこの追加分は、注入器から吸引された計測された分と一緒に液滴に移転される。さらに他の問題は、液滴が分配される表面上に静電気が蓄積することに伴って生じる。これにより液滴は好ましい形態に分配されないで跳ね跳んでしまう。

ＨＴＳのさらなる問題は、合成物の分析を行うために潜在的に有望な質量分析の使用に伴って生じる。複雑な混合物における合成物のトレースレベルでの選択性よく感度よく定量する質量分析計の能力は十分確立されている。例えば、比色分析、蛍光分析、及び放射分析プロトコルを含むＨＴＳ分析を行うための従来の方法は、しばしば開発に多大な努力を必要とする質量分析に比べて一般に成功しており、望ましいスクリーンでの具体的な分析を有効にしている。しばしば従来のＨＴＳは、酵素と結合した免疫吸着剤分析又は放射免疫測定のような、非天然基材（例えば、対象物により蛍光性を発揮する分子）の使用、又は残留物の反応量を間接的に定量する二次的な反応の使用を必要とする。

ＨＴＳにおける質量分析の使用の主な制限事項は、大量のサンプルを分析する速度が一般に遅いことである。サンプルが並列に分析される光ベースの分析とは違って、質量分析は、一度に１つの分析しか行うことのできない直列の処理である。一般に低速の脱塩ステップ又は精製ステップが質量分析において用いられる。１つのサンプルに対して分のオーダーで分析されるとはいえ、何十万又は何百万もの生化学分析を行うには非常に時間がかかり高価な処理となる。

高速質量分析（ＨＴＭＳ）における必要とされる１つの要素は、質量分析計と分析すべきサンプルとの間の流体インターフェースを完全に洗浄する必要がある。流体インターフェースの洗浄が完全でない場合は、分析後の残ったサンプル又は不純物が次のサンプルと混合されてしまう。サンプルの繰越を最小限にするために時間のかかる処理が必要であり、それはＨＴＭＳの処理能力に顕著な影響を与える。

一般的な（すなわち、高速でない）質量分析の応用例における質量分析インターフェースでは自動化された注射器に基づく注入システムが用いられる。注射器は所定の場所に移動し、必要な量のサンプルが注射器に吸い上げられる。次に注射器は注入弁に移動し、サンプルがループに送り込まれる。注入弁の動作により、ループ内のサンプルはポンプにより、流体システムを通ってオンラインクロマトグラフィーシステム又は直接質量分析開の入り口に送られる。分析が完了した後、注入弁、流体システム、及び、もし使用していたならばクロマトグラフィーコラムが、システムから残余のサンプルを除去するために適切な洗浄溶液又は洗浄緩衝液で洗い流される。サンプルの吸引と注入に用いた注射器もまた洗浄される。これは、新鮮な洗浄溶媒又は洗浄緩衝液の吸引と分配を繰り返すことによりなされる。注入弁、流体システム、及びクロマトグラフィーコラムの洗浄は普通早急に行うことができる。短い時間に大量の洗浄溶液でシステム全体を洗い流すために、高圧ポンプを用いることができる。しかし、繰り返しの機械的工程なので、注射器システムの洗浄はもっと長い時間がかかる。

一般的な質量分析の用途では、サンプルを分析する時間は普通分のオーダーであり、分析中に注射器の洗浄に十分すぎる時間をかける。しかし、ＨＴＭＳの用途において、分析時間は秒以下のオーダーであることが望ましい。このような用途において、注射器システムの洗浄からの要求が高処理能力を得る上での主なボトルネックとなる。この問題を解決する標準的な方法は、いくつかのサンプルを吸引し、これらのサンプルを順番に分析する流体質量分析又はクロマトグラフィーとのインターフェースに注入する多数の注射器を用いることである。多数の注射器からなる注射器組立部全体は、並行して洗浄される。このようなシステムがサンプル毎の基準で注射器を洗浄する時間を短縮することにより（１つの注射器を洗浄する実質的な時間は変わらないが）ＨＴＭＳの処理能力改善する一方、多数の弁と注入口を用いた複雑で高価な流体インターフェースが用いられる。

質量分析のもう１つの問題は、一般に生化学分析で用いられる非揮発性緩衝成分（例えば、リン酸緩衝液、トリス緩衝液）と相性が悪いことである。これらの制限により、質量分析はＨＴＳの道具としての使用から除かれていた。

非揮発性緩衝液成分の存在は分析を行う上で二重の効果がある。第１は、非揮発性化合物は、エレクトロスプレーイオン化法（ＥＳＩ）又は大気圧イオン化法（ＡＰＣＩ）のような大気圧イオン化質量分析計のイオン源を凝縮させる傾向がある。凝縮によりイオンの通路をふさぎ時間的に質量分析計の性能を劣化させる。直行スプレーを用いたイオン源の進歩によりこの影響は最小限化されたがこの問題を完全には解決しない。非揮発性緩衝塩のもっと深刻な影響は、望ましい検体からの信号を抑制することである。信号の抑制により分析の感度が大きく損なわれる。

非揮発性緩衝塩の有害な影響を排除するために、一般的な質量分析方法では、非揮発性の問題の多い化合物が反応混合物から除去される、事前的な長時間のステップを必要とする。質量分析に先立って、別個の脱塩及びサンプル清浄ステップとしてこれがなされる。あるいは、クロマトグラフィーコラムからの溶離液が質量分析計に転送されるオンライン液体クロマトグラフィーステップに脱塩ステップを組み込んでもよい。このような液体クロマトグラフィー質量分析（ＬＣＭＳ）において、非揮発性緩衝塩はクロマトグラフィーコラムを介して対象の検体から分離され、これらの成分は一般に質量分析計インターフェースから除かれる。対象の検体は、クロマトグラフィーコラムから溶離されるので、これらは、分析するために質量分析計に転送される。このような時間のかかる脱塩とサンプル精製ステップがあるため質量分析を用いることはＨＴＳに適さないものとなっている。

本発明の第１の実施の形態において、流体サンプルの高速選別のためのシステムが提供される。本システムは、サンプル吸引チューブと注入弁とを具備する。注入弁は、減圧した圧力を第１の流体源と第２の流体源に交互に加えることができ、各々の場合において、サンプル吸引チューブを介して、第１の流体源へはサンプルループにサンプルを満たすために、第２の流体源へは吸引チューブを洗い流すために圧力が加えられる。

本発明の関連する実施の形態において、本システムは、第１の流体源から吸引された過剰流体と第２の流体源から吸引された全ての流体とを捕捉するため、注入弁と連通するインライントラップを具備する。インライントラップは、減圧した領域と注入弁との間に接続してもよい。本システムは注入弁と連通する流体回路を具備し、流体回路は注入弁を介してサンプルループからサンプルを受け取るものである。

本発明の他の実施の形態によれば、サンプル吸引チューブと注入弁とを具備する流体サンプルの高速選別のためのシステムが提供される。サンプルループと流体回路とは注入弁と連通している。流体回路は、サンプルループから注入弁を経由してサンプルを受け取る。インライントラップは、減圧した領域と注入弁との間に接続され、ここで、注入弁はサンプル吸引チューブに減圧した圧力を実質的に連続して加える。

本発明の関連する実施の形態において、注入弁は、減圧した圧力を第１の流体源と第２の流体源に交互に加えることができ、各々の場合において、サンプル吸引チューブを介して、第１の流体源へはサンプルループにサンプルを満たすために、第２の流体源へは吸引チューブを洗い流すために圧力が加えられる。

本発明の他の実施の形態によれば、サンプル吸引チューブとサンプルループを有する注入弁とを具備する流体サンプルの高速選別のためのシステムが提供される。注入弁は第１の位置と第２の位置とを有する。インライントラップは減圧した圧力源と注入弁との間に接続される。弁が第１の位置にあるとき、サンプル吸引チューブは第１の流体をサンプルループに吸引するために負圧源に接続され、インライントラップは吸入された過剰流体を捕捉する。弁が第２の位置にあるとき、サンプル吸引チューブは第２の流体を吸引するために負圧源に接続され、インライントラップは第２の流体を捕捉する。

本発明の関連する実施の形態において、第２の流体は洗浄溶液とすることができる。システムは流体回路を具備し、ここで弁が第２の位置にあるとき、サンプルループはサンプルループ内の第１の流体を流体回路に転送するために加圧した圧力に接続される。

上述の各実施の形態に関連するさらなる実施の形態において、流体回路はサンプルの特性を測定するための分析計を具備する。分析計はクロマトグラフィーコラム及び／又は質量分析計を具備することができる。システムはサンプル吸引チューブに関する複数の液滴を移動させるための移動面を具備することができ、各液滴は、第１の流体又は第２の流体の内の１つを具備し、各液滴はサンプル吸引チューブにより吸引される。サンプル吸引チューブは大地、及び／又は、分析計に対して相対的に決まった位置に固定してもよい。移動面は、例えばスプロケットにかみ合わせる歯により特徴づけられるタイミングベルトとすることができる。移動面は、組み込み材料がない状態で移動面より大きな強度を持つようして、組み込み材料により強化してもよい。この材料は、ガラス、アラミド、及び鉄から選択することができる。移動面に薄膜を張り付けてもよく、ここで液滴はテープ上に置かれる。

本発明の他の実施の形態によれば、複数の液滴を高速選別するシステムは移動面を具備する。テープがこの移動面に接着される。本システムはさらにテープの表面に各液滴を分配する分配装置と、混合、希釈、濃縮、加熱、冷却、湿潤、選別、及び分析からなる動作のグループから１以上の動作を少なくとも１つの液滴に対して行う手段を具備する。

本発明の関連する実施の形態において、テープを移動面に接着させるために粘着剤を有する。粘着剤はアクリル系接着剤としてもよく０℃から９５℃の間の温度でガスを放出しないようにする。テープの表面は、界面エネルギーが３１ｄｙｎ／ｃｍ未満、又は、４４ｄｙｎ／ｃｍ以上とすることができる。テープの表面はテフロン、ポリエチレン、又はポリエステルとすることができる。移動面はプーリーを横切って動くことができ、移動面がプーリーを横切っている間テープは破れないよう伸張し、移動面がプーリーを通り過ぎた後ベルトに接着し続けるようテープは縮まる。移動面は湾曲のある経路を通ることができ、移動面が湾曲部を通っている間テープは破れないよう伸張し、移動面が湾曲部を通り過ぎた後ベルトに接着し続けるようテープは縮まる。湾曲部の半径は例えば０．５ｃｍ以上とすることができる。移動面はゴム、ポリウレタン、又は積層した合成物とすることができる。システムはさらに、テープに蓄積した静電気を除去する帯電防止ガン又はイオナイザーを具備してもよい。

本発明の他の実施の形態において、複数の液滴を高速選別するシステムは移動面を具備する。分配装置は各液滴を移動面上に分配する。注射針は少なくとも１つの液滴に試薬を注入する。注射針は親水性のコーティングによりコーティングされる。本システムはまた、混合、希釈、濃縮、加熱、冷却、湿潤、選別、及び分析からなる動作のグループから１以上の動作を少なくとも１つの液滴に対して行う手段を具備する。

本発明の関連する実施の形態において、親水性のコーティングは、テフロン、パリーネ（Ｐａｒｌｙｅｎｅ）、またはフロロペル（ＦｌｕｏｒｏＰｅｌ）とすることができる。制御装置は、試薬を注入する前に液滴に針を突き刺すように注射針を制御することができる。移動面により液滴が動いている場合は、この制御装置は注射針を液滴の前縁に突き刺すように注射針を制御する。大地及び／又は分析計と相対的位置が固定された位置で注入された試薬と共に、移動面は所定の経路を移動する。試薬を注入した後、液滴の後縁が固定された位置を通過する前に制御装置は注射器を取り去ることができる。

本発明のさらに他の実施の形態において、複数の液滴を高速選別するシステムは複数の液滴を移送する移動面を具備する。少なくとも１つの分配装置は、流体をこの移動面上に分配し、少なくとも１つの分配装置は制御装置により校正される。本システムはまた、混合、希釈、濃縮、加熱、冷却、湿潤、選別、及び分析からなる動作のグループから１以上の動作を各液滴に対して行う手段を具備する。

関連する実施の形態において、少なくとも１つの分配装置は流体を分配するために圧力パルスを加える電磁弁とすることができる。制御装置はフィードバックループを具備することができ、このフィードバックループには、移動面上の１以上の液滴の大きさを検出するための少なくとも１つのセンサーが含まれ、このセンサーは光学的センサーでもよい。制御装置は少なくとも１つの分配装置の、圧力パルス長さ、圧力パルス数、及び開口の大きさなどの中から少なくとも１つのパラメータを調整することができる。この少なくとも１つの分配装置は複数の液滴を移動面に分配し、そして／又は、複数の液滴の内の少なくとも１つに試薬を分配する。

本発明の他の実施の形態によれば、高速選別システムに質量分析のピークを組み込む方法が提供される。この高速選別システムは、動作したとき、提供された洗浄溶液の実質的に連続的な流れの中に流体サンプルを注入し流体回路を介して質量分析計に入力させる注入弁を具備する。この方法にはこの注入弁の動作時間を記録するステップが含まれる。サンプルピークの前縁は動作時間にあらかじめ定めた時間遅れを加えることにより計算される。サンプルピークの後縁はサンプルピークの前縁にあらかじめ定めた持続時間を加えることにより計算される。そして、質量分析計からのサンプルピークの前縁と後縁との間における出力信号が組み込まれる。

本発明の関連する実施の形態において、本方法はさらに、注入弁を動作させることにより、流体回路に供給された洗浄溶液の実質的に連続的な流れの中に流体サンプルを注入することによりあらかじめ定めた時間遅れを決定するステップを具備する。洗浄溶液は関連する洗浄溶液の分光計信号を有し、溶液は、洗浄溶液の分光計信号から認識できる関連する溶液の質量分析計信号を有する。注入弁が動作したときと、質量分析計の出力において質量分析計信号を受信したときとの間の時間が観測される。あらかじめ定めた持続時間は、質量分析計の出力において、溶液の質量分析計信号がどれだけの期間観測されたかを見ることにより決定する。

本発明の他の実施の形態によれば、流体サンプルを高速選別する方法は、注入弁を介してサンプル吸引チューブに減圧した圧力を加えるステップを具備する。第１の流体はサンプルでサンプルループを満たすものであり、第２の流体はサンプル吸引チューブを洗い流すためのものである、第１の流体と第２の流体とが交互にサンプル吸引チューブを介して吸引される。第１の流体源から吸引された余剰流体と第２の流体源から吸引された全ての流体はインライントラップに捕捉される。

本発明の関連する実施の形態において、減圧された圧力は実質的に連続してサンプル吸引チューブに加えられる。各サンプルを流体回路に送り込めるように加圧された圧力は注入弁を介してサンプルループに加えることができる。流体回路により受け取られた各サンプルの特性は、例えば、質量分析及び／又はクロマトグラフィーを行うことにより分析される。洗浄溶液は加圧した領域と注入弁との間に接続することができ、本方法はさらに、注入弁を介して洗浄溶液の流れをポンプで流体回路に送るステップと、洗浄溶液がサンプルループを洗い流し、交互に流体回路がサンプル及び洗浄溶液のうちの１つを受け取るように、注入弁を動作させることでサンプルループを洗浄溶液の流れに注入するステップとを具備する。サンプル吸引チューブに関する複数の液滴を動かすことができ、各液滴は交互に第１の流体と第２の流体となり、各液滴はサンプル吸引チューブにより吸引される。

本発明の他の実施の形態によれば、複数の液滴を高速選別する方法は、移動面に薄膜を接着するステップを具備する。各液滴は薄膜上に分配される。１以上の動作が少なくとも１つの液滴に対して行われる。これらの動作には、例えば、混合、希釈、濃縮、加熱、冷却、湿潤、選別、及び分析が含まれる。静電荷は液滴を分配する前に薄膜から除去することができる。

本発明の他の実施の形態において、複数の液滴を高速選別する方法は、各液滴を移動面に分配するステップを具備する。試薬は、親水性のコーティングによりコーティングされた注射針を用いて少なくとも１つの液滴に注入される。混合、希釈、濃縮、加熱、冷却、湿潤、選別、及び分析からなる動作のグループから１以上の動作が少なくとも１つの液滴に対して行われる。

関連する実施の形態において、試薬を注入するステップには、注射針を液滴に突き刺し、液滴に試薬を注入し、そして注射器を引き抜くステップが含まれる。移動面は経路に沿って移動し、試薬は経路に沿って固定された位置で注入される。注射針は、液滴が移動面により移動している間に液滴の前縁に突き入れられ、試薬が液滴に注入され、液滴が注射針を通り過ぎる前に液滴から注射針が引き抜かれる。

本発明のさらに他の実施の形態において、複数の液滴を高速選別する方法は、各液滴を移動面に分配するステップを具備する。移動面上の少なくとも１つの液滴の特性が計測される。この特性の、少なくとも一部に基づいて少なくとも１つの分配装置が校正される。混合、希釈、濃縮、加熱、冷却、湿潤、選別、及び分析からなる動作のグループから１以上の動作が少なくとも１つの液滴に対して行われる。

関連する実施の形態において、校正には、圧力パルス長さ、圧力パルス数、及び開口の大きさなどの中から少なくとも１つのパラメータを調整するステップを具備する。液滴の特性は光学的イメージにより計測してもよい。特性の移動平均を計測することもでき、校正には、少なくとも一部は、移動平均とあらかじめ定めた値との比較が含まれる。特性の計測には、特性の分散、特性の標準偏差、及び特性の標準誤差の内の１つがあらかじめ定めた値以下に下がるまで多数の液滴の特性を計測することが含まれる。

本発明の他の実施の形態において、複数の液滴を高速選別する方法は、各液滴を移動面上に分配するステップを具備する。揮発性緩衝液が少なくとも１つの液滴に加えられる。各液滴の少なくとも１つの特性は質量分析計により分析され、ここで液滴に加えられた緩衝液は揮発成分のみからなる。

関連する実施の形態において、液滴を質量分析計に入力する前に液滴に脱塩処理を行わない。揮発性緩衝液には、例えば、ギ酸アンモニウム、酢酸アンモニウム、炭酸アンモニウム、及び重炭酸酸アンモニウムが含まれる。液滴のＰＨは、蟻酸、酢酸、プロピオン酸、水酸化アンモニウム、及び／又は、トリエチルアミンを液滴に加えることにより調整することができる。少なくとも１つの液滴を質量分析計に入力する速さは、２秒毎に１個の割合で入力する速さより速くてもよい。様々な実施の形態において、この速度は実質的に１秒当たり１液滴である。

本発明の他の実施の形態によれば、複数の生化学的分析試料を高速選別する方法は、各試料に揮発性緩衝液を加えるステップと、各試料を質量分析計に入力するステップとを具備し、この試料に加えられた唯一の緩衝液は揮発性成分からなる。従って、脱塩ステップが削除される。揮発性緩衝液には、ギ酸アンモニウム、酢酸アンモニウム、炭酸アンモニウム、及び重炭酸酸アンモニウムを含むことができる。試料のｐＨは、蟻酸、酢酸、プロピオン酸、水酸化アンモニウム、及び／又は、トリエチルアミンを試料に加えることにより調整することができる。各試料を質量分析計に入力する速さは、２秒毎に１個の液滴の速さより速くてもよい。様々な実施の形態において、この速度は１秒当たり実質的に１液滴である。反応は、酵素阻害試料中の酵素のような試料に固有のプロティンのみにより緩衝される。

本発明のさらに他の実施の形態によれば、複数の液滴を高速選別する方法は、各液滴を移動面上に分配するステップを具備する。試薬が各液滴に注入される。混合、希釈、濃縮、加熱、冷却、湿潤、選別、及び分析からなる動作のグループから１以上の動作が各液滴に対して行われ、ここで、複数の液滴に停止液は加えられない。分析には質量分析を行うことが含まれる。

〈具体的な実施の形態の詳細な説明〉
定義。本詳細な説明および特許請求の範囲で用いるとき、下記の用語は、文脈により他の解釈の必要がない限り以下の意味を持つ。液滴は、ここに及び特許請求に範囲において「微細液滴」又は「サンプル」として引用されることがあり、イースト細胞のような生体細胞を含む液滴や、さらに、１つの液滴に１つの生体細胞を持つ液滴も含まれる。図１は、本発明の一実施の形態による高速選別（ＨＴＳ）システム８の概略図である。このシステムは、移動面１、調合改質装置２、試薬付加装置３、環境遅延チャンバー４、コンピュータ制御装置９、及び、例えば質量分析計５などの少なくとも１つの分析形を具備する。システムにおけるこれらの構成要素について詳細に説明する。

〈移動面〉
図１に示すように、移動面１は、ＨＴＳシステム８の様々な構成要素につながっている。移動面１はベルト、テープ、コンベヤ、又は巻取り紙でもよく、本説明ではどれにも当てはまるよう用いられているが、特定の応用分野において最適に選択されるものとする。移動面１は単に移送機構の役割を果たす一方、本発明の好ましい実施形態においては、移動面１はまた、結合、分離、又はろ過のような物理的或いは化学的分析における積極的な役割を果たす。移動面１は、ラバーやポリウレタンのような均一的な材料でもよく、或いは、実施すべき具体的な分析のために特に設計された表面になるような多層の複合材料とすることもできる。加えて、移動面１はファイバーの形態とすることができる。

本発明の好ましい実施形態において、移動面１は、正確でしっかりしたベルトの位置決めが容易なように、例えばスプロケットにかみ合わせる歯を有するタイミングベルトと同様のものとする。より正確な位置決めが可能なように、移動面は、伸張性が無いように作られる。移動面１は、組み込み材料がない状態で移動面１より大きな強度を持つようして、組み込み材料により強化してもよい。このことは、移動面１がプーリーシステムで用いられているときのように、移動面が応力にさらされている実施の形態に有利である。強化材料として、例えば、ガラス、アラミド、又は鉄が含まれる。移動面１は、連続的に動いてもよく、或いは、不連続的に起動／停止動作を行ってもよい。

図１に示すように移動面１は、必要とされる程度に巻き戻しステーションから巻き戻されるので、固定された長さとすることができるが、さらに長くする必要があれば、移動面１は端と端とをつないで接合することもできる。このように、長さを付加する必要があったときに、接合する必要がなく、一定の張力が容易に得られる。

当該分析に最適化させた表面を提供するために、本発明の様々な実施形態において移動面１は、上部表面が物理的、化学的、又は生物学的に活性なように計画される。或いは、コロナ処理のようなオンラインでの処理がなされるようにすることもできる。

本発明の好ましい実施形態においては、薄膜６が移動面に張り付けられる。薄膜６は移動面１上に永久的に接着してもよい。或いは、薄膜６は後で取り除くことができるように移動面１に一時的に張り付けられるようにしてもよい。薄膜６は、これに限定するものではないが、例えば、ポリエチレン又はテフロンで作られたテープとしてもよい。テープを移動面１に接着させるためにテープには粘着テープを含ませてもよく、粘着テープは、テープに加わる圧力を増加させると、テープと表面との接着力が増加することを特徴とする。接着剤は、処理が終わったとき確実にはがれないように（特に環境遅延チャンバー４にさらされている期間）初期粘着が強いが粘着力が強すぎないアクリル系接着剤でもよい。移動面１は、処理が終わったとき清浄なテープを放出することができるように、平坦な表面であることが好ましい。接着剤は、特に例えば０℃から６５℃の間になる遅延チャンバー４内で直面する温度でガスを放出しないような材料が選択される。

図１に示すように、テープ６はスプールから移動ベルト１の上部表面に取り込まれ、分析が終わった後巻き取って取り除かれる。このように、新しい分析面が張り付けられ使用後取り除かれる。取り除いた後、薄膜は清掃して再利用してもよくまた廃棄してもよい。このことは、移動面１の上部表面を、各分析を実行するための要求に簡単にかつすばやく応じることができるということにとどまらず、このことを含むいくつかの利点があるであろう。

積層処理の間に移動面上に累積した静電気、この静電気は注入バンク２から分配された液滴を好ましいパターに配分する代わりにはね飛ばしてしまう、を取り除くために、静電気除去用ガン又は除電器を用いてもよい。このような除電器の１つは、例えばアルファ粒子を用いて空気をイオン化させる。本発明の好ましい実施の形態においては、除電器は薄膜張り付けのあと分配ステーションの前にベルトに隣接して置かれる。

薄膜６は、数々の表面の特性に対応して（もし薄膜が適用されなかったとしたら移動面１がそうできるように）特別仕様にすることができる。これらの特性には、清潔性、生体適合性、界面エネルギー、結合親和力、分離性、多孔性、化学的添加物、化学的相互作用、標本情報のコード化、及び追跡性が含まれるが、これに限定されない。

〈清潔性と生体適合性〉
表面の清潔性と生体適合性は、分析の質を保つ上で決定的要因である。薄膜６の活性面には、テフロン、ポリプロピレン、及び、ポリエチレンに限定されるものではないがこのような生体適合性のあるものが含まれる。さらに、薄膜６の表面は、処理の後簡単に洗えるようなものにすることができる。薄膜６の活性面は、受け取ったとき汚染されているか、分析システムを通してリサイクルされるべきかが重要である。

〈界面エネルギー〉
本発明の様々な実施の形態によれば、薄膜６は、水分を含んだサンプル液滴を局在化し、広がりを最低限にするためには低界面エネルギーを持つように選ばれ、広がりを最大限にしテープに対する接触面を最大限にするためには高界面エネルギーを持つよう選ばれる。この文脈で「界面エネルギー」とは湿潤性を言う。薄膜６は、これに限定されるわけではないが３１ｄｙｎ／ｃｍより低い表面エネルギーを持ってもよい。例えば薄膜６は、各々約２０ｄｙｎ／ｃｍ及び３０ｄｙｎ／ｃｍの表面エネルギーを持つテフロン又はポリエチレンで作ってもよい。あるいは、薄膜は４４ｄｙｎ／ｃｍ以上の表面エネルギーを有してもよく、例えばポリエステルで作ってもよい。

さらに、薄膜６の活性面は、一様な界面エネルギーを持たせてもよく、または液滴の移動を最小限にすると共に液滴の付着を推進するのに適するように、疎水性のバックグラウンド上に親水性の点をなすような界面エネルギーのパターンを持たせてもよい。このパターンは、薄膜６の表面に既存のものであってもよいし、又は積層や局部的なコロナ放電装置のようなものを、稼動中の表面に加えたものでもよい。稼動中にパターンを付加することで、界面エネルギーのパターンが分配される液滴と共に記憶されるパターン中に付加されるときに、液滴位置と共に薄膜６にあらかじめ記憶させておくことが不要となる。

〈結合親和力〉
薄膜６の活性面は、一様な処理を施しても、選択的又は非選択的に分析サンプル中の分子と親和する表面を局所的に分配してもよい。このように、洗浄や蛍光インシチューハイブリダイゼーション（ＦＩＳＨ）のような異質的な処理が実行される。例えば、洗浄は薄膜６を洗浄槽に通し、液滴中の親和結合しない部分の除去を実施する。使用され、先行技術として知られるサンプルコーティングには、ストレプトアビジンやビオチンが含まれる。

〈分離性〉
本発明の様々な実施の形態によれば、薄膜６は、磁気バイオセパレーションビーズや他の装置を使うことが可能なように、磁性体を用いるか又は磁気をくぐらせることにより帯磁している。ビーズは、液滴に加えられ所定の分子と結合し、そして、磁気相互作用により薄膜に付着する。次いで、液滴は槽内その他で洗浄され、ビーズと所定の分子は薄膜６上の元の位置に残る。薄膜６の磁性を帯びた表面として柔軟性のある磁性体の帯を用いることは有益である。この帯は高分子結合剤中に小さな個々の磁石を分散させて作られる。これは、ビーズを所定の位置に捕縛する磁力線の傾きを作る一方、一様に磁化された表面によりビーズを捕捉し、ビーズを一様な磁界を横切って移動させる。柔軟性のある磁性体の帯は、冷蔵庫の扉用マグネット帯のように永久的に帯磁させてもよく、或いは、高品質の金属分子による記録媒体のような一時的な帯磁でもよい。柔軟性のある磁性体の帯は、サンプル情報がサンプル液滴に隣接して書き込まれ、サンプル情報を後で特定したり有用性の分析をしたりすることができるという利点を持っている。磁性体は、さらに分析を行うために、サンプル中の磁性を帯びたビーズの全て又は一部をテープから引きずり出すために用いることもできる。

〈多孔性〉
本発明の他の実施の形態によれば、薄膜６の全面又は一部は、多孔性の素材で作られる。このことにより、液滴が周囲雰囲気に対して、又はろ過のために露出される時間を最小限にするため、誘導体化された表面と液滴との接触面積が増大する。微細孔はテープの厚みを通り抜けてもよく、又は厚みの一部だけとすることができる。この微細孔は等方性でも非等方性でもよい。本発明の一実施の形態によれば、薄膜６の微細孔は、表面に対して垂直方向に、フイルムの厚みのほんの部分的な深さに達している。これはサンプルを表面の奥に浸透させる一方サンプルの広がりを極小化させる。多孔性の表面は表面積の増大にも貢献し、これにより特に、反応成分に親和性のある分子をこの表面が誘導するときに液滴の特定の成分に対する親和性を増大させることができる。

〈化学的添加物〉
本発明の一実施の形態によれば、薄膜６の表面は、一様に処理されるか、又は、分析において化学的又は物理的に加わることを計画された１つ以上の化学物質が部分的にパターン化されて処理される。

例えば、薄膜６は、サンプルに加えられるような界面活性剤により覆われて、界面活性剤はサンプル液滴の表面に拡散し蒸発を遅らせるようにすることができる。この例に適する材料として、ドデカノールのような脂肪酸と脂肪アルコールが含まれるがこれに限定されるものではない。

他の例では、レーザ脱離イオン化法マトリックス（MALDI matrix）により薄膜６を覆い、或いは、イオン交換レジン又はアフィニティーラベル付きセファローズビーズ（affinity-labeled sepharose beads）により薄膜６を覆うことでサンプルの成分又はその生成物をイオン化することを可能することを含むがこれに限定されるものではない。

〈弾性、伸張性、及び／又は、弾力性〉
薄膜６は、弾性、伸張性、及び／又は、弾力性を持つように選択してもよい。例えば、様々な実施の形態において、移動面１は、移動面１がプーリーを通るときのように湾曲を持つ経路を移動するかもしれない。この湾曲部は、１〜１０ｃｍの直径とすることができるがこれに限定されない。このような実施の形態において、移動面に積層されたテープは、プーリーの湾曲部を通るときに破損するのを避けるために伸張性があり、この湾曲部を通り過ぎた後も移動面に接着し続けておくために弾力性があることが好ましい。さらに、テープは、使用中の変形から復元できるように弾力性があることが好ましい。

〈表面の特性〉
薄膜６の活性面はカップの形状や窪み、チューブホルダー、穴、及び漏斗状の形状のような表面特性を組み入れてもよい。他の薄膜６では、サンプルの汚染を防止し雰囲気をコントロールするために蓋としての役割を果たすカップ形状の表面を特に表面に適用してもよい。

効率的なＨＴＳシステム８は、直列〈時間順序〉形式及び並列形式の両方で実行されるような物理的運転を必要とする。当該技術分野で知られているとおり、穴を通ってきた二次元の配列はバルク溶液にこの配列を漬けることにより急速に並行して装着することができる。加えて、２つの共通に登録した貫通孔の配列の１つを他の１つの上に重ねることで反応が並行的に開始され得る。しかし、異なった貫通孔の配列に流体を充填し除去することは本質的に直列的な処理であり、分配又は吸引のためのチューブに比例する貫通孔の配列を加速及び減速するために必要とされる時間は必要以上の時間を要求する。従って、移動面１は、巻きつけられたときは２次元配列とし、巻き戻されたときは１次元配列とすることが有益である。そうすると、流体は、時間経過と共に（直列的に）分配又は除去され、要求されたときに、貯蔵、又は浸漬による装填、混合、及び、光による読み込みのような並列運転を導くために、１次元配列は２次元配列に再構築され得る。追加的な直列運転には、本質的に直列的な分析形（例えば質量分析計）とインターフェースし、又はマイクロタイタープレートに記憶された化合物ライブラリとインターフェースすることを含むがこれらに限定されるものではない。

本発明の一実施の形態によれば、移動面１及び／又は薄膜６（以降本実施形態において薄膜が使われる）は、例えば螺旋に巻きつけられ、巻き戻され、改良されたマイクロタイタープレートとしての役割を果たす。薄膜６は、テープ、ファイバー、又はベルトであってもよいがこれに限定されるものではない。図２に示すように、薄膜３１は、流体のマイクロリッター以下の容積を保持する容器として作用する、幅方向に対して垂直な貫通孔３３を具備する。貫通孔３３は表面に機械加工される（例えば、表面の構成そのものから形成される）か、又は、表面長さ方向に沿って間隔を取ってキャピラリーチューブを付属させてもよい。貫通孔容器３３は、表面長さ方向に等間隔でスペースを置くのが好ましい。薄膜３１は、貫通孔３３がテープ面に対して垂直で貫通孔３３が既知の幾何学パターンを形成するように巻きつけられてもよい。貫通孔３３の好ましい実施形態においては、９６穴、３８４穴、又は１５３６穴のマイクロタイタープレートに組み込まれた複数のウエルとウエルの中心間隔が保たれる。マイクロタイタープレートに流体として貯蔵された化合物はプレートに組み込まれた複数のウエルの間隔と同じ中心間隔を持つ注入器により貫通孔３３に移される。図３に示すように、薄膜４１は、巻き戻され注入器の分配ヘッド４２の下をとおり、そこで既知量の流体が各貫通孔に分配され、薄膜４１が前に進む。２つの注入器バンクと簡単な自動装置により、流体を１秒につき１化合物以上の速さで貫通孔４３を通して薄膜４１に移転することができる。注入器の代わりに、ピンやクイルも流体の移転に用いることができる。流体を充填した後、薄膜４１は充填された流体の蒸発を最小限にするため温度と湿度とが制御された容器内に巻き取られる。高い縦横比の貫通孔４３により、体積に対する面積比が小さいので蒸発による流体の損失が緩やかとなる。

図４に示すように、いったん化合物ライブラリが充填されると、貫通孔５２と同じ２次元形状と中心間間隔を持つ２次元配列のピン５１が試薬と共に浸漬され、薄膜の貫通孔５３関連と共に登録され、流体がこのピンから貫通孔５２に移転されるように、貫通孔５２の近傍に持ってこられる。このように試薬が加えられ、反応が大量に並行して同時に開始される。セルを貫通孔に置きセル内での分析を実行するようにしてもよい。貫通孔が配列された薄膜５３は、反応用試薬の添加と同じように、反応停止用試薬を貫通孔５２に添加した後、記述された長さの時間温度と湿度とが制御された雰囲気に置いてもよい。貫通孔が配列された薄膜５３は巻き戻され、各貫通孔の反応生成物は、例えば質量分析計に分析のために注入することにより、サンプリングされ分析される。加えて、もし分析値の読み出しが、光をベースにするものであれば、各貫通孔５２は並列に工学的に分析され（すなわち像が映し出され）次いで順番に質量分析計により読み出される。

〈化合物の改質〉
本発明の一実施の形態によれば、図１に示すように選択すべき化合物ライブラリは、化合物改質装置２により、プレートから移動面の表面にて改質される。改質装置２は、貯蔵システムからプレートを選択し、移動面１の定義された位置からアクセスできるところにそれを置くロボットの腕のようなものを有してもよい。ＸＹＺステージのマイクロ注入器又はマイクロ注入器の列はサンプル合成物をウエルからテープ６の表面に移す。この操作を繰り返すことによって、液滴の列が移動するテープ６上に置かれることになる。テープ６の動作速度及び／又はその位置は正確にわかっているので、液滴の位置と識別が分かり、それに引き続く試薬の添加及びその後具体的に液滴に対する分析を高速に処理することができる。化合物の使用を最小限にし、表面張力が重力を上回り、液滴がその方向とは無関係にテープ６に付着するように、液滴は１μｌ以下であることが好ましい。ここで留意すべきは、マイクロ注入器、ピエゾ又はバブルジェットヘッドに代えて又は加えて、（例えばサンプルを排出する圧力パルスを供給する）電磁弁、巻きつけ軸、及び／又は、ピンを、サンプルをテープに移転するために単独又は配列させて用いることもできることである。

本発明の一実施の形態においては、１つのマイクロ注入器の代わりにマイクロ注入器の列を用いる。例えば、バンク内で９ｍｍのチップ間隔で列をなす８又は１２個のマイクロ注入器を、市販の９６穴と１５３６穴のマイクロタイタープレートから移すために用いることができる。マルチピペットによる方法も、ピペットを洗浄しマイクロタイタープレートを移動させるために用いられる分配から分配までの時間を生み出すことができるので、有効である。

図５，６及び７は各々、本発明の一実施の形態による注入器バンクシステムの正面図、側面図、平面図である。フレキシブルカップリング６２又リンケージはトルクをプランジャー駆動ギア６３に伝達すると共に、ステッパーやサーボモータなどのトルク源を遠隔に置くことを可能にする。このことはモータをボード上に組み込む設計に比べたとき、注入器バンクアセンブリー６４の大きさを大いに縮小する。その結果、アセンブリー全体として現行の設計と比較して慣性が小さく、従って、位置決めシステムを取り付けたとき加速するためのエネルギーが少なくてすむ。与えられた力に対して大きな加速も又得られる。

本発明の様々な実施形態において、ラックとピニオン歯車６３システムが、モータにより注入器アセンブリー６４に加えられた回転運動を、注入器プランジャーをイン及びアウトに動かすための直線運動に変換する。バックラッシュエラーに対抗してプランジャーアセンブリー６５に取り付けられた一対のラックが使われる。駆動ピニオン６３とプランジャーラック６６との間の相互のバックラッシュに係る方向に少し平行移動してラック歯車６６を取り付けることは組み立て時間が「かかる」かもしれない。

他の歯車装置としては、ねじを切ったロッドを動かすウオーム歯車のようなものを組み込むことも可能である。プランジャーバー６５は、プランジャーアセンブリーの一部を通り抜けてロッドを動かすことにより駆動させるか、或いは、プランジャーアセンブリーをねじを切ったロッドに固着させ、ウオーム歯車の中心を通り抜けてロッドを動かすことによって駆動させることができる。どちらの方法も、プランジャーアセンブリーを垂直方向に機械的に平行移動することを強いる必要がある。ウオーム歯車による構成は、駆動システム６３とプランジャーアセンブリーとの全体として高いギア比を可能とする。これはまた、逆方向の動きがないという効能、つまり、プランジャーアセンブリー６４は自らロックされプランジャーアセンブリー６４を固定するためにトルクを必要としないという効能もある。

本発明の他の実施の形態によれば、外部６７から制御するロータリーエンコーダー６８がプランジャーアセンブリー６４を駆動する駆動ギア軸６３に取り付けられる。ロータリーエンコーダー６８を用いることにより、流体が注入器から分配されるときに正確な測定が可能となる。図６に示すように、追加的に、コネクターバー６９を注入器バンクシステム６１の位置決めに用いてもよい。

注入器バンク構成部品は、注入器バンクでのマイクロタイタープレートから薄膜への様々な移行方法を選択できるようなモジュール方式とする。１つの可能な構成は、平面において正確な位置決めを可能とする２軸ガントリーとすることである。本発明の様々な実施形態において、追加的に他のバンクの洗浄中に１つのバンクがプレートからサンプルを収集し分配できるように、ガントリー上に２つの注入器バンクを設けて用いることも可能である。

調整は自動的に、及び／又は、手動で行うことができる。調整できるパラメータには、パルス長、パルス数、圧力、開口の開口度または分配された液滴の量に影響する全ての他の要素が含まれるが、これに限定されない。

〈試薬添加ステーション〉
図１に示すように、本発明の一実施の形態によれば、１以上の試薬添加ステーションを移動面に沿ってどこにでも置くことができるが、通常は化合物改質装置２の下流側に置かれる。試薬には、緩衝液、反応剤、基材、ビーズ、固形物、スラリー、又はゲルが含まれる。試薬は、他の液滴と同じ位置に加えられ混合されひとつの大きな液滴になるよう、移動面１を制御し分配のタイミングに呼応して液滴内に配分される。混合は、各液滴がお互いに空間的に隔離された領域を確保している間になされ、各液滴は別々に分析反応を示す。試薬添加ステーション３は、単一の注入器又はマイクロ注入器の列を一般に具備するが、電磁弁、及び／又は、ピエゾ分配ヘッドのような他の分配装置もまた用いることができる。

一般に、試薬の液滴への移転を定量的に、薄膜６の活性面の液滴の配置を乱すことなく行うことは有益なことである。特定の化学試薬、特に有機溶剤を数パーセント含む溶液に補完されたものは、試薬が保存されるマイクロタイタープレートから針が引き抜かれるときに注入針の外側表面に吸収される傾向がある。化合物の付加的な量は、次に、注入器から測定された量と共に液滴に移転され、結果的に非定量的な移転となる。この問題を解決するために、注入器の外側表面を親水性のコーティングでカバーしてもよく、これにより注入針の外側表面に試薬が吸収されるのを防止する。親水性のコーティングには、テフロン、パリーネ（Ｐａｒｌｙｅｎｅ）、フロロペル（ＦｌｕｏｒｏＰｅｌ）が含まれるが、これに限定されない。

さらに容易に液滴中に試薬を移転するために、針の先端を液滴に突き入れて注入器から液滴への試薬の移転を行ってもよい。試薬は、注入器のプランジャーを押すことにより注入器から直接液滴に試薬が分配される。分配動作の完了後、注入器は液滴から引き離される。外側表面に親水性コーティングを行うことで、注入器を動かすときに注入器に液滴が付着することを防止する。試薬を液滴に定量的に移転することを容易にするだけでなく、この方法で試薬を移転することにより、液滴内に試薬を急速に混合させることができる。

上述の分配動作は液滴が移動している最中に起こるかもしれない。例えば、経路中の固定位置の液滴に試薬を注入器が分配することで、定められた経路に沿って移動している面に連続的に試薬を分配してもよい。このような実施の形態において、注入器は液滴の前縁に突き入れられる。試薬が注入器から液滴に分配された後、液滴の後縁が注入器を通過する前に、注入器を液滴から取り去ることが好ましい。このことは移動面上の液滴の位置の分裂の可能性を最小限にし、さらに定量移転を確かなものにする。ＨＴＳにおいて液滴は、比較的短い時間で、ある実施の形態ではミリセカンドのオーダーで注入器の下に置かれるので、注入器は、コンピュータで制御される自動的なロボットのような動作制御システムに取り付けられてもよい。

ここで留意すべきは、電磁弁又は類似の装置で液体を分配するとき、分配された液体は、時間と分配された液体の累積量により変化する傾向にあることである。これは例えば、弁の詰まりと液体の圧力の変化に起因する。本発明のこのような実施の形態において、分配装置を再測定するためにフィードバック制御を持つ制御装置を用いてもよい。分配された液滴の大きさ又は液滴の他の特性が測定され、それに従って分配装置のパラメータが調整される。

液滴の大きさの測定には、デジタルカメラのようなものにより液滴の大きさ及び／又は形の光学的に映像化すること、又は、液滴が検出器を通り過ぎるときにその反射率のような光学的特性を測定することが含まれるが、これに限定されない。例えば、液滴が通過するときに発生した反射率の信号から、液滴の大きさと相関がある液滴の長さを計測するために、共焦点の検出器を具備する固定されたレーザーダイオードを用いてもよい。液滴の大きさのばらつき及び計測誤差があるので、液滴の計測における分散、標準偏差、又は標準誤差が所定の値以下になるまで多数の液滴の計測を行うことが好ましく、それにより、分配装置を校正することができる。校正には、計測値の運転中の平均値又は最新の計測値と所定の値との比較が含まれる。安定した液滴の大きさを保持するためにこの処理が繰り返される。

本発明の様々な実施形態において、固相合成が薄膜６上で行われる。必要とされる特性の分析が続いて直ちに行われるか、又は薄膜６は巻き上げられスプール又はカセットとして保存される。通常は、固相合成を行うために、リンカー分子は固定担体と強く結合し、潜在的に固相担体と接触する試薬を含む液体に対し反応する種類となる。このリンカーは、薄膜６、薄膜６の孔部、又は薄膜６に付着した分子又はゲルに直接結合する。薄膜６はこれまでの様々な分配又は洗浄ステーションを提示するので、試薬は化学合成のために用いてもよい。もし各ステーションが２以上の試薬を分配することができるならば、組み合わせによる合成が実行される。このような組み合わせによる合成は、有益な化学的多様性を生み出すために化学的な添加物のパターンを生み出すコンピュータ９によりコントロールされる。添加される試薬には、化学合成に用いられるすべての試薬が含まれ、試薬にはモノマー、触媒、活性剤、遮断薬、デブロッキング薬、又はポリマーを含むがこれに限定されるものではない。ペプチド、核酸、及び炭水化物のようなバイオポリマーの標準的な合成方法が用いられる。合成の後、合成物は、化学的又は光分解性のリンカーを用いたような一般的な方法で薄膜６の表面又は担体から開放される。合成された分子の特性は、薄膜６上で直接機能的に分析された出力により決定される。

さらに付け加えると、化学分析の多くは化学分析に先立ってサンプルの準備や洗浄を必要とする。この洗浄は、脱塩のような比較的単純なものから、汚染物質、不純物又は余分な試薬の除去のような複雑な処理までの広がりがある。サンプルの洗浄と準備の一般的な方法は、適当な化学物質のマトリックス不溶性物質を用いた固相液相抽出法を用いることである。不溶性物質のマトリックスの形態には、ビーズ又はセファローズ、シリカ、セルローズ、又はポリメリックマトリックスのようなゲルを含む。不活性相には、応用例に応じて疎水性、親水性、又はイオン性の特性をもった表面処理をしてもしなくてもよい。さらにこの不溶性物質のマトリックスは共役又は合体した常磁性体の分子（例えば、酸化鉄）であってもよい。本発明の一実施の形態によれば、化学反応に先立って或いは化学反応又は分析の一部としてサンプルの洗浄と準備を薄膜６上でおこなう。適切な不溶性物質のマトリックスが、スラリーや懸濁液の形で薄膜６の表面に沿って１以上の場所でサンプルに添加される。塩や他の汚染物質のようなサンプルの不純物は、選択的に不溶性物質のマトリックスに結合する。本発明の様々な実施形態において、不純物は、液相が分光器又は分光計による化学分析がなされている間に、薄膜６上に置かれたマトリックスによりサンプルから除去される。あるいは、磁界を加えることによりサンプルから選択的に取り除くことができるように、不溶性相が常磁性体のビーズと共役する。本発明の他の実施の形態によれば、対象のサンプルは常磁性体の分子と合体する不溶性相と選択的に結合する一方、塩や不純物は液相内に残る。吸着されたサンプルを含む吸着相は磁界を加えることにより薄膜６に固定される。次いで、塩又は不純物を含む液相は薄膜６から吸い取られ、サンプルは適当な緩衝液又は化学物質により洗浄される。最終的にサンプルは適当な形式の他の緩衝液をさらに加えることにより固定されたマトリックスから脱着される。サンプルの不溶性マトリックスからの脱着には、各種有機溶剤や適当なイオン強度の緩衝液の添加、サンプルの過熱や冷却、光化学、電気化学、又はこれらの方法の組み合わせが含まれる。

ＨＴＳ質量分析に先立ち時間を消費する脱塩処理と精製ステップを削除するために、本発明の一実施の形態によれば、塩やイオン対物質のような非揮発性緩衝液成分の使用が廃止され、揮発性緩衝液成分に置き換えられる。この脱塩処理と精製ステップの削除により、一般にサンプル注入器の処理能力の速さにのみ制限される速さで、膨大な数の生化学的検査を質量分析により行うことが可能となる。達成可能な処理速度は、生化学的検査に用いられる今までの質量分析より大幅に速くなる。例えば、自動化された注入器（以下に詳細を説明する）によりエレクトロスプレーイオン化質量分析を用いることにより、１サンプル／２秒と１サンプル／秒の間の処理速度で生化学的検査を行うことが達成できた。かくして、揮発性緩衝液のみを用いることで、サンプル注入システムの入力速度と実質的に同じ速さで、移動面に複数の液滴を置くことができる。そして、上述の実施の形態で説明したような、様々な操作が移動中の各液滴に加えられ、脱塩処理及び／又は精製ステップに起因して移動面の速度を落とすことなく、液滴は連続して質量分析計に入力する。

使用される炭酸アンモニウムには、ギ酸アンモニウム、酢酸アンモニウム、及びカルバミン酸アンモニウムが含まれるが、これに限定されない。これに限定されるものではないが、蟻酸、酢酸、プロピオン酸、水酸化アンモニウム、及び／又は、トリエチルアミンを含む適切な量の揮発性酸又は揮発性塩基を加えることにより、緩衝液ＰＨを調整してもよい。一般に緩衝液に用いる塩は最小限にし、２０ｍＭ以下にすることが好ましい。塩濃度を濃くすることもできるが、濃い濃度においてある場合はイオン抑制効果が見られる。

不揮発性緩衝液と対照的に揮発性緩衝液を、これに限定されるわけではないが、例えば電気スプレイイオン化質量分析及びマトリックス支援レーザー脱離イオン化法（ＭＡＬＤＩ）を含む種々の質量分析に用いることができる。サンプルは一般に対象金属上にすでに固体状で析出しているので、イオン源における不揮発性緩衝液塩の析出はＭＡＬＤＩ−ＭＳにとって重大な問題ではない。しかし、不揮発性塩に起因するイオン抑制は信号を大幅に抑制する。上述の実施の形態で説明したように、この信号抑制は分析に用いる揮発性緩衝液を適切に選択することにより最小限にすることができる。

不揮発性緩衝液を揮発性緩衝液で置き換えることは、薬学的に又は治療に応用する上で生化学的分析と完全に互換性があるとは限らない。しかしながら、分析の大きな部分で、質量分析を用いてＨＴＳ速度を上げるように改良される。

ＨＴＳに関して不揮発性緩衝液を削除し揮発性緩衝液で置き換える２つの例は以下の通りである。

〈例１〉
α−キモトリプシンは、フェニルアラニンや、チロシンや、トリプトファンのような芳香族アミノ酸において蛋白とペプチドとを分割する蛋白分解酵素である。本例の分析はα−キモトリプシンの阻害物質の発見を試みる。いくつかのα−キモトリプシンの光学的分析が開発され商業的に利用可能となっている。これらの分析は蛍光分子から誘導されたペプチドを用いる。キモトリプシンにより分割され、フルオロフォアが放出されて、適切な波長で励起されたサンプルの蛍光信号が増大する。商用的に有効な分析はリン酸緩衝生理食塩水又はトリス塩酸緩衝液を反応混合物として用いる。この分析システムの主な制限は、α−キモトリプシンに天然の生物学的基材が分析に用いれらないことである。むしろ、光学に基づく分析システムの要求を満たすためにフルオロフォアと共に天然のペプチド製品が誘導される。

本例による分析は、天然の誘導体化されない基材を用いてα−キモトリプシンの分析を試みる。各サンプルにおける基材と生成物の相対量を直接測定するために質量分析が用いられた。高速液体クロマトグラフィー質量分析（ＨＰＬＣ−ＭＳ）により各サンプルの分析がなされ、基材と生成されたペプチドが観測された。分析用混合物の部分標本が逆相クロマトグラフィーコラムに入れられ１０ｍＭの酢酸アンモニウムの溶液で洗浄された。このような条件でクロマトグラフィーコラムにバインドされた基材と生成されたペプチドと、含有する非揮発性塩を抽出するコラムは、廃棄された。この非揮発性塩と他の汚染物質が完全にサンプルから除去された後、抽出コラムは廃棄から質量分析に転換される。基材と生成されたペプチドがクロマトグラフィーコラムにもはやバインドされない状態になるまでクロマトグラフィーコラムを洗浄する、溶液中の有機溶剤を徐々に増加させた。基材と生成されたペプチドをクロマトグラフィーコラムから抽出し質量分析計へ移したとき、これらはその質量で特定され、各種類の相対発生量が記録される。サンプル間でクロマトグラフィーコラムを平衡させる時間を含め分析時間は、サンプル当たりおおむね３分であった。

ＨＰＬＣ−ＭＳ分析における分析速度を制限する要素は、クロマトグラフィーとサンプルの洗浄である。このような、ゆっくりした直列の分析により、天然でない基材を用い又は間接的な分析法を用いるものであっても、サンプルを分析する光学分析が二重に吸引することとなる。これを避けるため、同じ分析が繰り返された、しかし、このときは、ＰＢＳ反応緩衝液は水中で１０ｍＭの酢酸アンモニウム緩衝液に置き換えられた。分析に対して他の変更はなされなかった。反応が完了した後、各サンプルの部分標本は直接質量分析噴霧により分析された。サンプルの洗浄とクロマトグラフィーはされなかった。水：アセトニトリルの１：１溶液がポンプで質量分析計に送り込まれ、そこでサンプルの部分標準のループ注入がなされ、サンプルの分析が行われた。クロマトグラフィー工程の削除により分析速度が大幅に速くなった。この場合、処理工程における速度を制限する要素は、サンプルが質量分析計に注入される速度だけであった。

これらの分析結果は図２４に示される。各反応は３通りに行われる。誤差バーは標準誤差を表している。みて分かるように、データは両方の場合でよく似ている。計算したＩＣ_５０値は、酢酸アンモニウムとＰＢＳ緩衝液のそれぞれにおいて０．０１４マイクロモルと０．０２１マイクロモルであった。高速度で処理は完成するが、非揮発性緩衝液を揮発性緩衝液で置き換えて得たデータは従来の分析を用いて得たデータと類似している。

〈例２〉
１５−リポキシゲナーゼの阻害因子に対するＩＣ_５０を測定するための高速質量分析に基づく分析が構築された。１５−リポキシゲナーゼは、アラキドン酸の具体的な水酸化の触媒作用を行い１５（Ｓ）−ＨＥＴＥの形態にさせる酵素である。分析すべき、基材と生成されたペプチドはエレクトロスプレーイオン化法質量分析により簡単に観測できる。非揮発性緩衝液を揮発性緩衝液で置き換えた分析により、阻害物質の高速質量分析が開発された。この発明の結果は、従来のＨＰＬＣ−ＭＳ計測により得られたものと比較された。

アラキドン酸は濃度５０ｍＭの基材として使われた。コーヒー酸（3,4-dihydroxycinnamic acid）はリポキシゲナーゼの阻害物質として知られ、この分析に用いられた。コーヒー酸の２ｍＭから始まる７ポイントログ希釈液が作られ、その反応混合物が３７℃で３０分間培養された。Ｔｒｉｓ−ＨＣＬ緩衝液がこの分析のために用いられた従来の分析用緩衝液であり、オンラインでのＨＰＬＣ−ＭＳによる分析に先立ちサンプルの脱塩処理を必要とした。時間を必要とする脱塩処理工程は酢酸アンモニウム緩衝液において行わず、直接各サンプルの部分標本を質量分析計への注入を行ったことで、大幅な分析効率の向上となった。

これらの分析結果を図２５に示す。各反応は３回繰り返された。誤差バーは１つの標準偏差を示す。結果は両方の分析状態において非常に類似している。ＩＣ_５０値は、酢酸アンモニウム緩衝液とＰＢＳ緩衝液とでそれぞれ５．９３マイクロモルと５．２４マイクロモルである。高速質量分析のために具体的に開発された本発明を用いて得られたデータは、大幅に低速な従来の分析を用いて得られたデータと類似している。

〈雰囲気／遅延線／培養容器及び蒸発制御〉
本発明の他の実施の形態によれば、図１に示すように、液滴は移動面／膜を介して、分析に先立ち制御された雰囲気下で移送される。本発明の様々な実施形態において、雰囲気保護容器２は移動面上で様々な反応を行わせるために、分析前に与えられた長さの時間を持つ周囲雰囲気が制御された遅延線１１を含む。制御された遅延線１１は移動面１が雰囲気保護容器２内で行き来するような密閉されたプーリーシステムを含んでもよい。または、制御された遅延線１１は移動面１が雰囲気保護容器２内でドラムの周りを動くような回転ドラムを含んでもよい。プーリーシステムやドラムを組み込んだ遅延線１１の利点は、直線的に引き伸ばした形態を採用する場合に比べて、遅延線は大幅にコンパクトになることである。本発明の様々な実施形態において、このシステムは、液滴がプーリーやドラムで時間を費やしている間、下面や側面のような色々な角度で少なくともある一定の時間液滴をぶら下げている間、液滴は少なくともその一部は表面張力により保持されることを必要とする。代替的な実施形態においては、プーリーシステムは、ベルトが垂直軸の周りに回転するプーリーを伴う水平な経路を横切るように巻きつけられ、液滴はベルト又は薄膜の上部又は底部に懸垂される。この場合、液滴はプーリーシステムの各回転部でモーメントにより横ずれするだろう。他の実施形態においては、液滴が懸垂しないよう、渦巻き形状をした移動面を具備し、この場合もモーメントが問題になる。これらの各々の実施形態において、液滴のサイズ及び液滴とテープ又は薄膜の表面相互間の作用についてのパラメータは、液滴が重力及び／又はモーメントにより落とされることが無いように選ばれなければならない。相互作用のエネルギーは、表面に用いられる材料と液滴の化学的成分により決められる。液滴は、側面にぶら下げられたとき少し横ずれすることは許されるかもしれないが、そのような混合が望まれない限り、２以上の液滴を混合させるような大きな横ずれは許されない。もし液滴がドラム又はプーリーシステムの垂直での動きの間に少し横ずれした場合でも、液滴は、ドラム又はプーリーシステムの次の半分の回転で反対側に横ずれし、従って、ほぼ液滴が最初に横ずれし始めたとき以前の位置に戻される。

水分を含んだマイクロ液滴は蒸発しやすい傾向にあり、このことは検体と試薬の濃縮をもたらすので、蒸発を制限するための種々の対策を実施してもよい。同時に、温度は、一貫して最適な化学的、生化学的又は生物学的反応を起こさせるように、コントロールされなければならない。

数マイクロリッター以下の体積の流体を有する液滴は低湿度の雰囲気では急速に蒸発するので、蒸発による損失を防ぐ１つの方法は、マイクロ液滴を保持する薄膜６の部分を湿潤な雰囲気に保つことである。必要な相対湿度は、マイクロ液滴のサイズと分析のための培養期間に依存するが、９５％以上である。湿った空気を、移動面を包む実質的に密封された空間に積極的に送り込んでもよい。また水容器を密封された空間内においてもよい。温度は、密閉された空間、移動面及び／薄膜６自身、或いは送り込まれる水蒸気のいずれかを加熱することにより制御される。加熱は、抵抗加熱、赤外線、或いはマイクロ波輻射を含む種々の手段でなされる。

本発明の一実施の形態によれば、液滴の移送中に高湿度の雰囲気を保つ方法は、図８に示すように、ベルトを側面から拘束する機械的なガイドをうまく利用するものである。ベルト９４は、ベルト厚さの約４分の３の深さの溝をつけたサポートブロック９５上を動く。機械で溝を施した溝がある金属の板でできた囲い９３は、その中をベルト９４の表面にある液滴９１が移動する空間を囲うように置かれる。移送中の液滴の蒸発を防止するために、囲われた空間は一定の高い湿度に保つ必要がある。ベルト９４が通る溝は一部水９２で満たされる。水９２が蒸発するので、水蒸気が周囲空間を満たし相対湿度を一定の高い値に保つ。水９２は、一方の側から簡単に注入され、ベルト９４と水９２の相対的に擦れあうこと、及びベルト９４の底面を横切る溝の機械的な動作により溝の中を移動する。

本発明の他の実施の形態によれば、蒸発を制限する物質を液滴に含ませることにより、蒸発の割合を減少させる。例えば、ドデカノールや類似の界面活性剤を添加することにより疎水性のバリアが液滴の表面に形成され蒸発を防止する。

本発明の代案的な実施の形態として、非常に親水性のある試薬を蒸発を制限するために添加してもよい。これらには、ポリエチレングリコールのようなポリマー、アガロースのようなゲル、及びグルコースのような微小分子が含まれる。

薄膜の設計に蒸発を制限する特性を組み入れてもよい。薄膜は、液滴の露出表面積を減らすためにくぼんだ領域、ディボット又は貫通穴を設けてもよい。液滴が薄膜の表面を越えて広がらないように、薄膜が設計されている場合は、水が浸透しない材料で積層すること、或いは、オクタン、デカン、ドデカン、鉱物油或いはシリコンオイルのような疎水性の液体で覆うことにより薄膜をシールしてもよい。この疎水性の液体は、動作温度で十分不揮発なものであって、マイクロ液滴中の対象となる分子がその中で分離しないものを選択すべきである。マイクロ液滴が薄膜上に置かれるときに蒸発をさらに制限するために、注入器バンクのようなサンプルを分配する装置のヘッドを、湿潤したトラック中の狭いスロット、穴、或いは隔膜に集中させてもよい。

本発明の様々な実施形態において、液滴が分析される前に反応を進行させる時間を制御することは有利である。このためには４つの方法がある。第１番目は、培養容器内の違った位置でサンプリングすることによるものである。培養容器内のテープループを極近傍でかつ規則正しく間隔を空けて並べることで、検出器をループからループに動かすことにより或いは複数の検出器を使うことにより違った時間に液滴をスキャンすることが可能になる。

第２番目は、様々な通過長さの遅延線を、容器中のサンプルの滞在時間を変えるために用いるものである。これはプーリーのバンクを動かすことにより、又は、フェストゥーンやダンサーを用いることにより実施される。

第３番目の方法は、培養容器内の様々なポイントで反応を停止させることにより反応時間を変化させるものである。例えば、８回連続した同一の反応を順番に移動面／薄膜上で起こすことができる。停止溶液（反応の進行を止める溶液）を容器内の異なった位置の各液滴に添加することができ、それにより違った時間で反応させる結果となる。次いで、液滴は容器からテープが出るときに分析され、速度定数がデータから得られる。

第４番目の方法は、液滴が違った時間従って分析まで異なった継続時間で反応させるために「開始」溶液を容器内の違った液滴に添加するものである。

〈分析〉
サンプルを従来のタイプである化学薬品ビンや、ほとんどの分析の形態に用いるマルチプレートに移す必要はない。多くの形式の化学分析は、化学反応生成物が移動面により動いているときに、その化学反応生成物を直接分析することにより行うことができる。蛍光、燐光、蛍光偏光、ラマン、核磁気共鳴、及び吸光光度のような非破壊分光分析法は、サンプルが分析を実施するのに適当な位置に動いてきたとき、そのサンプルに対して実行される。本発明の様々な実施形態において、液滴は分析が行われている期間を通して少なくともその一部は表面張力により移動面に付着しており、液滴は分析されている期間中移動面からぶら下がっている。好ましい実施形態においては、質量分析法のような分光分析法は、所定の場所において移動面にてサンプルからアリコートをとり実施する。移動面を用いてサンプルを移動することができるので、サンプルについて分光器及び／又は分光計による種々の形式の分析が順番に実行される。移動面から、質量分析計のような分析計にサンプルを渡すための種々の設計が可能である。これらには、以下の方法が可能であるがこれに限定されるものではない。

〈連続吸引システム〉
図９は、本発明の一実施の形態による、バルブアセンブリー１０７の概略図である。自動注入システムに一般的に用いる注入器を基準とするシステムの代わりに、代わる代わるサンプルの吸引と洗浄溶液の吸引とを行うために連続的な吸引システムが用いられる。次のサンプルを受け取る前に、吸引装置を介して洗浄溶液を吸引することにより、洗浄溶液の吸引と分配の繰り返しによる、時間のかかる注入器を洗浄するステップを削除することができる。

アセンブリー１０７には、吸入弁１０６が含まれる。例えばポンプにより、バルブの第１のポートと第２のポートを通過させることにより、それぞれ減圧と加圧が行われる。

図１０にさらに詳しく示してあるように、吸入弁１０６が動作していないとき、サンプル１０２を、注入チューブ１０４を通して移動面１０１から吸い取り、サンプルループ１０８に送る。吸引チューブ１０４は、細い穴の開いたキャピラリーチューブでよいが、これに限定されない。所定の容量を持つサンプルループ１０８を満たすに十分なサンプルが吸入される。吸引された余剰サンプルは、例えば吸入弁１０６と減圧源との間におかれたトラップ１０９に集められる。

図１１に示すとおり、注入弁１０５の動作により、減圧された圧力を適用することにより計測された量のサンプルが流体回路１０５に導かれる。注入されるサンプルの量はこのようにサンプルループ１０８の大きさにより調整される。流体回路１０５は、例えば、クロマトグラフィーコラムや質量分析計のような分析計を具備することができる。サンプルは、大気圧イオン化法（ＡＰＣＩ）又はエレクトロスプレーイオン化法（ＥＳＩ）を含む、種々の標準的なシステムを用いて分析計に供給される。

様々な実施の形態において、洗浄溶媒と緩衝溶液は加圧領域と注入弁１０６との間に置かれる。注入弁１０６が動作している間、分析計にサンプルが供給された後、高圧によりサンプルループ１０８とちょうど分析されたサンプルの流体回路１０５をフラッシュする。そして、サンプルループ１０８と流体回路１０５は次のサンプルの受け取りが可能となる。

注入弁１０６を停止し次のサンプルの吸引する前に吸入チューブ１０４を清掃するために、吸入チューブ１０４を洗浄溶媒と緩衝溶液に漬け、減圧された圧力を、吸入チューブ１０４を通して吸入洗浄溶媒に加え、トラップ１０９に導く。このように、一定の負圧とチューブにつながったトラップにより、注入器を通して洗浄溶媒の吸引と分配を重複させる必要が無くなる。

分析すべきサンプルが注入弁１０６のサンプルループ１０８内で集めなくてはならないので、注入弁のタイミングがクリティカルになる。注入弁１０６の動作が早すぎると、サンプルはサンプルループ１０８を完全に満たすことができず、実際にはサンプルは少ししかあるいはまったく注入されないかもしれない。あるいは、注入弁１０６の動作が遅すぎると、多量のサンプルがサンプルループ１０８を完全に通り抜けトラップ１０９に流れてしまう。

様々な実施の形態において、注入弁１０６のタイミングは、吸引チューブを通ってループに入るまでの液体サンプルの線形フローを計算することにより算定する。これは、例えばよく知られているように、使用するチューブの直径、減圧（一般に最大１気圧）による圧力降下、吸引する流体の粘度、及び温度に基づき計算する。他の実施の形態において注入弁１０６のタイミングは、実験に基づいて算定する。

自動化された一般的な注入システムは、分析すべきサンプルをマイクロタイタープレートのような所定の位置に置くことにより動作し、注入器に基づく吸引されたサンプルをその位置で連続的に扱う。このような方法は、配列中の異なったサンプルを取り扱うように吸引チューブの先を動かすことにより連続的に吸引を行うことが可能となる。吸引装置内に捕捉されたサンプルは注入弁が動作するときに失われてしまうので、吸引チューブの内容積は最小限に保持することが好ましい。吸引チューブを動かすことのできる速さは、使われるモーターと駆動システムに大きく依存する。高速動作を正確に実行するためには一般に高速のモーターと複雑な制御システムが必要である。

図９−１１を参照して、本発明の他の実施の形態において、サンプル吸引チューブ１０４は、大地や分析計のような基準位置と相対的に固定した位置に置かれ、連続したサンプルと洗浄溶媒とは要求される処理速度で吸入チューブ１０４に送られる。サンプルはマイクロタイタープレートのような従来の形態で配分され、マイクロタイタープレートは吸入チューブ１０４に関連して動く。好ましい実施の形態において、サンプルは、サンプルと洗浄溶媒とを交互に線状に移動面１０１に置かれる。最初のサンプルが吸入チューブ１０４に到達したときサンプルは注入弁１０６に吸入されサンプルループ１０８を満たす。次いで、注入弁１０６が動作し、上述の通り質量分析計又はクロマトグラフィーコラムを具備することができる流体回路１０５を経由してサンプルが分配される。分析を行った後、流体回路１０５を残ったサンプルを除去するために洗浄溶媒により洗い流す。洗浄溶媒により流体サンプルを洗い流している間、次の流体が吸入チューブ１０４に吸入される。この量の流体は洗浄溶媒となり、注入弁１０６がまだ作動しているので、サンプルループ１０８に吸入されず直接トラップ１０９に送られる。吸入チューブ１０４と流体回路１０５とが洗浄された後、注入弁１０６は分析のための次のサンプルを受け入れ準備か完了し、注入弁１０６が停止する。吸入チューブ１０４の位置を固定し、サンプルと洗浄とを繰り返すことにより、動作は、単一の方向のみに制御することができ、単一の注入弁が流体回路のインターフェースとしての役割を果たす。

ここで留意すべきは、注入弁が動作しないことであり、洗浄溶媒又は緩衝溶液のいずれかで流体回路１０５を洗い流し続けるために高圧を加えてもよい。このようにして、注入弁１０６は溶液を流体回路に連続的に流し続ける。弁１０６の動作に伴いサンプルループ１０８からのサンプルの栓がこの流れに導入される。一般に、注入弁１０６から流体回路１０５に移動中に、サンプルの栓と洗浄溶媒との間で最小線形拡散が起こる。

質量分析において、サンプルの信号を洗浄溶媒の信号から分離することが重要である。質量分析計に記録されたデータは、サンプルを分離する洗浄溶媒に対応するより低い信号により隔てられた個々のサンプルに対応するピークの連なりとして表れる。

しかしながら、低い信号レベルのサンプルにおいて、サンプルから得られた質量分析信号と洗浄溶媒から得られた質量分析信号とははっきり区別できないかもしれない。ピーク領域を割り当て統合することは、理想的な状態で興味深い仕事であり、ＨＴＳに組み込まれた多数のピークによりさらに困難になる。

従って、本発明の一実施の形態によれば、正確にサンプルのピークを統合するためにソフトウエアのアルゴリズムを用いてもよい。このアルゴリズムは、注入弁１０６が動作しない場合は、洗浄溶媒が質量分析計に分配されるという原理に依存する。注入弁１０６の動作により、サンプルループ１０８の内容物は質量分析計に分配される。注入弁１０６の動作からサンプルが質量分析計に現れるまでの時間遅れは、質量分析計と注入弁１０６との間の流体回路１０５の内容積と、流体ポンプが動作している時の流速の関数となる。注入弁１０６と質量分析計との間の時間遅れは、大きな質量分析計信号を生成するとして知られる高濃度の標準の溶液を注入し、注入弁１０６の動作の後質量分析計の反応が現れるのを見ることにより実験的に決定することができる。注入弁１０６の動作との間の時間遅れが一旦決定されると、各サンプルに対するピークを正確に統合するアルゴリズムを用いることができる。

注入弁１０６の動作を引き金とすることができ、様々な実施の形態において、コンピュータ（不図示）により記録されたタイミングが保持される。弁１０６の動作時刻は質量分析計の信号と同期が取られる。上述のようにして算定した一定の時間遅れを各弁１０６の動作事象に適用することにより、各サンプルのピークにおける前縁が特定される。各ピークの後縁は各サンプルに一定の溶出時間を指定することで特定される。各ピークの前縁と後縁は分かっているので、ピーク領域は、各サンプル窓の前縁と後縁との間の質力分析計の信号を積分することで割り出すことができる。サンプルが失われ又は移動面／薄膜から除去され、注入弁１０６が動作しなかった場合は、不動作が記録され、サンプルピーク領域の積分が行われない。

液滴が弁内にあるとき、追加のサンプル準備ステップを行うことができる。分析計に分配する前にサンプルは、塩や他の汚染物質を除去するために、１以上の種類の固定化した不溶解性のレジン、ビーズ、ポリマー、又は表面コーティングがなされたあるいは表面コーティングがなされない状態の分子の基材に供給される。このようなシステムからの汚染の除去は、吸収されずに質量分析計に供給された検体の好ましくない汚染物質を選択的に吸収することにより行われる。本発明の代替的な実施の形態において、サンプルは一定の条件の下に基材に吸着され、他の条件の下では基材から脱着される。洗浄工程は、弁アセンブリーの前、弁アセンブリーの中、弁アセンブリーの後で行われる。

〈圧電分配ユニット〉
図１２は、本発明の他の一実施の形態による、移動面１３１から吸引により分析用サンプルを１３３取り除く圧電ユニットアセンブリー１３５の概略図である。もし必要なら、吸入するサンプル１３３は、ポジションアーム１３４により位置決定される圧電ユニット１３２に吸入される前に、脱塩又は不純物の清浄を行うことができる。次に、分析用サンプル１３３は、圧電ユニット１３２から分配され、例えば質量分析計により分析される。圧電システム１４６は、図１３に示すように、標準的なエレクトロスプレーイオン化法による質量分析計（ＥＳＩ−ＭＳ）において行われる噴霧に類似する非常に小さな液滴１４１の流れとしてサンプル２４３を分配することができる。液滴１４１の流れの空間配置、ＭＳ（質量分析計）入り口の温度、及び流量とシースガスの空間配置を調整することで、十分な溶剤がマイクロ液滴１４１から蒸発し、質量分析計によりイオンの分析を直接行うことができる。

本発明の他の実施の形態として、図１４に描かれた圧電システム１５５に示すように、圧電ユニット１５１は、サンプルをマイクロ液滴１５４の流れとなして質量分析計の入り口オリフィス１５３の入口近くにある面１５２に吹き付ける。面と高速に衝突した後の液滴のしぶきにより発生する噴霧は、ＥＳＩ−ＭＳに類似する。サンプルの流れ１５４が向かう表面は、種々の疎水性又は親水性のコーティングでコートすることができ、その位置と空間配置を最適化することができ、表面に電圧をかけることができ、そして最適なサンプルのイオン化及び質量分析計へ送り込むための噴霧を助けるために表面を加熱することができる。サンプルの流れ１５４の空間配置、入口１５３温度、流量及びシースガスの空間配置もまた最適化される。他の実施の形態によれば、図１５に示すように、圧電ユニット１６１はサンプルをマイクロ液滴１６４の流れとなして質量分析計の入り口オリフィス１６３の入口近くにあるピン又は針１６２に吹き付ける。あるいは、図１６に示すように、圧電ユニット１７１はサンプルをマイクロ液滴１７４の流れとなして質量分析計の入り口オリフィス１７３の入口近くにある細かいメッシュ１７２に吹き付ける。このマイクロ液滴は、この表面に突き当たってさらに噴霧し、現在ほとんどの大気圧化学イオン化法で用いられているのと同様に、なおいっそう細かく分散して噴霧する。質量分析計入り口オリフィスやサンプルの流れに関する針やピンの幾何学的配置及び形は、最大量の噴霧を提供できるように最適化される。針やピンの表面は、種々の疎水性又は親水性のコーティングでコートすることができ、噴霧プロセスを最適化するために、ピンに電圧をかけることができる。さらに、メタンやアンモニアのようなガスを、化学イオン化を実行するために噴霧チャンバーに導入することができる。

本発明の更なる実施の形態として、図１７に示すように圧電ユニット１８６からの液滴の流れ１８５が、方物面鏡１８４の中央に穴を通って質量分析計の入り口オリフィス１８３に向かって吹き付けられるようにすることもできる。レーザー１８１からのレーザー光線が鏡１８４に向かって投射され鏡１８４から、光線が液滴の流れと同一線上になるよう反射される。レーザー１８１の波長は、溶媒を蒸発させることで最適な吸収が得られるように選定され、液滴の流れ１８５とレーザー光線の相互関係を長くすれば低い出力のレーザー１８１を使うことができる。レーザーの出力と波長、及び圧電による液滴分配の特性を最適化することで、液滴１８５から溶媒を完全に蒸発させることができる。サンプルのイオン化は、液滴１８５が通過する金の板でできた方物面鏡１８４に電位を加えることにより達成される。あるいは、大気圧化学イオン化法をサンプルのイオン化に用いてもよい。

〈急速加熱〉
図１８は、本発明の一実施の形態による、噴霧させるためにサンプルを移動面１９２上で高速で加熱するシステム１９４の概略図である。サンプルは、そこから噴霧される細い通路を有する囲まれた空間内１９３で少量のサンプルが急速に過熱されることにより、分析計の入り口オリフィス１９１に向け噴霧される。サンプル容器１９３は、ベルト自身に直接組み込まれてもよく、あるいは、ベルトから別の計器の容器にサンプルを移すようにすることも可能である。サンプル容器１９３出口通路の空間配置と構成は、容器の急速な過熱によりサンプルが膨張して噴霧された霧となって容器から噴出しオリフィスを通るように設計される。この霧は、ＥＳＩ−ＭＳに類似し、質量分析計の入り口オリフィスに導かれる。質量分析計の入り口オリフィス１９１との関連における容器１９３と出口通路の空間配置と形、質量分析計入り口温度、及びシースガスの流量と特性は、噴霧量が最大になるように最適化される。サンプルのイオン化は、噴霧サンプルの近くのメタンやアンモニアのようなガスの分圧を上げこのガスとサンプルをコロナ発生針に導くことにより達成される。この方法は、大気圧化学イオン化法（APCI−MS）において用いられる方法に類似する。

容器の加熱は、容器内のサンプルに対する電気加熱またはレーザー光線の集光のどちらかで実施される。

〈空気または爆発力〉
図１９は、本発明の一実施の形態による、移動面２００５からサンプルを強制的に排出するシステム２００６の概要図である。強制的に容器２００２から排出させられたときサンプルが噴霧され細かい霧となるような空間配置の容器２００２の中に、サンプルが置かれる。もし必要なら、サンプルは、噴霧されるサンプルの量をふやすために細い通路を通って容器から排出されるようにすることができる。容器２００２は移動面２００５に直接組み込んでもよいし、サンプルを移動面２００５から容器２００２を有する別の計器に移すこととしてもよい。容器２００２は、サンプルが容器から排出されたとき、噴霧され直接分析計、例えば質量分析計の入り口オリフィス２００４に向けられるような空間位置に置かれる。容器２００２は、噴霧プロセスが最適になるような形にしてもよい。サンプルは、容器２００２の底から圧力をかける小さな爆発物または空気圧ピストンのどちらかを用いて排出してもよい。質量分析計の入り口オリフィスとの関連における容器２００２と出口通路の空間配置と形、質量分析計入り口２００４温度、及びシースガスの流量と特性は、噴霧量及び質量分析計の信号が要求される量になるように最適化される。サンプルのイオン化は、メタンやアンモニアのようなガスとコロナ発生針に導く、APCI−MSに類似する方法を用いることにより達成される。

〈振動〉
図２０は、本発明の一実施の形態による、移動面２１０１上で噴霧させるためにサンプルを高速で振動させるシステム２１０６の概略図である。薄い表面２１０１上に置かれた液体のサンプル２１０４は表面２１０１の高速な振動により噴霧される。このサンプルが置かれる表面２１０１は、移動面自身のような薄いフイルムでよく、代替的に、サンプルを表面コーティング、細い柔軟な帯、またはピンや針の先を具備する薄いフイルムのような適当な表面に移すことができる。サンプル２１０４の高速な振動は、レーザーパルスをサンプル２１０４の近くの表面に集光させること又はサンプルが置かれた表面の裏側に集光させることで行うことができる。あるいは、超音波または高速な機械的システムを使った音波システムを、振動を発生させるために用いることができる。サンプルはまた、図２１に示すように、サンプル２２０４が乗せられた検出器を前後に高速に動かす交流２２０１を用いて振動させてもよい。本実施形態において、振動装置２２０６は、原子間力顕微鏡（ＡＦＭ）による検出装置と類似し、サンプルはＡＦＭに類似する検出器の先端に載せられ、検出器が高速に振動することによってこのサンプルの噴霧が行われる。本発明の種々の実施形態によれば、サンプルが置かれる表面は親水性又は疎水性のもので作ることができ、質量分析計入り口２１０３，２２０３の温度、空間配置、及びシースガスの流量は、最適なサンプルの噴霧量になるように最適化される。さらに、サンプルが置かれる表面に、質量分析計とのインターフェースのために最適な霧の形成を助けるために電圧を加えてもよい。もし必要なら、サンプルのイオン化を、ＡＰＣＩ−ＭＳに類似するメタンやアンモニアのような化学イオン化ガスとコロナ発生針２１０２，２２０５を用いて形成してもよい。

〈停止液滴の使用〉
従来の低速選別システムは、雰囲気チャンバー、遅延ライン、及び／又は、培養チャンバーが使われないときでも、反応処理が許される時間量を制御するために、停止溶液を必要とする。停止溶液の選択が難しいかもしれないので厳しい試薬を酵素又は細胞を不活性にするためにしばしば必要となり、試薬が検体を劣化又は分析を妨げるかもしれず、その結果さらに生成することで阻害成分を取り除く必要がでてくる。本発明の様々な実施の形態によれば、各液滴は実質的に連続して動いている表面上に置かれ、試薬と結合し、分析前に長時間処理しすぎることにより結果として生じる反応を防止するために、十分な速度で分析を行う。従って、分析された液滴に停止溶液を加える必要はない。

例えば、揮発性緩衝液のみを使って質量分析計に液滴を供給したときは、本発明の上述の実施の形態に記載した通り、処理速度は、自動化された注入装置における処理速度にのみ制限される。従来の質量分析選別システムにおいて典型的に必要であり、質量分析計に各液滴を連続的に供給することを遅らせていた脱塩及び／又は精製処理を行わないことで節約された時間により、移動面を介して液滴を移送する速度とあいまって、停止溶液を入れる必要性がなくなる。

脱塩又は他の精製処理を使う場合は、精製により反応が止まる。従来のＬＣ−ＭＳ技術によれば、分離時間が分単位なので、分析前に検体のほとんどの反応が完了し、反応速度分析における有用な情報を破壊することを防止するために停止溶液を必要とする。

〈高速選別ソフトウエア構成〉
本発明の一実施の形態によれば、図２２に示すように、高速選別システムの構成は、従属的な仕事を指向する要素と従属的な仕事の調整を運用する監督要素の、概念的に２つの基本的な階層に分割することができる。図２２に、システム構成要素の関係が要素間のデータの流れを示す線で示されている。各要素は、必要とされる処理を別々に処理する一つの実施又は完全に別の処理を独立に行う。このことは、システムの柔軟性と信頼性を際立たせるために強調される重要な特徴である。例えば、このシステムは、実時間処理による複雑性とコストを必要とするような実時間処理要求を含まない他のシステム要素に負担をかけることなく、必要とされる実時間処理計算のアプリケーションのプラットフォームを選択することができる。

この構成は、すばやくスムーズな新しいあるいは再構成した電子機械的システム構成移行を可能とし、同時に全体としてシステムをサブシステムのデザインを変更することにより影響されないので、高速処理システムの機能的な能力と柔軟性を最適化する。加えて、この構成は、機能の進行状況を監視して監視層に報告する独立の機能領域に種々のシステムの特徴を集約することによりシステムの信頼性を高めている。従って監視層は、不要な情報により負担がかけられることなく下位層からの報告を基準にして、システム全体の運転を調整することができる。各層は、要求された堅牢で決定論的な振る舞いを行う明確な状態と変移を持った、概念的に有限状態機械となる。このような分離により、低レベルのサブシステムで起ったエラーがプロセス全体の効率を損なうことがないのでシステムの信頼性が向上する。監視層はこのような不具合を監視し種々の修正動作を行い、非常に極端な場合は、適切な状態報告が人間の運転員のために作成され、運転が的確に停止される。

システムの要素は、コンベアベルト、サンプル、基材及び試薬分配ステーション、マイクロタイタープレート操作システム、分析計インターフェース、分析計制御システム、サンプル情報データベース、液滴追跡システム、監視システム、及びユーザーインターフェースからなる。各要素を例示すると下記の通りとなる。

コンベアベルトは、規則正しい歯車のついた細長いタイミングベルト、プーリーと張力エレメントとからなるシステム、駆動装置としてのステッパ−モーター、及びフィードバック用ロータリーエンコーダーを具備する。ベルトはシステムが運転中は定速度を維持するよう命令される。エンコーダーは遊動輪側プーリーに設置され、ベルトの動作状態フィードバックを伝える。このエンコーダーを使うことでベルトの速さが正確に記録され、ベルトの故障や停止が検出され、システム内の各液滴位置が追跡され得る。ベルトの動きを追跡するロータリーエンコーダーは、処理システムにおける処理を完成させる様々なサブシステムの同期のための一次的な信号源として機能する。与えられた液滴に対する操作を行う、制御されるどの２つのシステム要素間のベルトに沿った計測長さも固定されているので、ベルトエンコーダーは、このような運転を始動させる方法として最も正確で信頼性があり、本発明の好ましい実施形態において、第１のシステムの同期方法として機能する。

サンプルライブラリー分配ステーションは、各軸における正確な位置決めを確実なものにするために高分解能のリニアエンコーダーを具備したマイクロステッパーモーターにより駆動される多軸位置決めシステムを具備することができる。分配ステーションは、マイクロ注入器の列を、分析用サンプルを載せたマイクロタイタープレートの方に動かし、マイクロ注入器の列を使って一定体積のサンプルを吸い取り、最後に移動しているベルトの表面上に分配する。サンプル分配ステーションは、サンプルをマイクロタイタープレートの特定のウエルから取り出しそれをコンベアベルトに置くことで要求される液滴処理の速さを保つために必要とされる。

基材及び試薬分配ステーションは、これらの流体を分配するためのマイクロバルブと液滴検出システムを具備することができる。これらのステーションは、サンプル液滴が到着するのを待ち、このサンプル液滴は、光、静電容量、又は電磁による検出器を用いて直接検出され、バルブはサンプル液滴に試薬や反応液を添加するよう動作する。サンプル分配ステーションにより配置された特定の液滴の存在はこのように確認され失われた液滴については報告される。本発明の一実施の形態において、試薬添加バルブは、ベルトの開始点に置かれ、ベルトエンコーダーからの信号に従い、通常の間隔で液滴を滴下する。このことは、システムの適切な運転上重要な、液滴がベルト上での正確な間隔を保つことを確実なものとするであろう。

マイクロタイタープレート操作システムは、審査されるべきサンプルのプレートを分配ステーションに供給し、不要となったプレートを取り去るプレート検索及び積み重ねロボットシステムを具備する。このようなシステムはソフトウエアで制御されよう。加えて、もしプレートがバーコードを備えていたなら、バーコードスキャナーをプレート操作装置に装備し、自動的なプレートの識別に用いてもよい。

分析計インターフェースシステムは、液滴検出器及びサンプルを分析計に導く多ポート流体用バルブを具備する。液滴検出器は多ポート流体用バルブ入力チューブの前方で液滴の存在を検出する。液滴がチューブオリフィスの下にあるベルトにより移動した後、バルブは、コンピュータからの信号により動作し、液滴は負圧になったチューブに吸い込まれる。コンピュータからの二度目の信号によりバルブが動作し、液滴は分析計の入力に注入される。

分析計コントロールシステムは、運転中に分析を行う機能と共に、処理システムと分析計とのすべての通信を調整する手順も具備する。この処理は、適切に与えられたサンプル液滴を分析計に供給し、装置によるデータの生成方法及び記録方法を設定するために生じる。手順の変更には、装置の感度又は、例えばスキャンの結果を記録した一連のデータファイルの生成の変更を含んでもよい。

サンプル情報データベースは、液滴を一意的に識別するよう区分された審査データが、分析のため記録される各審査工程のために作られる。記録されるであろう情報の例として、ライブラリ内の合成物、添加する試薬と反応剤、及び分析結果についての化学的な情報を含む。

本発明の様々な実施形態において、監視タスクは、オペレータインターフェースから高水準の命令を受けて自動審査処理を運用する。監視タスクは、ベルトタスク、又は分配制御タスクの起動停止の責務を負い、これらのタスクに現在の状況を問い掛けるので、このような他のシステムタスクの実行を制御してもよい。各サブタスクには、監視タスクにより制御される有限な数の実行可能な状態があり得る。高速選別の全体の状態を記述する単純な表が監視タスクにより保持され、ある規則的な間隔でサブタスクに問い掛けることにより更新される。監視タスクにより運用される各サブタスクは、監視タスクの全体状態一覧表の情報源として機能する、監視タスクから何らかの方法でアクセス可能な、データ構造を保持する。監視タスクにより保持された全体状態一覧表の内容により、今度は、それで行うべき制御動作が指示される。各サブタスクに対する問い掛けの後、監視タスクは、新たな情報を検討し、もし新たな情報からそのように指示されれば、反射的に応答する。例えば、問い掛けの後、ベルトサブタスクの状態は、ベルトが何らかの理由で動かなくなっていることを示しているとする。この状態は、ベルトエンコーダーの増加がなくなったことで発見され、ベルトタスクにより検出され、そしてベルトタスクの状態は適切に更新される。致命的な故障状態は監視タスクによりプログラムされた応答を引き起こし、制御された即座の分析処理のシャットダウンとユーザーインターフェースに対するアラームメッセージの作成とをもたらす。

液滴がシステムを通過するときの正確な識別と特定のサンプル液滴の追跡は、高速選別システムに都合よく組み込まれている。この液滴追跡システムは、液滴がシステムを通過するときにすべての液滴の位置を追跡し、定期的に一定の程度で更新するデータ構造を保持する運転時間データベースを具備する。この追跡に基づき、特定の液滴についての情報は、転送され、そして、ベルトに載って特定の液滴が特定の位置にきたときある操作を行うシステム要素に対するトリガーとしての役割を果たす。例えば、液滴追跡装置は、特定の液滴を予期し、試薬を液滴に添加するのみならずその検出と液滴の照合を行うために分配タスクにトリガーを与える責務を負うことができる。

図２３は、本発明の一実施の形態による、どのように液滴が追跡されるかの例を示すフローチャートである。システムが起動したとき、オペレータは、ステップ２４０１における検査において、サンプルを含むマイクロタイタープレートについて分析されるべきデータを、提供する。様々な実施形態において、各プレートは一意的なＩＤを持ち各プレート上のウエルは一意的なアドレスを持つ。例えば数３４４５−７−８は、３４４５番目のプレートにおけるウエルの７列目の８番目のコラムからの液滴であることを一意的に特定する。マイクロタイタープレートにはバーコードステッカーが張り付けられていてもよく、自動的に各プレートを識別するためにバーコードリーダーが処理システムに組み込まれてもよい。

マイクロタイタープレート操作サブシステムは、回収しサンプル分配システムに特定のプレートを提供するよう命令される２４０２。１度これが実行されると、ステップ２４０３にて、分配ステーションは、プレートから特定の列のサンプルが取り出しベルトに置くよう命じられ、そして、ステップ２４０４にて、ロータリーエンコーダーのような位置検出器により報告されたとき、ベルト上の液滴の確かな位置が記録される。このように、ベルト上の各液滴の位置が得られ、ランダムアクセスメモリーに保存される。ステップ２４０５にて、特定の液滴は、システムを通過するとき液滴検出器を用いて追跡される。液滴検出器は位置検出器との相対位置が分かる位置に置かれる。ステップ２４０６にて、液滴検出器によって検出された特定の液滴の位置は、位置検出器によって特定された各液滴の必要移動距離と照合することができる。もし検出器が待っていた液滴の記録に失敗したら、この失敗は監視層にて記録されこの液滴はデータ追跡システムにおいて適当に目印がつけられる。液滴検出器は、例えば、基材及び反応剤ステーションに置いてもよい。さらに、この検出と記録処理は、分析インターフェースにおいてもまた繰り返してもよい。類似の液滴検出器が、液滴が分析計に送り込まれたとき、特定のそして一意的に識別された液滴の存在を照合することができる。ベルト位置検出装置（ロータリーエンコーダー）と、３台の液滴検出器を組み合わせることによって、冗長性を持たせた液滴追跡照合システムを提供することができる。分析計から取り出されたデータは、分析計インターフェースを介して分析計に導入された各液滴のベルト位置を記録することにより処理サブシステムに記録された液滴追跡データと関連付けられる。

さらに、分析過程で発生するかもしれないエラーの追跡デバッグに役立たせるために、既知の分析計の特性をもった反応剤を、各マイクロタイタープレートの既知の位置に挿入してもよい。例えば、抑制剤の選別においては、マイクロタイタープレートのいくつかのウエルには、抑制剤が含まれていないか又は検査中の酵素に関する既知の抑制剤が含まれているであろう。このような既知の場合の計測は、流体の扱い又は液滴追跡サブシステムにおけるエラーの検出に役立つ。

本発明の一実施の形態によれば、ユーザーインターフェースは、ウインドウズを基盤としたオペレーションシステムを走らせた通常のデスクトップにおけるオペレータに表示されたグラフィカルインターフェースとすることができる。或いは、ユーザーインターフェースは、コマンドラインベースのオペレーションシステムとしてもよい。インターフェースは、検査工程の構成を、ある場合には１０時間以上に及ぶものとしてよい。このことを達成するためにインターフェースは、ユーザー／オペレータに、取り込み処理するマイクロタイタープレートの数、プレートから取り込み検査システムに入力したプレートのどの列のサンプルなのか、作成すべきデータファイルの名前、及びサンプル毎プレート毎の精度を明示することを含む分析計の構成の設定、を含むがこれに限定されない種々のデータをシステムに入力させなければならない。

代替的な実施の形態においては、ここで公開された方法は、コンピュータシステムに用いるコンピュータプログラム製品として実施してもよい。このような実施には、コンピュータにより読み込み可能な媒体（例えば、ディスケット、ＣＤ−ＲＯＭ、ＲＯＭ、固定ディスク）のような具体的な媒体に記載した一連のコンピュータ操作手順書、又は、媒体を介して接続された通信アダプターのようなモデムや他のインターフェース装置を介して、コンピュータに伝送可能な一連のコンピュータ操作手順書が含まれる。媒体は、具体的な媒体（例えば、光学又はアナログ通信線）又は、無線技術（例えば、マイクロウエーブ、赤外線、又は他の通信技術）のどちらでもよい。一連のコンピュータ手順書は、先に記載されたシステムに関する機能のすべて又は一部を具体化する。この技術分野に精通しているものであれば、このようなコンピュータ操作手順は多くのコンピュータ構成又はオペレーティングシステムに用いられる多数のプログラム言語で記述できることを理解するに違いない。さらに、このような操作手順は、半導体、磁気、光学、又は他の記憶装置のような記憶装置に保存することができ、光、赤外線、マイクロウエーブ、又は他の通信技術のような通信技術を用いて、伝送することができる。このようなコンピュータプログラム製品は、印刷又は電子化された書類（例えば、パッケージソフト）、コンピュータにあらかじめロードされて（例えば、システムＲＯＭ又は固定ディスク）、或いはサーバー又はネットワークを通じた電子掲示板（例えばインターネット又はワールドワイドウエブ）と一緒に、リムバブルメディアとして配布してもよい。

本発明の様々な実施の形態の例を開示したが、本技術分野における当業者にとって、本発明の技術的範囲から逸脱することなしに本発明の利点を実行できるような変更や修正が可能であることは明らかである。これらの及び他の明らかな変更は以下の請求の範囲に含まれるものである

本発明についての前述の特徴は、以下の図面を参照し、説明を参照することでさらに容易に理解できるであろう。
本発明の一実施の形態による高速選別システムの概略図である。 本発明の一実施の形態による、貫通孔が付属する、巻きつけタイプの概略図である。 本発明の一実施の形態による、貫通孔を通してテープに分配するシステムの概略図である。 本発明の一実施の形態による、流体をピンの配列から貫通孔を通して巻きつけられたテープに移転させるシステムの概略図である。 本発明の一実施の形態による注入バンクの正面概略図である。 本発明の一実施の形態による注入バンクの側面概略図である。 本発明の一実施の形態による注入バンクの平面概略図である。 本発明の一実施の形態による移動面上の液滴に対する加湿の仕組みを示した概略図である。 本発明の一実施の形態による、移動面から吸引により分析用サンプルを取り除くバルブアセンブリーの概略図である。 本発明の一実施の形態による、サンプルが吸い込まれるときの図１０におけるバルブアセンブリーの概略図である。 本発明の一実施の形態による、サンプルが質量分析に供されるときの図１０におけるバルブアセンブリーの概略図である。 本発明の一実施の形態による、移動面から吸引により分析用サンプルを取り除く圧電ユニットアセンブリーの概略図である。 本発明の一実施の形態による、微小な液滴の流れ中のサンプルを質量分析計に向かって分配する圧電ユニットアセンブリーの概略図である。 本発明の一実施の形態による、微小な液滴の流れを形成するサンプルを質量分析計の入り口面に隣接する面に向かって分配する圧電ユニットアセンブリーの概略図である。 本発明の一実施の形態による、鋭いピン又は針の先端において微小な液滴の高速な流れを形成するサンプルを、質量分析計の入り口に向かって分配する圧電ユニットアセンブリーの概略図である。 本発明の一実施の形態による、細かいメッシュにおいて微小な液滴の高速な流れを形成するサンプルを、質量分析計の入り口に向かって分配する圧電ユニットアセンブリーの概略図である。 本発明の一実施の形態による、レーザーからの光線と軸を同じくする微小な液滴の高速な流れを放物面鏡の穴部分において形成するサンプルを、質量分析計の入り口に向かって分配する圧電アセンブリーの概略図である。 本発明の一実施の形態による、移動面上で噴霧させるためにサンプルを高速で加熱するシステムの概略図である。 本発明の一実施の形態による、移動面からサンプルを強制的に排出するシステムの概要図である。 本発明の一実施の形態による、移動面上で噴霧させるためにサンプルを高速で振動させるシステムの概略図である。 本発明の一実施の形態による、移動面上で噴霧させるためにサンプルを、振動プローブを使って高速で振動させるシステムの概略図である。 本発明の一実施の形態による高速選別システム構成のブロックダイアグラムである。 本発明の一実施の形態による、液滴を追跡するためのフローチャートである。 本発明の一実施の形態による、ＨＴＳ期間にアンモニウムアセテートにより実施されたα‐キモトリプシン測定のグラフである。 本発明の一実施の形態による、ＨＴＳ期間にアンモニウムアセテートにより実施された１５‐リポオキシゲナーゼ測定のグラフである。

Claims (85)

1. 流体サンプルの高速選別のためのシステムであって、
   サンプル吸引チューブと、
   注入弁とを具備し、
   前記注入弁は、減圧した圧力を第１の流体源と第２の流体源に交互に加えることができ、各々の場合において、前記サンプル吸引チューブを介して、前記第１の流体源へはサンプルループにサンプルを満たすために、前記第２の流体源へは前記吸引チューブを洗い流すために減圧した圧力が加えられることを特徴とするシステム。
2. 前記第１の流体源から吸引された過剰流体と前記第２の流体源から吸引された全ての流体とを捕捉するため、前記注入弁と連通するインライントラップを具備することを特徴とする、請求項１に記載のシステム。
3. インライントラップは、減圧した領域と前記注入弁との間に接続されること特徴とする、請求項２に記載のシステム。
4. さらに前記注入弁と連通する流体回路を具備し、前記流体回路は前記注入弁を介して前記サンプルループからサンプルを受け取ることを特徴とする、請求項１に記載のシステム。
5. 前記流体回路は、前記サンプルの特性を計測するための分析計を具備すること特徴とする、請求項４に記載のシステム。
6. 前記分析計はクロマトグラフィーコラムを具備することを特徴とする、請求項５に記載のシステム。
7. 前記分析計は質量分析計を具備することを特徴とする、請求項５に記載のシステム。
8. さらに前記サンプル吸引チューブに関する複数の液滴を移動させるための移動面を具備し、各液滴は、前記第１の流体又は前記第２の流体の内の１つを具備し、各液滴は前記サンプル吸引チューブにより吸引されることを特徴とする、請求項１に記載のシステム。
9. 前記サンプル吸引チューブは、大地に対して相対的に決まった位置に固定されていることを特徴とする、請求項８に記載のシステム。
10. 前記移動面はスプロケットにかみ合わせる歯により特徴づけられるタイミングベルトであることを特徴とする、請求項８に記載のシステム。
11. 前記移動面は、前記移動面より大きな強度を持つことを特徴とする材料により強化されたことを特徴とする、請求項８に記載のシステム。
12. 前記材料は、ガラス、アラミド、及び鉄からなる材料のグループから選択されたことを特徴とする、請求項１１に記載のシステム。
13. さらに前記移動面に張り付けられた薄膜を具備し、前記液滴が前記薄膜上に置かれることを特徴とする、請求項８に記載のシステム。
14. 流体サンプルの高速選別のためのシステムであって、
    サンプル吸引チューブと、
    注入弁と、
    前記注入弁と連通するサンプルループと、
    前記注入弁と連通する流体回路であって、該流体回路は前記サンプルループから前記注入弁を経由してサンプルを受け取る、流体回路と、
    減圧した領域と前記注入弁との間に接続したインライントラップであって、前記注入弁は、前記サンプル吸引チューブに減圧した圧力を実質的に連続して加えることを特徴とする、インライントラップと、
    を具備するシステム。
15. 前記注入弁は、前記減圧した圧力を第１の流体源と第２の流体源に交互に加えることができ、各々の場合において、前記サンプル吸引チューブを介して、前記第１の流体源へは前記サンプルループにサンプルを満たすために、前記第２の流体源へは前記吸引チューブを洗い流すために減圧した圧力が加えられることを特徴とする、請求項１４に記載のシステム。
16. 前記流体回路は分析計を具備すること特徴とする、請求項１４に記載のシステム。
17. 前記分析計は、質量分析計又はクロマトグラフィーコラムのどちらか１つであることを特徴とする、請求項１６に記載のシステム。
18. 流体サンプルの高速選別のためのシステムであって、
    サンプル吸引チューブと、
    サンプルループを有する注入弁であって、該注入弁は第１の位置と第２の位置とを有することを特徴とする注入弁と、
    減圧した圧力源と注入弁との間に接続されるインライントラップであって、前記注入弁が第１の位置にあるとき、前記サンプル吸引チューブは第１の流体を前記サンプルループに吸引するために負圧源に接続され、前記インライントラップは吸入された過剰流体を捕捉し、前記注入弁が第２の位置にあるとき、前記サンプル吸引チューブは前記第２の流体を吸引するために前記負圧源に接続され、前記インライントラップは第２の流体を捕捉することを特徴とする、インライントラップと、
    を具備するシステム。
19. 前記第２の流体は洗浄溶液であることを特徴とする、請求項１８に記載のシステム。
20. さらに流体回路を具備し、前記注入弁が第２の位置にあるとき、前記サンプルループは前記サンプルループ内の前記第１の流体を前記流体回路に転送するために加圧した圧力に接続されることを特徴とする、請求項１８に記載のシステム。
21. 前記流体回路は質量分析計又はクロマトグラフィーコラムのどちらか１つを具備することを特徴とする、請求項２０に記載のシステム。
22. 複数の液滴を高速選別するためのシステムであって、
    移動面と、
    前記移動面に接着したテープと、
    前記テープの表面上に各液滴を分配するための分配装置と、
    混合、希釈、濃縮、加熱、冷却、湿潤、選別、及び分析からなる動作のグループから１以上の動作を少なくとも１つの液滴に対して行う手段を具備し、前記移動面は湾曲のある経路を通り、移動面が湾曲部を通っている間前記テープは破れないよう伸張し、前記移動面が湾曲部を通り過ぎた後移動面に接着し続けるよう前記テープは縮まることを特徴とする、システム。
23. さらに前記移動面が通過する少なくとも１つのプーリーを具備し、移動面が前記プーリーを通っている間前記テープは破れないよう伸張し、前記移動面が前記プーリーを通り過ぎた後前記移動面に接着し続けるよう前記テープは縮まることを特徴とする、請求項２２に記載のシステム。
24. 前記湾曲は半径が０．５ｃｍと５ｃｍの間であることを特徴とする、請求項２２に記載のシステム。
25. 前記移動面はスプロケットにかみ合わせる歯により特徴づけられるタイミングベルトであることを特徴とする、請求項２２に記載のシステム。
26. 前記移動面は、ゴム、ポリウレタン、又は積層した合成物からなる材料のグループから選択されることを特徴とする、請求項２２に記載のシステム。
27. 前記テープは前記テープを前記移動面に接着させるための粘着剤を具備し、前記粘着剤は０℃から９５℃の間の温度でガスを放出しないことを特徴とする、請求項２２に記載のシステム。
28. 前記粘着剤はアクリル系接着剤であることを特徴とする、請求項２７に記載のシステム。
29. 前記テープの表面は界面エネルギーが３１ｄｙｎ／ｃｍ未満であることを特徴とする、請求項２２に記載のシステム。
30. 前記テープの表面は界面エネルギーが４４ｄｙｎ／ｃｍ以上であることを特徴とする、請求項２２に記載のシステム。
31. 前記テープの表面は、テフロン、ポリエチレン、又はポリエステルの内の１つを有することを特徴とする、請求項２２に記載のシステム。
32. さらに、前記テープに帯電した静電気を除去するために帯電防止ガン又はイオナイザーの内の１つを具備することを特徴とする、請求項２２に記載のシステム。
33. 複数の液滴を高速選別するためのシステムであって、
    組み込み材料により強化された移動面であって、前記移動面は前記組み込み材料のない移動面より大きな強度を持つ移動面と、
    前記移動面に接着されたテープと、
    前記テープの表面に各液滴を分配する分配装置と、
    混合、希釈、濃縮、加熱、冷却、湿潤、選別、及び分析からなる動作のグループから１以上の動作を少なくとも１つの液滴に対して行う手段と、
    を具備するシステム。
34. 前記組み込み材料は、ガラス、アラミド、及び鉄からなる材料のグループから選択されたことを特徴とする、請求項３３に記載のシステム。
35. さらに、前記テープに帯電した静電気を除去するために帯電防止ガン又はイオナイザーの内の１つを具備することを特徴とする、請求項３３に記載のシステム。
36. 前記テープは前記テープを前記移動面に接着させるための粘着剤を具備し、前記粘着剤は０℃から９５℃の間の温度でガスを放出しないことを特徴とする、請求項３３に記載のシステム。
37. 複数の液滴を高速選別するためのシステムであって、
    移動面と、
    前記テープの表面に各液滴を分配する分配装置と、
    前記液滴の少なくとも１つに試薬を注入する注射針であって、該注射針は親水性のコーティングによりコーティングされていることを特徴とする注射針と、
    混合、希釈、濃縮、加熱、冷却、湿潤、選別、及び分析からなる動作のグループから１以上の動作を少なくとも１つの液滴に対して行う手段と、
    を具備するシステム。
38. 親水性のコーティングは、テフロン、パリーネ、またはフロロペルのグループから選択されることを特徴とする、請求項３７に記載のシステム。
39. 前記試薬を注入する前に液滴に針を突き刺すように注射針を制御する制御装置をさらに具備することをと特徴とする、請求項３７に記載のシステム。
40. 前記制御装置は、移動面により液滴が動いている間に注射針を液滴の前縁に突き刺すように注射針を制御する、請求項３９に記載のシステム。
41. 前記移動面は所定の経路を移動し、前記試薬は前記経路における固定された位置で注入されることを特徴とする、請求項４０に記載のシステム。
42. 前記試薬を注入した後、前記液滴の後縁が前記固定された位置を通過する前に前記制御装置は前記注射器を取り去るよう前記注射器を制御することを特徴とする、請求項４１に記載のシステム。
43. 複数の液滴を高速選別するためのシステムであって、
    前記複数の液滴を移動させる移動面と、
    前記移動面に、流体を分配する少なくとも１つの分配装置と、
    前記少なくとも１つの分配装置を校正するための制御装置と、
    混合、希釈、濃縮、加熱、冷却、湿潤、選別、及び分析からなる動作のグループから１以上の動作を各液滴に対して行う手段と、
    を具備するシステム。
44. 前記少なくとも１つの分配装置は、流体を分配するために圧力パルスを加える電磁弁であることを特徴とする、請求項４３に記載のシステム。
45. 前記少なくとも１つの分配装置は、前記移動面に前記複数の液滴を分配することを特徴とする、請求項４３に記載のシステム。
46. 前記少なくとも１つの分配装置は、１以上の前記液滴に試薬を注入することを特徴とする、請求項４３に記載のシステム。
47. 前記制御装置はフィードバックループを具備し、該フィードバックループは、前記移動面上の１以上の液滴の大きさを検出するための少なくとも１つのセンサーを有することを特徴とする、請求項４３に記載のシステム。
48. 前記少なくとも１つのセンサーは光学的センサーであることを特徴とする請求項４７に記載のシステム。
49. 前記制御装置は、前記少なくとも１つの分配装置の、圧力パルス長さ、圧力パルス数、及び開口の大きさからなるパラメータのグループの中から少なくとも１つのパラメータを調整することを特徴とする、請求項４３に記載のシステム。
50. 高速選別システムに質量分析のサンプルのピークを組み込む方法であって、前記高速選別システムは、動作したとき、提供された洗浄溶液の実質的に連続的な流れの中に流体サンプルを注入し流体回路を介して質量分析計に入力させる注入弁を具備し、前記方法は、
    前記注入弁の動作時間を記録するステップと、
    前記動作時間にあらかじめ定めた時間遅れを加えることにより、サンプルピークの前縁を計算するステップと、
    前記サンプルピークの前縁にあらかじめ定めた持続時間を加えることにより、サンプルピークの後縁を計算するステップと、
    前記質量分析計からのサンプルピークの前縁と後縁との間における出力信号を組み込むステップと、
    を具備する方法。
51. あらかじめ定めた時間遅れを決定するステップであって、さらに、
    注入弁を動作させることにより、流体回路に供給された洗浄溶液の実質的に連続的な流れの中に流体サンプルを注入するステップであって、前記洗浄溶液は関連する洗浄溶液の分光計信号と関連付けられ、前記溶液は前記洗浄溶液の分光計信号から認識できる関連する溶液の質量分析計信号と関連付けられていることを特徴とする、ステップと、
    前記注入弁の動作の後、前記質量分析計の出力において前記溶液の質量分析計信号を受信するまでにどれだけの時間が経過したかを観測するステップと、
    を少なくとも一部は具備する、請求項５０に記載の方法。
52. 前記質量分析計の出力において前記溶液の質量分析計信号が観測される時間を観測することによりあらかじめ定めた時間遅れを決定するステップを具備する、請求項５１に記載の方法。
53. 流体サンプルを高速選別するための方法であって、
    注入弁を介してサンプル吸引チューブに減圧した圧力を加えるステップと、
    前記サンプル吸引チューブを介して第１の流体と第２の流体とを交互に吸引するステップであって、第１の流体はサンプルでサンプルループを満たすものであり、第２の流体はサンプル吸引チューブを洗い流すためのものである、ステップと、
    第１の流体源から吸引された余剰流体と第２の流体源から吸引された全ての流体とをインライントラップにて捕捉するステップと、
    を具備する方法。
54. 前記サンプル吸引チューブに減圧した圧力を加えるステップには、前記減圧した圧力を実質的に連続して前記サンプル吸引チューブに加えるステップが含まれる、請求項５３に記載の方法。
55. 各サンプルを流体回路に送り込むために、前記注入弁を介して加圧した圧力を前記サンプルループに加えるステップ、
    をさらに具備する請求項５３に記載の方法。
56. 前記流体回路により受け取られた各サンプルの特性を分析するステップ、
    をさらに具備する請求項５５に記載の方法。
57. 分析するステップには、質量分析又はクロマトグラフィーの内の少なくともいずれか１つを行うこが含まれることを特徴とする、請求項５６に記載の方法。
58. 加圧した領域と前記注入弁との間に洗浄溶液が接続され、さらに、
    前記注入弁を介して洗浄溶液の流れを流体回路に送るステップと、
    前記洗浄溶液が前記サンプルループを洗い流し、前記流体回路が交互に前記サンプル及び前記洗浄溶液のうちの１つを受け取るように、前記注入弁を動作させることで前記サンプルループを前記洗浄溶液の流れに注入するステップと、
    を具備することを特徴とする、請求項５５に記載の方法。
59. 前記流体回路から受け取った前記サンプルの特性を分析するステップ、
    をさらに具備する請求項５８に記載の方法。
60. 分析するステップには、質量分析又はクロマトグラフィーの内の少なくともいずれか１つを行うことが含まれることを特徴とする、請求項５９に記載の方法。
61. 前記サンプル吸引チューブに関する複数の液滴を動かすステップであって、各液滴は交互に第１の流体と第２の流体となり、各液滴はサンプル吸引チューブにより吸引されることを特徴とする、ステップをさらに具備する請求項５３に記載の方法。
62. 複数の液滴を高速選別するための方法であって、
    移動面に各液滴を分配するステップと、
    親水性のコーティングによりコーティングされた注射針を用いて少なくとも１つの前記液滴に試薬を注入するステップと、
    混合、希釈、濃縮、加熱、冷却、湿潤、選別、及び分析からなる動作のグループから１以上の動作を少なくとも１つの液滴に対して行うステップと、
    を具備する方法。
63. 前記試薬を注入するステップには、
    注射針を前記液滴に突き刺すステップと、
    前記液滴に前記試薬を注入するステップと、
    前記注射針を引き抜くステップと、
    が含まれることを特徴とする、請求項６２に記載の方法。
64. 前記移動面は経路に沿って移動し、前記試薬を注入するステップには、前記経路に沿って固定された位置で前記試薬を注入するステップが含まれることを特徴とする、請求項６３に記載の方法。
65. 前記試薬を注入するステップには、
    前記液滴が前記移動面により移動している間に前記液滴の前縁に前記注射針を突き入れるステップと、
    前記液滴に前記試薬を注入するステップと、
    前記液滴が注射針を通り過ぎる前に前記液滴から前記注射針を引き抜くステップと、
    が含まれることを特徴とする、請求項６４に記載の方法。
66. 複数の液滴を高速選別するための方法であって、
    各液滴を移動面に分配するステップと、
    前記移動面上の少なくとも１つの液滴の特性を計測するステップと、
    前記特性の少なくとも一部に基づいて少なくとも１つの分配装置を校正するステップと、
    混合、希釈、濃縮、加熱、冷却、湿潤、選別、及び分析からなる動作のグループから１以上の動作を少なくとも１つの液滴に対して行うステップと、
    を具備する方法。
67. 校正するステップには、圧力パルス長さ、圧力パルス数、及び開口の大きさのパラメータのグループの中から少なくとも１つのパラメータを調整するステップが含まれることを特徴とする、請求項６６に記載の方法。
68. 前記液滴の特性を計測するステップには、光学的イメージにより計測するステップが含まれることを特徴とする、請求項６６に記載の方法。
69. さらに計測された前記特性の移動平均を計算するステップを含み、校正するステップには、前記移動平均とあらかじめ定めた値との比較が含まれることを特徴とする、請求項６６に記載の方法。
70. 前記計測するステップには、前記特性の分散、前記特性の標準偏差、及び前記特性の標準誤差の内の１つがあらかじめ定めた値以下に下がるまで多数の液滴の特性を計測することが含まれることを特徴とする、請求項６６に記載の方法。
71. 少なくとも１つの液滴の特性を計測するステップには、少なくとも１つの液滴の大きさを計測するステップが含まれることを特徴とする、請求項６６に記載の方法。
72. 複数の液滴を高速選別するための方法であって、
    各液滴を移動面に分配するステップと、
    揮発性緩衝液を前記少なくとも１つの液滴に加えるステップと、
    各液滴の少なくとも１つの特性を質量分析計により分析するステップと、
    を具備し、前記液滴に加えられた前記緩衝液は揮発成分のみからなることを特徴とする方法。
73. 分析するステップの前に前記液滴に脱塩処理を行わないことを特徴とする、請求項７２に記載の方法。
74. 前記揮発性緩衝液には、ギ酸アンモニウム、酢酸アンモニウム、炭酸アンモニウム、及び重炭酸酸アンモニウムの内の少なくとも１つが含まれることを特徴とする、請求項７２に記載の方法。
75. 分析するステップには、２秒毎に１個の割合で液滴を入力するより速く、各液滴を前記質量分析計に入力するステップが含まれることを特徴とする、請求項７２に記載の方法。
76. 分析するステップには、実質的に１秒毎に１個の割合で各液滴を前記質量分析計に入力するステップが含まれることを特徴とする、請求項７２に記載の方法。
77. 各液滴に蟻酸、酢酸、プロピオン酸、水酸化アンモニウム、及び、トリエチルアミンのうちの少なくとも１つを加えることにより各液滴のｐＨを調整するステップをさらに具備する、請求項７２に記載の方法。
78. 複数の液滴を高速選別するための方法であって、
    揮発性緩衝液を各サンプルに加えるステップと、
    各サンプルを質量分析計に入力に入力するステップとを具備し、前記サンプルに加えられた前記緩衝液は揮発成分のみからなることを特徴とする方法。
79. 前記サンプルを前記質量分析計に入力する前に前記サンプルに脱塩処理を行わないことを特徴とする、請求項７８に記載の方法。
80. 各サンプルを前記質量分析計に入力に入力するステップには、２秒毎に１個の割合でサンプルを入力するより速く、各サンプルを前記質量分析計に入力するステップが含まれることを特徴とする、請求項７８に記載の方法。
81. 各サンプルを前記質量分析計に入力に入力するステップには、実質的に１秒毎に１個の割合で各サンプルを前記質量分析計に入力するステップが含まれることを特徴とする、請求項７８に記載の方法。
82. 前記揮発性緩衝液には、ギ酸アンモニウム、酢酸アンモニウム、炭酸アンモニウム、及び重炭酸酸アンモニウムの内の少なくとも１つが含まれることを特徴とする、請求項７８に記載の方法。
83. 前記各液滴に蟻酸、酢酸、プロピオン酸、水酸化アンモニウム、及び、トリエチルアミンのうちの少なくとも１つを加えることにより前記サンプルのｐＨを調整するステップをさらに具備する、請求項７８に記載の方法。
84. 複数の液滴を高速選別するための方法であって、
    各液滴を移動面に分配するステップと、
    各液滴に試薬を注入するステップと、
    混合、希釈、濃縮、加熱、冷却、湿潤、選別、及び分析からなる動作のグループから１以上の動作を各液滴に対して行うステップと、を具備し、ここで前記複数の液滴に停止液が加えられないことを特徴とする、方法。
85. １以上の動作を各液滴に対して行うステップには、質量分析を行うことが含まれることを特徴とする請求項８４に記載の方法。
    

Images