JP2007502996A - 検体溶液の画分を取り出すための装置および方法 - Google Patents

検体溶液の画分を取り出すための装置および方法 Download PDF

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Abstract

少量の検体溶液を取り出すための装置および方法。この装置は、（ａ）排出用空洞と該排出用空洞の下流に位置して該排出用空洞と流体連通している出口とを定めているレシーバ、（ｂ）前記レシーバに接続され、前記排出用空洞と流体連通する第１および第２の流体流路をそれぞれ定めている第１および第２の流体管路、（ｃ）前記第１の流体管路に作用可能に接続され、検体溶液を前記第１の流体流路に沿って前記排出用空洞へと届けるように動作できる検体生成装置、および（ｄ）前記第２の流体管路に作用可能に接続され、前記排出用空洞に存在する検体溶液を前記出口を通って移動させるため、流体バッファを前記第２の流体流路に沿って前記排出用空洞へと届けるように動作できる取り出し機構、を有している。この方法は、前記排出用空洞を、検体溶液で、或る選択された速度で満たすステップ、および前記排出用空洞へと流体バッファを注入して、検体溶液を前記出口を通って移動させるステップ、を含んでいる。

Description

本発明は、後の検査または分析のために少量の検体溶液を取り出すための装置および方法に関する。
分析化学において使用される装置に、質量分析計がある。質量分析計の一形式は、マトリックス支援レーザ脱離イオン化（ＭＡＬＤＩ）質量分析計であり、さらにＭＡＬＤＩ質量分析計にもいくつかの種類がある。ＭＡＬＤＩは、通常はオフラインのイオン化技法として運転され、適切なマトリックスに混ぜ合わされた固体または液体の試料が、乾燥混合結晶を形成すべくＭＡＬＤＩターゲットまたは媒体上に預け置かれ、次いで分析のために、質量分析計のソースチャンバに配置される。ＭＡＬＤＩターゲットの例は、検体溶液をｐＬ〜ｎＬのサンプル量で収容するため上面に微細に作られた複数のくぼみを有している矩形のプレートである。検体溶液は、さまざまな分離または処理の技法または液体クロマトグラフィー装置などの装置によって生成することができる。
液体クロマトグラフィ（ＬＣ）は、二相系の運動の相違による化学物質および粒子の分離に係る。通常は、材料の混合物が、適切に選択された吸着剤（例えば、イオン交換材料）を含んでいるカラムへと加えられ、カラムを通過して流される。混合物中の材料が異なる速度で吸着され、最も吸着されない材料が最初にカラムから現れ、最も強く吸着される材料が後に現れる。
ＬＣ装置から溶出された液体を質量分析計で分析する場合、きわめて少量の試料（例えば、ｐＬ〜ｎＬのサンプル）を、持ち越し（ｃａｒｒｙ−ｏｖｅｒ）することなく、あるいは最小限の持ち越しで、取り出すことが重要である。すなわち、サンプル・ターゲットまたは媒体上に置くときに、或る試料の成分と次の試料の成分とを互いに混ざることがないように保つことが望まれる。少量の液体を取り出すための装置および方法は存在しているが、それらには、取り出される液体試料の持ち越しの問題が存在する。本発明は、この問題に対処しようとするものである。
本発明の第１の態様によれば、検体溶液の画分を取り出すための装置であって、
（ａ）排出用空洞と該排出用空洞の下流に位置して該排出用空洞と流体連通している出口とを定めているレシーバ、
（ｂ）前記レシーバに接続され、前記排出用空洞と流体連通する第１および第２の流体流路をそれぞれ定めている第１および第２の流体管路、
（ｃ）前記第１の流体管路に作用可能に接続され、検体溶液を前記第１の流体流路に沿って前記排出用空洞へと届けるように動作できる検体生成装置、および
（ｄ）前記第２の流体管路に作用可能に接続され、前記排出用空洞に存在する検体溶液を前記出口を通って移動させるため、流体バッファを前記第２の流体流路に沿って前記排出用空洞へと届けるように動作できる取り出し機構、
を有している装置が提供される。
排出用空洞の体積が、０．１ｎｌ〜１０００ｎｌの間であってよく、あるいは５００ｎｌ未満、２００ｎｌ未満、１００ｎｌ未満、または５０ｎｌ未満であってよい。
取り出し機構は、電磁式、圧電式、電気運動式、機械式、バルブ式、熱式、磁気式、および加圧流体式のアクチュエータから選択されるアクチュエータを有することができる。さらに、検体生成装置は、液体クロマトグラフィー、キャピラリー電気泳動、およびキャピラリー電気クロマトグラフィー装置から選択された構成要素を有することができる。
さらに取り出し機構は、バッファの流れを排出用空洞から出て第２の流体管路に沿って上流へと逆流させるように選択的に動作できる吸引器を有することができる。
装置の出口は、円形であってよく、５〜２００マクロメートルの直径を有することができ、あるいは１００、５０、または２０マイクロメートル未満の直径を有することができる。
一実施形態においては、この装置が、後のマトリックス支援レーザ脱離イオン化による検査のため、検体溶液の画分を採取媒体上へと取り出すために使用され、マトリックス流生成器を有しており、該マトリックス流生成器が、マトリックス供給源と、第１の端部を該マトリックス供給源と連通させて有し、第２の端部を排出用空洞に連通させて有している第３の管路とを有していて、該第３の管路を通じて排出用空洞へとマトリックスを届けるように動作でき、これにより取り出し機構が駆動されたときに検体溶液とマトリックスとからなる混合物が取り出される。第３の管路の第２の端部は、排出用空洞の上流で第１の流路と連通することができ、マトリックスと検体との混合を、排出用空洞の上流で生じさせることができる。
本発明の他の態様によれば、検体溶液の画分を取り出すための方法であって、
（ａ）排出用空洞と該排出用空洞の下流に位置して該排出用空洞と連通している出口とを定めているレシーバを用意するステップ、
（ｂ）前記排出用空洞を、検体溶液で、或る選択された速度で満たすステップ、および
（ｃ）前記排出用空洞へと流体バッファを注入して検体溶液を前記出口を通って移動させるステップ、
を含んでいる方法が提供される。
検体溶液は、液体クロマトグラフィー装置から溶出されて出る材料であってよく、毎分１ｎｌ〜毎分２ｍｌ、毎分１０ｎｌ〜毎分５０００ｎｌ、あるいは毎分５０ｎｌ〜毎分２０００ｎｌの速度で排出用空洞へと供給することができる。
以下、本発明の実施形態を、図面を参照しつつ説明する。
図１は、検体溶液の画分を取り出すための装置であって、本発明の第１の好ましい実施形態による装置１０を示している。この装置は、排出用空洞１４と円形の出口１６とを定めているレシーバ１２を有しており、円形の出口１６は、排出用空洞１４の下流にあって排出用空洞１４と流体連通し、直径は５０マイクロメートルである。この装置は、さらに第１および第２の管路１８、２０を、レシーバ１２へと接続して有しており、これら第１および第２の管路１８、２０が、排出用空洞１４と連通する第１および第２の流体流路２２、２４をそれぞれ定めている。装置１０は検体生成装置を備えており、検体生成装置は、この実施形態においては、ＬＣカラム２７をＬＣ管路２８を介して第１の流体管路１８へと作用可能に接続して備える液体クロマトグラフィー（ＬＣ）装置２６である。このＬＣ装置は、検体溶液をＬＣ画分のかたちで第１の流体流路２２に沿って排出用空洞１４へと届けるべく動作することができる。広く参照番号３０で指し示されている取り出し機構が、第２の流体管路２０へと作用可能に接続され、流体バッファ３２を第２の流路２４に沿って排出用空洞１４へと届け、排出用空洞１４内に存在するＬＣ画分を出口１６を通って移動させるように機能する。この実施形態においては、流体バッファは、水と有機溶媒との混合物からなる溶液である。バッファ溶液が、特定の用途に合わせて調製され、弱い酸、マトリックス材料、および他の適切な成分を含んでよいことが理解されるであろう。
図１に示されているとおり、バッファ３２は、バッファ容器３４内に加圧下で収容されており、バッファ容器３４が、この技術分野において公知の電磁アクチュエータ３６に接続されている。この電磁アクチュエータ３６は、バッファを排出用空洞１４へと流入させて排出用空洞１４内に存在するＬＣ画分３７を鋼板３８の形態である採取媒体上へと移動させるため、選択的に開閉することができるバルブ（図示されていない）を備えている。
この実施形態においては、このＬＣ画分が後に、マトリックス支援レーザ脱離（ＭＡＬＤＩ）装置を使用して分析される。したがって、装置１０は、マトリックス溶液を含んだシリンジ・ポンプ４０の形態であるマトリックス流生成器を備えている。シリンジ・ポンプの代案としては、マトリックスの流れを排出用空洞へと供給するために有効である他の任意の適切なポンプがある。当業者であれば、ＭＡＬＤＩ適用に際して、マトリックスとして使用するために、どの材料が適切であるかを理解できるであろう。一般的なマトリックス成分には、α−シアノ−ヒドロキシケイ皮酸、２，５−ジヒドロキシ安息香酸、シナピン酸、こはく酸、グリセロール、およびピコリン酸がある。マトリックス流生成器は、第１の端部４４をマトリックス供給源に連通させて有し、第２の端部４６を排出用空洞１４に連通させて有している管路４２を備えている。マトリックス流生成器４０は、マトリックス管路４２を通じ、第１の流体流路２２を介して排出用空洞１４へとマトリックスを届けるように動作でき、これにより排出用空洞１４の上流において検体溶液とマトリックスとからなる混合物が形成され、排出用空洞１４へと進入する。次いで、この混合物が、取り出し機構３０を動作させたときに取り出される。
この実施形態においては、取り出し機構３０が吸引器４８を有しており、吸引器４８は、バッファ溶液３２の流れを排出用空洞１４から出て第２の流体管路２０に沿って上流へと逆流させるべく選択的に動作できる。吸引は、やはりこの技術分野において知られている通り、第２の電磁アクチュエータ５０によって行なわれる。第２のアクチュエータ５０が駆動されると、バッファ溶液３２が、第２の流体管路２０から廃棄管路５２へと流入し、さらに廃液容器５４の形態であって余剰のバッファ溶液を収容する廃液リザーバへと流入する。この実施形態においては、廃液容器５４の内部の圧力が、０〜１５ｐｓｉである。
使用時、液体クロマトグラフィー装置２６が、ＬＣカラムから溶出されたＬＣ画分を、ＬＣ管路２８を通じ、第１の流体流路２２を介して排出用空洞１４へと届ける。この溶液は、毎分１００ｎｌの速度で届けられる。マトリックス溶液が同じ速度で連続的に取り出され、マトリックス溶液とＬＣ画分からなる混合物が、毎分２００ｎｌの速度で排出用空洞へと到着する。この実施形態では、排出用空洞の体積は２０ｎｌである。排出用空洞１４へと入る検体溶液の流れの速度が既知であり、かつ排出用空洞１４の体積が既知であるため、排出用空洞１４がマトリックス含有検体溶液によって満たされる時間を、容易に割り出すことができる。装置１０は、取り出し機構３０を動作させるために使用されるタイマーを備えており、排出用空洞１４が満たされた後に検体溶液を取り出すため、選択された間隔で排出用空洞へとバッファ溶液を流す。取り出しの際には、バッファ溶液が排出用空洞１４を清浄化すべく機能し、取り出されるＬＣ画分間の交差汚染を防止する。出口１６が鋼板３８に触れることがないため、取り出される試料間の交差汚染の恐れが、大幅に低減される。次に取り出される試料のための空間を作るため、各取り出し操作の後に第２の電磁アクチュエータ５０が駆動され、バッファを吸引して排出用空洞１４から退出させる。この結果、ＬＣカラムから溶出され、流れる材料が、バッファの退出後に排出用空洞１４へと流入することができる。
次に図２を参照すると、本発明の第２の好ましい実施形態による装置６０が示されている。この実施形態は、あらゆる点ですでに述べた第１の実施形態に類似しており、したがって同様の部品を指し示すために同様の参照番号が使用されている。この装置６０と装置１０との間の相違の１つは、マトリックス流生成器４８が、第１の流体管路１８の下流の排出用空洞１４に接続されている点にある。この実施形態では、マトリックス溶液は、マトリックス管路４２ａを通じて排出用空洞１４へと直接取り出され、そこで排出用空洞１４内に存在するＬＣ画分と混ざり合う。第２の相違点は、流体バッファが気体であって、すなわち空気である点にある。したがって、吸引器は不要である。空気は、加圧下でバッファ容器３４に収容されており、この技術分野において知られているとおり、空気圧系での使用に適した電磁アクチュエータ３６ａを使用して、排出用空洞１４へと注入される。電磁アクチュエータ３６ａが、排出用空洞１４へと空気のパルスを加えるように機能し、これにより排出用空洞１４内に存在する検体溶液を鋼板３８上へと取り出すとともに、同時に排出用空洞１４の内表面を清浄化して、取り出される分析用の画分間の交差汚染を防止する。
以上、特定の実施形態を説明したが、本発明について多数の変更が可能であることを、当業者であれば理解できるであろう。例えば、排出用空洞１４は、０．１〜１０００ｎｌの間のどれかの、５００ｎｌ未満、２００ｎｌ未満、あるいは１００ｎｌ未満の体積を有してよい。
さらに、取り出し機構は、数ある直接または間接アクチュエータのうちの任意のいずれかであってよく、そのいくつかが図３に示されている。すなわち、アクチュエータは、圧電式、電気運動式、機械式、バルブ式、熱式、磁気式、または加圧気体式のアクチュエータであってよい。
液体クロマトグラフィー装置に代えて、キャピラリー電気泳動およびキャピラリー電気クロマトグラフィー装置など、取り出すべき検体溶液を生み出すべく動作する任意の装置を使用できる。本発明の装置を、任意の検査溶液について少量のサンプルを取り出すために使用できることが、理解できるであろう。
以上の例においては、排出用空洞１４が検体溶液で満たされると、排出用空洞にバッファが注入される。しかしながら、排出用空洞の内部の容積よりも少ない量を取り出すため、排出用空洞１４が完全に満たされるよりも前にバッファを注入してもよい。さらに、検体溶液をさまざまな速度で排出用空洞１４へと供給できることも、理解できるであろう。典型的には、溶液は、毎分１ｎｌ〜毎分２ｍｌの速度で供給される。液体クロマトグラフィー装置から溶出される材料の流れの典型的な速度は、ナノ／マイクロＬＣ用途においては、５０ｎｌ／ｍｉｎ〜１ｍｌ／ｍｉｎの間であり、５０ｎｌ／ｍｉｎ〜５０００ｎｌ／ｍｉｎであることが多い。さらに、窒素、アルゴン、およびヘリウムなど、任意の非反応性のガスを、気体バッファとして使用することができる。
取り出し機構３０の吸引部は、たとえバッファが液体の場合であっても随意である。例えば、圧力発生器を、出口において形成されている検体溶液のメニスカスの体積と等価な量の検体溶液を変位させるため、丁度充分な量のバッファを注入するように選択および構成できる。この場合、排出用空洞１４が、各取り出し操作の後に、依然として大部分の検体溶液を含むことになり、バッファを吸引して排出用空洞１４へと進入する検体溶液のための空間を作る必要がない。
さらに、取り出し機構３０の取り出しおよび吸引の機能を、単一の装置に組み合わせてもよい。例えば、加えられる電圧の極性に応じて液体に逆方向の流れを生じさせる電気運動ポンプを使用することができる。すなわち、取り出しの際には、ポンプの電圧が或る極性であり、吸引の際には、電圧が反対の極性である。この組み合わせ機能を達成するために、電気運動ポンプの代わりに使用することができる他の装置も存在する。当業者であれば、どの装置が本発明において代替として適しているかを、容易に理解できるであろう。
以上の説明はあくまで例示であり、以下の請求項を限定するものとして解釈するべきではない。
本発明の第１の好ましい実施形態による装置を示した概略図である。 本発明の第２の好ましい実施形態による装置を示した概略図である。 本発明の装置において使用することができる種々のアクチュエータを示した概略図である。

Claims (28)

  1. 検体溶液の画分を取り出すための装置であって、
    （ａ）排出用空洞と該排出用空洞の下流に位置して該排出用空洞と流体連通している出口とを定めているレシーバ、
    （ｂ）前記レシーバに接続され、前記排出用空洞と流体連通する第１および第２の流体流路をそれぞれ定めている第１および第２の流体管路、
    （ｃ）前記第１の流体管路に作用可能に接続され、検体溶液を前記第１の流体流路に沿って前記排出用空洞へと届けるように動作できる検体生成装置、および
    （ｄ）前記第２の流体管路に作用可能に接続され、前記排出用空洞に存在する検体溶液を前記出口を通って移動させるため、流体バッファを前記第２の流体流路に沿って前記排出用空洞へと届けるように動作できる取り出し機構、
    を有している装置。
  2. 前記排出用空洞の体積が、０．１ｎｌ〜１０００ｎｌの間であることを特徴とする請求項１に記載の装置。
  3. 前記排出用空洞の体積が、５００ｎｌ未満であることを特徴とする請求項２に記載の装置。
  4. 前記排出用空洞の体積が、２００ｎｌ未満であることを特徴とする請求項３に記載の装置。
  5. 前記排出用空洞の体積が、１００ｎｌ未満であることを特徴とする請求項４に記載の装置。
  6. 前記取り出し機構が、電磁式、圧電式、電気運動式、機械式、バルブ式、熱式、磁気式、および加圧流体式のアクチュエータから選択されたアクチュエータを含んでいることを特徴とする請求項１に記載の装置。
  7. 前記取り出し機構が、電磁式のアクチュエータを含んでいることを特徴とする請求項６に記載の装置。
  8. 前記検体生成装置が、液体クロマトグラフィー、キャピラリー電気泳動、キャピラリー電気クロマトグラフィー装置、および試料注入装置から選択された構成要素を含んでいることを特徴とする請求項１に記載の装置。
  9. 前記検体生成装置が、液体クロマトグラフィー装置を含んでいることを特徴とする請求項８に記載の装置。
  10. 後のマトリックス支援レーザ脱離イオン化による検査のため、検体溶液の画分を採取媒体上へと取り出す際に使用される請求項１に記載の装置であって、マトリックス供給源、および第１の端部が該マトリックス供給源と連通し、かつ第２の端部が前記排出用空洞と連通している第３の管路とを有する、該第３の管路を通じて前記排出用空洞へとマトリックスを届けるように動作できるマトリックス流生成器を有しており、これにより前記取り出し機構が駆動されたときに検体溶液とマトリックスとからなる混合物が取り出される装置。
  11. 前記第３の管路の第２の端部が、前記排出用空洞の上流で前記第１の流路と連通していることを特徴とする請求項１０に記載の装置。
  12. 前記取り出し機構が、バッファの流れを前記排出用空洞から出て前記第２の流体管路に沿って上流へと逆流させるように選択的に動作できる吸引器を含んでいることを特徴とする請求項１に記載の装置。
  13. 開口部が円形であり、５〜２００マイクロメートルの直径を有していることを特徴とする請求項１に記載の装置。
  14. 前記開口部が、１００マイクロメートル未満の直径を有していることを特徴とする請求項１３に記載の装置。
  15. 前記開口部が、５０マイクロメートル未満の直径を有していることを特徴とする請求項１４に記載の装置。
  16. 前記開口部が、２０マイクロメートル未満の直径を有していることを特徴とする請求項１３に記載の装置。
  17. 検体溶液の画分を取り出すための方法であって、
    （ａ）排出用空洞と該排出用空洞の下流に位置して該排出用空洞と連通している出口とを定めているレシーバを用意するステップ、
    （ｂ）前記排出用空洞を、検体溶液で、或る選択された速度で満たすステップ、および
    （ｃ）前記排出用空洞が検体溶液で満たされたとき、または満たされる前に、前記排出用空洞へと流体バッファを注入して検体溶液を前記出口を通って移動させるステップ、
    を含んでいる方法。
  18. 前記排出用空洞の体積が、０．１ｎｌ〜１０００ｎｌであることを特徴とする請求項１７に記載の方法。
  19. 前記排出用空洞の体積が、５００ｎｌ未満であることを特徴とする請求項１８に記載の方法。
  20. 前記排出用空洞の体積が、２００ｎｌ未満であることを特徴とする請求項１９に記載の方法。
  21. 前記排出用空洞の体積が、１００ｎｌ未満であることを特徴とする請求項２０に記載の方法。
  22. 前記排出用空洞の体積が、５０ｎｌ未満であることを特徴とする請求項２１に記載の方法。
  23. 前記バッファが気体であることを特徴とする請求項１７に記載の方法。
  24. 前記バッファが液体であることを特徴とする請求項１７に記載の方法。
  25. 前記検体溶液が、液体クロマトグラフィー装置から溶出されてくる材料であることを特徴とする請求項１７に記載の方法。
  26. 前記検体溶液が、毎分１ｎｌ〜毎分２ｍｌの速度で前記排出用空洞に供給されることを特徴とする請求項１７に記載の方法。
  27. 前記検体溶液が、毎分１０ｎｌ〜毎分５０００ｎｌの速度で前記排出用空洞に供給されることを特徴とする請求項２６に記載の方法。
  28. 前記検体溶液が、毎分５０ｎｌ〜毎分２０００ｎｌの速度で前記排出用空洞に供給されることを特徴とする請求項２７に記載の方法。
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