JP2014524587A - 抽出サンプルの希釈を伴うマイクロ流体システムにおける乾燥血液スポットサンプルの分析 - Google Patents

Abstract

クロマトグラフィシステムで使用するための装置は、分析クロマトグラフィカラムとして構成された流体チャネルと、マイクロ流体基板の片側の流体ポートとを有する、マイクロ流体基板を含む。流体ポートは、分析クロマトグラフィカラムのヘッド端で開口している。乾燥血液スポット（ＤＢＳ）捕集装置は、１つ以上の乾燥生体サンプルを保持する。ＤＢＳ捕集装置はマイクロ流体基板に直接結合されており、これによって生体サンプルのうちの１つがマイクロ流体基板の流体チャネルと流体連通するように配置され、生体サンプルの抽出が分析クロマトグラフィカラムのヘッド端に向かって流れる。流体ポートと流体的に結合された希釈剤源は、生体サンプルが分析クロマトグラフィカラムに流入する前に、抽出生体サンプルを希釈するために、分析カラムのヘッド端に溶媒を供給する。

Description

本願は、その全体が参照により本願に組み込まれる、「Ｍｉｃｒｏｆｌｕｉｄｉｃ Ｄｅｖｉｃｅ ｗｉｔｈ ＤＢＳ Ｃａｒｄ Ｉｎｔｅｒｆａｃｅ（ＤＢＳカードインターフェースを備えるマイクロ流体装置）」と題して２０１１年８月２２日に出願された米国特許仮出願第６１／５２５，９６３号明細書、および「Ａｎａｌｙｓｉｓ ｏｆ Ｄｒｉｅｄ Ｂｌｏｏｄ Ｓｐｏｔ Ｓａｍｐｌｅｓ ｉｎ ａ Ｍｉｃｒｏｆｌｕｉｄｉｃ Ｓｙｓｔｅｍ ｗｉｔｈ Ｄｉｌｕｔｉｏｎ ｏｆ Ｅｘｔｒａｃｔｅｄ Ｓａｍｐｌｅｓ（抽出サンプルの希釈を伴うマイクロ流体システムにおける乾燥血液スポットサンプルの分析）」と題して２０１１年８月２２日に出願された米国特許仮出願第６１／５２５，９７０号明細書の、優先権および出願日の恩典を主張する。

本発明は、主にクロマトグラフィに関する。より具体的には、本発明は、乾燥血液スポットサンプルを抽出、希釈、および分析するためのシステムおよび方法に関する。

クロマトグラフィは、混合物をその成分に分離するための、一連の技術である。確立した分離技術は、ＨＰＬＣ（高性能液体クロマトグラフィ）、ＵＰＬＣ（超高性能液体クロマトグラフィ）、およびＳＦＣ（超臨界流体クロマトグラフィ）を含む。ＨＰＬＣシステムは、充填済みカラム内で液体クロマトグラフィに必要とされる流れを発生させるために、従来１，０００ｐｓｉ（ポンド毎平方インチ）からおよそ６，０００ｐｓｉの範囲の、高圧を利用する。ＨＰＬＣとは対照的に、ＵＰＬＣシステムは、移動相を供給するために、より小さい粒状物質を備えるカラムと、２０，０００ｐｓｉに近い高圧とを利用する。ＳＦＣシステムは高度に圧縮可能な移動相を使用するが、これは通常、主成分として二酸化炭素（ＣＯ_２）を採用している。

一般的に、液体クロマトグラフィ（ＬＣ）用途において、溶媒送液システムは、液体溶媒の混合物を取り込んで自動サンプラ（注入システムまたはサンプルマネージャとも称される）まで送達し、注入されたサンプルはそこでこの移動相の到着を待つ。移動相は、分析カラム（分離カラムとも称される）を通じてサンプルを搬送する。カラムでは、サンプルと移動相との混合物は、カラム内の固定相との混合物の反応に応じて、バンドに分離される。たとえば検出器が、カラムを出るときにこれらのバンドを同定および定量化する。

プロテオーム解析は、分析カラム内でのサンプルの分離に先立って、サンプル濃縮および洗浄のためにトラップカラムを利用することが多い。トラップおよび分析カラムには、異なる充填材の化学的性質がよく利用される。トラップカラムに捕捉されたサンプル成分は、勾配による移動相溶離プロセスの間、トラップから分析カラムに順次送り込まれてもよい。成分はまず、異なる化学的性質のため、勾配が分析カラムの化学的性質からサンプル成分を追い出すレベルに到達するまで、分析カラムのヘッドに集中することが可能である。加えて、いくつかのクロマトグラフィ機器はマイクロ流体基板を使用する。このような基板は、小さいサンプルの取り扱いを容易にすることができ、分散などの望ましくない効果を低減することができる。

一態様において、本発明は、分析クロマトグラフィカラムとして構成された流体チャネルと、マイクロ流体基板の片側の流体ポートとを有するマイクロ流体基板を含む、クロマトグラフィ装置を特徴とする。流体ポートは、分析クロマトグラフィカラムのヘッド端で開口している。乾燥血液スポット（ＤＢＳ）捕集装置は、１つ以上の乾燥生体サンプルを保持する。ＤＢＳ捕集装置はマイクロ流体基板に直接結合されており、これによって生体サンプルのうちの１つがマイクロ流体基板の流体チャネルと流体連通するように配置され、生体サンプルの抽出が分析クロマトグラフィカラムのヘッド端に向かって流れる。希釈剤源は、流体ポートと流体的に結合されている。希釈剤源は、生体サンプルが分析クロマトグラフィカラムに流入する前に、抽出生体サンプルを希釈するために、分析カラムのヘッド端に溶媒を供給する。

別の態様において、本発明は、生体サンプルを構成成分に分離する方法を特徴とする。方法は、少なくとも１つの乾燥生体サンプルを保持する乾燥血液スポット（ＤＢＳ）捕集装置を、マイクロ流体基板に直接結合するステップと、乾燥生体サンプルからアナライトを抽出して、抽出生体サンプルをマイクロ流体基板の流体チャネル内に渡すステップと、抽出生体サンプルが分析クロマトグラフィカラムに到達する前に流体チャネル内で抽出生体サンプルを希釈するステップと、希釈された生体サンプルを分析クロマトグラフィカラムによって構成成分に分離するステップと、を含む。

本発明の上記およびさらなる利点は、様々な図面において類似番号が類似の構造的要素および特徴を示す、添付図面と併せて以下の説明を参照することによって、より良く理解されるだろう。図面は必ずしも縮尺通りではなく、むしろ本発明の原理を図解するために強調されている。

チャネル間の回転式割り出しに適合するように配置された複数のチャネルが内部に形成された、円盤形マイクロ流体基板の実施形態の図である。 チャネル間の直線式割り出しに適合するように配置された複数のチャネルが内部に形成された、カード形マイクロ流体基板の実施形態の図である。 複数のトラッピング／拡張カラムを有し、第二マイクロ流体基板とインラインに配置され、分析カラムを有する、第一マイクロ流体基板の実施形態の図である。 その間に流路を設けるために第二マイクロ流体基板に当接している第一マイクロ流体基板の、図３の線ＡＡにほぼ沿った断面図である。 複数のトラッピング／拡張カラムを有する第一マイクロ流体基板と結合するように位置合わせされた、ＤＢＳ（乾燥血液スポット）カードと称される、捕集装置の実施形態の図である。 ＤＢＳカードから抽出された生体液サンプルのための流路を提供するために第一マイクロ流体基板に当接しているＤＢＳカードの、図５の線ＢＢにほぼ沿った断面図である。 ＤＢＳカードから抽出された生体液サンプルのための流路を提供する、介在漏れ防止シールを備える第一マイクロ流体基板に結合されたＤＢＳカードの、図５の線ＢＢにほぼ沿った別の断面図である。 複数のトラッピングカラムを有し、たとえば分析カラムを有する第二マイクロ流体基板とインラインに配置された、第一マイクロ流体基板と結合するように位置合わせされた、ＤＢＳカードの実施形態の図である。 第一マイクロ流体基板に当接したＤＢＳカードであって、第一マイクロ流体基板は第二マイクロ流体基板に当接している、図８の線ＣＣにほぼ沿った、ＤＢＳカードの断面図である。 オンライン処理のために配置された複数のマイクロ流体基板を保持するためのマイクロ流体カートリッジアセンブリの実施形態の図である。 内部に収容されたマイクロ流体基板の概略位置を示すためにその筐体が一部省略された、マイクロ流体カートリッジアセンブリの図である。 マイクロ流体カートリッジアセンブリの内部でＤＢＳカード、乾燥血液スポット、および別のマイクロ流体基板に接続することが可能な、マイクロ流体基板の別の実施形態の図である。 マイクロ流体カートリッジアセンブリの内部でＤＢＳカードまたは乾燥血液スポットに接続することが可能な分析カラムを備えるマイクロ流体基板の別の実施形態の図である。 図８のマイクロ流体基板（すなわちトラッピング／拡張タイル）に当接している図８のＤＢＳカードの、および図１２のマイクロ流体基板（すなわち分析タイル）に当接しているマイクロ流体基板の、図１２の線ＤＤにほぼ沿った断面図である。 乾燥血液スポット上に載置された生体サンプルのクロマトグラフ分析を実行するためのプロセスの実施形態のフロー図である。

ＨＰＬＣ、ＵＰＬＣ、およびＳＦＣシステムなど、本明細書に記載される液体クロマトグラフィ（ＬＣ）システムは、逆相クロマトグラフィを用いて、乾燥血液スポット（ＤＢＳ）と称される乾燥生体サンプルから抽出されたアナライトを、直接分析するように構成されている。逆相分離において、サンプルは好ましくは水性溶媒を備えて構成される。これにより、サンプルはカラムのヘッド部に適切に集中させられる。しかしながら、サンプルは様々な量の有機溶媒からなってもよい。たとえば抽出された血液スポットサンプルは、９０％もの有機溶媒からなってもよい。有機溶媒の組成が高すぎると、アナライトは逆相カラム上に適切に保持されない場合がある。ＤＢＳ分析のためのカラムヘッド部希釈は、逆相カラムのヘッド部にアナライトを集中されるのに役立つ。

オンラインでＤＢＳからアナライトを抽出するために、このようなＬＣシステムは、乾燥血液スポットをマイクロ流体基板上に直接結合させるようになっている装置を採用する。マイクロ流体基板は、分析カラムとして構成された流体チャネルを有する。流体ポートは、分析カラムのヘッド端の内部に向かって開口している。マイクロ流体基板の流体チャネルと流体的に結合された乾燥血液スポット（ＤＢＳ）捕集装置は、１つ以上の乾燥生体サンプルを保持する。乾燥血液スポットから抽出されて再構成された生体サンプルは、分析クロマトグラフィカラムのヘッド端に向かって流れる。生体サンプルが分析カラムに流入する前に、抽出生体サンプルを希釈するため、希釈剤ポンプはマイクロ流体基板の流体ポートを通じて分析カラムのヘッド端に溶媒を供給する。分析カラムと同じマイクロ流体基板上に組み込まれて、または別のマイクロ流体基板内に形成されて、トラッピング／拡張カラムは、乾燥血液スポットと分析カラムとの間の流路に位置し、分析のために抽出生体サンプルを調製するように作用する。

カートリッジアセンブリは、たとえばＡＣＱＵＩＴＹ（Ｒ）またはＴＲＩＺＡＩＣ（Ｒ）ＬＣ／ＭＳシステム（マサチューセッツ州ミルフォード、ウォーターズコーポレーション：Ｗａｔｅｒｓ Ｃｏｒｐｏｒａｔｉｏｎより入手可能）など、分析装置または質量分析（ＭＳ）ユニットにマイクロ流体装置とのインターフェースを提供するために、本明細書に記載されるマルチタイルマイクロ流体装置の様々な実施形態のいずれかを収容することができる。

図１は、コンパスの４つの基本方位のように、中心開口部１４を中心に放射状に配置された、複数の同一のハンドルバー形マイクロ流体チャネル１２−１、１２−２、１２−３、および１２−４（全体として１２）を有する円盤形マイクロ流体基板１０の実施形態を示す。中心孔１４の隣には、特定のチャネル（たとえばここではチャネル１２−１）を表示するために使用される、小さい孔１６がある。表示されたチャネルは、チャネル１２の現在の割り出し位置の追跡を可能にする（すなわち、孔１６の現在位置は、どのチャネルがすでに使用されているかを特定するための基準点として使用されることが可能である）。各チャネル１２の一方の末端は、タイル１０の片側に設けられた進入流体ポート１８−１を有し、各チャネル１２の反対の末端は、タイル１０の異なる（反対）側に設けられた排出流体ポート１８−２を有する。排出流体ポート１８−２は、以下により詳細に記載されるように、廃棄物除去およびヘッド部カラム希釈を容易にするために、マイクロ流体基板１０の両側に開口している、貫通孔であってもよい。一実施形態において、マイクロ流体基板１０の厚みはおよそ７５０μｍから１ｍｍ超までの範囲であってもよく、その直径はおよそ１から３インチの範囲であってもよい。チャネルの長さはおよそ５ｃｍから２０ｃｍの長さであってもよく、その内径（ＩＤ）はおよそ１５０μｍから３００μｍの範囲であってもよい（好ましくは３００μｍ）。

マイクロ流体基板１０は好ましくは多層セラミックベース構造を有する。各マイクロ流体チャネル１２は、１つ以上の層を通ることができる（すなわち、任意のチャネル１２の深さは複数の層にわたって延在することができる）。加えて、マイクロ流体基板１０の異なる層に（ブランク層を介在させて）異なるチャネル１２が形成されることが可能であり、こうしてチャネルの三次元（３Ｄ）不干渉重複を可能にする。このチャネルの３Ｄ積層は、マイクロ流体基板１０の緻密さに貢献することができる。

マイクロ流体基板１０は、中心孔１４の中心を通る中心軸（図の平面に対して垂直）を中心に回転するようになっている。隣り合う各対のチャネル１２の間の角度は同じである。たとえば、４つの同じチャネル１２を有するマイクロ流体基板１０では、隣り合う各対のチャネルの間の角度は９０度である。たとえば５つの同じチャネルを備えるマイクロ流体基板の角度は、７２度である。

マイクロ流体チャネル１２は好ましくは、トラッピング／拡張カラムとして使用されることが可能である。現在使用されているチャネル１２の性能が十分なレベルを下回るまで落ち込むと、たとえばマイクロ流体基板１０は、現在使用されているチャネル１２を切り離して隣接するチャネル１２を使用するように、割り出しされる（すなわち、１位置だけ回転させられる）ことが可能である。このような回転は、手動または自動のいずれでもよい。

図２は、一列に配置された、複数の同一のマイクロ流体チャネル２２−１、２２−２、２２−３、および２２−４（全体として２２）を備えるマイクロ流体基板２０の別の実施形態を示す。一実施形態において、マイクロ流体基板２０は、厚みがおよそ７５０μｍから１ｍｍ超、長さがおよそ３インチ、幅がおよそ１インチ以上であり、チャネル２２はおよそ１５０μｍから３００μｍの範囲（好ましくは３００μｍ）の直径、およびおよそ５ｃｍから２０ｃｍの範囲の長さを有する。

図１の実施形態と同様に、マイクロ流体チャネル２２は好ましくはトラッピング／拡張カラムとして使用されることが可能である。この実施形態では、１つのチャネル２２の使用を列内の隣接するチャネル２２に変更するというマイクロ流体基板２０への割り出しは、矢印２４によって示される方向に沿って直線方向に行われる。このような線形割り出しは、手動または自動のいずれでもよい。

図３は、たとえば分析カラム３２を有する、第二の実質的に剛性で平坦なマイクロ流体基板３０とインラインに配置された、複数のトラッピング／拡張カラム２２を有する、図２に記載されたタイプの第一の実質的に剛性で平坦なマイクロ流体基板２０を含む、マイクロ流体装置を示す。この配置において、トラッピング／拡張カラム２２および分析カラム３２は、２つの個別のマイクロ流体基板上にある。トラッピング／拡張および分析カラム用の個別の基板は、たとえばサンプルの熱的分離および／または先行搭載に、使用されることが可能である。あるいは、第二マイクロ流体基板３０上のカラム３２は、浸出カラムであってもよい。

分析カラム３２は、基板３０の内向面３６−１上の流体ポート３４−１と、外向面３６−２上に開口している別の流体ポート（隠れている）とを有する。この例では、分析カラム３２は、流体ポート３４−１、３４−２で開始および終端している、開ループである。分析カラム３２のこの形状は、一例に過ぎない。分析カラム３２のその他の実施形態は、反対側３６−２に開口する代わりに、基板３０の縁で開口する流体ポートを有することができる。一実施形態において、分析カラム３２は好ましくは１５０μｍの内径（ＩＤ）を有する。カラム３２の直径は好ましくは７５μｍから３００μｍの範囲であり（従来の大径形態と比較して、３００μｍの直径は、小分子および生物薬剤学分析においてより向上した感度を提供するだろう）、カラム３２の長さは好ましくは５ｃｍから２０ｃｍの範囲である。

好ましくは、基板２０、３０は互いに背面同士で、第一マイクロ流体基板２０の排出（内向）ポート１８−２を第二マイクロ流体基板３０の内向面３６−１上の流体ポート３４−１に位置合わせして、当接している。一実施形態において、流体ノズル３８は、組み合わせられたマイクロ流体装置アセンブリの両側、具体的には第一マイクロ流体基板２０の進入流体ポート１８−１、および第二マイクロ流体基板３０の背面ポート３４−２に、接続している。配管（たとえば、溶融シリカ、ステンレス鋼）は、流体の送達または抽出のために、これらの流体ノズル３８に接続している。

図４は、第二マイクロ流体基板３０に当接している第一マイクロ流体基板２０の（図３のＡＡのような線にほぼ沿った）断面図を示す。断面は、基板２０、３０のポート１８−１、１８−２、３４−１、３４−２を通る。第一マイクロ流体基板２０の排出流体ポート１８−２は、第二マイクロ流体基板３０の内向流体ポート３４−１に位置合わせして、これと流体連通している。

マイクロ流体装置が展開されるいくつかのクロマトグラフィシステムの高い流体圧を、漏れを伴わずに可能にするために、様々な機能が実装されることが可能である。基板２０、３０を結びつけるために、結合部品を備える機械的取付具（図示せず）が使用可能である。流体カプラは、２つのマイクロ流体基板の位置合わせされた流体ポートを接合することができる。このようなカプラは、トラップタイル２０から分析タイル３０への流体の通過のための、内腔またはチャネルを有することができる。アライメントマーカ、ガイド、またはその他のこのような機能は、ポート１８−２、３４−１の間の正確なアライメントを達成するために、基板２０、３０の間のアライメントを容易にすることができる。ポリイミドガスケットは、流体ポート１８、３４を包囲して、これらポートの間を密接にさせる封止を容易にすることができる。加えて、マイクロ流体装置を収容（および装置を分析装置に接続させる）ために使用されるマイクロ流体カートリッジアセンブリは、アライメントを案内して基板２０、３０を動かす特徴を、有することができる。さらに、クランピング機構は、マイクロ流体装置を収容しているマイクロ流体カートリッジアセンブリの片側に機械力を印加して、基板を一緒に「ハードストップ」に対して動かすことができる。

図５は、複数のトラッピング／拡張カラム２２（そのうちカラム２２−３および２２−４が図示されている）を有する図２に示されるタイプの第一マイクロ流体基板２０との結合のために位置合わせされた、平面捕集装置４０の実施形態を示す。平面捕集装置４０は、ＤＢＳ（乾燥血液スポット）カード４０が一緒に使用されてもよい生体液のタイプに対するいかなる暗黙の制限も伴わずに、ＤＢＳカード４０と称されてもよい。ＤＢＳカード４０は、濾紙または生体液（たとえば血液）を吸収することが可能なその他の材料を含む、捕集基板４２を含む。

インクまたはその他の印刷可能物質を用いて、捕集基板４２にパターン４４が印刷されてもよい。この実施形態において、パターン４４は、４つの円形開口部４６を備える長方形を有する。印刷可能物質は、濾紙の細孔を満たして、不透過性パターン４４を備える領域において流体が吸収されるのを防止する。いくつかの実施形態において、水性生体液に対して不透過性のパターン４４を作成するために、疎水性インクが使用される。インクまたは印刷可能物質の例は、ワックス、フォトレジスト、ゾル−ゲル前駆体、またはポリマー前駆体を含むが、これらに限定されるものではない。印刷されていない捕集基板４２の部分（すなわち、パターン中の４つの円形開口部４６）は、生体液サンプルを受け取るための捕集領域４８−１、４８−２、４８−３、および４８−４（全体として４８）である。捕集領域４８は、スポット４８に載置された生体液のタイプに対するいかなる暗黙の制限も伴わずに、乾燥血液スポット４８と称されてもよい。

別の実施形態において、平面捕集装置４０は、不透過性パターン４４、および貯蔵井として機能する多数のサンプル捕集領域４８を備える、紙ベース基板４２を有する。不透過性パターン４４は、基板４２に形成されており、捕集容積、すなわちサンプル捕集領域４８の流体容積容量を、正確に画定するように構成されることが可能である。その他の様々な実施形態において、パターンは、１つ以上の側流フィルタまたは装置のその他の領域まで流体サンプルを案内する、複数の流入領域または流路を含むことができる。さらに別の実施形態において、平面捕集基板４２は、１つ以上の画定された空間領域内で加熱される、多孔性熱可塑性材料である。加熱された領域は、変形または溶融によって、無孔性で不透過性の領域に変換される。不透過性領域は、わずかな有孔性を維持してもよい。しかしながら、残された有孔性は、流体サンプルの著しい浸透を可能にするには不十分である。この実施形態は、不透過性インクを用いて印刷する必要性、または基板に無孔材料を適用する必要性を、排除する。

ＤＢＳカード４０は、乾燥血液スポット４８のうちの少なくとも１つがトラッピング／拡張カラム２２のうちの１つの進入ポート１８と位置合わせするように、マイクロ流体基板２０と位置合わせさせられる。たとえば、図５において、乾燥血液スポット４８−４は、トラッピング／拡張カラム２２−４の進入ポート１８−１と位置合わせする。一つの実施形態において、各乾燥血液スポット４８は、異なる１つのトラッピング／拡張カラム２２の進入ポート１８と位置合わせする。所望の用途に応じて、複数のトラッピング／拡張カラム２２は、異なる樹脂を含有することができる。

図６は、マイクロ流体基板２０に当接しているＤＢＳカード４０の（図５のＢＢのような線にほぼ沿った）断面図を示す。断面は、マイクロ流体基板２０の流体チャネル２２−４のポート１８−１、１８−２、および乾燥血液スポット４８−４を通る。完全なＤＢＳカード４０を使用する代わりに、乾燥血液スポット４８が個別に打ち抜かれて、進入流体ポート１８−１においてマイクロ流体基板２０に直接結合されることも可能である。ＤＢＳカード４０に適用されるような抽出原理は、個別乾燥血液スポットにも適用される。乾燥血液スポット４８−４上に保持される生体液サンプルの抽出の間、流体サンプルは、乾燥サンプルスポット４８−４を通る破線矢印５０の方向に抽出流体または溶媒を通すことによって、再構成される。いくつかの実施形態において、抽出流体または溶媒は、有機溶媒または水性溶媒である。別の実施形態において、抽出溶媒は、たとえば超臨界二酸化炭素など、ＳＦＣシステム内で使用される超臨界溶媒である。

抽出された生体サンプルは、乾燥サンプルスポット４８−４の反対側を通じてマイクロ流体基板２０の流体ポート１８−１内へ、およびトラッピング／拡張カラム２２−４内へ、流入する。ＤＢＳカード４０の機能は、乾燥血液スポット４８−４の周りに、全量の再構成サンプルがマイクロ流体基板２０の進入流体ポート１８−１に流入することを保証する漏れ防止シール（たとえば、図７の参照番号５２）を提供することができる。本明細書に記載される原理から逸脱することなく乾燥血液スポットからアナライトを抽出するために、異なる機構が使用されることが可能である。たとえば、乾燥血液スポット内に抽出溶媒を通す代わりに、抽出装置が抽出溶媒を乾燥血液スポット上に通過させて、抽出された生体サンプルをマイクロ流体基板２０の進入流体ポート１８−１内に配向する前に乾燥血液スポット上からアナライトを回収させることが、可能である。

このマイクロ流体装置を用いて実現される抽出は、オンラインまたはオフラインのいずれでも行われることが可能である。通常、「オフライン」は好ましくは、生体サンプルを抽出するためのマイクロ流体装置が、プロセスラインに対して物理的に近いものの接続はされていないことを意味する。個人は、ＤＢＳカードから生体サンプルを手動で抽出するためにマイクロ流体装置を使用し、その後トラッピングタイル上の抽出された生体サンプルをサンプル分析用の分析タイルまで搬送および導入する。「オンライン」は好ましくは、抽出および分析マイクロ流体タイルが、手作業を介在させることなくほぼリアルタイムでプロセスラインからサンプルを自動的に抽出および分析するための、プロセス（または製造）ラインの直接的な一部であることを、意味する。このためクロマトグラフ分析は、製造／プロセスラインの連続動作と平行して行われることが可能である。図８は、図２に記載されたタイプのトラッピングタイル２０と結合するように位置合わせされ、「オンライン」サンプル抽出および分析のために分析タイル３０とインラインに配置された、ＤＢＳカード４０の実施形態を示す。

図９は、トラッピングタイル２０に当接しているＤＢＳカード４０、および分析タイル３０に当接しているトラッピングタイル２０の、（図８の線ＣＣのような線に沿った）断面図を示す。断面は、血液スポット４８−４、トラッピングタイル２０のトラッピング／拡張カラム２２−４のポート１８−１、１８−２、および分析タイル３０の分析カラム３２のポート３４−１、３４−２を通る。乾燥血液スポット４８−４上の生体液サンプルの抽出の間、生体サンプルは、破線矢印５０の方向で乾燥サンプルスポット４８−４の中または上に抽出流体または溶媒を通すことによって、再構成される。

抽出された再構成サンプルは、トラッピングタイル２０の流体ポート１８−１に流入し、トラッピング／拡張カラム２２−４を通って、流体ポート１８−２から流出する。抽出された生体サンプルはその後、分析カラム３２を通じて分析タイル３０の流体ポート３４−１に流入し、流体ポート３４−２から流出する。分析タイル３０からの溶離液は、検出器または質量分析計システムを通る。ここでも、完全なＤＢＳカード４０を使用する代わりに、乾燥血液スポット４８が個別に打ち抜かれて、（流体ポート１８−１で、またはその付近で）トラッピングタイル２０に直接結合されることが可能である。

図１０は、ＤＢＳカード４０およびマイクロ流体基板２０、３０を検出器、質量分析計、または他のクロマトグラフィ装置に接続するために使用されることが可能な、マイクロ流体カートリッジアセンブリ６０の実施形態を示す。要するに、マイクロ流体カートリッジアセンブリ６０のこの実施形態は、エミッタ、複数のマイクロ流体基板、加熱器、および回路を収容し、マイクロ流体カートリッジアセンブリ６０内に収容された様々な部品への電圧、電気信号、および流体（気体および液体）の送達のための電気機械インターフェースを動作させる。

マイクロ流体カートリッジアセンブリ６０のこの実施形態は、たとえば半分ずつをスナップ留めでまとめることによって、あるいは接着剤または機械的締め具を使用することによって、あるいはそれらのいずれかの組み合わせによって、２つのケーシング部分６２−１、６２−２を接合することで、形成される。マイクロ流体カートリッジアセンブリ６０は、グリップ端６４およびエミッタ端６６を有する。グリップ端６４内の湾曲領域６８は、クロマトグラフィ装置に結合するときにユーザがマイクロ流体カートリッジアセンブリ６０を握持できるようにする、指保持部を提供する。ケーシング部分のうちの１つ（ここではたとえば部分６２−１）は、携帯電話に電池を挿抜するようなやり方で、ＤＢＳカード４０または個別に打ち抜かれた乾燥血液スポット４８を含むマイクロ流体装置および１つ以上のマイクロ流体基板２０を技術者が挿抜できるようにする、アクセスパネル７０を有することができる。生体サンプルおよびトラッピング／拡張カラムを備える基板は分析カラムを備えるマイクロ流体基板とは別なので、マイクロ流体装置の生体サンプル基板およびマイクロ流体基板は交換可能である。したがって、分析カラムは、ＤＢＳカード４０、打ち抜き乾燥汚点スポット４８、またはトラッピング／拡張タイル２０が取り外されても、所定位置に残る。

図１１は、マイクロ流体基板２０、３０のスタック８０を含む、アセンブリ６０内に収容された様々な部品を示すためにケーシング部分６２−２が省略された、マイクロ流体カートリッジアセンブリ６０の実施形態を示す。マイクロ流体カートリッジアセンブリ６０は、アセンブリ６０内で自動的に多層カラムトラッピングタイル２０およびＤＢＳカード４０を割り出しするように構成された、自動サンプラ装置（図示せず）と接続することができる。手動割り出しもまた実施可能である。

上記の例などの、マイクロ流体カートリッジアセンブリの様々な実施形態は、いずれの適切な分析装置を用いても実施可能である。たとえば、いくつかの実施形態は、たとえばＡＣＱＵＩＴＹ（Ｒ）またはＴＲＩＺＡＩＣ（Ｒ）ＬＣ／ＭＳシステム（マサチューセッツ州ミルフォード、ウォーターズコーポレーションより入手可能）など、修正液体クロマトグラフィおよび／または質量分析装置を必要とする。

図１２は、たとえばＤＢＳカード４０およびトラッピング／拡張タイル２０などのその他の基板と併せてマイクロ流体カートリッジアセンブリ６０内で使用されることが可能な、分析タイル３０’の別の実施形態を示す。分析タイル３０’は、進入流体ポート３４’−１および排出流体ポート３４’−２を備える分析カラム３２’を含む。進入ポート３４’−１は、別の当接するトラッピング／拡張タイル２０の排出流体ポート１８−２と流体連通するようになっている。進入流体ポート３４’−１は、マイクロ流体基板３０’の両側に開口している貫通孔ポートであり、（逆相クロマトグラフィプロセスにとって望ましいように）流入サンプルのカラムヘッド部希釈を可能にするために、流体ノズルおよび配管に結合されることが可能である。たとえば、逆相カラム上の保持を可能にするために、大量の有機溶媒を含む抽出された生体サンプルには、水による希釈が必要とされるだろう。流体ノズルおよび配管を通じて、希釈ポンプは溶媒（たとえば、水）を進入流体ポート３４’−１内に送り込むことができる。流体ポート３４’−１は分析カラム３２’のヘッド部にあるので、溶媒は、生体サンプルが分析カラム３２’に進入する前に、生体サンプルを希釈するように作用する。

排出流体ポート３４’−２は、分析タイル３０’の縁で開口している。この縁は、図１１のマイクロ流体カートリッジアセンブリ６０のエミッタ端６６に面している。分析タイル３０’は、分析タイル３０’が２つの向きのうちの１つでカートリッジアセンブリ６０内に実装され得るようにするため、場合により別の（鏡像）分析カラム３２’を含むことができる（すなわち、分析タイル３０’は水平軸６３に対して対称的である）。

図１３は、ＤＢＳカード４０または個別乾燥血液スポット４８と併せてマイクロ流体カートリッジアセンブリ６０内で使用されることが可能な、分析タイル３０’’の別の実施形態を示す。分析タイル３０’’は、分析カラム３２’’を備える同じ基板上に組み込まれたトラッピング／拡張カラム２２’を含む。

分析カラム３２’’は、進入流体ポート３４’’−１および排出流体ポート３４’’−２を有する。進入流体ポート３４’’−１は、マイクロ流体基板３０’’の一方（片方）または両方の面で開口しているポートであり、トラッピング／拡張カラム２２’から到達するサンプルの（たとえば、逆相クロマトグラフィプロセスのための）カラムヘッド部希釈を可能にするために、流体ノズルおよび管に結合されることが可能である。希釈ポンプは溶媒を進入流体ポート３４’’−１内に送り込み、これは生体サンプルが分析カラム３２’’に進入する前に生体サンプルを希釈するように作用する。希釈された生体サンプルは分析カラム３２’’を通過し、これは生体サンプルを構成成分に分離する。成分は、たとえばＬＣ検出器または質量分析計システムに送達されるエレクトロスプレーの形態で、分析カラム３２’’から出る。

組み込まれたトラッピング／拡張カラム２２’は進入流体ポート１８’−１を含み、これは分析タイル３０’’を用いるオンライン処理のため、乾燥血液スポットに結合されることが可能である。一実施形態において、トラッピング／拡張カラム２２’は、当該技術分野において周知のように、分析の準備のために生体サンプルを洗浄するための固相抽出（ＳＰＥ）向けに構成されることが可能である。トラッピング／拡張カラム２２’は、進入流体ポート３４’’−１から分析カラム３２’’に溶け込む。

図１４は、トラッピング／拡張タイル２０（図２）に当接しているＤＢＳカード４０（図８）および図１２の分析タイル３０’に当接しているトラッピング／拡張タイル２０の、（図１２の線ＤＤのような線に沿った）断面図を示す。断面は、血液スポット４８−４、トラッピング／拡張タイル２０の流体チャネル２２の流体ポート１８−１、１８−２、および分析タイル３０’の流体チャネル３２’のポート３４’−１、３４’−２を通る。

乾燥血液スポット４８−４上の生体液サンプルの抽出の間、乾燥生体サンプルは、破線矢印５０の方向で乾燥サンプルスポット４８−４の中に抽出流体または溶媒を通すことによって、再構成される。ここでも、完全なＤＢＳカード４０を使用する代わりに、乾燥血液スポット４８が個別に打ち抜かれて、（流体ポート１８−１で、またはその付近で）トラッピング／拡張タイル２０に直接結合されることが可能である。

抽出された再構成サンプルは、乾燥サンプルスポット４８−４の内部または上を通ってトラッピング／拡張タイル２０の流体ポート１８−１に流入し、トラッピング／拡張カラム２２−４を通って、流体ポート１８−２から流出する。抽出された生体サンプルはその後、分析タイル３０’の流体ポート３４’−１に流入する。

流体ポート３４’−１は分析カラム３２’のヘッド部にあり、一実施形態において、矢印５８の方向で溶媒（たとえば、水）を流体ポート３４’−１内に送り込む希釈ポンプに結合されている。溶媒は、サンプルが分析カラム３２’に進入する前に、トラッピング／拡張カラム２２を出る生体サンプルを希釈するように作用する。希釈された生体サンプルは分析カラム３２’を通過し、これはサンプルを構成成分に分離する。成分は、たとえば検出器または質量分析計システムに向けられるエレクトロスプレーの形態で、分析カラム３２’から出る。

図１５は、乾燥血液スポット（たとえば、４８−４）のクロマトグラフ分析を実行するためのプロセス１００の実施形態を示す。ステップ１０２において、乾燥血液スポット（たとえば、ＤＢＳカードから打ち抜かれたものかまたはその一部）が、トラッピング／拡張カラムを備えるマイクロ流体基板と接続させられる。アナライトを抽出するために、溶媒が乾燥血液スポットの上または内部を流れる（ステップ１０４）。抽出されたアナライトはトラッピング／拡張カラムを流れる。アナライトの抽出はオフラインで行われることが可能であり、その場合、抽出されたアナライトを保持するトラッピング／拡張タイルは、分析カラムを有するマイクロ流体基板まで搬送され、これとインラインに配置される。抽出されたアナライトは、分析カラムのヘッド部で希釈される。分析カラムは、希釈されたアナライトの構成成分を分離する。エレクトロスプレーエミッタは、エレクトロスプレーとして分離された構成要素をＬＣ機器に送達するために、分析カラムの排出末端に流体的に結合されてもよい。

本明細書において「一実施形態」または「実施形態」への言及は、実施形態に関連して記載される事項、機能、構造、または特徴が、教示される少なくとも１つの実施形態に含まれることを意味する。本明細書内の特定の実施形態への言及は、必ずしも全て同じ実施形態を指すものではない。

本発明は特定の好適な実施形態を参照して図示および記載されてきたものの、添付請求項によって定義される本発明の精神および範囲から逸脱することなく、明細書中にその形態および詳細において様々な変化がなされてもよいことは、当業者によって理解されるべきである。

Claims (28)

1. 分析クロマトグラフィカラムとして構成された流体チャネルと、マイクロ流体基板の片側の流体ポートとを有するマイクロ流体基板であって、流体ポートは分析クロマトグラフィカラムのヘッド端で開口している、マイクロ流体基板と、
   １つ以上の乾燥生体サンプルを保持する乾燥血液スポット（ＤＢＳ）捕集装置であって、ＤＢＳ捕集装置はマイクロ流体基板に直接結合されており、これによって生体サンプルのうちの１つがマイクロ流体基板の流体チャネルと流体連通するように配置され、生体サンプルの抽出が分析クロマトグラフィカラムのヘッド端に向かって流れる、ＤＢＳ捕集装置と、
   流体ポートと流体的に結合され希釈剤源であって、希釈剤源は、生体サンプルが分析クロマトグラフィカラムに流入する前に、抽出生体サンプルを希釈するために、分析カラムのヘッド端に溶媒を供給する、希釈剤源と、を含む、クロマトグラフィ装置。
2. マイクロ流体基板が、サンプル調製カラムとして構成された第二流体チャネルと、サンプル調製カラムの内部に向かって開口している第二流体ポートとを有し、サンプル調製カラムは分析カラムのヘッド端で終端し、ＤＢＳ捕集装置は、マイクロ流体基板の第二流体ポートがＤＢＳ捕集装置から抽出生体サンプルを受け取り、抽出生体サンプルをサンプル調製カラムに渡すように、マイクロ流体基板上に直接結合されている、請求項１に記載のクロマトグラフィ装置。
3. サンプル調製カラムが固相抽出（ＳＰＥ）向けに構成されている、請求項２に記載のクロマトグラフィ装置。
4. サンプル調製カラムとして構成された、第二流体チャネルと、サンプル調製カラムの一方の末端の内部に向かって開口している第二マイクロ流体基板の第一面側の第一流体ポートと、第二マイクロ流体基板の第二面側の第二流体ポートと、を有する第二マイクロ流体基板をさらに含み、
   ＤＢＳ捕集装置は、第二マイクロ流体基板の第一流体ポートがＤＢＳ捕集装置から抽出生体サンプルを受け取って、抽出生体サンプルをサンプル調製カラムに渡すように、第二マイクロ流体基板上に直接結合されており、
   第二マイクロ流体基板の第二面は、第二マイクロ流体基板の第二流体ポートが別のマイクロ流体基板の第二流体ポートと流体連通して、サンプル調製および分析クロマトグラフィカラムを含む流路を形成するように、別のマイクロ流体基板と結合している、請求項１に記載のクロマトグラフィ装置。
5. 第二マイクロ流体基板がサンプル調製カラムとして構成された複数の流体チャネルを有し、第二マイクロ流体基板上に直接結合されたＤＢＳ捕集装置は、第二マイクロ流体基板の異なる流体チャネルと流体連通している異なる乾燥生体サンプルを有し、ＤＢＳ捕集装置および第二マイクロ流体基板は、分析クロマトグラフィチャネルを備える別のマイクロ流体基板と移動可能に結合されている、請求項４に記載のクロマトグラフィ装置。
6. 別のマイクロ流体基板の分析カラムと位置合わせするように第二マイクロ流体基板のサンプル調製カラムの異なる１つを割り出しするために、ＤＢＳ捕集装置および第二マイクロ流体基板と機械的に結合する自動サンプラ装置をさらに含む、請求項５に記載のクロマトグラフィ装置。
7. そこからアナライトを抽出するため、乾燥生体サンプルに溶媒を送り込むためにＤＢＳ捕集装置の一方の面と流体的に結合されたポンプをさらに含む、請求項１に記載のクロマトグラフィ装置。
8. 送り込まれた溶媒が超臨界流体である、請求項７に記載のクロマトグラフィ装置。
9. 送り込まれた溶媒が有機溶媒である、請求項７に記載のクロマトグラフィ装置。
10. 送り込まれた溶媒が、アナライトを抽出するために生体サンプル中を流れる、請求項７に記載のクロマトグラフィ装置。
11. 送り込まれた溶媒が、アナライトを抽出するために生体サンプルの上を流れる、請求項７に記載のクロマトグラフィ装置。
12. 分析クロマトグラフィカラムが３００μｍの内径を有する、請求項１に記載のクロマトグラフィ装置。
13. ＤＢＳ捕集装置が複数の乾燥生体サンプルを含有するＤＢＳカードである、請求項１に記載のクロマトグラフィ装置。
14. 生体サンプルの抽出および分析がオンラインで行われる、請求項１に記載のクロマトグラフィ装置。
15. マイクロ流体基板およびＤＢＳ捕集装置を収容するマイクロ流体カートリッジアセンブリをさらに含む、請求項１に記載のクロマトグラフィ装置。
16. 生体サンプルを構成成分に分離する方法であって、
    少なくとも１つの乾燥生体サンプルを保持する乾燥血液スポット（ＤＢＳ）捕集装置を、マイクロ流体基板に直接結合するステップと、
    乾燥生体サンプルからアナライトを抽出して、抽出生体サンプルをマイクロ流体基板の流体チャネル内に渡すステップと、
    抽出生体サンプルが分析クロマトグラフィカラムに到達する前に流体チャネル内で抽出生体サンプルを希釈するステップと、
    希釈された生体サンプルを分析クロマトグラフィカラムによって構成成分に分離するステップと、を含む方法。
17. 流体チャネルがサンプル調製カラムとして構成されている、請求項１６に記載の方法。
18. サンプル調製カラムが固相抽出（ＳＰＥ）向けに構成されている、請求項１７に記載の方法。
19. マイクロ流体基板が第一マイクロ流体基板であって、希釈された生体サンプルをそこから受け取るために、分析クロマトグラフィカラムとして構成された流体チャネルを有する第二マイクロ流体基板を第一マイクロ流体基板に結合させるステップをさらに含む、請求項１６に記載の方法。
20. 第一マイクロ流体基板がサンプル調製カラムとして構成された複数の流体チャネルを有し、ＤＢＳ捕集装置は、第一マイクロ流体基板の異なる流体チャネルと流体連通している異なる乾燥生体サンプルを有し、ＤＢＳ捕集装置および第一マイクロ流体基板は、分析クロマトグラフィチャネルを備える別のマイクロ流体基板と移動可能に結合されており、第一マイクロ流体基板のサンプル調製カラムの異なる１つを第二マイクロ流体基板の分析クロマトグラフィカラムと流体連通するように割り出しするステップをさらに含む、請求項１９に記載の方法。
21. そこからアナライトを抽出するために乾燥生体サンプルに溶媒を送り込むステップをさらに含む、請求項１６に記載の方法。
22. 送り込まれた溶媒が超臨界流体である、請求項２１に記載の方法。
23. 送り込まれた溶媒が有機溶媒である、請求項２１に記載の方法。
24. アナライトを抽出するために、送り込まれた溶媒を乾燥生体サンプルの中に通すステップをさらに含む、請求項２３に記載の方法。
25. アナライトを抽出するために、送り込まれた溶媒を乾燥生体サンプルの上に通すステップをさらに含む、請求項２３に記載の方法。
26. 分析クロマトグラフィカラムは３００μｍの内径を有する、請求項１６に記載の方法。
27. ＤＢＳ捕集装置が複数の乾燥生体サンプルを含有するＤＢＳカードである、請求項１６に記載の方法。
28. ＤＢＳ捕集装置からの生体サンプルの抽出および抽出生体サンプルの構成成分の分離がオンラインで行われる、請求項１６に記載の方法。

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