JP2015527592A - 試料を緩衝液に分注するシステム - Google Patents

Abstract

試料（５）を緩衝液に分注するシステムは、圧力室の内部で過圧を発生させる圧力供給手段を備えた圧力室（１）を含む。圧力室内に配置された出口端部（６）に緩衝液（９）を供給するための入口キャピラリー（２）が設けられる。緩衝液および／または試料を圧力室から排出するための出口キャピラリー（３）も設けられる。出口キャピラリー（３）は、キャピラリーギャップ（８）を形成するように圧力室（１）内の入口キャピラリー（２）の出口端部（６）と対向する位置に配置された入口端部（７）を備える。分注端部（１０）を備えたディスペンサ（４）が、圧力室（１）内でキャピラリーギャップ（８）に配置されることで、分注端部（１０）で、出口キャピラリー（３）の入口端部（７）に入る緩衝液に、分注端部（１０）から試料が分注される。圧力室（１）は耐圧試料ポート（１３）を含み、当該耐圧試料ポート（１３）を介して、分注端部（１０）とともにディスペンサ（４）が圧力室（１）内に進入し退出することができ、圧力室（１）が、耐圧試料ポートを含み、当該耐圧試料ポートを介して、分注端部（１０）とともにディスペンサ（４）が圧力室（１）内に進入し退出することができる。【選択図】図１

Description

本発明は、請求項１に記載された、試料を緩衝液に分注するシステムに関するものである。

生体分子を含有する生物的試料を緩衝液に分注することは、多くの用途で実践されるべきタスクである。一例として、創薬過程では、薬品として使用できる可能性のある候補物質を特定するために多数の物質を選別検査しなければならず、このような物質を用いて多くの試験を行う必要がある。例えば、創薬過程で重要な問題の一つは、特定の候補物質が特定の標的タンパク質または標的酵素と結合するかどうかである。このため、候補物質を細胞培養組織または組織試料（組織）に投与して、所定時間経過後、候補物質が組織内に存在する標的タンパク質または標的酵素と結合しているかどうか分析する必要がある。

このような分析を行うため、タンパク質または酵素と結合されているまたは結合されていない物質を組織から回収しなければならない。当該組織は、基板、例えばガラスプレート上に配置した薄い組織切片として提供してもよい。そして、タンパク質または酵素と結合されているまたは結合されていない物質は、組織から回収しなければならない。タンパク質または酵素と結合されているまたは結合されていない物質を組織切片からどのように回収することができるのかについては、異なる方法または技術が知られている。

そして、回収された物質は、標的タンパク質または標的酵素と結合しているかどうか分析しなければならない。この分析は、物質を質量分析計にエレクトロスプレーすることで行われる。エレクトロスプレーは、特に生化学物質または生物学的物質に関連して行われる。なぜなら、これらの物質が含有する高分子を破壊または損傷することなくイオン化して、質量分析計の真空室に搬送しなければならないためである。質量分析計の測定結果により、物質が標的タンパク質または標的酵素に結合されているかどうかがわかる。

エレクトロスプレーイオン化は、この技術分野では周知の技術である。検体を含有する試料溶液は、ガラスまたは金属製のキャピラリーチューブ（毛細管）を通って流れ、キャピラリーチューブの出口端部は非常に細い先端を形成している。少なくとも先端の領域においては、キャピラリーチューブの外面が金属で形成されるか金属で被覆されることで、電極が形成される。前記電極と離れて対向電極（counter-electrode）が配置され、高圧電圧（典型的には、１ｋＶから５ｋＶ）が両電極間に印加され、溶液を貫通する。イオンの電気泳動を通して、電極の極性と同極性の支配的な数のイオンが先端に堆積する。電極と同極性の支配的な数のイオンを含有する帯電液滴は、先端からスプレーされる。溶媒が蒸発するにつれて液滴が小さくなり、液滴に含有されるイオンは液滴の表面に向けて移動する。溶媒の蒸発が進み、液滴の大きさが所定の閾値（レイリー限界）を下回ると、液滴が爆発（クーロン爆発）して、イオンは溶媒を含まずに質量分析計に到達し、そこで液滴が検知および／または測定される。

典型的には、質量分析測定は、公知の緩衝液の基準測定と、検体を含有する液体試料の測定を含む。緩衝液は、明確に標的物質を特定する目的に適う基準物質を含んでいてもよい。これにより、基準として機能する他に、キャピラリーチューブが緩衝液または液体試料が噴霧される先端から乾燥することを防止できるという利点もある。液体試料は、典型的には、含有される様々な成分を分離する高圧液体クロマトグラフィー（ＨＰＬＣ）を用いて得られる。しかしながら、これにはかなりの長さを有する分離カラムおよび／またはキャピラリー供給チューブが必要となる。緩衝液または液体試料のいずれかをキャピラリースプレーチューブへ供給するには、米国ワシントン州のIDEX Health and Science Corporation社から商標名Rheodyne（登録商標）で市販されている特定の機械バルブを用る。これらのバルブは回転セレクタによって選択的に接続可能な異なるポートを含み、回転セレクタの第１位置では、緩衝液が供給される緩衝液入口ポートが、キャピラリースプレーチューブ出口ポートに接続され、当該キャピラリースプレーチューブ出口ポートにはキャピラリースプレーチューブに通じるキャピラリーチューブを接続できる。液体試料は、キャピラリーチューブおよびバルブ内のチャネル部を含むループに供給される。回転セレクタの第１位置では、このループを通して液体試料がポンプで供給される。液体試料を緩衝液流に導入するため、セレクタを第１位置から第２位置へと回転させる。この第２位置で、バルブの緩衝液入口ポートは、少量の液体試料を含むバルブのチャネル部の入口端部に接続される。前記少量の液体試料を含むチャネル部の入口端部は、バルブのキャピラリースプレーチューブ出口ポートに接続される。したがって、少量の液体試料が、キャピラリースプレーチューブに通じるキャピラリーチューブにループから供給され、その前後で緩衝液が供給される。これにより、少量の液体試料をエレクトロスプレーした後、キャピラリースプレーチューブの出口端部から再度緩衝液がエレクトロスプレーされる。そして、回転セレクタを第１位置に戻し、キャピラリーループを別の液体試料ですすいで充填することができる。

緩衝液および液体試料は高圧で供給されるので、回転セレクタの第１位置から第２位置への切替えおよび第２位置から第１位置への切替えは、液密で高圧に耐え得るものでなければならない。これらの要求を満たすため、切替えは、高分子ロータシールとセラミックステータ面との間で行われる。上述したRheodyne（登録商標）−バルブはこのような切替えを行う性能があるが、切替動作によって摩耗が生じるので、たとえロータシールの交換寿命までに数千回ないし数万回の切替動作を確実に行うことができるとしても、時々ロータシールの交換が必要になる。その結果、時間を浪費することになるので、短期間で何百万もの物質を検査しなければならないハイスループット・スクリーニングへの適用にはこれらのバルブは不向きとなる。他の不利益として、バルブおよびその交換部品（例えば、上述したシール）が高価なことである。

さらに別の不利益は、かなり多量の液体試料をキャピラリーチューブおよびチャネルを含むループに供給しなければならないことである。このことは、生化学物質または生物学的物質は、通常ほんの僅かな量しか利用できないので、著しく不利益になる。

さらに別の不利益は、バルブのキャピラリースプレーチューブ出口ポートに接続されるキャピラリースプレーチューブの長さがかなり長くなることである。なぜなら、取付具がバルブのポートに接続され、取付具を通って当該取付具から離れた非常に細い先端まで延びるように配置されたキャピラリーチューブ内を液体が搬送されるので、キャピラリースプレーチューブ全体の長さが無視できない長さになるからである。このことは、緩衝液流に導入される生化学試料または生物学試料が、長いキャピラリーチューブを通って伝播する際に緩衝液によって希釈されるので不利益となる。スプレーキャピラリーチューブが長いほど、少量の試料がこのように希釈される確率が高くなる。したがって、キャピラリーが長いほど、質量分析計の測定における信号対雑音比（ＳＮ比）が悪化する。さらに、次の液体試料を噴霧する前にかなり多量の緩衝液を先端から噴霧しなければならないので、２つの連続した液体試料（検体）を噴霧する間の時間間隔がかなり長く、数十秒またはそれ以上かかることもある。これは、少量の液体試料を大量にハイスループット・サンプリングする場合には長すぎる時間である。つまり、先行技術は、質量分析計の入口ポートで非常に小さいエレクトロスプレーイオン化先端に連結される比較的大きな流体システムを提案している。

最新式の装置が米国公開公報第２００９／００２０５５５Ａ１に開示されている。この装置は、エアギャップによって分離された第１搬送パイプから第２搬送パイプへと液体対象物を搬送または分注することができる。圧力室はエアギャップを囲むように提案されている。しかしながら、ピペットが圧力室に挿入され、その後圧力室から引き抜かれるときに、圧力室内で圧力損失が生じる。

したがって、本発明の目的は、上述した先行技術システムの不利益を解消または少なくとも大幅に減少する、試料を緩衝液に導入または分注するシステムを提供することである。さらに、試料を緩衝液に分注するシステムは、生化学試料または生物学試料の場合のように巨大分子を含有する試料の供給に適しているものとする。さらに、必要な試料の量を少なくできるものとする。また、システムは、ハイスループット・スクリーニング等のハイスループット・サンプリング・アプリケーションまたは組織切片の分子イメージングに使用することができるものとする。

本発明によると、この目的は、システムに関する独立請求項の特徴によって特定されるような、試料を緩衝液に分注するシステムによって達成される。本発明によるシステムの有益な実施形態は、システムに関する従属請求項の対象とする。

本発明の一実施形態によると、試料、特に液体試料を緩衝液に分注するシステムは、圧力室の内部で、当該圧力室外部の圧力に対する過圧を発生させる圧力供給手段を備えた圧力室を含む。システムは、さらに、入口キャピラリーの出口端部に緩衝液を供給する入口キャピラリーを含む。入口キャピラリーの出口端部は、圧力室内に配置されている。システムは、さらに、緩衝液および／または試料を圧力室から排出するための出口キャピラリーを含む。出口キャピラリーは入口端部を備え、当該入口端部は、入口キャピラリーの出口端部と対向してキャピラリーギャップを形成するように圧力室内に配置される。これにより、入口キャピラリーの出口端部を出る緩衝液が、キャピラリーギャップを横断して、出口キャピラリーの入口端部に入ることが可能となる。さらに、システムはディスペンサを含む。ディスペンサは分注端部を備え、試料を分注する間、分注端部は、圧力室内でキャピラリーギャップに配置される。例えば、ディスペンサは、ソリッドピン（solid pin）、ピペットまたはその他の好適な装置を含んでいてもよい。例えば、ディスペンサは分注端部に平坦面を有する中実先端部を備えていてもよく、分注端部に開口を有するチャネルを含む中空ディスペンサでもよい。これにより、分注端部に付着または分注端部から出る試料が、出口キャピラリーの入口端部に入る緩衝液に分注端部から分注される。液体試料の場合には、出口キャピラリーの入口端部に入る緩衝液に対して、試料が液体ブリッジを形成してもよい。

上述したように、ディスペンサは、液滴が付着するその分注端部に設けた、例えば、親水性の平坦面を備えたソリッドピン（所謂ピンツール）、ピペット先端（pipetting tip）または試料プレートからの試料の搬送またはキャピラリーギャップ内の液体ブリッジへの組織切片の搬送に適したいかなる種類の中空チップまたはカラムを含んでいてもよい。例えば、中空チップまたはカラムを、ゲル、例えば、アガロースマトリックスで充填することもできる。ゲルは、電場を加えることで、試料分子をロード（load）およびアンロード（unload）してもよい。ゲルは、電場を加えることで中空チップまたはカラムの内外に試料分子が電気泳動する間、抗対流媒体（anticonvective medium）として作用する。チップまたはカラムの電場は、試料からゲル内へ分子をロードするときと、分注端部から出口キャピラリーの入口端部に入る緩衝液に分子をアンロードするときで極性が変化する。入口キャピラリーと出口キャピラリーの間で液体ブリッジが形成される場合、入口キャピラリーと出口キャピラリーの間のキャピラリーギャップで形成される液体ブリッジ内に試料がアンロードされる。

以下、「キャピラリー」がキャピラリーチューブ（毛細管）としての形態を説明するが、「キャピラリー」という用語は、他の種類のキャピラリーチャネルも含むものとして理解される。一例として、キャピラリーを、プレートの表面に形成した開放チャネルによって形成し、開放チャネルがそれぞれ蓋で覆われることで閉鎖されたキャピラリーチャネルを形成してもよい。

一般に、出口キャピラリーの入口端部に入る緩衝液に試料をどのように分注するかについて、２つの主なシナリオが考えられる。

最初のシナリオでは、入口キャピラリーの出口端部と出口キャピラリーの入口端部との間のギャップを跨ぐ緩衝液のブリッジは継続的に維持されるわけではない。しかしながら、それでも多少の緩衝液が液滴の形状で出口キャピラリーの入口端部に残っている。試料がディスペンサの分注端部から分注されると、出口キャピラリーの入口端部に存在する緩衝液の液滴と分注端部に存在する試料の液滴が液体ブリッジを形成するまで、試料も液滴を形成する。また、ギャップを跨ぐ液体ブリッジが、分注される試料によって再構築されてもよい。液体表面に作用する表面圧力により、出口キャピラリーの入口端部および液体ブリッジで液滴が落ちることが防止される。試料は出口キャピラリー内に引き込まれ、圧力室内の過圧と出口キャピラリー外部の圧力との圧力差に起因して、出口キャピラリーから排出される。圧力室内の過圧と出口キャピラリーの出口端部の外部の圧力との圧力差により、出口キャピラリーを通過した液体の流量が決定される。

第２のシナリオでは、入口キャピラリーの出口端部と出口キャピラリーの入口端部との間のキャピラリーギャップを跨ぐ緩衝液の液体ブリッジが継続的に維持される。試料がディスペンサの分注端部から分注されると、試料が液滴を形成し、当該液滴が、入口キャピラリーの出口端部と出口キャピラリーの入口端部との間のキャピラリーギャップを跨いで継続的に維持される緩衝液のブリッジとともに液体ブリッジを形成する。試料は出口キャピラリー内に引き込まれ、圧力室内の過圧と出口キャピラリー外部の圧力との圧力差により、出口キャピラリーから排出される。圧力室内の過圧の影響により、入口キャピラリーの出口端部と出口キャピラリーの入口端部との間のギャップを跨ぐ液体ブリッジが制約および制御される。また、上述したように、圧力室内の過圧により、出口キャピラリーを通る流量が決定される。

典型的には、圧力室内の過圧は、（圧力室外部の圧力または出口キャピラリーの出口端部外側の圧力のそれぞれに対して）０．１ｂａｒ〜２ｂａｒの範囲内でよい。出口キャピラリーを通る所望の流量が圧力室内の適正レベルの過圧により達成されると、入口キャピラリーを通る緩衝液の流量を減少または増加させることで、或いは、圧力室内の過圧を変化させることで、入口キャピラリーの出口端部と出口キャピラリーの入口端部との間のギャップを跨ぐ液体ブリッジが制御される。

出口キャピラリーの入口端部は、既に上述したように、例えば、緩衝液および試料を質量分析計にエレクトロスプレーすることができるキャピラリースプレーチューブの入口端部であってもよい。したがって、本発明のシステムによって、非常に少量の液体のみを略直接的に、すなわち入口に非常に近い位置で、（上述したように、キャピラリースプレーチューブとすることもできる）出口キャピラリーの入口端部に分注することができる。試料を供給するのにループは必要なく、逆に、例えば、上述したディスペンサにより非常に少量の試料を圧力室内に導入することができる。そして、ディスペンサにより得られた非常に少量の試料は、ギャップを跨ぐ液体ブリッジに直接分注することができる。したがって、試料が、キャピラリースプレーチューブとすることもできる出口キャピラリーを通る距離が非常に短くなり、生化学試料または生物学試料の巨大分子に対して特に有益となる。なぜなら、これらの分子はキャピラリー壁に付着し易く、付着する確率は、出口キャピラリーが長くなるほど高くなるからである。しかしながら、試料に含有された分子が質量分析計に多く到達するほど、信号対雑音比が改善される。したがって、本発明のシステムは、試料および緩衝液が噴霧される質量分析計での信号対雑音比が改善される点においても利点を有している。

方法の幾つかの実施形態では、質量分析検出器のダイナミックレンジに制約があるので、質量分析計に検体を導入する前に、分析分離ステップが必要になるかもしれない。分析分離ステップは、出口キャピラリーを分割して、試料ギャップに面する出口キャピラリーの部分と質量分析計に面する出口キャピラリーの部分との間に分離媒体（典型的には、内壁を選択吸着面として機能するように変更したガラス毛管の形態として構成される）を設けることで実現される。継続的に出口キャピラリーに供給される緩衝液は、（例えば、溶離ステップまたは勾配を形成するため）経時変化する組成を有していてもよい。この構成は単一の分離媒体に限らず、幾つかの直交する分離設備からなる構成とすることも考えられる。

本発明のシステムは、非常に少量の試料のみを分離して噴霧すればよいので、このように少量の噴霧により、次の試料を噴霧できるまでの時間が短縮されることになるので、ハイスループット・サンプリングの用途に用いるのに適している。

本発明のシステムの一態様によると、圧力室が、分注端部を備えたディスペンサが圧力室内に進入し退出することができるように構成された耐圧試料ポートを含んでいてもよい。これは、ソリッドピン、ピペットまたはその他の好適な装置等のディスペンサを圧力室に挿入し、その後圧力室から引き抜くことを可能にする方法の好適な構造的な実施形態である。これは、ハイスループット・サンプリングに適用する場合のように、多数の試料を測定する際に特に有利である。なぜなら、例えば、ソリッドピン、ピペットまたはその他の好適な装置が、マイクロプレートのウェルから迅速に試料を得ることができ、その後迅速に圧力室内に導入され、キャピラリーギャップ内に試料を分注することができるからである。分注後、ソリッドピン、ピペットまたはその他の好適な装置は、耐圧試料ポートを通して、圧力室から迅速に引き抜くことができる。

本発明のシステムの別の態様によると、耐圧試料ポートは、内部を通路が通る係止部材を含んでいてもよい。係止部材は、ディスペンサが圧力室内に進入できる位置に通路が配置される第１位置と、係止部材が圧力室を密封状態に閉じる第２位置との間で移動可能である。この実施形態は、密封アクセスを許容または圧力室へのアクセスを防止する係止部材を低コストで構成することができるので有利である。例えば、ディスペンサが長尺なソリッドピン、ピペットまたはその他の好適な装置として形成される場合、最初にシールを通して分注端部を挿入してもよく、その間、係止部材は圧力室を密閉状態に閉じる第２位置へ配置される。ソリッドピン、ピペットまたはその他の好適な装置がシールを通過した後、係止部材を第２位置から第１位置へと移動してもよく、当該第１位置において係止部材の通路は、ソリッドピン、ピペットまたはその他の好適な装置が圧力室内に移動することを許容する。ソリッドピン、ピペットまたはその他の好適な装置から試料が分注されると、分注端部が圧力室から引き抜かれる。これは、分注端部がシールによって囲繞されている間に、通路を通して分注端部を完全に退避させるまで、ソリッドピン、ピペットまたはその他の好適な装置を引き抜くことで行われる。そして、係止部材は、第１位置から第２位置へと移動し、当該第２位置において圧力室を密封状態に閉じる。ソリッドピン、ピペットまたはその他の好適な装置は、圧力室が密封状態に閉じられたままで、シールを通して完全に退避させることができる。

上述したように、本発明のシステムの別の態様によると、システムは、係止部材を第１位置から第２位置および第２位置から第１位置へと移動させるモータを含んでいてもよい。係止部材をモータによって移動させることは好ましい。なぜなら、係止部材の移動は非常に短時間、例えば、数百ミリセカンド以内またはそれ以上に短い時間で行われ、同時にシステムへの振動または衝撃を実質的にまたは完全に回避できるからである。

本発明のシステムの別の態様によると、ディスペンサは、チャネルと、分注端部に配置された分注開口部を含む。分注開口部はチャネルと連通し、分注開口部を通して試料を分注することが可能である。チャネルは（従来技術のピペットのように）空でもよく、或いは、上述したように、例えば、アガロースゲルのようなクロマトグラフィー材料で充填してもよい。このように構成されたディスペンサは、試料をチャネル内に簡単かつ迅速に取り入れることが可能であり、また分注開口部を通して試料を簡単かつ迅速に分注することが可能である。

本発明のシステムの別の態様によると、システムが、圧力室内で相互に位置合わせされる入口キャピラリーの出口端部と出口キャピラリーの入口端部を位置決めする入口キャピラリーホルダおよび出口キャピラリーホルダをさらに含んでいてもよい。入口キャピラリーの出口端部と出口キャピラリーの入口端部は、典型的に＋／−０．０２ｍｍ〜＋／−０．１ｍｍの範囲の精度で位置合わせされる。一例として、これらのキャピラリーホルダを圧力室の両側に設けたねじ穴に螺合してもよい。さらに、ホルダは、相互に向き合うキャピラリーチューブの端部どうしの軸方向距離を調整するように構成してもよい。

本発明のシステムのさらに別の態様によると、圧力室が、入口キャピラリーの出口端部と、出口キャピラリーの入口端部と、ディスペンサの分注端部と、キャピラリーギャップを視認できるように配置された窓を含んでいてもよい。これにより、以下で説明するように、位置合わせ（alignment）、キャピラリーチューブの端部間の距離、ギャップを跨ぐ液体ブリッジの形成および維持、その他についての制御を行うことが可能となる。

本発明のシステムの別の態様によると、システムが、少なくともキャピラリーギャップの像を撮影するカメラと、カメラで撮影された像を分析して、自動的に圧力供給手段の制御および／または入口キャピラリーを通した緩衝液の供給の制御を行うように構成された制御ユニットをさらに含んでいてもよい。映像解析によりキャピラリーギャップを跨ぐ液体ブリッジのリアルタイム制御が可能となり、撮影された像の解析に基づいて圧力室内で過圧を調整することによって、液体ブリッジを確立し維持することができる。また、映像解析により、入口キャピラリーの出口端部と出口キャピラリーの入口端部を相互に正確に位置決めすることができる。ディスペンサについても同様であり、撮影された像の解析を利用して、ディスペンサの分注端部を正確に位置決めすることができる。

本発明のシステムの別の態様によると、キャピラリーギャップと流体連通するように配置される閉鎖可能なドレインを含んでいてもよい。一般的に、このようなドレインを設ける位置は、圧力室の所定の位置に限定されない。しかしながら、意図せずに液体が出口キャピラリーの入口端部に入らない場合（例えば、圧力室内の過圧が小さすぎる場合）、液体が重力により圧力室の底に落下するかもしれない。そのため、このようなドレインの設置位置は、キャピラリーギャップの下方で圧力室の底であることが好ましい。さらに、ドレインを設けたことにより、圧力室を通って流れ、当該ドレインを通して圧力室から流出するパージガス流を利用して圧力室のパージを行うことが可能となる。このようなドレインは、開閉できる開口部として簡単に構成してもよい。

本発明のシステムの別の態様によると、圧力供給手段は、過圧源と、当該過圧源および圧力室の両方と流体連通して、加圧ガスを圧力室内に導入する供給チャネルを含んでいてもよい。さらに、圧力供給手段は、圧力室からの加圧ガスの排出を可能とする圧力ドレインを含んでいてもよい。圧力ドレインは、さらに、排出チャネルと排出バルブを含んでいてもよい。排出チャネルは、圧力室内の圧力と圧力室外部の圧力との間で一定の差を確立するように、圧力室および排出バルブの両方と流体連通する。圧力差は、典型的には０．１ｂａｒ〜２ｂａｒの範囲である。ギャップを跨ぐ液体ブリッジを制御することとは別に、圧力供給手段の主目的は、出口キャピラリーを通る流量を制御することである。出口キャピラリーを通る流量は、圧力室内部の過圧と出口キャピラリー外部の圧力との圧力差に直接関係する。圧力ドレインに設けた特定の圧抜き（pressure leak）により、圧力室内の過圧の正確な制御および維持を補助してもよい。

本発明のシステムの別の態様によると、入口キャピラリーと出口キャピラリーは、５μｍ〜１００μｍ、特に５μｍ〜５０μｍの範囲の内径と、５０μｍ〜５００μｍの範囲の外径を有していてもよい。外径は常に内径よりも大きくなる。この範囲は好適な範囲を表すものにすぎない。入口キャピラリーの出口端部と出口キャピラリーの入口端部との間のギャップの最適幅は、入口キャピラリーおよび出口キャピラリーの外径の範囲である。これにより、キャピラリーの外径が特定の範囲内にあるので、キャピラリーギャップを跨ぐ液体の体積を小さく、特に１ナノリットルまたはそれ以下の量から数十ナノリットルまでの範囲内にすることができる。このような構成は、下記に説明する本発明の他の実施形態の態様と組み合わせると特に有益である。

本発明のシステムのさらに別の態様によると、出口キャピラリーは、１０ｍｍ〜５０ｍｍの範囲の長さを有していてもよい。上述したように、出口キャピラリーの長さが短いと、典型的に生化学試料または生物学試料に含まれる巨大分子が出口キャピラリーの内壁に付着することを防止できるので、特に有益である。一方、出口キャピラリーは、好適にはキャピラリーホルダを用いて、圧力室に取り付けなければならず、また、エレクトロスプレーを目的として、出口キャピラリーに高電圧を印加できなければならない。したがって、出口キャピラリーの長さを短く維持しつつも、上記の基準に適合することができるように、所定の最低長さを有していなければならない。

代替的に、本発明のシステムのさらに別の態様によると、出口キャピラリーは、材料の一部の内面として、試料材料の一部を選択吸着できるようにしてもよい。典型的には、このような材料は、逆相分離媒体、カチオン吸着媒体またはアニオン吸着媒体を含む。

本発明のシステムのさらに別の態様によると、入口キャピラリーおよび／または出口キャピラリーは、溶融石英、ガラス、ポリテトラフルオロエチレン（Teflon；登録商標）または、例えば、ステンレス鋼、金または白金等の金属から形成される。これらの材料は、使用目的に適したものとして示している。有益には、キャピラリーが親水性材料から形成される場合、キャピラリーの端面は被覆せずに、キャピラリーの外面をTeflon（登録商標） AF等の親水性材料によって被覆して、液体がキャピラリーの外面を湿らせることを防止することができる。被膜は、例えば、１０ｎｍの厚さを有する薄層としてもよい。

同様に、ディスペンサの外面を、同じ理由から、Teflon（登録商標） AF材料のこのような薄層で被覆することもできる

本発明のシステムの他の態様によると、出口キャピラリーは、テーパ状の出口端部を有していてもよい。出口キャピラリーは、少なくともテーパ状の出口端部で、その外面に金属が設けられている。出口キャピラリーは、さらに、圧力室および出口キャピラリーホルダのそれぞれに対して電気的に絶縁される。システムは、出口キャピラリーの出口端部と電気的に接触して配置され、出口キャピラリーのテーパ状の端部で出口キャピラリーの外面に設けた金属に電圧を印加する電圧電極をさらに含む。この実施形態は、試料および／または緩衝液を質量分析計にエレクトロスプレーするために、出口キャピラリーが短いキャピラリーである形態を特に意図している。

本発明の別の態様は、試料を緩衝液に分注する方法に関し、この方法は、上述したように、
試料を分注するために本発明のシステムを準備するステップと、
圧力室内で過圧を発生させるステップと、
入口キャピラリーの出口端部を通って出口キャピラリーの入口端部に流入する緩衝液流を作るステップと、
圧力室内部の圧力と圧力室外部の圧力との差を一定として、出口キャピラリーにおいて一定の流量が得られるように、圧力室内部の過圧を制御するステップと、
液体ブリッジを形成するため、試料ディスペンサの分注端部を通して、出口キャピラリーの入口端部に入る緩衝液に試料を分注するステップと、を含む。

本発明の方法のさらに別の態様は、緩衝液のキャピラリーギャップブリッジが、入口キャピラリーの出口端部と出口キャピラリーの入口端部との間で、継続的に維持される。ディスペンサの分注端部を通して試料を分注するステップは、継続的に維持された緩衝液のキャピラリーギャップブリッジに試料を分注するステップを含む。本発明の方法の実施形態の利点は、本発明のシステムについて検討した際に述べた利点と対応する。

本発明の他の有利な態様は、添付の図面を参照して以下に述べる本発明の各実施形態の説明により明白になるであろう。

図１は、圧力室内に配置された入口キャピラリーと、出口キャピラリーと、ディスペンサを含む、本発明によるシステムの一実施形態の側面図を示す。 図２は、ディスペンサを除いた図１のシステムの実施形態を示し、緩衝液のキャピラリーギャップブリッジが形成され始めた状態を示す。 図３は、図２のシステムの実施形態を示し、緩衝液のキャピラリーギャップブリッジが形成されていく過程を示す。 図４は、キャピラリーギャップブリッジが形成された状態の図２および図３のシステムの実施形態を示し、緩衝液のブリッジが、入口キャピラリーと出口キャピラリーの間のキャピラリーギャップを跨いでいる。 図５は、図１のシステムの実施形態を示し、本発明の方法の第１実施形態により、試料を緩衝液のキャピラリーギャップブリッジに分注し始めた状態を示す。 図６は、図５のシステムの実施形態を示し、試料を緩衝液のキャピラリーギャップブリッジに分注している途中の状態を示す。 図７は、図５および図６のシステムの実施形態を示し、試料がキャピラリーギャップブリッジに分注された後の状態を示す。 図８は、図４のシステムの実施形態の側面図を示し、出口キャピラリーから試料が排出された後、圧力室からディスペンサが引き抜かれてようとしており、緩衝液のキャピラリーギャップブリッジがキャピラリーギャップを再度跨いでいる状態を示す 図９は、図５のシステムの実施形態を示し、本発明の方法の第２実施形態により、試料を出口キャピラリーの入口に分注し始めた状態を示す。 図１０は、図９のシステムの実施形態を示し、試料を分注している途中の状態を示す。 図１１は、図９および図１０のシステムの実施形態を示し、試料が分注され、キャピラリーギャップブリッジが再構築された後に、キャピラリーギャップブリッジが試料により形成されつつある状態を示す。 図１２は、図９から図１１に示すシステムの実施形態を示し、出口キャピラリーを通して試料を排出する途中で、キャピラリーギャップブリッジが再度途切れた状態を示す。 図１３は、図９から図１２に示すシステムの実施形態を示し、試料が出口キャピラリーから排出され、緩衝液のキャピラリーギャップブリッジが再構築された後の状態を示す。 図１４は、本発明のシステムの他の実施形態の断面図を示す。 図１５は、本発明のシステムの他の実施形態の斜視図を示す。

図１は、試料を緩衝液９に分注するシステムの第１実施形態を示すものであり、当該システムは、圧力室１と、入口キャピラリー２および出口キャピラリー３と、ディスペンサ４とを含む。既に詳述したように、以下の実施形態において、「キャピラリー」は、キャピラリーチューブとしての形態を採用しているが、これに限定されるものではない。緩衝液９は、入口キャピラリー２を通して入口キャピラリー２の出口端部６に供給される。入口キャピラリー２の出口端部６は、圧力室１の内部に配置されている。出口キャピラリー３は入口端部７を有し、入口キャピラリー２の出口端部６と出口キャピラリー３の入口端部７が相互に対向するように、圧力室１内で入口端部７が配置されている。したがって、入口キャピラリー２と出口キャピラリー３の間、より正確には、入口キャピラリー２の出口端部６と出口キャピラリー３の入口端部７の間で、キャピラリーギャップ（capillary gap）８が画成される。図２に示すように、緩衝液９は入口キャピラリー２内を流れ、入口キャピラリー２の出口端部６で液滴を形成する。入口キャピラリー２を通してさらに緩衝液を供給すると、図３に示すように、液滴が入口キャピラリー２の出口端部６で成長し、出口キャピラリー３の入口端部７に接触する。そして、図４に示すように、キャピラリーギャップ８を跨いで液体ブリッジ１１が形成される。圧力室１外部の圧力或いはより正確には出口キャピラリー３の出口端部１２（図１参照）外部の圧力に対する圧力室１内部の過圧により、出口キャピラリー３に入る緩衝液９は、出口キャピラリー３の出口端部１２から排出される。出口キャピラリー３を通る流量は、上述した圧力差により決定される。すなわち、圧力差を一定に保つことにより、出口キャピラリー３を通る流量を一定に保つことができる。

緩衝液のキャピラリーギャップブリッジ１１は、一旦形成されると、継続的に維持される。キャピラリーギャップブリッジ１１の維持は、入口キャピラリー２を通して供給される緩衝液の流量を制御することによって制御することができる。図１では、キャピラリーギャップブリッジ１１が、分注端部１０で試料５の液滴を担持するディスペンサ４とともに示されている。そして、図５から図８を参照して説明する本発明の方法の第１実施形態、或いは、図９から図１３を参照して説明する本発明の方法の第２実施形態に応じて、試料５の液滴が緩衝液のキャピラリーギャップブリッジ１１に分注される。

図５から図８は、ディスペンサ４の分注端部１０を通して試料５の液滴を緩衝液のキャピラリーギャップブリッジ１１に分注することを示す。図からわかるように、キャピラリーギャップブリッジ１１への液滴の分注時は、試料液体の非分注時（図１または図８参照）における緩衝液のキャピラリーギャップブリッジ１１と比較して、キャピラリーギャップブリッジ１１が僅かに収縮している。緩衝液のキャピラリーギャップブリッジ１１が入口キャピラリー２の出口端部６と出口キャピラリー３の入口端部７との間のキャピラリーギャップ８を跨いだ状態（図５参照）のキャピラリーギャップ８の上方に分注端部１０が配置されるようにディスペンサ４が配置されている。図６に示すように、試料５がキャピラリーギャップブリッジ１１の緩衝液に分注されると、ディスペンサ４の分注端部１０における試料５とキャピラリーギャップブリッジ１１の緩衝液との間で液体ブリッジが形成される（図６参照）。そして、図７に示すように、試料液体５は出口キャピラリーチューブ３内に引き込まれる。試料液体が出口キャピラリー３から完全に排出されると、緩衝液９のキャピラリーギャップブリッジ１１が再構築され、分注端部は圧力室１から引き抜かれる（図８参照）。そして、上述したように、次の試料液体を緩衝液のキャピラリーギャップブリッジ１１に分注することができる。

図９から図１３は、第２の方法により、試料ディスペンサ４の分注端部１０を通して試料５を分注することを示し、第２の方法では、キャピラリーギャップ８を跨ぐ緩衝液のキャピラリーギャップブリッジ１１が継続的に維持されるわけではない。図９に示すように、開始時のシナリオは上述した方法のものと同様である（図５も参照）。しかしながら、入口キャピラリー２を通した緩衝液９の供給が実質的に減少されて、緩衝液のキャピラリーギャップブリッジ１１が中断する。その結果、入口キャピラリー２の出口端部６と出口キャピラリー３の入口端部７で２つの液滴のみが残る。試料５がキャピラリーギャップ８に分注される（図１０参照）ことで、試料５がキャピラリーギャップブリッジを形成する（図１１参照）か、或いは、試料５が出口キャピラリー３の入口端部７における液滴とともにブリッジを形成して、試料液体５のキャピラリーギャップブリッジが構築されない（図１２参照）。いずれの場合にも、圧力室１内の過圧と出口キャピラリー３外部の圧力との圧力差により、その後試料が出口キャピラリー３から排出される。その後、緩衝液の供給が再度増加され、図１３に示すように、キャピラリーギャップ８を跨ぐ緩衝液のキャピラリーギャップブリッジ１１が再形成される。

図１４は、本発明のシステムの別の実施形態を示す。図１４に示すシステムの実施形態は、ブロック状ハウジングの内部に圧力室１を含み、入口キャピラリー２の出口端部と出口キャピラリー３の入口端部が圧力室１内で相互に位置合わせして配置されている。キャピラリーギャップが、入口キャピラリー２の出口端部と出口キャピラリー３の入口端部との間で形成される。入口キャピラリー２の出口端部と出口キャピラリー３の入口端部は、入口キャピラリーホルダ１５および出口キャピラリーホルダ１６を用いて位置合わせすることができる。入口キャピラリーホルダ１５および出口キャピラリーホルダ１６は、それぞれブロック状ハウジングの対応するねじ穴に螺合される。入口キャピラリーホルダ１５および出口キャピラリーホルダ１６により、入口キャピラリー２の出口端部と出口キャピラリー３の入口端部の位置決めを行うことができ、入口キャピラリー２と出口キャピラリー３の軸が、例えば、＋／−０．０２ｍｍ〜＋／−０．１ｍｍの範囲の精度で位置合わせされる。また、入口キャピラリーホルダ１５および出口キャピラリーホルダ１６を用いて、入口キャピラリー２の出口端部と出口キャピラリー３の入口端部との間の軸方向距離を調整することができる。

例えば、ソリッドピン、ピペットまたはその他の好適な装置等のディスペンサ４は、圧力室１内に延びて、上述したように、ディスペンサ４の分注端部１０を通して試料を分注することができる。ディスペンサは、チャネル１０２と、分注端部１０に配置された分注開口部１０１をさらに含む。分注開口部１０１はチャネル１０２と連通し、分注開口部１０１を通して試料を分注することができる。任意選択的に、チャネルをクロマトグラフィー材料で充填してもよい。

ディスペンサ４は耐圧試料ポート１３を通って延び、当該耐圧試料ポート１３は、内部を通路１９が通る係止部材１４を含み、ディスペンサ４が分注端部とともに圧力室１内に対して進入および退出することができる。係止部材１４は移動可能である。図１４に示す実施形態では、係止部材１４を引いたり押し込んだりすることで、係止部材１４を図面に示されている平面（drawing plane）の内外に移動させてもよい。したがって、係止部材１４は、図１４に示す位置に通路１９が配置され、ディスペンサ４が通路１９を通って圧力室１内に進入できる第１位置と、通路１９を図面に示されている平面の内外に移動させるために係止部材が押し込まれ或いは引っ張られたことにより、ディスペンサ４が通路１９を通過することができない位置に通路１９が配置される第２位置との間で移動可能となる。この第２位置において、係止部材１４は、圧力室１を密閉状態に閉じる。代わりに、円形断面を有する係止部材（図１４に図示せず）を用いることもできる。このような係止部材は、第１位置と第２位置の間で係止部材を回転させることで移動させることができる。もちろんその他のタイプの係止部材を用いることもできる。

試料を分注した後、ディスペンサ４の端部が通路１９を通して退避されているが、なおシール２５を貫通している状態まで、ディスペンサ４を引き抜くことができる。そして、圧力室１を閉じる第２位置まで係止部材１４を移動させるために、係止部材１４を押し込むまたは引っ張ることができる。その後、シール２５を介してディスペンサ４を完全に引き抜くことができ、その間、圧力室１が密封状態に閉じられる。ディスペンサ４の挿入は、これとは逆の順序で行われる。ディスペンサ４はシール２５を介して挿入されるが、ディスペンサの端部が係止部材１４の上方に配置される程度にとどめなければならない。次に、係止部材１４は第１位置に移動され、当該第１位置において、通路１９は、ディスペンサが通路１９を移動して圧力室１内に入ることを許容し、ディスペンサが図１４に示す位置に配置される。

試料が意図せずに圧力室内に残ったり、試料が重力により落下したりする場合、これらの液体は、圧力室１と流体連通するように配置される閉鎖可能なドレイン１７により圧力室１から排出することができる。図１４に示す実施形態では、ドレイン１７がブロック状ハウジングの底に配置されている。

圧力室１と流体連通する圧力供給チャネル１８も図１４に示されている。また、圧力ドレイン（図１４に図示せず）が圧力室１と流体連通するように配置されていることが好ましい。この圧力ドレインは、排出チャネルと排出バルブを含んでいてもよく、これらが協働して、圧力室１内を容易に一定圧力に制御および維持できる特定の圧抜き（pressure leak）を形成する。

入口キャピラリー２および出口キャピラリー３の典型的な寸法は、内径が約５μｍ〜５０μｍの範囲であり、外径が５０μｍ〜５００μｍの範囲であり、これらの範囲は明示的に境界値を含んでいる。言うまでもなく、各キャピラリーの外径は、同一キャピラリーの内径よりも常に大きくなる。出口キャピラリー３は、１０ｍｍ〜５０ｍｍの範囲の長さとしてもよい。

図１４に示す実施形態では、出口キャピラリー３がテーパ状の出口端部２０を有している。出口キャピラリー３の外面には金属が設けられ（例えば、金属化されたものでもよい）、電気接点を形成している。この金属面は、圧力室１および出口キャピラリーホルダ１６に対して電気的に絶縁されなければならない。電圧電極２１は、金属化された外面と電気的に接触し、出口キャピラリー３の出口端部１２と電気接点を形成するように配置される。電圧電極２１は隣接する対向電極（図示せず）に対して電位を有しており、出口キャピラリー３の出口端部２０を通して質量分析計に液体をエレクトロスプレーすることが可能となる。

図１５は本発明のシステムの他の実施形態を示し、圧力室１が、入口キャピラリーの出口端部と、出口キャピラリーの入口端部と、ディスペンサの分注端部と、キャピラリーギャップをカメラ２４で視認できるように配置された窓２３を含む。カメラ２４を利用することで、入口キャピラリーおよび出口キャピラリーの両端部と、キャピラリーギャップと、液体キャピラリーギャップブリッジの像を撮影することができる。映像解析に基づいて試料を分注する前、試料を分注する間、および試料の分注後に、制御ユニットが、入口キャピラリーチューブを通した緩衝液の流れを制御してもよい。また、映像解析を用いて、入口キャピラリーと出口キャピラリーの端部どうしの調整を行うこともできる。さらに、映像解析を用いて、ディスペンサの端部のキャピラリーギャップでの位置を制御することもできる。また、映像解析を用いて、係止部材を移動させるモータ２２を制御することもできる。

図面を参照して本発明の諸実施形態について説明したが、本発明の基となる一般的な教示内容から逸脱することなく、詳述した各実施形態を様々に変更および変形することが可能である。したがって、本発明は詳述した各実施形態に限定して理解されるべきではなく、権利の保護範囲は添付の請求の範囲で決定される。

Claims (15)

1. 試料（５）、特に液体試料を緩衝液に分注するシステムであって、
   圧力室（１）の内部で、当該圧力室（１）外部の圧力に対して、過圧を発生させる圧力供給手段を備えた圧力室（１）と、
   前記圧力室（１）内に配置された入口キャピラリー（２）の出口端部（６）に緩衝液（９）を供給する入口キャピラリー（２）と、
   前記緩衝液（９）および／または前記試料を前記圧力室（１）から排出するための出口キャピラリー（３）であって、前記圧力室（１）内に配置された入口端部（７）を備え、当該入口端部（７）は、前記入口キャピラリー（２）の前記出口端部（６）と対向してキャピラリーギャップ（８）を形成し、当該キャピラリーギャップ（８）を横断して、前記入口キャピラリー（２）の前記出口端部（６）を出る前記緩衝液（９）が前記出口キャピラリー（３）の前記入口端部（７）に入ることが可能となるように、前記圧力室（１）内に配置された出口キャピラリー（３）と、
   分注端部（１０）を備えたディスペンサ（４）であって、当該分注端部（１０）が、前記試料（５）を分注する間、前記圧力室（１）内で前記キャピラリーギャップ（８）に配置され、前記出口キャピラリー（３）の前記入口端部（７）に入る前記緩衝液に、前記分注端部（１０）から前記試料（５）を分注できるディスペンサ（４）と、を含み、
   前記圧力室（１）は、前記分注端部（１０）とともに前記ディスペンサ（４）が前記圧力室（１）内に進入し退出することができるように構成された耐圧試料ポート（１３）を含むことを特徴とするシステム。
2. 前記耐圧試料ポート（１３）は、内部を通路（１９）が通る係止部材（１４）を含み、当該係止部材（１４）は、前記ディスペンサ（４）が前記圧力室（１）内に進入できる位置に前記通路（１９）が配置される第１位置と、前記係止部材（１４）が前記圧力室（１）を密封状態に閉じる第２位置との間で移動可能であることを特徴とする請求項１に記載のシステム。
3. 前記ディスペンサが、チャネル（１０２）と、前記分注端部（１０）に配置され、前記チャネル（１０２）と連通する分注開口部（１０１）を含み、当該分注開口部（１０１）を通して前記試料の分注が可能であることを特徴とする請求項１または請求項２に記載のシステム。
4. 前記圧力室（１）内で相互に位置合わせされる前記入口キャピラリー（２）の前記出口端部（６）と前記出口キャピラリー（３）の前記入口端部（７）を、特に、＋／−０．０２ｍｍ〜＋／−０．１ｍｍの範囲の精度で位置決めする入口キャピラリーホルダ（１５）および出口キャピラリーホルダ（１６）をさらに含むことを特徴とする先行するいずれか一項の請求項に記載のシステム。
5. 前記圧力室（１）が、前記入口キャピラリー（２）の前記出口端部（６）と、前記出口キャピラリー（３）の前記入口端部（７）と、前記ディスペンサ（４）の前記分注端部（１０）と、前記キャピラリーギャップ（８）を視認できるように配置された窓（２３）を含むことを特徴とする先行するいずれか一項の請求項に記載のシステム。
6. 少なくとも前記キャピラリーギャップ（８）の像を撮影するカメラ（２４）と、前記カメラ（２４）で撮影された像を分析して、自動的に前記圧力供給手段（１８）の制御および／または前記入口キャピラリー（２）を通した緩衝液（９）の供給の制御を行うように構成された制御ユニットをさらに含むことを特徴とする請求項５に記載のシステム。
7. 前記圧力室（１）が、前記キャピラリーギャップ（８）と流体連通するように配置される閉鎖可能なドレイン（１７）を含むことを特徴とする先行するいずれか一項の請求項に記載のシステム。
8. 前記圧力供給手段は、過圧源と、当該過圧源および前記圧力室（１）の両方と流体連通して、加圧ガスを前記圧力室（１）内に導入する供給チャネル（１８）と、前記圧力室（１）からの加圧ガスの排出を可能とする圧力ドレインと、を含み、
   前記圧力ドレインは、排出チャネルと排出バルブを含み、当該排出チャネルは、前記圧力室（１）内の圧力と前記圧力室（１）外部の圧力との間で一定の差、特に０．５ｂａｒ〜５ｂａｒの範囲の圧力差を確立するように、前記圧力室（１）および前記排出バルブの両方と流体連通していることを特徴とする先行するいずれか一項の請求項に記載のシステム。
9. 前記入口キャピラリー（２）および前記出口キャピラリー（３）は、５μｍ〜１００μｍの範囲の内径と、５０μｍ〜５００μｍの範囲の外径を有し、当該外径が当該内径よりも大きいことを特徴とする先行するいずれか一項の請求項に記載のシステム。
10. 前記出口キャピラリーは、前記試料の吸着および脱着を可能とする材料からなる少なくとも１つの内面部分を含むことを特徴とする先行するいずれか一項の請求項に記載のシステム。
11. 前記出口キャピラリー（３）は、１０ｍｍ〜５０ｍｍの範囲の長さを有することを特徴とする先行するいずれか一項の請求項に記載のシステム。
12. 前記入口キャピラリー（２）および／または前記出口キャピラリー（３）は、溶融石英、ガラスまたはポリテトラフルオロエチレンから形成されることを特徴とする先行するいずれか一項の請求項に記載のシステム。
13. 前記出口キャピラリー（３）は、テーパ状の出口端部（２０）を有し、
    前記出口キャピラリー（３）は、少なくとも前記テーパ状の出口端部（２０）で、その外面に金属が設けられ、
    前記出口キャピラリー（３）は、さらに前記圧力室（１）および前記出口キャピラリーホルダ（１６）のそれぞれに対して電気的に絶縁され、
    前記システムは、前記出口キャピラリー（３）の前記出口端部（１２）と電気的に接触して配置され、前記出口キャピラリーの前記テーパ状の端部で前記出口キャピラリーの前記外面に設けた金属に電圧を印加する電圧電極（２１）をさらに含むことを特徴とする先行するいずれか一項の請求項に記載のシステム。
14. 試料（５）を緩衝液に分注する方法であって、
    請求項１から請求項１３のいずれか一項に記載の、試料を分注するシステムを準備するステップと、
    前記圧力室（１）内で過圧を発生させるステップと、
    前記入口キャピラリー（２）の前記出口端部（６）を通って前記出口キャピラリー（３）の前記入口端部（７）に流入する緩衝液流を作るステップと、
    前記圧力室（１）内部の圧力と前記圧力室（１）外部の圧力との差を一定として、前記出口キャピラリー（３）において一定の流量が得られるように、前記圧力室（１）内部の過圧を制御するステップと、
    前記試料ディスペンサ（４）の前記分注端部（１０）を通して、前記出口キャピラリー（３）の前記入口端部（７）に入る前記緩衝液に、試料（５）を分注するステップと、を含むことを特徴とする方法。
15. 前記入口キャピラリー（２）の前記出口端部（６）と前記出口キャピラリー（３）の前記入口端部（７）の間で、緩衝液のキャピラリーギャップブリッジ（１１）が継続的に維持され、
    前記ディスペンサ（４）の前記分注端部（１０）を通して前記試料（５）を分注するステップは、前記継続的に維持されたキャピラリーギャップブリッジ（１１）に前記試料（５）を分注するステップを含むことを特徴とする請求項１４に記載の方法。
    

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