JP2019525135A - 吸着材料を使用して試料から抽出された分析物を分析するためのシステムおよび方法 - Google Patents
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Abstract
Description
本願は、2016年6月3日に出願された米国仮出願第62/345,161号の利益および優先権を主張し、この米国仮出願の内容は、参照によりその全体が本明細書に組み込まれる。
本発明は、一般的に、吸着材料を使用して試料から抽出された分析物を分析するためのシステムおよび方法に関する。
質量分析(MS)は、標的化合物の分子量および化学構造に基づく特定の分子情報を提供する、複雑な混合物の分析のための強力なツールである。伝統的に、複雑な生物医学的試料は、通常、マトリックスの作用を最小限にするためおよび分析物を事前濃縮するために、MS分析に先立って、高速液体クロマトグラフィー、ガスクロマトグラフィーおよび電気泳動などのクロマトグラフィー技法を使用して分離される。アンビエントイオン化方法の開発に伴い、現在では、分離手順を用いずに、複雑な生物医学的試料の迅速かつ直接的な分析のために、直接MS分析を実施することができる。一方、試料の消費量が少なく、時間の短縮された簡単なプロトコールが、定性的および定量的分析に対して依然として望まれている。
本発明は、液体−固相−液体抽出のための新たな手法を提供し、イオン化プロセスと組み合わされる試料の調製と前処理を可能とするシステムおよび方法も提供する。特に、本発明は、直径の非常に小さいキャピラリー(例えば、内径が500μm程度の小さいキャピラリー)中で行われる液体−固相−液体抽出を可能とする。キャピラリー中の液体は、前後に移動させてもよく、これにより抽出プロセスの制御を可能とする、すなわち、抽出のオンとオフを切り替えることができる。この動きが試料と固相材料との相互作用を引き起こし、試料から固相材料上への、1種または複数種の標的分析物の抽出につながる。次いで、抽出溶媒が使用され、固相材料から標的分析物が溶出される。細いキャピラリーを使用することに関する付加利益は、定量的分析に対して、少量の試料を扱うことができることである。
本発明は、一般的に、吸着材料を使用して試料から抽出した分析物を分析するためのシステムおよび方法に関する。本発明の態様は、キャピラリーの修飾、連続的なキャピラリー内微量抽出、内部標準の導入、スプレー発生および引き伸ばされたガラスキャピラリー(pulled glass capillary)中での任意選択のオンライン化学反応を統合し、複雑な混合物の迅速な定性的かつ定量的分析に対して有用である、キャピラリー試料前処理方法について記載する。ある特定の実施形態では、キャピラリーの内側表面は、吸着材料の層で修飾されている。分析物の抽出は、3つの相、すなわち、試料溶液、溶出のための有機溶媒およびコーティングされた吸着剤の間での分子交換によって達成される。試料溶液のプラグが吸着剤領域中で移動する際に、分析物は、まず、コーティングされた吸着剤上に吸着される。次いで、吸着された分析物が有機溶媒のプラグ中へと溶出される。このプロセスを多数回繰り返して分析物を有機溶媒中に富化させる(図1)。キャピラリーは、オンラインまたはオフラインで使用され、ナノESI−MSと連結することができる。各抽出サイクルで、有機溶媒中に抽出することができる分析物の量(ni)は、以下に見られる方程式(1)(式中、C0は、抽出前の試料溶液中の分析物濃度であり、VSおよびVCはそれぞれ、試料およびコーティングの体積であり、Kは、コーティングと試料マトリックスとの間の分析物の分配係数であり、aiは、コーティングから分析物を溶出する有機相の溶出速度である)によって推定することができる。
当技術分野で公知のイオンを生成するための任意の手法を用いてもよい。質量分析のために、大気圧でイオン化供給源を利用する例示的質量分析技法は、エレクトロスプレーイオン化(ESI;Fennら、Science、1989年、246巻、64〜71頁およびYamashitaら、J. Phys. Chem.、1984年、88巻、4451〜4459頁);大気圧イオン化(APCI;Carrollら、Anal. Chem. 1975年、47巻、2369〜2373頁)、および大気圧マトリックス支援レーザー脱離イオン化(AP−MALDI;LaikoらAnal. Chem.、2000年、72巻、652〜657頁、およびTanakaらRapid Commun. Mass Spectrom.、1988年、2巻、151〜153頁)を含む。これらの参考文献のそれぞれの内容は、参照によりその全体が本明細書に組み込まれる。
ある特定の実施形態では、イオンを質量分析計(ベンチトップまたはミニチュア質量分析計)の中へ向けることによって分析する。図11は、ミニチュア質量分析計における種々の構成要素およびこれらの配置を示す写真である。Mini 12の制御システム(Linfan Li、Tsung-Chi Chen、Yue Ren、Paul I. Hendricks、R. Graham CooksおよびZheng Ouyang「Miniature Ambient Mass Analysis System」Anal. Chem. 2014年、86巻 2909〜2916頁 DOI:10.1021/ac403766c;およびPaul I. Hendricks、Jon K. Dalgleish、Jacob T. Shelley、Matthew A. Kirleis、Matthew T. McNicholas、Linfan Li、Tsung-Chi Chen、Chien-Hsun Chen、Jason S. Duncan、Frank Boudreau、Robert J. Noll、John P. Denton、Timothy A. Roach、Zheng Ouyang、およびR. Graham Cooks「Autonomous in-situ analysis and real-time chemical detection using a backpack miniature mass spectrometer: concept, instrumentation development, and performance」Anal. Chem.、2014年、86巻、2900〜2908頁 DOI:10.1021/ac403765x(これらの各々の内容は、参照によりその全体が本明細書に組み込まれる))、ならびにMini 10の真空システム(Liang Gao、Qingyu Song、Garth E. Patterson、R. Graham CooksおよびZheng Ouyang、「Handheld Rectilinear Ion Trap Mass Spectrometer」、Anal. Chem.、2006年、78巻、5994〜6002頁 DOI:10.1021/ac061144k(その内容は、参照によりその全体が本明細書に組み込まれる))を組み合わせて、図11に示されるミニチュア質量分析計を製造してもよい。これは、靴箱のサイズ(高さ20cm×幅25cm×奥行35cm)と同様のサイズを有してもよい。ある特定の実施形態では、ミニチュア質量分析計は、例えば、Owenら(米国特許出願第14/345,672号)、およびOuyangら(米国特許出願第61/865,377号)(これらの各々の内容は、参照によりその全体が本明細書に組み込まれる)に記載されているデュアルLITの構成を使用する。
上記で議論したように、本発明のシステムおよび方法を使用して、多くの異なるタイプの試料を分析することができる。生物学的試料、環境試料(例えば、産業試料および農業試料を含む)、ならびに食品/飲料製品試料などの幅広い範囲の不均質な試料を分析することができる。
特許、特許出願、特許、刊行物、定期刊行物、本、論文、ウェブコンテンツなどの他の文書への言及および引用がこの開示全体を通してなされている。それによって、このような文書はすべて、あらゆる目的で、参照によりその全体が本明細書に組み込まれる。
本発明の種々の改変およびその多くのさらなる実施形態は、本明細書において示され記載されているものに加えて、本明細書で引用された科学および特許文献への言及を含めたこの文書のすべての内容から当業者に明らかとなるものである。本明細書における主題は、その種々の実施形態およびその均等物においてこの発明の実践に適合することができる重要な情報、例証およびガイダンスを含有する。
Claims (27)
- 試料から分析物を抽出するための方法であって、
試料をキャピラリー中に導入する工程と、
少なくとも1種の分析物が前記試料から抽出されて吸着材料に結合するように、前記キャピラリー内の前記試料を前記キャピラリー内の前記吸着材料と相互作用させる工程と、
抽出溶媒を前記キャピラリー中に導入する工程と、
前記少なくとも1種の分析物を前記吸着材料から溶出するために前記抽出溶媒を前記吸着材料と相互作用させる工程と
を含む方法。 - 前記吸着材料が、前記キャピラリーの壁の一部をコーティングしている、請求項1に記載の方法。
- 前記キャピラリーが1回目に、前記試料を前記吸着材料と相互作用させるように移動させられ、次いで2回目に、前記抽出溶媒を、前記試料が前記吸着材料と相互作用した後の前記吸着材料と相互作用させるように移動させられる、請求項2に記載の方法。
- 前記試料および前記抽出溶媒が、両方とも前記キャピラリー内に存在し、エアギャップによって互いに分離されている、請求項3に記載の方法。
- プローブが前記吸着材料を含み、前記プローブが前記キャピラリー内にフィットするように構成されている、請求項1に記載の方法。
- 前記吸着材料が前記試料に侵入する方式で、前記プローブが前記キャピラリー内の前記試料中に挿入される、請求項5に記載の方法。
- 前記吸着材料が前記抽出溶媒に侵入する方式で、前記プローブが、前記試料から、前記キャピラリー内に既に存在する前記抽出溶媒中に移動させられる、請求項6に記載の方法。
- 前記試料が前記キャピラリーから除去され、前記吸着材料が前記抽出溶媒と相互作用する方式で前記抽出溶媒が前記キャピラリーに導入される、請求項6に記載の方法。
- 前記抽出された分析物を分析する工程をさらに含む、請求項1に記載の方法。
- 分析する工程が、
前記キャピラリー中の前記少なくとも1種の分析物を含む前記抽出溶媒に電圧を印加して、その結果、前記分析物が前記キャピラリーから排出され、それによって前記分析物のイオンを生じる工程と、
前記イオンを分析する工程と
を含む、請求項9に記載の方法。 - 分析する工程が、
前記少なくとも1種の分析物を含む前記溶媒を前記キャピラリーから除去する工程と、
前記分析物を分析するアッセイを行う工程と
を含む、請求項9に記載の方法。 - 前記溶媒が、前記試料と非混和性である、請求項1に記載の方法。
- 前記溶媒が、前記試料と混和性である、請求項1に記載の方法。
- 前記吸着材料が、前記少なくとも1種の標的分析物と反応する1種または複数種の分子を含む、請求項1に記載の方法。
- 前記1種または複数種の分子と前記少なくとも1種の標的分析物との間で反応を行い、反応生成物を生成する工程をさらに含む、請求項14に記載の方法。
- 前記反応生成物を分析する工程をさらに含む、請求項15に記載の方法。
- 分析する工程が、
前記キャピラリー中の前記反応生成物を含む前記抽出溶媒に電圧を印加して、その結果、前記反応生成物が前記キャピラリーから排出され、それによって前記分析物のイオンを生じる工程と、
前記イオンを分析する工程と
を含む、請求項16に記載の方法。 - 分析する工程が、
前記反応生成物を含む前記抽出溶媒を前記キャピラリーから除去する工程と、
前記反応生成物を分析するアッセイを行う工程と
を含む、請求項6に記載の方法。 - 前記抽出溶媒が、前記少なくとも1種の標的分析物と反応する1種または複数種の分子を含む、請求項1に記載の方法。
- 前記1種または複数種の分子と前記少なくとも1種の標的分析物との間で反応を行い、反応生成物を生成する工程をさらに含む、請求項19に記載の方法。
- 前記反応生成物を分析する工程をさらに含む、請求項20に記載の方法。
- 分析する工程が、
前記キャピラリー中の前記反応生成物を含む前記抽出溶媒に電圧を印加して、その結果、前記反応生成物が前記キャピラリーから排出され、それによって前記分析物のイオンを生じる工程と、
前記イオンを分析する工程と
を含む、請求項21に記載の方法。 - 分析する工程が、
前記反応生成物を含む前記抽出溶媒を前記キャピラリーから除去する工程と、
前記反応生成物を分析するアッセイを行う工程と
を含む、請求項21に記載の方法。 - 前記吸着材料が内部標準を含む、請求項1に記載の方法。
- 前記内部標準が、前記抽出溶媒によって前記吸着材料から溶出される、請求項24に記載の方法。
- 前記内部標準と前記1種または複数種の標的分析物を分析する工程をさらに含む、請求項25に記載の方法。
- 前記分析する工程が、定量的方式で実施される、請求項26に記載の方法。
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