JP2019536985A - キャピラリーゾーン電気泳動／エレクトロスプレーデバイスにおける電流逆転の緩和のための方法及び装置 - Google Patents
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Abstract
キャピラリー電気泳動とエレクトロスプレー質量分析とが一体化された装置は、広範囲の電気泳動条件の下で分離を可能にする過電流を扱うための回路を備える。装置は、注入端及び遠位端を有してサンプルを運ぶよう構成される分離キャピラリーと接続されている、放出部及びエレクトロスプレー・インターフェイスを備えたエレクトロスプレーを含む。分離キャピラリーの注入端は、バックグラウンド電解液を含む容器に挿入され、遠位端は、エレクトロスプレー・インターフェイス内に螺入され、エレクトロスプレー・インターフェイスと対になるような大きさ及び形状にされる。電源が注入端及び増幅器へ電気的に接続される。増幅器と遠位端との間に位置する少なくとも１つの第１ダイオードは、電流が遠位端へのみ流れることを可能にする。遠位端と接地との間に位置する第２ダイオードは、接地への電流フローを可能にするよう構成される。
Description
本明細書は、概して、電流逆転の緩和に関係があり、より具体的には、キャピラリーゾーン電気泳動／エレクトロスプレーデバイスにおける電流逆転の緩和のための方法及び装置に関係がある。
図１Ａに表されているように、従来のＣＺＥ−ＥＳＩシステムは、分離キャピラリー及び２つの電源から成る。キャピラリーの注入端は、バックグラウンド電解液を含む溶液内にある。キャピラリーの遠位端は、エレクトロスプレー・インターフェイス内に螺入されている。キャピラリーの注入端には、高電圧電源が接続されている。第２電源は、キャピラリーの遠位端での電圧を制御する。第２電源とキャピラリーの遠位端との間の接続は、シース液（sheath fluid）を通じて、エッチングされたキャピラリーの細い区間を通じて、又は直接的な電気接続を通じて形成される。質量分析入口部は、通常は、接地電位に保たれる。
図１Ｂに示されているように、電気回路は３つの抵抗として描くことが可能であり、抵抗のうちの１つは分離キャピラリーに対応し、他の１つは、第２電源とエレクトロスプレー・インターフェイスとの間の輸送キャピラリーに対応し、残り１つはエレクトロスプレーに対応する。輸送キャピラリーに関連する抵抗（Ｒｔｒａｎｓｆｅｒ）は、極めて低い傾向があり、エレクトロスプレー・インターフェイスに印加される電位は、理想的には、ＨＶ２によって供給される電位に極めて近い。しかし、エレクトロスプレーのために使用される従来の高電圧電源は、電流源ではあるが、電流シンクとして動作することができない。数十アンペアの電流が分離キャピラリーを流れることができるが、スプレーから出るエレクトロスプレー電流は、通常は、数百ナノアンペアである。スプレー電圧に関与する電源（ＨＶ２）は、電流源として動作し、その電源の制御回路は、エレクトロスプレー放出部を所望の電圧に保つ。しかしながら、キャピラリー電気泳動システムが比較的に高い電流条件で動作する場合に、キャピラリーを流れる電流がＨＶ２によって生成される電流よりも大きくなるという状況が起こり得る。この場合に、エレクトロスプレー電圧は、ＨＶ２によって制御されず、代わりに、より高い値に浮かび上がる。
エレクトロスプレー電圧が従来のデバイスでのように正確には制御されない場合に、装置の感度、再現性、及び検出限界が損なわれる。電流シンクの課題を回避するよう、低い電流条件（すなわち、＜１０μＡ）で分離が行われる。内径が大きいキャピラリー（例えば、５０μｍ）が、負荷容量を改善するために使用される場合に、低い分離電圧（通常、４００Ｖ／ｃｍ以下）が必要であるが、これは解析スループットを制限する。分離電圧（例えば、１０００Ｖ／ｃｍ）を高めることによって解析スループットを改善しようとする場合には、しばしば、内径が極めて小さい分離キャピラリー（例えば、１０μｍ）を使用することが必要とされる。これは負荷容量を大いに制限し、低い信号強度及び同定能をもたらす。電流シンクの課題が緩和されるならば、より高い伝導率の分離バッファを使用しながら、より大きい内径を有する、より短いキャピラリーが用いられ得る。これは、より速い分離及びより大きい負荷量を可能にする。この問題に対する従前の解決法は、キャピラリー電気泳動回路をエレクトロスプレー電圧に浮かせて、実効キャピラリー電圧がもはやエレクトロスプレー電圧に依存しないようにする。しかしながら、この第１のアプローチは、キャピラリー電気泳動装置における孤立電子のような、更なる安全上の注意の必要性によりセットアップのコストを増大させることになる。
例となる方法お呼び装置についての以下の記載は、本明細書中で詳述されている厳密な形態に記載の適用範囲を制限する意図はない。代わりに、以下の記載は、他がその教示に従い得るように実例となるよう意図される。
一体化されたキャピラリーゾーン電気泳動／エレクトロスプレーイオン化質量分析（capillary zone electrophoresis − electrospray ionization − mass spectrometry，ＣＺＥ−ＥＳＩ−ＭＳ）は、多くの生体分子及び他のサンプルの分子解析のための使用に対する新たな関心を引き付けている。この関心は、ＣＺＥをＭＳに結合する高感度インターフェイスの進歩によって刺激される。
これより図１Ａを参照すると、サンプル解析のために質量分析に入力されるエレクトロスプレーイオン化に至るキャピラリーゾーン電気泳動のための、先行技術のＣＺＥ−ＥＳＩ−ＭＳ複合装置の例である。複合装置は、サンプルの同時の分離、イオン化、及び同定を可能にする。それらの装置は、個々にキャピラリー電気泳動（capillary electrophoresis，ＣＥ）装置１０２、エレクトロスプレー１０４、及び質量分析器１０６である。
従来のキャピラリーゾーン電気泳動装置１０２は、注入端１１４及び遠位端１１６を有してサンプルを運ぶ分離キャピラリー１１２から成り、注入端１１４は、バックグラウンド電解液を含む容器１１８に挿入されている。分離キャピラリー１１２は、毛細管現象（capillary action）、圧力、若しくはサイフォン効果によって、又は動電的に、サンプルを取り込む。注入端１１４と遠位端１１６との間には電圧差が加えられ、サンプルをキャピラリー１１２にわたって移動させる。キャピラリーゾーン電気泳動（ＣＺＥ）を含め、多くの形態のキャピラリー電気泳動が存在するが、キャピラリーゲル電気泳動（capillary gel electrophoresis，ＣＧＥ）、キャピラリー等電点電気泳動（capillary isoelectric focusing，ＣＩＥＦ）、キャピラリー等速電気泳動（capillary isotachophoresis）及びミセル動電クロマトグラフィ（micellar electrokinetic chromatography，ＭＥＫＣ）を含む他の電気泳動技術がある。夫々において、界面動電運動が浸透運動を凌駕する場合に分離が起こり、電荷と質量との組み合わせによってその中のイオンを分類する。
図１Ａに示される装置では、２つの高電圧電源１２２が分離キャピラリー１１２及び輸送キャピラリー１１３へ電気的に接続されている。それらの電位差は、キャピラリー電気泳動装置１０２の界面動電運動及びエレクトロスプレー１０４の両方を駆動する。サンプルは、分離キャピラリー１１２の注入端１１６からエレクトロスプレー１０４内に運ばれる。そこで、サンプルはイオン化され、放出部１４２からエアロゾル化される。質量分析入口部１３２は通常接地電位に保たれるということで、図１Ｂは、上記装置を簡単な回路として単純化する。
これより図２Ａから２Ｃを参照すると、電源を電流逆流から保護する保護装置の実装が示されている。図２Ａ及び２Ｂは、保護回路を実装する本開示の２つの例となる装置を示す。図２Ｃは、より広範囲の電気泳動条件でのサンプル解析のために図２Ａ及び２Ｂの装置を構成するよう本開示の教示に従う回路図を示す。
２つの電源を使用した、図１に示されている先行技術の装置と比較して、図２Ａから２Ｃに示されている例となる装置は、キャピラリー電気泳動及びエレクトロスプレー入力装置の夫々に１つずつである出力部の両方へ接続されている１つの電源２２２しか使用しない。通常、先行技術の装置では、第２出力部は、電気泳動電流によって引き起こされる電気フローにより、エレクトロスプレー及びキャピラリーの遠位端での第２接続に電流が流れ込むことを可能にする。この場合に、電流フローは、電流の制御されない入力に起因して、目標電圧が電源の正確な出力電圧から切り離されることも引き起こすことになる。故に、図示されている例では、図２Ｃの回路図は、電源２２２への電流フローを阻止し、その好ましくないフローを接地へシャントするための保護回路を示す。
図２Ａは、シースありのＣＺＥ−ＥＳＩ−ＭＳ複合装置２００Ａにおいて実装されている保護回路２５０を示す。図２Ｂは、一体化されたＣＺＥ−ＥＳＩ−ＭＳのシースなし構成、すなわち、シースレス装置２００Ｂにおける保護回路を示す。図２Ａ及び２Ｂに示されているいずれの装置２００Ａ、２００Ｂも、先に説明されたキャピラリー電気泳動（ＣＥ）装置１０２、エレクトロスプレー１０４、及び質量分析器１０６に類似したキャピラリー電気泳動（ＣＥ）装置２０２、エレクトロスプレー２０４、及び質量分析器２０６を含む。図２Ａ及び２Ｂに示されているいずれの装置も、注入端２１４及び遠位端２１６を備えた分離キャピラリー２１２を含む。エレクトロスプレー２０４は、分離キャピラリー２１２の遠位端２１６を受けるよう適応され、質量分析器２０６の入口部２３２に近接して位置する。
分離キャピラリー２１２は、図示されている例では、溶融シリカで構成されたサブミリメートル直径のチューブであり、キャピラリー壁用の他の材料、例えば、ポリアミド壁も考えられる。いくつかのバージョンにおいて、シースレス装置２００Ｂのように、キャピラリー２１２は、シースレス設計と呼ばれる導電体で被覆されている。他のバージョンでは、キャピラリー２１２は、輸送キャピラリー２２４によって供給されるシース液を含む同軸キャピラリー２３０を用いて被覆される。容器２１８内の緩衝液及び輸送液容器２２８内のシース液はいずれも、ベース及び添加物の組み合わせから作られる。ベースは水、メタノール、又は何らかの他の適切な物質であり、添加物は、酢酸若しくはギ酸又は他の適切な化学物質である。いくつかのバージョンでは、プラスチック又は金属の保護層が、それらのキャピラリー層を保護するために使用される。
図２Ａ及び２Ｂの複合装置では、キャピラリー電気泳動装置２０２は、エレクトロスプレー２０４とつながるような大きさ及び形状にされる。次いで、分離キャピラリー２１２の遠位端２１６は、エレクトロスプレー２０４のインターフェイス内に螺入されて、内側に圧入される。これは、サンプルの分離された成分が、質量分析器２０６によって分析される前に、断片化なしでイオン化及びエアロゾル化されることを可能にする。エレクトロスプレー放出部２４２は、サンプルが分析器２０６によって受け取られ得るように、質量分析器２０６の質量分析入口部２３２に近接して位置する。
シースあり装置２００Ａ及びシースなし装置２００Ｂのいずれにおいても、例となる装置は、保護回路２５０により適応された単一の電源２２２を含む。図２Ａでは、保護回路２５０は、分離キャピラリー２１２及び容器２２８内の輸送キャピラリー２２４へ電気的に接続されている。図２Ｂでは、電源は、分離キャピラリー２１２及び導電素子２２０へ接続されている。図２Ｃの保護回路２５０は、２つの電源２２２を用いて動作しながら電流フローを互いから電気的に絶縁することも企図されている。
これより図２Ｃを参照すると、回路図は保護回路２５０を示し、電源２２２が、分離キャピラリーの注入端２１４に位置する第１出口５０４、及び増幅器５０２へ電気的に接続されている。例となる電源２２２は、増幅器５０２と、エレクトロスプレー２０４にインターフェイス接続する分離キャピラリー２１２の遠位端２１６との間に位置付けられ、分離キャピラリー２１２の遠位端へ電流が流れることを可能にするよう構成された少なくとも１つの第１ダイオード５０８を有する。より具体的には、図示されている例では、３つのダイオード５０８が連続して配置されており、エレクトロスプレー２０４にある第２出力部５０６からの如何なる逆電流フローもブロックするよう方向付けられている。第２ダイオード５１０又は場合により一連のダイオードが第２出力部５０６と接地５１２との間に位置付けられており、接地５１２への電流フローを可能にするよう構成される。更なる場合において、例となる保護回路２５０は、本開示のシナリオにおいて電流フローのレートを制御するよう第２ダイオード５１０と直列に一連の抵抗５１４又は電気バラスト（図示せず。）を更に含んでもよい。
保護回路２５０を備えた、例となるエレクトロスプレー電源２０２は、有意な電流逆転が存在する状況を扱うよう、ダイオードベースの保護回路と結合される場合に電流をシンクする。続く図では、本発明の教示に従って構成された、例となるシステムが、多数の試験を受けており、例となるシステムの能力が実証され、ニューヨーク州ホーポーグに本社を置くスペルマン・ハイ・ボルテージ・エレクトロニクス・コーポレイションから入手可能なＳＰＥＬＬＭＡＮ ＣＺＥ−１０００Ｒを用いて、図１Ａで表されている従来構成と比較された。
示されている結果について、酢酸及びフッ化水素酸（ＨＦ）がベース溶液において使用された。サンプルとしては、ウシ血清アルブミン（ＢＳＡ）、アンジオテンシンＩＩ（人間，Asp-Arg-Val-Tyr-Ile-His-Pro-Phe）、及びギ酸が使用された。本開示の教示の試験された例において、溶融シリカ分離キャピラリー２１２及びエレクトロスプレー放出部５０６は、ホウケイ酸ガラスキャピラリーから構成された。マサチューセッツ州ウォルサムに本社を置くサーモフィッシャー・サイエンティフィック社から入手可能なＬＴＱ ＸＬ リニアイオントラップ質量分析計が、全ての実験のために使用された。ＭＳＩスペクトルのみが捕捉された。イオントラップ質量分析計のスキャン範囲はｍ／ｚ３５０〜１８００であった。分離電源１２２は、上述されたＳＰＥＬＬＭＡＮ ＣＺＥ−１０００Ｒであった。
試験のために、８Ｍ尿素を含む１００ｍＭ ＮＨ４ＨＣＯ３（ｐｈ８．０）内のＢＳＡが、３０分間３７℃で変性され、ＤＴＴ及びＩＡＡによる標準還元及びアルキル化が続く。尿素濃度を２Ｍより下げるための１００ｍＭ ＮＨ４ＨＣＯ３（ｐｈ８．０）による希釈の後、タンパク質消化が、１２時間１／３０（ｗ／ｗ）のトリプシン／タンパク質定量でトリプシンを用いて３７℃で実行された。ＦＡによる酸性化の後、タンパク質消化物がＣ１８−ＳｅｐＰａｋにより脱塩され、次いで、減圧濃縮器を用いて凍結乾燥された。乾燥したタンパク質消化物は、使用前に−２０℃で保管された。
本明細書で開示されている、例となる保護回路２５０は、過電流が電気泳動中に生成された場合に、電流がＨＶＭ増幅器に流れ込まないよう、ＨＶＭ増幅器のために設計及び製造された。上述されたように、ＨＶＭ技術増幅器保護回路２５０の概略図は図２Ｃに表されている。この実証において、保護回路２５０は、電気泳動が高電流条件下で作動する場合に、ＨＶＭ増幅器の方へ流れる過電流が代わりに接地に迂回されるように、一連の整流ダイオード５０８を有していた。特に、一連の３つのダイオード５０８（図２Ｃ）は、等しい電気チェック値を有する。すなわち、それらは、ＨＶＭへ逆流することを最大３０ｋＶまで阻止しながら同時に、７５０ミリアンペアの最大正電流がＨＶＭ増幅器から供給されることを可能にする。よって、保護回路２５０の配置は、分離電源及びエレクトロスプレー電源の両方を互いから絶縁しながら、それら２つの電源が電流をＣＥ−ＥＳＩ回路へ供給することを可能にする。第４のダイオード５１０は、過度の逆電流が存在する場合にそれを直接接地へシャントすることによって、ＨＶＭを逆電流から保護する。いくらかの逆電流はダイオードを通って漏出し得ることが知られる（ダイオード５０８から構成されたＤ２−Ｄ３−Ｄ４回路を通る最大５μＡ）。ＨＶＭはまた、製造業者から、いくらかの電流シンク能力を有していることが報告されており、この電流シンクは、この漏れ電流に対する二次的な保護の役割を果たしたと思われる。全体としては、ＨＶＭ及び保護回路のこの組み合わせは、潜在的な電流逆転を軽減し、スプレー電圧の不安定さを制限し得る電源を構成した。
最初の電源評価のために、６０ｃｍのベア（bare）溶融シリカキャピラリー（内径５０μｍ，外径１５０μｍ）が、ＨＶＭ増幅器及びＳＰＥＬＬＭＡＮ電源の性能を最初に試験するために使用された。分離キャピラリー２１２の遠位端２１６は、この最初の実験ではＨＦによってエッチングされていなかった。例となるエレクトロスプレー放出部２４２は、１０μｍの開口を有していた。使用されたシースバッファは、１０％（ｖ／ｖ）メタノールを含む水における０．１％（ｖ／ｖ）ＦＡであった。３つのバックグラウンド電解液が使用された。第１の分離バッファは０．１％（ｖ／ｖ）ＦＡであり、第２の分離バッファは５％（ｖ／ｖ）酢酸であり、第３の分離バッファは０．５％（ｖ／ｖ）ＦＡであった。
電源１２２、２２２は、ＬａｂＶＩＥＷソフトウェアによって制御された。分離キャピラリーの注入端及び電極は、注入ブロックにおいて固定された。電極は、キャピラリー電気泳動分離のための高電圧を供給した。窒素ガスが、キャピラリーのフラッシング及びサンプルの注入のための圧力を供給するために使用されたが、分離中は、圧力は使用されなかった。
一定のスプレー電圧（１．４ｋＶ）がそれらの実験のために使用された。注入ブロックで印加された分離電圧は、２ｋＶのインクリメントで１から３０ｋＶまで増大された。このプロシージャは、上記のバックグラウンド電解液について実行された。スプレー電圧は、フルーク８０Ｋ−４０ＨＶプローブを用いて、シースバッファを供給するバイアルにおいて測定された。分離電圧を印加する前に、スプレー電圧がセットされ、高電圧プローブを用いて測定された。
第２の一連の実験は、３１ｃｍ長、内径２０μｍ、外径１５０μｍの分離キャピラリーを使用した。分離キャピラリーの遠位端の約５ｍｍが、先に報告されたように、〜４５μｍの外径までＨＦを用いてエッチングされた。エッチングされたキャピラリーは、キャピラリーの遠位端を放出部の開口から数マイクロメートルに置くことを可能にし、感度を増大させた。この実験で使用されたエレクトロスプレー放出部は、２０μｍの開口を有していた。エレクトロスプレー放出部で使用されたシース電解液は、１０％（ｖ／ｖ）メタノールを含む水における０．１％（ｖ／ｖ）ＦＡであった。バックグラウンド電解液は５％（ｖ／ｖ）酢酸であった。内径が２０μｍのキャピラリーを用いた全ての実験について、分離電圧は２７ｋＶであり、スプレー電圧は１．６ｋＶであった。
注入プラグの長さは、
Ｌ＝（Ｐ×Ｓ×Ｄ２）／（３２００×Ｃ） （１）
を用いて推定された。
Ｌ＝（Ｐ×Ｓ×Ｄ２）／（３２００×Ｃ） （１）
を用いて推定された。
このとき、Ｌは、単位ｍｍでの注入長さであり、Ｐは、単位ｍｂａｒ（１ｍｂａｒ≒０．０１５ｐｓｉ）での圧力であり、Ｓは、単位秒での注入時間であり、Ｃは、ｃｍでのキャピラリー長さであり、Ｄは、μｍでのキャピラリー内径である。使用された注入条件は、１０ｐｓｉで２．０秒であった。これは、５．４ｍｍの注入長さを与えた。使用された第１のサンプルは、０．５ｍｇ／ｍＬの濃度まで０．１％（ｖ／ｖ）ＦＡにおいて希釈されたＢＳＡ消化物であった。使用された第２のサンプルは、２、５、１０、及び２０μＭの濃度まで０．１％（ｖ／ｖ）ＦＡにおいて希釈されたアンジオテンシンＩＩであった。データはトリプリケートにおいて収集された。
最終的な実験の組は、３１ｃｍ長、内径５０μｍ、外径１５０μｍの分離キャピラリーを使用した。キャピラリーの遠位端の約１０ｍｍが、〜６５μｍの外径までＨＦを用いてエッチングされた。エレクトロスプレー放出部、シースバッファ、及び分離バッファは、内径２０μｍのキャピラリーによる実験で使用されたのと同じであった。
この実験の組について、スプレー電圧は１．７ｋＶに増大された。３つの実験条件が、表１のように用いられた。第１の条件は、１９ｋＶの分離電圧とともにＨＶＭ増幅器を使用した。第２の条件は、１１ｋＶの分離電圧とともにＳＰＥＬＬＭＡＮ電源を使用した。これら最初の２つの条件は、スプレー電圧を変更させない分離電源によって印加される最大電圧での各エレクトロスプレー電源の性能を実証する。第３の条件は、１９ｋＶの分離電圧とともにＳＰＥＬＬＭＡＮ電源を使用しており、電流逆転を軽減するための２つのエレクトロスプレー電源の能力の比較を提供する。
注入条件は、５．４ｍｍの一定の注入長さを保つよう式１を用いて計算された。使用された注入条件は、４ｐｓｉで０．８秒であった。内径５０μｍのキャピラリーによる実験のために使用されたサンプルは、内径２０μｍのキャピラリーによる実験のために使用されたのと同じであった。使用された第１のサンプルは、０．５ｍｇ／ｍＬの濃度まで０．１％（ｖ／ｖ）ＦＡにおいて希釈されたＢＳＡ消化物であった。使用された第２のサンプルは、２、５、１０、及び２０μＭの濃度まで０．１％（ｖ／ｖ）ＦＡにおいて希釈されたアンジオテンシンＩＩであった。
６０ｃｍ長、内径５０μｍの分離キャピラリーが、最初の実験のために使用された。ＨＶＭ増幅器及びＳＰＥＬＬＭＡＮ ＣＺＥ−１０００電源の性能は、３つのバックグラウンド電解液０．１％（ｖ／ｖ）ＦＡ、５％（ｖ／ｖ）酢酸、及び０．５％（ｖ／ｖ）ＦＡについて比較された。シース電解液は、１０％（ｖ／ｖ）メタノールを含む水における０．１％（ｖ／ｖ）ＦＡであった。１．４ｋＶのスプレー電圧が、シース電解液容器に印加され、高電圧プローブを用いてモニタされた。
図３は、分離電圧が増大される場合にシース電解液容器で観測される電圧を表す。１．４ｋＶからの正の偏差は、分離キャピラリーを流れる電流によりエレクトロスプレー電源（ＨＶ−２）がスプレー電圧を維持することができないことを示している。データはトリプリケートにおいて収集された。図３において、実線（青色）トレースはＳＰＥＬＬＭＡＮ電源に対応し、破線（赤色）トレースはＨＶＭ増幅器に対応する。電解液の伝導率を０．１％ギ酸〜０．３ｍＳ／ｃｍ；５％酢酸〜１．２ｍＳ／ｃｍ；及び０．５％ギ酸〜５．６ｍＳ／ｃｍと近似する。
ＨＶＭ増幅器（赤色、破線）は、０．１ＦＡ及び５％酢酸の両方のバックグラウンド電解液の場合に、分離電圧が３０ｋＶまで増大されている間、スプレー電圧を１．４ｋＶに保つ。最も高い伝導率のバッファ０．５％ＦＡが使用される場合にのみ、ＨＶＭ増幅器は、１．４ｋＶのスプレー電圧を最大分離電圧に保つことができない。対照的に、ＳＰＥＬＬＭＡＮ電源（実線、青色）は、３つ全てのバックグラウンド電解液について、セットされたエレクトロスプレー電圧を最大分離電圧に保つことができず、セット電圧からの偏差を生じる分離電圧は、電解液の伝導率を追う。
最初の評価に続いて、電気泳動図（electropherograms）が、内径２０μｍのキャピラリーとともに２７ｋＶの分離電圧及び１．６ｋＶのスプレー電圧でＨＭＶ増幅器及びＳＰＥＬＬＭＡＮ電源を用いて比較及び生成された。この実験の目的は、ＨＶＭ増幅器が、比較的に低い電気泳動分離電流による条件下で、ＳＰＥＬＬＭＡＮ電源に匹敵するキャピラリー電気泳動データを生成し得るかどうかを判定することであった。
試験された第１のサンプルは、０．５ｍｇ／ｍＬの濃度でのＢＳＡ消化物であった。ＨＶＭ増幅器及びＳＰＥＬＬＭＡＮ電源についてのベースピーク電気泳動図が図４に示されている。各電気泳動図からのデータは、５点ガウシアン畳み込み（5-point Gaussian convolution）を用いて平滑化された。２つの電源のベースピークは異なっているが、ＢＳＡ消化物電気泳動図の全体のプロファイルは似ている。
次のサンプルは、２０、１０、５、及び２μＭの濃度でのアンジオテンシンＩＩであった。２μＭアンジオテンシンＩＩの電気泳動図は、ＨＶＭ増幅器（図５ａ）及びＳＰＥＬＬＭＡＮ電源（図５ｂ）について図５で表されている。各電気泳動図からのデータは、５点ガウシアン畳み込みを用いて平滑化された。ピーク強度及び緩和時間は、２つの電源の間で極めて似ている。
重み付けのない最小二乗法プロットは、ＨＶＭ増幅器（傾き＝１．７９９×１０６，Ｒ＝０．９９２０）及びＳＰＥＬＬＭＡＮ電源（傾き＝２．０８８×１０６，Ｒ＝０．９９４０）の両方について線形であった。ＨＶＭ増幅器及びＳＰＥＬＬＭＡＮ電源のｙ切片は、実験誤差内でゼロに等しかった。よって、概して、２つの電源はいずれも、類似した定量的ＣＥ−ＥＳＩ−ＭＳ性能を実現した。
エレクトロスプレー電源のより厳しい評価のために、内径５０μｍのキャピラリーを用いて実験が繰り返された。分離キャピラリーの内径の増大は、キャピラリー断面の〜６倍の増大を提供し、分離キャピラリーを流れる電流フローの比例的増加を生じさせる。
内径５０μｍのキャピラリーの最初の試験において、ＳＰＥＬＬＭＡＮ電源は、１１ｋＶの分離電圧より上ではスプレー電圧の不安定性を軽減することができず、スプレー電圧をその設定から外れさせた。ＨＶＭ増幅器とＳＰＥＬＬＭＡＮ電源との間の違いは、表１中の３つの場合に対応するこの実験中の３つの電圧条件（図６ａ〜６ｃ）で実施される２μＭアンジオテンシンＩＩからの電気泳動図を比較する場合に、最も劇的に表される。
ＨＶＭ増幅器及び１９ｋＶの分離電圧によって生成される電気泳動図（図６ａ）は、ちょうど２分にわたるマイグレーション時間及びおおよそ８００，０００のベースピーク強度をもたらす。ＳＰＥＬＬＭＡＮ電源及び１１ｋＶの分離電圧によって生成される電気泳動図（図６ｂ）は、同じようなベースピーク強度を有しながら、相当により遅いマイグレーション時間（〜６分）をもたらす。ＳＰＥＬＬＭＡＮ電源及び１９ｋＶの分離電圧によって生成される電気泳動図（図６ｃ）は、より高いバックグラウンド及び約５２５，０００のより低いベースピーク強度をもたらす。図６ｃにおいて、アンジオテンシンＩＩのマイグレーション時間は、ＨＶＭ増幅器がまさに同じ条件下で使用された図６ａのそれと同じである。しかし、図６ａでのベースピーク強度は、約５０％より大きく、バックグラウンドは、図６ｃで見られるものの約３分の１である。
先と同じく、重み付きなし最小二乗法キャリブレーション曲線は、ＨＶＭ増幅器（傾き＝１．４×１０６，Ｒ＝０．９９４５）、１１ｋＶの分離電圧の場合のＳＰＥＬＬＭＡＮ電源（傾き＝１．５×１０６，Ｒ＝０．９９６２）、及び１９ｋＶの分離電源の場合のＳＰＥＬＬＭＡＮ電源（傾き＝６．１２×１０５，Ｒ＝０９９６７）について線形であった。３つの全てのプロットについてのｙ切片は、実験誤差内でゼロに等しかった。
最後に、ＳＰＥＬＬＭＡＮ ＣＺＥ−１０００Ｒ電源は、キャピラリー電気泳動分離のために広く使用され、エレクトロスプレー電源として広範囲にわたって使用されてきた。しかし、ここで説明されているように、ＳＰＥＬＬＭＡＮ電源は、高イオン強度分離バッファとともに高電界を用いる高速分離にはあまり適していない。開発された図示の例の保護回路２５０は、スプレー電圧の不安定さを軽減する能力が明らかにあり、増幅器を電流逆転から保護するだろう。いくらかの電流がＨＭＶ増幅器を流れる場合に、電流をシンクするためのその製造時の能力は、スプレー電圧のインテグリティに対する二次的な保護を提供し得る。ＨＭＶ増幅器保護回路が印加スプレー電圧を保つことができなかった場合について限界が特定されている（図３ｃ）。全体として、ＨＶＭ増幅器及び関連する保護回路２５０は、高電界及び高イオン強度分離バッファを用いる高速分離に十分に適している。
本明細書で詳述されている記載は、質量分析器で終わる特定の試験装置を参照して記載されている。本明細書で記載されている保護回路２５０は、連続的な電圧制御が重要であるが、迷走電流が電源に損傷を与える可能性がある一連のキャピラリー電気泳動又は他の反応に適応され得る。
特定の、例となる方法及び装置が本明細書で記載されてきたが、本特許の対象範囲はそれらに制限されない。これに反して、本特許は、文字どおりに又は均等論の下で添付の特許請求の範囲の適用範囲内に適正にある全ての方法、装置、及び製品を網羅する。
［関連出願の相互参照］
本願は、“CE Electrospray Distal-End Power Supply”と題されて２０１６年９月２６日付けで出願された米国特許出願第６２／４０００３６に基づく優先権を主張する非仮出願である。なお、優先権の基礎となる先の出願は、その全文を参照により本願に援用される。
本願は、“CE Electrospray Distal-End Power Supply”と題されて２０１６年９月２６日付けで出願された米国特許出願第６２／４０００３６に基づく優先権を主張する非仮出願である。なお、優先権の基礎となる先の出願は、その全文を参照により本願に援用される。
［政府のライセンス権］
本発明は、アメリカ国立衛生研究所（ＮＩＨ）によって発注された契約番号Ｒ０１ＧＭ０９６７６７の下で政府支援を受けてされたものである。政府は、本発明において一定の権利を有している。
本発明は、アメリカ国立衛生研究所（ＮＩＨ）によって発注された契約番号Ｒ０１ＧＭ０９６７６７の下で政府支援を受けてされたものである。政府は、本発明において一定の権利を有している。
Claims (12)
- 広範囲の電気泳動条件でのサンプル解析のための装置であって、
放出部及びエレクトロスプレー・インターフェイスを備えたエレクトロスプレーと、
注入端及び遠位端を有してサンプルを運ぶよう構成される分離キャピラリーであり、該分離キャピラリーの前記注入端は、バックグラウンド電解液を含む容器に挿入され、前記遠位端は、前記エレクトロスプレー・インターフェイス内に螺入され、前記インターフェイスと対になるような大きさ及び形状にされる、前記分離キャピラリーと、
前記注入端及び増幅器へ電気的に接続される第１電源と、
前記増幅器と前記遠位端との間に位置付けられ、電流が前記遠位端へ流れることを可能にするよう構成される少なくとも１つの第１ダイオードと、
前記遠位端と接地との間に位置付けられ、前記接地への電流フローを可能にするよう構成される第２ダイオードと
を有する装置。 - 前記エレクトロスプレーは、質量分析入口部に近接して位置する放出部を更に有する、
請求項１に記載の装置。 - 前記分離キャピラリーは、次のもの：キャピラリーゾーン電気泳動、キャピラリーゲル電気泳動、キャピラリー等電点電気泳動、キャピラリー等速電気泳動又はミセル動電クロマトグラフィのうちの１つによって前記サンプルを分離するよう構成される、
請求項１に記載の装置。 - 増幅器が、輸送容器から供給される輸送電解液とともに輸送キャピラリーを有するシースへ接続される、
請求項１に記載の装置。 - 増幅器が、前記分離キャピラリーの前記遠位端の周りに同心円状に位置する導電素子へ接続される、
請求項１に記載の装置。 - 前記注入端と前記遠位端との間の電位は、１１ｋＶから１９ｋＶの間である、
請求項２に記載の装置。 - 前記注入端と前記遠位端との間の電位は、１９ｋＶよりも大きい、
請求項２に記載の装置。 - 前記ダイオードは整流ダイオードである、
請求項１に記載の装置。 - ＬＥＤ光源を更に有する
請求項１に記載の装置。 - 少なくとも１つの更なる電源を更に有し、
前記第１電源及び前記少なくとも１つの更なる電源は、夫々互いから電気的に絶縁される、
請求項１に記載の装置。 - 前記第２ダイオードと前記接地との間に位置付けられる抵抗を更に有し、該抵抗は、電流逆転シナリオにおいて前記電流フローを制御する、
請求項１に記載の装置。 - 広範囲の電気泳動条件でのサンプル解析のための装置であって、
出力部を有し、サンプルを運ぶ分離手段と、
インターフェイスで前記分離手段の前記出力部へ接続され、放出部を更に有し、前記サンプルをイオン化するイオン化手段と、
前記イオン化手段の前記放出部に近接して位置し、前記サンプルを解析する手段と、
電流が電源に流れ込むことを防ぐ保護手段と
を有し、
前記電源は、電圧差を供給するよう前記分離手段及び前記イオン化手段へ動作上接続される、
装置。
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