JP2021504690A5

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Publication number: JP2021504690A5
Application number: JP2020528057A
Authority: JP
Filing date: 2018-11-21
Publication date: 2022-01-04
Anticipated expiration: 2038-11-21

Description

本発明は、流体サンプルを質量分析計等の分析デバイスの中に装填するための従来の方法およびシステムに優る多数の利点を達成する。本明細書に提供されるように、連続流動サンプリングプローブのサンプリング界面の中にサンプル液滴を出射するためのＡＤＥの使用は、液滴が同じ流体リザーバから連続して音響的に出射されるとき、約２５０Ｈｚまたはそれよりも高い高繰り返し率で超単分散ナノリットルサイズの液滴の正確かつ精密な移送を可能にする。これは、分析のためのシステムの中への既知であるが、可変体積の流体サンプルの「注入」を可能にする。加えて、システムは、リザーバ間の非常に迅速な遷移を提供するように適合され、ひいては、極めて迅速な高処理能力サンプル処理、ペプチドおよびタンパク質等の高分子量分析物との併用、ＡＤＥ移送がタッチレスであり、流動プローブが自洗式であるため、飛沫同伴が殆どまたは全くないこと、サンプルが非希釈血漿であるときであっても、流動プローブ溶媒中の分析物拡散および混合が単一の液滴レベルにおいてマトリクス抑制問題を排除するため、マトリクスの独立、優れた動的範囲、線形性、検出限界、および定量限界を伴う定量化、ならびに高繰り返し率の液滴の流れを使用して、単一液滴分解能において経時的に単一の源ウェルをサンプリングすることによるリアルタイムの動力学的測定を可能にすることができる。好ましい実施形態では、本発明は、プローブサンプリング先端における流体界面を能動的に管理し、それによって、以下に解説されるであろうようなサンプル装填および分析のための条件を最適化するために、プロセス制御原理を適用することによって、能動的流動制御を利用する。
本発明は、例えば、以下を提供する。
（項目１）
流体サンプル中の分析物を分析器具に輸送するための音響装填システムであって、前記システムは、
（ａ）分析物を含む流体サンプルを格納しているリザーバであって、前記流体サンプルは、流体表面を有する、リザーバと、
（ｂ）前記流体表面から前記流体サンプルの液滴を出射するために効果的な様式で音響放射を発生させるための音響液滴エジェクタと、
（ｃ）前記流体表面から間隔を置かれた連続流動サンプリングプローブと
を備え、
前記連続流動サンプリングプローブは、
（ｉ）前記流体サンプルの出射された液滴を受け取るためのサンプリング先端と、
（ｉｉ）溶媒源から溶媒を受け取るための溶媒入口と、
（ｉｉｉ）前記溶媒入口から前記サンプリング先端に前記溶媒を輸送するための溶媒輸送毛細管であって、前記出射された液滴は、前記溶媒と結合し、分析物−溶媒希釈液を形成する、溶媒輸送毛細管と、
（ｉｖ）サンプル出口であって、前記分析物−溶媒希釈液は、前記サンプル出口を通して前記サンプリングプローブから離れて分析器具に向けられる、サンプル出口と、
（ｖ）前記分析物−溶媒希釈液を前記サンプリング先端から前記サンプル出口に輸送するためのサンプル輸送毛細管と
備え、
前記サンプル輸送毛細管と前記溶媒輸送毛細管とは、前記サンプリング先端において流体連通している、システム。
（項目２）
前記連続流動サンプリングプローブは、外側毛細管と、前記外側毛細管の中に同軸に配置された内側毛細管とを備え、前記外側毛細管および内側毛細管は、前記内側毛細管と外側毛細管との間に前記溶媒輸送毛細管を画定し、前記内側毛細管は、前記サンプル輸送毛細管を画定する、項目１に記載のシステム。
（項目３）
前記音響液滴エジェクタは、音響放射発生器と集束手段とを備え、前記集束手段は、発生させられた前記音響放射を前記リザーバ内の流体サンプルの前記表面の近傍の焦点に集束させる、項目１に記載のシステム。
（項目４）
前記音響液滴エジェクタは、前記リザーバと音響結合関係にある、項目３に記載のシステム。
（項目５）
各々が分析物を含む流体サンプルを格納している複数のリザーバを備え、前記流体サンプルのうちの任意のものは、前記流体サンプルのうちの別のものと同一であることも、異なることもある、項目１に記載のシステム。
（項目６）
前記エジェクタを前記リザーバの各々に対して音響結合関係に連続して位置付ける手段をさらに含む、項目５に記載のシステム。
（項目７）
前記リザーバは、アレイにおいて配置されている、項目５に記載のシステム。
（項目８）
前記リザーバは、統合された複数リザーバユニットを備えている基板内に含まれている、項目７に記載のシステム。
（項目９）
前記サンプリング先端に対する前記基板の空間関係を変更する手段をさらに備えている、項目８に記載のシステム。
（項目１０）
前記流体サンプルは、約１μＬ以下の体積を占める、項目９に記載のシステム。
（項目１１）
前記流体サンプルは、約１０ｐＬ〜約１００ｎＬの体積を占める、項目１０に記載のシステム。
（項目１２）
前記音響液滴エジェクタは、約３ｎＬ以下の体積を有する液滴を出射するように構成されている、項目１に記載のシステム。
（項目１３）
前記音響液滴エジェクタは、約１ｐＬ以下の体積を有する液滴を出射するように構成されている、項目１２に記載のシステム。
（項目１４）
前記溶媒入口に動作可能に接続され、前記溶媒入口と流体連通している溶媒ポンプをさらに含み、前記溶媒ポンプは、前記溶媒輸送毛細管内の溶媒流量を制御する、項目１に記載のシステム。
（項目１５）
ガス入口をさらに含み、ネブライジングガスが、ガス源から前記ガス入口を通って前記サンプル出口に流動し、それによって、前記サンプル出口から前記分析物−溶媒希釈液を吸引する、項目１に記載のシステム。
（項目１６）
前記ネブライジングガス流を制御するために前記ガス入口に動作可能に接続されたガス圧力調整器をさらに含む、項目１５に記載のシステム。
（項目１７）
前記出口から退出する前記分析物−溶媒希釈液中の分析物をイオン化するためのイオン化源をさらに含む、項目１に記載のシステム。
（項目１８）
前記イオン化源は、エレクトロスプレーイオン源である、項目１７に記載のシステム。
（項目１９）
前記分析器具は、質量分析計を備えている、項目１に記載のシステム。
（項目２０）
前記分析器具は、質量分析計を備えている、項目１８に記載のシステム。
（項目２１）
前記内側毛細管および前記外側毛細管のうちの一方を他方に対して縦方向に移動させるように適合された調節器をさらに含む、項目１に記載のシステム。
（項目２２）
分析物を含む流体サンプルを分析器具に輸送する方法であって、前記方法は、
（ａ）音響放射を発生させる音響液滴エジェクタを流体表面を有する前記流体サンプルを含むリザーバに音響的に結合することと、
（ｂ）前記音響エジェクタを作動させることによって、前記流体サンプルの液滴を前記流体表面から連続流動サンプリングプローブのサンプリング先端の中に出射するために効果的な様式で前記リザーバに向かい前記流体サンプルの中に入る音響放射を発生させることであって、前記出射された液滴は、前記流動プローブ内の循環溶媒と結合し、分析物−溶媒希釈液を形成し、前記サンプリングプローブは、前記流体表面と前記サンプリング先端との間に間隙を提供するために前記流体表面から間隔を置かれている、ことと、
（ｃ）溶媒中の前記受け取られた流体サンプル液滴を前記サンプリングプローブ内のサンプル輸送毛細管を通してサンプル出口に輸送することであって、前記分析物−溶媒希釈液は、前記サンプリングプローブから離れて分析器具に向けられる、ことと
を含む、方法。
（項目２３）
前記連続流動サンプリングプローブは、溶媒源から前記溶媒を受け取るための溶媒入口と、前記溶媒入口から前記サンプリング先端に前記溶媒を輸送するための溶媒輸送毛細管とを備えている、項目２２に記載の方法。
（項目２４）
前記サンプル輸送毛細管および前記溶媒輸送毛細管は、前記サンプリング先端において流体連通している、項目２３に記載の方法。
（項目２５）
前記連続流動サンプリングプローブは、ガス入口を備えている、項目２４に記載の方法。
（項目２６）
ステップ（ｃ）は、ネブライジングガスをガス源からガス入口を通して前記サンプル出口に流動させ、前記サンプル出口において前記分析物−溶媒希釈液を吸引することを含む、項目２５に記載の方法。
（項目２７）
前記ガス入口に動作可能に接続されたガス圧力調整器を用いて、前記サンプル輸送毛細管内のサンプル流量を制御することをさらに含む、項目２６に記載の方法。
（項目２８）
前記溶媒入口に動作可能に接続され、前記溶媒入口と流体連通している溶媒ポンプを用いて、前記溶媒輸送毛細管内の溶媒流量を制御することをさらに含む、項目２７に記載の方法。
（項目２９）
前記サンプル流量に対して前記溶媒流量を調節し、前記溶媒輸送毛細管と前記サンプル輸送毛細管とが流体連通している前記サンプリング先端において所望の流動パターンを提供することをさらに含む、項目２８に記載の方法。
（項目３０）
前記所望の流動パターンは、渦である、項目２９に記載の方法。
（項目３１）
前記渦は、超臨界渦である、項目３０に記載の方法。
（項目３２）
前記リザーバは、各々が分析物を含む流体サンプルを格納している複数のリザーバのうちの１つであり、前記リザーバ内の前記流体サンプルは、同一であることも、異なることもある、項目２２に記載の方法。
（項目３３）
前記リザーバは、アレイにおいて配置されている、項目３２に記載の方法。
（項目３４）
前記リザーバは、統合された複数リザーバユニットを備えている基板内に含まれている、項目３３に記載の方法。
（項目３５）
前記液滴を出射した後、前記エジェクタを別のリザーバに対して音響結合関係に位置付け、ステップ（ｂ）および（ｃ）を繰り返すことをさらに含む、項目３２に記載の方法。
（項目３６）
前記サンプル出口から退出する前記分析物希釈液中の前記分析物をイオン化することをさらに含む、項目２２に記載の方法。
（項目３７）
前記分析器具は、質量分析計を備えている、項目２２に記載の方法。
（項目３８）
前記分析器具は、質量分析計を備えている、項目３６に記載の方法。
（項目３９）
前記分析物は、約１００ダルトン〜約１００キロダルトンの範囲内の分子量を有する化合物を含む、項目２２に記載の方法。
（項目４０）
前記分子量は、約１〜約１００キロダルトンである、項目３９に記載の方法。
（項目４１）
前記分析物は、非金属である、項目４０に記載の方法。
（項目４２）
前記分析物は、有機化合物を含む、項目４１に記載の方法。
（項目４３）
前記有機化合物は、生体分子である、項目４２に記載の方法。
（項目４４）
前記生体分子は、ペプチド性である、項目４３に記載の方法。
（項目４５）
前記流体サンプルは、約１０ｐＬ以下の体積を占める、項目２２に記載の方法。
（項目４６）
前記流体サンプルは、約１ｐＬ以下の体積を占める、項目４５に記載のシステム。
（項目４７）
前記流体サンプルは、約１０ｐＬ〜約１００ｎＬの体積を占める、項目４６に記載のシステム。
（項目４８）
前記音響的に出射された液滴は、約３ｎＬ以下の体積を有する、項目２２に記載の方法。
（項目４９）
前記音響的に出射された液滴は、約１ｐＬ以下の体積を有する、項目４８に記載の方法。
（項目５０）
ステップ（ａ）および（ｂ）を迅速に繰り返し、前記流体サンプルの１回の注入として複数の超単分散液滴を前記サンプリング先端の中に出射することを含む、項目２２に記載の方法。
（項目５１）
ステップ（ａ）および（ｂ）を迅速に繰り返し、前記流体サンプルの１回の注入として複数の超単分散液滴を前記サンプリング先端の中に出射することを含む、項目４８に記載の方法。
（項目５２）
ステップ（ａ）および（ｂ）は、少なくとも約２５０Ｈｚの周波数において繰り返される、項目５１に記載の方法。
（項目５３）
前記流体サンプルは、溶媒中の分析物を含む、項目２２に記載の方法。
（項目５４）
前記流体サンプルは、生物学的流体サンプルを含む、項目２２に記載の方法。
（項目５５）
前記生物学的流体サンプルは、組織、組織ホモジネート、細胞、細胞懸濁液、細胞抽出液、全血、血漿、漿液、唾液、痰、鼻汁、脳脊髄液、間質液、リンパ液、精液、膣液、または糞便を含む、項目５４に記載の方法。

Claims

流体サンプル中の分析物を分析器具に輸送するための音響装填システムであって、前記システムは、
（ａ）分析物を含む流体サンプルを格納しているリザーバであって、前記流体サンプルは、流体表面を有する、リザーバと、
（ｂ）前記流体表面から前記流体サンプルの液滴を出射するために効果的な様式で音響放射を発生させるための音響液滴エジェクタと、
（ｃ）前記流体表面から間隔を置かれた連続流動サンプリングプローブと
を備え、
前記連続流動サンプリングプローブは、
（ｉ）前記流体サンプルの前記出射された液滴を受け取るためのサンプリング先端と、
（ｉｉ）溶媒源から溶媒を受け取るための溶媒入口と、
（ｉｉｉ）前記溶媒入口から前記サンプリング先端に前記溶媒を輸送するための溶媒輸送毛細管であって、前記出射された液滴は、前記溶媒と結合し、分析物−溶媒希釈液を形成する、溶媒輸送毛細管と、
（ｉｖ）サンプル出口であって、前記分析物−溶媒希釈液は、前記サンプル出口を通して前記サンプリングプローブから離れて分析器具に向けられる、サンプル出口と、
（ｖ）前記分析物−溶媒希釈液を前記サンプリング先端から前記サンプル出口に輸送するためのサンプル輸送毛細管と
備え、
前記サンプル輸送毛細管と前記溶媒輸送毛細管とは、前記サンプリング先端において流体連通している、システム。
前記連続流動サンプリングプローブは、外側毛細管と、前記外側毛細管の中に同軸に配置された内側毛細管とを備え、前記外側毛細管および内側毛細管は、前記内側毛細管と外側毛細管との間に前記溶媒輸送毛細管を画定し、前記内側毛細管は、前記サンプル輸送毛細管を画定する、請求項１に記載のシステム。
前記音響液滴エジェクタは、音響放射発生器と集束手段とを備え、前記集束手段は、発生させられた前記音響放射を前記リザーバ内の流体サンプルの前記表面の近傍の焦点に集束させる、請求項１に記載のシステム。
前記音響液滴エジェクタは、前記リザーバと音響結合関係にある、請求項３に記載のシステム。
各々が分析物を含む流体サンプルを格納している複数のリザーバを備え、前記流体サンプルのうちの任意のものは、前記流体サンプルのうちの別のものと同一であることも、異なることもある、請求項１に記載のシステム。
前記エジェクタを前記リザーバの各々に対して音響結合関係に連続して位置付ける手段をさらに含む、請求項５に記載のシステム。
前記リザーバは、アレイにおいて配置されている、請求項５に記載のシステム。
前記リザーバは、統合された複数リザーバユニットを備えている基板内に含まれている、請求項７に記載のシステム。
音響エジェクタに対して前記リザーバユニットを再位置付けする手段をさらに備えている、請求項８に記載のシステム。
前記流体サンプルは、約１μＬ以下の体積を占める、請求項９に記載のシステム。
前記流体サンプルは、約１０ｐＬ〜約１００ｎＬの体積を占める、請求項１０に記載のシステム。
前記音響液滴エジェクタは、約３ｎＬ以下の体積を有する液滴を出射するように構成されている、請求項１に記載のシステム。
前記音響液滴エジェクタは、約１ｐＬ以下の体積を有する液滴を出射するように構成されている、請求項１２に記載のシステム。
前記溶媒入口に動作可能に接続され、前記溶媒入口と流体連通している溶媒ポンプをさらに含み、前記溶媒ポンプは、前記溶媒輸送毛細管内の溶媒流量を制御する、請求項１に記載のシステム。
ガス入口をさらに含み、ネブライジングガスが、ガス源から前記ガス入口を通って前記サンプル出口に流動し、それによって、前記サンプル出口から前記分析物−溶媒希釈液を吸引する、請求項１に記載のシステム。
前記ネブライジングガス流を制御するために前記ガス入口に動作可能に接続されたガス圧力調整器をさらに含む、請求項１５に記載のシステム。
前記出口から退出する前記分析物−溶媒希釈液中の分析物をイオン化するためのイオン化源をさらに含む、請求項１に記載のシステム。
前記イオン化源は、エレクトロスプレーイオン源である、請求項１７に記載のシステム。
前記分析器具は、質量分析計を備えている、請求項１に記載のシステム。
前記分析器具は、質量分析計を備えている、請求項１８に記載のシステム。
前記内側毛細管および前記外側毛細管のうちの一方を他方に対して縦方向に移動させるように適合された調節器をさらに含む、請求項１に記載のシステム。
分析物を含む流体サンプルを分析器具に輸送する方法であって、前記方法は、
（ａ）音響放射を発生させる音響液滴エジェクタを流体表面を有する前記流体サンプルを含むリザーバに音響的に結合することと、
（ｂ）前記音響エジェクタを作動させることによって、前記流体サンプルの液滴を前記流体表面から連続流動サンプリングプローブのサンプリング先端の中に出射するために効果的な様式で前記リザーバに向かい前記流体サンプルの中に入る音響放射を発生させることであって、前記出射された液滴は、前記流動プローブ内の循環溶媒と結合し、分析物−溶媒希釈液を形成し、前記サンプリングプローブは、前記流体表面と前記サンプリング先端との間に間隙を提供するために前記流体表面から間隔を置かれている、ことと、
（ｃ）溶媒中の前記受け取られた流体サンプル液滴を前記サンプリングプローブ内のサンプル輸送毛細管を通してサンプル出口に輸送することであって、前記分析物−溶媒希釈液は、前記サンプリングプローブから離れて分析器具に向けられる、ことと
を含む、方法。
前記連続流動サンプリングプローブは、溶媒源から前記溶媒を受け取るための溶媒入口と、前記溶媒入口から前記サンプリング先端に前記溶媒を輸送するための溶媒輸送毛細管とを備えている、請求項２２に記載の方法。
前記サンプル輸送毛細管および前記溶媒輸送毛細管は、前記サンプリング先端において流体連通している、請求項２３に記載の方法。
前記連続流動サンプリングプローブは、ガス入口を備えている、請求項２４に記載の方法。
ステップ（ｃ）は、ネブライジングガスをガス源からガス入口を通して前記サンプル出口に流動させ、前記サンプル出口において前記分析物−溶媒希釈液を吸引することを含む、請求項２５に記載の方法。
前記ガス入口に動作可能に接続されたガス圧力調整器を用いて、前記サンプル輸送毛細管内のサンプル流量を制御することをさらに含む、請求項２６に記載の方法。
前記溶媒入口に動作可能に接続され、前記溶媒入口と流体連通している溶媒ポンプを用いて、前記溶媒輸送毛細管内の溶媒流量を制御することをさらに含む、請求項２７に記載の方法。
前記サンプル流量に対して前記溶媒流量を調節し、前記溶媒輸送毛細管と前記サンプル輸送毛細管とが流体連通している前記サンプリング先端において所望の流動パターンを提供することをさらに含む、請求項２８に記載の方法。
前記所望の流動パターンは、渦である、請求項２９に記載の方法。
前記渦は、超臨界渦である、請求項３０に記載の方法。
前記リザーバは、各々が分析物を含む流体サンプルを格納している複数のリザーバのうちの１つであり、前記リザーバ内の前記流体サンプルは、同一であることも、異なることもある、請求項２２に記載の方法。
前記リザーバは、アレイにおいて配置されている、請求項３２に記載の方法。
前記リザーバは、統合された複数リザーバユニットを備えている基板内に含まれている、請求項３３に記載の方法。
前記液滴を出射した後、前記エジェクタを別のリザーバに対して音響結合関係に位置付け、ステップ（ｂ）および（ｃ）を繰り返すことをさらに含む、請求項３２に記載の方法。
前記サンプル出口から退出する前記分析物希釈液中の前記分析物をイオン化することをさらに含む、請求項２２に記載の方法。
前記分析器具は、質量分析計を備えている、請求項２２に記載の方法。
前記分析器具は、質量分析計を備えている、請求項３６に記載の方法。
前記分析物は、約１００ダルトン〜約１００キロダルトンの範囲内の分子量を有する化合物を含む、請求項２２に記載の方法。
前記分子量は、約１〜約１００キロダルトンである、請求項３９に記載の方法。
前記分析物は、非金属である、請求項４０に記載の方法。
前記分析物は、有機化合物を含む、請求項４１に記載の方法。
前記有機化合物は、生体分子である、請求項４２に記載の方法。
前記生体分子は、ペプチド性である、請求項４３に記載の方法。
前記流体サンプルは、約１０μＬ以下の体積を占める、請求項２２に記載の方法。
前記流体サンプルは、約１μＬ以下の体積を占める、請求項４５に記載の方法。
前記流体サンプルは、約１０ｐＬ〜約１００ｎＬの体積を占める、請求項４６に記載の方法。
前記音響的に出射された液滴は、約３ｎＬ以下の体積を有する、請求項２２に記載の方法。
前記音響的に出射された液滴は、約１ｐＬ以下の体積を有する、請求項４８に記載の方法。
ステップ（ａ）および（ｂ）を迅速に繰り返し、前記流体サンプルの１回の注入として複数の超単分散液滴を前記サンプリング先端の中に出射することを含む、請求項２２に記載の方法。
ステップ（ａ）および（ｂ）を迅速に繰り返し、前記流体サンプルの１回の注入として複数の超単分散液滴を前記サンプリング先端の中に出射することを含む、請求項４８に記載の方法。
ステップ（ａ）および（ｂ）は、少なくとも約２５０Ｈｚの周波数において繰り返される、請求項５１に記載の方法。
前記流体サンプルは、溶媒中の分析物を含む、請求項２２に記載の方法。
前記流体サンプルは、生物学的流体サンプルを含む、請求項２２に記載の方法。
前記生物学的流体サンプルは、組織、組織ホモジネート、細胞、細胞懸濁液、細胞抽出液、全血、血漿、漿液、唾液、痰、鼻汁、脳脊髄液、間質液、リンパ液、精液、膣液、または糞便を含む、請求項５４に記載の方法。