JP3656165B2

JP3656165B2 - ミクロカラム分離技術における試料導入を制御するための方法及びその方法を使用するサンプリング装置

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Publication number: JP3656165B2
Application number: JP10197794A
Authority: JP
Inventors: マンツアンドレーアス; ハリスンディ．ジェド; エス．エッフェンハウゼルカルロ
Original assignee: Zeptosens AG
Current assignee: Zeptosens AG
Priority date: 1993-04-15
Filing date: 1994-04-15
Publication date: 2005-06-08
Anticipated expiration: 2020-06-08
Also published as: US20020027075A1; EP1296134A3; EP1296134B1; US6423198B1; US20010004964A1; JPH0712777A; DE69333601T2; US20010023824A1; US6699377B2; US6491804B2; EP0620432A1; US6730202B2; US20010004963A1; US20020036140A1; US20010025793A1; US7691245B2; DE69333601D1; US6699378B2; US6960286B2; EP0620432B1

Description

【０００１】
【産業上の利用分野】
本発明は、電解液緩衝液と濃縮された試料がキャピラリチャネルシステムを通過して送られ、そして異なる電気泳動移動度（本願明細書では可動性とも呼称される）を持つ成分からなる上記試料がサンプリング装置中へ試料プラグとして注入され、そのサンプリング装置は少なくとも電解質緩衝液のためのチャネルと上記試料のための供給チャネルと排出チャネルからなり、上記電解液チャネル（本願明細書では電解質チャネルとも呼称される）と、上記試料のための供給チャネルと排出チャネルは互いに交わり、そして上記供給チャネルと排出チャネルの各々は上記電解液チャネルに対して傾斜しておりそしてその各々の供給口と排出口で上記電解液チャネル中に開口しており、上記供給口と上記排出口との間の距離は試料体積を幾何学的に決めている、ミクロカラム分離技術、特にキャピラリ電気泳動（ＣＥ）における試料導入を制御するための方法に関する。
【０００２】
又、本発明は電解質緩衝液のためのチャネルと、試料のための供給チャネルと排出チャネルと試料を上記体積中に動電的に注入するための手段からなるサンプリング装置であって、供給チャネルと排出チャネルの各々は各々の供給口と排出口において上記電解液チャネル中に開口し、それらの口は試料体積が幾何学的に規定されるように互いに関して配置され、上記供給チャネルと排出チャネルの各々は上記チャネル部分（本願明細書ではチャネルピースとも呼称される）の長軸方向の長さ（本願明細書では縦方向の伸長線とも呼称される）に対して傾いているサンプリング装置に関する。
【０００３】
【従来の技術と発明が解決しようとする課題】
ミクロカラム分離技術、特にキャピラリ電気泳動は、センサー又は化学分析システムの部分として使用される非常に興味のある分離技術になった。これのための主たる理由は、分離技術としての方法の高い効率である。キャピラリ電気泳動において通常使用されるサンプリング法は：
注入ブロック内への、隔膜を介してのシリンジを使用する試料の注入、
試料ループを使用する場合と使用しない場合の注入バルブの使用、そして
試料貯液槽（本願明細書ではリザーバとも呼称される）中へのキャピラリの一端の浸漬：それにより試料は重力流れにより、過圧又は減圧により、又は電気浸透及び／又は電気移動により導入される。
【０００４】
Journal of Chromatography,452,(1988)612-622 には、試料バルブ法はキャピラリ電気泳動のための最も適したサンプリング法であると記述されているが、試料の注入の無バルブ装置も記述されている。記載されている装置は、電極室とサンプリング装置の間を連続している鋳型キャピラリブロックからなる。電極室で電解質溶液は電極と接触している。キャピラリ管には評価エレクトロニクスと接続している測定電極がある。サンプリング装置は、キャピラリ管に対して垂直に伸長している二つのフィーダと接続しているキャピラリ管の拡張部分からなる。キャピラリ管の縦方向の伸長に沿った二つのフィーダの互いのオフセット配置は、サンプリング装置がダブルＴ型のキャピラリ構造を持つようになっている。
【０００５】
試料はシリンジを介してサンプリング装置内に導入される。注入体積は、キャピラリに沿って離れて二つのフィーダが配置されている距離により幾何学的に規定される。キャピラリ中の電解質溶液と試料の移送は、キャピラリに沿って各々の電極の間に適用されている電界により実施される。ダブルＴ型サンプリング装置の長所は、注入バルブを使用しても得られる長所であるが、希釈試料イオン種の濃縮効果である。しかし、フィーダにわたる電界グラジエントが存在しないというものの、試料が既にサンプリング位置を離れている時にフィーダからの試料成分がキャピラリ中に拡散するかも知れないということがあり得る。無制御にキャピラリに入る試料成分の量は、各々の試料成分の拡散係数と移動度（本願明細書では可動性とも呼称される）による。かくして、検出器においては、注入した試料液体の多少拡大プラグが到着するだけでなく、電解質と電界における各々の成分の拡散係数と移動度によっては、試料液体の各々のプラグの前後又は間の電解質が試料成分の予測できない量で「汚染」される。検出器に到達するこれらの試料成分の予測できない量は、決して好ましいものではなく、検出シグナルの高ノイズの原因になり、その結果検出限界を顕著に減少せしめる。
【０００６】
Analytical Chemistry, 1992年, 64,1926-1932頁にはキャピラリ電気泳動装置が記載されておりそしてその装置では、キャピラリの一端を試料貯液槽中に浸漬しそしてキャピラリの両方の末端を通過する電圧を適用して、試料を動電的に注入する。電界では試料は、動電的に移送されそしてキャピラリ電気泳動装置のチャネルシステム中へＴ−ジャンクションにおいて注入される。しかしながら、この方法は試料成分の電気泳動移動度における違いに由来する実際の試料のバイアスを誘導する。かくして、導入された試料は、原試料と同じ組成を持たないことが頻繁にある。更に、導入された試料の量が判らないことが非常に頻繁にあるので、内部標準を定量分析のために使用しなければならない。
【０００７】
従って、本発明の目的は、ミクロカラム分離分技術における、そして更に特定するとキャピラリ電気泳動（ＣＥ）における試料導入を制御するための方法；そして上述の従来技術の欠点を克服するサンプリング装置を提供することである。試料の体積は幾何学的に規定されなければならない。注入された試料組成は、リザーバ中の試料の原組成と異なっていてはいけない。キャピラリ管中への試料液体の制御できない導入は顕著に減少されるべきだろう。仮にキャピラリ管中への試料液体の望ましくない漏れを全体として回避できないならば、少なくともそれが予測できそして制御できる状態でのみ起こるという準備がされていなければならない。
【０００８】
本発明の方法とサンプリング装置は、例えば Sensors and Actuators B, 10(1993)107-116に記載されているような微小分析概念を容易に実現できるべきでもある。そこには、水性溶媒の、チャネルと動電的ポンプの間の溶媒流の無バルブスイッチングを使用する、シリコン基体上に集積された多重流系の概念が記載されている。同様な概念は、例えば、Analytical Chemistry,Vol.64,No.17,1992年,9月1 日号,1926-1932頁に記載されている。キャピラリ電気泳動を基礎にした上述の微小化した化学分析システムは、キャピラリ電気泳動を基礎にした上述の微小化化学分析システムは、平面のガラス基体中にミクロ機械加工された、複雑な多重キャピラリチャネルからなる。溶媒と試料の移送は、動電効果（電気浸透及び／又は電気泳動）に由来して起こる。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
本発明の目的は、下記の方法によって特徴付けられる方法の段階からなる、キャピラリ電気泳動におけるサンプル導入を制御するための方法により解決される：
電解液緩衝液と多少濃縮された試料がキャピラリチャネルシステムを通過して送られ、そして異なる電気泳動可動性を持つ成分からなる上記試料がサンプリング装置中へ試料プラグとして注入され、そのサンプリング装置は少なくとも電解質緩衝液のためのチャネルと上記試料のための供給チャネルと排出チャネルからなり、上記電解質チャネルと、上記試料のための供給チャネルと排出チャネルは互いに交わり、そして上記供給チャネルと排出チャネルの各々は上記電解質チャネルに対して傾斜しておりそしてその各々の供給口と排出口で上記電解質チャネル中に開口しており、上記供給口と上記排出口との間の距離は試料体積を幾何学的に決めている、ミクロカラム分離技術、特にキャピラリ電気泳動（ＣＥ）における試料導入を制御するための方法であって；
上記試料の最も低い電気泳動可動性を持つ最も遅い成分が上記幾何学的に規定される体積内に含有されているのに充分に長い程度に少なくともわたる時限にわたり上記試料供給チャネルと排出チャネルにわたり電界を設けることにより、上記試料プラグの電解質チャネル中への注入が動電的に実施されることを特徴とする方法。
【００１０】
更に特定すると、ミクロカラム分離技術、特にキャピラリ電気泳動（ＣＥ）において試料を導入するための方法が提供され、そしてその方法では電解質緩衝液と多少濃縮された試料をキャピラリチャネルシステムを通過して移送する。試料は、少なくとも電解質緩衝液のためのチャネルと試料のための供給チャネルと排出チャネルからなるサンプリング装置中へ試料プラグとして注入される。電解質緩衝液のためのチャネルと試料のための供給チャネルと排出チャネルは互いに交わる。試料のための供給チャネルと排出チャネルは各々、それぞれの供給口と排出口で開口する。供給口と排出口の間の距離は、幾何学的に試料体積を規定する。供給チャネルと排出チャネルの各々は電解質チャネルに対して傾斜している。電解質チャネル中への試料プラグの注入は、上記試料の最も低い電気泳動可動性を持つ最も遅い成分が上記幾何学的に規定される体積内に含有されているのに充分に長い程度に少なくともわたる時限にわたり上記試料供給チャネルと排出チャネルにわたり電界を設けることにより、動電的に実施される。この方法により、注入された試料プラグの組成は実際の試料組成を反映することになる。
【００１１】
別の好ましい段階では、試料プラグの注入の直後、電解質緩衝液が供給チャネル中と排出チャネル中に、各々の供給口と排出口において一定時限にわたり進入するようにし、そしてその一定時限は少なくとも、試料プラグ内の最も遅い成分の供給口から検出器への移動時間の量になる。かくして試料を各々の供給チャネルと排出チャネル中に押し戻しそして実質的に試料が、供給口と排出口を通過して送られる電解質緩衝液中へ制御できないで拡散するのを防止する。更にその方法は、電解質緩衝液内の試料組成を制御することを可能にする。
【００１２】
サンプリング装置の改善に関する目的は、下記の装置により解決される：
電解質緩衝液のためのチャネルと、試料のための供給チャネルと排出チャネルと試料を上記体積中に動電的に注入するための手段からなるサンプリング装置であって、供給チャネルと排出チャネルの各々は各々の供給口と排出口において上記電解質チャネル中に開口し、それらの口は試料体積が幾何学的に規定されるように互いに関して配置され、上記供給チャネルと排出チャネルの各々は上記チャネルピースの縦方向の伸長線に対して傾いているサンプリング装置において；
その上記供給チャネルと上記排出チャネルの各々が、上記電解質緩衝液に関して流れるための抵抗を持ち、それは上記電解質チャネルの流れるための各々の抵抗より約５％少ない流れるための抵抗を持つことを特徴とするサンプリング装置。
【００１３】
特に、サンプリング装置は、電解質チャネルと、試料のための供給チャネルと排出チャネルからなり、その供給チャネルと排出チャネルの各々は各々の供給口と排出口において上記電解質チャネル中に開口する。それらの口は試料体積が幾何学的に規定されるように互いに関して配置される。供給チャネルと排出チャネルの各々は電解質チャネルの縦方向の伸長線に対して傾いている。試料体積中に試料を動電的に注入するための手段がそこに提供される。上記電解質緩衝液に関しての上記供給チャネルと上記排出チャネルの流れるための抵抗は電解質チャネルの流れるための各々の抵抗より少なくとも約５％少ない。
【００１４】
【実施例】
図１ないし４を参照して本発明を更に説明する。
図１と図２には、ミクロカラム分離装置、さらに特定すると電気泳動分離装置の実施態様が図示されている。それは基部１と蓋部２からなる。基部１は、ガラス、単結晶シリコン又は他の半導体製造で既知の材料、又は適当なポリマー材料から製造されていてよい。蓋部２は好ましくはガラスから製造されている。基部１は、その表面中にエッチングされた、ミクロ機械加工された又は他の方法によって設けられたチャネルシステム４からなる。半導体製造から知られている技術が、基部１の表面中にチャネルシステムを作製するのに適用されるのが好ましい。蓋部２は、チャネルシステム４と連結しているスルーホールＲ、Ｓ、Ｄ、Ｗを備えておりそしてキャピラリ管の末端を収容しそして保持するために適応させてある。蓋部２は、チャネルシステムを通過して流れる試料の光検出システム、例えば蛍光検出システム、又は吸光検出システム、又は屈折率変化検出システムの部分である光導波管のためのいろいろなポートも備えている。それらポートはサンプリング装置３の後のチャネルシステム４に沿って分布しており、装置３で試料が電解質緩衝液中に導入されかくしてチャネルシステム４に沿った異なる位置での測定を可能にする。
【００１５】
電解質緩衝液と濃縮された試料の移送は、電界により実施されるのが好ましい。そしてその電界は、電解質緩衝液のための貯液槽（本願明細書ではリザーバとも呼称される）Ｒと廃物レセプタクル(receptacle)Ｗ各々の電極の間と、試料のための各々の供給源Ｓと排出レセプタクルＤに備えた電極の間の電位を切り替えることにより発生させられる。
【００１６】
図３と４には、図１の円で囲んだサンプリング装置が拡大して図示してある。それは図１のフローインジェクション分析システムの部分であり、そのシステムは動電的原理に基づいており、試料の電気泳動分析を可能にする。サンプリング装置３はキャピラリチャネルシステム４の集積部分でありそして貯液槽Ｒと検出器５ないし８の後にある廃物レセプタクルＷと、そして分析されるべき試料のための供給レセプタクルＳと排出レセプタクルＤと接続している。図３と４では、説明し易くするために、貯液槽ＲとレセプタクルＷ、ＳとＤを図示せず、単に矢印により象徴的に示し、同時にその矢印はチャネルシステム４における液流の方向を示している。
【００１７】
図３には、サンプリング装置の１番目の実施態様例が示されている。それはチャネル部分（本願明細書ではチャネルピースとも呼称される）２２からなり、その一端は電解質緩衝液のための貯液槽Ｒと接続し、そして他方の長軸方向の長さ方向では試料の電気泳動分離が行われる毛管チャネルと接続しそしてそれは検出器に至り最後に廃物レセプタクルＷに至っている。サンプリング装置は試料のための供給レセプタクルＳと接続する供給チャネル２３と、排出レセプタクルＤに至る排出チャネル２４に接続している。供給チャネル２３と排出チャネル２４はチャネル部分２の長軸方向に対して傾斜しており，好ましくはそれらはチャネル部分と一緒になってダブルＴ構造を形成するように大体垂直に配置されている。供給チャネルＳと排出チャネルＤの各々は供給ポート２５と排出ポート２６の各々でチャネル部分中２２中に開口している。図３によると、供給ポート２５と排出ポート２６は、試料体積２７が後記で更に詳細に説明されるように幾何学的に規定されるように、チャネル部分２２において長軸方向に互いに間隔をおいて配置されている。排出チャネル２４は、そのチャネル２５と排出チャネル２６が互いに反対位置に配置されるように、供給チャネル２３の長軸方向内に直接配置されていてもよいと理解されるべきである。その場合には、サンプリング装置のチャネルは、ダブルＴ構造を形成しないが、普通の十字構造で配置されている。
【００１８】
既に上述したように、液体、即ち電解質緩衝液と試料には電界が適用され、その結果、電解質緩衝液のための貯液槽Ｒと廃物レセプタクルＷ、及び試料のための供給源レセプタクルＳと排出レセプタクルＤ各々において異なる電圧が生じる。例えば、陽電圧を貯液槽Ｒにそして陰電圧を廃物レセプタクルＷに適用すると、電解質緩衝液は動電的に貯液槽Ｒからキャピラリチャネルシステムを通過して廃物レセプタクルＷへ移送される。チャネルピース２２中に試料を導入するために、例えば、試料のための供給源レセプタクルＳは陽電圧に維持されそして排出レセプタクルＤは陰電圧に維持される。得られた電界では、試料は供給源レセプタクルＳから排出レセプタクルＤへ動電的に移送される。図３では流れ方向は、矢印Ｓ、ＶとＤにより示される。この方法により、一方の末端上では供給口２５により他方の末端上では排出口２６により限定される、チャネル部分２２の部分２７は、試料で充填される。かくして、サンプリング装置３のチャネル部分２２の試料を充填した部分２７は、動電的に注入した試料プラグの体積を規定し、それは図３中ではハッチングにより示されている。換言すれば、試料プラグの体積２７は、間隔をおいた供給口２５と排出口２６により幾何学的に限定される。チャネル部分２２と供給チャネル２３と排出チャネル２４が通常の十字を形成するように、供給口２５と排出口２６が対立して位置している上述の場合、交差の寸法と体積が試料体積を決定する。かくして、その場合は試料体積はチャネル２２、２３と２４の各々の断面積のみにより規定される。
【００１９】
試料体積２７中の試料の組成ががリザーバＲ中の実際の試料組成を反映することを保証するために供給チャネル２３と排出チャネル２４にわたる電界は、幾何学的に規定された試料体積２７が充填されそして最も低い電気泳動可動性を持つ試料成分を含有するのに充分な時限に少なくともわたって維持される。この最小時限ｔ_minは、
等式ｔ_min＝ｄ／μ_i・Ｅにより与えられる。この等式では、ｄは供給口と排出口が間隔をおいている距離を表し；μ_i（その成分ｉについては後記で更に詳しく説明する。）は試料の最も遅い成分ｉの全可動性であり；Ｅは電圧差に由来する供給口２５と排出口２６を横断する電界強度を表す。
【００２０】
試料の電気泳動分析を実施する際には、第１に電解質緩衝液がリザーバＲから廃物レセプタクルＷへ移送されるように、リザーバＲと廃物レセプタクルＷの間に電界が設定される。化学分析システムのチャネルシステムが電解質緩衝液により充填された後、チャネルピース２２中への試料の注入を開始する。その目的のために、試料が供給源レセプタクルＳから供給チャネル２３を通過し、チャネルピース２２を介して排出チャネル２４中に、次いで排出レセプタクルＤ上に動電的に移送されるように、電界が供給源レセプタクルＳと排出レセプタクルＳの間に設定される。試料が注入されている間は、リザーバＲと廃物レセプタクルＷの間の電界のスイッチは切られているか、又は電位は試料が上述の経路だけに沿って移送されるように選択されると理解される。供給口２５と排出口２６の間の試料体積２７が試料で充填されることを保証するように選択された注入時限の後、供給源レセプタクルＳと排出レセプタクルＲの間の電界のスイッチは切断される。同時にリザーバＲと廃物レセプタクルＷの間の電界は、試料体積２７中に包含される試料が検出器と廃物レセプタクルＷの方向に移送されるように再び活動化される。試料がチャネルシステムを移送されている間に、それは電界中で電気泳動的に分離される。
【００２１】
電解質緩衝液が供給口２５と排出口２６を通過して移送されている間の、試料成分の電解質緩衝液中への漏れと拡散の問題は、電界が供給源レセプタクルＳと排出レセプタクルＤの間に適用されていないとしても、一定時間（この一定時間は少なくとも、試料プラグ内の最も遅い成分ｉの供給口２５から各々の検出器への移動時間ｔ_iの量になる。) にわたり供給口２５と排出口２６の各々において電解質緩衝液を供給チャネル２３と排出チャネル２４中へ進行させることを可能にすることにより解決される。かくして、試料は供給チャネル２３と排出チャネル２４中へ押し返されそして供給口２５と排出口２６を通過して移送される電解質緩衝液中への制御できない拡散を実質的に防止できる。
【００２２】
試料の最も遅い成分の移動時間Ｔ_iは、分離長Ｌと、試料の最も遅い成分ｉの全可動性μ_iとその経路Ｌにそって作用する電界強度Ｅ’の積の商として定義され、そしてそれは式Ｔ_i＝Ｌ／（μ_i・Ｅ’）により与えられる。この等式において分離長Ｌ（図１を参照）は、試料成分ｉが供給口２５と各々の活動化した検出器５−８の間を移動する距離であり、成分の全可動性μ_iは、成分の電気泳動可動性μ_i,epと試料全体の電気浸透可動性μ_eoの和である。検出が実施される時限は試料の最も遅い成分の移動時間と比較すると非常に短いので無視できる。
【００２３】
電解質緩衝液を供給チャネル２３と排出チャネル２４中へ進行させるためには、図３に図示したサンプリング装置の実施態様例では、供給源レセプタクルＳと排出レセプタクルＤの電圧はスイッチオンされ、その電界は電解質緩衝液のためのリザーバＲにおける電圧とは異なり、かくして適当な大きさの電圧差が設定される。電解質緩衝液が陽電圧から陰電圧へ移送される場合は、供給源レセプタクルＳと排出レセプタクルＤにおける電位は、リザーバＲにおける陽電圧に関して陰が選択される。陰電圧から陽電圧への電解質の移送の場合は、供給源レセプタクルＳと排出レセプタクルＤの電位は、リザーバＲに関して陽が選択される。
【００２４】
リザーバＲと、供給源レセプタクルＳと排出レセプタクルＤの間の電位差は、得られた電界が少なくとも約０．１Ｖ／ｃｍの量になる電界強度を持つように選択される。
【００２５】
電解質緩衝液を供給チャネル１３と排出チャネル１４中に進行させることができる別の試みは図４に図示されている。図示したサンプリング装置３の構造は、基本的には図４中のそれに該当する。それは２本のサイドチャネル１３，１４を持つチャネルピース１２からなる。サイドチャネルは、約５°ないし約１７５°になる角度でチャネルピース１２の縦方向の伸長線に関して傾斜しているが、しかし、好ましくはチャネルピース１２に関して大体垂直に配置されている。サイドチャネルは、供給口１５と排出口１６の各々でチャネルピース中に開口する供給チャネル１３と排出チャネル１４である。好ましくは供給口１５と排出口１６はチャネルピースで互いに間隔をおいて配置されておりそして試料体積１７を限定する。それらが互いに間隔を置いている距離は、典型的には約０μｍないし約３ｃｍ、最も好ましくは０μｍないし約３ｍｍであり、その場合値０は供給口と排出口が互いに対立して配置されていることを示す。チャネルピース１２は、電解質緩衝液のためのリザーバＲと廃物レセプタクルＷと連結している。供給チャネル１３は試料のための供給源レセプタクルＳと連結しており、一方排出チャネル１４は排出レセプタクルＤと連結している。
【００２６】
サンプリング装置３は電気泳動化学分析システムの部分であって基本的には図３に図示したサンプリング装置と同様に機能する。しかし、電解質緩衝液が供給チャネル１３と排出チャネル１４中に進行できるように、これら二つのチャネルの抵抗を減少させることができる。特に供給チャネル１３と排出チャネル１４の各々は、電解質緩衝液に関して、電解質チャネル１２の流れるための抵抗より約５％低い流れるための抵抗を持つ。驚くべきことに、供給チャネル１３と排出チャネル１４の流れるための抵抗の減少は、試料成分が供給口１５と排出口１６の各々を通過して移送されている時に、その試料成分の電解質緩衝液中への漏れと拡散の増加を招かない。その代わりに、適用した電界が電解質緩衝液のチャネル１３と１４中への対流を起こすはずがない時ですら、サイドチャネル１３と１４の流れるための抵抗の減少はその対流を起こす。かくして、試料成分の漏れと拡散は顕著に減少し、検出されたシグナルのノイズは減少する。その結果、検出限界である分析システムの感度は増加する。供給チャネル１３と排出チャネル１４の流れるための抵抗は、それら各々のチャネルの長さを減少させることにより又はそれら各々の巾ｗを拡大させることにより減少させることができる。供給チャネル１３と排出チャネル１４の流れるための抵抗の減少を、供給口１５と排出口１６の巾ｐより少なくとも約２倍大きい巾をそれらチャネルに与えることにより実施するのが好ましい。そのようにすると供給チャネル１３と排出チャネル１４の各々はほぼビンの形をしていて、ビンの頸が供給口１５又は排出口１６になる。
【００２７】
一方、供給チャネル１３と排出チャネル１４が直接チャネルピース１２中に注いで、それらの末端（この末端はチャネルピース１２に直ぐ隣接している。）が各々の供給口１５と排出口１６になっていて、そこからチャネルが各々の中間ピース１３′と１４′にわたってチャネルの口巾ｐからチャネルの最終口巾ｗへ次第に増加し、供給口１５と排出口１６も縦方向延長ｌを持つようになっていることも可能である。これらの縦方向延長ｌは、少なくとも供給口１５と排出口１６各々の巾ｐに該当する。供給口１５と排出口１６の巾ｐが縦方向延長ｌに沿って一定であると、有利である。好ましい実施態様では、供給口１５と排出口１６の巾ｐが、それらがチャネルピース１２の巾ｂに大体該当するように選択される。
【００２８】
チャネルピース１２の深さ（それはチャネルシステムの深さに該当すべきである。）と供給チャネル１３と排出チャネル１４の深さは典型的には約０．１μｍないし約１００μｍである。ビンの頸様の供給口１５と排出口１６の深さはほぼそれらチャネルの深さに該当する。
【００２９】
本発明のサンプリング装置３は、ミクロ分析チップの部分である実施態様例を参考にして説明した。それは、キャピラリ管から製造される電気泳動化学分析の部分である、キャピラリ管の配置でもあり得るが、サンプリング装置はガラス、半導体材料、又は適当なポリマー中に設定されているキャピラリチャネルシステム中へ組み込まれる。供給チャネルと排出チャネルと各々の供給口と排出口からなるチャネルシステムは、平面状の基体中にエッチング又はミクロ機械加工又は注型（ポリマー基体の場合）、又は他の方法で設置されるのが有利である。その製造のために最も適当なものは、半導体製造又はミクロ機械素子でよく確立された技術である。
【００３０】
規定した最小の時間にわたる試料の動電的注入でもって注入した試料の体積を幾何学的に規定する構造上の組み合わせは、試料体積の制御を信頼できるものにしそして試料体積内に含有される試料の組成がリザーバ中の試料の原組成を反映することを保証できるようにする。本発明に従う、方法とサンプリング装置の別の改良は、試料成分の電解質緩衝液中への無制御の漏れと拡散の顕著な減少を可能にする。かくして、依然として起きている電解質緩衝液中の試料の濃縮は試料の原濃度の３％以下に止まる。この方法により、検出された電気泳動シグナルのノイズは減少しそして検出限界は増加する。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明のサンプリング装置からなる基部と蓋部を重ねたミクロカラム分離装置の蓋の上からの線図
【図２】図１のミクロカラム分離装置の切断線IIの断面図
【図３】図１のミクロカラム分離装置の円で囲んだ部分の拡大図
【図４】サンプリング装置の２番目の実施態様
【符号の説明】
Ｒ──電解質緩衝液のリザーバ
Ｗ──廃物レセプタクル
Ｓ──供給源レセプタクル
Ｄ──排出レセプタクル
１──基部
２──蓋部
３──サンプリング装置
４──チャネルシステム
５ないし８──検出器
１２──チャネルピース
１３──供給チャネル
１４──排出チャネル
１５──供給口
１６──排出口
１７──試料体積
２２──チャネルピース
２３──供給チャネル
２４──排出チャネル
２５──供給口
２６──排出口
２７──試料体積

Claims

試料を含む供給チャネル、排出チャネル、及び電解質緩衝液を含む電解液チャネルを含むサンプリング装置から構成され、前記供給チャネル及び前記排出チャネルは各々前記電解液チャネルに対して傾斜しており、及びそれらの供給及び排出チャネルはそれぞれ供給口及び排出口で前記電解液チャネルと交わり、幾何学的に定義されている試料体積は前記供給口及び前記排出口の間に位置する前記電解液チャネルの部分により定義されており、ここで前記試料は異なる電気泳動移動度を有する成分からなる組成物であり、及びここで前記電解質緩衝液及び前記試料は前記チャネルシステムを通過して移動されるところの、キャピラリチャネルシステムを有するミクロカラム分離技術における試料導入を制御する方法であって、その方法は、前記供給チャネル及び前記排出チャネル間に渡り電界を適用することにより前記電解液チャネルの中へ前記試料を試料プラグとして動電的に注入するステップを含むが、ここで前記電界は、最も低い電気泳動移動度を持つ前記試料の成分が幾何学的に定義されている試料体積の中へ泳動するのに少なくとも十分な長さである時間、及び式ｔｍｉｎ＝ｄ／（μｉ・Ｅ）（式中、ｄは前記供給口と前記排出口間にある前記電解液チャネルの前記部分を表し、μｉは最も低い電気泳動移動度を持つ前記成分の動電的移動度を表し、そしてＥは前記供給チャネル及び前記排出チャネル間に渡る電界強度を表す。）により定義されている時間に相当する時間の間最低限適用され、そして前記電解質緩衝液及び前記試料が動電的に移動され、及び更に試料プラグの注入直後に、前記電解質緩衝液が、前記試料プラグの中の一番遅い成分の前記供給口から検出器への泳動時間に少なくとも達する一定時間の間、前記それぞれの供給及び排出口で前記供給チャネル及び前記排出チャネル内へ進入することが可能であるが、これにより前記試料を前記それぞれの供給及び排出チャネルへと押し戻し、そして試料が、前記供給及び前記排出口を越えて移動される電解質緩衝液へと制御不可能に拡散するのを防止する事を特徴とする方法。
ある一定時間の間、前記供給及び前記排出チャネル内の前記試料が、前記電解質緩衝液の為の溜液槽での電位とは異なった電位に曝され、これにより電位差を確立し、その結果、前記電解質緩衝液が前記供給チャネル及び前記排出チャネル内へ進入する事が可能になる事を特徴とする、請求項１に記載の方法。
前記電位差が、結果として生じる電界強度が少なくとも０．１Ｖ／ｃｍに相当するように選択される事を特徴とする、請求項２に記載の方法。
前記電解質緩衝液が、前記供給及び前記排出チャネルの幅を増加する事により前記供給及び前記排出チャネル内での流動への抵抗を減少する事により、前記供給及び前記排出チャネル内へ進入する事が可能になる事を特徴とする、請求項１に記載の方法。
前記供給及び前記排出チャネルの流動への抵抗は、前記供給及び前記排出チャネルの各々に、前記供給及び前記排出口の幅の少なくとも２倍大きい幅を提供する事により減少される事を特徴とする、請求項４に記載の方法。
前記それぞれの供給及び排出チャネルの前記供給及び前記排出口が、前記供給及び前記排出口の幅に少なくとも相当する長軸方向の長さを持ち、そして前記幅は前記供給及び前記排出口の長さに沿って不変に保たれる事を特徴とする、請求項５に記載の方法。
前記供給及び前記排出口の幅は、それらがチャネル部分（ピース）の幅に相当するように選択される事を特徴とする、請求項６に記載の方法。
それぞれに口を有する前記供給及び前記排出チャネルを含むキャピラリチャネルシステムが、ガラス、半導体材料、又は相応なポリマーから作られている平面基材に蝕刻（エッチング）されるか、ミクロ機械加工されて確立される事を特徴とする、請求項１乃至７のいずれか１項に記載の方法。
前記排出チャネルが、前記供給チャネルの長軸方向の長さであり、そして前記供給及び前記排出口がお互いに反対の所に設置されている事を特徴とする、請求項１に記載の方法。
前記供給及び前記排出口が、前記電解液チャネルに沿って長軸方向でお互いに離れており、そして前記試料体積領域が前記供給及び前記排出口の間の前記電解液チャネルに沿う領域として定義されている事を特徴とする、請求項１に記載の方法。
前記キャピラリチャネルシステムは、その一端が前記電解質緩衝液の貯液槽に連結されており、そして前記試料の電気泳動的分離が実施されるキャピラリチャネル内で、長軸方向で前記幾何学的に定義されている試料体積を超えて伸びている事を特徴とする、請求項１に記載の方法。
前記供給チャネル、前記排出チャネル及び前記電解質緩衝液を含んでいる前記チャネルは、貯液槽に結合されている事を特徴とする、請求項１に記載の方法。
電極が前記貯液槽に適用される事を特徴とする、請求項１２に記載の方法。
以下のステップ：
（１）前記電解液チャネルを越えて電界を適用するステップ；
（２）前記電解液チャネルを越えて電界を遮断するステップ；
（３）前記電解液チャネル内で前記試料体積へ前記試料を試料プラグとして動電的に注入する為に前記供給及び前記排出チャネルを越えて電界を適用するステップ；及び
（４）前記電解液チャネルを通過して前記試料体積に含有する試料を移動する為に、前記電解液チャネルを越えて電界を適用するステップ；
を含む事を特徴とする、請求項１１乃至１３のいずれか１項に記載の方法。
以下のステップ：
（１）前記電解液チャネル全体を越えて電界を適用するステップ；
（２）前記電解液チャネル内で前記試料体積へ前記試料を試料プラグとして動電的に注入
する為に前記供給及び前記排出チャネルを越えて電界を適用するステップ；及び
（３）ステップ（１）の後に、前記試料体積に含まれている前記試料が、前記電解液チャネルを通過して移動されるように、電位を有する前記電解液チャネルを越えて電界を維持するステップ；
を含む事を特徴とする、請求項１１乃至１３のいずれか１項に記載の方法。
以下のステップ：
（１）前記電解液チャネルを通過して前記電解質緩衝液を移動する為に、前記電解液チャネルを越えて電界を適用するステップ；及び
（２）前記試料を前記供給チャネルから前記排出チャネルへ動電的に移動させる為に、前記供給及び前記排出チャネルを越えて前記電界を同時に適用するステップ；
ここでステップ（１）とステップ（２）の前記電界の前記電位が異なる事を特徴とする、請求項１１乃至１３のいずれか１項に記載の方法。
電解質緩衝液の為の電解液チャネル（１２；２２）、試料の為の供給チャネル（１３；２３）及び排出チャネル（１４；２４）から構成されているサンプリング装置において、前記供給及び前記排出チャネルは各々電解液チャネルの方向に傾斜しており、及びそれらの供給及び排出チャネルはそれぞれの供給口（１５；２５）及び排出口（１６；２６）で前記電解液チャネルに交わっており、幾何学的に定義されている試料体積（１７；２７）が、前記供給口及び前記排出口の間に位置する前記電解液チャネルの部分により定義されているが、このサンプリング装置は、（ａ）前記供給チャネル（１３；２３）及び排出チャネル（１４；２４）の各々は、前記電解液チャネル（１２；２２）の流動へのそれぞれの抵抗よりも５％低い前記電解液緩衝液に対する流動への抵抗を有し、そして（ｂ）前記供給チャネル（１３；２３）及び前記排出チャネル（１４；２４）の各々は、前記供給口（１５；２５）及び前記排出口（１６；２６）の幅（ｐ）よりも少なくとも二倍以上大きな幅（ｗ）を有する事を特徴とする、試料を前記幾何学的に定義されている試料体積内で動電的に注入する為の手段を更に含むサンプリング装置。
前記それぞれの供給チャネル（１３；２３）及び排出チャネル（１４；２４）の前記供給口（１５；２５）及び前記排出口（１６；２６）は、供給及び排出口の少なくとも前記幅（ｐ）に相当する長軸方向の長さ（ｌ）を有し、そして前記幅（ｐ）は前記供給及び前記排出口の長さ（ｌ）に沿って不変である事を特徴とする、請求項１７に記載のサンプリング装置。
前記供給口（１５；２５）及び前記排出口（１６；２６）の前記幅（ｐ）が、前記チャネル部分（１２；２２）の幅（ｂ）に相当する事を特徴とする、請求項１８に記載のサンプリング装置。
前記チャネルが０．１μｍ乃至１００μｍの深さを持つ事を特徴とする、請求項１９に記載のサンプリング装置。
前記排出チャネル（１４；２４）が、前記供給チャネル（１３；２３）の長軸方向の長さであり、そして前記供給口（１５；２５）及び前記排出口（１６；２６）はお互いに反対の所に設置されている事を特徴とする、請求項１７に記載のサンプリング装置。
前記供給口（１５；２５）及び前記排出口（１６；２６）が、前記電解液チャネルに沿って長軸方向でお互いに離れており、そして前記試料体積領域が前記供給口（１５；２５）及び前記排出口（１６；２６）の間の前記電解液チャネルに沿う領域として定義されている事を特徴とする、請求項１７に記載のサンプリング装置。
前記供給口（１５；２５）及び前記排出口（１６；２６）が、３ｃｍまでの、好ましくは３ｍｍまでに達する距離（ｄ）でお互いに離れて位置される事を特徴とする、請求項２２に記載のサンプリング装置。
前記供給チャネル（１３；２３）及び前記排出チャネル（１４；２４）は各々が、それぞれの前記チャネル部分の長軸方向の長さに対して５乃至１７５度、好ましくは９０度に達する角度で傾斜しており、そして更に前記供給チャネル（１３；２３）及び前記排出チャネル（１４；２４）がお互いに平行に伸びている事を特徴とする、請求項１７乃至２３のいずれか１項に記載のサンプリング装置。
電解質緩衝液の為の電解液チャネル（１２；２２）、供給チャネル（１３；２３）及び排出チャネル（１４；２４）を持つキャピラリチャネルシステムを含んでいる請求項１８に記載のサンプリング装置であって、そしてここで前記電解液チャネルはその一端が前記電解質緩衝液の為の貯液槽に連結されていて、そしてキャピラリチャネル内で長軸方向で幾何学的に定義されている試料体積を越えて伸びている事を特徴とする、請求項１７に記載のサンプリング装置。
前記供給チャネル（１３；２３）及び前記排出チャネル（１４；２４）が、貯液槽と結合されている事を特徴とする、請求項２５に記載のサンプリング装置。
電極が前記貯液層に適用される事を特徴とする、請求項２６に記載のサンプリング装置。