JP5691140B2 - 非対称流フィールドフローフラクショネーションユニットによって粒子の物性を特定する方法、および流体手段中に懸濁している粒子の試料を分画するためのa4fユニット - Google Patents
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Description
高分子、ウイルス様粒子、バクテリア、またはコロイドなどの小さな粒子を分離する必要性が、粒子の質量またはサイズの測定、およびそれらの分布の判断の準備として、重要な課題になっている。最近では、このような粒子を分離できる最も成功した手段のうちの1つは、非対称流フィールドフローフラクショネーション、略してAsFFFFまたはA4Fによるものである。この装置は、J.カルビン・ギディングズ(J. Calvin Giddings)によってサイエンス(Science)第260巻、第1456〜1465頁の彼の1993年の論文に記載された以前のクロスフロー型FFF装置を変形させたものである。A4F変形例は、その発明者であるカール−グスタフ・ウォーランド(Carl-Gustav Wahlund)によって、アナリティカル・ケミストリ(Analytical Chemistry)第59巻、第1332〜39頁の彼の1987年の論文「透過性の壁を1つ有する非対称流フィールドフローフラクショネーションチャンネルの特性(Properties of an asymmetrical flow field-flow fractionation channel having one permeable wall)」に、J.カルビン・ギディングズとともに記載されている。
るようなものであった。最近の研究は、長さがより短いチャンネルが特定のメリットを提供するであろうと示唆しており、これに基づいて、全く新しい構造が開発され、より短いA4Fユニットに組み入れられた。しかしながら、単一のチャンネルを選択するにあたって、影響を及ぼす上記の変数をすべてテストし得ない限り、特定の種類の粒子をよりよく分離する可能性を完璧に研究することはできない。したがって、固定チャンネルを用いて各種類の粒子の分離に対する流量の影響を容易にテストするが、現在のチャンネル構成の伝統は、長さを変更することを考慮に入れていない。現在のチャンネル構成の伝統では、3つのポートの位置を同じにした状態でチャンネル幅および膜厚を変更できる。利用できるチャンネル長が1つだけである場合、いくつかの疑問が生じる。利用可能な固定長装置のいずれかがもたらす分離よりも優れた分離をもたらす長さは存在するのか?等価の分離をもたらすがより小さな試料アリコートサイズを必要とする最適な長さは存在するのか?調査される試料のより優れたキャラクタリゼーションをもたらすために、同じ試料についていくつかの異なる長さから得られた結果を組合せてもよいのか?各試料タイプの最適な分離は、関連する最良のチャンネル長を有するのか?
A4Fユニットの概して透明な上部プレート要素の新しい形態について説明し、この新しい形態によって、さまざまなチャンネル長および形状を与えるスペーサを用いることができる。この発明の上部プレートの形態は、入口ポート、試料注入ポートおよび出口ポートに対して1組の3つの位置を提供するのではなく、複数の試料注入ポートおよび出口ポートの位置を提供することを含む。所与の分離は、試料注入ポートから、分画された試料アリコートがチャンネルを出る出口ポートまでの距離、すなわち、チャンネルフローおよびクロスフローの複合作用によってアリコートが分画されているチャンネルの領域に大きく依存する。したがって、チャンネルが1つである場合、出口ポートに近づいた、試料を注入するための試料注入ポートを選択することによって、チャンネルの有効長が短くなる。他の構造要素はすべて同じままである。代替的に、スペーサ自体を、より短いチャンネルを有するスペーサと置換えてもよい。この修正例では、当初の試料注入ポートは同じままであろうが、当初の試料注入ポートに近づいた、分画済試料出口ポートは、新しい有効なチャンネルのための適切な位置に基づいて用いられるであろう。したがって、より短いスペーサチャンネルを用いて、試料注入ポートに近づいた出口ポートを選択することによって、チャンネル分離長は短くなるであろう。必要になるまで、複数の未使用のポートアパーチャは、封止されたまままたは塞がったままである。
図1は、非対称流フィールドフローフラクショネーションユニットおよびその構成要素の伝統的な構造を示す。典型的なユニットは、上部プレート1を保持する上部プレートアセンブリ10と、多孔性フリット構造3を含む底部プレート2と、流体のうちのいくらかが流れ得る膜4と、先細りチャンネル6が切り抜かれたスペーサ5と、移動相の挿入のための入口ポート7と、分画すべき試料アリコートを導入する試料注入ポート8と、分画された試料および移動相が1つ以上の検出装置に入る前にこの構造を出る出口ポート9と、装置に対して十分なフローおよび制御を供給するための種々のポンプおよびコントローラと、からなっている。上部プレートアセンブリ10は、一般的に、ボルト11によって底部プレート2に固定される。上部プレート1は概して透明であるため、必要であれば試料分画中にチャンネル6が観察される。上部プレート1はまた、一般的にポート7、8および9を含む。出口ポート9を通るフローは、膜4を出るフローを制限することによって生じる。したがって、移動相入口フローがたとえば毎分2mlであり、膜を通るフローが0.5ml/分に制限されると、出口フローは1.5ml/分になるであろう。
上の式(1)から、チャンネル長が減少すると試料の分離が改良する可能性があるようであることに気づく。しかしながら、チャンネルが粒子を保有する能力は、チャンネルによって規定される膜のエリア、すなわち、スペーサのキャビティによって規定される膜領域、の単位面積当りのクロスフローに依存する。単位面積当りのクロスフローがおよそVcross/bL=ξであるので、式(1)は以下のとおりになる。
重要であることが判明し得る。図4の実施例は、選択された注入ポートから出口ポートまで同じチャンネルの形状を利用する。伝統的には、移動相入口ポートと試料注入ポートとの間の領域は、先細り形状を備えている。図4に示されるようなこの発明の異なる試料注入ポートを用いることによって、この遷移キャビティの形状は不要となる。このような注入前形状についてのコメントまたは研究はこの文献では殆ど見ることができないが、その後の分離に影響を及ぼすことは予想されない。このような研究に役立つこの発明の別の実施例が、図5に示される。この実施例の場合、選択された長さごとに、A4Fユニットを開けて、スペーサを交換しなければならないが、類似したチャンネルの形状が、さまざまな選択された長さに用いられ得る。
Claims (9)
- 非対称流フィールドフローフラクショネーションユニット、すなわちA4Fを用いて、粒子の物性を特定する方法であって、A4Fの構造は、
流体ポートを含む上部プレートアセンブリと、
前記上部プレートアセンブリの下方に配された、多孔性フリット構造を含む底部プレートアセンブリと、
前記底部プレートアセンブリから前記上部プレートアセンブリを分離する、2つ以上のスペーサキャビティを含む1つのスペーサと、
前記多孔性フリットによって前記底部プレートアセンブリ上に支持された、前記粒子が透過することを防ぐ膜とを備え、
前記底部プレートアセンブリは、前記上部プレートアセンブリを強固に取付けることができ、それによって、前記膜と前記上部プレートとの間の前記キャビティを封止するように構成され、
前記方法は、
A.それぞれキャビティ形状が異なる複数のスペーサキャビティを中に含む1つのスペーサを用いることによって、キャビティ形状の異なる複数のキャビティを与えるチャンネル構造を組み立てるステップと、
B.物性を特定すべき前記粒子の懸濁液を作るステップと、
C.前記A4Fの前記チャンネル構造の前記2つ以上のキャビティのうちの第1のキャビティ形状を有するキャビティに前記粒子の試料を注入するステップと、
D.前記第1のキャビティ形状を有する前記キャビティによって、前記注入された前記試料を分画するステップと、
E.検出器手段によって、前記分画された前記試料を測定するステップと、
F.前記チャンネル構造内の前記複数のキャビティのうちの、複数のさらなるキャビティ形状を有するキャビティに、前記チャンネル構造を分解することを必要とせずに、前記粒子の複数の前記試料を連続的に注入するステップと、
G.選択された形状の前記キャビティによって、連続的に注入された前記各試料を分画するステップと、
H.前記検出器手段によって、前記粒子の前記分画された前記試料を連続的に測定するステップと、
I.そのように測定されたすべての前記試料から収集されたすべての測定値を比較するステップとを備え、
前記さらなるキャビティ形状を有する前記キャビティのうちの1つ以上は、前記第1のキャビティ形状を有する前記キャビティを有する同じスペーサ内の追加のスペーサキャビティによって作られ、前記スペーサキャビティの各々は、移動相ポート、試料注入ポートおよび試料除去ポートとして動作可能なポートを備え、このようなポートはすべて、前記A4Fの前記チャンネル構造の前記上部プレートアセンブリに位置し、その中の未使用のすべてのポートが封止される、方法。 - 流体手段中に懸濁している粒子の試料を分画するための、非対称流フィールドフローフラクショネーションユニット、すなわちA4Fユニットであって、
A.多孔性フリットを組入れる底部プレート、
B.前記底部プレートの上面に配された膜であって、中に懸濁している前記粒子を運ぶ前記流体手段に対してのみ透過性がある膜、
C.2つ以上のスペーサキャビティが切込まれた、前記膜の上に配された1つのスペーサ、および
D.複数の流体ポートの組を各前記スペーサキャビティに対応して含む、前記スペーサの上に配された上部プレートからなっており、前記上部プレートの前記複数の流体ポートの組は、
1.移動相流体を対応する前記キャビティに注入するための移動相流体ポートと、
2.分画すべき前記粒子の試料を対応する前記キャビティに注入するための複数の試料注入流体ポートとを含み、前記試料注入流体ポートの各々は、前記移動相流体ポートから異なる距離のところに試料注入位置を提供し、前記上部プレートの前記複数の流体ポートはさらに、
3.分画後の前記試料を検出器手段に運ぶための出口流体ポートを含む、A4Fユニット。 - 前記キャビティのうちの少なくとも1つは、他の前記キャビティのうちの少なくとも1つとは異なるチャンネル有効長を有する、請求項2に記載のA4Fユニット。
- 前記キャビティのうちの少なくとも1つは、他の前記キャビティのうちの少なくとも1つとは異なる形状を有する、請求項2に記載のA4Fユニット。
- 流体手段中に懸濁している粒子の試料を分画するための、非対称流フィールドフローフラクショネーションユニット、すなわちA4Fユニットであって、
上部プレートのアクセス可能な領域上に水平および垂直に延びる複数の行および列の形で配置された流体ポートの配列を備える上部プレートを備え、
前記行および列の各々は、前記流体ポートのうちの2つ以上を含み、試料注入ポートが移動相注入ポートの下流にあり流出ポートの上流にある限りは、前記流体ポートのうちの2つ以上のうちのいずれかが前記移動相注入ポート、前記試料注入ポートまたは前記流出ポートの役割を果たし得て、未使用のすべてのポートにはアクセスできず、前記移動相注入ポート、試料注入ポートおよび流出ポートの下の領域は、適切に位置決めされたスペーサを有し、前記スペーサは、上にある前記流体手段に対して透過性がある膜から前記上部プレートを分離する1つ以上のスペーサキャビティを含み、前記A4Fユニットはさらに、
底部プレートに組入れられた多孔性フリットと、
前記上部プレートを前記底部プレートに接続して封止する手段とを備える、A4Fユニット。 - 前記スペーサは2つのスペーサキャビティを含む、請求項5に記載のA4Fユニット。
- 前記スペーサキャビティのうちの1つは、他の前記スペーサキャビティとは異なるチャンネル有効長を有する、請求項5に記載のA4Fユニット。
- 前記スペーサキャビティのうちの1つは、他の前記スペーサキャビティとは異なる形状を有する、請求項6に記載のA4Fユニット。
- 前記スペーサは1つのスペーサキャビティを含む、請求項5に記載のA4Fユニット。
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