JP6689884B2 - 電気泳動による化学的分離の為の圧力駆動型流体注入 - Google Patents

Description

関連出願
本出願は、２０１５年５月１１日に出願された米国特許出願番号第１４／７０８，９０６号の継続出願であって２０１６年１月４日に出願された米国特許出願番号第１４／９８７，３２６号の優先権を主張するとともにその一部継続出願であり、その内容参照によりここに完全に記載されているかのように援用される。

連邦政府援助の記載
本発明は、国立衛生研究所により付与された許可第ＧＭ０６６０１８号と、合衆国陸軍により付与された許可第Ｗ９１１ＮＦ−１２−１−０５３９号とに基づく政府援助により行われたものである。合衆国政府は、本発明において特定の権利を有する。

本発明は、質量分光分析計とインタフェース接続された電気噴霧イオン化及び／又は試料処理のシステムに特に適しているマイクロ流体試料処理に関する。

電気噴霧イオン化（「ＥＳＩ」）は、溶液に含有される生体物質を質量分光分析により分析する為の重要な技術である。例えば、非特許文献１を参照すること。電気噴霧イオン化は１９８０年代後半に開発され、フェンの研究により普及された。例えば、非特許文献２を参照すること。非常に簡潔に記すと、電気噴霧イオン化は、試料溶液を帯電液滴に分散させる為の電界の使用を伴う。後で行われる液滴の蒸発を通して、液滴に含有される分析物イオンは、液滴表面から電界放射されるか、イオンが脱溶媒和されて、結果的に気相分析物イオンを生じる。電気噴霧エミッタのサイズは生成される液滴のサイズに直接影響するので、電界に露出されて分散される液体の供給源は、理想的には小さい面積範囲のものである。比較的小さい液滴は比較的急速に脱溶媒和されて液滴当たりに存在する分子は少数になり、イオン化効率が高くなる。質量電荷比を判断する質量分光分析計により、これらのイオンの特徴が明らかになる。さらなる分析物構造情報は、タンデム質量分光分析技術を採用することによって取得されうる。

電気噴霧イオン化に先立つ分析物の分離は、イオン化抑制とＭＳスペクトル複雑性とを最小にするのに重要である。電気噴霧イオン化が統合されたマイクロ流体キャピラリー電気泳動は、液相化学的分離を質量分光分析検出と結合する高速で効率的な方法であることが立証されている。例えば、非特許文献３と非特許文献４とを参照すること。分離通路への試料の界面動電流を採用する従来のマイクロ流体方法は注入バイアスを受け、ある種のオンデバイス試料集束方法には効果的に使用されない。さらに、マイクロ流体装置の分離通路への明確な試料バンドの注入は、効率的な分離を達成するのに重要である。

コール Ｒ．Ｂ．（Cole, R.B.）著「電気噴霧イオン化質量分光分析：原理、器具類、応用（Electrospray Ionization Mass Spectrometry: Fundamentals, Instrumentation & Applications）」、株式会社ジョン・ワイリー・アンド・サンズ（John Wiley and Sons, Inc.）、ニューヨーク、１９９７年 フェン ＪＢ（Fenn JB）、マン Ｍ（Mann M），メング ＣＫ（Meng CK），ウォン ＳＦ（Wong SF），ホワイトハウス ＣＭ（Whitehouse CM）（１９８９年）著「大型生体分子の質量分光分析の為の電気噴霧イオン化（Electrospray ionization for mass-spectrometry of large biomolecules）、サイエンス（Science）２４６，６４〜７１ 分析化学（Anal. Chem.）２００８年，５０，６８８１−６８８７ 分析化学（Anal. Chem.）２０１５年，８７，２２６４〜２２７２

本発明の実施形態は、複数の異なる流体容器に単独で適用されうる単純な圧力駆動型注入方法を提供する。正確な容積の試料が分離へ送達され、注入バイアスが低減されるかあるいは解消される。

幾つかの実施形態において、圧力駆動型注入方法は、過渡的等速電気泳動などオンデバイス試料集束方法にも使用されうる。

圧力駆動型注入方法は、単純な通路幾何学形状を使用するという点で他のマイクロ流体注入方法を上回る利点を有するが、単純に注入時間及び／又は圧力を調節することによって所望の試料プラグサイズ（つまり容積）を生成することが可能である。この方法は試料注入に電圧差を使用しないので、界面動電注入バイアスに影響されない。さらに、ある種の注入方法で発生するような試料容器に電圧を印加するステップが省略されうる。バックグラウンド電解質と比較して著しく異なる性質（導電性、ｐＨ、及び／又は粘性）を持つ試料プラグが同等の程度つまり容積及び／又はプラグ長さまで注入される為、過渡的等速電気泳動（ｔＩＴＰ）などのオンライン試料濃縮方法を実施するのに、この方法は適している。

本発明の実施形態は、試料処理の方法に関している。この方法は、（ａ）バックグラウンド電解質（ＢＧＥ）容器と、分離通路に合流する試料通路を有する試料容器との流体連通状態にある少なくとも一つの分離通路を備えるマイクロ流体装置を用意することと、（ｂ）規定の圧力をＢＧＥ容器に、また規定の圧力を試料容器に同時に印加することにより、ＢＧＥ容器の下流の分離通路へ試料容器から流体試料を注入することと、（ｃ）試料の終端を試料通路から隔離し、ＢＧＥ容器に印加される圧力がこの時に試料容器に印加される容器より大きくなるようにＢＧＥ容器に圧力を印加する間に試料容器に印加される圧力の低減又は除去に応じて、ＢＧＥ容器から流体を流して分離通路に試料のプラグを送達することと、それから（ｄ）ＢＧＥ容器と分離通路の下流の箇所とに電圧を印加することにより、送達された試料を分離通路で電気泳動により分離することとを含む。

注入と隔離と電気泳動分離とは、試料容器に電圧を印加せずに実行されうる。

さらに、界面動電電圧を印加しながら、ＢＧＥ容器に印加される圧力を低減又は除去することにより、電気泳動分離が実行されうる。

この方法は、注入及び／又は隔離を行って分離通路に送達される試料プラグのサイズを調節する為に、試料容器及び／又はＢＧＥ容器に印加される圧力の期間を電子的に調節するか、圧力を増減することも含む。

他の実施形態は、試料処理の方法に関するものである。この方法は、バックグラウンド電解質（ＢＧＥ）容器と、廃棄物通路を通して分離通路に接続されている廃棄物容器と、試料通路を通して分離通路に接続されている試料容器との流体連通状態にある少なくとも一つの分離通路を備えるマイクロ流体装置を用意することと、ＢＧＥ容器と試料容器と任意で廃棄物容器とに加圧ガスを同時に印加することにより試料容器から少なくとも一つの分離通路へ流体試料を注入することと、ＢＧＥ容器でのガス圧が試料容器でのガス圧より高くなるように、ＢＧＥ容器から少なくとも一つの分離通路へ流体を送達して、試料容器でのガス圧を低減することにより少なくとも一つの分離通路に試料のプラグを画定することと、分離通路の中に軸方向電界を生成することにより少なくとも一つの分離通路で試料の分析物成分を他の試料成分から電気泳動により分離することと、（ａ）少なくとも一つの分離通路との流体連通状態にある少なくとも一つのエミッタから分離後の分析物成分を電気噴霧することと（ｂ）分離通路にあるか分離通路から出る分離後の分析物成分に対応する電気信号を測定することとのうち少なくとも一つを実施することとを含む。

流体試料の注入とＢＧＥ容器からの流体の送達と分析物成分の電気泳動分離とは、試料容器に電圧を印加せず試料通路に電位勾配を生じずに実行されうる。

ＢＧＥ容器からの流体の送達中に、ＢＧＥ容器でのガス圧が第１ガス圧であり、この方法がさらに、ＢＧＥ容器でのガス圧を第１ガス圧より低い第２ガス圧まで低減することと分離通路に界面動電電圧を印加することとにより電気泳動分離を実施することを含む。

この方法は、ＢＧＥ容器への加圧ガスの印加を終了させることと、ＢＧＥ容器の流体に電圧を印加することとにより、電気泳動分離を実施することを含みうる。

この方法は、流体試料の注入中に試料容器とＢＧＥ容器の少なくとも一方に加圧ガスが印加される時間を調節することを含みうる。

この方法は、加圧ガスがＢＧＥ容器に印加される時間と、ＢＧＥ容器内のガス圧の大きさとを制御して、少なくとも一つの分離通路での試料プラグの容積を制御することを含む。

この方法は、ＢＧＥ容器から少なくとも一つの分離通路への流体の送達中に、試料容器への加圧ガスの印加を終了させることを含みうる。

この方法は、後で分析物成分を分析する為の回収装置と、質量分光分析計の導入口のうち少なくとも一方へ、分離後の分析物成分を少なくとも一つのエミッタから電気噴霧することを含みうる。

少なくとも一つのポンプ通路を通して少なくとも一つの分離通路に接続されるとともに少なくとも一つのエミッタを通して分析物成分を吐出するポンプを使用して、電気噴霧が実行されうる。

流体試料の注入中のＢＧＥ容器と試料容器でのガス圧の各々は、０．１ｐｓｉと５０ｐｓｉの間である。

流体試料の注入中の試料容器でのガス圧は０．５ｐｓｉと５０ｐｓｉの間である。流体試料の注入中の廃棄物容器でのガス圧は、試料容器でのガス圧より低い（そして任意で真空圧である）。

この方法は、試料容器から加圧ガスを排出することによりＢＧＥ容器からの流体の送達中に試料容器のガス圧を低減することを含みうる。

ＢＧＥ容器からの流体の注入中に、ＢＧＥ容器と試料容器でのガス圧は０．５ｐｓｉと５０ｐｓｉの間であって、廃棄物容器のガス圧は試料及びＢＧＥ容器のガス圧より低い。

ＢＧＥ容器からの流体の注入中に、ＢＧＥ容器のガス圧は０．１ｐｓｉと１０ｐｓｉの間であって、試料容器と廃棄物容器への加圧ガスの印加が終了されうる。

ＢＧＥ容器からの流体の注入中に、試料容器とＢＧＥ容器のガス圧は１秒と３０秒の間の時間にわたって維持されうる。

この方法はさらに、第１加圧ガス供給源と第１バルブとＢＧＥ容器との連通状態にある第１加圧ガス供給管を用意することと、第１加圧ガス供給源又は第２加圧ガス供給源と第２バルブと試料容器との連通状態にある第２加圧ガス供給管を用意することと、減圧装置と第３バルブと廃棄物容器との連通状態にある第３加圧ガス供給管を用意することと、第１、第２及び第３バルブを開閉してＢＧＥ容器からの流体の注入を実施することとを含む。

ＢＧＥ容器は、第１箇所で分離通路に接続されるＢＧＥ通路との流体連通状態にあり、試料通路は第２箇所で分離通路に接続されうる。第２箇所は、少なくとも一つの分離通路において第１箇所に隣接するかその下流にある。

試料通路と廃棄物通路とは、少なくとも一つの分離通路と交差してこれに直交する連続流路を画定しうる。この流路は、少なくとも一つの分離通路においてＢＧＥ容器の下流にある箇所で少なくとも一つの分離通路と交差しうる。

この方法は、分離後の分析物成分の電気噴霧に続いて、電気噴霧後の分析物成分を質量分光分析計へ導入することと、質量分光分析計を使用して分析物成分に対応する一つ以上の信号を検出することと、分析物成分に対応する少なくとも一つの電気泳動図を作成することとを含みうる。

この方法は、分析物成分の電気泳動分離が界面動電注入バイアスに影響されないように界面動電注入バイアスを導入せずに流体試料を注入することを含みうる。

少なくとも一つの分離通路での試料プラグは、試料の分析物成分の電気泳動移動度よりも高い電気泳動移動度を有する電解質を含みうる。

試料は、アミノ酸、極性代謝物、帯電分子、電気泳動移動度を持つ分子、ペプチド、タンパク質、そして生物流体、血液、血清、尿素、乾燥血液、細胞増殖培地、溶解細胞、環境試料、飲料及び食品のうち一つ以上から抽出される分子のうち、一つ以上を含みうる。

他の実施形態は、マイクロ流体分析システムに関するものである。このシステムは、バックグラウンド電解質（ＢＧＥ）容器と、試料通路を通して少なくとも一つの分離通路に接続されている試料容器と、廃棄物通路を通して少なくとも一つの分離通路に接続されている廃棄物容器との流体連通状態にある少なくとも一つの分離通路を有するマイクロ流体装置を含む。システムはまた、（ａ）ＢＧＥ容器と第１加圧ガス供給源と第１バルブとの連通状態にある第１加圧ガス供給導管であって、ＢＧＥ容器に延出する電極を電圧入力が有する、第１加圧ガス供給導管と、（ｂ）試料容器と、第１加圧ガス供給源又は第２加圧ガス供給源と第２バルブとの連通状態にある第２加圧ガス供給導管と、（ｃ）廃棄物容器と第３バルブとの連通状態にある第３加圧ガス供給導管と、（ｄ）電圧源と第１、第２及び第３バルブとの連通状態にあって、システムの作動中に、第１、第２及び第３バルブを起動させてＢＧＥ容器と試料容器と廃棄物容器でのガス圧を制御し、試料容器から少なくとも一つの分離通路へ流体試料を注入するとともに、少なくとも一つの分離通路で試料の分析物成分を他の試料成分から電気泳動により分離するように構成されている制御装置とを含む。試料注入中に、ＢＧＥ容器と試料容器でのガス圧は廃棄物容器のガス圧より高い。少なくとも一つの分離通路へ試料を注入するのに、界面動電電圧は使用されない。

試料の注入中に、ＢＧＥ容器と試料容器でのガス圧の各々が１秒と３０秒の間の期間にわたって０．１ｐｓｉと５０ｐｓｉの間であるように、ＢＧＥ容器と試料容器と廃棄物容器でのガス圧を制御する構成を制御装置が持つ。

マイクロ流体装置は、少なくとも一つの分離通路及び少なくとも一つのエミッタとの連通状態にある少なくとも一つのポンプを含みうる。システムの作動中に、少なくとも一つのエミッタから分析物成分が吐出されうる。

システムの作動中に、（ｉ）０．１ｐｓｉと５０ｐｓｉの間のガス圧がＢＧＥ容器及び試料容器で同時に維持されて、少なくとも一つの分離通路へ流体試料を注入し、（ｉｉ）ＢＧＥ容器でのガス圧が試料容器でのガス圧より高くなるように試料容器でガス圧が低減されることにより、ＢＧＥ容器から少なくとも一つの分離通路へ流体を送達して、少なくとも一つの分離通路で試料のプラグを画定し、（ｉｉｉ）ＢＧＥ容器からガス圧が低減又は除去され、界面動電電圧がマイクロ流体装置に印加されて電気泳動分離を実施するように、制御装置が構成されうる。

第１及び第２バルブは、制御装置からの制御信号に応じてそれぞれ第１及び第２供給ラインへ加圧ガスを排出するように構成されうる三方バルブである。

システムは、分析物成分が少なくとも一つの分離通路を流れる際に光学検出器が分析物成分からの放射を測定できるように配置されている光学検出器を含む。

さらに他の実施形態は、質量分光分析計システムに関している。このシステムは、質量分光分析計と、質量分光分析計に内蔵されるか質量分光分析計との連通状態にあるマイクロ流体装置とを含む。マイクロ流体装置は、バックグラウンド電解質（ＢＧＥ）容器と、試料通路を通して少なくとも一つの分離通路に接続されている試料容器と、任意で、排出物通路を通して少なくとも一つの分離通路に接続されている廃棄物容器との流体連通状態にある少なくとも一つの分離通路を含む。システムはまた、（ａ）第１バルブ及びＢＧＥ容器との連通状態にある第１ガス導管であって、ＢＧＥ容器に延出する電極を電圧入力が包含する、第１ガス導管と、（ｂ）第２バルブ及び試料容器との連通状態にある第２ガス導管と、任意で、（ｃ）第３バルブ及び廃棄物容器との連通状態にある第３ガス導管とを含む。システムはまた、電圧入力との連通状態にある電圧源と、第１及び第２ガス供給導管との流体連通状態にある少なくとも一つの加圧ガス源と、第３ガス導管との流体連通状態にある任意の減圧装置と、制御装置とを含み、制御装置は、第１及び第２バルブ、任意で第３バルブに、また電圧源に接続され、システムの作動中に、（ｉ）第１及び第２バルブの少なくとも一方を、任意で第３バルブを起動させて、流体試料に電圧勾配を印加せずに試料容器から少なくとも一つの分離通路へ流体試料を注入し、（ｉｉ）第１及び第２バルブの少なくとも一方を、任意で第３バルブを起動させて、ＢＧＥ容器から少なくとも一つの分離通路へ流体を送達して、少なくとも一つの分離通路で試料のプラグを画定し、（ｉｉｉ）少なくとも一つの分離通路で軸方向電界を試料に印加して、少なくとも一つの分離通路で分析物成分を試料の他の成分から電気泳動により分離するように構成されている。

制御装置は、第１時間間隔にわたって、ＢＧＥ容器を第１ガス圧に維持し、試料容器を第２ガス圧に維持し、第１及び第２ガス圧より低い第３ガス圧に廃棄物容器を維持することにより、流体試料を注入するように構成されうる。

制御装置は、第２時間間隔にわたって、ＢＧＥ容器を第１ガス圧に、試料容器を第１ガス圧より低い第４ガス圧に維持することにより、ＢＧＥ容器から流体を送達するように構成されうる。

制御装置は、電気泳動分離の前と間に、ＢＧＥ容器から加圧ガスを排出することによりＢＧＥ容器でのガス圧を低減するように構成されうる。

第１及び第２バルブは、それぞれＢＧＥ及び試料容器から加圧ガスを排出するように構成されている三方バルブでありうる。制御装置は、第１及び第２バルブを起動させることで０．１〜３秒間で加圧ガスを容器から排出することにより、ＢＧＥ及び試料容器のガス圧を制御するように構成されうる。

システムは、少なくとも一つの電気噴霧イオン化エミッタと、少なくとも一つの電気噴霧イオン化エミッタ及び制御装置との連通状態にある少なくとも一つのポンプとを含みうる。システムの作動中に、制御装置は、ポンプを作動させて、少なくとも一つの電気噴霧イオン化エミッタを通して少なくとも一つの分離通路から分離後の分析物成分を電気噴霧するように構成されうる。

システムの動作中に、制御装置は、第１及び第２時間間隔の少なくとも一方の期間を調節して試料プラグの容積を制御するように構成されうる。

第１及び第２ガス圧の各々は０．１ｐｓｉと５０ｐｓｉの間である。

ＢＧＥ容器に（界面動電）電圧を印加しながらＢＧＥ容器に印加される圧力を除去することにより、電気泳動分離が実行されうる。

このシステム及び方法は、注入ステップの為に試料容器及び／又はＢＧＥ容器に印加される圧力の期間を電子的に調節できる。

このシステム及び方法は、ＢＧＥ容器に印加される圧力の期間及び規模を制御して分離通路に送達される試料のプラグのサイズを調節することを含みうる。

試料の終端を隔離して試料のプラグを分離通路へ送達することは、ＢＧＥ容器に圧力を印加しながら試料容器に印加される圧力を除去することにより実行されうる。

注入ステップ中に試料容器に印加される圧力は、１と１０ｐｓｉの間でありうる。隔離ステップ中に試料容器に印加される圧力の低減又は除去は、試料容器の上部空間ガスの加圧ガスを排出することにより実行されうる（一般的には大気への排出だが、他の排出機構が使用されうる）。

さらに他の実施形態は、バックグラウンド電解質（ＢＧＥ）容器と、分離通路に合流する試料通路と分離通路に合流する試料廃棄物通路とを有する試料容器との流体連通状態にある少なくとも一つの分離通路を包含するマイクロ流体装置を含むマイクロ流体分析システムに関する。このシステムは、加圧ガス供給源及び第１バルブとの連通状態にある第１圧力供給管も含み、この管はＢＧＥ容器に装着される電圧入力を有する。システムはまた、加圧ガス供給源と試料容器に装着される第２バルブとの連通状態にある第２圧力供給管も含む。システムはまた、第１及び第２バルブを開閉するように指示して少なくとも一つの分離通路へのそれぞれの試料注入と電気泳動分離とを実行するように構成されている（一般的には高電圧入力の為の）電圧源と、第１及び第２バルブ（及び任意で、第１／第２供給管の為の少なくとも一つの加圧ガス供給源）との連通状態にある制御装置も含む。界面動電電圧を伴わずに第１及び第２供給管からＢＧＥ容器及び試料容器に印加される圧力のみを使用して、試料注入が実行されうる。

制御装置は、１と３０秒の間の規定期間にわたって、第１供給管を介してＢＧＥ容器の上部空間へ、また第２供給管を介して試料容器の上部空間へ０．１と５０ｐｓｉの間の圧力を印加して、少なくとも一つの分離通路へそれぞれの試料を注入する為の規定のタイミングシーケンスを有するように構成されうる。

制御装置は、規定の圧力を試料容器に、そして規定の圧力をＢＧＥ容器に単独で印加するように構成されうる。マイクロ流体装置は、後の分析の為の回収装置へ、及び／又は質量分光分析計の入口へ、分離後の試料を少なくとも一つのエミッタから電気噴霧する為に、分離通路及び／又は少なくとも一つのエミッタとの連通状態にある少なくとも一つのポンプ通路（例えばＥＯポンプ通路であるがこれに限定されない）を含みうる。

制御装置は、０．１ｐｓｉと５０ｐｓｉの間である圧力をＢＧＥ容器と試料容器とに同時に供給してから、ＢＧＥ容器に印加される圧力がこの時に試料容器に印加される圧力より大きくなるようにＢＧＥ容器に圧力を印加しながら試料容器に印加される圧力を低減又は除去し、試料の終端を試料流路から隔離してＢＧＥ容器から流体を流すことで、これに応じて分離通路で試料のプラグを送達するように構成されうる。制御装置は、電気泳動分離の為にＢＧＥ容器と分離通路の下流箇所とに電圧を印加しながらＢＧＥ容器に印加される圧力をさらに低減又は除去して、これらすべてが試料容器に電圧を印加せずに行われるように構成されうる。

第１及び第２バルブは、制御装置からの制御信号に応じてそれぞれの第１及び第２供給管で加圧ガスを排出する三方バルブでありうる。

さらに他の実施形態は、入口を含む質量分光分析計と、質量分光分析計に内蔵されるかこれとの連通状態にあるマイクロ流体装置とを備える質量分光分析計による分析システムに関する。マイクロ流体装置は、バックグラウンド電解質（ＢＧＥ）容器と、分離通路に合流する試料通路を有する試料容器と、分離通路に合流する試料廃棄物通路との流体連通状態にある少なくとも一つの分離通路を含む。システムはさらに、ＢＧＥ容器に装着されて、加圧ガス供給源及び第１バルブとの連通状態にある第１圧力供給管を含む。システムはまた、ＢＧＥ容器に装着される電圧入力と、加圧ガス供給源と試料容器に装着される第２バルブとの連通状態にある第２圧力供給管とを含む。システムはまた、電圧入力を提供する為にＢＧＥ容器との連通状態にある少なくとも一つの電源と、第１及び第２圧力供給管との流体連通状態にある少なくとも一つの圧力源とを含む。システムはまた、マイクロ流体装置に電界を印加する為の少なくとも一つの電源を制御するとともに、試料容器及びＢＧＥ容器のそれぞれの上部空間に供給される圧力を制御するように構成されている少なくとも一つの制御装置も含む。分離通路への試料の装填は、マイクロ流体装置のＢＧＥ容器及び試料容器に電圧を印加せずに、圧力を使用して実施されうる。

第１及び第２バルブは、それぞれの上部空間圧力を制御可能に排出できる三方バルブでありうる。

一実施形態に関して説明した実施形態の態様は異なる実施形態にも取り入れられうるが、それについて明記はされないことに言及しておく。すなわち、すべての実施形態及び／又は実施形態の特徴は概して、他に記載がなければ、適宜、いかなる手法及び／又は組み合わせで組み合わされてもよい。出願人は、原出願にはそのように記載されていなくても他の単一又は複数の請求項の特徴に従属する及び／又はこれを取り入れるように原出願時の請求項を補正できる権利を含めて、原出願時の請求項を変更する、及び／又は、それにしたがって新しい請求項を出願する権利を保有している。以上及び他の態様は、以下に挙げる明細書で詳細に説明する。さらなる特徴、利点、及び詳細は、以下に続く実施形態の図及び詳細な説明を読むことで当業者には理解され、このような説明は開示を例示するものに過ぎない。

乃至 マイクロ流体装置の分離通路へ試料を注入するのに使用される動作シーケンスについての概略図である。 乃至 図１Ａ乃至１Ｃに示されているのと同じマイクロ流体装置の概略図であるが、先行技術による試料の界面動電注入を図示している。 圧力駆動型注入に使用されうるマイクロ流体装置の実施形態の概略図である。 乃至 圧力駆動型注入の為に構成されうるマイクロ流体装置の実施形態の概略図である。 本発明の実施形態によるバックグラウンド電解質（ＢＧＥ）容器の為の加圧供給ラインとの気密接続の一例の概略図である。 加圧供給ラインとバックグラウンド電解質（ＢＧＥ）容器との間の気密接続の別の例の概略図である。 乃至 試料を注入及び分離する様々な段階を示す、マイクロ流体装置の実施形態の概略図である。 図６Ａに類似しており検出器を含むマイクロ流体装置の概略図である。 マイクロ流体システムの概略図である。 マイクロ流体システムの別の実施形態の概略図である。 分離通路へ試料を注入する為にマイクロ流体装置の容器に印加される圧力を示すタイミングチャートの一例である。 試料の圧力駆動型注入を具現する内蔵のマイクロ流体システムを備えるポータブル質量分光分析（ＭＳ）装置の概略図である。 マイクロ流体装置との連通状態にあるＭＳの概略図である。 試料の圧力駆動型注入と分離と分析とを実行するのに使用されうる例示的な操作のフローチャートである。 ここに開示される装置及びシステムの一部として具現されうるデータ処理システムのブロック図である。 乃至 バックグラウンド電解質（ＢＧＥ）溶液で準備されたアミノ酸混合物のマイクロ流体ＣＥ−ＥＳＩ−ＭＳ（キャピラリー電気泳動・電気噴霧イオン化・質量分光分析）分析の為の電気泳動図であり、溶液に塩は添加されていない。図１２Ａ（上の電気泳動図）は、混合物の界面動電性ゲート型注入を使用して得られた。図１２Ｂ（下の電気泳動図）は、２ｐｓｉで３秒の装填時間による混合物の圧力駆動型注入から得られた。 試料の圧力駆動型注入によるピークエリアと比較した、試料の界面動電性ゲート型注入によるピークエリア比とキャピラリー電気泳動移動時間とを示すグラフである。 乃至 １００ｍＭの塩化ナトリウムが溶液に添加されたＢＧＥ溶液で準備されるアミノ酸混合物のマイクロ流体ＣＥ−ＥＳＩ−ＭＳ分析から得られた電気泳動図である。図１４Ａ（上の電気泳動図）は、混合物の界面動電性ゲート型注入を使用して得られた。図１４Ｂ（下の電気泳動図）は、２ｐｓｉで装填時間が３秒である混合物の圧力駆動型注入から得られた。 乃至 異なる注入時間（３秒と５秒と１０秒）についての時間の関数としてのベースピーク指数の電気泳動図である。図１５Ａ（左）は、先行電解質濃度がｔＩＴＰをサポートするには低すぎる時に試料装填を増加させる作用を示しており、ＢＧＥに塩は添加されていない。図１５Ｂ（右）の電気泳動図は、充分な濃度の先行電解質を含有する試料が大量に装填された時にｔＩＴＰが濃度上昇の先鋭ピークを生じることを示している。この試料は、塩化ナトリウムを１００ｍＭ含有していた。 乃至 ｔＩＴＰ−ＣＥ−ＥＳＩ−ＭＳ分離とアミノ酸試料の分析の電気泳動図であり、二種類の異なる先行電解質が試料に添加された。図１６Ａ（上の電気泳動図）は、１００ｍＭの塩化ナトリウムが注入された試料について得られた。図１６Ｂ（下の電気泳動図）は、１００ｍＭの酢酸アンモニウムが注入された試料について得られた。両方の試料は、２ｐｓｉで１０秒間にわたって注入された。

さて以下では、様々な実施形態が示されている添付の図を参照して本発明がより詳しく説明される。しかしながらこの開示は、多様な形で具体化されてもよく、ここに提示される実施形態に限定されると解釈されるべきではない。同様の数字は、全体を通して同様の要素を指している。図では、ある種の層、成分、又は特徴は明瞭化の為に誇張され、破線は、他に明記されなければ、任意の特徴や操作を示している。加えて、操作（又はステップ）のシーケンスは、他に明記されなければ、図及び／又は請求項に挙げられた順序に限定されない。図面では、線の太さ、層、特徴、成分、及び／又は領域が明瞭化の為に誇張され、破線は他に明記されなければ任意の特徴又は操作を示す。“Ｆｉｇｕｒｅ”の語に代わる“ＦＩＧ．”及び“Ｆｉｇ．”の略語は、文中及び図中で互換的に使用されうる。

ここで使用される用語は、特定の実施形態を説明することのみを目的とし、発明を限定することは意図されていない。ここで使用される際に、単数形“ａ”、“ａｎ”、“ｔｈｅ”は、文脈上明らかに他を指していない限り複数形も含むことが意図されている。さらに、“ｃｏｍｐｒｉｓｅｓ”、“ｃｏｍｐｒｉｓｉｎｇ”（包含する）、“ｉｎｃｌｕｄｅｓ”、及び／又は“ｉｎｃｌｕｄｉｎｇ”（含む）の語は、本明細書で使用される時に、記載の特徴、領域、ステップ、操作、要素、及び／又は構成要素の存在を明記するものであるが、一つ以上の他の特徴、領域、ステップ、操作、要素、構成要素、及び／又はこれらのグループの存在又は追加を除外しないことが理解されるだろう。ここで使用される際に、“ａｎｄ／ｏｒ”（及び／又は）の語は、関連して挙げられた項目のうち一つ以上のいかなる、またすべての組み合わせも含む。ここで使用される際に、“ｂｅｔｗｅｅｎ Ｘ ａｎｄ Ｙ”（ＸとＹとの間）と“ｂｅｔｗｅｅｎ ａｂｏｕｔ Ｘ ａｎｄ Ｙ”（約ＸとＹの間）などの語句は、ＸとＹとを含むものと解釈されるべきである。ここで使用される際に、“ｂｅｔｗｅｅｎ ａｂｏｕｔ Ｘ ａｎｄ Ｙ”（約ＸとＹとの間）などの語句は、“ｂｅｔｗｅｅｎ ａｂｏｕｔ Ｘ ａｎｄ ａｂｏｕｔ Ｙ”（約Ｘと約Ｙとの間）を意味する。ここで使用される際に、“ｆｒｏｍ ａｂｏｕｔ Ｘ ｔｏ Ｙ”（約ＸからＹまで）などの語句は、“ｆｒｏｍ ａｂｏｕｔ Ｘ ｔｏ ａｂｏｕｔ Ｙ”（約Ｘから約Ｙまで）を意味する。

層、領域、又は基板などの特徴が別の特徴又は要素の「上に」あると言及される時には、他の特徴又は要素のすぐ上にあっても、介在する特徴及び／又は要素が存在してもよいことが理解されるだろう。対照的に、ある要素が別の特徴又は要素の「すぐ上」にあると言及される時には、介在する要素は存在しない。また、特徴又は要素が別の特徴又は要素に「接続」、「装着」、「結合」されると言及される時には、これは他の要素に直接的に接続、装着、又は結合されても、介在の要素が存在してもよいことが理解されるだろう。対照的に、ある特徴又は要素が別の要素に「直接的に接続」、「直接的に装着」、又は「直接的に結合」されると言及される時には、介在の要素は存在しない。一つの実施形態に関して説明及び図示されたが、説明又は図示された特徴は他の実施形態に適用されうる。

他に定義されなければ、（技術的及び科学的な語を含めて）ここで使用されるすべての語は、本開示が属する技術分野の通常の技量を有する者に通常理解されるのと同じ意味を有する。さらに、通常使用されている辞書に定義されているような語は、本出願及び関連技術の状況での意味と一致する意味を有するものと解釈されるべきであり、またここにはっきりと定義されない限り、理想化されるか過度に形式的な意味で解釈されるべきではないことが理解されるだろう。周知の機能又は構造は、簡潔性及び／又は明瞭性の為、詳細に説明されない。

“ｕｎｄｅｒ”（下に）、“ｂｅｌｏｗ”（下方に）、“ｌｏｗｅｒ”（下方の）、“ｏｖｅｒ”（上方に）、“ｕｐｐｅｒ”（上方の）、その他などの空間的相対語は、図に示されているように一つの要素又は特徴と別の要素又は特徴の関係を表す説明を容易にする為にここで使用される。空間的相対語は、図に描かれた配向に加えて、使用又は操作時の装置の多様な配向を包含する意図があることが理解されるだろう。例えば、図の装置が逆転された場合、他の要素又は特徴の「下に」又は「下方に」あると記載される要素は、他の要素又は特徴の「上方に」配向されることになるだろう。こうして、例示的な語である「下に」は、上方と下方の両方の配向を包含しうる。装置は、他の配向を持ち（９０度回転されるか他の配向であり）、ここで使用される空間的相対記述子はそれに従って解釈される。同様に、“ｕｐｗａｒｄｌｙ”（上向きに）、“ｄｏｗｎｗａｒｄｌｙ”（下向きに）、“ｖｅｒｔｉｃａｌ”（垂直の）、“ｈｏｒｉｚｏｎｔａｌ”（水平の）、その他の語は、他に明記されない限り説明のみを目的としてここで使用される。

第１、第２などの語はここでは様々な要素、成分、領域、層、及び／又は区分を説明するのに使用されるが、これらの要素、成分、領域、層、及び／又は区分はこれらの語により限定されるべきではないことが理解されるだろう。これらの語は一つの要素、成分、領域、層、又は区分を別の領域、層、又は区分から区別する為にのみ使用されている。ゆえに、以下で記される第１の要素、成分、領域、層、又は区分が、本発明の教示を逸脱することなく、第２の要素、成分、領域、層、又は区分と呼ばれることもある。

“ａｂｏｕｔ”（約）の語は、記載の数字が＋／−２０％だけこの値から変化しうることを意味する。

“ａｎａｌｙｔｅ”（分析物）の語は、分析、一般的には質量分光分析による分析を受け、対象の質量電荷（ｍ／ｚ）範囲の対象の単数又は複数のイオンを有する分子又は物質を指す。分析物は、ポリマー、ペプチド、タンパク質、その他などの生体分子を包含しうる。本発明の実施形態は特に、未変化のモノクローナル抗体を分析するのに適している。本発明の実施形態は、代謝物を分析するのに特に適している。

“ｓｅｐａｒａｔｅｄ ｓａｍｐｌｅ”（分離後の試料）の語は、電気泳動により分離された（つまり分離通路の軸方向範囲において空間的に分離された）試料混合物の成分であり、個々の成分に分離されてもされなくてもよい。成分は、有効な電気泳動移動度に基づいて分離され、成分の分離は有効移動度の差に左右される。分離後の試料は、分離通路での空間的分離を観察することにより、又は電気噴霧エミッタ又は検出器への成分の到達時間を観察することにより検出されうる。有効電気泳動移動度は、分離通路で観察される速度を分離通路での電界強度で割ったものとして定義され、実際の電気泳動移動度と、電気浸透又は圧力駆動型の輸送を含むがこれらに限定されない成分に速度を付与する他の作用のベクトル和とを含む。「試料」は、一つ以上の異なる成分（つまり分析物と周囲の基質材料）の集合体を含みうる。試料は流体装置へ導入される。分離中に、試料の「分析物成分」は、他の成分とは別に分析の為に分離されうる。

“ｍｉｃｒｏｆｌｕｉｄｉｃ ｃｈｉｐ”（マイクロ流体チップ）の語は、実質的に平面状で薄く、幾つかの実施形態では剛性の装置を指す。“ｔｈｉｎ”（薄い）の語は、約１０ｍｍ未満、一般的には約１ｍｍ以下である厚さ寸法を指す。マイクロチップは一般的に、約６インチ未満である幅及び長さと、約５ｍｍ未満、一般的には約２０００μｍから約２５０μｍである厚さとを有する。

“ｐｒｅ−ｃｏｎｃｅｎｔｒａｔｉｏｎ”（予備濃縮）の語は、一般的には分離通路への導入に先立って分析物を含む試料が処理されるように、流体分析装置又はシステムへの導入時の濃度に対して分析物の局所的濃度を上昇させて、システム、装置、又はプロセスへ導入される時の、つまり分離通路の上流の試料通路又は容器へ導入される際の濃度に対して高い濃度で分析物を含有するように実施される一つ以上のステップを指す。“ｐｒｅ−ｃｏｎｃｅｎｔｒａｔｉｎｇ”（予備濃縮）の語は、予備濃縮を達成するプロセス、一般的にはオンチッププロセスを指す。界面動電技術が使用される際に、予備濃縮は「集束」と呼ばれる。

“ｉｎｔｅｇｒａｔｅｄ”（一体化）又は“ｉｎｔｅｇｒａｌ”（一体的）の語とその変形は、成分又はプロセスが流体装置に取り入られるかこれにより実行されることを意味する。

“ｈｉｇｈ ｖｏｌｔａｇｅ”（高電圧）の語は、ｋＶ範囲、つまり少なくとも１ｋＶ、一般的には約１〜１００ｋＶの間、より一般的には約１〜２０ｋＶの間の電圧を指す。ＥＳＩプロセスは、数ｋＶ、例えば一般的には約１ｋＶから約５ｋＶの電位を採用できる。だが他の電圧も適している。

“ｍｉｃｒｏｆｌｕｉｄｉｃ”（マイクロ流体）の語は、サブミリメートル以下の幅及び／又は奥行を有する流体流通路を指し（例えばこの語はナノメートルサイズの通路を含み）、約数十から数百ミクロンのサイズ範囲の幅又は奥行を持つ通路を含む。

ここで使用される際に、通路３１など、それぞれの通路の「幅」は、装置１０の平面（つまりマイクロ流体チップにより規定される平面）で、そして軸線に平行な方向でそれぞれの通路に流体流が発生する通路の軸線に垂直である方向に測定される。ここで使用される際に、通路の「奥行」は、装置１０の平面と、幅が測定される方向に垂直な方向で測定される。

電圧、時間、又は圧力などの入力の数値とともに使用される時の“ｄｅｆｉｎｅｄ”（規定の）の語は、ユーザ又はシステム調節可能な値とともに、プリセットされる「ハードコード」又はプログラム値を指す。

引用文献（特許、特許出願、論文）のすべては、参照により、ここに完全に記載されているかのように援用される。

一般的なフリーゾーンキャピラリー電気泳動（ＣＥ）実験では、試料プラグが柱体へ注入され、印加される電界が移動度の差に従って試料成分を分離させる。分子の移動度は、電気泳動移動度と電気浸透移動度と、存在する場合には分離柱体の圧力駆動流との和である。“ｓａｍｐｌｅ”（試料）に関する“ｐｌｕｇ”（プラグ）の語は、キャリア流体の空間領域内などの空間領域内で収集／分散されるある量の試料を指す。プラグは、規定の先端及び終端を持つ物理的なバンド又はセグメントであって、連続するプラグ又はバンドの間には個別の間隙が存在する。

試料の分析物は、例えば合成又は生体高分子、ナノ粒子、小分子、ＤＮＡ、核酸／ポリ核酸、ペプチド、タンパク質、その他を含む様々な混合物を例えば含む対象の分析物でありうる。試料は、アミノ酸又は帯電分子、分子、ペプチド、タンパク質のような一つ以上の極性代謝物を含みうる。試料はまた、あるいは代替的に、生物流体、血液、血清、尿素、乾燥血液、細胞増殖培地、溶解細胞、飲料、又は食品、あるいは水や土壌などの環境試料から抽出される分子を含みうる。

図２Ａ〜２Ｃに示されているように、界面動電性（ＥＫ）ゲート方法―マイクロ流体装置１０に印加される異なる電圧のシーケンスを使用する―が、試料注入に使用されている。

概して、ここに開示されるシステム及び方法では、マイクロチップキャピラリー電気泳動（ＣＥ）の為のマイクロ流体装置１０へ試料を注入するのに、差圧が使用される。圧力駆動方法は、単純な通路幾何学形状を使用できるが、容器２０，３０に印加される注入時間及び／又は圧力を単純に調節することにより所望の試料プラグ（Ｓｐ）を生成できるという点で、電圧駆動型装填方法など他のマイクロ流体注入方法を上回る利点を有する。

この方法は一般的に、界面動電注入バイアスに影響されず、試料容器３０に電圧が印加される必要がない。

いったん装填された試料からの分析物成分の電気泳動分離は、ＢＧＥ容器の密閉上部空間に印加される圧力を低減することと、試料が分離通路にある時に、ＢＧＥ容器の第１位置と第１位置より下流の第２位置との間に電位差を印加することとを含む。

試料通路３１に界面動電電圧及び／又は電圧勾配を印加せずに、試料が分離通路２５へ導入されうる。

試料容器３０とＢＧＥ容器２０と廃棄物容器３５とに電圧を印加せずに、及び／又は、試料通路３１とＢＧＥ通路２１と廃棄物通路３２のいずれかに電位勾配を生じずに、試料通路３１の中を試料が流れうる。

バックグラウンド電解質と比較して著しく異なる性質（導電性、ｐＨ，又は粘性）を持つ試料プラグＳｐが注入されうる為、ここに開示される圧力駆動型注入方法は、過渡的等速電気泳動（ｔＩＴＰ）などのオンライン試料濃縮方法を実施するのに特に適している。試料／試料容器３０の塩や他の電界物質がｔＩＴＰに使用されうる。圧力駆動型操作は、圧力駆動流のみを使用してマイクロ流体装置の分離通路２５へ明確な試料バンド（試料プラグＳｐ）を配置するのに使用され、他のマイクロ流体注入方法では可能でないオンライン試料集束方法にも使用されうる。

図１Ａ及び１Ｂは、マイクロ流体装置への試料の圧力駆動型注入を図示しているのに対して、図２Ａ及び２Ｂは、比較としての電圧駆動型／ゲート型の注入方法を図示している。図１Ｃ及び２Ｃはそれぞれ、その後のマイクロ流体装置の輸送通路２５での輸送／分離を図示している。図２Ａ〜２Ｃに記されている電圧（及び極性）も例としてのものである。

図１Ａ，１Ｂ，１Ｃを参照すると、一般的にはオフデバイス（オフチップなど）のオン／オフバルブ１２０，１３０（図７Ａ，７Ｂ）を使用して、マイクロ流体装置１０に設けられるかこれと連通状態にある少なくとも二つの異なる流体容器２０，３０に上部圧力が印加されうる。「上部圧力」の語は、液体の上方にある容器の密閉上部空間でのガス圧を指す。ＢＧＥ容器２０の上部圧力はＰ２と記され、試料容器３０の上部圧力はＰ１と記されている。廃棄物容器に圧力が印加される際には、廃棄物容器３５の上部圧力はＰ３（図１Ａ）と特定され、これはポンプ及び／又は真空などの減圧装置９１を介して印加されうる。制御装置１００ｃ（図７Ａ，７Ｂ）はバルブ１２０，１３０との連通状態にあって、それぞれの容器２０，３０に圧力Ｐ１，Ｐ２が印加される時を単独で制御する。こうして、試料装填の為には、ＢＧＥ容器２０と試料容器３０のいずれかに電圧が印加されない（例えば図１Ａ，１Ｂ）。

装置１０の中のマイクロ流体通路２５，３１，３２は、幾つかの実施形態では、単純な注入十字形を形成するように構成されている。

バックグラウンド電解質（ＢＧＥ）容器２０は、分離通路２５の上方の注入十字形の上部に位置している。代替的に、ＢＧＥ容器２０は分離通路にすぐ隣接する位置にあるか、ＢＧＥ流通路２１を有し、このＢＧＥ流通路は分離通路２５に合流して、試料通路３１と、廃棄物容器３５まで延在する試料廃棄物通路３２とからある距離にＢＧＥ容器２０を配置する。

図６Ｃ及び６Ｄを参照すると、ＢＧＥ通路２１は、ＢＧＥ容器２０から試料通路３１へ、及び／又は、試料通路３１及び廃棄物通路３２と分離通路２５との交点まで延在する長さ「Ｌ_１」を有する。長さ「Ｌ_１」は、１〜２００ｍｍの長さなど、何らかの適当な長さを有する。試料通路３１の長さ「Ｌ_２」は、試料容器３０から分離通路２５まで延在する。廃棄物通路３２の長さ「Ｌ_３」は、廃棄物容器３５から分離通路２５まで延在する。また、一つ以上の通路２１，３１，３２の長さＬ_１，Ｌ_２，Ｌ_３は、幾つかの実施形態では約１ｍｍ、約５ｍｍ、約１０ｍｍ、約２０ｍｍ、約３０ｍｍ、約４０ｍｍ、約５０ｍｍ、約６０ｍｍ、約７０ｍｍ、約８０ｍｍ、約９０ｍｍ、又は約１００ｍｍなど、何らかの適当な長さを有するが、他の長さも使用されうる。使用の際に、注入十字形構成は、通路２１，３１，３２が実質的には同じ長さ又は異なる長さであるが一般的には分離通路２５の長さよりはるかに小さい長さを有するようなものである。試料及び試料廃棄物通路３１，３２はＢＧＥ通路２１より長いか短く、例えば１〜２０ｍｍ長さの間である。幾つかの実施形態では、試料及び試料廃棄物通路３１，３２は長さが例えば約８ｍｍである。分離通路２５は適当な長さ、一般的には１ｃｍから１００ｃｍの間、より一般的には約２３ｃｍなど約２０〜３０ｃｍの間の、何らかの適当な長さを有する。

流体（試料）通路３１は、それぞれ約１０μｍ（奥行）と７０μｍ（幅）である通路の奥行及び幅など、４０ｎｍと１０００μｍの間、より一般的には約１μｍと約１００μｍの間の幅及び／又は奥行を有する。流体通路２１，３１，３２はすべて同じ奥行を有しても異なる奥行を有してもよい。流体通路２１，３１，３２は同じ幅又は異なる幅を有する。

図１Ａ，１Ｂ及び１Ｃに示されている実施形態において、試料通路３１と廃棄物通路３２とは分離通路２５の両側に配置され、任意で分離通路２５に直交するか、これと交差するように延在しうる。ＢＧＥ容器２０は分離通路２５の上部に配置され、直接的に、又はＢＧＥ通路２１を通して分離通路２５に接続されうる。幾つかの実施形態において、通路３１，３２は、分離通路２５の両側で互いにオフセットするように配置されうる。

幾つかの実施形態において、マイクロ流体装置は廃棄物通路３２を含まない。ゆえに、（十字形通路構成に代わる）分離通路２５への試料通路３１の「Ｔ字」交点が使用され、注入／試料装填の為にこの流体を静止状態に保つＢＧＥ容器２０での比較的正確な圧力を使用して具現されうる。

図１Ａを参照すると、最初に圧力が試料容器３０（Ｐ１）とＢＧＥ容器２０（Ｐ２）とに同時に印加されて、試料容器３０（斜線領域と矢印により図示）から、試料通路３１を経て分離通路２５へ、また一般的には廃棄物通路３２へ試料を運ぶが、ＢＧＥ通路２１へは運ばない。図１Ｂに示されているように、分離通路２５の試料Ｓｐのプラグが所望の長さ（一般的にはＢＧＥ容器２０と試料容器３０の両方の下流）に達すると、試料容器３０では圧力Ｐ１が低減されるが、ＢＧＥ容器２０では圧力Ｐ２が維持される。矢印で示されているように、ＢＧＥ通路２１から流れるＢＧＥが試料及び廃棄物通路３１，３２の試料を隔離すると、分離通路２５に試料Ｓｐの規定のプラグが残る（通路３１，３２で終端が隣接の試料から分離される）。この圧力駆動／注入は、試料容器３０へ電圧を印加せずに実行される。この時点で、図１Ｃに示されているように、ＢＧＥ容器２０では圧力Ｐ２が低減され、下流の箇所、一般的には分離通路２５の端部分又は終点においてＢＧＥ容器２０と分離通路２５との間で試料プラグＳｐに電圧が印加されて、電気泳動分離を実施する。

ＢＧＥ容器２０に印加される電圧は図のように高電圧ＨＶであるが、幾つかの実施形態では低い電圧が使用されてもよい。下流に印加される電圧Ｖは、ＢＧＥ容器２０に印加される電圧より低い電圧である。低電圧Ｖは、ＢＧＥ容器電圧の１０％から５０％の間である。印加される電圧は、分析される試料と分析方法の条件とに従って変化しうる。例えば、ＨＶは一般的に約＋１ｋＶから＋３０ｋＶの間の範囲であり、Ｖは一般的に０から＋４ｋＶの範囲である。しかし、印加される電圧及び極性は異なる用途については変化しうる。例えば、マイクロ流体通路の相対的な長さと、分析物の電荷と、ＥＳＩプロセスの極性とに応じて、図１Ｃに示された高電圧入力が負であるかゼロ（０）に近く、反対の電圧（図１Ｃでは「低電圧」入力として図示）は高いか負であるように、分離の極性は逆転されうる。

容器、つまり容器２０，３０の上部空間に印加される圧力は、約０．５ｐｓｉ、約１ｐｓｉ、約１．５ｐｓｉ、約２ｐｓｉ、約２．５ｐｓｉ、約３ｐｓｉ、約３．５ｐｓｉ、約４ｐｓｉ、約４．５ｐｓｉ、約５ｐｓｉ、約５．５ｐｓｉ、約６ｐｓｉ、約６．５ｐｓｉ、約７ｐｓｉ、約８ｐｓｉ、約８．５ｐｓｉ、約９ｐｓｉ、約９．５ｐｓｉ、約１０ｐｓｉ、約１０．５ｐｓｉ、約１１ｐｓｉ、約１１．５ｐｓｉ、約１２ｐｓｉなど、０．１ｐｓｉと５０ｐｓｉの間、一般的には０．５と３０ｐｓｉの間、より一般的には約１ｐｓｉと約１２ｐｓｉの間など、低い圧力である。上記と本開示の他の箇所で、容器の上部空間の例示的な圧力値（０．１〜５０ｐｓｉなど）は、他に明記されなければ絶対圧力ではなく、大気圧に対して相対的であることが理解されるべきである。圧力「低減」は、容器の上部空間圧力が大気圧と等しくなるように、印加された圧力を完全に除去することを含みうることも理解されるべきである。ポンプのような装置を使用して、容器の上部空間圧力が大気圧未満の値まで低減されてもよい。

それぞれの容器２０，３０に密閉可能に装着されるそれぞれのガス供給ライン７０、一般的には少なくとも一つの加圧ガス源９０（図７Ａ，７Ｂ，９Ａ，９Ｂ）からの導管やある長さの管材料を通して、圧力が制御されうる。圧力駆動型注入を具現する為の加圧ガスは、空気、ヘリウムや窒素などの希ガス、及び／又は他の不活性ガスを含みうる。

図７Ａに示されているように、加圧ガス供給ライン７０_３は廃棄物容器３５にも装着されうる。加圧ガス供給ライン７０_３はまた、バルブ１３５と、減圧装置９１、一般的には以下でさらに記すポンプ及び／又は真空との流体連通状態にあってもよい。

図７Ａにおいて、個別バルブ１２０，１３０，１３５は、それぞれ加圧ガス供給ライン７０_２，７０_１，７０_３に接続されている。幾つかの実施形態では、バルブ１２０，１３０，１３５のいずれか又はすべてが三方バルブである。

幾つかの実施形態において、注入の為にＢＧＥ容器２０と試料容器３０とに同時に印加される圧力（図１Ａ）は、１〜５秒の間にわたって、０．５ｐｓｉと５０ｐｓｉの間、一般的には約０．５ｐｓｉと約３０ｐｓｉの間、より一般的には約１と１２ｐｓｉとの間である。それから、試料の終端（図１Ｂ）を試料通路３１から隔離する為に、ＢＧＥ容器２０の圧力が同じに保たれるか、約０．１ｐｓｉと約１０ｐｓｉの間の圧力などまで１０〜８０％低減され、試料容器３０の圧力は、例えば一般的には０．１ｐｓｉ未満、例えばゼロや周囲又は大気圧か周囲又は大気圧未満（部分的真空化など）になるように、ＢＧＥ容器２０の圧力の低減よりもさらに低減されうる。低減された圧力が試料容器３５に印加される際には、隔離中に除去される。

ＢＧＥ容器２０への隔離圧力は、両方の容器２０，３０に圧力が印加される際の注入時間より短い時間にわたって保持されうる。ＢＧＥ容器２０のみに印加される圧力についての隔離圧力の時間は、例えば２秒以下、１秒以下、又は０．５秒以下でありうる。

図６Ａ〜６Ｃは、本発明の幾つかの特定実施形態による注入（互換的に「試料装填」とも呼ばれる）と隔離の為のバルブ１２０，１３０，１３５の例示的な操作シーケンスを図示している。

図のように、システム１００は、それぞれのバルブ１３５を介して接続されうる廃棄物容器３５との連通状態にあるポンプなどの減圧装置９１を含みうる。減圧装置９１は能動的又は受動的な構成を有する、つまりＢＧＥ容器２０及び／又は試料容器３０に印加される圧力より低い、一般的には周囲圧力より低い圧力であって、いったん接続されると廃棄物容器３５の上部空間の圧力を低減する圧力である真空、ポンプ、排気後の容器、又は他の包囲容積を包含しうる。

図６Ｄは、幾つかの実施形態において、分析システム１００が流体装置１０を含み、分離通路２５の試料から信号を取得する少なくとも一つの検出器１２００も含むことを図示している。流体装置１０は少なくとも一つのＥＳＩエミッタ５０を含まない構成であってもよく、質量分光分析計２００へ入力を送らずに使用されてもよい。検出器１２００は、例えば光学検出器及び／又は伝導度検出器（つまり電流計）などの電子検出器でありうる。使用される際に、光学検出器１２００はフォトダイオード又は光電子増倍管を含みうる。使用されうる他の検出器は、ＣＣＤ検出器及びＣＭＯＳ検出器と、上記の何らかの組み合わせを含むが、これらに限定されるわけではない。検出器１２００に使用されうる光源は、レーザ、ＬＥＤ光源、蛍光灯、フラッシュランプ、メタルハライドランプ、白熱光源、放電源、及び黒体放射源を含むが、これらに限定されるわけではない。

概して、検出器１２００は分離通路２５の試料から信号を取得する。幾つかの実施形態において、分析システム１００は、少なくとも一つの検出器１２００と、質量分光分析計２００の入口／導入孔への入力の為の少なくとも一つのＥＳＩエミッタ５０とを含みうる。幾つかの実施形態において、質量分光分析計の検出と検出器１２００による光学検出の両方が同時に実行される、つまり、ＥＳＩエミッタ５０から質量分光分析計２００の入口へ吐出される試料からの信号が取得され、一方で、同じ試料について検出器１２００からの信号が取得される。

幾つかの実施形態では、試料容器３０とＢＧＥ容器２０と廃棄物容器３５は外部電界が存在しないと同じ電位であるので、界面動電電圧を印加しないように圧力駆動型操作のみを使用して試料が試料通路を流れる際には、これらの容器の各々が共通の電位に維持されうる。こうして（共通電位とゼロ電位のいずれかの構成について）界面動電電圧駆動は使用されない。対照的に、従来は、注入を行うのに界面動電電圧勾配が使用されている。

上記のように、過渡的等速電気泳動（ｔＩＴＰ）は、キャピラリー電気泳動の為のオンライン試料集束方法としてすでに説明された。この技術は、試料中の分析物イオンより高い電気泳動移動度を有する比較的高い濃度の電解質（先行電解質と呼ばれる）を含む試料に特に有益である。よく知られているように、先行電解質は一般的に、ｔＩＴＰを実施する前に試料溶液に添加される。先行電解質濃度は一般的に、バックグラウンド電解質の電解質濃度より著しく高く（少なくとも５倍又は１０倍高く）、バックグラウンド電解質と先行電解質との間の伝導度の差を充分に最小にする。ｔＩＴＰを具現するのに適した条件は、例えば、高濃度の塩化ナトリウムや他の電解質を含む試料を注入することにより実現されうる。例えば、ｐＨ２．２のバックグラウンド電解質（ヒドロニウムイオン濃度はおよそ６ｍＭ）については、１５ｍＭの先行電解質濃度では低すぎるが、ｔＩＴＰが実現されるには約５０ｍＭ以上の濃度で充分である。

ｔＩＴＰの試料集束作用を利用する為、他の試料処理／分析方法よりも大きい試料バンドが注入されうる。一般的に、比較的高濃度の先行電解質が注入前に試料へ導入される。概して、ここに開示される圧力駆動型注入方法は、試料装填ステップ中に印加される圧力の上部圧力及び／又は期間を変更することのみにより、注入される試料バンドのサイズの広範囲の制御を可能にする。先行電解質を導入する為に、ＢＧＥ容器２０は、ｔＩＴＰに充分な量のナトリウム又は塩を包含する液体電解質を含みうる。

図３は、幾つかの実施形態において、マイクロ流体装置１０がポンプ４０、任意で電気浸透（ＥＯ）ポンプと、分離後の試料５０ｓを任意で質量分光分析計２００ｉの入口及び／又は回収装置２０２（図７Ａ）へ噴霧できる少なくとも一つの電気噴霧イオン化（ＥＳＩ）エミッタ５０とを含むことを示している。少なくとも一つのエミッタ５０からの電気噴霧は、後の分析の為に回収装置へ、及び／又は質量分光分析計２００（図９Ａ，９Ｂ）の入口２００ｉ（図３，６Ａ〜６Ｃ）の方へ提供されうる。

分離通路２５は、図３では蛇行形状を有するものとして示されているが、より一般的に記すと、分離通路２５はマイクロ流体装置１０の平面で多様な形状を有しうる。例えば、マイクロ流体装置１０の平面において、分離通路２５の幾何学形状は直線状又は曲線状であって、通路の断面輪郭はすべて同じである必要はない。マイクロ流体装置の例示的な通路幾何学形状と他の特徴のさらなる記載については、例えば、各々の内容全体が参照により援用される米国特許出願第１４／００１，５４９号及び第１４／３６８，９７１号を参照すること。

容器２０，３０の一方又は両方が、分析中にこれに流体を提供する外部流体源との流体連通状態にある、及び／又は、容器２０，３０の一方又は両方が能動的分析に先立って事前装填されうる。

図３に示されているように、幾つかの実施形態では、分離／伝送通路２５とそれぞれのポンプ通路４０ｃとを接続するのに流体ジャンクション４０ｊが使用されうる。流体ジャンクションは、ナノメートルサイズの奥行を有する関連のナノジャンクション通路を持つナノジャンクションでありうる。これらの流体ジャンクションはまた、一般的にマイクロメートルサイズの幅を有する。例えば、ナノジャンクション４０ｊは約５０ｎｍの奥行と約５０μｍの幅とを有する。ナノ通路の奥行は、実験／分析に使用される緩衝剤のイオン強度と、対応するデバイ長とに基づいて選択されうる。概して、ナノ通路の奥行は、デバイ長の程度又はそれ以下となるように選択されうる。

図４Ａ〜４Ｅは、上述のように操作されうるマイクロ流体装置１０の別の例を示す。図４Ａは、廃棄物通路３２又は破棄物容器３５を含まないマイクロ流体装置１０を示している。図４Ｂは、分離通路２５において試料通路３１から長手方向の距離だけオフセットした廃棄物通路３２を含むマイクロ流体装置１０を示している。図４Ｃは、複数の試料容器３０を含むマイクロ流体装置１０を示しており、例として３０_１，３０_２，３０_３の三つが示されているが、三つ以上又は以下が使用されてもよい。試料容器３０は、すべてが単一の分離通路２５と少なくとも一つのＢＧＥ容器２０（単一のＢＧＥ容器２０と容器通路２１として図示）の為の、試料通路３１_１，３１_２，３１_３として図４Ｃに示されている共通か異なる試料通路３１に供給を行う。試料容器３０は、それぞれの試料プラグを分離通路２５へ順次注入するように制御されうる。装置１０は任意で、電気浸透（ＥＯ）ポンプ４０も有する。

図４Ｄは、二つの通路として示されている複数の分離通路２５を有するマイクロ流体装置１０の実施形態を図示しているが、より一般的に記すと二つ以上が単一の装置１０に含まれうる。分離通路２５は、共通のエミッタ５０又は別々のエミッタに供給を行う。こうして、マイクロ流体装置１０は、一つ超の分離通路及び関連のＢＧＥ容器２０と、試料容器３０と、廃棄物容器３５と、十字形通路３１，３２とを含みうる。個々の通路２１，２５，３１，３２のうち一つ以上が約１〜１００μｍ、例えば約７５μｍの横寸法を有する、及び／又は、幾つかの特定実施形態では約１〜１００ｍｍだけ横に離間しうる。

幾つかの実施形態では、図４Ｅに示されているように、参照試料の為の一つ以上の参照通路がマイクロ流体装置１０の上／中に含まれうる。使用の際に、参照試料は、分析中の内部較正の為の一つ以上のイオンを含む。幾つかの実施形態で、参照試料は内部較正の為の単一の規定イオンとなる。代替的に、ある実施形態では、参照試料は、所望のｍ／ｚ値範囲にわたる、一般的には対象のｍ／ｚ範囲全体に及ぶ多数のイオンを含み、後の試料成分の質量分光分析計による分析の精度を高める。

図５Ａは、加圧ガス供給ライン７０と、密閉容器２０の内側に延在して容器２０内の流体と接触する（高）電圧入力電極７５ｉ（白金線として図示）を備える（高）電圧ライン７５とを保持する気密フィッティングを有するＢＧＥ容器２０の概略図である。「気密」の語は、容器２０からの流体の圧力駆動型注入の為に上部空間２０ｈに所望の圧力を提供できるように操作された時に容器２０のシールが過度の漏出を生じないことを意味する。図６Ａに示されているように、試料容器３０は加圧ガス供給ライン７０も有し、気密シールを介して接続されうる。廃棄物容器３５も加圧ガス供給ライン７０を有し、気密シールを介して接続されうる。

加圧ガス供給ライン７０は、密閉された上部空間２０ｈまで延出する開放加圧ガス経路を備える管材料を備えている。内径８ｍｍの容器壁２０ｗの例では、小さい内径、例えば１／４インチから約１／１６の外径を有する導管により、加圧ガス供給ラインが形成されうる。しかしながら、これより大きいサイズの導管が使用される、及び／又は、容器に接続されるようにサイズが段階的に縮小されてもよい。容器２０，３０のいずれかへのそれぞれの加圧ガス供給ライン７０の密閉（例えば気密）接続は、エポキシ、Ｏリング、金属又はエラストマガスケット、グリースフィッティング、及び／又は他の適当な構成を介して設けられうる。幾つかの実施形態では、図５Ｂに示されているように、加圧ガス供給ライン７０は、共通スリーブ８０内で高圧ケーブル７５に隣接して保持されうる。別の代替例では、ガス供給管材料の内側に保持された状態で高電圧ケーブル７５が上部空間へ誘導される。

図５Ｂは、幾つかの実施形態において、容器２０ｔの上部がキャップ２０ｃで密閉されて、加圧ガス供給ライン７０を容器２０に装着するのにサイドポート２０ｐが使用されることも図示している。試料容器３０（不図示）にも同じ仕組みが使用されうる。幾つかの実施形態において、加圧ガス供給ライン７０は、気密又は密閉接続の為に容器２０の内側に延在する代わりに、容器２０の壁２０ｗの外面に装着されうる。他の接続構成も使用されうる。

図７Ａは、容器２０，３０，３５に印加される圧力を制御して圧力駆動型注入を実行するのに使用される制御装置１００ｃを含むマイクロ流体システム１００の例を図示している。システム１００は、７０_１，７０_２として示されて各々が少なくとも一つのバルブ１２０，１３０との流体連通状態にある少なくとも第１及び第２加圧ガス供給ライン／導管７０を含みうる。システム１００はまた、上記のように第３加圧ガス供給ライン７０_３と第３バルブ１３５とを任意で含みうる。システム１００は、各供給ライン７０_１，７０_２を開閉する単一の三方バルブ（図７Ｂ）を任意で含みうる。バルブ１２０，１３０の一方又は両方とともにバルブ１３５は、それぞれの供給ラインからの加圧ガスの急速な排出を可能にするそれぞれの加圧ガス供給ライン７０の為の三方バルブ（例えば、三種類の操作つまり供給源への開閉、上部空間への開閉、そして大気への開閉）でありうる。こうして、操作時に、バルブ１２０，１３０の一方又は両方が操作されて容器２０，３０の上部圧力を大気へ排出し、これは注入プロセスを正確に制御するのに役立つ。加圧ガス供給ライン７０及び／又は容器２０，３０，３５の一つ又はすべては、大気への急速排出の為に電子的に開閉されてそれぞれの上部空間２０ｈ，３０ｈ，３５ｈの圧力を低減することのできるベント（１２１，１３１，１３２）も、又は代替的に含む。それぞれの加圧供給ライン７０での排気又は減圧（大気への排気）に関する「急速」の語は、それぞれの容器２０，３０の対応の上部空間２０ｈ，３０ｈの圧力の、０．１〜３秒以内、より一般的には約２秒以内か約１秒以内での少なくとも大気圧への変化を指す。急速排気は、（ａ）（三方バルブが使用される際に）バルブ１２０又は１３０又は１３５を大気に開放するように指示するか、（ｂ）バルブ１２０，１３０，１３５とは別のベント（例えば１２１，１３１，１３２のうち一つ以上）を開いてバルブ１２０，１３０，１３５を閉じる制御装置１００ｃからの制御信号に基づきうる。ＢＧＥ容器及び／又は試料容器２０，３０での急速な圧力変化（例えば排気）は、０．１〜２秒の時間内での作動圧から大気圧への上部圧力の急速な低下を示す供給ライン又は容器の圧力センサにより測定されうる。幾つかの実施形態において、急速排気は、約０．１秒、約０．２秒、約０．３秒、約０．４秒、約０．５秒、約０．６秒、約０．７秒、約０．８秒、約０．９秒、約１秒、約１．１秒、約１．２秒、約１．２５秒、約１．５秒、約２秒、約２．５秒など、約０．１秒と１．５秒の間で実行されうる。

第１及び第２加圧ガス供給ライン７０_１，７０_２の各々は、共通の加圧ガス源９０との連通状態にあるか、各々が異なる加圧ガス源に接続されうる。システム１００は、マイクロ流体装置１０への高電圧入力の為の電源９５を含みうる。電源９５はケーブル７５に装着されうる。

制御装置１００ｃは、差動印加圧力のタイミングシーケンスをマイクロ流体装置１０に指示する。制御装置１００ｃは、バルブ１２０，１３０，１３５、少なくとも一つの圧力源９０、減圧装置９１（例えば一つ以上のポンプ）、そして電源９５と通信する。「制御装置」の語は、単一の装置、例えばマイクロ流体装置１０、及び／又は、コンピュータ、ラップトップ、ノートブック、スマートフォン、その他に保持されるか、ローカルエリアネットワークやワイドエリアネットワーク、例えば何らかのサーバシステムを含むインターネットを含む有線又は無線接続を使用して異なる装置の間で分散される単一又は多数のプロセッサや特定用途向け集積回路（ＡＳＩＣ）を含むように幅広く使用される。

制御装置１００ｃは、第１及び第２バルブ１２０，１３０に、開閉して規定のシーケンスを使用して連続的試料注入と電気泳動分離とを実行するように指示し、その例が図８のタイミングチャートに示されている。電気泳動分離電圧は、ＢＧＥ容器２０で圧力Ｐ２が低減されるのと同時に、又はその直後に印加されうることに言及しておく。概して、第１及び第２加圧ガス供給ライン７０（例えば管や導管）から、ＢＧＥ容器に印加される圧力Ｐ１のみ、そして試料容器に印加される圧力Ｐ２のみを使用して試料注入が実行され、界面動電（ＥＫ）電圧が印加されることはない。電圧は、注入の後にＢＧＥ容器２０へ印加される（図１Ｃ）。減圧装置９１（例えば一つ以上のポンプ）は、試料装填の一部又はすべての間に廃棄物容器３５へ圧力Ｐ３を印加し、一般的には隔離及び／又は分離の間に除去される。

制御装置１００ｃは、規定の期間、一般的には１と１０秒の間にわたって加圧ガス供給ライン（つまり管又は導管）７０_２を介してＢＧＥ容器２０の上部空間２０ｈへ、そして加圧ガス供給ライン７０_１を介して試料容器３０の上部空間３０ｈへ０．１と５０ｐｓｉの間の規定の圧力（上部空間圧力）を印加して分離通路２５へ試料を注入する為の規定のタイミングシーケンスを使用してマイクロ流体装置１０を操作するように構成されうる。図８に示されているタイミングチャートは例示としてであって、記されているＰ１（試料容器３０について）とＰ２（ＢＧＥ容器２０について）の「ゼロ」圧力は大気圧又は周囲圧力であるか、あるいは大気圧未満の圧力でありうる。電源９５からＢＧＥ容器２０の入力７５ｉへ印加される電圧Ｖ（図８のタイミングチャートの上の線）は、同時注入圧力Ｐ１，Ｐ２（図１Ａ）又は後の「隔離」圧力Ｐ２（図１Ｂ）より期間が短いか長い。Ｐ１が低下する（図１Ｂ）時に、Ｐ２圧力は一定のままであるか、注入の為の同時圧力から「隔離」圧力まで変化、一般的には低下する。圧力Ｐ３は、それぞれの試料装填サイクル中に一定のままであるか変化しうる。圧力Ｐ３は隔離及び／又は分離の間に除去され、圧力Ｐ１が低減される時に低減される（又は印加されない）。

マイクロ流体装置１０は、ガラス、水晶、ケイ素、セラミック、窒化ケイ素、ポリカーボネート、及びポリメタクリル酸メチルのうち一つかその組み合わせを包含する基板を限定的にではなく含む硬質又は実質的に剛性の材料で形成されるマイクロ流体チップでありうる。特定の実施形態では、装置１０はホウケイ酸塩などのガラス基板を含みうる。他の実施形態では、マイクロ流体装置を形成するのに剛性のポリマー材料が使用されうる。装置１０は、軟質か可撓性の基板による一つ以上の層も含みうる。軟質基板材料は、使用されると、低いヤング率値を有する。例えば、エラストマと硬質プラスチック及び／又はポリマーは、約０．１〜３０００ＭＰａの間の範囲を有する。軟質材料の例は、ポリジメチルシロキサン（ＰＤＭＳ）、ポリメタクリル酸メチル（ＰＭＭＡ）、ポリウレタンを含むがこれらに限定されるわけではない。マイクロ加工による流体装置の例の説明については、同時係属出願である２０１２年３月５日に出願のＰＣＴ／ＵＳ２０１２／０２７６６２と、２０１１年９月１９日に出願のＰＣＴ／ＵＳ２０１１／０５２１２７を参照すること。メラーズ，Ｊ．Ｓ．（Mellors J.S.）、ゴルボノフ Ｖ（Gorbounov, V）、ラムゼイ，Ｒ．Ｓ．（Ramsey, R.S.）、ラムゼイ，Ｊ．Ｍ．（Ramsey, J.M.）著「高効率のキャピラリー電気泳動及び電気噴霧イオン化質量分光分析を実施する為の完全一体化ガラスマイクロ流体装置（Fully integrated glass microfluidic device for performing high-efficiency capillary electrophoresis and electrospray ionization mass spectrometry）」分析化学２００８年，８０（１８），６８８１〜６８８７も参照すること。幾つかの設計に有益でありうる追加情報については、スエ Ｑ（Xue Q）、フォレ Ｆ（Foret F）、ドゥナエフスキー ＹＭ（Dunayevskiy YM）、ザブラッキー ＰＭ（Zavracky PM）、マクグルア ＮＥ（McGruer NE）、及びカーガー ＢＬ（Karger BL）（１９９７年）著「多通路マイクロチップ電気噴霧質量分光分析（Multichannel Microchip Electrospray Mass Spectrometry）」分析化学６９，４２６〜４３０、ラムゼイ ＲＳ（Ramsey RS）とラムゼイ ＪＭ（Ramsey JM）（１９９７年）著「電気浸透ポンピングを使用したマイクロチップ装置からの電気噴霧の発生（Generating Electrospray from Microchip Devices Using Electroosmotic Pumping）」分析化学６９，１１７４〜１１７８、チェンバーズ ＡＧ（Chambers AG）、メラーズ ＪＳ（Mellors JS）、ヘンリー ＷＨ（Henley WH）及びラムゼイ ＪＭ（Ramsey JM）（２０１１年）著「二次元液体クロマトグラフィのモノリシック一体化―マイクロ流体装置におけるキャピラリー電気泳動及び電気噴霧イオン化（Monolithic Integration of Two-Dimensional Liquid Chromatography-Capillary Electrophoresis and Electrospray Ionization on a Microfluidic Device）」分析化学８３，８４２〜８４９も参照すること。これらの文献の内容は、ここに完全に記載されているかのように参照により援用される。

限定ではないがＥＯポンプ及びＥＯポンプ通路などのポンプ及びポンプ通路は、図３又は４Ａ〜４Ｅに示されている例以外の具現例を介した電気噴霧イオン化の為にマイクロ流体装置１０に一体化されうる。概して、通路は、Ｔ状ジャンクションであるジャンクションで交差しうる（が、必ずしも直角の交差でなくてもよい）。結果的に得られる三つの通路終点のうち二つに電圧が印加され、関連の通路セグメントに軸方向電界を発生させる。第３通路セグメントでの油圧輸送を実現する為、軸方向電界を含む二つの通路セグメントでの電気浸透移動度は概して、大きさ及び／又は符号が異なっている。電気浸透移動度の差は、異なる表面電荷密度と、ゆえに異なる電気浸透移動度とを生じるように、関連の通路セグメントの一方又は両方を化学的に修正することにより達成される。電気浸透移動度はまた、電気的に中性のポリマーフィルムで通路壁をコーティングして、壁の電気的二重層での有効流体粘性を高めることにより、修正されうる。電気浸透移動度を修正する別の手法は、電気浸透ポンピングされている溶液のデバイ長に大きさが類似している距離まで通路横寸法の一方を縮小することである。電気浸透移動度と電気浸透ポンピングの他の態様は、米国特許第６，１１０，３４３号に記載されており、その内容全体は参照によりここに援用される。

機能的ポンプ要素を電気噴霧マイクロ流体装置にモノリシックに一体化することは好都合であるが、試料材料をエミッタへ油圧で送達することが可能である。例えば、チャンバー ＡＧ（Chamber AG）、メラーズ ＪＳ（Mellors JS）、ヘンリー ＷＨ（Henley WH）、ラムゼイ ＪＭ（Ramsey JM）（２０１１年）著「二次元液体クロマトグラフィのモノリシック一体化―マイクロ流体装置におけるキャピラリー電気泳動及び電気噴霧イオン化（Monolithic Integration of Two-Dimensional Liquid Chromatography-Capillary Electrophoresis and Electrospray Ionization on a Microfluidic Device）」分析化学８３，８４２〜８４９を参照すること。分析物をエミッタへ供給するのに油圧輸送を利用する時には、電圧を印加して電気噴霧を発生させる為の電気接続は、ＥＯポンピング通路に類似したサイド通路を使用して、又はマイクロ流体装置の外部の容器に電極を使用して流体を接触させることにより具現され、あるいは装置１０とポンプとの間に金属管材料を使用する場合には、管材料に対して接続が行われる。

図９Ａ及び９Ｂは、ここに開示されるマイクロ流体装置を含む質量分光分析計システムを概略的に図示している。図９Ａは、内蔵制御装置１００ｃと、電圧を提供する電源９５と、加圧ガス供給源９０と、検出器２０５と、分析器２１０と、出力データを提供する為の任意のディスプレイ２１５とを備えるマイクロ流体装置１０の少なくとも一つを保持するハウジング２０１を備えるポータブル質量分光分析計２００を図示している。

図９Ｂは、マイクロ流体装置１０が質量分光分析計２００との連通状態にあることを図示している。制御装置１００ｃは独立しているか、質量分光分析計２００に一部又は全体が内蔵されている。「全体が内蔵」の語は、操作回路構成（つまり少なくとも一つのプロセッサとプログラム命令）が、質量分光分析計のハウジング、制御キャビネット、及び／又はオペレーティングシステムに全体が一体化されていることを意味する。

図１０は、試料分析を実行するのに使用されうる例示的な操作のフローチャートである。マイクロ流体装置が用意される（ブロック３００）。マイクロ流体装置は、バックグラウンド電解質（ＢＧＥ）容器及び試料容器との流体連通状態にある少なくとも一つの分離通路を有して、分離通路に合流する試料通路を有する。同時に規定の圧力をＢＧＥ容器に、また規定の圧力を試料容器に印加して、任意で低圧（ＢＧＥ又は試料容器に印加されるものより低く、任意で真空状態）を廃棄物容器に印加することにより、ＢＧＥ容器の下流で試料容器から分離通路へ流体試料が注入される（ブロック３１０）。それから試料の終端が試料通路から隔離され、ＢＧＥ容器から流体が流れて、分離通路で試料のプラグを送達する（ブロック３２０）。隔離は、ＢＧＥ容器に印加される圧力が試料容器に印加される圧力より高くなるようにＢＧＥ容器に圧力を印加しながら試料容器に印加される圧力を低減又は除去することに応じて行われる。

それから、送達された試料が分離通路で電気泳動により分離される（ブロック３３０）。分離は、ＢＧＥ容器と、分離通路及び／又はポンプ通路の下流箇所とに電圧を印加することにより実行されうる。電気泳動分離は、電界の少なくとも一成分が分離通路の一部分の軸方向に平行になるように流体装置に電界を印加するだけで実行されうる。代替的に、試料容器、ＢＧＥ容器、又は廃棄物容器に電圧を印加せずに、及び／又は、試料通路とＢＧＥ通路と廃棄物通路のいずれかに電位勾配を生じずに、試料通路に試料を流すことができる。

印加される電界を使用して電気泳動分離が実行される際には、電圧が印加されたままでＢＧＥ容器の圧力が一定に保持されるか低減される。

任意であるが、注入と隔離と電気泳動分離とは、試料容器へ電圧を印加せずに、試料通路に電位勾配を生じることなく実行されてもよい。

任意であるが、様々な圧力が印加される時間は増減されうる（例えば電子的に調節される）、及び／又は印加される圧力の大きさは、分離通路へ送達される試料のプラグのサイズを調節するように増減されうる（ブロック３４５）。

任意であるが、分離を受けた後に、試料についての情報を判断する為に質量分光分析計で試料が分析されうる（ブロック３３５）。分析は、例えば、質量分光分析計を使用して試料の分析物ピーク信号を検出することと、試料の電気泳動図を作成することとを含みうる。

（光学的及び／又は電子的に）分離通路との通信状態にある検出器を使用して、分離通路での分離後の試料の信号の電子的検出が実施されうる。電子的検出は、質量分光分析計による検出を伴わずに、又は質量分光分析計の検出を伴って実行されうる。幾つかの実施形態では、検出器による電子的検出は、それぞれ分離後の試料についての質量分光分析計による検出と同時に実行される。

任意であるが、試料の前処理、輸送及び注入のステップは、電圧の印加や電界の発生を伴わずに、ＢＧＥ通路と試料通路と廃棄物通路への規定の圧力入力のシーケンスのみを使用して実行されうる。

本発明の実施形態は、ソフトウェア、ファームウェア及び／又はハードウェアの態様を組み合わせたものであり、これらすべては概して「回路」又は「モジュール」と呼ばれることに言及しておく。さらに、本発明は、コンピュータ利用可能な記憶媒体でのコンピュータプログラム製品の形を取り、コンピュータ利用可能なプログラムコードが媒体で具現化されている。ハードディスク、ＣＤ−ＲＯＭ、光学記憶装置、インターネット又はイントラネットをサポートするもののような伝送媒体、又は磁気記憶装置を含む適当なコンピュータ可読媒体が利用されうる。幾つかの回路、モジュール、又はルーチンはアセンブリ言語やマイクロコードで書かれて、性能及び／又はメモリ使用量を向上させる。個別のハードウェアコンポーネント、一つ以上の特定用途向け集積回路（ＡＳＩＣ）、又はプログラムされたデジタル信号プロセッサ又はマイクロコントローラを使用してプログラムモジュールのいずれか又はすべての機能が具現されてもよいことがさらに認識されるだろう。本発明の実施形態は、特定のプログラミング言語に限定されない。

本発明の操作を実行する為のコンピュータプログラムコードは、Ｊａｖａ（登録商標）、Ｓｍａｌｌｔａｌｋ、又はＣ＋＋などのオブジェクト指向プログラミング言語で書かれうる。しかしながら、本発明の操作を実行する為のコンピュータプログラムコードは、「Ｃ」プログラミング言語など、従来の手続き型プログラミング言語で書かれてもよい。プログラムコードは、完全にユーザのコンピュータで、一部は独立型ソフトウェアパッケージとしてユーザのコンピュータで、一部はユーザのコンピュータで一部は別のコンピュータで、局在的及び／又は遠隔的に、又は完全に他のローカル又はリモートコンピュータで実行されうる。後者のシナリオでは、他のローカル又はリモートコンピュータが、ローカルエリアネットワーク（ＬＡＮ）又はワイドエリアネットワーク（ＷＡＮ）を通してユーザのコンピュータに接続されるか、（例えば、インターネットサービスプロバイダを使用してインターネットを通して）外部コンピュータへの接続が行われてもよい。

本発明の実施形態による方法、装置（システム）、及びコンピュータプログラム製品のフローチャート図及び／又はブロック図を参照して、本発明の実施形態の一部がここに説明されている。フローチャート図及び／又はブロック図の各ブロックと、フローチャート図及び／又はブロック図のブロックの組み合わせとは、コンピュータプログラム命令により具現されうる。これらのコンピュータプログラム命令は、汎用コンピュータ、専用コンピュータ、又はマシンを形成する他のプログラマブルデータ処理機器のプロセッサへ提供される為、コンピュータや他のプログラマブルデータ処理機器のプロセッサを介して実行する命令は、フローチャート及び／又はブロック図の単数又は複数のブロックに指定されている機能／動作を実行する為の手段となる。

これらのコンピュータプログラム命令はまた、コンピュータや他のプログラマブルデータ処理装置に特定の方式で機能するように指示できるコンピュータ可読メモリに記憶されうる為、コンピュータ可読メモリに記憶されている命令は、フローチャート及び／又はブロック図の単数又は複数のブロックに指定されている機能／動作を実行する命令手段を含む製品となる。

コンピュータプログラム命令は、コンピュータや他のプログラマブルデータ処理機器にロードされて、コンピュータや他のプログラマブル装置で実施される一連の操作ステップによりコンピュータ実行プロセスを行う為、コンピュータや他のプログラマブル機器で実行される命令は、フローチャート及び／又はブロック図の単数又は複数のブロックに指定されている機能／動作の幾つか又はすべてを実行する為のステップとなる。

ある図のフローチャート及びブロック図は、本発明の実施形態の可能な具現例の例示的アーキテクチャ、機能性、及び操作を図示している。これに関して、フローチャート又はブロック図の各ブロックは、指定の論理機能を具現する為の一つ以上の実行可能命令を包含するモジュール、セグメント、又はコード部分を表している。幾つかの代替的な具現例では、ブロックに記されている機能は図に記されている順序から外れて行われうることにも注意すべきである。例えば、関係する機能に応じて、連続して示されている二つのブロックが実際には実質上同時に実行されるか、ブロックが時には逆の順序で実行されるか、二つ以上のブロックが組み合わされるか、ブロックが分割されて別々に実施されてもよい。

図１１は、回路又はデータ処理システム２９０の概略図である。システム２９０は、マイクロ流体装置１０及び／又は質量分光分析計２００とともに使用されうる。回路及び／又はデータ処理システム２９０は、単数又は複数の適当な装置のデジタル信号プロセッサに組み込まれうる。図１１に示されているように、プロセッサ４１０は、質量分光分析計２００及び／又はマイクロ流体装置１０と、そしてアドレス／データバス４４８を介してメモリ４１４と通信できる。プロセッサ４１０は、分光分析計２００から独立しているか、全体又は一部がこれに一体化されている制御回路又は制御装置に所在しうる。プロセッサ４１０は市販されているか、カスタムマイクロプロセッサである。メモリ４１４は、データ処理システムの機能を具現するのに使用されるソフトウェア及びデータを含有するメモリ装置の全体的な階層構造を表す。メモリ４１４は、以下のタイプの装置、つまりキャッシュ、ＲＯＭ、ＰＲＯＭ、ＥＰＲＯＭ、ＥＥＰＲＯＭ、フラッシュメモリ、ＳＲＡＭ及びＤＲＡＭを含むが、これらに限定されるわけではない。

図１１は、データ処理システムで使用されるソフトウェア及びデータの幾つかのカテゴリ、つまりオペレーティングシステム４５２、アプリケーションプログラム４５４、入出力（Ｉ／Ｏ）装置ドライバ４５８及びデータ４５５をメモリ４１４が含むことを図示している。データ４５５は、試料タイプ、圧力の為のプラグサイズ調節、較正データ、時間同期化データ（例えば装填／注入の為の圧力／期間）、及び／又は、他の検出による、若しくは内部の質量分光分析計によるデータを含みうる。

当業者には認識されるように、オペレーティングシステム４５２は、ニューヨーク州アーマンクのインターナショナルビジネスマシンコーポレーション（International Business Machines Corporation）によるＯＳ／２、ＡＩＸ、ＤＯＳ，ＯＳ／３９０又はシステム３９０、ワシントン州レドモンドのマイクロソフトコーポレーション（Microsoft Corporation）によるＷｉｎｄｏｗｓＣＥ、ＷｉｎｄｏｗｓＮＴ、Ｗｉｎｄｏｗｓ９５、Ｗｉｎｄｏｗｓ９８、Ｗｉｎｄｏｗｓ２０００、ＷｉｎｄｏｗｓＸＰ、又は他のＷｉｎｄｏｗｓバージョン、Ｕｎｉｘ又はＬｉｎｕｘ（登録商標）又はＦｒｅｅＢＳＤ、パーム社（Palm Inc.）によるＰａｌｍ ＯＳ、アップルコンピュータ（Apple Computer）によるＭａｃＯＳ、ＬａｂＶｉｅｗ、又は専用オペレーティングシステムなど、データ処理システムとの使用に適したいかなるオペレーティングシステムでもよい。Ｉ／Ｏ装置ドライバ４５８は一般的に、アプリケーションプログラム４５４によりオペレーティングシステム４５２を通してアクセスされて、Ｉ／Ｏデータポート、データ記憶手段４５５及びある種のメモリ４１４コンポーネントなどの装置と通信するソフトウェアルーチンを含む。アプリケーションプログラム４５４は、データ（画像）処理システムの様々な特徴を具現するプログラムの例であって、本発明の実施形態による操作をサポートする少なくとも一つのアプリケーションを含みうる。最後に、データ４５５は、アプリケーションプログラム４５４、オペレーティングシステム４５２、Ｉ／Ｏ装置ドライバ４５８、そしてメモリ４１４に所在する他のソフトウェアプログラムにより使用される静的又は動的データを表す。

図１１では、順次圧力駆動型注入制御モジュール４５０とプラグサイズ（圧力／期間）調節モジュール４５１とがアプリケーションプログラムである。しかしながらより一般的には、他の構成が利用されてもよい。モジュール４５１によりユーザは、所望の注入時間（各容器についての圧力オン時間、オフ時間、それぞれの注入及び／又は隔離の圧力、その他）を選択できる。モジュール４５０及び／又は４５１は、オペレーティングシステム４５２、Ｉ／Ｏ装置ドライバ４５８、又はデータ処理システムの他のこのような論理部に組み込まれてもよい。ゆえに、本開示は、図１１の構成に限定されるものと解釈されるべきではなく、ここに説明される操作を実行できるいかなる構成も内含することが意図されている。さらに、モジュール４５０及び／又は４５１は、局在的であるか、マイクロ流体装置／分光分析計に対して遠隔にあるワークステーションなどでの質量分光分析計２００、電源９５、インタフェース／ゲートウェイやコンピュータなど他のコンポーネントと通信するか、一部又は全体がこれらに組み込まれうる。

Ｉ／Ｏデータポートは、データ処理システムとワークステーションと分光分析計とマイクロ流体装置とインタフェース／ゲートウェイと別のコンピュータシステムやネットワーク（例えばインターネット）の間で、又はプロセッサにより制御される他の装置や回路へ、情報を伝達するのに使用されうる。これらのコンポーネントは、本発明により構成されて上述のように作動する多くの従来型データ処理システムで使用されるものなどの従来のコンポーネントでありうる。

以下の非限定的な例では、本発明がより詳細に説明される。

実施例
ＭＳ検出の為の一体化ＥＳＩを含むマイクロチップＣＥがアミノ酸の分析に使用された。図３に示されたマイクロ流体装置を使用して、新規の圧力駆動型注入方法が（図１Ａ〜１Ｃ及び２Ａ〜２Ｃに記載の方法を使用する）従来の界面動電（ＥＫ）ゲート方法と比較された。ここに挙げられるデータのすべてについて、試料は２０の必須アミノ酸の混合物を１０μＭ含有していた。新規の注入方法の優れた耐塩性を例示する為と、過渡的等速電気泳動（ｔＩＴＰ）を例示する為に試料の塩分含有量を変化させ、これは、ここに開示される圧力駆動型注入方法とともに実施されうる。メタノールが５０％でギ酸が２％（ｐＨ２．２）のバックグラウンド電解質（ＢＧＥ）により、およそ１０００Ｖ／ｃｍの分離場強度ですべての分離が実施された。圧力駆動型注入の為に、２ｐｓｉの圧力が試料容器及びＢＧＥ容器の上部空間に印加された。これら二つの容器の各々について、一つの三方電子バルブ（オハイオ州シンシナティのクリッパード（Clippard）製）を使用して圧力が制御された。マイクロ流体装置に高電圧を供給するのに使用されるのと同じコンピュータ制御システムを使用して、バルブが制御された。流体容器として使用されるガラスシリンダの直径（８ｍｍ）と等しい内径を持つＰＴＦＥ管材料を使用して、マイクロ流体容器に気密接続が設けられた。試料容器接続の為に、単純な異径ユニオンを使用してＰＴＦＥ管材料が圧力供給ラインに直接接続された。ＢＧＥ容器に使用されるフィッティングが図５Ａに図示されている。高い電圧と圧力の両方の印加を可能にする為、このフィッティングは、高電圧電極と、圧力供給ラインに結合される１／１６インチ管材料のセグメントとを含む。マイクロチップＣＥ−ＥＳＩ装置により発生されるイオンの検出及び識別の為に、（マサチューセッツ州ミルフォードのウォーターズコーポレーション（Waters Corp.）製の）飛行時間型質量分光分析計のＳｙｎａｐｔ Ｇ２四重極イオン移動時間が使用された。

図１２Ａ及び１２Ｂは、両方の注入方法を使用した低塩分含有量の試料の分離についての電気泳動図を示す。電気泳動図は、塩を添加せずにＢＧＥで準備されたアミノ酸混合物のマイクロ流体ＣＥ−ＥＳＩ−ＭＳ分析についてのものである。圧力駆動型注入（図１２Ｂ）については、２ｐｓｉが、試料容器とＢＧＥ容器の両方に３秒間、それからＢＧＥ容器のみに１秒間印加された。ＥＫゲート型注入（図１２Ａ）については、図２Ａ〜２Ｃに示された電圧を使用してゲートが０．２秒間開かれた。注入バイアスの作用は図１２Ａでは、ＥＫゲート型電気泳動図において遅溶出性アミノ酸の比較的小さいピークとして観察されうる。界面動電注入については、注入バイアスにより、遅溶出性化合物が著しく小さくなる。新規の圧力駆動型注入方法は界面動電バイアスを有していないので、分析物についてピークエリアは比較的一定している。圧力駆動型注入のピークエリアの差は、純粋にこれらの多様な分析物についてのＭＳ検出器反応の差により生じる。

この傾向をより明白に例示する為、圧力駆動型注入のピークエリアに対するＥＫゲート型注入によるピークエリアが、図１３に描かれている。最高移動度のアミノ酸（リシン、Ｋ）は、両方の注入方法を使用しても同じピークエリアを有していた。しかしながら、移動時間が長いと相対的ピークエリアが縮小するという明白な傾向が存在する。移動時間の関数としてのピークエリアの相対的縮小は、電気泳動ゲート型注入を使用する時に電気泳動移動度の低い分析物がバイアスにより強く影響される様子を例示している。

高塩分含有量の試料についての注入方法の比較は、試料のイオン強度がＢＧＥのイオン強度よりも著しく高い時に発生しうる深刻な類の注入バイアスをＥＫ注入方法が有することを示していた。この場合、試料容器から分離通路への電流はＢＧＥのイオン伝導度により制限された。試料の塩からの余剰イオンは、分析物イオンが分離通路へ移動するのを防止するだろう。最終結果は、試料のイオン強度がＢＧＥのイオン強度よりも著しく高い時に深刻なバイアスが注入に生じることである。この現象は、ＥＫゲート型のＣＥ分離に大きな制限を加える。圧力駆動型注入方法は、ＢＧＥの導電性に関係なく分離通路へ試料を送入する為、試料の塩分含有量により分析物注入が妨げられる。

図１４Ａ及び１４Ｂは、両方の注入方法を使用した、１００ｍＭの塩化ナトリウムを含有する試料の分析から得られる電気泳動図を示している。ナトリウムイオンは、質量分光分析計により検出されうる電気噴霧プロセスの間にギ酸ナトリウムのクラスタを発生させる。ＥＫ注入（図１４Ａ）については、ナトリウムのバンドと非常に少量の最高移動度アミノ酸（Ｋ，Ｒ，Ｈ）のみが検出されている。新規の圧力駆動型注入方法（図１４Ｂ）については、さらに大きいナトリウムのバンドが検出されるが、この場合に、図１２Ｂに示されている、塩が無添加の試料の注入と同様の強度ですべてのアミノ酸も検出される。

過渡的等速電気泳動の為の試料での塩の使用について研究が行われた。圧力駆動流を使用してマイクロ流体装置の分離通路へ明確な試料バンドを配置する能力により、他のマイクロ流体注入方法を使用するとより困難である（又は可能ですらない）オンライン試料集束方法の使用が可能である。過渡的等速電気泳動（ｔＩＴＰ）は、キャピラリー電気泳動の為のオンライン試料集束方法としてすでに記載されており、分析物イオンよりも高い電気泳動移動度を有する電解質（先行電解質と呼ばれる）を試料が比較的高濃度で含有する時に使用されうる。これは正確には、上述した高濃度の塩化ナトリウムを含む試料の圧力駆動型注入の際に存在する状況である。ｔＩＴＰの試料集束作用を利用する為、この試料の大きなバンドが一般的に注入される。ここに開示される圧力駆動型注入方法では、上部圧力又は試料装填ステップの期間を変えるだけで試料バンドのサイズを変更する完全な自由度が得られる。図１５Ａ及び１５Ｂに挙げられている結果については、他の変数はすべて保持したままで試料装填ステップの期間が変更された。

図１５Ａ及び１５Ｂは、充分な濃度の先行電解質を含有する大量の試料が注入される時にｔＩＴＰが濃度の上昇する先鋭バンドをもたらす様子を示している。左（図１５Ａ）の電気泳動図は、ｔＩＴＰが行われない長い注入時間では分析物バンドが単純に広くなる様子を示している。この試料は、ＢＧＥに添加される塩は含有していなかった。図１５Ｂの電気泳動図は、ｔＩＴＰが実施される時に分析物バンドが濃度の上昇する狭いバンドに集束する様子を示している。２組の試験の間の唯一の相違は、図１５Ｂの試験に使用された試料に１００ｍＭの塩化ナトリウムを添加したことであった。ナトリウムピークは、図１５Ｂのデータでは、アミノ酸の前に溶出する広いバンドとして見られる。これは、先行電解質バンドがｔＩＴＰの間には集束しないのに対して移動度の低い分析物イオンが先鋭ピークに集束する様子を示している。マイクロチップｔＩＴＰ−ＣＥ−ＥＳＩ−ＭＳに対する塩分含有量の作用は、２０種類のアミノ酸の混合物（１０ｕＭ）に基づくものであった。図１５Ｂの電気泳動図は、充分な濃度の先行電解質を含有する大量の試料が装填される時にｔＩＴＰが濃度上昇の先鋭ピークをもたらす様子を示している。図１５Ｂの試料は、１００ｍＭの塩化ナトリウムを含有していた。これらの注入は、凡例に示されている時間にわたって２ｐｓｉの上部圧力が試料容器に印加された状態で実施された。他のすべての条件は、すべての電気泳動図について同一であった。

１００ｍＭの塩化ナトリウムはｔＩＴＰ−ＣＥ−ＥＳＩ−ＭＳについて充分な結果をもたらしたが、他の電解質が使用されてもよい。ある例については、塩化ナトリウムの代わりに酢酸アンモニウムを使用することにより良好な分離性能が達成されうる。図１６Ａ及び１６Ｂは、二つのｔＩＴＰ−ＣＥ−ＥＳＩ−ＭＳ分離による電気泳動図を示している。両方の試料は、２ｐｓｉで１０秒間注入された１０μＭのアミノ酸混合物であった。図１６Ａの電気泳動図に使用された試料は１００ｍＭの塩化ナトリウムを含有していたのに対して、図１６Ｂの電気泳動図に使用された試料は１００ｍＭの酢酸アンモニウムを含有していた。塩化ナトリウムが注入された試料は異常なピーク形状をもたらし、アミノ酸ピークの底に異常が見られた。酢酸アンモニウムを含有する試料のアミノ酸ピークははるかに良好な（つまり予想される）形状を有していた。このピーク形状の改良は、近隣ピークの間に良好な分解能をもたらした。

別の相違は、アンモニウムイオンはＥＳＩプロセス中に炭酸アンモニウムを発生させる為、ナトリウムイオンのようにＥＳＩ−ＭＳによって検出されないことであった。その為、アンモニウムイオンはＭＳ入口電極の汚損を引き起こす可能性が低い。アンモニウムイオンはナトリウムイオンよりも高い電気泳動移動度を有して、ｔＩＴＰプロセスをより急速に発生させ、移動時間の遅延を少なくする。図１５Ａ及び１５Ｂに示されている二つの試験で最速溶出性のアミノ酸（リシン）の移動時間を比較することにより、これが観察されうる。移動時間はこの例では３秒早かった。試料注入容積が大きいほど作用がより顕著になる。

上記のように、ここに開示される圧力駆動型注入方法は、界面動電注入バイアスに影響されないマイクロ流体ＣＥ分離の為の試料の注入を可能にする。これらの方法は、試料組成に関係なく明確な試料バンドを注入するのに使用されうる。試料バンドのサイズは、注入の圧力及び／又は期間を変更するだけで正確に制御されうる。これらの潜在的な利点は、過渡的等速泳動などのオンチップ試料集束方法を実施するのに理想的な注入方法を生み出す。二つの異なる溶剤容器へ圧力が印加されて、（一般的にはオフチップ）バルブを単独で使用してこれらの圧力を制御することが可能である。こうして、分離通路への試料の正確な装填と、印加圧力のみにより行われる二つの個別ステップで注入十字形のサイドアームからの余剰試料材料の隔離とを可能にする。

上記の説明は例示的に過ぎず、限定と解釈されてはならない。わずかな例示的な実施形態が説明されたが、開示の範囲を実質的に逸脱することなく多くの変形が可能であることを当業者は容易に認識するだろう。本発明は以下の請求項により規定され、請求項の同等物も含まれる。

１０ マイクロ流体装置
２０ ＢＧＥ容器
２０ｃ キャップ
２０ｈ 密閉上部空間
２０ｐ サイドポート
２０ｔ 容器
２０ｗ 容器壁
２１ ＢＧＥ通路
２５ 分離通路
３０ 試料容器
３１ 試料通路
３２ 廃棄物通路
３５ 廃棄物容器
４０ ポンプ
４０ｃ ポンプ通路
４０ｊ ナノジャンクション
５０ エミッタ
５０ｓ 分離後の試料
７０ 加圧ガス供給ライン／高電圧ケーブル
７５ 高電圧ライン
７５ｉ 高電圧入力電極
８０ 共通スリーブ
９０ 加圧ガス源
９１ 減圧装置
９５ 電源
１００ 分析システム
１００ｃ 制御装置
１２０，１３０，１３５ バルブ
１２１，１３１，１３２ ベント
２００ 質量分光分析計
２００ｉ 質量分光分析計の入口
２０１ ハウジング
２０２ 回収装置
２０５ 検出器
２１０ 分析器
２１５ ディスプレイ
２９０ データ処理システム
４１０ プロセッサ
４４８ アドレス／データバス
４５０ 順次圧力駆動型注入制御モジュール
４５１ プラグサイズ調節モジュール
４５２ オペレーティングシステム
４５４ アプリケーションプログラム
４５５ データ
４５８ 入出力装置ドライバ
１２００ 検出器

Claims (36)

1. 試料処理の方法であって、
   バックグラウンド電解質（ＢＧＥ）容器と、廃棄物通路を通して分離通路に接続されている廃棄物容器と、試料通路を通して前記分離通路に接続されている試料容器との流体連通状態にある少なくとも一つの前記分離通路を備えるマイクロ流体装置を用意することと、
   前記ＢＧＥ容器と前記試料容器と任意で前記廃棄物容器とに加圧ガスを同時に印加することにより前記試料容器から前記少なくとも一つの分離通路へ流体試料を注入することと、
   前記ＢＧＥ容器でのガス圧が前記試料容器でのガス圧より高くなるように前記試料容器でのガス圧を低減することにより、前記ＢＧＥ容器から前記少なくとも一つの分離通路へ流体を送達して前記少なくとも一つの分離通路に前記試料のプラグを画定することと、
   前記少なくとも一つの分離通路の中に軸方向電界を発生させることにより、前記分離通路で前記試料の分析物成分を他の試料成分から電気泳動により分離することと、
   （ａ）前記少なくとも一つの分離通路との流体連通状態にある少なくとも一つのエミッタから、分離後の前記分析物成分を電気噴霧することと、
   （ｂ）前記分離通路内にあるか前記分離通路から出る分離後の前記分析物成分に対応する電気信号を測定することと、
   のうち少なくとも一方を実施することと、
   を包含する方法。
2. 前記流体試料の注入と前記ＢＧＥ容器からの流体の送達と前記分析物成分の電気泳動分離とが、前記試料容器に電圧を印加することなく、また前記試料通路に電位勾配を生じずに実行される、請求項１に記載の方法。
3. 前記ＢＧＥ容器からの流体送達中に、前記ＢＧＥ容器でのガス圧が第１ガス圧であって、さらに、
   前記ＢＧＥ容器での前記ガス圧を前記第１ガス圧より低い第２ガス圧まで低減することと、
   前記分離通路に界面動電電圧を印加することと、
   により、前記電気泳動分離を実施することを包含する請求項１に記載の方法。
4. さらに、
   前記ＢＧＥ容器への加圧ガスの印加を終了させることと、
   前記ＢＧＥ容器の前記流体に電圧を印加することと、
   により前記電気泳動分離を実施することを包含する、請求項１の方法。
5. さらに、前記流体試料の注入中に前記加圧ガスが前記試料容器と前記ＢＧＥ容器の少なくとも一方に印加される時間を調節することを包含する、請求項１の方法。
6. さらに、前記加圧ガスが前記ＢＧＥ容器に印加される時間と、前記ＢＧＥ容器内での前記ガス圧の規模とを制御して、前記少なくとも一つの分離通路での前記試料プラグの容積を制御することを包含する、請求項１の方法。
7. さらに、前記ＢＧＥ容器から前記少なくとも一つの分離通路への流体の送達中に前記試料容器への加圧ガスの印加を終了させることを包含する、請求項１の方法。
8. さらに、分離後の前記分析物成分を前記少なくとも一つのエミッタから、前記分析物成分を後で分析する為の回収装置と質量分光分析計の導入口のうち少なくとも一方へ電気噴霧することを包含する、請求項１の方法。
9. 前記電気噴霧が、少なくとも一つのポンプ通路を通して前記少なくとも一つの分離通路に接続され前記少なくとも一つのエミッタを通して前記分析物成分を吐出するポンプを使用することを包含する、請求項８の方法。
10. 前記流体試料の前記注入中の前記ＢＧＥ容器及び前記試料容器での前記ガス圧の各々が０．１ｐｓｉと５０ｐｓｉの間である、請求項１の方法。
11. 前記流体試料の注入中の前記試料容器での前記ガス圧が０．５ｐｓｉと５０ｐｓｉの間であり、前記流体試料の注入中の前記廃棄物容器でのガス圧が前記試料容器での前記ガス圧より低い、請求項１の方法。
12. さらに、前記試料容器から加圧ガスを排出することにより前記ＢＧＥ容器からの流体の送達中に前記試料容器での前記ガス圧を低減することを包含する、請求項１の方法。
13. 前記ＢＧＥ容器からの前記流体の前記注入中に、前記ＢＧＥ容器及び前記試料容器での前記ガス圧の各々が０．５ｐｓｉと５０ｐｓｉの間であり、前記廃棄物容器のガス圧が前記試料及びＢＧＥ容器での前記ガス圧より低い、請求項１の方法。
14. 前記ＢＧＥ容器からの前記流体の前記注入中に、前記ＢＧＥ容器での前記ガス圧が０．１ｐｓｉと１０ｐｓｉの間であり、前記試料容器及び前記廃棄物容器への加圧ガスの印加が終了される、請求項１の方法。
15. 前記ＢＧＥ容器からの前記流体の前記注入中に、前記試料容器及び前記ＢＧＥ容器での前記ガス圧が１秒と３０秒の間の時間にわたって維持される、請求項１の方法。
16. さらに、
    第１加圧ガス供給源と第１バルブと前記ＢＧＥ容器との連通状態にある第１加圧ガス供給管を用意することと、
    前記第１加圧ガス供給源との、又は第２加圧ガス供給源と第２バルブと前記試料容器との連通状態にある第２加圧ガス供給管を用意することと、
    減圧装置と第３バルブと前記廃棄物容器との連通状態にある第３加圧ガス供給管を用意することと、
    前記第１、第２及び第３バルブを開閉して前記ＢＧＥ容器からの前記流体の注入を実施することと、
    を包含する、請求項１の方法。
17. 前記ＢＧＥ容器が、第１箇所で前記分離通路に接続されているＢＧＥ通路との流体連通状態にあり、前記試料通路が第２箇所で前記分離通路に接続され、前記第２箇所が、前記少なくとも一つの分離通路において前記第１箇所に隣接するか前記第１箇所の下流にある、請求項１の方法。
18. 前記試料通路と廃棄物通路とが、前記少なくとも一つの分離通路と交差及び直交する連続流路を画定し、前記少なくとも一つの分離流路において前記ＢＧＥ容器から下流にある箇所で前記流路が前記少なくとも一つの分離通路と交差する、請求項１の方法。
19. さらに、分離後の前記分析物成分の電気噴霧に続いて、電気噴霧後の分析物成分を質量分光分析計へ導入することと、前記質量分光分析計を使用して前記分析物成分に対応する一つ以上の信号を検出することと、前記分析物成分に対応する少なくとも一つの電気泳動図を作成することとを包含する、請求項１の方法。
20. さらに、前記分析物成分の前記電気泳動分離が界面動電注入バイアスに影響されないように、界面動電注入バイアスを導入せずに前記流体試料を注入することを包含する、請求項１の方法。
21. 前記少なくとも一つの分離通路での前記試料の前記プラグが、前記試料の前記分析物成分の電気泳動移動度より高い電気泳動移動度を有する電解質を包含する、請求項１の方法。
22. 前記試料が、アミノ酸、極性代謝物、荷電分子、電気泳動移動度を持つ分子、ペプチド、タンパク質、そして生物流体、血液、血清、尿、乾燥血液、細胞増殖培地、溶解細胞、環境試料、飲料、食品のうち一つ以上から抽出される分子のうち一つ以上を包含する、請求項１の方法。
23. マイクロ流体分析システムであって、
    バックグラウンド電解質（ＢＧＥ）容器と、試料通路を通して少なくとも一つの分離通路に接続されている試料容器と、廃棄物通路を通して前記少なくとも一つの分離通路に接続されている廃棄物容器との流体連通状態にある前記少なくとも一つの分離通路を包含するマイクロ流体装置と、
    前記ＢＧＥ容器と第１加圧ガス供給源と第１バルブとの連通状態にあって、前記ＢＧＥ容器に延出する電極を有する電圧入力を包含する第１加圧ガス供給導管と、
    前記試料容器と、前記第１加圧ガス供給源又は第２加圧ガス供給源と、第２バルブとの連通状態にある第２加圧ガス供給導管と、
    前記廃棄物容器と第３バルブとの連通状態にある第３加圧ガス供給導管と、
    電圧源と前記第１、第２及び第３バルブとの連通状態にあって、システムの動作中に、前記第１、第２及び第３バルブを起動して前記ＢＧＥ容器と前記試料容器と前記廃棄物容器でのガス圧を制御して、
    前記試料容器から前記少なくとも一つの分離通路へ流体試料を注入し、
    前記少なくとも一つの分離通路において前記試料の分析物成分を他の試料成分から電気泳動により分離する、
    ように構成されている制御装置と、
    を包含し、
    前記ＢＧＥ容器と前記試料容器での前記ガス圧が、前記試料注入中の前記廃棄物容器での前記ガス圧より高く、
    前記少なくとも一つの分離通路へ前記試料を注入するのに界面動電電圧が使用されない、
    マイクロ流体分析システム。
24. 前記試料の注入中に、前記ＢＧＥ容器と前記試料容器での前記ガス圧の各々が１秒と３０秒の間の期間にわたって０．１ｐｓｉと５０ｐｓｉの間であるように前記ＢＧＥ容器と前記試料容器と前記廃棄物容器での前記ガス圧を制御するように前記制御装置が構成されている、請求項２３のシステム。
25. 前記マイクロ流体装置がさらに、
    前記少なくとも一つの分離通路との連通状態にある少なくとも一つのポンプと、
    少なくとも一つのエミッタと、
    を包含し、
    前記システムの動作中に、前記分析物成分が前記少なくとも一つのエミッタから吐出される、
    請求項２３のシステム。
26. システムの動作中に、
    （ｉ）０．１ｐｓｉと５０ｐｓｉの間のガス圧が前記ＢＧＥ容器と前記試料容器で同時に維持されて前記流体試料を前記少なくとも一つの分離通路へ注入し、
    （ｉｉ）前記ＢＧＥ容器での前記ガス圧が前記試料容器での前記ガス圧より高くなるように前記試料容器での前記ガス圧が低減されることにより、前記ＢＧＥ容器から前記少なくとも一つの分離通路へ流体を送達して前記少なくとも一つの分離通路に前記試料のプラグを画定し、
    （ｉｉｉ）前記ガス圧が前記ＢＧＥ容器で低減されるか前記ＢＧＥ容器から除去され、界面動電電圧が前記マイクロ流体装置に印加されて前記電気泳動分離を実施する、
    ように前記制御装置が構成されている、請求項２３のシステム。
27. 前記第１及び第２バルブが、前記制御装置からの制御信号に応じてそれぞれの第１及び第２供給ラインへ加圧ガスを排出するように構成されている三方バルブである、請求項２３のシステム。
28. さらに、前記分析物成分が前記少なくとも一つの分離通路を流れる際に光学検出器が前記分析物成分からの放射を測定する構成となるように配置されている光学検出器を包含する、請求項２３のシステム。
29. 質量分光分析計システムであって、
    質量分光分析計と、
    前記質量分光分析計に内蔵されるか前記質量分光分析計との連通状態にあるマイクロ流体装置であって、バックグラウンド電解質（ＢＧＥ）容器と、試料通路を通して少なくとも一つの分離通路に接続されている試料容器と、廃棄物通路を通して少なくとも一つの分離通路に接続されている廃棄物容器との流体連通状態にある少なくとも一つの分離通路を包含するマイクロ流体装置と、
    第１バルブと前記ＢＧＥ容器との連通状態にある第１ガス導管と、
    前記ＢＧＥ容器に延出する電極を包含する電圧入力と、
    第２バルブと前記試料容器との連通状態にある第２ガス導管と、
    第３バルブと前記廃棄物容器との連通状態にある第３ガス導管と、
    前記電圧入力との連通状態にある電圧源と、
    前記第１及び第２ガス供給導管との流体連通状態にある少なくとも一つの加圧ガス源と、
    前記第３ガス導管との流体連通状態にある減圧装置と、
    前記第１、第２、及び第３バルブと前記電圧源とに接続されて、システムの作動中に、
    （ｉ）前記第１、第２、及び第３バルブを起動させて、前記流体試料に電圧勾配を印加せずに前記試料容器から前記少なくとも一つの分離通路へ流体試料を注入し、
    （ｉｉ）前記第１、第２、及び第３バルブのうち少なくとも一つを起動させて前記ＢＧＥ容器から前記少なくとも一つの分離通路へ流体を送達し、前記少なくとも一つの分離通路において前記試料のプラグを画定し、
    （ｉｉｉ）前記少なくとも一つの分離通路において前記試料に軸方向電界を印加し、前記少なくとも一つの分離通路において分析物成分を前記試料の他の成分から電気泳動により分離する、
    ように構成されている制御装置と、
    を包含する質量分光分析計システム。
30. 第１時間間隔にわたって、前記ＢＧＥ容器を第１ガス圧に維持し、前記試料容器を第２ガス圧に維持し、前記第１及び第２ガス圧より低い第３ガス圧に前記廃棄物容器を維持することにより前記流体試料を注入するように前記制御装置が構成されている、請求項２９のシステム。
31. 第２時間間隔にわたって、前記ＢＧＥ容器を前記第１ガス圧に、前記試料容器を前記第１ガス圧より低い第４ガス圧に維持することにより前記流体を前記ＢＧＥ容器から送達するように前記制御装置が構成されている、請求項３０のシステム。
32. 前記電気泳動分離の前又は間に加圧ガスを前記ＢＧＥ容器から排出することにより前記ＢＧＥ容器での前記ガス圧を低減するように前記制御装置が構成されている、請求項３１のシステム。
33. 前記第１及び第２バルブが、それぞれ前記ＢＧＥ及び試料容器からの加圧ガスを排出するように構成されている三方バルブであり、前記第１及び第２バルブを起動させることにより０．１〜３秒以内に前記ＢＧＥ及び試料容器から加圧ガスを排出することにより前記容器のガス圧を制御するように前記制御装置が構成されている、請求項３２のシステム。
34. さらに、少なくとも一つの電気噴霧イオン化エミッタと、前記少なくとも一つの電気噴霧イオン化エミッタと前記制御装置のうち少なくとも一方との連通状態にある少なくとも一つのポンプとを包含し、システムの作動中に、前記ポンプを作動させて前記少なくとも一つの電気噴霧イオン化エミッタを通して前記少なくとも一つの分離通路から分離後の前記分析物成分を電気噴霧するよう前記制御装置が構成されている、請求項２９のシステム。
35. 前記システムの作動中に、前記第１及び第２時間のうち少なくとも一方の期間を調節して前記試料プラグの容積を制御するように前記制御装置が構成されている、請求項３１のシステム。
36. 前記第１及び第２ガス圧の各々が０．１ｐｓｉと５０ｐｓｉの間である、請求項３０のシステム。
    

Images