JP6906542B2 - 試料の特性評価のためのデバイス及び方法 - Google Patents

Description

（関連出願の相互参照）
本出願は、それぞれ「Ｄｅｖｉｃｅｓ，Ｍｅｔｈｏｄｓ，ａｎｄ Ｋｉｔｓ ｆｏｒ Ｓａｍｐｌｅ Ｃｈａｒａｃｔｅｒｉｚａｔｉｏｎ」と題する、２０１５年１１月３０日に出願された米国仮特許出願第６２／２６０，９４４号、及び２０１６年５月１８日に出願された米国仮特許出願第６２／３３８，０７４号の非仮出願であって、これらの利益を主張するものであり、これらの各々の開示は、その全体が参照として本明細書に組み込まれる。

本明細書に記載の幾つかの実施形態は、試料の特性評価のためのデバイス及び方法、ならびにその様々な使用に関する。

より複雑な検体混合物から、検体の固有の性質に基づいて検体成分を分離し、その性質の状態に富化された画分のセットを提供することは、分析化学の重要な部分である。このようにして、複雑な混合物を単純化することにより、下流での分析の複雑さが軽減される。直交する（例えば、異なる及び／又は無関係な性質に基づいて）、２つ以上の富化ステップを行うことが有利な場合がある。しかし、多くの場合、既知の方法及び／又はデバイスを使用して直交型富化ステップを実施するプロセスは煩雑であり、下流の分析機器の感度以上に検体を希釈し得る。加えて、既知の富化方法及び／又はデバイスを分析機器及び／又は技術とインタフェースさせようと試みるときに面倒な問題が生じ得る。

タンパク質試料調製技術を、質量分析計のような下流の検出システムとインタフェースする方法が使用されてきた。一般的な方法は、液体クロマトグラフィを用いて試料を調製し、質量分析（ＬＣ−ＭＳ）のための画分を収集することである。これは、タンパク質試料を消化してペプチド断片にする必要があるという欠点を有し、分析すべき多数の試料画分及び複雑なデータ再構築の後処理につながる。液体クロマトグラフィの特定の形態は質量分析計、例えばペプチドマップ逆相クロマトグラフィに結合することができるが、これら既知の技術は、インタクトタンパク質というよりもペプチド断片の使用に限定され、それにより有用性が制限される。

試料を質量分析計の中に導入する別の方法は、エレクトロスプレーイオン化（ＥＳＩ）である。ＥＳＩでは、キャピラリ又はマイクロ流体デバイスの遠位端にあるサンプル及び溶液の小さな液滴がイオン化されて、質量分析計の帯電プレートへの誘引が誘発される。液滴は次いで、この誘起された電界内で円錐形（「テイラーコーン」）に伸長し、次いで小滴が放出され、分析のために質量分析計の中に入る。これは典型的には、ＥＳＩにとって好都合な容積とサイズを提供するキャピラリ内で行われる。しかしキャピラリは、多段ステップ処理が可能ではない直線状流路を提供する。

他の研究は、マイクロ流体デバイスを用いて追求されてきた。マイクロ流体デバイスは、様々な既知の技術によって製造され、所定幅の流体チャネルを提供することができ、様々な流体操作を行うように設計されたチャネルネットワークを構築することができる。これらのデバイスは、キャピラリよりも更なるレベルの制御と複雑さを提供する。ＥＳＩに関連して、既知のデバイスは、これらのデバイスでのＥＳＩを向上させるために、外向きテーパ状先端部及び導電性エッジを含む。しかし、ＥＳＩに使用される既知のマイクロ流体デバイスの外向きテーパによって、脆弱なテイラーコーン構造は空気乱流による潜在的な外乱にさらされ、限られた範囲の円錐円弧のみをサポートする接触表面形状をもたらし、ＥＳＩを介して質量分析計に導入される容積に対する制御が制限される。加えて、導電性エッジでの水の電気分解は、気泡の形成につながる場合があり、気泡はコーンの発生を妨げる。

タンパク質質量分析の用途の一つは、バイオ医薬品及びバイオシミラ医薬品の開発及び製造中の特性評価である。バイオ医薬品及びバイオシミラ医薬品は、例えば組み換えタンパク質、抗体、生ウイルスワクチン、ヒト血漿由来タンパク質、細胞ベース薬剤、天然由来タンパク質、抗体薬物複合体、タンパク質薬物複合体、及び他のタンパク質薬物を含む、薬物群である。

規制遵守によって、バイオ医薬品には、小分子薬剤には必要とされない、開発及び製造中での広範な検査が必要であることが要求される。これは、例えば、バイオ医薬品を生成するために生体物質を使用すること、生体分子がより複雑であること、製造プロセスがより複雑であることに起因して、バイオ医薬品の製造がより複雑であるからである。規定されるべき特性には、例えば、電荷、有効性、疎水性変化、質量、及びグリコシル化が挙げられる。現在、これらの試験は互いに独立して行われ、バイオ医薬品の特性を決定するための、非常に時間の掛かる高価な工程をもたらしている。

本明細書に記載の幾つかの実施形態は、検体混合物中の検体の分析を可能にするデバイス及び方法に関する。例えば、生体タンパク質の特定の特性評価の多くが規制当局によって要求されている。本明細書に記載の方法及びデバイスは、タンパク質及び／又は他の検体を特性評価するために好適であり得る。幾つかの実施形態では、本明細書に記載の方法及びデバイスは、検体混合物を分離して富化された検体画分にするために実施される、１つ又は複数の富化ステップを含む検体混合物の特性評価に関連することができる。

場合によっては、これらの検体は、例えばグリカン、炭水化物、ＤＮＡ、ＲＮＡ、インタクトタンパク質、消化タンパク質、抗体薬物複合体、タンパク質薬物複合体、ペプチド、代謝産物、又は他の生物学的に関連する分子であり得る。幾つかの例では、これらの検体は小分子薬剤であり得る。幾つかの例では、これらの検体は、培養物又は生体内内から分離された細胞から回収された生物タンパク質医薬品及び／又は溶解物などのタンパク質混合物中のタンパク質分子であり得る。

本明細書中に記載される幾つかの実施形態は、元の検体混合物からの検体分子のサブセットを含有する画分が一度に１画分ずつ溶出される第１の富化ステップを含むことができ、これらの富化された検体画分は、次に別の富化ステップに供される。最後の富化ステップでは、富化された検体画分は更なる分析のために放出される。

幾つかの実施形態では、富化ステップの１つ以上は、固相分離である。幾つかの実施形態では、富化ステップの１つ以上は、溶液相分離である。

幾つかの実施形態では、最終ステップは、放出前に富化された検体画分を濃縮する。

幾つかの実施形態では、最終富化ステップからの富化された検体画分の実質的に全てが連続流れとなって排出される。幾つかの実施形態では、検体混合物の一部（例えば、関心のある画分）は、質量分析計、又は試料の少なくとも一部を介して分画及び／又は富化するように構成された別のデバイスなどの分析機器とインタフェースするように構成された出口を介して、マイクロ流体デバイスから排出される。検体混合物の別の部分（例えば、関心のある画分以外の画分を含有する）は、廃棄物チャネルを介して排出することができる。

幾つかの実施形態では、排出は圧力、電気力、又はイオン化、又はこれらの組み合わせを用いて実施される。

幾つかの実施形態では、排出はエレクトロスプレーイオン化（ＥＳＩ）を使用して、例えば質量分析計の中へ実施される。幾つかの実施形態において、シース液は、電気泳動分離のための電解質として使用される。幾つかの実施形態では、噴霧ガスが提供されて、検体画分を細かい噴霧にする。幾つかの実施形態では、誘導結合レーザイオン化、高速原子衝撃、ソフトレーザ脱着法、大気圧化学イオン化、二次イオン質量分析、スパークイオン化、熱イオン化などの、他のイオン化法が使用される。

幾つかの実施形態では、富化された画分は表面上に堆積され、マトリックス支援レーザ脱離／イオン化、表面増強レーザ脱離／イオン化、免疫ブロット法等により更に分析される。

本明細書に記載の幾つかの実施形態は、富化された画分の排出前及び排出中に、電気泳動分離において検体を視覚化するためのデバイス及び方法に関する。

本明細書に記載の幾つかの実施形態は、富化ステップの間に検体を視覚化するためのデバイス及び方法に関する。

本明細書に記載の幾つかの実施形態は、富化ゾーン間のチャネル内の検体を視覚化するためのデバイス及び方法に関する。

幾つかの実施形態では、検体の視覚化は、紫外線吸光度、可視光吸光度、蛍光、フーリエ変換赤外分光法、フーリエ変換近赤外分光法、ラマン分光法、光学分光法などの光学検出を介して行うことができる。

本明細書に記載の幾つかの実施形態は、１つ以上の富化ゾーン及び富化された検体画分を排出するためのオリフィスを含有するという点で、検体混合物の分析を可能にするデバイスに関する。幾つかの実施形態では、これらのデバイスは、特定波長の光に対して透過性でない少なくとも１つの層と、その特定の波長に対して透過性である少なくとも１つの層とを含む。富化ゾーンが光学スリットとして機能するように、光に対して透過でない層の１つ以上の部分が１つ以上の富化ゾーンを画定することができる。

幾つかの実施形態では、検体混合物は、デバイスをオートサンプラに接続する管又はキャピラリを通して、デバイスの中に充填することができる。幾つかの実施形態では、検体混合物をデバイス上のリザーバの中に直接装填することができる。

幾つかの実施形態では、サンプルの少なくとも一部をデバイスから排出することができるオリフィスは、皿穴を有し、かつ／又は空気流から遮蔽される。幾つかの実施形態では、このオリフィスは導電性ではない。本明細書で使用する場合、皿穴とは、窪みの側面又は面取りの形状に関係なく、基板の一部がオリフィスを含有する窪みを画定することを意味すると理解されたい。同様に述べると、皿穴は、端ぐり穴、円錐形及び／又は円錐台形の皿穴、半球状穴等を含むと理解されたい。

本明細書に記載の幾つかの実施形態は、不透明材料（例えば、紫外線に対して不透明なソーダ石灰ガラス）で作られた基板を含むマイクロ流体デバイスなどの装置に関する。基板は、マイクロ流体分離チャネルを画定することができる。同様に述べると、マイクロ流体分離チャネルは、基板内部にエッチングされるか、又は別の方法によって基板内に形成され得る。マイクロ流体分離チャネルは、基板の厚みに等しい深さを有することができる。同様に述べると、基板の全体の深さ（例えば、上から下までの全体）をエッチングして、マイクロ流体分離チャネルとすることができる。このようにして、マイクロ流体分離チャネルは、基板を通る光学スリットを画定することができる。透明層（例えば、上部層）を基板の上面に配置し、例えば基板の上面を封止することができる。透明層（例えば、底部層）を基板の底面にも配置し、マイクロ流体分離チャネルの上部及び底部の両方を封止することができる。幾つかの実施形態では、上部層及び／又は底部層の一部のみが透明であってもよい。例えば、上部層及び／又は底部層は、その他の場合には不透明な材料で透明なウィンドウを画定することができ、ウィンドウは、例えば、マイクロ流体分離チャネルへの光学的な接近を提供することができる。

本明細書に記載の幾つかの実施形態は、基板を含むマイクロ流体デバイスなどのデバイスに関する。基板は、１つ以上の富化ゾーン又はチャネルを画定することができる。例えば、基板は、検体に結合するように構成された媒体を含有する第１の富化ゾーンを画定することができる。このような第１の富化ゾーンは、検体混合物をクロマトグラフィ的に分離するのに好適であり得る。この装置は更に、第２の富化ゾーンの両端部に電気的に結合された２つの電極を含むことができる。このような第２の富化ゾーンは、検体混合物を電気泳動的に分離するのに好適であり得る。第２の富化ゾーンは、第１の富化ゾーンと交差することができ、それにより第１の富化ゾーンで検体の画分が分離、濃縮、及び／又は富化された後に、検体は第２の富化ゾーンで更に分離、濃縮、及び／又は富化され得る。デバイスはまた、凹状オリフィスを含むことができる。オリフィスは、第２の富化チャネルの出口とすることができ、基板の、皿穴又は別の方法による凹状表面上、に配置することができる。装置は、検体混合物の一部をＥＳＩを介してオリフィスから排出するように構成することができる。凹部は、ＥＳＩに関連するテイラーコーンの形成のための安定した環境を提供することができ、及び／又は質量分析計の入口ポートを受容するように構成することができる。

本明細書に記載の幾つかの実施形態は、検体混合物を、分離チャネルを含有するマイクロ流体デバイスの中に導入することを含む方法に関する。分離チャネルを横切って電界を印加して、検体混合物の分離を遂行することができる。検体混合物は、分離中に、マイクロ流体デバイスの透明部分を介して画像化することができる。同様に述べると、ウィンドウ及び／又は光学スリットは、分離チャネルへの光学的な接近を提供することができ、分離が起こっている間に分離チャネル全体又はその一部が画像化され得る。検体混合物の画分は、分離チャネルと流体連通しているオリフィスから排出することができる。例えば、ＥＳＩを介して画分を排出することができる。幾つかの実施形態では、テイラーコーンが皿穴表面によって画定される凹部内部に形成されるように、オリフィスをマイクロ流体デバイスの皿穴表面に配置することができる。

本明細書に記載の幾つかの実施形態は、第１の分離チャネル及び第２の分離チャネルを含有するマイクロ流体デバイスの中に検体を注入することを含む方法に関する。第１の分離チャネルは、検体混合物から検体を結合するように構成された媒体を含有することができる。それに応じて、検体混合物がマイクロ流体デバイスの中に注入されると、検体混合物の少なくとも１つの画分がマトリックスに結合し、かつ／又は第１の分離チャネルを通って流れることが阻止され得る。例えば、検体をマイクロ流体デバイスの中に注入することにより、第１の分離チャネル内でクロマトグラフィ分離を行うことができる。検体の少なくとも１つの画分が媒体から移動するように、溶出液をマイクロ流体デバイスの中に注入することができる。第１の分離チャネルは、検体が移動している間に画像化することができる。第１の分離を画像化することは、全列（例えば、全チャネル）画像化及び／又はチャネルの一部分の画像化を含むことができる。画分が第１の分離チャネルと第２の分離チャネルとの交差点に配置されていることを画像化が検出したときに、電界を第２の分離チャネルに印加して、画分が第２の分離チャネルの中に移動するようにすることができる。例えば、幾つかの実施形態では、第１の分離チャネルは、第２の分離チャネルと直交することができる。同様に述べると、第１の分離チャネルと第１の分離チャネルは、Ｔ分岐を形成することができる。画像化は、画分の一部（例えば、関心のある部分）が分岐に位置するときを検出することができる。電界を印加することにより、画分の一部分（かつ場合により、分岐に位置していない画分の他の部分以外）を、第２の分離段階のために第２の分離チャネルの中に移動させることができる。画分の少なくとも一部は、マイクロ流体デバイスから排出され得る。

図１は、一実施形態による、自動的に装填された試料の２次元分離及びＥＳＩのためのデバイスの概略図である。

図２は、一実施形態による、３つの層を有するデバイスの概略分解図である。

図３は、一実施形態による、マイクロ流体デバイスを通る光路の概略図である。

図４は、一実施形態による、自動的に装填されたサンプルの等電点電気泳動（ＩＥＦ）及びＥＳＩのためのデバイスの概略図である。

図５は、一実施形態による、マイクロ流体デバイスの概略図である。

図６は、分析物の特徴付けのための例示的な方法のフローチャートである。

図７は、一実施形態による、マイクロ流体デバイスの概略図である。

図８は、一実施形態による、マイクロ流体デバイスの概略図である。

前述の一般的な記載及び以下の記載はどちらも、具体例であって例示だけを目的としており、本明細書に記載の方法及びデバイスを限定するものではないことを理解すべきである。本出願においては、特に他の記載がない限り、単数形の使用は複数形を含む。また、「又は」の使用は、他の記載がない限り、「及び／又は」を意味する。同様に、「備える（ｃｏｍｐｒｉｓｅ、ｃｏｍｐｒｉｓｅｓ）」、「備えている（ｃｏｍｐｒｉｓｉｎｇ）」、「含む（ｉｎｃｌｕｄｅ、ｉｎｃｌｕｄｅｓ）」及び「含んでいる（ｉｎｃｌｕｄｉｎｇ）」は、限定的であることを意図していない。
（デバイス）
図１は、一実施形態による、自動的に装填された試料の２次元分離及びＥＳＩのためのデバイスの概略図である。マイクロ流体ネットワーク１００は、基板１０２によって画定される。基板は、実施される富化ステップと適合する材料から製造される。例えば、材料の選択に関連して、化学的適合性、ｐＨ安定性、温度、光の様々な波長における透明性、機械的強度等が考慮される。

基板１０２は、ガラス、石英、溶融シリカ、プラスチック、ポリカーボネート、ポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）、ポリジメチルシロキサン（ＰＤＭＳ）、シリコン、ポリフッ素化ポリエチレン、ポリメタクリレート、環状オレフィンコポリマー、環状オレフィンポリマー、ポリエーテルエーテルケトン、及び／又は任意の他の好適な材料から製造することができる。平面基板及び／又は任意の他の好適な材料の、異なる層において異なる特性が所望される場合、材料の混合物を利用することができる。平面基板の異なる層において異なる特性が所望される場合、材料の混合物を利用することができる。

チャネル１０６、１１０、１１４、１１６、１１８、１２４ １２２、１２６、１３２、１３６及び１４０は、マイクロ流体ネットワーク１００を形成し、基板１０２の中に作製される。同様に述べると、基板１０２は、チャネル１０６、１１０、１１４、１１６、１１８、１２４ １２２、１２６、１３２、１３６及び／又は１４０を画定する。

チャネルは、例えばフォトリソグラフィーエッチング、モールディング、機械加工、付加（３Ｄ）印刷等の任意のチャネル作製方法によって基板内に作製することができる。

検体混合物及び外部試薬は、管／導管１１２を通して装填することができ、過剰な試薬／廃棄物は管／導管１３０を通して除去することができる。

管１１２及び１３０は、例えば、溶融シリカ、溶融シリカ毛細管、シリコーン管及び／又はＰＴＦＥ管を含む、実施されるアッセイに適合する任意の材料から製造することができる。

チャネル１１６及び１２４は、検体及び／又は検体の一部（例えば、画分）を分離及び／又は富化するために使用することができる。チャネル１１６及び／又は１２４は、クロマトグラフィ分離（例えば、逆相、免疫沈降、イオン交換、サイズ排除、リガンド親和性、染色性、疎水性相互作用クロマトグラフィ、親水性相互作用クロマトグラフィ、ｐＨ勾配イオン交換、親和性、キャピラリ界面動電クロマトグラフィ、ミセル界面動電クロマトグラフィ、高速液体クロマトグラフィ（ＨＰＬＣ）、アミノ酸分析ＨＰＬＣ、超高速液体クロマトグラフィ、ペプチドマッピングＨＰＬＣ、フィールドフロー分別−マルチアングル光散乱）、又は電気泳動分離（例えば、等電点電気泳動、キャピラリゲル電気泳動、キャピラリゾーン電気泳動、等速電気泳動、キャピラリ界面動電クロマトグラフィ、ミセル界面動電クロマトグラフィ、フローカウンタバランスキャピラリ電気泳動、電界勾配集束、動的場勾配集束）を実施するために使用することができる。例えば、チャネル１１６は、誘導体化又は材料で充填して、第１の富化ステップを実施することができる。

チャネル１１６及び／又は１２４の中に配置される材料は、例えば、疎水性（逆相）、免疫親和性（免疫沈降）、親和性（有効性）、サイズ（サイズ排除クロマトグラフィ）、電荷（イオン交換）、又は他の形態の液体クロマトグラフィに基づいて検体を採取するように選択することができる。

富化材料をチャネル１１６及び／又は１２４内部に配置するために、多くの異なる方法を使用することができる。壁は、例えば、共有結合分子又は吸着分子で直接誘導体化することができ、又はビーズ、ガラス粒子、ゾルゲルなどを誘導体化してこれらのチャネルの中に充填することができる。

試料がチャネル１１６の中に充填された後、洗浄液、次いで溶出試薬を管１１２及びチャネル１１４を通して導入することができる。

溶出プロセスは、チャネル１１６で実施される富化方法に依存する。好適な溶出液を選択して、結合した検体の画分を溶出させることができる。幾つかの富化オプションは、溶出ステップ（例えば、サイズ排除クロマトグラフィ、電気泳動分離など）を必要としない場合がある。

溶出液又は貫流（flow-through）は、チャネル１１８を通ってチャネル１２４の中に流れる。
チャネル１２４は、クロマトグラフィ富化ステップ又は電気泳動富化ステップのいずれかを行うために使用することができる。

電源を使用してリザーバ１０８とリザーバ１２０との間に電界を印加することによって、電気泳動分離をチャネル１２４内で行うことができる。同様に述べると、デバイス１００は、リザーバ１０８及び／又はリザーバ１２０と電気的に接触する電極を含むことができる。電源の電気的接地は、質量分析計の電気的接地に接続され、チャネル１２４から質量分析計への電界の連続性を提供することができる。

ＩＥＦ、等速電気泳動（ＩＴＰ）、キャピラリゲル電気泳動（ＣＧＥ）、キャピラリゾーン電気泳動（ＣＺＥ）等の任意のキャピラリ電気泳動（ＣＥ）電気泳動法を、チャネル１２４で実施することができる。あるいは、チャネル１２４内で非電気泳動富化法を実施することができる。

ＩＥＦ又はＩＴＰの場合、濃縮された精製試料バンドは、例えば合流部１２６への圧力手段又は電気的手段によって移動されるであろう。リザーバ１０８及び１３４からのシース溶液は、シース及び陰極液として機能することができる。

シース／陰極液は、電気泳動分離及び質量分析（例えば、ＭｅＯＨ／Ｎ_４ＯＨ／Ｈ_２Ｏ）と適合する任意の塩基性溶液であり得る。陽極液は、任意の酸性溶液（例えば、ｌ０ｍＭリン酸）であり得る。

あるいは、電界を逆転させて陰極液（ＮａＯＨ）をリザーバ１２０に充填することができ、陽極液をリザーバ１０８及び１３４内のシース溶液として使用することができる。

合流部１２６は、富化された検体画分がシース溶液と混合する場所である。チャネル１２４内の検体画分が移動すると、溶液は合流部１２６を通してオリフィス１２８に押し出される。

オリフィス１２８は、基板１０２の表面１２７によって画定される凹部内部に配置することができる。例えば、表面１２７は、皿穴のＥＳＩ表面とすることができる。例えば、図１に示すように、ウェル１０８を介して電気的に接地された富化された検体溶液は、表面１２７によって画定された凹部内部に完全に配置されたオリフィス１２８から発するテイラーコーンを形成することができる。オリフィス１２８及び／又は表面１２７は、ウェル１０８に対して電位差を有することができる質量分析計の入口に向けることができる。噴霧は、円錐構造から質量分析計に向かって分離するときに、基板１０２を出る前に、チャネル１０６及び１４０を通って供給される噴霧ガスにより隣接され得る。噴霧ガスは、任意の不活性又は非反応性ガス（例えば、アルゴン、窒素等）であり得る。

更に、シース液体及び／又は噴霧ガスを使用することにより、最後の「オンデバイス」工程としてイオン欠乏工程の使用を可能にすることができる。シース液は、ＥＳＩの前にＩＥＦ帯電アッセイ濃縮工程の間に失われたイオンポテンシャルを補充することを可能にし、噴霧は、オフライン分析のために微細な霧でサンプルを提供する。

表面１２７上にテイラーコーンを生成することによって、コーンは安定したポケット又は凹部内に形成され、撹乱する気流から保護される。加えて、皿穴を取り囲む円錐形状は、広範囲のテイラーコーン径方向断面に適応して自然に広がる接触面を有し、質量分析計の中に入る流量がより広範囲となることを可能にする。

オリフィス１２８は、質量分析計の入口ポートに近接させて配置することができる。場合によっては、表面１２７は、質量分析計の入口ポートが、表面１２７によって画定される凹部内部に配置され得るように構成することができる。

図２は、一実施形態による、３つの層を有するデバイス２１２の概略分解図である。図２Ａは、一実施形態による、デバイス２１２の上部層２０２を示す。図２Ｂは、一実施形態による、デバイス２１２の中間層２０６を示す。図２Ｃは、一実施形態による、デバイス２１２の底部層２１０を示す。図２Ｄは、一実施形態による、組み立てたデバイス２１２を示す。３つの層２０２、２０６、２１０の各々は、デバイス２１２が実施しようとするアッセイと適合する任意の材料でできていてもよい。

幾つかの実施形態では、層２０２は、光の特定の波長又は波長範囲に対して透明な材料から作製される。本明細書で使用する場合、「透明」とは、材料の一方の側の特定の波長又は波長範囲を有する光の量が、他方の側の検出器によって定量化され得るのに十分な透過率を有することを意味すると理解されたい。場合によっては、透過率が３０％、５０％、８０％、９５％、又は１００％の材料は透明である。幾つかの実施形態では、関心のある波長範囲は、中間紫外線範囲（例えば、２００ｎｍ〜３００ｎｍ）を含み、例えば、ガラス、石英、溶融シリカ、ならびにポリカーボネート、ポリフッ素化ポリエチレン、ポリメタクリレート、環状オレフィンポリマー、環状オレフィンコポリマー及び他の紫外線透過材料など、の材料を透明材料として使用することができる。幾つかの実施形態では、関心のある光スペクトルは、可視スペクトル（例えば、２００〜９００ｎｍ）を超えて拡張される。

貫通孔２０４が層２０２内に作製され、デバイスの外部から下層（例えば、層２０８）内のチャネルネットワークへの圧力及び電気的インタフェースを可能にする。

図２Ｂは、チャネルネットワーク２０８を含有するデバイス２１２の内部中間層２０６を示す。チャネルネットワークは、上部層２０２に作製された貫通孔とインタフェースするように設計されている。チャネルネットワーク２０８は、入口及び出口管／導管２０９と、富化された検体画分を排出するためのオリフィス２０５と、視認可能な富化ゾーン２０７とを含む。富化ゾーン２０７は、その深さが層２０６の全体の厚みであるように作製される。他の実施形態では、ゾーン２０７は、層２０６の全体の厚み未満であり得る。

幾つかの実施形態では、層２０６は、光の特定の波長又は波長範囲に対して不透明及び／又は透明でない材料から作製される。本明細書で使用する場合、「不透明」とは、一方の側の光の量が、他方の側の検出器によって定量化されることを可能にするには不十分な透過率を有し、チャネルネットワーク内のゾーンが層２０６の全体の厚みと同程度に深い領域以外において、この光を効果的に阻止する材料を意味すると理解されたい。

図２Ｃは、デバイス２１２の底部層２１０を示す。底部層２１０は、例えば、固体基板とすることができる。幾つかの実施形態では、底部層２１０は、層２０２と同じ透過率を有する材料から作製することができる。

図２Ｄは、一実施形態による、組み立てられた上部層２０２、中間層２０６、及び底部層２１０を含むデバイス２１２を示す。入口管及び出口管２０９、リザーバ２０４及びオリフィス２０５は、デバイス２１０が組み立てられた後でも依然として接近可能である。幾つかの実施形態では、上部層２０２全体及び／又は底部層２１０全体を透明にすることができる。他の実施形態では、上部層２０２の一部及び／又は底部層２１０の一部は不透明であり、上部層２０２及び／又は底部層２１０の別の部分が透明であり得る。例えば、上部層２１０及び／又は底部層２１０は、デバイス２１２が組み立てられたときに富化ゾーン２０７の少なくとも一部と整列する光学ウィンドウを画定することができる。

図３は、一実施形態による、マイクロ流体デバイス３０２を通る光路の概略図である。図３Ａは、マイクロ流体デバイス３０２の上面図を示す。図３Ｂは、光源３０６と検出器３０８との間に配置されたマイクロ流体デバイス３０２を示す。検出器３０８は、デバイス３０２を通過する光を測定するように配置される。図３には示されていないが、マイクロ流体デバイス３０２は、図１及び図２で説明したのと同様のチャネル構造を有することができるが、参照しやすいようにチャネル構造は示されていない。幾つかの実施形態では、マイクロ流体デバイス３０２の上面の一部は不透明であり、光源３０６から投影された光を完全に又は実質的に覆い隠し、検出器３０８に到達しないようにする。上面の不透明な部分は、試料の特性の検出が望ましくない部分においてデバイスを通る光の透過を実質的に防止する。例えば、チャネル３０４が非透明層の厚み全体を横断するので、幾つかの実施形態では、マイクロ流体デバイス３０２は、１つ以上のチャネル領域３０４にわたって不透明ではない（例えば、一部の光は通過させる）。

幾つかの実施形態では、この透明な（１つ又は複数の）チャネル領域３０４は富化ゾーンであってもよく、ここにおいて光学検出を使用して検体を検出し、富化の進行をモニタし、及び／又はデバイスから排出させる、富化された（１つ又は複数の）検体画分をモニタすることができる。幾つかの実施形態では、透明チャネル３０４を通過する光の量の変化を用いて、検体画分がこのチャネル内にある間に吸光度を測定する。従って、幾つかの実施形態では、（１つ又は複数の）チャネル領域３０４が光学スリットを画定し、それによりマイクロ流体デバイス３０２の一方の側に配置された光源３０６が透明な（１つ又は複数の）チャネル領域３０４のみを通って検出器３０８を効果的に照射する。このようにして、迷光（例えば、透明な（１つ又は複数の）チャネル領域及び／又は試料を完全に通過しない光）を検出器３０８から効果的に遮断することができ、それによりノイズを低減させ、検出器３０８が透明な（１つ又は複数の）チャネル領域３０４内部のサンプルを観察する能力を向上させることができる。幾つかの実施形態では、透明な（１つ又は複数の）チャネル領域３０４は、２つの富化ゾーンの間にあり、上流の富化ゾーンから溶出したときに検体画分を検出するために使用することができる。

（方法）
図６は、一実施形態による、検体混合物富化の方法を示す。この方法は、２０において、検体混合物をマイクロ流体デバイスに装填及び／又は導入することを含む。マイクロ流体デバイスは、図１〜図３を参照して上述したマイクロ流体デバイスと同様であり得る。幾つかの実施形態において、検体混合物は、例えば、グリカン、炭水化物、ＤＮＡ、ＲＮＡ、インタクトタンパク質、消化されたタンパク質、ペプチド、代謝産物、ワクチン、ウイルス及び小分子であり得る。幾つかの実施形態では、検体混合物は、培養細胞の溶解物、体細胞由来の治療剤、又は腫瘍もしくは他の組織由来の細胞などのタンパク質の混合物、バイオ医薬品を含む組み換えタンパク質、血液由来細胞、灌流又は任意の他のソースからのタンパク質混合物であり得る検体混合物は、デバイスに直接装填することができ、又は複数の混合物の連続分析のためにオートサンプラに装填することができる。

マイクロ流体デバイスは、第１の分離チャネル及び／又は富化ゾーンを含むことができる。幾つかの実施形態では、第１の分離チャネル及び／又は富化ゾーンは、クロマトグラフィ分離のために構成することができる。例えば、第１の分離チャネル及び／又は富化ゾーンは、検体混合物からの検体を結合するように構成された媒体を含有することができ、及び／又はそれ以外の場合にはクロマトグラフィ分離を遂行する。２１において、第１の富化を実施することができ、例えば、クロマトグラフィ分離を第１の分離チャネル及び／又は富化ゾーンで行うことができる。検体混合物がタンパク質混合物である実施形態などの幾つかの実施形態では、２１における第１の富化はタンパク質混合物を単純化することができる。２１における第１の富化は、検体の任意の識別可能な性質に基づくことができる。

この富化された検体画分は次いで、２２において溶出される。例えば、溶出液をマイクロ流体デバイスの中に注入して、第１の分離チャネル及び／又は富化ゾーン内部に配置された媒体から富化された検体画分を移動させることができる。幾つかの実施形態では、富化された検体画分の富化及び／又はモビライゼーションを画像化することができる。例えば、上述のように、第１の分離チャネル及び／又は富化ゾーンは、光学スリットを画定することができる。光をマイクロ流体デバイスに投影することができ、検出器が第１の分離チャネル及び／又は富化ゾーンを通過する光を検出することができる。試料又はその一部は、吸光度及び／又は蛍光画像化技術を介して検出することができる。

マイクロ流体デバイスは、第２の分離チャネル及び／又は富化ゾーンを含むことができる。幾つかの実施形態では、第２の分離チャネル及び／又は富化ゾーンは、電気泳動分離のために構成することができる。２３において、例えば溶出液に対して第２の富化を実施することができる。例えば、電界及び／又は電位を第２の分離チャネル及び／又は富化ゾーンを横切って印加することができる。

幾つかの実施形態では、第２の富化は、２３において、検体混合物の画分が第１の分離チャネル及び／又は富化ゾーンと第２の分離チャネル及び／又は富化ゾーンとの交差点に配置されたときに開始することができる。例えば、第１の分離チャネル及び／又は富化ゾーンをモニタ（例えば、画像化）することができ、関心のある画分が交差点に到達したときに電位及び／又は電界を印加することができる。

幾つかの実施形態では、２３における第２の富化は、電荷特性（電荷アイソフォーム）に基づいて富化された画分を提供することができる。そのような富化は、例えば、ゲル等電点電気泳動、モビライゼーションを用いた等電点電気泳動、全カラムイメージングを用いた等電点電気泳動、イオン交換クロマトグラフィ、ｐＨ勾配交換クロマトグラフィ、等速電気泳動、キャピラリゾーン電気泳動、キャピラリゲル電気泳動又は他の、例えば電荷に基づいた富化技術、を含むことができる。

２１における第１の富化はクロマトグラフィ富化として記載され、２３における第２の富化は電気泳動として記載されたが、任意の好適な富化を任意の好適な順序で実施できることを理解されたい。例えば、２１における第１の富化及び２３における第２の富化は、両方ともクロマトグラフィ又は両方とも電気泳動であり得る。別の例として、２１における第１の富化は電気泳動とすることができ、２３における第２の富化はクロマトグラフィとすることができる。

幾つかの実施形態では、１つ以上の富化は、酸化などの疎水性変化に基づいて富化された画分を提供することができる。そのような富化は、例えば、逆相クロマトグラフィ、疎水性相互作用クロマトグラフィ、親水性相互作用クロマトグラフィ、又は例えば疎水性に基づく他の富化技術を含むことができる。

幾つかの実施形態では、１つ以上の富化は、翻訳後修飾、ガラクトシル化、フコシル化、シアリル化、マンノース誘導体及び他のグリコシル化、ならびに糖化、酸化、還元、リン酸エステル化、スルファン化（sulphanation）、ジスルフィド結合形成、アミド分解、アシル化、ペギル化、開裂を含むグリコフォーム、抗体−薬物複合体（ＡＤＣ）、タンパク質−薬物複合体、Ｃ末端リジン処理、他の天然及び非天然起因の翻訳後修飾、及びタンパク質の修飾後に導入された他の化学的及び構造的修飾等、に基づいて富化された画分を提供することができる。そのような富化は、例えば、結合アッセイ等を含むことができる。

幾つかの実施形態では、１つ以上の富化は、酸化などの疎水性変化に基づいて富化された画分を提供することができる。そのような富化は、例えば、逆相クロマトグラフィ、疎水性相互作用クロマトグラフィ、親水性相互作用クロマトグラフィ、又は疎水性に基づく他の富化技術を含むことができる。

幾つかの実施形態では、１つ以上の富化は、突然変異、製造中のアミノ酸置換などによって引き起こされるような、一次アミノ酸配列に基づいて富化された画分を提供することができる。そのような富化は、例えば、電荷アイソフォーム、疎水性変化、又は一次アミノ酸配列の差異を区別することができる他の富化技術による分離を含むことができる。

幾つかの実施形態では、１つ以上の富化は、有効性に基づいて富化された画分を提供することができる。そのような富化は、例えば、バイオアッセイ、酵素阻害アッセイ、酵素活性化アッセイ、競合アッセイ、蛍光偏光アッセイ、シンチレーション近接アッセイ、又は有効性に基づく他の富化技術等を含むことができる。

幾つかの実施形態において、１以上の富化は、親和性に基づいて富化された画分を提供することができる。そのような富化は、例えば、溶液相の標的結合、ビーズベースの標的結合、表面結合標的、免疫沈降、プロテインＡ結合、プロテインＧ結合等を含むことができる。

幾つかの実施形態では、１つ以上の富化は、質量又はサイズに基づいて富化された画分を提供することができる。そのような富化は、例えば、ポリアクリルアミドゲル電気泳動、キャピラリゲル電気泳動、サイズ排除クロマトグラフィ、ゲル浸透クロマトグラフィ、又は質量ベースの他の富化技術を含むことができる。

幾つかの実施形態では、検体混合物は、デバイスから排出される前に３回以上の富化及び／又は富化チャネルを経る。

２４において、富化された検体画分をデバイスから排出すことができる。幾つかの実施形態では、富化された検体画分は、ＩＥＦを介して排出することができる。２４において富化された検体画分を排出することで、排出前に検体画分を濃縮することができる。

幾つかの実施形態では、２４において、エレクトロスプレーイオン化、大気圧化学イオン化等のイオン化技術を使用して検体画分が排出される。

幾つかの実施形態では、２４において、動電学的力又は流体力学的力を用いて、検体画分が排出される。

幾つかの実施形態では、富化されたタンパク質画分は、２４において、質量分析計に結合された形態でデバイスから排出される。

マイクロ流体デバイスから排出された検体（例えば生物学的又はバイオシミラ）の質量は、例えば、飛行時間型質量分析、四重極型質量分析、イオントラップ又はオービトラップ質量分析、飛行距離型質量分析、フーリエ変換イオンサイクロトロン共鳴、共鳴質量測定、ナノメカニカル質量分析によって測定することができる。

幾つかの実施形態では、視覚化されたＩＥＦチャネル（例えば、第１の分離チャネル及び／又は富化ゾーン及び／又は第２の分離チャネル及び／又は富化ゾーン）内のｐｉ範囲をマッピングするためにｐｉマーカが使用される。幾つかの実施形態では、ｐｉマーカ又は両性電解質を使用して、下流の質量分析データにおけるｐｉマーカ又は両性電解質の存在によって、検体のｐｉを決定することができる。

幾つかの実施形態では、モビライゼーション及びＥＳＩ中にＩＥＦをモニタすることができる。このようにして、質量分析データをＩＥＦのピークと相関させることができ、ピーク分解能を維持及び／又は向上させることができる。

幾つかの実施形態において、検体混合物及び／又はその一部は、圧力源を使用してマイクロ流体デバイス内部で移動させることができる。幾つかの実施形態では、モビライゼーションは静水圧で行われる。幾つかの実施形態では、モビライゼーションは化学的固定化である。幾つかの実施形態では、モビライゼーションは動電学的モビライゼーションである。

図７は、一実施形態による、マイクロ流体デバイスの概略図である。マイクロ流体ネットワーク８００は、基板８０２内に配置され、及び／又は基板８０２によって画定される。基板は、実施される富化ステップと適合する材料から製造される。例えば、材料の選択に関連して、化学的適合性、ｐＨ安定性、温度、光の様々な波長における透明性、機械的強度等は、材料を選択する際に重要であり得る。

基板８０２は、ガラス、石英、溶融シリカ、プラスチック、ポリカーボネート、ＰＴＦＥ、ＰＤＭＳ、シリコン、ポリフッ素化ポリエチレン、ポリメタクリレート、環状オレフィンコポリマー、環状オレフィンポリマー、ポリエーテルエーテルケトン、及び／又は、任意の他の好適な材料から製造することができる。平面基板の異なる層において異なる特性が所望される場合、材料の混合物を利用することができる。

チャネル８０６、８０８、８１０、８１１、８１７、８１４、８１２は、チャネルネットワークを形成し、基板８０２の中に作製される（例えば、基板により画定される）。

チャネルは、フォトリソグラフィーエッチング、モールディング、機械加工、付加（３Ｄ）印刷などの任意のチャネル作製方法によって基板内に作製することができる。

検体混合物及び外部試薬は、管８０４を通して装填することができ、過剰な試薬／廃棄物は管８１０及び８１８を通して除去することができる。

管８０４、８１０、及び／又は８１８は、溶融シリカ、溶融シリカ毛細管、シリコーン管、ＰＴＦＥ管等を含む、実施されるアッセイに適合する任意の材料から製造することができる。

チャネル８０６及び８１４は、分離／富化ゾーンとして指定することができる。チャネル８０６及び／又は８１４のいずれかを使用して、クロマトグラフィ分離（逆相、免疫沈降、イオン交換、サイズ排除、リガンド親和性、染色性、疎水性相互作用、親和性、キャピラリ界面動電クロマトグラフィ、ミセル界面動電クロマトグラフィ及び／又は同種のもの）、又は電気泳動分離（等電点電気泳動、キャピラリゲル電気泳動、キャピラリゾーン電気泳動、等速電気泳動、キャピラリ界面動電クロマトグラフィ、ミセル界面動電クロマトグラフィ、フローカウンタバランスキャピラリ電気泳動、電界勾配集束、動的場勾配集束）を実施することができる。例えば、チャネル８０６は、チャネル８０６内の暗い円によって表される第１の富化ステップを実施するために、誘導体化又は材料で充填することができる。

チャネル８０６の中に配置された材料は、疎水性（逆相）、親和性（有効性）、サイズ（サイズ排除クロマトグラフィ）、電荷（イオン交換）、免疫親和性（免疫沈降）、タンパク質−タンパク質相互作用、ＤＮＡ−タンパク質相互作用、アプタマ−塩基捕捉、小分子−塩基捕捉、又は他の形態の液体クロマトグラフィ等に基づいて検体を採取するように選択することができる。

富化材料をチャネル８０６及び／又は８１４内部に配置するために、多くの異なる方法を使用することができる。壁は、共有結合で結合した分子又は吸着した分子で直接誘導体化することができ、又はビーズ、ガラス粒子、ゾルゲル等を誘導体化してこれらのチャネルの中に充填することができ、又はチャネルを、線状ポリアクリルアミド（ＬＰＡ）、ポリビニルピロリドン（ＰＶＰ）、ポリエチレンオキシド（ＰＥＯ）、デキストランなどの線状ポリマー溶液、ポリアクリルアミドなどの架橋ポリマー溶液、液体クロマトグラフィ用マトリックス、又は他の材料、などのふるい材料で満たすことができる。

実施される特定のアッセイに依存して、化学的反応性を有する溶液を添加することができる。場合によっては、材料の誘導体化は、充填された材料に吸着又は共有結合するであろう分子又は材料に化学的に架橋することができる分子を添加することによって、材料がチャネル８０６（又はチャネル８１４）の中に充填された後に起こり得る。例えば、プロテインＡ、プロテインＧ、エポキシなどの抗体結合分子で被覆された材料をチャネル８０６の中に配置することができる。その後の抗体溶液によるリンスにより、抗体で被覆された材料は残り、免疫親和性捕捉に関与することができる。場合によっては、抗体は標的検体又は溶解物と混合することができ、それにより材料上に被覆される前に、抗体が自由溶液中でその標的に結合することができる。

富化材料がデバイスに装填された後、試料は管８０４を介してチャネル８０６の中に充填される。その後、洗浄液及び溶出試薬を管８０４を通してチャネル８０６に導入することができる。

場合によっては、捕捉された材料に結合させるために、検出試薬が添加される。蛍光団、発色団（chromophores）又は他の検出分子などの検出部分をポリペプチドの末端において標的タンパク質へ共有結合的に結合することができる、及びリジン、システイン及び他のアミノ酸部分などのアミノ酸側鎖への結合による、多数の標識試薬が利用可能である。共有結合した検出部分によって、蛍光励起、発色団アッセイ（chromophoric assay）、又は他の間接的手段を通じてタンパク質を検出することが可能になる。場合によっては、標的タンパク質は標識化されないまま残り、２２０ｎｍ、２８０ｎｍ又はタンパク質が光を吸収する任意の他の波長による自然吸光度、又は自然蛍光を通じて検出することができる。場合によっては、タンパク質は、ＳＹＰＲＯ（登録商標）ｒｕｂｙ，Ｃｏｏｍａｓｓｉｅ ｂｌｕｅなどの、非共有結合的に結合した発蛍光性、発色性、蛍光性又は発色団の標識を用いて検出される。

場合によっては、検出を促進するために、検出試薬が直接チャネル８１４に加えられる

溶出プロセスは、チャネル８０６で実施される富化方法に依存する。溶出プロセスは、結合した検体の少なくとも１つの画分を溶出するように選択される。場合によっては、溶出プロセスは、熱及びドデシル硫酸ナトリウム（ＳＤＳ）、又は他の界面活性剤、グリシン、尿素、又は捕捉された検体の放出を誘導する任意の他の方法の組み合わせによって達成することができる。幾つかの富化オプションでは、直接溶出ステップ（例えば、サイズ排除クロマトグラフィ）を必要としない場合がある。場合によっては、溶出の後に変性が続く。

次いで、溶出液は、チャネル８０８を通って、次の分離／富化ゾーンであるチャネル８１４の中に流入する。チャネル８１４は、クロマトグラフィ富化ステップ又は電気泳動富化ステップのいずれかを行うために使用することができる。

電源を使用してリザーバ８１２とリザーバ８１６との間に電界を印加することによって、電気泳動分離をチャネル８１４内で行うことができる。チャネル８０６からの溶出液がチャネル８０８と８１４との交差点を通過するとき、電界を有効にし、検体をチャネル８１４の中に充填することができる。場合によっては、タンパク質検体がＳＤＳのような負に帯電した界面活性剤で飽和されている標準的なゲル電気泳動モードにおけるように、検体は負に帯電している。しかし、チャネル８１４の極性は、例えば、タンパク質検体がセチルトリメチルアンモニウムブロマイド（ＣＴＡＢ）などの正に荷電した界面活性剤で飽和しているシステムに対応するために、容易に逆転することができる。他の場合では、タンパク質検体は、天然ゲル電気泳動におけるように、中性界面活性剤で被覆するか、又は界面活性剤なしとすることができる。この場合、選択された緩衝系におけるタンパク質標的の予想される電荷に基づいて極性が選択され、タンパク質検体がチャネル８１４の中に移動する。

ＩＥＦ、ＩＴＰ、ＣＧＥ、ＣＺＥ等の任意のＣＥ電気泳動法を、チャネル８１４内で実施することができる。あるいは、チャネル内で非電気泳動富化方法を実施することができる。

チャネル８１４内の検体は、全カラム画像化、部分カラム画像化、及び／又は単一点検出によって見ることができる。

場合によっては、チャネル８０６、８１４又はその両方の富化材料を除去して新しい物質で補充することができ、それによりデバイスを別の分析対象サンプルに使用することができる。

場合によっては、図７のようなチャネル設計をデバイス上で複数回繰り返すことができるので、２つ以上の検体試料を並行して分析することができる。

（例）
実施形態の態様は、以下の実施例に照らして更に理解することができるが、これらは決して限定するものと解釈すべきではない。

（実施例１）−質量分析（ＭＳ）の前にチップ上のタンパク質電荷を特性評価する
この例では、図４に示すチャネルネットワークは、標準フォトリソグラフィーエッチング技術を用いて、ソーダ石灰ガラスのプレートから作製され、２８０ｎｍの光に対する非常に低い透過率を有する。富化チャネル４１８の深さは、ガラス層４０２の厚みと同じであり、すなわち富化チャネル４１８は、このガラス板４０２の上部から底部まで全体を通過している。デバイス４００は、デバイス４００の一方の側に配置された光源によって照射され、デバイス４００の反対側に配置された検出器によって画像化することができる。基板４０２は不透明であるが、富化チャネル４１８が光学スリットを画定するので、基板４０２は、富化チャネル４１８を通過しない光を遮断し、迷光を遮断し、画像化プロセスの分解能を向上させることができる。

ガラス層４０２は、２８０ｎｍの光に対して透過性（例えば透明）である２つの溶融シリカ板の間に挟まれている。図２におけるように、上部板は、機器及び利用者がチャネルネットワークとインタフェースするための貫通孔を含有し、底部板は固体である。３枚のプレートを５２０℃で３０分間接合する。入口管及び出口管は、切断されたキャピラリ（１００μｍ ＩＤ、ｐｏｌｙｍｉｃｒｏ）から製造され、チャネルネットワークに結合される。

このデバイスは、窒素ガス供給源、ヒータ、陽圧ポンプ（例えば、Ｐａｒｋｅｒ、Ｔ５−１ＩＣ−０３−１ＥＥＰ）、２つの白金−イリジウム電極（例えば、Ｓｉｇｍａ−Ａｌｄｒｉｃｈ，３５７３８３）で終端する電気泳動電源（Ｇａｍｍ Ｈｉｇｈ Ｖｏｌｔａｇｅ、ＭＣ３０）、ＵＶ光源（例えば、ＬＥＤ、ｑｐｈｏｔｏｎｉｃｓ、ＵＶＴＯＰ２８０）、ＣＣＤカメラ（例えば、ＴｈｏｒＬａｂｓ、３４０ＵＶ−ＧＥ）、及び試料をデバイスに装填するためのオートサンプラ、を含有する機器に搭載される。電源は、質量分析計と共通接地を共有する。機器はソフトウェア（例えば、ｌａｂ Ｖｉｅｗ）を介して制御される。

タンパク質試料は、バイアル瓶の中に配置されオートサンプラに装填される前に、両性電解質ｐＨ勾配及びｐｉマーカとあらかじめ混合される。それらは、オートサンプラから入口４１２を介してマイクロ流体デバイス４００に装填され、富化チャネル４１８を通り、出口４３４を通りデバイスから出て廃棄物４３０となる。

シース／陰極液（５０％ＭｅＯＨ、Ｎ_４ＯＨ／Ｈ_２Ｏ）が２つの陰極液ウェル４０４、４３６に、陽極液（１０ｍＭ Ｈ_３ＰＯ_４）が陽極液ウェル４２６に充填され、加熱窒素ガス供給源が２つのガスウェル４０８、４４０に取り付けられる。

全ての試薬が充填された後、陽極液ウェル４２６及び陰極液ウェル４０４、４３６に電極を接続することで、＋６００Ｖ／ｃｍの電界が陽極液ウェル４２６から陰極液ウェル４０４、４３６に印加され、等電点電気泳動が開始される。ＵＶ光源が富化チャネル４１８の下に整列され、カメラが富化チャネル４１８の上方に配置されて富化チャネル４１８を通過する光を測定し、それによって集束しているタンパク質を吸光度によって検出する。ガラス板４０２は、ソーダ石灰ガラスで作られ、カメラからのあらゆる迷光を遮断するように作用し、富化チャネル４１８を通過しない光がカメラに到達することを阻止し、測定感度を高めている。

集束しているタンパク質の画像は、ＩＥＦの間に連続的及び／又は周期的に捕捉することができる。集束が完了すると、低圧が入口４１２から与えられ、ｐＨ勾配をオリフィス４２４の方向に移動させる。高分解能ＩＥＦ分離を維持するために、電界をこの時点で維持することができる。ＥＳＩプロセス中に富化チャネル４１８を画像化し続けていることを活用して、タンパク質がオリフィス４２４から排出されている間に、各タンパク質のｐｉを決定することができる。

富化されたタンパク質画分は、富化チャネル４１８から合流部４２０の中に移動すると、陰極液ウェル４０４、４３６からシース／陰極液チャネル４０６、４３８を介して合流部４２０に流れることができるシース液と混合される。富化されたタンパク質画分をシース液と混合することで、タンパク質画分を質量分析と互換性のある溶液に入れることができるようになり、集束されたタンパク質に電荷を復元させることができる（ＩＥＦはタンパク質を非荷電状態にする）。

富化されたタンパク質画分は次いで、ガラス板４０２の皿穴表面４２２によって画定され得るオリフィス４２４に続く。富化されたタンパク質画分は、シース液ウェルと質量分析計陰極との間の電界にいったん捕捉されると、テイラーコーンを生成することができる。

溶液が富化チャネル４１８からテイラーコーンを押し続けると、流体の小さな液滴がテイラーコーンから排出され、質量分析計入口に向かって飛行する。窒素ガス（例えば、１５０℃）は、ガスウェル４０８、４４０から流れてガスチャネル４１０、４３２を通り窒素ガスジェットを形成することができ、これがテイラーコーンに隣接し、それによりテイラーコーンから放出される液滴をマイクロ流体デバイスから出る前に細かい霧に変換することができ、それにより質量分析計での検出を補助することができる。入口４１２からの圧力を調整することにより、テイラーコーンのサイズを必要に応じて適合させ、質量分析計における検出を改善することができる。

（実施例２）−逆相→ＩＥＦ→ＭＳ
実施例２は実施例１と同様であり得るが、図１を参照して説明する。チャネル１１６は、Ｃ１８で誘導体化されたゾルゲルが充填された第１の富化ゾーンであり得る。タンパク質を装填した後、一定量の溶出液（ＩＥＦ両性電解質及び標準を有するＭｅＣＮ／Ｈ_２Ｏ）がチャネル１１６の中に充填されて、ゾルゲルに捕捉された最も疎水性の低いタンパク質を溶出することができる。溶出液は、実施例１に記載したように、ＩＥＦ、ＵＶ吸光度モニタリング及び最後にＥＳＩが行われる第２の富化ゾーンであり得るチャネル１２４に向けられる。第１の溶出液のＥＳＩがいったん完了すると、次に一定量のより高い濃度のＭｅＣＮが使用され、２番目に低い疎水性を有するタンパク質画分が溶出される。

（実施例３）−有効性→ＩＥＦ→ＭＳ
実施例３は実施例２に類似であり得るが、生物学的薬物標的誘導体化ビーズをチャネル１１６の中に充填し、タンパク質を捕捉するために使用することができる。反応の親和性は、溶液相標的（競合的）、塩、ｐＨ等による溶出を通して特性評価される。

（実施例４）−逆相→キャピラリゾーン電気泳動→ＭＳ
実施例４は実施例２と同様であり得るが、図５を参照して説明する。タンパク質混合物は、入口５２１を通って充填され移動し富化ゾーン５１０に至ることができ、タンパク質混合物は、逆相クロマトグラフィのためにＣ１８で誘導体化されたビーズを含有することができる。装填の間、流体はゾーン５１０を通過し、視認領域５１１を通って出口５２２から出て廃棄物となる。視認領域５１０は、２８０ｎｍのＵＶ光に対して不透明なソーダ石灰ガラスでできている内部層を横断し、上部層及び底部層は２８０ｎｍの光に対して透明な溶融シリカからできている。

２８０ｎｍの光源が視認領域５１１の下方に配置され、ＣＣＤ検出器が視認領域５１１の上方に配置される。

２０％のＭｅＣＮ／Ｈ_２Ｏ溶液が入口５２１を通して充填され富化ゾーン５１０を通る。この溶液は、混合物中の最も疎水性が低いタンパク質に対して富化された画分を溶出する。富化されたタンパク質画分が富化ゾーン５１０から出口５２２に移動する際に、視認領域５１１において、富化されたタンパク質画分の２８０ｎｍでの吸光度がモニタされる。画分が富化ゾーン５１０と富化ゾーン５１５との交差点に位置したとき、電源がオンにされて、リザーバ５１４の正電極とリザーバ５０４の接地との間に電界が生成される。この極性は、電源の極性を切り替えることによって容易に逆にすることができる。いったん電界が存在すると、富化されたタンパク質画分は富化ゾーン５１５を移動し、キャピラリゾーン電気泳動によってタンパク質が分離される。分離されたタンパク質は、合流部５１６でシース、電解質溶液と混合し、表面５１８上にテイラーコーンを形成する。
噴霧窒素ガスラインは、ポート５０８及び５２８でデバイスに接続され、チャネル５１２及び５３０を通って移動し、エレクトロスプレーからの材料がオリフィス５２０を介してデバイスから出る際に、その材料に隣接（flank）する。

或いはまた、流体力学的圧力を使用して、富化されたタンパク質画分を富化ゾーン５１５の中に充填することができる。

（実施例５）−免疫沈降→タンパク質溶解物のキャピラリゲル電気泳動
この例では、図７のレイアウトによって表されるマイクロ流体チャネル層は、環状オレフィンコポリマーから作製される。同様に述べると、マイクロ流体デバイス８００の基板８０２はチャネルネットワークを画定する。多くの用途、例えば、蛍光検出が使用される用途では、この材料が検体を検出するために必要な波長範囲の光を透過するならば、単一の材料を用いてマイクロ流体デバイス８００を製造することができる。

プロテインＡ被覆ビーズがチャネル８０６の中に充填される。これらのビーズは、プロテインＡビーズに結合する関心のある標的に対する抗体の溶液でリンスされる。検体検出を妨害する抗体シェディングを減少させるために、抗体は次いで、ジメチルピメリミデート（ＤＭＰ）、ビス（スルホスクシンイミジル）スベレート（ＢＳ３）などの市販の架橋試薬を用いてビーズに対する抗体に共有結合的に架橋される。免疫沈降ビーズが調製され、チャネル８０６に充填された後、溶解物検体試料を管８０４を介して充填することができる。検体が固定化抗体によって捕捉されるのに十分な時間が与えられた後、未結合タンパク質は洗浄され、管８２２を介して廃棄物として除去される。

次に、タンパク質を抗体ビーズから溶出させて分析することができる。溶出は、ドデシル硫酸ナトリウム（ＳＤＳ）の溶液を装填し、１０分間５０Ｃに加熱することによって達成される。いったん放出されると、溶出された検体は、チャネル８０８を通ってチャネル８０８と８１４との交差点に向かって流れる。検体プラグがチャネル８０８と８１４の交差点に到達したとき、リザーバ８１２の負極とリザーバ８１６の正極との間で電界をオンにすると、負に荷電したタンパク質は、発蛍光性タンパク質色素ＳＹＰＲＯ（登録商標）ｒｕｂｙが充填されているチャネル８１４内のデキストラン線状ポリマー溶液を介して移動する。

蛍光標識された標的タンパク質は、チャネル８１４内でのＣＧＥの間に、全カラム画像化を使用して視覚化することができる。同様に述べると、ＳＹＰＲＯ（登録商標）ｒｕｂｙ色素が２８０ｎｍの光で励起され、６１８ｎｍで放射された光が検出器によって測定される間、チャネル８１４の全体を画像化することができる。

（実施例６）−質量分析計インタフェースのないマイクロ流体設計の変形
場合によっては、質量分析計インタフェースの有無によって異なるマイクロ流体層の２つの設計を有することが有利である。いったん検体の特性評価がなされると、確認の特性評価は質量分析データなしで行うことができる。確認の特性評価を、ほとんど同じ設計のマイクロ流体で行うことにより、異常が認識されたとき、質量同定のために質量分析計インタフェースを用いてアッセイをチップに戻すことが簡単になる。これにより、さもなければ、確認データの異常が質量分析データで分析されていることを示すために必要な作業を省略することができる。

一例として、図８は、図４に示すマイクロ流体デバイス４００と同様であって、オリフィス４２４及び皿穴表面４２２のないマイクロ流体設計を示す。検体は、依然としての入口９０４及びチャネル９０６を介して富化チャネル９０８へとチップに導入されるが、分析後、オリフィスでエレクトロスプレーイオン化を実施するのではなく、出口チャネル９１０を通して流れ出る。この設計は通常操作のために実行することができ、その後、質量同定が必要なときには、図４に示すマイクロ流体デバイス４００で同じ富化を行うことができ、図８のマイクロ流体デバイス９００で見られた検体の変種の同定が確保される。

本発明の特定の実施形態の前述の説明は、例示及び説明のために提示されたものである。それらは、網羅的であることを意図しておらず、又は本発明を開示された厳密な形態に限定することを意図しておらず、上述の教示を考慮照すれば多くの修正形態及び変形形態が可能であることは明らかである。様々な実施形態が、特定の特徴及び／又は構成要素の組み合わせを有するものとして説明してきたが、必要に応じて、任意の実施形態からの任意の特徴及び／又は構成要素の組み合わせを有する他の実施形態も可能である。実施形態は、本発明の原理及びその実用的応用を最もよく説明し、それによって当業者が本発明及び様々な実施形態を、企図される特定の用途に適した様々な変更と共に最もよく活用することを可能にするために、選択され記載されている。本発明の範囲は、添付の特許請求の範囲及びそれらの等価物によって定義されることが意図される。

上述の方法及び／又は概略図が、特定の順序で生じる特定のイベント及び／又はフローパターンを示す場合、特定のイベント及び／又はフローパターンの順序を変更することができる。加えて、特定のイベントは、可能な場合には並行プロセスで同時に実行することもでき、順次実行することもできる。実施形態を詳細に示し説明してきたが、形式及び詳細において様々な変更を行うことができると理解されよう。

本明細書中に引用された全ての特許、特許出願、刊行物及び参考文献は、個々の刊行物又は特許出願が参照として組み込まれることを具体的かつ個別に指示したことと同程度に、参照として明示的に組み込まれる。

Claims (14)

1. （ａ）検体混合物を、分離チャネルを含むマイクロ流体デバイスに導入する段階と、
   （ｂ）前記分離チャネルの間に電界を印加して、等電点電気泳動により、前記検体混合物を富化された検体のフラクションに分離する段階と、
   （ｃ）前記検体混合物の分離、及び、この後の前記分離チャネルの内部における前記富化された検体のフラクションの移動を、前記マイクロ流体デバイスの透明な部分を介して、画像化する段階と、
   （ｄ）分離された検体混合物にシース流体電解質を導入して、前記富化された検体のフラクションの実質的にすべてを、移動させ、前記分離チャネルと直線状に並ぶ単一のオリフィスからエレクトロスプレーイオン化を介して質量分析計に排出する段階と、
   （ｅ）前記（ｃ）における前記分離チャネルの画像化により検出された特定の富化された検体のフラクションに対する吸収ピークと、該特定の富化された検体のフラクションに対する質量分析計のデータと、を関連付ける段階と、
   を含む、
   ことを特徴とする方法。
2. 前記マイクロ流体デバイスが、第１の分離チャネル及び第２の分離チャネルを含む、請求項１に記載の方法。
3. 前記電界を印加して前記第２の分離チャネルにおいて等電点電気泳動による前記検体混合物の分離を実行する前に、前記第１の分離チャネルにおいて前記検体混合物をクロマトグラフィにより分離する段階、をさらに含む、請求項２に記載の方法。
4. 前記富化された検体のフラクションの実質的にすべてが連続した流れとなって前記オリフィスから排出される、請求項１に記載の方法。
5. 両性電解質及び等電点（ｐＩ）マーカを、前記分離チャネルに導入して該分離チャネルにおけるｐＨ勾配を生成しかつ該分離チャネルにおけるｐＩ範囲をマッピングする前に、前記検体混合物と混合する段階、をさらに含む、請求項１に記載の方法。
6. 前記検体混合物がインタクトタンパク質を含む、請求項１に記載の方法。
7. 前記シース流体電解質の導入は、前記分離チャネルの下流にある合流領域に流体結合された電解質チャネルから、シース流体電解質溶液を流すことにより、実行される、請求項１に記載の方法。
8. イオンポテンシャルの補充が、前記シース流体電解質の導入によって前記マイクロ流体デバイスに生ずる、請求項１に記載の方法。
9. 前記マイクロ流体デバイスが、前記分離チャネル、前記オリフィス及び前記シース流体電解質のチャネルを含む、請求項７に記載の方法。
10. 前記分離チャネルと前記シース流体電解質のチャネルとが前記合流領域において交差する、請求項９に記載の方法。
11. 前記合流領域が、前記分離チャネルに印加される前記電界の内部に含まれる、請求項１０に記載の方法。
12. 前記合流領域が、前記分離チャネル及び前記オリフィスと直線状に並ぶ、請求項１０に記載の方法。
13. 前記マイクロ流体デバイスが、シース流体電解質のチャネルに沿って電界を発生させる２つの電極を含む、請求項１に記載の方法。
14. 前記マイクロ流体デバイスが、検体を導入するチャネルとイオン化のための噴霧ガス搬送チャネルとをさらに含む、請求項９に記載の方法。
    

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