JP6930978B2 - 固相マイクロ抽出用コーティング - Google Patents

Description

発明の詳細な説明

関連出願の相互参照
本出願は、参照により本明細書に組み込まれる、２０１６年３月２日に出願された米国特許仮出願第６２／３０２７１０号の優先権の利益を主張する。

分野
本開示は固相マイクロ抽出用コーティングに関する。

背景
以下の段落は、その中で述べられるいずれかが先行技術または当業者の知識の一部であることを容認するものではない。

固相マイクロ抽出（ＳＰＭＥ）は、様々な分析法において使用され得るサンプル調製のための手法である。ＳＰＭＥデバイスは、担体上に存在する抽出用コーティングを含む。抽出用コーティングは吸着性または吸収性粒子を含み、これらの粒子は様々な幾何形状を有し得る。ＳＰＭＥデバイスを直接マトリックス中に、またはそのヘッドスペース中にある一定期間曝露すると、サンプルマトリックス中に含まれる分析物が抽出および濃縮される。

ＳＰＭＥプロセスは、マトリックスから抽出相上または抽出相内への分析物の分配によって支配され、分析物の抽出効率は、抽出用コーティング中に存在する吸着性粒子または吸収性粒子に対する分析物の親和性に依存する。

抽出相上または抽出相内へ分析物を抽出および濃縮した後、ＳＰＭＥデバイスは、分析物が脱離および分析される分析デバイス内に配置され得る。あるいは、分析物は、別々に脱離され得、別々に分析され得る。

序論
以下の導入は、読者を本明細書に導くものであって、いかなる発明も定義するものではない。以下または本文書の他の部分に記載の装置要素または方法ステップの組み合わせあるいはサブコンビネーションにおいて、１つまたは複数の発明が存在し得る。本発明者らは、そのような１つまたは複数の他の発明を特許請求の範囲に単に記載しないことによって、本明細書に開示の１つまたは複数のいかなる発明に対するそれらの権利も放棄しない。

ＳＰＭＥは、サンプリングおよびサンプル調製を単一のステップに統合する。この理由で、ＳＰＭＥ用コーティングは、分析デバイスによって、または分析デバイスの前に使用されるサンプルマトリックス、分析デバイスおよび脱離プロセスと適合しなければならない。ＳＰＭＥデバイスが、劣化することなく、分析デバイスにおいて誤差または不正確な読み取り値、あるいはその両方を生じる恐れのあるマトリックスの成分を蓄積することなく複数回使用できることも望ましい。

既知のＳＰＭＥ用コーティングに関連する１つまたは複数の短所に対処し、あるいはこれらを改善するＳＰＭＥ用コーティングを開発することが望ましい。例えば、（ａ）複数の異なるサンプルマトリックスと適合する、（ｂ）従来はＳＰＭＥデバイスと適合しなかったサンプルマトリックスと適合する、（ｃ）複数の異なる分析デバイスと適合する、（ｄ）従来はＳＰＭＥデバイスと適合しなかった分析デバイスと適合する、（ｅ）複数の異なる脱離法と適合する、（ｆ）従来はＳＰＭＥデバイスと適合しなかった脱離法と適合する、または（ｇ）これらの任意の組み合わせであるＳＰＭＥ用コーティングを開発することが望ましい。

分析物の脱離の後、検出ステップ（質量分析法など）が、その間の任意選択の分離ステップ（クロマトグラフィーなど）と共に続き得る。いくつかの例では、分析物が、ＳＰＭＥ用コーティングから直接脱離されて、分離ステップを省いて検出器（質量分析計など）に送られてもよい。ＳＰＭＥ用コーティング上またはＳＰＭＥ用コーティング内へ吸着または吸収される分析物は、加熱脱離、溶媒脱離またはその両方を使用して脱離され得る。脱離法は、分離／検出システム、ＳＰＭＥ用コーティングまたはその両方によって決定され得る。例えば、ＳＰＭＥ用コーティングは、コーティングが熱に不安定である場合、加熱脱離と適合しない場合があり、かつ／または、有機溶媒に曝露されたときにコーティングの化学組成が変化する場合、有機溶媒脱離と適合しない場合がある。加熱脱離および溶媒脱離の両方において使用され得るＳＰＭＥ用コーティングは、例えば、液体クロマトグラフィーおよびガスクロマトグラフィーの用途の両方において使用され得るため、サンプルマトリックスから得ることができる化学情報の量を拡大する。

本開示によるＳＰＭＥ用コーティングは、巨大分子および／または他の生体成分を含む生体サンプルと適合し得る。そのようなＳＰＭＥ用コーティングは、それらの表面への巨大分子および／またはマトリックス成分の蓄積を低減または排除し得る。そのようなマトリックス適合性の特徴を有するＳＰＭＥ用コーティングは、ｉｎ−ｔｉｓｓｕｅサンプルまたはｉｎ ｖｉｖｏサンプルからの分析物など、中〜低揮発性の分析物をより多く抽出し、かつ／またはより正確な分析を実現し得る。例えば、そのようなＳＰＭＥ用コーティングはメタボロミクスまたは非標的分析において有用であり得、これらにおいては、様々な分析物を同定するために、コーティングが幅広い中〜低揮発性の分析物を抽出する一方で、さらにコーティング表面への巨大分子および／またはマトリックス成分の蓄積を低減または排除し、かつ様々な脱離の方策と適合することが望ましい。

本開示は、既知のＳＰＭＥ用コーティングに関連する１つまたは複数の短所に対処し、あるいはこれらを改善することを試みるＳＭＰＥ用コーティングを提供する。本開示によるＳＰＭＥ用コーティングは、加熱脱離法（ｔｈｅｒｍａｌ−ａｓｓｉｓｔｅｄ ｄｅｓｏｒｐｔｉｏｎ ｔｅｃｈｎｉｑｕｅ）、溶媒脱離法（ｓｏｌｖｅｎｔ−ａｓｓｉｓｔｅｄ ｄｅｓｏｒｐｔｉｏｎ ｔｅｃｈｎｉｑｕｅ）またはその両方と適合するフルオロカーボンポリマー内に固定された粒子収着性材料を有する抽出用コーティングを含む。

フルオロカーボンポリマーは、典型的には、非フルオロカーボン材料と相互作用しないことを特徴とする。しかし、本開示の著者らは驚くべきことに、本開示によるフルオロカーボンポリマーが、非フルオロカーボンベースの粒子収着性材料を担体に固定できたことを明らかにした。さらに、フルオロカーボンポリマーは疎水性である。したがって、フルオロカーボンポリマーが、極性を有する粒子収着性材料を適切に埋め込み、それらを担体に固定するとは予想されなかった。さらにいっそう驚くべきことに、著者らは、極性の粒子収着性材料が埋め込まれ得ることを明らかにした。

別の態様では、本開示は、担体、および担体の少なくとも一部を覆う抽出用コーティングを含むＳＰＭＥサンプリング装置を提供する。抽出用コーティングは、加熱脱離法、溶媒脱離法またはその両方と適合するフルオロカーボンポリマー内に固定された粒子収着性材料を含む。

さらに別の態様では、本開示は、ＳＰＭＥ用コーティングを製造する方法を提供する。この方法は、フルオロカーボンポリマーおよび粒子収着性材料を溶媒中で混合するステップと、混合物を担体に塗布して、実質的に均一なＳＰＭＥ用コーティング層を形成するステップと、溶媒を除去するステップとを含む。溶媒はフルオロカーボンベースの流体であり得る。フルオロカーボンポリマーは、フルオロカーボンベースの流体に可溶であり得、これは、フルオロカーボンポリマーを硬化せずにコーティング層の形成を可能にする。

さらに別の態様では、本開示は、小分子分析物など、サンプルから分析物を抽出する方法を提供する。この方法は、ＳＰＭＥサンプリング装置を分析物に曝露するステップを含み、ＳＰＭＥサンプリング装置は、担体、および担体の少なくとも一部を覆う抽出用コーティングを含む。抽出用コーティングは、加熱脱離法、溶媒脱離法またはその両方と適合するフルオロカーボンポリマー内に固定された粒子収着性材料を含む。本開示の著者らは、例示的なサンプリング装置が、分析物に対する障壁として作用することなく、タンパク質および細胞などの巨大分子を含む生体マトリックスから、（幅広い極性および／または分子量を有する）分析物を抽出できたことを明らかにした。

本開示の著者らは、例示的な親水性−親油性バランス（ＨＬＢ）粒子および少なくとも１つの例示的なフルオロカーボンポリマーの組み合わせが、ガスクロマトグラフィー、液体クロマトグラフィー、キャピラリー電気泳動、およびクロマトグラフィー分離を省くことによる分析装置（質量分析計など）との直接連結において使用され得ることを明らかにした。
ここで、添付の図面を参照して、本開示の実施形態を単なる例として説明する。

本開示による例示的なＳＰＭＥ装置の写真である。ＳＰＭＥ装置は、繊維として成形されたステンレス鋼担体上に被覆された、ＰＴＦＥ ＡＦ２４００およびＨＬＢ粒子を含む９０μｍ厚の抽出用コーティングを有する。 本開示による例示的なＳＰＭＥ装置の断面を示す電子顕微鏡画像である。ＳＰＭＥ装置は、ＰＴＦＥ ＡＦ２４００およびＨＬＢ粒子を含む９０μｍ厚の抽出用コーティングを有する。 ＰＴＦＥ ＡＦ２４００およびＨＬＢ粒子を含む抽出用コーティングで被覆された炭素繊維ファブリックの写真である。 図３に示す被覆されたファブリックの１００倍の拡大像を示す電子顕微鏡画像である。

詳細な説明
一般に、本開示は、ＳＰＭＥサンプリング装置のための抽出用コーティングを提供し、抽出用コーティングは、加熱脱離法、溶媒脱離法、固体サンプル脱離法またはこれらの組み合わせと適合するフルオロカーボンポリマー内に固定された粒子収着性材料を含む。抽出用コーティングは「ＳＰＭＥ用コーティング」と呼ばれることもある。

粒子収着性材料は、固相抽出カラムまたは分配クロマトグラフィー（液体クロマトグラフィーなど）において使用され得る材料であり得る。粒子材料は、例えば、粒子、ナノシートおよび／またはナノチューブであり得る。上で述べたように、本開示の著者らは驚くべきことに、いくつかの例示的なフルオロカーボンポリマーが粒子収着性材料を担体に固定できたことを明らかにした。さらにいっそう驚くべきことに、著者らは、極性の粒子収着性材料が担体に固定され得ることを明らかにした。収着性材料は吸着性または吸収性であり得、「吸着性または吸収性材料」と呼ばれることもある。

本開示によるフルオロカーボンポリマーは、フルオロカーボンポリマー内のすべてのＣ−Ｆ結合およびＣ−Ｈ結合のうちの５％未満がＣ−Ｈ結合である、炭素−フッ素（Ｃ−Ｆ）結合および炭素−水素（Ｃ−Ｈ）結合を有するポリマーを指す。本開示によるフルオロカーボンポリマーのいくつかの特定の例は、Ｃ−Ｈ結合を実質的に有しない。

本開示によって意図される加熱脱離法および溶媒脱離法は、ガスクロマトグラフィー装置、液体クロマトグラフィー装置またはキャピラリー電気泳動装置などの分析装置に固体サンプルを導入するために使用され得る技術を含む。

加熱脱離法と「適合する」抽出用コーティングは、加熱脱離条件（ｔｈｅｒｍａｌ ｄｅｓｏｒｐｔｉｏｎ ｃｏｎｄｉｔｉｏｎ）に曝露されたときにその重量の５％未満を失うコーティングを指す。最高約３１０℃までの温度に曝露されたときにその重量の５％未満を失う抽出用コーティングは、ＳＰＭＥ用の一般的な加熱脱離法と適合すると見なしてもよい。

溶媒脱離法と「適合する」抽出用コーティングは、溶媒または溶媒の混合物に曝露されたときに膨潤しないコーティングを指す。一般に使用される液体クロマトグラフィーが曝露されたときに膨潤しない抽出用コーティングは、一般的な溶媒脱離法と適合すると見なしてもよい。例示的な溶媒は、約０．０１〜約１４のｐＨを有し得、短鎖アルコール、炭化水素（脂肪族、環状、芳香族）、水、塩素化溶媒、エステル、エーテル、ニトリルおよびこれらの組み合わせを含み得る。

抽出用コーティングはまた、電熱気化、アークおよびスパークアブレーション、レーザーアブレーション、グロー放電、マトリックス支援レーザー脱離／イオン化（ＭＡＬＤＩ）または脱離エレクトロスプレーイオン化（ＤＥＳＩ）などの１つまたは複数の他の周知の固体サンプル脱離法とも適合し得る。これらの方法のうちの１つと「適合する」抽出用コーティングは、その方法の適用によって、抽出された分析物を効率的に放出するコーティングを指す。

フルオロカーボンポリマーは、脱離法における所望の安定性、サンプルマトリックスとの所望の生体適合性、吸着性もしくは吸収性材料における所望の固定化特性、またはこれらの任意の組み合わせに基づいて選択され得る。フルオロカーボンポリマーは、フルオロカーボンモノマー、またはフルオロカーボンモノマーを含むモノマーの混合物の重合によって生成されたポリマーを含み得る。モノマーは、例えば、フッ化ビニル（ＶＦ１）、フッ化ビニリデン（ＶＤＦ）、テトラフルオロエチレン（ＴＦＥ）、ヘキサフルオロプロピレン（ＨＦＰ）、パーフルオロプロピルビニルエーテル（ＰＰＶＥ）、パーフルオロメチルビニルエーテル（ＰＭＶＥ）またはクロロトリフルオロエチレン（ＣＴＦＥ）であり得る。モノマーの混合物は、例えば、ＶＦ１、ＶＤＦ、ＴＦＥ、ＨＦＰ、ＰＰＶＥ、ＰＭＶＥ、ＣＴＦＥまたはこれらの任意の組み合わせを含み得、フルオロカーボンポリマー内のすべてのＣ−Ｆ結合およびＣ−Ｈ結合のうちの５％未満がＣ−Ｈ結合である限り、エチレン（Ｅ）および／またはプロピレン（Ｐ）を任意選択で含み得る。

特定の例では、フルオロカーボンポリマーは、ポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）、フッ化エチレンプロピレン（ＦＰＥ、商品名Ｔｅｆｌｏｎ（登録商標））、フルオロエラストマー［テトラフルオロエチレン−プロピレン］（ＦＥＰＭ、商品名ＡＦＬＡＳ（登録商標））もしくはこれらの任意の組み合わせのポリマー、またはこれらを含むコポリマーであり得る。例えば、フルオロカーボンポリマーは、Ｔｅｆｌｏｎ ＡＦ ２４００（これは、２４０℃のＴｇを有し、ＰＴＦＥ ＡＦ２４００とも呼ばれる。）またはＴｅｆｌｏｎ ＡＦ １６００（これは、１６０℃のＴｇを有し、ＰＴＦＥ ＡＦ１６００とも呼ばれる。）などのＴｅｆｌｏｎ Ａｍｏｒｐｈｏｕｓ Ｆｌｕｏｒｏｐｌａｓｔｉｃ（Ｔｅｆｌｏｎ ＡＦ）配合物であり得る。ＰＴＦＥ ＡＦ ２４００は、テトラフルオロエチレン（１３％）および２，２−ビストリフルオロメチル−４，５−ジフルオロ−１，３−ジオキソール（８７％）のコポリマーである。ＰＴＦＥ ＡＦ １６００は、テトラフルオロエチレン（３５％）および２，２−ビストリフルオロメチル−４，５−ジフルオロ−１，３−ジオキソール（６５％）のコポリマーである。サンプルマトリックスが抽出用コーティングに付着する可能性を低減または回避することが望ましいとき、これらの例示的なフルオロカーボンポリマーは、非フルオロカーボンポリマーと比較して特に有益である。

吸着性または吸収性材料は、抽出される所期の分析物の特徴および所期の脱離の方策に基づいて選択され得る。吸着性または吸収性材料は、サンプルマトリックスからの抽出および除去において分析物を吸着または吸収するので、抽出材料と見なしてもよい。いくつかの例では、収着性材料は、メソ細孔、マクロ細孔またはマイクロ細孔を有する多孔質材料であり得る。いくつかの例では、細孔は、約１０Å〜約１０，０００Åの直径を有し得る。そのような細孔は、吸着性または吸収性材料上あるいは吸着性または吸収性材料内へ分析物が抽出されることを可能にする。細孔は、好ましくは、約１００Å〜約１８０Åであり得る。これらの孔径は、検出可能になるのに十分な分析物を吸着または吸収するのに十分な表面積をもたらす一方、ミクロ凝集が低減または回避されるように脱離を可能にする適切なサイズでもある。標的分析物がタンパク質またはペプチドなど、大きな生体分子であるときは、より大きい孔径が望ましいことがある。粒子収着性材料の表面積は約１０ｍ^２／ｇ〜約３０００ｍ^２／ｇであり得る。例えば、親水性−親油性バランス（ＨＬＢ）粒子の表面積は約２００ｍ^２／ｇ〜約８００ｍ^２／ｇであり得る一方、カーボンナノチューブおよびナノシートの表面積は最大３０００ｍ^２／ｇであり得る。

吸着性または吸収性材料は、フルオロカーボンポリマーに懸濁させた粒子、ナノシートおよび／またはナノチューブであり得る。本開示によるコーティング中で使用され得る粒子は、直径が約１ｎｍ〜約２０μｍであり得る。好ましくは、粒子は、直径が約２μｍ〜約２０μｍであり得、より好ましくは、直径が約３μｍ〜約１０μｍであり得る。さらにより好ましくは、粒子は、直径が約３μｍ〜約７μｍであり得る。より小さいサイズの粒子は、より大きい粒子よりもコーティング厚さおよびコーティングの均質性に対する影響が小さいため、直径が約３μｍ〜約７μｍの粒子は特に有用であり得る。コーティングの厚さおよび粒子間の相対的なサイズの差に応じて、より小さい粒子を使用すると、より大きい粒子で製造されたコーティングよりも厚さがより均一で、かつ、より均質な粒子分布を有するコーティングが生じ得る。「均一な厚さ」は、担体表面にわたって５％未満変化する厚さを指すと理解されるべきである。粒子は、球形、または実質的に球形であり得る。本開示によるコーティング中で使用され得るナノシートは、厚さが約１ｎｍ〜約１００ｎｍであり得る。本開示によるコーティング中で使用され得るナノチューブは、約１ｎｍ〜約１０ｎｍの直径を有し得る。好ましくは、ナノチューブは、約４ｎｍ〜約６ｎｍの直径を有する。

いくつかの吸着性または吸収性材料では、吸着性材料の最大寸法がコーティングの厚さの約半分未満であるとき、均質なコーティング表面が得られ得る。本開示の文脈において、「均質なコーティング表面」は、担体表面で吸着性または吸収性材料およびフルオロカーボンポリマーの実質的に均一な分布を有するコーティング表面を指すと理解されるべきである。

吸着性または吸収性材料は、所期の脱離法とのその適合性に基づいて選択され得る。吸着性または吸収性材料は、無機（例えば、シリカベースの材料または金属酸化物ベースの材料）、有機（例えば、炭素ベース、ｃａｒｂｏｘｅｎベースまたはジビニルベンゼンベースの材料）、無機／有機ハイブリッド（例えば、シリカおよび有機ポリマー）、または無機材料および有機材料の混合物であり得る。特定の例では、吸着性または吸収性材料は、順相シリカ粒子、Ｃ−１／シリカ粒子、Ｃ−４／シリカ粒子、Ｃ−６／シリカ粒子、Ｃ−８／シリカ粒子、Ｃ−１８／シリカ粒子、Ｃ−３０／シリカ粒子、逆相アミドシリカ粒子、ＨＳ−Ｆ５／シリカ粒子、フェニル／シリカ粒子、シアノ／シリカ粒子、ジオール／シリカ粒子、イオン性液体／シリカ粒子、分子インプリントポリマー粒子、親水性−親油性バランス（ＨＬＢ）粒子、ｃａｒｂｏｘｅｎ １００６粒子、ｃａｒｂｏｗａｘ粒子、ジビニルベンゼン（ＤＶＢ）粒子、オクタデシルシラン粒子、ナノ粒子、加工鉱物ベースの粒子、カーボンナノチューブ、官能化カーボンナノチューブ、グラフェン、酸化グラフェン、官能化グラフェン、量子ドットまたはこれらの任意の組み合わせであり得る。官能化カーボンナノチューブおよび官能化グラフェンは、極性または非極性の官能基で官能化され得る。極性官能基はイオン性であり得る。官能基は、標的化合物または化合物の標的クラスに対する吸着性または吸収性材料の抽出能力を調整するために使用され得る。例えば、アニオン性官能化カーボンナノチューブを使用することによって、カチオン性化合物が抽出の標的にされ得る。ＨＬＢ粒子は、約７００ｍ^２／ｇ〜約９００ｍ^２／ｇの比表面積、約７０オングストローム〜約９０オングストロームの平均細孔径、約１．１５ｃｍ^３／ｇ〜約１．４５ｃｍ^３／ｇの全細孔容積および／または約５．２〜約５．７μｍの平均粒径を有し得る。例示的なＨＬＢ粒子はＷａｔｅｒｓによって製造され、Ｏａｓｉｓ ＨＬＢという商品名で販売されている。Ｏａｓｉｓ ＨＬＢ粒子は、親水性のＮ−ビニルピロリジノンおよび親油性のジビニルベンゼンの２つのモノマーの共重合によって製造される。得られるＨＬＢ粒子は、親水基および親油基の両方を含み、約７６２ｍ^２／ｇの比表面積、約７９オングストロームの平均細孔径、約１．１８ｃｍ^３／ｇの全細孔容積および約５．４７μｍの平均粒径を有する。

上述の吸着性または吸収性材料のいずれも使い捨てのコーティングに使用され得るが、いくつかの吸着性または吸収性材料は、１回を超えて使用されるコーティングにおける使用に適している。例えば、有機部分（Ｃ−１〜Ｃ−３０の炭素鎖、強および弱カチオン部分、または強および弱アニオン部分など）によって官能化された有機または無機ポリマー粒子が、溶媒脱離法において１回を超えて使用され得る。他の例では、炭素ベースの収着剤、無機収着剤、ジビニルベンゼンベースの粒子および親水性−親油性バランス粒子が、加熱脱離法および／または溶媒脱離法で１回を超えて使用され得る。

抽出用コーティングは、目的の任意の分析物をサンプルマトリックスから抽出する前に、標準と共に負荷され得る。内部標準は、サンプル調製、コーティング厚さ、装置の応答、抽出条件、抽出された分析物の脱離、脱離された分析物のイオン化、またはこれらの任意の組み合わせにおける変動を説明するのに役立ち得る。内部標準は、既知の濃度（例えば、５０．０μｇ／Ｌ）の既知の化合物（例えば、コデイン−Ｄ_３、６−アセチルモルフィン−Ｄ_３またはコカイン−Ｄ_３）にコーティングを曝露することによって抽出用コーティング上に負荷され得る。

別の態様では、本開示は、担体、および担体の少なくとも一部を覆う抽出用コーティングを含むＳＰＭＥサンプリング装置を提供し、抽出用コーティングは前述の通りである。

担体は、ＳＰＭＥ用コーティングの堆積に適用できて、かつ所期のマトリックスと共に使用され得るであろう任意の許容される材料から生成され得る。ＳＰＭＥサンプリング装置は、様々な性質または粘度のマトリックスに、異なる担体を使用し得る。担体は、例えば、金属、金属合金、溶融石英、ポリマー（例えば、ポリブチレンテレフタレート）、プラスチック、フルオロ−プラスチック、グラスウール繊維または炭素材料（例えば、炭素繊維ファブリック）を含み得る。ファブリックは、約１００ｇ／ｍ^２〜約３００ｇ／ｍ^２の単位重量を有し得る。ファブリックは、約４００〜約９００ミクロンの厚さを有し得る。金属または金属合金は、例えば、ステンレス鋼、チタン、ニッケル−チタン合金、あるいは当業者に既知のその他の任意の金属または金属合金であり得る。特定の例では、担体は、ニチノールなど、柔軟で不活性な生体適合性のニッケル−チタン合金であり得る。担体は、例えば、組織に挿入されたり、または高速撹拌において使用されたりした後でさえも金属が真直度を維持することを可能にする形状記憶特性を有する金属であり得る。ニチノールは、形状記憶特性を有する金属合金の一例である。担体の幾何形状は、分析されるサンプルマトリックス、使用される脱離技術、またはその両方に基づいて選択され得る。例えば、ｉｎ ｖｉｖｏ組織などの組織内でプローブとして使用される担体は、金属または金属合金を使用して、ニードルまたはブレードの形態に成形され得る。大きく、尖っていない幾何形状を有するプローブと比較して、ニードル状の担体は、サンプリング装置の侵入を軽減しながら、組織へのサンプリング装置の挿入を容易にするであろう。別の例では、（禁止ドーピング剤の尿検査などの）液体サンプル中でプローブとして使用される担体は、カーボンメッシュファブリック、金属メッシュ、ブレードまたは薄膜の形態に成形され得る。そのような担体は、抽出に利用可能な表面積を大きくするであろうし、これは、より良い検出限界につながり得る。

均質なコーティング表面は、厚さが約２μｍ〜約１０００μｍであり得る。この厚さのコーティングは、コーティングによって吸着され得る分析物の総量と、抽出の速度および効率ならびに脱離（これは、抽出用コーティングの厚さに基づく）との間の適したバランスを提供し得る。コーティング厚さは、サンプリング装置の所期の用途に基づいて選択され得る。

さらに別の態様では、本開示は、ＳＰＭＥサンプリング装置を製造する方法を提供する。いくつかの例では、この方法は、フルオロカーボンポリマーおよび収着性材料を溶媒中で混合するステップと、混合物を担体に塗布して、実質的に均一なＳＰＭＥ用コーティング層を形成するステップと、溶媒を除去するステップとを含む。フルオロカーボンポリマーが溶媒に溶解され、溶媒が除去されて固体のフルオロカーボンポリマーが残る方法は、（ｉｎ ｓｉｔｕ重合法を避けることが望ましいとき、吸着性または吸収性材料が、モノマーと反応し得る化学官能基を含む場合、あるいはその両方など）熱硬化を避けることが望ましい場合に有益であり得る。

フルオロカーボンポリマー、収着性材料および溶媒を混合するステップは、任意の順番で実施され得、またはすべて一緒に同時に混合され得る。例えば、フルオロカーボンポリマーが溶媒と混合された後、収着性材料の混合が続き得、あるいはフルオロカーボンポリマーが収着性材料と混合された後、溶媒との混合が続き得、あるいは溶媒および収着性材料が混合された後、フルオロカーボンポリマーの混合が続き得る。

フルオロカーボンポリマーは、フルオロカーボンベースの流体、またはフルオロカーボンベースの流体を含む混合物などの溶媒に溶解され得る。フルオロカーボンベースの流体の例としては、パーフルオロヘキサン（商品名Ｆｌｕｏｒｉｎｅｒｔ（商標）ＦＣ−７２）、パーフルオロ（２−ブチル−テトラヒドロフラン）（商品名Ｆｌｕｏｒｉｎｅｒｔ（商標）ＦＣ−７５）およびパーフルオロトリペンチルアミン（商品名Ｆｌｕｏｒｉｎｅｒｔ（商標）ＦＣ−７０）が含まれる。ＦＣ−７２は、５６℃の沸点を有し、担体を急速に被覆することが望ましく、かつ熱によるコンディショニングを避けることが望ましい場合の方法のために選択され得る。ＦＣ−７５は、より高い沸点およびより遅い蒸発速度を有し、コーティングスラリーがコーティング手順全体を通じて実質的に同じ粘度になるため、よりゆっくりと担体を被覆することが望ましい場合の方法のために選択され得る。熱によるコンディショニングは、より高沸点のフルオロカーボンベースの流体の除去を助けるために使用され得る。

フルオロカーボンポリマーは、フルオロカーボンベースの流体に優先的に溶ける。ハロゲン化溶媒などのさらなる溶媒をフルオロカーボンベースの流体に加えると、フルオロカーボンポリマーの溶解度が低下し得、またはポロゲンとして作用し得るエマルションを生成し得る。溶媒へのポロゲンの含有は、乾燥したフルオロカーボンポリマーの透過性を変化させ、化合物の一クラスに対する抽出選択性を変化させるために使用され得る。例えば、ＦＣ−７２、ＦＣ−７５、ＦＣ−７０またはこれらの任意の組み合わせは、Ｋｒｙｔｏｘ １５７−ＦＳＨ（ＤｕＰｏｎｔ、約７，０００〜７，５００ｇ／ｍｏｌの平均分子量）などのパーフルオロ−ポリエーテルをさらに含み得る。Ｋｒｙｔｏｘ １５７−ＦＳＨはポロゲンとして作用して、特定のクラスの化合物（例えば、ピリジン）がサンプルマトリックスからより優先的に抽出されるのを可能にする乾燥したフルオロカーボンポリマー内の細孔を生じさせ得る。フルオロカーボンベースの流体が蒸発するとき、Ｋｒｙｔｏｘ １５７−ＦＳＨエマルションは、コーティングの一部として残るが、ポリマーまたは付着性材料と反応しないため、続いて除去される。除去されると、フルオロカーボンポリマー内に細孔が残る。

フルオロカーボンポリマーは、約１％〜約２０％ｗｔ／ｗｔの重量パーセントで溶媒に溶解され得る。特定の例では、重量パーセントは、溶媒に対して約２．６重量％のフルオロカーボンポリマーになり得る。溶媒に対して約２．６重量％のフルオロカーボンポリマーを使用すると、コーティングの堅牢性および均質性の両方を可能にする。
特定の例では、ＳＰＭＥ用コーティングは、フルオロカーボン溶媒（例えば、ＦＣ−７２、ＦＣ−７０またはＦＣ−７５）に溶解されたフルオロカーボンポリマー（例えば、ＰＴＦＥ、ＦＰＥまたはＦＥＰＭ）の溶液中の吸着性粒子または吸収性粒子（例えば、Ｃ−１８／シリカ、ジビニルベンゼン、ｃａｒｂｏｘｅｎ １００６またはＨＬＢ）、ナノシート（例えば、グラフェン、酸化グラフェンまたはメソ多孔質炭素）またはナノチューブ（例えば、カーボンナノチューブ）の懸濁液で固体基材を覆うことによって調製され得る。

さらに特定の例では、フルオロカーボンポリマーは、ＰＴＦＥ ＡＦ ２４００などのＰＴＦＥである。ＰＴＦＥ ＡＦ ２４００、およびＨＬＢ粒子などの吸着性粒子または吸収性粒子を使用するとき、ＰＴＦＥ ＡＦ ２４００および吸着性粒子または吸収性粒子は、溶媒に溶解する前のＰＴＦＥ ＡＦ ２４００および吸着性粒子または吸収性粒子の重量に基づいて、約０．５：１〜約２：１（ｗ／ｗ）の比で基材に塗布され得る。より好ましくは、ＰＴＦＥ ＡＦ ２４００および吸着性粒子または吸収性粒子は約１：１（ｗ／ｗ）の比になる。ＰＴＦＥ ＡＦ ２４００は、約１：１００〜約４：１００（ｗ／ｗ）のＰＴＦＥ ＡＦ ２４００対溶媒の比を与えるのに十分な溶媒と混合され得る。より好ましくは、ＰＴＦＥ ＡＦ ２４００対溶媒の比は約２：１００〜約３：１００（ｗ／ｗ）である。さらにより好ましくは、ＰＴＦＥ ＡＦ ２４００および溶媒が混合されて、約２．６重量％のＰＴＦＥ ＡＦ ２４００溶液を生成し得る。上で述べたように、フルオロカーボンポリマーは、フルオロカーボンベースの流体に溶解され得る。ＰＴＦＥ ＡＦ ２４００は、ＦＣ−７２、ＦＣ−７５、ＦＣ−７０またはこれらの任意の混合物に溶解され得る。好ましくは、ＰＴＦＥ ＡＦ ２４００は、パーフルオロヘキサン（Ｆｌｕｏｒｉｎｅｒｔ（商標）ＦＣ−７２）に溶解される。

フルオロカーボンポリマー／収着性材料混合物は、実質的に一定の厚さのコーティングになる任意の方法で担体に塗布され得る。例えば、混合物は、浸し塗り、引き塗り、刷毛塗り、スプレー塗り、スピンコーティングまたはエレクトロスピニングによって担体上に塗布され得る。ファブリック担体については、（５ｍｍ／秒から１５０ｍｍ／秒まで様々な）バーコーターの速度を制御することにより、単層塗布で約５〜約２５０マイクロメートルのコーティング厚さが得られ得る。ファブリック担体は、例えば、２回のバーコーター塗布を使用することによって両側に被覆され得る。

混合物は、所望のコーティング厚さを得るのに十分な数の層など、複数の層で担体に塗布され得る。複数の層で混合物を塗布すると、基材との改善された結合、被覆された領域にわたるより均一なコーティング厚さ、またはその両方を有するコーティングにつながり得る。

フルオロカーボンポリマーは担体に塗布される前に既に重合されているため、ポリマーを硬化させる必要はなく、モノマーが重合または架橋される必要のある方法よりも大幅に速く多層のコーティングが生成され得る。コーティングは、溶媒の蒸発によって担体上に生成される。何の溶媒が使用されるかに応じて、溶媒は、高温で、減圧で、混合物上の（窒素などの）乾燥ガス流によって、被覆されたデバイスを十分な期間放置することによって、またはこれらの任意の組み合わせによって蒸発し得る。いくつかの例では、溶媒は、約３０秒〜約２分の時間の長さで蒸発し得る。特定の溶媒では、蒸発時間は約１分になり得る。パーフルオロヘキサンは、例えば、５６℃の沸点および２５℃で２７ｋＰａの蒸気圧を有し、室温で約１分間放置されると、混合物から蒸発し得る。

フルオロカーボンポリマーベースのコーティングは、収着性材料のないフルオロカーボンポリマーまたは非フルオロカーボンベースの生体適合性ポリマーの層などの生体適合性層でさらに被覆され得る。生体適合性の非フルオロカーボンベースのポリマーの例としては、ポリアクリロニトリル、ポリジメチルシロキサン（ＰＤＭＳ）およびポリピロール（ＰＰＹ）が含まれる。そのようなさらなる生体適合性層は、所期のサンプルマトリックスとの改善された適合性を有するＳＰＭＥ用コーティングにつながり得る。

いくつかの他の例では、ＳＰＭＥサンプリング装置を製造する方法は、収着性材料の周りで、フルオロカーボンベースのモノマー、またはフルオロカーボンベースのモノマーを含むモノマーの混合物のコーティングを担体上で重合するステップを含む。コーティングは、例えば、モノマーまたはモノマーの混合物を収着性材料と混合し、担体を反応混合物で被覆することによって生成され得る。モノマーは、例えば、フッ化ビニル（ＶＦ１）、フッ化ビニリデン（ＶＤＦ）、テトラフルオロエチレン（ＴＦＥ）、ヘキサフルオロプロピレン（ＨＦＰ）、パーフルオロプロピルビニルエーテル（ＰＰＶＥ）、パーフルオロメチルビニルエーテル（ＰＭＶＥ）またはクロロトリフルオロエチレン（ＣＴＦＥ）であり得る。モノマーの混合物は、例えば、ＶＦ１、ＶＤＦ、ＴＦＥ、ＨＦＰ、ＰＰＶＥ、ＰＭＶＥ、ＣＴＦＥまたはこれらの任意の組み合わせを含み得、フルオロカーボンポリマー内のすべてのＣ−Ｆ結合およびＣ−Ｈ結合のうちの５％未満がＣ−Ｈ結合である限り、エチレン（Ｅ）および／またはプロピレン（Ｐ）を任意選択で含み得る。

ＳＰＭＥサンプリング装置を製造する方法は、１つまたは複数の担体加工ステップをさらに含み得る。担体加工ステップは、担体の表面を洗浄し得、担体の表面を粗面化し得、またはその両方であり得、加工された表面は、ＳＰＭＥ用コーティングで被覆される表面である。担体加工ステップは、ＳＰＭＥ用コーティングの少なくとも一部の担体への付着を改善し得る。担体材料を加工するステップは、水、有機溶媒またはこれらの混合物中での超音波処理によって担体を洗浄するステップを含み得る。有機溶媒は、例えば、メタノール、アセトニトリル、イソプロピルアルコールまたはこれらの任意の混合物であり得る。被覆される表面を粗面化するステップは、研磨剤（サンドペーパーまたはその他の任意のタイプの研磨装置など）の使用、担体材料が金属基材を含む場合は塩酸中のエッチング（例えば、５〜６０分間）、または担体材料が金属基材を含む場合は担体への電圧の印加（例えば、塩化ナトリウムで飽和した水溶液中、３．５Ｖの電圧で３０秒間）を含み得る。粗面化ステップの後、基材は、ＳＰＭＥ用コーティングで被覆される前に、さらに洗浄され得る。洗浄は、水およびメタノール５０：５０（ｖ／ｖ）の溶液中で１０分間の超音波処理を含み得る。

さらに別の態様では、本開示は、サンプルから分析物を抽出する方法を提供する。この方法は、本開示によるＳＰＭＥサンプリング装置を分析物に曝露するステップを含む。前述の通り、ＳＰＭＥサンプリングは、担体の少なくとも一部を覆う抽出用コーティングを含む。ＳＰＭＥサンプリング装置を分析物に曝露するステップは、サンプルを抽出用コーティングと接触させるステップ、またはサンプルに十分近いヘッドスペース内に抽出用コーティングを配置するステップを含み得る。サンプリングは、例えば、ｉｎ ｖｉｔｒｏまたはｉｎ ｖｉｖｏサンプリングであり得る。サンプルを抽出用コーティングと接触させるステップは、抽出用コーティングをサンプル流体に浸漬するステップ、あるいは抽出用コーティングを粘性または固体サンプルに貫入するステップを含み得る。

この方法は、サンプルから分析物を抽出した後に抽出用コーティングをすすぐステップを任意選択で含み得る。すすぎステップは、水性溶媒、または水性溶媒および有機溶媒の混合物で実施され得る。すすぎステップは、静的条件下または撹拌条件下で実施され得る。すすぎステップは、その後の分析物検出ステップの間、コーティング上に緩く結合したマトリックス成分による干渉を低減し得る。

分析物は、コーティングから質量分析法によるなどの検出用の分析装置へと直接脱離され得る。あるいは、この方法はまた、加熱ベースまたは溶媒ベースの脱離によるなど、抽出用コーティングから分析物を脱離するステップ、および検出前に脱離された分析物をガスクロマトグラフィーまたは液体クロマトグラフィーによって分離するステップも含み得る。加熱ベースの脱離は、コーティングを、約２５０℃など、最高３００℃までの温度に曝露することを含み得る。溶媒ベースの脱離は、コーティングポリマーを溶解または膨潤させることなく、コーティングを、コーティングから分析物を抽出するであろう溶媒に曝露することを含み得る。適した溶媒の例としては、約０．０１〜約１４のｐＨを有し得、短鎖アルコール、炭化水素（脂肪族、環状、芳香族）、水、塩素化溶媒、エステル、エーテル、ニトリルおよびこれらの組み合わせを含み得る。
この方法は、ハイスループット自動化サンプル調製方法の一部として実施され得る。

本開示によるＳＰＭＥ用コーティングは、生体分子（タンパク質またはペプチドなど）、あるいは流体および組織など、生体、環境または食品マトリックス由来の小分子の直接マイクロ抽出に使用され得る。小分子は疎水性または親水性であり得、好ましくは、１０，０００原子質量単位未満の質量であるべきである。そのような小分子の例としては、汚染物質、薬物、バイオマーカーおよび代謝産物が含まれる。

実施例１．複数の浸し塗りサイクルによって調製されたＳＰＭＥサンプリング繊維
直径２００μｍのステンレス鋼線を塩化ナトリウムで飽和した水溶液に浸漬し、３．５Ｖの電圧を印加することによってエッチングした。コーティング手順の前に、エッチングした基材を水／メタノール５０：５０（ｖ／ｖ）溶液中で１０分間超音波処理した。ＦＣ−７２中のＰＴＦＥ ＡＦ ２４００の２．６％（ｗ／ｗ）溶液１．５ｍｌに６０ｍｇのＨＬＢ粒子（直径５μｍ）を懸濁させることによってコーティングスラリーを調製した。ＦＣ−７２は、１．６８ｇ／ｃｍ^３の密度を有する。したがって、スラリーは、約３．８ｇのＦＣ−７２、約０．１０ｇのＰＴＦＥ ＡＦ ２４００、および６０ｍｇのＨＬＢ粒子を含む。ＰＴＦＥ ＡＦ ２４００対粒子の比は１．７：１（ｗ／ｗ）である。

浸し塗りによってスラリーを金属担体上に堆積させ、スラリーから担体をゆっくりと引き上げた。７回の塗布サイクルを使用して抽出用コーティングを調製した。各サイクルの後に、繊維を室温で１分間放置して溶媒を蒸発させた。得られた抽出用コーティングは長さ約１ｃｍ、厚さ約９０μｍであった。これを図１Ａおよび図１Ｂに示す。抽出用コーティングの厚さは、被覆された表面にわたって５％未満変化する。不活性雰囲気下、２５０℃で１時間の曝露後、被覆された表面またはモルホロジーの変化は観察されなかった。

実施例２．膜塗布によって調製されたＳＰＭＥサンプリングファブリック
コーティングスラリーを実施例１に記載の通り調製した。コーティング前に前処理しなかった、１１５ｇ／ｍ^２の単位重量、４０６ミクロンの厚さ、および９９％の炭素含有量を有するカーボンメッシュファブリックを表面で真っすぐに保つために、バーコーターの表面に固定した。一定の引き塗り速度でフィルムアプリケータを使用して、固定したファブリックをスラリーで被覆し、薄い均質なコーティング層をその上に有するカーボンメッシュファブリックを得た。ＦＣ−７２溶媒を蒸発させるために、被覆されたファブリックを１分間放置して乾燥させた。被覆されたファブリックでのＳＰＭＥ装置あたりのコーティング体積は、実施例１の被覆されたワイヤと比べてさらに大きく、本開示の著者らは、被覆されたファブリックが、より低い分析物の検出閾値を有するであろうと予想している。

実施例３．ＰＴＦＥ ＡＦ２４００／ＨＬＢ繊維およびＧＣ−ＭＳを使用した水性マトリックス中の果物の代謝産物の分析
多様な化学官能基および物理的化学的特性を有する、表１に一覧にしたＧＣに適用できる分析物すべての混合物を超純水にスパイクした。有機溶媒の体積を１％（ｖ／ｖ）未満に保ちながら、１リットルあたり８．３〜６６４．４μｇの範囲の化合物濃度で水にスパイクした。スパイクした水サンプルは、すべての分析物を同時に試験抽出することができた。

実施例１に記載のＳＰＭＥサンプリング繊維を使用して、サンプルを５００ｒｐｍで振盪しながら、コーティングをサンプルマトリックスに３５℃の温度で８時間直接曝露することによりサンプルを抽出した。

ＧＥＲＳＴＥＬ ＣＩＳセプタムレスＰＴＶ注入器を備えたＡｇｉｌｅｎｔ ６８９０／５９７３ ＧＣ−ＭＳにより、分析物の脱離、分離および検出を実施した。超高純度ヘリウムをキャリアガスとして流速１．５ｍｌ／分で使用して、吸着した分析物を２５０℃で１５分間加熱脱離させた。クロマトグラフィー分離に使用したキャピラリーカラムはＡｇｉｌｅｎｔ Ｊ＆Ｗ ＨＰ−５（３０ｍ、０．２５ｍｍ ｉ．ｄ．、膜厚０．２５μｍ）であった。カラム温度プログラムは、初めに３５℃で６分間設定し、１０℃／分で１４０℃まで上げ、次に、２０℃／分で２７０℃まで上げ、２７０℃で２分間保持し、総運転時間は２４分になった。ヘリウム（純度レベル９９．９９９％）をキャリアガスとして流速設定１．２ｍｌ／分で使用した。質量分析計の動作条件は以下の通りであった：電子イオン化（ＥＩ）７０ｅＶ、質量範囲５０〜３５０ｍ／ｚ、イオン源温度：２３０℃、四重極温度：１５０℃およびトランスファーライン温度：２８０℃。

平衡状態での抽出効率（ｆｃ値）を比較するために、ＤＶＢ／Ｃａｒｂｏｘｅｎ／ＰＤＭＳ（３０μｍ／５０μｍ）コーティングを有するＳＰＭＥサンプリング装置を使用して、同じ設定の実験および分析を実施した。ＳＰＭＥ用コーティングが吸着性粒子を含むとき、抽出の吸着機構は、抽出相濃度よりもむしろ吸着した分析物の抽出相表面濃度（Ｓｅ）が考慮されることを必要とする。したがって、ＳＰＭＥ吸着剤の繊維コーティング／サンプル分布定数（Ｋｆｓ）の計算には、Ｓｅ値の測定またはＳａ定数の情報が必要である（その理由は、Ｓｅが、抽出される量および繊維コーティングの活性表面（Ｓａ）の比として表されるからである）。Ｓａは実験的に決定するのが煩雑なため、吸着性材料の積Ｋｆｓ＊Ｓａを表す「繊維定数」（ｆｃ）と呼ばれる新たな定数を代わりに使用して、平衡時のＳＰＭＥ濃縮係数を推定する。

ＤＶＢ／Ｃａｒｂｏｘｅｎ／ＰＤＭＳコーティングをＳｕｐｅｌｃｏ Ｓｉｇｍａ Ａｌｄｒｉｃｈから入手して、ＰＤＭＳに埋め込まれたｃａｒｂｏｘｅｎの３０μｍの内層およびＰＤＭＳに埋め込まれたＤＶＢの５０μｍの外層を得た。これらの結果を表１に示す。これらの結果は、実施例１で述べた通り調製されたＰＴＦＥ ＡＦ ２４００／ＨＬＢコーティングが、ＤＶＢ／Ｃａｒｂｏｘｅｎ／ＰＤＭＳコーティングを使用して得られる結果と同等の結果、またはより優れた結果をもたらすことを確認するものである。さらに、ＰＴＦＥ ＡＦ ２４００／ＨＬＢコーティングを使用して、ＤＶＢ／Ｃａｒｂｏｘｅｎ／ＰＤＭＳコーティングと比べて、相対標準偏差（ＲＳＤ％）で表されるより優れた再現性が得られた（表２）。再現性は、６００ｒｐｍおよび３０℃で３０分間の抽出を実施することによって測定した。再現性は前平衡状態（３０分）で試験したが、その理由は、より短い抽出時間では、抽出時間において生じるどのような誤差も、抽出される量のより大きい誤差に反映されるためである。平衡状態での再現性は、抽出時間によって変化しない。同じコーティングを使用した一連の少なくとも３回の繰り返し抽出の後、抽出された各分析物の相対標準偏差により再現性を計算した。

実施例４．ＰＴＦＥ ＡＦ２４００／ＨＬＢ繊維およびＬＣ−ＭＳ／ＭＳを使用した水性マトリックス中の禁止薬物の分析
表３に一覧にしたＬＣに適用できる化合物すべての混合物をリン酸緩衝液（ｐＨ ７．４）にスパイクした。有機溶媒の体積を１％（ｖ／ｖ）未満に保ちながら、１リットルあたり０．１〜１０００．０μｇの範囲の化合物濃度でリン酸緩衝液にスパイクした。コデイン−Ｄ_３、６−アセチルモルフィン−Ｄ_３およびコカイン−Ｄ_３を内部標準（ＩＳ）として５０．０μｇ／Ｌの濃度で使用した。

抽出前に、０．１％（ｖ／ｖ）ギ酸（ＦＡ）を含むよう酸性化した１．８ｍＬのＡＣＮ／ＭｅＯＨ／Ｈ_２Ｏ（４０：４０：２０、ｖ／ｖ／ｖ）中で、実施例１に記載のＳＰＭＥサンプリング繊維を１２００ｒｐｍの撹拌下で１５分間コンディショニングした。コンディショニングステップの後、１．８ｍＬの水中で２秒間、素早くすすいだ。

１２００ｒｐｍの撹拌下、１．８ｍＬのサンプルを使用して、スパイクしたリン酸緩衝液中で抽出実験を３０分間実施した。抽出後、０．１ｍＬの水を使用して、２秒の静的洗浄ステップを実施した。

０．１％（ｖ／ｖ）ギ酸を含むよう酸性化した０．１ｍＬのＡＣＮ／ＭｅＯＨ／Ｈ_２Ｏ（４０：４０：２０、ｖ／ｖ／ｖ）を使用して、１２００ｒｐｍの撹拌下、吸着した分析物を繊維から３０分間脱離した。

さらに、日内および日間の再現性を計算するために、前述の条件を使用して、同じ日と別々の３日とで実験を３回繰り返した。さらに、同じ実験条件を使用して、より長い抽出時間（６６０分）を試験した。

抽出されたサンプルをＥｘａｃｔｉｖｅ（商標）ベンチトップＯｒｂｉｔｒａｐ質量分析計システム（Ｔｈｅｒｍｏ Ｓｃｉｅｎｔｉｆｉｃ（米国サンノゼ））で試験した。標準の直接注入を行うことによって各化合物の最適条件を決定した。Ｄｉｓｃｏｖｅｒｙ ＨＳ Ｆ５カラム（１００ｍｍ×２．１ｍｍ ｉ．ｄ．、３μｍ；Ｓｕｐｅｌｃｏ（米国ペンシルベニア州ベルフォント））を使用し、０．１％（ｖ／ｖ）ギ酸を含むようすべて酸性化した水（溶媒Ａ）とアセトニトリル（溶媒Ｂ）とメタノール（溶媒Ｃ）を用いる三成分勾配溶離で流量０．３ｍＬ／分を使用して、分析物のクロマトグラフィー分離を実現した。溶離には以下の勾配を用いた：初期溶媒は５％Ｂおよび５％Ｃおよび９０％Ａであった。この溶媒混合物を溶離の最初の０．５分間使用した；６．５分にわたって、溶媒混合物を５０％Ｂおよび５０％Ｃまで上昇させた；次の５分にわたって、溶媒混合物を２５％Ｂまで低下させ、７５％Ｃまで上昇させた；この溶媒混合物を３．５分間保持した；０．２分にわたって、溶媒混合物を初期溶媒条件に戻した；初期溶媒条件を２分間保持して、何らかのその後の分析物注入の前にカラムを再平衡化させた。

すべての標準およびサンプルの注入量は、フルループモードで１０μＬであった。オートサンプラーのトレイ温度を５℃に保ち、カラムオーブンコンパートメントの温度を３５℃に設定した。他の条件は以下の通り設定した：スプレー電圧＝４０００Ｖ、蒸発器温度＝３００℃、シースガス＝４５単位、補助ガス＝１０およびキャピラリー温度＝３００℃。データ処理および収集は、ソフトウェアＸｃａｌｉｂｕｒ（２．０．７ ＳＰ１）を使用して行った。表３および表４は、リン酸緩衝溶液中の調査した分析物について得られた性能指数を示す。

実施例５．ＬＣ分析の生体適合性評価
生物付着に対する不活性に関して、実施例１に記載のＳＰＭＥ用コーティングの生体適合性を調査した。血液、尿、グレープジュース、ヒト血清および唾液をモデルマトリックスとして使用して、ＳＰＭＥ用コーティング繊維を連続する吸着／すすぎ／溶媒脱離サイクル（これは、ＬＣ用途におけるＳＰＭＥに日常的に適用される手順の典型である。）に曝露した。品質管理として、分析物をスパイクしたＰＢＳからの抽出を使用した。複雑なマトリックスに曝露する前に、コーティングの初期性能を示すために、スパイクしたＰＢＳから３回のＱＣ抽出を実施した。初期性能と比べたマトリックス曝露後のコーティング性能の何らかの変化を調査するために、次いで、繊維を１０回の抽出／脱離サイクルでマトリックスに曝露し、続いて再びＰＢＳ中のＱＣ抽出を行った。総計５０回のマトリックス曝露について、ＰＢＳ ＱＣ抽出およびマトリックス抽出のこのサイクルを交互に実施した。

抽出前に、０．１％ ＦＡを含むよう酸性化した３００μＬのＭｅＯＨ／ＡＣＮ／Ｈ_２Ｏ ４０：４０：２０ ｖ：ｖ：ｖ中で繊維をプレコンディショニングした。プレコンディショニングステップの後、静的条件下で超純水３００μＬでの短いすすぎを適用し、微量の有機溶媒を除去した。すすぎの後、ＳＰＭＥ繊維を１５００ｒｐｍの撹拌で３０分間使用してマトリックスを抽出した。マトリックスおよびＰＢＳ（ＱＣとして）のサンプル体積は、３００μＬおよび１５００μＬにそれぞれ保った。続いて、１５００μＬの超純水を使用して、繊維を１５００ｒｐｍの撹拌で１０秒間すすいだ。次いで、０．１％ ＦＡを含むよう酸性化した１００μＬのＭｅＯＨ／ＡＣＮ／Ｈ_２Ｏ ４０：４０：２０ ｖ：ｖ：ｖ溶液中で繊維を脱離させた。ＰＢＳまたはマトリックス抽出物それぞれについて、繊維を３０分間または１５分間脱離させた。１回目の脱離の後、３００μＬのジクロロメタン／ＭｅＯＨ ２：１ ｖ：ｖ溶液中で１５分間、１５００ｒｐｍの撹拌で繊維を順次脱離させた。血液の場合、抽出はオービタルシェーカー内で５００ｒｐｍで実施し、続いて、超純水で３回のすすぎサイクルを実施した。すべての他のステップは前述の手順にしたがった。

標的分析物の抽出に対するコーティング性能を測定するために、ＰＢＳサンプルからの抽出物をＬＣ−ＭＳ／ＭＳにより分析した。

コーティング表面へのマトリックス成分の何らかの堆積を確認するために、評価の開始時および各ＱＣ抽出の前にコーティングを顕微鏡下で検査した。最初の５０回の抽出の後、生物付着の蓄積の証拠はなく、血液および動物組織サンプリング用の再使用可能なプローブとしてコーティングが適しているであろうことを示唆した。

血液、唾液、血清、尿およびグレープジュースそれぞれについて、各マトリックスで得られた繰り返し抽出の結果を表５〜表９にまとめる。各マトリックスにおける５０回の抽出の後、ＳＰＭＥ用コーティングは、その初期の抽出特性を実質的に維持していた。コーティングは、場合によって、マトリックスへの曝露の前および５回目の抽出の後のコーティングにおいて抽出の差を示したが、５回目の抽出の後のマトリックスへのコーティングの繰り返し曝露は、コーティングの性能の実質的な変化を示さなかった。これは、コーティングが最初の５回の曝露でマトリックスによりコンディショニングされることを示唆する。

実施例６．絶対的なマトリックス効果評価
ＬＣ−ＥＳＩ−ＭＳ分析においてイオン抑制または増大に寄与し得るマトリックス成分の共抽出を回避するその能力に関して、実施例１に記載のＳＰＭＥ用コーティングの生体適合性を調査した。全血、グレープジュース、唾液、ヒト血清および尿をサンプルマトリックスとして使用して、絶対的なマトリックス効果評価の点からＳＰＭＥ用コーティングを調査した。

幅広い極性を有する化合物であるニコチン、コカイン、ジアゼパム、マラチオン、ミクロブタニル、ダイアジノン、フェンタニルおよびメサドンを標的分析物として使用して、共溶出する成分の結果生じるイオン抑制または増大を調査した。

抽出前に、０．１％ ＦＡを含むよう酸性化した５００μＬのＭｅＯＨ／ＡＣＮ／Ｈ_２Ｏ ４０：４０：２０ ｖ：ｖ：ｖ中で繊維をプレコンディショニングした。プレコンディショニングステップの後、静的条件下で超純水３００μＬでの短いすすぎを適用し、微量の有機溶媒を除去した。５００μＬのサンプルマトリックス中で抽出を３０分間実施した。抽出後、１．５ｍＬの超純水で１０秒間繊維をすすいだ。すすぎステップの後、０．１％ギ酸を含むよう酸性化した５００μＬのＡＣＮ／ＭｅＯＨ／水（４０：４０：２０、ｖ／ｖ／ｖ）中で、抽出された分析物を３０分間脱離させた。最初の脱離溶液を絶対的なマトリックス効果調査用に保存した。５００μＬのジクロロメタン／ＭｅＯＨ ２：１ ｖ：ｖを１５分間使用して実施した２回目の脱離ステップを繊維に施した。すべてのステップを、マニュアルＣｏｎｃｅｐｔ ９６システムを使用して８５０ｒｐｍの撹拌で実施した。

全血を使用した試験については、抽出前にプレコンディショニングステップで繊維を処理した。０．１％ギ酸を含むよう酸性化した５００μＬのＡＣＮ／ＭｅＯＨ／水 ４０：４０：２０ ｖ：ｖ：ｖ中で繊維を３０分間プレコンディショニングした。プレコンディショニングステップの後、微量の有機溶媒をコーティング表面から除去するために、繊維を超純水で１０秒間洗浄した。５００μＬのサンプルマトリックス中で、オービタルシェーカー内で５００ｒｐｍで３０分間抽出を実施した。抽出後、ｖｏｒｔｅｘｅｒ内で超純水５００μＬを１０秒間使用して、３回の洗浄ステップを順次実施した。３回目の洗浄ステップの後、０．１％ギ酸を含むよう酸性化した５００μＬのＡＣＮ／ＭｅＯＨ／水 ４０：４０：２０ ｖ：ｖ：ｖ中で分析物を３０分間脱離させた。最初の脱離溶液を絶対的なマトリックス効果調査用に保存した。１回目の脱離ステップの後、５００μＬのジクロロメタン／ＭｅＯＨ ２：１ ｖ：ｖを１５分間使用して実施した２回目の脱離ステップを繊維に施した。コンディショニング、１回目の洗浄および２回の脱離ステップはすべて機械的撹拌機内で実施した。

可能性のあるあらゆるマトリックス成分の堆積の累積効果と、その結果として起きる絶対的なマトリックス効果を調査するために、前述の手順を各マトリックスについて５０回繰り返した。

その後、１０または１００ｎｇ／ｍＬのニコチン、コカイン、ジアゼパム、マラチオン、ミクロブタニル、ダイアジノン、フェンタニルおよびメサドンを含むように抽出物にスパイクした。並行して、対照として、１０または１００ｎｇ／ｍＬの混合分析物を含むように一定分量のニートの脱離溶媒にもスパイクした。スパイクしたマトリックス抽出物およびスパイクしたニートの溶媒をＬＣ−ＭＳ／ＭＳ装置に注入し、（ｉｉ）スパイクしたニートの溶媒中の各分析物のピーク面積の応答に対する（ｉ）スパイクした抽出物中の各分析物のピーク面積の応答の比を使用して、各分析物の絶対的なマトリックス効果を計算した。

試験した各分析物の絶対的なマトリックス効果を表１０〜表２５に示す。実施例１で述べたＴｅｆｌｏｎ−ＨＬＢ繊維は、試験したすべてのマトリックスについて良好なマトリックス適合性を示した。

実施例７．ＧＣの生体適合性評価
複雑なマトリックス中の抽出およびＧＣ注入ポート内への加熱脱離の後にその抽出能力を一定に維持するその能力の点から、実施例１に記載のＳＰＭＥ用コーティングの能力を調査した。グレープジュース、血清、尿および唾液をモデルマトリックスとして使用した。

ＳＰＭＥ用コーティングをモデルマトリックスに３００ｒｐｍおよび３５℃で３０分間曝露した。次いで、コーティングを超純水中ですすいだ（５００ｒｐｍで３０秒）。その後、コーティングをＧＣ注入器ポートに２７０℃で１５分間挿入することによって脱離を実施した。次いで、ＭｅＯＨ／Ｈ_２Ｏ混合物中でコーティングを５００ｒｐｍで１分間洗浄した。この抽出／脱離手順を最高５０回の抽出の間繰り返した。既知の濃度のジアゼパム、メサドン、マラチオン、ダイアジノン、コカインおよびミクロブタニルのｎａｎｏｐｕｒｅ水溶液からのＱＣ抽出により、コーティングの抽出性能を評価した。５００ｒｐｍおよび４０℃でＱＣ抽出を３０分間実施した。ＧＣ注入器ポート内でコーティングを２７０℃で１５分間脱離させた。評価の開始時と、サンプルマトリックスから１０回抽出するごとにＱＣ分析を実施した。最初の５０回の抽出の後、生物付着の蓄積の証拠は観察されなかった。

グレープジュース、尿、唾液および血清それぞれについて、各マトリックスで得られた繰り返し抽出の結果を表２６〜表２９にまとめる。

マトリックスの何らかの残留物の付着がコーティング表面で起こり得るが、表は、例示的なマトリックスに曝露されたときに、コーティング抽出能力が８０％未満に低下しないことを示す。応答は内部標準により補正できる。

先の説明において、値の範囲のすべての記述は、その範囲内のすべての可能な値およびその範囲に入るすべての可能な範囲を開示すると理解されるべきである。例えば、「約１〜約１００」の記述は、約１〜約１００のすべての値（例えば、２、１０．７、５０、８０．５および９２）および約１から約１００の間に入るすべての範囲（例えば、１０〜２０、５〜９５、７５〜８０．５および２４．３〜４７．５）の開示であると理解されるべきである。

先の説明において、説明の目的のために、実施例を十分に理解できるようにするために多くの詳細が記載されている。しかし、これらの特定の詳細は必要ではないことが当業者には明らかになるであろう。したがって、記載された内容は記載の実施例の応用の単なる例示であり、上述の教示に照らして多くの修正および変形が可能である。

上述の説明は実施例を記載しているため、当業者によって特定の実施例に修正および変形が行われ得ることを理解されたい。したがって、特許請求の範囲は、本明細書に記載の特定の実施例によって限定されるべきではなく、全体として本明細書と一致するよう解釈されるべきである。

Claims (17)

1. フルオロカーボンポリマー内に固定された収着性粒子材料を含む固相マイクロ抽出（ＳＰＭＥ）用コーティングであって、
   前記フルオロカーボンポリマーは、テトラフルオロエチレンおよび２，２−ビストリフルオロメチル−４，５−ジフルオロ−１，３−ジオキソールのコポリマーである、ＳＰＭＥ用コーティング。
2. 前記フルオロカーボンポリマーは、炭素−フッ素（Ｃ−Ｆ）結合および炭素−水素（Ｃ−Ｈ）結合を有し、前記フルオロカーボンポリマー内のすべての前記Ｃ−Ｆ結合および前記Ｃ−Ｈ結合のうちの５％未満が前記Ｃ−Ｈ結合である、請求項１に記載のＳＰＭＥ用コーティング。
3. 前記フルオロカーボンポリマーは、前記Ｃ−Ｈ結合を実質的に有しない、請求項２に記載のＳＰＭＥ用コーティング。
4. 前記収着性粒子材料は、メソ細孔、マクロ細孔またはマイクロ細孔を有する多孔質材料である、請求項１から３のいずれか一項に記載のＳＰＭＥ用コーティング。
5. 前記収着性粒子材料は、１０ｍ^２／ｇ〜３０００ｍ^２／ｇの表面積を有する、請求項１から４のいずれか一項に記載のＳＰＭＥ用コーティング。
6. 前記収着性粒子材料は、粒子、ナノチューブまたはこれらの任意の組み合わせを含む、請求項１から５のいずれか一項に記載のＳＰＭＥ用コーティング。
7. 前記収着性粒子材料は、無機材料、有機材料、ハイブリッド無機／有機材料、または無機材料および有機材料の両方の混合物である、請求項６に記載のＳＰＭＥ用コーティング。
8. 前記収着性粒子材料は、順相シリカ粒子、Ｃ−１／シリカ粒子、Ｃ−４／シリカ粒子、Ｃ−６／シリカ粒子、Ｃ−８／シリカ粒子、Ｃ−１８／シリカ粒子、Ｃ−３０／シリカ粒子、逆相アミドシリカ粒子、フェニル／シリカ粒子、シアノ／シリカ粒子、ジオール／シリカ粒子、イオン性液体／シリカ粒子、分子インプリントポリマー粒子、ジビニルベンゼン（ＤＶＢ）粒子、オクタデシルシラン粒子、ナノ粒子、カーボンナノチューブ、官能化カーボンナノチューブ、グラフェン、酸化グラフェン、官能化グラフェン、有機部分（炭素鎖、強カチオン部分、弱カチオン部分、強アニオン部分または弱アニオン部分など）で任意選択で官能化された有機ポリマー粒子、有機部分（炭素鎖、強カチオン部分、弱カチオン部分、強アニオン部分または弱アニオン部分など）で任意選択で官能化された無機ポリマー粒子またはこれらの任意の組み合わせを含む、請求項１から５のいずれか一項に記載のＳＰＭＥ用コーティング。
9. 前記収着性粒子材料は、Ｎ−ビニルピロリジノンおよびジビニルベンゼンの共重合ポリマー生成物を含む粒子、ジビニルベンゼン（ＤＶＢ）粒子、Ｃ−１８／シリカ粒子またはこれらの任意の組み合わせを含む、請求項１から５のいずれか一項に記載のＳＰＭＥ用コーティング。
10. 前記フルオロカーボンポリマーは、前記テトラフルオロエチレンおよび前記２，２−ビストリフルオロメチル−４，５−ジフルオロ−１，３−ジオキソールの１３：８７の比のコポリマー又は３５：６５の比のコポリマーであり、
    前記収着性粒子材料は、Ｎ−ビニルピロリジノンおよびジビニルベンゼンの共重合ポリマー生成物を含む親水性−親油性バランス粒子を含む、
    請求項１に記載のＳＰＭＥ用コーティング。
11. ５μｍ〜５００μｍの平均厚さを有する、均質なコーティング表面を有する、又はその両方を有する、請求項１から１０のいずれか一項に記載のＳＰＭＥ用コーティング。
12. 担体と、
    前記担体の少なくとも一部を覆う、請求項１から１１のいずれか一項に記載のＳＰＭＥ用コーティングと
    を含む固相マイクロ抽出（ＳＰＭＥ）サンプル装置。
13. 前記担体は、金属担体、金属合金担体、溶融石英担体、プラスチック担体、フルオロ−プラスチック担体または炭素材料担体である、請求項１２に記載のＳＰＭＥサンプル装置。
14. 固相マイクロ抽出（ＳＰＭＥ）サンプル装置を製造する方法であって、
    テトラフルオロエチレン、２，２−ビストリフルオロメチル−４，５−ジフルオロ−１，３−ジオキソール及び収着性材料を含む混合物を担体の少なくとも一部に塗布するステップと、
    前記混合物を硬化して、前記担体の上に実質的に均一なＳＰＭＥ用コーティング層を形成するステップと
    を含む方法。
15. 前記収着性材料は、Ｎ−ビニルピロリジノンおよびジビニルベンゼンの共重合ポリマー生成物を含む粒子、ジビニルベンゼン（ＤＶＢ）粒子、Ｃ−１８／シリカ粒子またはこれらの任意の組み合わせを含む、請求項１４に記載の方法。
16. 請求項１から１１のいずれか一項に記載のＳＰＭＥ用コーティングを、少なくとも１つの分析物を含むサンプルマトリックスに曝露するステップと、
    抽出された前記分析物を脱離するステップと
    を含む、固相マイクロ抽出（ＳＰＭＥ）の方法。
17. 前記脱離するステップは、
    （ｉ）前記ＳＰＭＥ用コーティングを加熱脱離温度に曝露するステップを含み、前記方法が、ガスクロマトグラフィー、または、熱的に安定な分析物の検出に適した分光技術との直接連結を任意選択でさらに含む、
    （ｉｉ）前記ＳＰＭＥ用コーティングを溶媒脱離用溶媒に曝露するステップを含み、前記方法が、液体クロマトグラフィー、ガスクロマトグラフ、キャピラリー電気泳動、または溶媒安定な分析物の測定に適した任意の分光技術を任意選択でさらに含む、又は、
    （ｉｉｉ）前記ＳＰＭＥ用コーティングを電熱気化、アークおよびスパークアブレーション、レーザーアブレーション、グロー放電、マトリックス支援レーザー脱離／イオン化（ＭＡＬＤＩ）または脱離エレクトロスプレーイオン化（ＤＥＳＩ）に曝露するステップを含み、前記方法が、ガスクロマトグラフィーなどの分光技術、または前記分析物の検出に適した質量分析法との直接連結を任意選択でさらに含む、
    請求項１６に記載の方法。

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