JP7125986B2 - マルチピン固相マイクロ抽出デバイス - Google Patents

Description

本発明は、２０１７年８月１４日に出願された米国仮特許出願６２／５４５，１３８号の優先権の利益を主張するものであり、上記特許出願の全体を参照により本明細書に援用する。

マトリックスに適合性がある固相マイクロ抽出（solid phase micro extraction）、又はＢｉｏＳＰＭＥは、複雑な試料の分析対象物の迅速で正確な特定のための重要な分析技術である。ＢｉｏＳＰＭＥは、血液、血漿、尿、唾液、組織、及び食料品などの生体試料の試験で特に有用であると実証されている。

ＢｉｏＳＰＭＥは、他の分析手法に対してのいくつかの利点を提供し、その利点には、試料捕集と試料調製が結合された単一ステップにより、費用と時間が減るといった方法の簡潔性と、試料の前処理が不要であるといった直接の試料捕集と、複雑な試料のわずかな遊離型の分析物の直接測定ができるといった選択性と、少なくて貴重な試料の分析ができるといった低容量の試料と、増加した試料濃度によって、試料のあまり一般的ではない分析物の検出が可能になるといった低容量の脱離とが含まれる。

自動化は、高い処理能力、並びに人的ミスの減少の両方に対して強く望まれる。ファイバーを生産するのに用いられている材質の進歩によって、ＢｉｏＳＰＭＥはよりオートメーションフレンドリー（automation friendly）になれた一方で、試料の集合内の全分析物及び遊離型の分析物の両方の自動的な特定を可能にする、現在利用可能なＢｉｏＳＰＭＥデバイスはない。従って、より良い自動化を可能にする新しいＢｉｏＳＰＭＥデバイスの必要性が存在する。

複数の試料から１つ以上の分析物を同時に抽出するための器具が、本明細書で提供されており、器具は上部プラットフォームと下部プラットフォームを有するハウジングを含み、上部プラットフォームと下部プラットフォームは、組み合わさる別々の要素であり、上部プラットフォームは頂部表面と底部表面を有し、底部表面は、底部表面に垂直で一体的な複数のピンを含み、ピンは固相マイクロ抽出（ＳＰＭＥ）に適した表面を有し、下部プラットフォームは頂部表面と底部表面を有し、頂部表面は複数の個別のウェルを有する。上部プラットフォームと下部プラットフォームが組み合わされた際に、上部プラットフォームの少なくとも１つのピンが、下部プラットフォームの少なくとも１つのウェルに配置される。好ましい実施形態では、上部プラットフォームと下部プラットフォームが組み合わされた際に、上部プラットフォームの各ピンは、下部プラットフォームの単一のウェルに配置される。

好ましい実施形態では、ピンは棒状の形状、好ましくは円柱状、又は円錐台状であるが、他の実施形態では、ピンは円錐状、角形などである。例えば、コーティングによって、又は分析対象物を吸収若しくは吸着できる固定相をピンに取り込む別の方法によって、ピンは固相マイクロ抽出に適合されている。好ましくは、ピンは、ＢｉｏＳＰＭＥに有用であるように適合されている。好ましい実施形態では、ピンは、微小球と結合剤を含むコーティングを有する。様々な実施形態で、コーティングは、ポリアクリロニトリル（ＰＡＮ）、ポリエチレングリコール（ＰＥＧ）、ポリピロール、誘導体化されたセルロース、ポリスルホン、ポリアクリルアミド、又はポリアミドなどの生体適合性の高分子結合剤に、機能性シリカ球（functionalized silica sphere）、機能性炭素球（functionalized carbon sphere）、高分子樹脂、及びそれらの組み合わせを含める。特に好ましい実施形態では、ピンは、ポリアクリロニトリル（ＰＡＮ）結合剤の機能性シリカマイクロ粒子（functionalized silica microparticle）で被覆されている。

上部プラットフォームは、プラットフォームの底部表面に垂直な複数のピンを含み、ピンは試料から分析物を抽出するための基体を形成する。ピンは、ＳＰＭＥのための基体として有用である任意の材質からできていてよく、任意の材質には、高分子、シリカ、及び金属が含まれるが、これらに制限されない。ファイバー又は金属ブレードなどの従来のＳＰＭＥ基体とは違って、本明細書に記載の器具は、自動試料ハンドリングシステム（automated sample handling system）とロボットの試料捕集システム（robot sampling system）での使用に役立つように配置された複数のピンを含む。ピンは、別々のステップで周知の方法で形成され、上部プラットフォームに取り込まれてよく、又は射出成形や３Ｄプリンターのようなものによって、上部プラットフォームと同時に形成されてよい。好ましい実施形態では、ピンは高分子からできている。特に好ましい実施形態では、ピンはポリエチレン又はポリプロピレンである。

好ましくは、ピンは約０．２ｍｍから約５ｍｍの範囲の直径を有する。好ましい実施形態では、ピンの直径は約０．５ｍｍから約２ｍｍの範囲である。特に好ましい実施形態では、ピンは約１ｍｍの直径を有する。例として、様々な試料容量やウェルの深さに調整させるために、ピンの長さは変わり得る。好ましくは、ピンの長さは、約０．２ｍｍから約５ｃｍの範囲である。いくつかの実施形態では、長さは、約０．５ｍｍから約２．５ｃｍであってよい。他の実施形態では、長さは、約１ｍｍから約１ｃｍであってよい。さらに、適切な長さは、下部プラットフォームのウェルサイズとの一致や望ましい試料容量などの理由に基づいて決定され得る。下部プラットフォームのウェルの深さ、直径、及び量も変化され得ることは認識されている。

いくつかの実施形態では、ピンが形成される際に、微小球と結合剤はピンに一体化されていてよい。例えば、結合剤と微小球を、ピンを形成するのに用いられるインクマトリックスに直接取り込み、ピンは３Ｄプリンターで形成されてよい。その場合、プリントされたピンは、別の被覆ステップの必要が無く使用する準備ができている。

好ましい実施形態では、本明細書に記載の微小球と結合剤を用いることで、ピンは、血液、血漿、尿、唾液、組織、及び食料品などの生体試料の分析物を測定するように適合されている。

好ましい実施形態では、本明細書に記載の器具は、ピンとウェルが従来のマルチウェルプラットフォームと適合性を有するように配置され、従来のマルチウェルプラットフォームには９６－ウェルプラットフォーム、３８４－ウェルプラットフォーム、及び１５３４－ウェルプラットフォームが含まれるが、それらに制限されない。上部プラットフォームは、下部プラットフォームのウェル数と同じピン数を有するように構成されてよく、又は上部プラットフォームは、下部プラットフォームのウェル数と異なるピン数を有するように構成されてよい。

特に好ましい実施形態では、本明細書に記載の器具は、自動リキッドハンドリングシステム（automated liquid handling system）と接続するように適合されている。好ましい実施形態では、器具は、質量分析計へのインターフェースを含む自動リキッドハンドリングシステムと接続するように適合されている。本明細書に記載の器具は、エレクトロスプレー、脱離エレクトロスプレーイオン化法（ＤＥＳＩ）、及びリアルタイム直接分析（ＤＡＲＴ）などのイオン源を有する質量分析計に接続するように、特によく適合されている。

本明細書に記載の器具を用いて、複数の試料から遊離型の分析物を同時に単離する方法も提供される。下部プラットフォームのウェルに、遊離型の分析物を含む複数の試料を加え、上部プラットフォームと下部プラットフォームを組み合わせ、ピンが試料に接するように上部プラットフォームのピンを下部プラットフォームのウェルに配置し、遊離型の分析物が抽出されるのに十分な時間、ピンを試料に接したままにすることで、本方法は行われる。

好ましい実施形態では、器具は自動リキッドハンドリングシステムと結合され、好ましくは質量分析計と接続されている。そのような方法では、器具は、各試料の全分析物及び遊離型の分析物の両方を提供するために、自動システムで用いられ得る。

（Ａ）小容量９６－ピンの上部プラットフォームと（Ｂ）付随するサンプルリザーバーの下部プラットフォームを説明する図。

９６－ピンの上部プラットフォームとサンプルリザーバーの下部プラットフォームとのインターフェースを説明する図。

（Ａ）ピペットチップ内に収納されている被覆されたファイバーを有する、商業的に利用可能なＬＣチップＢｉｏＳＰＭＥデバイスを説明する図と（Ｂ）ＢｉｏＳＰＭＥファイバーで行われている抽出の概略図。

本明細書に記載のＳＰＭＥデバイスの（Ａ）９６－ピンと（Ｂ）３８４－ピンの実施形態を説明する図。

（Ａ）８－ピンストリップデバイス、及び８－ピンストリップでの使用に適している９６－ウェルサンプルリザーバーを説明する図と（Ｂ）サンプルリザーバー上のカバーをさらに説明する図。

（Ａ）１２－ピンストリップデバイス、及び１２－ピンストリップでの使用に適している９６－ウェルサンプルリザーバーを説明する図と（Ｂ）サンプルリザーバー上のカバーをさらに説明する図。

（Ａ）基体であるピンの末端上のコーティングを説明する図と（Ｂ）被覆された先端のみをクローズアップして説明する図と（Ｃ），（Ｄ）実際に被覆された基体であるピンの低倍率と高倍率の拡大図。

自動リキッドハンドリングシステムと被覆されたピンデバイスのインターフェースを説明する図で（Ａ）自動試料ハンドリングシステムと上部プラットフォームのインターフェースを示す図と（Ｂ）試料ハンドリングシステムと下部プラットフォームのインターフェースを示す図。

９６－ウェル構成での試料と接続している被覆されたピンデバイスを説明している図で（Ａ）抽出の前又は後であり、ピンが試料ウェルに配置されていない際の上下部プラットフォームを示す図と（Ｂ）試料ウェルに配置されているピンを示す図。

本明細書で提供されている器具は、生体試料を含む様々なマトリックスから遊離型の分析物及び全分析物を特定するための自動プラットフォームを可能にし、その一方でリキッドハンドリングシステムとロボットの試料捕集器具類（robotic sampling instrumentation）の広い範囲へ適応できる。これらのデバイスは最小試料サイズを用い、そして自動化できるので、より迅速な分析ができ、エラーの可能性がほとんどない。

本明細書で提供されている器具は、ピンとウェルの組み合わせ１つに対して最大１試料ではあるが、複数の試料から１つ以上の分析物の同時の抽出が簡便にできる。図１Ａは、８ピン掛ける１２ピンの配置である９６－ピン１３０を含む表面１２０を有する、上部プラットフォーム１００を含む、本明細書に記載の器具を示す。各ピンは、表面と反対側に先端１３５を有するように図示され、先端はＢｉｏＳＰＭＥコーティングを含める。図示されている実施形態では、上部プラットフォームは全周に縁１１０を含み、上部プラットフォームが、閉位置又は試料捕集位置で、下部プラットフォームに係合される又は着脱可能に組み合わされる際に、下部プラットフォーム２００の全周に嵌合する。

図１Ｂは下部プラットフォーム２００を図示し、頂部表面２２０内に配置されている９６分離リザーバーないしウェル２３０を含む。上下部プラットフォームが組み合わされた際、上部プラットフォーム２００のピン１３０に一致して、１つのピンに対して１つのウェルとなる配置に位置合わせするように、ウェル２３０は８ピン掛ける１２ピンの配置に構成されている。図示されている通り、配列内の特定のウェルを照合するために、頂部面は、ｘ方向の１つの縁に沿って数字２２１と、ｙ方向の１つの縁に沿って文字２２２とを含む。閉位置又は試料捕集位置では、下部プラットフォーム２００の外側の縁２１０は、図示されている通り、つまりｚ方向に上部プラットフォームの縁１１０内に嵌合する。下部プラットフォーム２００は、底部に沿ってフランジ２４０も含む。

上部プラットフォームと下部プラットフォーム間のインターフェースは図２で示され、閉位置又は試料捕集位置での上部プラットフォーム１００と下部プラットフォーム２００によるハウジングを示す。図示されている通り、試料捕集の間、又は輸送若しくは保管の間、上下部プラットフォームが着脱可能に組み合わされている際に、下部プラットフォームを覆うように嵌合する縁１００を、上部プラットフォーム１００は含む。この実施形態では、ピン１３０は内部表面１２０と一体的であるように示される。マトリックスに適合性があるＢｉｏＳＰＭＥコーティングを各先端１３５上に有するピン１３０は、下部プラットフォーム２００のウェル２３０内に嵌合し、ウェル内で試料と接触し、被覆されたピンによって分析対象物は抽出される。上部プラットフォームは内部の位置調整部品１５０と外部の位置調整部品１６０を含めてもよい。内部の位置調整部品は下部プラットフォームの受け溝２５０内に嵌合する。上部プラットフォーム１００の外部の位置調整部品１６０と下部プラットフォーム２００のフランジ２４０は、例えばオートサンプラーとの接続に用いられてよい。

マトリックスに適合性がある固相マイクロ抽出（ＢｉｏＳＰＭＥ）は、高分子結合剤を用いることでファイバーなどのコア基体の表面上に組み込まれた、機能性粒子を利用する。商業利用可能なＢｉｏＳＰＭＥデバイスが図３に示されている。ＢｉｏＳＰＭＥデバイスは、コアの支持基体としての単一のファイバー１３１を含み、ファイバー１３１は不活性の結合剤に組み込まれた機能性粒子を含むコーティング１３５を有する。図３Ａに示す通り、ファイバー１３１はピペットチップ内に収納されている。図３Ｂは典型的なＳＰＭＥ法における被覆されたファイバーの使用を示す。被覆されたファイバーは、試料ウェル２３０内で、血液、血漿、漿液、尿、唾液等の試料２３５に接する。抽出された成分は従来の方法を用いて分析される。

本明細書に記載のデバイスの注目すべき特徴は、コア基体が従来のファイバー、ブレード、メッシュではなく、例えば図４で示されているように、プラットフォームなどの表面に一体的である複数のピンであるという点で、本明細書に記載のデバイスが従来のＳＰＭＥ又はＢｉｏＳＰＭＥデバイスと異なることである。ピンは実質的に任意の並びで配置されてよいが、好ましくは、従来のウェルプラットフォームのウェルに配置され得るようにピンは配置される。いくつかの実施形態ではピンはストリップに配置され、他の実施形態ではピンは複数列に配置される。しかし他の配置も可能であり、当業者によって構成される可能性もある。

図４で図示されている上部プラットフォーム１００の他の実施形態として、上部プラットフォーム１００の９６－ピンと３８４－ピンの実施形態を示す。ピン１３０は表面１２０に一体的である。図示された外側周囲のフランジ１７０が、図１に示されたハウジングの上側部分に接続するのに用いられ得る、あるいはオートサンプラーに直接接続するのに用いられ得る。特定の実施形態では、マルチピンＳＰＭＥデバイスは頂部表面と底部表面を有するプレートであってよく、底部表面は、従来のマルチウェルプレートのウェルに嵌合又は一致するように構成されたピンを有する。すなわち、この実施形態のマルチピンＳＰＭＥデバイスとマルチウェルプレートが、使用つまり抽出を行うために連結される際に、単一のハウジングを形成していてもよいが、しなくてもよい。この実施形態では、底部表面は複数のピンを含み、各ピンは、射出成形若しくは３Ｄプリンターによって単一要素のように形成されることで、底部表面に一体的であるか、又は周知の方法により高分子のプレートに金属、シリカ、若しくは高分子のピンを固定するなどによって、別の方法で底部表面に固定されることで、底部表面に一体的であるかのどちらかである。そして各ピンは、底部表面と反対側の末端に向かって、おおよそ垂直に外側を向くように突き出ている。特に、生体適合性結合剤の機能性シリカ球、高分子コーティングなどのコーティングによって、ピンはＳＰＭＥ、好ましくはＢｉｏＳＰＭＥに適した表面を有する。被覆されたピンは従来のマルチウェルプラットフォームの複数のウェルに嵌合するように構成されているので、ＳＰＭＥに適した表面は、ウェルプレートの１つ以上のウェルに配置されている試料に接触できる。マルチピンデバイスは、例えば８－ウェルプレート若しくはストリップ、９６－ウェルプレート、３８４－プレート、１５３４－ウェルプレートなどの、従来の任意のマルチウェルプラットフォームのために構成されてよい。

ある実施形態では、上部プラットフォームは、下部プラットフォームのウェル数より少数のピンを有してよい。図５，６は２つの例であり、８列のウェル掛ける１２列のウェルとして構成されている９６－ウェル底部プラットフォームに基づく、非制限の実施形態を示す。図５では、上部プラットフォームは８ピンを含み、底部プラットフォームの８－ウェルの列の１つに嵌合するように構成されている。図６では、上部プラットフォームは１２ピンを含み、底部プラットフォームの１２－ウェルの列の１つに嵌合するように構成されている。このような実施形態では、プレート２２５は、下部プラットフォームの余分なウェルを覆うように用いられてよいが、このようなプレートは器具の操作には必要でないということを特に言及する。あるいは、これらの構成は、下部プラットフォームと同じサイズの上部プラットフォームに、同じ構成で８又は１２ピンのみを含むことによって、達成され得る。これらの構成は２つの可能な構成の実例である。上部プラットフォームの１つ以上のピンが下部プラットフォームの１つ以上のウェルに結合され得るという条件であれば、当業者は、他の構成が可能であることを認識するだろう。

本明細書に記載の器具のリザーバーないしウェルは、例えば平坦な底、丸い底、Ｖ字の底、又は円錐形の底を含む、従来の任意のウェル形状であってよい。いくつかの別の実施形態では、リザーバーないしウェルは、ピンよりも実質的に大きくてよく、１つ以上のピンが単一のウェルに嵌合することを可能にする。この構成は、試料サイズなどの、より小さいウェルサイズのいくつかの利点を除去するかもしれないが、異なるコーティングの複数のピンを同時に用いることができるなどの他の利点を有するかもしれなく、異なる種類の分析物を同時に抽出できることを提供する。

好ましい実施形態では、ピンは円柱状の形状であるが、他の実施形態では、ピンは棒状、円錐台状、円錐状、角形等でよい。ピンはＢｉｏＳＰＭＥに有用であるように適合されている。特に、最小容量の必要な試料を含む試料マトリックスから目的の分析物の効率的な単離を可能にするために、ピンはマイクロ粒子と生体適合性の高分子結合剤との組み合わせを含む。

様々な実施形態で、機能性シリカ球、機能性炭素球、高分子樹脂、そしてそれらの組み合わせなどのマイクロ粒子又は微小球を、コーティングは含む。特に、液体クロマトグラフィー、つまり親和クロマトグラフィーに有用である微小球、並びに固相抽出（ＳＰＥ）と固相マイクロ抽出（ＳＰＭＥ）に有用である微小球は、記載の器具のピン上のコーティングのために好ましい。

特に、微小球は、例えばＣ－１８シリカ（オクタデシル基を含む疎水性相で誘導体化されたシリカ粒子）、ＲＰ－アミド－シリカ（パルミトアミドプロピル（palmitamidopropyl）を含む結合相を有するシリカ）、又はＨＳ－Ｆ５－シリカ（ペンタフルオロフェニル－プロピル（pentafluorophenyl-propyl）を含む結合相を有するシリカ）などの、機能性シリカ球を含めてよい。

適切なマイクロ粒子のいくつかの他の非制限の例には、順相のシリカ、Ｃ１シリカ、Ｃ４シリカ、Ｃ６シリカ、Ｃ８シリカ、Ｃ１８シリカ、Ｃ３０シリカ、フェニルシリカ、シアノシリカ、ジオールシリカ、イオン液体シリカ、Titan（商標）シリカ（ミリポアシグマ）、分子認識ポリマーマイクロ粒子、親水親油バランス（ＨＬＢ）マイクロ粒子、Carboxen（登録商標）１００６（ミリポアシグマ）、又はジビニルベンゼンが含まれる。マイクロ粒子の混合がコーティングとして用いられてもよい。ピンのためのコーティングとして用いられている微小球は無機（例えばシリカ）、有機（例えばCarboxen（登録商標）若しくはジビニルベンゼン）、又は無機と有機の混成（例えばシリカと有機高分子）でよい。好ましい実施形態では、微小球はＣ１８シリカである。

粒子ないし微小球は、約１０ｎｍから約１ｍｍの範囲の直径を有してよい。いくつかの実施形態では、球状の粒子は、約２０μｍから約１２５μｍの範囲の直径を有している。ある実施形態では、微小球は約３０μｍから約８５μｍの範囲の直径を有している。いくつかの実施形態では、球状の粒子は約１０ｎｍから約１０μｍの範囲の直径を有する。球状の粒子は、狭い粒子サイズ分布を有することが好ましい。

いくつかの実施形態では、球状の粒子は約１０ｍ^２／ｇから１０００ｍ^２／ｇの範囲の表面領域を有する。いくつかの実施形態では、多孔性の球状の粒子は約３５０ｍ^２／ｇから約６７５ｍ^２／ｇの範囲の表面領域を有する。いくつかの実施形態では、表面領域は約３５０ｍ^２／ｇであり、他の実施形態では、表面領域は約３７５ｍ^２／ｇであり、他の実施形態では、表面領域は約４００ｍ^２／ｇであり、他の実施形態では、表面領域は約４２５ｍ^２／ｇであり、他の実施形態では、表面領域は約４５０ｍ^２／ｇであり、他の実施形態では、表面領域は約４７５ｍ^２／ｇであり、他の実施形態では、表面領域は約５００ｍ^２／ｇであり、他の実施形態では、表面領域は約５２５ｍ^２／ｇであり、他の実施形態では、表面領域は約５５０ｍ^２／ｇであり、他の実施形態では、表面領域は約５７５ｍ^２／ｇであり、他の実施形態では、表面領域は約６００ｍ^２／ｇであり、他の実施形態では、表面領域は約６２５ｍ^２／ｇであり、他の実施形態では、表面領域は約６５０ｍ^２／ｇであり、さらに他の実施形態では、表面領域は約６７５ｍ^２／ｇであり、さらに他の実施形態では、表面領域は約７００ｍ^２／ｇである。

好ましくは、本明細書に記載のデバイスで用いられている球状の粒子は、多孔性である。いくつかの実施形態では、球状の粒子は約５０Åから約５００Åの範囲の平均穴径を有する。いくつかの実施形態では、多孔性は約１００Åから約４００Åの範囲であり、他の実施形態では、多孔性は約７５Åから約３５０Åの範囲である。さらに、本明細書で用いられている球状の粒子に対する平均穴径は約５０Å、約５５Å、約６０Å、約６５Å、約７０Å、約７５Å、約８０Å、約８５Å、約９０Å、約９５Å、約１００Å、約１０５Å、約１１０Å、約１１５Å、約１２０Å、約１２５Å、約１５０Å、約１６０Å、約１７０Å、約１８０Å、約１９０Å、約２００Åでよい。

好ましい実施形態では、高分子結合剤は生体適合性の高分子結合剤である。このような結合剤には、ポリアクリロニトリル（ＰＡＮ）、ポリエチレングリコール（ＰＥＧ）、ポリピロール、誘導体化されたセルロース、ポリスルホン、ポリアクリルアミド、ポリアミドが含まれるが、これらに制限されない。特に好ましい実施形態は、結合剤はＰＡＮである。

好ましい実施形態では、微小球と生体適合性の高分子結合剤を含むＢｉｏＳＰＭＥコーティングは、浸漬被覆によりピン上に被覆される。他の実施形態では、スプレー被覆などの他の被覆方法が用いられてよい。

コーティング厚みは、望ましい特性に達するように変化され得る。様々な実施形態では、コーティング厚みは約１μｍから約７５μｍまでの範囲であり得る。好ましい実施形態では、コーティング厚みは約２０μｍから５０μｍまでの範囲である。他の実施形態では、コーティング厚みは、例えば、約５μｍ、約１０μｍ、約１５μｍ、約２０μｍ、約２５μｍ、約３０μｍ、約３５μｍ、約４０μｍ、約４５μｍ、約５０μｍ、約５５μｍ、約６０μｍ、約６５μｍ、約７０μｍ、又は約７５μｍである。好ましい実施形態では、コーティング厚みは約１０μｍから約５０μｍまでの範囲である。コーティング厚みは、例えば被覆ステップを複数回行うことによって変わり得る。例えば、試料サイズが大変小さい時に、より薄いコーティングが用いられてよいが、より薄いコーティングは、抽出される可能性のある分析物の量を制限するかもしれない。好ましい実施形態では、コーティング厚みは上部プラットフォームの全てのピンで一定である。

図７は被覆されたピンを図示しており、個々のピン１３０の先端上のコーティング１３５を示す。ピンが下部プラットフォームのウェル内に配置される際に、ピンの被覆された先端は試料と接するようになり、分析対象物が抽出され得ることになる。本明細書で記載のＰＡＮ結合剤の機能性シリカ粒子で被覆されたピンが、図７Ｃと７Ｄで低倍率と高倍率でそれぞれ示されている。

他の実施形態では、結合剤と微小球を含むインクマトリックスを用いる３Ｄプリンティングなどによってピンが形成される際に、微小球と結合剤がピンに組み込まれてよい。

特に好ましい実施形態では、ピンへの被覆によって、血液、血漿、尿、唾液、組織、及び食料品などの生体試料の遊離型の分析物及び全分析物の測定が可能となる。このような実施形態では、コーティングの構成に依存して、コーティングはある分析対象物を吸収又は吸着し、その一方で他の分析物は影響し合わないか、あるいはサイズにより物理的に除外されるかのどちらか故に、溶液に残される。例えば、いくつかの実施形態では、提供されているコーティングが低分子医薬を優先的に抽出し、その一方でリン脂質やタンパク質などの、より大きな分子は溶液内に残す。選択的な除去及び／又は様々な分析対象物の濃縮、又は複雑な生体試料から妨害性の分析物の除去を考慮に入れると、実質的にどのようなＢｉｏＳＰＭＥコーティングでも本明細書に記載の器具で利用され得る。

本明細書で提供されている器具を用いることで、試料から除去されるかもしれない分析物のいくつかの非制限の例は、コデイン、カルバマゼピン、ジアゼパム、ジクロフェナック、フェンタニル、メトプロロール、プロプラノロール、ワルファリン、及びキニジンなどの低分子医薬と、メタンフェタミン、コカイン並びにそれの代謝物質であるベンゾイルエクゴニン及びコカエチレン、ノルフェンタニル、メタドン並びにそれの代謝物質であるＥＤＤＰ、並びに「バスソルト、ジュエリークリーナー、又は肥料」として販売されているフェネチルアミン及びカチノン化合物の種類などの、違法薬物とその代謝物質と、アルドリン、アトラジン、カルフェントラゾンエチル、デスエチルアトラジン、デスエチルテルブチラジン、ジクロベニル、ディルドリン、ジフルフェニカン、エンド－ヘプタクロルエポキシド（endo-heptachlorepoxid）、エクソ－ヘポタクロルエポキシド（exo-heptachlorepoxid）、ヘプタクロル、リンデン、メフェンピル－ジエチル、メトラクロール、メトリブジン、パラチオン－エチル、パラチオン－メチル、ペンジメタリン、シマジン、テルブトリン、テルブチラジン、及びトリクロサンなどの環境因子を含む。これらの例は、実例を意味し、本明細書に記載のデバイスを制限せず、本明細書に記載のデバイスで使用されるコーティングは、他の多数の分析対象物を抽出するのに適合され得るということを、当業者は認識するであろう。

好ましい実施形態では、ピンとウェルが従来のマルチウェルプラットフォームと適合性のあるように、本明細書に記載の器具は配置され、従来のマルチウェルプラットフォームには９６－ウェルプラットフォーム、３８４－ウェルプラットフォーム、及び１５３４－ウェルプラットフォームが含まれるが、それらに限定されない。上部プラットフォームは、下部プラットフォームのウェル数と同じピン数を有するように構成されてよく、又は下部プラットフォームのウェル数と異なるピン数を有するように構成されてよい。それらは従来のマルチウェルプラットフォームと適合性があるので、本明細書に記載の器具は、自動試料ハンドリングシステム、ロボットの試料管理システム、及びそのようなシステムと接続する器具類と接続され得る。図８は上部プラットフォーム１００と自動試料ハンドリングシステムとのインターフェースを示し、被覆された先端１３５を含むピン１３０が下向きに配置されているので、複数の試料から分析物を同時に抽出するように自動試料ハンドリングシステムが上部プラットフォームを下部プラットフォームに接合し得る。図９は、本明細書に記載の器具を含む、自動試料ハンドリングシステムを示す。図９Ａでは、下向きに配置されているピン１３０を含む上部プラットフォーム１００が、下部プラットフォーム２００よりも上に配置されている。図９Ｂでは、ピン１３０が下部プラットフォーム２００のウェル２３０に配置されるように、上部プラットフォーム１００がより低い位置に下げられている。

特に好ましい実施形態では、本明細書に記載の器具は、自動リキッドハンドリングシステムと関連するロボットの試料ハンドリングシステムに接続するように適合されている。好ましい実施形態では、器具は、質量分析計へのインターフェースを備える、自動リキッドハンドリングシステムとロボットの試料ハンドリングシステムとに接続するように適合されている。本明細書に記載の器具は、エレクトロスプレー、脱離エレクトロスプレーイオン化法（ＤＥＳＩ）、リアルタイム直接分析（ＤＡＲＴ）などのイオン源を有する質量分析計と接続するのに特に適切である。

本明細書に記載の器具を用いることで、複数の試料から遊離型の分析物を同時に単離する方法も提供される。遊離型の分析物を含む複数の試料を下部プラットフォームのウェルに加え、下部プラットフォームに上部プラットフォームを接合し、ピンの被覆された部分が試料に接するように、上部プラットフォームのピンが下部プラットフォームのウェルに配置され、及び遊離型の分析物が抽出されるのに十分な時間、ピンの被覆された部分を試料に接したままにすることで、本方法は行われる。次いで、抽出された分析物は、分析技術を用いて分析され得る。本明細書で提供されている技術は、複数の試料から全分析物を同時に単離するのにも用いられ得る。遊離型の分析物を抽出し、次いで結合型の分析物を取り尽くすステップを加えることで、又は遊離型の分析物及び結合型の分析物を取り尽くすための曝露時間を調整することで、これは達成され得る。

本明細書に記載の方法によると、分析対象物を抽出するのに十分な時間、ピンは試料溶液に接したままである。抽出時間は、多数の要因によって変化することになり、多数の要因には試料の性質、ピンへのＳＰＭＥ又はＢｉｏＳＰＭＥコーティング、分析物の種類等が含まれるが、それらに制限されない。最も多い実施形態では、約３０秒から約３０分の範囲の抽出時間が、望ましい割合まで分析物を除去するのに十分であるだろう。

好ましい方法では、器具は自動リキッドハンドリングシステムとロボットの試料ハンドリングシステムと結合し、質量分析計と接続している。そのような方法では、本明細書に記載の器具は、各試料の全分析物及び遊離型の分析物を早く簡便に提供するために、自動システムで用いられ得る。

本明細書で提供されているマルチアレイデバイスは、少量の全分析物及び遊離型の分析物のピンの配列を用いる直接分析に有用であるイン・ビトロデバイスも含む。従来の９６－ウェル、３８４－ウェル、及び１５３４－ウェルプラットフォームと適合性のある多重化フォーマットで構成されたデバイスによって、最小の試料容量を含む試料群の迅速な分析が可能になる。このデバイスの利点は、多数の試料の分析物の直接測定を自動化できることを含んでおり、その一方で液体脱離システム（liquid desorption system）との簡便な接続を可能にする。

器具又はデバイスは、例えば１ピン掛ける８ピンのストリップ若しくは２列掛ける４列のプレートとしての８ピン、例えばストリップ若しくはプレートの構成としての１２ピン、例えば８列掛ける１２列のプレートとしての９６ピン、３８４ピン、１５３６ピン構成、又はそれらの組み合わせで構成されていてよい。さらに、ピンは任意の適切な配置で構成され得る。好ましくは、配置は、自動リキッドハンドリングシステムとロボットの試料捕集システムに適したものである。

ピンは記載のＢｉｏＳＰＭＥコーティングを含むので、自動プラットフォームを用いてマトリックスから全分析物及び遊離型の分析物を単離することに、デバイスは特に適切である。このマルチピンデバイスは５μＬから５ｍＬの間の試料容量の分析を可能にする。記載のデバイスは、ロボットのリキッドハンドリングシステムに含めて構成されることで高度に自動可能であり、そして従来のウェルプラットフォーム構成に容易に接続される。ピンの円柱状、棒状、又は円錐台状の特性は、多くの表面領域が試料に曝露することを可能にし、それ故、抽出時間を最小にし、分析物の検出を最大にする。デバイスは、ＤＥＳＩ、ＤＡＲＴなどのプラットフォームといった、直接質量分析インターフェイス（direct mass spectrometry interface）と共に液体脱離システムに高度に適合できる。

好ましい実施形態では、多くの異なる試料の遊離型の分析物及び全分析物の定量を可能にするために、各ピンは同じコーティングを有し、各ウェルは異なる試料を含めてよい。しかし、いくつかの実施形態では、異なるピンは異なるコーティングを有してよいので、異なるピンは、異なる分析対象物を抽出するために最適化されている。

質量分析計の使用。ＳＰＭＥデバイスでは、マルチピンデバイスと方法は、複数の試料にある分析物を同時に単離し濃縮する。本開示で用いられているコーティングは、抽出された分析物を固定してよい。コーティングは分析対象物に適応され得るため、本明細書で開示されているデバイスと方法は、イオン化の抑制又は促進を提供する可能性のある望ましくない影響を減らすかもしれない。

被覆されたピンは、ＤＡＲＴ（リアルタイム直接分析）、ＤＥＳＩ（脱離エレクトロスプレーイオン化法）、ＯＰＰ（オープンポートプローブ（Open Port Probe））、ＳＥＬＤＩ（表面増強レーザー脱離イオン化法（Surface Enhanced Laser Desorption Ionization））、ＭＡＬＤＩ（マトリックス支援レーザー脱離イオン化法）、溶媒抽出表面分析法（ＬＥＳＡ）、液体マイクロ接合界面試料捕集プローブ（Liquid Microjunction Surface Sampling Probe）（ＬＭＪ－ＳＳＰ）、又はＬＡＥＳＩ（レーザーアブレーションエレクトロスプレーイオン化法（laser ablation electrospray ionization））などの、様々なイオン化方法で用いられてよい。ＤＡＲＴとＤＥＳＩは、大気状態下の野外で気体、液体、及び個体をイオン化する大気圧イオン源である。ＳＥＬＤＩとＭＡＬＤＩは、分析物のイオンを得るためにレーザーを用いるソフトイオン化技術である。エレクトロスプレーに基づく装置では、溶媒で被覆するように個体基質を濡らし、濡らされている基質に対して高電場を適用することで、抽出された又は事前濃縮された分析物のイオンが固体基質の境界から直接生成される。

本明細書に記載の器具は、自動液体試料ハンドリングシステムとの連結に特に適しており、質量分析計に直接接続している自動液体試料ハンドリングシステムに特に適しているので、好ましい実施形態では、器具は、実験室のベンチトップ型質量分析計と共に用いられる。しかしある実施形態では、本明細書に記載の器具は、持ち運びができ、フィールドで展開できる質量分析計と共に用いられてよい。典型的な質量分析計は、直線イオントラップ（rectilinear ion trap）、円柱状のイオントラップ（cylindrical ion trap）、四重極イオントラップ（quadrupole ion trap）、タイム－オフ－フライト（time-of-flight）、イオンサイクロトロン共鳴トラップ（ion cyclotron resonance trap）、及び静電気のイオントラップ（electrostatic ion trap）（例えばオービトラップ質量分析器（Orbitrap mass analyzer））を含む。

要するに、本明細書で提供されているデバイスの利点は、生体体液などの扱いにくいマトリックスから目的の分析物を単離できることを含む。特段の利点は、生体試料又は生体試料群の少量の全分析物及び遊離型の分析物の測定を可能にすることである。本明細書に記載のデバイスは、多重化フォーマットで構成されており、そして好ましい実施形態では、９６－ウェル、３８４－ウェル、１５３４－ウェル、又は他の従来のプラットフォームに適合性を持っており、最小の試料容量を含む試料群の迅速な分析を可能にする。デバイスは、多数の個別の試料内における分析物の直接測定を自動化できることを提供し、その一方で液体脱離又は他のシステムとの簡便な接続を可能にする。

コーティング手順。次の工程は実例のみである。ＳＰＭＥに適したコーティングは、当業者に周知である。特定のコーティングは分析対象物に基づき選択され得る。本明細書に記載の器具のための１つの好ましい実施形態は、ＰＡＮ結合剤のシリカ微小球を含むＳＰＭＥコーティングである。特定のシリカ微小球は望ましい特性に基づいて選択されてよい。ポリアクリロニトリル高分子は、実質的に商業的に利用できる任意のＰＡＮであり得る。結合剤の特性に作用するように、特定の分子重量を選択してよい。例えば、あるＰＡＮは、溶液における粘度に基づき選択されてよく、結合剤と微小球が本明細書に記載の通りにピンに被覆される際に、粘度はコーティング特性に影響を及ぼす可能性がある。

（Ａ）ＰＡＮ結合剤溶液の調製。ポリアクリロニトリル（ＰＡＮ）の結合剤溶液は次の通りに調製される。濃度は望ましい特性に基づき決定され得る。いくつかの好ましい実施形態では、溶媒に対するＰＡＮの濃度は約５％から１２％（ｗ／ｗ）である。１つの実施形態では、溶媒はＤＭＦであるが、もっとも他の適切な溶媒は当業者に周知である。端的に、ＰＡＮは適切な容器で重さを量られ、好ましくは、その容器は密封され得るものである。ＰＡＮに対して、好ましい濃度となるような量で溶媒が加えられる。容器は密封され、ＰＡＮの粉末が溶媒に消散されるまで数分間、懸濁液は振られ、及び／又はかき混ぜられる。緩く封をした容器は加熱ブロックに置かれ、ＰＡＮが溶媒内に完全に溶け、透明な溶液になるまで、例えば約８０℃～９０℃で加熱される。

（Ｂ）シリカ微小球とＰＡＮの懸濁液の調製。シリカマイクロ粒子が重さを量られ、容器に入れられる。シリカマイクロ粒子とＰＡＮが望ましい比率となるように計算されたステップ（Ａ）のＰＡＮ溶液の量がバイアル瓶で量られ、ピペットを用いて加えられる。全てのシリカが接液し、ＰＡＮ溶液内に消散したように見えるまで、ＰＡＮとシリカの懸濁液は完全に混ぜられる。容器は緩く蓋をされ、真空オーブン内の真空の下、室温でガスを抜かれる。ガスを抜かれた後、容器はオーブンから取り出され、ピンを被覆するのに用いられ得る。

ピンの先端を被覆するための浸漬。ステップ（Ｂ）で調製されたＰＡＮとシリカの懸濁液に先端を浸すことで、上部プラットフォームに一体的なピンは被覆される。浸漬の適用の後、ピンは硬化される。この工程は、コーティングが望ましい厚みになるまで繰り返される。

デバイス上に粒子を被覆するためのスプレー。ステップ（Ｂ）で調製されたＰＡＮとシリカの懸濁液が、本明細書に記載の器具の上部部分と一体的であるピンを被覆するスプレーに適したスプレーデバイスに、配置される。粒子の懸濁液の薄い層がピン上にスプレーされる。懸濁液を被覆する厚みは適用量によって、そして適用される被覆の回数によって制御される。本方法は手動のスプレーによって、又は自動被覆デバイスによって完了されてよい。

被覆されたピンを用いるＢｉｏＳＰＭＥ。被覆されたピンは４ステップのＢｉｏＳＰＭＥ法で用いられる。２０分間、５００ｒｐｍで攪拌しながら、メタノールと水が５０対５０である混合物１ｍＬに曝露することによって、ピンは準備される。次に、ピンは底部プラットフォームのウェルに配置され、そのウェルには、中性緩衝液と４つの分析対象物である、メトプロロール、プロプラノロール、カルバマゼピン、ジアゼパンを含む試料群が備わっている。２分間、５００ｒｐｍで攪拌しながら、ピンは抽出してもよい。次いで、ピンは水で洗われる。最後に、１０分間、５００ｒｐｍで攪拌しながら、ピンは１００μＬのメタノール内で脱離される。確かな反応が、４つの分析物全てに対して得られ、上述のシリカ微小球とＰＡＮのコーティングを用いた成功した抽出を確認する。

本方法と例は説明のみのために提供され、ここで請求されている発明を制限することを意味しない。

Claims (20)

1. 複数の試料のそれぞれから１つ以上の分析物を同時に抽出するための器具であって、
   上部プラットフォームと下部プラットフォームを有するハウジングを備え、前記上部プラットフォームと前記下部プラットフォームは、着脱可能に組み合わせるのに適した別々の要素であり、
   前記上部プラットフォームが頂部表面と底部表面を有し、前記底部表面が前記底部表面に垂直で単一要素として一体化されている複数のピンを備え、前記ピンが円柱状又は円錐台状であって、固相マイクロ抽出（ＳＰＭＥ）に適した表面を有し、
   前記下部プラットフォームが頂部表面と底部表面を有し、前記頂部表面が個々の複数のウェルを備え、
   前記上部プラットフォームと前記下部プラットフォームが組み合わされた際に、前記上部プラットフォームの少なくとも１つのピンが、前記下部プラットフォームの少なくとも１つのウェルに配置される、
   ことを特徴とする器具。
2. 前記上部プラットフォームと前記下部プラットフォームが組み合わされた際に、前記上部プラットフォームの各ピンが前記下部プラットフォームの個別のウェルに配置される、請求項１に記載の器具。
3. 固相マイクロ抽出に適した前記表面がマイクロ粒子と結合剤を備え、
   前記マイクロ粒子は、シリカ球、機能性シリカ球、機能性炭素球、高分子樹脂、及びそれらの組み合わせから成るグループから選択され、
   前記結合剤は生体適合性の高分子である、
   請求項１に記載の器具。
4. 前記ピンの表面がコーティングで被覆されており、前記コーティングは機能性シリカ球と生体適合性の結合剤とを備える、請求項３に記載の器具。
5. 前記コーティングが１０μｍから５０μｍの範囲の厚みを有する、請求項４に記載の器具。
6. 前記生体適合性の結合剤が、ポリアクリロニトリル（ＰＡＮ）、ポリエチレングリコール（ＰＥＧ）、ポリピロール、誘導体化されたセルロース、ポリスルホン、ポリアクリルアミド、又はポリアミドから成るグループから選択される、請求項３に記載の器具。
7. 前記生体適合性の結合剤がポリアクリロニトリルである、請求項６に記載の器具。
8. 固相マイクロ抽出に適した前記表面がマイクロ粒子と結合剤とを備え、
   前記ピンが形成される際に、前記マイクロ粒子と前記結合剤とが前記ピンに組み込まれる、請求項１に記載の器具。
9. 前記ピンと前記ウェルが９６－ウェルプラットフォーム、３８４－ウェルプラットフォーム、及び１５３４－ウェルプラットフォームを含む従来のマルチウェルプラットフォームとの適合性を有するように配置されている、請求項１に記載の器具。
10. 前記器具が自動リキッドハンドリングシステムと接続するように適合されている、請求項１に記載の器具。
11. 前記自動リキッドハンドリングシステムが質量分析計とのインターフェースを含む、請求項１０に記載の器具。
12. 前記質量分析計がイオン源を含む、請求項１１に記載の器具。
13. 前記イオン源が、エレクトロスプレー、脱離エレクトロスプレーイオン化法（ＤＥＳＩ）、及びリアルタイム直接分析（ＤＡＲＴ）から成るグループから選択される、請求項１２に記載の器具。
14. 複数の試料それぞれから１つ以上の分析物を同時に抽出するためのマルチピンデバイスであって、
    頂部表面と底部表面を有するプレートを備え、前記底部表面が複数のピンを備え、各ピンが低部表面と単一要素として一体で、おおよそ垂直に底部表面と反対側の末端に向かって外向きに突き出ており、前記ピンは円柱状又は円錐台状であって、固相マイクロ抽出（ＳＰＭＥ）に適した表面を有し、
    前記ピンは、９６－ウェルプラットフォーム、３８４－ウェルプラットフォーム、及び１５３４－ウェルプラットフォームを含む従来のマルチウェルプラットフォームの複数のウェルに嵌合するように構成され、固相マイクロ抽出に適した前記表面が、ウェルプレートの１つ以上のウェルに配置させられている試料に接触できる、
    ことを特徴とするマルチピンデバイス。
15. 固相マイクロ抽出に適した前記表面がコーティングを備え、前記コーティングは複数の機能性シリカ球と結合剤とを備える、請求項１４に記載のマルチピンデバイス。
16. 前記結合剤が生体適合性の結合剤である、請求項１５に記載のマルチピンデバイス。
17. 請求項１に記載の器具を提供するステップと、
    遊離型の分析物を含む複数の試料を、前記下部プラットフォームの前記ウェルに加えるステップと、
    前記上部プラットフォームと前記下部プラットフォームを組み合わせ、前記上部プラットフォームの複数のピンを、前記試料に接するように前記下部プラットフォームの前記ウェルの前記試料に配置するステップと、
    遊離型の分析物が抽出されるのに十分な時間、前記ピンを前記試料に接したままにするステップと、
    を備える、複数の試料から遊離型の分析物を同時に抽出する方法。
18. 請求項１に記載の器具を提供し、前記器具は自動リキッドハンドリングシステムと連結し、前記自動リキッドハンドリングシステムは質量分析計と連結し、
    分析物を含む複数の試料を前記下部プラットオームの前記ウェルに加え、
    前記上部プラットフォームと前記下部プラットフォームを組み合わせ、前記上部プラットフォームの複数のピンが、前記試料に接するように前記下部プラットフォームの前記ウェルの前記試料に配置され、
    遊離型の分析物を抽出するのに十分な時間、前記ピンを前記試料と接したままにし、
    前記試料の前記遊離型の分析物を特定するために、前記抽出された遊離型の分析物を前記質量分析計に取り込む、
    ことを特徴とする、複数の試料の遊離型の分析物及び全分析物を測定する方法。
19. 請求項１４に記載のマルチピンデバイスとマルチウェルプラットフォームであって、前記マルチピンデバイスの前記ピンが、前記マルチウェルプラットフォームの前記ウェルに対して相補な形状である前記マルチピンデバイスと前記マルチウェルプラットフォームとを提供するステップと、
    遊離型の分析物を含む複数の試料を前記マルチウェルプラットフォームの前記ウェルに加えるステップと、
    前記ピンが前記試料に接するように、前記マルチピンデバイスの前記ピンをマルチウェルプラットフォームの前記ウェルに配置するステップと、
    前記遊離型の分析物が抽出されるのに十分な時間、前記ピンを前記試料に接したままにするステップと、
    を備える、複数の試料から遊離型の分析物を同時に抽出する方法。
20. 請求項１４に記載のマルチピンデバイスを提供し、前記マルチピンデバイスは自動リキッドハンドリングシステムと連結され、前記自動リキッドハンドリングシステムは質量分析計と連結され、
    前記マルチピンデバイスの前記ピンと同様の形状であるウェルを有するマルチウェルプラットフォームを提供し、前記マルチウェルプラットフォームは自動リキッドハンドリングシステムと連結され、
    分析物を含む複数の試料を前記マルチウェルプラットフォームの前記ウェルに加え、
    前記マルチピンデバイスの前記ピンを前記マルチウェルプラットフォームの前記ウェルに配置し、前記ピンが前記試料に接するように、前記上部プラットフォームの複数のピンが前記マルチウェルプラットフォームの前記ウェルの前記試料に配置され、
    遊離型の分析物を抽出するのに十分な時間、前記ピンを前記試料に接したままにし、
    前記試料中の前記遊離型の分析物を特定するために、前記抽出された遊離型の分析物を
    質量分析計に取り込む、
    ことを特徴とする、複数の試料の遊離型の分析物及び全分析物を測定する方法。

Images