JP7380400B2

JP7380400B2 - 遠心式流動場分画システム

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Publication number: JP7380400B2
Application number: JP2020072200A
Authority: JP
Inventors: 健吾青木; 竜太郎小田
Original assignee: Shimadzu Corp
Current assignee: Shimadzu Corp
Priority date: 2020-04-14
Filing date: 2020-04-14
Publication date: 2023-11-15
Anticipated expiration: 2040-04-14
Also published as: JP2021169055A

Description

本発明は、遠心式流動場分画システムに関する。

液体試料に含まれる粒子をサイズ及び比重に応じて分級する方法として、ＦＦＦ（Field Flow Fractionation：流動場分画法）が知られている。ＦＦＦは、非対称フロー分画法及び遠心式流動場分画法などの各種分析法に細分される。

遠心式流動場分画法を用いて粒子を分級する遠心式流動場分画システムは、一般的に、円環状のロータと、当該ロータの周面に沿って設けられた円弧状の流路部材とを備えている（例えば、下記特許文献１参照）。流路部材内には、周方向に延びる流路が形成されており、当該流路内に液体試料が流入する。このような遠心式流動場分画システムでは、ロータを回転させることにより、当該ロータに取り付けられている流路部材を回転させ、流路内の液体試料に含まれる粒子に対して遠心力を付与することができる。

流路部材には、周方向の一端部に流入口が形成され、他端部に流出口が形成されている。分析時には、まず、流路内に移動相を送液しながらロータを回転させる。移動相は、流入口から流路内に流入し、周方向の一端部から他端部まで流路内を通過した後、流出口から流出する。そして、ロータの回転数を一定に維持した状態で、試料注入装置から移動相に試料が注入される。試料が注入された移動相は、液体試料として流入口から流路内に流入する。

その後、ロータの回転数が一定のまま所定時間が経過すると、移動相の送液が停止される。移動相の送液が停止された後の所定時間は、そのままロータの回転数が一定で維持される。これにより、流路内の液体試料に含まれる粒子が遠心沈降する。その後、移動相の送液が再開されることにより分析が開始され、所定時間経過後にロータの回転数が徐々に低下（減衰）される。これにより、液体試料中のサイズ及び比重が小さい粒子から順に流出口から導出され、検出器へと送られる。

特表２０１４－５１８７６１号公報

液体試料が流入口から流路内に流入する際、ロータは回転しているため、液体試料中の各粒子には流路内に流入した直後から遠心力が作用する。そのため、各粒子の多くは流路内における流入口近傍に沈降する。その後に移動相の送液が再開され、所定時間経過後にロータの回転数が徐々に低下されたときには、流入口近傍に沈降していた多くの粒子が、流路内を通って下流側へと流れ、流出口から導出される。

したがって、各粒子が流路内を流入口近傍から流出口へと流れる過程で拡散しやすく、その結果、分解能が悪化するおそれがある。また、各粒子が流路内を流入口近傍から流出口まで流れて検出器へと導かれるため、分析時間が長くなる。

本発明は、上記実情に鑑みてなされたものであり、流路内に沈降された液体試料中の粒子が流路内から導出されるまでの経路を短縮することができる遠心式流動場分画システムを提供することを目的とする。

本発明の第１の態様は、ロータと、円弧状の流路部材と、導入機構と、回転駆動部と、導出機構とを備える遠心式流動場分画システムである。前記ロータは、回転軸線を中心に回転する。前記流路部材は、前記ロータに取り付けられ、内部に液体試料の流路が形成されるとともに、前記流路に連通する液体試料の通過口が形成されている。前記導入機構は、前記通過口を介して前記流路内に液体試料を導入させる。前記回転駆動部は、前記ロータを回転させることにより、前記流路内における液体試料中の粒子を遠心力によって沈降させる。前記導出機構は、液体試料の導入時とは逆方向に沿って前記流路内に移動相を導入させることにより、前記流路内に沈降された液体試料中の粒子を前記通過口から導出させる。

本発明の第１の態様によれば、通過口を介して流路内に導入され、遠心力によって通過口近傍に沈降された液体試料中の粒子が、液体試料の導入時とは逆方向に沿って流路内に導入される移動相によって、再び通過口から導出される。これにより、通過口近傍に沈降された粒子を通過口から直ぐに導出させることができる。したがって、流路内に沈降された液体試料中の粒子が流路内から導出されるまでの経路を短縮することができる。

第１実施形態に係る遠心式流動場分画装置を備えた遠心式流動場分画システムの構成例を示す概略図である。遠心式流動場分画装置の構成例を示す概略正面図である。流路部材の構成例を示す概略斜視図である。遠心式流動場分画システムの第１実施例を示す概略図であり、試料導入時の状態を示している。遠心式流動場分画システムの第１実施例を示す概略図であり、遠心沈降時の状態を示している。遠心式流動場分画システムの第１実施例を示す概略図であり、送液再開時の状態を示している。遠心式流動場分画システムの第２実施例を示す概略図であり、試料導入時の状態を示している。遠心式流動場分画システムの第２実施例を示す概略図であり、遠心沈降時の状態を示している。遠心式流動場分画システムの第２実施例を示す概略図であり、送液再開時の状態を示している。第２実施形態に係る遠心式流動場分画装置を備えた遠心式流動場分画システムの構成例を示す概略図である。遠心式流動場分画システムの概略図であり、試料導入時の状態を示している。遠心式流動場分画システムの概略図であり、遠心沈降時の状態を示している。遠心式流動場分画システムの概略図であり、送液再開時の状態を示している。

１．遠心式流動場分画システムの第１実施形態
図１は、第１実施形態に係る遠心式流動場分画装置１を備えた遠心式流動場分画システムの構成例を示す概略図である。遠心式流動場分画装置１は、ＦＦＦ（Field Flow Fractionation：流動場分画法）を用いて液体試料に含まれる粒子をサイズ及び比重に応じて分級する装置である。図１の遠心式流動場分画システムは、遠心式流動場分画装置１の他に、移動相貯留部２、送液ポンプ３、切替機構４、試料注入装置５、検出器６及び移動相回収部７などを備えている。

移動相貯留部２には、例えば水又は有機系溶媒などからなる移動相が貯留されている。移動相は、送液ポンプ３により移動相貯留部２内から送り出され、切替機構４を介して遠心式流動場分画装置１に導入される。試料注入装置５は、送液ポンプ３と切替機構４との間に設けられている。試料注入装置５から試料が注入された移動相は、液体試料として遠心式流動場分画装置１に導入される。

液体試料には、分析対象となる多数の粒子が含まれている。液体試料に含まれる粒子は、遠心式流動場分画装置１において遠心力が付与されることにより分級され、サイズ及び比重に応じて異なるタイミングで遠心式流動場分画装置１から導出される。遠心式流動場分画装置１から順次導出される粒子は、切替機構４を介して移動相とともに検出器６へと送られ、当該検出器６において検出された後、移動相回収部７に回収される。遠心式流動場分画装置１に対する液体試料の導入の開始又は停止は、切替機構４により切り替えることができる。

検出器６としては、例えば屈折率検出器、吸光度検出器又は光散乱検出器などを用いることができる。ただし、検出器６は、上記のような検出器に限られるものではなく、他の任意の種類の検出器を用いることが可能である。

２．遠心式流動場分画装置の具体的構成
図２は、遠心式流動場分画装置１の構成例を示す概略正面図である。遠心式流動場分画装置１は、回転軸１１を中心に回転する回転部１０と、回転軸１１を回転可能に保持する保持台２０と、回転する回転部１０に作業者が接触するのを防止するための保護壁３０とが組み立てられることにより構成されている。

回転部１０は、例えば円筒形状に形成されており、その中心部に取り付けられた回転軸１１が水平方向に延びるように保持台２０により保持されている。保護壁３０は、例えば回転部１０の外周面に対応する形状に湾曲したＵ字状の部材である。保護壁３０は、回転部１０の外周面を覆うように、当該外周面に対して微小な間隔を隔てて対向した状態で保持台２０に取り付けられている。

回転軸１１は中空状に形成されており、移動相は、例えば回転軸１１のいずれか一方の端部から回転軸１１内に供給される。回転部１０には、第１接続部１２及び第２接続部１３が設けられている。第１接続部１２及び第２接続部１３は、それぞれ配管（図示せず）を介して回転軸１１内に連通している。回転軸１１内に供給された移動相は、配管を介して第１接続部１２又は第２接続部１３から回転部１０に導入される。切替機構４は、第１接続部１２から回転部１０に移動相を導入する状態と、第２接続部１２から回転部１０に移動相を導入する状態とを切り替えることができる。すなわち、切替機構４は、送液ポンプ３により送液される移動相の流通方向を切り替えることができる。

回転軸１１には、回転駆動部の一例であるモータ４０が連結されている。このモータ４０の駆動により回転部１０を回転させて、回転部１０内の液体試料に遠心力を付与することができる。ただし、回転部１０は、モータ４０以外の回転駆動部を用いて回転させることも可能である。

回転部１０は、例えばロータ１４、スペーサ１５、流路部材１６、固定部材１７及び楔状部材１８などが組み立てられることにより、全体として円筒状の部材として構成されている。

ロータ１４は、円環状の部材であり、一方の端面が端面壁１４１により塞がれている。端面壁１４１は円板状に形成され、その中央部に回転軸１１が挿通される。回転軸１１を端面壁１４１の中央部に挿通させて固定することにより、回転軸１１の回転に伴って、当該回転軸１１と同軸上の回転軸線Ｌを中心にロータ１４を回転させることができる。

ロータ１４の内側（回転軸線Ｌ側）の空間には、スペーサ１５、流路部材１６、固定部材１７及び楔状部材１８が収容される。スペーサ１５、流路部材１６及び固定部材１７は、それぞれ長尺形状の部材が円弧状に湾曲された形状を有しており、ロータ１４の内周面に沿って、この順序で積層された状態で取り付けられる。スペーサ１５、流路部材１６及び固定部材１７の曲率半径は、例えば５０～２００ｍｍ程度である。

流路部材１６は、例えば厚みが１ｍｍ以下の薄板状であり、周方向の両端部が間隔を隔てて対向することによりＣ字状に形成されている。流路部材１６の内部には、周方向に延びる流路（図示せず）が形成されている。流路部材１６内の流路は、移動相の種類や分析の条件などに応じて異なる高さに設定される。そのため、流路部材１６は、流路の高さに応じて異なる厚みに形成され、複数種類の流路部材１６の中から最適な流路部材１６が選択されることとなる。

流路部材１６内の流路の一端部には第１接続部１２が連通し、流路の他端部には第２接続部１３が連通している。これにより、第１接続部１２又は第２接続部１３のいずれか一方から流路部材１６の流路内に移動相を導入させ、他方から移動相を導出させることができる。

固定部材１７は、流路部材１６よりも厚みが大きい部材であり、例えば厚みが１０ｍｍ程度に形成されている。固定部材１７は、流路部材１６と同様に、周方向の両端部が間隔を隔てて対向することによりＣ字状に形成されている。固定部材１７の周方向の長さは、流路部材１６の周方向の長さとほぼ一致している。固定部材１７は、流路部材１６の内側（回転軸線Ｌ側）に、流路部材１６の内周面に沿って設けられ、固定部材１７とロータ１４との間に流路部材１６が挟み込まれる。このとき、Ｃ字状の固定部材１７の両端部間に楔状部材１８が取り付けられることにより、当該両端部を拡げる方向に力が加えられる。

これにより、Ｃ字状の固定部材１７がロータ１４の内周面側に強く押し当てられ、流路部材１６がロータ１４側に押圧されて固定される。液体試料中の粒子を分級させる際には、ロータ１４が高速で回転されることにより、流路部材１６の流路内が高圧（例えば１ＭＰａ程度）となり、流路の内外の圧力差が大きくなる。このような場合であっても、固定部材１７とロータ１４との間に流路部材１６を挟持することにより、流路部材１６の外周面及び内周面が上記圧力差で流路側とは反対側（外側）に変形するのを防止することができる。

流路部材１６とロータ１４との間には、スペーサ１５が挟持されている。スペーサ１５の材質は、特に限定されるものではないが、例えばＰＥＴ（Polyethylene Terephthalate）などの樹脂又は金属により形成されている。スペーサ１５は、例えば厚みが１ｍｍ以下の薄板状であり、流路部材１６の厚みに応じて異なる厚みのものが選択される。すなわち、スペーサ１５の厚みと流路部材１６の厚みとの合計値がほぼ一定となるように、最適な厚みを有するスペーサ１５が選択される。また、スペーサ１５は、ロータ１４の内周面の損傷を防止する機能も有している。ただし、スペーサ１５は省略することも可能である。

３．分級時の動作
図３は、流路部材１６の構成例を示す概略斜視図である。流路部材１６の内部には、その一端部から他端部まで円弧状に延びる流路１６１が形成されている。流路部材１６の一端部には第１通過口１６２が形成され、他端部には第２通過口１６３が形成されている。第１通過口１６２は流路１６１の一端部に連通し、第２通過口１６３は流路１６１の他端部に連通している。液体試料は、第１通過口１６２を介して流路１６１内に導入され、液体試料に含まれる粒子Ｓが流路１６１内で遠心力により分級される。

液体試料中の粒子を分級させる際には、まず、流路部材１６内の流路１６１に移動相を送液しながら、モータ４０の駆動によって回転部１０を回転させ、回転部１０の回転数を徐々に上昇させる。そして、回転部１０の回転数が所定値（初期回転数）に到達すると、その回転数を維持した状態で、試料注入装置５から移動相に試料が注入される。なお、図３に示すように、移動相への試料の注入時において流路１６１内を移動相が流れる方向は、回転部１０の回転方向に対して逆方向である。

その後、回転部１０の回転数が初期回転数で維持された状態のまま所定時間（インジェクション時間）が経過すると、流路１６１内への移動相の送液が停止される。移動相の送液が停止された後、所定時間（リラクゼーション時間）の間は、そのまま回転部１０の回転数が初期回転数で維持される。これにより、流路１６１内で液体試料中の粒子が遠心力によって沈降する。そして、リラクゼーション時間が経過したタイミングで、流路１６１内への移動相の送液が再開される。このタイミングが分析開始のタイミングとなる。送液再開時には、液体試料の導入時とは逆方向（図３に示す方向とは逆方向）に沿って流路１６１内に移動相が導入される。

移動相の送液再開後も、所定時間（減衰開始時間）が経過するまでは、回転部１０の回転数が初期回転数で維持される。そして、減衰開始時間が経過したタイミングで、回転部１０の回転数が徐々に低下（減衰）される。これにより、流路１６１内に沈降された液体試料中の粒子が、サイズ及び比重が小さい粒子から順に流路１６１内から導出され、検出器６へと送られる。その後、回転部１０の回転数を低下させ始めてから所定時間（減衰時間）が経過したタイミングで、回転部１０の回転が停止されて分析が終了する。

４．第１実施例
図４Ａ～図４Ｃは、遠心式流動場分画システムの第１実施例を示す概略図である。図４Ａは試料導入時、図４Ｂは遠心沈降時、図４Ｃは送液再開時の状態をそれぞれ示している。本実施例では、切替機構４が２つのマルチポートバルブ（第１バルブ４１及び第２バルブ４２）を備えている。

第１バルブ４１は、例えば６つのポートＰ１１～Ｐ１６を有する六方バルブにより構成されている。第１バルブ４１は、複数の溝を有する弁体（図示せず）を含み、各溝が隣接するポートＰ１１～Ｐ１６同士を連通させる。この第１バルブ４１においては、弁体を回転させることにより、各溝が連通するポートＰ１１～Ｐ１６の組み合わせを切り替えることができる。この例では、第１バルブ４１の弁体が６０°の単位で回転可能となっており、弁体の各溝も６０°の角度範囲で周方向に延びている。図４Ａ及び図４Ｂでは、ポートＰ１１とポートＰ１２が連通し、ポートＰ１３とポートＰ１４が連通し、ポートＰ１５とポートＰ１６が連通している。一方、図４Ｃでは、ポートＰ１２とポートＰ１３が連通し、ポートＰ１４とポートＰ１５が連通し、ポートＰ１６とポートＰ１１が連通している。

同様に、第２バルブ４２は、例えば６つのポートＰ２１～Ｐ２６を有する六方バルブにより構成されている。第２バルブ４２は、複数の溝を有する弁体（図示せず）を含み、各溝が隣接するポートＰ２１～Ｐ２６同士を連通させる。この第２バルブ４２においては、弁体を回転させることにより、各溝が連通するポートＰ２１～Ｐ２６の組み合わせを切り替えることができる。この例では、第２バルブ４２の弁体が６０°の単位で回転可能となっており、弁体の各溝も６０°の角度範囲で周方向に延びている。図４Ａ及び図４Ｃでは、ポートＰ２１とポートＰ２２が連通し、ポートＰ２３とポートＰ２４が連通し、ポートＰ２５とポートＰ２６が連通している。一方、図４Ｂでは、ポートＰ２２とポートＰ２３が連通し、ポートＰ２４とポートＰ２５が連通し、ポートＰ２６とポートＰ２１が連通している。

第１バルブ４１のポートＰ１１は、送液ポンプ３に連通している。第１バルブ４１のポートＰ１２は、第２バルブ４２のポートＰ２１に連通している。第１バルブ４１のポートＰ１３は、検出器６に連通している。第１バルブ４１のポートＰ１４は、第１バルブ４１のポートＰ１６に連通している。第１バルブ４１のポートＰ１５は、第２バルブ４２のポートＰ２４に連通している。

第２バルブ４２のポートＰ２２は、遠心式流動場分画装置１における流路部材１６の第１通過口１６２に連通している。第２バルブ４２のポートＰ２３は、遠心式流動場分画装置１における流路部材１６の第２通過口１６３に連通している。第２バルブ４２のポートＰ２５は、第２バルブ４２のポートＰ２６に連通している。

試料導入時には、まず図４Ａのように、第１バルブ４１のポートＰ１１とポートＰ１２を連通させ、ポートＰ１３とポートＰ１４を連通させ、ポートＰ１５とポートＰ１６を連通させた状態とする。また、第２バルブ４２のポートＰ２１とポートＰ２２を連通させ、ポートＰ２３とポートＰ２４を連通させ、ポートＰ２５とポートＰ２６を連通させた状態とする。

この図４Ａの状態において、切替機構４は第１の状態であり、流路部材１６の流路１６１内に第１通過口１６２から移動相が導入される。すなわち、送液ポンプ３から送液される移動相は、第１バルブ４１のポートＰ１１及びポートＰ１２、第２バルブ４２のポートＰ２１及びポートＰ２２を介して、第１通過口１６２から遠心式流動場分画装置１の流路１６１内に導入される。流路１６１内を通過した移動相は第２通過口１６３から導出され、第２バルブ４２のポートＰ２３及びポートＰ２４、第１バルブ４１のポートＰ１５、ポートＰ１６、ポートＰ１４及びポートＰ１３を介して、検出器６へと導かれる。

この状態で試料注入装置５から移動相に試料が注入されることにより、液体試料が第１通過口１６２から流路部材１６の流路１６１内に導入される。このように、送液ポンプ３、切替機構４及び試料注入装置５は、第１通過口１６２を介して流路１６１内に液体試料を導入させる導入機構８を構成している。このとき、回転部１０は、初期回転数が維持された状態で回転している。

遠心沈降時（リラクゼーション時間）には、図４Ｂのように第２バルブ４２が切り替えられることにより、第２バルブ４２のポートＰ２２とポートＰ２３が連通し、ポートＰ２４とポートＰ２５が連通し、ポートＰ２６とポートＰ２１が連通した状態となる。このとき、第１バルブ４１は図４Ａの状態（試料導入時）のままである。

この図４Ｂの状態では、送液ポンプ３から送液される移動相は、第１バルブ４１のポートＰ１１及びポートＰ１２、第２バルブ４２のポートＰ２１、ポートＰ２６、ポートＰ２５及びポートＰ２４、第１バルブ４１のポートＰ１５、ポートＰ１６、ポートＰ１４及びポートＰ１３を介して、検出器６へと導かれる。すなわち、移動相は遠心式流動場分画装置１の流路１６１内を通過せず、流路１６１内への移動相の送液が停止される。

この状態で、回転部１０が初期回転数のまま維持されることにより、流路１６１内で液体試料中の粒子が遠心力によって沈降する。図４Ａの状態で液体試料が第１通過口１６２から流路１６１内に導入される際、回転部１０は回転しているため、液体試料中の各粒子には流路１６１内に導入された直後から遠心力が作用する。したがって、その後に図４Ｂの状態となり、液体試料中の各粒子が流路１６１内で沈降する際には、各粒子の多くは流路１６１内における第１通過口１６２近傍に沈降する。

送液再開時（分析開始時）には、図４Ｃのように第１バルブ４１及び第２バルブ４２が切り替えられる。この図４Ｃの状態では、第１バルブ４１のポートＰ１２とポートＰ１３が連通し、ポートＰ１４とポートＰ１５が連通し、ポートＰ１６とポートＰ１１が連通した状態となる。また、第２バルブ４２のポートＰ２１とポートＰ２２が連通し、ポートＰ２３とポートＰ２４が連通し、ポートＰ２５とポートＰ２６が連通した状態となる。

これにより、切替機構４が図４Ａのような第１の状態とは異なる第２の状態に切り替えられ、図４Ａの状態（試料導入時）とは逆方向に沿って流路１６１内に移動相が導入される。すなわち、送液ポンプ３から送液される移動相は、第１バルブ４１のポートＰ１１、ポートＰ１６、ポートＰ１４及びポートＰ１５、第２バルブ４２のポートＰ２４及びポートＰ２３を介して、第２通過口１６３から遠心式流動場分画装置１の流路１６１内に導入される。流路１６１内を通過した移動相は第１通過口１６２から導出され、第２バルブ４２のポートＰ２２及びポートＰ２１、第１バルブ４１のポートＰ１２及びポートＰ１３を介して、検出器６へと導かれる。

この状態で、回転部１０の回転数が徐々に低下されることにより、流路１６１内に沈降された各粒子が、サイズ及び比重が小さい粒子から順に第１通過口１６２から導出され、検出器６へと導かれる。このように、送液ポンプ３及び切替機構４は、液体試料の導入時とは逆方向に沿って流路１６１内に移動相を導入させることにより、流路１６１内に沈降された液体試料中の粒子を第１通過口１６２から導出させる導出機構９を構成している。

本実施例では、第１の状態（図４Ａ）と第２の状態（図４Ｃ）とで、切替機構４における第１バルブ４１及び第２バルブ４２の切替状態の組み合わせが異なる。ただし、切替機構４は、２つのマルチポートバルブを備えた構成に限らず、３つ以上のマルチポートバルブを備えていてもよいし、マルチポートバルブを１つだけ備えた構成であってもよい。また、切替機構４に含まれるバルブは、六方バルブに限らず、他のマルチポートバルブであってもよいし、複数の二方バルブを組み合わせることによって切替機構４が構成されていてもよい。また、切替機構４は、バルブ以外の切替部材を用いて流路を切り替えるものであってもよい。

５．第２実施例
図５Ａ～図５Ｃは、遠心式流動場分画システムの第２実施例を示す概略図である。図５Ａは試料導入時、図５Ｂは遠心沈降時、図５Ｃは送液再開時の状態をそれぞれ示している。本実施例では、切替機構４が１つのマルチポートバルブ（バルブ４３）を備えている。

バルブ４３は、例えば６つのポートＰ３１～Ｐ３６を有する六方バルブにより構成されている。バルブ４３は、複数の溝を有する弁体（図示せず）を含み、各溝が隣接するポートＰ３１～Ｐ３６同士を連通させる。このバルブ４３においては、弁体を回転させることにより、各溝が連通するポートＰ３１～Ｐ３６の組み合わせを切り替えることができる。この例では、バルブ４３の弁体が３０°の単位で回転可能となっている。弁体の各溝は、３０°よりも大きい角度範囲で周方向に延びており、図５Ａ～図５Ｃのように、６０°の角度範囲で周方向に延びる溝と、９０°の角度範囲で周方向に延びる溝が含まれていてもよい。

バルブ４３のポートＰ３１は、送液ポンプ３に連通している。バルブ４３のポートＰ３２は、遠心式流動場分画装置１における流路部材１６の第１通過口１６２に連通している。バルブ４３のポートＰ３３は、検出器６に連通している。バルブ４３のポートＰ３４は、バルブ４３のポートＰ３６に連通している。バルブ４３のポートＰ３５は、遠心式流動場分画装置１における流路部材１６の第２通過口１６３に連通している。

試料導入時には、まず図５Ａのように、バルブ４３のポートＰ３１とポートＰ３２を連通させ、ポートＰ３３とポートＰ３４を連通させ、ポートＰ３５とポートＰ３６を連通させた状態とする。この図５Ａの状態において、切替機構４は第１の状態であり、流路部材１６の流路１６１内に第１通過口１６２から移動相が導入される。すなわち、送液ポンプ３から送液される移動相は、バルブ４３のポートＰ３１及びポートＰ３２を介して、第１通過口１６２から遠心式流動場分画装置１の流路１６１内に導入される。流路１６１内を通過した移動相は第２通過口１６３から導出され、バルブ４３のポートＰ３５、ポートＰ３６、ポートＰ３４及びポートＰ３３を介して、検出器６へと導かれる。

遠心沈降時（リラクゼーション時間）には、図５Ｂのようにバルブ４３が切り替えられることにより、バルブ４３のポートＰ３３とポートＰ３４が連通し、ポートＰ３６とポートＰ３１が連通した状態となる。このとき、バルブ４３のポートＰ３２及びポートＰ３５は、他のポートに連通していない。

この図５Ｂの状態では、送液ポンプ３から送液される移動相は、バルブ４３のポートＰ３１、ポートＰ３６、ポートＰ３４及びポートＰ３３を介して、検出器６へと導かれる。すなわち、移動相は遠心式流動場分画装置１の流路１６１内を通過せず、流路１６１内への移動相の送液が停止される。

この状態で、回転部１０が初期回転数のまま維持されることにより、流路１６１内で液体試料中の粒子が遠心力によって沈降する。図５Ａの状態で液体試料が第１通過口１６２から流路１６１内に導入される際、回転部１０は回転しているため、液体試料中の各粒子には流路１６１内に導入された直後から遠心力が作用する。したがって、その後に図５Ｂの状態となり、液体試料中の各粒子が流路１６１内で沈降する際には、各粒子の多くは流路１６１内における第１通過口１６２近傍に沈降する。

送液再開時（分析開始時）には、図５Ｃのようにバルブ４３が切り替えられる。この図５Ｃの状態では、バルブ４３のポートＰ３２とポートＰ３３が連通し、ポートＰ３４とポートＰ３５が連通し、ポートＰ３６とポートＰ３１が連通した状態となる。

これにより、切替機構４が図５Ａのような第１の状態とは異なる第２の状態に切り替えられ、図５Ａの状態（試料導入時）とは逆方向に沿って流路１６１内に移動相が導入される。すなわち、送液ポンプ３から送液される移動相は、バルブ４３のポートＰ３１、ポートＰ３６、ポートＰ３４及びポートＰ３５を介して、第２通過口１６３から遠心式流動場分画装置１の流路１６１内に導入される。流路１６１内を通過した移動相は第１通過口１６２から導出され、バルブ４３のポートＰ３２及びポートＰ３３を介して、検出器６へと導かれる。

このように、本実施例では、第１の状態（図５Ａ）と第２の状態（図５Ｃ）とで、切替機構４におけるバルブ４３の切替状態が異なる。

６．遠心式流動場分画システムの第２実施形態
図６は、第２実施形態に係る遠心式流動場分画装置１を備えた遠心式流動場分画システムの構成例を示す概略図である。図６の遠心式流動場分画システムは、遠心式流動場分画装置１の他に、移動相貯留部２、第１送液ポンプ３１、第２送液ポンプ３２、第１バルブ４４、第２バルブ４５、試料注入装置５、検出器６及び移動相回収部７などを備えている。遠心式流動場分画装置１の具体的構成は第１実施形態と同様であるため、詳細な説明を省略する。

移動相貯留部２には、例えば水又は有機系溶媒などからなる移動相が貯留されている。移動相は、第１送液ポンプ３１又は第２送液ポンプ３２により移動相貯留部２内から送り出され、遠心式流動場分画装置１に導入される。試料注入装置５は、第１送液ポンプ３１と遠心式流動場分画装置１との間に設けられている。試料注入装置５から試料が注入された移動相は、液体試料として遠心式流動場分画装置１に導入される。

検出器６は、試料注入装置５と遠心式流動場分画装置１の間から分岐した流路４４１、及び、第２送液ポンプ３２と遠心式流動場分画装置１の間から分岐した流路４５１に、それぞれ連通している。すなわち、検出器６は、流路４４１を介して遠心式流動場分画装置１の第１通過口１６２に連通するとともに、流路４５１を介して遠心式流動場分画装置１の第２通過口１６３に連通している。

第１バルブ４４及び第２バルブ４５は、例えば二方バルブである。第１バルブ４４は、流路４４１に設けられ、当該流路４４１内における移動相の通過を許容する状態と、移動相の通過を制限する状態とに切替可能である。第２バルブ４５は、流路４５１に設けられ、当該流路４５１内における移動相の通過を許容する状態と、移動相の通過を制限する状態とに切替可能である。遠心式流動場分画装置１により分級された液体試料中の各粒子は検出器６へと送られ、当該検出器６において検出された後、移動相回収部７に回収される。

図７Ａ～図７Ｃは、遠心式流動場分画システムの概略図であり、図７Ａは試料導入時、図７Ｂは遠心沈降時、図７Ｃは送液再開時の状態をそれぞれ示している。

試料導入時には、まず第１バルブ４４が閉じられるとともに第２バルブ４５が開かれた状態で、第１送液ポンプ３１が駆動される。このとき、第２送液ポンプ３２の駆動は停止している。これにより、図７Ａに矢印で示すように、第１送液ポンプ３１から送液される移動相が、第１通過口１６２から遠心式流動場分画装置１の流路１６１内に導入される。流路１６１内を通過した移動相は第２通過口１６３から導出され、流路４５１を介して検出器６へと導かれる。

この状態で試料注入装置５から移動相に試料が注入されることにより、液体試料が第１通過口１６２から流路部材１６の流路１６１内に導入される。このように、第１送液ポンプ３１及び試料注入装置５は、第１通過口１６２を介して流路１６１内に液体試料を導入させる導入機構８を構成している。このとき、回転部１０は、初期回転数が維持された状態で回転している。

遠心沈降時（リラクゼーション時間）には、第１送液ポンプ３１が駆動された状態のまま、第１バルブ４４が開かれるとともに第２バルブ４５が閉じられる。このとき、第２送液ポンプ３２の駆動は停止した状態のままである。これにより、図７Ｂに矢印で示すように、第１送液ポンプ３１から送液される移動相が、流路４４１を介して検出器６へと導かれる。すなわち、移動相は遠心式流動場分画装置１の流路１６１内を通過せず、流路１６１内への移動相の送液が停止される。

この状態で、回転部１０が初期回転数のまま維持されることにより、流路１６１内で液体試料中の粒子が遠心力によって沈降する。図７Ａの状態で液体試料が第１通過口１６２から流路１６１内に導入される際、回転部１０は回転しているため、液体試料中の各粒子には流路１６１内に導入された直後から遠心力が作用する。したがって、その後に図７Ｂの状態となり、液体試料中の各粒子が流路１６１内で沈降する際には、各粒子の多くは流路１６１内における第１通過口１６２近傍に沈降する。

送液再開時（分析開始時）には、第１バルブ４４が開かれるとともに第２バルブ４５が閉じられた状態のまま、第１送液ポンプ３１の駆動が停止され、第２送液ポンプ３２が駆動される。これにより、図７Ｃに矢印で示すように、第２送液ポンプ３２から送液される移動相が、第２通過口１６３から遠心式流動場分画装置１の流路１６１内に導入される。流路１６１内を通過した移動相は第１通過口１６２から導出され、流路４４１を介して検出器６へと導かれる。

この状態で、回転部１０の回転数が徐々に低下されることにより、流路１６１内に沈降された各粒子が、サイズ及び比重が小さい粒子から順に第１通過口１６２から導出され、検出器６へと導かれる。このように、第２送液ポンプ３２は、液体試料の導入時とは逆方向に沿って流路１６１内に移動相を導入させることにより、流路１６１内に沈降された液体試料中の粒子を第１通過口１６２から導出させる導出機構９を構成している。

このように、本実施形態では、導入機構８が、一方の送液ポンプ（第１送液ポンプ３１）を駆動させることにより、流路１６１内に液体試料を導入させ（図７Ａ）、導出機構９が、他方の送液ポンプ（第２送液ポンプ３２）を駆動させることにより、液体試料の導入時とは逆方向に沿って流路１６１内に移動相を導入させる（図７Ｃ）。

７．態様
上述した複数の例示的な実施形態は、以下の態様の具体例であることが当業者により理解される。

（第１項）一態様に係る遠心式流動場分画システムは、
回転軸線を中心に回転するロータと、
前記ロータに取り付けられ、内部に液体試料の流路が形成されるとともに、前記流路に連通する液体試料の通過口が形成された円弧状の流路部材と、
前記通過口を介して前記流路内に液体試料を導入させる導入機構と、
前記ロータを回転させることにより、前記流路内における液体試料中の粒子を遠心力によって沈降させる回転駆動部と、
液体試料の導入時とは逆方向に沿って前記流路内に移動相を導入させることにより、前記流路内に沈降された液体試料中の粒子を前記通過口から導出させる導出機構とを備えていてもよい。

第１項に記載の遠心式流動場分画システムによれば、通過口を介して流路内に導入され、遠心力によって通過口近傍に沈降された液体試料中の粒子が、液体試料の導入時とは逆方向に沿って流路内に導入される移動相によって、再び通過口から導出される。これにより、通過口近傍に沈降された粒子を通過口から直ぐに導出させることができる。したがって、流路内に沈降された液体試料中の粒子が流路内から導出されるまでの経路を短縮することができる。

サイズ及び比重が小さい粒子は、作用する遠心力が小さいため、試料導入時に流路内で分布する距離が長くなる。したがって、保持可能な粒子のサイズ及び比重の下限に合わせて流路を長くする必要がある。このような理由で流路を長くした場合であっても、試料導入時とは逆方向に沿って流路内に移動相を導入することにより、サイズ及び比重が比較的大きい粒子を通過口から直ぐに導出させることができるため、当該粒子の分解能が向上する。また、流路を長くすれば、幅広いサイズ及び比重の粒子を分級することができる。

（第２項）第１項に記載の遠心式流動場分画システムにおいて、
移動相を送液する送液ポンプと、
前記送液ポンプにより送液される移動相の流通方向を切り替える切替機構とを備え、
前記導入機構は、前記切替機構を第１の状態にして前記流路内に液体試料を導入させ、
前記導出機構は、前記切替機構を前記第１の状態とは異なる第２の状態に切り替えることにより、液体試料の導入時とは逆方向に沿って前記流路内に移動相を導入させてもよい。

第２項に記載の遠心式流動場分画システムによれば、切替機構を第１の状態と第２の状態とで切り替えることにより、流路内に導入される移動相を容易に逆方向に切り替えることができる。

（第３項）第２項に記載の遠心式流動場分画システムにおいて、
前記切替機構は、複数のマルチポートバルブを含み、
前記第１の状態と前記第２の状態とで、前記複数のマルチポートバルブの切替状態の組み合わせが異なっていてもよい。

第３項に記載の遠心式流動場分画システムによれば、複数のマルチポートバルブの切替状態の組み合わせを異ならせるだけの簡単な構成で、流路内に導入される移動相を容易に逆方向に切り替えることができる。

（第４項）第２項に記載の遠心式流動場分画システムにおいて、
前記切替機構は、１つのマルチポートバルブを含み、
前記第１の状態と前記第２の状態とで、前記１つのマルチポートバルブの切替状態が異なっていてもよい。

第４項に記載の遠心式流動場分画システムによれば、１つのマルチポートバルブの切替状態を異ならせるだけの簡単な構成で、流路内に導入される移動相を容易に逆方向に切り替えることができる。

（第５項）第１項に記載の遠心式流動場分画システムにおいて、
移動相を送液する２つの送液ポンプを備え、
前記導入機構は、前記２つの送液ポンプの一方を駆動させることにより、前記流路内に液体試料を導入させ、
前記導出機構は、前記２つの送液ポンプの他方を駆動させることにより、液体試料の導入時とは逆方向に沿って前記流路内に移動相を導入させてもよい。

第５項に記載の遠心式流動場分画システムによれば、２つの送液ポンプの駆動を切り替えることにより、流路内に導入される移動相を容易に逆方向に切り替えることができる。

８．変形例
遠心式流動場分画装置１の構成は、図２に例示されるような構成に限られるものではなく、流路内における液体試料中の粒子を遠心力によって分級することができるような構成であれば、他の構成であってもよい。

通過口を介して流路内に液体試料を導入させる導入機構、及び、液体試料の導入時とは逆方向に沿って流路内に移動相を導入させる導出機構は、上記実施形態に例示されるような構成に限られるものではなく、送液ポンプ又はバルブなどの各種部材を任意に組み合わせて構成することが可能である。

遠心沈降時（リラクゼーション時間）には、移動相が流路内を通過することなく検出器に導かれるような構成に限らず、移動相の送液が停止されてもよい。また、送液再開時（分析開始時）から直ぐに移動相を逆方向に沿って流路内に導入させるのではなく、例えば、送液再開時から所定時間の間は、試料導入時と同様に移動相を流路内に導入させ、所定時間経過後に、試料導入時とは逆方向に沿って流路内に移動相を導入させてもよい。あるいは、液体試料に含まれる粒子のサイズ及び比重に応じて、送液再開時に流路内への移動相の導入方向を逆方向に切り替えるか否かを決定してもよい。

１遠心式流動場分画装置
２移動相貯留部
３送液ポンプ
４切替機構
５試料注入装置
６検出器
７移動相回収部
８導入機構
９導出機構
１０回転部
１１回転軸
１４ロータ
１６流路部材
３１第１送液ポンプ
３２第２送液ポンプ
４０モータ
４１第１バルブ
４２第２バルブ
４３バルブ
４４第１バルブ
４５第２バルブ
１６１流路
１６２第１通過口
１６３第２通過口

Claims

少なくとも１つのバルブを有する遠心式流動場分画システムであって、
回転軸線を中心に回転するロータと、
前記ロータに取り付けられ、内部に液体試料の流路が形成されるとともに、前記流路に連通する液体試料の通過口が形成された円弧状の流路部材と、
前記通過口を介して前記流路内に液体試料を導入させる導入機構と、
前記ロータを回転させることにより、前記流路内における液体試料中の粒子を遠心力によって沈降させる回転駆動部と、
液体試料の導入時とは逆方向に沿って前記流路内に移動相を導入させることにより、前記流路内に沈降された液体試料中の粒子を前記通過口から導出させる導出機構とを備える、遠心式流動場分画システム。
移動相を送液する送液ポンプと、
前記送液ポンプにより送液される移動相の流通方向を切り替える切替機構とを備え、
前記導入機構は、前記切替機構を第１の状態にして前記流路内に液体試料を導入させ、
前記導出機構は、前記切替機構を前記第１の状態とは異なる第２の状態に切り替えることにより、液体試料の導入時とは逆方向に沿って前記流路内に移動相を導入させる、請求項１に記載の遠心式流動場分画システム。
前記切替機構は、前記少なくとも１つのバルブとして複数のマルチポートバルブを含み、
前記第１の状態と前記第２の状態とで、前記複数のマルチポートバルブの切替状態の組み合わせが異なる、請求項２に記載の遠心式流動場分画システム。
前記切替機構は、前記少なくとも１つのバルブとして１つのマルチポートバルブを含み、
前記第１の状態と前記第２の状態とで、前記１つのマルチポートバルブの切替状態が異なる、請求項２に記載の遠心式流動場分画システム。
移動相を送液する２つの送液ポンプを備え、
前記導入機構は、前記２つの送液ポンプの一方を駆動させることにより、前記流路内に液体試料を導入させ、
前記導出機構は、前記２つの送液ポンプの他方を駆動させることにより、液体試料の導入時とは逆方向に沿って前記流路内に移動相を導入させる、請求項１に記載の遠心式流動場分画システム。