JPH03226666A - 毛細管電気泳動法のための矩形毛細管装置および矩形毛細管装置を用いた２次元分離方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 （産業上の利用分野） 本発明は一般的には毛細管装置、特に毛細管電気泳動法
（以下単にＣＥと言う。）に適する毛細管装置、さらに
詳しく言えば０毛細管ゾーン電気泳動法（以下単にＣＺ
Ｅと言う。）に関する。

電気泳動法は、多岐に渡る複合混合物の分析のために最
も有力な分離技術である。

この技術は、良い特性を示す液体クロマトグラフィーよ
りも、より高い改造能力を用いるものであり、さらにＣ
Ｅの対象としてはナノリットル程度の試料を分析するこ
とが可能である。

過去においてＣＥにおける分離は内径が５〜２００ミク
ロンの円形の毛細管によりほとんど独占的に行われてい
た。

毛細管の小さな外径は非常に高い熱分散を許容するが２
毛細管の大きさが直径が１００ミクロンを越えて増加す
ると、劇的な分離効率の低下が観察される。

したがって、ＣＥはその毛細管の外側を熱移送流体によ
っての冷却効果を伴う場合であっても、大きな径のもの
を用いることはできない。

さらにまた１円形の毛細管にあっては、極端に濃度の低
い応用には利用できない。

すなわち、ＣＥの質量的な感度は、特筆すべきものであ
るが、その検出方法が依然としてこの技術のアキレスＩ
Ｎ（弱点）となっている。

１００ミクロンの毛細管において低い濃度を検出する能
力については困難がある。

特に、それが通常の紫外から可視光（ＵＶ　　ＶｉＳ）
への吸収光度の技術を利用する場合において起こり得る
ことである。

通常の円柱毛細管に関連するさらに他の固有の問題は、
毛細管の壁面の局面によって生ずる光学的な歪みである
。

この問題は特に光学的な検出手段が利用されるときに重
要である。例えば、溶液（液体）−璧の界面における曲
率または壁と外気（検出器）の界面が屈折率、または光
学偏光の測定に悪い影響を与える場合であろう。

さらにまた、直接計数を採用するときに、毛細管の曲率
が不正確な計数の原因となることである。

細い毛細管におけるＣＺＥは、溶液の分離に有効な方法
であることが証明されている。電界質を含んでいる溶液
が入れられている毛細管チニーブの両端間に電界が印加
される。

この電界により電界質は管の中を流れるようになる。

ある種の溶質は他の溶質に比較してより高い電気機械的
な移動度を持っているから、その溶質は毛細管を流れる
電解質の流れにおいて、溶液の領域を形成する。

しかしながら、電掻関に流れるイオン電流によるジュー
ル熱が温度勾配を発生させ、引続き対流と温度密度勾配
を発生させるから、領域の拡大化が発生し、それが電気
泳動移動度に影響を与え、溶液の沸騰に導くことさえも
ある。

ＣＥにおいて、大量の処理をし、かつ、熱を有効に放散
しなければならないという毛細管についての臨界的な要
求が存在する。

さらにまた、低い濃度の試料の検出を容易にするために
、相当な長さを持つ毛細管装置が要求される。さらにま
た１毛細管装置は光学的な歪みが極小でなけ″ればなら
ない。

最終的には現存する円柱状の毛細管は２次元のＣＥ分離
には適していない。

このような要求を満たすことができる毛細管装置につい
ての要求が存在する。

（発明の要約） 本発明による装置は１毛細管電気泳動に利用するもので
ある。この装置は断面が細長い形状の断面を持ち、検出
点において透明である。

好ましい実施例においては、毛細管は矩形の断面形状を
持ち、その内側の面積はほぼ５０ｘ１００ミクロンの大
きさである。

以下、この発明による装置を矩形の毛細管と呼ぶ。

種々の形状の矩形毛細管の応用が可能であろう。

これらは、可撓性の毛細管、非常に薄いチャンネルが板
の間に形勢されたものや、波状構造のものを含む。矩形
毛細管においては、大量の処理を行うＣＥの応用の障害
となっていた悪い熱放散はもはや存在しない。

くわうるに光学的検出技術が利用される場合において、
セルの中の光学的通路の増大は感度検出における優位な
改良点となる。

この特徴はレーザで誘起される蛍光、旋光、および他の
光学的通路に従属する検出のもくろみに対して重要であ
る。

平坦な壁面は円形の毛細管の壁面と比較すれば、より光
学的歪みが少ない。

このことは、柱状体における検出が屈折率の測定や、光
学的偏光、または直接的な目視による。または粒子の計
測による場合において特に重要となる。

毛細管電気泳動法は矩形の毛細管を使用することにより
、２次元的な分離を可能にする。

毛細管の長さに沿って、電界を発生させながら、矩形の
毛細管のチャンネル分離方向に沿って、任意の傾きを創
造することによって２次元分離を可能にする。

（実施例） 以下図面等を参照して本発明をさらに詳しく説明する。

細長く、または矩形の断面を持つ毛細管は円柱状の毛細
管に比較して容積に対する大きな表面率を持つゆえに、
熱発散についてより効率的であり、かくして大きな（大
量）、比較できる解像度を持って、相当な解像度を持つ
にも関わらず、大きな毛細管を利用することができる。

この矩形の形状は、サンプルの大きさをかなり大きくす
ることができるのであって、これは予備的な応用のため
にＣＥを配慮するときには、極めて重要な増加量となる
。

本発明による。矩形毛細管の内側の大きさは１０〜２０
０ミクロンＸ約２００〜４００ミクロンまたはそれ以上
のものである。

本発明による毛細管は、現在円柱状の毛細管に使用され
ている材料、すなわち溶融シリカまたはポロン硅素ガラ
スを用いることができる。

矩形の毛細管が第１図に示されている。

高い正負（±）の電圧が９毛細管の両端に、溶融物質を
装置の中で移動させるため、印加されている。

種々の大きさの矩形の毛細管が利用される以外に１本発
明においては他の異なった形状の毛細管が利用できる。

例えば、第２図には、可撓性の矩形毛細管が示されてお
り、例えばこれは容易に２つのバッファ容器の中に入れ
ることができる。第３図は、非常に薄＜、シかも厳格な
チャンネルが２つの板の間に形成されて構成されている
矩形毛細管を示している。

これらの板は溶融シリカ、またはセラミック、ガラス、
またはテフロン（４弗化エチレンを重合して製造した合
成樹脂の商品名）により製造することができる。極めて
薄いチャンネルを製造する一つの方法は、溶融シリカの
エツチングであり、さらに他の方法は、薄いテフロンを
スペーサとして用いることである。

板の間の距離は、ほぼ１０〜２００ミクロンである。

最後に第４図は、矩形毛細管を折り曲げることによって
、波板構造を形成したものであり、それは大きな断面領
域を形成できるものを示している。

明らかに、この波板状の配列は事実上、延長されたクロ
スセクションを持っていない。

この折り曲げられた構造は、可撓性の矩形毛細管とか、
平らで応対の極めて薄いチャンネルを持つものと比べて
、同じ光学的通路の特徴を持ってはいないが、この波板
配列は予備的な仕事のために有効である。

矩形毛細管を用いるＣＥにおける。検出感度増強の程度
は、理論的には、吸収とか、抵抗とか。

旋回の２色性が利用される光路の増加に比例するもので
ある。

例えば、５０Ｘ１０００ミロクンの矩形毛細管で１００
０ミクロンの光路を提供するものであり、その結果、５
０ミクロンの光路の毛細管と比較すれば、１０倍以上の
増大が得られる。

このように増加させられた感度は、以下の実験例によっ
て示される。

〔実　験　例■〕

５０Ｘ１０００ミクロン（矩形内側の大きさ）の矩形毛
細管で、弗化硅素ガラス（二ニーシャーシー州のブエナ
のウイルマード　ガラス　会社）を用いて製造した実験
的なＣＺＥ装置。

サイエンス２４４　　（１９８８年）［５ｃｉｅｎｃｅ
。

２４４．１９８８）のゴートン等によるＣＺＥ装置への
記述および ファン等による分析化学６１；７，７６６　（１８８９
年）［Ａｎａｌ、Ｃｈｅｍ、６１　；７．７６６（１８
８９））の吸収検出器についての記述を参照されたい。

試料は、ピリドキシン（１）２．５　Ｘ　１０−’Ｍと
ダンシレイテッド（２）（＝ｄａｎｓｙｌａｔｅｄ）Ｌ
ｆリーン　２．９Ｘ１０−’Ｍ ＣＺＥ分離は以下の条件によって行われた。

セル：　光路長５０μｍ スリットは５０Ｘ８００μｍ スプリットフＯ−（Ｓｐｌｉｔ　　ｆｌｏｗ）０．５ｍ
ｍ１ スプリットレシオ　　（Ｓｐｌｉｔ　　ｒａｔｉｏ）１
４ 注入ループ（Ｉｎｊｅｃｔｏｒ’　　ｓ　　１ｏｏｐ）
５μ！ レコーダ　毎分１センチメートル フルスケールは０．０２光学濃度（０，Ｄ、）印加電圧
は？、　９２　ｋ　Ｖで、電流は１０７μＡ柱の形状は
　５０Ｘ１０００μｍの矩形であって柱の長さ　５９ｃ
ｍ 第５図は、実験例Ｉを示しており、検出装置からの放射
は毛細管の矩形断面図の高さ方向にその透明なスリット
または透明な部分を貫いて通過し。

これにより５０μｍのセルの光学的通路を提供している
。

第６図は、第１！！ｌに記述された形状の検出で得られ
た電気泳動法のグラフである。

口実　験　例■〕 実験例Ｉで示したのと全く同じ形状のＣＺＥ￥！置とテ
ストサンプルを用いたＣＺＥ分離は、以下の条件によっ
て行われた。

セル：　光路長　１０００μｍ ス　リ　ッ　ト　５０Ｘ１００．ｕｍ スプリ°ットフロ−０，５ｍｍ１毎分 スプリットレイジョン１１４ 注入ループは５μ！ レコーダ：　　１ｃｍ毎分 フルスケール：０．０２光学濃度 印加電圧は９．４８Ｋｖ、電流は１１１．ｕＡ柱の形状
　　５０Ｘ１００μｍの矩形 柱の長さ　　６４ｃｍである。

第７図は実験例■を示している検出装置からの放射は毛
細管の両側に設けられた透明なスリットを介して幅方向
に貫通するものであり、これにより１０００μｍのセル
光路長を得ている。

第８図は実験例■の形状の検出によって得られた電気泳
動法のグラフである。

〔実　験　例■〕

実験例■で記述されている同じＣＺＥ装置とテストサン
プルを用いたものであり、実験例Ｈにおいて示した条件
と以下の条件だけが異なる。

レコーダ：フルスケールはＯ１１光学光学型流：１１３
μＡ０ 第９図は実験例■で記述される形状の検出において得ら
れた電気泳動法のグラフである。

実験例■と■で得られた電気泳動法を示すグラフ（第６
図と第８図を各々参照されたい。）の比較により、これ
らは同じ感度の検出器によって得られたものであったが
、実験例■より大きな光路長のものから得られる感度が
かなり高くなっていることがわかる。

光路長の増大に起因する感度の増加は実験例１の電気泳
動法によるグラフと、実験例■（第９図）と比較するこ
とにより、後者がより低い検出感度によって得られたも
のであるにも関わらず、増加が図示されている。

セルの光路長の増加に原因するところの利得の増加はそ
れらの電気泳動法のグラフから容易に算出することがで
きる。

セルの光路長の増加に原因する検出感度の改良は、サン
プルの濃度が低いときに極約で顕著に認められる。

例えば、５０μｍの光路長を持つ矩形毛細管において十
分に検出できるだけのサンプルの濃度を持っているとき
に、１０００μｍの光路長の矩形毛細管を用いるならば
、利得はほぼ２０倍増加することが観察される。

〔実　験　例■〕

実験例■に記述されている５０ＸＩ０００μｍ毛細管の
装置を用いたＣＺＥ装置によって、Ｃ２Ｆ分離が以下の
条件において行われた。

試料：ピリドキシン（１）ｌ　ｘ　１０−’Ｍダンシレ
イテッド（２）（＝ｄａｎｓｙｌａｔｅｄ）Ｌサリーン
　２．９Ｘ１０−３Ｍ ＩＸＩＯ−’Ｍ バッファ：５ｍＭのフォスフエイトバッファで５％のエ
チレングリコールを含む。

セル：光路長１０００μｍ ス　リ　ッ　ト　５０Ｘ１００　　μ　ｍ印加電圧７．
６８　ｋ　Ｖ　　電流７５μＡ検出＋３１０ｎｍ　　Ｏ
，０１光学濃度フルスケールこの例における濃度は極め
て低いものであって、通常の円柱状の毛細管を用いる毛
細管電気泳動法においては満足な結果は得られない。

しかしながら、長い光路長を持つ矩形毛細管においては
このような低い濃度においても現実的な検出が可能であ
る。

第１０図に実験例■に記述されている形状の検出で得ら
れた電気泳動法によるグラフを示している。

ＣＥで紫外から可視領域（ＵＶ　　Ｖｉｓ）における吸
収度測定技術の改善に加えて、光路長の増大に関連して
矩形毛細管はレーザ誘起光、旋光やその他の光路長に依
存する検出の試みに重要である。

矩形毛細管の壁は局面ではなくて平坦であるために従来
の円筒の毛細管に比べて光学的歪みが小さい。このこと
は検出のために屈折率とか光学的な偏光がパラメータと
して用いられる場合に重要である。

最後に°、矩形毛細管を用いるＣＥは、２次元の分離を
可能にしている。

例えば、第１１図に示されているように磁石２が矩形毛
細管４の分離チャンネル中に磁界を発生するために用い
られる。もし、電界が毛細管の長さ方向に供給されるな
らば２次元分離が発生する。

第１２図は、３つの溶質Ａ（・）、Ｂ（○）。

およびＣ（Ｘ）を含む試料の仮想的な２次元分離につい
て図示している。

Ｘ軸は前記溶質が毛細管に沿う電界に原因する移動とＹ
軸は毛細管を横切る磁界の影響による溶質の移動を示し
ている。

試料は数字６の示す場所で毛細管内に導入されている。

図示されているように溶質Ａは前記磁界に強く影響を受
けており、一方溶質Ｂは適当な影響を受けており、そし
て溶質Ｃは影響を受けていない。

第１３図は、溶質Ｄ（・）、Ｅ（○）、およびＦ　（Ｘ
）の２次元分離の溶質が矩形毛細管であって、電界がＸ
軸方向に、そして重力がＹ軸方向に働く場合についての
仮定的な２次元分離について図示している。

試料は毛細管で８の数字の示す位置から導入されている
。この例において、溶質りはすなわち大きな粒子であっ
て、高い密度を持っており、重力によって強い影響を受
けている。Ｅは適当な影響を受けており、そしてＦは明
らかに重力による影響を受けていない。

２次元の分離は、ＰＴ（とか温度とかあるいは他の勾配
等が溶質に影響することを利用することによって実現で
きる。

２次元分離においては、吸収検出器、蛍光検出器。

ラマン質量スペクトル検出器、電気化学的検出器。

および質量スペクトル分析器を利用することができる。

第１４図は、２次元分離のだめの装置の検出器の斜視図
を示している。図示されているように光源１０は矩形の
毛細管分析柱１２の一方側の幅に沿って広がっている。

柱状体１２の反対側の面には、毛細管の幅に沿って通過
する溶質の位置と強度を測定するための他チャンネルの
検出器アレイ１４が設けられている。

他チャンネルの検出器アレイはかくして溶質が傾斜１例
えば磁界１例えば矩形毛細管を横切って形成される磁界
の傾きによって影響されるかを測定する。

オプションとして第２の光源１６が、この柱状体を横切
るように毛細管柱の側面に沿って配置されている。柱状
体の反対側の面には検出器１８が設けられている。

検出器１８は光路長に関連して生ずる全体としての溶質
の密度を計るために機能させられる。

本発明は好的な特定の実施例に関連して説明されてきた
が、この説明に関連する記述と実験例は理解を容易にす
るために用いられたものであって、本発明の範囲を限定
するためのものではない。

そして、本発明の範囲は添付の請求の範囲によっのみ定
義されるものであると理解されたい。

【図面の簡単な説明】

第１図は、矩形毛細管を示す図である。 第２図は、可撓性形状９曲げられた形状を持つ矩形毛細
管を示す図である。 第３図は、２枚の板の間に形成された極めて薄いチャン
ネルを示す図である。 第４図は、矩形毛細管を折り曲げて波状の形状を構成し
たものを示す図である。 第５図は９毛細管の上面に形成されたスリットを持ち、
そこから検出装置からの放射を導くのに適した矩形毛細
管を示す図である。 第６図は、第５図に示された矩形毛細管を用いて吸光度
を測定して得られた電気泳動図である。 第７図は９毛細管の側面に検出装置からの放射を導くた
めのスリットを設けた矩形毛細管を示す図である。 第８図は、第７図に示した矩形毛細管を用いて測定した
吸収光特性により得られた電気泳動法によるグラフであ
る。 第９図は、第７図に示した矩形毛細管を用いて得た吸収
光特性の検出より得られる電気泳動図を示すグラフであ
る。 第１０図は、第７図に示す矩形毛細管を用いて得た吸収
光特性の検出より得られる電気泳動図を示すグラフであ
る。 第１１図は９分離チャンネルを横切る磁界を形成するた
めの磁石を設けた矩形毛細管の斜視図である。 第１２図は、電界および磁界を用いた２次元分離にあけ
る３つの溶質のための分離パターンを示すグラフである
。 第１３図は、電界および重力の場の傾きを用いる２次元
分離における３つの溶質の分離パターンを示す図である
。 第１４図は、矩形毛細管と２次元分離の検出装置を示す
斜視図である。 ６．８・・・毛細管への試料導入位置 １０・・・光源 １２・・・分析柱 １４・・・検出アレイ １６・・・第２の光源 １８・・・検出器 図面の浄書（内容に変更なし） 第１口 才２図 才ろ図 才４図 片／／図 ォ／２＠ ５１Ｐ／４図

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 （１）光学検出を利用する毛細管電気泳動法に用いる装
   置であって、その装置は細長い断面を持つ毛細管を持つ
   毛細管装置。 （２）請求項１記載の毛細管装置において、前記毛細管
   は、透明な部分を持っている毛細管装置。 （３）請求項１記載の毛細管装置において、前記断面は
   、実質的に矩形である毛細管装置。 （４）請求項３記載の毛細管装置であって、前記矩形の
   断面形状の内部の大きさは （ほぼ１０から２００ミクロン）×（少なくとも約２０
   ０ミクロン）である毛細管装置。（５）請求項１記載の
   毛細管装置であって、前記毛細管は折り曲げられて、波
   状構造が与えられている毛細管装置。 （６）請求項３記載の毛細管装置であって、前記矩形状
   の断面形状はほぼ５０ミクロン×１０００ミクロンであ
   る毛細管装置。 （７）請求項１記載の毛細管装置であって、前記チュー
   ブの中には複数の溶質を含む液体が満たされており、そ
   の溶質は毛細管の長さに沿って印加される電界中におい
   て、異なった速さで移動するものであり、前記装置はさ
   らに、毛細管を横断する傾きを提供するものである毛細
   管装置。 （８）請求項７記載の毛細管装置であって、前記傾きは
   温度差、ＰＨ差、または電界の差、磁界の差、または重
   力の差である装置。 （９）請求項７記載の毛細管装置において、前記溶質の
   ２次元分離を計測するための検出装置がさらに設けられ
   ている毛細管装置。 （１０）矩形毛細管で２次元の分離を行う装置のための
   検出装置であって、前記毛細管通路の一方側に多数チャ
   ンネル検出アレイが配置され、他方側には光源が配置さ
   れている矩形毛細管で２次元の分離を行う装置のための
   検出装置。 （１１）光学検出を用いる毛細管電気泳動を利用する装
   置に用いる装置で、平坦で固くかつ、非常に薄いチャン
   ネルを２枚の透明板間に形成したものを含む装置。 （１２）請求項１１記載の装置であって、前記２枚の板
   間の距離はほぼ１０〜２００ミクロンである装置。 （１３）２次元分離を行う方法であって、 長細い形状または矩形状の断面を持つ毛細管を準備する
   工程と、 前記毛細管の中に複数の溶質を持つ液体を導入する工程
   と、 前記毛細管の両端間に第１の傾斜を印加する工程と、 前記チューブを横切る第２の傾斜を与える工程と、 前記第１および第２の傾斜によって、発生させられた溶
   質の分離を検出する工程とからなる２次元分離方法。