JPH04318445A - 化学分析システム - 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】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、化学分析システムに関
するものであり、より詳細には、サンプル成分が狭口部
の毛細管を通される差動的な移動速度によって分離され
る化学的な分析機器に関し、特に、蛋白質および対比可
能な複合物質の分離された成分について、高い分離能に
よる成分の分離と高い感度の検出との双方を満足し得る
分析機器に関する。

【０００２】

【技術背景】バイオテクノロジーにおける進歩は、化学
的な分析の技術に依存するところが多い。バイオテクノ
ロジーによってもたらされたものは、生命維持用の薬品
、および、天然資源に依存せねばならないときには在庫
に不足が生じるような別の製品を製造するための技術で
ある。これに加えて、以前は治療不能な疾病の進行の抑
止および治療を可能にする完全に新規な医薬製品の開発
がなされている。バイオテクノロジーにおいて期待され
る農業のための新規な製品によれば、世界的に膨張する
人口に対する食糧の供給が可能にされ、また、それが不
足がちな諸国における自給能力の増強がされることにな
ろう。

【０００３】生物学的なサンプルにおいて発見された蛋
白質の化学的な分析に一般的に含まれていることは、同
定および定量のためにサンプルをその成分に分離するこ
とである。一つの分離方法である毛細管ゾーンでの電気
泳動（ＣＺＥ）においては、異なる成分のものがそれぞ
れに異なる速度で狭口部の毛細管内を移動して、当該成
分のものが別個のゾーンに分かれるようにされる。この
別個のゾーンは、逐次的な検出のために成分が毛細管に
現れることが許容されて、毛細管の内外で調べることが
可能にされる。

【０００４】ＣＺＥにおいては、長手方向に伸長する毛
細管の入力端部においてサンプルが導入され、電界の影
響の下に出力端部に向けて移動するようにされる。この
影響には２個の動電気的な効果が組み合わされている。 即ち、電気浸透性の流れおよび電気泳動的な移動の効果
が組み合わされている。

【０００５】電気浸透性の流れは、毛細管の口部を満た
す電解質溶液からの陰イオンの優先的な吸収に基づく、
該毛細管の表面における電荷の累積の結果として生じる
ものである。陰イオンにおける負の電荷により、その内
部表面に隣接して累積する移動性の正に荷電された電解
質イオンの薄層を引き付けるようにされる。この移動性
の正に荷電された電解質イオンの薄層は負の電極に向け
て引かれて、サンプルのバルクをそれとともに引くよう
にされる。このために、電気浸透性の流れにより、正の
電極から負の電極に向けて、サンプル成分の平均的な流
れが生じる。

【０００６】この電気浸透性の流れに重ね合わされた電
気泳動的な移動は、電界内での荷電粒子について良く知
られている動きでもある。電界質溶液は、電極間の毛細
管を通して電界が伸長することを許容する媒体としての
作用をする。正に荷電した分子は負の電極に向けて引か
れて、前記の電気浸透性の流れによって決定される平均
的な流れよりも早く流れるようにされる。負に荷電した
分子は正の電極に向けて引かれる。負に荷電した粒子に
対して、電気泳動的な流れの成分は一般的にはより大き
く電気浸透性の流れの成分に対抗している。その結果と
して、負に荷電した粒子が負の電極に向けて流れるが、
その流れは平均的な流れよりも遅くなる。

【０００７】電気泳動的な流れと電気浸透性の流れとの
組み合わせの結果として、各サンプルの成分は、その種
類に特定の電荷に依存する速度において、毛細管の分離
カラムを通して移動する。その差動的な流速のために、
分離毛細管を通しての十分に長い移動の後で、成分の分
離がなされる。適切に選択・配置された検出器により、
これらのゾーンをその通過につれて順次に検出すること
ができる。成分は検出の時点によって同定することが可
能にされ、また、対応する検出ピークの高さおよび／ま
たはエリアによって定量することが可能にされる。ある
種の場合においては、個別の同定および／または定量の
プロセスのために、バンドを分離したコンテナ内に集め
ることができる。

【０００８】毛細管分離システムにおいて蛋白質を検出
するために用いられる検出器としては幾つかのタイプの
ものがある。紫外線吸収（ＵＶ）検出器は最も通常のも
のの仲間である。これに加えて、化学ルミネッセンス、
屈折率および伝導性の検出器が使用されてきている。全
てのこれらの方法では、ＣＺＥの蛋白質分析において得
られる多くのピークを検出するために必要な感度が欠如
している。

【０００９】全体的なサンプルの量に制限があるために
高い感度が必要であり、また、検出器は全体的なサンプ
ルの一部でしかない成分を検出できるものでなければな
らない。サンプルが電解質内に溶解するように要求され
ること、および、分離した成分のゾーンにゆがみを生じ
る電界の動揺を回避するためにサンプルの集中が十分に
低いように要求されることから、サンプル量のシステム
に制限がある。毛細管の口部の口径により、また、初期
的には長手方向での伸長が比較的短くされるようにサン
プルを限定する必要性により、このサンプル量は更に制
限される。初期的なサンプルの伸長により最小限のゾー
ンの広さが調整され、このために、同様に荷電したサン
プルの成分に分解するための検出器の能力が調整される
。

【００１０】検出器は各サンプルのゾーンにおける小量
の成分を検出できねばならない。毛細管を横切る低い集
中度および短い照射パスに当面したＵＶ検出システムに
よれば、典型的には、貧弱なＳ／Ｎ比がもたらされる。 別の検出方法でも同様な制限がある。かくして、ＣＺＥ
は蛋白質成分を分離するのには効果的ではあるが、分離
した成分の同定および定量のために十分な感度のある検
出器を見出すことは困難であった。

【００１１】代表的な成分分離技術とされる液体クロマ
トグラフィ（ＬＣ）とともに蛍光の検出が適用されてい
る。液体クロマトグラフィにおいて、液体の移動相によ
り、移動相と静止相との間の成分の区分に関連する異な
る速度で、毛細管を通して成分を導くようにされる。か
くして、ゾーンは比を区分する機能部として形成される
。ゾーンの照射が可能にされ、その結果としての蛍光が
検出される。それらに固有の蛍光を用いて、十分な感度
をもって蛋白質を検出することは殆どできない。しかし
ながら、蛋白質の蛍光を増強するためにラベル付けの試
薬を用いることができる。蛍光の検出を用いることの主
要な利点は、小量のサンプルによって必要とされる増大
感度が、極めて強い照射を用いて達成可能になることで
ある。かくして、ラベル付けの試薬とともに用いられる
蛍光の検出により、サンプル成分の同定および定量をす
るための能力の増強が期待される。

【００１２】不都合なことに、蛋白質についての高い分
離能の分離のためには、液体クロマトグラフィは好適な
ものではない。成分間での区分比は異なっているが、任
意の時点における任意の成分の分子は移動相と静止相と
の間で分離されるものであり、このために、互いに異な
る速度で移動するようにされる。毛細管の長さ方向にわ
たる平均的な効果に拘らず、蛋白質成分の高い分離能の
分離を抑止する区分によって、十分なゾーンの広域化が
導入される。ゾーンの広域化の原因は長手方向での拡散
だけであることから、液体クロマトグラフィに対するゾ
ーン幅に制限のある分離能において、ＣＺＥではほぼ１
０倍もの改善がもたらされる。

【００１３】多くの理由のために、蛋白質の蛍光の検出
は一般的にはＣＺＥとともには用いられていない。先に
指示されたように、それらに固有の蛍光を用いて十分な
感度で蛋白質を検出することは殆どできない。同じ種類
のものの分子が異なる電荷をもつようにされることから
、分離前の蛍光のラベル付けをＣＺＥと互換可能にはで
きない。かくして、ある１個の成分は多重のピークに分
離して、その検出が実質的には解釈不能になる。更に、
各ピークはサンプル成分の一部を表すに過ぎないことか
ら、感度の問題が複合される。

【００１４】分離後のラベル付けに含まれていることは
、分離の後であって検出の前に、蛍光を付与する（ｆｌ
ｕｏｒｏｇｅｎｉｃ）ラベル付けの試薬を導入すること
である。“Ｐｏｓｔ−Ｃｏｌｕｍｎ　　Ｒｅａｃｔｉｏ
ｎ　　Ｄｅｔｅｃｔｉｏｎ　　ｆｏｒ　　Ｏｐｅｎ−Ｔ
ｕｂｕｌａｒ　　Ｌｉｑｕｉｄ　　Ｃｈｒｏｍａｔｏｇ
ｒａｐｈｙＵｓｉｎｇ　　Ｌａｓｅｒ−Ｉｎｄｕｃｅｄ
　　Ｆｌｕｏｒｅｓｃｅｎｃｅ，”Ｊｏｕｒｎａｌ　　
ｏｆ　　Ｌｉｑｕｉｄ　　Ｃｈｒｏｍａｔｏｇｒａｐｈ
ｙ，Ｖｏｌ．３６３，ｐｐ．１８７−１９８，１９８６
においては、分離後の混合が、ＶａｎＶｌｉｅｔ　　ｅ
ｔ　　ａｌ．，によって提言されている。この論文で開
示されていることは、分離用毛細管の流出物に対して試
薬を導入するためにＹ−コネクタを用いることである。 このＹ−コネクタについての一つの問題は、ストリーム
が傾斜した角度に入り込むときに生じる不可避的な動揺
である。この動揺のためにサンプルのストリームが混乱
して、成分のゾーンが著しく広がることになる。この広
がりは低い分離能のシステムにおいては許容可能である
が、高い分離能のＣＺＥシステムにおいてはそうではな
い。

【００１５】Ａｎａｌｙｔｉｃａｌ　　Ｃｈｅｍｉｓｔ
ｒｙ，Ｖｏｌ．５９，ｐｐ．１４５２−１４５７，１９
８７の“Ｐｅｒｏｘｙｏｘａｌａｔｅ　　Ｃｈｅｍｉｌ
ｕｍｉｎｅｓｃｅｎｃｅ　　Ｄｅｔｅｃｔｉｏｎ　　ｗ
ｉｔｈ　　Ｃａｐｉｌｌａｒｙ　　Ｌｉｑｕｉｄ　　Ｃ
ｈｒｏｍａｔｏｇｒａｐｈｙ”においては、Ｗｅｂｅｒ
　　ｅｔ　　ａｌ．，により、分離後の混合についても
提言されている。Ｗｅｂｅｒ　　ｅｔ　　ａｌ．，によ
って開示されていることは、混合用毛細管の内部にシリ
カ粒子が満たされた液体クロマトグラフィの毛細管から
現れる分離したサンプル成分を搬送するためにテフロン
・チューブを用いることである。テフロン・チューブと
混合用毛細管との間の環状のギャップは、より狭い（０
．２ｍｍ）テフロン・チューブから現れるサンプルを（
０．６３ｍｍ）の混合用毛細管に対して、化学ルミネッ
センス試薬を同軸的に導入するために用いられる。サン
プルを規定するように包囲する流れを限定するための試
薬の流れが十分に早いことから、その動揺は最小限にさ
れる。

【００１６】Ｗｅｂｅｒ　　ｅｔ　　ａｌ．，のアプロ
ーチにおける主要な限定事項は、化学ルミネッセンスは
一般的に蛋白質成分の検出においては採用できないとい
うことである。多くの蛋白質では化学ルミネッセンスの
試薬を活性化することができない。更に、このアプロー
チでは、該当の試薬を活性化するそれらの蛋白質に必要
な感度が付与されない。

【００１７】Ｗｅｂｅｒ　　ｅｔ　　ａｌ．，のアプロ
ーチについての別の問題は、包囲する流れのために混合
の生起が遅くなることである。このために、化学ルミネ
ッセンスの試薬をサンプル成分と十分に混合するのには
比較的長い混合インターバルおよび多くの混合量が必要
であり、この結果としてゾーンの相当な広域化がなされ
る。 このゾーンの広域化のために、その分離能が著しく損な
われる。このゾーンの広域化は、開示された比較的低い
分離能の液体クロマトグラフィ・システムにおいては許
容可能なものであるが、高い分離能のＣＺＥシステムの
利点が無効にされる。

【００１８】別のアプローチは、混合用毛細管の入力端
部の内部で適合できるように、分離用毛細管の流出物端
部を狭くすることである。テーパ付きの分離用毛細管が
ある一定の口部サイズの混合用毛細管の内部で適合され
るときに、これらの毛細管の間に環状のギャップが生成
される。これに次いで、該環状のギャップを通して蛍光
のラベル付け試薬を導入することができる。しかしなが
ら、このアプローチには限界がある。最適な適合のため
に、混合用毛細管の内部口部の口径は分離用毛細管の内
部口部の口径よりも大きくされる。サンプルがより小さ
い口部から出てより大きい口部に入るときには、サンプ
ルが伸長して、広域化したサンプル・ゾーンの幅になる
。

【００１９】別のアプローチに含まれていることは、毛
細管の壁部におけるアパーチュアを通して蛍光のラベル
付け試薬を導入することである。ＣＺＥ分離システムに
おいては、サンプル・パスを規定する毛細管におけるア
パーチュアまたは他の不均質部のために電界に動揺を生
じることができるが、これは電気浸透性の効果およびそ
の他の電気泳動的な効果と衝突する可能性がある。最小
限度でもこれらの動揺のためにゾーンの広域化が生じる
けれども、サンプル成分の動電気的な動きを部分的また
は完全に損なう可能性がある。

【００２０】これを要するに、ＣＺＥで付与される分離
の技術においては、複雑な蛋白質の分析に必要な分離能
がもたらされるが、十分な感度のある適合可能な検出技
術は欠如している。蛍光の検出によって所望のレベルの
感度が付与されるけれども、必要なラベル付けがＣＺＥ
に関連して運用されることはない。必要とされるシステ
ムでは、ＣＺＥの分離能力が、蛍光的にラベル付けされ
た蛋白質について利用可能な検出感度と組み合わされる
。

【００２１】

【発明の目的】本発明は、以上の技術背景の下でなされ
たもので、特に、蛋白質および対比可能な複合物質を、
高い分離能で各成分に分離するとともに、これら成分を
高感度で検出することができる化学分析システムを提供
することを目的とする。

【００２２】

【発明の概要】この発明によれば、動電気的な毛細管に
よる化学的な分離システムには、拡大された入力端部を
備えた混合用毛細管が含まれている。分離用毛細管の出
力端部は、この拡大された入力端部に挿入されて、分離
用の出力端部と混合用の入力端部との間で環状のギャッ
プを定めるようにされている。検出の助けになることが
可能な別の液体である蛍光のラベル付け試薬は、この環
状のギャップを通して分離用毛細管の流出物内に導入す
ることができる。この試薬とサンプルとは、混合用毛細
管の混合セクション内で混合される。

【００２３】分離用毛細管および混合用毛細管を通して
電界を設定するために、電源および関連の電極が配置さ
れる。サンプルの導入手段は、サンプルを分離用毛細管
に導入するために設けられている。例えば、サンプル溶
液のための溜を設けることができる。分離用毛細管の入
力部は、サンプル溶液内に挿入することができる。分離
用毛細管および混合用毛細管に沿って適用される電界は
、分離用毛細管の入力端部に対してサンプルの溶液を動
かすために用いることができる。その後で、分離用毛細
管の入力端部は、電解質内に導入することができる。 この時点において、これ以上のサンプルが導入されるこ
とはないが、既に導入されているサンプルは移動を開始
して、その成分内に分離していく。

【００２４】混合セクションの下流部に配置された適当
な検出器は、サンプルのピークを検出するために用いる
ことができる。この発明の好適な実施においては、非蛍
光の蛍光付与（ｆｌｕｏｒｏｇｅｎｉｃ）試薬が、分離
用毛細管からエリュートする（ｅｌｕｔｉｎｇ）成分の
ピークと混合される。この場合においては、強力な紫外
線光源およびホトマルチ検出器とともに蛍光検出器を用
いることができる。

【００２５】分離用毛細管の出力端部にはテーパをつけ
ることが可能にされて、混合が迅速であり、かつ動揺が
最小限であるように、混合用毛細管の入力端部の形状に
より良く適合するようにされる。動揺を最小にして、迅
速な混合をすることにより、ゾーンの広域化が最小にさ
れる。強力な照射によって蛍光の増強が可能にされ、こ
のために、小さい口径の分離用毛細管の小量のサンプル
に対する補償がなされる。サンプルの成分と組み合わさ
れなければ蛍光を発することがない蛍光付与試薬を用い
ることにより、背景のノイズが最小にされる。

【００２６】拡散に対するアインシュタインの方程式ｘ
＝（２Ｄｔ）１／２により、十分に迅速な拡散的な混合
のために必要とされる、分離用および混合用の毛細管の
口径上の実際的な限界が設定される。混合の時間が約１
秒に制限されるように、混合用毛細管における混合セク
ションの内部口径は１００μｍを超えるべきではなく、
また、分離用毛細管の最大の内部口径は２５０μｍを超
えるべきではない。好適には、分離用毛細管は一定のサ
イズの口部を備えている。また、好適には、その入力端
部を除いて、混合用毛細管の口部サイズも一定であり、
分離用毛細管のそれに比べてほぼ等しいか、または、そ
れよりも幾らか大きくされている。

【００２７】１００μｍまたはこれよりも小さい口径の
部分により、毛細管の断面を横切って一様に作用する電
気浸透性の流れが許容されて、対流誘導式のゾーンの広
域化が最小にされる。１００μｍよりも小さい口径によ
り、電極１０４と１２０の間で、より大きい電気的抵抗
を付与することができる。その抵抗が大きければ大きい
程、与えられた電流に対する電圧が大きくなるようにさ
れる。より迅速な移動が誘導されることから、より高い
電圧が所望される。ピークの分離と妥協することなく、
（時間に関連する）拡散のために、より迅速な移動の結
果としてより少ないゾーンの広域化がもたらされる。電
解質の沸騰を回避するためには電流の制限をすることが
必要である。

【００２８】この発明によれば、化学的なゾーンの電気
泳動のような、高い分離能の分離技術が提供される。試
薬導入のアプローチにより、混合に起因するバンドの広
域化が最小にされる。更に、混合用毛細管の大部分の長
さに対する口部の口径が分離用毛細管のそれと同じにさ
れて、口部のサイズの差に基づくサンプルの拡散が回避
される。検出器の照射強度を増大するのみで検出器の感
度を増強できるように、蛍光付与試薬を用いることによ
りその感度が最大にされる。サンプルの成分と組み合わ
されたときに試薬が蛍光検出信号にのみ寄与するように
、非蛍光性の試薬を選択することによりノイズ・フロア
を最小にすることができる。この発明のこれらのおよび
その他の特徴および利点は、添付図面に関する次の説明
から明かである。

【００２９】

【実施例】毛細管によるゾーンの電気泳動（ＣＺＥ）シ
ステム１００を構成するものは、電源１０２、第１の正
電極１０４、電解質の溶液１０８を含んでいる第１の電
解質溜１０６、分解用毛細管１１０、混合用Ｔ字管１１
２、混合用毛細管１１４、蛍光検出器１１６、これも電
解質１０８を含んでいる第２の電解質溜１１８、および
、接地用電極１２０である。分離用毛細管１１０、混合
用Ｔ字管１１２および混合用毛細管１１４により、サン
プル・パス１２２を規定するサンプル・パス手段１２１
が構成される。

【００３０】分離用毛細管１１０および混合用毛細管１
１４の大部分が沈んでいる電解質１０８は、電極１０４
と１２０との間のサンプル・パス１２１に沿って伸長す
る電界に対する媒体として作用するものである。この同
じ電解質は、分析されるべき生物学上のサンプルに対す
る溶剤担体として用いられる。第２の正電極１２４が挿
入されているサンプル溜１２３には、サンプル溶液１２
６が含まれている。試薬溜１２８に含まれているｏ−フ
タルジアルデヒド（ＯＰＡ）試薬１３０は、混合用毛細
管１１４内における分離用毛細管１１０の流出物との混
合のために、混合用Ｔ字管１１２に対して試薬用毛細管
１３２に沿って流れる。試薬の流れのコントロールは、
混合用Ｔ字管１１２に関する試薬溜１２８の高さを調節
することによって可能にされる。

【００３１】サンプル溶液１２６は、入力端部１３４を
介して分離用毛細管１１０に導入することが可能にされ
る。入力端部１３４はまずサンプル溜１２３内に配設さ
れ、これに対して、混合用毛細管１１４の出力端部１３
５は第２の電解質溜１１８内に配設される。電源１０２
によって設定される電界は、正電極１２４から、分離用
毛細管１１０および混合用毛細管１１４を介して、接地
電極１２０に至るようにされる。電解質が電気浸透性の
流れにより接地電極１２０に向けて下流に引かれると、
サンプル溶液１２６は入力端部１３４において分離用毛
細管１１０内に引かれることになる。適当な量のサンプ
ル溶液１２６（典型的には、約２ナノリットル）を導入
するために必要な時間インターバルの終りにおいて電源
１０２がオフにされる。

【００３２】これに次いで、分離用毛細管１１０の入力
端部１３４が第１の電解質溜１０８に挿入されて、図１
に例示されているような構成にされる。電源１０２によ
り再び電界が設定されて、電気浸透性の流れが誘導され
る。この流れに重ね合わされている電気泳動による移動
の相対的な速度は、分子に対する電荷の大きさおよび符
号に依存している。その結果として、各サンプル成分は
分離用毛細管１１０を介して混合用毛細管１１４に対し
てある特性速度をもって移動し、また、それぞれの時点
において蛍光検出器１１６を通るようにされる。

【００３３】蛍光検出器１１６によれば、水銀キセノン
・アーク・ランプまたは紫外線レーザのような、焦点が
良好に定められており、高い強度の紫外線光を用いて、
混合用毛細管１１４内のラベル付けされたサンプル成分
の照射がなされる。検出器１１６に含まれているホト・
マルチ管により、結果としての蛍光の強度が光電流に変
換されて、時間的な出力に対する強度を得るために用い
られる。

【００３４】分離後のラベル付けは、接続部２００〔詳
細には図２（Ａ）〕において実行される。ステンレス・
スチールの混合用Ｔ字管１１２には、２個のインライン
・ポート２３８，２４０および１個の直交ポート２４２
が備えられている。分離用毛細管１１０は、第１のイン
ライン・ポート２３８を通して伸長する第１のフェルー
ル（ｆｅｒｒｕｌ）２４４によって支持されており、こ
れに対して、混合用毛細管１１４は、第２のインライン
・ポート２４０を通して伸長する第２のフェルール２４
６によって支持されている。試薬用の毛細管１３２は直
交ポート２４２を通して伸長し、ここで第３のフェルー
ル２４８によって固定されている。フェルール２４４，
２４６および２４８は、それぞれのキャップ２４５，２
４７および２４９によって適所に保持されている。

【００３５】溶融したシリカの試薬用毛細管１３２は、
内部口径が２００μｍ，外部口径が３２５μｍ，長さが
７０ｃｍのものである。次いで、この発明に従えば、長
手の下流方向を規定するためにサンプルの流れの方向を
とることにより、分離用毛細管１１０が混合用毛細管１
１４内に伸長して、これら２本の毛細管が長手方向にオ
ーバラップし、オーバラップ領域２５０を規定し、そし
て、好適には同心になるようにされる。このオーバラッ
プ領域２５０に含まれているものは、分離用毛細管１１
０のテーパ付きの出力端部２５１、および、混合用毛細
管１１４のフレア式の入力端部２５３である。

【００３６】オーバラップ領域２５０においては、図３
（Ｂ）に断面で示されているように、環状のギャップ２
５２が分離用の出力端部２５１と混合用の入力端部２５
３との間で規定されている。環状のギャップ２５２で付
与される液状の連通は、図２（Ａ）に示されているよう
に、試薬用毛細管１３２と、分離用毛細管１１０の出力
端部２５１近傍の混合用毛細管１１４の混合用セクショ
ン２５４との間でなされる。これにより、蛍光付与試薬
１３０と、サンプル成分の分離後の分離用毛細管の流出
物との混合が許容される。十分な混合の後で、混合用セ
クション２５４の下流部に配置された検出用セクション
２５８のウインドウ２５９を通して、サンプルの照射お
よび蛍光の検出が生じる。

【００３７】図４により詳細に示されているものは、分
離用出力端部２５１と混合用入力端部２５３との間の同
軸インタフェースである。分離用毛細管１１０に含まれ
ている中央の電気泳動的な毛細管口部３６０は口径２５
μｍのものであり、容融シリカの壁部３６２は、２５μ
ｍの口径から１２５μｍの外部口径まで放射状に伸長し
ている。分離用毛細管の壁部３６２に被覆された保護用
のポリイミド・プラスチック・コーティング３６４は１
５０μｍの最外口径まで伸長している。このコーティン
グ３６４は、分離用出力端部２５１においておよびその
近傍で、露出セクション３６６から除去されている。出
力端部２５１は３０μｍの外部口径までテーパが付され
ているが、この外部口径は分離用毛細管１１０の一定の
内部口径よりも僅かに大きいものである。

【００３８】分離用毛細管１１０は、分離用毛細管１１
０の寸法をもつ商業的に利用可能な毛細管を修正するこ
とによって形成されたものである。その修正は、濃縮し
た弗化水素酸（４８％）の攪拌浴内で上部のコーティン
グをはぎ取って露出セクション３６６を生じさせること
に始まり、これに次いでエッチング端部２５１を生じさ
せることでなされる。エッチング操作の間は、内部での
エッチングを防止するために、分離用毛細管１１０を介
してエッチング剤溶液に向けて水を強制的に通すように
される。

【００３９】混合用毛細管１１４が有する口部３７０は
、入力端部２５３の近傍でフレア状にされている。混合
用毛細管１１４の内部口径は、入力端部においては１５
０μｍであり、また、その流出端部では２５μｍである
。シリカの混合用毛細管１１４の口部３７０を規定する
壁部３７２の外部口径は、該毛細管の長さの大部分にわ
たって１２０μｍであり、その拡大した入力端部２５３
において２５０μｍの最大口径に達している。混合用毛
細管１１４の形成は、図４に示されているような、混合
用毛細管１１４の寸法を有する商業的に利用可能な毛細
管を修正することによってなされたものであり、ここに
、プラスチック・コーティング３７４は適所に配置され
ている。その修正は、入力端部２５３になるセクション
にわたってコーティングをはぎ取ることによって始めら
れる。該毛細管はその一方の端部においてシール・オフ
されるものであり、また、ある所定の雰囲気に対する圧
力を正常に保つために注入器が用いられる。

【００４０】毛細管のある１個のセクションは加熱され
て、該セクションが内部圧力によって放射状に拡張する
ようにされる。毛細管はガス炎上で回転されて、該毛細
管の周辺が一様に拡張することが確実にされる。この拡
張により、毛細管に沿ってバルブまたはセルの規定がな
される。その拡張の時間は、バルブが混合用毛細管１１
４の入力端部において所望の口径を有するようにコント
ロールされる。これに次いで、該バルブは水晶切削工具
をもってカットされる。そして、この結果としてフレア
状にされた毛細管上の端部はドラメル（ｄｒｕｍｍｅｌ
）具をもって滑らかにされて、混合用毛細管１１４が完
成される。

【００４１】代表的に使用できるものは、この発明の譲
受人と同じ者に対して譲渡された、米国特許出願第０７
／３１９４６０号において説明されているような、小型
のガラス旋盤である。このガラス旋盤により毛細管の双
方の端部が支持されて、ＣＯ２レーザの下で毛細管が回
転される。慎重に時間コントロールされた態様において
、混合用毛細管の入力端部になるエリアを横切ってレー
ザーの掃引がなされる。これによって口部の拡張がなさ
れる。上記のように、結果としてのセルがこれについで
水晶切削工具をもってカットされて、毛細管上で結果的
に拡大された端部がドラメル工具をもって滑らかにされ
る。

【００４２】その柔軟性、透明性および電気的な絶縁性
のために、３個の毛細管１１０，１１４および１３２の
全てに対して溶融シリカが用いられる。検出用ウインド
ウ２５９は、ポリイミド・コーディング３７４の１〜２
ｃｍのセクションを検出セクション２５８から加熱除去
することによって形成される。

【００４３】図５に概略的に例示されている代替的な混
合用接続部４００は分離システム１００に合体できるも
のであって、蛍光付与試薬がサンプル・ストリームと混
合されることが例示されている。混合用毛細管の拡大し
た入力端部の形状において、この接続部４００は図２（
Ａ）の接続部２００と異なっている。接続部４００に含
まれているものは、放射状に拡大した入力端部４０４お
よび混合用セクション４０６を備えた混合用毛細管４０
２である。入力端部に向けて単調に増大するフレア部を
有するというよりも、入力端部４０４は最大の口径に迅
速に達するようにされており、この最大の口径はこの入
力端部４０４においてある限定的な長さの範囲で維持さ
れている。

【００４４】サンプル・ストリーム４０８は分離用毛細
管４１０を通して流れる。蛍光付与試薬４１２は試薬用
毛細管１３２から出されるが、この試薬用毛細管１３２
は、毛細管４１０に対して、また、サンプル・ストリー
ム４０８の流れの方向に対して直交するように配置され
ている。その拡散を通して、蛍光付与試薬４１２は、分
離用出力部４１６と混合用入力部４０４との間の環状ギ
ャップ４１４を介して混合用毛細管４０２に入れられる
。試薬４１２は、混合用セクション４０６内でサンプル
・ストリーム４０８に反応する。その反応の結果として
ラベル付けされた成分は図１の蛍光検出器１１６によっ
て検出することができる。

【００４５】図６Ａから図７Ｅまでには、この発明によ
って提出される混合用毛細管の拡大した口部及びフレア
状の口部の種々の形状が示されている。分離用毛細管と
混合用毛細管の入力端部との相対的な寸法に依存して、
分離用毛細管の出力端部にはテーパを付けないようにす
ることができる。

【００４６】ラベル付けをする試薬の選択は、選択され
る分離プロセスとの両立性によって制限を受ける。大部
分の蛍光付与（ｆｌｏｕｒｏｇｅｎｉｃ）ラベルはそれ
自体が蛍光性のものであるために、検出器出力に対して
１個またはそれよりも多くのピークが付加される。疑似
的な蛍光を回避するためには、試薬は完全に反応せねば
ならず、または、その検出に先立って余剰の試薬を除去
せねばならない。これらの代替的な事項は双方とも極め
て問題のあるものである。ＯＰＡのような蛍光付与ラベ
ル付けの試薬を用いることが好適である。ここで前記Ｏ
ＰＡのような試薬は、それらが蛋白質分子の主たるアミ
ン機能と反応するまでは、それら自体は蛍光性のもので
はない。

【００４７】この発明によれば、以下の代替的な動電気
式の分離技術と両立できる分離後での混合操作が提供さ
れる。毛細管のポリアクリルアミド・ゲルの電気泳動的
な移動が用いられる。毛細管の等電的な焦点部に、毛細
管の長さにわたって形成されるｐＨ傾度における等電的
なポイントによりサンプル成分が分布される。等速電気
泳動は、等電的な移動性によりサンプル成分を分布する
。ミセルの動電気的な毛細管クロマトグラフィは、電気
浸透性の流れに従う“静止”相を用いるクロマトグラフ
ィの形式のものである。

【００４８】好適な実施例においては、検出を増強する
ために、分離の後で蛍光付与ラベル付けの試薬が付加さ
れる。この発明はその他の検出方法に適応するものであ
るから、検出用流体の導入はこれらの検出方法に適合す
るようにされる。例えば、分離した成分を分析するため
に質量分析を用いることができる。検出用の流体を導入
するために、より詳細には、分離した成分を掃引する担
体流体を質量分析装置に導入するためにこの発明を用い
ることができる。前述された実施例に対するこれらおよ
びその他の変更や修正は、特許請求の範囲の記載によっ
てのみ限定されるこの発明によって提供されるものであ
る。

【００４９】

【発明の効果】以上詳述したように、本発明によれば、
サンプルを各成分に分離した後に、これら各成分に蛍光
を付与する試薬を供給するようにしたため、高い分離能
での成分の分離が可能であり、この結果として高感度で
の成分検出が可能となる。

【００５０】従って、本発明によれば、サンプルが極く
僅かしかなくとも、高精度での成分分析ができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の化学分析システムの毛細管ゾーンを示
す説明図である。

【図２】図１における分離された各成分と蛍光付与試薬
との混合用接続部を示す説明図である。

【図３】図２の一部分の断面図である。

【図４】図２の混合用接続部における分離用毛細管の端
部と混合用毛細管の端部とのオーバーラップ状況を説明
するための図である。

【図５】本発明における他の混合用接続部を示す説明図
である。

【図６】本発明における混合用毛細管の入力端部の他の
例を示す図である。

【図７】本発明における混合用毛細管の入力端部の更に
他の例を示す図である。

【符号の説明】

１００　　　　化学分析システム １０２　　　　電源 １０４，１２４　　　　正電極 １０６，１１８　　　　電解質溜 １０８　　　　電解質溶液 １１０　　　　分離用毛細管 １１２　　　　混合用接続部（Ｔ字管）１１４　　　　
混合用毛細管 １１６　　　　蛍光検出部 １２０　　　　接地用電極 １２１　　　　サンプル・パス手段 １２２　　　　サンプル・パス １２３　　　　サンプル溜 １２６　　　　サンプル溶液 １２８　　　　試薬溜 １３０　　　　試薬 １３４　　　　入力端部 １３５　　　　出力端部 ２００　　　　接続部

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】　　（Ａ）（ａ）入力端部（１３４）と出
   力端部（２５１）を備えた分離用毛細管（１１０）、入
   力端部（３７５）と混合用セクション（２５４）を備え
   た混合用毛細管（１１４）、および、該混合用セクショ
   ンの下流部に配置された検出用セクション（２５８）を
   含み、（ｂ）前記混合用毛細管の入力端部（３７５）は
   、該混合用毛細管に放射状に伸長して該混合用毛細管の
   入力端部の内径となり、（ｃ）前記分離用毛細管の出力
   端部（２５１）は、前記混合用毛細管の入力端部（３７
   ５）とオーバーラップして環状ギャップ（２５２）を規
   定し、長さ方向に伸長するサンプル・パス（１２２）を
   規定するサンプル・パス手段（１２１）；（Ｂ）複数の
   成分を各自の速度で、前記分離用毛細管（１１０）およ
   び混合用セクション（２５４）を通して、検出用セクシ
   ョン（２５８）へ移動させるためのサンプル移動手段（
   １０２）； （Ｃ）検出用流体（１３０）と混合されて供給される複
   数成分を、前記検出用セクション（２５８）において検
   出するための検出手段（１１６）； （Ｄ）前記検出用流体（１３０）を、前記混合用セクシ
   ョンの環状ギャップ（２５２）に導入して前記複数の成
   分と混合させるための検出用流体の導入手段（１３２）
   ；からなることを特徴とする化学分析システム（１００
   ）。
2. 【請求項２】　　（Ａ）（ａ）サンプル入力端部（１３
   ４）と出力端部（２５１）を備えた毛細管分離用セクシ
   ョン（１１０）、（ｂ）入力端部（３７５）を備えた毛
   細管混合用セクション（１１４）、および、（ｃ）検出
   用流体（１３０）を前記混合用セクションに導くための
   流体導入手段（１３２）を有し、前記毛細管分離用セク
   ションの出力端部を前記毛細管混合用セクションの入力
   端部に接続するための接続要素（１１２）を含み、前記
   検出用流体と前記分離用セクションからの流出物とは、
   検出用セクション（２５８）に移動する前に実質的に混
   合され、前記流体導入手段は、前記毛細管混合用セクシ
   ョンのフレア状入力端部（２５３）を含み、該フレア状
   入力端部は、前記分離用セクションと混合用セクション
   間の環状ギャップ（２５２）を規定し、前記検出用セク
   ション（２５８）は、前記混合要素の後のサンプル・パ
   ス（４０８）に沿って配置され、長さ方向に伸長するサ
   ンプル・パス（１２２）を規定するサンプル・パス手段
   （１２１）； （Ｂ）前記接続要素に接続されて該接続要素に検出用流
   体を導く検出用流体パス（１３２）； （Ｃ）検出用セクション内に供給された予め検出用流体
   （１３０）と充分に混合されたサンプル成分の何れか１
   つの存在を、検出するための検出手段（１１６）；（Ｄ
   ）前記検出用流体を前記混合用セクションの環状ギャッ
   プ（２５２）に導くための電界を作り、前記サンプル成
   分を前記分離用セクションを経て検出用セクション（２
   ５８）に移動させる電極手段（１２０および１２４）；
   からなることを特徴とする化学分析システム（１００）
   。
3. 【請求項３】　　（Ａ）（ａ）分離用入力端部（１３４
   ）と分離用出力端部（２５１）を備えた分離用毛細管（
   １１０）、および、（ｂ）検出用入力端部（２５３）と
   検出用出力端部（１３５）を備え、下流に該検出用入力
   端部と検出用セクション（２５８）を隣接させた混合用
   セクション（２５４）を備え、前記検出用入力端部およ
   び混合用セクションに放射状に伸長し、該検出用入力端
   部は、長さ方向に分離用出力端部とオーバーラップして
   環状ギャップ（２５２）を規定し、前記分離用毛細管に
   対して一般的に流下する検出用毛細管（１１４）、を含
   み、長さ方向に伸長するサンプル・パス（１２２）を規
   定するサンプル・パス手段（１２１）；（Ｂ）前記分離
   用入力端部と前記検出用出力端部の間に、前記環状ギャ
   ップを横切って伸長する電界を作るめの電源手段（１０
   ２）、 （Ｃ）前記分離用出力端部から流出するサンプル成分と
   反応させて蛍光ラベル付けサンプル成分を供給するため
   に、前記環状ギャップを通して前記混合セクションに蛍
   光付与試薬を導入するための手段（１３２）、（Ｄ）前
   記検出用セクションに局在し、蛍光ラベル付けサンプル
   成分を検出するための蛍光検出手段（１１６）、からな
   ることを特徴とするサンプル溶液を成分に分離するため
   の化学分析システム（１００）。