KR101516098B1 - 전기영동용 모세관 튜브 - Google Patents

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프라운호퍼-게젤샤프트 추르 푀르데룽 데어 안제반텐 포르슝 에 파우
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Abstract

본 발명은 모세관 전기영동용 플라스틱 모세관 튜브에 관한 것이고, 플라스틱 모세관 튜브는 주입 개구 및 배출 개구를 갖고, 또한 모세관 튜브 벽에 적어도 하나의 홀 (hole) 을 갖고, 모세관 튜브 벽의 내측 상의 홀의 직경 (dL ( inside )) 은 0.5 ㎛ 내지 30 ㎛ 의 범위 내에 있다.

Description

전기영동용 모세관 튜브{CAPILLARY TUBES FOR ELECTROPHORESIS}
본 발명은 모세관 전기영동용 모세관에 관한 것이고, 상기 모세관을 구비하는 화학적 분리 및 분석 장치에 관한 것이다.
전기영동적 분리는 전압의 인가에 의해서 유발된다. 하전된 입자들 (charged particles) 은 전기장 내에서 대응하는 극들로 이동하며, 예를 들어 음으로 하전된 입자들은 양극으로 이동한다. 이 프로세스 중에, 각각의 하전된 입자는 다른 이동성들 (mobilities) 때문에 전기장에서 다른 속력을 보인다. 이동성은 전하수, 입자의 반경 및 입자 상에 형성된 하이드레이트 층 (hydrate layer) 에 의존된다. 비슷하게 버퍼의 점도는 하전된 입자들의 이동성을 약화시킨다. 다른 이동성 상수들을 갖는 하전된 입자들은 따라서 다른 것으로부터 분리될 수 있다.
전기장에서 분리에 영향을 주는 다른 전기영동적 영향은 전기 삼투 흐름 (EOF) 이다. 상기 균일하고 방향성 있는 흐름은 내측 모세관 표면 상의 표면 전하들에 의해서 생성된다. 높은 전하 밀도를 갖는 모세관 재료들은 높은 EOF 를 생성한다. 예를 들어 유리의 경우에 형성되는 것과 같은 음의 표면은 양극 방향으로 흐름을 생성한다. EOF 는 음으로 하전된 입자들을 가속하고 양으로 하전된 입자들을 감속한다. 대조적으로, 중성 입자들은 EOF 에 의해 모세관을 통해서 이동한다 (migrate). pH 는 표면 전하 그리고 따라서 비슷하게 EOF 에 상당한 영향을 준다.
유리 모세관들이 간단하게 그리고 비용 효과적으로 생산될 수 있기 때문에 통상적으로 이용된다. 다른 중요한 장점은 자외선/가시선 (UV/VIS) 영역의 빛에 대한 광 투과성이다. 따라서 광학 검출기들이 전압을 받고 있는 액체와 접촉하지 않으면서 온-칼럼 시료 (on-column) 에 이용될 수 있다. 그러나, 검출될 수 있는 것은 적절한 파장 영역에서 흡수하는 화합물들만이다. 따라서, 예를 들어, 단당류 및 올리고당은 발색단 (chromophore) 을 갖지 않는다. 질량 선택성 및 전기화학적 검출기들과 같은 다른 감도 높은 검출기들이 이러한 화합물에 대해서 이용되어야 한다. 그러나, 상기 검출기들은 전압을 받고 있는 액체와 접촉을 하고, 이는 이 검출기들의 상당한 악화 또는 실패로 이어진다. 따라서, 유체가 검출기에 도달하기 전에 분리 구간으로부터 전압을 제거해야 하는 필수적인 요구사항이 있다.
유리 모세관들의 다른 단점은 음의 표면 상에서 비가역적으로 뭉쳐질 수 있는 화합물의 높은 흡수 경향이다. 내측 표면의 비활성화는 중합체에 의한 얇은 피복에 의해서 초래될 수 있다. 그러나, 검출기의 강도 높은 UV 조사는 용이하게 비가역적으로 얇은 중합체 층을 손상시킬 수 있다.
현재까지, 하류식 검출의 문제는, 예를 들어 소위 "차폐 계면 (sheath interface)" 에 의해서 해결되어 왔다. 전기영동적 분리 후에, 유체는 계면을 거쳐서 질량 분석기로 통과된다. 액체 (차폐 액체) 는 모세관으로부터 전압을 제거할 수 있기 위해서 계면에 공급된다. 공급의 비바람직한 영향은 모세관으로부터의 유체와의 희석이다. 이는 검출 감도를 상당히 낮춘다.
하류식 검출에서 검출 감도를 악화시키지 않기 위해서, 차폐 액체를 이용하지 않고 대신에 소위 "무차폐 계면 (sheathless interface)" 을 이용하는 시도들이 최근 개발들에서 있어왔다. 새로운 개발들은 Journal of Chromatography A, 1159 (2007), 2-13 에서 Zamfir 등에 의해서 설명된다. 소위 도전성 이미터들 (conductive emitters) 은 특수하게 생산된 유리 모세관 및 이 유리 모세관의 외측에 도포된 도전성 재료로 이루어진다. 다음으로 이미터는 분리 모세관에 연결되고 전기적 접촉이 성립된다. 이미터의 구성 및 재료에 부과된 요구사항들은 질량분석을 위한 뛰어나고 재생가능한 분무 특성을 획득하기 위하여 매우 엄격하다. 또한, 이미터는 분리 질 및 따라서 분석적 성능에 부정적 영향을 주어서는 안 된다. 비록 분리 모세관 및 이미터가 서로에게 깨끗하게 연결되어야 하지만, 구성은 이미터가 다양한 분리 컬럼들에 유연하게 적용될 수 있다는 장점을 갖는다. 그러나, 공개에 따르면, 상기 요구사항들을 실행하는 데에는 어려움이 있다.
2009 년 9 월 Basel 에서 Beckman/Coulter 의 주체로 열린 모세관 전기영동 워크삽에서, 새로 개발된 이미터가 제공되었다. 이 경우에, 유리 모세관의 일 단부에서 마지막 4 cm 는 유리 모세관의 벽이 다공성이 되고 따라서 전압이 모세관에서 제거될 수 있을 때까지 에칭된다. 다공성 부분은 금속 하우징 (= 전극) 내에 삽입되고 전기적 접촉이 성립된다. 도전성 액체가, 형성되어 있는 가스 버블들을 멀리 이송시키기 위해서 다공성 모세관과 금속 하우징 사이에서 플러쉬 (flush) 되고, 이는 전극에서 수용성 완충제의 전기분해에 의해서 행해진다. 그러나, 모세관의 다공성 부분은 화합물의 보다 큰 표면 흡입으로 이어질 수 있고, 이는 분석 성능의 상당한 약화로 이어질 수 있다. 처리된 모세관의 충격에 매우 민감한 구성은 또한 단점이 될 수 있다.
다른 공지된 접근은 칩 기술의 적용이다. "Miniaturization of Analytical Systems" ISBN-10: 0-470-06110-3, 페이지 237 에서, A. Rios 등은 검출 전에 분리 구간으로부터 전압이 제거되는 것을 가능하게 하는 통합적인 모세관 전기영동을 갖는 마이크로칩들에 대한 해결책을 설명한다.
칩 기술에서, 용어 분리 모세관은 마이크로 분리 채널에 의해서 대체되고, 마이크로 분리 채널들은 에칭 프로세스에 의해서 칩 안으로 도입된다.
상기 공개는 실제 분리 채널로부터 떨어져 있는 칩 상의 사이드 암 (side arm) 을 갖는 변형예를 제공하고, 상기 사이드 암 내에는 제 2 접촉 전극이 또한 위치된다. 상기 사이드 암은 전기 삼투 흐름을 실질적으로 감소시키기 위해서 폴리아크릴아미드로 코팅된다. 대조적으로, 유리로 만들어진 분리 채널은 코팅되지 않고 그래서 높은 EOF 가 달성된다. EOF 에서의 상기 차이는 분기점 하류로 채널의 단부까지 간접적 유체역학 흐름으로 이어진다. 이 흐름은 사이드 암의 길이가 분기점으로부터 채널 단부까지의 거리보다도 크다는 사실로 인한 사이드 암에서의 흐름 저항 증가에 의해서 지지된다. 질량 분석법이 여기서 검출 기술로서 설명된다. 전기 화학의 검출들의 경우에 있어서, 전기 화학 검출 전 전압이 제거되어야 할 때 "오프-채널 검출" 이라는 용어가 이용된다. 디커플러 (decoupler) 를 이용하는 몇몇 변형예들이 상기 공개 및 Trends in Analytical Chemistry, Volume 26, No. 2, 2007 에서 H. Chen 등에 의해서 제공된다.
Journal of Electroanalytical Chemistry, 492 (2000), 15 에서 J.S. Rossier 등은 다른 중합체 재료로 이루어진 마이크로홀들 (microholes) 이 분리 채널의 단부에 통합되는 구성을 설명한다. 이 구성은 전기 화학적 검출 전에 전압이 분리 채널로부터 제거되는 것을 허용한다. Analytical Chemistry, 75 (2003), 2710 에서 Osbourne 등은 유사하게 분리 채널의 단부에 홀들을 갖는 구성을 설명한다. 홀들은 아세트산 셀룰로오스 막에 의해서 폐쇄된다. 막은 전극과 전기적 접촉이 만들어질 만큼 충분히 다공성이다.
본 발명의 일 목적은, 예를 들어 질량-선택성 또는 전기 화학적 검출기들과 같은 민감하고, 비광학적인 검출기들의 이용을 가능하게 하고, (예를 들어 비가역적 고정화에 의해서) 가능한 분석물질의 손실을 최소화하는 모세관 전기영동용으로 적합한 모세관을 제공하는 것이다. 본 발명의 다른 목적들은 발명성 있는 모세관을 구비하는 적합한 화학적 분리 및 분석 장치, 및 발명성 있는 장치를 적용하는 화학적 분리 및 분석 방법을 제공하는 것이다.
본 발명의 제 1 양태에 따르면, 이 목적은 모세관 전기영동용 플라스틱 모세관 튜브를 제공함으로써 달성되고, 여기서 플라스틱 모세관 튜브는 주입 개구, 배출 개구 및 모세관 튜브 벽에 적어도 하나의 홀을 갖고, 모세관 튜브 벽 내측 상의 홀 직경 (dL ( inside ))은 0.5 내지 30 ㎛ 의 범위 내에 있다.
상기된 바와 같이, 발명성 있는 모세관 튜브는 중합체 또는 플라스틱 모세관 튜브이고, 즉 중합체 재료로 만들어진 모세관 튜브이다.
종래의 유리 모세관 튜브들에 비하여, 플라스틱 모세관 튜브들은 이들의 화학적 구조 때문에 강한 경향성 (tendency) 을 갖는 화합물들에 대한 표면 흡착이 더 적게 나타난다. 예로는 단백질들과 올리고당들이다. 플라스틱 모세관 튜브들 내의 전기영동적 분리는 이러한 부류의 화합물에 유리하다. 또한, 화학적으로 기계적으로 안정한 플라스틱 모세관 튜브들은 좀더 비용 효과적으로 생산될 수 있다.
이미 위에서 논의된 바와 같이, 민감하고 선택적인 검출기들의 이용은 전기영동적 분리를 위해서 인가된 전압이 검출기에 도달되기 전에 가능한 효과적으로 제거되는 것을 전제한다. 본 발명의 범위 내에서, 이것은 플라스틱 모세관 튜브가 모세관 튜브 벽에 적어도 하나의 홀을 갖고 모세관 튜브 벽 내측 상의 홀 직경 (dL ( inside )) 이 0.5 내지 30 ㎛ 의 범위에 있다는 사실 때문에 가능하다. 모세관 벽 홀의 선택된 직경은 한편으로, 전압을 제거하는 것을 가능하게 하고, 다른 한편으로는 주어진 테스트 조건에 대해서 유체가 모세관 튜브 벽의 홀로부터 누출되는 것이 가능한 방지된다.
모세관 튜브 벽 내측 상의 홀 직경 (dL ( inside )) 이 바람직하게는 1 내지 20 ㎛ 의 범위 내에 있고, 좀더 바람직하게는 2 내지 12 ㎛ 의 범위 내에 있다.
단면 개구가 원형이 아닌 (예를 들어, 타원) 홀의 경우에, dL ( inside ) 은 최대 직경 값에 대응한다.
홀 직경의 결정은, 예를 들어 광학 현미경 이미지들의 광학 평가를 통해서 행해질 수 있다. 홀 또는 보어 (bore) 의 직경은 3-점 방법에 의해서 원들을 내접시킴으로써 또는 광학 현미경 이미지 내에 중심과 반지름을 결정함으로써 수동으로 결정된다. 이 경우에 홀은 중심에 위치되어야 한다.
바람직한 실시예에서, 모세관 튜브 벽 내측 상의 홀 직경 (dL ( inside )) 은 모세관 튜브 벽 외측 상의 홀 직경 (dL ( outside )) 보다 더 작다.
단면 개구가 원형이 아닌 (예를 들어 타원) 홀의 경우에, dL ( outside ) 은 최대 직경 값에 대응한다.
바람직하게는 홀은 원추형 형상을 갖는다. 아래에서 더 설명되는 바와 같이, 이러한 홀의 원추형 형상은 레이저 작용, 예를 들어 레이저 드릴링, 즉 모세관 벽 안으로 홀을 "버닝 (burning)" 함으로써 공작될 수 있다.
모세관 튜브 벽 내측 상의 홀 직경의 모세관 튜브 벽 외측 상의 홀 직경에 대한 비 (dL( inside )/dL ( outside )) 는 바람직하게 1/2 내지 1/7 의 범위 내에, 보다 바람직하게는 1/3 내지 1/5 의 범위 내에 있다. 비 (dL ( inside )/dL ( outside )) 는 모세관 튜브의 측면 광학 현미경의 이용에 의해서 결정될 수 있다.
홀의 축은 바람직하게는 플라스틱 모세관 튜브의 종방향 축에 대해서 90 도 ± 20 도 범위의 각도로, 보다 바람직하게는 90 도 ± 10 도 범위의 각도로 연장된다.
발명성 있는 플라스틱 모세관 튜브는 단지 하나의 홀 또는 대안적으로 두 개 이상의 홀을 모세관 튜브 벽에 가질 수 있다.
분석 물질 또는 샘플의 어떠한 손실을 가능한 최소화하기 위해서, 플라스틱 모세관 튜브가 모세관 튜브 벽에 단지 하나의 홀을 갖는 것이 바람직할 수 있다.
플라스틱 모세관 튜브가 모세관 튜브 벽에 다른 홀들을 갖는 경우에, 상기 추가적인 홀들의 특성에 대해서 제 1 홀에 대한 상기 설명들을 인용하는 것이 가능하다.
플라스틱 모세관 튜브가 모세관 튜브 벽에 두 개의 홀들을 갖는다면, 모세관 튜브 벽의 두 개의 홀들은 가능한 서로 직접적으로 대향하도록 배치되고, 즉 가능하면 동일 축 상에 배치되거나, 단축으로 제공된다.
모세관 전기영동용 발명성 있는 플라스틱 모세관 튜브의 치수들은 검사될 샘플 및 최적의 분리 조건들의 함수로써 적절하게 변할 수 있다.
플라스틱 모세관 튜브의 외측 직경 (dK ( outside )) 이 바람직하게는 50 ㎛ 내지 200 ㎛ 의 범위, 좀더 바람직하게는 75 ㎛ 내지 170 ㎛ 의 범위 내에 있고, 플라스틱 모세관 튜브의 내측 직경 (dK ( inside )) 이 바람직하게는 10 ㎛ 내지 150 ㎛ 의 범위, 좀더 바람직하게는 50 ㎛ 내지 125 ㎛ 의 범위 내에 있다.
모세관 튜브 벽의 두께는 바람직하게 1 ㎛ 내지 25 ㎛ 의 범위에 있다.
플라스틱 모세관 튜브의 전체 길이 (L0) 는 분석되는 샘플의 특성 및 요구되는 분리 조건들에 의존해서 변할 수 있다. 플라스틱 모세관 튜브의 적절한 전체 길이 (L0) 는, 예를 들어, 40 cm 내지 150 cm 의 범위, 좀더 바람직하게는 55 cm 내지 100 cm 의 범위 내에 있다.
이와 같은 치수를 갖는 플라스틱 모세관 튜브들은 상업적으로 이용가능하다. 위에서 특정된 직경 범위에 있는 직경을 구비한 홀이 원칙적으로 당업자에게 공지된 방법들을 통해서 모세관 튜브 벽에 피팅될 수 있다. 레이저 드릴링이 예시로서 이 맥락에서 거론될 수 있다. 예를 들어, 파장 532 nm 의 마이크로칩 레이저가 레이저 드릴링에 이용될 수 있다. 예를 들어, 스팟 방사 기술이 이용된다. 이 프로세스에서, 레이저 빔은 모세관 표면 상에 촛점이 생성되도록 촛점이 맞춰진다. 마지막으로, 바람직한 홀 내측 직경은 조사 파라미터들을 변경함으로써 고정될 수 있다.
플라스틱 모세관 튜브의 주입 개구 및 배출 개구는 바람직하게는 각각의 단부에 위치되고, 즉 모세관 튜브의 일 단부는 샘플 액체를 수용하기 위한 주입 개구를 갖고, 나머지 단부는 배출 개구를 갖는다.
모세관 튜브 벽의 홀은 바람직하게는 튜브의 배출 개구에 가능한 근접하게 위치된다. 바람직한 실시예에서, 홀은 배출 개구를 갖는 모세관 튜브의 단부로부터 거리 (L1) 에 위치되고, 플라스틱 모세관 튜브의 전체 길이는 L0 이고 비 (L1/L0) 는 1/8 내지 1/500, 바람직하게는 1/20 내지 1/100 의 범위에 있다.
예시로서, 다른 것들 중에서, 폴리이미드, 폴리메틸 메타크릴레이트, 폴리카보네이트, 폴리스티렌, 폴리프로필렌, 폴리에테르 에테르 케톤, 플루오로폴리머들, 그리고 이들의 혼합물들이 발명성 있는 플라스틱 모세관 튜브가 만들어질 수 있는 적합한 중합체 재료들로 언급될 수도 있다. 또한 예를 들어 전기 삼투 흐름에 영향을 줄 수 있기 위해서 세라믹 입자들과 같은 다른 물질들을 중합체 재료에 추가하는 것이 가능하다.
다른 양태에 따르면, 본 발명은 상기된 발명성 있는 플라스틱 모세관 튜브를 구비하는 모세관 전기영동 유닛을 포함하는 화학적 분리 및 분석 장치를 제공한다.
모세관 튜브 벽의 외측은 바람직하게는 홀의 영역에서 전극 (E1) 이 담가지는 전해질 액체와 접촉한다.
모세관 전기영동 유닛은 바람직하게는 주입 개구를 갖는 모세관 튜브의 단부 영역에 샘플 또는 전해질 액체를 위한 유지 베셀 (vessel) 을 포함하여, 액체가 용이하게 모세관 튜브 안으로, 예를 들어 유체역학의 또는 계면동전 (electrokinetic) 주입에 의해서 주입될 수 있다. 전극 (E2) 이 샘플 또는 전해질 액체 안으로 담가지도록 또는 채워진 유지 베셀의 경우에 이들과 전기적으로 도전되는 접촉이 만들어지도록 전극 (E2) 이 유지 베셀의 영역 내에 핏팅되는 것이 바람직하다.
모세관 전기영동 유닛은 바람직하게는 플라스틱 모세관 튜브 내에 외부 압력을 증가시키기 위한 장치 요소를 포함한다. 이는 예를 들어 가스 압력을 액체 위에 가함으로써 가능하다. 이 액체는 외부 압력의 함수로서 다른 유량 (flow rate) 으로 모세관 안으로 안내된다. 다른 가능성은 액체 전달 펌프를 이용하는 것이다. 이것은 바람직하게 전압 인렛 (inlet) 의 상류에 위치된다.
바람직한 실시예에서, 화학적 분리 및 분석 장치는 모세관 전기영동 유닛의 하류에 핏팅된 검출 유닛을 포함한다.
검출 유닛은 바람직하게는 전기화학적 검출기, 질량 선택성 검출기, 도전성 검출기, SAW (표면 탄성파들) 센서들, 임피던스 분광법 센서 또는 임피던스 센서, UV, VIS, 형광 및 굴절율 검출기들과 같은 광학적으로 기초한 검출기들, 또는 이러한 검출기들의 조합들이다.
다른 양태에 따르면, 본 발명은 분석될 샘플 액체의 상기된 발명성 있는 장치의 플라스틱 모세관 튜브 안으로의 도입 및 전압의 인가에 의한 전기영동적 분리를 포함하는 화학적 분리 및 분석 방법을 제공한다.
분석될 샘플 액체의 플라스틱 모세관 튜브 안으로의 도입은 당업자에게 공지된 종래의 방법에 의해서, 예를 들어 유체역학적으로 또는 계면동전적으로 행해지는 주입에 의해서 행해질 수 있다.
위에서 이미 논의된 바와 같이, 모세관 튜브의 외측이 홀 구역에서 전극 (E1) 이 담가지거나 또는 전극 (E1) 과 전기적으로 도전하는 접촉을 하는 전해질 액체 또는 버퍼 액체와 접촉하는 것이 바람직하다. 예를 들어, 모세관 튜브는, 튜브의 외측이 전해질 액체 또는 버퍼 액체와 모세관 벽의 홀 구역에서 접촉하도록 전해질 액체 또는 버퍼 액체를 담고 있는 용기를 통해서 모세관 벽의 홀 구역에서 가이드된다. 또한 전극 (E1) 은 다음으로 상기 용기 안으로 받아 받아들여질 수 있다. 다른 전극 (E2) 은 샘플 액체 안으로 담가지거나 또는 이와 전기적으로 도전성의 접촉을 하고, 샘플 액체는 바람직하게는 모세관 튜브의 주입 개구의 영역에 위치된 베셀 내에 존재한다. 이 배열체에서, 튜브 벽의 홀을 거치는 전압이 모세관 튜브로부터 효과적으로 제거되어, 홀을 통과한 후에, 샘플 액체는 더 이상 전압을 받지않고, 따라서 하류 검출기 유닛에 공급될 수 있다.
플라스틱 모세관 튜브 안으로 도입된 샘플 액체는 바람직하게는 1 mbar 내지 500 mbar 범위의 압력, 더욱 바람직하게는 5 mbar 내지 150 mbar 범위의 압력을 받는다.
모세관 튜브 벽의 홀 구역에서 분석물질의 체류 시간 (dwell time) 은 플라스틱 모세관 튜브에 도입된 샘플 액체를 외부 압력에 노출시킴으로써 최소화될 수 있다. 또한 이것은 분석물질의 적은 양이 홀을 통해서 튜브로부터 확산되고 전극 (E1) 의 방향으로 이동할 가능성을 감소시킨다. 또한, 이 외부 압력의 영향은 분석물질이 모세관 튜브 내에서 유체역학 흐름의 작용하에 홀을 통과한 후에 배출 개구의 방향으로 계속 이동된다는 점이다.
모세관 튜브 벽의 홀을 지나게 가이드된 후에 샘플 액체는 바람직하게는 하류 검출 유닛에 공급된다. 이미 위에서 언급된 바와 같이, 검출 유닛은 바람직하게는 전기화학적 검출기, 질량-선택성 검출기, 전도성 검출기, SAW (표면 탄성파들) 센서들, 임피던스 분광법 센서 또는 임피던스 센서, UV, VIS, 형광 및 굴절율 검출기들과 같은 광학적으로 기초한 검출기들, 또는 상기 검출기들의 조합들이다.
도 1 은 바람직한 실시예의 다이어그램을 도시하고, 이 바람직한 실시예는 아래에서 상세히 설명된다.
도 1 에 도시된 바람직한 화학적 분리 및 분석 장치는 모세관 튜브 벽에 홀 (2) 을 갖는 상기 설명된 플라스틱 모세관 튜브 (1) 를 구비한다. 주입 개구 를 갖는 모세관 튜브의 단부는 버퍼 액체 또는 전해질 액체 또는 샘플 액체 (3) 안에 담가진다. 또한 상기 액체에는 전극 (4) 이 제공된다. 버퍼 베셀 (vessel) 또는 전해질 베셀 (5) 이 모세관 튜브 벽의 홀 (2) 에 배치된다. 제 2 전극 (6) 은 이 버퍼 베셀 또는 전해질 베셀 (5) 에 제공된다. 직류 전압 (1 내지 30 kV 의 전압) 이 전극들 사이에 인가된다. 전압은 플라스틱 모세관 튜브 (1) 를 통해서 모세관 주입 개구 및 모세관 튜브 벽의 홀 (2) 사이에 이어지고, 폐 전기 회로를 이룬다. 전기영동적 분리가 이 모세관 부분에서 발생한다. 샘플을 모세관 안으로 넣기 위해서, 제 1 버퍼 베셀 또는 전해질 베셀이 샘플 베셀 (3) 로 교환된다. 주입은 유체역학적으로 (hydrodynamically) 또는 계면동전적으로 (electrokinetically) 행해진다.
관련된 분석적 문제에 따라서, 전극들 (4, 6) 의 극이 음-양 또는 반대로 바뀔 수 있다. 만약 음으로 하전된 분석물질이 검출되어야 한다면, 제 1 버퍼 베셀 또는 전해질 베셀 (3) 의 전극은 음의 접촉자이고, 제 2 버퍼 베셀 또는 전해질 베셀 (5) 의 전극은 양의 접촉자이다. 전기영동적 분리 구간에서, 음으로 하전된 분석물질들이 양극으로 이동하고, 이들의 다른 이동성에 기초하여 분리된다. 제 2 전기영동적 효과는 전기 삼투 흐름 (EOF) 이고, 이는 이미 위에서 논의되었으며, 전기 삼투 흐름은 모세관 튜브 내 전체 벌크 (bulk) 부분을 양극의 방향으로 이송한다. 결과적으로, 모세관 튜브 (1) 를 통해서 이동할 때, 음으로 하전된 분석물질들은 가속되고 양으로 하전된 분석물질들은 감속된다. 대조적으로, 중성 입자들은 전기 삼투 흐름으로 이동한다. 발명성 있는 모세관 튜브 (1) 가 이용될 때 전압이 모세관 튜브 벽의 홀 (2) 를 통해서 제거된다는 점을 고려하면, 전압은 홀 (2) 이후에는 더 이상 인가되지 않는다. 따라서, 전기 삼투 흐름은 유체역학 흐름 (HDF) 으로 변한다. 모세관 튜브 벽의 홀 (2) 이후에, 음으로 하전된 분석물질들은 전기영동적 분리 구간의 외측에 위치하고 유체역학적으로 하류 검출기 (7) 로 인도된다. 홀 (2) 구역에서 분석물질의 잔류 시간 (residence time) 을 최소화하기 위해서, 유체역학적 흐름 (HDF) 이 전압 로딩에 부가하여 모세관에 가해지는 것이 바람직하다. 모세관에 대한 외부 압력은 바람직하게는 500 mbar 이하이고 EOF 의 대체물로 간주될 수 있다.
본 발명이 실시예를 이용하여 아래에 더욱 상세하게 설명된다.
실시예
외측 직경 168 ㎛ 및 내측 직경 122 ㎛ 를 갖는 상업적으로 이용가능한 폴리이미드 모세관 튜브가 이용되었다. 따라서 벽 두께는 23 ㎛ 이었다. 이러한 플라스틱 모세관 튜브는, 예를 들어 Goodfellow 로부터 상업적으로 이용가능하다. 모세관 튜브는 60 cm 의 전체 길이를 가졌다. 두 대향하는 홀들은 배출 개구를 갖는 모세관 단부로부터 7 cm 의 거리에서 모세관 튜브 벽에 제공되었다. 이것은 532 nm 의 파장을 갖는 마이크로칩 레이저를 이용하여 레이저 드릴링에 의해서 행해졌다. 소위 스팟 조사 기술이 이용되었고, 레이저 빔이 모세관 표면 상에 초점이 생성되도록 초점이 조절되었다. 홀 직경은 모세관 튜브 벽의 내측 상에서 10 ㎛ 이었다. 홀은 원추형 모양을 가졌다. 벽의 외측에서의 홀 직경은 벽의 내측에서의 홀 직경에 비하여 컸다.
검출 유닛으로서, 이송 라인을 통해서 플라스틱 모세관 튜브에 연결되어 있는 흐름 큐벳 (flow cuvette) 을 구비한 Dionex 의 UV 검출기가 이용되었다. 상업적으로 이용가능한 수성 붕산염 용액이 버퍼로서 이용되었다. 질산염이 UV-활성 시험 물질로서 이용되었다.
U = 15 kV 의 전압이 인가되었다. 또한, 4 psi 의 외부 압력이 가해졌다. 55 ㎂ 의 전류가 모세관 튜브 벽의 두 홀들의 위치에서 흐른다. 전류의 흐름은 모세관의 다른 위치들에서 차단된다. 또한, 4 psi 의 외부 압력에도 불구하고, 모세관 벽의 홀들로부터 버퍼 액체가 누출되는 것에 의한 액적 형성의 표시가 없다. 본 실시예는 전압이 모세관 벽의 홀들의 위치에서 누출될 수 있으나, 반면, 버퍼 액체는 주어진 압력에서 모세관 튜브 안에 유지된다는 점을 보인다.
이미 위에서 언급된 바와 같이, 질산염이 분석물질로서 주입되었다. U = -15 kV 의 전압 그리고 또한 4 psi 의 유체역학 압력의 경우에, 전기영동도 (electropherogram) 가 질산염에 대해서 2.3 분의 머무름 시간 (retention time) 을 응답했다.
위에서 논의된 바와 같이, 이 모세관 튜브를 구비하는 발명성 있는 플라스틱 모세관 튜브 및 발명성 있는 화학적 분리 및 분석 장치는 다른 것들 중에서도 하기의 장점들을 실시하기 위해서 이용될 수 있다.
- 유리 모세관들과 비교하여, 플라스틱 모세관 튜브들의 표면 전하들은 실질적으로 감소된다. 이것의 긍정적인 영향은 큰 하전된 분자들 (특히 생체 분자들) 이 표면 전하들에 의해서 흡수되지 않고 전기영동적으로 분리될 수 있다는 것이다.
- 버퍼 액체와 접촉하는 검출기들의 체결. 전기영동적 분리를 위한 전압이 모세관 튜브 벽에 제공된 홀을 통해서 제거될 수 있고, 이에 의해서 검출기들이 부정적으로 영향을 받지 않는다.
- 검출 감도가 유지되고, 차폐 액체가 사용되지 않는다. 샘플 (주입 양) 은 희석되지 않는다.
- 주어진 구성 때문에, 버퍼의 전해에 의한 가스의 형성이 전기영동적 작동에 영향을 주지 않는다.

Claims (13)

  1. 모세관 전기영동용 플라스틱 모세관 튜브로서,
    상기 플라스틱 모세관 튜브는 주입 개구 및 배출 개구를 갖고, 또한 모세관 튜브 벽에 적어도 하나의 홀 (hole) 을 갖고, 상기 모세관 튜브 벽의 내측 상의 상기 홀의 직경 (dL(inside)) 은 0.5 ㎛ 내지 30 ㎛ 의 범위 내에 있고, 전압이 상기 홀을 통해서 제거되고, 홀 이후에는 전압이 인가되지 않는, 모세관 전기영동용 플라스틱 모세관 튜브.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 모세관 튜브 벽의 내측 상의 상기 홀의 직경 (dL(inside)) 은 상기 모세관 튜브 벽의 외측 상의 상기 홀의 직경 (dL(outside)) 보다 작은, 모세관 전기영동용 플라스틱 모세관 튜브.
  3. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 플라스틱 모세관 튜브의 외측 직경 (dK(outside)) 은 50 ㎛ 내지 200 ㎛ 의 범위 내에 있거나, 또는 상기 플라스틱 모세관 튜브의 내측 직경 (dK(inside)) 은 10 ㎛ 내지 150 ㎛ 의 범위 내에 있거나, 또는 상기 플라스틱 모세관 튜브의 외측 직경 (dK(outside)) 은 50 ㎛ 내지 200 ㎛ 의 범위 내에 있고, 상기 플라스틱 모세관 튜브의 내측 직경 (dK(inside)) 은 10 ㎛ 내지 150 ㎛ 의 범위 내에 있는, 모세관 전기영동용 플라스틱 모세관 튜브.
  4. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 모세관 튜브 벽의 상기 홀은 상기 배출 개구를 갖는 상기 플라스틱 모세관 튜브의 단부로부터 거리 (L1) 에 위치되고, 상기 플라스틱 모세관 튜브의 전체 길이는 L0 이고, 비 (L1/L0) 는 1/8 내지 1/500 의 범위 내에 있는, 모세관 전기영동용 플라스틱 모세관 튜브.
  5. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 플라스틱 모세관 튜브는 폴리이미드, 폴리메틸 메타크릴레이트, 폴리카보네이트, 폴리스티렌, 폴리프로필렌, 폴리에테르 에테르 케톤, 플루오로폴리머, 또는 이들의 혼합물들로 만들어지는, 모세관 전기영동용 플락스틱 모세관 튜브.
  6. 제 1 항 또는 제 2 항에 따른 상기 플라스틱 모세관 튜브를 구비하는 모세관 전기영동 유닛을 포함하는 화학적 분리 및 분석 장치.
  7. 제 6 항에 있어서,
    상기 모세관 튜브 벽의 외측은 상기 홀의 구역에서 전극 (E1) 이 담가지는 전해질 액체와 접촉하는, 화학적 분리 및 분석 장치.
  8. 제 6 항에 있어서,
    상기 모세관 전기영동 유닛은 상기 플라스틱 모세관 튜브에서 외부 압력의 증가 (building up) 를 위한 장치 요소를 갖는, 화학적 분리 및 분석 장치.
  9. 제 6 항에 있어서,
    상기 화학적 분리 및 분석 장치는 상기 모세관 전기영동 유닛의 하류에 위치된 검출 유닛을 포함하는, 화학적 분리 및 분석 장치.
  10. 제 6 항에 따른 상기 화학적 분리 및 분석 장치의 상기 플라스틱 모세관 튜브 안으로 분석될 샘플 액체의 도입 및 전압의 인가에 의한 전기영동적 분리를 포함하는, 화학적 분리 및 분석 방법.
  11. 제 10 항에 있어서,
    상기 플라스틱 모세관 튜브 안으로 도입되는 상기 샘플 액체는 1 mbar 내지 500 mbar 범위 내의 압력을 받는, 화학적 분리 및 분석 방법.
  12. 제 10 항에 있어서,
    상기 샘플 액체는 상기 모세관 전기영동 유닛을 통과한 후에 검출 유닛에 공급되는, 화학적 분리 및 분석 방법.
  13. 제 2 항에 있어서,
    상기 홀은 원추형 형상인, 모세관 전기영동용 플라스틱 모세관 튜브.
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