(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
等温滴定マイクロ熱量計システム用の自動ピペットアセンブリであって、当該自動ピペットアセンブリが、ピペットハウジングと、滴定剤を供給するため試料セル内に挿入されるように構成された滴定針を備えるシリンジと、シリンジ内にプランジャを駆動するためのリニアアクティベータとを備えており、上記滴定針が、ハウジングに対して回転可能であって、試料セル内の流体を攪拌するように構成された攪拌パドルを備えており、自動ピペットアセンブリが、滴定針の回転を駆動するための攪拌モータを備える、自動ピペットアセンブリ。
【請求項２】
前記攪拌モータが、中空ロータが滴定針と同心に配置された直接駆動モータである、請求項１記載の自動ピペットアセンブリ。
【請求項３】
前記攪拌モータが、回転伝達構成部によって滴定針を回転駆動させる、請求項１又は請求項２記載の自動ピペットアセンブリ。
【請求項４】
前記シリンジがハウジングに対して回転可能であり、前記滴定針がシリンジに回転不能に装着される、請求項１乃至請求項３のいずれか１項記載の自動ピペットアセンブリ。
【請求項５】
前記シリンジが、ピペットハウジング内の回転フレーム内に着脱式に配置される、請求項４記載の自動ピペットアセンブリ。
【請求項６】
前記リニアアクティベータが、ねじプランジャを駆動するように構成されたステッピングモータを備え、ピペットアセンブリが、ねじプランジャの２つの所定位置を検出するための位置センサをさらに備える、請求項１乃至請求項５のいずれか１項記載の自動ピペットアセンブリ。
【請求項７】
請求項１乃至請求項６のいずれか１項記載の自動ピペットアセンブリを備える等温滴定マイクロ熱量計システム。
【請求項８】
ピペットアセンブリのリニアアクティベータ及び攪拌モータを制御するように構成されたピペット制御装置を備え、リニアアクティベータが、ねじプランジャを駆動するように構成されたステッピングモータを備え、ピペットアセンブリが、ねじプランジャの２つの所定位置を検出するための位置センサをさらに備え、ピペット制御装置が、ねじプランジャの２つの所定の位置を位置合わせし、位置間でねじプランジャを移動させるためにステッピングモータによって実施されるステップ数からプランジャのねじのピッチを判定するように構成される、請求項７記載の等温滴定マイクロ熱量計システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、概してマイクロ熱量計に関し、より具体的には、マイクロ熱量計の性能を向上させる構成物に関し、とりわけ等温滴定熱量計の性能を向上させる構成物に関する。
【背景技術】
【０００２】
マイクロ熱量計は、生化学、薬理学、細胞生物学その他の分野で広く使用される。熱量計は、生体高分子の熱力学的特性の変化を測定するための直接的な方法を実現する。マイクロ熱量計は、典型的には、２つのセル計器であり、試料セル内の水性緩衝液中の試験物質の希釈溶液の特性が、基準セル内の等量の水性緩衝液と継続的に比較される。温度又は熱流などの、２つのセルで測定された特性の差は、試料セル内における試験物質の存在に起因する。
【０００３】
マイクロ熱量計の１つのタイプが、等温滴定熱量計である。等温滴定熱量計（ＩＴＣ）は、示差デバイスであるが、一定温度及び一定圧力で作動し、試料セル内の液体は、継続的に攪拌される。滴定熱量計の最も一般的な用途は、分子間相互作用の熱力学的特徴付けにおけるものである。この用途では、試験物質（例えばタンパクなど）の希釈溶液が、試料セル内に配置され、様々な時点で、試験物質に結合するリガンドを含有する少量の第２の希釈溶液が、試料セル内に注入される。この計器は、試験物質に対する新たに導入されたリガンドの結合によって上昇した又は吸収された熱を測定する。複数注入実験の結果より、ギブスのエネルギー、結合定数、エンタルピー変化、エントロピー変化、及び結合の化学量論などの特性が、試験物質とリガンドとの間における特定の組合せに対して決定され得る。
【０００４】
現在利用されているＩＴＣは、確実な結合データ結果を提供するが、薬剤開発の初期段階におけるそれらの利用の普及は、複数の要因、すなわち、結合判定を実施するために必要とされるタンパクの量が比較的多量であること（例えば、約０．１ｍｇ〜約１．０ｍｇのタンパクなど）、測定の実施に必要とされる時間、及び、従来のＩＴＣを利用する際の複雑さによって、限定されてきた。研究に使用される生物学的物質のコストが極めて高額であることにより、各実験に対して使用される生物学的物質の量を低減させる必要がある。熱量計の実験に使用される生物学的物質の量を低減させるためには、現在入手可能なものよりもさらに正確であり、高感度であり、確実な滴定熱量計が必要となる。
【０００５】
さらに、従来技術のＩＴＣを使用して結合データを収集するには、実施者による膨大な準備及び技量が必要となる。例えば、従来技術のＩＴＣを使用することにより、基準セル及び試料セルは、初めに、対応するセルステムを介して基準物質及び試料物質でそれぞれ充填される。次に、ＩＴＣのシリンジが、滴定剤で充填される。次いで、ＩＴＣの針が、試料セルに通じるセルステムを介して試料セル内に配置され、シリンジは、ＩＴＣ上のホルダに嵌入されて、シリンジはその軸方向を中心として回転することが可能となる。その後、シリンジは、針がセルステム又は試料セルに接触しないように、試料セルに位置合わせされる。次いで、シリンジは、ＩＴＣの攪拌モータ及びリニアアクティベータに連結され、攪拌モータ及びリニアアクティベータもやはり、試料セルに位置合わせされなければならない。
【０００６】
上述の従来技術の手順を読むことから理解されるように、従来技術のＩＴＣを使用することにより、これらの従来技術のＩＴＣにより実施される結合測定のクオリティは、オペレータの技量及び経験に大きく左右され、非常に多大な準備時間を要する。
【０００７】
より近年に開発された従来技術のＩＴＣでは、上述の準備の手順の簡略化が試みられている。例えば、図１でＩＴＣ１００として部分的に示すこのような従来技術のＩＴＣの１つでは、シリンジ１０２、シリンジホルダ１０４、及び、シリンジ１０２のプランジャを作動させるリニアアクチュエータ１０６が、自動ピペットと呼ばれる単一ユニットへと一体化される。さらに、ＩＴＣ１００は、熱量計本体１１０に装着される攪拌モータ１０８を備える攪拌機構を備える。さらに、ＩＴＣ１００は、シリンジ１０２の周囲に配置された内方磁石結合部１１２と、攪拌モータ１０８の近傍の熱量計本体１１０上に配置された外方磁石結合部１１４とを備える。回転が、攪拌モータ１０８からシリンジ１０２へと、磁石結合部１１２及び１１４により伝達される。シリンジ１０２に装着されるのは、針１１６及びパドル１１８である。針１１６は、ＩＴＣ実験を実施するためにセルステム１２２を介して試料セル１２０内に挿入されるように構成される。参考までに述べると、さらに、ＩＴＣ１００は、基準セルステムを介して周囲雰囲気と連絡する基準セル（図示せず）を備える。
【０００８】
上述の、及び図１に示す従来技術の設計は、いくつかの限界を有する。例えば、磁石結合部が、軟質の／可撓性の伝達部分であるため、特定の回転速度及び加速度で攪拌器の共鳴振動を生じさせる傾向があり、これは、計器の感度に悪影響を及ぼす。共鳴振動は、回転速度を制御する比較的低感度のフィードバック機構を使用する（比較的安定度の低い回転速度がもたらされる）ことによってか、又は、回転速度を下げることによって、低減させることが可能である。しかし、比較的安定度の低い回転速度は、ＩＴＣの感度をも低減させると共に、比較的低い回転速度により、試薬の適切な混合が阻害されて、それによりＩＴＣの精度が低下する。
【０００９】
従来技術の設計の別の限界は、攪拌モータ及び磁石結合部が、計器の高感度測定ユニットの付近に配置され、ＩＴＣの高感度電子回路の作動に悪影響を及ぼす電気ノイズを発生させる実質的な交流磁場を生成する点である。ＩＴＣのセンサは、約１０-9ボルトの信号を処理し、モータ及び磁石結合部により発生するノイズは、センサとノイズ源との間の距離に逆比例し、このＩＴＣの設計の性能特徴におけるさらなる改良が、ますます困難なものとなる。先述のように、新規のマイクロ熱量計の設計に影響を与える根本的要素の１つは、各実験に対して使用される生物学的物質の量を低減させる必要があることである。これは、より小さな試料セルと、より短いセルステムを要し、この短いセルステムにより、さらに、セルセンサとモータと磁石結合部（電気ノイズ源）との間の距離がより短くなり、これにより、計器の感度が限定される。
【００１０】
本明細書で説明される本発明は、ＩＴＣの感度が改善され、試験に必要な生物学的物質の量が低減され、ＩＴＣにより得られる結果の信頼性が改善され、ＩＴＣの使用が容易になるように、従来技術のＩＴＣの前述の特徴及び使用法を改良することを目的とされる。
【先行技術文献】
【非特許文献】
【００１１】
【非特許文献１】Cooper, Allan and Johnson Christopher, M, Isothermal Titration Microcalorimetry, Ch 11, Methods in Molecular Biology, Vol 22: Microscopy, Optical Spectroscopy, and Macroscopic Techniques Edidted by C. Jones, B. Mulloy and A.H. Thomas, Humana press Inc, 1994 [online] From the internet: [retrieved on 2009-01-12]<URL-http://www.chem.gla.ac.uk/staff/alanc.MMB-ITC-1994.pdf>
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１２】
本発明の目的は、従来技術の１以上の欠点を解消する、等温滴定マイクロ熱量計システム用の新規の自動ピペットアセンブリとＩＴＣシステムとを提供することである。これは、独立請求項に規定されるピペットアセンブリ及びＩＴＣシステムにより達成される。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
本ピペットアセンブリ及び関連するＩＴＣシステムに関する１つの利点は、それらにより、感度を低下させることなく、及び反応時間の著しい高速化を伴いつつ、従来技術のＩＴＣに比べて約７分の１だけセルコンパートメント体積を縮小することが可能となることである。このようなＩＴＣシステムにより、約１０分の１の少量のタンパク試料によって、しかも１時間当たりわずか合計約２〜約４回の滴定によって、実験を実施することが可能となる。
【００１４】
ＩＴＣ実験の実施に関連するコストの削減に加えて、比較的小さなセル体積によっても、ＩＴＣ用途の数が増大する。例えば、ＩＴＣにより測定され得る結合親和性の範囲が、「ｃ値」と呼ばれるパラメータにより示される。「ｃ値」は、結合親和性（Ｋa）及び高分子の総濃度（Ｍtotal）の積（ｃ＝［Ｍtotal］Ｋa）である。正確な親和性の判定のために、ｃ値は１〜１０００の間でなければならない。１０分の１だけセルの体積が縮小することにより、同量のタンパクが使用される場合にはｃ値に同様の上昇があり、その結果、弱い結合物を測定することが可能となる。この能力は、とりわけ完全に自動化された計器との組合せにおいて、結合親和性が弱い創薬の初期段階でとりわけ重要になる。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】マイクロ熱量計の自動ピペット構成部を強調した、従来技術の等温滴定マイクロ熱量計の概略的な例を示す図である。
【図２】ガイド機構を備える本発明の等温滴定熱量計システムの概略的な実施形態の断面図である。
【図３】等温滴定マイクロ熱量計システムのための自動ピペットアセンブリの概略的な実施形態の断面図である。
【図４】ピペットアセンブリが試料セルから引き戻された、図２に示すＩＴＣシステムの断面図である。
【図５ａ】等温滴定熱量計システム用のガイド機構の概略的な実施形態の斜視図である。
【図５ｂ】等温滴定熱量計システム用のガイド機構の概略的な実施形態の斜視図である。
【図５ｃ】等温滴定熱量計システム用のガイド機構の概略的な実施形態の斜視図である。
【図６】等温滴定熱量計システム用のガイド機構の別の概略的な実施形態の斜視図である。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
図２は、本発明によるＩＴＣシステム２００の一実施形態を概略的に図示する。ＩＴＣシステム２００は、マイクロ熱量計２１０及び自動ピペットアセンブリ２２０を備える。マイクロ熱量計２１０は、基準セル２４０及び試料セル２５０を備え、これらのセルは、熱容量及び体積が基本的に同一になるように設計される。セル２４０及び２５０は、金、プラチナ、タンタル、又はハステロイ等の、適切な化学的不活性の熱伝導性材料から構成される。セル２４０及び２５０は、基本的に任意の適切な形状からなるものであってよいが、同一形状であり、完全対称構成に配置することが可能であり、滴定剤の試料との効率的な混合を実現し得ることが、望ましい。開示される実施形態では、セル２４０及び２５０の断面は、矩形であり、横軸水平方向への断面は、円形であり、結果として、円形対向表面を有するコイン形状セルとなる。
【００１７】
任意の外部からの熱の影響を最小限に抑えるために、基準セル２４０及び試料セル２５０は共に、第１の熱シールド２６０により封鎖され、さらに第１の熱シールド２６０は、第２の熱シールド２７０に封鎖される。熱シールド２６０、２７０は、銀、アルミニウム、又は銅等の任意の適切な熱伝導性材料から構成されてよい。さらに、シールド２６０、２７０は、１以上の熱的に相互連結されたサブシールド（図示せず）から構成されてよく、それにより、熱量計セル２４０、２５０に関してはるかにさらに安定的な温度条件が実現される。
【００１８】
シールド２６０、２７０の温度を制御するために、熱制御手段が、シールド２６０、２７０の温度を制御するように配置されてよい。ＩＴＣシステムでは、熱制御手段は、滴定実験が開始される前に、熱量計の、すなわち熱シールド２６０、２７０の「等温」温度を設定するために主に使用される。しかし、以下でより詳細に開示されるように、熱制御手段は、熱量計の断熱挙動を向上させるためにも使用され得る。一実施形態では、熱制御手段は、ペルチエ効果などに基づいて熱電ポンプデバイスなどの１以上の熱ポンプユニットから構成される。他のタイプの熱制御手段には、温度自動制御式液体槽、機械式熱ポンプ、化学式加熱／冷却システムなどが含まれる。
【００１９】
開示される実施形態では、第１の熱ポンプユニット２８０が、第１の熱シールド２６０と第２の熱シールド２７０との間で熱エネルギーを伝達するように構成され、第２の熱ポンプユニット２９０は、室温との熱的接触状態で、第２の熱シールド２７０と熱シンク３００との間で熱エネルギーを伝達するように構成される。温度制御装置３１０が、第１の熱ポンプユニット２８０及び第２の熱ポンプユニット２９０を制御するように配置されて、それにより、所望の温度条件が実現される。温度制御装置３１０及び関連するセンサは、以下でより詳細に開示される。
【００２０】
基準セルステム３２０及び試料セルステム３３０により、基準流体、試料流体、滴定流体を供給するため、セルを洗浄するため、等々のために、それぞれ基準セル２４０及び試料セル２５０に対するアクセスが与えられる。開示される実施形態では、セルステム３２０及び３３０は共に、熱シールド及び熱シンクの両方を実質的に垂直方向に貫通して延在して、セル２４０及び２５０と直接連通状態になされ、セルステム３２０及び３３０はそれぞれ、第１の熱シールド２６０の空洞部内でそれらの各セル２４０及び２５０を支持する。
【００２１】
自動ピペットアセンブリ２１０は、ピペットハウジング３４０、滴定針３６０が滴定剤を供給するために試料セル２５０中に挿入されるように配置されたシリンジ３５０、及び、シリンジ３５０内にプランジャ３８０を駆動するためのリニアアクティベータ３７０を備える。滴定針３６０は、ハウジング３４０に対して回転可能であり、滴定剤と試料流体との効率的な混合を実現するために試料セル２５０内の試料流体を攪拌するように構成された攪拌パドル３９０を備える。さらに、自動ピペットアセンブリ２１０は、滴定針３６０の回転を駆動するための攪拌モータ４００を備える。
【００２２】
図２に開示される実施形態では、攪拌モータ４００は、中空ロータ４１０がシリンジ３５０及び滴定針３６０と同心に配置された、直接駆動モータである。シリンジ３５０は、攪拌モータ４００によって回転されるように、シリンジ３５０の上方端部にて支持され、軸受４２０によってシリンジ３５０の下方端部にて支持される。攪拌モータ４００及び軸受４２０は共に、玉軸受を備えるものとして概略的に開示されるが、滴定針３６０の平滑で低摩擦の回転を実現させることが可能な任意の他のタイプの軸受、ブシュなどが使用されてよい。
【００２３】
図２で開示される実施形態では、シリンジ３５０は、ハウジング３４０に対して回転可能に配置され、滴定針３６０は、シリンジ３５０に回転不能に装着される。代替の一実施形態（図面には図示せず）では、針３６０は、シリンジ３５０に対して回転可能であり、シリンジ３５０は、ピペットハウジング３４０に対して静止状態にある。図３は、代替の一実施形態を示し、シリンジ３５０は、ピペットハウジング３４０内の回転フレーム４３０内に着脱式に配置され、回転フレーム４３０は、モータ４００及び軸受４２０によって回転可能に支持される。開示される実施形態では、シリンジ３５０は、ねじ山などにより回転フレーム４３０に着脱式に装着されたキャップ４４０によって、回転フレーム４３０中に保持される。キャップ４４０を取り外すことによって、滴定針３６０と共にシリンジ３５０を交換することが可能となる。
【００２４】
代替の一実施形態では（図面には図示せず）、攪拌モータ４００は、駆動ベルト構成体又は駆動輪構成体等の回転伝達構成体によって、滴定針を回転駆動させる。このような構成体では、駆動モータは、熱量計セルからさらに大きな距離をおいて配置することができる。
【００２５】
攪拌モータは、ＩＴＣシステムの攪拌制御装置４５０により制御される。この攪拌制御装置は、従来型のＢＬＤＣである。リニアアクチュエータは、ＩＴＣシステムの滴定制御装置４６０によって制御される。攪拌制御装置４５０及び滴定制御装置４６０は、ピペットアセンブリ２２０内に配置されてよく、さらに、ＩＴＣ制御システム（詳細には図示せず）に接続されるか、又は、ＩＴＣ制御システムの一体部分であってよい。
【００２６】
開示される実施形態では、リニアアクティベータ３７０は、ねじプランジャ３８０を駆動するように構成されたステッピングモータ４７０を備え、中空ロータ４８０の穴を貫通してシリンジ３５０内に同軸方向に延在し、シリンジ３５０から正確な量の滴定液体を変位させることが可能となるように、シリンジ３５０の内方壁部に対接してシールするピペット先端部４９０に回転可能に装着される。さらに、ピペットアセンブリは、ねじプランジャ３８０の２つの所定の位置を検出するための位置センサ５００ａ、５００ｂを備える。リニアアクティベータ３７０は、十分な精度で制御された線形移動を実施することが可能な任意の他のタイプのものであってよい。この設計により、シリンジは、ピペットアセンブリ２２０の本体３４０とは無関係に回転されることが可能となり、同時に、リニアアクティベータ３７０は、ねじプランジャ３８０を駆動することが可能となる。
【００２７】
このＩＴＣシステムでは、滴定制御装置４６０は、ピペットアセンブリ２２０のリニアアクティベータを制御するように構成される。一実施形態では、滴定制御装置４６０は、ねじプランジャ３８０の２つの所定の位置を検出するための位置センサ５００ａ、５００ｂを使用し、滴定制御装置４６０は、ねじプランジャ３８０の２つの所定位置を位置合わせし、位置間でねじプランジャ３８０を移動させるためにステッピングモータ４７０によって実施されるステップ数からプランジャ３８０のねじのピッチを判定するように構成される。このように判定されたねじプランジャのピッチは、その後に、少量の滴定剤を変位させる際に滴定ピペットの精度を高めるために、ピペット制御装置により使用される。
【００２８】
開示される実施形態では、ピペットアセンブリハウジング３４０は、攪拌モータ４００及びリニアアクティベータ４７０のステータ用の設置ベースとしての役割を果たす。さらに、ハウジング３４０は、試料セルステムに対してピペットアセンブリを正確に位置決めするために装着セクションを備えてよい。
【００２９】
一体化された攪拌モータ４００がシリンジ３５０の上方端部に又はシリンジ３５０の上方に配置された、自動ピペットアセンブリ２２０により、攪拌モータ４００（すなわち交流電磁場源）と、熱量計の熱的中心部に及び／又はその付近に配置される高感度電子回路との間の距離が大きくなるのみならず、さらに、攪拌モータ４００を作動させるために必要な電力量を低減させることが可能となる。すなわち、ピペットアセンブリ２２０の上に攪拌モータ４００を配置することによって、攪拌モータ４００のサイズは、熱量計ハウジングの上に攪拌モータを配置する従来技術のＩＴＣ（図２）により決定されたようには、試料セルと基準セルとの間のスペースによって決定されない。さらに、従来技術では、セルステムが、磁気結合攪拌器の回転中心を貫通して突出する。したがって、攪拌器機構用のサイズの下限は、セルステム間の間隔によって決定される。したがって、本発明の攪拌モータのサイズは、例えば従来技術のＩＴＣで見受けられる攪拌モータのサイズの約５分の１だけなど、著しく縮小させることが可能となり、これにより、ＩＴＣを作動させるのに必要となる電力量が、例えば従来の既知のＩＴＣを駆動するために使用される１００ワットに対して、約２ワットなどと、著しく低減される。
【００３０】
攪拌器モータのサイズを従来技術のＩＴＣの攪拌モータよりも約５分の１のサイズにまで縮小させ、攪拌モータが熱量計の高感度電子回路から約５０ｍｍ以上離れるようにピペットの上に攪拌モータを配置し、磁気結合部を除去することにより、従来使用されたＩＴＣ内に存在する磁場が閉ざされる。したがって、本発明のＩＴＣの感度は、比較的低い電力、比較的低い熱、比較的弱い電気、並びに、本明細書で開示される攪拌モータの配置により生じる比較的低いノイズ及び振動によって、高められる。さらに、開示される実施形態は、他の交流電磁場源である磁石結合部を不要にもする。
【００３１】
これらの改良により、高感度電子回路中で誘起される電気ノイズが低減し、これは、さらに、熱量計の感度の向上に寄与し、これにより、試料セル及び基準セルの体積が、著しく縮小され得る。さらに、試料セル及びその対応するセルステムのサイズを縮小することにより、各実験について使用される生物学的物質の量が低減される。
【００３２】
以下の表１は、従来技術のＩＴＣ及び本発明のＩＴＣの両方の、セルステム並びに試験セル及び基準セルのいくつかの重要な寸法を示す。表１に示されるように、熱量計本体の上に配置するのではなく、ピペット下位アセンブリの上に直接的に攪拌モータを配置する本発明のＩＴＣにより、使用されることとなる試験物質の量がより少なくなり、それにより、熱量計実験の実施に関連するコストが低減される。
【００３３】
【表１】
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【００３４】
一実施形態では、マイクロ滴定熱量計システム２００は、２以上の動作位置の間及びそれらの中にピペットアセンブリ２２０を案内するように構成されたピペットガイド機構５１０を備える。第１の動作位置は、ピペット洗浄位置５８０であり、滴定針３６０が、洗浄装置内に挿入され（図５ａ〜図５ｃを参照）、第２の動作位置は、滴定位置５６０であり、シリンジが、熱量測定のために試料セル２５０中に挿入される。図２の実施形態では、ガイド機構５１０は、ピペットアセンブリ２２０を支持するピペットアーム５２０と、実質的に垂直なガイドロッド５３０とから構成される。ピペットアーム５２０は、スリーブ５４０によってガイドロッド５３０に移動可能に装着されるが、ガイドロッドの周囲におけるピペットアーム５２０の移動は、ガイドロッド５３０中のガイド溝５５０及びガイドピン５６０によって制限される。ガイドピン５６０は、スリーブ５４０の内側面から突出し、ガイド溝５５０中に嵌入する。開示されるガイド機構５１０は、回転式のものであり、その動作位置は、ガイドアセンブリの回転中心の周囲に等距離に配置されるが、異なる角度位置に配置され、ピペットアセンブリ２２０の垂直方向への移動は、この動作位置の角度位置に限定され、滴定針２６０が各動作位置から完全に引き戻されると、これらの角度位置間のピペットアセンブリ２２０の回転移動のみが、可能となる。図４は、ピペットアセンブリ２２０が滴定位置から、すなわち試料セル２５０から完全に引き戻された位置にある場合の、ガイド機構５１０を示す。この位置では、ガイド機構５１０は、ピペットアーム５２０にとって可能な移動を、滴定位置の方向への下方への垂直移動、又は別の動作位置に達する回転移動に限定する。２つの動作位置を有するマイクロ滴定熱量計システム２００では、洗浄装置６００は、ピペットアセンブリ２２０の洗浄の完了後に、ピペットアセンブリ２２０への滴定剤の充填が可能になるように構成されてよい。代替的には、ピペットの充填は、シリンジ中の特定の充填ポートなどの、他の手段を介して実施することができる。
【００３５】
図５ａ〜図５ｃは、３つのそれぞれ異なる動作位置５６０、５７０、５８０の方に及びそれらの位置からピペットアセンブリ２２０を案内するように構成されたピペットガイド機構５１０を有する、マイクロ滴定熱量計システム２００の一実施形態の概略斜視図を図示する。一実施形態では、第３の動作位置は、滴定剤充填位置５７０であり、滴定針３６０が、滴定剤源５９０内に挿入される。図５ａは、ピペットアセンブリ２２０が滴定位置５６０に位置する状態における、ガイド機構５１０を図示する。図５ｂは、滴定位置５６０と充填位置５７０との中間状態のガイド機構５１０を図示する。図５ｃは、ピペットアセンブリ２２０の滴定針３６０が充填位置５７０に位置する状態における、ガイド機構５１０を図示する。図４ａ〜図５ｃに開示されるように、特定の動作位置５６０、５７０、５８０に関連付けされる垂直方向ガイド溝５５０は、ピペットアセンブリ２２０を、実施されることとなる動作に対して所定の高さに配置するように構成されてよい。
【００３６】
図６は、ガイド機構５１０の別の実施形態を図示し、ガイドロッド５３０中のガイド溝が、ガイドアーム５２０用の対応するガイド経路６２０を備える同軸方向外部ガイドスリーブ６１０に置換される。
【００３７】
一実施形態では、マイクロ滴定熱量計システム２００は、ピペットアセンブリ２２０が動作位置５６０、５７０、５８０の中の１以上に位置決めされる場合に位置が合うように構成された１以上の位置センサ（図示せず）を備え、関連する動作が、位置センサの状態により制限される。センサは、例えば、ピペットアセンブリ２２０が滴定５６０に対して正確な位置に位置する場合に位置が合うように構成されてよく、熱量計システム２００は、ピペットアセンブリ２２０が正確な位置にあることをセンサが確認するまでは、滴定動作の開始を防止するように構成されてよい。
【００３８】
再び図面を参照すると、ガイド機構５１０により、試料セル２５０等々内におけるピペットアセンブリ２２０の適切な位置合わせ及び位置決めが確実になる。ピペットアセンブリ２２０の全ての要素（シリンジ、針、パドル、プランジャ、リニアアクティベータ、中空ロータ）及びガイド機構５１０は、好ましくは、製造プロセスの際に正確に位置合わせされ、計器を使用する際にいかなる追加的な位置合わせも要さない。事前設定される出荷時の位置合わせにより、計器の利便性及び信頼性が著しく向上し、実験のための準備時間が著しく短縮され、ユーザの技量にかかわらず高いクオリティの測定が可能となる。さらにガイド機構５１０により、シリンジの洗浄及び乾燥のための、洗浄装置６００内におけるピペットアセンブリ２２０の適切な位置決めが、及び例えば滴定剤によるシリンジの充填のための、ピペットアセンブリ２２０の適切な位置決めが可能となる。
【００３９】
本明細書で開示されるＩＴＣ装置を使用するための例示の一方法は、滴定剤の充填、ピペットの洗浄、及びシリンジへの滴定剤の送給のための、深さ及び幅の両方における手動によらないシリンジの位置合わせを含む。
【００４０】
本発明のＩＴＣ装置を作動させる例示の一方法は、滴定剤でシリンジを充填するためにピペットを位置決めするために、ガイド機構５１０を使用することを含む（図５ｃを参照）。この位置では、パドルを備える針の端部が、滴定剤中に配置される。シリンジのプランジャが、その下方位置から上方位置に移動され、それにより、シリンジが滴定剤で充填される。試料セルは、予備シリンジを使用することにより、セルステムを介して試料溶液で充填される。ガイド機構を使用することにより、ピペットが、実験を実施するための位置に移動される（図５ａを参照）。実験を実施するためのプログラムが、始動される。実験用に使用されるプログラムに合わせて、攪拌モータのロータが、シリンジ、針、及びパドルを、リガンドの適切な混合が可能となる指定速度で回転させる。実験用に使用されるプログラムに合わせて（例えばある一定の温度及び／又は平衡状態が達成された場合に）、リニアアクティベータが、プランジャを移動させて、滴定剤を試料溶液中に注入する。この注入は、プログラム設定に応じて、離散的に（段階的に）又は継続的に実施され得る。熱量計は、試薬の相互作用に関連付けされる時間に対する、熱放出／熱吸収を継続的に測定し記録する。この結果の分析が、確立されたアルゴリズムにより行なわれる。
【００４１】
再び図２を参照すると、温度制御装置３１０は、所定の制御モードにより、第１の熱ポンプユニット２８０及び第２の熱ポンプユニット２９０を制御するように構成される。温度制御装置３１０は、機能ブロックにより概略的に開示され、電子回路としてか、ＣＰＵベース制御装置内のソフトウェアとしてか、又は、それらの組合せとして設計されてよい。開示される実施形態では、熱制御装置３１０は、モード選択ブロック６３０を介して、２つの作動モード、すなわち等温モードと熱設定モードとの間で切り替えられ得る。
【００４２】
等温モードでは、温度制御装置３１０は、試料セル２５０と第１の熱シールド２６０との間の温度差を最小限に抑えるように、第１の熱ポンプ２８０を制御するように構成される。試料セル２５０と第１の熱シールド２６０との間の温度差は、温度制御装置３１０と連通する温度センサ構成部６４０によって記録される。この開示される実施形態では、温度センサ構成部６４０は、２つの記録点の間に温度差がある場合に非ゼロ信号を与える差動熱電対であり、熱電対からの出力は、温度制御装置３１０内の前置増幅器ブロック６５０に接続される。前置増幅器６５０からの出力は、モード選択ブロック６３０によって、前置増幅器６５０からの信号に反応して第１の熱ポンプ２８０を制御する第１の熱ポンプ制御装置ブロック６６０へと配向される。この構成により、第１の熱ポンプ制御装置６６０は、試料セル２５０と第１の熱シールド２６０との間の任意の温度差を補償しようと対応し、それにより、補償された断熱状態が、熱量計２１０で達成される。断熱挙動における小さなシステマチックドリフトを補償するために、オフセットパラメータ６７０が、前置増幅器６５０からの信号に対して加えられてよい。オフセットパラメータ６７０は、熱量計２１０の較正の際に設定されてよい。等温モードでは、温度制御装置３１０は、パラメータＴshieldにより規定される通りに、所定の温度に第２の熱シールド２７０を維持するように、第２の熱ポンプ２９０を制御するように構成される。第２の熱ポンプ２９０の制御は、第２の比較器ブロック６９０からの出力を受領する第２の熱ポンプ制御装置ブロック６８０によって実施され、Ｔshieldは、第２のシールド温度センサ７００により記録される第２のシールドの現在温度と比較される。
【００４３】
温度設定モードでは、第１の熱シールド２６０及び第２の熱シールド２７０が、温度Ｔshieldによって規定される所定の温度となるように、温度制御装置３１０は、第１の熱ポンプ２８０及び第２の熱ポンプ２９０を制御するように構成される。このモードは、主に、熱量計２１０を、ＩＴＣ実験が実施されることとなる温度にするために使用される。このモードでは、第１の比較器ブロック７１０は、Ｔshieldを、第１のシールド温度センサ７２０により記録された第１のシールドの現在温度と比較し、第１の比較器ブロック７１０からの出力は、モード選択ブロック６３０によって、第１の熱ポンプ制御装置６６０に配向される。第２の熱ポンプ２９０は、等温モードにおけるのと同一の態様で制御される。さらに、温度設定モードは、熱量計２１０で一定温度を維持するために待機モードとして使用されてよい。
【００４４】
さらに、温度制御装置３１０は、パラメータＴcellによって設定される所定の温度にしたがって、試料セル２４０及び基準セル２５０を加熱するように構成されたセル加熱要素７４０を制御するためのセル温度制御装置ブロック７３０を備えてよい。セル加熱要素７４０は、主に、セル２４０、２５０の温度の良好な調整を行なうために使用される。
【００４５】
パラメータＴshield、Ｔcell及びオフセットは、温度制御装置（図示せず）の専用ユーザインターフェースを介して、又は、例えば、コンピュータ７６０若しくは同様のものの上で実行される熱量計ユーザインターフェースを介して、設定されてよい。ＩＴＣ実験の際に試料セル２５０と基準セル２４０との間の温度差を感知するための熱量計センサ７５０は、コンピュータ７６０に、例えば前置増幅器７７０を経由して接続されてよい。
【００４６】
上述の説明を参照とすることにより、様々なサイズ、材料、形状、形態、機能、作動態様、組立て、及び使用方法を含む、本発明の部品に関する最適な次元関係性が、当業者にとっては容易に明解且つ明瞭であると見なされることが、並びに、図面に図示され、本明細書で説明されたものの全ての均等関係性が、本発明により包含されるように意図されることが、理解されよう。したがって、前述のものは、本発明の原理の例示に過ぎないものとして見なされる。さらに、多数の変形形態及び変更形態が、当業者には容易に思い当たることとなり、図示され説明された正確な構造及び動作に本発明を限定することは望まれず、したがって、本発明の範囲内に含まれる全ての適切な修正形態及び均等物を用いることができる。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５ａ】
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【図５ｂ】
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【図５ｃ】
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【図６】
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