(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
ＤＮＰ分極装置で使用するためのドッキングハウスであって、
ＤＮＰ分極装置の管状流体導管の自由端を収容することのできるハウジング本体であって、上記導管の流体フロー経路が該ハウジング本体で支持されたノズルと流体連通するように配置されており、上記ノズルが凍結分極試料をその内部に配置できる試料キャビティと重なり合った位置合わせで位置決めでき、上記ノズルが、さらに、入力ポートと、分注ポートと、該入力ポートと該分注ポートの間を流体連通するように延びるノズルフロー経路を画成するテーパ付き内側表面又は階段状内側表面とを含んでいる、ハウジング本体と、
上記ハウジング本体を通って延びる流体引出経路であって、上記試料キャビティと流体連通する端部を有する流体引出経路と
を備えるドッキングハウス。
【請求項２】
前記流体引出経路が、前記ノズルに隣接して延び、かつ／又は前記ノズルの上流側で前記流体フロー経路から横方向に離間している、請求項１記載のドッキングハウス。
【請求項３】
前記ノズルが、さらに、その総断面積が前記ノズルの上流側にある前記流体フロー経路の断面積より小さい複数の分注ポートを含む、請求項１又は請求項２記載のドッキングハウス。
【請求項４】
前記ノズルの周りに延びる流体引出ポートを備えていて、前記ノズルが前記流体引出ポート内部に同心に配置されている、請求項１乃至請求項３のいずれか１項記載のドッキングハウス。
【請求項５】
前記ハウジング本体が前記流体導管に着脱自在に接続できる、請求項１乃至請求項４のいずれか１項記載のドッキングハウス。
【請求項６】
前記ハウジング本体が試料容器に着脱自在に接続でき、前記試料キャビティが前記ハウジング本体及び上記試料容器によって画成されている、請求項１乃至請求項５のいずれか１項記載のドッキングハウス。
【請求項７】
凍結分極物質を保持するための試料容器であって、
分極物質を収容するための試料レセプタクルを画成する容器本体であって、分極物質の溶解及び取り出しのため、第１の流体速度で溶解媒質を供給するための第１の導管と溶解後の分極物質を取り出すための第２の導管とを含むデバイスにはめ合わせることのできる容器本体と、
第１の流体速度を超える第２の流体速度まで溶解媒質を加速させるために前記容器本体によって前記試料レセプタクルと重なり合った位置合わせで支持されたノズルであって、上記容器をデバイスとはめ合わせたときに第１の導管内まで延びる第１の端部を有する細長いコンストリクション部材をさらに備えるノズルと
を備える試料容器。
【請求項８】
前記ノズルは第１の導管の断面寸法と比べて断面寸法がより小さい１以上の分注ポートを画成するノズル本体を備えており、前記ノズルは上記１以上の分注ポートを第１の導管により画成されるフロー経路と流体連通するように位置決めするためにデバイスの第１の導管とはめ合わされる、請求項７記載の試料容器。
【請求項９】
分極試料物質を溶解するための溶解スティックであって、
相対する開いた第１及び第２の端部と該開いた第１と第２の端部の間で流体連通するように延びた細長いキャビティを画成する内部表面とを有する細長い管状外側ハウジングと、
相対する第１及び第２の開放端とそれらの間を流体連通するように延びた細長いフロー経路とを有する第１の細長い導管と、
相対する第１及び第２の開放端とそれらの間を流体連通するように延びた細長い引出経路とを有する第２の細長い導管と、
その第１の端部が上記第１の細長い導管の第１の開放端内まで延びている相対する第１及び第２の端部を有するコンストリクション部材と
を備える溶解スティック。
【請求項１０】
前記コンストリクション部材が、前記外側ハウジングの前記内部表面に支持されており、第１の導管の第１の開放端から流出する流体を導く形状の外部表面をさらに含んでいる、請求項９記載の溶解スティック。
【請求項１１】
凍結分極試料を溶解するためのデバイスであって、
第１の端部、第２の端部及びこれらの間に延びる細長い管状壁を備える第１の細長いチューブであって、該第１の端部は溶解流体の供給源と流体連通して位置決めされるように第１のポートを画成しており、かつ該第２の端部は該第２の端部を通ってその中を通過する流体フローを加速させる形状のノズルポートを画成する出口ノズルを備える、第１の細長いチューブと、
凍結分極試料を保持するために試料キャビティを画成する外側ハウジング壁を備える外側ハウジングであって、該試料キャビティは前記出口ノズルと流体連通しており、該外側ハウジング壁はさらに該試料キャビティと流体連通する流体引出ポートを画成している、外側ハウジングと
を備える凍結分極試料溶解デバイス。
【請求項１２】
前記外側ハウジングが、さらに前記外側ハウジング壁から延びる細長い外側チューブ状壁を備えており、該外側チューブ状壁は前記流体引出ポートと流体連通して延びる細長い通路を画成している、請求項１１記載の凍結分極試料を溶解するためのデバイス。
【請求項１３】
前記第１の細長いチューブが、前記外側チューブ状壁の前記細長い通路の内部を延びており、前記外側ハウジングが、さらに、その中を通過する前記第１の細長いチューブを収容するためのアクセスポートを画成している、請求項１２記載の凍結分極試料を溶解するためのデバイス。
【請求項１４】
前記外側チューブ状ハウジングが、さらに、前記細長い通路と流体連通する流出口ポートを画成している、請求項１３記載の凍結分極試料を溶解するためのデバイス。
【請求項１５】
前記第１の細長いチューブが、前記試料キャビティを基準として前記ノズルを選択的に位置決めするために前記細長い通路の内部で延長及び後退することができる、請求項１４記載の凍結分極試料を溶解するためのデバイス。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は動的核分極（ＤＮＰ）の分野に関する。具体的には本発明は、動的核分極装置の部品に関する。さらに具体的には本発明は、ＤＮＰ分極装置用の溶解装置のフィーチャ（すなわち、溶解デバイスの部品であるノズル）に関する。このノズルによれば、固体分極試料に対するより効率のよい溶解を提供でき、これにより迅速かつ完全な溶解が可能となる。
【背景技術】
【０００２】
固相でのＤＮＰによる分極（すなわち、非常に低い温度かつ中程度から高磁場での分極）に続いて溶解媒質を用いて溶解することによれば、核分極の大幅な増強が得られることが実証されており、これによれば新規のＭＲ用途が可能となる。例えばピルビン酸塩はクエン酸サイクルである役割をする化合物であり、また人体内の代謝過程のインビボＭＲ検査のためのＭＲ薬剤としてＤＮＰ分極の（過分極させた）ピルビン酸塩を使用することが可能である。過分極させたピルビン酸塩は例えば、国際公開第２００６／０１１８１０号に詳細に記載されているようなインビボ腫瘍撮像のため、並びに国際公開第２００６／０５４９０３号に詳細に記載されているようなＭＲ撮像による心筋組織の生存性評価のためのＭＲ撮像薬剤として使用されることがある。過分極のピルビン酸塩を作成するには、ピルビン酸をＤＮＰ分極させると共に、固体の凍結分極済みのピルビン酸を緩衝水溶液及び塩基を包含した高温の溶解媒質内で溶解させ中和させる。ピルビン酸のＤＮＰ分極及び溶解に関する国際公開第２００６／０１１８０９号の開示内容は援用によって本明細書の内容の一部をなす。
【０００３】
この溶解プロセス自体は、極めて迅速かつ完全でなければならない。このためには一般に、溶解媒質の熱エネルギー及びフローが試料を完全に溶解しこれを別の容器まで移すのに十分となることを期待して、凍結固体試料を包含したバイアル内に高温の溶解媒質を注入することが必要となる（例えば、援用によって本明細書の内容の一部をなす国際公開第０２／３７１３２号を参照されたい）。以下では、「固体凍結試料、固体試料及び凍結試料」という用語を区別なく使用している。しかし、このプロセスを実際に実行に移す際には予期しない多くの問題が観察される。起こり得る不首尾様相の１つには、固体試料が溶解する前に系が凍結し、このために氷の栓が生じて系に出入するフローを部分的又は完全に阻止してしまうことがあった。不首尾様相の第２には、固体試料に移行される熱エネルギーがこれをすべて溶解させるのに十分でなく、このため固体試料のうちのある量がバイアル内に残されることがあった。動作圧力及び温度以外に、流入口チューブの設計及び配置が満足のゆく溶解を得るのに重要な役割をすることがある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】国際公開第２００６／０１１８１０号
【特許文献２】国際公開第２００６／０５４９０３号
【特許文献３】国際公開第２００６／０１１８０９号
【特許文献４】国際公開第０２／３７１３２号
【特許文献５】欧州特許出願公開第００７８１０９号明細書
【発明の概要】
【０００５】
この問題に対処するための従来の取り組み方式の１つでは、溶解媒質を非常に高い温度まで加熱しかつ非常に高い圧力で動作させることが必要である。この取り組み方式を用いることによれば、極低温凍結された試料を迅速に溶解することが可能である。しかしながら、この取り組み方式が要求する圧力及び温度によりまた、熱及び圧力抵抗性材料から製作された高価な構成品が必要となること、かつ／又は安全性の問題を生じることがある。さらに、非常に高い温度ではその圧力によって、溶解媒質が容易に蒸気状態に至ることがある。しかし蒸気では液体の溶解媒質と比べて凍結された固体試料への熱伝達に次いでこれを溶解させることが不十分である。したがって、高温の溶解媒質の蒸気化を防止するための手段が重要である。
【０００６】
さらに長時間の溶解では、溶解させた試料内の分極が時間の経過と共に崩壊するため、核分極に対して意図しない悪影響を生じることになり、またタイミングが変動すると溶解プロセスが不確実で得られる分極が様々となる。さらに、溶解が不完全であると当該プロセスの収量に影響を及ぼす。さらに、溶解の時点で中和させる必要があるようなピルビン酸などの遊離酸に関する分極の場合、溶解が不完全であることは得られる溶液のｐＨ制御にとって有害である。したがって、確実かつ利便性がよい溶解プロセスに寄与するようなフィーチャを実現することが望ましい。
【図面の簡単な説明】
【０００７】
【図１】従来技術の溶解スティック及び試料容器を表す図である。
【図２】ノズルを組み込んだドッキングハウスに関する本発明の第１の実施形態を表す図である。
【図３】本発明の第２の実施形態を表す図である。
【図４】本発明の第３の実施形態を表す図である。
【図５】本発明の第４の実施形態を表す図である。
【図６】本発明の第５の実施形態を表す図である。
【図７Ａ】図６のノズルに関する代替的実施形態を表す図である。
【図７Ｂ】図６のノズルに関する代替的実施形態を表す図である。
【図７Ｃ】図６のノズルに関する代替的実施形態を表す図である。
【図８Ａ】本発明の第６の実施形態を表す図である。
【図８Ｂ】本発明の第６の実施形態を表す図である。
【図９】本発明のノズルが分極装置の流体フロー経路内部に配置されているところを表す本発明の第７の実施形態の図である。
【図１０】本発明のノズルの周りに位置決めされた生成物試料バイアルを、適所に配置させたそのバイアルキャップと共に表す図である。
【図１１】本発明の第８の実施形態を表す図である。
【図１２】本発明のノズルを製作する方法を表す図である。
【図１３Ａ】ノズルを存在させた場合と存在させない場合の溶解を比較した図（ノズルなし）である。
【図１３Ｂ】ノズルを存在させた場合と存在させない場合の溶解を比較した図（ノズルあり）である。
【発明を実施するための形態】
【０００８】
図１は、従来技術による溶解スティック１０及び試料容器１２を表している。溶解スティック１０は試料容器１２内部に保持された分極試料物質１４を溶解させるように設けられている。
【０００９】
本明細書で用いる「試料」という用語は、低い温度で凍結固体状態にある分極物質（典型的には、試料容器に入って提供される）を意味している。「溶解媒質（ｄｉｓｓｏｌｕｔｉｏｎ  ｍｅｄｉｕｍ）」という用語は、試料物質を融解しかつ溶解させるために提供される液体を意味しており、これによって融解されかつ溶解させた試料物質（さらには、溶解媒質の少なくとも一部が入る可能性がある）からなる「溶液」が形成される。溶解媒質の温度は一般的に、試料の温度より高温である。試料の温度は約１〜５Ｋである一方、溶解媒質の温度は少なくとも室温（すなわち、約２９５Ｋ）である、ただし加熱した（すなわち、高温の）溶解媒質を使用することが好ましい。水性の溶解媒質（例えば、緩衝水溶液）が用いられる場合、こうした緩衝水溶液は約３５５Ｋ以上の温度まで加熱されることがある。したがって、溶解媒質が試料と接触状態になったときに、試料は融解され溶解される。「試料容器」及び「試料バイアル」という用語は、試料の凍結固体形態とその溶液形態の両方において試料を保持することを企図している。
【００１０】
溶解スティック１０は、相対する開いた第１の開放端１８と第２の開放端２０を有する細長い管状の外側ハウジング１６を含む。ハウジング１６は、開いた第１の端部１８と開いた第２の端部２０の間で流体連通するように延びた細長いキャビティ２５を画成している内部表面２２を提供する。溶解スティック１０は、相対する第１の開放端２６及び第２の開放端２８を有する第１の細長い導管２４と、開放端２６と２８の間を流体連通するように延びた細長いフロー経路３０と、を支持している。第２の開放端２８は、液体溶解媒質の供給源（図示せず）に接続されるように設けられている。溶解スティック１０はさらに、相対する第１の開放端３２及び第２の開放端３４を有する第２の細長い導管３０と、開放端３２と３４の間を流体連通するように延びた細長い引出経路３６と、を含む。引出経路３６は、初めに容器１２により提供された溶解媒質及び溶解済み試料物質を導くためのルートを提供する。
【００１１】
試料容器１２は典型的には、その中に試料物質が提供される試料レセプタクル４４を画成する直立した開いた円筒壁４２を支持する平面基部４０を含む。容器１２が溶解スティック１０の開放端１８に挿入されると、壁４２はハウジング１６の内部表面２２と封止性に連結され、これらの間の流体漏れを防止する。溶解スティック１０及び容器１２は、第１の導管２４の第１の開放端２６から溶解媒質が提供されたときにその内部に試料物質を保持するような試料キャビティ５０を画成している。溶解媒質と溶解済み試料物質との混合物は、キャビティ５０から第２の導管３０の引出経路３６を通って受け取り器箇所まで引き出されており、この受け取り器箇所においてインビトロのＮＭＲ分析やインビボ利用に適した過分極済み材料を提供するようにさらに処理を受けることが可能である。
【００１２】
本発明は、試料物質上への溶解媒質のフロー速度を増大させるために試料キャビティに隣接したノズルの組み入れを提供する。本発明のノズルはさらに、試料キャビティ内における試料物質の効率よい溶解を提供するように溶解媒質のフローを導くので望ましい。ノズルの設計及び配置は、試料物質の完全かつ迅速な溶解が得られるように最適化することができる（これについては本明細書の以下でより完全に記載することにする）。このノズルによれば、引出導管を通る溶解済み試料物質の導入が促進されかつ溶解済み試料物質がキャビティ内に滞留させるような渦（ｅｄｄｉｅｓ）や渦流（ｖｏｒｔｉｃｅｓ）を形成しないような試料キャビティを通過する流体フローを提供できるので望ましい。
【００１３】
したがって本発明によれば、閉じた流体経路内で極低温凍結の試料を完全に溶解する能力が提供される。本発明によればさらに、バイアルから受け取り器まで溶解済み生成物を転送する能力が提供される。さらに本発明によれば、バイアル内の材料の量によらずに完全な溶解が得られるようにノズル／内側チューブの配置を修正する能力が提供される。本発明によればさらに、様々な動作温度及び圧力における溶解を向上させるようにノズルのサイズ及び形状を修正する能力が提供される。さらに本発明によれば、大きな質量流量を維持する一方、出口において依然として大きな流体速度を達成するようなより大径の内側チューブを使用する能力が提供される。
【００１４】
図２は、本発明の第１の実施形態であり、ノズルを組み込んだドッキングハウス１１０を表している。ドッキングハウス１１０は溶解スティック内に組み込まれることや、分極プロセスの最後に分極装置内に単独に組み込まれることがある。ドッキングハウス１１０は、凍結分極試料１４を包含した試料容器１２を覆うようにぴったりとはめ合わせている。試料容器１２がドッキングハウス１１０に取り付けられた後、ある体積の溶解媒質が導管１１６を通って送られドッキングハウス１１０内に導かれる。ドッキングハウス１１０は、３つの開口（すなわち、溶解媒質をその内部に通過させて提供する導管１１６を収容するための溶解媒質ポート１２０、試料及び溶解媒質の溶液をその内部を通過させて引き出す溶液導管１２６を収容するための溶液ポート１２４、並びに流体密閉接続で試料容器１２を受け容れるための試料ポート１２８）を画成するハウジング本体１１８を有する。ドッキングハウス１１０は、凍結分極試料がその内部に提供される試料キャビティ１２５を画成する。試料キャビティ１２５は典型的には、本体１１８と溶解させようとする凍結試料を保持している試料容器（図示せず）との間に完全に画成される。
【００１５】
図２で分かるように、ドッキングハウス１１０は溶解媒質ポート１２０内部に設けられたノズル１３０を含む。ノズル１３０は、入力ポート１３２、分注ポート１３４、並びにこれらの間を流体連通するように延びたノズルフロー経路１３６を含む。ノズル１３０は、フロー経路１３６をさらに画成している円錐形のテーパがついた内側壁１４０を含むことが望ましい。本発明の実施形態のそれぞれに関して理解されるが、分注ポート１３４は導管１１６のフロー通路１１６ａの断面積より小さい断面積により特徴付けされる。本発明はしたがって、分注ポート１３４の上流側の導管１１６を通過する流量と比較して分注ポート１３４を通過する溶解媒質の流量を上昇させることができる。さらに本発明のノズルは、凍結試料の上に溶解媒質フローを導くように方向付けすることが望ましい。
【００１６】
当業者であれば、ノズルの設計が溶解の効率に影響を与えることを理解されよう。この場合、ノズルの内側表面に円錐形のテーパがついていれば、試料容器の固体試料の中身全体の排出に関しても、また移送中に核分極が保持されるような利便性がよい溶解プロセスの提供に関しても、溶解の成績が大幅に促進される。しかし本発明によれば本発明のノズルに関する追加的な設計も企図されることが理解されよう。さらに本発明ではそのノズルが、それと接触状態になる材料と反応することがなく、かつ試料物質の分極レベルに悪影響を与えることがないような材料から形成されることが企図される。
【００１７】
図２ではノズル１３０がドッキングハウス１１０の一部となるように表しているが、本発明ではさらに、ノズル１３０が導管１１６の自由端上に直接組み込まれることがあることが企図される。したがって別の実現形態は、固体試料を包含する試料バイアル内で終わっている閉じた流体経路の一部であるようなノズルである。実際にはこのノズルは、溶解によりそこから試料が取り出されるような分極装置のコンテキストにおける任意の機構に関して好ましいフィーチャである。したがってさらに、ドッキングハウス１０は分極装置内部の付属具となり得ることが企図される。試料容器はさらに、本発明による継続する試料の溶解を可能にするようにドッキングハウス１０内に連続して挿入されかつこれから引き出される。
【００１８】
溶解効率にとってノズルの端部オリフィス直径が決定的なものであることが実証されている。もちろん最適な直径は、試料容器の深さ及び形状、試料の量、並びに選択した溶解媒質の圧力など多くのパラメータに依存する。
【００１９】
図３は、本発明の第２の実施形態を表している。溶解スティック２１０は試料容器１２の内部に保持された凍結分極試料物質を溶解させるように設けられている。溶解スティック２１０は、相対する第１の開放端２１４及び第２の開放端２１６と該開放端２１４と２１６の間を流体連通するように延びた細長いキャビティ２２０を画成する内部表面２１８とを有する細長い管状外側ハウジング２１２を含む。溶解スティック２１０は、相対する第１の開放端２２４及び第２の開放端２２６を有する第１の細長い導管２２２を支持している。導管２２２の第２の開放端２２６は溶解媒質の供給源に対して接続可能である。導管２２２は、開放端２２４と２２６の間を流体連通するように延びた細長い溶解媒質フロー経路２３０を画成する内側表面２２８を含む。
【００２０】
溶解スティック２１０は、相対する第１及び第２の端部（それぞれ、２３４と２３６）を有するコンストリクション部材２３２を提供する。コンストリクション部材２３２はハウジング２１２の内部表面２１８上に支持されている。コンストリクション部材２３２の第１の端部２３４は、第１の開放端２２４の位置におけるフロー経路２３０の有効断面積を低減するために導管２２２の第１の開放端２２４内まで延びている。コンストリクション部材２３２によってしたがって、開放端２２４を通過する溶解媒質が、その上流側にある導管２２２内の流量と比較して加速される。コンストリクション部材２３２はさらに、導管２２２の第１の開放端２２４から流出する流体をキャビティ２２０内部の選択箇所の方向に導くようなフロー経路２３０を基準とした形状（又は、角度付け）とし得るような外部表面２３８を含む。導管２２２からの溶解媒質フローのこの特定の方向はキャビティ２２０の寸法や幾何学形状、並びにキャビティ２２０内に入る溶解媒質の所望流量により影響を受ける。
【００２１】
溶解スティック２１０はさらに、相対する第１及び第２の開放端（それぞれ、２４２と２４４）を有する第２の細長い導管２４０を支持している。導管２４０は開放端２４２と２４４の間を流体連通するように延びた細長い引出経路２４６を画成する。導管２４０の第２の開放端２４４は、キャビティ２２０から引き出される溶液のための回収器又は受け取り器に対して接続可能である。
【００２２】
図４は、本発明の第３の実施形態であり、本発明の溶解スティック又はドッキングハウスの内部に凍結分極済み材料を保持するための試料容器３１０を表している。試料容器３１０は、凍結分極試料物質を受け容れるための試料レセプタクル３１４を画成する容器本体３１２を含む。容器本体３１２は、溶解スティックやドッキングハウスなど溶解しかつ溶解済み分極済み材料を引き出すためのデバイスとはめ合わされるように適合させている。このデバイスは、第１の流体速度で溶解媒質を提供するための第１の導管と、その溶解後に分極済み材料を引き出すための第２の導管と、を含む。容器本体３１２は、溶解媒質を第１の流体速度を超える第２の流体速度まで加速するために、試料レセプタクル３１４と重なり合った位置合わせでノズル３１６を支持している。ノズルブレース３１８によって溶解媒質導管を基準としたノズル３１６の適正な位置決めが保証される。すなわち、ノズル３１６は溶解媒質導管の開放端を覆うように配置させ、これにより溶解媒質導管を通過して流れる溶解媒質がすべてノズル分注ポート３１８を通って出て行くようにしている。分注ポート３１８は、分注ポート３１８をその上に配置させる溶解媒質導管より小さい断面積であることによって特徴付けされる。
【００２３】
図５は、本発明の第４の実施形態であり、溶解スティック又はドッキングハウスの内部に凍結分極試料物質を保持するための試料容器４１０を表している。試料容器４１０は、分極物質を受け容れるための試料レセプタクル４１４を画成する容器本体４１２を含む。容器本体４１２は、溶解スティックやドッキングハウスなど溶解しかつ溶解済み分極物質を引き出すためのデバイスとはめ合わされるように適合させている。このデバイスは、第１の流体速度で溶解媒質を提供するための第１の導管と、その溶解後に分極済み材料を引き出すための第２の導管と、を含む。容器本体４１２は、溶解媒質を第１の流体速度を超える第２の流体速度まで加速するために、試料レセプタクル４１４と重なり合った位置合わせでコンストリクタ４１６を支持している。コンストリクタブレース４１８によって、溶解媒質導管を基準としたコンストリクタ４１６の適正な位置決めが保証される。すなわち、コンストリクタ４１６は溶解媒質導管の開放端にその一部が入るように配置させ、これにより溶解媒質導管を通過して流れる溶解媒質がすべてがこうして形成された分注ポートを通って導管を出るようにしなければならない。この分注ポートは、コンストリクタ４１６から上流側にある溶解媒質導管と比べてコンストリクタ４１と導管の内側壁の間に拡がるような断面積がより小さいことによって特徴付けされる。
【００２４】
図６は、本発明の第５の実施形態であり、凍結分極試料物質を溶解するための溶解スティック６１０を表している。溶解スティック１０は、試料容器１２の内部に保持されると共にすでにその中に挿入された分極試料物質を溶解させるように設けられている。溶解スティック６１０は本質的に、溶解スティック１０に関する本発明のノズルを組み込むようにした一修正形態である（ただし、流体が流れる方向は反対である）。溶解スティック６１０は、相対する第１の開放端６１４及び第２の開放端６１６を有する細長い管状外側ハウジング６１２を含む。ハウジング６１２は、開放端６１４と６１６の間を流体連通するように延びた細長いキャビティ６２０を画成する内部表面６１８を含む。キャビティ６２０のうち開放端６１４と隣接する部分は、試料容器１２がその中に挿入される試料キャビティ６２５を提供する。溶解スティック６１０は相対する第１及び第２の開放端（それぞれ、６２４と６２６）を有する細長い溶解媒質導管６２２と、これらの間を流体連通するように延びた細長い溶解媒質フロー経路６２８と、を支持している。溶解スティック６１０はさらに、相対する第１及び第２の開放端（それぞれ、６３２と６３４）を有する細長い溶液導管６３０と、これらの間を流体連通するように延びた細長い引出経路６３６と、を含む。流体フローを導管６２２及び６３０にまた試料キャビティ６２５に閉じ込めたままとするように外側ハウジング６１２を封止するためのガスケット部材６３５が設けられている。
【００２５】
第１の導管６２２の第１の開放端６２４は、第２の導管６３０の第１の開放端６３２から上流側にある外側ハウジング６１２のキャビティ６１８内部に位置決めされる。第２の導管６３０の第１の開放端６３２は、外側ハウジング６１２のキャビティ６２０内部において環状の支持体６３８によって中央支持されている。図７Ａで分かるように環状支持体６３８は、第２の導管６３０と外側ハウジング６１２の内部表面６１８の間の箇所においてフローポート６４０及び６４２を画成する。本発明によれば、フローポート６４０及び６４２により提供される総断面積が、第１の導管６２２の第１の開放端６２４により画成される分注ポート６４４の総断面積より小さい。
【００２６】
図７Ｂ〜Ｃは、図６の溶解スティック内に組み込まれた本発明のノズルの代替的実施形態を表している。図７Ｂでは環状支持体６３８は、溶液導管６３０と外側ハウジング６１２の間の中間に配置された単一のフローポート６５０を画成している。図７Ｃでは環状支持体６３８は、第２の導管６３０からハウジング６１２の内部表面６１８まで延びる単一のフローポート６６０を画成している。それぞれの例において、環状支持体６３８により提供されるフローポートの総断面積は分注ポート６４４の断面積より小さく、これにより試料キャビティ６２０内への流量が加速される結果となる。
【００２７】
図８Ａ〜Ｂは、本発明の第６の実施形態であり、試料容器１２の内部に保持された分極試料物質を溶解させるように設けられている溶解スティック８１０を表している。溶解スティック８１０は、本発明によるノズルが設けられている以外は溶解スティック１０と構成は実質的に同一である。溶解スティック８１０は、相対する第１の開放端８１４及び第２の開放端８１６を有する細長い管状外側ハウジング８１２を含む。ハウジング８１２は、開いた第１及び第２の端部（８１４と８１６）の間で流体連通するように延びた細長いキャビティ８２０を画成する内部表面８１８を含む。溶解スティック８１０はさらに、相対する第１及び第２の開放端（それぞれ、８２４と８２６）を有する第１の細長い導管８２２と、これらの間を流体連通するように延びた細長いフロー経路８２８と、を含む。第２の開放端８２６は溶解媒質の供給源と流体連通するように位置決め可能である。第１の導管８２２の第１の開放端８２４はノズル８２５の上流側にあるフロー経路８２８の断面寸法と比べて断面寸法がより小さいフローポート８３０を画成するノズル８２５を含む。本発明では、ノズル８２５は本明細書の以下に記載するような方法により形成されることがあるが、その中を通る流体フローを加速させるように機能する任意のノズルが本発明で使用するように想定されることが企図される。
【００２８】
溶解スティック８１０はさらに、相対する第１及び第２の開放端（それぞれ、８４２と８４４）を有する第２の細長い導管８４０と、これらの間を流体連通するように延びた細長い引出経路８４６と、を支持している。第２の導管８４０の第２の開放端８４４は、溶解媒質のための引出終着点と流体連通するように位置決め可能である。
【００２９】
図９及び１０は、本発明の第７の実施形態を表している。図９は、分極装置の流体フロー経路内部の当該箇所にある本発明のノズル９３５を表している。図１０は、凍結分極試料物質９１４を提供する試料容器９１２に接続可能な本発明のドッキングハウスと機能的に同様のバイアルキャップ９１０を表している。試料容器９１２は、開いた第１の端部９１６、閉じた第２の端部９１８、並びにこれらの間に延びる細長い円筒状の壁９２０を含む。壁９２０は、試料キャビティ９２５を画成する内部表面９２０ａを含む。バイアルキャップ９１０はキャップ本体９２４を含んでおり、キャップ本体９２４は試料容器の開放端９１６に関する流体密閉性の受け入れのための試料ポート９２６を画成している。試料キャビティ９２５はしたがって、試料容器９１２をバイアルキャップ９１０とはめ込んだときに完全に画成される。
【００３０】
バイアルキャップ９１０はさらに、その中を通過する単一のフローポート９２８を画成しており、このフローポート９２８には溶解媒質導管９３０と溶液導管９３２の両方が収容されている。溶解媒質導管９３０は、溶液導管９３２内部において同心円状に支持されており、これにより溶解媒質導管９３０を通り試料キャビティ９２５に提供される溶解媒質が凍結試料物質を溶解させると共に溶解媒質導管９３０の周りにある環状の引出経路９３４から流出させる。
【００３１】
溶解媒質導管９３０はさらに、ノズル９３５を有する第１の開放端９３６を含む。ノズル９３５は、溶解媒質導管９３０により画成される溶解媒質フロー経路９３８内のコンストリクションであり、これがその中を通る流体フローを、ノズル９３５の上流側にある導管９３０内の流体の流量と比較して加速させている。
【００３２】
試料キャビティ９２５の上のノズル９３５の中央箇所によって、キャビティ９２５内の極低温凍結生成物を迅速かつ完全に溶解させ、さらに該生成物溶液を引出経路９３４と通って、図９に示すようなこれが受け取り容器９８８内に回収される箇所である最終箇所まで移動させるような流体フロー特性が提供される。
【００３３】
ここで再度図９を参照すると、溶解媒質を包含するシリンジ９８０は溶解媒質導管９３０に接続されている。バルブ９８２が開かれると、シリンジ９８０は溶解媒質を溶解媒質導管９３０内に、またノズル９３５を通って試料キャビティ９２５内に供給することができる。溶解媒質と溶解済み過分極試料物質の溶液は、シリンジ９８０から溶解媒質が連続して提供されるため、引出経路９３４を通って導かれる。この溶液は、開放状態にあるバルブ９８４を通り、フィルタ９８６を通り、かつ溶液が回収される場所である受け取り器９８８内に導かれる。本発明によれば、処理の最後には最初の凍結試料物質の実質的にすべてが受け取り器９８８内に至ることが企図される。
【００３４】
ここで図１１を参照すると本発明はさらに、分極装置内部に組み入れできる溶解デバイス１０１０を提供する。溶解デバイス１０１０は、相対する第１の端部及び第２の端部（それぞれ、１０１４と１０１６）を有する第１の細長いチューブ１０１２と、これらの間に延びる細長い管状壁１０１８と、を含む。第１の端部１０１４は、溶解流体の供給源（図示しないが、図９に関して記載したものと同様である）と流体連通するように位置決めされる第１のポート１０２０を画成しており、また第２の端部１０１６は出口ノズル１０２２を含む。出口ノズル１０２２はノズルポート１０２４を画成する。管状壁１０１８は、ポート１０２０と１０２４の間に延びる細長い伝達通路１０２６を画成する。ノズルポート１０２４は、本発明の別の実施形態に関して記載したようにその内部を通過する通路１０２６からの流体フローを加速させるような形状としている。
【００３５】
溶解デバイス１０１０は、外側ハウジング壁１０３０を有する外側ハウジング１０２８を含んでおり、この外側ハウジング壁１０３０は凍結分極試料を保持するための試料キャビティ１０３２を画成している。試料キャビティ１０３２はノズルポート１０２４と流体連通する。外側ハウジング壁１０３０は、試料キャビティ１０３２と流体連通する流体引出ポート１０３４を画成する。外側ハウジング１０２８はさらに、外側ハウジング壁１０３０から延びる細長い外側管状壁１０３６を含む。外側管状壁１０３６は、流体引出ポート１０３４と流体連通するように延びた細長い引出通路１０３８を画成する。
【００３６】
第１の細長いチューブ１０１２は外側管状壁１０３６の引出通路１０３８内部で延びている。外側ハウジング壁１０３０はさらに、その内部を通る第１の細長いチューブ１０１２を収容するためのアクセスポート１０４０を画成する。外側管状壁１０３６はさらに、引出通路１０３８と流体連通する流出口ポート１０４２を画成する。本発明はさらに、第１の細長いチューブ１０１２が引出通路１０３８の流体完全性（ｉｎｔｅｇｒｉｔｙ）を維持する装着用スリーブ１０４４によって摺動自在に装着される一方、さらに試料キャビティ１０３２を基準としてノズル１０２２を選択的に位置決めするために引出通路１０３８内部で第１の細長いチューブ１０１２の延長及び後退を可能にさせることがあることも企図している。
【００３７】
外側ハウジング壁１０３０はさらに、横方向を向いた端部壁１０４８から延びる細長い円筒状の試料保持壁１０４６を含む。細長い円筒状試料保持壁１０４６と細長い外側管状壁１０３６の間にはテーパ付きの円錐台壁１０５０が延びている。図１１では連続した単体の管状壁を形成するように壁１０３６、１０４６及び１０５０を示しているが、本発明はさらに、円錐台壁１０５０が図１０に示すようなバイアルキャップ９１０により提供されることがあり、これにより試料保持壁１０４６は円錐台壁１０５０に対して着脱自在に接続可能となり試料キャビティ１０３２へのユーザアクセスを可能にすることも企図している。
【００３８】
図９に示したのと同様に、溶解デバイス１０１０は第１の細長いチューブの第１の端部にある溶解媒質を包含したシリンジ（又は、別の供給元）に接続されることがある。溶解媒質はしたがって、第１の細長いチューブ１０１２内に提供され、またノズル１０２２を通って試料キャビティ１０３２内に提供される。溶解媒質及び溶解済み過分極試料物質からなる溶液は、溶解媒質が連続して提供されるため、引出通路１０３８を通って導かれる。この溶液は流出口ポート１０３４を通って待機用受け取り器に向けて導かれる。本発明によれば、処理の最後には最初の凍結試料物質の実質的にすべてが受け取り器内に至ることが企図される。
【００３９】
実験及びモデル化によって、これを高信頼性に実現するためには内側チューブの端部位置にノズルを配置すること、並びにこのノズルは凍結試料からある距離の範囲内に配置させること（図１２）が有利であると分かった。このパラメータをスタンドオフ（ｓｔａｎｄｏｆｆ）と呼んでおり、凍結試料の表面とノズルの間の距離と定義される。実験によって、ノズルを表面に近づけて配置させるほど、得られる溶解がそれだけ良好となることが分かっている。しかしながら、試料が溶解媒質の注入以前の任意の時点で融解され再凍結される場合、ノズルの配置を表面に近づけすぎると詰まりを生じる可能性があることも観察された。
【００４０】
好ましい実施形態では、そのノズル直径は０．９ｍｍでありかつそのスタンドオフは５ｍｍに設定される。これにより、外側チューブ内径を２．６９ｍｍとしかつ内側チューブ外径を１．８３ｍｍとして、系からの脱出に好ましい概ね１．６のフロー面積比が得られる。
【００４１】
図１２は、本発明のノズル９３５を製作するための一方法を表している。加熱用ブロック９５２で支持された細長い垂直に延びるピン９５０を覆うように溶解媒質導管９３０の第１の端部９３６を位置決めすることによってノズル９３５は作成される。加熱用ブロック９５２は、電力の供給により加熱する電熱素子とすることが望ましい。その中を通る細長い導管通路９５６を画成する細長い円筒状の真鍮ガイド９５４はピン９５０の周りで同心円状に支持されている。加熱用ブロック９５２が導管材料の融解温度に向けて加熱して行くと、導管材料はピン９５０の方向に流れ始める。導管材料が流れるに連れて、導管９３０はさらに加熱用ブロック９５２の方向に運ばれることがある。したがって、導管９３０の開放端９３６はピン９５０を巡るように再形成される。こうして変形を受けた導管が十分に低温になった後、導管９３０を真鍮ガイド９５４から引き出してピン９５０から外すことができる。
【００４２】
ノズル９３５の形成をさらに支援するために、加熱用ブロック９５２によって、開放端９３６が先ずその内部に挿入される導管受け容れ用窪み９６０を画成させることがある。ピン９５０は窪み９６０内で中央に支持される。さらに、ブロック９５２の加熱は導管９３０の変形工程と同時に実施することもあることが企図される。別法として、既に加熱を受けたブロック９５２に導管９３０を提供し変形を生じさせることもある。この方法によれば、ある長さ及び直径をもつノズルが導管９３０内に形成されている。この技法は、ある範囲の直径及び深さをもつオリフィスを形成するために利用されてきたものである。
【００４３】
本発明の特定の実施形態について図示し説明してきたが、本発明の教示から逸脱することなく変形及び修正を実施できることは当業者には明らかであろう。上の記載及び添付の図面に列挙した事項は単に例示のために提供したものであり、限定として提示したものではない。本発明の実際の範囲は、従来技術に基づいてその適正な観点で検討することによって添付の特許請求の範囲から規定されるように意図している。
【００４４】
図１３では、溶解プロセスに対するノズルの影響を例証している。
【００４５】
２．２ｇのピルビン酸を１３０℃まで加熱し２５０ｐｓｉまで加圧した５０ｍＬの水（溶解媒質）で溶解させた。この溶解プロセスを視覚化する支援のためにピルビン酸に赤の食用着色剤を添加した。
【００４６】
図１３Ａはノズルがない場合の溶解プロセスを表している。この例では、第１の導管の開いたアパーチャは直径を１．６ｍｍとし、これにより概ね４ｍ／ｓの直線流体速度が得られた。５０ｍＬの溶解媒質は溶解が開始されて概ね６秒で消費され、この時点で未融解の残りの酸は系からの回収が不可能となった。
【００４７】
図１３Ｂはマズル（すなわち、ノズル）がある場合の溶解プロセスを表している。この例では、上で記載したノズル製作方法を用いて、第１の導管の開いたアパーチャが０．９ｍｍまで小さくなった。このフロー制限によって、１２ｍ／ｓを超える直線流体速度が達成された。より高速の液体ジェットの衝撃で酸試料の中心が迅速に融解し（時間＝１ｓ）、これに続いて半径方向にある残りの酸が徐々に融解した。ノズルを適所に配置させたところ、溶解媒質が完全に消費される十分前の時点で酸は概ね４秒で完全に融解した。
【００４８】
溶解媒質が消費されるまでに融解プロセスが終了することによって、この系の酸回収効率はノズルのない系と比較して増大した。
【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５】
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【図６】
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【図７Ａ】
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【図７Ｂ】
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【図７Ｃ】
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【図８Ａ】
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【図８Ｂ】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３Ａ】
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【図１３Ｂ】
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