(57)【要約】本明細書には化学プロセス、検出あるいは解析を行うマルチチャンバ型ポンプ−バルブ装置（３００）が記載されている。この装置は１つ以上の通路を介して互いに流体連通する可変容量を有する複数のチャンバを含む。２つ以上のチャンバの容量を変化させるだけでこの装置を介して液体を方向付けることができる。この装置内で液体を移動させる方式が単純であるにもかかわらず、この装置を用いて複雑な化学処理シーケンスを行うことができる。複数の装置をより大型の装置に組み込むことができるため、複数の化学処理動作を並行してほぼ同時に行うことができる。
2005521873.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
液体試料を処理する装置であって、
可変容量を有する第１のチャンバと、
可変容量を有する第２のチャンバと、
可変容量を有する第３のチャンバと、
各々が１つ以上のチャンバと係合した１つ以上の通路を備え、前記第１のチャンバ、前記第２のチャンバおよび前記第３のチャンバの間に流体連通を提供する相互連結部と、
前記第１のチャンバ、前記第２のチャンバ、前記第３のチャンバおよび前記相互連結部の少なくとも１つの通路のうちの、少なくとも１つに含まれた処理物質とを具備し、
２つ以上のチャンバの前記可変容量を変化させることにより、該装置を介する前記液体試料の移動を制御するように構成されている、
装置。
【請求項２】
前記処理物質が、フィルタ、膜、サイズ排除媒質、変性固体支持体、反応物、親和性試薬または緩衝液を含む、請求項１に記載の装置。
【請求項３】
前記第１のチャンバ、前記第２のチャンバ、前記第３のチャンバまたは前記相互連結部の少なくとも一部分に用意された第２の処理物質をさらに具備する、請求項１に記載の装置。
【請求項４】
前記相互連結部が２つ以上の通路を備える、請求項１に記載の装置。
【請求項５】
前記相互連結部が２つ以上の処理物質をさらに有し、第２の通路に用意された第２の処理物質とは異なる第１の処理物質が、第１の通路に用意されるようになっている、請求項４に記載の装置。
【請求項６】
少なくとも１つのチャンバがシリンジまたはブラダを有する、請求項１に記載の装置。
【請求項７】
少なくとも１つのチャンバに接続された、少なくとも１つのチャンバの前記容量を調節する少なくとも１つの作動装置をさらに具備する、請求項１に記載の装置。
【請求項８】
前記第１のチャンバに接続された、前記第１のチャンバの前記可変容量を調節する第１の作動装置と、
前記第２のチャンバに接続された、前記第２のチャンバの前記可変容量を調節する第２の作動装置と、
前記第３のチャンバに接続された、前記第３のチャンバの前記可変容量を調節する第３の作動装置とを含む、請求項７に記載の装置。
【請求項９】
１つの作動装置が少なくとも２つのチャンバの前記可変容量を調節する、請求項７に記載の装置。
【請求項１０】
少なくとも１つのチャンバが前記装置から可逆的に脱離可能である、請求項１に記載の装置。
【請求項１１】
前記液体試料の少なくとも一部分を検出する少なくとも１つの検出要素をさらに具備する、請求項１に記載の装置。
【請求項１２】
前記検出要素が、ｐＨ検出器、分光光度検出器、蛍光検出器、導電率検出器または屈折率検出器を備える、請求項１１に記載の装置。
【請求項１３】
前記相互連結部の少なくとも一部分または少なくとも１つのチャンバの少なくとも一部分の温度を調節する少なくとも１つの温度調節要素をさらに具備する、請求項１に記載の装置。
【請求項１４】
少なくとも１つの制御器要素に接続された少なくとも１つの制御可能要素をさらに具備する、請求項１に記載の装置。
【請求項１５】
前記制御可能要素が、少なくとも１つのチャンバの前記可変容量、検出要素または温度調節要素を調節する作動装置を備える、請求項１４に記載の装置。
【請求項１６】
前記制御器要素がプログラム可能なマイクロプロセッサを備える、請求項１４に記載の装置。
【請求項１７】
前記相互連結部の少なくとも一部分と流体連通している可変容量を有する少なくとも１つの追加チャンバをさらに具備する、請求項１に記載の装置。
【請求項１８】
前記少なくとも１つの追加チャンバの前記容量を調節する作動装置をさらに具備する、請求項１７に記載の装置。
【請求項１９】
前記作動装置が２つ以上のチャンバの前記容量を調節する、請求項１７に記載の装置。
【請求項２０】
少なくとも１つの相互連結部がＵ字管を備える、請求項１に記載の装置。
【請求項２１】
液体試料を処理する方法であって、
ａ）ｉ）可変容量を有する第１のチャンバと、
ｉｉ）可変容量を有する第２のチャンバと、
ｉｉｉ）可変容量を有する第３のチャンバと、
ｉｖ）各々が１つ以上のチャンバと係合した１つ以上の通路を備え、前記第１のチャンバ、前記第２のチャンバおよび前記第３のチャンバの間に流体連通を提供する相互連結部と、
ｖ）前記第１のチャンバ、前記第２のチャンバ、前記第３のチャンバおよび前記相互連結部の一部分のうちの、少なくとも１つに含まれた処理物質とを具備する装置であって、
２つ以上のチャンバの前記可変容量を変化させることにより、該装置を介する前記液体試料の移動を制御するように構成されている装置を用意することと、
ｂ）前記第１のチャンバに液体試料を用意することと、
ｃ）前記第１のチャンバの前記容量を減少させるとともに少なくとも１つの他のチャンバの前記容量を増加させ、それにより、前記試料の少なくとも一部分を前記処理物質の少なくとも一部分に接触させて、該試料を該処理物質によって少なくとも部分的に処理し、以って、前記試料の少なくとも一部分を前記少なくとも１つの他のチャンバに導くことと、
を有する方法。
【請求項２２】
前記処理物質が、フィルタ、膜、サイズ排除媒質、変性固体支持体、反応物または緩衝液を含む、請求項２１に記載の方法。
【請求項２３】
前記装置が、前記第１のチャンバ、前記第２のチャンバ、前記第３のチャンバまたは前記相互連結部の少なくとも一部分に用意された第２の処理物質をさらに具備する、請求項１８に記載の方法。
【請求項２４】
前記相互連結部が２つ以上の通路を備える、請求項１８に記載の方法。
【請求項２５】
前記相互連結部が２つ以上の処理物質をさらに有し、第２の通路に用意された第２の処理物質とは異なる第１の処理物質が、第１の通路に用意されるようになっている、請求項２４に記載の方法。
【請求項２６】
前記装置が、前記第２のチャンバ、前記第３のチャンバおよび前記相互連結部の少なくとも一部分のうちの、少なくとも１つに含まれた検出要素であって、前記試料の少なくとも一部分を検出する検出要素をさらに備え、前記方法が、前記試料の少なくとも一部分を検出するステップをさらに有する、請求項２１に記載の方法。
【請求項２７】
前記検出要素が、ｐＨ検出器、分光光度検出器、蛍光検出器、導電率検出器または屈折率検出器を備える、請求項２６に記載の方法。
【請求項２８】
前記第１のチャンバの容量を減少させる前記ステップが、前記第２のチャンバの容量を減少させることをさらに含む、請求項２１に記載の方法。
【請求項２９】
前記試料の処理済み部分が回収チャンバに導入される、請求項２１に記載の方法。
【請求項３０】
前記試料の前記処理済み部分の少なくとも一部分を前記装置から除去することをさらに有する、請求項２９に記載の方法。
【請求項３１】
前記試料を除去することが、前記回収チャンバを前記装置から取り外すことを含む、請求項３０に記載の方法。
【請求項３２】
少なくとも１つの他のチャンバの前記容量を増加させることは、前記第２のチャンバの前記容量を増加させることを含み、それにより、前記試料の少なくとも一部分を前記第２のチャンバに導く、請求項２１に記載の方法。
【請求項３３】
前記第２のチャンバに導かれた前記試料の少なくとも一部分が、前記処理物質によって処理された試料を含む、請求項３２に記載の方法。
【請求項３４】
前記第２のチャンバの前記容量を減少させるとともに前記第１のチャンバの前記容量を増加させ、それにより、前記処理済み試料の少なくとも一部分を前記第２のチャンバから離して前記第１のチャンバへ導き、該処理済み試料の少なくとも一部分を前記処理物質の少なくとも一部分に２回目の接触をさせて、該試料の少なくとも一部分を該処理物質によって２度処理し、それにより処理サイクルを完了するステップをさらに有する、請求項３３に記載の方法。
【請求項３５】
複数の処理サイクルを含む、請求項３４に記載の方法。
【請求項３６】
前記処理済み試料の少なくとも一部分を前記装置から除去するステップをさらに有する、請求項３４に記載の方法。
【請求項３７】
前記処理済み試料の少なくとも一部分を除去する前記ステップが、
ａ）前記処理済み試料の少なくとも一部分を回収チャンバに導くことと、
ｂ）前記回収チャンバを前記装置から取り外すこととを含む、請求項３６に記載の方法。
【請求項３８】
前記装置が、少なくとも１つの制御器要素に接続された少なくとも１つの制御可能要素をさらに備える、請求項３４に記載の方法。
【請求項３９】
前記制御可能要素が、少なくとも１つのチャンバの前記可変容量、検出要素または温度調節要素を調節する機構を備える、請求項３８に記載の方法。
【請求項４０】
前記制御器要素がプログラム可能なマイクロプロセッサを備える、請求項３８に記載の方法。
【請求項４１】
前記方法の少なくとも一部分が、前記プログラム可能なマイクロプロセッサにより自動化され、制御される、請求項４０に記載の方法。
【請求項４２】
前記第３のチャンバが液体を収容し、前記方法が、
前記第３のチャンバの前記容量を減少させるとともに前記第１のチャンバの前記容量を増加させ、それにより、前記液体の少なくとも一部分を前記第３のチャンバから前記第１のチャンバへ導くステップをさらに有する、請求項３２に記載の方法。
【請求項４３】
前記処理物質がフィルタまたは膜を備え、
前記試料が、前記フィルタ又は膜に保持された少なくとも１つの保持反応物を備え、
前記第３のチャンバの前記容量を減少させるとともに前記第１のチャンバの前記容量を増加させるステップが、前記少なくとも１つの保持反応物の少なくとも一部分を前記第３のチャンバから前記液体内に解放する、請求項４２に記載の方法。
【請求項４４】
前記少なくとも１つの保持反応物が、溶解、懸濁または乳化により、前記第３のチャンバから前記液体内に解放される、請求項４３に記載の方法。
【請求項４５】
前記処理済み試料の少なくとも一部分を前記装置から除去するステップをさらに含む、請求項４２に記載の方法。
【請求項４６】
前記処理済み試料の少なくとも一部分を除去する前記ステップが、
ａ）前記処理済み試料の少なくとも一部分を回収チャンバに導くことと、
ｂ）前記回収チャンバを前記装置から取り外すこととを含む、請求項４５に記載の方法。
【請求項４７】
前記装置が、少なくとも１つの制御器要素に接続された少なくとも１つの制御可能要素をさらに備える、請求項４２に記載の方法。
【請求項４８】
前記制御可能要素が、少なくとも１つのチャンバの前記可変容量、検出要素または温度調節要素を調節する機構を備える、請求項４７に記載の方法。
【請求項４９】
前記制御器要素がプログラム可能なマイクロプロセッサを備える、請求項４７に記載の方法。
【請求項５０】
前記方法の少なくとも一部分が、前記プログラム可能なマイクロプロセッサにより自動化され、制御される、請求項４９に記載の方法。
【請求項５１】
前記第２のチャンバの前記容量を減少させるとともに前記第３のチャンバの前記容量を増加させ、それにより、前記少なくとも部分的処理済み試料の少なくとも一部分を前記第３のチャンバに導くことをさらに有する、請求項３２に記載の方法。
【請求項５２】
前記装置が、前記第２のチャンバ、前記第３のチャンバおよび前記相互連結部の一部分のうちの、少なくとも１つに含まれた第２の処理物質をさらに備える、請求項５１に記載の方法。
【請求項５３】
前記第２のチャンバの前記容量を減少させるとともに前記第３のチャンバの前記容量を増加させる前記ステップが、前記少なくとも部分的処理済み試料を前記第２の処理物質によりさらに少なくとも部分的に処理させる、請求項５２に記載の方法。
【請求項５４】
前記処理済み試料の少なくとも一部分を前記装置から除去するステップをさらに有する、請求項５１に記載の方法。
【請求項５５】
前記処理済み試料の少なくとも一部分を除去する前記ステップが、
ａ）前記処理済み試料の少なくとも一部分を回収チャンバに導くことと、
ｂ）前記回収チャンバを前記装置から取り外すこととを含む、請求項５４に記載の方法。
【請求項５６】
前記装置が、少なくとも１つの制御器要素に接続された少なくとも１つの制御可能要素をさらに備える、請求項５１に記載の方法。
【請求項５７】
前記制御可能要素が、少なくとも１つのチャンバの前記可変容量、検出要素または温度調節要素を調節する機構を備える、請求項５６に記載の方法。
【請求項５８】
前記制御器要素がプログラム可能なマイクロプロセッサを備える、請求項５６に記載の方法。
【請求項５９】
前記方法の少なくとも一部分が、前記プログラム可能なマイクロプロセッサにより自動化され、制御される、請求項５８に記載の方法。
【請求項６０】
複数の液体試料を実質的同時に処理する装置であって、
ｉ）可変容量を有する第１のチャンバと、
ｉｉ）可変容量を有する第２のチャンバと、
ｉｉｉ）可変容量を有する第３のチャンバと、
ｉｖ）各々が１つ以上のチャンバと係合した１つ以上の通路を備え、それらチャンバの間に流体連通を提供する相互連結部と、
ｖ）前記第１のチャンバ、前記第２のチャンバ、前記第３のチャンバおよび前記相互連結部の一部分のうちの、少なくとも１つに含まれた処理物質とを、各々が備える複数のユニットと、
２つ以上の第１のチャンバに接続された、前記複数の第１のチャンバ容量を調節する作動装置と、
２つ以上の第２のチャンバに接続された、前記複数の第２のチャンバ容量を調節する作動装置と、
２つ以上の第３のチャンバに接続された、前記複数の第３のチャンバ容量を調節する作動装置と、
を具備する装置。
【請求項６１】
少なくとも１つの相互連結部がＵ字管を備える、請求項６０に記載の装置。
【請求項６２】
複数の液体試料を実質的同時に処理する方法であって、
ａ）ｉ）Ａ）可変容量を有する第１のチャンバと、
Ｂ）可変容量を有する第２のチャンバと、
Ｃ）可変容量を有する第３のチャンバと、
Ｄ）各々が１つ以上のチャンバと係合した１つ以上の通路を備え、それらチャンバの間に流体連通を提供する相互連結部と、
Ｅ）前記第１のチャンバ、前記第２のチャンバ、前記第３のチャンバおよび前記相互連結部の一部分のうちの、少なくとも１つに含まれた処理物質とを、各々が備える複数のユニットと、
ｉｉ）２つ以上の第１のチャンバに接続された、前記複数の第１のチャンバ容量を調節する作動装置と、
ｉｉｉ）２つ以上の第２のチャンバに接続された、前記複数の第２のチャンバ容量を調節する作動装置と、
ｉｖ）２つ以上の第３のチャンバに接続された、前記複数の第３のチャンバ容量を調節する作動装置と、を備える装置を用意することと、
ｂ）前記複数の第１のチャンバの各々に少なくとも１つずつ、複数の液体試料を用意することと、
ｃ）前記複数の第１のチャンバ容量を調節する前記作動装置を制御するとともに、少なくとも１つの他の複数のチャンバ容量を調節する前記作動装置を制御し、それにより、前記複数の第１のチャンバの前記容量を実質的同時に減少させるとともに、少なくとも１つの他の複数のチャンバの前記容量を実質的同時に増加させ、それにより、各ユニット内で、
ｉ）前記試料の少なくとも一部分を前記処理物質の少なくとも一部分と接触させて、該試料が該処理物質によって少なくとも部分的に処理されるようにするとともに、
ｉｉ）前記試料の少なくとも一部分を前記少なくとも１つの他のチャンバに導くように制御することとを有し、
前記複数の第１のチャンバの前記容量を実質的同時に減少させるとともに、少なくとも１つの他の複数のチャンバの前記容量を実質的同時に増加させることが、前記複数の試料の実質的同時処理をもたらすように構成される、方法。
【請求項６３】
前記少なくとも部分的処理済み試料の少なくとも一部分を、前記装置から除去することをさらに有する、請求項６２に記載の方法。
【請求項６４】
前記装置が、複数のチャンバの前記容量を調節する１つ以上の作動装置に接続されたプログラム可能なマイクロプロセッサをさらに備える、請求項６２に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【背景技術】
【０００１】
現代化学（生化学を含む）の実践には液体試料の処理のための数々の技術、すなわち混合、反応、濾過、透析、合成、分画、検出、触媒作用（酵素による触媒作用を含む）反応、様々な分離の実施等が伴う。
【０００２】
例えば、１つ以上の溶質を濃縮して解析、検出さらに処理等を行うために液体試料から溶剤を除去することが望ましい場合がある。また各々が１つ以上の対象となる溶質の解析、検出さらなる処理を妨害する恐れのある高分子溶質を始めとする溶質あるいは低分子量イオンを除去することが望ましい場合がある。これは生体から生体分子の複合混合物を得ることができる生化学実践において、特に特定の化学種の存在が混合物内の他の溶質の検出、解析あるいはさらなる処理を妨害する恐れがある場合に特に当てはまる。
【０００３】
様々な化学的分離を行うために標準的なクロマトグラフィ法が有用である場合がある。さらに、吸着あるいは反応媒質をピペットチップなどの構造体内に現場成形した改良クロマトグラフィ法を用いてマイクロリットル量の試料に対して化学的分離を行ってもよい。標準的なクロマトグラフィ法とは対照的に、このような改良マイクロリットル量クロマトグラフィ方法は試料を吸着あるいは反応媒質を介する多数パスにかける装置を含むことが可能なため、試料が媒質の吸着あるいは反応容量を飽和させない限り化学的分離が進行する機会を多くすることができる。しかしこのような装置は、より大量の例えばミリリットルあるいは数ミリリットル量の試料における化学的分離には便利ではない場合もある。
【０００４】
あるクロマトグラフィシステムは溶剤を複数のクロマトグラフィ・カラムへ供給するために複数のポンプを含んでいる。各ポンプは可動ピストン、流入バルブおよび流出バルブを備えたチャンバ含んでいる。チャンバからピストンを引き抜くと各チャンバ内に真空が生じ、流入バルブを介してチャンバ内へ溶剤を引き込む。所望送達量の溶剤が各チャンバ内に引き込まれた時、ピストンをチャンバ内へ押し戻すことにより、流出バルブを介してクロマトグラフィ・カラム内へ溶剤を押し込むことができる。ピストンは空気圧あるいは油圧システムを用いて一斉に駆動することができる。
【０００５】
連続クロマトグラフィ用に設計された装置には、１つ以上の不要な化学種を枯渇させることにより液体試料を処理する目的に有用であるように改造されたものもある。このような改造では、クロマトグラフィ・カラムを所望の枯渇処理を行うために選択された物質、例えば機能的固体支持体を含む要素と交換する。処理が必要な試料を緩衝液流内へ導入することにより、試料から枯渇させるべき化学種を枯渇要素と相互作用させることができる。このような装置は一方が液体試料を収容し、もう一方がカラムをなす少なくとも２つの貯槽を含む場合がある。このような装置では第２の緩衝液を用いて分離種を枯渇要素から溶出することができるため、枯渇要素を１つ以上の後続試料を処理するために用いてもよい。
【０００６】
代替的には不要な化学種を液体試料から枯渇させるためにはある種のバッチ処理が周知である。このような処理では小型のチャンバが、液体試料から不要な化学種の少なくとも一部分を好適に枯渇すなわち除去するために選択された枯渇物質を含む物品を含んでもよい。試料が例えば低速度遠心分離あるいはシリンジ・プランジャ圧力を利用してチャンバを介して流されることにより、枯渇物質が不要な化学種を試料から除去することができる。完全な枯渇のためには、試料を２回以上枯渇物質に通す必要があるため、オペレータは部分的に枯渇された試料を回収して再度このプロセスにかけなければならない。
【０００７】
他のある種の装置はピペットで移すことなく核酸を試料から抽出するように設計されている。この試料および溶解緩衝液を、狭い通路を介して相互連結されたシリンジなどの容器に事前分配する。この試料および溶解緩衝液は、試料および緩衝液混合物を１つの容器から他の容器へ往復移動させることにより混合することができる。容器のうちの１つは例えば核酸を試料および緩衝液混合物から抽出するための抽出マトリックスを含むことができる。混合物を繰返し移動させることが、完全な混合を確実なものにするとともにマトリックスによって核酸が混合物から抽出される機会を多く提供する。
【０００８】
数多くのクロマトグラフィによる装置および手順の有用性は限定的な場合があり、すなわちこのような装置は自動的に多数の緩衝液、溶液および／または試薬を含む化学合成、高スループット解析、あるいは処理シーケンスを行うのには適していない場合があるとともに、分離化学種が比較的大量の溶出緩衝液に溶出される場合があり、その溶出化学種を後続の解析あるいはさらなる処理に用いる前に濃縮工程が必要になる。
【０００９】
液体試料内の１つ以上の特定の化学種の検出および解析には数多くの標準的な手順がある。多くの場合このような手順は、実際の検出あるいは解析工程に先立って試料をある種の準備工程にかけることが必要である。ある場合には試料準備に手間がかかることがある。またある場合には試料準備が検出あるいは解析方法と適合しない、例えば試料準備および解析方法に用いられる緩衝液のｐＨが異なり適合しないことがある。このような場合には、所望の検出あるいは解析試験を行う前に、調製試料の１つ以上の化学的性質（例えば、ｐＨ、濃度等）を手作業で調節しなければならないことがある。その結果プロセス全体の効率が低下して、使用されている装置およびプロセスが試料の高スループット解析に適さなくなってしまう恐れがある。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
そのため、液体試料を多様な化学処理の１つ以上にかけるために利用可能な装置が必要とされる。さらに自動化可能なあるいは高スループット解析での使用に適した装置が必要とされる。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
本発明は汎用性が高く、液体試料を１つ以上の多様な化学処理操作にかけるのに用いることができる装置を提供する。本発明による装置の様々な実施形態は、高スループット化学処理、多工程化学処理、被分析物検出、試料調製、化学分離等、さらに上記の任意の２つ以上の組み合わせを行う能力を提供することができる。
【００１２】
このため本発明は、可変容量を有する第１のチャンバと、可変容量を有する第２のチャンバと、可変容量を有する第３のチャンバと、各々１つ以上のチャンバと係合した１つ以上の通路を含み、上記第１のチャンバ、上記第２のチャンバ、上記第３のチャンバ間に流体連通を提供する相互連結部と、上記第１のチャンバ、上記第２のチャンバ、上記第３のチャンバ、あるいは上記相互連結部の少なくとも１つの通路のうちの少なくとも１つに含まれた処理物質とを含み、２つ以上のチャンバの可変容量を変化させることにより上記装置を介する上記液体試料の移動を制御するように構成されている液体試料を処理する装置を提供する。
【００１３】
ある実施形態ではシリンジまたはブラダが可変容量チャンバを提供してもよい。この装置は、１つ以上の検出要素、温度調節要素あるいは１つ以上のチャンバの容量を調節する作動装置などの追加要素を含んでもよい。プログラム可能なマイクロプロセッサなどの制御要素によりこのような追加要素を制御してもよい。
【００１４】
他の態様において本発明は、複数のユニットであって、各ユニットが、可変容量を有する第１のチャンバと、可変容量を有する第２のチャンバと、可変容量を有する第３のチャンバと、各々１つ以上のチャンバと係合した１つ以上の通路を含み、上記チャンバ間に流体連通を提供する相互連結部と、上記第１のチャンバ、上記第２のチャンバ、上記第３のチャンバあるいは上記相互連結部の一部分のうちの少なくとも１つに含まれた処理物質とを含むユニットと、２つ以上の第１のチャンバに接続された、上記複数の第１のチャンバ容量を調節する作動装置と、２つ以上の第２のチャンバに接続された、上記複数の第２のチャンバ容量を調節する作動装置と、２つ以上の第３のチャンバに接続された、上記複数の第３のチャンバ容量を調節する作動装置とを含む複数の液体試料をほぼ同時に処理する装置を提供する。
【００１５】
本発明の様々な他の特徴と利点とは、以下の詳細な説明、実施例、請求の範囲および添付の図面を参照することにより容易に明らかになるであろう。明細書全体の各所において、実施例の一覧により指針が提供されている。各例において列挙した一覧は単に代表する群としての目的を果たすのみであり、限定的一覧として解釈されるべきものではない。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１６】
ゲノミクスおよびプロテオミクスの分野は、現代化学および生化学処理システムに難題を投げかけている。ゲノミクスの場合はヌクレオチド、またプロテオミクスの場合はタンパク質の検出および／または解析には高スループットの多工程処理が望ましい。一態様において、本発明は液体試料に多様な化学プロセスを行うのに適した装置を提供する。本明細書で使用するように、液体試料とは未処理液体試料、例えば装置内に最初に装填される液体試料を指す。代替的には、液体試料という用語は任意の部分的に処理された試料、ａ）多工程処理シーケンス中の予定した複数の処理工程より少ないものを施した試料、あるいはｂ）例えば試料の残りの部分を一時的にあるいは永久的に残しつつ合計試料量の一部のみに特定の処理を施した場合には処理した試料のその部分、のいずれかを含む場合がある。
【００１７】
他の態様において、本発明は液体試料に多数の化学プロセス、例えば多数試料調製プロセス、検出プロセス、解析プロセス、あるいはそのようなプロセスの２つ以上の任意の組み合わせを行うシステムを提供する。さらに他の態様において、本発明は複数の液体試料を１つ以上の化学プロセスにかけることにより高スループット有用性を達成できるシステムを提供する。試料を並行して、ほぼ同時に、あるいはその両方で処理してもよい。
【００１８】
本発明による装置は、１つ以上の液体試料に１つ以上の化学プロセスを行うことにより１つ以上の液体試料を処理するのに適している。適当な化学プロセスには混合、反応、濾過、透析、合成、分画、検出、触媒作用（酵素による触媒作用を含む）反応、様々な分離の実施、およびこれらの組み合わせがあるが、これに限定されるものではない。
【００１９】
この装置は概して可変容量を有する複数のチャンバを含む。本明細書で使用するように、チャンバという用語は内容量を少なくとも部分的に規定する任意の構造形状を指すことがある。このように使用する場合、チャンバという用語はシリンジあるいはブラダなどの内容量を少なくとも部分的に規定する構造を含む。このため装置の他の要素をチャンバの一部分に取り付けてもよい。またチャンバを用いて例えばシリンジ、ブラダ、カートリッジ等の可変内容量を指すこともある。
【００２０】
本発明の装置のある実施形態ではチャンバを逆に装置から取り外してもよい。このため任意の所望程度まで空になった使用済み試料チャンバを、オフライン状態で所望程度充填された交換試料チャンバと交換することにより、試料を程度の差こそあれ連続的に供給することができる。
【００２１】
本発明のある実施形態は可変容量チャンバとして使い捨てシリンジなどの使い捨て要素を含む場合もある。このような使い捨て可変容量チャンバを有する装置は、このような安価な使い捨て要素を使用可能な化学処理シーケンスの実施コストを削減することができる。
【００２２】
これらのチャンバは、チャンバと１つ以上の通路との間に流体連通を提供する相互連結部を介して互いに流体連通している。この相互連結部をチャンバ間に１つ以上の管路あるいは通路を提供することができる任意の適当な材料で構成することができる。相互連結部を使い捨てにできる安価な材料で構成してもよい。このように使い捨ての可変容量要素との組み合わせにより、本発明の装置は一連のモジュール式の使い捨て要素を含んでもよく、これにより装置を迅速に再構成して異なる化学プロセス処理を行うことができる。
【００２３】
相互連結部は通路としてその中心を通る１つの中心ボアを含む場合がある。代替的には相互連結部は複数の通路を含む場合がある。例えば２つの端部を有する相互連結部は、第１の端部では流体連通しているが、それらの長さに沿って互いに流体絶縁するとともに、各通路が第２の端部で異なるチャンバと流体連通している、２つの別個の終端間通路を含む場合がある。複数のチャンバがある場合には、複数のチャンバ間に任意の所望レベルの流体連通を提供するために、相互連結部を分岐させても分岐させなくてもよい。
【００２４】
本発明の汎用性は一部には処理物質を選択することにより提供される。本明細書で使用するように、処理物質は液体試料の化学処理を例えば上記に列挙した化学プロセスの１つ以上により促進する任意の物質である。適当な処理物質には反応物、緩衝液、フィルタ、膜、ビーズ、サイズ排除媒質、機能的固体支持体、触媒（酵素を含む）、マーカー、親和性試薬、およびこれらの組み合わせがあるが、これに限定されない。処理物質を任意の適当な形状で提供してもよい。例えば、処理物質を通路あるいはチャンバ内の内腔の少なくとも一部分を占める充填材として提供してもよい。代替的にはある種の処理物質を通路あるいはチャンバの表面の被膜として提供してもよい。
【００２５】
処理物質を液体試料の少なくとも一部分と接触することができる装置の任意の部分に配置することにより、処理物質が所望の処理を行う機会を提供してもよい。処理物質の適当な位置は任意のチャンバ、１つ以上の通路を含む相互連結部の任意の部分、およびこれらの任意の組み合わせを含むが、これに限定されない。
【００２６】
装置は処理物質を配置するための複数の可能な位置を有するため、２つ以上の処理物質を提供する装置を設計することができる。２つ以上の処理物質を提供する場合、それらを装置内に共に配置してもよく、代替的には装置内で２つ以上の位置に提供してもよい。一実施形態では、例えば機能的支持体を相互連結部に提供するとともに、溶出緩衝液をチャンバのうちの１つに提供する。このように本発明の装置を１つの液体試料に対して複数の化学処理を行うように設計してもよい。
【００２７】
他の実施形態では、１つの処理物質を通路の内腔表面の被膜として提供するとともに、第２の処理物質を通路の容量の一部分を占める充填材として提供してもよい。代替的には通路を２つの処理物質の混合物で充填あるいは被覆してもよい。このように１つの試料を２つの処理物質の各々によりほぼ同時に処理してもよい。さらに他の実施形態では、２本の通路を備えた相互連結部を有する装置が各通路に異なる処理物質を含んでもよい。このようにして１つの試料に対して２つの異なる化学処理を行うことができる。この２つの処理を並行して、ほぼ同時に、あるいはその両方で行ってもよい。
【００２８】
上述のように相互連結部が複数の通路を含む本発明の一実施形態では、各通路が複数の通路のうちの他のものとは異なる処理物質を含んでもよい。例えば第１の端部では流体連通しているが、それ以外は互いに流体絶縁するとともに、第２の端部で異なるチャンバと流体連通している２つの別個の終端間通路を有する相互連結部は、その２つの通路内に異なる処理物質を含んでもよい。このような相互連結部は、第１の端部から第２の端部へ液体を移動することにより用いられる場合、試料を分割して２つの異なる化学処理をその分割試料に提供することができる。このような相互連結部は、第２の端部から第１の端部へ液体を移動することにより用いられる場合、試薬などの異なる化学処理を別々に受けた２つの溶液を化合することを可能にする。代替的には同じ処理物質を各通路に提供して、類似の化学処理を別々に受けた２つの溶液を化合することができるようにしてもよい。他の実施形態では相互連結部が３つ以上の通路を含んでもよい。
【００２９】
本発明の他の特徴は、以下にさらに詳細に説明するように、液体、例えば試料、緩衝液、反応物、あるいは洗浄溶液を、１つ以上のチャンバの容量の協調制御いわゆる「受動的弁調節」により、装置を介して方向付けることである。このため選択チャンバの容量を制御するだけで、個別シーケンスで装置を介して液体の流れを方向付けることができる。複数の処理物質を設けた装置では、所望のシーケンスで装置を介して液体を選択的に方向付けることにより試料に多数の連続処理を施すことができる。本発明による装置は１つ以上の逆止弁あるいは他の機械的あるいは電子的制御弁を含んでもよい。しかし受動的弁調節は安価であるとともに故障が少なくなる。
【００３０】
試料あるいは処理物質のいずれかは、液体であることが好ましい場合には、多数の化学処理を行うために装置を介して方向付けられた液体でもよい。すなわち処理物質が液体である場合には、処理プロセス中の適当な時に試料に接触するように方向付けることができる。代替的には処理プロセス中の適当な時に所望の処理物質に接触するように試料を方向付けてもよい。多工程の処理シーケンスは、液体試料、処理物質、それらの混合物、あるいは上記の任意の好適な組み合わせの方向付けを任意に適当に組み合わせて用いることにより所望の化学処理を行うことができる。一般には、装置を介して液体の流れを制御する能力により提供される汎用性のため、任意の所望の処理シーケンスを設計および／または選択することができる。
【００３１】
本発明の他の特徴は、装置が相互連結部に同時に接続された任意の数のチャンバを含むことができることである。このため装置を複合処理シーケンス用に所望の材料を事前装填した追加チャンバを提供するように設計するだけで、本発明を用いて多数の反応物、緩衝液、洗浄液等を含む複合処理を行うことができる。このようにして、多工程の処理シーケンスの後続工程用の処理物質を提供するためにチャンバを取り外して交換する必要なく、多工程の化学処理シーケンスを行うことができる。本発明の装置のこの実施形態は、ゲノミクスあるいはプロテオミクス解析用の試料調製に望ましいもののような自動化、高スループット化学プロセス・シーケンスを行うのに特に適している。
【００３２】
しかしある実施形態では、装置内でチャンバは可逆的に交換可能でもよい。すなわち装置は可逆的密封可能孔を含んでもよく、これを介して１つのチャンバと装置の残りの部分との間の流体連通が確立できる。このためチャンバの内容物、例えば洗浄緩衝液をそのチャンバから装置の残りの部分に所望程度分配することができる。この使用済みチャンバを取り外してプロセス・シーケンス内の後続工程に望ましい内容物、例えば反応物や他の洗浄緩衝液を含む他のチャンバと交換することができる。
【００３３】
また本発明による装置は、化学処理プロセスの特定の工程を容易にするために選択された１つ以上の追加要素を含んでもよい。例えば、装置は処理済みあるいは未処理試料の少なくとも一部分を検出するように設計された１つ以上の検出要素を含んでもよい。適当な検出要素には分光光度検出器、蛍光検出器、ｐＨ検出器、導電率検出器、あるいは屈折率検出器があるが、これに限定されない。このような検出要素は装置に一体に組み込まれていてもよく、あるいは装置自体の外部であるが、装置と共に用いるのに適合した要素でもよい。検出要素は相互連結部あるいは１つ以上のチャンバ内の１つ以上の化学種の検出に適合していてもよい。
【００３４】
本発明の装置と共に用いることができる追加要素の他の例は温度調節要素である。このような要素は相互連結部あるいは１つ以上のチャンバ内の温度を調節して、化学処理シーケンスの特定の工程の進行を少なくとも部分的に制御することができる。例えば、あるタイプの反応や他の化学相互作用の速度を、このような工程が行われる温度を制御することにより少なくとも部分的に制御することができる。
【００３５】
加えて、以下にさらに詳細に説明するように、チャンバの可変容量を制御するためにチャンバに作動装置を取り付けてもよい。
【００３６】
検出要素、温度調節要素および作動装置を、制御要素例えばプログラム可能なマイクロプロセッサにより制御してもよい。このような要素をプログラム可能なマイクロプロセッサなどの制御要素で制御することにより、化学処理工程の複雑なシーケンスを設計し、所望の試料、緩衝液、反応物等を装填し、制御要素を活性化させ、さらにシーケンスを自動的に行わせることができるため、化学処理シーケンスを行う人的コストを削減することができる。
【００３７】
本発明による装置は可変容量を有するチャンバを含む。可変容量チャンバは、シリンジなどのピストン状装置、ブラダなどの可撓壁を備えた容器、ベローなどの弾性要素を有する筐体、およびローリング・ダイアフラム装置を始めとする任意の適当な機械的形状で提供することができるが、これに限定されない。本発明の実施形態には、市販の使い捨てシリンジにより可変容量チャンバを提供するように構成することができるものもある。代替的には開口端を有するカートリッジやチャンバ壁により部分的に規定されたチャンバにより可変容量チャンバを提供してもよい。その開口端を介してカートリッジ内に挿入した時にチャンバ壁と共に摺動可能な流体密閉を形成するように嵌合された可動プラグを装備する場合、カートリッジはシリンジとして機能することができる。
【００３８】
図１は本発明と共に可変容量チャンバを提供するのに適したカートリッジ２０の平面図を示す。カートリッジ２０は開放端２６と、ほぼ開放端２６と対向するカートリッジ本体２４の端部に隔壁２２とを含むカートリッジ本体２４を含んでもよい。可動プラグ２８をカートリッジ２０内に配置することにより、可変容量チャンバ３０を少なくとも部分的に規定することができる。ある実施形態では装置を使用している間、カートリッジ本体２４の壁および隔壁２２はほぼ静止状態を保つ。このような実施形態では可変容量チャンバ３０の可変性はほぼカートリッジ２０内の可動プラグ２８位置による。
【００３９】
可動プラグ２８は、可動プラグ２８の位置を制御する手段、さらに可変容量チャンバ３０の容量への接続を便利にするためにねじスタッドなどの解除可能接続部３２を含んでもよい。単に一例として、プラグロッドを可動プラグ２８に接続することにより、カートリッジを可動プラグ２８の位置の手動あるいは自動制御に適合させることができる。しかし可動プラグ２８の位置を制御するいかなる方法も本発明で用いるのに適している。
【００４０】
またカートリッジ２０は、可変容量チャンバを提供するように用いられる場合、カートリッジ本体２４の内壁に対して可動プラグ２８の移動を容易にするために潤滑剤を含んでもよい。この潤滑剤は可動プラグ２８の少なくとも一部分、カートリッジ本体２４の少なくとも一部分、あるいはその両方と一体の構成要素であっても、あるいはその上に塗布してもよい。カートリッジ２０の可変容量チャンバ３０内に含まれるようにした材料に対して不活性であるように適当な潤滑剤を選択してもよい。適当な潤滑剤にはシリコーン類、シラン類および炭化水素類があるが、これに限定されない。ある実施形態では隔壁２２を、アルミニウムキャップ３４などのキャップによりカートリッジ本体２４に固定してもよい。
【００４１】
以下、図１に図示するとともに上述したカートリッジなどによるカートリッジによって提供される可変容量チャンバを有する装置に関して本発明を説明する。しかし可変容量チャンバを提供する他の機械的形状（ブラダ、ベロー、シリンジの代替形状等など）も、特に明記しない限り本発明での使用に同様に適している。
【００４２】
また、試料、試薬、緩衝液等の装填用あるいは回収チャンバとして使用する目的の特定のチャンバの識別表示は便宜上且つ例示のみを目的としたものである。本発明の装置の特徴は、任意の１つのチャンバの特定の機能が、オペレータが監視している処理動作シーケンスにより部分的に判断することができることである。
【００４３】
図２Ａ、２Ｂおよび２Ｃは、各々が可変容量を有するチャンバとして機能する４つのカートリッジ１０１、１０２、１０３および１０４を含む装置１００を用いた処理動作シーケンスの一例の概略図を提供する。このような処理動作シーケンスは、液体試料を処理物質と１度だけすなわち１パスで接触させるため、１パスシーケンス・プロトコルとして特徴付けることもできる。相互連結部１０５は内部通路（図示せず）を介してカートリッジ間の流体連通を提供する。各カートリッジは相互連結部１０５と係合してチャンバ間の流体連通を維持するようにしてもよい。
【００４４】
１パスシーケンス・プロトコルの一例（図２Ａ）として、カートリッジ１０１の可変容量チャンバ１３１に液体試料を満たして、従って試料チャンバとしてもよい。カートリッジ１０４の可変容量チャンバ１３４には第２の溶液、例えば洗浄緩衝液を満たしてもよい。カートリッジ１０２およびカートリッジ１０３は、図示のようにそれぞれ前方に位置するそれらの可動プラグ１１７および１１８でプロトコルを開始することにより、チャンバ１３２および１３３の容量を最小限にすることができる。相互連結部１０５は所定の方法で液体試料と相互作用するように選択された固定化分子などの処理物質１６０を含むことにより、液体試料の化学処理を提供することができる。
【００４５】
図２Ｂは１パスプロトコル中の液体試料の移動を図示している。選択カートリッジのプランジャロッドを固定して選択カートリッジのチャンバ内への液体の移動を防止してもよい（例えば図２Ｂにおいてプランジャロッド１１４および１１３が固定されている）。プランジャロッド１１１は、カートリッジ１０１内の可動プラグ１１６に接続して示されているが、前進させることにより、チャンバ１３１の容量を減少させることができる。図２Ｂに図示したようにプランジャロッド１１１を完全に前進させても、あるいは必要に応じて部分的に前進させてもよい。プランジャロッド前進の速度および程度は手動あるいは自動で制御することができる。
【００４６】
プランジャロッド１１１を前進させると、チャンバ１３１の容量が減少することにより、液体試料をチャンバ１３１から相互連結部１０５内へ押し出すとともに処理物質１６０と接触させる。同時にプランジャロッド１１２および可動プラグ１１７をカートリッジ１０２に対して外側に移動させることにより、チャンバ１３２の容量を増加させる。このため相互連結部１０５を通過してそのため処理物質１６０によって化学的に処理された液体試料の一部分は、チャンバ１３２に向けられる。処理物質１６０を介して向けられる液体試料が所望量になるまでプランジャロッド１１１を前進させてもよい。
【００４７】
プランジャロッド１１２の外側への移動は受動的でもよく、すなわちプランジャロッド１１３および１１４が固定されたままの状態でチャンバ１３１の容量の減少の結果としてチャンバ１３２に向けられた処理済み試料により外側に押し出されてもよい。代替的にはプランジャロッド１１２の外側への移動は能動的でもよく、すなわちプランジャロッド１１２を外側に引っ張ってもよい。プランジャロッド１１２のこのような能動的な外側への移動を手動あるいは自動で制御することができる。
【００４８】
必要な場合には、可動プラグを完全に前進させた時に存在しうる任意の残留容量１３５を最小限にするように１つ以上の可変容量チャンバを設計してもよい。このように残留容量を最小限にすることで液体試料の使用効率を上昇させることができる。
【００４９】
図２Ｃは液体試料をチャンバ１３１から所望の程度分配した後行われる後続処理工程を図示する。以下の説明は洗浄工程である後続の化学処理工程という状況で行う。しかし化学処理動作シーケンスの任意の適当な工程、例えば溶出工程を行ってもよい。従って所望の化学処理工程に適した任意の溶液をチャンバ１３４に提供してもよい。
【００５０】
洗浄工程の場合、洗浄溶液をカートリッジ１０４の可変容量チャンバ１３４に供給してもよい。カートリッジ１０１のプランジャロッド１１１を固定してチャンバ１３１への液体の逆流を防止してもよい。プランジャロッド１１４および可動プラグ１１９を前進させることにより、洗浄溶液を相互連結部１０５内に向ける。プランジャロッド１１１について上述したように、プランジャロッド１１４の前進を手動あるいは自動で制御することができる。プランジャロッド１１４が前進している間プランジャロッド１１３が固定され且つプランジャロッド１１２が可動のままの場合には、チャンバ１３４から相互連結部１０５に進入する洗浄溶液がさらに処理済み試料をチャンバ１３２に向けることになる。
【００５１】
所望量の処理済み試料がチャンバ１３２内に回収されると、プランジャロッド１１２が固定されるとともにプランジャロッド１１３が解放されることにより、プランジャロッド１１３をカートリッジ１０３に対して外側に移動させるとともにチャンバ１３３の容量を増加させることができる。プランジャロッド１１４を続けて前進させると処理済み試料、洗浄溶液、あるいは両方の混合物をチャンバ１３３内に向けることができる。プランジャロッド１１３の外側移動は、プランジャロッド１１２の外側移動の制御について上述したように受動でも能動でもよい。
【００５２】
前述のとおりチャンバ１３４内に装填された溶液は、洗浄液を提供することに加えてあるいは代わりに１つ以上の機能を提供することができる。例えばチャンバ１３４内に装填された溶液は、例えば後続試料の処理用の処理物質１６０を再生、あるいは例えば処理物質１６０への吸着により液体試料から除去された成分を解放することができる。後者の場合、処理物質１６０から解放された液体試料の成分をチャンバ１３３を満たす溶液に回収してもよい。図２Ａ、２Ｂおよび２Ｃに図示した処理動作シーケンスでは、チャンバ１３２およびチャンバ１３３は相互連結部１０５を通過した処理済み溶液を含み、そのうちの一方あるいは両方とも後続の解析、検出あるいはさらなる処理に有用である。
【００５３】
図３は図２Ａ、２Ｂおよび２Ｃに図示したような処理動作シーケンスの随意の特徴の概略図を提供する。この随意の特徴により装置は液体試料がマルチパス内で処理物質に接触するマルチパスシーケンス・プロトコルを行うことができる。図３は任意の２つのチャンバ間の液体の移動が可逆であることを図示している。この装置は図２Ａおよび図２Ｂと同様に図３において概略的に図示されている。チャンバ１３１からチャンバ１３２への液体試料の移動は、１パスシーケンス・プロトコルで上述したように達成可能である。液体試料が所望程度チャンバ１３２ヘ向けられた後、流れをチャンバ１３２から相互連結部１０５を介してチャンバ１３１へ戻すように向けることによりこの溶液流を反転することができる。この逆流は、カートリッジ１０３および１０４のプランジャロッド１１３および１１４をそれぞれ固定した状態で、可動プラグ１１７に接続されたプランジャロッド１１２をカートリッジ１０２内へ前進させることにより達成することができる。またプランジャロッド１１２の前進は手動でも自動でも制御することができる。さらにまた可動プラグ１１６の外側への移動は上述したように受動的あるいは能動的に、手動でも自動でも制御することができる。
【００５４】
チャンバ１３１および１３２の間の流れを往復させることで、相互連結部１０５および処理物質１６０を介する１パスを超えるある利点をもたらすことができる。例えば１パスは時には液体試料を所望程度処理するのに十分でない場合がある。図３に図示した循環は液体試料が所望程度処理されるまで多数回行うことができる。
【００５５】
チャンバ１３１および１３２に関して図示および説明したが、特定の処理動作シーケンスのために必要に応じて任意の２つのチャンバ間の流れを逆流させてもよい。また必要に応じて複数のこのような逆流工程を組み込んだ処理シーケンスを設計してもよい。
【００５６】
処理済み試料を任意の適当な可変容量チャンバ、例えばチャンバ１３２に回収してもよい。ある実施形態では処理済み試料が所望の試料である場合がある。他の実施形態では所望の処理物質を得るために１つ以上の追加処理工程が要求される場合がある。例えば、図２Ａ〜２Ｃに図示した１パスシーケンス・プロトコルに関して上述したように、所望の物質を得るために洗浄工程あるいは溶出工程などの後続処理工程を行ってもよい。１つのこのようなプロトコルにおいて、チャンバ１３４内に装填された溶液は処理物質１６０から１つ以上の所望分子を解放するとともに、適当な可変容量チャンバ、例えばチャンバ１３３内に回収してもよい。
【００５７】
また本発明による装置を用いてさらに複雑な処理動作シーケンスを行ってもよい。例えば試料を相互連結部内の処理物質として選択的濾過膜を一方向へ通過させる（単一あるいはマルチパス）ことにより例えば試料を濾過してもよい。洗浄液を反対方向に向けることにより濾過された材料を回収してもよい。さらなる処理、解析あるいは検出用に濾過液、濾過された材料、あるいはその両方を回収してもよい。
【００５８】
また本発明による装置を用いて合成反応を行ってもよい。反応物を気体、固体あるいは液体として１つ以上のチャンバに供給してもよい。反応物を個別に、あるいは少なくとも１つの他の反応物と組み合わせて例えば溶液状、乳液状等で供給してもよい。さらに単に必要な反応物すべてを供給するのに十分な数のチャンバを設けること、あるいは使用済みチャンバを合成の後続工程で使用するために装填されたチャンバと交換することにより、多工程合成を用いて分子を合成してもよい。このような複雑な合成経路は、反応生成物を分離するために濾過あるいは分離などの１つ以上のクリーンアップ工程を含んでもよい。１つ以上の温度調節要素を採用して合成経路の１つ以上の工程で温度を制御してもよい。
【００５９】
他の例として、本発明による装置を用いて試料を分画してもよい。多くの画分が必要な場合には、画分を回収する複数の可逆脱着可能チャンバを用いて連続分画を達成することができる。例えば各回収点において処理ユニットに接続された回収チャンバを連続的に満たし、取り外し、そして交換しながら２つの回収点間の試料の流れを交互に変えることにより試料を連続的に分画してもよい。このようにして、特定の回収チャンバが所望程度満たされた時に流れを変えることができるように試料の流れを制御することにより、充満回収チャンバを取り外して新しい回収チャンバと交換しながら画分回収を続けることができる。
【００６０】
上述したような１つ以上の異なる種類のプロセスを組み込んだ複雑な化学シーケンスを本発明による装置を用いて行うことができる。さらにまたプログラム可能なマイクロプロセッサなどの制御要素によりこのような装置を制御できるため、このような複雑なシーケンスを必要に応じて自動制御により行うことができる。
【００６１】
図４は説明したばかりのプロセスを行うのに適した装置１００の一実施形態の拡大斜視図を提供する。装置１００の図示の実施形態は、４つのカートリッジ１０１、１０２、１０３および１０４ならびに４つのプランジャロッド１１１、１１２、１１３および１１４により提供される複数の可変容量チャンバを含んでいる。相互連結部１０５は可変容量チャンバ間の流体連通を提供する。この実施形態では、プランジャロッドをすべて装置の一方側から制御できるように相互連結部１０５は「Ｕ」字形状である。対向するチャンバの容量を制御するプランジャロッドの端部を並べて配置できるために、「Ｕ」字形状相互連結部１０５によりプランジャロッドの位置、そのため相互連結部の反対側のチャンバの容量を容易に制御できる。これは、オペレータが装置の長さ越しに手を伸ばすことなく対向チャンバの容量を制御することができるため、プランジャロッドを手動制御している場合には特に有利である。
【００６２】
カートリッジ１０１および１０４を筐体２００に内嵌するように設計する一方、カートリッジ１０２および１０３を第２の筐体２０２に内嵌するように設計することができる。プランジャロッド１１１、１１２、１１３および１１４をそれぞれカートリッジ１０１、１０２、１０３および１０４の開放端１２６に収まるような大きさおよび構成にすることができる。各プランジャロッドは一端に、図５に図示するように可動プラグ１２８に固定したねじスタッド１３６を収容するように適合させたねじ２０４を装備してもよい。また各プランジャロッドは以下にさらに詳細に説明する自動制御装置を係合するようになっている端部２０６を有してもよい。代替的には装置を手動制御で操作されるように設計する場合には、各プランジャロッドの端部にサムプレートを設けてもよい。
【００６３】
装置１００は図４に図示したように、特にガラスで構成されている場合などカートリッジが損傷を受けやすい場合、あるいはカートリッジが筐体２００および２０２より長いために追加的な支持が望ましい場合、カートリッジを保護且つ支持する役目を果たす保持器２０８および２１０を含んでもよい。保持器２０８および２１０がある場合、１つ以上のカートリッジを収容するような大きさおよび形状にしてもよい。保持器２０８および２１０はそれぞれ筐体２００および２０２を脱着可能に係合する取り付け手段を含んでもよい。一実施形態では、取り付け手段は手動で取り外し可能であるとともに、保持器を筐体に再度取り付けることができる。保持器は例えば圧入により筐体に接続してもよく、代替的に筐体２００の近接端部付近のリップ２１４上に留まる延出アーム２１２を有していてもよい。
【００６４】
筐体２００および２０２の各々はノズル２２０を含んでもよい。筐体が複数のカートリッジを収容できる実施形態では、ノズル２２０は複数の開口を含んでもよい。例えば、図４に図示した実施形態は２つのカートリッジおよび２つの開口２２２および２２４を有するノズル２２０を収容できる筐体を含んでいる。これは図５に図示した実施形態と関連してより詳細に見られ、開口２２２がチャンバ１３１に通じるとともに開口２２４がチャンバ１３４に通じている。
【００６５】
相互連結部１０５は、各々が筐体のノズル端部を係合するように構成された第１の端部アダプタ２３０と第２の端部アダプタ２３２とを含んでもよい。一実施形態では端部アダプタ２３０および２３２の各々がノズル２２０に隣接した捕捉把持部２３６および２３８を係合するようになっている基部フランジ２３４を含んでいる。しかし相互連結部１０５とチャンバ間の流体密封シールを提供する手段であればよい。
【００６６】
図５は本発明による装置１００の一実施形態の一部分の断面平面図を提供する。この実施形態では筐体２００は一対の穿孔器２４０を含んでおり、各穿孔器がカートリッジの隔壁２２を貫通するように構成されていることにより、各カートリッジ内のチャンバとノズルの対応する開口（２２２または２２４）との間の流体連通を提供する。穿孔器２４０の各々は穿孔器本体２４２に固定された中空針２４６を含んでいる。中空針２４６はカートリッジのチャンバとプレナム２４８との間の流体連通を提供する。そのため例えばチャンバ１３１は針２４６、プレナム２４８および開口２２２を介して相互連結部１０５と流体連通している。Ｏ−リング２５６を穿孔器本体２４２の周囲に取り付けてプレナム２４８に対して流体密封シールを提供してもよい。フィンガー・フランジ２６０を設けて装置の手動操作を容易にしてもよい。
【００６７】
本発明による装置を独立した設計にしてもよい。代替的には図６に図示するように、多数の装置をより大型の装置３００内の処理ユニット４００として組み込んでもよい。装置３００を多数の処理ユニット４００を支持且つ作動させるように設計することにより、１つの装置３００内で多数の液体試料の化学処理を並行して行うことができる。さらに装置３００は多数試料の化学処理をほぼ同時に行うように設計してもよい。図６に示した装置は６つの支持且つ作動対象処理ユニット４００用であるが、装置３００を任意の所望数の処理ユニット４００を収容するように設計してもよい。
【００６８】
筐体支持ブロック３０４を基台３０２に積み重ねてもよい。筐体支持ブロック３０４は、各ブロックが１つ以上の処理ユニット４００を確実に収容且つ支持できるような形状の凹部を内部に形成してもよい。支持ブロック３０４は、ポリスチレン、ポリテトラフルオロエチレン、ポリカーボネート、ポリプロピレン等を始めとする任意の適当な支持媒体で構成してもよいが、これに限定されない。凹部は支持ブロック３０４を形成するために使用した特定の材料に適した任意のプロセスにより形成してもよい。例えば、凹部を支持ブロック３０４内へ型成形あるいは機械成形してもよい。
【００６９】
検出要素あるいは温度調節要素がある場合には、支持ブロック３０４内に組み込んでもあるいは取り付けてもよい。
【００７０】
装置３００の動作中、図６に示したように任意の適当な手段、例えばボルト３０８で１つ以上の構造部材３１０にボルト締めされた捕捉板３０６によって支持ブロック３０４を固定してもよい。
【００７１】
ある実施形態では、多数の処理ユニット４００を支持ブロック３０４の棚内に支持して、処理ユニット４００を容易且つ迅速に棚に係合あるいは解放するようにしてもよい。また可変容量チャンバを有する要素、例えばシリンジあるいはブラダを容易且つ迅速に処理ユニット４００に係合あるいは解放するように処理ユニット４００を設計してもよい。代替的には支持ブロックの棚を容易且つ迅速に基台３０２に係合あるいは解放してもよい。
【００７２】
装置３００の少なくとも一部分が容易且つ迅速に係合あるいは解放される実施形態がある用途に特に有用な場合がある。例えばこのような設計により、別々のチャンバ、例えばシリンジ内の処理試料の画分を回収するとともに、交換回収チャンバを装置３００内に挿入して処理試料の連続する中断のない回収を行うことができる。
【００７３】
本発明の装置のある実施形態では複数の作動装置があってもよい。これらの作動装置がある場合、処理ユニットに付随するプランジャロッドの制御用に設計してもよい。作動装置を１つ以上の処理ユニットのプランジャロッドの任意の所望レベルの協調制御を提供するように構成してもよい。多数処理ユニットによるプランジャロッドのこのような協調制御により、多数の処理ユニット内の液体の移動を１つの作動装置を制御することによって制御することができる。このため多数の化学処理シーケンスの進行をほぼ同時に制御することができる。
【００７４】
図６に示した実施形態は４つの作動装置３２１、３２２、３２３および３２４を含み、各作動装置は装置内に収容された各処理ユニット内の類似のチャンバの容量を制御するように設計されている。各処理ユニットが任意の数の可変容量チャンバを含み、各可変容量チャンバが作動装置に接続されていてもされていなくてもよいため、本発明による装置３００は任意の数の作動装置を含むことができる。
【００７５】
多数の試料の化学処理の協調制御が望ましい場合には、各作動装置を各処理ユニットの類似のプランジャロッドを係合するようにしてもよい。例えば、作動装置３２１を各処理ユニットの試料チャンバのプランジャロッド１１１と係合させてもよく、作動装置３２２を各装置の第１の回収チャンバのプランジャロッドに係合させる等してもよい。図６に図示したように、各作動装置はプランジャロッドに脱着可能に接続するための多数の受口３２６を含んでもよい。受口３２６はプランジャロッド上の締結構造を補う簡易脱着留め具、例えばボタン端部２０６を含んでもよい。
【００７６】
各作動装置は可逆摺動可能であるため、作動装置に取り付けられた各プランジャロッドの移動および配置を制御することができる。プランジャロッドに取り付けられた可動プラグの配置は、処理ユニット内の液体の流れを少なくとも部分的に方向付ける可変容量チャンバの容量を少なくとも部分的に決定するため、複数の処理ユニットの各々の中での液体の移動の並行制御に作動装置を用いることができる。
【００７７】
可逆摺動動作中、作動装置を摺動ロッド３２８により支持するとともに例えば送りねじ３３０により駆動してもよい。制御直線動作を発生させる他の方法も可能である。駆動ユニット３４０内のモータによる回転歯車により送りねじ３３０を駆動してもよい。また駆動ユニット３４０は、異なる手順に必要な様々な動作のタイミングのための制御機構を含むことにより、装置３００の各処理ユニット４００内で行われている化学処理シーケンスの自動制御を提供することができる。このような自動制御は、ゲノムあるいはプロテオミクス解析用の試料調製などの高スループット処理シーケンスを行うために特に有用である。この制御機構はマイクロプロセッサを含んでもよいが、カムフォロワあるいはリレーコントローラなどの代替制御機構も好適である場合がある。
【００７８】
各作動装置を制御機構に接続して制御機構が各作動装置を制御できるようにしてもよい。このようにして、装置３００内の各処理ユニット４００の様々なチャンバの容量を制御機構によって制御することにより、処理ユニット内の１つのチャンバから同じ処理ユニット内の他のチャンバへの液体の移動を制御する。また各作動装置を多数の類似のプランジャロッドに接続して、多数の類似の可動プラグ、従って多数の類似のチャンバの容量を制御することができるため、制御機構は多数の試料の並行処理を同時に制御することができる。
【００７９】
簡単にするため、本発明の様々な特徴を別個に説明した。このような説明は本発明の範囲を限定するものと解釈されるべきではない。本発明の特徴の１つは、装置および本発明により行うことができる多様な化学処理により提供される設計の汎用性である。従って、ある特定の実施形態の特徴を他の実施形態の特徴と組み合わせて本発明のさらなる実施形態を得ることができる。
【実施例】
【００８０】
以下の実施例は本発明の特徴、利点および他の詳細をさらに説明するためにのみ選択したものである。しかしこれらの実施例はこの目的を果たすが、特定の使用材料および量も他の条件や詳細も本発明の範囲を必要以上に限定するものではないことを明確に理解されるべきものである。
【００８１】
各実施例において、ガラスカートリッジ（ニュージャージー州ヴァインランドのキンブル（Ｋｉｍｂｌｅ（Ｖｉｎｅｌａｎｄ，Ｎ．Ｊ．））から入手可能な長さ８０ｍｍおよび内径７ｍｍ）を使用して必要に応じて溶液あるいは固体を収容した。ガラスカートリッジは各々開口端部と、その開口端部とほぼ対向する小塊状端部を含んでいた。これらのカートリッジを製造業者の提言に従ってシリコーン処理して（ミシガン州ミッドランドのダウ・コーニング（Ｄｏｗ  Ｃｏｒｎｉｎｇ（Ｍｉｄｌａｎｄ，ＭＩ））から入手可能な５６０メディカル・フルーイド（Ｍｅｄｉｃａｌ  Ｆｌｕｉｄ））平滑面を提供し、カートリッジ内のプランジャ移動を容易にした。
【００８２】
ねじ付き金属ポストを有する可動ゴムプラグ（直径７ｍｍ）（イリノイ州アボットパークのアボット（Ａｂｂｏｔｔ（Ａｂｂｏｔｔ  Ｐａｒｋ，ＩＬ））から入手可能）を各ガラスカートリッジの開口端部に挿入した。各ねじ付きポストをプランジャに取り付けて、プラグの位置を外部からに制御できるようにした。
【００８３】
あるカートリッジに必要に応じて溶液あるいは固体を装填した。溶液あるいは固体をカートリッジの小塊状端部における開口内に導いた。溶液あるいは固体がカートリッジの小塊状端部の開口と同じ高さになるまでゴムプラグを前進させた。カートリッジの小塊状端部をゴム張りのアルミニウム隔壁キャップ（メリーランド州ソールズベリのウィートン・ファーマテック（Ｗｈｅａｔｏｎ  Ｐｈａｒｍａｔｅｃｈ（Ｓａｌｉｓｂｕｒｙ，ＭＤ））から入手可能）を用いて圧着密封した。
【００８４】
他のカートリッジを処理済み試料の回収用に充てた。カートリッジ内でプラグをその最先端位置に前進させることにより回収カートリッジを組立てた。上述したようにカートリッジの小塊状端部をゴム張りアルミニウム隔壁キャップを用いて密封した。
【００８５】
以下の実施例の各々では、二重筒状シリンジ筐体（２０００年３月１０日に出願された本発明出願人の同時係属の国際公開第０１／６７９６１号パンフレットに記載されている）に上述したように組立てた２つのガラスカートリッジを嵌合させるとともに、ガラスカラムの各々に取り付けることにより、４つのシリンジチャンバ（ガラスカラムの各側に２つ）を有する密閉系を形成した。ガラスカラム（イギリス、ケンブリッジのオムニフィット（Ｏｍｎｉｆｉｔ（Ｃａｍｂｒｉｄｇｅ，Ｅｎｇｌａｎｄ））から入手可能な長さ１００ｍｍおよび内径３ｍｍ）に充填材を詰めるか流体管路として空で使用した。充填材で充填する場合、カラムを２５μｍフリット（これもオムニフィット（Ｏｍｎｉｆｉｔ）から入手可能）を含む端部取付具で密封した。カラムの各端部をルアーロック取付具を備えた二重筒状シリンジ筐体に取り付けた。
【００８６】
各実施例ではカートリッジ（特定の実施例に対して必要に応じて試薬、洗浄液、緩衝液を含みあるいは空で）を二重筒状シリンジ筐体内に装填した。各シリンジ筐体は、その筐体に内嵌されるガラスカートリッジのゴム張り隔壁キャップを貫通可能な２本の１６ゲージ針を有する挿入部を含んでいた。各針がカートリッジとシリンジ筐体のノズル内の開口との間に管路を提供した。各針およびそれに付随するノズル開口が筐体に装填されたカートリッジとカラムとの間に流体連通を提供した。
【００８７】
特定の工程で移動される液体の供給元でもなく供給先でもないカートリッジに関連するプランジャロッドを固定することにより、システムを介する流体の移動を制御した。特定の時に移動されるべき液体を含むカートリッジのプランジャロッドに正圧をかけた。回収カートリッジ、すなわち特定の工程中に移動される液体の供給先のプランジャロッドをそのカートリッジ内で受動的に摺動可能にすることにより、カートリッジ内のチャンバの容量を供給源カートリッジプランジャロッドにかけた正圧に応じて増加することができる。明示しない限り約０．５ｍＬ／分の速度でシステムを介して液体を方向付けた。
【００８８】
実施例１−イオン固定化
上記のシステムを用いて２行程、すなわち１パス行程およびマルチパス行程の各々に用いるイオン固定化システムを構成した。各行程に対して、ガラスカラムに固定化イミノジ酢酸を有する４％ビーズ・アガロース（イリノイ州ロックフォードのピアス（Ｐｉｅｒｃｅ（Ｒｏｃｋｆｏｒｄ，ＩＬ））から入手可能で、銅イオン結合能力＞０．９ｍｇ）を充填した。このカラムを蒸留脱イオン水と平衡状態に置いてアジ化ナトリウム防腐剤を除去した。硫酸銅を蒸留脱イオン水に溶解させて１６５ｍＭ溶液を作製した。その溶液の１．５ｍＬを第１のガラスカートリッジに装填した。２．５ｍＬの蒸留脱イオン水を第２のガラスカートリッジに装填した。
【００８９】
第１および第２のカートリッジを１つの二重筒状シリンジ筐体に挿入した。第３のカートリッジおよび第４のカートリッジを、ガラスカラムの他端部に取り付けられた他の二重筒状シリンジ筐体に挿入した。第３および第４のカートリッジは筐体に挿入したとき空であった。
【００９０】
１パス行程では、第１のカートリッジのプランジャロッドに正圧をかけることにより、硫酸銅溶液をガラスカラムに導入するとともに、その硫酸銅をそこに充填されたビーズ・アガロースと接触させた。第２および第４のカートリッジのプランジャロッドを固定したが、第３のカートリッジのプランジャロッドは固定しなかった。このためビーズ・アガロースに接触させた後、処理済み試料を第３のカートリッジのチャンバに方向付けて回収した。第１のカートリッジのプランジャロッドを完全に前進させると、硫酸銅がすべてカラム内に導入された。
【００９１】
第１のカートリッジのプランジャロッドを固定するとともに第２のカートリッジのプランジャロッドに正圧をかけて第２のカートリッジに装填された蒸留水をカラムに導入することによりカラムを洗浄して、非結合銅イオンをカラムから洗い流した。第３のカートリッジのプランジャロッドは固定されていないため、カラムから洗い流された非結合銅イオンは第３のカートリッジに向けられて回収された。このように非結晶銅イオンをすべて第３のカートリッジに回収した。
【００９２】
マルチパス行程では、上述の１パス行程の始めのように第２および第４のカートリッジのプランジャロッドを固定した。第１および第３のカートリッジのプランジャロッドに正圧を交互にかけて、硫酸銅溶液をアガロース充填カラムを往復させて９回通過させた。第１あるいは第３のカートリッジのうちの１つのプランジャロッドに正圧をかけるたびに他方のカートリッジ（「受動カートリッジ」）のプランジャロッドをそのカートリッジに対して外側にずれるようにさせることにより、溶液が一時的に受動カートリッジ内に集まった。
【００９３】
カラムを９回通過した後、溶液を第３のカートリッジに回収した。その後１パス行程で説明したようにカラムを洗浄した。このように非結合銅イオンをすべて第３のカートリッジに回収した。
【００９４】
各行程で約３．８ｍＬの処理済み溶液を第３のカートリッジに回収した。１パス行程で回収およびマルチパス行程で回収した出発溶液内の銅イオンの量を６５０ｎｍで分光比色解析した。各行程の出発溶液は、カラムの結合能力をはるかに超えた約１５．７３ｍｇの銅イオンを含んでいた。
【００９５】
１パス行程から回収された溶液は１５．７０ｍｇの銅イオンを含んでおり、１パス行程でカラムが０．０３ｍｇの銅イオンを固定したことを示している。マルチパス行程から回収された溶液は１５．４３ｍｇの銅イオンを含んでおり、マルチパス行程でカラムが１．３ｍｇの銅イオンを固定したことを示している。このようにカラムは１パスプロトコルを用いて能力の３％未満までしか銅イオンを結合しないが、カラムはマルチパスプロトコルを用いてほぼ飽和状態まで銅イオンを結合した。
【００９６】
実施例２−親和性固定
親和性固定化システムを構成して、１パス行程およびマルチパス行程の２つの行程の各々に使用した。以下を除いては実施例１で説明したようにシステムを構成した。ガラスカラムにミメティック・ブルー（Ｍｉｍｅｔｉｃ  Ｂｌｕｅ）ＳＡ  Ｐ６ＸＬビーズ（ブリテン諸島のマン島のプロメトリック・バイオサイエンス・リミテッド（ＰｒｏＭｅｔｒｉｃ  ＢｉｏＳｃｉｅｎｃｅｓ  Ｌｔｄ．（Ｉｓｌｅｓ  ｏｆ  Ｍａｎ，Ｂｒｉｔｉｓｈ  Ｉｓｌｅｓ））から入手可能）を充填するとともに、ｐＨ５．５の２５ｍＭリン酸ナトリウム緩衝液と平衡状態に置き、ヒト血清アルブミン２．０ｍＬを第１のガラスカートリッジ内に装填し、さらにｐＨ５．５の２５ｍＭリン酸ナトリウムを２．５ｍＬ含む洗浄緩衝液を第２のガラスカートリッジ内に装填した。
【００９７】
ヒト血清アルブミン（ミズーリ州セントルイスのシグマ・ケミカル・カンパニー（Ｓｉｇｍａ  Ｃｈｅｍｉｃａｌ  Ｃｏ．（Ｓｔ．Ｌｏｕｉｓ，ＭＯ））から入手可能なＨＳＡ）をｐＨ５．５の２５ｍＭリン酸ナトリウム緩衝液に溶解させて８．４５ｍｇ／ｍＬの濃度にすることによりヒト血清アルブミン溶液を調製した。
【００９８】
第１および第２のカートリッジを１つの二重筒状シリンジ筐体内に挿入した。第３のカートリッジおよび第４のカートリッジをガラスカラムの他端部に取り付けられた他の二重筒状シリンジ筐体内に挿入した。第３および第４のカートリッジは筐体に挿入したとき空であった。
【００９９】
実施例１の１パス行程と同様に１パス行程を行った。こうして非結合ＨＳＡをすべて第３のカートリッジに回収した。
【０１００】
実施例１のマルチパス行程と同様にマルチパス行程を行った。こうして非結合ＨＳＡをすべて第３のカートリッジに回収した。
【０１０１】
各行程で約４．３ｍＬの処理済み溶液を回収した。各第１のカートリッジ内に装填されたＨＳＡの量と各第３のカートリッジに回収されたＨＳＡの量を、ビシンコニン酸（ｂｉｏｃｉｎｃｈｏｎｉｎｉｃ）（ＢＣＡ）タンパク質定量（イリノイ州ロックフォードのピアス（Ｐｉｅｒｃｅ（Ｒｏｃｋｆｏｒｄ，ＩＬ））から入手可能）を用いて判定した。各第１カートリッジ内に約１６．９ｍｇのＨＳＡを装填した。１パス行程で回収した溶液で３．６ｍｇの非結合ＨＳＡが測定され、１パス行程で約１３．３ｍｇのＨＳＡがカラムに結合されたことを示している。マルチパス行程で３．３ｍｇのＨＳＡが非結合のまま残っており、マルチパス行程で約１３．６ｍｇのＨＳＡがカラムに結合されたことを示している。
【０１０２】
実施例３−疎水化固定および溶出
疎水化固定システムを構成して、１パス行程およびマルチパス行程の２つの行程の各々に使用した。以下を除いては実施例１で説明したようにこのシステムを構成した。ガラスカラムにドデシル・アガロース（ミズーリ州セントルイスのシグマ（Ｓｉｇｍａ（Ｓｔ．Ｌｏｕｉｓ，ＭＯ））から入手可能）を充填するとともに、ｐＨ７．２のリン酸緩衝生理食塩水（ＰＢＳ）と平衡状態に置き、ペプチド溶液を第１のカートリッジ内に装填し、さらにｐＨ７．２のＰＢＳを２．５ｍＬ含む洗浄緩衝液を第２のカートリッジ内に装填した。
【０１０３】
ｐＨ７．２の、ＰＢＳに溶解させたウシ血清アルブミン（ミズーリ州セントルイスのシグマ（Ｓｉｇｍａ（Ｓｔ．Ｌｏｕｉｓ，ＭＯ））から入手可能なＢＳＡ）をタンパク質分解することによりペプチド溶液を調製した。水に溶解したばかりのＴＣＰＫトリプシン（イリノイ州ロックフォードのピアス（Ｐｉｅｒｃｅ（Ｒｏｃｋｆｏｒｄ，ＩＬ）から入手可能）を１．６ｍｇ加えることによりタンパク質分解を行った。タンパク質分解溶液は３７℃で７２時間温置した。得られたペプチド溶液は、２１４ｎｍでの分光比色解析によると３０４ｍｇ／ｍＬの濃度でペプチドを含んでいた。
【０１０４】
第１および第２のカートリッジを１つの二重筒状シリンジ筐体内に挿入した。第３のカートリッジおよび第４のカートリッジをガラスカラムの他端部に取り付けられた他の二重筒状シリンジ筐体内に挿入した。第３および第４のカートリッジは筐体に挿入したとき空であった。
【０１０５】
実施例１の１パス行程と同様に１パス行程を行った。こうして非結合ペプチドをすべて第３のカートリッジに回収した。
【０１０６】
実施例１のマルチパス行程と同様にマルチパス行程を行った。こうして非結合ペプチドをすべて第３のカートリッジに回収した。
【０１０７】
各行程で約３．５ｍＬの溶液を回収した。原試料溶液と各々回収溶液内のＢＳＡペプチドの量を、２１４ｎｍでの分光比色解析により判定した。各行程の出発溶液は約４５６ｍｇ（１．５ｍＬ）のＢＳＡペプチドを含んでいた。１パス行程の通液で２４０ｍｇの非結合ペプチドが回収され、２１６ｍｇのＢＳＡペプチドがカラムによって固定されたことを示している。マルチパス行程の通液で２４７ｍｇの非結合ペプチドが回収され、マルチパス実験で２０９ｍｇのＢＳＡペプチドが固定されたことを示している。このようにドデシル・アロガースカラムを通過する回数を増やすことによるＢＳＡペプチドの疎水化固定の明確な増加はなかった。
【０１０８】
次に固定されたペプチドを１パス行程カラムおよびマルチパス行程カラムの各々から溶出させた。各溶出に対して、一方のシリンジ筐体において第１および第２のカートリッジを、溶出緩衝液として０．１％トリフルオロ酢酸を含む７０／３０アセトニトリル／水（ｖ／ｖ）を２．５ｍＬ含むカートリッジと交換した。また他方の二重筒状シリンジ筐体において第３および第４のカートリッジを空の回収カートリッジと交換した。
【０１０９】
実施例１の１パス行程と同様に各溶出を行った。こうして各溶出においてカラムから溶出したタンパク質を第３のカートリッジに回収した。
【０１１０】
各溶出に対して回収溶出量は４．７ｍＬであった。各溶出の第３のカートリッジで回収された溶出ＢＳＡペプチドの量を、２１４ｎｍでの吸光率を測定することにより判定した。１パス行程から溶出されたＢＳＡペプチドの質量は１１０ｍｇであった（１パスでカラムに疎水結合された２１６ｍｇのうち）。マルチパス行程から溶出されたＢＳＡペプチドの質量は１２８ｍｇであった（マルチパス行程でカラムに固定された２０９ｍｇのＢＳＡペプチドのうち）。
【０１１１】
実施例４−サイズ排除分離
以下を除いては実施例１で説明したようにサイズ排除分離システムを構成した。ガラスカラムにセファデックス（Ｓｅｐｈａｄｅｘ）Ｇ−２５（スウェーデン、ウプサラのアマシャム・ファルマシア・バイオテクＡＢ（Ａｍｅｒｓｈａｍ  Ｐｈａｒｍａｃｉａ  Ｂｉｏｔｅｃｈ  ＡＢ（ｕｐｐｓａｌａ，Ｓｗｅｄｅｎ））から入手可能）を充填するとともに、ｐＨ７．２のリン酸緩衝生理食塩水（ＰＢＳ）と平衡状態に置き、さらにｐＨ７．２のＰＢＳ緩衝液を２．５ｍＬ含む洗浄緩衝液を第２のガラスカートリッジ内に装填した。
【０１１２】
４ｍｇのローダミン標識ＢＳＡ（ミズーリ州セントルイスのシグマ（Ｓｉｇｍａ（Ｓｔ．Ｌｏｕｉｓ，ＭＯ））から入手可能なアルブミン、ウシ−スルホローダミン１０１酸塩化物）をｐＨ７．２の２００μＬＰＢＳに溶解させることにより色素標識されたタンパク溶液を調製した。
【０１１３】
第１および第２のカートリッジを１つの二重筒状シリンジ筐体内に挿入した。第３のカートリッジおよび第４のカートリッジをガラスカラムの他端部に取り付けられた他の二重筒状シリンジ筐体内に挿入した。第３および第４のカートリッジは筐体に挿入したとき空であった。
【０１１４】
第２および第４のカートリッジのプランジャロッドは固定したが、第３のカートリッジのプランジャロッドは固定しなかった。第１のカートリッジのプランジャロッドに正圧をかけることにより、色素標識タンパク溶液を０．５ｍＬ／分の速度でビーズ充填カラムに流入させた。標識ＢＳＡ溶液はビーズ床上に紫色の層を形成した。
【０１１５】
第１のカートリッジのプランジャロッドを固定するとともに第２のカートリッジのプランジャロッドの固定を解除した。第２のカートリッジのプランジャロッドに正圧をかけることにより、洗浄液を０．１ｍＬ／分の速度でそのカラムに流入させた。
【０１１６】
通液中にカラムにおいて未反応ローダミンからローダミン標識ＢＳＡの分離が観察できた。色素タンパク質画分は第１の明確画成バンドに含まれた。未反応色素分子は後尾の明確画成バンドに含まれた。このように色素タンパクバンドを第３のカートリッジに回収した。色素タンパクバンド全体を回収する際、第３のカートリッジのプランジャロッドを固定するとともに、および第４のカートリッジのプランジャロッドの固定を解除した。第２のカートリッジのプランジャロッドに正圧をかけると、第４のカートリッジ内に未反応色素帯が回収された。
【０１１７】
実施例５−カートリッジ化学反応
この実施例は化学反応を行うための複数カートリッジ設計の有用性を実証する。以下を除いては実施例１で説明したものと類似のシステムを採用した。ガラスカラムをｐＨ９．９７の０．２Ｍ炭酸ナトリウム緩衝液を充填したプラスチック管と交換し、第１のカートリッジにＢＳＡ固体を３．２ｍｇ装填し、第２のカートリッジにフローラリンク（ＦＬＯＲＯＲＬＩＮＫ）（アマシャム・ファラムシア・バイオテク（Ａｍｅｒｓｈａｍ  Ｐｈａｒａｍｃｉａ  Ｂｉｏｔｅｃｈ）Ｃｙ５非機能色素固体を装填し、さらに第３のカートリッジにｐＨ９．９７の０．２Ｍ炭酸ナトリウム緩衝液を１．５ｍＬ装填した。
【０１１８】
Ｃｙ５はＢＳＡなどのタンパク質に色素を共有結合させることができる機能群を含む蛍光色素である。
【０１１９】
第１および第２のカートリッジを一方の二重筒状シリンジ筐体内に挿入した。第３のカートリッジおよび第４のカートリッジを他方の二重筒状シリンジ筐体内に挿入した。第３および第４のカートリッジは筐体に挿入したとき空であった。
【０１２０】
第２および第４のカートリッジのプランジャを固定した。第１のカートリッジのプランジャは固定しなかった。第３のカートリッジのプランジャに正圧をかけることにより、プラスチック管に装填された炭酸ナトリウム緩衝液をＢＳＡ固体を含む第１のカートリッジに押し込んだ。ＢＳＡが第１のカートリッジに進入する炭酸ナトリウム緩衝溶液に溶解することにより、ＢＳＡ溶液ができた。
【０１２１】
第３および第４のカートリッジのプランジャを固定するとともに、第２のカートリッジのプランジャの固定を解除した。第１のカートリッジのプランジャに正圧をかけることにより、ＢＳＡ溶液を第２のカートリッジに移動させた。ＢＳＡ溶液によりフローラリンク（ＦＬＯＲＯＲＬＩＮＫ）Ｃｙ５色素がすぐに可溶化して、溶液が濃い青色に変化した。流れを反転させてさらに反応溶液と混合させた。溶液を２０分間反応させることにより、色素標識ＢＳＡを作製した。
【０１２２】
色素標識ＢＳＡをセファデックス（Ｓｅｐｈａｄｅｘ）Ｇ−２５（スウェーデン、ウプサラのアマシャム・ファルマシア・バイオテクＡＢ（Ａｍｅｒｓｈａｍ  Ｐｈａｒｍａｃｉａ  Ｂｉｏｔｅｃｈ  ＡＢ（ｕｐｐｓａｌａ，Ｓｗｅｄｅｎ））から入手可能なＰＤ−１０カラム）を用いて精製した。水で溶出しながらカラム上で色素標識ＢＳＡと未反応色素との間の明確な分離が観察された。
【０１２３】
実施例６−固定化学反応
この実施例は被分析物を固定マトリックスに複数回通過させた時の固定マトリックス上の化学反応の向上を実証する。この実施例ではタンパク溶液を固定トリプシンを含むマトリックスに通過させた。トリプシンは溶液中のタンパク質を分解することにより、ペプチド部分を作製する。
【０１２４】
固定化学反応システムを構成して、１パス行程およびマルチパス行程の２行程の各々に用いた。このシステムは以下を除いては実施例１で説明したものと類似していた。ガラスカラムにビーズ・アガロース（ミズーリ州セントルイスのシグマ（Ｓｉｇｍａ（Ｓｔ．Ｌｏｕｉｓ，ＭＯ））から入手可能）上に固定されたトリプシン（ＴＰＣＫ処理済み）を充填するとともにｐＨ８．２の１００ｍＭトリスと平衡状態に置き、第１のガラスカートリッジ内にＢＳＡ溶液を１ｍＬ装填し、さらに第２のガラスカートリッジ内にｐＨ８．２の１００ｍＭトリスを２．５ｍＬ装填した。
【０１２５】
ウシ血清アルブミン（ミズーリ州セントルイスのシグマ・ケミカル・カンパニー（Ｓｉｇｍａ  Ｃｈｅｍｉｃａｌ  Ｃｏ．（Ｓｔ．Ｌｏｕｉｓ，ＭＯ））から入手可能なＢＳＡ）をｐＨ８．２の１００ｍＭトリスに溶解させて約５ｍｇ／ｍＬの濃度にすることによりＢＳＡ溶液を調製した。
【０１２６】
第１および第２のカートリッジを１つの二重筒状シリンジ筐体内に挿入した。第３のカートリッジおよび第４のカートリッジをガラスカラムの他端部に取り付けられた他の二重筒状シリンジ筐体内に挿入した。第３および第４のカートリッジは筐体に挿入したとき空であった。
【０１２７】
１パス行程では、上述したようにプランジャロッドの操作によりＢＳＡ溶液を第１のカートリッジからビーズ充填カラムに導入した。しかしそのＢＳＡタンパク溶液を２３℃で６５分間固定トリプシンビーズと反応させた。６５分後、ＢＳＡタンパク質／ペプチド溶液を含むカラムを第２のカートリッジからの緩衝溶液で洗浄した。洗浄は上述のように行った。こうしてトリプシン消化ＢＳＡ溶液をすべて第３のカートリッジに回収した。
【０１２８】
マルチパス行程では、ＢＳＡ溶液を約０．５ｍＬ／分の速度でビーズ充填カラムを往復させて３１回通過させた。カラムはその３１回の通過中２３℃の温度に維持した。３１回の通過後、トリプシン消化ＢＳＡ溶液をすべて第３のカートリッジに回収した。
【０１２９】
各行程で約３．５ｍＬのトリプシン消化ＢＳＡ溶液を回収した。サイズ排除クロマトグラフィ（ＳＥＣ）を用いてタンパク質分解の程度の解析を行った。試料中に発色団がないため、ＳＥＣを利用したタンパク質および未反応色素画分の分画を以下の基準への類似により達成した。
【０１３０】
上記であるが発色団がある１パス行程およびマルチパス行程で回収されたＢＳＡ溶液を概算するために、色素標識ＢＳＡの溶液を調製した。各行程の回収溶液（３．５ｍＬ）に原試料溶液からのＢＳＡ（５ｍｇ）をすべて回収したということを前提とした。このため５ｍｇの色素標識ＢＳＡ（アルブミン、ウシ−スルホローダミン１０１酸塩化物、ミズーリ州セントルイスのシグマ（Ｓｉｇｍａ（Ｓｔ．Ｌｏｕｉｓ，ＭＯ）））をｐＨ８．２の１００ｍＭトリス３．５ｍＬに溶解させた。得られた色素標識ＢＳＡ標準溶液は、１パス行程およびマルチパス行程で回収された溶液のＳＥＣ特性に似ていた。
【０１３１】
ローダミン標識ＢＳＡ溶液をセファデックス（Ｓｅｐｈａｄｅｘ）Ｇ−２５カラム（ＰＤ−１０カラム、スウェーデン、ウプサラのアマシャム・ファルマシア・バイオテクＡＢ（Ａｍｅｒｓｈａｍ  Ｐｈａｒｍａｃｉａ  Ｂｉｏｔｅｃｈ  ＡＢ（Ｕｐｐｓａｌａ，Ｓｗｅｄｅｎ）））に適用した。ｐＨ８．２の１００ｍＭトリスで溶出しながらカラム上でローダミン標識ＢＳＡと未反応色素との明確な分離が観察された。先行バンドはローダミン標識ＢＳＡを含み、７ｍＬの量が回収された。未反応色素の溶出は２０ｍＬの回収量を必要とした。
【０１３２】
この基準に基づいてＳＥＣを利用して１パス行程およびマルチパス行程で回収された溶液を個別に分離した。各分離に対して７ｍＬの画分（非タンパク質分解タンパク質画分）と２０ｍＬの画分（タンパク質分解ペプチド画分）とを回収した。
【０１３３】
４つの画分（１パスタンパク質画分およびペプチド分画物、ならびにマルチパスタンパク質画分およびペプチド画分）に一次元ゲル電気泳動を施してクマシー（Ｃｏｏｍａｓｉｅ）ブルーで染色した。染色バンドは、タンパク質画分に対して非タンパク質分解ＢＳＡに相当する約６８ｋＤａに現われるとともにペプチド画分にはなく、非タンパク質分解ＢＳＡはどれもタンパク質画分に限定されていることが確認された。
【０１３４】
溶液各々に対してマトリックス支援レーザ脱離イオン化法−飛行時間型質量分析（ＭＡＬＤＩ−ＴＯＦＭＳ）を行って（ボイジャ（Ｖｏｙａｇｅｒ）、カリフォルニア州フォスター・シティのアプライド・バイオシステムズ（Ａｐｐｌｉｅｄ  Ｂｉｏｓｙｓｔｅｍｓ（Ｆｏｓｔｅｒ  Ｃｉｔｙ，ＣＡ）））、４つの試料のトリプシンタンパク質分解の程度を判定した。各画分を２μＬ滴下し、続けてマトリックス溶液（１％トリフルオロ酢酸を含む、アセトニトリルに溶かしたアルファ−シアノ４−ヒドロキシケイ皮酸：水を１：１）を１μＬを滴下して、製造業者の指示に従って試料を分析することにより試料を金マトリックス上で解析した。
【０１３５】
解析によりマルチパス行程で１パス行程より完全なＢＳＡのタンパク質分解が生じたことが分かった。１パス実験から得られたＢＳＡ分子イオンピーク（〜６７ｋＤａ）はマルチパス実験から得られた分子イオンピークの強度のほぼ２倍であり、後者の実験でより多くのＢＳＡがタンパク質分解されたことを示した。
【０１３６】
実施例７−１試料からの２成分の親和性固定
この実施例は、固定親和性試薬の混合物を含む単一カラムを用いたヒト血清からの２つのヒトタンパク質、アルブミンとＩｇＧの同時除去を実証する。以下を除いては実施例２で説明したようにシステムを構成した。ガラスカラムに６００μＬのミメティック・ブルー（Ｍｉｍｅｔｉｃ  Ｂｌｕｅ）ＳＡ  Ｐ６ＸＬビーズおよび４００μＬのマブソベント（Ｍａｂｓｏｒｂｅｎｔ）Ａ２Ｐビーズ（共にブリテン諸島のマン島のプロメティック・バイオサイエンス・リミテッド（ＰｒｏＭｅｔｉｃ  ＢｉｏＳｃｉｅｎｃｅｓ  Ｌｔｄ．（Ｉｓｌｅｓ  ｏｆ  Ｍａｎ，Ｂｒｉｔｉｓｈ  Ｉｓｌｅｓ））から入手可能）の混合物を充填するとともに、０．９％ＮａＣｌを含有するｐＨ６．０の５０ｍＭリン酸ナトリウム緩衝液と平衡状態に置き、ヒト血清試料１．０ｍＬを第１のガラスカートリッジ内に装填し、ｐＨ６．０の５０ｍＭリン酸ナトリウム緩衝液２．５ｍＬおよび１．５ｍＬをそれぞれ第２および第３のガラスカートリッジ内に装填した。
【０１３７】
微量遠心管内の１．０ｍＬのヒト血清（マサチューセッツ州フランクリンのインパス・プレディクティブ・オンコロジー（Ｉｍｐａｔｈ  Ｐｒｅｄｉｃｔｉｖｅ  Ｏｎｃｏｌｏｇｙ（Ｆｒａｎｋｌｉｎ，ＭＡ）））を卓上遠心分離機（ペンシルバニア州ウエストチェスターのＶＷＲサイエンティフィック（ＶＷＲ  Ｓｃｉｅｎｔｉｆｉｃ（Ｗｅｓｔ  Ｃｈｅｓｔｅｒ，ＰＡ）））内で毎分６０００回転で１０分間遠心分離することによりヒト血清試料を調製した。上澄み液２００μＬを、０．９％ＮａＣｌを含有するｐＨ６．０の５０ｍＭリン酸ナトリウム緩衝液１．８ｍＬで希釈して、第１のカートリッジに装填するヒト血清試料を作製した。
【０１３８】
第１および第２のカートリッジを１つの二重筒状シリンジ筐体内に挿入した。第３および第４のカートリッジをガラスカラムの他端部に取り付けられた他の二重筒状シリンジ筐体内に挿入した。第４のカートリッジは筐体に挿入したとき空であった。
【０１３９】
第１のカートリッジのプランジャロッドに正圧をかけることにより、出発ヒト血清をガラスカラムに導入して、その血清をアルブミンおよびＩｇＧ用の混合固定親和剤を含むビーズの混合物と接触させた。第２および第３のカートリッジのプランジャロッドは固定したが、第４のカートリッジのプランジャロッドは固定しなかった。このため第１のカートリッジのプランジャを前進させると、第４のカートリッジ内に液体が集まった。第１のカートリッジのプランジャロッドを完全に前進させると、出発ヒト血清がすべてカラム内に導入された。
【０１４０】
次に、第１および第３のカートリッジのプランジャロッドを固定するとともに、第２のカートリッジのプランジャロッドの固定を解除した。第２のカートリッジのプランジャロッドに正圧をかけて、第２のカートリッジ内に装填された緩衝溶液をカラムに導入することにより、カラムから処理済み血清を洗い流した。第４のカートリッジのプランジャロッドは固定されていないため、カラムから洗い流された処理済み血清は第４のカートリッジに向かい回収された。
【０１４１】
次に、第２および第３のカートリッジのプランジャロッドを固定するとともに、第１のカートリッジのプランジャロッドの固定を解除した。第４のカートリッジおよび第１のカートリッジのプランジャロッドに交互に正圧をかけて、処理済み血清をビーズ充填カラムを往復させてさらに８回通過させた。第１あるいは第４のカートリッジのうちの１つのプランジャロッドに正圧をかけている時はいつでも他のカートリッジ（「受動カートリッジ」）のプランジャロッドがそのカートリッジに対して外側に移動できるため、処理済み血清を一時的に受動カートリッジ内に回収することができる。
【０１４２】
合計９回のカラム通過後、ほとんどの処理済み血清は第４のカートリッジ内に回収された。第１および第４のカートリッジのプランジャロッドを固定するとともに、第２および第３のカートリッジのプランジャロッドの固定を解除した。第３のカートリッジのプランジャロッドに正圧をかけて、第３のカートリッジ内に装填された緩衝溶液をカラムに導入することにより、カラムから残留処理済み血清を洗い流した。残留処理済み血清および洗浄緩衝液は第２のカートリッジに回収された。
【０１４３】
こうして処理済み血清のすべてを第４のカートリッジおよび第２のカートリッジに回収した。第２のカートリッジおよび第４のカートリッジの内容物を合わせると、得られた総処理済み血清量は４．５ｍＬであった。
【０１４４】
出発ヒト血清試料および処理済み血清、すなわち第３および第４のカートリッジの合計内容物の両方にＢＣＡタンパク質定量（イリノイ州ロックフォードのピアス（Ｐｉｅｒｃｅ（Ｒｏｃｋｆｏｒｄ，ＩＬ））を行った。出発ヒト血清試料は７．５１ｍｇの総タンパク質を含んでいた。処理済み血清は１．２６ｍｇの総タンパク質を含んでいた。そのため６．２５ｍｇのタンパク質がカラムに保持された。
【０１４５】
カラムに保持されたタンパク質を、ｐＨ１１．５の０．１ＭＣＡＰＳ（３−シクロヘキシルアミノ−１−プロパンスルホン酸）緩衝液を用いて液体クロマトグラフィ（ＵＰＣ−９００、スウェーデン、ウプサラのアマシャム・ファルマシア・バイオテク（Ａｍｅｒｓｈａｍ  Ｐｈａｒｍａｃｉａ  Ｂｉｏｔｅｃｈ  ＡＢ（ｕｐｐｓａｌａ，Ｓｗｅｄｅｎ））により溶出した。得られた溶離剤はＢＣＡタンパク質定量によると６．２３ｍｇの総タンパク質を含んでいた。
【０１４６】
グリシンおよびドデシル硫酸ナトリウムを含むトリス緩衝液のランニング緩衝液内で４〜１５％トリス−ＨＣｌレディゲル（Ｔｒｉｓ−ＨＣｌ  Ｒｅａｄｙ  Ｇｅｌ）（カリフォルニア州ハーキュリーズのバイオラッド（ＢｉｏＲａｄ（Ｈｅｒｃｕｌｅｓ，ＣＡ））から入手可能）を用いて、出発ヒト血清、処理済み血清およびカラム溶離剤の試料を一次元ゲル電気泳動により解析した。このゲルにもＨＳＡスタンダード（ＨＳＡ  ｓｔａｎｄａｒｄ）（ミズーリ州セントルイスのシグマ・ケミカル・カンパニー（Ｓｉｇｍａ  Ｃｈｅｍｉｃａｌ  Ｃｏ．（Ｓｔ．Ｌｏｕｉｓ，ＭＯ））およびタンパク質スタンダード（カリフォルニア州ハーキュリーズのバイオラッド（ＢｉｏＲａｄ（Ｈｅｒｃｕｌｅｓ，ＣＡ））から入手可能なブロードバンド  スタンダード（Ｂｒｏａｄｂａｎｄ  Ｓｔａｎｄａｒｄ））を入れた。試料２０μＬと分解緩衝液４０μＬ（５０μＬの２−メルカプトエタノールおよび９５０μＬのレムリー（Ｌａｅｍｍｌｉ）試料緩衝液（バイオラッド（ＢｉｏＲａｄ）））を混合することによって各試料を変性させた。各変性試料４０μＬをレディゲル（Ｒｅａｄｙ  Ｇｅｌ）の別々のレーンのウエルに装填した。このゲルを約１時間１２０Ｖで流動させた。
【０１４７】
得られたゲルをバイオセーフ  クマシー（Ｂｉｏｓａｆｅ  Ｃｏｕｍａｓｓｉｅ）（バイオラッド（ＢｉｏＲａｄ））を用いて１時間染色するとともに、１晩脱イオン水中で脱色した。出発ヒト血清試料およびカラム溶離剤中で最も強く染色されていたタンパク質は、ＨＳＡ、ＩｇＧ重鎖、およびＩｇＧ軽鎖に対する分子量と一致していた。カラム溶離剤を含むレーンはまた他のタンパク質も含んでいた。しかし他のタンパク質の染色強度はＨＳＡ、ＩｇＧ重鎖およびＩｇＧ軽鎖の染色強度よりはるかに低かった。処理済み血清を含むレーンでＩｇＧ重鎖あるいはＩｇＧ軽鎖は検出されず、ＨＳＡの比較的軽強度バンドを検出した。
【０１４８】
本明細書に引用された特許、特許文献および公報の全開示を、各々が個々に引用されたように本明細書に引用して援用する。矛盾する場合には、定義を含めて本明細書が調整するものとする。
【０１４９】
当業者には本発明の範囲から逸脱することなく本発明の様々な変形および変更が明らかになるであろう。本発明は本明細書に記載された例示的実施形態および実施例に必要以上に限定されるものではなく、このような実施例および実施形態は単に例として示し、本発明の範囲は記載した請求の範囲によってのみ限定するものとすることは理解できよう。
【図面の簡単な説明】
【０１５０】
【図１】本発明による可変容量チャンバを有するカートリッジの平面図である。
【図２Ａ】４つのチャンバを有する装置を利用した単一処理動作シーケンスを図示する概略図である。
【図２Ｂ】４つのチャンバを有する装置を利用した単一処理動作シーケンスを図示する概略図である。
【図２Ｃ】４つのチャンバを有する装置を利用した単一処理動作シーケンスを図示する概略図である。
【図３】可逆流を採用した動作工程を図示する概略図である。
【図４】本発明による装置の一実施形態の斜視図である。
【図５】図４に図示した装置の一部分の平面断面図である。
【図６】複数処理ユニットを支持且つ作動させる装置の一実施形態の斜視図である。
【図１】
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【図２Ａ】
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【図２Ｂ】
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【図２Ｃ】
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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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【国際調査報告】
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