(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
指定されたプロトン濃度を、電解質溶液および／またはゲルを含む環境において作製する方法であって、この方法は、
ａ）分析物の混合物を置かれた、電解質溶液および／またはゲルを含む環境を含む、陽極と陰極の間に規定された容器を有するデバイスを準備すること、
ただし前記デバイスは、複数の作用電極および対向電極を有し、それらは、前記作用電極の各々の第１の側面が、前記作用電極と前記対向電極との間における前記環境の電気分解用体積を規定するために前記対向電極と向き合い、かつ、前記作用電極の各々の第２の側面が前記環境の第２の体積と向き合うように前記環境と接続される；
ｂ）所望されるプロトン濃度トポグラフィーを使用者によって指定すること；
ｃ）前記所望されるプロトン濃度トポグラフィーに従って、前記複数の作用電極の少なくとも１つと前記対向電極との間に流れる電流を調節すること、ただし前記電流は、前記環境を電気分解して、電気分解生成物を前記電気分解用体積において生じさせる；及び
ｄ）前記環境において電位を前記陽極と前記陰極の間に印加し、電気泳動の結果として前記電解質溶液および／またはゲルにおいて前記容器に沿って前記分析物の混合物をそれぞれの等電点に移動させること；
前記複数の作用電極は、前記電気分解生成物の少なくとも一部を前記第２の体積に移行することを可能にし、それにより、前記環境の前記第２の体積において前記指定されたプロトン濃度トポグラフィーに調和する前記陽極と前記陰極の間のプロトン濃度を作製し、
前記第２の体積における前記プロトン濃度は、個々の分析物がプロトン濃度トポグラフィーから生じる前記溶液および／またはゲル内のそれぞれの等電点への移動によって空間的に分離されるように、前記環境における前記混合物中の個々の分析物の分離を生じさせる、
を含む方法。
【請求項２】
前記作用電極の各々は、前記電気分解生成物が前記作用電極を通り抜けることに対して透過性である、請求項１に記載の方法。
【請求項３】
ｄ）前記環境の前記第２の体積において作製される前記プロトン濃度を測定すること、および、
ｅ）前記作用電極の各々と前記対向電極との間を通る前記電流を前記測定されたプロトン濃度に従って調節する制御装置に前記プロトン濃度を送ること
をさらに含む、請求項１または２に記載の方法。
【請求項４】
ｃ）に続いて、以前に指定されたプロトン濃度とは異なる所望されるプロトン濃度を指定すること、および、
電流を、前記作用電極の各々と前記対向電極との間に通し、それにより、プロトン濃度を前記環境の前記第２の体積において作製すること
をさらに含み、
前記電流は、前記第２の体積において作製される前記プロトン濃度が、前記異なる指定されたプロトン濃度トポグラフィーであるようにされる、請求項１〜３のいずれかに記載の方法。
【請求項５】
時間で変化される所望されるプロトン濃度トポグラフィーに従って前記電流を時間の関数として変化させることをさらに含む、請求項１〜４のいずれかに記載の方法。
【請求項６】
指定されたプロトン濃度を、電解質溶液および／またはゲルを含む環境において作製するためのデバイスであって、このデバイスは、
ａ）陽極と陰極の間に規定され、かつ分析物の混合物を置かれた、電解質溶液および／またはゲルを含む環境を含むように構成された容器；
ｂ）前記環境と接続された複数の作用電極；
ｃ）前記環境と接続された対向電極
ただし、前記陽極および前記陰極は、電気泳動電源が前記環境において前記陽極と前記陰極の間に電位を印加し、電気泳動の結果として前記電解質溶液および／またはゲルにおいて前記容器に沿って前記分析物の混合物をそれぞれの等電点に移動させるように配置される；
ｄ）所望されるプロトン濃度トポグラフィーに従って、前記複数の作用電極の少なくとも１つと前記対向電極との間に流れる電流を調節する制御装置、ただし前記電流は、前記環境を電気分解して、電気分解生成物を電気分解用体積において生じさせる；
を含み、
前記作用電極の各々および前記対向電極は、前記作用電極の各々の第１の側面が、前記作用電極の各々と前記対向電極との間における電気分解用体積を規定するために前記対向電極と向き合い、かつ、前記作用電極の各々の第２の側面が、前記容器の第２の体積と向き合い、前記電気分解用体積は前記容器の前記第２の体積と流体連絡しているように配置され、
前記複数の作用電極は、前記電気分解生成物の少なくとも一部を前記第２の体積に移行することを可能にし、それにより、前記環境の前記第２の体積において前記指定されたプロトン濃度トポグラフィーに調和する前記陽極と前記陰極の間のプロトン濃度を作製し、
前記第２の体積における前記プロトン濃度は、個々の分析物がプロトン濃度トポグラフィーから生じる前記溶液および／またはゲル内のそれぞれの等電点への移動によって空間的に分離されるように、前記環境における前記混合物中の個々の分析物の分離を生じさせる、
デバイス。
【請求項７】
前記作用電極の各々は、前記電気分解用体積において生じる電気分解生成物が前記作用電極の各々を通り抜けて前記第２の体積の中に入ることを可能にするために、前記電気分解生成物が前記作用電極を通り抜けることに対して透過性である、請求項６に記載のデバイス。
【請求項８】
電気分解用体積を満たし、かつ、前記作用電極の各々および前記対向電極と接触する、前記容器内に含有される電解質溶液および／またはゲルを含む環境をさらに含む、請求項６または７に記載のデバイス。
【請求項９】
前記容器は、イオンの通過に対して不透過性であるバリアによって少なくとも一部が物理的に規定される、請求項６〜８のいずれかに記載のデバイス。
【請求項１０】
前記容器は、前記第２の体積の大きさよりも実質的に大きい寸法を有する、請求項６〜８のいずれかに記載のデバイス。
【請求項１１】
電解質溶液および／またはゲルを含む前記環境が前記容器および前記電気分解用体積を満たすとき、前記作用電極の各々と前記対向電極との間における電気回路の確立を可能にするように構成される、請求項６〜１０のいずれかに記載のデバイス。
【請求項１２】
前記制御装置が、前記確立された電気回路を通る電流の大きさを変化させることを可能にするように構成される、請求項１１に記載のデバイス。
【請求項１３】
前記第２の体積の少なくとも一部におけるプロトン濃度の値を求め、かつ、前記プロトン濃度の値を前記制御装置に送るように構成される少なくとも１つのプロトン濃度センサーをさらに含み、前記制御装置はさらに、前記電流のそれぞれの大きさを、前記送られてきた値に応答して変化させるように構成される、請求項１２に記載のデバイス。
【請求項１４】
使用者が、前記電流の大きさに影響を及ぼす所望される値を入力することを可能にするように構成される制御装置入力用構成部分をさらに含む、請求項１２または１３に記載のデバイス。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
関連出願
この出願は、２００７年８月２７日に出願された米国仮特許出願６０／９３５６９８及び２００８年３月２５日に出願された米国仮特許出願６１／０３９２５７の利益を主張し、それらの出願の内容は、本明細書に完全に述べられているかのように参考として組み入れられる。
【背景技術】
【０００２】
本発明は、いくつかの実施形態において、分子相互作用の分野に関連し、具体的には、プロトンの局所的濃度、プロトン濃度勾配および所望されるプロトン濃度トポグラフィーを、電解質を含む環境（例えば、溶液またはゲルなど）において作製する際に有用な方法およびデバイスに関連する。本発明のいくつかの実施形態はまた、分析物分離および等電点フォーカシングの分野に関連する。本発明のいくつかの実施形態はまた、データ表示の分野に関連する。
【０００３】
等電点フォーカシングは、分析物サンプルにおける分子を、分子の異なるイオン的性質を利用することによって分離するための分析技術である。
【０００４】
等電点フォーカシングは、固定化されたプロトン濃度勾配（一般には、そのプロトン濃度勾配は、所与の方向において、より高いｐＨから、より低いｐＨにまで変化する）を有するゲル（通常、ポリアリールアミド、ポリアクリルアミド、デンプンまたはアガロースなどの物質のゲル）において行われる。
【０００５】
分析物がゲル上のある場所に負荷される。それぞれの異なる分子の電荷が、分子の様々な官能基の酸性度（ｐＫａ）に従って、周囲のプロトン濃度に応答して変化する。
【０００６】
電位が、等電点フォーカシング用陽極と、等電点フォーカシング用陰極との間においてプロトン濃度勾配と平行に印加される。正味の正荷電を有する分子がゲルの中を陰極に向かって移動し、一方、正味の負荷電を有する分子がゲルの中を陽極に向かって移動する。相対する正荷電のイオン（カチオン）が陰極に向かって移動し、かつ、相対する負荷電のイオン（アニオン）が陽極に向かって移動する。
【０００７】
分子が移動にするにつれ、周囲のｐＨが変化して、分子表面の正味の電荷を減らし、ついには、分子が等電点（ｐＩ）に達する。等電点では、周囲のｐＨのために、分子表面の正味の電荷がゼロになり、その結果、分子は、電位に起因する移動を停止する。分子が等電点を「行き過ぎる」ならば、その分子は向きを反転させる。
【０００８】
そのようにして、等電点フォーカシングは、同じｐＩを有する分子をゲルの非常に狭い十分に規定される体積に集中させる。
【０００９】
等電フォーカシングは、タンパク質が、異なる酸性度の多くの官能基を有することによって特徴づけられるので、タンパク質の分析のためにはことのほか有用である。
【００１０】
等電点フォーカシングはいくつかの欠点に悩まされる。十分な分解能を有するためには、多くの場合、様々なプロトン濃度勾配の種々の範囲にわたる異なるプロトン濃度勾配を有するいくつかの異なるゲルを有することが必要であり、このことは費用を増大させ、また、物流上の問題を生じさせる。壊れやすいゲルの自動化された操作は実行困難である。固定化されたプロトン濃度勾配を有するゲルは一般に高価であり、また、バッチ間の再現性に悩まされることがある。大きいタンパク質は、ゲルにおける細孔の中を移動することが困難である場合があるので、一部の分析物の分析では、ふるい効果に悩まされる場合がある。等電フォーカシングは、分析物分子の遅い移動のために時間がかかる場合がある。
【００１１】
この技術分野において知られている方法の欠点がより少ない、等電点フォーカシングを行うことができれば好都合である。
【発明の概要】
【００１２】
本発明は、いくつかの実施形態において、分子相互作用の分野に関連し、具体的には、いくつかの実施形態において、変更可能であり、したがって、所望されるように変化させることができるか、または、時間的に可変であるプロトン濃度トポグラフィー、ならびに、そのようなプロトンの指定された局所的濃度および指定されたプロトン濃度トポグラフィーを、電解質を含む環境において作製する際に有用な方法およびデバイスに関連する。
【００１３】
本発明のいくつかの実施形態は、この技術分野で知られている方法の欠点の少なくともいくつかがない等電点フォーカシングを提供する。
【００１４】
本発明のいくつかの実施形態はデータの表示を提供する。
【００１５】
いくつかの実施形態において、本発明は、複数の独立して制御可能なセル、例えば、一次元または二次元のアレイで配置される複数の独立して制御可能なセルと、電解質を含む環境とを含むデバイスを提供する。それぞれのセルが、指定されたプロトン濃度をそのような環境の関連した体積において独立して作製するように構成される。デバイスが作動させられるとき、使用者はこれらのセルを使用して、所望される一次元または二次元のプロトン濃度トポグラフィーをそのような環境において作製することができ、この一次元または二次元のプロトン濃度トポグラフィーにおいて、そのような環境のそれぞれの体積が、隣接する体積におけるプロトン濃度に実質的に依存しない指定されたプロトン濃度を有する。
【００１６】
いくつかの実施形態において、プロトン濃度トポグラフィーは変更可能である。いくつかのそのような実施形態において、使用者は、セルを制御することによって、プロトン濃度をこれらの体積の一部またはすべてにおいて選ぶことができ、結果として、プロトン濃度トポグラフィーを選ぶことができる。いくつかの実施形態において、使用者は、プロトン濃度を時間の関数としてこれらの体積の一部またはすべてにおいて選ぶことができ、結果として、プロトン濃度トポグラフィーを時間の関数として選ぶことができる。
【００１７】
したがって、本発明のいくつかの実施形態の１つの局面によれば、ａ）複数の隣接する個別的体積に分割される、電解質を含む環境と、ｂ）任意の２つの隣接する体積の間の境界体積と、ｃ）指定されたプロトン濃度を有するそれぞれの体積とを含むプロトン濃度トポグラフィーが提供される。
【００１８】
実施形態に依存して、これらの体積は一次元で配置され、これにより、例えば、体積の一次元アレイを構成するか、または、二次元で配置され、これにより、例えば、体積の二次元アレイを構成するか、または、三次元で配置され、これにより、例えば、三次元アレイを構成する。
【００１９】
いくつかの実施形態によれば、環境を貫く所与の方向において、隣接する体積の間におけるプロトン濃度の変化率が実質的に単調である。
【００２０】
いくつかの実施形態によれば、環境を貫く所与の方向において、隣接する体積の間におけるプロトン濃度の変化率が変化する。
【００２１】
いくつかの実施形態によれば、プロトン濃度トポグラフィーは制御可能に変更可能である。いくつかの実施形態によれば、プロトン濃度トポグラフィーは時間の関数として制御可能に変更可能である。
【００２２】
本発明のいくつかの実施形態の１つの局面によれば、指定されたプロトン濃度トポグラフィーを、電解質を含む環境において作製する方法が提供され、この場合、この方法は、
ａ）それぞれのセルが、指定されたプロトン濃度を、電解質を含む環境の関連する体積において、例えば、前記環境の成分の電気分解によって作製するように構成される複数の独立して制御可能なセルを提供すること；
ｂ）電解質を含む環境を前記複数のセルと接触させて、その結果、前記環境を、それぞれの体積がセルに関連する複数の隣接する個別的体積に分割するようにすること；
ｃ）所望されるプロトン濃度トポグラフィーを指定すること；および
ｄ）前記複数のセルのそれぞれのセルを作動させて、その結果、指定されたプロトン濃度を前記環境におけるセルに関連するそれぞれの体積において作製するようにすること
を含み、
ただし、それぞれの体積において作製される指定されたプロトン濃度が全体として、指定されたプロトン濃度トポグラフィーを構成する。
【００２３】
本発明のいくつかの実施形態の１つの局面によれば、プロトン濃度トポグラフィーを、電解質を含む環境において作製するためのデバイスが提供され、この場合、このデバイスは、
ａ）それぞれのセルが、指定されたプロトン濃度を、電解質を含む環境の関連する体積において、例えば、実質的に他のセルと独立しつつ前記環境の成分の電気分解によって作製するように構成される複数の独立して制御可能なセル；および
ｂ）電解質を含む環境を含有するように構成される、前記複数のセルに機能的に関連する容器で、指定されたプロトン濃度を、容器に含有される前記環境の関連する体積においてセルによって作製することを可能にするように構成される容器
を含む。
【００２４】
本発明のいくつかの実施形態の１つの局面によれば、指定されたプロトン濃度を、電解質を含む環境において作製する方法が提供され、この場合、この方法は、
ａ）電解質を含む環境を提供すること；
ｂ）作用電極および対向電極を前記環境と接触させ、その結果、
作用電極の第１の側面が、作用電極と対向電極との間における前記環境の電気分解用体積を規定するために対向電極と向き合い、かつ、
作用電極の第２の側面が前記環境の第２の体積と向き合う
ようにすること；
ｃ）所望されるプロトン濃度を指定すること；
ｄ）電流を、作用電極と対向電極との間に通し、その結果、前記環境の成分を電気分解して、電気分解生成物（例えば、イオン）を電気分解用体積において生じさせるようにすること；および
ｅ）電気分解生成物の少なくとも一部を第２の体積に移し、それにより、プロトン濃度を前記環境の第２の体積において作製すること
を含み、
ただし、電流は、第２の体積において作製されるプロトン濃度が、指定されたプロトン濃度であるようにされる。いくつかの実施形態によれば、作用電極は、電気分解生成物が作用電極を通り抜けることに対して透過性であり（例えば、網目物から作製され）、かつ、その移動は、電気分解用体積において生じる電気分解生成物が作用電極を通り抜けて第２の体積の中に入り、それにより、プロトン濃度を第２の体積において作製することを可能にすることを含む。
【００２５】
本発明のいくつかの実施形態の１つの局面によれば、指定されたプロトン濃度を、電解質を含む環境において作製するためのデバイスが提供され、この場合、このデバイスは、
ａ）作用電極；および
ｂ）対向電極
を含み、
ただし、作用電極および対向電極は、
作用電極の第１の側面が、作用電極と対向電極との間における電気分解用体積を規定するために対向電極と向き合い、かつ、
作用電極の第２の側面が、電解質を含む環境を含有するように構成される容器の体積と向き合う
ように配置され、この場合、電気分解用体積は容器の体積と流体連絡している。いくつかの実施形態によれば、作用電極は、電気分解用体積において生じる電気分解生成物が作用電極を通り抜けて第２の体積の中に入ることを可能にするために、電気分解生成物が作用電極を通り抜けることに対して透過性である（例えば、網目物から作製される）。
【００２６】
本発明のいくつかの実施形態の１つの局面によれば、分析物を、等電点フォーカシングを使用して分析する方法が提供され、この場合、この方法は、
ａ）等電点フォーカシングによる分析のために好適な分析物を、電解質を含む環境に置くこと；
ｂ）固定化されていないプロトン濃度トポグラフィーを前記環境において作製すること；
ｃ）電位差を前記環境に印加すること；および
ｄ）前記環境における分析物の成分の存在位置をプロトン濃度トポグラフィーおよび電位差に関連して観測し、それにより、分析物を、等電点フォーカシングを使用して分析すること
を含む。いくつかの実施形態によれば、固定化されていないプロトン濃度トポグラフィーは変更可能である。
【００２７】
本発明のいくつかの実施形態の１つの局面によれば、等電点フォーカシングの方法を実行することにおいて有用なデバイスが提供される。
【００２８】
本発明のいくつかの実施形態の１つの局面によれば、データを表示する方法が提供され、この場合、この方法は、
ａ）それぞれのセルが、指定されたプロトン濃度を、電解質を含む環境の関連する体積において、例えば、電気分解によって作製するように構成される複数の独立して制御可能なセルを提供すること；
ｂ）環境を前記複数のセルと接触させて、その結果、環境をそれぞれの体積がセルに関連する複数の隣接する個別的体積に分割するようにすること、ただし、環境は、
電解質、および
環境におけるプロトン濃度に依存する外観を有するｐＨ感受性指示剤
を有する；および
ｃ）前記複数のセルのそれぞれのセルを作動させて、その結果、指定されたプロトン濃度を前記環境のそれぞれの関連する体積において作製するようにすること、
を含み、
ただし、それぞれの体積において作製される指定されたプロトン濃度が、指定された外観をｐＨ指示剤に与え、かつ
これらの体積におけるｐＨ指示剤の全体的外観が、データの表示を構成する像である。
【００２９】
本発明のいくつかの実施形態の１つの局面によれば、データを表示する方法を実行することにおいて有用なデバイスが提供される。
【００３０】
別途定義されない限り、本明細書で使用されるすべての技術的用語および／または科学的用語は、本発明が属する技術分野の当業者によって一般に理解されるのと同じ意味を有する。矛盾する場合には、定義を含めて、本特許明細書が優先する。加えて、本明細書に開示される材料、方法および実施例は例示にすぎず、必ずしも限定であることは意図されない。
【００３１】
本明細書で使用される用語「備える／含む／有する（ｃｏｍｐｒｉｓｉｎｇ、ｉｎｃｌｕｄｉｎｇ及びｈａｖｉｎｇ）」またはその文法的変形は、述べた特徴、整数、工程または構成要素を特定するものとして解釈されるが、一つ以上の追加の特徴、整数、工程、構成要素またはそれらの群の追加を除外しない。この用語は、用語「からなる（ｃｏｎｓｉｓｔｉｎｇ  ｏｆ）」および用語「から本質的になる（ｃｏｎｓｉｓｔｉｎｇ  ｅｓｓｅｎｔｉａｌｌｙ  ｏｆ）」を包含する。
【００３２】
本明細書で使用される表現「から本質的になる」またはその文法的変形は、述べた特徴、整数、工程または構成要素を特定するものとして解釈されるが、追加の特徴、整数、工程、構成要素またはそれらの群が、主張される組成物、装置または方法の基本的かつ新規な特徴を実質的に変化させない場合にだけ、一つ以上の追加の特徴、整数、工程、構成要素またはそれらの群の追加を除外しない。
【００３３】
本明細書中で使用される場合、不定冠詞の“ａ”および“ａｎ”は、文脈から、別途、明確に示される場合を除き、「少なくとも１つ」または「１つまたは複数」を意味する。
【００３４】
文脈から、別途、明確に示される場合を除き、用語「ｇｅｎｅｒａｔｅ（生じさせる）」および用語「ｐｒｏｄｕｃｅ（作製する）」またはそれらの文法的変化形は、同義的であると見なされるものとする。
【００３５】
本明細書中において、用語「セル（の）アレイ」および用語「電極アレイ」は、いくつかの場合には、交換可能に使用される。
【００３６】
本明細書中において、用語「分析物」および用語「物質」は、いくつかの場合には、異なる状況において、同じ概念についてである。用語「分析物」は一般には、分析的状況（例えば、混合物に存在する物質の量の分析）における物質を示し、一方、より一般的な「物質」は、例えば、調製的状況における物質を示す。
【図面の簡単な説明】
【００３７】
本発明のいくつかの実施形態は、添付図面を参照して例示としてのみ本明細書に記載される。図面と一緒の説明は、本発明の実施形態がどのように実施されるかを当業者に明らかにする。図面は、本発明の実施形態の説明的議論の目的のためであり、本発明の基本的理解のために必要である以上に詳細に実施形態の構造上の詳細を示す意図はない。明確化のために、図に示されるほとんどの物体は縮尺通りでない。
【図１Ａ】図１Ａは、様々な一次元プロトン濃度トポグラフィーを概略的に示す。
【図１Ｂ】図１Ｂは、様々な二次元プロトン濃度トポグラフィーを概略的に示す。
【図１Ｃ】図１Ｃは、プロトン濃度トポグラフィーを作製するためのデバイスを斜視図にて概略的に示す。
【図２Ａ−Ｂ】図２Ａは、指定されたプロトン濃度を作製するためのデバイスを側断面において概略的に示す。図２Ｂは、図２Ａのデバイスにおける電気分解の生成物の濃度を定量的に示すグラフである。
【図３Ａ】図３Ａは、等電点フォーカシングにおける使用のために好適な一次元プロトン濃度トポグラフィーを作製するためのデバイスを概略的に示す。
【図３Ｂ】図３Ｂは、等電点フォーカシングにおける使用のために好適な一次元プロトン濃度トポグラフィーを作製するためのデバイスを概略的に示す。
【図３Ｃ】図３Ｃは、等電点フォーカシングにおける使用のために好適な一次元プロトン濃度トポグラフィーを作製するためのデバイスを概略的に示す。
【図４Ａ】図４Ａは、等電点フォーカシングにおける使用のために好適な一次元プロトン濃度トポグラフィーを作製するためのデバイスを概略的に示す。
【図４Ｂ】図４Ｂは、等電点フォーカシングにおける使用のために好適な一次元プロトン濃度トポグラフィーを作製するためのデバイスを概略的に示す。
【図４Ｃ】図４Ｃは、等電点フォーカシングにおける使用のために好適な一次元プロトン濃度トポグラフィーを作製するためのデバイスを概略的に示す。
【図５Ａ】図５Ａは、等電点フォーカシングにおける使用のために構成される一次元プロトン濃度トポグラフィーを作製するためのデバイスを概略的に示す。
【図５Ｂ】図５Ｂは、等電点フォーカシングにおける使用のために構成される一次元プロトン濃度トポグラフィーを作製するためのデバイスを概略的に示す。
【図５Ｃ】図５Ｃは、等電点フォーカシングにおける使用のために構成される一次元プロトン濃度トポグラフィーを作製するためのデバイスを概略的に示す。
【図６Ａ】図６Ａは、等電点フォーカシングにおける使用のために構成される一次元プロトン濃度トポグラフィーを作製するためのデバイスを概略的に示す。
【図６Ｂ】図６Ｂは、等電点フォーカシングにおける使用のために構成される一次元プロトン濃度トポグラフィーを作製するためのデバイスを概略的に示す。
【図７Ａ−Ｂ】図７Ａ−Ｂは、本発明の教示を実行するために実際に構築および使用された、一次元プロトン濃度トポグラフィーを作製するためのデバイスの概略的な上面図である。
【図８Ａ−Ｂ】図８Ａ−Ｂは、図７Ａに示されるデバイスを使用して作製されるプロトン濃度を示すグラフである。
【図８Ｃ】図８Ｃは、図７Ｂに示されるデバイスを使用して作製されるプロトン濃度トポグラフィーを示すグラフである。
【図９Ａ−Ｂ】図９Ａ−Ｂは、等電点フォーカシングにおける使用のために構成される一次元プロトン濃度トポグラフィーを作製するためのデバイスの実施形態を概略的に示す。
【図１０Ａ−Ｆ】図１０Ａ−Ｆは、混合物における分析物を分離するための本発明の方法の実施形態を概略的に示す。
【発明を実施するための形態】
【００３８】
本発明は、いくつかの実施形態において、プロトン濃度トポグラフィー、ならびに、プロトン濃度トポグラフィーを、電解質を含む環境（例えば、溶液またはゲルなど）において、一般には、低い無視できるほどの緩衝能を有する環境、または、緩衝能が存在しない環境において作製するための方法およびデバイスに関する。いくつかの実施形態において、本発明のプロトン濃度トポグラフィーは固定化されておらず、すなわち、所望されるとき、および、必要に応じて、要望に応じて作製される。いくつかの実施形態において、作製されたプロトン濃度トポグラフィーは変更可能であり、すなわち、自由に制御可能に変化させることができるか、または、時間の関数として制御可能に変化させることができる。いくつかの実施形態はまた、例えば、等電点フォーカシングのために有用であり、また、分析物を精製するために有用である、（例えば、ゲルとは対照的に）液体などの流体におけるプロトン濃度トポグラフィーに関連する。いくつかの実施形態は等電点フォーカシングに関連するか、または、等電点フォーカシングを実行するために有用である。いくつかの実施形態は流体における等電点フォーカシングに関連するか、または、流体における等電点フォーカシングを実行するために有用である。いくつかの実施形態はデータの表示に関連するか、または、データの表示のために有用である。
【００３９】
本発明の教示の原理、使用および実施は、付随する説明および図面を参照してより良く理解されうる。本明細書中に存在する説明および図面を精査すれば、当業者は過度の努力
または実験なしで、本発明の教示を実施することができる。図面において、同様の参照番号は全体を通して同様の部品を示す。
【００４０】
本発明の少なくとも１つの実施形態を詳細に説明する前に、本発明は、その適用において、本明細書に述べられた細部に限定されないことを理解しなければならない。本発明は、他の実施形態が実施可能であり、または様々な方法で実施または実行されることができる。また、本明細書中で用いられる表現および用語は説明のためであり、従って限定として見なされるべきではないことを理解しなければならない。
【００４１】
上記で記されたように、本発明のいくつかの実施形態は、電解質を含む環境におけるプロトン濃度に関連する。そのような環境は、そのような環境におけるプロトン濃度に影響を及ぼす化学的実体（例えば、プロトンおよびヒドロキシルアニオンなど）の電気分解生成を可能にする。典型的なそのような環境には、等電点フォーカシングおよび電気泳動の技術分野で知られている水溶液およびゲルが含まれる。
【００４２】
この技術分野において、様々なプロトン濃度勾配が知られている。例えば、電流が、電解質を含む緩衝化されていない環境に浸けられた２つの電極の間に通されるとき、単調なプロトン濃度勾配が作製され、例えば、陽極に近い高いプロトン濃度が、陰極に近い低いプロトン濃度にまで連続的かつ単調に低下する。そのようなプロトン濃度勾配は、所望されるときにだけ作製されるので固定化されていない。そのようなプロトン濃度勾配はまた、電極間を通る電流を変化させることにより、勾配が変化するので、変更可能である。
【００４３】
対照的に、先行技術の等電点フォーカシング方法は、非流体環境（例えば、ゲルなど）において固定化された変更できないプロトン濃度勾配の使用に基づいている。
【００４４】
本発明のいくつかの実施形態は、環境におけるプロトン濃度トポグラフィーに関連する。プロトン濃度トポグラフィーによって、環境におけるプロトン濃度の分布が意味され、そのようなものとして、用語「プロトン濃度勾配」が含まれる。しかしながら、用語「プロトン濃度勾配」は、場所の関数としての、直線的な、連続的かつ単調に変化するプロトン濃度を連想させる一方で、用語「プロトン濃度トポグラフィー」は、より広い意味を有しており、一次元（例えば、直線、曲線、幾何学的図形の外形（円など））、二次元（例えば、平面状表面、湾曲表面、凹形表面、凸形表面）および三次元でのプロトン濃度の分布を含む。用語「プロトン濃度トポグラフィー」には、環境を貫く所与の方向において、プロトン濃度の変化率が連続的でない、および／または、単調でないトポグラフィーが含まれる。
【００４５】
いくつかの実施形態において、プロトン濃度は変更可能であり、制御された様式で変化させることができる。したがって、様々な実施形態において、プロトン濃度トポグラフィーは、所望される任意の形状またはパターンを有することができ、そのような形状またはパターンは、様々な実施形態において、制御可能な様式で変化させることができる。いくつかの実施形態において、制御可能かつ調節可能なプロトン濃度トポグラフィーの生成を可能にし、これにより、自由に変化させることができる動的かつ複雑なプロトン濃度トポグラフィーの生成を可能にするための、環境におけるプロトン濃度の時間的および空間的な制御が提供される。いくつかの実施形態において、そのような制御は電子制御装置またはデジタル制御装置の使用を伴う。
【００４６】
本発明のいくつかの実施形態において、プロトン濃度トポグラフィーが、流体環境において、例えば、水溶液などの液体において作製される。このことは、流体環境において作製されるその場限りのプロトン濃度トポグラフィーを使用する等電点フォーカシングおよび他の方法の実行を可能にする。さらに、分析物の分離が行われる流体環境の使用は、単に混合物の分析のためだけではなく、純粋な物質を調製するための方法の実行を可能にする。分析物の混合物が、例えば、等電点フォーカシングを使用して分離される。所望される成分、例えば、１つだけのタンパク質が、その成分を含む流体の（例えば、ピペットによる）抜き取りによって他の成分から容易に単離される。これは、ゲルの特定の体積の現在要求される切り出しよりもはるかに簡便であり、また、はるかに多くの量の物質の単離を可能にする。したがって、本発明のいくつかの実施形態の１つの局面によれば、様々な物質の混合物から１つの物質を単離する（例えば、その物質を精製または濃縮する）方法（例えば、様々なポリペプチドの混合物から１つのポリペプチド（例えば、１つのタンパク質またはペプチドなど）を単離する方法）が提供され、この場合、この方法は、ａ）所望される物質を含む物質の混合物の等電点フォーカシングを流体環境において行うこと、および、ｂ）等電点フォーカシングの後で、所望される物質を含む流体環境の分画物を取り出し、それにより、所望される物質を物質の混合物から単離することを含む。
【００４７】
プロトン濃度トポグラフィー
いくつかの実施形態において、本発明は、ａ）複数の隣接する個別的体積に分割される、電解質を含む環境と、ｂ）任意の２つの隣接する体積の間の境界体積と、ｃ）指定されたプロトン濃度を有するそれぞれの体積とを含むプロトン濃度トポグラフィーが提供される。
【００４８】
いくつかの実施形態において、本発明のプロトン濃度トポグラフィーは個別的であり、連続的でない。いくつかの実施形態において、プロトン濃度トポグラフィーが、指定されたプロトン濃度をそれぞれの体積が有する複数の隣接する個別的体積から構成されるという事実は、それぞれの体積が、（二次元画像についてのピクセル（ｐｉｘｅｌ）との類似で）「ｐＨ−ｘｅｌ」と見なされ得ることを意味する。
【００４９】
いくつかの実施形態において、これらの体積は一次元で配置され、これにより、例えば、体積の一次元アレイを構成し、例えば、直線、曲線、または、幾何学的図形の外形（円など）などを構成する。
【００５０】
いくつかの実施形態において、これらの体積は二次元で配置され、これにより、例えば、体積の二次元アレイを構成し、例えば、端でないそれぞれの体積が６つの等距離の隣接する体積によって取り囲まれる六角形のアレイ、または、端でないそれぞれの体積が、十字形として配置される４つの隣接する体積によって取り囲まれる正方形のアレイなどを構成する。
【００５１】
いくつかの実施形態において、これらの体積は三次元で配置され、これにより、三次元アレイを構成する。
【００５２】
いくつかの実施形態において、２つの隣接する体積の間におけるイオンの動きが、例えば、イオンに対して不透過性のバリアを２つの体積の間に置くことによって阻害される。いくつかのそのような実施形態において、境界体積がそのようなバリアによって占められる。いくつかのそのような実施形態は、鮮明な差異化を体積間（ｐＨ−ｘｅｌ間）に有することが好都合であり得るデータの表示のために使用されるプロトン濃度トポグラフィーについてはことのほか有用である。
【００５３】
いくつかの実施形態において、２つの隣接する体積の間におけるイオンの動きが実質的に阻害されず、ｄ）それぞれの境界体積が、境界体積を規定している隣接する体積のプロトン濃度に関連づけられるプロトン濃度を有する。いくつかのそのような実施形態は、等電点に達するまで、分析物分子がプロトン濃度トポグラフィーの中を通って移動する必要がある等電点フォーカシングの実行についてはことのほか有用である。
【００５４】
いくつかの実施形態において、環境を貫く所与の方向において、隣接する体積の間におけるプロトン濃度の変化率が実質的に単調であり、例えば、モル濃度またはｐＨの目盛りに従って直線的である。
【００５５】
いくつかの実施形態において、環境を貫く所与の方向において、隣接する体積の間におけるプロトン濃度の変化率が変化し、例えば、体積間のプロトン濃度の変化率が他の群よりもはるかに大きく、または、他の群よりもはるかに小さいか、あるいは、不連続性が存在するか、あるいは、変化率における逆転が存在する、隣接する体積の群が存在する。
【００５６】
図１Ａには、プロトン濃度トポグラフィーの様々な実施形態が概略的に示される。
【００５７】
一次元のトポグラフィーｉ〜ｖｉはすべて、それぞれの体積およびそれぞれの境界体積の（ｐＨでの）プロトン濃度が、ｐＨを体積番号の関数として示すグラフの助けをかりて示される１０個の隣接する個別的体積に分割される細長い容器において作製される。
【００５８】
プロトン濃度トポグラフィーｉでは、プロトン濃度が、大きい割合にて（ｐＨ単位において）一定で、体積１における非常に低いプロトン濃度から体積１０における非常に高い濃度にまで単調に増大する。それぞれの体積において、ｐＨが十分に規定され、一方、境界体積において、プロトン濃度が、境界体積を規定している隣接する体積のプロトン濃度に関連づけられる勾配であることが理解される。
【００５９】
プロトン濃度トポグラフィーｉｉでは、プロトン濃度が、小さい割合にて（ｐＨ単位において）一定で、体積１における特定のプロトン濃度から体積１０における幾分かより高いプロトン濃度にまで単調に増大する。
【００６０】
プロトン濃度トポグラフィーｉｉｉでは、プロトン濃度が、体積１から体積１０まで、変化する割合で単調に増大する。体積１から体積４まではプロトン濃度における増大率が非常に大きく、一方、体積４から体積１０まではプロトン濃度における増大率が比較的小さい。
【００６１】
プロトン濃度トポグラフィーｉｖでは、プロトン濃度が、体積１から体積１０まで、変化する割合で単調に増大する。体積１から体積２まではプロトン濃度における増大率が非常に大きく、体積３から体積８まではプロトン濃度における増大率が比較的小さく、体積８から体積１０まではプロトン濃度における増大率が非常に大きい。
【００６２】
プロトン濃度トポグラフィーｖでは、プロトン濃度が、体積１から体積６まで、（ｐＨの単位において）一定の割合で単調に増大し、その後、体積６から体積１０まで、（ｐＨの単位において）一定の割合で単調に低下する。
【００６３】
プロトン濃度トポグラフィーｖｉでは、２つの隣接する体積の間におけるイオンの動きが、例えば、不透過性バリアをいずれか２つの体積の間に置くことによって阻害される。そのような実施形態において、境界体積が実際に、不透過性バリアによって占められ、有意なプロトン濃度を何ら有しないことが理解される。
【００６４】
図１Ｂに示されるプロトン濃度トポグラフィーｖｉｉおよびｖｉｉｉは、上記から概略的に示される二次元のプロトン濃度トポグラフィーである。プロトントポグラフィーｖｉｉおよびｖｉｉｉでは、境界体積が灰色で示される。それぞれの体積のプロトン濃度が体積の中心にｐＨの単位で記載され、一方、境界体積のプロトン濃度は、境界体積を規定している隣接する体積によって規定される。
【００６５】
プロトン濃度トポグラフィーｖｉｉは、端でないそれぞれの体積が、十字形として配置される４つの隣接する体積によって取り囲まれる４体積×４体積の正方形のアレイで配置される１６個の個別的な隣接する体積を含む。
【００６６】
プロトン濃度トポグラフィーｖｉｉｉは、端でないそれぞれの体積が６つの等距離の隣接する体積によって取り囲まれる六角形のアレイで配置される２５個の個別的な隣接する体積を含む。
【００６７】
本発明のいくつかの実施形態において、プロトン濃度トポグラフィーは固定化されておらず、所望されるときにだけ、環境において作製される。
【００６８】
いくつかの実施形態において、プロトン濃度トポグラフィーは制御可能に変更可能である。いくつかの実施形態において、少なくとも１つの体積におけるプロトン濃度を、好ましくは、複数の体積におけるプロトン濃度を、プロトン濃度トポグラフィーが制御可能に変更可能であるように制御可能に変化させることができる。
【００６９】
いくつかの実施形態において、プロトン濃度トポグラフィーは時間の関数として制御可能に変更可能である。いくつかの実施形態において、少なくとも１つの体積におけるプロトン濃度を、好ましくは、複数の体積におけるプロトン濃度を、プロトン濃度トポグラフィーが時間の関数として制御可能に変更可能であるように時間の関数として制御可能に変化させることができる。
【００７０】
プロトン濃度勾配を作製するための方法
任意の好適な方法を、プロトン濃度勾配を作製するために使用することができる。たとえそうであっても、いくつかの実施形態により、プロトン濃度勾配を作製するために使用することができる方法が提供される。
【００７１】
本発明のいくつかの実施形態により、指定されたプロトン濃度トポグラフィーを、電解質を含む環境において作製する方法が提供され、この場合、この方法は、ａ）それぞれセルが、指定されたプロトン濃度を、電解質を含む環境の関連する体積において、例えば、電気分解によって作製するように構成される複数の独立して制御可能なセルを提供すること；ｂ）電解質を含む環境を前記複数のセルと接触させて、その結果、前記環境を、それぞれの体積がそれぞれのセルに関連する複数の隣接する個別的体積に分割するようにすること；ｃ）所望されるプロトン濃度トポグラフィーを指定すること；およびｄ）前記複数のセルのそれぞれのセルを作動させて、指定されたプロトン濃度を環境のセルに関連するそれぞれの体積において作製するようにすることを含み、ただし、それぞれの体積において生じる指定されたプロトン濃度が全体として、指定されたプロトン濃度トポグラフィーを構成する。
【００７２】
いくつかの実施形態において、ｅ）ｄに続いて、以前に規定されたプロトン濃度トポグラフィーとは異なる所望されるプロトン濃度トポグラフィーが指定され、その後、ｆ）必要な場合には、複数のセルのうちの１つのセルが、異なるプロトン濃度を前記環境の関連する体積において作製し、それにより、プロトン濃度トポグラフィーを、新たに指定されたプロトン濃度トポグラフィーであるように変化させるために作動させられる。
【００７３】
いくつかの実施形態において、本方法はさらに、プロトン濃度を少なくとも１つの関連する体積において時間の関数として（段階的または連続的に）変化させ、それにより、プロトン濃度トポグラフィーを時間の関数として変化させることを含む。
【００７４】
いくつかの実施形態において、これらの体積は一次元で配置され、これにより、例えば、体積の一次元アレイを構成し、例えば、直線、曲線、または、幾何学的図形の外形（円など）などを構成する。
【００７５】
いくつかの実施形態において、これらの体積は二次元で配置され、これにより、例えば、体積の二次元アレイを構成し、例えば、端でないそれぞれの体積が６つの等距離の隣接する体積によって取り囲まれる六角形のアレイ、または、端でないそれぞれの体積が、十字形として配置される４つの隣接する体積によって取り囲まれる正方形のアレイなどを構成する。
【００７６】
いくつかの実施形態において、これらの体積は三次元で配置され、これにより、三次元アレイを構成する。
【００７７】
いくつかの実施形態において、２つの隣接する体積の間におけるイオンの動きが、例えば、イオンに対して不透過性の物理的バリア、例えば、不透過性材料（例えば、ポリエチレンまたはガラスなど）のシートまたは他のバリアを２つの体積の間に置くことによって阻害される。いくつかのそのような実施形態は、本方法が、鮮明な差別化を体積間に有することが好都合であり得るデータの表示のために使用されるときにはことのほか有用である。
【００７８】
いくつかの実施形態において、２つの隣接する体積の間におけるイオンの動きが実質的に阻害されず、例えば、環境は実質的に均一であり（異なるプロトン濃度が存在せず）、例えば、固定化されたプロトン濃度勾配を有しない溶液またはゲルである。いくつかのそのような実施形態は、等電点に達するまで、分析物分子が、作製されたプロトン濃度トポグラフィーの中を通って移動する必要がある等電点フォーカシングの実行のために本方法が使用されるときにはことのほか有用である。
【００７９】
プロトン濃度勾配を作製するためのデバイス
任意の好適なデバイスを、本発明のプロトン濃度勾配を作製するための方法を実行するために使用することができる。たとえそうであっても、本発明のいくつかの実施形態により、プロトン濃度勾配を作製するための方法を実行するために使用することができるデバイスが提供される。
【００８０】
本発明のいくつかの実施形態により、プロトン濃度トポグラフィーを、電解質を含む環境において作製するためのデバイスが提供され、この場合、このデバイスは、ａ）それぞれのセルが、指定されたプロトン濃度を、他のセルとは実質的に独立して、電解質を含む環境の関連する体積において、例えば、前記環境の成分の電気分解によって作製するように構成される複数の独立して制御可能なセルと、ｂ）電解質を含む環境を含有するように構成される、前記複数のセルに機能的に関連する容器で、指定されたプロトン濃度を、セルに関連する、容器に含有される環境の体積においてセルによって作製することを可能にするように構成される容器とを含む。いくつかの実施形態において、複数のセルは少なくとも２個であり、いくつかの実施形態では少なくとも５個のセルであり、いくつかの実施形態では少なくとも１０個のセルであり、いくつかの実施形態では少なくとも１２個のセルである。
【００８１】
上記で記されたように、いくつかの実施形態において、セルに関連するそれぞれの体積は、それぞれのセルが、指定されたプロトン濃度を関連する体積において作製するために使用され得る独立して制御可能な「ｐＨ−ｘｅｌ」と見なすことができる。そのような形態のデバイスは、自由に設定される特徴を有するトポグラフィーを含めて、所望されるプロトン濃度トポグラフィーが、関連する体積の１つまたは複数においてプロトン濃度を変化させることによってこのデバイスにより作製されることを可能にする。
【００８２】
いくつかの実施形態において、本デバイスはさらに、容器に含有される電解質を含む環境を含む。
【００８３】
いくつかの実施形態において、本デバイスは、２つの隣接する体積の間におけるイオンの実質的に阻害されていない動きを可能にするように構成される。いくつかのそのような実施形態は、等電点に達するまで、分析物分子が、作製されたプロトン濃度トポグラフィーの中を通って移動する必要がある等電点フォーカシングの実行のために本デバイスが使用されるときにはことのほか有用である。
【００８４】
いくつかの実施形態において、容器は、セルに関連する体積の大きさよりも実質的に大きい大きさを有する。いくつかのそのような実施形態において、１つだけの大きい容器が複数のセルに機能的に関連し、かつ、セルに関連する環境の体積は物理的に連続しており、関連するセルによってその体積において作製されるプロトン濃度により規定される。
【００８５】
いくつかの実施形態において、複数のセルは、上記で記載されたように、容器に保持される環境が、複数の個別的な隣接する体積に物理的に分割され、それぞれのそのような体積が、セルに関連する体積であるように配置される。そのような実施形態において、容器は、部分容器の集団と見なすことができ、この場合、それぞれのそのような部分容器がそれぞれのセルに関連し、また、いくつかの実施形態では、それぞれのセルが、指定されたプロトン濃度を作製する関連する体積を少なくとも部分的に規定する。いくつかのそのような実施形態において、部分容器は、セルと同程度の大きさを有する。
【００８６】
いくつかの実施形態において、本デバイスはさらに、隣接する体積の間に位置し、かつ、部分容器を少なくとも部分的に規定するバリアで、２つの隣接する体積の間におけるイオンの動きを阻害するように構成されるバリアを含む。いくつかのそのような実施形態は、デバイスが、鮮明な差別化を体積間に有することが好都合であり得るデータの表示のために使用されるときにはことのほか有用である。そのようなデバイスにおいて、隣接する体積は一般には互いに接近しており、また、イオンの動きに対するバリアは一般にはセルのサイズに関して薄く、例えば、バリアが隔てる２つの体積の中心間距離の３０％未満であり、または２０％未満であり、または１０％未満でさえある。
【００８７】
いくつかの実施形態において、セルは、関連する体積が一次元で配置されるように配置され、これにより、例えば、体積の一次元アレイを構成し、例えば、直線、曲線、または、幾何学的図形の外形（円など）などを構成する。
【００８８】
いくつかの実施形態において、セルは、関連する体積が二次元で配置されるように配置され、これにより、例えば、体積の二次元アレイを構成し、例えば、端でないそれぞれの体積が６つの等距離の隣接する体積によって取り囲まれる六角形のアレイ、または、端でないそれぞれの体積が、十字形として配置される４つの隣接する体積によって取り囲まれる正方形のアレイなどを構成する。
【００８９】
いくつかの実施形態において、セルは、関連する体積が三次元で配置され、これにより、三次元アレイを構成する。
【００９０】
いくつかの実施形態において、それぞれのセルが、指定されたプロトン濃度を、いくつかの実施形態では他のセルとは実質的に独立して、関連する体積において変化させるように構成される。いくつかのそのような実施形態において、そのような構成は、所望されるプロトン濃度トポグラフィー（例えば、自由に設定される特徴を有するトポグラフィー）が、プロトン濃度を関連する体積の１つまたは複数において変化させることによって作製されることを可能にする。
【００９１】
いくつかの実施形態において、それぞれのセルが、指定されたプロトン濃度を、いくつかの実施形態では他のセルとは実質的に独立して、関連する体積において時間の関数として変化させるように構成される。いくつかのそのような実施形態において、そのような構成は、作製されたプロトン濃度トポグラフィーが時間的に可変であることを可能にする。
【００９２】
いくつかの実施形態において、デバイスが、電解質を含む環境が容器を満たすとき、セルのそれぞれを通る個々に制御可能な電流の通過を可能にするように構成される。いくつかのそのような実施形態において、そのような構成は、指定されたプロトン濃度トポグラフィーが作製されることを可能にする。
【００９３】
いくつかの実施形態において、デバイスはさらに、セルのそれぞれを通る電流の大きさを独立して変化させることを可能にするように構成される制御装置を含む。いくつかの実施形態において、制御装置は、電気的入力を時間の関数として変化させ、これにより、プロトン濃度トポグラフィーが時間の関数として変化させられることを可能にするように構成される。
【００９４】
いくつかの実施形態において、デバイスはさらに、セルに関連する体積におけるプロトン濃度の値を求め、かつ、求められた値を制御装置に送るように構成される、セルのそれぞれに機能的に関連するプロトン濃度センサーを含み、かつ、制御装置は、セルを通る電流の大きさを送られてきた値に応答して変化させるように構成される。いくつかの実施形態において、デバイスは、セルのより良好な制御を提供するためのフィードバック回路の構成部分として使用されるプロトン濃度センサーを含む。
【００９５】
いくつかの実施形態において、デバイスはさらに、使用者が、セルを通る電流の大きさに影響を及ぼす所望される値をセルのそれぞれについて入力することを可能にするように構成される、制御装置に機能的に関連する制御装置入力用構成部分を含む。
【００９６】
プロトン濃度勾配を作製するためのデバイスの実施形態のいくつかが図１Ｃに示される。
【００９７】
デバイス１０は、直線区域を構成するために直線で配置される１０個の独立して制御可能なセル１２を含み、この場合、それぞれのセル１２が、指定されたプロトン濃度を、容器１４に保持される、電解質を含む環境の関連する体積において作製するように構成される。それぞれのセル１２に関連する体積は、そのセル１２に近い、容器１４に保持される環境の体積である。関連する体積の間におけるバリアまたは他の障害がないので、デバイス１０は、隣接する体積の間におけるイオンの実質的に阻害されていない動きを可能にするように構成される。
【００９８】
デバイス１０は、セル１２のそれぞれに機能的に関連し、かつ、それぞれのセル１２の関連する体積において作製されるプロトン濃度を、それぞれのセル１２を通る電流の大きさを制御することによって制御するために使用される制御装置１６を含む。制御装置１６は、所望されるプロトン濃度トポグラフィーを指定するために、使用者が、関連する体積においてそれぞれのセルによって作製される所望されたプロトン濃度を入力することを可能にする制御装置入力用構成部分を含む。デバイス１０は、図１Ａに示されるプロトントポグラフィーｉ、ｉｉ、ｉｉｉ、ｉｖおよびｖを含めて、多くの異なるプロトン濃度トポグラフィーを作製するために使用することができる。
【００９９】
図１Ｃに示されるデバイス１８はデバイス１０に類似している。しかしながら、容器１４が不透過性バリア２０によって１０個の部分容器１４’に分割される。
【０１００】
容器１４が、流体のレベルがバリア２０の高さよりも低くなるように、電解質を含む流体環境で満たされる実施形態において、容器１４に保持される環境は、隣接する体積の間におけるイオンの動きが阻害される複数の物理的に個別的な隣接する体積に分割される。そのような実施形態において、セル１２に関連するそれぞれの体積が部分容器１４’によって物理的に規定される。そのような実施形態において、デバイス１８は、図１Ａに示されるプロトン濃度トポグラフィーｖｉを含めて、多くの異なるプロトン濃度トポグラフィーを作製するために使用することができる。
【０１０１】
いくつかの実施形態において、容器１４が、流体のレベルがバリア２０の高さよりも高くなるように、電解質を含む流体環境で満たされる。そのような実施形態において、セル１２に関連するそれぞれの体積は、部分容器１４’によって一部分のみが物理的に規定されるにすぎない。そのような実施形態において、デバイス１８は、図１Ａに示されるプロトントポグラフィーｉ、ｉｉ、ｉｉｉ、ｉｖおよびｖを含めて、多くの異なるプロトン濃度トポグラフィーを作製するために使用することができる。
【０１０２】
図１Ｃに示されるデバイス２２は、４セル×４セルの正方形のアレイで配置される１６個の独立して制御可能なセル１２を含み、この場合、それぞれのセル１２が、指定されたプロトン濃度を、容器１４に保持される、電解質を含む環境の関連する体積において作製するように構成される。それぞれのセル１２に関連する体積は、そのセル１２に近い、容器１４に保持される環境の体積である。体積間のバリアまたは他の障害が全くないので、デバイス１０は、隣接する体積の間におけるイオンの実質的に阻害されていない動きを可能にするように構成される。デバイス２２は、図１Ｂに示されるプロトン濃度トポグラフィーｖｉｉを含めて、多くの異なるプロトン濃度トポグラフィーを作製するために使用することができる。
【０１０３】
指定されたプロトン濃度を環境において作製するための方法
上記で記載されるようなプロトン濃度トポグラフィーを作製するための本発明の実施形態の実行は、指定されたプロトン濃度を、環境において、例えば、上記で記載されるようなセルに関連する環境の体積において作製することに依存する。
【０１０４】
指定されたプロトン濃度を環境において作製するための任意の好適な方法を使用することができる。たとえそうであっても、本発明のいくつかの実施形態により、指定されたプロトン濃度を、電解質を含む環境において作製するための方法が提供され、この場合、この方法は、ａ）電解質を含む環境を提供すること；ｂ）作用電極および対向電極を前記環境と接触させて、その結果、作用電極の第１の側面が、作用電極と対向電極との間における前記環境の電気分解用体積を規定するために対向電極と向き合い、かつ、作用電極の第２の側面が前記環境の第２の体積と向き合うようにすること；ｃ）所望されるプロトン濃度を指定すること；ｄ）電流を、作用電極と対向電極との間に通して、その結果、前記環境の成分を電気分解して、電気分解生成物を電気分解用体積において生じさせるようにすること；およびｅ）少なくとも一部の電気分解生成物を第２の体積に移し、それにより、プロトン濃度を前記環境の第２の体積において作製することを含み、ただし、電流は、第２の体積において作製されるプロトン濃度が、指定されたプロトン濃度であるようにされる。
【０１０５】
いくつかの実施形態において、作用電極は、電気分解生成物が作用電極を通り抜けることに対して透過性であり（例えば、網目物から作製され）、また、電気分解生成物の移動が、電気分解用体積において生じる電気分解生成物が作用電極を通り抜けて第２の体積の中に入り、それにより、プロトン濃度を第２の体積において作製することを可能にすることを含む。
【０１０６】
いくつかの実施形態において、作用電極は陽極であり、対向電極は陰極である。
【０１０７】
いくつかの実施形態において、作用電極は陰極であり、対向電極は陽極である。
【０１０８】
いくつかの実施形態において、本方法はさらに、ｆ）前記環境の第２の体積において作製されるプロトン濃度を（連続的または定期的に）モニターすること、および、ｇ）必要ならば、作用電極と対向電極との間を通る電流を調節して、その結果、第２の体積において作製されるプロトン濃度を、指定されたプロトン濃度として維持するようにすることを含む。
【０１０９】
いくつかの実施形態において、本方法はさらに、ｄに続いて、以前に指定されたプロトン濃度とは異なる所望されるプロトン濃度を指定すること、および、電流を、作用電極と対向電極との間に通し、それにより、プロトン濃度を前記環境の第２の体積において作製することを含み、ただし、電流は、第２の体積において作製されるプロトン濃度が、異なる指定されたプロトン濃度であるようにされる。
【０１１０】
いくつかの実施形態において、本方法はさらに、電流を時間の関数として（段階的または連続的に）変化させ、それにより、第２の体積において作製されるプロトン濃度を時間の関数として変化させることを含む。
【０１１１】
指定されたプロトン濃度を環境において作製するためのデバイス
指定されたプロトン濃度を環境において作製するための任意の好適なデバイスを、本発明の教示を実行する際に使用することができる。
【０１１２】
たとえそうであっても、いくつかの実施形態により、指定されたプロトン濃度を、電解質を含む環境において作製するための方法を実行するために使用することができるデバイスが提供され、この場合、このデバイスは、ａ）作用電極と、ｂ）対向電極とを含み、ただし、作用電極および対向電極は、作用電極の第１の側面が、作用電極と対向電極との間における電気分解用体積を規定するために対向電極と向き合い、かつ、作用電極の第２の側面が、電解質を含む環境を含有するように構成される容器の第２の体積と向き合うように配置され、この場合、電気分解用体積は容器の第２の体積と流体連絡している。
【０１１３】
いくつかの実施形態において、作用電極は、電気分解用体積において生じる電気分解生成物が作用電極を通り抜けて第２の体積の中に入ることを可能にするために、電気分解生成物が作用電極を通り抜けることに対して透過性である（例えば、網目物から作製される）。
【０１１４】
いくつかの実施形態において、本デバイスはさらに、電気分解用体積を満たし、かつ、作用電極および対向電極と接触する、容器内に含有される電解質を含む環境を含む。
【０１１５】
いくつかの実施形態において、容器は、対向電極の程度で、かつ、第２の体積の大きさを有しており、容器は、イオンの通過に対して不透過性であるバリアによって少なくとも一部が物理的に規定される。
【０１１６】
いくつかの実施形態において、容器は、第２の体積の大きさよりも実質的に大きい大きさを有する。
【０１１７】
いくつかの実施形態において、本デバイスは、電解質を含む環境が容器および電気分解用体積を満たすとき、作用電極と対向電極との間における電気回路の確立を可能にするように構成される。
【０１１８】
いくつかの実施形態において、本デバイスはさらに、確立された電気回路を通る電流の大きさを変化させることを可能にするように構成される制御装置を含む。
【０１１９】
いくつかの実施形態において、本デバイスはさらに、第２の体積におけるプロトン濃度の値を求め、かつ、プロトン濃度の値を制御装置に送るように構成される、セルおよび制御装置に機能的に関連するプロトン濃度センサーを含み、かつ、制御装置はさらに、確立された電気回路を通る電流の大きさを、送られてきた値に応答して変化させるように構成される。いくつかの実施形態において、プロトン濃度センサーは、セルのより良好な制御を提供するためのフィードバック回路の構成部分として使用される。
【０１２０】
いくつかの実施形態において、本デバイスはさらに、使用者が、確立された電気回路を通る電流の大きさに影響を及ぼす所望される値を入力することを可能にするように構成される、制御装置に機能的に関連する制御装置入力用構成部分を含む。
【０１２１】
いくつかの実施形態において、制御装置は、確立された電気回路を通る電流を時間の関数として変化させ、これにより、第２の体積において生じるプロトン濃度が時間の関数として変化させられることを可能にするように構成される。
【０１２２】
図２Ａには、指定されたプロトン濃度を環境において作製するためのデバイス、すなわち、セル１２が側断面において概略的に示される。セル１２は、対向電極２４、作用電極２６（イオンの通過に対して透過性の網目状物）、電気分解用体積２８（作用電極２６と、対向電極２４との間における体積）、作用電極２６の反対側における第２の体積３０、および、第２の体積３０におけるプロトン濃度センサー３２を含み、これらのすべてが、容器１４によって規定される体積に含有される。電極２４および２６は、電解質を含む環境が容器１４に含有され、かつ、電極２４および２６と接触しているとき、電極２４と電極２６との間を通る電流の大きさを制御するように構成される制御装置１６に機能的に関連する。
【０１２３】
使用するために、電解質を含む環境が、電気分解用体積２８および第２の体積３０を満たし、かつ、電極２４および２６を含む電気回路を確立する容器１４に加えられる。制御装置１６は、電流を、電極２４と電極２６との間の確立された電気回路に通す。電気分解が電気分解用体積２８において生じ、この電気分解は水を電気分解して、電気分解生成物（例えば、プロトンおよびヒドロキシルアニオンなど）を生じさせる。プロトンが陰極に向かって移動し、一方、ヒドロキシルアニオンが陽極に向かって移動し、このことはプロトン濃度を電極の近傍で変化させる。
【０１２４】
作用電極２６の近傍におけるイオンは作用電極を通り抜けて第２の体積３０の中に入り、これにより、第２の体積３０におけるプロトン濃度を、作用電極２６の近くのプロトン濃度と実質的に等しくなるように変化させる。
【０１２５】
プロトン濃度センサー３２は第２の体積３０におけるプロトン濃度の値を求め、プロトン濃度の値を制御装置１６に送り、その後、制御装置１６は、必要ならば、制御装置１６の制御装置入力用構成部分を介する使用者による制御装置１６への入力としての所望されるプロトン濃度を第２の体積３０において作製するために、電流の大きさを送られてきた値に応答して変化させる。
【０１２６】
図２Ｂには、作用電極２６が陽極であり、対向電極２４が陰極であるように作動させられたときの図２Ａのデバイス２２におけるプロトンおよびヒドロキシルアニオンの濃度を定量的に示すグラフが示される。プロトン濃度が対向電極２４付近の最大値から電気分解用体積２８の中を通して単調に低下することが理解される。作用電極２６の近くにおいて、同様にまた、第２の体積３０において、ヒドロキシルアニオンの高い濃度が存在し、結果として、プロトンの低い濃度が存在する。第２の体積３０の全体におけるヒドロキシルアニオンの濃度が作用電極２６付近の濃度と同じであり、また、実質的に同じであることが理解される。
【０１２７】
等電点フォーカシングのための方法およびデバイス
上記で議論されたように、等電点フォーカシングは、好適なプロトン濃度トポグラフィー、例えば、プロトンの濃度が所与の方向で単調に変化するトポグラフィーを提供すること、および、その方向と平行する電位差を印加することに基づいている。この技術分野において、等電点フォーカシングは、ゲルにおいて固定化されたプロトン濃度勾配で行われる。
【０１２８】
本発明の教示を、プロトン濃度トポグラフィーが固定化されてない等電点フォーカシングを行うために適用することができる。
【０１２９】
本発明のいくつかの実施形態により、分析物を、等電点フォーカシングを使用して分析する方法が提供され、この場合、この方法は、ａ）等電点フォーカシングによる分析のために好適な分析物を、電解質を含む環境に置くこと；ｂ）固定化されていないプロトン濃度トポグラフィーを前記環境において作製すること；ｃ）電位差を前記環境に印加すること；およびｄ）前記環境における分析物の成分の存在位置をプロトン濃度トポグラフィーおよび電位差に関連して観測し、それにより、分析物を、等電点フォーカシングを使用して分析することを含む。
【０１３０】
成分の存在位置を観測することが任意の好適な方法によって行われ、一般には、分析物の性質に依存する。例えば、いくつかの実施形態において、蛍光性の分析物（例えば、タンパク質）が、蛍光検出器の助けをかりて観測される。
【０１３１】
いくつかの実施形態において、環境は流体である。このことは、プロトン濃度トポグラフィーが等電点フォーカシングのために必要とされる環境がゲルである、等電点フォーカシングの知られている方法とは対照的である。流体の使用は、分析物の成分が等電点に向かってより迅速に移動するので、より迅速な等電点フォーカシングを可能にし、また、高価で、影響を受けやすいゲルを操作する必要がないので、より安価であり、また、１つのデバイスを、分析物を自動で連続分析するために使用することができるので、すなわち、分析物の分析が完了した後、流体が排出され、デバイスが洗浄され、新鮮な流体が導入されるので、ハイスループット分析を可能にする。
【０１３２】
いくつかの実施形態において、プロトン濃度トポグラフィーは変更可能である。いくつかの実施形態において、本方法はさらに、ｅ）ｄの後で、変更可能なプロトン濃度トポグラフィーを第２の固定化されていないプロトン濃度トポグラフィーに変化させること、および、ｆ）前記環境における分析物の成分の存在位置を第２のプロトン濃度トポグラフィーおよび電位差に関連して観測することを含む。そのような実施形態は、同じサンプルの多数回の分析を行うことを可能にする。例えば、広い範囲のプロトン濃度にわたる第１のプロトン濃度トポグラフィーが、分析物の成分の等電点の大まかな目安を提供するために使用される（すなわち、「低分解能」で使用される）。その後でのいくつかのプロトン濃度トポグラフィーが作製され、この場合、それぞれのそのようなトポグラフィーが、分析物の特定の成分の等電点を決定するために（すなわち、分析物の特定の成分の等電点を「高分解能」で決定するために）必要なプロトン濃度にまたがる限定された範囲のプロトン濃度を含む。そのようにして、分析物の各成分の等電点を高精度に決定することができる。
【０１３３】
いくつかの実施形態において、本方法はさらに、ｄの後で、環境における分析物の成分の存在位置を断続的または連続的に観測しながら、プロトン濃度トポグラフィーを時間の関数として変化させることを含む。そのような実施形態は、未知の分析物を、より厳密な分析を行う前に「スキャン」して、等電点の限定された範囲を決定するために有用である。
【０１３４】
いくつかの実施形態において、本発明に従った等電点フォーカシングのためのデバイスは、所定のプロトン濃度トポグラフィー（例えば、上記で記載されるプロトン濃度トポグラフィーなど）を作製するためのデバイスであり、しかし、等電点フォーカシングの場を適用するための陽極および陰極を備える。必要なときには、イオン濃度などを、市販されている構成部分を使用して、例えば、イオン感応性電界効果トランジスター技術に基づく市販されている構成部分を使用して決定することができる。
【０１３５】
上記で記されたように、本発明のいくつかの実施形態は、プロトン濃度トポグラフィーを等電点フォーカシングおよび関連した分析物分離方法における使用のために生じさせるための方法およびデバイスに関する。
【０１３６】
プロトン濃度トポグラフィーを本発明の教示に従って作製するために構成され、かつ、本発明の教示に従った等電点フォーカシングのために有用であるデバイスの１つの実施形態、すなわち、デバイス３６が、図３Ａ（斜視図）、図３Ｂ（側面図）および図３Ｃ（上面図）に示される。
【０１３７】
外枠３４は、実質的には、上部が開放されている透明なポリカーボネート製の非導電性の長方形の箱（約５ｃｍの長さ、０．５ｃｍの幅、０．５ｃｍの深さ）であり、デバイス３６の他の構成部分を含有する。外枠３４によって規定される体積が、容器１４であると見なされる。
【０１３８】
外枠３４の１つの側面には、等電点フォーカシング用陽極３８、等電点フォーカシング用陰極４０および電気泳動ゲル４２（例えば、Ｂｉｏ−Ｒａｄ  Ｈａｉｆａ，Ｌｔｄ．（Ｈａｉｆａ、イスラエル）から入手可能な中性の、非荷電のポリアクリルアミドヒドロゲル）を含む実質的には標準的な電気泳動アセンブリーが見出される。陽極３８および陰極４０を標準的な電気泳動用電源と機能的に連携させることによって、電気泳動をゲル４２において通常の様式で行うことができる。
【０１３９】
ゲル４２の１つの面が外枠３４の壁と接触する。ゲル４２のその反対側の面と接触しているものが、ゲル４２を物理的に支え、かつ、ゲル４２と容器１４の体積の残り部分との間におけるイオンおよび水分子の実質的に自由な通過を許すメンブラン４４（例えば、５マイクロメートルの細孔を有する親水性のポリフッ化ビニリデン（ＰＶＤＦ）メンブラン、これは、例えば、Ｍｉｌｌｉｐｏｒｅ，Ｉｎｃ．（Ｂｉｌｌｅｒｉｃａ、ＭＡ、アメリカ合衆国）からＤｕｒａｐｏｒｅ（ＳＶＬＰ０４７００）として入手可能である）である。
【０１４０】
容器１４は、図２Ａに示されるセル１２と類似する複数個（１０個）の独立して制御可能なセルのアレイの構成部分を含有する。セルアレイのそれぞれのセルが、指定されたプロトン濃度をゲル４２の関連した体積において作製するように構成される。全体として、セルアレイのセルは、一次元（線状）のプロトン濃度トポグラフィーを本発明の様々な局面に従ってゲル４２において作製するように構成される。
【０１４１】
セルのアレイは、１０個の個々に制御可能な作用電極２６ａ〜２６ｊ（白金網、これは、厚さが０．１ｍｍのワイヤから作製され、０．１ｍｍのすき間を有する）と向き合う１つだけの対向電極２４（白金シート）を含み、この場合、それぞれの作用電極２６が電極セパレーター４６ａ〜４６ｉ（０．１ｍｍのガラス壁）によって隣りの作用電極２６から隔てられる。作用電極２６ａ〜２６ｊは、メンブラン４４から約０．５ｍｍで、かつ、対向電極２４から約２ｍｍで設置される。
【０１４２】
作用電極２６と対向電極２４との間において規定される体積が電気分解用体積２８である。
【０１４３】
作用電極２６、１つまたは２つの隣接電極セパレーター４６、および、メンブラン４４によって規定される体積が、プロトンリザーバー体積４８ａ〜４８ｊであり、その底部には、プロトン濃度センサー３２ａ〜３２ｊ（例えば、Ｏｒｉｏｎ  ９８６３ＢＮ、Ｔｈｅｒｍｏ  Ｆｉｓｈｅｒ  Ｓｃｉｅｎｔｉｆｉｃ  Ｉｎｃ．、Ｗａｌｔｈａｍ、ＭＡ、アメリカ合衆国）が埋め込まれ、また、磁石式攪拌機５０ａ〜５０ｊが存在する。
【０１４４】
使用するために、電気分解用体積２８およびプロトンリザーバー体積４８ａ〜４８ｊが電解質溶液（例えば、０．１ＭのＮａ２ＳＯ４水溶液）で満たされる。
【０１４５】
等電点フォーカシング用陽極３８、等電点フォーカシング用陰極４０、対向電極２４、作用電極２６、プロトン濃度センサー３２および攪拌機５０がすべて、制御装置１６（例えば、必要な周辺補助装置を備える適切に構成されたマイクロプロセッサーまたはデジタルコンピューター）と機能的に連携させられる。
【０１４６】
攪拌機５０およびプロトン濃度センサー３２が作動させられる。
【０１４７】
制御装置１６がそれぞれのセルを作動させて、その結果、（所望されるプロトン濃度に依存する）選択された電流、典型的には、０〜約１ｍＡｃｍ−２の間の電流が独立して、対向電極２４とそれぞれの作用電極２６ａ〜２６ｊとの間で確立され、その結果、０〜約５Ｖの間の電圧が、対向電極２４とそれぞれの作用電極２６ａ〜２６ｊとの間に存在する。
【０１４８】
システムが安定化するにつれ、プロトン濃度勾配（実質的には、図２Ｂに示される通りである）が、対向電極２４とそれぞれの作用電極２６ａ〜２６ｊとの間の電気分解用体積２８に保持される電解質を含む環境において生じる。図２Ｂを参照して議論されたように、それぞれのプロトンリザーバー体積４８ａ〜４８ｊにおいて、単一の安定かつ一様なプロトン濃度が、プロトンリザーバー体積４８の小さい体積のために、同様にまた、攪拌機５０の作用のために維持される。それぞれのプロトンリザーバー体積４８におけるプロトン濃度は、メンブラン４４を介してゲル４２におけるプロトン濃度に影響を及ぼし、その結果、所与のプロトンリザーバー体積４８におけるプロトン濃度がそのプロトンリザーバー体積４８のすぐ隣のゲル４２の体積において同じとなる。
【０１４９】
プロトン濃度センサー３２に関して、対向電極２４とそれぞれの作用電極２６ａ〜２６ｊとの間を通る電流が、（制御装置１６によって指定されるような）所望されるプロトン濃度が関連のプロトンリザーバー体積４８において作製され、そして検出されるまで変化させられる。対向電極２４とそれぞれの作用電極２６ａ〜２６ｊとの間を通る電流は独立して制御可能であるので、それぞれのプロトンリザーバー体積４８におけるプロトン濃度、結果として、ゲル４２の隣接する体積におけるプロトン濃度が個別に制御可能である。そのようにして、それぞれのセルにより、指定されたプロトン濃度がそのセルに関連するゲル４２の体積において作製される、所望される指定されたプロトン濃度トポグラフィーがゲル４２において作製される。
【０１５０】
等電点フォーカシングによる分離のための１つまたは複数の分析物の混合物がゲル４２に負荷され、電位（例えば、７００Ｖ）が、等電点フォーカシング用陽極３８と等電点フォーカシング用陰極４０との間に印加される。ゲル４２の内部のプロトン濃度トポグラフィーにより、混合物における個々の成分の分離が等電点に従って生じる。個々の分析物の存在位置が通常の方法で観測され、分析される。分析物の混合物が第１のプロトン濃度トポグラフィーで分離され、分析されると、作用電極２６における電位を場合により変化させて、異なるプロトン濃度トポグラフィーが、通常の方法で同様に観測および分析される異なる等電点分離を有するために生じさせられる。
【０１５１】
例えば、１つの実施形態において、第１のプロトン濃度トポグラフィーが、作用電極２６ａに関連するゲル４２の体積において、ｐＨ５．０を有するプロトン濃度を有するように指定され、プロトン濃度が、作用電極２６ｊに関連するゲル４２の体積における、ｐＨ８．０を有するプロトン濃度にまで単調かつ直線的に低下し、一方、第２のプロトン濃度トポグラフィーが、作用電極２６ａに関連するゲル４２の体積において、ｐＨ５．２を有するプロトン濃度を有するように指定され、プロトン濃度が、作用電極２６ｊに関連するゲル４２の体積における、ｐＨ５．９を有するプロトン濃度にまで単調かつ直線的に低下する。
【０１５２】
例えば、１つの実施形態において、第１のプロトン濃度トポグラフィーが、作用電極２６ａに関連するゲル４２の体積において、ｐＨ５．０を有するプロトン濃度を有するように指定され、プロトン濃度が、作用電極２６ｊに関連するゲル４２の体積における、ｐＨ６．０を有するプロトン濃度にまで単調かつ直線的に低下し、一方、第２のプロトン濃度トポグラフィーが、作用電極２６ａに関連するゲル４２の体積において、ｐＨ５．８を有するプロトン濃度を有するように指定され、プロトン濃度が、作用電極２６ｊに関連するゲル４２の体積における、ｐＨ７．０を有するプロトン濃度にまで単調かつ直線的に低下する。
【０１５３】
本明細書中上記で記載される具体的な実施形態において、作用電極２６ａの近くから作用電極２６ｊの近くまでゲル４２を貫く方向において、プロトン濃度が単調に低下する。当業者には明らかであるように、ゲル４２を貫く方向でのプロトン濃度における変化は、単調であろうとも、または、単調でなかろうとも、実質的に任意の所望される関数であり得る。
【０１５４】
プロトン濃度トポグラフィーを本発明の教示に従って作製するために構成され、かつ、本発明の教示に従った等電点フォーカシングのために有用であるデバイスのさらなる実施形態、すなわち、デバイス５２が、図４Ａ（斜視図）、図４Ｂ（側面図）および図４Ｃ（上面図）に示される。
【０１５５】
デバイス５２は実質的にはデバイス３６に類似するが、いくつかの著しい違いを含む。１つの違いが、複数の作用電極２６ａ〜２６ｊに向き合って機能する１つの対向電極２４が存在せず、むしろ、複数の独立した対向電極２４ａ〜２４ｊが存在し、それらのそれぞれがそれぞれの作用電極２６ａ〜２６ｊに機能的に関連することである。さらなる違いが、電極セパレーター４６ａ〜４６ｉが、隣接する対向電極２４ａ〜２４ｊ、ならびに、隣接する作用電極２６ａ〜２６ｊを隔て、それにより、複数の物理的に個別的な電気分解用体積２８ａ〜２８ｊを規定することである。加えて、プロトン濃度センサー３２が、ゲル４２の内部において作用電極２６に関連する体積の実際のプロトン濃度を測定するように、それぞれの対向電極２４と向き合う外枠３４の壁においてゲル４２の内部に埋め込まれる。さらに、デバイス５２はプロトンリザーバー体積４８を実質的に有していない。もっと正確に言えば、作用電極２６と、メンブラン４４との間の距離は非常に小さく、およそ０．１ｍｍにすぎない。
【０１５６】
プロトン濃度トポグラフィーを本発明の教示に従って作製するために構成され、かつ、本発明の教示に従った等電点フォーカシングのために有用であるデバイスのさらなる実施形態、すなわち、デバイス５４が、図５Ａ（斜視図）、図５Ｂ（側面図）および図５Ｃ（上面図）に示される。
【０１５７】
デバイス５４は実質的にはデバイス３６およびデバイス５２に類似するが、プロトン濃度センサー３２が、等電点フォーカシング用陽極３８および等電点フォーカシング用陰極４０によって生じる電場の影響から隔離されるように、デバイス５４が構成されることを含めて、いくつかの著しい違いを含む。それぞれのプロトンリザーバー体積４８が、図５Ｂにおいて認められるように、第１の部分４８’（図５Ｂでは、４８ａ’が示される）および第２の部分４８”（図５Ｂでは、４８ａ”が示される）の２つの部分に分けられる。
【０１５８】
プロトンリザーバー体積４８の第１の部分（例えば、４８ａ’など）が、作用電極２６、１つまたは２つの隣接する電極セパレーター４６、および、メンブラン４４によって規定されており、その結果、プロトンおよび水分子が、第１の部分４８’と、ゲル４２との間を実質的に阻害されることなく通過することができる。
【０１５９】
プロトンリザーバー体積４８の第２の部分（例えば、４８ａ”など）が、作用電極２６、および、１つまたは２つの隣接する電極セパレーター４６によって規定される。第２の部分４８ａ”は絶縁性隔壁５６（例えば、ポリカーボネートの絶縁性隔壁）によって第１の部分４８’およびゲル４２から隔てられており、その結果、第２の部分４８ａ”と、ゲル４２との間におけるプロトンの動きが阻害される。プロトン濃度センサー３２（図５Ｂでは、３２ａが示される）が体積４８の第２の部分４８”に含有される。そのようにして、プロトン濃度センサー３２が、等電点フォーカシング用陽極３８と、等電点フォーカシング用陰極４０との間の電場から隔離される。
【０１６０】
プロトン濃度トポグラフィーを本発明の教示に従って作製するために構成され、かつ、本発明の教示に従った等電点フォーカシングのために有用であるデバイスのさらなる実施形態、すなわち、デバイス５８が、図６Ａ（斜視図）および図６Ｂ（側面図）に示される。
【０１６１】
デバイス５８は、実質的には、デバイス３６、デバイス５２およびデバイス５４に類似するが、いくつかの著しい違いを含む。デバイス３６の場合と同様に、デバイス５８は、作用電極２６、１つまたは２つの隣接する電極セパレーター４６、および、ゲル４２に密接に関連するプロトン透過性メンブラン４４ａによって規定されるプロトンリザーバー体積４８ａ〜４８ｊを含む。デバイス５４の場合と同様に、プロトン濃度センサー３２が、プロトン透過性メンブラン４４ｂによってゲル４２との直接的な接触から隔てられて、対向電極２４に向き合って外枠３４の壁に設置される。しかしながら、デバイス５４の場合とは異なり、デバイス５８では、プロトン濃度センサー３２はゲル４２に埋め込まれず、むしろ、その表面と接触する。
【０１６２】
プロトン濃度トポグラフィーを本発明の教示に従って作製するために構成され、かつ、本発明の教示に従った等電点フォーカシングのために有用であるデバイスのさらなる実施形態、すなわち、デバイス６６が、図９Ａ（斜視図）および図９Ｂ（上面詳細図）に示される。デバイス６６は、実質的には、デバイス３６、デバイス５２、デバイス５４およびデバイス５８に類似するが、いくつかの著しい違いを含む。
【０１６３】
デバイス６６は、図２Ａに示されるセル１２に実質的に類似する５個の独立して制御可能なセル１２ａ〜セル１２ｅのアレイを含む。セルアレイのそれぞれのセルが、指定されたプロトン濃度を、プロトン濃度トポグラフィー流路７２に保持される、電解質を含む環境の関連した体積において作製するように構成される。全体として、セルアレイのセル１２は、一次元（線状）のプロトン濃度トポグラフィーを流路７２において作製するように構成される。
【０１６４】
デバイス６６は、等電点フォーカシング用陽極３８が浸けられる大きい陽極浴６８と、等電点フォーカシング用陰極４０が浸けられる大きい陰極浴７０とを備える。
【０１６５】
デバイス６６において、それぞれのセル１２の構成部分が、陽極３８と陰極４０との間に生じる電場からの損傷から構成部分を保護するために、容器１４の個別的体積においてプロトン濃度トポグラフィー流路７２から隔離される。対向電極２４および作用電極２６が、それぞれのプロトンリザーバー体積４８の一部分を構成する狭い導管を介してプロトン濃度トポグラフィー流路７２と流体連絡している（電気分解用体積２８およびプロトンリザーバー体積４８もまた含む）体積において隔離される。それぞれの導管の開口部の近くにおいてプロトン濃度トポグラフィー流路７２に見出される、電解質を含む環境の体積は、プロトンリザーバー体積４８と一緒に、指定されたプロトン濃度が作製されるそれぞれのセル１２に関連する体積を構成する。プロトン濃度トポグラフィー流路７２において、任意の２つのそのような体積の間には、境界体積を規定している２つの隣接する体積のプロトン濃度に関連づけられるプロトン濃度（また、場合により、プロトン濃度勾配）を有する境界体積が見出される。
【０１６６】
それぞれのプロトン濃度センサー３２が、狭い導管を介してプロトン濃度トポグラフィー流路７２と流体連絡した状態でプロトン濃度トポグラフィー流路７２からそれぞれのプロトン濃度センサー体積７４において隔離される。いくつかの実施形態において、（示されていない）ポンプ（例えば、蠕動ポンプ）または他の好適なデバイスが、適正なプロトン濃度が測定されることを保証するために、プロトン濃度センサー体積７４と、それぞれのプロトンリザーバー体積４８との間における流体連絡をもたらす。
【０１６７】
デバイス３６、デバイス５２、デバイス５４およびデバイス５８では、指定されたプロトン濃度トポグラフィーが作製される、電解質を含む環境が、電解質溶液およびゲル４２を含む。デバイス６６では、指定されたプロトン濃度トポグラフィーが作製される、電解質を含む環境が、プロトン濃度トポグラフィー流路７２に保持される電解質溶液を含む。
【０１６８】
デバイス３６、デバイス５２、デバイス５４、デバイス５８およびデバイス６６では、電解質を含む環境を含有するように構成される容器が、ゲル４２が保持される一部分、または、デバイス６６のプロトン濃度トポグラフィー流路７２を含む容器１４を構成する。
【０１６９】
デバイス３６、デバイス５２、デバイス５４およびデバイス５８では、指定されたプロトン濃度を、電解質を含む環境の関連する体積において作製するように構成される個々の独立して制御可能なセルが、対向電極２４、電気分解用体積２８、作用電極２６、プロトン濃度センサー３２を含み、そして、デバイス３６、デバイス５４、デバイス５８およびデバイス６６については、プロトンリザーバー体積４８を含む。
【０１７０】
デバイス３６では、それぞれのセルの電気分解用体積が物理的に隔てられず、すべての作用電極２６ａ〜２６ｊのための１つだけの対向電極２４が存在する。しかしながら、電位が、等電点フォーカシング用陽極３８と等電点フォーカシング用陰極４０との間に印加される実施形態においては、隣接するセル間での干渉を軽減するために、それぞれの作用電極２６が専用の対向電極２４を備えることが多くの場合、好都合である。したがって、デバイス３６、デバイス５２、デバイス５４、デバイス５８およびデバイス６６では、それぞれのセルが、電気分解用体積２８を、作用電極２６とそれぞれの対向電極２４との間に含む。
【０１７１】
デバイス３６、デバイス５４およびデバイス５８では、指定されたプロトン濃度が作製されるセルに関連する環境の体積が、プロトンリザーバー体積４８、ならびに、それぞれのプロトンリザーバー体積４８の近くに位置するメンブラン４４およびゲル４２の体積を含む。デバイス５２では、指定されたプロトン濃度が作製されるセルに関連する環境の体積が、それぞれの作用電極２６の近くに位置するメンブラン４４およびゲル４２の体積を含む。
【０１７２】
デバイス３６、デバイス５２、デバイス５４、デバイス５８およびデバイス６６では、プロトン濃度センサー３２が、セル（例えば、１２）によって作製されるプロトン濃度を測定し、測定された濃度を制御装置１６に送る。このことは、実際に作製されたプロトン濃度のモニタリングを可能にし、また、必要ならば、作用電極２６と対向電極２４との間を通る電流の調節を、実際に作製されたプロトン濃度を指定されたプロトン濃度として維持するために可能にする。
【０１７３】
上記で記載されたように、デバイス３６、デバイス５２、デバイス５４、デバイス５８およびデバイス６６が、プロトン濃度トポグラフィーを作製するために操作されているとき、ゲル４２、または、流路７２に保持される環境が、指定されたプロトン濃度によって特徴づけられる複数の個別的体積に分割され、この場合、それぞれの体積が特定の作用電極２６に関連し、かつ、特定の作用電極２６の近くにあり、そして、デバイス３６、デバイス５４、デバイス５８およびデバイス６６の場合には、それぞれのプロトンリザーバー体積４８に関連し、かつ、それぞれのプロトンリザーバー体積４８の近くにある。ゲル４２において、また、流路７２において、任意の２つのそのような関連した体積の間には（そして、電極セパレーター４６の近くには）、境界体積を規定している２つの隣接する体積のプロトン濃度に関連づけられるプロトン濃度（また、場合により、プロトン濃度勾配）を有する境界体積が存在する。
【０１７４】
いくつかの実施形態において、本発明のデバイス、例えば、デバイス３６、デバイス５２、デバイス５４、デバイス５８またはデバイス６６などは、ゲル４２またはプロトン濃度トポグラフィー流路７２における作製されたプロトン濃度トポグラフィーが変更可能であり、かつ、プロトン濃度トポグラフィーを所望される通りに変化させることができ、および／または、時間とともに変化させることができるように構成される。
【０１７５】
いくつかのそのような実施形態において、制御装置１６は、必要に応じて、それぞれのセルによって作製される所望されるプロトン濃度を指定する指示を与えるか、または、使用者が、所望されるプロトン濃度トポグラフィーを指定することを可能にする使用者インターフェースを備える。使用者の指示を受け取ったとき、制御装置１６は、１つまたは複数の対向電極２４とそれぞれの作用電極２６との間を通る電流を変化させ（または維持し）、その結果、所望されるプロトン濃度トポグラフィーを作製するようにする。
【０１７６】
いくつかのそのような実施形態において、制御装置１６には、タイマー、および、作製されたプロトン濃度トポグラフィーを時間の関数としてどのように変化させるかに関する指示が与えられる。タイマーを参照して、制御装置１６は、１つまたは複数の対向電極２４とそれぞれの作用電極２６との間を通る電流を指示に従って変化させ（または維持し）、その結果、作製されたプロトン濃度トポグラフィーを時間の関数として変化させるようにする。電流における変化は、セルによって作製されるプロトン濃度における変化が段階的様式である（すなわち、特定の値で安定させられ、しばらくの間はその値で維持される）か、または、連続的であるようにすることができる。
【０１７７】
いくつかの実施形態において、例えば、デバイス３６などにおいて、それぞれのプロトンリザーバー体積４８は専用の攪拌機５０を備える。いくつかの実施形態において、プロトンリザーバー体積は実際の攪拌機を有しておらず、一様なプロトン濃度が、プロトンリザーバー体積の内部におけるプロトンの拡散によって達成される。
【０１７８】
いくつかの実施形態において、デバイス（例えば、デバイス３６、デバイス５２、デバイス５４、デバイス５８またはデバイス６６など）の操作は、特に電流が、等電点フォーカシング用陽極３８と、等電点フォーカシング用陰極４０との間を通るとき、熱の発生を引き起こすことがある。いくつかのそのような実施形態において、デバイスは、例えば、電解質を含む環境を冷却するための構成部分を含む冷却システムを備える。１つの典型的な例において、図９に示されるデバイス６６などのデバイスは、冷却エレメントを陽極浴６８および陰極浴７０の壁に備える。
【０１７９】
上記で議論された実施形態において、等電点フォーカシングが、固定化されておらず、したがって、変更可能であるプロトン濃度トポグラフィーが作製されるゲル４２である環境の一部分において行われるか、または、固定化されておらず、したがって、変更可能であるプロトン濃度トポグラフィーが作製される流路７２において行われる。いくつかの利点には、より安価なゲルをより大きな再現性とともに使用することができること、および、分析物の同じサンプルを、いくつかの異なるプロトン濃度トポグラフィーを使用して分析することができる、上記で議論された可能性が含まれる。
【０１８０】
等電点フォーカシングを行うときの変更可能なプロトン濃度勾配の有用性を明らかにする１つの実施形態が、図１０Ａ〜図１０Ｆを参照して議論される。この実施形態では、異なる電気泳動移動度および未知の等電点を有する３つの他のタンパク質と一緒に混合物に存在する、類似する電気泳動移動度を有するが、異なる等電点を（例えば、ｐＨ５．５およびｐＨ６．５において）有する目的とする２つのタンパク質を分離することが望まれる。図１０Ａ〜図１０Ｆのそれぞれが、プロトン濃度トポグラフィーが作製され、その全面にわたって、電場が、等電点フォーカシング用陽極３８と等電点フォーカシング用陰極４０との間に印加されるゲル４２（標準的な電気泳動／等電点フォーカシング用のゲル）における混合物の５つのタンパク質の存在位置を概略的に示す（それぞれが水平の帯として示される）。この実施形態の特徴は、電気泳動による分離および等電点による分離が、この技術分野では知られているような直交した軸ではなく、平行した軸で行われることである。
【０１８１】
通常の様式で、一様なプロトン濃度（ｐＨ７）がゲル４２の全体にわたって作製され、タンパク質の混合物がゲル４２に負荷される。電位が、陽極３８と陰極４０との間に印加される。
【０１８２】
図１０Ａでは、個々のタンパク質が、電気泳動の結果として、異なる速度で移動する。
【０１８３】
図１０Ｂでは、個々のタンパク質が最大の電気泳動分離度に達し、「最も速い」タンパク質が陽極３８の近くに達する。目的とする２つのタンパク質がすぐ近くに存在することが認められる。
【０１８４】
図１０Ｃでは、複雑なプロトン濃度トポグラフィーが、目的とするこれらのタンパク質をさらに分離するために作製される。中心領域７６において、すなわち、目的とする２つのタンパク質が見出されるゲル４２の体積において、プロトン濃度が（陽極３８側での）ｐＨ２から（陰極４０側での）ｐＨ１０にまで単調に低下する。ｐＨ２を有する中心領域７６の末端から陰極４０に向かって、陰極領域７８（２つの「望まれない」タンパク質を含むゲル４２の体積）は、プロトン濃度がｐＨ２から陰極４０の近くでのｐＨ１０にまで単調に低下する。ｐＨ１０を有する中心領域７６の末端から陽極３８に向かって、陽極領域８０（１つの「望まれない」タンパク質を含むゲル４２の体積）は、プロトン濃度がｐＨ１０から陽極３８の近くでのｐＨ２にまで単調に増大する。
【０１８５】
図１０Ｄでは、陰極領域７８および陽極領域８０における３つの「望まれない」タンパク質がそれぞれ、ゲル４２の端に近いそれぞれの等電点に移動し、一方、中心領域７６における目的とする２つのタンパク質は、図１０Ｃを参照して記載されるプロトン濃度トポグラフィー、および、陽極３８と陰極４０との間に印加される電位から生じる等電点フォーカシングのためにますます空間的に分離される。
【０１８６】
図１０Ｅでは、中心領域７６が長くなり、これにより、目的とする２つのタンパク質の空間的分離度が大きくなる。陰極領域７８および陽極領域８０がより小さくなり、このことは３つの「望まれない」タンパク質をより近くに近づける。
【０１８７】
図１０Ｆでは、中心領域７６における目的とする２つのタンパク質は空間的に十分に分離される。
【０１８８】
したがって、変更可能なプロトン濃度トポグラフィーを使用した場合、本発明は、上記で記載されるように、目的とする成分が、前回の固定化されていないプロトン濃度トポグラフィーでの場合よりも大きな程度に空間的に分離されるように、第２の固定化されていないプロトン濃度トポグラフィーが選ばれる等電点フォーカシングを使用して、分析物を分析する方法を提供する。
【０１８９】
本発明のいくつかの実施形態において、等電点フォーカシングが、流体（例えば、液体など、例えば、電解質溶液）である環境において、例えば、デバイス６６の流路７２において行われ、または、いくつかのそのような実施形態において、ゲル４２が除かれ、電解質溶液により置き換えられる。等電点フォーカシングを液体中で行うことにおけるいくつかの利点が、より低い価格、分析間における環境のより簡便な置き換え、および、大きい分析物分子がゲルの内部の流路を通過するときに生じるふるい効果がないことである。上記で議論されたように、流体環境の使用はまた、様々な分離方法（例えば、等電点フォーカシングなど）に基づく調製的方法の簡便な実行を可能にする。
【０１９０】
上記で議論された実施形態において、ゲル４２における環境の２つの隣接する体積の間におけるイオンの動きは実質的に阻害されておらず、これは、多くの使用のために、例えば、等電点フォーカシングのために好適である形態である。
【０１９１】
いくつかの実施形態において、２つの隣接する体積の間におけるイオンの動きが阻害される。例えば、隣接する体積の間におけるイオンの動きが実質的に阻害される１つのそのような実施形態は、ゲル４２が絶縁性のガラスプレートにより置き換えされる図３に示されるデバイス３６に類似する。そのような実施形態において、指定されたプロトン濃度が作製される個々のセルに関連する環境の体積は、それぞれのプロトンリザーバー体積４８を含むだけである。そのような実施形態は、例えば、データの表示のために有用である。
【０１９２】
使用するために、プロトンリザーバー体積４８および電気分解用体積２８が、電解質を含む環境、および、環境におけるプロトン濃度に依存する外観を有するｐＨ感受性指示剤（例えば、Ｙａｍａｄａ  Ｕｎｉｖｅｒｓａｌ  ｐＨ指示剤（例えば、Ｆｏｓｔｅｒ  ＳＦおよびＧｒｕｎｔｆｅｓｔ、Ｊ．Ｃｈｅｍ．Ｅｄｕｃ．、１９３７、１４、２７４を参照のこと））で満たされる。個々のセルが、指定されたプロトン濃度をそれぞれのプロトンリザーバー体積４８において作製するために作動させられる。プロトンリザーバー体積４８における指示剤は、作製されたプロトン濃度に依存する色を呈する。それぞれのプロトンリザーバー体積４８におけるプロトン濃度は、（環境におけるｐＨ指示剤によって明らかにされるような作製されたプロトン濃度トポグラフィーである）プロトンリザーバー体積４８の全体的な外観がデータの表示（例えば、像）を構成するように指定される。
【０１９３】
当業者には明らかであるように、一次元のプロトン濃度トポグラフィーを作製するセルの一次元アレイを有する本明細書中上記で記載されるようなデバイス３６に類似するデバイスを使用するデータの表示は限定される。二次元のプロトン濃度トポグラフィーを作製するためにセルの二次元アレイを有する類似したデバイスは、特に実際の像を表示するためのより大きな有用性を有する。
【０１９４】
２つの隣接する体積の間におけるイオンの動きが阻害される、データを表示するための方法およびデバイスの実施形態が記載されたが、データの表示のためのいくつかの実施形態では、２つの隣接する体積の間におけるイオンの動きは実質的に阻害されていない。
【０１９５】
本発明の実施形態は、等電点フォーカシングおよびデータの表示とは異なる分野において有用であり、例えば、マイクロ流体工学およびラボ・オン・チップ適用において有用である。
【０１９６】
本発明の教示は、例えば、マイクロエレクトロニクスおよびマイクロ流体工学の分野において知られているような通常の技術および方法を使用して、本明細書および図面の精査に基づいて当業者によって実行することができる。
【０１９７】
（実施例）
指定されたプロトン濃度を作製するためのデバイス
所定のプロトン濃度を、電解質を含む液体環境において作製するためのデバイスの１つの実施形態、すなわち、デバイス６０が、指定されたプロトン濃度を作製するために本発明の教示に従って作製され、使用された。デバイス６０が上面図で図７Ａに概略的に示される。
【０１９８】
デバイス６０の外枠３４は、容器１４が、指定されたプロトン濃度を、電解質を含む環境において作製するためのセル１２を収容するためにくり抜かれたポリメチル（メタクリレート）（Ｐｅｒｓｐｅｘ（登録商標））のブロック（４ｃｍの長さ（ｙ方向の大きさ）、３ｃｍの幅（ｘ方向の大きさ）および２ｃｍの高さ（ｚ方向の大きさ））であり、この場合、セル１２が、１ｃｍの長さ（ｙ方向の大きさ）、０．６ｃｍの幅（ｘ向の大きさ）および１ｃｍの深さ（ｚ方向の大きさ）であった。厚さが０．１ｍｍの白金の網目物の対向電極２４がセル１２の壁に沿って設置された。作用電極２６が、対向電極２４と平行に対向電極２４から２ｍｍの間隔で容器１４の内部に設置された。プロトン濃度センサー３２（Ｏｒｉｏｎ  ９８６３ＢＮ、Ｔｈｅｒｍｏ  Ｆｉｓｈｅｒ  Ｓｃｉｅｎｔｉｆｉｃ  Ｉｎｃ．、Ｗａｌｔｈａｍ、ＭＡ、アメリカ合衆国）が、体積３０の内部に、対向電極２４に向き合ってセル１２の壁に設置された。
【０１９９】
容器１４が０．１ＭのＮａ２ＳＯ４水溶液の電解質溶液で満たされた。プロトン濃度センサー３２が、どのようなプロトン濃度が体積３０においてそのセンサーによって測定されたかを示すために、好適な表示デバイスに接続された。
【０２００】
デバイス６０を使用して、指定されたプロトン濃度を、体積３０に保持される環境において作製した。対向電極２４および作用電極２６を、電気回路を確立するために、可変式電源と機能的に連携させた。可変式電源を使用して、約０Ｖ〜約５Ｖの間の電位において約０ｍＡｃｍ−２〜約１ｍＡｃｍ−２の間の電流を、電解質を含む電気回路に通した。回路を通る電流は、水の加水分解と、プロトンおよびヒドロキシルアニオンの生成とを電気分解チャンバー２８の体積においてもたらした。プロトンの濃度が陰極の近くでは増大し、一方、プロトンの濃度が陽極の近くでは低下した。作用電極２６は網目物から作製され、したがって、イオンに対して透過性であったので、生成したプロトンが作用電極２６の近傍から作用電極２６を通り抜けて、体積３０に保持される電解質溶液の中に入った。
【０２０１】
回路を通る電流の大きさを、４．７のｐＨに対応するプロトン濃度が、体積３０に保持される電解質溶液において作製されるまで、プロトン濃度センサー３２の読み取り値を参照して調節した。図８Ａを参照のこと。
【０２０２】
その後、回路を通る電流の大きさを、９のｐＨに対応するプロトン濃度が、体積３０に保持される電解質溶液において作製されるまで、プロトン濃度センサー３２の読み取り値を参照して調節した。図８Ｂを参照のこと。
【０２０３】
指定されたプロトン濃度トポグラフィーを作製するためのデバイス
所定のプロトン濃度トポグラフィーを液体環境において作製するためのデバイスの１つの実施形態、すなわち、デバイス６２が、指定されたプロトン濃度トポグラフィーを作製するために本発明の教示に従って作製され、使用された。デバイス６２が上面図で図７Ｂに概略的に示される。
【０２０４】
デバイス６０の外枠３４は、それぞれが、指定されたプロトン濃度を、電解質を含む環境において作製するためのものである２つのセル１２ａおよび１２ｂを収容するために、容器１４がくり抜かれたポリメチル（メタクリレート）（Ｐｅｒｓｐｅｘ（登録商標））のブロック（４ｃｍの長さ（ｙ方向の大きさ）、３ｃｍの幅（ｘ方向の大きさ）および２ｃｍの高さ（ｚ方向の大きさ））であり、この場合、それぞれのセル１２ａまたは１２ｂが、１ｃｍの長さ（ｙ方向の大きさ）、０．６ｃｍの幅（ｘ方向の大きさ）および１ｃｍの深さ（ｚ方向の大きさ）であった。それぞれのセル１２ａおよび１２ｂに対応する容器１４の空洞部を隔てているものが、幅が０．２ｃｍ（ｘ方向の大きさ）の不透過性の壁６４である。厚さが０．１ｍｍの白金の網目物の対向電極２４ａおよび２４ｂがセル１２ａおよび１２ｂの壁に沿ってそれぞれ設置された。作用電極２６ａおよび２６ｂが、対向電極２４ａおよび２４ｂと平行に、かつ、対向電極２４ａおよび２４ｂから２ｍｍの間隔で容器１４の内部に設置された。プロトン濃度センサー３２ａおよび３２ｂ（Ｏｒｉｏｎ  ９８６３ＢＮ、Ｔｈｅｒｍｏ  Ｆｉｓｈｅｒ  Ｓｃｉｅｎｔｉｆｉｃ  Ｉｎｃ．、Ｗａｌｔｈａｍ、ＭＡ、アメリカ合衆国）が、体積３０ａおよび３０ｂの内部に、対向電極２４および２４ｂに向き合ってセル１２ａおよび１２ｂの壁に設置された。
【０２０５】
容器１４が０．１ＭのＮａ２ＳＯ４水溶液の電解質溶液で満たされた。それぞれのプロトン濃度センサー３２ａおよび３２ｂが、どのようなｐＨが、対応する体積３０ａまたは３０ｂにおいてそのセンサーによって測定されたかを示すために、好適な表示デバイスに接続された。
【０２０６】
デバイス６２を使用して、指定されたプロトン濃度トポグラフィーを、体積３０ａ、３０ｂとその間における境界体積７４とを含む容器１４の一部分における電解質溶液において作製した。
【０２０７】
２つの電気回路を確立した。それぞれの電気回路が、電極対２４ａ／２６ａまたは電極対２４ｂ／２６ｂと、別個の独立する可変式電源とを含んでいた。それぞれの可変式電源を使用して、約０Ｖ〜約５Ｖの間の電位において約０ｍＡｃｍ−２〜約１ｍＡｃｍ−２の間の電流を独立してそれぞれの電気回路に通した。回路を通る電流は、水の加水分解と、プロトンおよびヒドロキシルアニオンの生成とを電気分解チャンバー２８ａまたは２８ｂの体積においてもたらした。プロトンの濃度が陰極の近くでは増大し、一方、プロトンの濃度が陽極の近くでは低下した。作用電極２６ａおよび２６ｂは網目物から作製され、したがって、イオンに対して透過性であったので、生成したイオンが作用電極２６の近傍から作用電極２６を通り抜けて、それぞれの関連した体積３０ａまたは３０ｂに保持される電解質溶液の中に入った。
【０２０８】
対向電極２４ａと作用電極２６ａとの間に印加される電流を、５．２のｐＨに対応するプロトン濃度が、作用電極２６ａに関連する体積３０ａに保持される電解溶液において測定されるまで、プロトン濃度センサー３２ａの読み取り値を参照して調節し、一方、対向電極２４ｂと作用電極２６ｂとの間に印加される電流を、９のｐＨに対応するプロトン濃度が、作用電極２６ｂに関連する体積３０ｂに保持される電解質溶液において測定されるまで、プロトン濃度センサー３２ｂの読み取り値を参照して調節した。図８Ｃを参照のこと。
【０２０９】
明確にするため別個の実施形態の文脈で説明されている本発明の特定の特徴が、単一の実施形態に組み合わせて提供されることもできることは分かるであろう。逆に、簡潔にするため単一の実施形態で説明されている本発明の各種の特徴は別個にまたは適切なサブコンビネーションで、あるいは本発明の他の記載される実施形態において好適なように提供することもできる。種々の実施形態の文脈において記載される特定の特徴は、その実施形態がそれらの要素なしに動作不能である場合を除いては、それらの実施形態の不可欠な特徴であると見なされるべきではない。
【０２１０】
本発明はその特定の実施形態によって説明してきたが、多くの別法、変更および変形があることは当業者には明らかであることは明白である。従って、本発明は、本願の請求項の精神と広い範囲の中に入るこのような別法、変更および変形すべてを包含するものである。
【０２１１】
本願の参照物の引用または特定は、かかる参照物が本発明に対する先行技術として利用可能であるという許可として解釈されるべきではない。
【０２１２】
見出しの部分はここでは明細書の容易な理解のために使用され、必ずしも限定して解釈されるべきではない。
【図１Ａ】
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【図１Ｂ】
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【図１Ｃ】
0005702142.tif 000004
【図２Ａ−Ｂ】
0005702142.tif 000005
【図３Ａ】
0005702142.tif 000006
【図３Ｂ】
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【図３Ｃ】
0005702142.tif 000008
【図４Ａ】
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【図４Ｂ】
0005702142.tif 000010
【図４Ｃ】
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【図５Ａ】
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【図５Ｂ】
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【図５Ｃ】
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【図６Ａ】
0005702142.tif 000015
【図６Ｂ】
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【図７Ａ−Ｂ】
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【図８Ａ−Ｂ】
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【図８Ｃ】
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【図９Ａ−Ｂ】
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【図１０Ａ−Ｆ】
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