(57)【要約】      （修正有）【課題】キャピラリの端面の密着により流体シールを形成し、他の接続装置の部材構成と接することがなく、デッドヴォリュームをキャピラリ密着部の断面配置分に抑えることができる、利便性の高いキャピラリ接続装置を提供する。【解決手段】キャピラリの外径と同程度もしくはやや大きい寸法のキャピラリ挿入孔を有するキャピラリ保持部材にキャピラリを挿入して数１００ミクロン程度キャピラリ挿入孔からキャピラリを突出させた状態で固定する。キャピラリと一体化したキャピラリ保持部材を2片用意し、位置決めガイドを利用し、2片のキャピラリ保持部材を、バネを具備した止め具を用いて押圧接続する。２片のキャピラリの間で過押圧によるキャピラリの破損が起こらない範囲で、キャピラリの長手方向に、数μｍの応力歪みが生じるように密着させ、平坦度の高いキャピラリ端面のみで流体シールを形成する。【選択図】図８
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１のキャピラリと第２のキャピラリを接続するためのキャピラリ接続装置であって、
前記第１のキャピラリが貫通し、かつ前記第１のキャピラリを支える第１の保持部材と、
前記第２のキャピラリが貫通し、かつ前記第２のキャピラリを支える第２の保持部材と、
前記第１の保持部材と前記第２の保持部材とを接続する接続手段と、を有し、
前記接続手段は、前記第１の保持部材から突出した前記第１のキャピラリの第１端と、前記第２の保持部材から突出しかつ前記第１端と対面する前記第２のキャピラリの第２端とを密着させるように前記第１の保持部材と前記第２の保持部材とを接続することを特徴とするキャピラリ接続装置。
【請求項２】
請求項１に記載のキャピラリ接続装置において、前記第１及び第２の保持部材はそれぞれ、キャピラリ接続時に互いが対向する面に、前記第１及び第２のキャピラリと非接触の少なくとも１つのパッキンを有していることを特徴とするキャピラリ接続装置。
【請求項３】
請求項１に記載のキャピラリ接続装置において、前記接続手段は、前記第１及び第２の保持部材それぞれの端面に形成された位置決め手段と、前記第１の保持部材と前記第２の保持部材に押圧を加える止め具とを有することを特徴とするキャピラリ接続装置。
【請求項４】
請求項１に記載のキャピラリ接続装置において、前記第１及び第２の保持部材はそれぞれ、複数のキャピラリを保持し、該キャピラリを群として扱うことを特徴とするキャピラリ接続装置。
【請求項５】
請求項１に記載のキャピラリ接続装置において、前記第１及び第２の保持部材はそれぞれ、複数の径の異なるキャピラリを保持し、該キャピラリを群として扱うことを特徴とするキャピラリ接続装置。
【請求項６】
請求項２に記載のキャピラリ接続装置において、前記パッキンは、前記第１のキャピラリと前記第２のキャピラリの密着時の過応力によるキャピラリの破損を防ぐための衝撃緩和部材であることを特徴とするキャピラリ接続装置。
【請求項７】
請求項２に記載のキャピラリ接続装置において、前記パッキンはエラストマーで形成されていることを特徴とするキャピラリ接続装置。
【請求項８】
請求項３に記載のキャピラリ接続装置において、前記位置決め手段は、前記第１及び第２の保持部材の少なくとも１つに設けられた突起部と、この突起部を受容するための、前記第１及び第２の保持部材の少なくとも１つに設けられた突起受容孔とを有し、
前記突起部及び前記突起受容孔は、キャピラリ接続時に嵌り合うことを特徴とするキャピラリ接続装置。
【請求項９】
請求項８に記載のキャピラリ接続装置において、前記突起部は、円筒状の金属性のピンで構成されることを特徴とするキャピラリ接続装置。
【請求項１０】
請求項３に記載のキャピラリ接続装置において、前記止め具は引きバネ及び/又は板バネで構成されることを特徴とするキャピラリ接続装置。
【請求項１１】
請求項１に記載のキャピラリ接続装置において、前記接続手段は前記第１の保持部材と前記第２の保持部材に押圧を加える止め具を含み、
前記第１及び第２のキャピラリの素材破壊強度をＸ、前記第１及び第２のキャピラリが密着する面積をＳ1、前記止め具の押圧によって前記第１及び第２のキャピラリに加わる荷重をＭとすると、前記止め具によってＸ＞Ｍ/Ｓ1となるような押圧をキャピラリの密着面に加えることを特徴とするキャピラリ接続装置。
【請求項１２】
請求項１１に記載のキャピラリ接続装置において、前記第１及び第２の保持部材はそれぞれ、キャピラリ接続時に互いが対向する面に、前記第１及び第２のキャピラリと非接触のエラストマー製パッキンを有し、
前記パッキンの弾性と前記パッキンの保持部材に対する密着面積を制御することにより、前記止め具の押圧による前記キャピラリの密着端面の応力集中を緩和することを特徴とするキャピラリ接続装置。
【請求項１３】
請求項２に記載のキャピラリ接続装置において、前記パッキンの厚みをＬ１とし、前記第１端及び前記第２端の長さをそれぞれＬ２とすると、Ｌ１≧Ｌ２の関係であることを特徴とするキャピラリ接続装置。
【請求項１４】
第１のキャピラリと第２のキャピラリを接続するためのキャピラリ接続装置であって、
前記第１のキャピラリが貫通し、かつ前記第１のキャピラリを支える第１の保持部材と、
前記第２のキャピラリが貫通し、かつ前記第２のキャピラリを支える第２の保持部材と、
前記第１の保持部材と前記第２の保持部材とを接続する接続手段と、
前記第１のキャピラリの前記第１の保持部材から突出した第１端と、前記第２のキャピラリの前記第２の保持部材から突出しかつ前記第１端と対面する第２端との連結部を観察するセンサとを有し、
前記連結部を通過する液体を、前記センサによりモニタすることを特徴とするキャピラリ接続装置。
【請求項１５】
請求項１４に記載のキャピラリ接続装置において、前記センサは画像記憶媒体であることを特徴とするキャピラリ接続装置。
【請求項１６】
請求項１４に記載のキャピラリ接続装置において、前記センサは画像記憶媒体であり、液の漏洩を検知することを特徴とするキャピラリ接続装置。
【請求項１７】
請求項１４に記載のキャピラリ接続装置において、前記センサは画像記憶媒体であり、密着部に生じるデッドヴォリュームを定量することを特徴とするキャピラリ接続装置。
【請求項１８】
第１のキャピラリと第２のキャピラリを接続するためのキャピラリ接続装置であって、
前記第１のキャピラリが貫通し、かつ前記第１のキャピラリを支える第１の保持部材と、
前記第２のキャピラリが貫通し、かつ前記第２のキャピラリを支える第２の保持部材と、
前記第１の保持部材と前記第２の保持部材とを接続する接続部材と、を有し、
前記接続部材は、前記第１のキャピラリの前記第１の保持部材から突出した第１端と、前記第２のキャピラリの前記第２の保持部材から突出しかつ前記第１端と対面する第２端とを密着するように接続し、この密着部のデッドヴォリュームは密着部の断面配置分に抑えられることを特徴とするキャピラリ接続装置。
【請求項１９】
請求項１８に記載のキャピラリ接続装置において、前記第１端と前記第２端の密着端面の算術表面粗さは、１００nm以下であることを特徴とするキャピラリ接続装置。
【請求項２０】
請求項１８に記載のキャピラリ接続装置において、前記第１端と前記第２端の密着する端面の最大高さは２μｍ以下であることを特徴とするキャピラリ接続装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明はキャピラリ接続装置に関し、特に、例えば液体クロマトグラフィ装置や質量分析装置における、液体搬送路として使用するガラスキャピラリの接続装置やマイクロ流路チップにおけるサンプル導入口とキャピラリとの接続装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
タンパク質解析において、前処理から計測までの一連の工程を複合化した自動分析システムの開発が進められている。この自動分析システムにおいては、一般的に工程毎に送液ポンプを用いて、分析すべき物質を含む溶液サンプル（分析サンプル）や溶媒類を所定の位置へ搬送して順次処理する。液体クロマトグラフィ装置(Liquid Chromatography: LC)と質量分析装置(Mass Spectroscopy: MS)を複合したタンパク質解析専用の液体クロマトグラフ質量分析装置（LC-MS）は、その代表例である。
【０００３】
自動分析システムにおいては、流体制御流路を構成するため、シリカガラスキャピラリチューブ（以下、キャピラリと記述する）やポリマーチューブ等が使用される。近年では、試薬コストの低減や環境負荷への考慮から、サンプルや試薬の微量化が進み、内径が数１０μmと小さくでき、寸法公差の小さいキャピラリを使用するケースが多くなってきている。このようなキャピラリは、典型的には約０．０２ｍｍから０．６０ｍｍの範囲の内径を有し、約０．１ｍｍから０．８０ｍｍの範囲の外径を有している。
【０００４】
キャピラリは、液体クロマトグラフィの移動相溶媒の供給および搬送流路、分析サンプル注入のための流路、分離カラム、さらに、エレクトロスプレーイオン化チップ、など、に使用される。これらのキャピラリを直列に一体の連続制御流路として接合するために、キャピラリ接続装置が開発されてきた。
【０００５】
このようなキャピラリ接続装置は、化学的に活性な物質および有機溶剤と常時接触して使用可能でなければならない。そして、キャピラリ接続装置は、ゼロから数千ポンド/平方インチまでの内部圧力で動作したときにおいても液体の漏洩があってはならない。また、キャピラリ接続装置内では、分離カラムを通過した液体のバンド広がりを防止するために、分離カラムとエレクトロスプレーイオン化チップとの間に余分な容積（デッドヴォリューム）が生じないようにする必要がある。さらに、キャピラリ接続装置の設計に際しては、流体を撹乱する恐れのある機械的構造を避ける必要があり、また、ユーザの利便性を考え、接続は特別な工具なしで容易に行えるようにするのが望ましい。
【０００６】
多くの接続装置がキャピラリ端部と接続装置の間の流体シールの継手、カップリングを得るために考案されている。最も典型的なネジ込み式の接続装置は、特許文献１及び２に示されるように、外部を円錐台形状に形成したキャピラリの外径とほぼ同様な内径を有するフェルールもしくは環状のエラストマーと、長手方向の貫通孔を有するユニオンを使用するものである。この接続装置では、キャピラリの端部をフェルールやエラストマーの孔へ挿入し、次に、該キャピラリと該フェルールや該エラストマーで形成されたアセンブリをユニオンの内部の孔に挿入する。このユニオンの内部は、フェルールやエラストマーを受容するような形状を有している。最後に、ユニオン端に切られたタップにネジ構造を有する部材をねじ込み、フェルールやエラストマーに圧力をかけて変形させ、キャピラリとユニオンの間で流体シールを形成する。
【０００７】
他に、特許文献３及び４に示されるように、インナーシール、またはプレスフィット式と呼ばれる、円錐形状を有する中空の細長いガラス管を用いる２対のキャピラリの接続法もある。このガラス管は、端部から中央部に向かって狭くなっているテーパの付いた内部孔を有している。そして、ポリイミドなどの弾性材で被覆されたキャピラリを、該ガラス管の開放端から挿入すると、テーパ部でキャピラリ端部周辺が密着し、弾性材に変形が生じる。これにより、該ガラス管との間で、流体シールが形成される。この方式は、ネジ込み式と比較して利便性には富むが、内部圧力が数十〜百/平方インチでの動作環境でしか適用できないものである。
【０００８】
また、キャピラリの２片を接続する構成の他に、近年、ガラス板やプラスチック板を加工して溝を形成し、それらを２枚張り合わせることで形成される流路を用いた液体クロマトグラフィチップや電気泳動チップ、さらに化学合成チップや診断チップに分析・検査サンプルを供給するためのチップとキャピラリを接合する方法が幾つか提案されている。先に挙げた２対のキャピラリを接続する一般的な方法であるネジ込み式は、チップとキャピラリの接続にも一般的に適用されている。例えば、非特許文献１には、エンドミルドリルを用いた機械加工でチップ側面に円筒形状のキャピラリ挿入部を形成し、キャピラリを挿入して、接着剤で流体シールする接続方法が提案されている。また、非特許文献２には、半導体微細加工技術で作製したポリマー製のマイクロフェルールをキャピラリ端部に固定し、該マイクロフェルールを受容するように加工されたサンプル供給孔に嵌め込み、接着剤で固定するデッドヴォリュームの少ないコネクタなども提案されている。
【０００９】
【特許文献１】実開昭５６−１７９３４号公報
【特許文献２】実開平０４−８７０９４号公報
【特許文献３】特開平９−２６４１９号公報
【特許文献４】特開２００２−３１８２２４号公報
【非特許文献１】Analytical Chemistry ７１, ３２９２−３２９６ (１９９９)
【非特許文献２】Fresenius journal of Analytical Chemistry ３７１, ２７０−２７５ （２００１）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
しかしながら、上述のような従来のキャピラリ接続装置には幾つかの問題点がある。
例えば、特許文献１及び２に開示されているフェルールを圧縮するネジ込み式接続装置は、幾つかの可動部品を必要とし、注意深く組立・分解しなければならなく、利便性に問題がある。また、キャピラリと接触するユニオンとフェルールの間で液の漏洩を防いでいるため、キャピラリと該他部材との間で液の撹乱が起こりやすく、しかも撹乱の状態を検出することはできない。また、デッドヴォリュームの量が再現しない。多くの場合、数十ナノリットルから数マイクロリットル程度のデッドヴォリュームが不規則に生じる。
【００１１】
さらに、キャピラリ接続装置における全ての部品は、分析的なクロマトグラフィ・プロセスにおいて使用された物質に対して化学的に不活性でなければならない。また、使用するキャピラリ外径に応じてキャピラリの挿入部となるユニオンの内径を変更する必要がある。ところが、これらの条件を全て満足しようとすれば、キャピラリ接続装置のコストを引き上げることになってしまう。
【００１２】
また、特許文献３及び４に開示されているインナーシールまたはプレスフィット式接続においては、デッドヴォリュームがマイクロリットルオーダで常時存在し、また、キャピラリの外径寸法に公差やガラス管のテーパ部寸法の公差により、デッドヴォリュームの量が再現しないという問題がある。そして、内部圧力が数十〜百/平方インチでの動作環境でしか使用できず、圧力に耐えられなくなると実験中にキャピラリがガラス管から外れてしまうことがある。
【００１３】
さらに、上述のチップとキャピラリの接続装置では多くの場合接着剤を使用するが、接着剤は毛細管現象によりチップ内の流路内部やキャピラリ内部に侵入しやすく、それにより流路は封鎖されてしまうため、注意深く取付ける必要がある。従って、利用者にとって利便性の点で問題がある。
【００１４】
本発明はこのような状況に鑑みてなされたものであり、利便性を改善し、デッドヴォリュームの低減とその再現性の向上を図り、さらには、接続装置の部材寸法の変更に対する柔軟性を担保してコスト低減を図ることのできるキャピラリ接続装置を提供するものである。
【課題を解決するための手段】
【００１５】
上記問題点を解決するために、本発明によるキャピラリ装置は、第１のキャピラリと第２のキャピラリを接続するためのキャピラリ接続装置であって、前記第１のキャピラリが貫通し、かつ第１のキャピラリを支える第１の保持部材と、前記第２のキャピラリが貫通し、かつ前記第２のキャピラリを支える第２の保持部材と、前記第１の保持部材と前記第２の保持部材とを接続する接続手段と、を有し、前記接続手段は、前記第１の保持部材から突出した前記第１のキャピラリの第１端と、前記第２の保持部材から突出しかつ前記第１端と対面する前記第２のキャピラリの第２端とを密着させるように前記第１の保持部材と前記第２の保持部材とを接続することを特徴とする。
【００１６】
さらに詳しく説明すると、まず、石英ガラス、もしくはパイレックスガラス製のキャピラリを２片用意する。該キャピラリの端面は平坦度が高く、具体的には、算術平均粗さＲａ：１００nm以下、最大高さＲｙ：２μｍ以下であるものを用意する。平坦な端面を得るために、光ファイバカッタによる切断手段やバフ研磨、等を活用する。
【００１７】
次に、該キャピラリの外径と同程度もしくはやや大きい寸法のキャピラリ挿入孔を有するキャピラリ保持部材を２片用意する。キャピラリ保持部材には、位置決めガイドとして用いる突起構造体とそれを受容する孔が、２片のキャピラリ保持部材を接続する際に対向する端面に形成されている。この位置決めガイドにより、該キャピラリを貫通させる目的の保持部材のキャピラリ挿入孔の中心位置を高い精度で制御する。さらに、位置決めガイド用の突起構造体と、それを受容する孔、キャピラリ挿入孔と同じ面に、パッキンを具備している。ここで、パッキンの材質はエラストマーであることが好ましい。
【００１８】
最後に、２片のキャピラリ保持部材を接続するために用いる押圧を加える引きバネまたは板バネを具備した止め具を用意する。
【００１９】
上述の２片のキャピラリ保持部材に、各々キャピラリを挿入して固定する。固定には接着剤を用いる。固定の際には、専用のキャピラリ取付け治具を用いて、数１００ミクロン程度キャピラリ挿入孔からキャピラリを突出させた状態で固定する。これにより、キャピラリとキャピラリ保持部材は一体で扱うことになる。なお、キャピラリの突出長は、パッキンの厚みよりも短くする。
【００２０】
次に、キャピラリと一体化したキャピラリ保持部材を２片用意し、位置決めガイドを利用し、２片のキャピラリ保持部材を接続する。これにより、２片のキャピラリ保持部材のパッキンが密着する。この状態では、２片のキャピラリの端面が対向しているが、密着していない。
【００２１】
最後に、止め具を用いて、接続した2片のキャピラリ保持部材間に一定の応力をかける。これにより、２片のキャピラリの端面は強固に密着する。
【００２２】
素材すなわち、ここではガラスの理論破壊強度Ｘ（ｋｇ/ｍｍ2）に対して、キャピラリの密着する端面の面積をＳ1（ｍｍ2）、止め具のバネから加わる荷重をＭ（ｋｇ）としたときに、Ｘ＞Ｍ/Ｓ1となるような押圧をキャピラリの密着面に加わるように制御する。Ｘ以上では、キャピラリが破損するからである。この制御は、パッキンのエラストマーの弾性とその構造、具体的には、接触断面積の大きさ、さらに、止め具のバネによる荷重の関係の釣り合いで制御する。
【００２３】
２片のキャピラリは、素材特有のヤング率、またはポアソン比に従い数μｍの応力歪みを生じ、その歪みによる反発力で、キャピラリ端面間で流体シールを形成する。
【００２４】
また、キャピラリは、数１００ミクロン程度キャピラリ保持部材の端面から突出させた状態で固定されているため、接続された２片のキャピラリは、他部材と接しない。これにより、２片のキャピラリ密着部は容易に目視または光学的な手法による検出が可能で、実体顕微鏡や、画像センサで流体の挙動を観察できる。これにより、液の漏洩を検知することが可能である。さらに、一定流速で送液している状況下で、密着部を通過するときのタイムラグを計測することができる。これは、密着部で生じてしまう予期せぬデッドヴォリュームを定量化できることを意味している。
【００２５】
なお、本発明のキャピラリ接続装置は、液の漏洩を防ぐために従来使用されていたフェルールやエラストマー等の流体シールを使用しない。流体シールには、２対のキャピラリ端面の押圧による密着接合を採用するため、デッドヴォリュームをキャピラリ密着部の断面配置分に抑えることが可能となり、ゼロからピコリットルレベルに抑えることが可能となる。
【発明の効果】
【００２６】
本発明のキャピラリ接続装置によれば、一方のキャピラリ保持部材から突出したキャピラリの端部ともう一方の保持部材から突出したキャピラリの端部の密着部分がキャピラリ接続装置の構成部材と接していないので、デッドヴォリュームをキャピラリ密着部分の断面配置分に抑えることが可能となり、ゼロからピコリットルレベルに抑えることが可能となる。また、工具による締め付け等を特に必要としないため、利便性の高い接続装置が実現できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２７】
以下、図面を参照して本発明の実施の形態を説明する。
【００２８】
＜キャピラリ端面の形成＞
まず、平坦なキャピラリ端面を得るための方法と、その平坦性の評価結果について説明する。キャピラリは、一般的に用いられる約０．０２ｍｍから０．６０ｍｍの範囲の内径を有しており、例えば約０．１ｍｍから０．８０ｍｍの範囲の外径の石英ガラス製キャピラリ、またはパイレックスガラス製キャピラリを用いることができる。なお、本実施形態では、一例として、内径０．０２２ｍｍ、外径０．１２６ｍｍの石英ガラス製キャピラリについて説明する。
【００２９】
これまでキャピラリの端面平坦性は重視されることが少なく、確固とした切断技術、切削技術は開発されていない。ここでは、後述する液の漏洩を防ぐことが可能な平坦性を得る２通りの方法を挙げる。一つ目は、シングルモードファイバの切断に用いる光ファイバカッタ装置を用いたキャピラリ切断法であり、２つ目は、バフ研磨を用いた切削法である。
【００３０】
（１）光ファイバカッタ装置を用いた切断方法
図１は、光ファイバカッタ装置を用いたキャピラリ切断法の概略を説明するための図である。まず、図１Ａに示されるように、切断刃５のアーム１を手前に引き、ファイバクランプ蓋２と切り屑回収装置８の蓋３を開け、切り屑回収装置８とクランプホルダ台に跨るようにキャピラリ４を設置する。次に、ファイバクランプ蓋２を閉めキャピラリ４を固定し、続けて、切り屑回収装置８の蓋３をファイバクランプ蓋２の方向へ倒す。図１Ｂに示されるように、切断刃５が手前にある切断前では、切り屑回収装置８の蓋３は、完全には閉まっていない状態となっている。最後に、切断刃５のアーム１をキャピラリ４の方向へ、指で押すと、一定速度で切断刃５はキャピラリ４を通過する。キャピラリの下面を切断刃５がなぞるとキャピラリの下部に傷６がつき、切断刃５が通過すと切り屑回収装置８の蓋３が閉じるようになっており、図１Ｃに示されるように、蓋３の加重によりキャピラリ４は切断され、切断されたキャピラリ７が切り屑回収装置内８に回収される。なお、この例では、刃圧８０μｍ、刃の進行速度は、１００ｍｍ/secとしている。
【００３１】
（２）バフ研磨を用いた切削法
図２は、本切削法における研磨手順、研磨法の概略を説明するための図である。研磨は、１次研磨と２次研磨の２回に分けて行う。図２において、キャピラリ４はＬ字型のガラス研磨板９に固定され、そのガラス研磨板は研磨治具１０に蝋で貼付けられている。Ｌ字型のガラス研磨板９を用いることで、研磨盤１１に対してキャピラリ４が傾くことなく、端面がキャピラリの長手方向となす各度で９０度となるように研磨することが容易となる。
【００３２】
本実施形態では、１次研磨の研磨材として、AlO2、SiO2、FeO2、TiO2、ZrO2を、40.5:25.0:0.7:2.0:33.0の割合で混合した粉を用いている。研磨剤の粒度に関しては、キャピラリ４の端面の状態を目視確認して選択することができる。大きいカケなどがある場合には、研磨面を出すのに研削距離を大きくする必要があり、＃１０００又は＃２０００で、粗研磨をして面を整える必要がある。そして、ガラス研磨板９を研磨盤１１に載せ、４０００ｒｐｍで回転（図中矢印１２）させる。研磨面は研磨後、光学顕微鏡で確認し、＃４０００で１０から２０分間研磨する。全体面が研磨されていることと、カケ等が発生していないことが確認できれば終了し、その後水道水で洗浄する。
【００３３】
また本実施形態では、２次研磨の研磨材として、粒径１ミクロンのリキッドタイプのダイヤモンドスラリーを用いている。まず、研磨盤１１にリキッドダイヤモンドを吹き付ける。次に、ガラス研磨板９を研磨盤１１に載せ、４０００ｒｐｍで回転（図中矢印１２）させ、研磨中に２、３分間隔でリキッドダイヤモンドを吹き付ける。約１０分間研磨し、その後、研磨面を光学顕微鏡で確認した後、水道水で洗浄する。
【００３４】
図３は、光ファイバカッタ装置を用いた切断方法とバフ研磨を用いた切削で得られたキャピラリ４の端面形状の走査型レーザ顕微鏡計測結果（典型例）を示している。図３の各結果の上部に挿入した写真は端面のレーザ顕微鏡像である。このレーザ顕微鏡像を専用ソフトにより３次元的に数値バーを入れて分かりやすく表したのがキャピラリ端面形状の３次元像である。図３Ａは、光ファイバカッタ装置を用いて切断したキャピラリ端面の３次元像３５、図３Ｂは、バフ研磨を用いて切削したキャピラリ端面の３次元像１３である。図３Ｂでは、キャピラリの外壁から１０μｍ程度内側に赤く丸い円周が計測結果に現れている。これは、ガラスとポリイミドの境界を示している。ポリイミドを被覆した状態でキャピラリの端面の調整を行った結果である。図３に示されるように、光ファイバカッタ装置を用いて切断したキャピラリ端面の３次元像３５とバフ研磨を用いて切削したキャピラリ端面の３次元像１３はともに、キャピラリ４の断面エリア全域で、荒れ及びうねりが１μｍ程度の範囲に収まっている。
【００３５】
図４は、図３の結果から、キャピラリ端面形状の粗さを示す指標である、算術平均粗さ（Ｒａ）（図４Ａ）とキャピラリ端面形状の粗さを示す最大高さ（Ｒｙ）（図４Ｂ）を示している。Ｒａの平均値は、光ファイバカッタ切断端面、研磨端面において、それぞれ、１０２ｎｍ、９４ｎｍであった。一方、最大高さＲｙの平均値は、光ファイバカッタ切断端面、研磨端面において、それぞれ、１.３μｍ、０.８５μｍであった（図４Ｂ）。なお、比較のため、従来のダイシングブレードによるキャピラリの切断では、Ｒａは３００ｎｍ程度、Ｒｙは７.０μｍである。本実施形態による切削方法の方が、Ｒａ及びＲｙ共に改善されていることが分かる。
【００３６】
＜キャピラリ接続方法＞
続いて、キャピラリ保持部材１４の構成とキャピラリ４のキャピラリ保持部材１４へのセッティング、さらにキャピラリ接続法について説明する。
【００３７】
図５は、キャピラリ保持部材１４の概略構成を示す図である。キャピラリ保持部材１４の材質は、樹脂がコストや強度の面から望ましいが、ガラス、金属でもかまわない。キャピラリ保持部材１４は、主に４つの要素で構成されている。１つ目の要素は、使用するキャピラリの外径と同程度の寸法のキャピラリ挿入孔１５である。２つ目の要素は、位置決めガイドとして用いる突起構造体１６と突起構造体を受容する孔１７である。３つ目の要素は、エラストマー製のパッキン１８である。材質はシリコンゴムやバイトンなどが望ましい。４つ目の要素は、接着材注入窓１９である。
【００３８】
図５Ａに示すように、接着剤導入窓１９は、図のｘ-ｚ平面上に形成されているが、それ以外のキャピラリ挿入孔１５、突起構造体１６、突起構造体を受容する孔１７、パッキン１８は、図５Ｂに示すようにｙ−ｚ平面上に形成されている。なお、突起構造体は、孔に挿入する金属ピンでも良い。本実施形態では、パッキン１８、突起構造体１６、突起構造体を受容する孔１７がｙ−ｚ平面上に１つずつ有している形態を示したが、ｙ−ｚ平面のキャピラリ挿入孔１５に対して、キャピラリ挿入孔１５の中心をｙ軸で切ったその線に対称にパッキン１８、突起構造体１６、もしくは、パッキン１８、突起構造体を受容する孔１７が各々２つずつ存在する形態でもかまわない。
【００３９】
キャピラリ４は、キャピラリ挿入孔１５に導入して接着剤導入窓１９へ接着剤２４を流し込み固定し、キャピラリ保持部材１４と一体化させる。図６は、キャピラリ４をキャピラリ保持部材１４に固定する様子を示している。そして、図６Ａは専用のキャピラリ取り付け治具の構成を示し、図６Ｂ及びＣはキャピラリ保持部材１４の端面（キャピラリ挿入孔）からキャピラリ４を所定突出長２２分突出させ、その状態でキャピラリ４を接着固定している様子を示している。
【００４０】
図６Ｂに示されるように、接着剤２４の導入と固定には、専用のキャピラリ取付け治具２０にキャピラリ保持部材１４を設置し、その後でキャピラリ４をキャピラリ挿入孔１５に挿入し、接着剤２４を接着剤注入窓１９から注入する。ここで使用する接着剤２４は、エポキシ系が好ましい。なお、図６Ｂ及びＣにおけるキャピラリの突出長２２は、例えば０．３７５ｍｍである。また、キャピラリの突出長２２は、キャピラリ取付け治具２０上のマイクロメータを備えたキャピラリ突出長調整板２１で任意に調整可能である。図６Ｃは、接着剤２４を接着剤導入窓へ流し込んだ後の様子を示しており、これにより、キャピラリ４とキャピラリ保持部材１４は一体として扱うことができるようになる。後述するが、キャピラリ保持部材１４を２片接続したときに、キャピラリ４に強い応力が集中するため、キャピラリ先端の破損を防ぐ目的で、パッキン１８の厚みをＬ１、キャピラリの突出長２２をＬ２としたとき、Ｌ1≧Ｌ２の関係となるように設定するのが好ましい。
【００４１】
図７Ａ及びＢは、図５で説明したキャピラリ保持部材１４に、図６のキャピラリ取り付け治具２０を用いて作製したキャピラリ保持部材１４付きキャピラリ４を示している。図のように、１本のキャピラリ４は、その両端にキャピラリ保持部材１４を備えている。また、図７Ｂに示されるように、キャピラリ保持部材１４の先端をごみ吸着によるコンタミネーションや破損から保護するため、キャピラリ４の突出部を保護するカバー２３を装着させておくとよい。なお、ユーザには図７Ｂの形態で提供すれば、使用前におけるキャピラリ保持部材１４の先端を保護できるので望ましい。
【００４２】
図８は、押圧を加えるバネを具備した止め具２６で２片のキャピラリ保持部材１４を接続し、２片のキャピラリ４が密着し、密着部２５を形成した状態を示している。
【００４３】
まず、位置決めガイド用の突起構造体１６と突起構造体を受容する孔１７を２片のキャピラリ保持部材１４が嵌め合うように接続する。なお、対向する２片のキャピラリ４の端面位置ずれは図８のｘ−ｙ方向において、それぞれ１ミクロン以下となるようにキャピラリ保持部材１４を設計・加工しておく必要がある。
【００４４】
次に、止め具２６でキャピラリ保持部材１４に押圧をかけて２片のキャピラリ保持部材１４を固定する。図６に示したように、パッキン１８の厚み方向の長さはキャピラリ４の突出長２２よりも長いため、止め具２６の押圧で最初にパッキン１８が歪み、その歪みにより突出したキャピラリ端面は初めて密着する。止め具２６のバネは、板バネ又は引きバネ、若しくはそれらの組合せで構成される。そして、パッキン１８の弾性とパッキン１８のキャピラリ保持部材１４に対する密着面積を制御（調整）することにより、止め具２６の押圧によって生じるキャピラリ４の密着端面２５の応力集中を調整・緩和させることができる。
【００４５】
図９は、固定された２片のキャピラリ保持部材１４（図８）をｚ方向上から見たときの様子を示す図である。図９Ａ及びＢで示されるように、ワンタッチで止め具２６を固定されたキャピラリ保持部材に装着できるため、専用の工具は必要しない。このように本実施形態では、止め具２６を用いてキャピラリ保持部材１４を左右両方向（ｘ方向）から押圧することによってキャピラリ４の端面を密着させて接続するようにしている。なお、図９は板バネを具備した止め具２６の一例を示している。
【００４６】
本実施形態における接続装置は、素材（例えばガラス）の理論破壊強度Ｘ（ｋｇ/ｍｍ2）に対して、キャピラリ４の密着する端面の面積をＳ1（ｍｍ2）、止め具２６のバネから加わる荷重をＭ（ｋｇ）としたときに、Ｘ＞Ｍ/Ｓ1となる押圧がキャピラリ４の密着部２５に加わるように制御している。Ｘ以上では、過応力によりキャピラリ４が破損してしまうからである。この制御は、キャピラリ保持部材１４の剛性、パッキン１８のエラストマーの弾性とその構造、さらに、止め具２６のバネによる荷重の関係によってなされる。
【００４７】
例えば、内径０．０２２ｍｍ、外径０．１２６ｍｍのキャピラリ４を用い、突出長２２が０．３７５ｍｍのときでは、キャピラリ保持部材１４から突出したキャピラリ４へ１ｋｇの負荷がかかった場合、２片のキャピラリ４同士で４ミクロン分の応力圧縮歪が生じる。なお、簡単のため、本考察では、ずれ歪みは無視している。また、石英ガラスのヤング率７.１６×１０１０ (Ｐａ)を用いて算出している。石英ガラスの理論破壊強度は、１２００ｋｇ/ｍｍ２であるため、内径０．０２２ｍｍ、外径０．１２６ｍｍのキャピラリ４を用いた場合では、キャピラリ４には１．４ｋｇを超える応力が働かないよう、パッキン１８や止め具２６のバネ定数を調整する必要がある。なお、１．４kgでは、約６ミクロン分の応力歪みが生じる。すなわち、６ミクロン以上の圧縮歪みが働くとキャピラリ４の突出部は破損してしまう可能性が高い。
【００４８】
＜キャピラリ接続部分における液の漏洩＞
次は、キャピラリ接続装置を用いてキャピラリ２片を接合したときの液の漏洩試験を行った結果について説明する。
【００４９】
図１０は、光ファイバカッタで切断したキャピラリ端面を用いて本発明のキャピラリ接続装置を用いて送液実験を行った結果である。キャピラリ４の端面には５００ｇ程度の荷重が加わっており、２片のキャピラリ４で、ｘ軸方向に２.２ミクロンの応力歪みが働いている状態である。
【００５０】
送液時の接続部のリアルタイム映像は、図示しないＣＣＤ（Charge Coupled Devices：光信号を電気信号に変換することが可能で、また、アナログ・デジタル両方の信号を記憶することができる半導体を用いた揮発性の記憶媒体）カメラやＣＭＯＳ（Complementary Metal Oxide Semiconductor）センサで撮影することによって得られる。本実施形態では、接続部の液の流通過程をリアルタイムで、他の部材を介すことなく検出できる点が特徴的である。このように撮像センサを用いれば、液の漏洩を検知し、接合部のデッドヴォリュームの定量や密着部２５での液の撹乱状態を検知するための構成が簡単に実現できる。従って、コスト面においても他の構成に比べて有利である。
【００５１】
図１０において、黒インクは送液速度５０ｎＬ／ｍｉｎで送液されている。図中↑は、空気と黒インクの界面の位置２７を指し示している。また、左下の時間表示は、録画開始からの経過時間を示している。図１０Ａは、第１のキャピラリからキャピラリ密着部２５を介して右側の第２のキャピラリへ液体が流れる直前の画像である。図１０Ｂは、第１のキャピラリと第２のキャピラリの密着部２５に液体が達した時の画像である。図１０Ｃは、キャピラリ密着部２５を通過し、第２のキャピラリへ液体が流れ始めたときの画像である。図１０Ｄは、キャピラリ密着部を通り抜けてから右側のキャピラリへ液体が流れ始め、２分以上経過した状態の画像である。このように、光ファイバカッタで切断した端面を用いた場合では、密着部２５で液の漏洩が生じない。実験によれば、５０ｎＬ／ｍｉｎから１０μＬ/ｓｅｃの送液速度範囲において、密着部２５で液の漏洩は生じなかった。またこの場合、内圧力の限界は１０００ポンド/平方インチであった。
【００５２】
また、光ファイバカッタで切断したキャピラリ片を使用した場合と、バフ研磨で調整したキャピラリ２片において、液の漏洩は、５０ｎＬ／ｍｉｎから１０μＬ/ｓｅｃの範囲において起こらなかった。
【００５３】
一方、従来の方法であるダイシングブレードによるキャピラリの切断では、液の漏洩が５０ｎＬ／ｍｉｎ以下でも起こる。Ｒｙが７．０μｍと限界歪み以上の圧縮がかからないと流体シールが不可能であることから、この結果は容易に予想できる。本実施形態の結果から、液の漏洩を生じさせないためには、密着するキャピラリ端面のＲａは１００ｎｍ以下で、Ｒｙは２μｍ以下であることが必要だと分かった。
【００５４】
＜キャピラリ接続装置の使用形態＞
以下、本キャピラリ接続装置の使用形態について説明する。
まず、図１１Ａは、本発明のキャピラリ接続装置のキャピラリ保持部材において、複数のキャピラリを設置し、群として扱う形態を示している。図１１Ｂは、本発明のキャピラリ接続装置のキャピラリ保持部材１４において、複数の径の異なるキャピラリ４を設置し、キャピラリ４を群として扱う形態を示している。複数のキャピラリ４を扱う場合には、複数のキャピラリ挿入孔１５をキャピラリ保持部材１４に予め加工しておけば良い。外径の異なるキャピラリを複数本設置する場合も、同様である。
【００５５】
図１２は、エレクトロスプレーイオン化チップ２９と分離カラム２８の組み合わせを簡単に任意に変更できる例を示している。図１２による使用形態では、先端が細くなっており、破損や詰まりが起こりやすいエレクトロスプレーイオン化チップ２９を、内径が同じもの、または異なるものをシリーズとして、キャピラリ保持部材１４に設置している。なお、この例は、分離カラム用キャピラリ１本に対して、エレクトロスプレーイオン化チップが３本用意してあるマルチエレクトロスプレーイオン化チップキャピラリ保持部材３４に関するものである。
【００５６】
図１３は、ＤＮＡやたんぱく質を固定した粒子を複数種類、キャピラリ内に並べたデバイスである粒子アレイ３０に対して、本発明のキャピラリ接続装置を使用した例を示している。
【００５７】
検査・分析サンプルの供給、洗浄液の供給、等を行う際は、通常キャピラリとデバイスを連結した後、キャピラリ内に供給する溶液は、バルブの切り替えにより制御するが、図１３のように使用することで、バルブが不要となり、装置がシンプルになる。また、溶液間のコンタミネーションも解消できる。図は、サンプル供給流路を１本と、洗浄バッファ供給流路を１つずつ有しているマルチキャピラリ保持部材３３を示している。
【００５８】
図１２及び図１３で挙げた形態に関しては、何れもこれまで述べてきたワンタッチの止め具を使用しなくても良い。ロボットアームなどを用いてキャピラリ保持部材を移動させても良く、２片のキャピラリ接続部材の押付けにおいても同様のロボットアームで行っても良い。
【図面の簡単な説明】
【００５９】
【図１】光ファイバカッタ装置を用いたキャピラリ切断法を説明するための図である。
【図２】バフ研磨によるキャピラリ切削法の手順、研磨法を説明するための図である。
【図３】図３Ａは光ファイバカッタ装置で切断したキャピラリ端面の走査型レーザ顕微鏡像を、図３Ｂはバフ研磨を用いて切削したキャピラリ端面の走査型レーザ顕微鏡像を、それぞれ示している。
【図４】図４Ａはキャピラリ端面の算術平均粗さＲａを示すグラフ、図４Ｂはキャピラリ端面の最大高さＲｙを示すグラフを示している。
【図５】キャピラリ保持部材の概略構成を示す図である。
【図６】図６Ａはキャピラリ取付け治具の概略構成図であり、図６Ｂ及びＣはキャピラリをキャピラリ保持部材に固定する手順を説明するための図である。
【図７】キャピラリ保持部材付きキャピラリの一例を示す図である。
【図８】止め具を用いて２片のキャピラリ保持部材を接続した形態を示す図である。
【図９】止め具をワンタッチでする様子を示す図である。
【図１０】本発明のキャピラリ接続装置を用いて送液実験を行った結果を説明するための図である。
【図１１】図１１Ａは本発明のキャピラリ保持部材にキャピラリを複数設置した形態を示す図であり、図１１Ｂは本発明のキャピラリ保持部材に径の異なるキャピラリを複数設置した形態を示す図である。
【図１２】エレクトロスプレーイオン化チップと分離カラムの接続を本発明のキャピラリ接続装置に適用した一例を示す図である。
【図１３】粒子アレイに本発明のキャピラリ接続装置を適用した一例を示す図である。
【符号の説明】
【００６０】
１…切断刃のアーム、２…ファイバクランプ蓋、３…切り屑回収装置の蓋、４…キャピラリ、５…切断刃、６…傷、７…切断されたキャピラリ、８…切り屑回収装置、９…ガラス研磨板、１０…研磨治具、１１…研磨盤、１２…回転、１３…バフ研磨を用いて切削したキャピラリ端面の３次元像、１４…キャピラリ保持部材、１５…キャピラリ挿入孔、１６…突起構造体、１７…突起構造体を受容する孔、１８…パッキン、１９…接着剤導入窓、２０…キャピラリ取付け治具、２１…キャピラリ突出長調整板、２２…突出長、２３…カバー、２４…接着剤、２５…密着部、２６…止め具、２８…分離カラム、２９…エレクトロスプレーイオン化チップ、３０…粒子アレイ、３１…第３の液体搬送管、３２…第１のソケット、３３…マルチキャピラリ保持部材、３４…マルチエレクトロスプレーイオン化チップキャピラリ保持部材、３５…光ファイバカッタ装置を用いて切断したキャピラリ端面の３次元像
【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７】
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【図８】
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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１３】
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