(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
電気泳動を用いて、２つ以上の分離チャネルを通過するサンプル中の分析物を同時に分離および検出するための方法であって、
２つ以上の分離チャネルと前記２つの分離チャネルの入口の間の界面領域に配置された接地電極とを含む電気泳動システムに、前記サンプルを前記２つの分離チャネルと流体連通する単一のサンプル注入ポートから注入するステップと、
前記２つの分離チャネルの各々において分析物を分離するステップと、
前記分離チャネルの各々において分離された分析物を検出するステップとを備え、
前記電気泳動システムは、一端に配置された流体チャネル入口と反対側の他端に配置された流体チャネル出口とを有する流体チャネルを備え、
前記流体チャネル入口は、前記サンプル注入ポートと流体連通しており、
前記界面領域を前記流体チャネル入口と前記流体チャネル出口との間に配置し、
前記２つ以上の分離チャネルは、前記流体チャネルの前記界面領域に位置する入口を備える、方法。
【請求項２】
前記分析物は、陰イオンおよび陽イオンを含み、
前記分離チャネルの各々において分析物を分離するステップと、前記分離チャネルの各々において分離された分析物を検出するステップとは、前記２つの分離チャネルのうち第１分離チャネルにおいて陽イオンを分離し、前記２つの分離チャネルのうち第２分離チャネルにおいて陰イオンを分離することと、前記第１分離チャネルにおいて陽イオンを検出し、前記第２分離チャネルにおいて陰イオンを検出することとを含む、請求項１に記載の方法。
【請求項３】
前記分析物は、サンプル注入後１分以内に検出される、請求項１から２のいずれか１項に記載の方法。
【請求項４】
２つの異なるバックグラウンド電解質は、前記第１分離チャネルおよび第２分離チャネルにおいて前記分析物の分離を行う間に、前記分離チャネルの各々を通って供給される、請求項１から３のいずれか１項に記載の方法。
【請求項５】
前記分離チャネルのうち第１分離チャネルの両端に正電圧を印加し、前記分離チャネルのうち第２分離チャネルの両端に負電圧を印加する、請求項２に記載の方法。
【請求項６】
前記接地電極は、前記流体チャネルの前記出口端から前記流体チャネルの前記界面領域内に軸方向に延在する、請求項２から５のいずれか１項に記載の方法。
【請求項７】
前記分離チャネルの入口は、前記接地電極から等距離に配置される、請求項６に記載の方法。
【請求項８】
前記第１分離チャネルの前記入口と前記第２分離チャネルの前記入口との間の距離間隔は、５０〜５００μｍである、請求項７に記載の方法。
【請求項９】
前記サンプルは、前記２つの分離チャネルの各々における分析物の分離を同時に行う前に、前記２つの分離チャネルに流体力学的に投入される、請求項２から８のいずれか１項に記載の方法。
【請求項１０】
前記流体力学的投入は、流体チャネルに連結されたバルブの開閉制御によって達成され、
前記流体チャネルは、前記サンプル注入ポートに連結された入口と、前記分離チャネルの入口に配置された界面領域と、前記界面領域の下流に配置された出口とを有する、請求項９に記載の方法。
【請求項１１】
前記サンプルの流体力学的投入は、
前記流体チャネル出口バルブを閉合して、前記バックグラウンド電解質を前記第１分離チャネルおよび第２分離チャネルに流体力学的に圧送することによって、前記分離チャネルをプライミングするステップと、
前記流体チャネル出口を開放にした状態で、界面領域に前記サンプルを投入するステップと、
前記流体チャネル出口を閉合にした状態で、前記サンプル注入ポートから前記サンプルを注入して、前記サンプルを前記２つの分離チャネルに流体力学的に圧送することによって、前記サンプルを前記分離チャネルに投入するステップと、
前記流体チャネル出口を開放にした状態で、バックグラウンド電解質を前記流体チャネルを介して前記流体チャネルの前記界面領域に導入するステップと、
前記バックグラウンド電解質の液流が前記分離チャネルを通過する間に、前記分析物の分離を行うように、前記分離チャネルの両端に電圧を印加するステップとを含む、請求項１０に記載の方法。
【請求項１２】
２つの異なるバックグラウンド電解質は、１つの分離チャネルにおいて陽イオンの分離および前記第２分離チャネルにおいて陰イオンの分離を行う間に、前記分離チャネルの各々を通って供給される、請求項２から１１のいずれか１項に記載の方法。
【請求項１３】
サンプル中の分析物を同時に分離および検出するための電気泳動システムであって、
単一のサンプル注入ポートを備える注入システムと、
一端に配置された流体チャネル入口と反対側の他端に配置された流体チャネル出口とを有する流体チャネルとを備え、前記流体チャネル入口は、前記サンプル注入ポートと流体連通しており、界面領域が前記流体チャネル入口と前記流体チャネル出口との間に配置されており、
バックグラウンド電解質を貯留し、前記バックグラウンド電解質の液流が前記流体チャネルを通過することを可能にするように前記注入システムと流体連通するバックグラウンド電解質貯留槽と、
前記流体チャネルの前記界面領域に配置された入口と反対側の他端に配置された第１分離チャネル出口とを有する第１分離チャネルと、
前記流体チャネルの前記界面領域に配置された入口と反対側の他端に配置された第２分離チャネル出口とを有する第２分離チャネルと、
前記流体チャネルの前記界面領域に配置された接地電極と、
前記第１分離チャネルの両端に電圧を印加するように配置された第１荷電電極と、
前記第１分離チャネルの検出領域を通過する分析物を検出するように配置された第１検出器と、
前記第２分離チャネルの両端に電圧を印加するように配置された第２荷電電極と、
前記第２分離チャネルの検出領域を通過する分析物を検出するように配置された第２検出器と、
前記注入システムと、前記流体チャネルを通過するバックグラウンド電解質の液流と、前記電極に電圧の印加とを制御するための制御装置とを備える、システム。
【請求項１４】
前記分析物は、陰イオンおよび陽イオンを含み、
前記第１荷電電極は、正電を荷電した電極であり、前記第２荷電電極は、負電を荷電した電極であり、
前記第１検出器は、陰イオンを検出し、前記第２検出器は、陽イオンを検出する、請求項１３に記載のシステム。
【請求項１５】
前記接地電極は、前記２つの分離チャネルの前記入口の間の前記界面領域に配置される、請求項１３から１４のいずれか１項に記載のシステム。
【請求項１６】
前記接地電極は、円筒形である、請求項１３から１５のいずれか１項に記載のシステム。
【請求項１７】
前記接地電極は、前記流体チャネルの前記出口端から前記流体チャネルの前記界面領域内に軸方向に延在する、請求項１３から１６のいずれか１項に記載のシステム。
【請求項１８】
前記分離チャネルの入口は、前記接地電極から等距離に配置される、請求項１３から１７のいずれか１項に記載のシステム。
【請求項１９】
前記第１分離チャネルの前記入口と前記第２分離チャネルの前記入口との間の距離間隔は、５０〜５００μｍである、請求項１８に記載のシステム。
【請求項２０】
前記バックグラウンド電解質貯留槽は、注入ポートをそれぞれ有する第１バックグラウンド電解質貯留槽と第２バックグラウンド電解質貯留槽とを含み、前記注入ポートは、各注入ポートから注入されたバックグラウンド電解質が同時に前記流体チャネルを介して前記流体チャネルの前記界面領域を通過するように配置され、
前記第１分離チャネルの前記入口は、第１バックグランド電解質注入ポートからの前記バックグラウンド電解質の液流が通過する前記界面領域の一部に配置され、
前記第２分離チャネルの前記入口は、第２バックグランド電解質注入ポートからの前記バックグラウンド電解質の液流が通過する前記界面領域の一部に配置される、請求項１３から１９のいずれか１項に記載のシステム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
分野
本発明は、毛細管電気泳動またはマイクロチップ電気泳動のような電気泳動を用いてサンプル中の分析物を分離および検出するための方法およびこのような操作を行うためのシステムに関する。これらの方法およびシステムは、特に、サンプル中の無機陰イオンおよび無機陽イオンの同時分離および検出に適している。
【背景技術】
【０００２】
背景
毛細管電気泳動（ＣＥ）、ミセル動電クロマトグラフィー（ＭＥＫＣ）およびマイクロチップ電気泳動を含む電気泳動は、サンプル中のイオンなどの分析物を分析するための非常に有力な技術である。従来の毛細管電気泳動は、バックグラウンド電解質の存在下で、荷電イオンを電気泳動移動度に応じて異なる速度で分離毛細管を亘って移動させるために、荷電イオンに電圧を印加して、一方の極性を有するイオン（すなわち、陰イオンまたは陽イオン）を分離し、検出する。したがって、このような従来の毛細管電気泳動法は、サンプル中に存在する陽イオンまたは陰イオンのいずれかを検出するために使用される。分析物が中性（非荷電）化学種である場合、バックグラウンド電解質組成の制御たとえば界面活性剤の添加によって、このような分析物を分離することもできる。
【０００３】
サンプル中に存在する陰イオンおよび陽イオンを同時に分析することが有用であることは、認められている。同様に、より一般的には、複数の分離チャネルまたは分離柱による分析物の分離および分析を同時に達成できることは、有用であろう。
【０００４】
陰イオンおよび陽イオンの同時分析は、２つのイオンを別々に分析する必要がないため、その利点は明らかである。従来のＣＥにおいて、荷電種のうち１つが電気浸透流（ＥＯＦ）に反して泳動する必要があるため、同時分析は困難である。従来のＣＥにおいて、ＥＯＦが分離電極と逆の極性を有する最速の標的分析物の電気泳動移動度よりも大きい場合に限り、陰イオンおよび陽イオンの両方を分離することは、可能である。実用上、この手法の欠点は、すべての種類の無機イオンの分離に適していないということである。陰極ＥＯＦを備える場合、この手法は、すべての種類の陽イオンを分離できるが、低移動度の陰イオンしか分離できない。その逆には、陽極ＥＯＦを備える場合、すべての種類の陰イオンを分離できるが、低移動度の陽イオンしか分離できない。ｃｏ−ＥＯＦ方法で分離されるイオンの最大容量は、イオンが検出器に到達する速度により損なわれる。
【０００５】
最近では、陽イオンと陰イオンの同時電気泳動検出ための技術を提供しようとする少数の出版物があった。１つのそのような技術は、正電および負電を荷電した化学種を毛細管の両端から注入する「二重両端注入」（ＤＯＩ−ＣＥ）に頼る。ＥＯＦが減少された条件の下で行われる電気泳動分析の間に、分析物は、毛細管の各端部から、逆方向で毛細管の中央付近に配置された検出器に向かって泳動する。このＤＯＩ−ＣＥ技術の欠点は、分離空間が減少されたため、陰イオンおよび陽イオンを同時に検出器に到達しないことを保証するために、タイミングの制御を精確に行わればならないことである。
【０００６】
陰イオンおよび陽イオンの同時分析の別の方法は、陰イオンプローブである陰イオン錯化剤の使用を含む。金属イオンは、ＥＤＴＡまたは２，６−ジカルボン酸ピリジンジを用いてキレート体に変換され、陰イオン性分離条件の下で他の陰イオン成分から分離される。この方法は、システムを簡素化するが、陰イオン性複合体を形成することができる金属イオンのみに適用するが、アルカリイオンおよびアルカリ土類イオンには適しない。
【０００７】
以前に検討された他の技術は、複数の箇所（すなわち、複数のサンプル貯留槽）でサンプルを投入する必要などの他の欠点を有する。これらの欠点は、分析に必要されたサンプルの用量を増加し、電気泳動装置および電気泳動システムの設計を複雑化する。さらに、このような技術は、装置内の複数の箇所で異なる大きさの正電圧を印加することおよび２箇所で接地することに依存するため、システムの設計をさらに複雑化する。流体力学的抑制は、複雑な設計を有する流体力学的制限装置を用いて達成されるため、市販の設備を使用して装置を作ることができなくなり、コストに影響を与える。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
本発明の目的は、サンプル中の陽イオンと陰イオンを同時に分離および検出するための代替技術を提供することである。システムが再現できる結果を生成し、且つ従来の技術を用いてサンプルに対して（陽イオンと陰イオンを分析するために）行われた２つの異なる分析から得られる結果を示すことは、求められている。いくつかの実施形態において、単純かつ頑丈な設計を与えることも求められる。
【０００９】
この分析を完成する過程において、陽イオンと陰イオンの同時分離および検出を可能にする技術が、２つの分離柱を用いて一回の注入で、分析物（陽イオン、陰イオンまたは中性種）の分離および分析により一般的に適用されることは、見出されている。
【００１０】
また、改善された電気泳動方法およびシステムが、新たなバックグラウンド電解質（または緩衝剤）の供給オプションを開発することによって達成できることは、見出されている。したがって、いくつかの実施形態によれば、サンプル中の分析物の分離のための、バックグラウンド電解質の制御に関する新たな自由度を有する新たな電気泳動法およびシステムを提供することを目的とする。この改善された電気泳動方法およびシステムは、イオンの同時分離のために２つ以上の分離チャネル（たとえば、一方のチャンネルで陽イオンを分離し、他方のャンネルで陰イオンを分離する）を使用する技術に特定に有用である。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
要約
一般的には、電気泳動を用いて、２つ以上の分離チャネルを通過するサンプル中の分析物を同時に分離および検出するための方法が提供される。この方法は、２つ以上の分離チャネルを含む電気泳動システムに、サンプルを２つの分離チャネルと流体連通する単一のサンプル注入ポートから注入するステップと、２つの分離チャネルの各々において分析物を分離するステップと、分離チャネルの各々において分離された分析物を検出するステップとを備える。
一局面によれば、電気泳動を用いて、２つ以上の分離チャネルを通過するサンプル中の分析物を同時に分離および検出するための方法が提供される。この方法は、２つ以上の分離チャネルと２つの分離チャネルの入口の間の界面領域に配置された接地電極とを含む電気泳動システムに、サンプルを２つの分離チャネルと流体連通する単一のサンプル注入ポートから注入するステップと、２つの分離チャネルの各々において分析物を分離するステップと、分離チャネルの各々において分離された分析物を検出するステップとを備える。
【００１２】
一実施形態によれば、分析物はイオンである。いくつかの実施形態において、イオンは、陰イオンおよび陽イオンを含む。したがって、いくつかの実施形態において、方法は、２つの分離チャネルのうち第１分離チャネルにおいて陽イオンを分離することおよび２つの分離チャネルうち第２分離チャネルにおいて陰イオンを分離することを含む。そして、陽イオンは、第１分離チャネルにおいて検出され、陰イオンは、第２分離チャネルにおいて検出される。
【００１３】
よって、上記を分析物としての陰イオンと陽イオンに適用される場合を要約すると、第２局面によれば、電気泳動を用いて、２つ以上の分離チャネルを通過するサンプル中の陰イオンおよび陽イオンを同時に分離および検出するための方法が提供される。この方法は、２つの分離チャネルと２つの分離チャネルの入口の間の界面領域に配置された接地電極とを含む電気泳動システムに、サンプルを２つの分離チャネルと流体連通する単一のサンプル注入ポートから注入するステップと、２つの分離チャネルのうち第１分離チャネルにおいて陽イオンを分離し、２つの分離チャネルのうち第２分離チャネルにおいて陰イオンを分離するステップと、分離チャネルの各々において分離された陽イオンおよび陰イオンを検出するステップとを備える。
【００１４】
いくつかの実施形態において、２つの分離チャネルの入口の間の界面領域に接地電極を配置した状態で、第１分離チャネルの両端に正電圧を印加し、第２分離チャネルの両端に負電圧を印加する。
【００１５】
種々の従来技術の方法に比べて、分析物、特に陰イオンおよび陽イオンのような分析物を同時に分離および検出するための本発明の方法は、システムに単一のサンプルの供給または注入および２つの分離チャネルの各々にサンプルの一部の供給に依存している。本明細書に確立された設計は、２つのサンプル注入ではなく、単一のサンプル注入を可能にし、簡単かつ頑丈な構造において単一のサンプル注入を行う。このことは、２つの分離チャネルの入口との間の界面領域内に配置された接地電極、第１分離チャネルの両端に高正電圧を印加するための正電極および第２分離チャネルの両端に高負電圧を印加するための負電極を含む電極の巧妙な配置によって、達成される。陽イオンと陰イオンの組合せ以外の分析物の場合、異なる組合せの電極を選択すればよい。
【００１６】
いくつかの実施形態において、サンプルは、２つの分離チャネルの各々における分析物の分離を同時に行う前に、２つの分離チャネルに流体力学的に投入される。サンプルの流体力学的投入は、流体チャネルに連結されたバルブの開閉制御によって達成される。この流体チャネルは、サンプル注入ポートに連結された入口と、分離チャネルの入口に配置された界面領域と、界面領域の下流に配置された出口とを有する。他の技術を使用することもできる。
【００１７】
上記の電気泳動を用いて２つ以上の分離チャネルを通過するサンプル中の分析物を同時に分離および検出するための方法は、以下の特定のステップを含むことができ、すなわち、この方法は、電気泳動システムを提供するステップを含む。この電気泳動システムは、単一のサンプル注入ポートを備える注入システムと、一端に配置された流体チャネル入口と反対側の他端に配置された流体チャネル出口とを有する流体チャネルとを備え、流体チャネル入口は、サンプル注入ポートと流体連通しており、界面領域が流体チャネル入口と流体チャネル出口との間に配置されており、流体チャネルの界面領域に配置された入口と反対側の他端に配置された第１分離チャネル出口とを有する第１分離チャネルと、流体チャネルの界面領域に配置された入口と反対側の他端に配置された第２分離チャネル出口とを有する第２分離チャネルと、流体チャネルに配置された接地電極と、第１分離チャネルの両端に電圧を印加するように配置された第１荷電電極と、第１分離チャネルの検出領域を通過する分析物を検出するように配置された第１検出器と、第２分離チャネルの両端に電圧を印加するように配置された第２荷電電極と、第２分離チャネルの検出領域を通過する分析物を検出するように配置された第２検出器とを備える。この方法は、バックグラウンド電解質を流体チャネルの界面領域に導入して、バックグラウンド電解質を第１分離チャネルおよび第２分離チャネルに流体力学的に圧送することにより、バックグラウンド電解質を用いて２つの分離チャネルをプライミングするステップと、サンプルを単一のサンプル注入ポートから注入し、流体チャネルの界面領域に流入させることによって、サンプルを流体チャネルの界面領域に投入するステップと、サンプルを２つの分離チャネルに投入するステップと、バックグラウンド電解質を流体チャネルを介して流体チャネルの界面領域に導入するステップと、第１分離チャネルにおいてサンプル中の分析物の分離と第２分離チャネルにおいてサンプル中の分析物の分離とを同時に行うように、２つの分離チャネルの両端に電圧を印加するステップと、第１検出器および第２検出器を用いて、分離された分析物の存在を検出するステップとを含む。
【００１８】
サンプル中の陰イオンおよび陽イオンを同時に分離および検出するためのシステムの場合、分析物は、陰イオンおよび陽イオンを含み、第１荷電電極は、正電を荷電した電極であり、第２荷電電極は、負電を荷電した電極であり、第１検出器は、陰イオンを検出し、第２検出器は、陽イオンを検出する。
【００１９】
よって、電気泳動を用いて、２つ以上の分離チャネルを通過するサンプル中の陰イオンおよび陽イオンを同時に分離および検出するための方法は、以下のステップを含むことができ、すなわち、この方法は、電気泳動システムを提供するステップを含む。この電気泳動システムは、単一のサンプル注入ポートを備える注入システムと、一端に配置された流体チャネル入口と反対側の他端に配置された流体チャネル出口とを有する流体チャネルとを備え、流体チャネル入口は、サンプル注入ポートと流体連通しており、界面領域が流体チャネル入口と流体チャネル出口との間に配置されており、流体チャネルの界面領域に配置された入口と反対側の他端に配置された第１分離チャネル出口とを有する第１分離チャネルと、流体チャネルの界面領域に配置された入口と反対側の他端に配置された第２分離チャネル出口とを有する第２分離チャネルと、流体チャネルに配置された接地電極と、第１分離チャネルの両端に電圧を印加するように配置された正電を荷電した電極と、第１分離チャネルの検出領域を通過する陰イオンを検出するように配置された第１検出器と、第２分離チャネルの両端に電圧を印加するように配置された負電を荷電した電極と、第２分離チャネルの検出領域を通過する陽イオンを検出するように配置された第２検出器とを備える。この方法は、バックグラウンド電解質を流体チャネルの界面領域に導入して、バックグラウンド電解質を第１分離チャネルおよび第２分離チャネルに流体力学的に圧送することにより、バックグラウンド電解質を用いて２つの分離チャネルをプライミングするステップと、サンプルを単一のサンプル注入ポートから注入し、流体チャネルの界面領域に流入させることによって、サンプルを流体チャネルの界面領域に投入するステップと、サンプルを２つの分離チャネルに投入するステップと、バックグラウンド電解質を流体チャネルを介して流体チャネルの界面領域に導入するステップと、第１分離チャネルにおいてサンプル中の陰イオンの分離と第２分離チャネルにおいてサンプル中の陽イオンの分離とを同時に行うように、２つの分離チャネルの両端に電圧を印加するステップと、第１検出器を用いて分離された陰イオンの存在を検出し、第２検出器を用いて分離された陽イオンの存在を検出するステップとを含む。
【００２０】
上述した方法は、マイクロチップ上に設けられた毛細管電気泳動システムまたは別のものにより実施されてもよい。
【００２１】
一実施形態において、方法はさらに、一方の分離チャネルにおいて陽イオンの分離および第２分離チャネルにおいて陰イオンの分離を行う間に、２つの異なるバックグランド電解質を分離チャネルの各々に通過するように導くことを含む。異なるバックグラウンド電解質は、陰イオンに比べて陽イオンの分離に使用することができる一方で、代わりに、複数の分離チャネルにおいて同種の分析物を分離するために、複数の分離チャネルを有する複数電解質システムを使用することができる。具体的には、分析物は、中性荷電種または一種の電荷のみ（すなわち、陽イオンまたは陰イオンの一方のみ）を荷電するイオンであってもよい。分析物は、１つ以上の化学種（中性、陽イオンまたは陰イオン）の組合わせであってもよい。それぞれの中に異なる電解質の存在下で同極性のイオンを分離するための複数の分離チャネルは、サンプル中に存在するイオンの検出および分析を改善することができる。より具体的には、異なる条件（たとえば、バックグラウンド電解質、分離柱型、ＥＯＦの極性など）を用いて、単一のサンプル注入から、任意の分析物を同時に分離および分析する能力は、大きな利点があるだろう。
【００２２】
複数の電解質システムに関して、本願は、電気泳動法を用いて、サンプル中の陰イオンおよび陽イオンを同時に分離および検出するための方法を提供する。この方法は、電気泳動システムを提供するステップを含む。電気泳動システムは、単一のサンプル注入ポートと、第１バックグラウンド電解質注入ポートと、第２バックグランド電解質注入ポートとを備える注入システムと、一端に配置された流体チャネル入口と反対側の他端に配置された流体チャネル出口とを有する流体チャネルとを備え、流体チャネル入口は、サンプル注入ポートと流体連通しており、界面領域は、流体チャネル入口と流体チャネル出口との間に配置され、第１バックグラウンド電解質注入ポートおよび第２バックグラウンド電解質注入ポートは、各々の電解質注入ポートからのバックグラウンド電解質が流体チャネルを介して流体チャネルの界面領域の一部を同時に通過するように配置され、流体チャネルの界面領域に配置された入口と反対側の他端に配置された第１分離チャネル出口とを有する第１分離チャネルを備え、第１分離チャネルの入口は、第１バックグランド電解質注入ポートからのバックグラウンド電解質の液流が通過する界面領域の一部に配置され、流体チャネルの界面領域に配置された入口と反対側の他端に配置された第２分離チャネル出口とを有する第２分離チャネルを備え、第２分離チャネルの入口は、第２バックグランド電解質注入ポートからのバックグラウンド電解質の液流が通過する界面領域の一部に配置され、流体チャネルに配置された接地電極と、第１分離チャネルの両端に電圧を印加するように配置された正電を荷電した電極と、第１分離チャネルの検出領域を通過する陰イオンを検出するように配置された第１検出器と、第２分離チャネルの両端に電圧を印加するように配置された負電を荷電した電極と、第２分離チャネルの検出領域を通過する陽イオンを検出するように配置された第２検出器とを備える。この方法は、第１バックグラウンド電解質注入ポートおよび第２バックグラウンド電解質注入ポートからバックグラウンド電解質を流体チャネルの界面領域の各々の部分に同時に導入して、第１バックグラウンド電解質注入ポートからバックグラウンド電解質を第１分離チャネルに圧送しかつ第２バックグラウンド電解質注入ポートからバックグラウンド電解質を第２分離チャネルに圧送することにより、バックグラウンド電解質を用いて２つの分離チャネルをプライミングするステップと、サンプルを単一のサンプル注入ポートから注入し、流体チャネルの界面領域に流入させることによって、サンプルを流体チャネルの界面領域に投入するステップと、サンプルを２つの分離チャネルに投入するステップと、第１バックグラウンド電解質注入ポートおよび第２バックグラウンド電解質注入ポートからバックグラウンド電解質を流体チャネルを介して流体チャネルの界面領域の各々の部分に同時に導入するステップと、第１分離チャネルにおいて分析物の分離と第２分離チャネルにおいて分析物の分離とを同時に行うように、２つの分離チャネルの両端に電圧を印加するステップと、第１検出器および第２検出器を用いて、分離された分析物の存在を検出するステップとを含む。
【００２３】
上記の方法に加えて、本願は、電気泳動を実施するために対応するシステム（または設備）を提供する。
【００２４】
第３局面によれば、サンプル中の分析物を同時に分離および検出するための電気泳動システムが提供される。この電気泳動システムは、単一のサンプル注入ポートを備える注入システムと、一端に配置された流体チャネル入口と反対側の他端に配置された流体チャネル出口とを有する流体チャネルとを備え、流体チャネル入口は、サンプル注入ポートと流体連通しており、界面領域が流体チャネル入口と流体チャネル出口との間に配置されており、バックグラウンド電解質を貯留し、バックグラウンド電解質の液流が流体チャネルを通過することを可能にするように注入システムと流体連通するバックグラウンド電解質貯留槽と、流体チャネルの界面領域に配置された入口と反対側の他端に配置された第１分離チャネル出口とを有する第１分離チャネルと、流体チャネルの界面領域に配置された入口と反対側の他端に配置された第２分離チャネル出口とを有する第２分離チャネルと、流体チャネルに配置された接地電極と、第１分離チャネルの両端に電圧を印加するように配置された第１荷電電極と、第１分離チャネルの検出領域を通過する分析物を検出するように配置された第１検出器と、第２分離チャネルの両端に電圧を印加するように配置された第２荷電電極と、第２分離チャネルの検出領域を通過する分析物を検出するように配置された第２検出器と、注入システムと、流体チャネルを通過するバックグラウンド電解質の液流と、電極に電圧の印加とを制御するための制御装置とを備える。
【００２５】
サンプル中の陰イオンおよび陽イオンを同時に分離および検出するためのシステムの場合、分析物は、陰イオンおよび陽イオンを含み、第１荷電電極は、正電を荷電した電極であり、第２荷電電極は、負電を荷電した電極であり、第１検出器は、陰イオンを検出し、第２検出器は、陽イオンを検出する。
【００２６】
したがって、要約すると、サンプル中の陰イオンおよび陽イオンを同時に分離および検出するための電気泳動システムは、単一のサンプル注入ポートを備える注入システムと、一端に配置された流体チャネル入口と反対側の他端に配置された流体チャネル出口とを有する流体チャネルとを備え、流体チャネル入口は、サンプル注入ポートと流体連通しており、界面領域が流体チャネル入口と流体チャネル出口との間に配置されており、バックグラウンド電解質を貯留し、バックグラウンド電解質の液流が流体チャネルを通過することを可能にするように注入システムと流体連通するバックグラウンド電解質貯留槽と、流体チャネルの界面領域に配置された入口と反対側の他端に配置された第１分離チャネル出口とを有する第１分離チャネルと、流体チャネルの界面領域に配置された入口と反対側の他端に配置された第２分離チャネル出口とを有する第２分離チャネルと、流体チャネルに配置された接地電極と、第１分離チャネルの両端に電圧を印加するように配置された正電を荷電した電極と、第１分離チャネルの検出領域を通過する分析物を検出するように配置された第１検出器と、第２分離チャネルの両端に電圧を印加するように配置された負電を荷電した電極と、第２分離チャネルの検出領域を通過する分析物を検出するように配置された第２検出器と、注入システムと、流体チャネルを通過するバックグラウンド電解質の液流と、電極に電圧の印加とを制御するための制御装置とを備える。
【００２７】
本明細書中に記載のさらなる局面は、２つ以上の異なる電解質組成物を用いて、サンプル中の（陰イオンおよび陽イオンなどのような）分析物を同時に分離するための分析物の分離および検出のための方法およびシステムを含む。
【００２８】
したがって、第４局面によれば、同時に２つ以上の異なる電解質の存在下で、電気泳動を用いてサンプル中の分析物を分離および検出するための方法が提供される。この方法は、２つ以上の分離チャネルと流体連通する単一のサンプル注入ポートを備えた電気泳動システムを提供するステップと、異なるバックグラウンド電解質を用いて分離チャネルをプライミングするステップと、単一のサンプル注入ポートからサンプルを分離チャネルの各々に注入するステップと、異なるバックグラウンド電解質組成物流が各分離チャネルを通過する間に、各分離チャネルにおいて分析物の分離を行うために、各分離チャネルの両端に電圧を印加するステップと、サンプル中に分析物の存在を検出するステップとを含む。
【００２９】
「異なるバックグラウンド電解質を用いて分離チャネルをプライミングする」という表現は、「一方の分離チャネルを、他方の分離チャネルをプライミングしたバックグラウンド電解質と異なる組成のバックグラウンド電解質を用いてプライミングする」と意味する。異なる組成は、異なる化学組成を意味し、たとえば、バックグラウンド電解質中の化学成分の濃度および／または同一性の差であってもよい。バックグラウンド電解質は、緩衝剤と呼ばれてもよい。
【００３０】
このシステムは、異なるバックグラウンド電解質を用いて、サンプルを同時に分析する能力を提供するため、異なるバックグラウンド電解質がサンプル中に存在するイオンのような異なる分析物の分離に適する場合、非常に有用であり得る。
【００３１】
電気泳動を用いて、２つ以上の分離チャネルを通過するサンプル中の分析物を同時に分離および検出するための方法は、電気泳動システムを提供するステップを含む。この電気泳動システムは、単一のサンプル注入ポートと、第１バックグラウンド電解質注入ポートと、第２バックグランド電解質注入ポートとを備える注入システムと、一端に配置された流体チャネル入口と反対側の他端に配置された流体チャネル出口とを有する流体チャネルとを備え、流体チャネル入口は、サンプル注入ポートと流体連通しており、界面領域は、流体チャネル入口と流体チャネル出口との間に配置され、第１バックグラウンド電解質注入ポートおよび第２バックグラウンド電解質注入ポートは、各々の電解質注入ポートからのバックグラウンド電解質が流体チャネルを介して流体チャネルの界面領域の一部を同時に通過するように配置され、流体チャネルの界面領域に配置された入口と反対側の他端に配置された第１分離チャネル出口とを有する第１分離チャネルを備え、第１分離チャネルの入口は、第１バックグランド電解質注入ポートからのバックグラウンド電解質の液流が通過する界面領域の一部に配置され、流体チャネルの界面領域に配置された入口と反対側の他端に配置された第２分離チャネル出口とを有する第２分離チャネルを備え、第２分離チャネルの入口は、第２バックグランド電解質注入ポートからのバックグラウンド電解質の液流が通過する界面領域の一部に配置され、流体チャネルに配置された接地電極と、第１分離チャネルの両端に電圧を印加するように配置された荷電電極と、第１分離チャネルの検出領域を通過する分析物を検出するように配置された第１検出器と、第２分離チャネルの両端に電圧を印加するように配置された荷電電極と、第２分離チャネルの検出領域を通過する分析物を検出するように配置された第２検出器とを備える。この方法は、第１バックグラウンド電解質注入ポートおよび第２バックグラウンド電解質注入ポートからバックグラウンド電解質を流体チャネルの界面領域の各々の部分に同時に導入して、第１バックグラウンド電解質注入ポートからバックグラウンド電解質を第１分離チャネルに圧送しかつ第２バックグラウンド電解質注入ポートからバックグラウンド電解質を第２分離チャネルに圧送することにより、バックグラウンド電解質を用いて２つの分離チャネルをプライミングするステップと、サンプルを単一のサンプル注入ポートから注入し、流体チャネルの界面領域に流入させることによって、サンプルを流体チャネルの界面領域に投入するステップと、サンプルを２つの分離チャネルに投入するステップと、第１バックグラウンド電解質注入ポートおよび第２バックグラウンド電解質注入ポートからバックグラウンド電解質を流体チャネルを介して流体チャネルの界面領域の各々の部分に同時に導入するステップと、第１分離チャネルにおいて分析物の分離と第２分離チャネルにおいて分析物の分離とを同時に行うように、２つの分離チャネルの両端に電圧を印加するステップと、第１検出器および第２検出器を用いて、分離された分析物の存在を検出するステップとを含む。
【００３２】
サンプルが陰イオンおよび陽イオンを分析物として含む場合には、第１荷電電極は、正電を荷電した電極であってもよく、第２荷電電極は、負電を荷電した電極であってもよい。第１検出器は、陰イオンを検出し、第２検出器は、陽イオンを検出する。
【００３３】
第５局面によれば、サンプル中の分析物を同時に分離および検出するための電気泳動システムが提供される。この電気泳動システムは、第１バックグラウンド電解質を貯留する第１バックグラウンド電解質貯留槽および第２バックグランド電解質を貯留する第２バックグラウンド電解質貯留槽と、単一のサンプル注入ポートと、第１バックグラウンド電解質注入ポートと、第２バックグランド電解質注入ポートとを備える注入システムと、一端に配置された流体チャネル入口と反対側の他端に配置された流体チャネル出口とを有する流体チャネルとを備え、流体チャネル入口は、サンプル注入ポートと流体連通しており、界面領域は、流体チャネル入口と流体チャネル出口との間に配置され、第１バックグラウンド電解質注入ポートおよび第２バックグラウンド電解質注入ポートは、各々の電解質注入ポートからのバックグラウンド電解質が流体チャネルを介して流体チャネルの界面領域の一部を同時に通過するように配置され、流体チャネルの界面領域に配置された入口と反対側の他端に配置された第１分離チャネル出口とを有する第１分離チャネルを備え、第１分離チャネルの入口は、第１バックグランド電解質注入ポートからのバックグラウンド電解質の液流が通過する界面領域の一部に配置され、流体チャネルの界面領域に配置された入口と反対側の他端に配置された第２分離チャネル出口とを有する第２分離チャネルを備え、第２分離チャネルの入口は、第２バックグランド電解質注入ポートからのバックグラウンド電解質の液流が通過する界面領域の一部に配置され、流体チャネルに配置された接地電極と、第１分離チャネルの両端に電圧を印加するように配置された第１荷電電極と、第１分離チャネルの検出領域を通過する分析物を検出するように配置された第１検出器と、第２分離チャネルの両端に電圧を印加するように配置された第２荷電電極と、第２分離チャネルの検出領域を通過する分析物を検出するように配置された第２検出器と、注入システムと、流体チャネルを通過する第１バックグラウンド電解質および第２バックグラウンド電解質の液流と、電極に電圧の印加とを制御するための制御装置とを備える。
【００３４】
サンプル中の陰イオンおよび陽イオンを同時に分離および検出するためのシステムの場合、分析物は、陰イオンおよび陽イオンを含み、第１荷電電極は、正電を荷電した電極であり、第２荷電電極は、負電を荷電した電極であり、第１検出器は、陰イオンを検出し、第２検出器は、陽イオンを検出する。
【図面の簡単な説明】
【００３５】
【図１】（ａ）は、本発明の一実施形態のＳＩ−ＣＥシステムの概略図である。図中、ＨＶ：高電圧電極、Ｃ４Ｄ：容量結合非接触伝導率検出器。（ｂ）は、オンラインサンプリングに適したＳＩ−ＣＥシステムの概略図である。
【図２】ＬＰＡ塗布毛細管に行われた陽イオン（左）および陰イオン（右）の同時抑制ＥＯＦ分離を示す電気泳動図である。ＣＥ条件（両方）：毛細管内径５０μｍ、全長４０ｃｍ（検出器までの長さ２５ｃｍ）、陽／陰イオンをそれぞれ分離するための電圧＋／−３０ｋＶ、バックグラウンド電解質：ｐＨ８．６の下で７０ｍＭのＴｒｉｓと７０ｍＭのＣＨＥＳとを混合して得られたＴｒｉｓ／ＣＨＥＳ、ｐＨ６．１の下で５０ｍＭのＭＥＳと５０ｍＭのヒスチジンとを混合して得られたＭＥＳ／Ｈｉｓ、ｐＨ４．２下で５０ｍＭの酢酸／１０ｍＭのヒスチジンとを混合して得られたＡＡ／Ｈｉｓ。図中、（１）Ｋ＋、（２）ＮＨ４＋、（３）Ｃａ２＋、（４）Ｎａ＋、（５）Ｃａ２＋、（６）Ｃｌ−、（７）ＮＯ３−、（８）ＳＯ４２−、（９）ＣｌＯ４−、（１０）ＣｌＯ３−、（１１）Ｆ−、（１２）ＰＯ４２−、および（１３）ＣＯ３２−を表す。
【図３】ＨＤＭＢ塗布毛細管、ＬＰＡ塗布毛細管およびＢＦＳ毛細管において、Ｔｒｉｓ／ＣＨＥＳ緩衝剤に行われた陰イオンの分離を示す電気泳動図である。その他の分離条件および分析物の標記は、すべて図２の場合と同様である。
【図４】露出溶融シリカ毛細管およびＨＤＭＢ塗布毛細管に同時に行われたに陽イオンおよび陰イオンのｃｏ−ＥＯＦ分離を示す電気泳動図である。その他の分離条件および分析物の標記は、すべて図２の場合と同様である。
【図５】（ａ）内標準物を混入した標準分析物、（ｂ）亜鉛製造工場からの処理水および（ｃ）２３個の小イオンの分離を示す電気泳動図である。全ての電気泳動図において、陰イオンの信号は、対応する陽イオンの信号と重畳される。電気泳動図に陰イオンおよび陽イオンの信号を確立するために、イオンの同定に注意すべきである。ａ、ｂおよびｃのＣＥ条件：陽イオン毛細管の場合、内径５０μｍのＬＰＡ塗布毛細管、Ｉ／Ｌ＝３５／５５ｃｍ、陰イオン毛細管の場合、内径５０μｍのＬＰＡ塗布毛細管、Ｉ／Ｌ＝２８／５０ｃｍ、Ｕ＝−／＋３０ｋＶ（陽イオン／陰イオンをそれぞれ分離する）。バックグランド電解質：ｐＨ４．２の下で５０ｍＭの酢酸酸と１０ｍＭのヒスチジンとを混合して得られた溶液。分析物の標記：（１）Ｋ＋、（２）ＮＨ４＋、（３）Ｃａ２＋、（４）Ｎａ＋、（５）Ｃａ２＋、（６）Ｃｌ−、（７）ＮＯ３−、（８）ＳＯ４２−、（９）ＣｌＯ４−、（１０）ＣｌＯ３−、（１１）Ｆ−、（１２）ＰＯ４２−、（１３）ＣＯ３２−、（１４）ＣＨ３ＳＯ３−（内標準物）、（１５）Ｌｉ＋（内標準物）、（１６）（ＣｒＯ４）２−、（１７）ＭｏＯ４２−、（１８）Ｃ３Ｈ８ＳＯ３−、（１９）Ｍｎ２＋、（２０）Ｚｎ２＋、（２１）Ｓｒ２＋、（２２）Ｃｄ２＋、（２３）Ｃｒ３＋、および（２４）Ｂｅ２＋、＊：正体不明のイオン。
【図６】（ａ）は、連続５０時間にわたって水道水中の分析物の泳動時間（分）の再現性を示すグラフである。図６（ａ）の右側は、約５０時間分離の代表電気泳動図である。Ｌｉ＋およびＣＨ３ＳＯ３−は、それぞれ陽イオンの内標準物および陰イオンの内標準物である。（ｂ）は、連続５０時間にわたって水道水中の分析物のピーク面積の再現性（ｍＶ・分）を示すグラフである。Ｌｉ＋およびＣＨ３ＳＯ３−は、それぞれ陽イオンの内標準物および陰イオンの内標準物である。
【図７】本発明の一実施形態に従って、２つの分離チャネルの各々に異なるバックグラウンド電解質を供給するためのマイクロチップ電気泳動システムの概略図である。
【図８Ａ】２つの分離チャネルの各々に行われる分離のために供給した異なるバックグラウンド電解質を使用する図７に示された構成を用いたマイクロチップ電気泳動を介して、イオンを分離および分析するためのプロセスのさまざまなステップのうち、プライミングステップを示す模式図である。図面を簡略化するために、図７に示された装置のいくつかの構成要素は、図８Ａに示されていない。
【図８Ｂ】２つの分離チャネルの各々に行われる分離のために供給した異なるバックグラウンド電解質を使用する図７に示された構成を用いたマイクロチップ電気泳動を介して、イオンを分離および分析するためのプロセスのさまざまなステップのうち、サンプルの投入ステップを示す模式図である。図面を簡略化するために、図７に示された装置のいくつかの構成要素は、図８Ｂに示されていない。
【図８Ｃ】２つの分離チャネルの各々に行われる分離のために供給した異なるバックグラウンド電解質を使用する図７に示された構成を用いたマイクロチップ電気泳動を介して、イオンを分離および分析するためのプロセスのさまざまなステップのうち、流体力学的注入ステップを示す模式図である。図面を簡略化するために、図７に示された装置のいくつかの構成要素は、図８Ｃに示されていない。
【図８Ｄ】２つの分離チャネルの各々に行われる分離のために供給した異なるバックグラウンド電解質を使用する図７に示された構成を用いたマイクロチップ電気泳動を介して、イオンを分離および分析するためのプロセスのさまざまなステップのうち、緩衝剤洗浄ステップを示す模式図である。図面を簡略化するために、図７に示された装置のいくつかの構成要素は、図８Ｄに示されていない。
【図８Ｅ】２つの分離チャネルの各々に行われる分離のために供給した異なるバックグラウンド電解質を使用する図７に示された構成を用いたマイクロチップ電気泳動を介して、イオンを分離および分析するためのプロセスのさまざまなステップのうち、分離ステップを示す模式図である。図面を簡略化するために、図７に示された装置のいくつかの構成要素は、図８Ｅに示されていない。
【図９Ａ】本発明のさらなる実施形態に従って、４つの分離チャネルの各々に４つのバックグラウンド電解質を同時に供給するためのマイクロチップ電気泳動システムを示す概略図である。
【図９Ｂ】本発明のさらなる実施形態に従って、４つの分離チャネルの各々に４つのバックグラウンド電解質を同時に供給するためのマイクロチップ電気泳動システムを示す概略図である。
【図９Ｃ】本発明のさらなる実施形態に従って、４つの分離チャネルの各々に４つのバックグラウンド電解質を同時に供給するためのマイクロチップ電気泳動システムを示す概略図である。
【図９Ｄ】本発明のさらなる実施形態に従って、４つの分離チャネルの各々に４つのバックグラウンド電解質を同時に供給するためのマイクロチップ電気泳動システムを示す概略図である。
【図９Ｅ】本発明のさらなる実施形態に従って、４つの分離チャネルの各々に４つのバックグラウンド電解質を同時に供給するためのマイクロチップ電気泳動システムを示す概略図である。
【図９Ｆ】本発明のさらなる実施形態に従って、４つの分離チャネルの各々に４つのバックグラウンド電解質を同時に供給するためのマイクロチップ電気泳動システムを示す概略図である。
【図９Ｇ】本発明のさらなる実施形態に従って、４つの分離チャネルの各々に４つのバックグラウンド電解質を同時に供給するためのマイクロチップ電気泳動システムを示す概略図である。
【図１０】一実施例に使用され、２つの分離チャネルの各々に異なるバックグラウンド電解質（または緩衝剤）化学物質を供給するためのマイクロチップ電気泳動システムまたは装置を示す模式図である。入口Ｓ、Ｂ１およびＢ２は、サンプルの入口、緩衝剤１の入口および緩衝剤２の入口をそれぞれ示し、外部ポンプに共に接続されている。出口Ｗ、Ｂ１−ＷおよびＢ２−Ｗは、廃棄物、Ｂ１およびＢ２により充満された分離チャネルの端部にそれぞれ対応しており、ＨＶ電極に接続されている。Ｗは、さらに遮断バルブＶに接続されている。チャネルＢ１−ＷおよびＢ２−Ｗは、集積非接触伝導率検出器を備えている。
【図１１（ａ）】流体力学的注入後、４５００Ｖの下で９０ｍｍのチャネルにおいて５ｐｐｍのＮＨ４＋、Ｎａ＋およびＬｉ＋イオンを分離する電気泳動図である。第１のＢＧＥは、５０ｍＭの酢酸であり、第２のＢＧＥは、１０ｍＭのヒスチジンである。
【図１１（ｂ）】動電学的注入後、４５００Ｖの下で９０ｍｍのチャネルにおいて５ｐｐｍのＮＨ４＋、Ｎａ＋およびＬｉ＋イオンを分離する電気泳動図である。第１のＢＧＥは、５０ｍＭの酢酸であり、第２のＢＧＥは、１０ｍＭのヒスチジンである。
【発明を実施するための形態】
【００３６】
詳細な説明
上述したように、本願は、電気泳動法を用いて、サンプル中の陰イオンおよび陽イオンのような分析物を同時に分離および検出するための方法およびシステムに関する。これらの方法およびシステムは、主に陽イオンと陰イオンを分析物とする例を用いて詳細に説明する。しかしながら、陰イオンおよび陽イオンを言及する場合、より一般的に分析物の分離に適用するように理解すべきであり、必要に応じて任意に変更してもよい。
【００３７】
概括的には、一方法は、２つ以上の分離チャネルを含む電気泳動システムに、サンプルを２つの分離チャネルと流体連通する単一のサンプル注入ポートから注入するステップと、２つの分離チャネルの各々において分析物を分離するステップと、分離チャネルの各々において分離された分析物を検出するステップとを備える。
【００３８】
留意すべきことは、いくつかの実施形態において、一方の分離柱が陽イオンの分離に構成され、他方の分離柱が陰イオンの分離に構成されているが、２つの異なるバックグラウンド電解質の組合わせを使用する場合、この２つの分離柱が同様な電荷（すなわち正電（陽イオン）または負電（陰イオン））を荷電するイオンの分離または中性荷電種の分離に使用されてもよいということである。このような実施形態において、異なる条件を用いて１つのサンプルに対して同時分離の実施を可能にし、サンプル中のイオン成分のような分析物のより良い分析を（同一の装置において）なるべく迅速に得られるように、バックグラウンド電解質の組成を２つの分離柱の間に変更してもよい。
【００３９】
用語「分離チャネル」は、分析物またはイオンの分離を行うことができる分離毛細管、およびマイクロチップ上で微細加工されたマイクチャネルのような他のチャネル構成を含む。このような分離チャネルは、通常、サンプルおよびバックグラウンド電解質を分離チャネルに供給するのに使用される流体主チャネルよりも小さい直径を有する。以下、毛細管電気泳動を言及する場合、同様の構成は、毛細管電気泳動に限定されなく、他の形態の電気泳動、たとえばマイクロチップ電気泳動およびＭＥＫＣに適用されてもよいことが理解されるであろう。
【００４０】
図１は、本発明の一実施形態に係る設備、装置またはシステムの１つの可能な構成を概略的に示している。図１を参照して、上記で概説したように、分析物は、陽イオンと陰イオンとを含み、方法に使用される特定の設備および工程は、電気泳動システム１０を提供するステップを含み得る。電気泳動システムは、単一のサンプル注入ポートを備える注入システム１１（図面には詳細に示されていないが、一般的に数字１２を参照）と、一端に配置された流体チャネル入口１３と反対側の他端に配置された流体チャネル出口１４とを有する流体チャネルとを備え、流体チャネル入口は、サンプル注入ポートと流体連通しており、界面領域１５が流体チャネル入口と流体チャネル出口との間に配置されており、流体チャネルの界面領域１５に配置された入口１７と反対側の他端に配置された第１分離チャネル出口１８とを有する第１分離チャネル１６と、流体チャネルの界面領域１５に配置された入口２０と反対側の他端に配置された第２分離チャネル出口２１とを有する第２分離チャネル１９と、流体チャネルに配置された接地電極２２（太い黒線により示される）と、第１分離チャネル１６の両端に電圧を印加するように配置された正電を荷電した電極２３と、第１分離チャネルの検出領域を通過する陰イオンを検出するように配置された第１検出器２４と、第２分離チャネル１９の両端に電圧を印加するように配置された負電を荷電した電極２５と、第２分離チャネルの検出領域を通過する陽イオンを検出するように配置された第２検出器２６とを備える。この方法は、（バックグラウンド電解質ポンプ２７より送込まれた）バックグラウンド電解質を流体通路２８および流体チャネル入口１３を介して流体チャネルの界面領域１５に導入して、バックグラウンド電解質を第１分離チャネル１６および第２分離チャネル１９に流体力学的に圧送することにより、バックグラウンド電解質を用いて２つの分離チャネルをプライミングするステップと、サンプルを単一のサンプル注入ポート１２から注入し、（流体通路２８および流体チャネル入口１３を介して）流体チャネルの界面領域１５に流入させることによって、サンプルを流体チャネルの界面領域１５に投入するステップと、サンプルを２つの分離チャネル１６，１９に投入するステップと、バックグラウンド電解質を流体チャネルを介して流体チャネルの界面領域１５に導入するステップと、第１分離チャネル１６においてサンプル中の分析物の分離と第２分離チャネル１９においてサンプル中の分析物の分離とを同時に行うように、２つの分離チャネル１６，１９の両端に電圧を印加するステップと、第１検出器２４を用いて分離された陰イオンの存在を検出し、第２検出器２６を用いて陽イオンの存在を検出するステップとを含む。
【００４１】
注入システムは、単一のサンプル注入ポートを備える。このサンプル注入ポートは、装置の操作者によってサンプルを装置に供給するポートであり、操作者が二箇所でサンプルを供給しなければならないシステムを除外する。
【００４２】
注入システムは、典型的には、少なくとも１つのバックグラウンド電解質注入ポートを含む。以下の段落では、単一のバックグラウンド電解質を利用する一実施形態を説明する。さらに以下の段落では、複数のバックグラウンド電解質に基づく第２実施形態を説明する。
【００４３】
サンプル注入システムは、注入バルブをさらに備えてもよい。この注入バルブを操作することにより、サンプルが流体チャネルに進入できるようにサンプル注入ポートへの流体チャネル開度を制御することができ、またはバックグラウンド電解質への流体チャネル開度を制御することができる。図１に示す実施形態において、注入器（または注入）バルブ２７は、サンプル注入ポートへの流体チャネル開度を制御する１つの設定（数字２により標記される）と、バックグラウンド電解質への流体チャネル開度を制御する１つの設定（数字６により標記される）とを含む。注入バルブがバックグラウンド電解質貯留槽からの流体が流れることを可能にするように配置されたとき、バックグラウンド電解質は、ポンプまたは任意の他の流体流発生器の動作によって、流体チャネル内に圧送されてもよい。したがって、サンプル注入システムは、流体チャネルを通過するバックグラウンド電解質の液流を生成するために、流体流発生器を含むことができる。
【００４４】
流体チャネルは、流体チャネルの注入システムの端部に位置する入口、および出口を含む。流体チャネルの界面領域は、２つの端部の間に配置されている。流体チャネルは、十字状（Ｘ字状）連結部の２つの対向するアームの間に延在しかつ２つの対向するアームを含むチャネルによって形成されてもよい。図１に示す実施形態において、十字状連結部は、数字２９で標記される。本実施形態の場合、分離チャネルは、十字状連結部における流体チャネルの界面領域に突出している。２つの分離毛細管（分離チャネル）の先端は、流体チャネルの界面領域に突出してもよい。分離毛細管の先端（すなわち、分離チャネルの入口または開口）は、流体チャネルの中心軸から等距離で離間されている。
【００４５】
接地電極は、流体チャネルの界面領域に設けられている。接地電極は、円筒状電極のような、細長い中空電極にすることができる。図１の実施形態では、接地電極は、黒線２２として示されている。円筒状の接地電極は、流体チャネルの出口端から流体チャネルの界面領域内に軸方向に延在することができる。十字状連結部２９の一方のアーム内に延在するこのような接地電極の設計は、従来技術に比べて、サンプルをはるかに短い時間で分離チャネル内に導入することを可能にする。従来技術２０〜３０秒に比べて、この導入時間は、約１秒となる。接地電極の円筒壁は、流体チャネルの一部を画定してもよい。流体チャネルの出口は、円筒状の接地電極の中心部を通ってもよい。
【００４６】
流体チャネルの内径は、５０〜１０００μｍ（すなわち、直径が最大１ｍｍである）の範囲に、たとえば５０〜８００μｍ、１００〜８００μｍまたは３００〜８００μｍにあってもよい。本実施例で使用された流体チャネルの内径は、５００μｍであった。
【００４７】
バックグラウンド電解質は、バックグラウンド電解質貯留槽に格納されてもよい。このバックグラウンド電解質貯留槽は、バックグラウンド電解質が流体チャネルを通って流れることを可能にするように、注入システムと流体連通している。分離期間中に、バックグラウンド電解質の流量は、約１０〜１０００μＬ／分の範囲にあってよく、代表的には約１０〜２００μＬ／分の範囲にある。
【００４８】
バックグラウンド電解質は、従来に知られている任意の適切な組成を有してもよい。バックグラウンド電解質は、１つ以上の緩衝剤および任意の他の代表的な電解質成分を含むことができる。バックグラウンド電解質は、緩衝剤からなることができ、緩衝剤と呼ばれてもよい。バックグラウンド電解質は、高分子電解質、ポリエチレンイミン（ＰＥＩ）などのポリマー成分を含むことができる。分析物が中性荷電種である実施形態において、バックグラウンド電解質は、荷電した界面活性剤を含んでもよい。荷電した界面活性剤の例としては、ドデシル硫酸ナトリウムである。荷電した界面活性剤は、中性に荷電した分析物と相互作用する。分析物は、荷電した界面活性剤と相互作用する程度に基づき、分離チャネルにおいて分離される。このことは、ＭＥＫＣに応用することもできる。
【００４９】
分離チャネルまたは分離毛細管は、同一の構成を有してもよく、異なってもよい。分離毛細管は、溶融シリカ毛細管であってもよい。分離毛細管はそれぞれ、塗布されてもよく、塗布されなくてもよい。毛細管はそれぞれ、約１０〜１００μｍの内径、たとえば１０〜７５μｍの内径を有してもよい。
【００５０】
分離毛細管の先端（すなわち、分離チャネルの入口）は、好適には、接地電極から等距離に配置されている。この構成は、印加された電磁界が２つの分離毛細管の間に平均になることを保証する。
【００５１】
好ましくは、第１分離チャネルの入口と第２分離チャネルの入口と間の距離は、少なくとも５０μｍである。両者の入口は、最大５００μｍ離れてもよい。
【００５２】
毛細管内径は、必要な最小分離距離に影響を与える。分離距離を最小でも毛細管内径の１倍、好ましくは２倍、最大２０倍にする必要がある。典型的な分離距離は、毛細管内径の約５〜１０倍、たとえば約７．５倍である。
【００５３】
短い分離時間を得るために、１５ｃｍ〜５０ｃｍの短い長さを有する毛細管が好まれるが、各分離毛細管の長さを約１５ｃｍ以上、最大１００ｃｍにすることができる。この長さは、分離柱の全長を指す。留意されたいことは、検出領域が一般的に毛細管の出口端から離間され、たとえば毛細管の出口または出口端から約１０ｃｍ離間されているため、有効長を検出領域に対応する長さだけ短くすることができることである。各毛細管に連結された検出器は、毛細管の長さに沿って任意の適切な位置に配置することができる。いくつかの実施形態において、検出器は、毛細管の入口から約５〜１５ｃｍの位置に配置される。
【００５４】
各毛細管は検出領域を含む。検出領域は、毛細管の入口から、分離を行うのに充分な距離で離れて配置される。
【００５５】
各検出器は、分析物の存在（および相対量）を検出するのに適切である任意の検出器であってもよい。いくつかの実施形態において、検出器を使用して、無機イオンの検出を行う。例として、検出器は、光度検出器のような光検出器と、容量結合型非接触伝導率検出器（Ｃ４Ｄ）のような非接触伝導率検出器とを含む。（たとえば、ＭＥＫＣ）電気泳動において分析物を検出するための他の種類の既知検出器を使用してもよい。検出器によって生成された信号は、信号の記録および分析を容易にするために、好適には、制御装置によって視覚画像に変換される。分離チャネル（分離毛細管）の検出領域は、好適には、分離チャネルの出口から５ｃｍ〜１５ｃｍの距離、たとえば分離チャネルの出口から約１０ｃｍの距離におけるように配置される。検出器は、検出領域と整列される。
【００５６】
方法／システムは、興味のある無機イオンを１０ｐｐｍ（百万分の一）以下の濃度で検出することを可能にする。検出は、１ｐｐｂ（十億分の一）までの濃度で達成することができる。検出の限界は、使用される検出器に部分的に依存するが、Ｃ４Ｄ検出器を使用すれば、このようなレベルを達成することが可能である。システムは、１分間の時間枠以内の検出が可能である。
【００５７】
分析物が無機陰イオンである場合には、方法／システムにより分離できる無機陰イオンは、Ｃｌ−、ＳＯ４２−、ＳＣＮ−、Ｆ−、ＰＯ４２−、ＣＯ３２−、ＮＯ３−、ＣｌＯ４−、Ｎ３−、ＣｌＯ3−およびＣＨ３ＳＯ３−を含む。分析物が無機陽イオンである場合には、方法／システムにおいて分離できる無機陽イオンは、Ｃａ２＋、Ｋ＋、Ｎａ＋、ＮＨ４＋およびＭｇ２＋を含む。上記から選択された陽イオンおよび陰イオンの組合わせを含有するサンプルは、陽イオンおよび陰イオンの同時分離および検出を可能にする本発明の方法／システムにおいて分析することができる。
【００５８】
他の分析物の場合には、分析物は、タンパク質、ＤＮＡ、アプタマー、炭化水素、有機小分子、医薬品および生物学的に活性分子などの有機化合物を含むことができる。
【００５９】
第１分離チャネル用の荷電電極は、正電を荷電した電極であってもよい。接地電極を界面領域に配置した状態で、（いくつかの実施形態において陰イオンを分離するための）第１分離チャネルに連結された荷電電極は、（毛細管のような）第１分離チャネルの両端に電圧を印加するように配置される。荷電電極は、第１分離チャネル（または毛細管）の出口端に向かってまたは出口端に配置されてもよい。電極は、典型的には、高電圧電極である。
【００６０】
第２分離チャネル用の荷電電極は、負電を荷電した電極であってもよい。接地電極を界面領域に配置した状態で、（いくつかの実施形態において陽イオンを分離するための）第２分離チャネルに連結された荷電電極は、（毛細管のような）第２分離チャネルの両端に電圧を印加するように配置される。荷電電極は、第２分離チャネル（または毛細管）の出口端に向かってまたは出口端に配置されることができる。電極は、典型的には、高電圧電極である。
【００６１】
高電圧は、バックグラウンド電解質の液流が流体チャネルを通過する間に、分離ステップにおいて分離チャネルまたは毛細管の両端に（長手方向に）印加される。このステップに印加された代表的な電圧は、最大４０ｋＶであり、たとえば約３０ｋＶまたは２５ｋＶ（正電圧または負電圧）である。電圧は、時間にわたって変調されてもよい。たとえば、電圧を固定速度または可変速度で印加される最大電圧まで増加してもよく、または段階的に増加してもよい。正電極および負電極によって印加された電圧は、一般的に同一の大きさを有するが、電位が逆である。
【００６２】
サンプルを単一のサンプル注入ポートから注入し、流体チャネルの界面領域に流入させることによって、サンプルは、流体チャネルの界面領域に投入される。この操作は、（以下でさらに詳細に説明する技術により）流体力学的に達成してもよく、または電圧の印加により動電学的に達成してもよい。
【００６３】
サンプルの投入が動電学的に行われた場合、サンプル中に存在するイオンがそれぞれの毛細管を通過させるように、サンプル注入（投入）の最終段階で小さな電位を２つの分離チャネル（毛細管）に短時間で印加する。このようにすれば、毛細管に最小「注入」されたイオンは、十分な感度を提供することができる。この工程に適した印加電圧および印加時間は、約１秒間に約１ｋＶ（負電極には負電圧、正電極には正電圧）であり、可能な変動範囲が０．２〜３秒間に０．２ｋＶ〜５ｋＶ（印加時間が短くなると、印加電圧が高くなる。逆も同様）である。
【００６４】
いくつかの実施形態において、サンプルは、２つの分離チャネルにおいて陽イオンおよび陰イオンの分離を同時に行う前に、２つの分離チャネルに流体力学的に投入される。いくつかの実施形態によれば、流体チャネルは、流体チャネル出口の開閉を制御するためのバルブを備える。流体力学的投入は、このバルブの制御開閉によって達成することができる。たとえば、サンプルを２つの分離チャネルに流体力学的に投入するために、まず、サンプルを界面領域に投入し、流体チャネル出口バルブを閉合する。そして、サンプルは、バルブが閉合されている状態で、サンプル注入ポートから注入され、２つの分離チャネルに流体力学的に圧送される。この巧妙な設計は、分離毛細管へのサンプルおよびバックグラウンド電解質の流体力学的投入を簡単かつ信頼できるようにする。
【００６５】
流体チャネル出口の開閉を制御するバルブの存在下、以下の（１つまたはすべての）ステップは、すなわち、プライミングする間に、流体チャネル出口を閉合して、バックグラウンド電解質を第１分離チャネルおよび第２分離チャネルに流体力学的に圧送するステップと、流体チャネル出口を開放した状態で行われる界面領域へのサンプルの投入ステップと、サンプル流体チャネル出口を閉合し、サンプルをサンプル注入ポートから注入して、２つの分離チャネルに流体力学的に圧送することによって達成される分離チャネルへのサンプルの投入ステップと、流体チャネル出口を開放した状態で、流体チャネルを介して流体チャネルの界面領域にバックグラウンド電解質を導入するステップと、分析物の分離とを行うように、バックグラウンド電解質の液流が流体チャネルを通過する間に行われる分離チャネルの両端に電圧を印加するステップ、および／または流体チャネル出口を開放した状態で、電圧を２つの分離チャネルに印加するステップとは、方法に利用することができる。
【００６６】
いくつかの実施形態によれば、サンプルを単一のサンプル注入ポートから注入し、流体チャネルの界面領域に流入させることによって、サンプルを投入するステップの次には、バックグラウンド電解質を界面領域に別々に導入する。これらのバックグラウンド電解質は、分離チャネルに投入されたサンプルを塞ぐプラグとなる。
【００６７】
双電解質システム
上述したように、本願はまた、同時に２つ以上の異なる電解質の存在下で、電気泳動を用いてサンプル中の分析物を分離および検出するための方法およびシステムに関する。一般的に言えば、この方法は、２つ以上の分離チャネルと流体連通する単一のサンプル注入ポートを備えた電気泳動システムを提供するステップと、異なるバックグラウンド電解質を用いて分離チャネルをプライミングするステップと、単一のサンプル注入ポートからサンプルを分離チャネルの各々に注入するステップと、異なるバックグラウンド電解質組成物流が各分離チャネルに通過する間に、各分離チャネルにおいて分析物の分離を行うために、各分離チャネルの両端に電圧を印加するステップと、サンプル中に分析物の存在を検出するステップとを含む。
【００６８】
上述したように、このシステムは、異なるバックグラウンド電解質を用いてサンプルを分析する機能を提供する。このことは、異なるバックグラウンド電解質がサンプル中に存在する異なる分析物の分離に適しているときに、非常に有用であり得る。バックグラウンド電解質は、互いの組成、濃度、ｐＨまたはその他の点で異なる。一実施形態において、分離チャネルのうち１つの分離チャネルは、陽イオンを分離および検出するために構成されてもよく、第２分離チャネルは、陰イオンを分離および検出するために構成されてもよい。いくつかの実施形態によれば、分離チャネルは、陽イオンを分離するための分離チャネルと、陰イオンを分離するための分離チャネルとを含む。追加のは、陽イオンまたは陰イオンを分離するために、分離チャネルを任意に追加してもよい。他の実施形態によれば、分離チャネルは、同様の電荷（すなわち、正電または負電または中性）を有する分析物を分離するために構成される。
【００６９】
上記で陰イオンおよび陽イオンを分析物として概説したように、方法に使用される特定の設備および工程は、電気泳動システムを提供するステップを含み得る。電気泳動システムは、（チャネル３０の形状にした）単一のサンプル注入ポートと、（チャネル３１の形状にした）第１バックグラウンド電解質注入ポートと、（チャネル３２の形状にした）第２バックグランド電解質注入ポートとを備える注入システムと、一端に配置された流体チャネル入口３４と反対側の他端に配置された流体チャネル出口３５とを有する流体チャネル３３とを備え、流体チャネル入口３４は、サンプル注入ポート３０と流体連通しており、界面領域３５は、流体チャネル入口と流体チャネル出口との間に配置され、第１バックグラウンド電解質注入ポート３１および第２バックグラウンド電解質注入ポート３２は、各々の電解質注入ポートからのバックグラウンド電解質（陰影部分を参照。灰色陰影部分３６は、第１バックグラウンド電解質を示し、白色部分３７は、第２バックグラウンド電解質を示す）が流体チャネルを介して流体チャネルの界面領域の一部を同時に通過するように配置され、流体チャネルの界面領域に配置された入口３９と反対側の他端に配置された第１分離チャネル出口４０とを有する第１分離チャネル３８を備え、第１分離チャネルの入口は、第１バックグランド電解質注入ポートからのバックグラウンド電解質の液流が通過する界面領域３５の部分に配置され、流体チャネルの界面領域に配置された入口４２と反対側の他端に配置された第２分離チャネル出口４３とを有する第２分離チャネル４１を備え、第２分離チャネル４１の入口は、第２バックグランド電解質注入ポートからのバックグラウンド電解質の液流が通過する界面領域３５の部分に配置され、流体チャネル３３に配置された接地電極（図面には詳細に示されていないが、数字４４により示された領域に配置される）と、第１分離チャネルの両端に電圧を印加するように配置された正電を荷電した電極４５と、第１分離チャネルの検出領域を通過する分析物を検出するように配置された第１検出器４６と、第２分離チャネルの両端に電圧を印加するように配置された負電を荷電した電極４７と、第２分離チャネルの検出領域を通過する分析物を検出するように配置された第２検出器４８とを備える。この方法は、第１バックグラウンド電解質注入ポートおよび第２バックグラウンド電解質注入ポートからバックグラウンド電解質を流体チャネルの界面領域の各々の部分に同時に導入して、第１バックグラウンド電解質注入ポートからバックグラウンド電解質を第１分離チャネルに圧送しかつ第２バックグラウンド電解質注入ポートからバックグラウンド電解質を第２分離チャネルに圧送することにより、バックグラウンド電解質を用いて２つの分離チャネルをプライミングするステップと、サンプルを単一のサンプル注入ポートから注入し、流体チャネルの界面領域に流入させることによって、サンプルを流体チャネルの界面領域に投入するステップと、（流体チャネルの界面領域から）サンプルを２つの分離チャネルに投入するステップと、第１バックグラウンド電解質注入ポートおよび第２バックグラウンド電解質注入ポートからバックグラウンド電解質を流体チャネルを介して流体チャネルの界面領域の各々の部分に同時に導入するステップと、第１分離チャネルにおいてサンプルに存在する陰イオンの分離と第２分離チャネルにおいてサンプルに存在する陽イオンの分離とを同時に行うように、２つの分離チャネルの両端に電圧を印加するステップと、第１検出器を用いて分離された陰イオンの存在および第２検出器を用いて分離された陽イオンの存在を検出するステップとを含む。
【００７０】
本発明の双電解質システム用の装置は、２つのバックグラウンド電解質注入ポート（および２つのバックグラウンド電解質貯留槽）が注入システム内に形成された点を除いて、上記に説明した構成とほぼ同様である。この場合でも、本実施形態は、特にマイクロチップ電気泳動に適している。したがって、以下では、マイクロチップ電気泳動に使用される本発明の双電解質システムをさらに詳述する。
【００７１】
双電解質システム用のマイクロチップの設計は、上述の流体チャネル３３（本明細書では「流体主チャネル」または「流体中央チャネル」とも呼ばれる）と、サンプル注入ポートおよび２つのバックグランド電解質注入ポートと流体連通している流体主チャネルの入口端につながる３つのチャネル３０，３１，３２と、流体主チャネルから（垂直方向に対して）横方向の外側に分岐した２つの分離チャネル３８，３９とを備えるマイクロチップを含むことができる。
【００７２】
マイクロチップから液体を排液するために、流体出口は、流体主チャネルの出口端３５および分離チャネル４０，４３の出口端に設けられている。
【００７３】
３つのチャネル３０，３１，３２を有し、その３つのチャネルがすべてバックグラウンド電解質を供給する構成、または２つの流体チャネルのみを有し、その２つの流体チャネルのうち一方がサンプルを供給し、他方がバックグラウンド電解質を供給する構成にすれば、このようなマイクロチップの設計は、単一の電解質システムの実施形態にも、使用することができる。
【００７４】
流体チャネルの入口端部につながる３つのチャネルは、バックグラウンド電解質が各々のポートに注入され、注入チャネルを介して流体主チャネルに向かって流動するときに、バックグラウンド電解質が混合せず、別々の液流で同時に流体チャネルを通過するように、配置されている。図７に示す構成において、２つの別々のバックグラウンド電解質の液流は、流体チャネルおよび界面領域の各々の部分を同時に通過する。図７に示すように、各々の部分は、界面領域の左側および右側にある。分離チャネルの入口が１種のバックグラウンド電解質のみが通過する界面領域の一部（図７に示すように、一方側）に位置しているため、界面領域のその部分を通過するバックグラウンド電解質のみが（必要な流体力学的力を受けたときに）目的分離チャネルに流入する。図９に示されたように、他の実施形態において、異なるバックグラウンド電解質が通過する界面領域領域の各部分は、流体チャネルの長手部分を構成している。
【００７５】
このような構成を有すれば、各分離チャネルにおいてバックグラウンド電解質の異なる化学性質を制御することができる。
【００７６】
上記でＣＥに照らして説明した第１構成と同様に、流体チャネル出口は、好ましくは、流体チャネル出口の開閉を制御するためのバルブを備える。
【００７７】
このような特徴を有すれば、以下の一連のステップは、分析物が陽イオンおよび陰イオンである実施形態において、電気泳動分離の実施に使用することができる。具体的には、一連のステップは、まず、流体チャネル出口を開放にした状態で、第１バックグラウンド電解質注入ポートおよび第２バックグラウンド電解質注入ポートからバックグラウンド電解質を流体チャネルの界面領域の各々の部分に同時に導入して、次いで、流体チャネル出口を閉合にした状態で、第１バックグラウンド電解質注入ポートからバックグラウンド電解質を第１分離チャネルに圧送しかつ第２バックグラウンド電解質注入ポートからバックグラウンド電解質を第２分離チャネルに圧送することにより、バックグラウンド電解質を用いて２つの分離チャネルをプライミングするステップ（図８Ａを参照）と、流体チャネル出口を開放にした状態で、（黒陰影によって示される）サンプルを単一のサンプル注入ポートから注入し、流体チャネルの界面領域に流入させることによって、サンプルを流体チャネルの界面領域に投入するステップ（図８Ｂを参照）と、サンプルを２つの分離チャネルに投入するステップ（図８Ｃを参照）と、流体チャネル出口を開放にした状態で、（サンプル流がサンプル注入ポートを同時に通過することなく）第１バックグラウンド電解質注入ポートおよび第２バックグラウンド電解質注入ポートからバックグラウンド電解質を流体チャネルを介して流体チャネルの界面領域の各々の部分に同時に導入するステップ（図８Ｄを参照）と、第１分離チャネルにおいてサンプルに存在する陰イオンの分離と第２分離チャネルにおいてサンプルに存在する陽イオンの分離とを同時に行うように、２つの分離チャネルの両端に電圧を印加するステップ（図８Ｅを参照）と、第１検出器を用いて分離された陰イオンの存在および第２検出器を用いて分離された陽イオンの存在を検出するステップとを含む。
【００７８】
通常、２つの異なる組成のバックグラウンド電解質は、第１および第２バックグラウンド電解質として使用される。よって、各分離は、異なるバックグラウンド電解質の存在下で同時に行われる。しかしながら、システムにおいて、同一組成のバックグラウンド電解質を使用することも可能である。
【００７９】
サンプルを２つの分離チャネルに投入するステップは、流体力学的にまたは電気泳動的に行うことができる。流体力学的に行う場合に、流体チャネル出口が閉合され、バックグラウンド電解質が同時に流れることなく、サンプルがサンプル注入ポートから分離チャネルに注入される。電気泳動的に行う場合に、電圧が印加され、サンプルが分離チャネルに電気泳動的に注入される。分離チャネルへのサンプルの流体力学的投入（すなわち、注入）は、図８Ｃに概略的に示されている。
【００８０】
一実施形態に係る四方分離用のマイクロチップの設計は、図９に示されている。この設計のマイクロチップは、チップの幅を亘って一方の端部に延在する（図９Ａの左側で上方へ延在する）流体主チャネルと、流体主チャネルの一方の端部に設けられたサンプル注入ポート（サンプルは、図９Ａに示された流体主チャネルの下端部から注入される）と、流体主チャネルに向かって延在し（図９Ａの流体主チャネルの左側に横方向に延在する）かつサンプル注入ポートと流体連通する４つのバックグラウンド電解質入口チャネルと、４つのバックグラウンド電解質チャネル出口（図９Ａにおいて、３つのチャネル出口が流体主チャネルから横方向に右側へ延在しており、４つ目のチャネル出口が上方に延在する流体主チャネル出口によって画定される）と、流体主チャネルから（垂直方向に対して）横方向に外側へ延在しかつバックグラウンド電解質チャネル出口の前に配置された４つの分離チャネル（流体主チャネルの右側から離れて延在する細い線で表されている）と、４つの検出器５１と、（各々の分離チャネルの入口に位置する黒点で表示される）グランド電極５０と、４つの高電圧電極５２とを含む。
【００８１】
図９において、各々のバックグラウンド電解質の流体経路は、異なる陰影を用いて示される。よって、示された各々のバックグラウンド電解質の流路は、ジグザグになっている。
【００８２】
マイクロチップから液体を排液するために、流体出口は、分離チャネルの出口端に設けられている。
【００８３】
バックグラウンド電解質チャネルは、各々のバックグラウンド電解質がポートから流体主チャネルに注入されるときに、バックグラウンド電解質が混合せず、別々の液流で同時に流体チャネルを通過するように、配置されている。本実施形態における界面領域は、４つの分離チャネルの入口領域を包含し、異なる電解質流は、別々に流れている分離チャネルの入口の各々を次々に通過して、流体主チャネルの部分を通過する。その構成は、図９Ｂにおいて陰影付きのバックグラウンド電解質の液流によって示されている。分離チャネルの入口が１種のバックグラウンド電解質のみが通過する界面領域の一部（図７に示された領域の一部）に位置しているため、界面領域のその部分を通過するバックグラウンド電解質のみが（必要な流体力学的力を受けたときに）目的分離チャネルに流入する。
【００８４】
図９Ｃに示すように、バックグラウンド電解質を分離チャネルに投入した後、サンプルは、サンプル入口から注入され、流体主チャネルを通過する。次いで、図９Ｄに示すように、サンプルは、分離チャネル内に注入される。図９Ｄの実施形態において、サンプルの注入は、分離チャネルの両端に電圧を印加することによって電気泳動的に行われる。代わりに、流体力学的注入を使用してもよい。次のステップにおいて、図９Ｅに示すように、４つのバックグラウンド電解質の液流は、第１、第２、第３および第４のバックグラウンド電解質注入ポートから導入され、（各々のバックグラウンド電解質出口および流体主チャネル出口を開放した状態で）流体主チャネルを通過して、流体チャネルの界面領域の各々の部分に流入する。このことは、サンプル流がサンプル注入ポートを同時に通過することなく行われる。これによって、バックグラウンド電解質は、各分離チャネルに流入したサンプルを塞ぐプラグとなる。その後、図９Ｆに示すように、各分離チャネル（または分離柱）においてプラグにより塞がれたサンプル中の分析物分離を達成するために、電圧を印加する。分析物は、分離チャネルの検出領域を通過するときに、検出器によって検出される。
【００８５】
上記の実施形態に使用されたマイクロチップは、微細加工、リソグラフィ、一体成型、エンボス加工または類似の技術、またはこれらの技術の組合わせに限定されなく、これらを含む任意の適切な技術によって構築されてもよい。チャネルは、一般に、マイクロチップの一面に設けられ、接着された蓋を有する。
【００８６】
上述した毛細管電気泳動に利用された流体チャネルと比べて、流体チャネルの内径は、典型的には、マイクロチップシステムに使用されたものと同様である。ただし、この場合のチャネルは、断面が（円形ではなく）略矩形または半円形であってもよく、幅よりも小さい深さを有してもよい。マイクロチップがプラスチック基板に支承される場合には、矩形断面のチャネルは好ましいが、基板がガラスである場合には、半球状のチャネルは好ましい。分離チャネルの幅（矩形チャネルの場合、長辺の寸法であり、半円形チャネルの場合、直径の寸法／半径の寸法の２倍である）は、典型的には、上記の断面が円形であるチャンネルの直径とほぼ同じである。このようなマイクロチップの流体主チャネルの典型的な直径は、約３００〜５００μｍの範囲にある（５０〜５００μｍの範囲に変化してもよい）。深さ（半円形チャネルの場合には、半径寸法または最大深さに相当する）は、典型的には約５０μｍである（約１０〜１００μｍまたは３０〜７０μｍの間にある）。分離チャネルの典型的な直径は、５０μｍである（１０〜１００μｍの範囲に変化してもよい）。分離チャネルの深さは、流体主チャネルの深さと同様であってもよいが、半円形チャネルの場合には、流体主チャネルの深さよりも小さくてもよい。注意すべきことは、流体主チャネルの直径に比べて、分離チャネルが一般的に流体主チャネル直径の３０％未満、たとえば２５％未満または２０％未満の直径を有するため、流体主チャネルを通過する流体を、流体力学的または動電学的な支援なしに分離チャネルを通過することを防止することに役立つことである。
【００８７】
電極は、任意の適切な種類および設計を有するものにすることができる。電極は、非接触型電極であってもよい。
【００８８】
制御システム
上述した実施形態のすべてにおいて、コンピュータなどの制御システムが、設備または装置を動作させるために使用される。したがって、制御システムは、注入システムの制御（たとえば、バルブ位置など）、ポンプ動作（およびバックグラウンド電解質の流速）の制御、流体チャネル（存在する場合）の出口バルブの制御、および電圧などの印加を含む装置の動作を制御することができる。制御システムはまた、検出器によって受信された信号を処理し、その信号を（表示部にまたはその他に表示される）視覚的表現に変換するように、検出システムを制御することができる。制御システムは、パーソナルコンピュータまたは専用の制御システムを含むことができる。
【００８９】
サンプル中の陰イオンおよび陽イオンを同時に分離および検出するための電気泳動システムにおいて、制御装置は、以下の一連のステップを行うように、注入システム、バックグラウンド電解質の液流および印加される電圧を制御する。一連のステップは、バックグラウンド電解質を流体チャネルの界面領域に導入して、バックグラウンド電解質を第１分離チャネルおよび第２分離チャネルに圧送することにより、バックグラウンド電解質を用いて２つの分離チャネルをプライミングするステップと、サンプルを単一のサンプル注入ポートから注入し、流体チャネルの界面領域に流入させることによって、サンプルを流体チャネルの界面領域に投入するステップと、サンプルを２つの分離チャネルに投入するステップと、バックグラウンド電解質を流体チャネルを介して流体チャネルの界面領域に導入するステップと、第１分離チャネルにおいてサンプルに存在する陰イオンの分離と第２分離チャネルにおいてサンプルに存在する陽イオンの分離とを同時に行うように、２つの分離チャネルの両端に電圧を印加するステップと、第１検出器を用いて分離された陰イオンの存在および第２検出器を用いて分離された陽イオンの存在を検出するステップとを含む。
【００９０】
上記の一連のステップは、陽イオンおよび陰イオン以外の分析物を分離するために、必要に応じて変更されてもよい。
【００９１】
一実施形態において、システムは、２つのバックグラウンド電解質を貯留するための２つ以上のバックグラウンド電解質貯留槽を含み、制御装置は、２つのバックグラウンド電解質を流体チャネルに導入することおよび２つのバックグラウンド電解質が流体チャネルを通過することを制御する。
【００９２】
２つ以上の異なるバックグラウンド電解質を供給するシステムにおいて、制御装置は、以下の一連のステップを行うように、注入システム、バックグラウンド電解質の液流、および電圧の印加を制御する。一連のステップは、第１バックグラウンド電解質注入ポートおよび第２バックグラウンド電解質注入ポートからバックグラウンド電解質を流体チャネルの界面領域の各々の部分に同時に導入して、第１バックグラウンド電解質注入ポートからバックグラウンド電解質を第１分離チャネルに圧送しかつ第２バックグラウンド電解質注入ポートからバックグラウンド電解質を第２分離チャネルに圧送するステップと、サンプルを単一のサンプル注入ポートから注入し、流体チャネルの界面領域に流入させることによって、サンプルを流体チャネルの界面領域に投入するステップと、サンプルを２つの分離チャネルに投入するステップと、第１バックグラウンド電解質注入ポートおよび第２バックグラウンド電解質注入ポートからバックグラウンド電解質を流体チャネルを介して流体チャネルの界面領域の各々の部分に同時に導入するステップと、第１分離チャネルにおいてサンプルに存在する陰イオンの分離と第２分離チャネルにおいてサンプルに存在する陽イオンの分離とを同時に行うように、２つの分離チャネルの両端に電圧を印加するステップと、第１検出器を用いて分離された陰イオンの存在および第２検出器を用いて分離された陽イオンの存在を検出するステップとを含む。
【００９３】
同様に、陰イオンおよび陽イオン以外の分析物を分離する場合、陽イオンおよび陰イオンを言及する箇所は、陽イオンおよび陰イオンの代わりに、分析物を用いて説明してもよい。
【００９４】
それぞれの場合において、制御装置は、連結された表示部に選択された異なる所望のプロファイルをユーザに提示することができる。マウス、キーパッドなどの入力装置を介して行われた選択を受信すると、制御装置は、選択された所望のプロファイルを使用して、制御装置のメモリに格納された検索テーブルから関連する動作パラメータを取得する。一例として、制御装置は、表示部および１つ以上の入力装置を備えるユーザインタフェースとデータ通信している。制御装置は、ユーザに入力の要求を提示し、入力装置からの１つ以上の入力を受信し、およびその入力およびメモリに格納された指令に応じて放射線源を制御するように、連結された有形メモリに格納されたコンピュータ可読指令を処理する処理装置を有する。使用された用語「処理装置」は、一般的に、放射線源を制御するように、格納された指令に応じて入力を処理することができる任意の装置を指し、マイクロ処理装置、マイクロ制御装置、プログラム可能な論理装置または他の計算装置、汎用コンピュータ（たとえばＰＣ）またはサーバを含むことができる。
【００９５】
システムは、装置または設備の形にされてもよい。装置は、１つの部品からなる装置であってもよく、別々の部品からなる装置であってもよい。
【００９６】
この制御システムは、好ましくは１時間当たりに少なくとも１０個、または１２個または１４個のサンプルを実行可能である。以下の実施例に記載のシステムにおいて、１時間あたりに１７個のサンプルの実行が達成されている。
【００９７】
実施例
以下の実施例を参照して、本発明をさらに詳細に説明する。これらの実施例は、本発明の基礎となる原理および本発明の特定の実施形態を実証する。広く記載された本発明の精神または範囲から逸脱することなく、特定の実施例により示された本発明に対して、多くの変形および／または修飾がなされ得ることは、当業者によって理解されるであろう。したがって、本願の実施形態は、すべての点で、例示であって制限的なものではないと考慮されるべきである。
【実施例１】
【００９８】
１  実験
１．１  設備
ＳＩ−ＣＥシステム（連続注入毛細管電気泳動システム）は、社内で開発された。この卓上システムの概略図は、図１（ａ）に示されている。システムにサンプルおよびバックグラウンド電解質（ＢＧＥ）を供給するために、ダブルシリンジポンプ（型番３３、Harvard Apparatus社、米国マサチューセッツ州ホリストン市）を使用した。２つの２０ｍＬのプラスチックシリンジ（Livingstone社、米国マサチューセッツ州ホリストン市）またはガラスシリンジ（Hamilton社、米国ネバダ州リノ市）を使用した。サンプルまたはＢＧＥを分離界面領域に交代に供給することを可能にするために、２つの注入位置バルブ（ＭＸＰ−７９８０、Rheodyne社、米国ワシントン州オークハーバー市）を使用した。流体径路に２つの毛細管を接続するために、商業ＰＥＥＫ十字形接続部（Ｐ−７２９、Upchurch Scientific社、米国ワシントン州オークハーバー市）を使用された。注入針（内径０．５１ｍｍ）からカットされた２０ｍｍ長のステンレスチューブは、出口および接地電極として使用された。十字形部の出口の線上に設けられた遮断バルブ（ＨＰ２２５Ｋ０２１、Nresearch社、米国ニュージャージー州ウェストコードウェル市）は、毛細管の平衡化および洗浄のためのオンライン洗浄を可能にした。
【００９９】
陰イオンおよび陽イオンの分離のために、２つの別体の内径５０μｍの露出溶融シリカ毛細管（Polymicro社、米国アーカンソー州フェニックス市）を使用した。界面部内の２つの毛細管の先端間の距離は、十字形部の中空アームを通って挿入された毛細管（内径３６０μｍ）を使用して固定された。両方の毛細管の出口は、１５ｍＬのＢＧＥが入っている２０ｍＬのガラスバイアル瓶に挿入された。
【０１００】
オンラインサンプリングのため、サンプル注入器の代わりに、四元ＨＰＬＣポンプ（Alltech 727、 Grace Division Discovery Science、オーストラリアクイーンズランド州アーチャフィールド市）からの出口ラインは、２つの位置バルブに配管された。四元ポンプは、一方の入口ライン上に配置された溢流性容器および他方の入口ライン上に配置された内標準物容器から直接にサンプリングする。注射器ポンプの容量限界を克服するために、ＢＧＥは、milliGATポンプ／MForce制御器（ＭＧ−５、GlobalFIA社、米国ワシントン州フォックスアイランド市）を介してシステムに供給された。オンラインサンプリングの構成は、図１（ｂ）に示されている。
【０１０１】
２つの市販Ｃ４Ｄ検出器（Tracedec、Innovative Sensor Technologies社、オーストリアStrassahof市）は、使用され、１本の毛細管に１台を配置した。システムの全体に設定された出パラメータは、周波数：高、電圧：−６ｄＢ、ゲイン：１００％、オフセット：０００、フィルター：周波数１／３およびカットオフ０．０２であった。
【０１０２】
信号の記録および分析のために使用されたAgilent  ChemStationソフトウェアに、Ｃ４Ｄ信号を伝送するために、Agilent  35900E  A／D変換器（Agilent  Technologies社、ドイツ国ヴァルトブロン市）を使用した。各毛細管に行われた分離は、Spellman CZE2000またはCZE1000高電圧電源（Hauppage社、米国ニューヨーク州）により駆動された。この高電圧電源は、陽イオンを分離するために通常の極性（＋）の下で動作し、陰イオンを分離するために逆の極性（−）の下で動作する。電極は、それぞれの出口バイアル瓶に浸入された。
【０１０３】
システムは、注射器ポンプ用のＲＳ２３２シリアル接続（milliGATポンプ用ＲＳ４２２シリアル接続）を介して、パーソナルコンピュータにより制御された。注入バルブ、遮断バルブおよび高電圧電源は、ＮＩ  ＵＳＢ−６２１２データ収集装置（National Instruments社、米国テキサス州オースティン市）を介してコンピュータに接続された。システムの全面制御およびデータのより少なめの収集は、社内ソフトウェア（Labview  8.1、National Instruments社）を用いて達成された。システムの温度が制御されておらず、すべての実験は、環境温度で行った。
【０１０４】
２．１  システムの操作
サンプルの注入は、順次に行われた。代表的な分離シーケンスの手順は、表１に詳細に記載されている。ＢＧＥにより完全に充満されている界面部および毛細管の準備済み状態から出発して、界面部にサンプルを充填して、その後、１秒間の高電圧を印加することによって、サンプルの陰イオンおよび陽イオンをそれぞれの分離毛細管に注入した。注入した後、サンプルは、５００μＬ／ｍｉｎの流量で界面部から洗い出され、分離電圧を印加するときに、流速を５０μＬ／ｍｉｎに減少した。洗浄時間および流量は、注入時間および試薬の消費量を最小にするように選択された。最終分離条件の下で、５０／５５ｃｍ×５０μｍ内径の毛細管を使用して、５０〜５００μＬ／ｍｉｎの間のＢＧＥ流量で分離を行う場合、分析物の泳動時間は、ＢＧＥ流量に影響されなかった。
【０１０５】
【表１】
0006341913.tif 000002
【０１０６】
流体力学的洗浄手順は、電気泳動分離の間に、毛細管表面を物理的クリーニングするおよび再平衡化するために組込まれた。この洗浄手順は、十字形界面部に十分な圧力を確立して、毛細管を洗浄するために、遮断バルブを閉合し、ＢＧＥを５００〜１０００μＬ／ｍｉｎ流量で５秒間に流すことによって達成された。毛細管の高流量洗浄に続いて、遮断バルブは再び開放され、次のサンプルを注入する前に、５秒間の休止時間を与え、システムを環境気圧に調整した。この洗浄手順は、３つの利点を提供した。まず、この洗浄手順は、次の電気泳動分離を妨害しないように、不要な分析物を検出器から洗い出すことを可能にするように、分析時間の設定機能を可能にした。次に、この洗浄手順は、部分的な閉塞および気泡を除去するために、毛細管の物理的なクリーニングを提供した。最終に、この洗浄手順は、電気泳動分離の間に毛細管表面を再平衡化し、一回の電気泳動分離と次回の電気泳動分離との間のベースラインの安定性を著しく増加した。
【０１０７】
２．２  化学物質
すべての試薬は、Sigma-Aldrich社（シドニー、オーストラリア）から入手した分析試薬等級であり、特に明記しない限り、供給されたまま使用した。溶液は、超純水（Millipore社、米国マサチューセッツ州ベッドフォード市）で調製した。陰イオンおよび陽イオンの両方の分離が同時に行われたことを考えて、標準溶液は、興味のあるすべての１２個の分析物がほぼ等濃度を達成するように、利用可能な塩から調製した。１０００ｍｇ／Ｌの陰イオン標準溶液は、ＮａＣｌＯ４、ＫＣｌＯ３、Ｍｇ（ＮＯ３）、ＮａＦ、ＫＨ２ＰＯ４（ＢＤＨ社、オーストラリアビクトリア州）、ＣａＣｌ２・２Ｈ２Ｏ（ＡＪＡＸ社、オーストラリアニューサウスウェールズ州）、（ＮＨ４）２ＳＯ４（Ｈ＆Ｗ社、英国エセックス州）を溶解することにより調製した。
【０１０８】
興味のある一般的な無機イオンから水の監視、爆発物の分析および共通環境のバックグラウンドイオンまでの広範かつ一般的な研究を可能にするように、分析物を選択した。したがって、ＰＯ４３−（５ｐｐｍ）、Ｆ−（５ｐｐｍ）、ＳＯ４２−（５ｐｐｍ）、ＣｌＯ３−（５ｐｐｍ）、ＣｌＯ４−（５ｐｐｍ）、Ｃａ２＋（５ｐｐｍ）、Ｋ＋（５ｐｐｍ）、Ｃｌ−（９ｐｐｍ）、Ｎａ＋（７ｐｐｍ）、ＮＨ４＋（２ｐｐｍ）およびＭｇ２＋（１ｐｐｍ）の標準分析物の混合液を調製した。
【０１０９】
ナトリウム−１−メチルスルホネート水和物（ＭＳＡ）およびＬｉ２ＣＯ３を内標準物として使用した。すべてのサンプルは、注入前に、濾過以外の前処理を行わなかった。研究に使用された３つのＢＧＥは、ｐＨ８．６の下で７０ｍＭの（トリ（ヒドロキシメチル）アミノメタン（Ｔｒｉｓ））と７０ｍＭのＮ−シクロヘキシル−２−アミノエタンスルホン酸（ＣＨＥＳ）を混合して得られた溶液、ｐＨ６．１の下で５０ｍＭの２−（Ｎ−モルホリノ）エタンスルホン酸（ＭＥＳ）と５０ｍＭのＬ−ヒスチジン（Ｈｉｓ）を混合して得られた溶液、およびｐＨ４．２の下で５０ｍＭの酢酸（ＡＡ）と１０ｍＭのＨｉｓを混合して得られた溶液であった。臭化ヘキサジメトリン（ＨＤＭＢ）は、必要に応じて電気浸透流を反転させるために、露出溶融シリカ毛細管の壁を塗布するように使用された。
【０１１０】
２．３  電気泳動法
一回目の使用の前に、１ＭのＮａＯＨを用いて０．５μＬ／ｍｉｎの流量で５分間洗浄してから、超純水を用いて０．５μＬ／ｍｉｎの流量で５分間洗浄することにより、すべての露出溶融シリカ毛細管をオフラインで調整した。ＨＤＭＢ塗布膜を採用する場合、その後、毛細管を５％のＨＤＭＢ水溶液で塗布し、続いて水で５分間洗浄した。両方の毛細管を調整／塗布した後、十字形部に組立てられ、陽イオン分離のために使用される露出溶融シリカ毛細管上に任意の陽イオン性界面活性剤の交差汚染を避けるために、ＢＧＥで平衡化した。
【０１１１】
線状ポリアクリルアミド（ＬＰＡ）塗布の５０μｍ内径の毛細管は、Polymicro Technologies社から購入した。これらの毛細管は、超純水を用いて０．５μＬ／ｍｉｎの流量で１０分間洗浄することによって調整された。すべての場合において、分離界面部を組立てた後、ＢＧＥを用いて５μＬ／ｍｉｎの流量で３０分間毛細管を洗浄することによって、毛細管を平衡化した。
【０１１２】
３  結果と考察
上記で概説した装置およびシステムは、陰イオンおよび陽イオンの同時注入および分離を可能にするために開発された。商用の十字形部は、分離毛細管の界面部として使用された。５０μｍの内径を有する毛細管は、毛細管を通過する任意の流体力学的液流を規制するのに十分な背圧を有するため、使用された。装置の機能は、両方の毛細管が急速に洗浄されるように閉合することができる遮断バルブを設けることによって、向上された。この手法の機能性の実証は、図２に示されている。図２は、Ｃ４Ｄ検出を利用して、以前研究された３つのＢＧＥにおいて、５つの陽イオン（Ｋ＋、ＮＨ４＋、Ｃａ２＋、Ｎａ＋、Ｍｇ２＋）および８つの陰イオン（Ｃｌ−、ＮＯ３−、ＳＯ４２−、ＣｌＯ４−、ＣｌＯ３−、Ｆ−、ＰＯ４２−、ＣＯ３２−）の同時分離を示している。
【０１１３】
これらの実験において、陽イオンと陰イオンの分離に選択された第１のＢＧＥは、約ｐＨ４の下で、さまざまな濃度の１８−クラウン−６−エーテルに溶解した１０ｍＭのＬ−ヒスチジン（Ｈｉｓ）および５０ｍＭの酢酸からなる。分離に選択された第２の緩衝剤は、ｐＨ６．１の２０ｍＭのＭＥＳ／２０ｍＭのＨｉｓの緩衝剤からなる。この緩衝剤は、陽イオンの分離によく使用されており、陰イオンおよび陽イオンの両方のマイクロチップＣＥ分離にも使用されてきた。システムの信号応答を高めるために、濃度は、５０ｍＭのＭＥＳ／５０ｍＭのＨｉｓに調整した。分離に選択された第３のＢＧＥ、すなわち最終のＢＧＥは、ｐＨ８．６の下で、７０ｍＭのＴｒｉｓおよび７０ｍＭのＣＨＥＳからなる。このＢＧＥは、無機陰イオンおよび低分子量有機酸の分離に有効である。図面から分かるように、陰イオンおよび陽イオン両方の優れた分離、および１つのサンプル注入ポイントから、陰イオンおよび陽イオンを同時に分離するこの手法の単純さは、明瞭である。この手法における制限の１つが同一のＢＧＥが陰イオンおよび陽イオンの両方に使用されなければならないため、最も適切なＢＧＥの選択が特定用途によって異なるであろう。ここで、選択されたイオンを分離するための最良のＢＧＥは、ＥＯＦの影響を検討した後、さらに説明する。いずれにしても、本明細書に記載の双電解質システムが使用された場合、この制限が克服されている。
【０１１４】
３．１  毛細管壁の塗布膜
本明細書に記載された手法は、１つの分離毛細管の代わりに、２つの分離毛細管を使用する点で、ＤＯＩ−ＣＥと主に異なる。２つの分離毛細管を使用することにより、さまざまな壁の塗布膜の使用、それによって陰イオンおよび陽イオンの分離のために別々のＥＯＦ条件の使用を可能になり、両方の分離を最適化する自由度が与えられる。
【０１１５】
異なる表面化学、したがって異なるＥＯＦの影響を評価するために、未変性溶融シリカにおける通常ＥＯＦ、ＬＰＡ塗布毛細管における低ＥＯＦ、およびＨＤＭＢ塗布毛細管における反転ＥＯＦを含む標準分析物の混合物の分離は、３つの異なる分離毛細管を用いて、上述した３つのＢＧＥにおいて行われた。陽イオンの分離は、溶融シリカおよびＬＰＡ塗布毛細管のみにおいて行われた。その原因は、（ＥＯＦがＨＤＭＢの移動度よりも大きいため、）陽イオンの反転ＥＯＦ分離がＨＤＭＢ分子を分離界面部に引込む効果を有するため、界面領域および他方の分離毛細管を汚染するからである。
【０１１６】
図３から分かるように、異なる表面電荷を有する毛細管を使用する能力は、高ｐＨの下で陰イオンの分離に最も顕著な効果を有する。Ｃｌ−の泳動時間は、未修飾の溶融シリカ毛細管における１２０秒から、ＬＰＡ塗布毛細管における４５秒およびＨＤＭＢ塗布毛細管における３５秒に変化した。ＰＯ４２−の最も遅いピークは、同一の毛細管において、それぞれ５３０秒、１２０秒および４６秒から変更した。陰イオンの分離のために使用されたＨＤＭＢ塗布毛細管および陽イオンの分離のために使用された未溶融シリカ毛細管は、ｃｏ−ＥＯＦ方法で、同一の注入ポイントから、陰イオンおよび陽イオンの両方を分離するユニークな能力を与える。このことは、ＣＥまたはＭＥにおける他の手法によっては不可能である。
【０１１７】
図４は、３つの異なるＢＧＥにおいて行われた標準的な陰イオンおよび陽イオンの同時ｃｏ−ＥＯＦ分離の結果を示している。予想の通りに、すべての陽イオンの泳動時間は、ＥＯＦの大きさの増加に起因して、緩衝剤ｐＨとともに増加した。陰イオンの泳動時間に対する影響がわずかであろうと予想されるが、これは必ずしもそうではなかった。両方の毛細管においてｃｏ−ＥＯＦ分離を行う場合には、毛細管の置換によって泳動時間（特に陰イオンの泳動時間）に変動があったことは、特に興味深かった。陽イオンの分離ＥＯＦが最大であった（および陰イオン毛細管のＥＯＦがかなり大きかった）場合、この変動は、Ｔｒｉｓ／ＣＨＥＳバックグラウンド電解質において最も顕著であった。その原因は、陰イオンの泳動時間の変動（最大３０％まで）と比べて、回復する間において陽イオンの泳動時間の変動（＜１５％）が比較的に小さいことがわかった。注入および分離の間には、流体力学的力、電気力学的力およびＥＯＦ力が注入界面に存在するが、これらの結果は、泳動時間に影響を与える支配的な力が双方向におけるＥＯＦ間の競合に起因したことを示した。Ｔｒｉｓ／ＣＨＥＳ系ｃｏ−ＥＯＦの場合に、露出溶融シリカによって生成されたＥＯＦは、ＨＤＭＢ塗布毛細管によって生成されたｐＨ非依存ＥＯＦよりも著しく大きかった。両方の毛細管内の抑制ＥＯＦ条件、または陽イオン毛細管内のｃｏ−ＥＯＦ条件および陰イオン毛細管内の抑制ＥＯＦ条件を考慮すると、界面部の回復は、陰イオンまたは陽イオンのいずれかの泳動時間に有意な変動を与えなかった。これらの結果は、界面領域における毛細管の精確な整列（入口を接地電極から等距離の位置に配置することを含む）が双方向の高ＥＯＦ条件においては重要であることを示している。回復された後は、泳動時間が毛細管壁の塗布膜の寿命において反復可能であった。毛細管を交換する必要があるときだけ、泳動時間に不一致が生じる。毛細管の位置を物理的に規定する方法を改善することは、この問題を軽減する可能性があるが、本明細書ではさらに研究しなかった。
【０１１８】
３．２  同時分離の最適条件
選択性およびピーク形状に関して、優れた選択性は、Ｔｒｉｓ／ＣＨＥＳにおける陽イオンに対して観察された。Ｋ＋およびＮＨ４＋は、添加剤を使用せずに分離することができる。その原因は、ＮＨ４＋イオンが８１４を超えるｐＨ値の下で部分的な脱イオン化によって解釈できる。ＡＡ／Ｈｉｓバックグラウンド電解質（ＢＧＥ）およびＭＥＳ／Ｈｉｓバックグラウンド電解質（ＢＧＥ）において、１８−クラウン−６エーテル（Ｋ＋と複合体を形成することによって）を添加することによって、Ｋ＋およびＮＨ４＋の分離を容易にすることができるが、陰イオン分離への影響が観察されなかった。しかしながら、電解質システムの比較を簡素化するため、このことは、本明細書に含まれなかった。陽イオン分離用のＴｒｉｓ／ＣＨＥＳ電解質システムの欠点は、おそらく水酸化物の形成により、Ｃａ２＋およびＭｇ２＋の両方に生じた顕著なテーリングにあった。陽イオンの分離選択性は、ＡＡ／Ｈｉｓにおいて少々良くなった。陽イオンの分離のみが必要とされた場合に、分離選択性は、選択されたＢＧＥによるだろう。
【０１１９】
陰イオンの分離に関して、Ｔｒｉｓ／ＣＨＥＳ緩衝剤は、速い泳動時間、良好な信号応答およびすべての３つの緩衝剤の中で最も安定したベースラインを与えたが、ＮＯ３−およびＳＯ４２−は、最大分離時間３分間をかけても満足な分離度が達成されなかった。さらに、ＨＤＭＢ塗布膜は、第１回の分離に対して最も遅い分析物（ＨＰＯ４２−）の泳動時間が１０％の増加になるまで、８０回以上の分離を持続できないだろう。最終的には、陰イオン分離のＥＯＦ信号が陰イオン泳動時間の大幅な増加を伴い、完全に消える。このことは、表面塗布膜の著しく劣化を示す。よって、毛細管の完全な交換が必要とされる。ＨＤＭＢが界面部および陽イオン分離毛細管を汚染することを避けるために、ＢＧＥは、あらゆる表面改質添加剤を含有することができず、各分離の間に、界面部を洗浄することができない。すべてのＨＤＭＢ塗布毛細管は、汚染を避けるために、オフラインで毛細管からＨＤＭＢを洗浄した後、界面領域に挿入されべきである。この傾向は、高ｐＨで最も顕著であったが、すべてのＢＧＥについて観察された。ＨＤＭＢ塗布膜が動的であるため、このことは、驚くべきことではない。実際には、このことは、ＨＤＭＢ塗布膜を長期に使用する可能性を制限した。
【０１２０】
ＭＥＳ／Ｈｉｓ緩衝剤において、陰イオンの選択性は、最大分離時間３分間において不良であった。酢酸／ヒスチジン緩衝剤がすべての陰イオン種に対して、適切な分離度を与えたが、ＨＰＯ４２−の泳動時間が二番目遅い分析物（ＳＯ４２−）よりも著しく大きくなり、Ｆ−イオンがＨＤＭＢ塗布毛細管において大幅なテーリングが生じた。このことは、正電を荷電したＨＤＭＢに塗布された壁との相互作用を示している。ＳＯ４２−の選択性も、おそらくＨＤＭＢとの相互作用により、ＢＦＳ毛細管またはＬＰＡ塗布毛細管のどちらかに行われた同じ分離から変動した（図４と比較する）。
【０１２１】
双方向に行われたｃｏ−ＥＯＦ条件がより高速な分離を与えたが、陰イオンチャネルの毛細管壁塗布膜の短寿命がＨＤＭＢを広範囲操作応用から排除した。総分離時間が最終的に最も遅い種（ＨＰＯ４−）の泳動時間により決められたことを考えれば、ＬＰＡにおける陽イオンの分離に与えられた長い泳動時間が、Ｎａ＋とＭｇ２＋とのピークをより良く分離することに役立つ。
【０１２２】
上記で概説した理由で、システムの分析性能を評価するために、ＡＡ／Ｈｉｓ／１８−クラウン−６−エーテルのＢＧＥを使用する抑制ＥＯＦシステム（ＬＰＡ塗布毛細管）を選択した。
【０１２３】
４  性能
４．１  環境サンプルの連続注入分析
上記の条件を出発条件として使用する。５０ｍＭのＡＡと１０ｍＭのＨｉｓと２．５ｍＭの１８−クラウン−６−エーテルとを含有するＢＧＥを用いて、ＬＰＡ塗布毛細管内のすべてのイオンを完全に分離するために、陽イオン分離用の毛細管の長さを５５ｃｍ（３５ｃｍの有効長）に延長し、陰イオン分離用の毛細管の長さを５０ｃｍ（２８ｃｍの有効長）に延長した。サンプル分析性能を改善するために、２つの内標準物（ＩＳ）は、よく知られた電動学的注入により発生するサンプル行列のバイアスの補正を可能にするために、使用した。Ｌｉ２ＣＯ３のＣＯ３２−イオンがｐＨ４．２の下でプロトン化されることになり、陰イオン分離時に見られないという利点があるため、陽イオンを分離するためのＩＳとして、Ｌｉ＋（５ｐｐｍ）を選択した。陰イオンのＩＳとして、メチルスルホン酸（Ｃ３Ｈ８ＳＯ３−）（１０ｐｐｍ）を選択した。標準的な分離の代表的な電気泳動図は、図５（ａ）に示される。
【０１２４】
これらの同様な分離条件は、川および湖からのサンプル（図示せず）、水道水（図６に示す）、および亜鉛処理工場のさまざまな製造工程から採取した処理水サンプル（そのうちの１つは図５（ｂ）に示す）を含むさまざまな環境サンプルに対し、非常に良好な分離を与えた。図５（ｃ）は、３分間の総分離時間内において、２３個の陰イオンおよび陽イオンの同時分離を示し、システムが本明細書に説明したもの以外の用途に適用可能である潜在性を示している。
【０１２５】
泳動時間およびピーク面積の再現性データは、表２に記載されている。これらのデータは、標準分析物の溶液（ｎ＝１０）に対して、６時間に亘って連続的に行われた１０１回の連続分離のうち１０番目の分離の分析結果に基づいたものである。ＬＯＤは、標準分析物の溶液を１０倍に希釈したサンプル（ほとんどの分析物に対し、約０．５ｐｐｍである）を雑音比＝３で注入した状況下で計算した。ほとんどの分析物のＬＯＤは、０．０１〜０．０５ｍｇ／Ｌにある。これらの値は、間接吸光度検出により得られた値０．１〜１．７ｍｇ／Ｌより著しく良くなり、Ｃ４Ｄ検出器を備えるＣＥシステムを用いて得られた値０．０４〜０．０８ｍｇ／Ｌよりも少し良くなった。
【０１２６】
【表２】
0006341913.tif 000003
【０１２７】
４．２  自動フローインジェクション分析
図１（ｂ）に示されたシステム構成を用いて、実験室で水道水に対して２日間のオンライン分析を行った。こオンライン分析は、３．５分間に１回の分析（１時間あたりに約１７回）を行い、９００回に連続に行った。サンプルは、流動水道水の貯留槽から四元ポンプに引き出された。図６は、実験期間に亘って５時間ごとの分離結果を示している。内標準物（２００ｐｐｍのＭＳＡ、１００ｐｐｍのＬｉ＋）は、第２ポンプ入口ラインを介して貯留槽から引き出された。サンプルとＩＳとは各々、０．９ｍＬ／ｍｉｎ：０．１ｍＬ／ｍｉｎの流量比で混合された。これにより、サンプルは、１０％に希釈され、Ｌｉ＋用のＩＳ濃度が５ｍｇ／ｍＬとなり、ＭＳＡ用のＩＳ濃度が１０ｍｇ／ｍＬとなった。サンプル／ＩＳ出口ラインは、サンプル注入ポートに直接配管された。実験は、冬季の土曜日の午前９時３０分に始まり、週末を亘って行った。建物の内部加熱は、実験前の金曜日の午後４時から次の月曜日の午前８時までの期間にオフにした。図６（ａ）に見られた泳動時間の大幅な変動は、実験の期間にわたる温度の変化に起因したものである。図６（ｂ）に示すように、これらの泳動時間の変動は、図６（ｂ）の実験期間におけるＩＳピーク面積の変動に与えた影響が無視できる（１２個のサンプリング値から計算された両方の標準物の％ＲＳＤは、３％よりも小さい）。これらの結果は、分析物のピーク面積に見られた変動が実際環境の変動によるものであり、システムの誤差によるものではないことを示している。実際には、月曜日の朝に仕事が再開したときに、人々が建物全体において水の使用を開始することによって、配管を通って移動するのＦｅ２＋の濃度を増加させたため、最後の２つのデータポイントは、Ｆｅ２＋のピーク面積における大幅な増加率を示した。システムの定量化に関しては、厳密に検討されなかった。システムの断熱および自動データ処理ソフトウェアの開発をさらに考慮すれば、これらの結果は、この安定かつ再現性のあるシステムを数多くの自動化設備に容易に応用できることを示している。
【０１２８】
結論
この例では、ＣＥによって単一の注入点からの陰イオンおよび陽イオンを同時に分離するためのこの新しい方法の有効性を実証した。単一のＢＧＥを使用して、陽イオンと陰イオンの両方を分離するためには欠点が残っているが、各毛細管壁の塗布膜および検出器の配置距離を変化させることができるため、陰イオンおよび陽イオン両方の分離の最適化を反対端からのデュアル注入ＣＥよりもはるかに容易に簡素化できる。このシステムは、多くの応用に適用することができ、３．５分間の総分析時間内で少なくとも１１個の陰イオンおよび１２個の陽イオンを同時に分離することができる。オンラインで直接サンプリングすることは、実験室における陽イオンと陰イオンの同時分析だけではなく、水道水サンプルを用いて実験室において４８時間に亘ってオンラインで行われた分析により実証されたように、広範な自動化監視応用にも、このシステムを潜在的に応用できるようにした。以下の実施例において、単一のバックグラウンド電解質の使用に関連した欠点が克服される。
【実施例２】
【０１２９】
この実施例において、マイクロ流体手法を用いて、サンプル中の分析物を同時分析するための各々のマイクロチャネルに、各々の分離化学物質（バックグラウンド電解質組成物）を供給した。動電学的注入に加えて、２つの分離チャネルに単一のサンプルを流体力学的注入するとともに、染料を使用する新しい方法が開発され、無機陽イオンの分析に適用された。使用された技術は、（ｉ）同時かつ包括的な分析を行うために、層流を使用して、最適な選択性で各々の分離化学物質を自由に導入する技術と、（ｉｉ）チップＣＥに偏向の無い注入を流体力学的制御する技術とを含む。
【０１３０】
１．実験
マイクロ流体チャネルにおいて、低レイノルズ数は、層流領域を決定する。層流は、異なる流体が互いに拡散による混合することなく、並列に流動することを可能にする。
【０１３１】
層流実験に使用されたチップの設計は、図１０に示される。チャネル（深さ１５μｍ）は、ＰＤＭＳマスターを用いて、厚さ１．５ｍｍのＰＭＭＡにおいて熱エンボス加工によって構築され、業務用ラミネーターを用いて厚さ１．５ｍｍのＰＭＭＡ基板で密封した。チャネルＳ、Ｂ１およびＢ２は、幅４５０μｍである。チャンネルＢ１−ＷおよびＢ２−Ｗは、幅５０μｍである。タップトレッドを有するＰＭＭＡポートは、貯留槽と流体連通するように、標準なアップチャーチ金具を用いて貯留槽に取付けられた。サンプルと２つのＢＧＥとしてのＢ１およびＢ２とは、Milligatポンプを用いて装置にポンピングされた。ポンピングされた流体は、Ｗに配置された遮断バルブを閉合することにより、Ｂ１−ＷおよびＢ２−Ｗに向わせることができる。ＨＶ電極がアップチャーチ金具に接続された。
【０１３２】
溶融金属合金を用いてマイクロチャネルを充填することによって、容量結合非接触伝導率検出器（Ｃ４Ｄ）用の電極を集積化するために、新しい方法を開発した。簡単に説明すると、ＰＭＭＡ装置は、８０℃に加熱された後、接合された。低金属融点合金であるウッド合金は、貯留槽の上方に配置され、真空を用いてマイクロチャネル内に引込まれた。チップは、電極を固化するように、室温まで冷却された。検出電極は、TraceDEC検出器のチップヘッドに接続され、Ｃ４Ｄに使用された。データの収集と、ポンプおよびバルブの制御と、ＨＶ電源とは、NI  Labviewを用いて制御された。
【０１３３】
２．結果と考察
設計されたチップは、３つの入口Ｓ、Ｂ１およびＢ２を含み、これらの３つの入口は各々、milliGATポンプに接続されている。バルブＶを開放したた場合に、液流は、Ｗからチップを離れた。幅５０μｍのチャネル内のＢ１−ＷおよびＢ２−Ｗ液流は、それらの高流体力学的抵抗によって制限された。バルブＶを閉合した場合に、高くなった圧力は、液体をチャンネルＢ１−ＷおよびＢ２−Ｗに圧送した。この現象は、これらのチャネルをＢＧＥで充填し、サンプルを塞ぐ小さなプラグを注入するために使用される。
【０１３４】
この新しい注入プロトコルを研究するために、食用色素は、ＢＧＥ１（Ｂ１、黄色）、サンプル（Ｓ、赤）およびＢＧＥ２（Ｂ２、青）を可視化するために使用された。Ｂ１とＢ２をポンピングしてチップを通過するときに、遮断バルブを閉合することによって、Ｂ１およびＢ２をそれぞれチャンネルＢ１−ＷおよびＢ２−Ｗに圧送した。その後、サンプルは、Ｓからチップに導入した。バルブＶを短時間に閉合している（Ｂ１およびＢ２のポンピングを停止した）間に、小さなプラグが両方の分離チャネルに進入した。バルブＶを再開してＢ１およびＢ２を再流動させると、サンプルプラグは、チャンネルＢ１−ＷおよびＢ２−Ｗの各々に維持された。このことは、目視で観察された分離チャネルの一方において赤いサンプルプラグとともにサンプルプラグの前方および後方に存在する黄色いＢＧＥ、および分離チャネルの他方において赤いサンプルプラグとともにサンプルプラグの前方および後方に存在する青いＢＧＥから明らかであった。ＨＶ電源をオンに切替えると、Ｂ１−ＷおよびＢ２−Ｗに向った分離を始める。
【０１３５】
上述の技術によって用意された溶融金属電極は、Ｃ４Ｄ検出電極として使用された。金属ピンは、外部検出電子回路との接続のために使用された。電極の連続性は、ＬＥＤを有する回路に接続することによって確認した。
【０１３６】
図１０に示された設計は、分離チャネルを９０ｍｍに延長することによって、変更された。基板の設置面積（５×７．５ｃｍ）が変化されなかったため、分離チャネルを延長された寸法に合わせて湾曲した。Ｃ４Ｄ用の集積電極は、注入ポイントから７０ｍｍ離れて配置された。電極チャネルは、分離チャネルとともにリソグラフィにより規定されたため、さらなる位置合わせが不要である。図１１（ａ）は、流体力学的注入後、５ｐｐｍのＮＨ４＋、Ｎａ＋およびＬｉ＋の分離を示す電気泳動図である。液流制御システムの汎用性を実証するために、システムを動電学的検出にも適用した。上述したように、これらの条件下で、チャネルＢ１−ＷおよびＢ２−ＷにＢＧＥを充填した。サンプルは、Ｓからチップに導入した（Ｂ１およびＢ２のポンピングを停止した）。電極Ｂ１−ＷおよびＢ２−Ｗに電圧を印加することによって、分離チャネルに小さなサンプルゾーンを注入した。図１１（ｂ）は、フロースルーチップに動電学的注入をした後に得られた電気泳動図を示している。動電学的注入により得られた分離効率および分離度は、流体力学的注入よりわずかに高くなっている。より重要なことは、流体力学的注入および動電学的注入の両方の感度は、ピンチ注入を用いた同様な幾何形状の検出器を備える標準のクロス装置により達成された感度よりも高い。
【０１３７】
この実施例は、個別の分離化学物質を用いて、同時補完電気泳動分析のために層流を用いたフロースルーマイクロチップの有効性を示す。流体制御は、２つの別体の分離チャネルに小さい（６０μｍの長さ）サンプルプラグを流体力学的に注入するための新しい方法を可能にし、動電学的なバイアスを排除した。フロースルー装置を用いて流体力学的注入および動電学的注入後に、導電性検出のために、溶融金属電極を使用した。動電学的注入は、より高分離度および高効率を達成した。
【０１３８】
理解すべきことは、本明細書において先行技術の刊行物を言及した場合、その出版物が当該技術分野において、オーストラリアまたはその他の国において、共通の一般知識の一部を形成することを認めないことである。
【０１３９】
文脈上言語の表現または必要な暗示によって他の意味に解釈すべき場合を除いて、本発明に従って前述した特許請求項において、用語「含む」または変形は、包括的な意味で使用されており、すなわち、説明される特徴の存在を特定するが、本発明の種々の局面にさらなる特徴を含むまたは追加することを排除していない。
【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８Ａ】
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【図８Ｂ】
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【図８Ｃ】
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【図８Ｄ】
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【図８Ｅ】
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【図９Ａ】
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【図９Ｂ】
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【図９Ｃ】
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【図９Ｄ】
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【図９Ｅ】
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【図９Ｆ】
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【図９Ｇ】
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【図１０】
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【図１１（ａ）】
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【図１１（ｂ）】
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