(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
エレクトロスプレーニードルにおいて、
貫通する管腔及び出口を有する毛管と、
前記出口に係合し、液体が前記エレクトロスプレーニードルから出るときに通過して流れるところのビードにして、多数の孔を有し、液体が該ビードから排出される際にエレクトロスプレーを形成するようになされた、多孔性ビードとを備える、エレクトロスプレーニードル。
【請求項２】
請求項１のエレクトロスプレーニードルにおいて、前記管腔がある内径を有し、前記多孔性ビードが、前記管腔の前記内径に略等しい直径を有し、前記多孔性ビードが前記管腔内に配置される、エレクトロスプレーニードル。
【請求項３】
請求項２のエレクトロスプレーニードルにおいて、前記毛管の前記出口が、前記ビードを前記管腔内に保持する止め部分を更に備えている、エレクトロスプレーニードル。
【請求項４】
請求項１のエレクトロスプレーニードルにおいて、前記管腔がある内径を有し、前記多孔性ビードが、前記管腔の前記内径よりも大きい直径を有し、前記多孔性ビードが前記管腔の外側に配置され且つ前記毛管に取り付けられている、エレクトロスプレーニードル。
【請求項５】
請求項４のエレクトロスプレーニードルにおいて、前記多孔性ビートが前記毛管に接続される、エレクトロスプレーニードル。
【請求項６】
請求項１のエレクトロスプレーニードルにおいて、前記多孔性ビードが金属にてめっきされる、エレクトロスプレーニードル。
【請求項７】
請求項１のエレクトロスプレーニードルにおいて、前記多孔性ビードが金にてめっきされる、エレクトロスプレーニードル。
【請求項８】
細かい霧状スプレーを形成する方法において、
管腔と、出口と、該出口に配置された多孔性ビードとを有する毛管を提供するステップと、
液体を前記毛管の前記管腔及び前記多孔性ビードに通して霧状スプレーを形成するステップとを備える、方法。
【請求項９】
請求項８の方法において、前記細かい霧状スプレーがエレクトロスプレーであり、電界を前記細かい霧状スプレーに付与して前記エレクトロスプレーを形成するステップを更に備える、方法。
【請求項１０】
請求項９の方法において、前記毛管を提供する前記ステップが、前記多孔性ビードを、金めっきした多孔性ビードとして提供することを更に備え、
前記電界を印加する前記ステップが、前記金めっきした多孔性ビードをアノードとして利用することを更に備える、方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
発明の分野
本発明は、エレクトロスプレー、より具体的には、サンプル溶液から形成されるエレクトロスプレーを発生させるニードル先端部装置に関する。
【０００２】
発明の背景
エレクトロスプレーは、毛管オリフィスから噴射された液体またはジェットから、帯電した小さい液滴を形成するための公知の方法である。ジェットから放出される液体を強力な電界にさらすことにより、放出された粒子は帯電状態となる。液体表面に印加された電荷がその液体の表面張力を上廻るのに十分に強力であるならば、液体は、電荷を放電し且つより低エネルギ状態に戻ろうとして、より小さい粒子に分解する。
【０００３】
エレクトロスプレー装置は、分析物質から極く細かい霧状粒子を発生させるのに有用である。エレクトロスプレー技術の対象となる液体は、例えば、液体クロマトグラフィー（ＨＰＬＣ）分離ステップからの液体流の排出分が考えられる。この排出液は、エレクトロスプレーニードルを通過し、強力な電界にさらされ、この電界により極く細かいエレクトロスプレーが形成される。この例におけるエレクトロスプレーは、その後、マスクロマトグラフィー（ＭＳ）によって分析し、このマスクロマトグラフィーにより、分離した種（ｓｐｅｃｉｅｓ）が液体クロマトグラフィーから出るとき、その分離した種に関する分子量及び構造上の情報を提供することができる。ＭＳは、分子量及び化学的構造を特定し、また、混合体の組成を正確に決定するために一般に使用される。ＭＳは、サンプル分子がエレクトロスプレー技術によってイオン化されるときに形成されるイオンの分画パターンに基づいて有機質分子の構造を決定するため生物学的研究にて益々重要なものとなりつつある。
【０００４】
１つの更なる有利な点として、エレクトロスプレーニードルは、エレクトロスプレーがスプレーニードルから放出される前に、液体溶液中の選択された化学物質を吸収する充填材料を含む管腔を備える形態とすることができる点である。更なる公知の形態は、空圧、熱、又は超音波による支援手段を含み、又はアーク抑制ガスが追加されてエレクトロスプレーの形成中により高電圧が印加されるようにすることができる。
【０００５】
従来技術は、幾つかのエレクトロスプレー装置を教示している。典型的に、これらの装置は、基本的に１０乃至２０μｍと細くすることのできる極細の毛管であるニードルを備えている。分析物質は、毛管を通じて供給され、その後、上述したように、電界にさらされる。また、窒素のようなガスの乱流により液体が霧状にされるエレクトロスプレー法である、イオンスプレー法でも同様の構造のニードルが利用されている。典型的には、エレクトロスプレーを発生させるのに必要とされる電界強度は、通常、ニードルに直接、またはニードルのオリフィスの何れかの側部に配置された電極に印加される約２．０乃至２．５キロボルト（ｋｖ）の電圧バイアスを必要とする。
【０００６】
従来技術のエレクトロスプレー方法の１つの重大な欠点は、エレクトロスプレーニードルの毛管が弱体な点である。ニードルの出口は、典型的には、約１乃至２μｍであるため、毛管は、物理的障害により極めて影響され易く、また、極めて容易に破損し易い。このことは、毛管のコストのため、特に問題となる。別の重大な欠点は、毛管の開口部が、エレクトロスプレーを形成するのに必要な電界を形成すべく電極に近接していなければならない点にある。従来技術の装置は、多くの場合、電界回路のアノードをニードルの本体自体の上に固定するが、このことは、例えば、ステンレス鋼のような導電性材料にて毛管を製造するか、又は毛管をその導電性材料内に収容することを必要とする。かかる構造は、通常、高価である。エレクトロスプレーニードルの構造が性質上、高価であることは、その弱体であることと相俟って、その交換コストがエレクトロスプレー技術のユーザにとって更に費用をかけることになる。
【０００７】
図１に図示するように、典型的な従来技術のエレクトロスプレーニードル装置１０が示されている。毛管ニードル１２は、先端部１４を有する形態とされている。ニードル装置１０は、流入する液体サンプル用のプレナム１６と、上流の入口１８と、先端部１４における下流の液体出口２０とを有している。プレナム１６は、導電性とし、プレナムに印加された電圧が電荷を液体流内に移すことができる。これと代替的に、別に上流の電極を設けてもよく、また、毛管ニードル１２に電荷を与えるようにしてもよい。電圧を印加し、この電圧により発生された電界が下流出口２０にて最高となるようになされる。電荷は、プレナム１６又は毛管１２から先端部１４における下流の出口２０の液体サンプルに伝達されるが、排出される液体サンプルが、帯電した液滴に分解してエレクトロスプレーを形成するよう、出口における電荷及び電界が十分高くなるようにする。
【０００８】
図示するように、先端部１４は、極めて小さい直径の出口を有するように形成される。ナノエレクトロスプレーの場合、１乃至２μｍのスプレーオリフィスが必要とされ、約２０ｎＬ／分の流量は珍しいものではない。ナノスプレーに使用されるニードル先端部は、耐久性が劣り、また、実験装置にて乱暴に使用され且つ取り扱われて破損し勝ちである。
【０００９】
発明の概要
本発明は、エレクトロスプレー装置にて使用するための極めて耐久性のあるニードル装置を提供するものである。細かい、帯電した液滴を形成するため、堅牢なニードル先端部から出る液体流に対し電荷流を提供すべく電界がニードル装置に印加される。
【００１０】
本発明によれば、ニードルの先端部にて毛管の出口に配置された多孔性ビード（玉）を有する比較的広い直径のニードル毛管を備える、エレクトロスプレー装置にて使用するためのニードルが提供される。この多孔性ビードは、極めて耐久性のある堅牢なニードル先端部を形成する。
【００１１】
本発明によるニードルは、さらに、エレクトロスプレー形成回路用のアノードとして機能するように金めっきしたナノエレクトロスプレーニードル用の多孔性ビード先端部を提供し、このため、多孔性ビードは、より大きい導電率となされ、その多孔性ビードを液体が通過することになる。
【００１２】
本発明の特徴は、極めて耐久性のある先端部を有する高性能のナノエレクトロスプレーニードルを提供することを含む。本発明は、従来技術にて記載されたものよりも遥かに大きい外径を有する毛管を使用することにより、遥かに耐久性のあるエレクトロスプレーニードルを提供するものである。スプレー先端部として多孔性ビードを提供することは、ニードルオリフィスを精密に機械加工することを必要とせずに、精密なエレクトロスプレーを形成することを可能にし、このことは、経済的に製造することを許容する。更に、ビード自体がエレクトロスプレーの電界回路中のアノードとして機能することができるため、電極の配置に関係したコストは不要となる。また、耐久性のある設計としたことから、本発明によるニードルの製造、包装、輸送及び格納コストにも有利な影響を及ぼす。
【００１３】
本発明の上記及びその他の特徴並びに有利な点は、添付図面と共に、以下の詳細な説明を参照することにより明らかになるであろう。
一例としての実施の形態の詳細な説明
多孔性ビードを採用するナノエレクトロスプレーニードルの一例としての実施の形態を参照しつつ、本発明を説明する。図２に図示するように、本発明によるエレクトロスプレーニードル装置３０は、液体が中を貫通するように流れるところの管腔３４を有する毛管ニードル３２を含む。一例としての実施の形態において、毛管は約３７５μｍの外径と、約１００乃至１５０μｍの範囲の管腔の内径とを有している。望ましいエレクトロスプレーを提供するのに適した寸法は、特定の用途の必要性に基づいたものとすることができる。毛管ニードル３２は、管腔の端部に出口３８を有している。多孔性ビード４０が出口３８に配置されている。この一例としての実施の形態において、ビード４０は二酸化ケイ素で製造されており、毛管管腔の直径に略等しい直径を有する。図２の実施の形態において、二酸化ケイ素ビード４０は、約１２０μｍの直径と、約１乃至２μｍの範囲の孔とを有している。
【００１４】
この実施の形態における毛管の先端部４２は、管腔内に伸びて多孔性二酸化ケイ素ビードを保持するフランジ又はフィレットのような止め部分４４を備えている。毛管３２の出口３８のテーパーは、ビード４０が毛管の管腔３４の内径部分に密封可能に係合し、先端部４２を通る液体の実質的に全てが多孔性ビード４０の孔を通過することを確実にする。
【００１５】
好ましくは、多孔性二酸化ケイ素ビード４０は金めっきされ、ビードと液体との間の導電性が促進されるようにする。この場合、ビードは、エレクトロスプレー形成回路のアノードとして機能することができる。同様に、ビード４０の導電性を向上させるため、その他の金属を使用することもできる。
【００１６】
図３には、本発明による一例としての第二の実施の形態が図示されている。多孔性ビード４０は、例えば、直径１２０μｍとすることができ、この場合、毛管の管腔３４の内径は１００μｍである。この場合、接着剤や溶融によりビードを毛管に結合したり、または、全体として要素３６で示すように、当該技術分野にて公知のその他の従来の方法によりビードを管腔の外側に配置されるよう先端部に取り付けることができる。かかる実施の形態において、ビードに対しては、より容易にアクセス可能である。また、毛管及びビードの両方又はその何れか一方の洗浄又はメンテナンスを容易にするため、取り外し可能に取り付けることも可能である。
【００１７】
本発明によれば、エレクトロスプレー用のニードル装置は、例えばナノエレクトロスプレー用として典型的に具体化される、１乃至２μｍ以上の直径を有する毛管を提供する。本発明による、毛管のより大きい外径（例えば、３７５μｍとすることのできる）が従来技術のニードルと比べてより耐久性があり且つ堅牢なニードルを提供することができることが理解されよう。エレクトロスプレーニードルの先端部に多孔性ビードを与えることにより、毛管の出口は、従来可能であったよりも実質的に、より大きくすることができる。また、本発明は、金又はその他の導電性金属でめっきされた出口ビードの形態を与えることにより、エレクトロスプレー形成回路のアノードとしての便宜な箇所をも提供することになる。
【００１８】
一例としての実施の形態に関して本発明を図示し且つ説明したが、本発明の精神及び範囲から逸脱せず、その形態及び細部の点にて色々な変更、追加及び省略を為すことが可能である。
【図面の簡単な説明】
【図１】  従来技術のエレクトロスプレーニードルの図である。
【図２】  本発明の一例による第一の実施の形態を示す断面図である。
【図３】  本発明の一例による第二の実施の形態を示す断面図である。
【図１】
0004354642.tif 000002
【図２】
0004354642.tif 000003
【図３】
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