(57)【要約】ポンプのための構造補強および生体適合性ポンプヘッドは、複数のポートおよび流体路をその中に有する補強構造を含む。補強体内の流体路は、生体適合性材料でコーティングまたは裏打ちされ、液体クロマトグラフィおよび他の分析器具システムに有用な生体適合性ポンプヘッドを形成してもよい。生体適合性材料は、補強構造の流体路の中に射出成形されてもよく、コアピンが除去された後、機械加工され、ポンプヘッドの生体適合性流体路の所望の表面仕上げおよび／またはサイズを取得してもよい。
2020516882.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ポンプのための生体適合性ポンプヘッドであって、
ポンプヘッドのための補強体であって、前記補強体は、金属を含み、それを通る少なくとも２つの流体路を有し、その中に少なくとも１つの付加的流体路を有する、補強体と、
前記補強体の少なくとも２つの流体路のそれぞれを裏打ちする生体適合性層と
を備える、ポンプのための生体適合性ポンプヘッド。
【請求項２】
前記補強体は、ステンレス鋼を含む、請求項１に記載のポンプのための生体適合性ポンプヘッド。
【請求項３】
前記生体適合性層は、ポリエーテルエーテルケトン（ＰＥＥＫ）を含む、請求項２に記載のポンプのための生体適合性ポンプヘッド。
【請求項４】
前記ポンプヘッドは、少なくとも５，０００ｐｓｉの圧力に耐えることが可能である、請求項３に記載のポンプのための生体適合性ポンプヘッド。
【請求項５】
前記ポンプヘッドは、少なくとも１０，０００ｐｓｉの圧力に耐えることが可能である、請求項３に記載のポンプのための生体適合性ポンプヘッド。
【請求項６】
前記ポンプヘッドは、少なくとも１５，０００ｐｓｉの圧力に耐えることが可能である、請求項３に記載のポンプのための生体適合性ポンプヘッド。
【請求項７】
前記ポンプヘッドは、少なくとも２０，０００ｐｓｉの圧力に耐えることが可能である、請求項３に記載のポンプのための生体適合性ポンプヘッド。
【請求項８】
ポンプを備える分析器具システムであって、前記ポンプはさらに、ポンプヘッド基部を備え、前記ポンプヘッド基部は、金属を含み、それを通る少なくとも２つの流体路を有し、その中に少なくとも１つの付加的経路を有し、ポンプヘッド基部の少なくとも２つの流体路のそれぞれを裏打ちする生体適合性層を有し、前記ポンプヘッド基部は、ステンレス鋼を含み、前記生体適合性層は、ポリエーテルエーテルケトン（ＰＥＥＫ）を含む、分析器具システム。
【請求項９】
前記ポンプヘッドは、少なくとも５，０００ｐｓｉの圧力に耐えることが可能である、請求項８に記載の分析器具システム。
【請求項１０】
前記ポンプヘッドは、少なくとも１０，０００ｐｓｉの圧力に耐えることが可能である、請求項８に記載の分析器具システム。
【請求項１１】
前記ポンプヘッドは、少なくとも１５，０００ｐｓｉの圧力に耐えることが可能である、請求項８に記載の分析器具システム。
【請求項１２】
前記ポンプヘッドは、少なくとも２０，０００ｐｓｉの圧力に耐えることが可能である、請求項８に記載の分析器具システム。
【請求項１３】
前記分析器具システムは、液体クロマトグラフィシステム、イオンクロマトグラフィシステム、高圧液体クロマトグラフィシステム、超高圧液体クロマトグラフィシステム、またはガスクロマトグラフィシステムのうちの少なくとも１つを備える、請求項８に記載の分析器具システム。
【請求項１４】
分析器具システムのための生体適合性構成要素を形成する方法であって、
ステンレス鋼構成要素基部を提供するステップであって、前記ステンレス鋼構成要素基部は、それを通る少なくとも２つの流体路を有し、その中に少なくとも１つの付加的経路を有する、ステップと、
生体適合性材料を前記構成要素基部の少なくとも１つの付加的経路を通して注入し、前記生体適合性材料が、前記構成要素基部の少なくとも２つの流体路の内部表面を裏打ちする裏打ち表面を作成することを可能にするステップと、
前記裏打ち表面を機械加工し、約０．８μｍ平均表面粗度（Ｒａ）またはより良好な表面仕上げを提供するステップと
を含む、方法。
【請求項１５】
前記生体適合性材料は、ＰＥＥＫを含む、請求項１４に記載の方法。
【請求項１６】
前記構成要素は、ポンプヘッドを備える、請求項１５に記載の方法。
【請求項１７】
前記構成要素は、逆止弁を備える、請求項１５に記載の方法。
【請求項１８】
請求項１５に記載のプロセスに従って作製される、生体適合性ポンプヘッド。
【請求項１９】
請求項１５に記載のプロセスに従って作製される、生体適合性逆止弁。
【請求項２０】
１つ以上のコアピンを前記少なくとも２つの流体路および少なくとも１つの付加的経路の少なくとも一部の中に挿入するステップと、前記生体適合性材料を注入するステップ後、前記１つ以上のコアピンを除去するステップとをさらに含む、請求項１５に記載の方法。
【請求項２１】
生体適合性材料を注入するステップは、射出成形を含む、請求項１４に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
（関連出願の相互参照）
本願は、２０１７年４月７日に出願された米国仮特許出願第６２／４８３，２７７号の優先権の利益を主張するものであり、また、２０１７年８月９日に出願された米国仮特許出願第６２／５４３，１５１号の優先権の利益も主張するものであり、これらの各々は、参照により本明細書中に援用される。
【０００２】
（連邦政府資金による研究開発の記載）
該当せず
【０００３】
（共同研究契約の当事者の名前）
該当せず
【０００４】
（コンパクトディスクによる提出材料の参照による援用）
該当せず
【０００５】
（発明の分野）
本発明は、概して、液体クロマトグラフィおよび他の分析システムにおいて使用するための改良された生体適合性構成要素およびそれを作製する方法に関し、より具体的には、様々な継手またはアセンブリにおいて有用な構造補強体および１つ以上の生体適合性流体通路を伴う、ポンプヘッド、ポンプ、逆止弁、または同等物に関する。
【背景技術】
【０００６】
液体クロマトグラフィ（ＬＣ）、イオンクロマトグラフィ（ＩＣ）、およびガスクロマトグラフィ（ＧＣ）は、所与のサンプル内の組成要素を分離するための分析システムにおいて使用される周知の技法である。従来のＬＣシステムでは、液体溶媒（「移動相」と称される）は、リザーバから導入され、ＬＣシステムを通して送出される。移動相は、圧力下、ポンプから流出する。移動相は、次いで、管類を介して、サンプル注入弁に進行する。その名が示唆するように、サンプル注入弁は、オペレータが、サンプルをＬＣシステムの中に注入することを可能にし、そこで、サンプルは、移動相とともに搬送されるであろう。ＬＣおよび関連技術、および関連付けられた管類、ポート、継手、および他の構成要素は、米国特許出願第１３／２０６，８７３号（第ＵＳ２０１２／００２４４１１号として公開）、第１３／２９２，６６７号（第ＵＳ２０１２／０２２３５２０号として公開）、および第１３／６８６，２６０号（「ｍｉｃｒｏｆｌｕｉｄｉｃ  ｉｎｔｅｒｃｏｎｎｅｃｔ」と題される）に議論されており、それぞれ、参照することによって本明細書に組み込まれる。
【０００７】
従来のＬＣシステムでは、サンプルおよび移動相は、カラムに入る前に、１つ以上のフィルタと、多くの場合、ガードカラムとを通して通過する。典型的カラムは、通常、「填材」材料でパッキングされた管類の部片から成る。「填材」は、カラムの内側に「パッキングされた」粒子状材料から成る。通常、多くの場合、化学機能性で化学的に結合される、シリカまたはポリマー系粒子から成る。サンプルが、カラム（移動相とともに）を通して搬送されると、サンプル中の種々の成分が、異なるレートでカラム内の填材を通して移動する（すなわち、溶質の差分移動が存在する）。言い換えると、サンプル中の種々の成分は、異なるレートでカラムを通して移動する。異なる移動レートのため、成分は、カラムを通して移動するにつれて、徐々に分離する。差分移動は、移動相の組成物、定常相の組成物（すなわち、カラムが「パッキングされる」材料）、および分離が生じる温度等の要因によって影響される。したがって、そのような要因は、サンプルの種々の成分の分離に影響を及ぼすであろう。
【０００８】
いったんサンプル（その成分は、現時点では、分離されている）がカラムから流出すると、移動相とともに、ＭＥＭＳ技術を使用して構築され得る、検出器を越えて流動する。検出器は、具体的分子または化合物の存在を検出する。２つの一般的タイプの検出器が、ＬＣ用途では、典型的には、使用される。１つのタイプは、移動相およびサンプルのいくつかの全体的物理的特性（その屈折率等）の変化を測定する。他のタイプは、サンプルのみのいくつかの特性を測定する（紫外線放射の吸収等）。本質的に、ＬＣシステムにおける典型的検出器は、サンプルの成分の体積単位あたりの質量（１ミリリットルあたりのグラム等）または時間単位あたりの質量（１秒あたりのグラム等）の観点から、出力を測定および提供することができる。そのような出力信号から、「クロマトグラム」が、提供されることができる。クロマトグラムは、次いで、オペレータによって、サンプル中に存在する化学成分を決定するために使用されることができる。加えて、ＬＣシステムは、前述の従来の検出器に加え、またはその代替としてのいずれかにおいて、サンプルの同定および定量化のための質量分析検出を利用してもよい。イオンクロマトグラフィは、溶液中のイオンの検出に依拠しており、したがって、流路内の殆どの金属材料は、背景イオンを生成するため、検出方式に干渉をもたらし得る。
【０００９】
前述の構成要素に加え、ＬＣシステムは、多くの場合、サンプルの汚染またはＬＣシステムへの損傷を防止するために、フィルタ、逆止弁、ガードカラム、または同等物を含むであろう。例えば、入口溶媒フィルタが、ポンプに到達する前に、溶媒（または、移動相）から粒子を濾過するために使用されてもよい。ガードカラムは、多くの場合、分析または調製カラム、すなわち、一次カラムの前に設置される。そのようなガードカラムの目的は、そうでなければ、分析または調製カラムに不可逆的に結合する場合がある、望ましくないサンプル成分を吸着することによって、一次カラムを「保護」することである。
【００１０】
実際は、ＬＣシステムにおける種々の構成要素は、オペレータによって、所与のタスクを行なうために接続されてもよい。例えば、オペレータは、適切な移動相およびカラムを選択し、次いで、動作前に、選択された移動相の供給源および選択されたカラムをＬＣシステムに接続するであろう。高性能液体クロマトグラフィ（ＨＰＬＣ）用途のために好適となるために、各接続は、ＬＣシステムの典型的動作圧力に耐えることが可能でなければならない。接続が弱すぎる場合、漏出し得る。時として移動相として使用される溶媒のタイプは、多くの場合、毒性であるため、かつ多くの場合、使用のための多くのサンプルを取得および調製するには高価であるため、いかなるそのような接続不良も、深刻な懸念となる。高圧継手は、米国特許出願第１３／０３８，１１０号（米国特許公開第ＵＳ２０１２／０２２３５２２Ａ１号として公開）にさらに論じられており、その内容は、参照することによって本明細書に組み込まれる。
【００１１】
大部分の従来のＨＰＬＣシステムは、最大約５，０００ｐｓｉ〜６，０００ｐｓｉ程度の比較的に高圧を発生し得る、ポンプを含む。多くの状況では、オペレータは、わずか数ｐｓｉ〜最大１，０００ｐｓｉ程度のいずれかの「低」圧力でＬＣシステムを動作させることによって、正常結果を取得することができる。しかしながら、多くの場合、オペレータは、１，０００ｐｓｉを上回る比較的に「より高い」圧力でＬＣシステムを動作させることが望ましいことを見出すであろう。接続が十分な構造強度を有していない場合、より高い圧力において漏出し得る。
【００１２】
別の比較的により新しい液体クロマトグラフィ形態は、システム圧力が、１，４００バールまたは２０，０００ｐｓｉまで上昇する、超高性能液体クロマトグラフィ（ＵＨＰＬＣ）である。ＨＰＬＣおよびＵＨＰＬＣは両方とも、高圧における流体移送を利用する、分析器具類の実施例である。例えば、米国特許第８，１７３，０７８号（「Ｓａｍｐｌｅ  Ｉｎｊｅｃｔｏｒ  Ｓｙｓｔｅｍ  ｆｏｒ  Ｌｉｑｕｉｄ  Ｃｈｒｏｍａｔｏｇｒａｐｈｙ」と題される）では、２０，０００ｐｓｉ〜１２０，０００ｐｓｉの範囲内の圧力を伴うと言われる、ＵＨＰＬＣ用途と併用するための注入システムが、説明されている。米国特許第７，３１１，５０２号（「Ｍｅｔｈｏｄ  ｆｏｒ  Ｕｓｉｎｇ  ａ  Ｈｙｄｒａｕｌｉｃ  Ａｍｐｌｉｆｉｅｒ  Ｐｕｍｐ  ｉｎ  Ｕｌｔｒａｈｉｇｈ  Ｐｒｅｓｓｕｒｅ  Ｌｉｑｕｉｄ  Ｃｈｒｏｍａｔｏｇｒａｐｈｙ」）では、２５，０００ｐｓｉを超える圧力を伴うＵＨＰＬＣシステムと併用するための油圧増幅器の使用が、説明されている。米国特許第７，１４４，５０２号（「Ｃｈｒｏｍａｔｏｇｒａｐｈｙ  Ｓｙｓｔｅｍ  ｗｉｔｈ  Ｇｒａｄｉｅｎｔ  Ｓｔｏｒａｇｅ  ａｎｄ  Ｍｅｔｈｏｄ  ｆｏｒ  Ｏｐｅｒａｔｉｎｇ  ｔｈｅ  Ｓａｍｅ」と題される）では、ＵＨＰＬＣを行なうためのシステムが、開示されており、ＵＨＰＬＣは、５，０００ｐｓｉを上回る圧力（最大６０，０００ｐｓｉ）を伴うとして説明されている。本出願人は、本明細書に全体として記載される場合と同様に、米国特許第７，３１１，５０２号、第７，１４，５０２号、および第８，１７３，０７８号を参照することによって本明細書に組み込む。
【００１３】
漏れのない接続の必要性の所望を前提として、従来の接続は、ステンレス鋼管類およびステンレス鋼端部継手を用いて行なわれている。しかしながら、より最近では、ＬＣシステムにおけるステンレス鋼構成要素の使用は、生物学的サンプルを伴う状況では、潜在的短所を有する可能性があり、イオンクロマトグラフィのために日常的に使用されることができないことが認識されている。例えば、サンプル中の成分は、それ自体が、ステンレス鋼管類の壁に付着し得る。これは、所与のサンプルの検出器の測定（したがって、クロマトグラム）が、サンプルの成分またはイオンの一部が、管類の中に留まり、検出器を通過しない場合、サンプルを正確に反映し得ないため、問題を呈する可能性がある。しかしながら、おそらく、より大きな懸念は、ステンレス鋼管類からのイオンが、管類から離れ、検出器を越えて流動し、したがって、潜在的に、誤った結果につながり得るという事実である。故に、イオンが、管類によって解放されず、したがって、サンプルを汚染しないように、そのような生物学的サンプルおよびそのようなサンプルと併用される移動相に対して化学的に不活性である材料の使用を通して、生体適合性接続の必要性がある。そのような接続および管類は、米国特許出願第１３／２０６，８７３号（ＵＳ２０１２／００２４４１１号として公開）にさらに説明されており、その内容は、参照することによって本明細書に組み込まれる。
【００１４】
選択器／注入器弁を使用して、流体流動を指向させる、多くの用途では、特に、液体クロマトグラフィでは、流体の体積は、小さい。これは、特に、液体クロマトグラフィが、調製方法とは対照的に、分析方法として使用されるときに該当する。そのような方法は、多くの場合、毛管カラムを使用し、概して、毛管クロマトグラフィと称される。毛管クロマトグラフィでは、多くの場合、選択器または注入器弁の内部体積を最小限にすることが望ましい。これに関する理由の１つは、大きい体積を有する弁が、比較的に大きい液体の体積を含有し、サンプルが弁の中に注入されるとき、サンプルが希釈され、分析方法の分解能および感度を低下させるであろうことである。
【００１５】
微小流体分析プロセスもまた、小サンプルサイズを伴う。本明細書で使用されるように、微小流体技法を伴うと見なされるサンプル体積は、わずか数ピコリットル程度の小体積〜最大数ミリリットル程度の体積範囲であり得る一方、より従来のＬＣ技法、例えば、歴史的には、多くの場合、約１マイクロリットル〜約１００ミリリットルの体積のサンプルを伴っていた。したがって、本明細書に説明される微小流体技法は、従来のＬＣ技法より１桁以上のサイズが小さい体積を伴う。微小流体技法は、典型的には、約０．５ｍｌ／分以下の流体流量を伴うものとして表され得る。
【００１６】
記載のように、液体クロマトグラフィ（および他の分析器具）システムは、典型的には、いくつかの構成要素を含む。例えば、そのようなシステムは、検体を注入するためのポンプ、注入弁、または自動サンプラ、カラムを詰まらせ得る検体溶液中の粒子状物質を除去するためのカラム前フィルタ、不可逆的に吸着された化学物質を保持するためのパッキングされた層、ＬＣカラム自体、およびカラムから流出するにつれて搬送流体を分析する検出器を含み得る。イオンクロマトグラフィはまた、サプレッサカラムを利用して、検出動作範囲を促進してもよい。これらの種々の構成要素は、典型的には、通常、内径０．００３〜０．０４０インチを有する金属またはポリマー管類（イオンクロマトグラフィ用）等の小型流体導管または管類によって接続されてもよい。
【００１７】
本明細書で使用されるように、用語「ＬＣシステム」は、液体クロマトグラフィシステム（限定ではないが、ＨＰＬＣまたはＵＨＰＬＣを含む）と併用されるシステム内の全装置および構成要素を含むものとして、その広義の意味において意図され、ＬＣシステムに関連する構成要素の議論は、例示的であって、本発明は、ＬＣシステム以外にも、ガスおよびイオンクロマトグラフィだけではなく、インビトロ診断（ＩＶＤ）または環境分析、および他の分析器具（ＡＩ）およびシステムにも適用されてもよく、わずか数個の単純構成要素から作製される、またはコンピュータ制御される多数の高度な構成要素または同等物から作製されてもよいことが、当業者によって理解されるであろう。当業者はまた、ＬＣシステムが、ＡＩシステムの１つのタイプであることを理解するであろう。例えば、ガスクロマトグラフィは、多くの点において、液体クロマトグラフィに類似するが、明らかなこととして、分析されるべきガスサンプルを伴う。以下の議論は、液体クロマトグラフィに焦点を当てるが、当業者は、ＬＣシステムに関して言及されるその多くがまた、ガスクロマトグラフィ、イオンクロマトグラフィ、および他のタイプのＡＩシステムおよび方法にも用途を有することを理解するであろう。他のそのようなＡＩシステムおよび方法は、例えば、ラボオンチップ、印刷、センサ、マイクロクロマトグラフィ、生化学的検出、質量分析、生物学的感知、薬物発見、薬物送達、分子分離、プロテオミクス、燃料電池、光学および流体光学、および研究ツールを含み得る。
【００１８】
液体クロマトグラフィにおける圧力要件の増加は、高圧流体成分の使用を余儀なくしている。多くの用途に対して、通常のステンレス鋼管類は、典型的には、１２，０００ｐｓｉ程度を超えるもの等の高圧に耐えるために使用される。しかしながら、いくつかのタイプの分析に対して（例えば、生物学的試験および金属／イオン分析）、ステンレス鋼または他の金属は、金属が試験に干渉し得るため、流体路内で望ましくない。例えば、いくつかの方法は、鋼鉄と非互換性であり得る、腐食性の塩を使用し、ステンレス鋼は、分離の移動相において使用される化学物質とイオンレベルで反応し得る。加えて、いくつかの使用分野（例えば、ナノスケールまたはナノ体積分析）は、これらの用途によって要求される非常に低体積に対応するために極小の内径を要求する。そのような小内径は、典型的には、ステンレス鋼または他の高圧管類内では利用不可能である。生物化学およびイオン化学を標的とする器具のために利用される従来の材料は、ＰＥＥＫおよびフッ素ポリマー（例えば、ＰＴＦＥ、ＥＴＦＥ、ＰＦＡ、ＦＥＰ、およびＰＣＴＦＥ）である。しかしながら、そのような材料は、材料の降伏強度によって、圧力能力が限定される。
【００１９】
（２０１５年１２月１日に発行され、「Ｃｏｎｎｅｃｔｏｒ  ｗｉｔｈ  Ｓｔｒｕｃｔｕｒａｌ  Ｒｅｉｎｆｏｒｃｅｍｅｎｔ  ａｎｄ  Ｂｉｏｃｏｍｐａｔｉｂｌｅ  Ｆｌｕｉｄ  Ｐａｓｓａｇｅｗａｙ」と題された）米国特許第９，２０１，０４９Ｂ２号および（２０１６年１０月４日に発行され、「Ｃｏｌｕｍｎ  Ｆｉｌｔｅｒ  Ｒｅｔａｉｎｅｒ「Ｃｏｎｎｅｃｔｏｒ  ｗｉｔｈ  Ｓｔｒｕｃｔｕｒａｌ  Ｒｅｉｎｆｏｒｃｅｍｅｎｔ  ａｎｄ  Ｂｉｏｃｏｍｐａｔｉｂｌｅ  Ｆｌｕｉｄ  Ｐａｓｓａｇｅｗａｙ」と題された）第９，４５７，５０４Ｂ２号では、ある生体適合性構成要素が、説明されており、これは、構造的に補強されていることと、分析器具（ＡＩ）システムと併用するために生体適合性であることとの両方である、通路を伴う、コネクタを含む。コネクタは、補強インサートと、補強インサートの一部を被覆する生体適合性成形体との両方を有する。補強インサートは、構造強度をコネクタに提供する一方、成形体は、生体適合性を提供し、１２，０００ｐｓｉを上回る動作圧力および２５，０００ｐｓｉを上回る動作圧力にさえ耐えることが可能であるように説明されている。米国特許第９，２０１，０４９Ｂ２号および第９，４５７，５０４Ｂ２号は両方とも、本明細書に完全に記載される場合と同様に、参照することによって本明細書に組み込まれる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００２０】
【特許文献１】米国特許出願公開第２０１２／００２４４１１号明細書
【特許文献２】米国特許出願公開第２０１２／０２２３５２０号明細書
【発明の概要】
【課題を解決するための手段】
【００２１】
本開示は、液体クロマトグラフィおよび他の分析器具システムに有用なポンプのための構造補強および生体適合性ポンプヘッドを説明および図示し、これは、複数のポートおよび流体路をその中に有する補強構造を含んでもよい。補強体内の流体路は、生体適合性材料でコーティングまたは裏打ちされ、液体クロマトグラフィおよび他の分析器具システムに有用な生体適合性ポンプヘッドを形成してもよい。生体適合性材料は、補強構造の流体路の中に射出成形されてもよく、コアピンが除去された後、機械加工され、ポンプヘッドの生体適合性流体路の所望の表面仕上げおよび／またはサイズを取得してもよい。生体適合性ポンプヘッドは、高圧で、種々のサンプルおよび溶媒とともに、動作することが可能である。
【００２２】
一実施形態では、本開示は、ポンプのための生体適合性ポンプヘッドを備え、生体適合性ポンプヘッドは、ポンプヘッドのための構造補強体を備え、補強体は、金属を含み、それを通る少なくとも２つの流体路を有し、その中に少なくとも１つの付加的流体路を有し、ポンプヘッドはさらに、該補強体の少なくとも２つの流体路のそれぞれを裏打ちする生体適合性層を備える。補強体は、ステンレス鋼を含んでもよく、および／または生体適合性層は、ポリエーテルエーテルケトン（ＰＥＥＫ）を含んでもよい。生体適合性ポンプヘッドは、少なくとも５，０００ｐｓｉ、１０，０００ｐｓｉ、１５，０００ｐｓｉ、または２０，０００ｐｓｉの圧力に耐えることが可能であってもよい。
【００２３】
別の実施形態では、本開示は、ポンプを備える、分析器具システムを提供し、該ポンプはさらに、ポンプヘッド基部を備え、該ポンプヘッド基部は、金属を含み、それを通る少なくとも２つの流体路を有し、その中に少なくとも１つの付加的経路を有し、ポンプヘッド基部の少なくとも２つの流体路のそれぞれを裏打ちする生体適合性層を有し、該ポンプヘッド基部は、ステンレス鋼を含み、該生体適合性層は、ポリエーテルエーテルケトン（ＰＥＥＫ）を含む。そのような分析器具システムのポンプヘッドは、少なくとも５，０００ｐｓｉ、１０，０００ｐｓｉ、１５，０００ｐｓｉ、または２０，０００ｐｓｉの圧力に耐えることが可能であってもよい。分析器具システムは、液体クロマトグラフィシステム、イオンクロマトグラフィシステム、高圧液体クロマトグラフィシステム、超高圧液体クロマトグラフィシステム、またはガスクロマトグラフィシステムを備えてもよい。
【００２４】
本開示はまた、分析器具システムのための生体適合性構成要素を形成するための方法を含み、そのような方法は、以下のステップ、すなわち、金属（例えば、ステンレス鋼）構成要素基部を提供するステップであって、該金属構成要素基部は、それを通る少なくとも２つの流体路を有し、その中に少なくとも１つの付加的経路を有する、ステップと、生体適合性材料を構成要素基部の少なくとも１つの付加的経路を通して注入し、生体適合性材料が、構成要素基部の少なくとも２つの流体路の内部表面を裏打ちする裏打ち表面を作成することを可能にするステップと、裏打ち表面を機械加工し、約０．８μｍ平均表面粗度（Ｒａ）またはそれよりも良い所望の表面仕上げを提供するステップとのうちの１つ以上のものを含んでもよい。本方法の生体適合性材料は、ＰＥＥＫまたは他の生体適合性材料を含んでもよい。加えて、構成要素は、ポンプヘッドまたは逆止弁または他のタイプの弁を含んでもよい。本方法はまた、１つ以上のコアピンを少なくとも２つの流体路および少なくとも１つの付加的経路の少なくとも一部の中に挿入するステップと、生体適合性材料を注入するステップ後、１つ以上のコアピンを除去するステップとを含んでもよい。生体適合性材料を注入するステップは、射出成形を含んでもよい。
【図面の簡単な説明】
【００２５】
【図１】図１は、液体クロマトグラフィシステムの概略図である。
【００２６】
【図２】図２Ａ−２Ｃは、それぞれ、本開示のある実施形態による、ポンプヘッドのための構造補強体の上部、正面、および底面図である。
【００２７】
【図３】図３は、図２Ｂの線Ａ−Ａに沿って得られた補強体の断面図である。
【００２８】
【図４】図４は、図３の補強体の一部の詳細な断面図である。
【００２９】
【図５】図５Ａ−５Ｃは、それぞれ、本開示のある実施形態による、不活性または生体適合性ポンプヘッドの上部、正面、および底面図である。
【００３０】
【図６】図６は、図５Ｂの線Ａ−Ａに沿って得られたポンプヘッドの断面図である。
【００３１】
【図７】図７は、図６のポンプヘッドの一部の詳細な断面図である。
【００３２】
【図８】図８Ａ−８Ｃは、それぞれ、本開示による、代替実施形態におけるポンプヘッドのための構造補強体の上部、正面、および底面図である。
【００３３】
【図９】図９は、図８Ｂの線Ａ−Ａに沿って得られた本開示による図８Ａ−８Ｃの構造補強体の断面図である。
【００３４】
【図１０】図１０は、本開示によるポンプヘッドの代替実施形態の一部の詳細な断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００３５】
図１では、従来の液体クロマトグラフィ（ＬＣ）システムのある要素のブロック図が、提供される。リザーバ１０１は、溶媒または移動相１０２を含有する。管類１０３は、リザーバ１０１内の移動相１０２をポンプ１０５に接続する。ポンプ１０５は、サンプル注入弁１１０に接続され、これは、ひいては、管類を介して、ガードカラム（図示せず）の第１の端部に接続される。ガードカラム（図示せず）の第２の端部は、ひいては、一次カラム１１５の第１の端部に接続される。一次カラム１１５の第２の端部は、次いで、管類を介して、検出器１１７に接続される。検出器１１７を通して通過後、移動相１０２および注入弁１１０を介して注入されたサンプルは、第２のリザーバ１１８の中に投入され、これは、化学廃棄物１１９を含有する。前述のように、サンプル注入弁１１０は、研究される材料のサンプルをＬＣシステムの中に注入するために使用される。移動相１０２は、ＬＣシステムの種々の要素をともに接続するために使用される、管類１０３を通して流動する。
【００３６】
サンプルが、ＬＣシステム内のサンプル注入弁１１０を介して注入されると、サンプルは、移動相によって、管類を通してカラム１１５の中に搬送される。当技術分野において周知のように、カラム１１５は、サンプルの成分要素を分離するように作用する、充塞材料を含有する。カラム１１５から退出後、サンプル（カラム１１５を介して分離されるにつれて）は、次いで、種々の化学物質の有無を検出する、検出器１１７に搬送され、そこに進入する。検出器１１７によって得られた情報は、次いで、ＬＣシステムのオペレータによって記憶および使用され、ＬＣシステムの中に注入されるサンプルの成分要素を決定することができる。当業者は、図１および前述の議論が、Ｓｃｈｉｃｋの１９９５年１２月５日に発行され、本明細書に完全に記載される場合と同様に、参照することによって本明細書に組み込まれる、米国特許第５，４７２，５９８号に図示および説明されるように、従来かつ当技術分野において周知の非常に単純化されたＬＣシステムの概要を提供するにすぎないことを理解するであろう。当業者はまた、本明細書における議論が、ＬＣシステム（ＨＰＬＣおよびＵＨＰＬＣを含む）に焦点を当てるが、質量分析、マイクロ流動クロマトグラフィ、ナノ流動クロマトグラフィ、ナノスケール液体クロマトグラフィ、キャピラリー電気泳動、または逆相勾配クロマトグラフィシステム等の他の分析器具（ＡＩ）システムも、本発明の種々の実施形態と併用され得ることを理解するであろう。
【００３７】
図２−４は、１つの具体的例示的実施形態による、ポンプヘッドのための使用のための構造補強体１を図示する。図２Ａ−２Ｃは、それぞれ、補強体またはポンプヘッド基部１の上部、正面、および底面図を示す。図示されるポンプヘッド補強体１は、ステンレス鋼、アルミニウム、チタン、または１つ以上の金属の合金等の金属材料から作製されることができる。図３および４に示されるように、ポンプヘッド基部１は、少なくとも２つの雌ねじポート５ａおよび５ｂをその中に有する補強体形状を提供し、ポートのそれぞれの底部は、そこからポンプヘッド基部１内の中心通路１０まで延在する、経路７ａ、７ｂを有する。示されるように、中心通路１０は、ポンプ補強体１を通して延在し、一端において、より広い直径を伴う部分１２において終端する。また、示されるように、中心通路１０は、一連の異なる部分１１ａ、１１ｂ、１１ｃ、１１ｄ、および１２を含み、それぞれ、異なる直径を有する。図３−４に示されるような異なる直径を伴う中心通路１０の異なる部分は、ポンプのピストン（図示せず）を除去可能に受容するための座部の輪郭を画定し得、これは、生体適合性ポンプヘッドと協働するように適合される。
【００３８】
一実施形態では、ポリエーテルエーテルケトン（ＰＥＥＫ）等の生体適合性材料が、ポンプヘッド基部１の中に射出成形され、ポンプヘッド基部１の流体路および中心通路１０の生体適合性コーティングまたは裏打ちを提供してもよい。生体適合性コーティングは、したがって、分析器具システムにおいて使用されるとき、流体サンプルが、金属表面と接触せず、代わりに、生体適合性材料（例えば、本特定の実施例では、ＰＥＥＫ）とのみ接触するであろうように、補強体１の流体路を裏打ちし、生体適合性ポンプヘッド５０（図５Ａ−５Ｃおよび６に示される）を提供する。
【００３９】
ＰＥＥＫに加え、またはその代わりに、１つ以上の他のまたは付加的な生体適合性材料が、生体適合性コーティングのために使用されてもよく、以下、すなわち、ポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）、エチレンテトラフルオロエチレン（ＥＴＦＥ）、ペルフルオロアルコキシアルカン（ＰＦＡ）、フッ化エチレンプロピレン（ＦＥＰ）、ポリクロロトリフルオロエチレン（ＰＣＴＦＥ）、または前述のもののいずれかまたは全ての組み合わせのうちの任意の１つ以上を含むことに留意されたい。
【００４０】
本開示による生体適合性ポンプヘッドを作製するための方法は、ポンプヘッド補強体１を提供するステップを含み、これは、ステンレス鋼等の金属を含んでもよく、補強体は、少なくとも２つのポート５ａ、５ｂをその中に有し、中心通路１０を有し、経路７ａ、７ｂは、図３および４に示されるように、流体連通をポート５ａ、５ｂの底部と中心通路１０との間に提供する。コアピン（図示せず）が、少なくとも２つのポート５ａ、５ｂの少なくとも一部および／または中心通路１０の少なくとも一部の中に挿入されてもよい。いったんコアピンまたはピンが所望通り設置されると、生体適合性材料が、ポンプヘッド補強体１の中心通路１０の上部部分の開口部の中に注入されてもよい（射出成形等によって）。代替として、生体適合性材料は、ポート５ａ、５ｂのうちの任意の１つ以上のものを含む、１つ以上の付加的または異なる開口部を通して、補強体１に添加されてもよい。記載されるように、生体適合性材料は、ポリエーテルエーテルケトン（ＰＥＥＫ）を含んでもよい。ＰＥＥＫが、ポンプヘッド基部１の中に射出成形されると、ＰＥＥＫは、コアピンの周囲を流動し、中心通路１０と、ポート５ａ、５ｂの底部および中心通路１０を接続する流体路７ａ、７ｂとの内壁をコーティングするであろう（図６および７に図示されるコーティングされた状態とともに図３に示される）。生体適合性材料は、冷却および硬化させられる。代替として、添加された生体適合性材料を伴う補強体１は、冷蔵、冷たい空気または液体への暴露、または同等物等によって冷却されてもよい。コアピンまたはピンは、次いで、除去されてもよい。いったんコアピンまたはピンが、除去されると、付加的機械加工（穿設等）が、行われ、ポート５ａ、５ｂの底部と中心通路１０を接続する経路７ａ、７ｂ内の生体適合性材料を通して、流体路を生成してもよい。加えて、生体適合性裏打ちの内部表面の一部または全部を機械加工することは、生体適合性裏打ち表面のための所望の表面仕上げを達成するために適切であり得る。
【００４１】
生体適合性ポンプヘッド５０は、ポンプヘッド基部１に起因して、分析化学において典型的に見出される、様々な腐食性化学物質に耐え、広範囲の温度（例えば、−４０〜１４０℃）で動作し、最大少なくとも５，０００ｐｓｉ、１０，０００ｐｓｉ、１５，０００ｐｓｉ、および２０，０００ｐｓｉを含む、非常に高圧まで動作することが可能である、ポンプの一部として動作することが可能であることに留意されたい。
【００４２】
生体適合性材料が、ポンプヘッド基部１の中に射出成形または別様に添加された後、結果として生じるポンプヘッド５０は、フライス加工、旋削、またはレーザ機械加工等によって、さらに機械加工されてもよい。生体適合性材料の裏打ちは、約０．２〜２．０ミリメートルの厚さであって、生体適合性材料の裏打ちの表面仕上げは、約０．０５〜０．８μｍ平均表面粗度（Ｒａ）であってもよい。
【００４３】
図５−７は、本開示による、生体適合性ポンプヘッド５０を図示する。図５−７に示されるように、ポンプヘッド５０内のポート５５ａ、５５ｂの底部をポンプヘッド５０の中心通路６０に接続する、流体路５７ａ、５７ｂはそれぞれ、ポート５５ａ、５５ｂの底部、流体路５７ａ、５７ｂ、および中心通路６０を通して流動する、任意の流体が、任意の金属と接触せず、生体適合性材料（本実施例では、ＰＥＥＫ）とのみ接触するであろうように、それぞれ、生体適合性材料（ＰＥＥＫ等）によって形成される、裏打ち５８ａ、５８ｂを有する。
【００４４】
図６では、生体適合性材料５４が、ここで、補強体の中心通路１０（図３および４参照）の一部を充填し、ポンプヘッド５０を通して部分的に延在する、流体路６０を残すことが分かる。図６はまた、ポンプヘッド５０の部分１１ａ、１１ｂ、および１１ｃの内部表面が、生体適合性材料で裏打ちまたはコーティングされていることを示す。
【００４５】
図７では、ポート５５ａ、５５ｂの底部は、それぞれ、生体適合性コーティングまたは裏打ち５６ａ、５６ｂを含むことができることが分かる。コアピン（図示せず）は、適切なサイズおよび形状であるように選択され、所望の生体適合性流路と、また、ポート５５ａ、５５ｂの一部または全部のコーティング（または場合によっては、非コーティング）とを提供するように適切に設置されることができる。
【００４６】
図８−１０は、本開示による、代替実施形態を図示する。最初に、図８Ａ−８Ｃおよび９を参照すると、ポンプヘッド基部７０または補強体が、示される。図示されるポンプヘッド補強体７０は、ステンレス鋼または上記の他の金属および／または合金のいずれか等の金属材料から作製されることができる。図８Ａ−８Ｃおよび９に示されるように、ポンプヘッド基部７０は、少なくとも２つの雌ねじポート７５ａ、７５ｂをその中に有する補強形状を提供し、ポートのそれぞれの底部は、そこからポンプヘッド基部７０内の中心通路８０まで延在する、経路（それぞれ、７７ａおよび７７ｂ）を有する。図９に示されるように、中心通路８０は、ポンプ補強体７０を通して延在し、一端において、より広い直径を伴う部分８２で終端する。また、図９に示されるように、中心通路８０は、一連の異なる部分８１ａ、８１ｂを含み、それぞれ、異なる直径を有する。図８−９に示されるように、中心通路８０の下側部分の異なる部分８１ａ、８１ｂ、および／または８２は、ポンプのピストン（図示せず）を除去可能に受容するための座部の輪郭を画定し得、これは、図１０に示される生体適合性ポンプヘッド９０と協働するように適合されることに留意されたい。
【００４７】
一実施形態では、ポリエーテルエーテルケトン（ＰＥＥＫ）等の生体適合性材料は、ポンプヘッド基部７０の中に射出成形され、ポンプヘッド基部７０の流体路７７ａ、７７ｂおよび中心通路８０の生体適合性コーティングまたは裏打ちを提供してもよい。生体適合性コーティングは、分析器具システムにおいて使用されるとき、流体サンプルが、金属表面と接触せず、代わりに、生体適合性材料（例えば、本特定の実施例では、ＰＥＥＫ）とのみ接触するであろうように、流体路を裏打ちし、生体適合性ポンプヘッド９０を提供する。
【００４８】
本開示による、生体適合性ポンプヘッド９０を作製するための方法は、ポンプヘッド補強体７０を提供するステップを含み、これは、ステンレス鋼、または上記の金属のいずれかまたは組み合わせ等の金属を含んでもよく、補強体７０は、少なくとも２つのポート７５ａ、７５ｂをその中に有し、中心通路８０を有し、経路７７ａ、７７ｂは、流体連通をポート７５ａ、７５ｂの底部と中心通路８０との間に提供する。コアピン（図示せず）が、次いで、少なくとも２つのポート７５ａ、７５ｂの少なくとも一部、経路７７ａ、７７ｂ、および／または中心通路８０の少なくとも一部の中に挿入されてもよい。いったんコアピンまたはピンが所望通り設置されると、生体適合性材料が、ポンプヘッド補強体７０の中心通路８０の上部部分の開口部の中に注入されてもよい。記載されるように、生体適合性材料は、ポリエーテルエーテルケトン（ＰＥＥＫ）または上記の他の生体適合性材料のいずれかを含んでもよい。ＰＥＥＫが、ポンプヘッド基部７０の中に射出成形されると、ＰＥＥＫは、コアピンの周囲を流動し、中心通路８０と、ポート７５ａ、７５ｂの底部および中心通路８０を接続する流体路７７ａ、７７ｂとの内壁をコーティングするであろう。コアピンまたはピンは、次いで、除去されてもよい。いったんピンまたは複数のピンが、除去されると、付加的機械加工（穿設等）が、行われ、ポート７５ａ、７５ｂの底部と中心通路８０を接続する経路７７ａ、７７ｂ内のＰＥＥＫを通して、流体路を生成してもよい。加えて、ＰＥＥＫ裏打ちの内部表面の一部または全部を機械加工することは、ＰＥＥＫ裏打ち表面のための所望の表面仕上げを達成するために適切であり得る。
【００４９】
図１０に示されるような生体適合性ポンプヘッド９０は、ポンプヘッド基部７０に起因して、分析化学において典型的に見出される、様々な腐食性化学物質に耐え、広範囲の温度（例えば、−４０〜１４０℃）で動作し、最大少なくとも５，０００ｐｓｉ、１０，０００ｐｓｉ、１５，０００ｐｓｉ、および２０，０００ｐｓｉを含む、非常に高圧まで動作することが可能である、ポンプの一部として動作することが可能である。
【００５０】
生体適合性材料が、ポンプヘッド基部７０の中に射出成形（または別様に添加）された後、結果として生じるポンプヘッド９０は、フライス加工、旋削、またはレーザ機械加工等によってさらに機械加工されてもよい。生体適合性材料の裏打ちは、約０．２〜２．０ミリメートルの厚さであって、生体適合性材料の裏打ちの表面仕上げは、約０．０５〜０．８μｍ平均表面粗度（Ｒａ）であってもよい。
【００５１】
図１０は、本開示による、生体適合性ポンプヘッド９０を図示する。図１０に示されるように、上記に説明される、ポンプヘッド９０内のポート９５ａ、９５ｂの底部を補強体７０の中心通路８０に接続する流体路９７ａ、９７ｂは、ポート９５ａ、９５ｂの底部、流体路９７ａ、９７ｂ、および中心通路９２（通路９２の一部は、可変直径を有する）を通して流動する、任意の流体が、任意の金属と接触せず、生体適合性材料（本実施例では、ＰＥＥＫ）とのみ接触するであろうように、ＰＥＥＫによって形成される裏打ちを有する。
【００５２】
図１０では、生体適合性材料９４が、ここで、補強体７０の中心通路８０の一部を充填し、ポンプヘッド９０を通して部分的に延在する流体路９２を残すことが分かる。図１０はまた、ポンプヘッド９０の部分９３の内部表面が、生体適合性材料で裏打ちまたはコーティングされていることを示す。
【００５３】
ポンプヘッド基部および結果として生じるポンプヘッドのみが、付随の図に図示されるが、ポンプの他の構成要素も同様に、ポンプ内の流体通路の全てを通した流体路全体が、生体適合性であって、ポンプを通して移動する流体が、ポンプ構成要素のいずれかの金属表面と接触しないように、生体適合性材料でコーティングされてもよいことが、当業者によって理解されるであろう。さらに、前述の議論は、ポンプのためのポンプヘッドに焦点を当てるが、分析システムの他の構成要素も同様に、生体適合性特徴を備えてもよく、本明細書に説明される方法は、例えば、生体適合性逆止弁、および他のタイプの弁を作製するために使用されてもよい。
【００５４】
本開示は、種々の実施形態を図示および説明したが、当業者は、図面および前述の議論から、種々の変更、修正、および変形例が、請求項に記載される本発明の精神および範囲から逸脱することなく、行なわれてもよいことを理解するであろう。例えば、当業者は、本明細書における教示が、ポンプ、逆止弁、他の弁、および同等物に対する構成要素などのＡＩシステム内の様々な実装のために使用されることができることを理解するであろう。加えて、当業者は、本明細書における教示が、種々の固定相および移動相を含む、様々なプロセス条件を用いて、かつ種々の動作圧力において、実装されることができることを理解するであろう。本明細書に図示および説明されるように、ポンプヘッド補強体は、一体型であるが、当業者は、図面および前述の議論に説明される補強体が、別個かつ別々の構成要素から形成されることができることを理解するであろう。したがって、図面および前述で示され述べられた実施形態は、単に例証であって、本発明の範囲をここでの請求項に定義するように限定されない。本実施形態および特定の形態、材料、および同等物は、単に例証であって、本発明または本明細書の請求項の範囲に限定されない。
【図１】
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【図２Ａ】
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【図２Ｂ】
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【図２Ｃ】
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【図３】
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【図４】
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【図５Ａ】
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【図５Ｂ】
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【図５Ｃ】
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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９】
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【図１０】
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【国際調査報告】
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