JP2013504044A - 空間的広がりがあるクロマトグラフィーの流れ制御 - Google Patents

Abstract

【課題】より短時間でより良くより信頼性の高い（精密で正確な）結果をもたらす適切な手段によって三次元クロマトグラフィーの結果を改善する。
【解決手段】移動相が分離体１を通り抜ける三次元クロマトグラフィーを実行する方法であって、当該移動相の流れは、分離体１の化学的および／または物理的な特性に局所的に影響を与えることによって、空間および／または時間に関して制御される。
【選択図】図１

Description

本発明は、請求項１の前文に係る三次元クロマトグラフィーを実行する方法に関するものである。

そのような三次元クロマトグラフィーの原理は、長い間、先行技術から知られている。ここでは、分離されるべき（特定の）成分を含む移動相は例えばカラムを通り抜ける。検体が固定相と特定の相互反応を起こすことにより当該カラムから個々の成分が異なったタイムラグで分離して出てくる。非常に複雑な試料／混合物の分離については、二次元クロマトグラフィーは一次元クロマトグラフィーよりも優れており、また三次元クロマトグラフィーは二次元クロマトグラフィーよりも優れている。

三次元クロマトグラフィーの原理は米国特許第４４６９６０１号（特許文献１）により公知である。当該米国特許では、１枚のプレートに沿って二次元クロマトグラフィーが実行される。このプレートは透過性があり、乾燥すると材料の立方体に対して配置される。その後、当該次元で提供されている保持機構を使用するために、溶媒が強制的にプレートを通過しそしてキューブを通過する。三次元クロマトグラフィーのこのような進め方は面倒であり分離体の構造も複雑であるが、それでも、そのような方法は、空間的広がりのある（３Ｄ）クロマトグラフィーにおいて利点がある。

通常、移動相は分離体に与えられた圧力差の結果として当該分離体を通して移動する。あるいは、適当な状態下においては電圧を印加することによってある流れ（電気浸透流）を実現することもできる。

米国特許第４４６９６０１号公報

この既知の先行技術に照らして、本発明の目的は、より短時間でより良くより信頼性の高い（精密で正確な）結果をもたらす適切な手段によって、三次元クロマトグラフィーの結果を改善することにある。

本発明のこの目的は、請求項１に記載の方法で達成される。

本発明は、三次元クロマトグラフィーの進行は、分離体を通した移動相の移動の仕方によって本質的に影響されることと、三次元分離体の内部の移動相の流れの挙動に影響を与えるために適切な手段を使用することも可能であるという着想に基づいている。

本発明の方法は、空間内で好ましくは互いに直交する３つの方向Ｘ、Ｙ、Ｚに延びている三次元分離体から始まる。この三次元クロマトグラフィーは、好ましくは連続した３つの工程で行われ、各工程では、移動相は、Ｘ方向、Ｙ方向またはＺ方向のいずれか１方向で分離体に押し込まれる。移動相で搬送される試料成分に対する分離体の保持容量によって、Ｘ，ＹまたはＺの流れ方向に沿ってそれら試料成分が分離する。クロマトグラフィーのすべての後続の工程により、前の工程の分離方向とは垂直方向にすでに分離されたこれら成分がさらに分離される。第３番目と最後の工程により、Ｚ方向での成分の分配または分離（空間的な分離）を引き起こしたり、成分がＺ方向の境界面で時間の異なる点で分離体から出る結果として（時間的な分離）、成分の時間的分離を引き起こす。

すでに述べたように、移動相は、通常、圧力差や電圧を付与することによって分離体を通り抜ける。

本発明によれば、このような公知の方法は、分離体の化学的および／または物理的な性質に局所的に影響を与えることによって、分離体の内側の少なくとも一つの移動相の流れを空間および／または時間に関して意図的に制御することでさらに改良される。これにより、分離体の内側の移動相の流れが意図的に制御されるか制限され、局所的な依存的態様において、より正確に予め決められた流れによってクロマトグラフィーのより正確な結果を得ることができる。特に、この影響力を用いて、流れがＸ、ＹまたはＺ方向の正確に１つに最適に制限することができ、それにより、意図的に引き起こされる流れの方向に対して横方向の移動相の拡散が可能な限り最善の方法で防止される。これにより、達成された改良点の不確実性を低減または完全に回避することができる。

また、分離体の物理的または化学的な特性に局所的に影響を与えることで、Ｘ，ＹまたはＺの全方向に沿った流れも制御できる。したがって、クロマトグラフィーの一つの工程内、すなわちＸ、ＹまたはＺ方向のいずれかに沿って、複数の異なる流量を引き起こすことが可能になるので、移動相はその特定の方向では部分的に速く流れ、部分的にはより遅く流れる。

本発明に係る流量制御は、最初から分離体内に別の化学的または物理的な性質の区域を提供することにより促進することができ、移動相は自動的に局所的な流れ状態に従い、そして当該移動相が取る流路に沿って適宜案内される。本発明の別の態様は、分離体の内側の流れ状態を設計することができるように、分離体内の物理的または化学的な特性に外部作用による空間や時間の面で意図的に影響を与えることにある。

本発明に係る方法の実施形態では、分離体内部の流れの方向および／または流れの量が、表面電荷を制御することによって、局所電界移動によって制御されることを提供する。

本発明の別の態様は、溶離剤偏析と逆湿潤（ｄｅｗｅｔｔｉｎｇ）現象に関するものである。ここでは、流れ制御は分離体の特定の領域に移動相を制限することにより達成される。

本発明の別の態様は化学試薬に関するもので、当該試薬は分離体の特定の領域内でのみ利用可能となる化学試薬であり、例えば、所定の期間中に分離体の外側から始まった毛細管作用によって当該試薬が分離体内に拡散することができる化学試薬に関する。また、流れ制御の選択肢のいずれかが、この特許で説明したように、分離体の特定の部分に試薬を提供するために使用することができる。

分離体内の流れを制御する別の方法は、溶離剤の流れを許容または阻害する分離体内の孔またはチャネルを開いたり閉じたりするために、マイクロまたはナノスイッチを有効にすることである。これらのスイッチは、移動相に導入された試薬に電圧または化学反応を適用することによって活性化することができる。また、このようなスイッチは、分離体の特定の領域に焦点を当てた放射線によって活性化することができる。

一般に、本発明による流れ制御は、所定の期間に渡ってまたは分離体の限られた領域内で、有利に実行することができる。したがって、一時的な流れ制御は、例えば移動相の流れを一瞬だけＸ方向にのみ許可するのに役立つ。その後、流れの方向を決定するのに影響を与える要因は、移動相が基本的にＹ方向またはＺ方向に流れるように、取り消しまたは変更することができる。外側の状態（付加された圧力差や電圧）とは独立にまたはこれに加えて、ブロック内の移動相の流れを外部から狙い定めた影響により、このように特定のＸ、ＹまたはＺ方向に向けることができる。特に、外部からの影響の種類に応じて、狙い定めた移動相の流れを得るために、そして、とりわけこの時点で希望されていない別の方向への移動相の流れを避けるために、上記の分離体内の特定の位置において、移動相の流れを、空間のＸ、ＹまたはＺの異なる方向に向けることができる。これにより、一方では、三次元クロマトグラフィーをかなりの程度まで促進することを可能とし、他方では、移動相の流れを可能な限り最善の方法でクロマトグラフィーの各工程のための空間のただ一つの方向に制限することができるので、個々の目標成分をより明確に互いに分離することができる。

他の有利な実施形態は従属請求項で定義されている。

本発明に係る方法で使用される分離体の概略図である。

以下に、本発明に係る方法の基本原理は、図に示す実施形態によってより詳細に説明される。

図１は本発明に係る方法で使用される分離体の概略図である。図１に示すように、本発明に係る空間的な分離体１は、互いに直交するＸ、Ｙ、Ｚの３方向に延びている。分離体はモノリシックであるが、Ｘ，Ｙ，Ｚの各方向の特定の保持機構を提供する。

三次元クロマトグラフィーを実行するために、まず移動相が不比例的に拡大された図１に示された限定された上縁領域２を介して分離体内に導入される。好ましくは、移動相は、当該方法の第１工程の間に、分離体の上縁に沿って、他の方向ＹとＺに向かうことなく、第１の方向Ｘにのみ分離体１を通り抜ける。

この第１工程の間に、ブロックのＸ軸に沿った成分の分離が、その方向に設けられた保持機構に対応して発生する。好ましくは、成分は第１軸（”空間で分離”）に沿って
個別に配布される。

この第１工程の後、移動相は、第１工程の分配に対して垂直であって狭いストリップ（半透過壁）３を通る全体の長さＸに沿って、分離体１の縁（上縁領域）２を通過してＹ方向に導入される。この移動相は、好ましくは他のＸまたはＺ方向に変動することなくＹ方向に流れ、第１工程の後に特定のＸ位置に配置された成分の第２の次元における追加的分離に影響を及ぼす。その結果、成分は、図１の分離体１の上面であるかもしれないＸＹ領域を横切る他の”空間的な分離”でさらに分離される。

第３分離工程は、前の工程を受けたＸＹ面に垂直な分離体の浸透を含んでいる。移動相は、三次元クロマトグラフィーの第２工程の後に、分離体をＺ方向に強制的に通り抜け、特定のＸＹ位置に配置された成分の別の分離を引き起こす。

この分離は再び”空間で”発生することが可能で、当該分離により分離体のＸ、Ｙ
、Ｚの３つのすべての方向に沿った成分が最終的に明確に分配される。もう一つの（”時
間の”）分離の形式は、成分が最後の工程で完全に分離体を介して駆動されている時に発
生するが、Ｚ方向に選択された保持機構によって分離体から異なる時点で出てくる。

本発明によれば、分離体の化学的および／または物理的な性質に局所的に影響を与えることによって、分離体内の移動相の流れが空間および／または時間に関して意図的に制御される。

１ 分離体
２ 上縁
３ 半透過壁

Claims (10)

1. 少なくとも１つの移動相が分離体（１）を通過する三次元クロマトグラフィーを実行する方法であって、前記分離体（１）は望ましくは互いに直交する３方向（Ｘ，Ｙ，Ｚ）に延びると共に、前記移動相内に搬送された検体用に各方向において予め決めておくことができる保持機構を有し、前記移動相は分離体（１）に加わる圧力差や電圧の結果として分離体（１）を通過する三次元クロマトグラフィーを実行する方法において、
   前記分離体の内側の少なくとも１つの移動相の流れが、分離体の化学的および／または物理的な特性に局所的に影響を与えることによって、空間および／または時間に関して意図的に制御されることを特徴とする三次元クロマトグラフィーを実行する方法。
2. 前記分離体内の流れの方向および／または流れの量が、表面電荷を制御することによって、局在エレクトロマイグレーションによって制御されることを特徴とする請求項１記載の方法。
3. 前記分離体内の流れの方向および／または流れの量が、半透過壁（３）によって局所的に制御されることを特徴とする請求項１または２に記載の方法。
4. 前記分離体内の流れの方向および／または流れの量が、逆湿潤（ｄｅ−ｗｅｔｔｉｎｇ）によって局所的に制御されることを特徴とする請求項１から３のいずれか１に記載の方法。
5. 前記分離体内の流れの方向および／または流れの量が、溶離剤偏析によって局所的に制御されることを特徴とする請求項１から４のいずれか１に記載の方法。
6. 前記分離体内の流れの方向および／または流れの量が、熱や光制御マイクロバルブによって局所的に制御されることを特徴とする請求項１から５のいずれか１に記載の方法。
7. 前記分離体内の流れの方向および／または流れの量が、前記分離体の物理的または化学的な特性の熱的または電気的に制御可能な変動によって局所的に制御されることを特徴とする請求項１から６のいずれか１に記載の方法。
8. 前記分離体の化学的および／または物理的な特性が、
   （ａ）前記移動相に試薬を混合することで当該試薬が前記分離体の内側に規定された空間部分に入るやいなやそこで作用するか反応し、それによって局所的な流れのパラメータを変更すること、および／または
   （ｂ）前記分離体の規定された空間部分を分離体の外側からの照射にさらすことにより、
   分離体に影響を与えることによって変更されることを特徴とする請求項１から７のいずれか１に記載の方法。
9. 前記分離体の化学的および／または物理的な性質に局所的に影響を与えることで前記移動相の流れを実質的に一つの方向（Ｘ、Ｙ、Ｚ）に制限することを特徴とする請求項１から８のいずれか１に記載の方法。
10. 前記分離体（１）がモノリシックであるかまたは複数のモノリシックセグメントから成るように設計されていることを特徴とする請求項１から９のいずれか１に記載の方法。