JPH09178648A - 分析システムと流体試料を分析する方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】マイクロカラムに流れる試料の光学検出におい
て、信号対雑音比の向上とともに小型化を図る。 【解決手段】本発明の一実施例では、試料がその中を流
れるマイクロカラムと、該カラムはその付近で光が照射
される出口端部を有し、該カラムと非接触で連結する光
ファイバを包囲するチャンネルが設けられ、該カラムの
端部から試料を光ファイバに誘導することによって光と
の相互作用によって試料が発する蛍光等の光を高精度に
検出する。これら端部管の連結は種々の態様がある。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本願発明は、マイクロカラムを備
えた分析装置に関し、該装置において分析中の流体試料
と光の相互作用における諸変化の検出に関するものであ
る。より詳細には、本願発明は、光ファイバと接続して
いる（interfaced)マイクロカラムを備える分析装置に
関するものである。

【０００２】

【発明の背景】近年、小型の管状構造（即ち、マイクロ
カラム）を用いる分析技術が広く受け入れられるに至っ
ている。例えば、キャピラリ電気泳動法(CE)及び高性能
液体クロマトグラフィー(HPLC)等の液体クロマトグラフ
ィー(.)は、通常、巨大分子と、生体分子、例えば、タ
ンパク質、核酸、DNA分子とフラグメント、炭水化物、
脂肪酸、ペプチド及び類似するものを含む分析物を分離
するために用いられる技術である。これらの技術では、
分析物が含まれていると推定されている試料をマイクロ
カラムを通して送り込まれる。試料中の分子がマイクロ
カラムを通って移動する時、マイクロカラム中の他の物
質（充填物質等）と分析対象物が相互作用によって、該
分析物がそれぞれ分離する。

【０００３】マイクロカラム（例えば、前述のもの）を
通過する分析物を検出するための極めて有用な技術に
は、分析物へ入射光を指向させて、その結果生じた光の
相互作用を検出することが含まれている。例えば、米国
特許第４，６７５，３００号では、分析物の検出に干渉
性放射線励起蛍光を用いる動電学的プロセスと装置を記
載している。このシステムでは、言うまでもなく、レー
ザ光をある角度をもってキャピラリの半透明部分に指向
させて試料を照射するものである。その結果生ずる蛍光
はキャピラリを通過し、そしてある角度でキャピラリに
配置された光ファイバによって検出される。

【０００４】米国特許第５，００６，２１０号もまた光
の相互作用を利用する分析システムを記述している。こ
こでは、キャピラリゾーン電気泳動法に供される分析物
は、レーザ誘導間接的蛍光検出によって検出される。レ
ーザ光は、ある角度をもってキャピラリに向けられ、そ
して蛍光がまたある角度でキャピラリに向いている検出
器で検出される。

【０００５】米国特許第５，３２４，４０１号では、キ
ャピラリ電気泳動のための蛍光検出システムが記載され
ている。この検出システムは、蛍光を同時に励起させる
ことができ、そして、実質的に同時に多数のキャピラリ
において分析物の分離を監視することができる。同シス
テムは、キャピラリのアレイを有し、各キャピラリに
は、その出口端部に光ファイバが挿入されており、ここ
で試料は励起される。結果得られた蛍光は、キャピラリ
の壁を通過して、キャピラリ軸に対して直角の方向で監
視されるCCD（電荷結合素子画像）カメラで結像され
る。

【０００６】試料の励起において及び光の相互作用に基
づく光の検出においては、信号対雑音比を向上させるた
め、光源からのより多くの励起光が試料に照射されるこ
ととその結果試料から生ずるより多くの出力光（例え
ば、蛍光）が検出のために収集されることが望まれてい
るる。従来では、前述の特許に記載されているように、
検出器は、典型的には、空気中においてキャピラリの検
出ゾーンに対し鋭角又は直角の角度で指向されていた。
加えて、しばしば、励起光源の方向もキャピラリに対し
て鋭角の角度であった。。

【０００７】

【発明の目的】本願発明の目的は、従来のシステムより
コンパクトな構造とより優れた信号収集を提供するもの
である

【０００８】

【発明の概要】本発明は、流体試料を分析するための分
析装置を提供する。分析装置には、流体試料と光の相互
作用を起こさせて、このような光の相互作用を検出する
システム（即ち、流体試料からの光信号を収集するシス
テム）が含まれる。システムには、流体試料を導くため
の（またある場合は流体試料中の分析物を分離するため
の）マイクロカラムと、マイクロカラム壁を通しそのマ
イクロカラムの出口端部に近接しているマイクロカラム
中に光を伝達するための光源と、流体試料から放射する
光（例えば、流体試料中の分析物からの蛍光）を検出す
るためにマイクロカラムと整列している光ファイバが含
まれる。マイクロカラムは、長手方向の軸とマイクロカ
ラム状の壁を有する。流体試料から放射される光は、そ
のマイクロカラムの壁を通過することなく検出される。
流体試料は、マイクロカラムの入口端部から出口端部に
向かって流れることができる。光源は、適切な波長を有
する光の方向を適合させて流体試料と光の所望の相互作
用を起こさせる。光の相互作用の結果として、光がマイ
クロカラム中の流体試料から放射される。その光は、流
体試料における1つ以上の分析物の有無又は量に関する
情報を収集するため、光入力端部がマイクロカラムの出
口端部に非固定的に連結された光ファイバにより収集さ
れる。分析装置は、さらに、マイクロカラムデバイスと
検出器を包含してよい。マイクロカラムデバイスは、前
述の信号収集システムのマイクロカラムを含むことがで
きる（又はそれに連結されていてもよい）。 同様に、
検出器は、前述の光ファイバを包むことができる（又は
それに連結されていてもよい）。流体試料の分析方法及
び流体試料を分析するための分析装置の製造方法も本願
発明で提供される。

【０００９】本発明では、マイクロカラムの連結端部(i
nterfacing end)と光ファイバの連結端部(interfacing
end)とは非固定的に連結される。非固定連結の構造例と
しては、光ファイバの連結端部を閉じる(confine)マイ
クロカラムの連結端部におけるフレア部分と、マイクロ
カラムと光ファイバの連結端部を閉じるチャンネルとが
ある。そのような非固定結合構造を使えば、光相互作用
の軸方向の検出（即ち、全体的にカラムの軸方向に進む
光を検出すること）が容易に実施できる。この理由で、
本願発明の分析装置は、流体試料を効率よく分析するの
に有効に用いることができるのである。

【００１０】従来では、キャピラリにおける蛍光等の光
相互作用の検出は、一般に、キャピラリ壁を通して行わ
れ、検出器は、ある角度で（例えば、米国特許第４，６
７５，３００号及び米国特許５，００６，２１０号に示
されているような鋭角又は直角で）キャピラリ軸に対向
している。流体試料からの光は、キャピラリから空気を
通ってレンズ又は光ファイバを有することができる検出
器まで進まなければならない。空気と前述のレンズ又は
光ファイバとの間の屈折率の差が大きいため、いくらか
の光はその検出器で反射される。結果として、検出器で
集められる光は少なくなってしまう。入射光も空気を通
過してキャピラリまで進まなければならない場合は、光
はキャピラリの壁で散乱される。本発明では、流体試料
から放射する光は、マイクロカラムの壁も空気も通過し
なくてよい。従って、より多くの所望の放射光を収集す
ることができる。さらに、信号光は光ファイバ（又は複
数の光ファイバ）で集めることができるので、従来ほど
散乱していない光を収集することができる。マイクロカ
ラムと光ファイバの連結端部をフラッシング流体中に浸
すことによってマイクロカラム壁による散乱光をさらに
減少させることもできる。

【００１１】従来の入射光を鋭角に照射する方法（及び
光相互作用もまた鋭角に検出する）では、様々な方向の
各点においてマイクロカラムと検出器と光源を必要とす
る。その結果、装置がかさばることになる。これとは対
照的に、本発明では、マイクロカラムと光ファイバと
は、軸を合わせて配置される。その上、それらは曲げ易
い。それ故、よりコンパクトな装置を構成することがで
きる。

【００１２】マイクロカラムと光ファイバとを容易に整
列することができるという可能性の故に、本発明は、マ
イクロカラムと光ファイバの頻繁な着脱を要する状況に
よく適合するものである。例えば、一実施例では、チャ
ンネルの内側に対向する（又は内腔の）壁の湾曲あるい
は角度のある形状により、柔軟なマイクロカラムと光フ
ァイバの連結端部を自然に導くことによって、オペレー
タが半径方向（即ち、横方向）の調整をしなくても実質
上同一直線上にくるようにアライメントされる（即ち、
マイクロカラムと光ファイバは、半径方向、即ち横方向
に自動的に整列する）。このことは、アライメントプロ
セスを簡略化するものである。さらに、マイクロカラム
と光ファイバがチャンネルに機械的に取り付けられる位
置は重要ではないので、マイクロカラムと光ファイバは
チャンネルに対して効果的に密封され、流体のもれの危
険性を軽減することができる。連結端部は、チャンネル
に取り付けられているかどうかに左右されずに（即ち、
それらは取り外し可能である）、自動整列する。結果と
して、マイクロカラムと光ファイバは、修理又は交換の
ため、チャンネルから容易に取り外すことができる。

【００１３】検出器に伝送される光をより多く集めるこ
とにより、信号が増大されるのみならず、多数のマルチ
マイクロカラムシステムにおいて隣接マイクロカラムと
光ファイバ間の干渉が軽減される。前述のマルチマイク
ロカラムシステムでは、より迅速な分析とよりコンパク
トな設計が助長され、よって製造上の複雑性とコストが
低減される。単一のマイクロカラムシステムでも、マイ
クロカラムと光ファイバとのアライメントが容易なた
め、製造工程が比較的簡単になる。

【００１４】

【実施例】本願発明に係る分析装置は、マイクロカラム
（又はキャピラリ）内部から放射する光をマイクロカラ
ムの壁を通さないで検出するのに用いることができる。
光ファイバは、マイクロカラムの出力（即ち、出口）端
部に接近して配置され、そこからの放射光を受ける。光
ファイバの光入力端部とマイクロカラムの出力端部と
は、非固定的に連結する。本願明細書で用いられるよう
に、マイクロカラムの1つの端部と光ファイバの1つの端
部との間の「非固定的連結(nonfixedly coupling)」と
は、これらの端部のどれかを何らかの機械的構造体に硬
固に固定しないで、これらの端部の位置を相対的に配置
及び維持することを意味する。

【００１５】図1には、本発明に係る分析装置が示され
ている。図1において、マイクロカラムを備えた分析装
置7は、マイクロカラムデバイス８（好ましくは、分析
物分離用マイクロカラムデバイス、例えば、LC又はCE）
と光ファイバ検出器10とを有する。マイクロカラムデバ
イス8は、光源20からの光（例えば、光線18）が指向さ
れる検出領域16において光ファイバ14とインタフェース
するマイクロカラム（又はキャピラリ）12を有する。

【００１６】図2に、本発明の一実施例である分析シス
テム７Ａを示す。チャンネル22によってフラッシング流
体の流れが導かれる（その方向をチャンネル内の矢印で
示す）。内腔（図2には示さないが、図3の13）と端部28
を有する端部部分24を有するマイクロカラム12は、液体
クロマトグラフ(LC)又はキャピラリ電気泳動(CE)装置等
のマイクロカラムを備える分離装置（マイクロカラムデ
バイス）8からチャンネル22に伸長している。ここで用
いられるように、「マイクロカラム」という用語は、内
腔を備えた管、液体クロマトグラフィー(LC)におけるカ
ラム、キャピラリ電気泳動(CE)におけるキャピラリ及び
類似のもの（但し、管により流体を流すことができるも
の）が包含される。マイクロカラム12に対向しているの
は、検出器10から伸びている光ファイバ14である。チャ
ンネル22は、マイクロカラム12の端部部分24と光ファイ
バの端部26とを包囲する（又は封じ込める）。マイクロ
カラム12の連結端部28（即ち、光ファイバ14に面する端
部）は、光ファイバ14の連結端部30（即ち、マイクロカ
ラム12に面する端部）に近接し、その結果、マイクロカ
ラム内部から放射する光は、連結端部28を出て、実質的
に、光ファイバ14の連結端部30によって受光（又は検
出）される。光源20（好ましくは、適切な波長をもつ光
を放射してマイクロカラム中の流体試料に光相互作用を
起こさせるレーザ）は、その連結端部28付近のマイクロ
カラムの位置34（図3参照）に光線18を照射することが
できるように配置される。この光線18は、マイクロカラ
ム壁35を貫通して、マイクロカラム中の流体試料19（図
3参照）を照射する。

【００１７】マイクロカラム12と光ファイバ14は、比較
的小さく且つ長いので、柔軟性がある。しかし、マイク
ロカラムと光ファイバについて選ばれた構成材料は、そ
れらが曲げられる時に元の形状に戻ろうとするように
（即ち、反応力をもつ）マイクロカラムと光ファイバに
弾性を与えるものである。チャンネル22は、非直線（即
ち、真っ直ぐでない）部分32を有するように曲げる。図
2に示す実施例では、チャンネル22は、一般に円形断面
を有する管である。

【００１８】図3に、本願発明の分析システム7A（光源
は図示せず）の検出及びインタフェース領域を示す。マ
イクロカラム12と光ファイバ14の柔軟性のため、それら
は破損せずに曲げることができる。従って、チャンネル
22の湾曲部分32のひずみのため、チャンネルの内側に対
向する壁23（内腔の壁）がマイクロカラムと光ファイバ
の連結端部24、26の外側の壁を押しつけて接触点でそれ
らが半径方向に（即ち、チャンネルの中心線に垂直な方
向に）動くことを抑制する。円形断面をもつ管状のチャ
ンネルの中心線は管の軸である。同様に、円形断面をも
つ管状マイクロカラム又は円筒状光ファイバの中心線
は、その軸である。このように、マイクロカラム12の出
力端部（即ち、出口端部）は、光ファイバ14の光入力端
部30（即ち、マイクロカラムから放射された光がそこを
通って入射する端部）に最も近い位置にある。これら2
つの連結端部28、30間の距離は、好ましくは、光ファイ
バの連結端部30の周りの極端な光損失を防ぐことができ
る程十分小さく、しかも流体がマイクロカラムを出るの
を邪魔しない程十分大きいものである。例えば、この距
離（即ち、ギャップ）は、マイクロカラム12と光ファイ
バ14の比較的小さい方の外径の約0.2から0.5までであっ
てよい。

【００１９】図2と図3に示す実施例では、その円形断面
の内部ひずみにより、チャンネル（即ち、内腔壁）は、
マイクロカラム12と光ファイバ14の、それぞれ、連結端
部28、30の横方向の動きを抑制する。結果として、これ
らの連結端部28、30は、都合よく整列される。ここに用
いられるように、「結合端部(interfacing end portio
n)」は、対応する連結端部を含むマイクロカラム又は光
ファイバの部分を指す。マイクロカラムと光ファイバの
連結端部は、どんな構造体にも取り付けられない（又は
硬固に固定されない）ので、（例えば、マイクロカラム
又は光ファイバを修理するために）望まれるのなら、マ
イクロカラム又は光ファイバは、チャンネルからスライ
ドさせて外し、アライメントの損失なして後で元の状態
に戻すことができる。連結端部28、30は、もしそれらが
横方向に動かされて外される場合、（チャンネル内腔壁
に対して）スライドして元に戻り整列状態になる。この
ように、チャンネルは、マイクロカラムと光ファイバの
連結端部とを滑動することによって閉じることができる
と考慮することができる。

【００２０】先に述べたように、マイクロカラムと光フ
ァイバの連結端部が整列される。すなわち、それらの中
心線は、一般に同一直線の状態になり、端部28、30は互
いに最も近づく。ここで用いられるように、マイクロカ
ラムと光ファイバの連結部分を表す「同一直線の(colli
near)」は、マイクロカラムの連結端部の中心線の外挿
が、光ファイバの連結端部の中心線とほぼ一致すること
を意味する。好ましくは、マイクロカラム12と光ファイ
バ14は、ほぼ同じ外径を有し、その結果、それらの連結
端部28、30は、チャンネル22の内腔壁に配置されてその
まま残る場合、互いに最も近づき且つ向かい合って、マ
イクロカラムから出ていく流体の流れの妨害がほとんど
又は全くない状態で最良の信号光の受信を達成する。チ
ャンネルの断面は、弓状の（例えば、丸い）又は角張っ
た（例えば、後述のように多角形の）外周をもち、且つ
マイクロカラムと光ファイバの連結部分28、30は、チャ
ンネルに固定的に取り付けられない（即ち、そこから取
り外し可能）ので、チャンネルは、たとえそれらが（修
理のためマイクロカラムと光ファイバが取り外される場
合など）動かされても、連結部分28、30を整列した状態
（アライメント）に維持し続ける。このことは、最適の
光検出のための連結端部の連結工程を簡略化する。

【００２１】図2に示すように、チャンネル22は、フラ
ッシング流体を有している容器36Aに接続される。フラ
ッシング流体の化学的及び物理的特性は、マイクロカラ
ムを有する装置の特性に基づいて選択される。例えば、
LCにおいて流体試料を単に排出するのに用いる場合、そ
れは水であってよい。それはまた、CEの流体試料を排出
するのに用いる場合は、イオンを有する電気伝導性の緩
衝液であってもよい。マイクロカラム12は、そのマイク
ロカラムを備える装置（例えば、キャピラリ電気泳動装
置）に接続される。流体運搬接続部品38A（例えば、図2
に示すＴ字型部品）は、チャンネル22を容器36Aに機能
的に接続し且つそこへマイクロカラム12を貫通させるの
に用いてよい。高分子スリーブのようなシール42Aは、
流体の漏出を防ぐため、マイクロカラムを丸く囲んで流
体運搬接続部品38Aを密封するのに用いてよい。容器36
A、チャンネル22及びシール42Aは、支持体44Aに固定し
て望ましくないどのような動きも防ぐことができる。同
様に、別の流体運搬接続部品38B、容器36B、シール42B
及び支持体44Bを同様の方法で光ファイバ14に結合して
もよい。

【００２２】チャンネルを容器に接続するのにＴ字型流
体運搬接続部品以外の構造体を用いてもよいことがあき
らかである。例えば、チャンネル22を容器に直接接続し
て、マイクロカラムと光ファイバとをそのチャンネルの
壁を通して延長してもよい。チャンネル壁のもつ弾力性
のため、特にチャンネルが高分子材料で作られている場
合、マイクロカラムと光ファイバの回りを適切に密封す
ることができ、過度の流体漏出が防止される。

【００２３】キャピラリ電気泳動(CE)システムに対して
は、1つの電極は、チャンネル22に接続される取付部品
であってよい。例えば、図2において、Ｔ字型部品38A
は、CEシステムに対して1つの電極（例えば、アース電
位）を与えられるよう適切な金属から作ってよい。導電
性フラッシング流体が用いられる場合、CEシステムの入
力端部に別の電極を接続して、CEキャピラリの両端部間
に適切なDC電圧を印加してもよい。

【００２４】その構成の簡単さ故に、チャンネル22の湾
曲部分32には、連続する弓状の管が望まれているが、マ
イクロカラムと光ファイバが互いに実質上同一直線上に
整列するのを助長できるように作ることができる限り、
他の形状のチャンネルを用いてもよい。連結端部が互い
に近接して軸合わせできるなら、湾曲していないチャン
ネルを用いてもよい。例えば、チャンネル22の連結部分
（即ち、マイクロカラム12と光ファイバ14の連結端部2
4、26を囲むチャンネル中間部分）は、連結端部からさ
らに離れた部分が弓状で、実質上一直線になるような形
状にしてもよい。前述の湾曲したチャンネルの直線部分
を使えば、連結領域におけるマイクロカラムと光ファイ
バの比較的長い部分をチャンネルの内側に向いている壁
に接触させることが可能となる。この構成には、連結端
部24、26を互いに実質上一直線になるように整列するこ
とができるという利点がある。

【００２５】マイクロカラムと光ファイバが異なった外
径を有する場合、小さい方にスリーブを付けて大きい方
の外径に近づけてよい。このやり方で連結端部はより正
確にアライメントをおこなうことができる。

【００２６】（図４に示すような）円形断面を有する管
状チャンネルを有するマイクロカラムを備える分析装置
の好ましい実施例に記載している。しかし、種々の断面
形状をもつチャンネルを用いてもよい。例えば、長円形
断面（図5）、四角形断面（図6）、三角形断面（図
7）、矩形断面、他の多角形断面及び類似のものをもつ
チャンネルが具体的に挙げられる。平坦で、内側に向か
い合っている壁をもつチャンネル（例えば、四角形の断
面をもつチャンネル）では、隣接する2つの壁は結合し
て、マイクロカラムと光ファイバの連結端部の位置へ案
内するグルーブを形成する。

【００２７】チャンネルは、その湾曲形状を維持できる
比較的堅い材料で作ってよい。適切な材料には、これら
に限定するものではないが、選択された波長の入射光を
受けて光相互作用を起こさせる、シリコンベースの材料
（例えば、ガラス）、高分子（例えば、ポリテトラフル
オロエチレン、ポリエチレン）及び類似のものがある。
入射光がチャンネル壁を通過しないでマイクロカラムを
照射できる場合の実施例では、チャンネルは、金属のよ
うな非透明材料から作ってよい。本発明の一実施例で
は、チャンネル中のマイクロカラムを照射するために光
ファイバがその中を通ることができるようチャンネルの
壁に開口を有するチャンネルである。好ましくは、チャ
ンネルの少なくとも一部分は、可視光に対して透明（又
は半透明）であり、そのため、マイクロカラム部分の連
結端部の位置は、チャンネルの外部から決定することが
できる。

【００２８】マイクロカラムの連結端部24は、マイクロ
カラムデバイス8のマイクロカラムの一部を形成するも
のでよく、又は結合スリーブもしくは取付部材（それら
は高分子材料、例えば、ポリテトラフルオロエチレン、
テフロン）によってマイクロカラムデバイスのマイクロ
カラムに接続された個別部分であってもよい。同様に、
光ファイバの連結端部26は、個別部分もしくは検出器10
の光ファイバの何れであってもよい。

【００２９】図8は、本願発明に係る分析装置の他の実
施例の一部を示す。本実施例では、マイクロカラムの連
結端部124は、連結端部128付近でフレア（即ち、ひろが
り部分）139を有する。フレア139は、光ファイバ114の
連結端部130を受るようにマイクロカラムの内腔に適合
する拡張開口を有し、よって、マイクロカラムの連結端
部128に対する光ファイバの連結端部130のアライメント
及び非固定的な連結を助長する。この例では、チャンネ
ル122は弓状部分をもっている必要はないが、そのよう
な弓状部分は、連結端部128、130の横方向の（即ち、マ
イクロカラムと光ファイバの中心線に大体垂直な）任意
の動きを抑制するための望まれるものである。光線18
は、マイクロカラムの連結端部124に垂直に指向される
ことができる。チャンネル122は、フラッシング流体が
連結端部124、126に概して平行に流れるようにその方向
を定めて配置する。

【００３０】図9に、本発明のさらに別の実施例を示し
ており、この場合、マイクロカラムの連結端部124は、
光ファイバ114の連結端部130に非固定的に連結できるよ
うに連結端部128にフレア139を有する。この例では、チ
ャンネル222は、フラッシング流体がマイクロカラムと
光ファイバの連結端部124、126の中心線に概して垂直な
方向に流れるように配置される。フラッシング流体の漏
出を防ぐため、スリーブ141A、141Bは、それぞれ、連結
部分124、126の回りに適合させてチャンネル222の壁を
密封するために利用してもよい。

【００３１】図10は、多数の（2つ以上の）マイクロカ
ラムと多数の光ファイバを有する本発明に係る分析装置
の実施例の一部分を示す。チャンネル322は、ガイドと
して作用する突起を有し、その結果、各マイクロカラム
は対応する光ファイバに整列させる。マイクロカラム31
2A、312B、312Cの連結端部328A、328B、328Cと光ファイ
バ314A、314B、314Cの連結端部330A、330B、330Cとは、
それらの対応する連結端部の弾力のある柔軟性により、
それぞれ、突起323A、323Bとチャンネル322の壁に対向
するように配置される。この例では、（図10の紙面へ向
かって指向されているもので図示されていない）光線
は、マイクロカラムの連結端部312A、312B、312C上で、
それぞれ位置334A、334B、334Cの流体試料へ向けられる
（又は焦点を合わされる）。しかし、光線は、非直角な
角度でマイクロカラムに衝突することもありえることが
理解される。代わりに、マイクロカラムは一般に一平面
上に配置することができ、そして光線はその平面に一般
に平行な経路のある流体試料に且つ1つのマイクロカラ
ムが、好適には、別のマイクロカラムを入射光から遮蔽
しないように照射することができる。

【００３２】前述のマルチマイクロカラム・システム
は、管状チャンネルで実行してよいが、構成は、そのチ
ャンネルがカバーで密封することができる（例えば、突
起323A、323Bのようなガイドを容易に製造することがで
きる平坦な底面をもつ）オープントップ型である場合に
特に適している。オープントップ型のチャンネルでは、
アライメントのために連結端部を操作することが容易に
なる。そのガイドは、チャンネルがオープントップを備
えているか否かにかかわらず、チャンネルに組み込み可
能な溝、支持材、フック及び類似のもの等の形態であっ
てよい。好ましくは、マイクロカラムと光ファイバは十
分離して配置し、又はガイドによってそれらを適切に遮
蔽して、1つのマイクロカラム中の流体試料から放射さ
れる光が、実質的に、別のマイクロカラムに連結された
光ファイバに伝わらないようにする。

【００３３】本願発明においては、光ファイバの光入力
端部は、対応するマイクロカラムの出力端部に近接して
かつ整列しているので、マイクロカラムによってごくわ
ずかな散乱された光もも光ファイバで収集される。同様
な理由で、マルチマイクロカラム装置におけるマイクロ
カラム間のクロストークも最小となる。従って、この光
検出法は、（従来法におけるように）マイクロカラムの
中心線に対してある角度をもつ検出器を使ってマイクロ
カラムの壁を通して光の相互作用を検出する方法以上に
有益である。

【００３４】本願発明の検出器10とインタフェースされ
るマイクロカラムデバイス8は、流体がそれによってマ
イクロカラムの中を導かれる任意の手段であってよい。
事実、マイクロカラムが、光の相互作用のために光を当
てることができる流体試料を含んでいる限り、そのマイ
クロカラムは、どんな分離作用も実行する必要がなく、
ただ単に、管として流体を運ぶだけでよい。好ましく
は、マイクロカラムは、液体クロマトグラフィー(LC)又
はキャピラリゾーン電気泳動法(CZE）等のキャピラリ電
気泳動法(CE)における液体などの、流体試料中の分析物
を分離する働きをする。

【００３５】本願発明に適する液体クロマトグラフのう
ち特に有用な種類は、高性能液体クロマトグラフ(HPLC)
である。しかし、流体試料中の様々な分析物を分離する
ために分析用マイクロカラムを利用するマイクロカラム
を備えた分離装置はどれも用いてよい。前述のマイクロ
カラムを用いた分離を実施できるクロマトグラフィー技
術の例としては、逆相クロマトグラフィー、サイズ排除
クロマトグラフィー、吸着クロマトグラフィー、アフィ
ニティークロマトグラフィー、イオン交換クロマトグラ
フィー及び類似のものが挙げられる。前述の技術に使用
できる装置と同様に液体クロマトグラフィーや高性能液
体クロマトグラフィーも一般に周知の技術である。

【００３６】マイクロカラムによる分析物の分離は、マ
イクロカラム中の分析物の通過速度に影響を及ぼす、マ
イクロカラムの物理的化学的特性（例えば、充填、電荷
等）と同様に分析物の物理的化学的性質に基づいておこ
なうことができる。マイクロカラムの寸法は、選択した
分離技術と所望の分離能によって依存する。従って、マ
イクロカラムの長さ、内径(i.d.)及び外径(o.d.)は、分
離技術及び所望の分離脳に依存する。LCに関しては、他
のサイズのマイクロカラムを用いてよいが、マイクロカ
ラムは典型的には約10μmから約5000μm、好ましくは、
約100μmから約2000μmの範囲の寸法の内径(i.d.)を有
するものである。 マイクロカラムの外径)(o.d.)は、通
常、マイクロカラムが適切な圧力と必要な取扱いを伴う
操作を可能にする機械的強度と完全性をもつように選ば
れる。例えば、HPLC用のマイクロカラムの外径(o.d.)
は、典型的には、約400μmから約10 mmである。

【００３７】同様に、CEに関しても、他のサイズのマイ
クロカラムを用いてよいが、CE用マイクロカラムの内径
(i.d.)は、通常、約5μmから約200μmである。カラムの
厚さは、そのカラムが圧力下での操作に要する機械的完
全性と強度をもち、且つキャピラリ電気泳動法の取扱い
に適するようなものである。（長さ、内径(i.d.)、外径
(o.d.)を含む）寸法の選択及びキャピラリ電気泳動法に
よる流体試料中の特定種の分析物（例えば、核酸）の分
離に要する電圧は、当該分野で周知のものである。

【００３８】マイクロカラムの構成材料は、用いられる
分析方法の種類に依存する。材料の選択は、マイクロカ
ラムに印加される圧力と化学物質に対する望まれる耐性
に影響を受ける。共通に使うことができるLC用マイクロ
カラムは、金属（例えば、ステンレス鋼）、非金属無機
材料（例えば、フューズドシリカ）、ポリテトラフルオ
ロエチレン(PTFE)、ポリエーテルエーテルケトン(PEEK)
等の高分子より形成することができる。非金属キャピラ
リは、一般に、CEに用いられる。液体クロマトグラフィ
ー及びキャピラリ電気泳動法のような分離手段に使われ
るマイクロカラムの寸法と構成材料の選択は、当該分野
で周知である。その中のマイクロカラムが所望の波長を
もつ光を伝送しないマイクロカラムデバイスでは、マイ
クロカラムは、（そのような光を伝送する）別のマイク
ロカラムに連結して、照射できるようにそこへ流体試料
を移して光相互作用を起こさせることも可能である。

【００３９】一般的に、マイクロカラムデバイスは、分
析物を溶出する標準手順で操作される。例えば、マイク
ロカラムデバイスを通して、対象の分析物を含む流体試
料を送り込んでマイクロカラムで（例えば、LC又はCE
で）対象分析物を分離する。適切な光線を生成し且つ制
御して光相互作用を起こさせる種々の方法と装置は当該
分野で知られており、本願発明の実施に適応させてよ
い。例えば、米国特許第４，６７５，３００号又は米国
特許第５，００６，２１０号のレーザ及び結像機構を用
いてよい。また、米国特許第５，３２４，４０１号に記
載されているように、流体試料に光をフォーカスさせる
ための光ファイバの使用も、本願発明に、特にマルチマ
イクロカラム照射に適応させてよい。しかし、本願発明
においては、流体試料の照射は、好ましくは、マイクロ
カラムの方へ軸方向にというよりマイクロカラムに対し
てある角度をもって（より好ましくは、直角で）行われ
る。入射光線は、マイクロカラムに対して（例えば、そ
の中心線に）その連結端部に近接してマイクロカラムの
中心線に対して垂直な角度で照射される。この方法で、
分析物がマイクロカラムの連結端部を流出する前に、入
射光に露出されることにより、蛍光、間接蛍光、りん
光、ラマン散乱等の光の相互作用が引き起こされる。光
の相互作用の結果、光が分析物から（又は、流体試料中
の他の物質から）放射され、マイクロカラムの連結端部
（例えば、図2の端部28）を流出する。

【００４０】光ファイバの連結端部（例えば、端部30）
は、光相互作用で生ずる光を受けて光を検出器の他の部
分（例えば、光電子増倍管、電子回路等）へ導く。検出
器は、光電子増倍管、電荷結合デバイス(CCD)及び類似
のものを包含してよい。光ファイバは、光相互作用の結
果として分析物（又は流体試料）から放射する所望の光
を受けて導くことができる（例えば、フューズドシリ
カ、高分子材料及び類似のものより形成される）任意の
光ファイバであってよい。前述の光ファイバと光検出器
は、当該分野で周知の技術である。光ファイバの連結端
部は、対象分析物の有効な分析ができるようにマイクロ
カラムからの適切な光を受けるのに十分な大きさであ
る。好ましくは、光ファイバのコアは、過剰量の散乱光
を収集するほど大きくはない。フラッシング流体は、マ
イクロカラム12から出る流体試料を入射光線18の照射経
路から連続的に排出させ、その結果、マイクロカラムの
外にある流体試料はどれも分析に干渉しない。マイクロ
カラムと光ファイバの連結端部間のギャップは、好まし
くは、フラッシング流体で充填する。

【００４１】本願発明に係るシステムを使用した分析シ
ステム及び方法の実施例を詳述したが、発明の精神と範
囲から逸脱することなく、特にサイズ、形状及び種々の
記述した形態の組合せにおいて、当業者によって変更で
きるものは自明のことである。例えば、様々な形状をも
つチャンネルを用いてもよい。また、光ファイバの連結
端部は、マイクロカラム中へ挿入してもよい。マイクロ
カラムの連結端部のフレアは、前述の挿入を助長するの
に用いることもできる。

【００４２】以上、本発明の実施例について詳述した
が、以下、本発明の各実施態様の例を示す。 (1)流体試料を分析するための分析システムにおいて、
流体試料をその中を通って導くためのマイクロカラム
と、マイクロカラムは、軸とマイクロカラム壁と入口端
部と出口端部とを有し、流体試料が入口端部から出口端
部まで流れるものであり、マイクロカラムの壁を通して
出口端部付近に光を照射する光源と、光源からの光は流
体試料との光相互作用を起こし、結果としてマイクロカ
ラム中の流体試料から光を放射させることができる波長
を有するものであり、マイクロカラムの出口端部と非固
定的に連結する光入口端部を有し、マイクロカラムの壁
を通さないで流体試料から放射された光を検出する光フ
ァイバとを備え、光の相互作用によって生じる光より流
体試料中の分析物の存在または量に関する情報を提供す
ることを特徴とする分析システム。 (2)前項(1)記載の分析システムはさらに内側に対向する
壁と中心線とを有するチャンネルを含み、チャンネル
は、出口端部を有するマイクロカラムの少なくとも端部
と光入口端部を有する光ファイバの少なくとも端部を包
囲するものであり、フラッシング流体はマイクロカラム
の出力端部へ流れ出ることで、マイクロカラムから流出
される流体試料を排出させることを特徴とする分析シス
テム。 (3)端部が内側に対向するチャンネルの壁に圧迫される
ことにより、マイクロカラムの出口端部を光ファイバの
光入口端部に近接するように自動的に整列し、流体試料
から放射される光が光ファイバで受信され、その中を伝
送されることを特徴とする前項(2)記載の分析システ
ム。 (4)チャンネルが少なくとも1つの湾曲部分を有し、マイ
クロカラムの端部と光ファイバの端部を非固定的に圧迫
することを特徴とする前項(2)又は(3)記載の分析システ
ム。 (5)出口端部を有するマイクロカラムの端部と光入口端
部を有する光ファイバの端部がアライメントされるよう
に、マイクロカラムの出口端部が、光ファイバの光入力
端部を受けるための開口を提供するフレアの形状を備え
ることを特徴とする前項(1)、(2)又は(3)記載の分析シ
ステム。 (6)前項(1)又は(2)記載の分析システムはさらに検出器
を含み、マイクロカラムに非固定的に連結された光ファ
イバは検出器を構成するものであることを特徴とする分
析システム。 (7)前項(1)、(2)または(6)記載の分析システムはさらに
分析物を分離するマイクロカラムデバイスを含み、光フ
ァイバに非固定的に連結されたマイクロカラムがマイク
ロカラムデバイスを構成することを特徴とする分析シス
テム。 (8)次の（イ）から（ハ）の工程を含む流体試料を分析
する方法。（イ）流体試料をマイクロカラムへ導入し、
マイクロカラムの出口端部まで移動させ、（ロ）光を照
射することによって、マイクロカラム中の流体試料との
光の相互作用をその出口端部付近で生じさせ、光相互作
用によって流体試料から光を放射させ、（ハ）流体試料
から放射される光をマイクロカラムの壁を通さず、その
光入口端部がマイクロカラムの出口端部に非固定的に連
結された光ファイバで検出し、光相互作用に由来する流
体試料からの放射光が流体試料中の分析物の存在の有無
もしくは量に関する情報を提供することを提供すること
を特徴とする流体試料の分析方法。 (9)前項(8)記載の流体試料の分析方法はさらに内側に対
向する壁と中心線を有し、出口端部を有するマイクロカ
ラムの少なくとも端部と光入口端部を有する光ファイバ
の少なくとも端部を取り囲むチャンネルを用いることを
包み、フラッシング流体がマイクロカラムの出口端部よ
り流出して流体試料を光ファイバの光入力端部から排出
させることを特徴とする前項(8)記載の流体試料の分析
方法。 (10)端部が内側に対向するチャンネルの壁に圧迫される
ことにより、マイクロカラムの出口端部を光ファイバの
光入口端部に近接するように自動的に整列し、マイクロ
カラム中の流体試料から放射される光が軸方向に放射さ
れ、光ファイバうの光入口端部上に衝突することを特徴
とする前項(9)記載の流体試料の分析方法。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例である分析システムのブロッ
ク図。

【図２】図１の詳細図。

【図３】図２の部分詳細図。

【図４】本発明に用いられるチャンネルの一実施例を示
す図。

【図５】本発明に用いられるチャンネルの他の実施例を
示す図。

【図６】本発明に用いられるチャンネルの他の実施例を
示す図。

【図７】本発明に用いられるチャンネルの他の一実施例
を示す図。

【図８】本発明に用いられるマイクロカラムの他の実施
例を示す部分断面図。

【図９】本発明に用いられるマイクロカラムの他の実施
例を示す部分断面図。

【図１０】本発明に用いられる複数のマイクロカラムと
複数の光ファイバを包含する他の実施例を示す部分断面
図。

【符号の説明】

８：マイクロカラムデバイス １０：検出器 １２、３１２Ａ、３１２Ｂ、３１２Ｃ：マイクロカラム １４、１１４、３１４Ａ、３１４Ｂ、３１４Ｃ：光ファ
イバ １６：検出領域 ２０：光源 ２２、１２２、２２２、３２２：チャンネル

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁶ 識別記号 庁内整理番号 ＦＩ 技術表示箇所 Ｇ０１Ｎ 30/74 Ｇ０１Ｎ 27/26 ３３１Ｋ

Claims (8)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】流体試料を分析するための分析システムに
   おいて、 流体試料をその中を通って導くためのマイクロカラム
   と、前記マイクロカラムは、軸とマイクロカラム壁と入
   口端部と出口端部とを有し、前記流体試料が入口端部か
   ら出口端部まで流れるものであり、 前記マイクロカラムの壁を通して前記出口端部付近に光
   を照射する光源と、前記光源からの光は前記流体試料と
   の光相互作用を起こし、結果として前記マイクロカラム
   中の流体試料から光を放射させることができる波長を有
   するものであり、 前記マイクロカラムの前記出口端部と非固定的に連結す
   る光入口端部を有し、前記マイクロカラムの壁を通さな
   いで前記流体試料から放射された光を検出する光ファイ
   バとを備え、前記光の相互作用によって生じる光より前
   記流体試料中の分析物の存在または量に関する情報を提
   供することを特徴とする分析システム。
2. 【請求項２】請求項第１項記載の分析システムはさらに
   内側に対向する壁と中心線とを有するチャンネルを含
   み、前記チャンネルは、出口端部を有するマイクロカラ
   ムの少なくとも端部と光入口端部を有する光ファイバの
   少なくとも端部を包囲するものであり、フラッシング流
   体は前記マイクロカラムの前記出力端部へ流れ出ること
   で、前記マイクロカラムから流出される流体試料を排出
   させることを特徴とする分析システム。
3. 【請求項３】前記端部が内側に対向する前記チャンネル
   の壁に圧迫されることにより、前記マイクロカラムの出
   口端部を前記光ファイバの光入口端部に近接するように
   自動的に整列し、前記流体試料から放射される光が光フ
   ァイバで受信され、その中を伝送されることを特徴とす
   る請求項第２項記載の分析システム。
4. 【請求項４】前記チャンネルが少なくとも1つの湾曲部
   分を有し、前記マイクロカラムの端部と前記光ファイバ
   の端部を非固定的に圧迫することを特徴とする請求項第
   ２項又は第３項記載の分析システム。
5. 【請求項５】前記出口端部を有する前記マイクロカラム
   の端部と前記光入口端部を有する前記光ファイバの端部
   がアライメントされるように、前記マイクロカラムの出
   口端部が、前記光ファイバの光入力端部を受けるための
   開口を提供するフレアの形状を備えることを特徴とする
   請求項第１項、第２項又は第３項記載の分析システム。
6. 【請求項６】請求項第１項又は第２項記載の分析システ
   ムはさらに検出器を含み、前記マイクロカラムに非固定
   的に連結された前記光ファイバは前記検出器を構成する
   ものであることを特徴とする分析システム。
7. 【請求項７】請求項第１項、第２項または第６項記載の
   分析システムはさらに分析物を分離するマイクロカラム
   デバイスを含み、前記光ファイバに非固定的に連結され
   た前記マイクロカラムが前記マイクロカラムデバイスを
   構成することを特徴とする分析システム。
8. 【請求項８】次の（イ）から（ハ）の工程を含む流体試
   料を分析する方法。（イ）流体試料をマイクロカラムへ
   導入し、前記マイクロカラムの出口端部まで移動させ、
   （ロ）光を照射することによって、前記マイクロカラム
   中の流体試料との光の相互作用をその出口端部付近で生
   じさせ、光相互作用によって前記流体試料から光を放射
   させ、（ハ）前記流体試料から放射される光を前記マイ
   クロカラムの壁を通さず、その光入口端部が前記マイク
   ロカラムの出口端部に非固定的に連結された光ファイバ
   で検出し、前記光相互作用に由来する前記流体試料から
   の放射光が前記流体試料中の分析物の存在の有無もしく
   は量に関する情報を提供することを提供することを特徴
   とする流体試料の分析方法。