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JP-2026514570-A - 液体クロマトグラフィー用高圧流体処理装置

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Abstract

高圧流体処理装置を提供する。高圧流体処理装置は、筐体、管、及び固定相媒体を含む。筐体は、第１の接触面を有する第１の構成部品及び第２の接触面を有する第２の構成部品を含む。第１及び第２の構成部品は、間に接触部を形成するように、互いに対向する関係にある第１及び第２の接触面で互いに固定可能である。筐体は、第１の構成部品を通って接触部へと、接触部に沿って延びるチャネルを含む。管はチャネルに沿って延びる。管は、１０００μｍ以下の管腔直径を有する実質的に円形の断面を有する管腔を画定する。固定相媒体は管腔に位置づけられる。固定相媒体は、液体試料に存在する化合物をクロマトグラフィーで分離するのに適している。

Inventors

  • チャルネツキ、ダニエル
  • ケラー、マイケル
  • シェルバー、グラハム

Assignees

  • アイデックス ヘルス アンド サイエンス エルエルシー

Dates

Publication Date
20260512
Application Date
20240502
Priority Date
20230502

Claims (20)

  1. 第１の接触面を有する第１の構成部品及び第２の接触面を有する第２の構成部品を有する筐体であって、前記第１の構成部品及び前記第２の構成部品は、間に接触部を形成するように、互いに対向する関係にある前記第１の接触面及び前記第２の接触面で互いに固定可能であり、前記第１の構成部品を通って前記接触部へと、前記接触部に沿って延びるチャネルを有する、筐体と、 前記チャネルに沿って延びる管であって、１０００μｍ以下の管腔直径を有する実質的に円形の断面を有する管腔を画定する管と、 前記管腔内の固定相媒体であって、液体試料に存在する化合物をクロマトグラフィーで分離するのに適している固定相媒体と、を備える、高圧流体処理装置。
  2. 前記第１の構成部品及び前記第２の構成部品は、封止係合された前記第１の接触面及び前記第２の接触面で互いに固定可能である、請求項１に記載の高圧流体処理装置。
  3. 前記チャネルは、前記第１の構成部品に入口開口部及び出口開口部を形成する、請求項１に記載の高圧流体処理装置。
  4. 前記管は、前記入口開口部から前記出口開口部まで延びる、請求項３に記載の高圧流体処理装置。
  5. 前記管は、前記チャネルを画定する前記第１の構成部品の壁に封止係合されて、液体が前記管と前記壁との間を通過するのを防ぐ、請求項１に記載の高圧流体処理装置。
  6. 前記チャネルは、５°から１８０°の間の丸みのある屈曲部を含む、請求項１に記載の高圧流体処理装置。
  7. 前記管は前記丸みのある屈曲部に追従している、請求項６に記載の高圧流体処理装置。
  8. 前記管は生体適合性材料である、請求項１に記載の高圧流体処理装置。
  9. 前記管は、ステンレス鋼、チタン、ステンレス鋼－ニッケル合金、ポリエーテルエーテルケトン、及びそれらの組合せから選択される、請求項８に記載の高圧流体処理装置。
  10. 前記入口開口部及び前記出口開口部の少なくとも１つに近接して配設された多孔質プラグを含み、前記多孔質プラグは、前記管と前記入口開口部及び前記出口開口部の少なくとも１つとの間にあり、前記多孔質プラグは、ステンレス鋼、チタン、ステンレス鋼－ニッケル合金、及びポリエーテルエーテルケトンの１つ以上を備える、請求項３に記載の高圧流体処理装置。
  11. 液体試料を受けるように構成された入口と、 筐体であって、 第１の接触面、及び前記第１の接触面を通って延びるチャネルを有する第１の構成部品と、 第２の接触面を有する第２の構成部品であって、前記第１の構成部品及び前記第２の構成部品は、間に接触部を形成するように、互いに対向する関係にある前記第１の接触面及び前記第２の接触面で互いに固定可能であり、前記第２の構成部品と、 を含む筐体と、 前記第１の構成部品の前記チャネル内に位置づけられた管であって、実質的に円形の断面を有する管腔を画定する管と、 前記管の前記管腔内に配設される固定相媒体であって、前記液体試料に存在する化合物をクロマトグラフィーで分離するのに適している固定相媒体と、 前記管を介して前記入口ポートに流体的に結合される出口ポートと、を備える、高圧流体処理装置。
  12. 前記チャネルの深さが前記管の外径以上である、請求項１１に記載の高圧流体処理装置。
  13. 前記管は、前記第１の構成部品の前記チャネル内に完全に収容される、請求項１２に記載の高圧流体処理装置。
  14. 前記第２の接触面は実質的に平面であり、前記管は前記実質的に平面である第２の接触面と交差しない、請求項１３に記載の高圧流体処理装置。
  15. 前記管の前記実質的に円形の断面は、１０００μｍ以下の直径を有する、請求項１３に記載の高圧流体処理装置。
  16. 前記管は長さを含み、前記直径に対する前記長さの比が１００：１以上である、請求項１５に記載の高圧流体処理装置。
  17. 前記チャネルと前記管との間の間隙は、エポキシ樹脂、接着材料、及びろう付け材料の１つ以上で満たされる、請求項１１に記載の高圧流体処理装置。
  18. 第１の接触面を有する第１の構成部品を提供することと、 前記第１の構成部品の前記第１の接触面にチャネルを形成することであって、前記チャネルは、前記第１の構成部品の入口開口部を前記第１の構成部品の出口開口部に流体的に接続する、形成することと、 １０００μｍ以下の直径を有する実質的に円形の断面を有する管腔を含む管を前記チャネル内に位置づけることと、 前記第１の構成部品に、第２の接触面を有する第２の構成部品を固定することと、 前記入口開口部及び前記出口開口部の１つにフィルタを位置づけることと、 少なくとも５，０００ｐｓｉの充填圧力で固定相媒体を前記管腔に充填することであって、前記固定相媒体は、液体試料に存在する化合物をクロマトグラフィーで分離するのに適し、前記フィルタは、前記固定相媒体に対して不透過である、充填することと、を備える、高圧流体処理装置を形成する方法。
  19. 前記管と前記入口開口部及び前記出口開口部の１つとの間に多孔質プラグを位置づけることを含む、請求項１８に記載の方法。
  20. 前記固定相媒体で前記管腔を充填する前に前記多孔質プラグを位置づけることを含む、請求項１９に記載の方法。

Description

本出願は、その全体が本明細書に組み込まれる、２０２３年５月２日に出願された「Ｈｉｇｈ Ｐｒｅｓｓｕｒｅ Ｆｌｕｉｄ Ｈａｎｄｌｉｎｇ Ｄｅｖｉｃｅ ｆｏｒ Ｌｉｑｕｉｄ Ｃｈｒｏｍａｔｏｇｒａｐｈｙ」と題する米国仮出願第６３／４６３，４１３号の利益及び優先権を主張するものである。 本明細書に開示される主題は、一般に液体クロマトグラフィー・システム、より具体的には、高圧及び超高圧液体クロマトグラフィー用途で流体を輸送するための流体処理装置に関するものである。流体処理装置は、１０００μｍ以下の内径を有する液体クロマトグラフィー・カラムを提供するために、マイクロスケール及び／又はナノスケールのクロマトグラフィー用途に特に適合させてよい。 高速液体クロマトグラフィー（ＨＰＬＣ：ｈｉｇｈ－ｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅ ｌｉｑｕｉｄ ｃｈｒｏｍａｔｏｇｒａｐｈｙ）は、試料の構成成分を分離するための既知の技術である。クロマトグラフィー・システムを通して試料を運ぶために使用される液体は、「移動相」と呼ばれる。試料の成分は、「カラム」、即ち、典型的には様々な成分が様々な程度の親和性を有する粒子状物質が充填された管で分離されてよい。充填材料は「固定相」と呼ばれ、通常はシリカ又はポリマー・ベースの媒体であり、試料の成分との所望の化学的親和性を促進するために化学官能基で被覆されている場合がある。 従来のＨＰＬＣ機器では、典型的には、硬質ステンレス鋼の導管で作られるカラムを使用する。クロマトグラフィー・カラムの構築には、様々なポリマーなどの他の不活性材料も使用される。典型的なＨＰＬＣカラムは約１～１０ｍｍの範囲の内径、及び約５～２５ｃｍの範囲の固定相の充填長さを有する。最近では、超高速液体クロマトグラフィー（ＵＨＰＬＣ：ｕｌｔｒａ－ｈｉｇｈ ｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅ ｌｉｑｕｉｄ ｃｈｒｏｍａｔｏｇｒａｐｈｙ）は、従来のＨＰＬＣよりも少ない試料量を、より短い試験期間でより高い感度だが、かなり高い圧力（＞１０，０００ｐｓｉ）で試験するのに重要な用途があることがわかっている。ＵＨＰＬＣシステムは、多くの場合、マイクロスケール、毛細管スケール、又はナノスケールのＨＰＬＣとして操作され、移動相流量は約１００ｎＬ／分から１００μＬ／分の範囲にあり、カラム内径は２５～１０００μｍの間である。必ずしもすべてではないが、このサイズの縮小をもたらす利点は、溶媒消費量の低減（環境的利点及び経済的利点の両方）、感度の向上、固定相の使用量の低減、質量分析法との適合性の向上、及び少量の試料の分析を含む。これらの寸法では、十分な品質のステンレス鋼の導管が、典型的には入手できないため、カラムの製造には溶融シリカなどの代替材料が使用され得る。しかしながら、このような材料は壊れやすく、可撓性があり、特別な取り扱い上の注意を必要とする。 提案されている１つの解決策は、コンピュータ・チップ等の電気的同等物に似た基材内に所望の寸法の流路が作成されるパターン化された基材、又は「チップ」ベースの設計である。チップ・ベースの設計における流路は、典型的には、化学エッチング、リソグラフィー、又はＣＮＣ機械加工によって基材に形成され、通常、正方形、長方形、Ｄ字型、台形、又は他の多角形の断面形状で提供される。これらの非円形断面形状は、特に非円形断面の「角」又は裂け目において、流れ場の非対称性及び充填された固定相の不均一な密度により、円形断面形状で期待される性能よりも性能が低下し、結果として、試料プラグが広がり、関連する成分が分散する。円形断面の流路を作成しようとする試みは、これまで、位置ずれを最小限に抑えて又は除去し、間隙又は裂け目のない層を位置合わせして接合することにより、２つの異なる基材層において、それぞれの半円形の経路を一致させることを必要としていた。このアプローチは、一貫して実現可能であることを証明していない。 従来型のパターン化された流路は、９０°の屈曲部など、基材内で方向が急激に変化するという欠点もあり、一貫した固定相カラムの充填を妨げる傾向があり、クロマトグラフィー用途ではバンドの広がりを引き起こす。これらの急激な方向変化は、多くの場合、移動相及び試料がチップ入口から受容される及び／又はチップ出口に送達される基材層間の接触部で生じる。 いくつかの実施の形態による高圧流体処理装置の等角図である。いくつかの実施の形態による、高圧流体処理装置を含む液体クロマトグラフィー・システムの概略図である。いくつかの実施の形態による、高圧流体処理装置の第１の構成部品及び第２の構成部品の等角図である。いくつかの実施の形態による、高圧流体処理装置の第１の構成部品及び第２の構成部品の等角底面図である。いくつかの実施の形態による、高圧流体処理装置の等角断面図である。いくつかの実施の形態による、高圧流体処理装置における管の丸みのある屈曲部の拡大された等角断面図である。いくつかの実施の形態による、高圧流体処理装置を通って延びる管及びチャネルの断面図である。いくつかの実施の形態による、高圧流体処理装置の第１の構成部品の等角底面図である。いくつかの実施の形態による、高圧流体処理装置の外面の出口で終端する管を有する高圧流体処理装置の断面側面図である。いくつかの実施の形態による、高圧流体処理装置の多層管の断面側面図である。いくつかの実施の形態による、空洞を形成するために出口の上に配置された膜を有する高圧流体処理装置の断面図である。いくつかの実施の形態による、空洞に保持された固定相を有する高圧流体処理装置の断面図である。いくつかの実施の形態による、空洞を露出させるために膜が除去された高圧流体処理装置の断面図である。いくつかの実施の形態による、管内に固定相を保持するために空洞内に設置された多孔質フリットを有する高圧流体処理装置の断面図である。いくつかの実施の形態による、１，５００ｐｓｉで、固定相が充填された流体処理装置のクロマトグラムである。いくつかの実施の形態による、１６，５００ｐｓｉで、固定相が充填された流体処理装置のクロマトグラムである。いくつかの実施の形態による、高圧流体処理装置を形成する方法のフローチャートである。いくつかの実施の形態による、高圧流体処理装置の管に充填するための方法のフローチャートである。 本開示は、液体クロマトグラフィーに使用する流体処理装置について説明する。高圧流体処理装置は、筐体を通って延びる小径の流体通路を有する筐体を備える。小径の流体通路は、高圧に耐えるように構成される（即ち、厚い側壁を含む、及び／又は高圧負荷を支持するために筐体によって捕捉される）。小径流体通路は、マイクロスケール、毛細管スケール、及び／又はナノスケールの液体クロマトグラフィーで使用するように構成され、断面の直径は１０００μｍ以下である。小径流体通路は、高圧流体処理装置の長さに沿って延び、小径流体通路の長さは、小径流体通路の直径の少なくとも１００倍になる。流体通路は、アスペクト比（長さ対直径）が高く、及び／又は直径がマイクロスケール／ナノスケールであるため、筐体に穴を開けることは現実的ではない。 高圧荷重に耐えるように構成された高圧流体処理装置の長さに沿って延びる小径流体通路を提供するために、筐体は、第１の接触面を有する第１の構成部品と、第２の接触面を有する第２の構成部品と、を含む。第１及び第２の構成部品は、間に接触部を形成するように、対向する関係にある第１及び第２の接触面で、共に固定される。筐体は、第１の構成部品を通って接触部に沿って延びるチャネルを含む。実質的に円形の断面を有する小径流体通路を画定する管が、チャネルに位置づけられる。流体通路は、液体試料のクロマトグラフィー分離に適した固定相媒体が充填される。 例えば、チャネルが第１の構成部品及び第２の構成部品の両方を通って延びる（例えば、第１の構成部品は半円形チャネルを含み、第２の構成部品は半円形チャネルを含む）場合、第１の構成部品と第２の構成部品との間にほぼ完全な位置合わせが必要とされるであろう。位置合わせがマイクロメートルでずれている場合、流体通路に沿って鋭い縁が形成され、液体クロマトグラフィー工程を損なうであろう。 図１は、いくつかの実施の形態による高圧流体処理装置１０の等角図である。高圧流体処理装置１０は、間に接触部３８を形成する第１の構成部品１４及び第２の構成部品１６を有する筐体１２を含む。高圧流体処理装置１０は、１つ以上の留め具２４を介して第１の構成部品１４及び／又は第２の構成部品１６に固定された入口ブロック１８を含む。入口ブロック１８は、液体試料を受けるように構成され、及び／又は液体試料を輸送するための入口管（又は導管）に固定するように構成された入口管受容器１９を含む。高圧流体処理装置１０は、１つ以上の留め具２４を介して第１の構成部品１４及び／又は第２の構成部品１６に固定された出口ブロック２２を含む。出口ブロック２２は、液体試料を出し、及び／又は液体試料を輸送するための出口管（又は導管）に固定するように構成された出口管受容器２３を含む。いくつかの実施の形態では、入口管受容器１９及び出口管受容器２３は、流体接続を効果的に確立し得る管接続金物を係合して受容するように構成される。入口管受容器及び出口管受容器には、管接続金物とねじ止め可能に係合するようにねじ山が設けられてよい。 高圧流体処理装置１０は、種々の流体の輸送用途に使用されてよい。いくつかの実施の形態では、高圧流体処理装置１０は、高速液体クロマトグラフィー（「ＨＰＬＣ」）及び／又は超高速液体クロマトグラフィー（「ＵＨＰＬＣ」）等の液体クロマトグラフィー用途に特によく適してよい。例えば、高圧流体処理装置１０は、入口ブロック１８を通して液体試料を受けるように構成される。液体試料は、高圧流体処理装置１０を通過して出口ブロック２２を通って高圧流体処理装置１０を出る。高圧流体処理装置１０は、「チップ」（チップ・ベースのクロマトグラフィー用途用）又は、より一般的には「マニホールド」と呼ばれてもよい。 図２は、いくつかの実施の形態による、高圧流体処理装置１０を含む高圧液体クロマトグラフィー・システム１０２の概略図である。高圧液体クロマトグラフィー・システム１０２は、溶媒貯留器１０４（及び／又は溶離液貯留器）と、液体溶媒／溶離液を脱気するための脱気器１０６と、脱気された液体溶媒／溶離液を注入弁１１０にポンプで送り、試料容器又は自動試料注入器１１２からの試料が溶媒流／溶離液流に注入され、試料をクロマトグラフィーで分離するためにカラム１１４に送達するための高圧ポンプ１０８などのポンプと、を含む。次に、クロマトグラフィーで分離された試料のプラグは、質量分析計又は紫外／可視スペクトル検出器などの検出装置１１６によって分析されてもよい。データ分析は、コンピュータなどのデータ取得装置１１８によって行われ、廃液は廃棄物貯留器１２０に収集されてもよい。 いくつかの実施の形態では、高圧液体クロマトグラフィー・システム１０２は、光学分析用の流れセル、インライン脱気器、試料ループ等、当該技術分野においてよく知られているように、追加的又は異なる構成部品を任意に含む。図を参照して説明する高圧流体処理装置１０は、いくつかの実施の形態によれば、注入弁１１０と分析装置１１６との間のクロマトグラフィー・システム１０２の一部分を含む。高圧流体処理装置１０は、いくつかの実施の形態による、光学検出用の流れセル、温度を制御するための加熱若しくは冷却要素、及び／又は質量分析に使用する放出器先端を含んでよいが、これらに限定されない、外部管を必要としない、追加の要素を含み、追加の要素からなり、又は追加の要素と直接的に一体化されてよい。 図３は、いくつかの実施の形態による、高圧流体処理装置１０の第１の構成部品１４及び第２の構成部品１６の等角図