JP2005535895A - 光透過を検出するための光学アセンブリおよび方法 - Google Patents

Abstract

【課題】
【解決手段】光源と少なくとも1つのサンプル容器と検出器とを具備する光学アセンブリで、少なくとも1つの容器が光源と検出器の間に作られる一又は複数の光路に、光が容器を透過できるように配置し、光源が実質的に平行光のビームを供給するのに適し、検出器が複数の検出器部位を具備し、容器が検出用のサンプルを入れるとともに、空間的に分離した少なくとも2つの透過光路、容器の壁のみを出入りする第1壁パスと、第1壁パスとは空間的に分離し、容器の壁と追加的に容器のコアとを出入りする第2コアパスとを画成するのに適した相対的な形状および寸法の壁とコアとを具備し、空間的に分離した壁パスとコアパスが検出器上の個々の検出器の部位に連結される光学アセンブリ、そのためのモジュール又はクリップオンデバイス、その検出方法および用途。

Description

本発明は、光源と光検出器の間の直接の光路に、光が容器を透過できるように配置したサンプル容器を具備する光学アセンブリ、容器に入れたサンプルを透過する光を検出するための方法、前記アセンブリを具備する装置に関する。より具体的には、例えばハイスループットスクリーニング（HTS）又はプロファイリング、又は酵素アッセイなどのアッセイをするために、サンプル分析する装置に関し、製薬、バイオメディカル、バイオサイエンス、農芸化学、獣医学、素材などの分野で、容器に入れたサンプルの検出、分析、特徴分析、および定量化をするために、また任意でその分離した成分をさらに収集するために使用する。特に、コンビナトリアルケミストリー、メタボロミクス、プロテオミクス、又はゲノミクスにおいて、アッセイやハイスループット分析アプリケーション、典型的には高感度分析、分離および/又は定量化研究において、例えばクロマトグラフィーや電気泳動、特にカラムクロマトグラフィー、キャピラリー電気泳動をリアルタイム又は分離後分析で使用する。

サンプルの種を分析する分離科学で使用されるUV吸光度、蛍光、質量分析法は中心的なテクノロジーである。特に便利な方法は、キャピラリー電気泳動で分離したサンプル母集団を、定量化のためにフルオロフォア標識や蛍光イメージングして、また問題となる分子の特徴分析のためにMSで見ることである。

米国特許第5,582,705号は、マルチキャピラリー電気泳動システムでレーザー誘起蛍光法（LIF）検出をするための装置およびシステムを開示している。キャピラリーアレイに入射して蛍光を発する平行ビームは一般的に互いに直交させて、光散乱によるバックグランドノイズを低減する。各キャピラリーの壁の透明な部分がキャピラリーに直交してアレイまで延びる透明な流路を画成する。電荷結合素子（CCD)、好ましくは電荷注入デバイス（CID)などの2次元画像アレイ検出器を放出を検出するように配置し、画素をキャピラリーに光学的に結合するように、キャピラリーアレイと画像アレイ検出器の間に挿置される画像レンズを配置する。画像レンズは、カメラレンズや集光レンズなど、画像を画像アレイ検出器に変換できるレンズなら何でもよい。図4に示す米国特許第5,582,705号の結合は、2つおきに画素をキャピラリーの側壁に結合し、その間の画素はすべて内部に結合する。

蛍光検出は、少数の分子しか自然に発光せず、多くは再生可能且つ定量的な方法で誘導しなければならないので、用途が限られる。そのため吸光検出が幅広い範囲の分子を検出できる利点を有する。例えばマイクロタイターウェルで実施される酵素アッセイでは、天然物質にも合成物質にもアッセイの範囲を広げて、アッセイで消費又は生成される発色、UV、可視光吸収基質の吸光検出まで技術を広げることができる。

ただし、吸光検出には、検出の作用可能な波長に限界がある。吸光検出は溶液中の物質に実施する。しかし、多くの一般的な溶媒は〜200nm以下の波長のとき大量の光を吸収するため、得られる溶媒吸収信号は検出する物質から得られる信号をひずませ、マスクする。従って吸光検出は実際には190nmを超える波長、つまり紫外・可視光から近赤外（NIR）の範囲の検出に限られる。

さらに、1点吸光検出の基本的な限界のために、光源よりも明るいキャピラリーでの検出ポイントでは、光源の画像を作り出すことができない。「キャピラリー電気泳動の単波長および多重波長紫外線吸光のための電荷結合素子アレイ検出器」、Bergstrom and Goodall、Pokric and Allinson, Anal. Chem. 1999, 71, 4376-4384は、吸光検出によるキャピラリー電気泳動における光学検出を開示しており、光ファイバーバンドルと照射領域の全長を画像取得する電荷結合素子（CCD)を使って、キャピラリーの長さを照射する。この出版物では、光ファイバーバンドルからの光をサファイアロッドでキャピラリーのコアに集めて、キャピラリーの反対側を検出し、これによって使用するランプ出力を上げることのできる標的光面積を増やし、総光束を増やす。この場合、光はキャピラリーのコアから発するので、検出される光すべてが利用でき、得られる発散光線をCCDに画像取得する。

シングルキャピラリーの代わりに平行キャピラリーアレイが導入されてから、このようなシステムは複雑さを増してきている。各キャピラリーのコアに集光する光学機器になれば極めて複雑で、そのため各キャピラリーのコアと壁の両方を照射することは実用上重要なこととなっている。

WO第01/18528（Yeung他）は、平面アレイにした複数の容器に入れたサンプルを吸光検出することにより、複数のサンプルを同時に分析し、それによって検出手段をアレイから離して、好ましくは容器の直径の10倍以上の距離、適切には直径の10〜100倍、例えば1〜30cmの距離を設けて、隣の容器からの迷光を排除する。容器は当業界で示されるように、好ましくは円筒形のキャピラリー管である。光源が不安定なら、アレイは制御容器を具備する。容器の断面積とキャピラリー壁の厚さは重要ではないと言われている。好ましくはフラットフィールドレンズが容器をイメージングして検出手段に送る。
米国特許第5,582,705号 WO第01/18528 「キャピラリー電気泳動の単波長および多重波長紫外線吸光のための電荷結合素子アレイ検出器」、Bergstrom and Goodall、Pokric and Allinson, Anal. Chem. 1999, 71, 4376-4384

この度、吸光検出アセンブリの更なる改良で、光学素子の簡素化のおかげで、キャピラリーと検出器を不当に大きく隔てることなく、キャピラリー又はその他のサンプル容器を透過する総光束を増加できることが分かった。キャピラリーと検出器が不当に大きく隔たることは望ましくなく、パス長を損なう集光効率を減じ、そのため光の強度が弱まる。改良型のアセンブリは特にマルチキャピラリーアレイでの検出に有利で、イメージング光学機器を必要とせずにキャピラリーアレイの大きな面積を画像取得できる。このことは、特に適切な光学機器を製造するのが極めて難しくコストのかかるUVで作用させるときには大きな利点である。しかし、シングルキャピラリーでもアレイ検出でもこのアセンブリはメリットをもち、特に光学機器を必要とせずに、露光リファレンスを簡単に改善でき、キャピラリー間の漏話を満足できる程度に低くできる。加えて、本発明のアセンブリの利点は、キャピラリーや他のサンプル容器のコアを透過する総光束が増えるため、短いパス長での操作に適していることであり、このようなパス長の短縮で、溶媒の吸収が実行できないほど高いレベルにならずに、190nm未満の短い波長でも吸光検出を行える可能性がでてくるであろう。

従って、本発明の最も一般的な側面では、光学アセンブリは光源と、少なくとも1つのサンプル容器と、検出器とを具備し、少なくとも1つの容器を光源と検出器の間に、光が容器を透過できるような方法で光路に配置され、光源が実質的に平行ビームを供給するのに適し、検出器が複数の検出器の部位を具備し、容器が検出のためにサンプルを入れ、容器壁だけを出入りする第1壁パスが、容器の壁と追加的に容器のコアを出入りする第2コアパスと空間的に離れた少なくとも2つの空間的に離れた透過光路を画成し、空間的に離れた壁パスとコアパスが検出器上の個々の検出器部位に連結される。

好ましくは検出器はアレイ検出器である。好ましくは、検出器は各壁パスおよびコアパスの光透過に関する情報を検出して供給するのに適する。好ましくは、アセンブリは各壁パスおよびコアパスの光透過に関する情報を表示するための手段、又は壁パスの光透過を参照して、コアパス光透過に関する参照情報を表示するための手段に連結する。

好ましくはアセンブリは、中央のコアパスと2つの側壁パスの各側、又は環形の壁パスの周囲を画成する。パスは容器から出るときに重なっていてもよく、容器からかなり離れていてもよい。好ましくは壁パスとコアパスを検出器部位に、容器の外壁から検出器までの隔たりつまりパスが空間的に分離する距離d、好ましくはコアと壁の光束が90％以上離れるように連結する。アセンブリは容器を複数の別々の光路に配置して、複数組の空間的に分離した透過光路が複数の検出器又は検出器の複数の領域になるようにしてもよい。

好ましくは、アセンブリは、容器の内寸又はパス長を3μmから20nmの範囲に、容器の外寸を4μmから30nmの範囲に、容器壁の屈折率を1.3−＜1.6の範囲に、容器の外壁から検出器までの距離dを10μmから＞30mmの範囲にして、屈折率が1.3から1.5を超える溶媒に入れた検体から構成したサンプルを検出するために使う。ここでいうサンプルとは、1又は複数の成分からなる容器の内容物のことをいう。複数の成分は均一又は不均一の混合物で存在することがあり、時間の経過とともにミグレーションを受けることがある、つまり複数の液体相成分が光学的に溶存相成分を含有することがある。又は一又は複数の溶媒などのバルク相のサンプル成分、例えば検体としての種を生成または消費する化学反応の過程で検出することが望ましい一又は複数の検体を含有してもよい。

具体的な利点では、本発明の装置は、同じサンプル容器の壁パスを横断する光線により、少なくとも1つのサンプル容器のコアパスを横断する光線を露光リファレンスできる。光線はアレイ検出器に空間的に近く、好ましくはその近傍にして、コアビーム対壁ビームの比率として直接参照しやすくする。別の利点では、2本の光線の起点を近くにするので、コアビームと壁ビームは光源の同じ領域からの高い確率の放射を、例えば不安定や空間的な不均質性による光源のゆらぎの影響を排除する。そのため本発明のアセンブリはショット雑音限界で作動させることができる。

好ましくは、例えば光を光源で発生できるか、又は光を光源に透過してそこから発することができれば、例えば光ファイバで光源に透過できれば、光源は能動又は受動のどの光源でもよい。好ましくは光源は、一又は複数の吸収種が吸収し、吸収が検出する光の少なくとも1つの波長を具備する。例えば、光源の出力は、光ファイバーから、そうしたいのであれば照射のためにリモート発光器から連結でき、又はゾーン照射のためにある点から線の光ファイバーまで連結できる。出力を1本の光ファイバーに連結すると、ランプ放電の空間分布の変動により生じる雑音寄与度を低減する。

光は紫外、紫外・可視光から近赤外（NIR）に対応して、160から1200nmの範囲、好ましくは180又は190から1200nmの範囲の波長でよく、好ましくは紫外・可視光に対応した180から700nmの範囲である。本発明は3から500μmの低いパス長で吸光検出が高い感度にできるので特に有利であり、そのため既知の技術では一部の溶媒のサンプルの吸光検出が実行不可能であったUVに対応する160から190nmの範囲の低い波長での操作が可能である。したがって、この方法は通常のHPLCや分光光度法よりも溶媒に左右されにくい。

光源は、小型容器又は細長い容器の1区画を照射するのに適した点光源又は線光源にできる。光源の波長は1つ、複数の別々の波長又はある波長範囲のいずれでもよい。光源は、微調整可能な滑らかな出力を出す微調整可能光源、ある波長でのみ非常に強い出力を出すライン出力ランプ、線光源の長さに沿ってある波長の範囲を出すスペクトル光源などにできる。また、連続時間、又はパルスとしてもよい。ある波長の範囲でスペクトルを得ようとするときには、連続出力を出す光源が望ましい。線光源は典型的には特徴的な波長でより強い出力を出すので、サンプルがこのような波長で吸収するときには便利である。例えば連続波長のアーク灯の場合の波長の選択は、光源とコリメーティング手段との間、又はコリメーティング手段とサンプル容器の間、好ましくはコリメーティング手段の前に干渉フィルタを置くなどの既知の技術によることが相応しい。別の方法として、複数の別々の波長で順番に波長を検出するために、フィルタホイール又は可変干渉フィルタを使うこともでき、つまり波長分散デバイスの位置を固定して又は連続して変えて、キャピラリーの長さに沿って又はキャピラリーの長さに直角な異なる波長を出しながら、光をスペクトルに分散する回折格子又はプリズムなどのモノクロメータの形にすることができる。

好ましくは、光源は、線光源としてはヨウ素、亜鉛、カドミウム、又は水銀ランプ、あるいはレーザー、また連続出力ランプとしてはジュウテリウム、キセノン、又はタングステンランプ、またパルス出力ランプとしてはキセノンランプとする。

より好ましくは、光源は、ジュウテリウムアーク灯（紫外光吸収）又はキセノンアーク灯（紫外・可視光光吸収）とし、あるいはタングステンランプ、より好ましくはフィラメントランプ（可視光吸収）などとし、最も好ましくは上記ジュウテリウム、ヨウ素、亜鉛、カドミウム、水銀、又はキセノンから選んだ高出力アーク灯とする。あるいは光源は線光源とし、UVに関してはヨウ素、214nmの亜鉛、229nmのカドミウム又は185nm、254nmもしくは365nmの水銀のいずれかが好ましい。あるいは光源はレーザーとし、例えばUVでは266nmの4倍周波数 Nd:YAG又は262nmのNd:YLFなどのレーザーや、325nmのHe-Cdレーザーとする。

光源は既知の手段、例えば円柱レンズ素子や球面レンズ素子などを使って、好ましくは円柱形の石英ガラス製レンズなどの細長いレンズ又は円柱形光学素子を使って膨張したりリコリメートして、サンプル容器アレイのゾーン照射に適した平行ビームを出すことができる。

本発明のアセンブリの少なくとも1つのサンプル容器は、静的又は動的にサンプルの検出をするために、両端を密閉又は開放型にでき、上下を密閉又は開放型にできるセル又はコンジットを具備してもよい。光透過のために容器を容器の適した面に並べることができる。適切には、光は容器の両側又は上下に直交した面、あるいは容器の両側又は上下を含む面を透過する。

好ましくは、サンプル容器はミクロタイタープレート、ウェルプレート、又はマルチサンプルプレートに、1個のセル、あるいは長方形もしくは四角形配列などのアレイの複数のセルの1つである。あるいはマイクロ流体搬送と分離の分野で知られるようなマイクロキャピラリー又はマイクロチャンネルなどのキャピラリーであり、より好ましくは1つのキャピラリー又はマイクロチャネル、あるいは平行に配列した複数のキャピラリー又はマイクロチャネルの1つである。

サンプル容器アレイは、光が1つの容器のみを通過するように、平行光路に直交する平面に並べる。照射の方向が容器の上下を含む面の場合、光は側壁から各容器に出入りする（壁パス）、又は上から入って下から出て（コアパス）、この場合容器は平行又は行列の配列に並べてもよい。照射が容器の側面に直行する面を通る場合、光は進行方向左側の側壁から各容器を出入りする（壁パス）、又は進行方向左側の側壁を通って出入りして、コアに侵入し、反対側の側壁に出入りし（コアパス）、この場合容器は平行配列に並び、つまり1つの容器のみの奥行きを深くできる。

照射：検出が1：1の場合、平行光路は検出器アレイの幅と長さの寸法、と光学検出したい各サンプル容器の所望の幅と長さにほぼ対応する寸法となる。隣の容器からの光の空間的な重なりの問題を避けるアレイの場合、照射：検出の倍率は好ましくは0.8〜1.5：1の範囲で、単一容器の場合0.5〜2：1の範囲である。

容器の壁とコアを通る光は、壁を出入りするとき、またコアに侵入および/又は出るときに屈折する。セル又はキャピラリーの長さを通る、又は真っ直ぐな壁のセル又はキャピラリーの断面を通る照射の場合、現れる壁とコアの光路はそれぞれの順番を維持する、つまり少なくとも容器の外壁から検出器までの距離dで、各パスが交差したり集束することは実質的にない。

本発明の一実施例では、アセンブリの容器は四角形の断面のキャピラリーを備えるマイクロデバイスであり、容器を通る複数の通路により光吸収を高めたファブリ・ペロー照射に適する。この場合、容器の壁の吸収ゾーン内をミラーコーティングで被覆することによって、光が進行方向左側の側壁から壁に対して90度未満の角度で容器のコアの吸収ゾーンに隣接する照射ゾーンに入り、光の少なくとも一部が反対側の壁に反射し、吸収ゾーン全体を繰返し内部反射して、最終的に反対側の壁から吸収ゾーンの末端に出る。壁パスを横断する光は並べ易いように同じく反射してもよいが、反射しないことが好ましく、露光リファレンスは通常どおり行われる。

壁が湾曲したセル又はキャピラリーの断面、例えば断面が円形のキャピラリーを通る照射の場合、現れる壁の光路は中央のコアの光路を中心にそれぞれの順番が反転する、つまり各壁パスが検出器まで距離dの範囲内で交差する。この場合、本発明の光学アセンブリは、容器を通る屈折パターンが壁光路とコア光路を空間的に分離することを特徴とする。好ましくは、アセンブリは壁パスとコアパスが前述のとおり空間的に分離するような、サンプル容器の各外径と内径、および容器の壁とサンプルの各屈折率を特徴とする。

好ましくは、容器の壁の屈折率は、コアに入れられるどのサンプルのバルク相の屈折率よりも大きい。好ましくは、壁の屈折率は1.34から1.59の範囲である。好ましくは、コアに入れられるバルク相のサンプルの屈折率は1.32から1.48の範囲で、さらに好ましくは1.32から1.38の範囲である。容器の壁の屈折率は、壁の一部、レンズなどとして容器の壁に屈折率がより高い材料を覆って、もしくはその他の方法で組み込んで変更してもよい。

好ましくは容器の外壁と内壁は追加的に、コアを透過する光が集束して、偏向しないビームパスをもつビーム、つまり入射する平行光と連続するビームパスをもつビームを形成するような形状および寸法とする。外壁の1箇所から壁に入って、外壁の別の箇所から出るサンプル容器の壁のみを通過する光は、偏向してもしなくてもよく、好ましくは偏向する場合、空間的に隔たる2クラスの光路が形成されるようにコア光路に対して拡散する。

コリメート光源を使い、サンプル容器とそれに入るサンプルの屈折率が分かっているために、容器の任意の点を通過する光路は、各壁に直角で平行な断面が四角形又は方形の容器が実質的に屈折せず平行に現れるよう選んでいれば、容器の外壁と内壁の形状と寸法がどのようなものでも予測できることは認識されよう。また断面が湾曲した又は環形の容器を通過する平行光は屈折角の傾斜で均一に発散又は収束して現れる。このため、対称性および/又は均一性の高い発現光路が作れ、前述したイメージングと露光リファレンスのために処理できる。

好ましくは、少なくとも1つのサンプル容器は透過光路を含む面に断面をもち、断面は四角形、湾曲した円形又は環形、あるいはその組み合わせであり、対称又は非対称であるが、好ましくは対称である。さらに、サンプル容器は、内壁および外壁が同じような断面又は形状でも、異なっていてよく、例えば一方が円形で一方が四角形でもよい。サンプル容器の断面の壁は連続していてもしていなくてもよく、例えば容器は開放型でも密閉型でもよいが、好ましくは密閉型である。密閉型の容器はその断面が連続した壁でも、別のシールや蓋を有する連続した下壁と側壁から構成してもよい。好ましくは、外壁は四角形の開放型又は密閉型、あるいは円形の密閉型で、内壁は四角形もしくは楔形の開放型又は密閉型、あるいは基本的に四角形でレンズ面として機能する内壁の部分がマイクロ凸面又は凹面、あるいはレンズ面として機能する外壁の部分が凹面、凸面、又は角柱形である。

好ましくは、サンプル容器の外壁と内壁の少なくとも1つが円形の断面をもち、それによってコアビームと壁ビームの屈折と空間的な分離を得るが、好ましくは外壁と内壁が同軸上の円形の断面をもつことによって、コアビームと壁ビームの屈折と空間的な分離が得られるような外径と内径をもつ環形の壁を画成する。

サンプル容器の寸法、屈折率および/又は容器から検出器までの距離は、容器の壁の素材と形状の性質およびコア内に入れるサンプルに応じて選択できるので、所望の屈折と空間的な分離が得られることは認識されるであろう。従って、装置はここでは数学的な関係ではなくフロー式で示される以下の特性の関係で定義される。

内径/外径＋屈折率（溶媒）＋屈折率（容器）⇒d_min/外径⇒d_min
ここで＋は空間的な関係ということで、適切な光線追跡ソフトウェアを使って計算して、容器とアセンブリの寸法値を得られるであろう。

具体的には、寸法と屈折率、例えばZemaxソフトウェア使って光線追跡が分かると、それを使って導き出すdmin/外径などの寸法間の関係を求めるグラフが作れる。円柱形の容器の断面と検出器の表面を示す概略図を図5に示す。ここで括弧に入れた記号は、内径（i.d.）、外径（o.d.）、外壁から検出器までの距離（d）である。好ましくは、例えば外壁と内壁の断面が円形で、水晶又はシリカから作るサンプル容器で、屈折率が1.325から1.345の範囲の溶媒では（例えば、典型的な逆相HPLC溶媒であるメタノール、水、アセトニトリルで得られる）、容器に入射する平行光を使ったコアビームと壁ビームの空間的な隔たりの最低距離は、表1の値から計算できる。例えば、内径/外径比＝0.50の場合、ビームを分離できるd/外径の最低値（コアビーム束と壁ビーム束の＞90％の隔たりとして定義する）は0.5である。実寸がこの基準に対応するキャピラリー、例えば内径が100μmで外径が194μmのキャピラリーでは、d/外径の最低値は0.5で、従ってdの最低値は100μmである。

出来るだけ内径/外径比を高くする利点は、d/外径の値を低くして、隣同士の容器の検出器の漏話を最小限に抑えることである。

最低値より大きいd/外径の値は許容できるが、値が大きくなるほど、容器の配置の接近に対する制約が増える。

コアビームと壁ビームの分離ができない状況がある。例えば、円柱形の容器の場合、大別して2種類の場合にこのことが起きる。まず、コアの素材の屈折率が低すぎる場合、例えばシリカ又はガラス製の容器中に空気を充填するときである（図6）。次に、内径/外径比が低すぎる場合、内径/外径比が0.2のシリカ又はガラス製の容器中に水を充填するときである（図8）。図8のキャピラリーの実寸は内径が75μmで、外径が364μmで、キャピラリー電気泳動で幅広く使われるタイプのキャピラリーである。図7に示すのは内径が同じであるが、外径がさらに小さく194μmで、ビームの分離が容易に達成される。

充填した円柱形容器の光学特性を考えると、屈折率と内径/外径の制約は相互依存関係にあることが分かり、各容器と内容物の種類についてそのことを念頭において、各ケースに応じてそのメリットを考えるべきである。

容器の内容物の屈折率が容器の壁よりも高い場合には、容器の外壁までの距離を現実にそぐわないほど近づけない限り、ビームの分離は不可能である。

現れる光路の追加光学素子に容器を結合して、空間的に分離したビームの種類の一方又は両方を集光もしくはその他の形で処理してもよい。

図Aに図示するように、壁w、コアcの容器1、2、3等の順番に出る発現ビームBの間隔を調整するために、各サンプル容器の間に固定又は可変スペーサを備えるアレイにしてもよく、例えばそこで各ビームがアレイ検出部位に対応する。
B1w、B1c、B1w、B2w、B2c、B2w、B3w、B3c、B3w・・・
そうしたければ、隣接する壁ビームを同時にしてもよい。
B1w、B1c、B1w/B2w、B2c、B2w/B3w、B3c、B3w・・・

ステップ構成による他のものも可能であるが、検出器の部位をより複雑に連結して読取らなければならないこともある。

スペーサは壁光路の全部もしくは一部を遮蔽するように設計された細長いフィルタ、又は壁光路を閉じ込められるように容器の壁の一部を遮蔽するフィルタから構成でき、いずれの場合もキャピラリー間の迷光と漏話を最小限に抑える。

そのためスペーサは、少なくとも1つのサンプル容器の支持手段として光学的に機能しながらも、スペーシングにも濾波にも適した素材なら何でもよく、例えば不透明ガラス充填ポリマーなどの適切な不透明素材とする。

サンプル容器は、透明なポリマー、ガラス、水晶、シリカ、例えば石英ガラス、又はその他の素材から作ることができ、好ましくは光学グレードをもつものとする。光学グレードのポリマーには、ポリジメチルシロキサン（PDMS）、ノルボルネンベースのアモルファスポリシクロオレフィン、ポリメタクリル酸メチルPMMAなどのシロキサンクラス、ポリカーボネート、並びにその他透明で可撓性のポリマーやフルオロポリマーがある。可撓性で透明なポリマーは、透明なPCTFE、ECTFE、ETFE、PTFE、PFA、FEP、又はPCDF樹脂などのUltem、ポリプロピレン、フルオロポリマーなどの透明な可撓性の管として市販されており、好ましくはフルオロポリマーTygon chemfluor367などである。

容器の壁は一部もしくは全体が透明であればよく、好ましくは全体を同じ素材にする。

前記キャピラリーは、押出加工したキャピラリー又はマイクロ加工したキャピラリーもしくはチャンネル、あるいはその他平行で細長い密閉コンジット手段なら何でもよい。キャピラリーは可撓性でも剛性でもよく、真っ直ぐでもその長さの全部もしくは一部が湾曲していてもよい。

キャピラリーアレイとマイクロチャンネルアレイは市販されている。キャピラリーアレイは典型的には引抜き又は押出しにより製造され、非常に均一な寸法で円形断面の中空コアを作る。マイクロアレイは典型的には工具から射出成形で製造し、四角形又は方形断面の中空チャンネルを作り、その後カバー層で光学的に密閉して、チャンネルが非常に精密な絶対的な再現性と、チャンネル設計の自由度の利点をもつ。

サンプル容器は、任意の数の容器のアレイの一部から構成でき、市販されるアレイには、8から1536個の容器が含まれ、好ましくは8から520のキャピラリー又は96から1536の壁、例えば8、12、16、24、32、48、又は96のキャピラリー、又は96、384又は1536の壁とする。

容器は、今後利用できる現在より数の多い容器のアレイの一部から構成してもよい。

レイヤードプラナー法で製作し、連続する面にデバイスのインターフェース素子を構成するマイクロアレイは信頼が得られつつあり、幅広く使われている。これには精度、再現性、製造し易さや製造の柔軟性の点で多数の利点がある。

容器は望むだけ仕切りをもつことができ、適切には融合させるか、又は隣接させる、あるいは間隔をあける。分離を小さくすると記録密度が高くなるが、分離を大きくすると容器間の干渉、特に光学干渉が減る。本発明の特に有利な点は、容器間の間隔を使用できることである。これは上記Yeung他の実施例では不可能で、例えば迷光を最小限にするために容器の分離を最小限にする必要がある。

容器は望む用途に応じて適切な長さと奥行きにすることができる。好ましくは、キャピラリー又はチャンネルの長さは2cmから2mの範囲、例えばマイクロチャンネルの場合は2.5から6cm、キャピラリーの場合は6から10cmの長さにし、より好ましくは10から60cmの範囲にする。長さが長くなるほどキャピラリー電気泳動の電圧がより高くなっても使用でき、分離が改善される。ミクロタイタープレート ウェルの場合、好ましい容器間の中心から中心までの空間は、2.25、4.5、9mmなど標準的なミクロタイタープレートのフォーマットに適合する。

好ましくは、容器は奥行きつまり内径を3μmから20mm、外径を4μmから30mmにし、より好ましくは奥行きつまり内径を9μmから3mm、外径を10μmから3.5mm、より好ましくは10から380μm、最も好ましくは奥行きつまり内径又は外径を200μm以下にする。容器の壁を適切な厚さにすることは本発明の光学特性にとって重要である。このことは内径が小さい容器に特に関係する。従って容器の内径つまり「ボア」は、所定の光学特性が得られるように選択し、容器の壁の素材を選択し、さらにそれに応じて適切な外径を判断する。内径（これ以降i.d.という）が20から250μmの範囲、例えば20、25、50、75又は100μmのシリカ製キャピラリーの場合、外径（これ以降o.d.という）は好ましくは100から380μm、例えば150、200又は360μmの範囲である。例えば、容器は内径が75から100μmで外径が194μm、又は内径が180μmで外径が364μmにできる。キャピラリー電気泳動で一般に使用される内径が75μmで外径が364μmの容器については、水溶性溶液で使うときにコアビームと壁ビームが分離できないので注意が必要である。シリカ製キャピラリーの場合、厚さは30から500μmの範囲、例えば30から150μmが適切である。内径の小さな容器は好ましくは壁の厚さを薄くして、最低内径対外径比を2から4、例えば0.25にする。

径の大きな反応容器を使う場合、同じ制約が当てはまるが、普通、内径/外径比はビーム分離が適切になる範囲になる。例えば、内径が20mmで外形が30mmのガラス製の反応容器の内径/外径比は0.67に等しく、一般的な溶媒のすべてでビーム分離が可能である（表1を参照）。ポリカーボネート製の反応容器で溶媒が水の場合、内径が0.33cmで外径が1.0cmが適切であろうが、外径を1.5cmにすると不適切となる。代表的なフルオロポリマー管であるTygon chemgluor 367の場合、内径が1/16インチ（1.6mm）で外径が1/8インチ（3.2mm）なので、内径/外径比が0.5になり、d/外径比が0.4より値が大きければ、つまりd＞1/20インチ（1.3mm）であれば、溶媒が水のときビームの分離が得られる。しかし、この管で溶媒をヘキサンにして使うと、容器の内容物の屈折率が壁の屈折率より大きくなり（屈折率の値は表1の脚注にある）、容器の外壁までの距離が現実にそぐわないほど近くならない限り、ビーム分離は不可能である。

サンプル容器は中身が空でも詰まっていてもよく、例えば固定相にしても、例えばHPLCの分野で知られるような適切な素材で被覆又はその他の形で構成してもよい。あれば適切な詰め物はバルク相のサンプル又は検出サンプルに含まれる溶媒に対応する屈折率をもつものである。

好ましくは、容器は圧力作用又は電気作用による分離で存在するカラムとキャピラリーを特徴とする内部と素子とを具備する。例えば、HPLC（圧力作用）又はキャピラリー電気クロマトグラフィー（CEC）（HPLCに相当する電気作用で、結合又は分配係数により、例えば疎水性の固定相を使って分離する）、ミセル界面動電クロマトグラフィー、さらに等電集束法の集束技術および濃縮技術（分子のサイズと形状とは独立した等電点によるIEF分離）、等速回転電気泳動（ITP）、キャピラリーゾーン電気泳動（電荷対サイズ比によるCZE分離）、ダイナミックフィールドグラジエントフォーカシング（DFGF、一定の流体力が電場の傾きに抵抗を受ける場合、これが荷電分子を現れる電気泳動易動度と検体、例えばタンパク質の選択濃度の順に集束できる）などのキャピラリー電気泳動（CE)がある。Huang and Cornelius, Anal. Chem., 1999、71,1628-1632の「デジタル制御方式電気泳動集束法」を参照。

サンプル容器と検出器の距離dは、空間的に分離した光路を検出器部位に結合し易いようになど適切なものにする。適切なのは、分離は容器の外径と光路の分離度の関数であり、好ましくは10未満のd/外径比によって決まり、例えば0.5から5の範囲、好ましくは0.5から1の範囲である。具体的な利点は、本発明の光学アセンブリは分離dが約50から360μm、例えば200μmのキャピラリーで使用するとき、極めて小型の構造にできる。値dが小さくなるほどアセンブリはより小型に強くなり、検出器の透過光ビームの強度が強くなるので、このことは特に有利である。分離dは、介在する光学素子の有無に関係なく、好ましくは介在する光学素子なくして、前記シーケンスで空間的に分離した光路を結合するのに適する。

市販のアレイ検出システムは多数あり、例えば一般的に利用されているフォトダイオード、さらに最近になって利用できるようになった電荷結合素子（CCD)や、例えば相補型金属酸化膜半導体（CMOS）などのアクティブピクセルセンサ（APS）がある。

そのため好ましくは、本発明に従ったアレイ検出器は、固体センシングデバイスから、より好ましくはCCD、CID、又はCMOS APSから構成する。

検知ゾーンは望みの面積とすることができ、1対1の画像に対応させて、光路に直交する面の容器又はアレイの断面にほぼ等しいゾーンの寸法にするのが適切である。検出ゾーンは一又は複数のアレイ検出器から構成してもよい。

ゾーンのサイズを小さくすると雑音が増えて感度が落ちるが、コストを安くできる。好ましくは装置は、比較的小型デバイスの雑音が最少で感度が最高のCCD、例えば1024×256画素のCCD（MAT CCD30-11）を具備する。

本発明の装置で使用するCCDは、どの寸法でも22から5000以上の画素を有し、好ましくは256、512、770、1152、2048又は4096画素で、画素サイズは7から35μm、好ましくは20から30μm、さらに好ましくは22から30μmである。好ましくは、CCDはキャピラリーあたり3から28画素、例えば10画素、又はウェルあたり30から2500画素、例えば100画素を有する。画像領域外の画素は好ましくは読み出し時間を短縮するためにデジタル処理しない。

市販されるCCDはスタッドを内蔵でき、普通CCDのサポートパッケージにはめ込まれるCCDの表面を保護し、画像の質を維持する。好ましくは、スタッドは入射光を吸収して異なる波長で再放出するコーティングを具備して、UVを可視光に変換し、CCDによる検出を可能にする。コーティングは例えば発光体コーティングである。発光体コーティングはスタッド又はスタッドとキャピラリーとの間に挟むカバースリップに直に塗布して、スタッドを交換しなくてもカバースリップの交換で、必要に応じて発光体を切り換えやすくする。

各カメラは、制御手段、好ましくは適切な画素読み取り速度を提供でき、適切なのはMHzの位数、好ましくは4又は5MHz以上の処理制御手段にインターフェースする。

好ましくは、処理手段は信号電流（1秒あたりの光電子数）を増やすためにオンチップ電荷ビニング手順の選択と読み出し用の領域の選択のためにプログラミングする。さらに、処理手段はカメラの読み出しを制御し、データを収集、蓄積、および分析する。

動的サンプル検出用のコンジットサンプル容器を具備するアセンブリの場合、好ましくは装置はピーク検出とパラメータ表示/特性表示の最適にするために、またできれば装置とシステムの閉ループフィードバック制御などの自動システム管理のために、リアルタイム信号処理で操作する。例えば、フィードバックには検出ウィンドウでの初期観察後のフローの停止又は減速を含めて、サンプルを検出器ウィンドウに留めて、データ収集や信号対雑音の改善の時間を長くしたり、容器の長さに沿った検出をし易くできるであろう。

流速は電場の調整により（キャピラリー電気泳動の場合）、又は圧力調整により（液体クロマトグラフィーの場合）、又はこれらの組み合わせにより制御できる。遠心力で誘導される流れの場合、流速制御は角速度の調整により行う。

適切には、アセンブリは検出ウィンドウ内にサンプルがあるかどうかを検出する手段と、ウィンドウの中心に移動してきたところを検出したときに電圧を切るためのフィードバック制御手段とを具備する（図13を参照）。フィードバック制御手段は適切には、時間の関数として拡散によるサンプルのピークがその後広がるのをモニタリングする手段と、時間の経過とともにピークの分散の変化を分析して、拡散係数を決定し、検体の流体力学的半径の導き出すための手段と、ある場の強度においてウィンドウに届くのにかかる時間から求めた易動度を合わせて、検体の電荷を導き出すための手段とを有する。ガウスによるピークの畳み込みでピークの広がりのガウス成分を抽出できるので、制御手段はピークの開始形状がどのような形でも作動できる。本発明のアセンブリで得られるデータの質は、拡散係数が3分未満の優れた精度で測定できるようなものである。このアセンブリを使って、拡散係数、タンパク質、DNA、および多糖類など大小いずれの分子のサイズと電荷を測定でき、また分析用超遠心分離法のより単純な代替法となる。

別の方法として、閉ループフィードバックは、切換弁に指示を出して、切換時間を制御するために、ピーク認識・意思決定支援ソフトウェアなどの手段を有することができよう。このようなソフトウェアで断片の収集ができ、又は断片を、例えばエレクトロスプレーインターフェースを介して質量分析計に、もしくはNMR分光計向かわせる。弁の前後の流れを観察するための手段が、切換手段の検体の切換や効率の質をモニタリングできる。閉ループフィードバック制御の簡単例を図14に示す。好ましくは、アセンブリはキャピラリーを2箇所の別々な光路に配置して、2組の空間的に分離した透過光路を、間に切換弁を置いた2個の検出器又は検出器の2箇所のゾーンに連結することによって、適切なスイッチの後に検出器を2度目に通過するときにもう一度溶離剤をモニタリングして、切換プロセスの効率をモニタリングできるようにする。視覚化するために、検出器を通る切換弁の出力を増やすという方法もある。

閉ループフィードバックは、例えば1つのキャピラリーアレイの中の複数の容器のサンプルの速度を制御して、連続的に出口時間を調整したり、又は様々なキャピラリーのサンプルを共通の出口手段に同時にまとめる方法を含めてもよい。速度は電圧や圧力、例えばポンピングの流量を調整して制御でき、また切換デバイスで操作できる。速度は、サンプルに行うことになっているイベントやサンプルに加えることになっているイベントに合わせるために、所望のタイミングでサンプルの流れを停止することもできる。その後の断片の収集や分析のため、例えばキャピラリー束の出力をエレクトロスプレーによって質量分析計と、又はNMR分光計などにインターフェースするために、出口制御を行ってもよい。

好ましく制御ループフィードバックは、キャピラリーの長さに渡って電位差を生むため、および/又は印加電圧を変えてサンプルの移動を制御することによって提供される。例えば、信号雑音比を改善するために速度低下又は停止したり、質量分析計などのサンプル収集手段に乗り換えるある地点にサンプルが到着する所望のタイミングを得るためにサンプルの移動の時間調整をする。システムは圧力差やポンピング、電場ドライバ、カラムの切換などがあっても機能できる。そのため好ましくは、キャピラリーはその両端又は検出ゾーンもしくは各検出ゾーン付近にその長さに沿って電極、弁、又は圧力調整器とともに、電極を制御する回路又はポンピングを制御しやすくする回路を具備する。電圧制御移動の場合、好ましくはサンプル容器は緩衝液の供給に接続し、高い側が接地に対してプラス又はマイナスのいずれになってもいい場合、電場を緩衝液の供給とサンプルの導入がキャピラリーの電位の高い側になるように構成する。

本発明の別の側面では、業界で周知のカラム又はキャピラリー分離デバイスとともに使用する光学アセンブリモジュールを提供し、容器がキャピラリー又はカラムであり、一端がカラム又はキャピラリー分離デバイスのアウトレットに挿入するためのインターフェース手段を具備し、任意で他端に分析手段のインレットへの挿入を可能にするインターフェース手段、もしくは両端にキャピラリー又はカラムの長さに沿って挿入するためのインターフェース手段を具備する。カラム又はキャピラリーの長さに沿って挿入するためのモジュールは一般的に、分離デバイス又はインターフェース手段が滑らかな流れを作り出せるような、カラム又はキャピラリーの内径と外径が一致する部分をもつ。

本発明の別の側面では、キャピラリー又はカラムに、前記適切な内径、外径、および屈折率をもつ部分付近に配置するのに適した光学アセンブリクリップオンデバイスを提供し、分離デバイスのキャピラリー又はカラム付近に配置するための手段を具備する。任意で、キャピラリー又はカラムは質量分析計に挿入するアウトレットをもち、その場合クリップオンはできるだけ質量分析計の近くに配置する。クリップオンの場合、分離デバイスのキャピラリー又はカラムは、本発明の方法の操作をやりやすくするために、表面のコーティングを剥がしてもよく、それによってキャピラリー電気泳動やマイクロボアHPLCの部分などのコーティングのないキャピラリー又はカラムは、アセンブリのサンプル容器を提供する。

本発明の別の側面では、化学反応又は合成および分析するための装置、又はサンプルの分離又は搬送するための装置を提供し、装置は前記光学アセンブリを具備する。化学反応容器自体を円柱形にすると、反応は時間の関数としてバッチフローモードでモニタリングされ、例えばクエンチング試薬の添加剤、温度変化、又は容器の内容物の搬出により、反応を停止するためにフィードバック制御を使用することになろう。別の方法として、反応容器を筒状にして、連続フローモードで使用できよう。装置は、一又は複数の試薬を少なくとも1つのサンプル容器に入れるための複数の手段とともに、少なくとも1つのサンプル容器内で所望の化学合成反応を起こすように反応条件を調整するための手段を具備する。又は少なくとも1つのサンプル容器に動的にサンプルを出し入れするための手段とともに、容器の端に圧力差又は電位差を加えるための手段と、少なくとも1つのサンプル容器内で分離を行うための緩衝液などの分離媒体を供給するための手段を備えてもよい。又は分離したサンプルを動的に分析するために、前記少なくとも1つのサンプル容器のインレット側とインターフェースするアウトレットをもつ当業界で周知のクロマトグラフィーのカラムなどの分離手段を備えてもよい。

本発明の別の側面では、前記光学アセンブリの少なくとも1つのサンプル容器のコア内に入れる少なくとも1つのサンプルを透過する光を検出するための方法を提供し、一又は複数の実質的にコリメート光源を有する容器を照射するための工程と検出器で透過光を検出するための工程とからなり、透過光を少なくとも2つの光路に空間的に分離し、容器の壁のみを通過する壁パスを、壁とコアとを通過するコアパスとは空間的に分離し、さらに空間的に分離した光ビームをアレイ検出器の個々の検出部位に連結する。適切には、方法は、装置の特徴と上記概説した実施例に対応する特徴又は実施例とからなる。

好ましくは、この方法は、例えばハイスループットスクリーニング（HTS）又はプロファイリング、又は酵素アッセイなどのアッセイのためのサンプル分析において、サンプルから光を検出するための方法であり、製薬、バイオメディカル、バイオサイエンス、医療、農芸化学、獣医学、工業、環境、素材などの分野で、容器に入れたサンプルの検出、分析、特徴分析、および定量化をするために、また任意でその分離した成分をさらに収集するために使用する。特にコンビナトリアルケミストリーにおいて、また病院又は手術用の血液検査やその他のアッセイで、業界の品質管理、環境残留農薬レベルのモニタリングなどで、メタボロミクス、プロテオミクス、又はゲノミクスにおいて、アッセイやハイスループット分析アプリケーション、典型的には高感度分析、分離および/又は定量化研究において、例えばクロマトグラフィーや電気泳動、特にカラムクロマトグラフィー、キャピラリー電気泳動をリアルタイム又は分離後分析で使用する。

この方法は、静的又は動的なサンプルから光を検出するための方法でもよい。一般的には、静的サンプルは前記両端を密閉したサンプル容器に入れられ、より一般的には例えば前記ミクロタイタープレート又はウェルプレート又はサンプルプレートの複数の容器のうちの1つであるセル又はウェルの形態の容器に入れられる。酵素アッセイ又はその他マルチサンプル分析から誘導するサンプルは、検出のためにこの形にできる。

ある実施例において、この方法は単キャピラリー又は多重キャピラリー吸光検出のための方法であり、キャピラリーの作用、圧力、ピペッティングなどにより溶媒の後にサンプルをキャピラリーに注入するための工程と、サンプルと溶媒の透過の差を検出するための工程と、サンプルを処分又はサンプルを源に吹き戻すための工程とからなる。この方法は、マイクロリットル未満の少量のサンプルで吸光測定を行うためのバイオサイエンスで便利である。酵素アッセイは容器に入る1又は2本の流れで実施でき、酵素アッセイのために、普通はプロファイリングにおいて、時間依存の変化を検出する。

動的サンプルは典型的には電気作用又は圧力作用であり、キャピラリーにサンプルを流すためにインレット側とアウトレット側を有するキャピラリーなど、前述のように両端が開放型のコンジットタイプの容器の中に存在し、キャピラリーは前記単一のキャピラリーでもキャピラリーアレイの一部でもよい。ハイスループットスクリーニング又は分離や搬送技術から誘導するサンプルは、検出のためにこのように提供でき、そのうち分離技術から誘導したサンプルは光透過の検出と同時にキャピラリー内の分離に利用でき、あるいはカラムクロマトグラフィーなどの分離方法で分離でき、光透過の検出のためにカラムから分離したサンプルの流れを直にキャピラリーに連結する。

好ましくは、動的サンプルを検出するための方法は、HPLC（圧力作用）又はキャピラリー電気クロマトグラフィー（CEC）（HPLCに相当する電気作用で、結合又は分配係数により、例えば疎水性の固定相を使って分離する）、ミセル界面動電クロマトグラフィー、さらに等電集束法の集束および濃縮技術（分子のサイズと形状とは独立した等電点によるIEF分離）、等速回転電気泳動（ITP）、キャピラリーゾーン電気泳動（電荷対サイズ比によるCZE分離）、ダイナミックフィールドグラジエントフォーカシング（DFGF、一定の流体力が電場の傾きに抵抗を受ける場合、これが荷電分子を見かけ上の電気泳動易動度と検体、例えばタンパク質の選択濃度の順に集束できる。Huang and Cornelius, Anal. Chem., 1999、71,1628-1632の「デジタル制御方式電気泳動集束法」を参照）などのキャピラリー電気泳動（CE)などの圧力作用又は電気作用分離から適切に選択した、業界で周知のカラム又はキャピラリー分離の方法である。その他の電気作用の技術も知られており、又は今後開発されるかもしれない。

分子を電気泳動により分離するための方法である方法は、前述したように、緩衝液供給に接続するキャピラリー又はチャンネル内のアセンブリ、モジュール又はクリップオンで行う。キロボルト範囲の電場をキャピラリー又はチャンネルの両端に加えて、分子を移動させる。一般的にサンプルは電場の影響下で高電位側に導入されて、チャンネルの低電位側に移動する。吸光分析はキャピラリー又はチャンネルの長さに沿って行っても、アウトレット付近で行ってもよく、キャピラリー又はチャンネルの長さで起こるプロセス全体もしくはその結果を観察できる。

動的検出の別の用途は、屈折率の変化を測定する場合である。キャピラリー軸に直交するコアビームの照射パターンを高い空間分解能で分析することにより、検出器はキャピラリー内の溶媒の屈折率の変化をモニタリングできる。これによって2つの溶媒を区別できるであろうし、さらに2種の溶媒の混合液において傾斜溶離を行っている間、直接移動相の組成をモニタリングできるであろう。必要なら、キャピラリー軸に直交する方向の倍率を用いて、移動相の組成の分解能を高めることもできよう。これはHPLCでは利点となるだろう。溶媒の屈折率は温度に依存することがあるため、検出器の温度を上昇させるヒートパルスを加えて、キャピラリーHPLCの移動相の速度を判断することもできよう。

マルチキャピラリー吸光検出の別の用途は、pΚ_aを素早く測定することである。ここでは、サンプル溶液のアリコートをある範囲のpH値をカバーする、典型的には2から12の範囲までの1組の緩衝液に混ぜて、次にすべての混合液を個々のキャピラリーに、緩衝液の次に緩衝液とサンプルの混合液を順番に導入する。酸と塩基の状態が異なる吸光度をもつ一又は複数の波長で測定を行うことにより、pHの関数としてすべてのキャピラリーから得た吸光度結果を処理してpΚ_a値を求める。適切な非吸収又は吸収の弱い無機緩衝液を使えば、これはカルボキシル基やアミン基などの一般的なすべての滴定可能な官能基を含有する有機化合物又は生体化合物に、100ミクロモルまでの濃度で適用できる。このことは、例えば製薬業界やハイスループットスクリーニングにおいては利点となる。

本発明は分子量が15から500程度の小さな分子のサンプルに対して特に利用されるが、ポリマー、タンパク質、DNA、およびその他の生体分子など分子量が500から10⁶程度の大きな分子のサンプルに対しても使用できる。本発明は、サイズが小型のためある実施例では特に有利である。臨床生物化学研究室の必要なく、例えば色素アッセイとして、サンプル分析のために病院などで利用するために採用できる。血液サンプルで血液検査を行うことがあるが、現在は研究室で赤血球と血漿に分離するために遠心分離している。本発明のアセンブリは、遠心分離の前後どちらでも、例えば血漿部位に試薬を添加して、その反応を観察することによって、赤血球と血漿を検出するために使用できる。

別の実施例では、多重波長検出で、キャピラリー又はチャンネルの長さに沿ってある波長範囲での検出ができる。

好ましくは、この方法は、容器に起こる何らかの形質転換もしくはイベントを可能又は許容して、そのイベントを画像取得する方法である。イメージングは形質転換もしくはイベントの最後、又はその間中行うことができる。あるイベントの間ずっとイメージングするには、容器内のサンプルの移動とタイミングを合わす必要があり、好ましくは前記制御ループフィードバックを用いて、所望の位置又はイメージングする間隔で容器内のサンプルの移動を停止する。

例えば、この方法は、生体医学、生物科学、医療、農芸化学、獣医学、製薬、工業又は環境目的で化学反応を観察するための方法になることができ、インレットとアウトレットで複数の検出を行え、反応生成物をすべて回収したことを確かめるために排出物でも行える。湾曲したキャピラリーの形の容器でも反応を行えるため、一般的な光源や検出器を使って複数の位置での検出がし易い。

別の実施例では、この方法は、製薬業界で一般的に行われるように、ミクロタイタープレートに保存したジメチルスルホキシド（DMSO）などの溶媒に検体を入れて、製薬実験のサンプルを検出するための工程からなる。本発明の方法は、これ以降明記する容器アレイとしてミクロプレートアレイそのものにあるサンプルか、又はシングルキャピラリーもしくはキャピラリーアレイとして一又は複数のキャピラリーに一部を導入した後でサンプルに行うことができる。9mm未満、好ましくは約300μm以下の短いパスを使用すると、DMSO溶媒により光を全部吸収しなくてもUV吸光検出ができる。

別の実施例では、この方法は、例えば分配係数など物理化学特性を測定するための方法で、第1溶媒に入れた検体のサンプルを、混合しない第2の溶媒とともに、例えばそれぞれ水とオクタノールとともに容器に入れるための工程と、混合しない2層の間を移動する検体を観察するための工程とからなる。特に有利な点は、本発明の方法は溶媒の相のイメージングもできることであり、そのためそれらの界面も見える。

別の実施例では、本発明は、例えば比較分析のために、各容器に別々のサンプルを入れてそのハイスループット分析をするために、複数の容器から光を検出するための方法となることができ、又は各サンプルから所望の成分を組み合わせるために、大量、高流速、もしくはその他のバルク上流プロセスから得た同じサンプルを各容器に入れて検出する大量注入方法となりうる。大量注入法は、例えば1つのキャピラリーに入れることもできるが、その後1つの検出器として効果的に機能するキャピラリーアレイに投入するのに適した量を超える流量の1つのHPLCからの出力を導くための工程からなる。例えばこの方法は、マイクロボア液体クロマトグラフィーのカラムに出入りするサンプルに存在する検体を検出するための工程からなり、カラムはミリメートル範囲までのミクロン範囲の径にすることができる。複数の容器又は容器のアレイに大量注入すると、大きなボアの1つの分離チャンネルから1つの容器で大量に行うよりも、分離の分解能が高くなり、潜在的には検出感度が高くなる。さらに、標準的なHPLCセルよりも、キャピラリーのアレイのパス長を短くできるため、前述のとおりより短い波長で操作できる。

DFGF又はマルチ検出方法での検出方法は好ましくは前述のフィードバック制御を採用する。

好ましくは、この方法は前述のとおり範囲を選択した一又は複数の波長から構成される平行光で少なくとも1つの容器を照射するための工程からなる。特に有利な点は、照射をある時点で1つの波長のコリメート光源で行うので、光学検出の結果の読み出しが簡単になることである。

前述のサンプルは、不活性液又は不反応液体などの液体相の溶媒もしくは共溶媒とともに、溶液中で適切に液体相又はゲル相で存在する大小関係なく一又は複数の分子をもつサンプルならなんでもよい。溶媒又はゲルは前述した範囲の屈折率をもつことができる。ただし適切には、これらサンプルはサンプル容器の壁の屈折率より低いが、同程度の屈折率をもつことを特徴とし、それによってサンプルは一般的な収束光路を提供する。そのため好ましくは、サンプルは検出する分子の溶液又は懸濁液を、水、アルコール、アセトニトリル、ヘキサン、ジクロロメタン、アセトン、DMSO並びにその他一般的な溶媒および共溶媒、その混合物から選んだ溶液又は懸濁媒体に入れたものである。あるいはサンプルは、セルロース誘導体（例、ヒドロキシプロピルセルロース）や合成ポリマー（例、ポリエチレンオキシド）などの例えば交差結合しないポリマー溶液のゲル状にして準備してもよい。

好ましくは、本発明の方法は、分析するサンプルを選択するための工程と、所望のサンプル成分で吸光度が最も強くなる個々の波長を決定するための工程と、サンプルを入れて照射したときに前述した空間的に分離したビームが出る適切なサンプル容器を選ぶために、サンプルの屈折率を点検するための工程と、又は光学素子、フィルタなどと、アレイ分離を検出して空間的に分離したビームを検出器アレイの独立した部位に結合するための適切な容器とを選択するための工程とからなる。

サンプルは前述した少なくとも1つのサンプル容器に、周知の方法、例えば注入、ループ注入、ピペット、流体静力、界面動電などの注入技術によって導入でき、注入、エレクトロスプレー又はその他のインターフェースなどの周知の方法でソフトウェア分のために容器から取り出すことができ、又は保存のために別の容器や質量分析計などの下流識別手段に移し替えることができる。

検出された光は、前記アレイ検出器の個々の検出部位に連結する。前記少なくとも1つのサンプル容器は、コア検出器の部位が少なくとも1つのコア容器からのコア光路に対応し、周辺の検出器の部位が容器からの周辺の壁のポイントに対応するように、複数の検出器部位に連結する。好ましくは、この方法は検出手段で検出した透過光を、例えば当業界で周知のCCD画像の形でイメージングするための工程からなる。好ましくはこの方法は、検出手段で検出した光を露光リファレンスによって参照するための工程からなり、コアビームの強度と壁ビームの強度の比は、光源のゆらぎによる過剰な雑音又はフリッカー雑音を排除しながら、各部位でのサンプル強度の値を提供する。

従ってそのためこの方法は、少なくとも1つのサンプル容器を少なくとも3箇所の検出器部位、好ましくはミクロン位数の径の1サンプル容器について3から25箇所の検出器の部位を連結するための工程からなり、部位は相対的な壁とコアのビーム幅に応じて例えば1：1：1から5：15：5又は8:9:8を配分できる。また、cm位数のサンプル容器の場合、1サンプル容器あたりの画素量が30から2500、例えば相対的な壁とコアビームの幅によって5：20：5又は10：10：10又は500：1500：500又は800：900：800の比率を配分できる。この方法は、当業界で周知のとおり信号強度を高め、雑音を減らすために画素総和法などを含めてもよい。

好ましくは、この方法は、その後当業界で周知の方法で種を吸収する量を示すサンプル容器の種ごとに光の吸収量を測定するための工程を含め、サンプルが存在するときとしないときに光の強度を測定するための工程からなる。特に有利な点は、本発明に従った測定は、壁ビームとコアビームの光の強度を測定するだけでよいことである。サンプルがないときに測定した値と合わせて出した比率の対数は、ベール・ランバートの法則に従った吸光度を提供する。

吸光度は、例えばCCDのスナップショットとして画像取得できる。ただし好ましくは、この方法は検出を複数の有限の枚数、例えば1秒あたり5枚で記録し、静的な事例の場合には枚数を直接重ね合わせ、又は動的なサンプルの場合には時間をずらして重ね合わせるようなスナップショット検出のための方法である。従って、個々の画像は限られた情報を示すため、検出アレイは好ましくは編集して例えば電気泳動図の形のグラフ表示に変換する生データを提供する。

本発明の別の側面は、例えば前記アレイでの例えばハイスループットスクリーニング（HTS）、又はプロファイリング又は酵素アッセイなどのアッセイのためのサンプル分析において、前記光学アセンブリ、方法、および装置の用途を提供することである。また、製薬、バイオメディカル、バイオサイエンス、医療、農芸化学、獣医学、素材、工業、環境などの分野で、容器に入れたサンプルの検出、分析、特徴分析、および定量化をするために、また任意でその分離した成分をさらに収集するために使用する。特に、コンビナトリアルケミストリー、メタボロミクス、プロテオミクス、又はゲノミクスにおいて、アッセイやハイスループット分析アプリケーション、典型的には高感度分析、分離および/又は定量化研究において、サンプル分離のために、例えばクロマトグラフィーや電気泳動、特にカラムクロマトグラフィー、キャピラリー電気泳動をリアルタイム又は分離後分析で使用する。病院や手術の血液検査およびその他のアッセイ、工業品質管理、環境残留農薬レベルのモニタリングなどで使用する。

ここで本発明を、以下の例と図を参照しながら非制限的に例示する。

図Aは、本発明の光学アセンブリのキャピラリーアレイタイプの容器と検出手段の立面図を示す。
図1は、平行キャピラリー吸光検出のための本発明の装置の概略図を示す。
図2は、円柱形で球面の石英ガラスレンズ素子を使って、1mm径の石英ガラス光ファイバ（N.A.＝0.22）からの光出力を用いた方形のCCD領域（26.6×6.7mm）のコリメート照射を示す。
図3は、本発明の光アセンブリのCCDおよび容器構成を示す。
図4は、4つのキャピラリー（内径100μm、外径194μm）の〜3mmを示す1つのCCDスナップショットの一部を示す。画像取得する総面積は6.7×26.6mmである。キャピラリーの内容物は、1.空気、2.水、3と4.はインク溶液である。
図5は、水を充填したキャピラリー、内径100μm、外径194μmを通る光路を示す本発明に従った光ビーム光線追跡図を示す。暗い光線はキャピラリーの中心の水を通過する光を表し、明るい光線はキャピラリーの壁だけを通過する光を示す。点線は光ファイバーのスタッド面の大体の位置を示す。
図6は、空気を充填したキャピラリー、内径100μm、外径194μmを通る光路を示す本発明によらない光線追跡を示す。
図7は、水を充填したキャピラリー、内径75μm、外径194μmを通る光路を示す本発明に従った光線追跡を示す。
図8は、水を充填したキャピラリー、内径75μm、外径364μmを通る光路を示す本発明によらない光線追跡を示す。
図9は、内径100μmの4つの平行キャピラリーそれぞれに注入した〜16nLの100マイクロMの4-ニトロフェノールの電気泳動図を示す。キャピラリーの長さ：全長500mm、検出器まで300。分離電圧：5000V。緩衝液：リン酸ナトリウムpH7.5（15mMナトリウム）。
図10は、キャピラリー間の漏話補正後の100マイクロMの4-ニトロフェノールの電気泳動図を示す。
図11は、各キャピラリーに注入した〜16nLの1マイクロMの4-ニトロフェノールの電気泳動図を示す。
図12は図11に図示する4つの線の平均をとって作成した電気泳動図を示す。
図13は、キャピラリーに注入し、CEにより検出ゾーンに移動するローダミン700のサンプルについて、CCDでレーザー誘起蛍光法によって画像取得したピークイメージングと分散を示す。電圧を切って（デルタt＝0のとき）、拡散によるピークの広がりを1800秒間モニタリングする（上）。ピーク分散の変化を対時間でプロット図に示す（下）。
図14は、閉ループフィードバック制御に可能な構成の概略図を示す。液体クロマトグラフィーシステムからの出力を、エリア検出器を最初に通過する間モニタリングする。ピーク認識・意思決定支援ソフトウェアが切換弁に、収集のために、又は例えば質量分析計のインターフェースに適切な断片を向かわせるよう指示できる。適切に切り換えた後、切換プロセスの効率をモニタリングできるように、２回目に検出器を通過するとき、溶離剤をもう一度モニタリングする。別の方法は、視覚表示するために検出器を通過する切換弁からの出力を増やすことであろう。
図15は、検出面から260μmの位置にある内径75μm、外径194μmのキャピラリーのコアを通過する光が作るキャピラリー軸に直交する照射パターンを図示する。プロットは水とアセトニトリル（20℃、ナトリウムD線）を入れたキャピラリーについて示す。照射パターンの違いで、傾斜溶離中の移動相の組成を直接判断できるであろう。44℃のアセトニトリルは水が20℃のときと同じ屈折率をもつ。検出器の上流にヒートパルスを加えて、移動相の速度を判断するにもこれと同じアプローチが採用できるであろう。
図16は、CEや吸光度など、本発明に従った吸光検出のために、本発明の光学アセンブリのクリップオンデバイスを大体の寸法で示す図である。本発明のモジュールデバイスは、例えばマイクロLCから質量分析計までキャピラリーを挿入するためのインターフェース手段を有するキャピラリーから構成すると、違ったものになるであろう。

例1
図1に実験の装置を示す。75Wのキセノンランプからの出力を1mm径の1本の石英シリカファイバーに向ける。ファイバからの光の出力を、円柱形で球面の石英シリカレンズ素子（図2）を使って成形、コリメートして、CCDの方形の領域を照射する。使用するCCDチップはEEV CCD30-11であり、York Electronics Centerが設計、製造したシステムで温度調整し制御する。それぞれ26μm平方の1024×256の能動画素をもち、総作用面積は6.7×26.6mmである。CCDチップはCCD表面を保護する光ファイバースタッド（表面板）をもつ。光ファイバースタッドはUV透過性ではないため、スタッドの表面にUV発光体をコーティングして、検出器をNIRから200nm未満までの幅広い範囲の波長に反応させる。CCDに蓄積する電荷を一連のスナップショットで読み出す。また、画像のスメアーを防ぐために、チョッパーで読み出し期間中CCDが照射されないようにする。装荷率50％で、照射率5Hzを用いる（照射100ミリ秒と読み出し時間100ミリ秒）。各スナップショットから14ビットのデジタル処理した1024×256画素の画像を得る。

キャピラリーの理想的な構成は、260μmの間隔をあけて（1キャピラリーあたり10画素）CCDの短軸に平行に並べることであろう。102個のキャピラリーまでこの構成でできるであろうが、標準的な96枚のウェルプレートからサンプリングする場合に使用する数に適合させるには理想的である。間隔とは各キャピラリー間の66μmのすき間を意味し、これによりキャピラリーがきつく詰め込まれた現在の構成よりも、CCDに届く基準光が増えるであろう。この構成から露光リファレンスを高めて、キャピラリー間の漏話をより少なくなるはずである。

キャピラリーのイメージング
実証実験において、図1から3に示すように、4つの石英ガラス製キャピラリー（内径100μm、外径194μm、長さ500mm）をCCDから約200μm上に、CCDの長軸に平行に横並びに置いた。画像取得するキャピラリーの部分はインレット側から273.4から300.0mmの部分であった。図4に、空気、水、そして最後の2つをインクで4つのキャピラリーを満たして撮影した1枚のスナップショットの一部を示す。レンズも他の光学機器もないアセンブリで優れた参照が見られる。キャピラリー1と2の比較から、キャピラリーコアを通過する平行光は、キャピラリーが水で満たされているときに収束して、背景よりも明るい線が出ることが分かる。図5と6に、水と空気を充填したキャピラリーを光がどのように通過するかを詳細に示す。また、充填キャピラリーの場合、キャピラリーコアを通過する光とキャピラリーの壁しか通過しない光とが、CCD上でははっきり分離していることも分かる。このことを図4で確認してみると、水を充填したキャピラリーとインクを充填したキャピラリーの画像は際立った違いが観察される。外径の小さなキャピラリーを使うことが重要である。図7には、ここで使用したのと同じ外径194μmであるが、内径はより一般的に使用される75μmのキャピラリーを使用しても、良好な結果が得られることが示されている。しかし、キャピラリー電気泳動で一般的に使用される外径364μmのキャピラリーは適切ではないであろう。図8には、空気と石英シリカの界面の半径を大きくすると、キャピラリーコアを通過する光を十分に集束せず、キャピラリーの壁しか通過しない光から空間的に分離しないことを示している。実験中、CCD全体からの画像を撮影ごとにコンピュータに読み込んだ。この実験の場合、32×1024画素の領域が4つのキャピラリーの画像を含んでいたが、残りは廃棄されて、コンピュータのメモリに保存した。このデータをさらに、4つ下のキャピラリー長のグループの画素の値とまとめて加算して還元して、各スナップショットについて合計32×256の能動画素を得た。各能動画素は解像度16ビット、寸法26×104μmである。

露光リファレンス
検出器から最善の性能を得るためには、露光時間の変動とショット雑音を超える光源の強度の変動を考慮する必要がある。これは普通二重ビーム構成を使って得られるが、サンプルを通過しない光源からの光の部分をモニタリングして、基準として使用する。この基準とサンプルを通過する光の比率を用いて、吸光度を計算する。この実験では、キャピラリーの壁だけを通過してCCDにあたる光を基準として使用する。イオン状の4-ニトロフェノールの電気泳動を用いて、検出システムの性能を試験した。中心波長が405nmで、帯域が10nmの光学フィルタを光ファイバへの入力側に置いて、pH7.5のときの4-ニトロフェノールの吸光波長と一致させた（吸収係数、ε₄₀₅＝1700m²モル^-1）。どの画像の画素を「基準画素」として使用し、「サンプル画素」としてどれを使用するかを決めるために、水を充填したキャピラリーのスナップショットを、4-ニトロフェノールの1mM溶液を入れたキャピラリーのスナップショットと比較した。平均パス長はπd/4＝79μmである。これはこの溶液の関して吸光度0.13AUに対応する。4-ニトロフェノール溶液の存在下で吸光度＜0.02に対応する信号の減少を示した画素を基準画素として使用し、＞0.1のものをサンプル画素として使用した。

キャピラリー電気泳動とデータ処理
一連の平行キャピラリー電気泳動実験は、pH7.5のリン酸ナトリウム緩衝液（15mMナトリウム）を使って、緩衝液に4-ニトロフェノール溶液を入れてその希釈液に行った。すべてのキャピラリーのインレット側をアウトレットバイアルの緩衝液の液面から2cm上に維持したサンプル溶液に15秒間差し込みながら注入を行った。サイホンを使って各キャピラリーに注入した量は約16nLとなるはずである。インレットバイアルに+5kVの電圧を印加して、電気泳動を行った。電気浸透流で、アウトレットで接地した陰極に検体を確実に移動させた。実験中スナップショットのデータをコンピュータのRAMに蓄積して、実行の終了時にディスクに保存した。

実験中に収集した生データをまず、「キャピラリー電気泳動における単波長および多重波長の紫外線吸光度を検出するための電荷結合素子アレイ検出器」Bergstrom and Goodall, Pokric and Allinson, Anal. Chem.1999,71,4376-4384で詳述される固定パターン雑音について補正し、次に各キャピラリーにつき1つづつ1組の電気泳動図の作成のために処理した。これによって高い空間分解能が維持され、使用する能動画素の寸法、この場合106 μmでのみ制限されるようにした。

図9に、100μMのサンプル溶液を使って得た4つの電気泳動図を示す。隣接するキャピラリーのピークに対応する時間基準線の低下から、キャピラリー間に漏話があることが分かる。これは主に基準の一部として使用するサンプルを通過する光の一部によって生じ、それより程度は劣るが、あるキャピラリーのサンプルを通過した後に隣のキャピラリーのサンプルの画素に乗る光が多少ある。これら両方の影響の程度は、各キャピラリーに順番にサンプル溶液を満たして測定している。漏話のレベルが吸光度に正比例し、この1つのサンプル濃度での測定に基づいた補正をその後のすべての実験に用いていると仮定している。図10に実証するように適切な補正は容易に行える。

雑音性能
図11に、1μMの4-ニトロフェノール溶液を注入して得た4つの電気泳動図を示す。図11のピークの高さは〜0.6μMの濃度に対応し、検出限界を9.4μAU（1秒の立ち上がり時間）のRMS基準線雑音の3倍に基づいて計算して0.22μMとなる。理論的なショット雑音限界のある基準線の雑音レベルを、実験で得た平均露光パターンとレベルに基づいてシュミレートしたデータセットを作成し、画素飽和容量を5×10⁵電子と仮定して計算した。このように作成したスナップショットのデータセットを実験のデータセットと同じように処理した。それからRMSショット雑音レベルは9.0μAUであることが分かった。この値は観察値に極めて近く、検出器がショット雑音限界があることを示す。

この実験で使用するCCDは、ここでは4つであるが、30以上のキャピラリーを並べて収容できるだけの大きさである。これらキャピラリーそれぞれの検出感度は、この実験で得られたものと同じになるであろう（つまり、立ち上がり時間1秒のとき〜9μAUのRMS雑音）。代わりにCCDの短辺に平行して並べれば、120以上のキャピラリーを収容できるであろう。こうすると各キャピラリーの信号集積時間が4倍短縮されるので、√4＝2倍雑音レベルが上がることになる。キャピラリーのアレイでのキャピラリー電気泳動は、同時に実行できる分離の数が単純にアレイのサイズに合わせて増減するので、ハイスループット分析用の用途をもつことは明らかである。しかし、実験で行ったように、同じサンプルをアレイのすべてのキャピラリーに注入する場合、サンプルの注入量が増えることを意味し、そのためダイナミックレンジと濃度の感度が高くなる。キャピラリー間の検体の速度のわずかな差異を補正した後で、算術平均を出して電気泳動図のすべてを合わせると、Nをキャピラリーとした√Nの信号雑音比が高くなる。大量のサンプル注入量を多くのキャピラリーに分割すると過負荷に関連する問題、例えば電気移動分散や長い入射により引き起こされるピーク形状の悪さ、存在度の高い成分の高い吸光度での検出器の非線形反応は減る。図12に、図11の4つの電気泳動図を平均した結果を示す。RMSの基準線の雑音レベルは4.7μAUで、個々の線より2倍の減少であり、この改善は4つのキャピラリーで期待されるものである。

4つのキャピラリーからの信号を合わせて測定した雑音性能は、さらにショット雑音限界であり、前述のBergstromが以前に達成した性能よりもよい。Bergstromでは、ファイババンドルの入力側で画像取得されるランプ放電の空間分布の変動は、CCD照射の空間分布の変動になると示唆された。これだと、CCDの別々の領域が信号レベルと基準レベルをモニタリングするので、雑音レベルはショット雑音を超えることになるだろう。従来使用していたファイババンドルの代わりに1本の光ファイバを使えば、ランプ放電の空間的な不均一性はかなりの程度スクランブルするはずである。実験の規模を30の平行キャピラリーに大きくすると、合計したRMS基準線の雑音レベルは1.7μAUとなるはずで、これは40nMのカラム上の4-ニトロフェノール濃度LODに匹敵する。

検体の濃度が背景電解質の濃度に比べて低い場合、検出器の空間分解能が高いと仮定すると、測定したピーク幅に大きく影響するのはインジェクションプラグと検体の拡散だけである。検体の拡散により生じるピーク分散は、Dを拡散係数（4-ニトロフェノールについては8.1×10^-10 m²s^-1）で、tを時間とすると、σ²＝2Dt＝1.2×10^-6 m²として計算できる。注入するサンプルのプラグの長さのピーク分散に対する寄与度は、l_i ²/12＝0.4×10^-6 m²（l_iは2.0mmのインジェクションの長さ）で求められる。これら2つの影響から合計標準偏差σ1.3mmが求められる。これを検体の速度で割ると時間単位あたりのσ＝3.2秒となる。これは、図12のピークにガウス関数を当てはめて測定した標準偏差3.1秒に十分匹敵する。このことは、26.6mmのキャピラリーの区画を画像取得して、その後平行電気泳動図を組み合わせる検出方法が分離の効率を落とさない実験による証拠である。

例2
表1。外側と内側の断面が円形の容器について、コアビームと壁ビームとの空間分離を得るための、外壁から検出器までの距離dと容器の外径o.d.との比（d/o.d.）の最低値を表に示す。値は、様々な溶媒と容器の素材について、容器の内径と外径の比（i.d./o.d.）の関数として示す。×が記入されている欄は空間分離が不可能なことを示す。

光線追跡分析で使用する屈折率の値は、シリカ（1.458）、水（1.333）、ヘキサン（1.375）、ジクロロメタン（1.424）、ポリカーボネート（1.585）、Tygon chemfluor 367（1.34）である。水との添加剤で使用することが多いその他一般的な逆相HPLC溶媒は、メタノール（1.329）、アセトニトリル（1.344）である。以上の溶媒とその混合物を使うと、様々な容器の種類についてd/o.d.対水は同様な値となる。ヘキサンは、同様な屈折率をもつ他の2つの一般的な正相HPLC溶媒、2-プロパノール（1.378）と酢酸エチル（1.372）と同類にすることができる。この表を作成するにあたって用いた方法は、DMSO（1.479）などの他の溶媒の値を判断する場合にも有効である。

表から、外径が分かっているキャピラリーについて内径を求めるには、明細書で説明したようにd/o.d.の値を求める選択肢の中の1つから、dの値を求めて決定できる。

例3――フィードバック制御
フィードバック制御の例は、ウィンドウの中央に移動してきたことを検出したときに電圧を切って検出ウィンドウのサンプルを留めるために、CE実験を使用する（図13を参照）。停止した後、拡散によるサンプルピークのその後の広がりを時間の関数としてモニタリングする。時間の経過によるピーク分散の変化を分析すると拡散係数が求められる。次に、ストークスの法則を使うとサンプル分子の流体力学的半径が計算できる。拡散係数と、所定の場の強さでウィンドウに届くのにかかる時間から求めた移動度とを合わすと、検体の電荷を導き出せる。ガウスによるピークの畳み込みでピークの広がりのガウス成分を抽出できるので、ピークの開始形状がどのようなものでも受け入れられる。例は30分間測定したピークの広がりを示すが、データの質は拡散係数が3分未満でも十分な精度で測定できるようなものである。

閉ループフィードバック制御の簡単な例を図14に示す。ここでは、LCシステムからの出力をエリア検出器を最初に通過するときにモニタリングする。ピーク認識・意思決定支援ソフトウェアを使って、収集のために、又は例えば質量分析計のインターフェースに向かって適切な断片を差し向けるように切換弁に指示する。適切に切り換った後に、切換プロセスの効率をモニタリングできるように、検出器を2回目に通過するときに溶離剤をもう一度モニタリングする。別の方法としては、視覚表示するために、検出器を通る切換弁の出力を増やすことである。

例4――用途
本発明の検出方法は、屈折率の変化を測定するときに使用する。キャピラリー軸に直交するコアビームの照射パターンを高い空間分解能で分析することにより、検出器はキャピラリー中の溶媒の屈折率の変化をモニタリングできる。図15に、検出器の表面から260μmの位置にある内径75μm、外径194μmのキャピラリーについて、水（屈折率1.333）からアセトニトリル（屈折率1.344）に変化するときのコアビームのプロファイルの変化を示す。画素サイズが10μmの場合、この方法で2つの照射プロファイルを区別できるであろうし、さらには、水とアセトニトリルの混合液における傾斜溶離中の移動相の組成を直にモニタリングできるであろう。必要なら、キャピラリー軸に直交する方向の倍率を用いて、移動相の組成について分解能を高めることができよう。このことはHPLCにおいて利点となるであろう。44℃のアセトニトリルは20℃の水と同じ屈折率をもつので、検出器の25℃の温度上昇の流れを提供するヒートパルスを加えて、キャピラリーHPLCの移動相の速度を決定することができよう。

マルチキャピラリー吸光検出の別の用途は、pΚ_aを素早く測定することである。ここでは、サンプル溶液のアリコートを、様々なpH値をカバーする、典型的には2から12の範囲までの1組の緩衝液に混ぜて、次に混合液を順番にすべて別々のキャピラリーに、緩衝液の次に緩衝液とサンプルの混合液を順番に導入する。酸と塩基の状態が異なる吸光度をもつ一又は複数の波長で測定することによって、pHの関数としてすべてのキャピラリーから吸光度の結果を処理してpΚ_aの値を求めることができる。適切な非吸収又は低吸収の無機緩衝液を使えば、これはカルボキシル基やアミン基などの一般的なすべての滴定可能な官能基を含有する100ミクロモルまでの濃度の有機化合物又は生体化合物にも応用できる。このことは、例えば製薬業界やハイスループットスクリーニングのために利点となる。

本発明の光学アセンブリのキャピラリーアレイタイプの容器と検出手段の立面図を示す。 平行キャピラリー吸光検出のための本発明の装置の概略図を示す。 円柱形で球面の石英ガラスレンズ素子を使って、1mm径の石英ガラス光ファイバ（N.A.＝0.22）からの光出力を用いた方形のCCD領域（26.6×6.7mm）のコリメート照射を示す。 本発明の光アセンブリのCCDおよび容器構成を示す。 4つのキャピラリー（内径100μm、外径194μm）の〜3mmを示す1つのCCDスナップショットの一部を示す。 水を充填したキャピラリー、内径100μm、外径194μmを通る光路を示す本発明に従った光ビーム光線追跡図を示す。 空気を充填したキャピラリー、内径100μm、外径194μmを通る光路を示す本発明によらない光線追跡を示す。 水を充填したキャピラリー、内径75μm、外径194μmを通る光路を示す本発明に従った光線追跡を示す。 水を充填したキャピラリー、内径75μm、外径364μmを通る光路を示す本発明によらない光線追跡を示す。 内径100μmの4つの平行キャピラリーそれぞれに注入した〜16nLの100マイクロMの4-ニトロフェノールの電気泳動図を示す。 キャピラリー間の漏話補正後の100マイクロMの4-ニトロフェノールの電気泳動図を示す。 各キャピラリーに注入した〜16nLの1マイクロMの4-ニトロフェノールの電気泳動図を示す。 図11に図示する4つの線の平均をとって作成した電気泳動図を示す。 キャピラリーに注入し、CEにより検出ゾーンに移動するローダミン700のサンプルについて、CCDでレーザー誘起蛍光法によって画像取得したピークイメージングと分散を示す。 閉ループフィードバック制御に可能な構成の概略図を示す。 検出面から260μmの位置にある内径75μm、外径194μmのキャピラリーのコアを通過する光が作るキャピラリー軸に直交する照射パターンを図示する。 CEや吸光度など、本発明に従った吸光検出のために、本発明の光学アセンブリのクリップオンデバイスを大体の寸法で示す図である。

符号の説明

１ 空気 ２ 水
３ インク ４ インク

Claims (38)

1. 光源と、少なくとも１つのサンプル容器と、検出器とを具備する光学アセンブリで、少なくとも１つの容器が光源と検出器の間に作られる一又は複数の光路に、光が容器を透過できるように配置されて、光源が実質的に平行光のビームを提供するのに適しており、検出器が複数の検出器部位を具備し、容器が検出して、空間的に分離した少なくとも２つの透過光路、容器の壁のみを出入りする第1壁パスと第1壁パスとは空間的に分離して容器の壁および追加的に容器のコアに出入りする第2コアパスを画成するためにサンプルを収容するのに適した相対的な形状および寸法の壁とコアを具備し、空間的に分離した壁パスとコアパスが検出器の個々の検出器部位に連結されることを特徴とする光学アセンブリ。
2. 検出器がアレイ検出器であることを特徴とする請求項１に記載の光学アセンブリ。
3. アセンブリが中央のコアパスと、２つの周辺の壁パスの両側又は環形の壁パスの周囲を画成することを特徴とする請求項１から２のいずれかに記載の光学アセンブリ。
4. コアビームと壁ビームの比率として直接参照し易いように、コアパスビームと壁パスビームがアレイ検出器上で空間的に近くにあり、好ましくは隣接していることを特徴とする請求項２から３のいずれかに記載の光学アセンブリ。
5. 光源が、吸光度を検出する一又は複数の吸収種が吸収する光の少なくとも１つの波長を具備することを特徴とする請求項１から４のいずれかに記載の光学アセンブリ。
6. 光源の出力が光ファイバーから連結されることを特徴とする請求項１から５のいずれかに記載の光学アセンブリ。
7. 光がＵＶ、紫外・可視光から近赤外線（ＮＩＲ）までに対応する１６０から１２００ｎｍの範囲、好ましくは１８０又は１９０から１２００ｎｍの波長をもつことを特徴とする請求項１から６のいずれかに記載の光学アセンブリ。
8. 本発明のアセンブリの少なくとも１つのサンプル容器が、静的又は動的にサンプルを検出するために、両端を密閉又は開放型にし、上下を密閉又は開放型にできるセル又はコンジットを具備することを特徴とする請求項１から７のいずれかに記載の光学アセンブリ。
9. サンプル容器が１アレイに１つのセル又は複数のセルのうちの１つであり、あるいはマイクロキャピラリーアレイ又はマイクロチャンネルアレイに１つのキャピラリー又は複数のキャピラリーのうちの１つであることを特徴とする請求項１から８のいずれかに記載の光学アセンブリ。
10. 照射：検出倍率が０．８〜１．５：１の範囲であることを特徴とする請求項１から９のいずれかに記載の光学アセンブリ。
11. サンプル容器の各外径と内径、および容器の壁とサンプルの各屈折率を特徴とする請求項１から１０のいずれかの光学アセンブリにおいて、容器の壁の屈折率がコアに入れられるサンプルのバルク相の屈折率よりも大きいことによって、壁パスとコアパスが空間的に分離することを特徴とする光学アセンブリ。
12. サンプル容器が、透過光路を含む面の断面が独立して四角形又は方形、湾曲した円形又は環形、あるいはその組合せとなるように、断面又は形状が類似している又は異なっていて、対称又は非対称である外壁と内壁とを具備することを特徴とする請求項１から１１のいずれかに記載の光学アセンブリ。
13. 容器の外壁と内壁の断面が同軸上の円形であり、それによってコアビームと壁ビームの屈折と空間的な分離が得られるような外径および内径を有する環形の壁を画成することを特徴とする請求項１から１２のいずれかに記載の光学アセンブリ。
14. 内径（容器）の範囲が３ミクロンから２０ｍｍ、外径（容器）の範囲が４ミクロンから３０ｍｍ、屈折率（容器）の範囲が１．３-＜１．６、屈折率（サンプル）の範囲が１．３から１．５超、ｄ／外径比が０．５から１０で、ｄの範囲が２０ミクロンから３００ｍｍであることを特徴とする請求項１３に記載の光学アセンブリ。
15. 容器を透明なポリマー、ガラス、水晶、シリカ、例えば石英ガラス、又はその他光学グレードの素材から組成することを特徴とする請求項１から１４のいずれかに記載の光学アセンブリ。
16. 容器の壁の一部もしくは全体が光学的に透明であり、好ましくは全体を同じ素材で作ることを特徴とする請求項１から１５のいずれかに記載の光学アセンブリ。
17. 容器の内径／外径比が、一般的なすべての溶媒で適切なビーム分離をする範囲、例えば、＋が、適切な光線追跡ソフトウェアを用いて計算すると、容器とアセンブリの寸法の値が求められる空間的な関係を意味する場合、
    内径/外径＋屈折率（溶媒）＋屈折率（容器）⇒ｄ_min/外径⇒ｄ_min
    となることを特徴とする請求項１から１６のいずれかに記載の光学アセンブリ。
18. ｄ／外径の範囲が０．５から５で、ｄが約５０から３６０ミクロン、例えば２００ミクロンであることを特徴とする請求項１４から１７のいずれかに記載の光学アセンブリ。
19. アレイ検出器が固体センシングデバイスを具備することを特徴とする請求項１から１９のいずれかに記載の光学アセンブリ。
20. アレイ検出器が、入射光を吸収して異なる波長で再び放射して、ＵＶを可視光に変換するとともに、ＣＣＤによる検出を可能にするコーティングを施された表面スタッドを内蔵するＣＣＤを具備し、さらにコーティングをスタッドに直接塗布するか、又はスタッドと容器の間に挟むカバースリップに直接塗布して、スタッドを交換しなくてもカバースリップを交換するだけで、必要なら再コーティングをしやすくすることを特徴とする請求項１から１９のいずれかに記載の光学アセンブリ。
21. 最適なピーク検出とパラメータ表示／特徴表示のためのリアルタイム信号処理手段と、装置およびシステムの閉ループフィードバック制御を含む自動システム管理手段とを具備することを特徴とする請求項１から２０のいずれかに記載の光学アセンブリ。
22. 閉ループフィードバック制御手段が、検出手段の初期観察後の流れを停止又は減速して、サンプルを検出器ウィンドウ内にとどまらせて、データ取得又は信号対雑音の改善のための時間を長くし、あるいは断片収集を可能にし、あるいは断片を質量分析計などの分析手段に差し向けることを特徴とする請求項１から２１のいずれかに記載の光学アセンブリ。
23. 請求項１から２２のいずれかで前記説明した光学アセンブリの少なくとも１つのサンプル容器のコア内に入れる少なくとも１つのサンプルを透過する光を検出するための方法が、一又は複数の実質的にコリメート光源で容器を照射するための工程と、透過光を検出器で検出するための工程とからなり、透過光を少なくとも２つの光路、容器の壁のみを通過する壁パスと、壁パスとは空間的に分離して、壁とコアを通過するコアパスに空間的に分離し、さらに空間的に分離した光ビームをアレイ検出器の個々の検出部位に連結することを特徴とする方法。
24. 例えば、ハイスループットスクリーニング（ＨＴＳ）やプロファイリング、又は酵素アッセイなどのアッセイのためのサンプル分析で、サンプルから光を検出するための方法であり、それを、製薬、バイオメディカル、バイオサイエンス、農芸化学、獣医学、素材などの分野で、容器に入れたサンプルの検出、分析、特徴分析、および定量化をするために、また任意でそれを分離した成分をさらに収集するために、特に、コンビナトリアルケミストリー、メタボロミクス、プロテオミクス又はゲノミクスにおいて、アッセイやハイスループット分析アプリケーション、典型的には高感度分析、分離および／又は定量化研究のために、また例えばクロマトグラフィーや電気泳動、特にカラムクロマトグラフィー、キャピラリー電気泳動など、リアルタイム又は分離後分析でのサンプル分離のために使用する請求項２３に記載の方法。
25. 静的又は動的なサンプルから光を検出するための方法である請求項２３又は２４のいずれかに記載の方法。
26. サンプルが一又は複数の成分から構成される容器の内容物であり、さらに複数の成分が均質又は異質の混合物として存在し、また任意で時間の経過とともにミグレーションを受け、つまり任意で溶存相の成分を含有する複数の液体相の成分であり、あるいは例えば検体としての種を生成又は消費する化学反応の過程で、一又は複数の溶媒又は同様なバルク相のサンプル成分で検出したい一又は複数の検体を含むことを特徴とする請求項２３から２５のいずれかに記載の方法。
27. 等電集束法（ＩＥＦ）、等速回転電気泳動（ＩＴＰ)、キャピラリーゾーン電気泳動（ＣＺＥ）、およびダイナミックフィールドグラジエントフォーカシング（ＤＦＧＦ）の集束技術や濃縮技術など、高圧液体クロマトグラフィー（ＨＰＬＣ）やキャピラリー電気クロマトグラフィー（ＣＥＣ）、ミセル界面動電クロマトグラフィー、キャピラリー電気泳動（ＣＥ）などの圧力作用又は電気作用の分離カラム又はキャピラリー分離から選んだ方法である請求項２３から２６のいずれかに記載の方法。
28. サンプルが、不活性液体又は不反応液体などの液体相の溶媒もしくは共溶媒とともに、溶液の中で適切に液体相又はゲル相で存在する大小関係なく一又は複数の分子をもち、屈折率がサンプル容器の壁よりも低いが位数は同じであることを特徴とする請求項２３から２７のいずれかに記載の方法。
29. さらに、分析用のサンプルを選択するための工程と、所望のサンプル成分による吸収が最も強い個々の波長を決定するための工程と、サンプルを入れて照射したときに、前記空間的に分離したビームを出す適切なサンプル容器を選択するためにサンプルの屈折率を点検するための工程、又は光学素子、フィルタなどの適切な組み合わせと、アレイ分離を検出する適切な容器を選択して、検出器アレイの独立した部位に空間的に分離したビームを連結するための工程とからなる請求項２３から２８のいずれかに記載の方法。
30. サンプルを注入、ループ注入、ピペット、流体静力又は界面動電注入により少なくとも1つのサンプル容器に導入して、廃棄するため、又は保存用の別の容器や下流の識別手段に移し替えるために、注入、エレクトロスプレー、又はその他のインターフェースにより容器から取り出すことを特徴とする請求項２３から２９のいずれかに記載の方法。
31. 例えばＣＣＤ画像の形で、検出手段が検出した透過光を画像取得するための工程からなることを特徴とする請求項２３から３０のいずれかに記載の方法。
32. 検出手段で検出した光を露光リファレンスによって参照するための工程からなり、光源のゆらぎによる過剰な雑音もしくはフリッカ雑音をなくして、コアビームの強度と壁ビームの強度の比率が各部位でサンプルの強度の値となることを特徴とする請求項２３から３１のいずれかに記載の方法。
33. その後、サンプルの存在しないときと存在するときの光の強度を測定することにより、又は壁ビームとコアビームの光の強度を測定することにより、吸収する種の量を示すサンプル容器の種別の光の吸収量を測定するための工程を有し、サンプルが存在しないときに測定した値と合わせて出した比率の対数がベール・ランバートの法則に従う吸光度となることを特徴とする請求項２３から３２のいずれかに記載の方法。
34. 当業界で周知のカラム又はキャピラリー分離デバイスとともに使用するための請求項２３から３３のいずれかのモジュール型光学アセンブリにおいて、容器が、カラム又はキャピラリー分離デバイスのアウトレットに又はその長さに沿って挿入するために一端にインターフェース手段を具備するキャピラリー又はカラムであり、キャピラリー又はカラムと任意で具備するインターフェース手段が他端に分析手段のインレットへの挿入を可能にすることを特徴とするモジュール型光学アセンブリ。
35. 請求項２３から３３のいずれかの光学アセンブリのクリップオンデバイスが、キャピラリー又はカラム分離デバイスのある区画付近に位置付けるための手段を具備し、それが前述の適切な内径、外径および屈折率をもち、本発明の方法の操作をし易くするために表面コーティングを剥がして、それによって剥がしたキャピラリー又はカラムがアセンブリのサンプル容器を提供することを特徴とするクリップオンデバイス。
36. 化学反応や合成、および分析のため、もしくはサンプルの分離や移動のための装置で、その装置が前記請求項２３から３５のいずれかの光学アセンブリを具備し、化学反応容器自体が円筒形で、反応を時間の関数としてバッチフローモードでモニタリングし、例えばクエンチング試薬の添加剤、温度変化、又は容器の内容物の搬出によって、反応を停止するためにフィードバック制御を使用し、あるいは反応容器が筒形で連続フローモードで使用することを特徴とする装置。
37. 例えばハイスループットスクリーニング（ＨＴＳ）やプロファイリング、又は酵素アッセイなどのアッセイのためにサンプル分析において、請求項１から３６のいずれかで前記説明した光学アセンブリ、方法および装置、モジュール又はクリップオンの用途で、製薬、バイオメディカル、バイオサイエンス、農芸化学、獣医学、素材などの分野で、容器に入れたサンプルの検出、分析、特徴分析、および定量化をするために、また任意でそれを分離した成分をさらに収集するために、特に、コンビナトリアルケミストリー、メタボロミクス、プロテオミクス又はゲノミクスにおいて、アッセイやハイスループット分析アプリケーション、典型的には高感度分析、分離および/又は定量化研究のために、また例えばクロマトグラフィーや電気泳動、特にカラムクロマトグラフィー、キャピラリー電気泳動など、リアルタイム又は分離後分析でのサンプル分離のために使用する用途。
38. 明細書、例および/又は図面で実質的に説明又は図示したアセンブリ、方法、モジュール、クリップオンデバイス、又はその用途。

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