自動流体処理システム
ハウジング（２０）と、外部流体セクション（３０）及び内部非流体セクション（３２）を備える交換可能なモジュール式コンポーネントとして構成される２以上の流体処理ユニット（２６）とを有する自動流体処理システムにであって、ハウジング（２０）が、上記交換可能なモジュール式コンポーネント（２６）を受けるための２以上のコンポーネント位置を備える液体処理パネル（２２）を有し、それにより、外部流体セクション（３０）が流体処理パネル（２２）により非流体セクション（３２）から分離される。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、流体処理システムの技術分野に関し、詳細には、高い柔軟性を有し構成可能である自動流体処理システムに関する。この流体処理システムは、例えば、液体クロマトグラフィーシステム、濾過システム、化学合成システムなどであってもよい。
【背景技術】
【０００２】
例えば実験室には多様な流体処理システムが存在する。このようなシステムは、多数の流体処理ユニット、例えば、様々なタイプの１以上のポンプ、バルブ、ミキサー、センサーユニットを有する。上記の流体処理ユニットは、剛体チューブ又は可撓性チューブなどの形態の流体導管によって相互接続される。一部のシステムは特定の流れ経路を用いる特定のタイプの用途に合わせて設計することができるが、それでも、しばしば、システムの流体流れ経路を変更又は最適化するための柔軟性及び機能が必要となる。さらに、アップグレードは、しばしば、製造業者によって提供される特定のキットのみに制限され、また、アップグレードキットは、しばしば、元のシステムに加えて構成される追加機器として供給され、したがってシステムの占有面積を増大し、システムに流体的、電気的に接続する必要がある（すなわち、システム制御バスなどに接続される必要がある）。また、欠陥のある流体処理ユニットを交換することは時間がかかり、慎重を要する作業である。
【０００３】
液体処理システムの１つタイプは、実験室における標準的な方法である液体クロマトグラフィーシステムであるが、市場で入手可能な液体クロマトグラフィーは多様である。現在のシステムの大部分に共通するのは、器具を多種多様な用途に適合させる際の柔軟性が欠如していることである。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】米国特許出願公開第２００８／００３５５４２号明細書
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
本発明の目的は、従来技術の１以上の欠点を克服する新しい流体処理システムを提供することである。これは、独立請求項で定義される流体処理システムによって達成される。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
このような流体処理システムの１つ利点は、追加機器を必要とすることなくシステムを容易にアップグレードすることができること、及び、新たな実験セットアップに合わせて流れ経路を容易に最適化することができることである。
【０００７】
本発明の実施形態は従属請求項で定義される。
【０００８】
図面を参照して以下で本発明を詳細に説明する。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】本発明による、液体クロマトグラフィーシステムの形態の流体処理システムの一実施形態を示す図である。
【図２】図１の流体処理システムの液体処理パネルを供えるハウジングを示す概略図である。
【図３】流体処理システムのモジュール式コンポーネントを除いた、図２の液体処理パネルを備えるハウジングを示す概略図である。
【図４】取り外された流体処理システムのコンポーネントモジュールの実施例を示す概略図である。
【図５】自動流体処理システムの概略的な実施形態を示す図である。
【図６】流体処理システムのモジュール式コンポーネントを除いた、モジュール式液体処理パネルを備えるハウジングの一実施形態を示す概略図である。
【図７】流体処理システムのモジュール式コンポーネントを除いた、液体処理パネルを備えるモジュール式のハウジングの一実施形態を示す概略図である。
【図８】本発明による流体処理システムの一実施形態のシステムアーキテクチャの一実施形態を示す概略図である。
【図９】本発明による流体処理システムの一実施形態の主制御ユニットの一実施形態を示す概略図である。
【図１０】図１の液体クロマトグラフィーシステムのための液体処理パネルのモジュール式コンポーネントの間における流体相互接続構成（fluidic interconnection arrangement）の一実施形態を示す概略図である。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
一実施形態では、ハウジングと、外部流体セクション及び内部非流体セクションを備える交換可能なモジュール式コンポーネントとして構成される２以上の流体処理ユニットとを有する自動流体処理システムが提供され、ここでは、ハウジングが、上記交換可能なモジュール式コンポーネントを受けるための２以上のコンポーネント位置を備える液体処理パネルを有し、それにより、外部流体セクションが液体処理パネルにより非流体セクションから分離される。
【００１１】
別の実施形態では、ハウジングと、２以上の高圧ポンプと、１以上のセンサーユニットと、２以上の異なる構成の複数の流体制御バルブとを有する液体クロマトグラフィーシステムの形態の流体処理システムが提供され、ここでは、少なくとも流体制御バルブが交換可能なモジュール式コンポーネントとして構成され、ハウジングが、上記モジュール式コンポーネントを受けるための複数のコンポーネント位置を備える液体処理パネルを有する。
【００１２】
図１は、液体クロマトグラフィーシステムの形態の自動流体処理システムモジュールの一実施形態を示しており、ここでは、複数の交換可能なモジュール式コンポーネントが液体処理パネル内に配置されており、以下に符号を示す。
【００１３】
１．注入バルブ
２．内蔵圧力センサーを有するカラムバルブ
３．導電率モニター
４．ＵＶモニター
５．４連バルブ
６．内蔵空気センサーを有する入口バルブＢ
７．システムポンプ
８．圧力モニター、システムポンプ
９．内蔵空気センサーを有する入口バルブＡ
１０．システムポンプ
１１．圧力モニター、試料ポンプ
１２．試料ポンプ
１３．リンスシステム
１４．オンラインフィルターを有するミキサー
１５．内蔵空気センサーを有する試料入口バルブ
１６．流れ絞り装置
１７．ｐＨバルブ
１８．出口バルブ。
【００１４】
開示される実施形態は３つの高精度ポンプ７、１０、１２を備える。システムポンプＡ１０とシステムポンプＢ７の２つのシステムポンプ７、１０、並びに、１つの試料ポンプ１２が存在する。システムポンプ７、１０は、精製法において定組成溶離又はグラジエント溶離を引き起こすために個別に又は組合せで使用され得る。試料ポンプ１２は、試料のローディングをカラム上に誘導するための、又は、試料ループを充填するためのものである。
ポンプの機能：
各ポンプモジュールは２つのポンプヘッド（図示せず）で構成される。各ヘッドは同じものであるが、個別のステッパモーターにより互いに逆の位相で作動され、マイクロプロセッサによって制御される。２つのピストン及びポンプヘッドは、連続的で低脈動の液体供給を実現するために交互に動作する。２つのシステムポンプの流量は約０．００１ｍｌ／分〜２５．０００ｍｌ／分で変化させることができ、最大動作圧は約２０ＭＰａである。試料ポンプの流量は例えば０．０１〜２５ｍｌ／分で変化させることができ、一実施形態では、最大動作圧は１０ＭＰａである。
【００１５】
一実施形態では、２以上の異なる構成の複数の流体制御バルブは回転タイプのバルブである。このようなモーター駆動の回転バルブは、バルブの入口ポート及び出口ポートまでのチャネルを備える複数の画成された孔を有するバルブヘッドで構成されてもよい。モーター上に設置される回転ディスクが複数の画成されたチャネルを有する。回転ディスクのチャネルのパターンは、バルブヘッドのポートのパターン及び位置と併せて、各タイプのバルブの流れ経路及び機能を画成する。回転ディスクが回転すると、バルブ内の流れ経路が変化する。
【００１６】
流体制御バルブの一実施形態は、動作中に使用される緩衝液又は試料を選択するのに使用される入口バルブＡ及びＢ（それぞれ、９、６）、並びに、試料ポンプ１２の前に位置される試料入口バルブ１５である。入口バルブＡ９はシステムポンプＡ１０の前に位置され、入口バルブＢ６はシステムポンプＢ１０の前に位置され、試料入口バルブ１５は試料ポンプ１２の前に位置される。入口バルブＡ及び入口バルブＢは４連バルブ５の形態の別の実施形態の流体制御バルブに接続される。４連バルブは、緩衝液を自動で調製するのに及び４液グラジエントを形成するのに使用される。追加の入口バルブを備えるコンポーネントモジュールを設置することにより入口の数を増加させることができる。入口バルブＡ及び入口バルブＢは、異なる緩衝液及び洗浄溶液の間で自動的な交換を行うのを可能にし、また、緩衝液Ａ及び緩衝液Ｂを混合させることによってグラジエントを発生させるのに使用され得る。入口バルブＡ及び入口バルブＢと一体の空気センサーが、ポンプ内及びカラム内に空気が入るのを防止するのに使用され得る。
【００１７】
４連バルブは４つの異なる溶液を自動で混合するのに使用される。４連バルブは一度に１つの入口ポートを開け、異なる溶液がミキサー１４内で混合されて所望の緩衝液が生成される。切換バルブの開放時間はシステムによって制御される。流れが増大すると、各入口ポート開口部の流体の量が段階的に増大する。均一の緩衝液組成を得るためには、この方法の流量に適したミキサーチャンバー容積を確実に使用する必要がある。
【００１８】
４連バルブは、任意の組合せで４つの異なる溶液を同時に使用してグラジエントを作るのに使用され得る。各溶液の割合はこの方法の指示によって制御される。経時的に線形的に２つ、３つ又は４つの溶液の割合を変化させるグラジエントを形成することが可能である。これは、先進的方法を開発するときに有用である。
【００１９】
試料入口バルブ１５は、試料をカラム上に直接に注入するために又は試料ループを充填するために試料ポンプ１２を使用するときに異なる試料を自動でロードするのを可能にする。試料入口バルブは緩衝液専用の入口を有する。この緩衝液入口は、複数の方法において、試料が導入される前に試料ポンプを溶液で充填するのに使用される。緩衝液入口はまた、動作の合間に緩衝液を用いて試料ポンプを洗浄するのに使用される。試料入口バルブに組み込まれる空気センサーは、例えば、方法の試料を加える段階において空気センサーを使用して全試料を注入することを選択することにより試料を容器からカラム上へと適用するときに、使用される。この機能は、試料の注入を終了させて試料ポンプから空気を除去するために緩衝液入口を使用する。
【００２０】
流体制御バルブの別の実施形態は、試料をカラム上に誘導するのに使用される注入バルブ１であってもよい。このバルブは、複数の異なる試料適用手法を使用することを可能にする。試料ループが注入バルブに接続されてもよく、試料ポンプを使用して自動で又はシリンジを使用して手動で充填されてもよい。試料は試料ポンプを使用してカラム上に直接に注入されてもよい。
【００２１】
流体制御バルブの別の実施形態は、カラムをシステムに接続するのに使用される及び流れをカラムに誘導するのに使用されるカラムバルブ２であってもよい。上記バルブの開示される実施形態には最大で５つのカラムが同時に接続され得る。また、このバルブは、接続されたカラムを迂回するのを可能にするビルトインバイパス細管を有する。
【００２２】
カラム位置の数は追加のカラムバルブを設置することによって増加され得る。各カラムの頂部及び底部の両方はカラムバルブに接続される。カラムの頂部はＡポートの１つ（例えば、１Ａ）に接続され、カラムの底部は対応するＢポート（例えば、１Ｂ）に接続される。流れ方向は、カラムの頂部からカラムの底部への下方向又はカラムの底部からカラムの頂部への上方向のいずれかで設定されてもよい。カラムバルブの標準設定の流れ経路では、カラムは迂回される。カラム上の実際の圧力を測定する圧力モニターがカラムバルブの入口ポート及び出口ポートに組み込まれる。
【００２３】
流体制御バルブの別の実施形態は、ｐＨ電極が設置され得る一体型のフローセルを有するｐＨバルブ１７であってもよい。これは動作中にインラインでｐＨを監視することを可能にする。流れ絞り装置がｐＨバルブに接続され、ＵＶフローセル内に空気泡が生成されるのを防止するのに十分な大きさの背圧を発生させるために流れ経路内に含まれてもよい。ｐＨバルブは、流れをｐＨ電極までさらには流れ絞り装置まで誘導するのに、又は、それらの一方又は両方を迂回させるのに使用される。
【００２４】
流体制御バルブの別の実施形態は、流れをフラクションコレクター（図示せず）まで誘導するのに、例えば１０個の出口ポートのいずれかまで誘導するのに、又は排棄するのに使用される出口バルブ１８であってもよい。出口の数は追加の出口バルブを設置することによって増加され得る。
【００２５】
ミキサー１４が、例えば、システムポンプＡ及びシステムポンプＢの後ろ及び注入バルブの前に位置されてもよい。ミキサーの目的は、均一の緩衝液組成が得られるようにシステムポンプからの緩衝液が確実に混合されるようにすることである。ミキサーは、不純物が流れ経路に入るのを防止するビルトインフィルターを有する。
【００２６】
所望の目的を達成するために、開示される液体クロマトグラフィーシステムを用いて、単純で柔軟性のある形で流れ経路を適合及び拡張することが可能である。空いているバルブ位置を用いて最大で３つの追加の流体制御バルブなどが設置され得る。出荷時はこれらの位置にはダミーモジュールが設置されている。任意の流れ経路を得るために、標準の流体制御バルブを別の位置に移動させることも可能である。試料入口バルブの前すなわち注入バルブの後ろに設置され得る使用可能な２つのタイプの追加の空気センサーも存在する。
【００２７】
図１に開示される構成では、７つの入口が各入口バルブに対して使用可能である。入口の数を増加させるために追加の入口バルブが設置されてもよく、１つのバルブに対して入口の数は１４まで増加される。この任意選択の構成は、例えば多数の試料が使用される場合に便利である。例えば４連バルブへの入口の数を増加させるのに使用され得る一般的なタイプの入口バルブ、バルブＸも存在する。
【００２８】
１つのカラムバルブを備える図１に開示される構成では、５つのカラム位置が使用可能である。カラム位置の数を１０まで増加させるために、この器具に追加のカラムバルブが設置されてもよい。１つの用途は、方法を最適化する際に複数の異なるカラムを評価することであってもよい。
【００２９】
１つの出口バルブを備える図１に開示される構成では、１０個の出口位置が使用可能である。出口の数を増加させるために、１つ又は２つの追加の出口バルブが接続されてもよく、出口の位置が合計で２１又は３２まで増加される。この任意選択の構成は、フラクションコレクターの外側で多数の大きな画分を収集するのに便利である。
【００３０】
開示されるモジュール式液体クロマトグラフィーシステムに任意選択のモジュールを設置するのは容易である。ダミーモジュールが六角レンチを用いて取り外され、バスケーブルが切り離される。バスケーブルが器具に組み付けられた任意選択の流体制御バルブなどに接続される。次いで、モジュールが制御ソフトウェア内のシステムプロパティに加えられる。使用可能な任意選択のモジュールは、例えば、所望の機能を得るために予め構築されていてもよい。しかし、バルブの機能は、例えば、ノードＩＤを変更することによって変更され得る。
【００３１】
図２は、図１のモジュール式液体クロマトグラフィーシステム１００の形態の流体処理システムの流体処理パネル２２を備えるハウジング２０の概略図である。図２では、見やすいように一部のコンポーネントが取り外されている。開示される構成では、上で詳細に開示したように、モジュール式液体クロマトグラフィーシステム１００は、注入バルブ１、カラムバルブ２、４連バルブ５、入口バルブＢ６、入口バルブＡ９、試料入口バルブ１５、ｐＨバルブ１７及び出口バルブ１８、の形態の複数の流体制御バルブを有する。クロマトグラフィーシステム１００は、ＵＶモニター４、システムポンプＢ７、システムポンプＡ１０、試料ポンプ１２、ミキサー１４、及び、３つのダミーモジュール２４をさらに有する。一実施形態では、液体処理パネル２２のところに配置されるすべての液体処理コンポーネント及びセンサーは容易に交換され得るように設計される。この互換性により作業及びアップグレードが行いやすくなり、さらには、例えば特定の実験セットアップに対して流体経路を最適化するために、流体制御バルブなどの個別の流体処理コンポーネントの位置をカスタマイズしやすくなる。図２に示されるように、例えばポンプモジュールのための３つの大型コンポーネント位置と、１つのＵＶセンサー位置と、例えば流体制御バルブなどのための９つの標準のコンポーネント位置とが存在する。これらのコンポーネント位置は、単純な互換性が得られるように標準化されたサイズ及び形状を有する。一実施形態では、各モジュール式コンポーネントは、１つのねじにより嵌合式コンポーネント位置内で保持され、各コンポーネントに通信及びシステム電力をもたらす１本のバスケーブルによって主制御ユニットに接続される。図３は、液体クロマトグラフィーシステムのモジュール式コンポーネントを除いた、図２の液体処理パネルを備えるハウジングの概略図である。
【００３２】
図４ａ〜４ｄは、取り外された流体処理システムのモジュール式コンポーネントの形態の、流体処理ユニットの実施例の概略図である。図４ａは、例えば流体制御バルブなどの、標準的な交換可能なモジュール式コンポーネント２６を示している。標準的なコンポーネントモジュール２６は、パネル部材２８、外部流体セクション３０、及び、内部非流体セクション３２を有する。一実施形態では、パネル部材２８は、外部流体セクション３０内の流体を内部非流体セクション３２内の電子機器及び制御手段から本質的に分離する。
【００３３】
図４ｄは、使用されない標準的な構成位置に配置されることを意図されるダミーモジュール２４を示している。開示される実施形態では、ダミーモジュールは、システムにアクセサリーを取り付けるための装着溝を備える。開示される実施形態では、ダミーモジュールは、内部セクションを一切備えないパネル部材２８として示されている。図４ｃ及び４ｄはそれぞれポンプモジュール及びＵＶモジュールを示しており、これらは各々が外部流体セクション３０及び内部非流体セクション３２を有する。
【００３４】
図４ａ〜４ｄに開示されるように、交換可能なモジュールコンポーネント２６が、流体セクションを非流体セクションから分離するように構成される、液体処理パネル内のコンポーネント位置に取り付けられるためのパネル部材を有する。上記パネル取付部材は、上記モジュール式コンポーネントのすべての流体接続部がパネル取付部材のウェット側に配置されそれによりこれらの流体接続部がパネル取付部材のドライ側に配置される電気部品から分離されるように、構成されてもよく、それにより、流体処理パネルの外側部分のところにおいて高い液体抵抗性が得られ、内部セクションで必要とされる液体抵抗性がある程度軽減される。一実施形態では、交換可能なモジュール式コンポーネントが、シール部材により液体処理パネルに対して封止される。図示されない別の実施形態では、モジュール式コンポーネントは一切パネル部材を有さないが、液体処理パネルのコンポーネント位置開口部と交換可能なモジュール式コンポーネント２６の外部表面との間に適切なシーリング構成が設けられる。開示される実施形態では、液体処理パネルのコンポーネント位置開口部及び交換可能なモジュール式コンポーネント２６が、本質的に長方形断面形状を有するように示されているが、別の形状も同様に適用可能である。一実施形態では、図５ａに概略的に開示されるように、ハウジングと、交換可能なモジュール式コンポーネントとして配置される２以上の流体処理ユニットとを有する一般的な流体処理システムが提供される。上で考察したように、このようなシステムは、適切な流体処理ユニットがこのシステムのための交換可能なモジュール式コンポーネントとして設けられる場合、本質的に任意のタイプの自動液体処理オペレーションに対して構成され得る。一実施形態では、１以上の流体ポンプと、１以上のセンサーユニットと、２以上の異なる構成の２以上の流体制御バルブとを有する自動流体処理システムが提供され、ここでは、少なくとも流体制御バルブが交換可能なモジュール式コンポーネントとして配置される。
【００３５】
流体処理システムの液体処理パネル２２は、例えば、モジュール式コンポーネントが効率的な形で配置されるのを可能にするために任意の適切な形で設計されてもよい。
【００３６】
図５ａ及び５ｂは、自動流体処理システムの概略的な実施形態を示しており、ここでは、ハウジング２０が、ハウジング２０内に空気入口コンパートメント３５及び空気出口コンパートメント３７を画成する液体処理パネル２２の後ろの一定距離のところに配置される内部クライメートパネル２９を有し、この内部クライメートパネル２９は、交換可能なモジュール式コンポーネント２６の内部非流体セクション３２を受けるための相補的なコンポーネント位置３９を備え、さらにここでは、交換可能なモジュール式コンポーネントがコンポーネント位置内の定位置に配置される場合、１以上の交換可能なモジュール式コンポーネントの非流体セクション３２が、空気入口コンパートメント３５内に位置される１以上の空気入口開口部３１と、空気出口コンパートメント３７内に位置される１以上の空気出口開口部３３とを備える。図５ｂは図５ａの流体処理システムを概略的な断面図で示している。入口通気孔４１及び出口通気孔４３によって示されるように、好適には、空気入口開口部３１及び空気出口開口部３３を備える交換可能なモジュール式コンポーネント２６を冷却するための空気が、空気が再循環するのを回避するために出口通気孔４３から一定距離のところで空気入口コンパートメント３５に入るようになっている。システム内の空気循環は、１以上の交換可能なモジュール式コンポーネント２６を介して空気入口コンパートメント３５から空気出口コンパートメント３７まで空気が流れるのを可能にするシステム冷却ユニット（図示せず）によって達成される。別法として、１以上の交換可能なモジュール式コンポーネント２６が、空気入口コンパートメント３５から空気出口コンパートメント３７まで空気が流れるのを可能にする局部的冷却ユニット（図示せず）を備える。示されるように、相補的なコンポーネント位置３９は、交換可能なモジュール式コンポーネント２６の内部非流体セクション３２に対して比較的空気を通さないような嵌合を形成するように構成され、一実施形態では、これはシーリング構成によって達成され得る。図５ｂでは、上で考察したように、液体処理パネル２２に対して交換可能なモジュールコンポーネント２６を封止するためのシール部材４５が示されている。当業者により別のシール部材構成も想定され得る。一実施形態では、流体は交換可能なモジュール式コンポーネント２６の流体セクション３０内に厳密に制限されるが、代替実施形態では、流体接続部のみが流体セクション３０に限定され、それにより、流体が、交換可能なモジュール式コンポーネント２６の非流体セクション３０の内側において流体処理パネルを「横断」することが可能となる。
【００３７】
図５ｂには、主制御ユニット４０と、交換可能なモジュール式コンポーネント２６を主制御ユニット４０に接続するためのバスコネクタ４２とがさらに示されている。一実施形態では、バスコネクタ４２及び交換可能なモジュールコンポーネント２６を含めたコンポーネント位置は、互いに対してプラグアンドプレイの構成であってもよい。
【００３８】
図６は、液体クロマトグラフィーシステムのモジュール式コンポーネントを除いた、モジュール式液体処理パネル２２を備えるハウジング２０の一実施形態の概略図である。開示される実施形態では、システムの所望のレイアウトに応じて選択され得る２つの交換可能なパネルセクション３４により液体処理パネル２２のレイアウトも構成可能となる。図６では、交換可能なパネルセクションの２つの異なるレイアウトが開示されているが、このレイアウトには任意の適切な構成が含まれてもよい。
【００３９】
図７ａ及び７ｂは、液体クロマトグラフィーシステムのモジュール式コンポーネントを除いた、液体処理パネルを備えるモジュール式ハウジングの一実施形態の概略図である。開示される実施形態では、モジュール式ハウジングは、電源とハウジング全体のための環境制御（climate control）とを含む主制御ユニットを有する主ハウジング３６、２つの拡張ハウジングモジュール３８、並びに、側面部材４０から構成される。この手法によりクロマトグラフィーシステムに対して非常に柔軟に拡張を行うことが可能となり、同時に、電源及び環境制御を含む単一の主制御ユニットの利点が維持される。
【００４０】
図８は、本発明によるモジュール式液体クロマトグラフィーシステムの一実施形態のシステムアーキテクチャの一実施形態の概略図である。上で言及したように、このクロマトグラフィーシステムは、ＣＡＮバスなどのシステムバス４２を介して例えば１〜２６のすべてのモジュール式コンポーネントと通信するように構成される主制御ユニット４０を有していてもよい。一実施形態では、各モジュール式コンポーネントは、コンポーネントがバス４２を介して指示に応答してオペレーションを独立して実行するのを可能にする専用のＣＰＵユニットを備える。各モジュール式コンポーネントに取り付けられるコネクタの数を最小にするために、バス４２は、モジュール式コンポーネント用の給電線をさらに有する。バス４２はハウジング２０内に配置される任意の適切な数のモジュール式コンポーネントに接続され得、さらに、ハウジング２０の外側の１以上のモジュール式コンポーネント４４などにも接続され得る。上で簡単に言及したように、主制御ユニットはさらに、ハウジング内の環境状況を制御するように構成されてもよい。開示されるモジュール式コンポーネントに加えて、例えばフラクションコレクターなどの、クロマトグラフィーシステムの別のコンポーネントが、ハウジング内において制御された環境内で配置されてもよい。
【００４１】
一実施形態では、主制御ユニットにより異なるコンポーネントモジュールが自動で特定されるため、これらのコンポーネントモジュールは異なる位置の間で実質的に自由に移動され得る。さらに、主制御ユニットは上記の情報をクロマトグラフィー制御ソフトウェアに送るように構成されてもよく、それにより、実験セットアップ及びプランニングが可能となる。一実施形態では、制御システムは、液体処理パネル及び特定の実験セットアップに対して使用可能であるコンポーネントモジュールのその時点でのレイアウトに対してコンポーネントモジュールを最適にレイアウトするように構成され得る。
【００４２】
一実施形態では、図５の交換可能なパネルセクション３４並びに図６ａ及び６ｂの拡張ハウジングモジュール３８は、それらを自動で検出するための手段を備えていてもよく、それにより主制御ユニット４０によりシステムを自動で構成することが可能となる。一実施形態では、交換可能な各パネルセクション３４及び各拡張ハウジングモジュール３８は、システムバス４２のネットワークを交換可能な各パネルセクション３４内又は各拡張ハウジングモジュール３８内のコンポーネントモジュールの数まで拡張するためにシステムバス４２に接続するためのハブ（図示せず）を有する。
【００４３】
図９は、本発明によるモジュール式液体クロマトグラフィーシステムの一実施形態の主制御ユニットの一実施形態の概略図である。主制御ユニット４０は、内部コンポーネント及び外部コンポーネント並びに制御用コンピュータ（図示せず）などに通信するためのシステムコントローラー４６を有する。一実施形態では、このシステムコントローラーは、適切なＣＰＵ４８、バスコントローラー５２、ＬＡＮユニットなどの外部通信コントローラー５０、及び、記憶装置５４を有する。バスコントローラー５２はコンポーネントモジュールとの通信を実現している。主制御ユニットは、電源５６と、上で考察したようにハウジング２０内の内部環境状況を所定のレベルに維持するように構成される環境状況コントローラー５８とをさらに有する。
【００４４】
図１０は、液体処理パネルのモジュール式コンポーネントの間での流体相互接続構成の一実施形態の概略図である。開示される相互接続構成の複雑さを考慮すると、このシステムの代替の構成において流体経路を最適化することの利点が明らかとなる。流体経路を最適する作業は、例えば、システム内の異なるコンポーネントモジュールを相互接続させるように構成される流体経路／管材料の全長／容積を減少させるように行われてもよい。別法として、この最適化は、小分けにされた試料が分散するのを最小にするために、カラムからフラクションコレクターまでの試料出口経路などの、１以上の特定の流体経路の長さ／容積を最小化するように行われてもよい。
【符号の説明】
【００４５】
１ 注入バルブ
２ 内蔵圧力センサーを有するカラムバルブ
３ 導電率モニター
４ ＵＶモニター
５ ４連バルブ
６ 内蔵空気センサーを有する入口バルブＢ
７ システムポンプ
８ 圧力モニター、システムポンプ
９ 内蔵空気センサーを有する入口バルブＡ
１０ システムポンプ
１１ 圧力モニター、試料ポンプ
１２ 試料ポンプ
１３ リンスシステム
１４ オンラインフィルターを有するミキサー
１５ 内蔵空気センサーを有する試料入口バルブ
１６ 流れ絞り装置
１７ ｐＨバルブ
１８ 出口バルブ
２０ ハウジング
２２ 液体処理パネル
２４ ダミーモジュール
２６ 交換可能なモジュール式コンポーネント
２８ パネル部材
２９ 内部クライメートパネル
３０ 外部流体セクション
３１ 空気入口開口部
３２ 内部非流体セクション
３３ 空気出口開口部
３４ パネルセクション
３５ 空気入口コンパートメント
３６ 主ハウジング
３７ 空気出口コンパートメント
３８ 拡張ハウジングモジュール
３９ コンポーネント位置
４０ 主制御ユニット
４１ 入口通気孔
４２ バスコネクタ
４３ 出口通気孔
４４ モジュール式コンポーネント
４５ シール部材
４６ システムコントローラー
４８ ＣＰＵ
５０ 外部通信コントローラー
５２ バスコントローラー
５４ 記憶装置
５６ 電源
５８ 環境状況コントローラー
１００ モジュール式液体クロマトグラフィーシステム
【技術分野】
【０００１】
本発明は、流体処理システムの技術分野に関し、詳細には、高い柔軟性を有し構成可能である自動流体処理システムに関する。この流体処理システムは、例えば、液体クロマトグラフィーシステム、濾過システム、化学合成システムなどであってもよい。
【背景技術】
【０００２】
例えば実験室には多様な流体処理システムが存在する。このようなシステムは、多数の流体処理ユニット、例えば、様々なタイプの１以上のポンプ、バルブ、ミキサー、センサーユニットを有する。上記の流体処理ユニットは、剛体チューブ又は可撓性チューブなどの形態の流体導管によって相互接続される。一部のシステムは特定の流れ経路を用いる特定のタイプの用途に合わせて設計することができるが、それでも、しばしば、システムの流体流れ経路を変更又は最適化するための柔軟性及び機能が必要となる。さらに、アップグレードは、しばしば、製造業者によって提供される特定のキットのみに制限され、また、アップグレードキットは、しばしば、元のシステムに加えて構成される追加機器として供給され、したがってシステムの占有面積を増大し、システムに流体的、電気的に接続する必要がある（すなわち、システム制御バスなどに接続される必要がある）。また、欠陥のある流体処理ユニットを交換することは時間がかかり、慎重を要する作業である。
【０００３】
液体処理システムの１つタイプは、実験室における標準的な方法である液体クロマトグラフィーシステムであるが、市場で入手可能な液体クロマトグラフィーは多様である。現在のシステムの大部分に共通するのは、器具を多種多様な用途に適合させる際の柔軟性が欠如していることである。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】米国特許出願公開第２００８／００３５５４２号明細書
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
本発明の目的は、従来技術の１以上の欠点を克服する新しい流体処理システムを提供することである。これは、独立請求項で定義される流体処理システムによって達成される。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
このような流体処理システムの１つ利点は、追加機器を必要とすることなくシステムを容易にアップグレードすることができること、及び、新たな実験セットアップに合わせて流れ経路を容易に最適化することができることである。
【０００７】
本発明の実施形態は従属請求項で定義される。
【０００８】
図面を参照して以下で本発明を詳細に説明する。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】本発明による、液体クロマトグラフィーシステムの形態の流体処理システムの一実施形態を示す図である。
【図２】図１の流体処理システムの液体処理パネルを供えるハウジングを示す概略図である。
【図３】流体処理システムのモジュール式コンポーネントを除いた、図２の液体処理パネルを備えるハウジングを示す概略図である。
【図４】取り外された流体処理システムのコンポーネントモジュールの実施例を示す概略図である。
【図５】自動流体処理システムの概略的な実施形態を示す図である。
【図６】流体処理システムのモジュール式コンポーネントを除いた、モジュール式液体処理パネルを備えるハウジングの一実施形態を示す概略図である。
【図７】流体処理システムのモジュール式コンポーネントを除いた、液体処理パネルを備えるモジュール式のハウジングの一実施形態を示す概略図である。
【図８】本発明による流体処理システムの一実施形態のシステムアーキテクチャの一実施形態を示す概略図である。
【図９】本発明による流体処理システムの一実施形態の主制御ユニットの一実施形態を示す概略図である。
【図１０】図１の液体クロマトグラフィーシステムのための液体処理パネルのモジュール式コンポーネントの間における流体相互接続構成（fluidic interconnection arrangement）の一実施形態を示す概略図である。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
一実施形態では、ハウジングと、外部流体セクション及び内部非流体セクションを備える交換可能なモジュール式コンポーネントとして構成される２以上の流体処理ユニットとを有する自動流体処理システムが提供され、ここでは、ハウジングが、上記交換可能なモジュール式コンポーネントを受けるための２以上のコンポーネント位置を備える液体処理パネルを有し、それにより、外部流体セクションが液体処理パネルにより非流体セクションから分離される。
【００１１】
別の実施形態では、ハウジングと、２以上の高圧ポンプと、１以上のセンサーユニットと、２以上の異なる構成の複数の流体制御バルブとを有する液体クロマトグラフィーシステムの形態の流体処理システムが提供され、ここでは、少なくとも流体制御バルブが交換可能なモジュール式コンポーネントとして構成され、ハウジングが、上記モジュール式コンポーネントを受けるための複数のコンポーネント位置を備える液体処理パネルを有する。
【００１２】
図１は、液体クロマトグラフィーシステムの形態の自動流体処理システムモジュールの一実施形態を示しており、ここでは、複数の交換可能なモジュール式コンポーネントが液体処理パネル内に配置されており、以下に符号を示す。
【００１３】
１．注入バルブ
２．内蔵圧力センサーを有するカラムバルブ
３．導電率モニター
４．ＵＶモニター
５．４連バルブ
６．内蔵空気センサーを有する入口バルブＢ
７．システムポンプ
８．圧力モニター、システムポンプ
９．内蔵空気センサーを有する入口バルブＡ
１０．システムポンプ
１１．圧力モニター、試料ポンプ
１２．試料ポンプ
１３．リンスシステム
１４．オンラインフィルターを有するミキサー
１５．内蔵空気センサーを有する試料入口バルブ
１６．流れ絞り装置
１７．ｐＨバルブ
１８．出口バルブ。
【００１４】
開示される実施形態は３つの高精度ポンプ７、１０、１２を備える。システムポンプＡ１０とシステムポンプＢ７の２つのシステムポンプ７、１０、並びに、１つの試料ポンプ１２が存在する。システムポンプ７、１０は、精製法において定組成溶離又はグラジエント溶離を引き起こすために個別に又は組合せで使用され得る。試料ポンプ１２は、試料のローディングをカラム上に誘導するための、又は、試料ループを充填するためのものである。
ポンプの機能：
各ポンプモジュールは２つのポンプヘッド（図示せず）で構成される。各ヘッドは同じものであるが、個別のステッパモーターにより互いに逆の位相で作動され、マイクロプロセッサによって制御される。２つのピストン及びポンプヘッドは、連続的で低脈動の液体供給を実現するために交互に動作する。２つのシステムポンプの流量は約０．００１ｍｌ／分〜２５．０００ｍｌ／分で変化させることができ、最大動作圧は約２０ＭＰａである。試料ポンプの流量は例えば０．０１〜２５ｍｌ／分で変化させることができ、一実施形態では、最大動作圧は１０ＭＰａである。
【００１５】
一実施形態では、２以上の異なる構成の複数の流体制御バルブは回転タイプのバルブである。このようなモーター駆動の回転バルブは、バルブの入口ポート及び出口ポートまでのチャネルを備える複数の画成された孔を有するバルブヘッドで構成されてもよい。モーター上に設置される回転ディスクが複数の画成されたチャネルを有する。回転ディスクのチャネルのパターンは、バルブヘッドのポートのパターン及び位置と併せて、各タイプのバルブの流れ経路及び機能を画成する。回転ディスクが回転すると、バルブ内の流れ経路が変化する。
【００１６】
流体制御バルブの一実施形態は、動作中に使用される緩衝液又は試料を選択するのに使用される入口バルブＡ及びＢ（それぞれ、９、６）、並びに、試料ポンプ１２の前に位置される試料入口バルブ１５である。入口バルブＡ９はシステムポンプＡ１０の前に位置され、入口バルブＢ６はシステムポンプＢ１０の前に位置され、試料入口バルブ１５は試料ポンプ１２の前に位置される。入口バルブＡ及び入口バルブＢは４連バルブ５の形態の別の実施形態の流体制御バルブに接続される。４連バルブは、緩衝液を自動で調製するのに及び４液グラジエントを形成するのに使用される。追加の入口バルブを備えるコンポーネントモジュールを設置することにより入口の数を増加させることができる。入口バルブＡ及び入口バルブＢは、異なる緩衝液及び洗浄溶液の間で自動的な交換を行うのを可能にし、また、緩衝液Ａ及び緩衝液Ｂを混合させることによってグラジエントを発生させるのに使用され得る。入口バルブＡ及び入口バルブＢと一体の空気センサーが、ポンプ内及びカラム内に空気が入るのを防止するのに使用され得る。
【００１７】
４連バルブは４つの異なる溶液を自動で混合するのに使用される。４連バルブは一度に１つの入口ポートを開け、異なる溶液がミキサー１４内で混合されて所望の緩衝液が生成される。切換バルブの開放時間はシステムによって制御される。流れが増大すると、各入口ポート開口部の流体の量が段階的に増大する。均一の緩衝液組成を得るためには、この方法の流量に適したミキサーチャンバー容積を確実に使用する必要がある。
【００１８】
４連バルブは、任意の組合せで４つの異なる溶液を同時に使用してグラジエントを作るのに使用され得る。各溶液の割合はこの方法の指示によって制御される。経時的に線形的に２つ、３つ又は４つの溶液の割合を変化させるグラジエントを形成することが可能である。これは、先進的方法を開発するときに有用である。
【００１９】
試料入口バルブ１５は、試料をカラム上に直接に注入するために又は試料ループを充填するために試料ポンプ１２を使用するときに異なる試料を自動でロードするのを可能にする。試料入口バルブは緩衝液専用の入口を有する。この緩衝液入口は、複数の方法において、試料が導入される前に試料ポンプを溶液で充填するのに使用される。緩衝液入口はまた、動作の合間に緩衝液を用いて試料ポンプを洗浄するのに使用される。試料入口バルブに組み込まれる空気センサーは、例えば、方法の試料を加える段階において空気センサーを使用して全試料を注入することを選択することにより試料を容器からカラム上へと適用するときに、使用される。この機能は、試料の注入を終了させて試料ポンプから空気を除去するために緩衝液入口を使用する。
【００２０】
流体制御バルブの別の実施形態は、試料をカラム上に誘導するのに使用される注入バルブ１であってもよい。このバルブは、複数の異なる試料適用手法を使用することを可能にする。試料ループが注入バルブに接続されてもよく、試料ポンプを使用して自動で又はシリンジを使用して手動で充填されてもよい。試料は試料ポンプを使用してカラム上に直接に注入されてもよい。
【００２１】
流体制御バルブの別の実施形態は、カラムをシステムに接続するのに使用される及び流れをカラムに誘導するのに使用されるカラムバルブ２であってもよい。上記バルブの開示される実施形態には最大で５つのカラムが同時に接続され得る。また、このバルブは、接続されたカラムを迂回するのを可能にするビルトインバイパス細管を有する。
【００２２】
カラム位置の数は追加のカラムバルブを設置することによって増加され得る。各カラムの頂部及び底部の両方はカラムバルブに接続される。カラムの頂部はＡポートの１つ（例えば、１Ａ）に接続され、カラムの底部は対応するＢポート（例えば、１Ｂ）に接続される。流れ方向は、カラムの頂部からカラムの底部への下方向又はカラムの底部からカラムの頂部への上方向のいずれかで設定されてもよい。カラムバルブの標準設定の流れ経路では、カラムは迂回される。カラム上の実際の圧力を測定する圧力モニターがカラムバルブの入口ポート及び出口ポートに組み込まれる。
【００２３】
流体制御バルブの別の実施形態は、ｐＨ電極が設置され得る一体型のフローセルを有するｐＨバルブ１７であってもよい。これは動作中にインラインでｐＨを監視することを可能にする。流れ絞り装置がｐＨバルブに接続され、ＵＶフローセル内に空気泡が生成されるのを防止するのに十分な大きさの背圧を発生させるために流れ経路内に含まれてもよい。ｐＨバルブは、流れをｐＨ電極までさらには流れ絞り装置まで誘導するのに、又は、それらの一方又は両方を迂回させるのに使用される。
【００２４】
流体制御バルブの別の実施形態は、流れをフラクションコレクター（図示せず）まで誘導するのに、例えば１０個の出口ポートのいずれかまで誘導するのに、又は排棄するのに使用される出口バルブ１８であってもよい。出口の数は追加の出口バルブを設置することによって増加され得る。
【００２５】
ミキサー１４が、例えば、システムポンプＡ及びシステムポンプＢの後ろ及び注入バルブの前に位置されてもよい。ミキサーの目的は、均一の緩衝液組成が得られるようにシステムポンプからの緩衝液が確実に混合されるようにすることである。ミキサーは、不純物が流れ経路に入るのを防止するビルトインフィルターを有する。
【００２６】
所望の目的を達成するために、開示される液体クロマトグラフィーシステムを用いて、単純で柔軟性のある形で流れ経路を適合及び拡張することが可能である。空いているバルブ位置を用いて最大で３つの追加の流体制御バルブなどが設置され得る。出荷時はこれらの位置にはダミーモジュールが設置されている。任意の流れ経路を得るために、標準の流体制御バルブを別の位置に移動させることも可能である。試料入口バルブの前すなわち注入バルブの後ろに設置され得る使用可能な２つのタイプの追加の空気センサーも存在する。
【００２７】
図１に開示される構成では、７つの入口が各入口バルブに対して使用可能である。入口の数を増加させるために追加の入口バルブが設置されてもよく、１つのバルブに対して入口の数は１４まで増加される。この任意選択の構成は、例えば多数の試料が使用される場合に便利である。例えば４連バルブへの入口の数を増加させるのに使用され得る一般的なタイプの入口バルブ、バルブＸも存在する。
【００２８】
１つのカラムバルブを備える図１に開示される構成では、５つのカラム位置が使用可能である。カラム位置の数を１０まで増加させるために、この器具に追加のカラムバルブが設置されてもよい。１つの用途は、方法を最適化する際に複数の異なるカラムを評価することであってもよい。
【００２９】
１つの出口バルブを備える図１に開示される構成では、１０個の出口位置が使用可能である。出口の数を増加させるために、１つ又は２つの追加の出口バルブが接続されてもよく、出口の位置が合計で２１又は３２まで増加される。この任意選択の構成は、フラクションコレクターの外側で多数の大きな画分を収集するのに便利である。
【００３０】
開示されるモジュール式液体クロマトグラフィーシステムに任意選択のモジュールを設置するのは容易である。ダミーモジュールが六角レンチを用いて取り外され、バスケーブルが切り離される。バスケーブルが器具に組み付けられた任意選択の流体制御バルブなどに接続される。次いで、モジュールが制御ソフトウェア内のシステムプロパティに加えられる。使用可能な任意選択のモジュールは、例えば、所望の機能を得るために予め構築されていてもよい。しかし、バルブの機能は、例えば、ノードＩＤを変更することによって変更され得る。
【００３１】
図２は、図１のモジュール式液体クロマトグラフィーシステム１００の形態の流体処理システムの流体処理パネル２２を備えるハウジング２０の概略図である。図２では、見やすいように一部のコンポーネントが取り外されている。開示される構成では、上で詳細に開示したように、モジュール式液体クロマトグラフィーシステム１００は、注入バルブ１、カラムバルブ２、４連バルブ５、入口バルブＢ６、入口バルブＡ９、試料入口バルブ１５、ｐＨバルブ１７及び出口バルブ１８、の形態の複数の流体制御バルブを有する。クロマトグラフィーシステム１００は、ＵＶモニター４、システムポンプＢ７、システムポンプＡ１０、試料ポンプ１２、ミキサー１４、及び、３つのダミーモジュール２４をさらに有する。一実施形態では、液体処理パネル２２のところに配置されるすべての液体処理コンポーネント及びセンサーは容易に交換され得るように設計される。この互換性により作業及びアップグレードが行いやすくなり、さらには、例えば特定の実験セットアップに対して流体経路を最適化するために、流体制御バルブなどの個別の流体処理コンポーネントの位置をカスタマイズしやすくなる。図２に示されるように、例えばポンプモジュールのための３つの大型コンポーネント位置と、１つのＵＶセンサー位置と、例えば流体制御バルブなどのための９つの標準のコンポーネント位置とが存在する。これらのコンポーネント位置は、単純な互換性が得られるように標準化されたサイズ及び形状を有する。一実施形態では、各モジュール式コンポーネントは、１つのねじにより嵌合式コンポーネント位置内で保持され、各コンポーネントに通信及びシステム電力をもたらす１本のバスケーブルによって主制御ユニットに接続される。図３は、液体クロマトグラフィーシステムのモジュール式コンポーネントを除いた、図２の液体処理パネルを備えるハウジングの概略図である。
【００３２】
図４ａ〜４ｄは、取り外された流体処理システムのモジュール式コンポーネントの形態の、流体処理ユニットの実施例の概略図である。図４ａは、例えば流体制御バルブなどの、標準的な交換可能なモジュール式コンポーネント２６を示している。標準的なコンポーネントモジュール２６は、パネル部材２８、外部流体セクション３０、及び、内部非流体セクション３２を有する。一実施形態では、パネル部材２８は、外部流体セクション３０内の流体を内部非流体セクション３２内の電子機器及び制御手段から本質的に分離する。
【００３３】
図４ｄは、使用されない標準的な構成位置に配置されることを意図されるダミーモジュール２４を示している。開示される実施形態では、ダミーモジュールは、システムにアクセサリーを取り付けるための装着溝を備える。開示される実施形態では、ダミーモジュールは、内部セクションを一切備えないパネル部材２８として示されている。図４ｃ及び４ｄはそれぞれポンプモジュール及びＵＶモジュールを示しており、これらは各々が外部流体セクション３０及び内部非流体セクション３２を有する。
【００３４】
図４ａ〜４ｄに開示されるように、交換可能なモジュールコンポーネント２６が、流体セクションを非流体セクションから分離するように構成される、液体処理パネル内のコンポーネント位置に取り付けられるためのパネル部材を有する。上記パネル取付部材は、上記モジュール式コンポーネントのすべての流体接続部がパネル取付部材のウェット側に配置されそれによりこれらの流体接続部がパネル取付部材のドライ側に配置される電気部品から分離されるように、構成されてもよく、それにより、流体処理パネルの外側部分のところにおいて高い液体抵抗性が得られ、内部セクションで必要とされる液体抵抗性がある程度軽減される。一実施形態では、交換可能なモジュール式コンポーネントが、シール部材により液体処理パネルに対して封止される。図示されない別の実施形態では、モジュール式コンポーネントは一切パネル部材を有さないが、液体処理パネルのコンポーネント位置開口部と交換可能なモジュール式コンポーネント２６の外部表面との間に適切なシーリング構成が設けられる。開示される実施形態では、液体処理パネルのコンポーネント位置開口部及び交換可能なモジュール式コンポーネント２６が、本質的に長方形断面形状を有するように示されているが、別の形状も同様に適用可能である。一実施形態では、図５ａに概略的に開示されるように、ハウジングと、交換可能なモジュール式コンポーネントとして配置される２以上の流体処理ユニットとを有する一般的な流体処理システムが提供される。上で考察したように、このようなシステムは、適切な流体処理ユニットがこのシステムのための交換可能なモジュール式コンポーネントとして設けられる場合、本質的に任意のタイプの自動液体処理オペレーションに対して構成され得る。一実施形態では、１以上の流体ポンプと、１以上のセンサーユニットと、２以上の異なる構成の２以上の流体制御バルブとを有する自動流体処理システムが提供され、ここでは、少なくとも流体制御バルブが交換可能なモジュール式コンポーネントとして配置される。
【００３５】
流体処理システムの液体処理パネル２２は、例えば、モジュール式コンポーネントが効率的な形で配置されるのを可能にするために任意の適切な形で設計されてもよい。
【００３６】
図５ａ及び５ｂは、自動流体処理システムの概略的な実施形態を示しており、ここでは、ハウジング２０が、ハウジング２０内に空気入口コンパートメント３５及び空気出口コンパートメント３７を画成する液体処理パネル２２の後ろの一定距離のところに配置される内部クライメートパネル２９を有し、この内部クライメートパネル２９は、交換可能なモジュール式コンポーネント２６の内部非流体セクション３２を受けるための相補的なコンポーネント位置３９を備え、さらにここでは、交換可能なモジュール式コンポーネントがコンポーネント位置内の定位置に配置される場合、１以上の交換可能なモジュール式コンポーネントの非流体セクション３２が、空気入口コンパートメント３５内に位置される１以上の空気入口開口部３１と、空気出口コンパートメント３７内に位置される１以上の空気出口開口部３３とを備える。図５ｂは図５ａの流体処理システムを概略的な断面図で示している。入口通気孔４１及び出口通気孔４３によって示されるように、好適には、空気入口開口部３１及び空気出口開口部３３を備える交換可能なモジュール式コンポーネント２６を冷却するための空気が、空気が再循環するのを回避するために出口通気孔４３から一定距離のところで空気入口コンパートメント３５に入るようになっている。システム内の空気循環は、１以上の交換可能なモジュール式コンポーネント２６を介して空気入口コンパートメント３５から空気出口コンパートメント３７まで空気が流れるのを可能にするシステム冷却ユニット（図示せず）によって達成される。別法として、１以上の交換可能なモジュール式コンポーネント２６が、空気入口コンパートメント３５から空気出口コンパートメント３７まで空気が流れるのを可能にする局部的冷却ユニット（図示せず）を備える。示されるように、相補的なコンポーネント位置３９は、交換可能なモジュール式コンポーネント２６の内部非流体セクション３２に対して比較的空気を通さないような嵌合を形成するように構成され、一実施形態では、これはシーリング構成によって達成され得る。図５ｂでは、上で考察したように、液体処理パネル２２に対して交換可能なモジュールコンポーネント２６を封止するためのシール部材４５が示されている。当業者により別のシール部材構成も想定され得る。一実施形態では、流体は交換可能なモジュール式コンポーネント２６の流体セクション３０内に厳密に制限されるが、代替実施形態では、流体接続部のみが流体セクション３０に限定され、それにより、流体が、交換可能なモジュール式コンポーネント２６の非流体セクション３０の内側において流体処理パネルを「横断」することが可能となる。
【００３７】
図５ｂには、主制御ユニット４０と、交換可能なモジュール式コンポーネント２６を主制御ユニット４０に接続するためのバスコネクタ４２とがさらに示されている。一実施形態では、バスコネクタ４２及び交換可能なモジュールコンポーネント２６を含めたコンポーネント位置は、互いに対してプラグアンドプレイの構成であってもよい。
【００３８】
図６は、液体クロマトグラフィーシステムのモジュール式コンポーネントを除いた、モジュール式液体処理パネル２２を備えるハウジング２０の一実施形態の概略図である。開示される実施形態では、システムの所望のレイアウトに応じて選択され得る２つの交換可能なパネルセクション３４により液体処理パネル２２のレイアウトも構成可能となる。図６では、交換可能なパネルセクションの２つの異なるレイアウトが開示されているが、このレイアウトには任意の適切な構成が含まれてもよい。
【００３９】
図７ａ及び７ｂは、液体クロマトグラフィーシステムのモジュール式コンポーネントを除いた、液体処理パネルを備えるモジュール式ハウジングの一実施形態の概略図である。開示される実施形態では、モジュール式ハウジングは、電源とハウジング全体のための環境制御（climate control）とを含む主制御ユニットを有する主ハウジング３６、２つの拡張ハウジングモジュール３８、並びに、側面部材４０から構成される。この手法によりクロマトグラフィーシステムに対して非常に柔軟に拡張を行うことが可能となり、同時に、電源及び環境制御を含む単一の主制御ユニットの利点が維持される。
【００４０】
図８は、本発明によるモジュール式液体クロマトグラフィーシステムの一実施形態のシステムアーキテクチャの一実施形態の概略図である。上で言及したように、このクロマトグラフィーシステムは、ＣＡＮバスなどのシステムバス４２を介して例えば１〜２６のすべてのモジュール式コンポーネントと通信するように構成される主制御ユニット４０を有していてもよい。一実施形態では、各モジュール式コンポーネントは、コンポーネントがバス４２を介して指示に応答してオペレーションを独立して実行するのを可能にする専用のＣＰＵユニットを備える。各モジュール式コンポーネントに取り付けられるコネクタの数を最小にするために、バス４２は、モジュール式コンポーネント用の給電線をさらに有する。バス４２はハウジング２０内に配置される任意の適切な数のモジュール式コンポーネントに接続され得、さらに、ハウジング２０の外側の１以上のモジュール式コンポーネント４４などにも接続され得る。上で簡単に言及したように、主制御ユニットはさらに、ハウジング内の環境状況を制御するように構成されてもよい。開示されるモジュール式コンポーネントに加えて、例えばフラクションコレクターなどの、クロマトグラフィーシステムの別のコンポーネントが、ハウジング内において制御された環境内で配置されてもよい。
【００４１】
一実施形態では、主制御ユニットにより異なるコンポーネントモジュールが自動で特定されるため、これらのコンポーネントモジュールは異なる位置の間で実質的に自由に移動され得る。さらに、主制御ユニットは上記の情報をクロマトグラフィー制御ソフトウェアに送るように構成されてもよく、それにより、実験セットアップ及びプランニングが可能となる。一実施形態では、制御システムは、液体処理パネル及び特定の実験セットアップに対して使用可能であるコンポーネントモジュールのその時点でのレイアウトに対してコンポーネントモジュールを最適にレイアウトするように構成され得る。
【００４２】
一実施形態では、図５の交換可能なパネルセクション３４並びに図６ａ及び６ｂの拡張ハウジングモジュール３８は、それらを自動で検出するための手段を備えていてもよく、それにより主制御ユニット４０によりシステムを自動で構成することが可能となる。一実施形態では、交換可能な各パネルセクション３４及び各拡張ハウジングモジュール３８は、システムバス４２のネットワークを交換可能な各パネルセクション３４内又は各拡張ハウジングモジュール３８内のコンポーネントモジュールの数まで拡張するためにシステムバス４２に接続するためのハブ（図示せず）を有する。
【００４３】
図９は、本発明によるモジュール式液体クロマトグラフィーシステムの一実施形態の主制御ユニットの一実施形態の概略図である。主制御ユニット４０は、内部コンポーネント及び外部コンポーネント並びに制御用コンピュータ（図示せず）などに通信するためのシステムコントローラー４６を有する。一実施形態では、このシステムコントローラーは、適切なＣＰＵ４８、バスコントローラー５２、ＬＡＮユニットなどの外部通信コントローラー５０、及び、記憶装置５４を有する。バスコントローラー５２はコンポーネントモジュールとの通信を実現している。主制御ユニットは、電源５６と、上で考察したようにハウジング２０内の内部環境状況を所定のレベルに維持するように構成される環境状況コントローラー５８とをさらに有する。
【００４４】
図１０は、液体処理パネルのモジュール式コンポーネントの間での流体相互接続構成の一実施形態の概略図である。開示される相互接続構成の複雑さを考慮すると、このシステムの代替の構成において流体経路を最適化することの利点が明らかとなる。流体経路を最適する作業は、例えば、システム内の異なるコンポーネントモジュールを相互接続させるように構成される流体経路／管材料の全長／容積を減少させるように行われてもよい。別法として、この最適化は、小分けにされた試料が分散するのを最小にするために、カラムからフラクションコレクターまでの試料出口経路などの、１以上の特定の流体経路の長さ／容積を最小化するように行われてもよい。
【符号の説明】
【００４５】
１ 注入バルブ
２ 内蔵圧力センサーを有するカラムバルブ
３ 導電率モニター
４ ＵＶモニター
５ ４連バルブ
６ 内蔵空気センサーを有する入口バルブＢ
７ システムポンプ
８ 圧力モニター、システムポンプ
９ 内蔵空気センサーを有する入口バルブＡ
１０ システムポンプ
１１ 圧力モニター、試料ポンプ
１２ 試料ポンプ
１３ リンスシステム
１４ オンラインフィルターを有するミキサー
１５ 内蔵空気センサーを有する試料入口バルブ
１６ 流れ絞り装置
１７ ｐＨバルブ
１８ 出口バルブ
２０ ハウジング
２２ 液体処理パネル
２４ ダミーモジュール
２６ 交換可能なモジュール式コンポーネント
２８ パネル部材
２９ 内部クライメートパネル
３０ 外部流体セクション
３１ 空気入口開口部
３２ 内部非流体セクション
３３ 空気出口開口部
３４ パネルセクション
３５ 空気入口コンパートメント
３６ 主ハウジング
３７ 空気出口コンパートメント
３８ 拡張ハウジングモジュール
３９ コンポーネント位置
４０ 主制御ユニット
４１ 入口通気孔
４２ バスコネクタ
４３ 出口通気孔
４４ モジュール式コンポーネント
４５ シール部材
４６ システムコントローラー
４８ ＣＰＵ
５０ 外部通信コントローラー
５２ バスコントローラー
５４ 記憶装置
５６ 電源
５８ 環境状況コントローラー
１００ モジュール式液体クロマトグラフィーシステム
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ハウジングと、外部流体セクション及び内部非流体セクションを備える交換可能なモジュール式コンポーネントとして構成される２以上の流体処理ユニットとを有する自動流体処理システムであって、前記ハウジングが、前記交換可能なモジュール式コンポーネントを受けるための２以上のコンポーネント位置を備える液体処理パネルを有し、それにより、前記外部流体セクションが前記液体処理パネルにより前記非流体セクションから分離される、自動流体処理システム。
【請求項２】
前記交換可能なモジュール式コンポーネントが、前記流体セクションを前記非流体セクションから分離するように構成される、前記液体処理パネル内のコンポーネント位置に取り付けられるためのパネル部材を有する、請求項１記載の流体処理システム。
【請求項３】
前記交換可能なモジュール式コンポーネントがシール部材により前記液体処理パネルに対して封止される、請求項１記載の流体処理システム。
【請求項４】
主制御ユニットを有し、前記交換可能なモジュール式コンポーネントがシステムバスにより前記主制御ユニットに接続され、前記コンポーネント位置及び前記交換可能なモジュール式コンポーネントが互いに対してプラグアンドプレイの構成である、請求項１記載の流体処理システム。
【請求項５】
交換可能なすべてのモジュール式コンポーネントが同じサイズである、請求項１記載の流体処理システム。
【請求項６】
前記交換可能なモジュール式コンポーネントが２以上のサイズである、請求項１記載の流体処理システム。
【請求項７】
１以上の流体ポンプと、１以上のセンサーユニットと、２以上の異なる構成の２以上の流体制御バルブとを有し、少なくとも前記流体制御バルブが交換可能なモジュール式コンポーネントとして構成される、請求項１記載の流体処理システム。
【請求項８】
前記主制御ユニットが、前記ハウジング内及び前記交換可能なモジュール式コンポーネント内の環境状況を制御するためのシステム環境状況コントローラーを有する、請求項１記載の流体処理システム。
【請求項９】
前記ハウジングが、前記ハウジング内に空気入口コンパートメント及び空気出口コンパートメントを画成する前記液体処理パネルの後ろの一定距離のところに配置される内部クライメートパネルを有し、前記クライメートパネルが、前記交換可能なモジュール式コンポーネントの前記内部非流体セクションを受けるための相補的なコンポーネント位置を備え、前記交換可能なモジュール式コンポーネントが前記コンポーネント位置内の定位置に配置される場合、１以上の交換可能なモジュール式コンポーネントの前記非流体セクションが、前記空気入口コンパートメント内に位置される１以上の空気入口開口部と、前記空気出口コンパートメント内に位置される１以上の空気出口開口部とを備える、請求項１記載の流体処理システム。
【請求項１０】
前記１以上の交換可能なモジュール式コンポーネントを介して前記空気入口コンパートメントから前記空気出口コンパートメントまで空気が流れるのを可能にするシステム冷却ユニットを有する、請求項９記載の流体処理システム。
【請求項１１】
前記１以上の交換可能なモジュール式コンポーネントが、前記空気入口コンパートメントから前記空気出口コンパートメントまで空気が流れるのを可能にする局部的冷却ユニットを備える、請求項９記載の流体処理システム。
【請求項１２】
前記システムが、制御された状態でクロマトグラフィーカラムを通って流体が流れるのを可能にするように構成される液体クロマトグラフィーシステムである、請求項１記載の流体処理システム。
【請求項１３】
前記システムが液体濾過システムである、請求項１記載の流体処理システムである。
【請求項１４】
前記システムが化学合成システムである、請求項１記載の流体処理システム。
【請求項１】
ハウジングと、外部流体セクション及び内部非流体セクションを備える交換可能なモジュール式コンポーネントとして構成される２以上の流体処理ユニットとを有する自動流体処理システムであって、前記ハウジングが、前記交換可能なモジュール式コンポーネントを受けるための２以上のコンポーネント位置を備える液体処理パネルを有し、それにより、前記外部流体セクションが前記液体処理パネルにより前記非流体セクションから分離される、自動流体処理システム。
【請求項２】
前記交換可能なモジュール式コンポーネントが、前記流体セクションを前記非流体セクションから分離するように構成される、前記液体処理パネル内のコンポーネント位置に取り付けられるためのパネル部材を有する、請求項１記載の流体処理システム。
【請求項３】
前記交換可能なモジュール式コンポーネントがシール部材により前記液体処理パネルに対して封止される、請求項１記載の流体処理システム。
【請求項４】
主制御ユニットを有し、前記交換可能なモジュール式コンポーネントがシステムバスにより前記主制御ユニットに接続され、前記コンポーネント位置及び前記交換可能なモジュール式コンポーネントが互いに対してプラグアンドプレイの構成である、請求項１記載の流体処理システム。
【請求項５】
交換可能なすべてのモジュール式コンポーネントが同じサイズである、請求項１記載の流体処理システム。
【請求項６】
前記交換可能なモジュール式コンポーネントが２以上のサイズである、請求項１記載の流体処理システム。
【請求項７】
１以上の流体ポンプと、１以上のセンサーユニットと、２以上の異なる構成の２以上の流体制御バルブとを有し、少なくとも前記流体制御バルブが交換可能なモジュール式コンポーネントとして構成される、請求項１記載の流体処理システム。
【請求項８】
前記主制御ユニットが、前記ハウジング内及び前記交換可能なモジュール式コンポーネント内の環境状況を制御するためのシステム環境状況コントローラーを有する、請求項１記載の流体処理システム。
【請求項９】
前記ハウジングが、前記ハウジング内に空気入口コンパートメント及び空気出口コンパートメントを画成する前記液体処理パネルの後ろの一定距離のところに配置される内部クライメートパネルを有し、前記クライメートパネルが、前記交換可能なモジュール式コンポーネントの前記内部非流体セクションを受けるための相補的なコンポーネント位置を備え、前記交換可能なモジュール式コンポーネントが前記コンポーネント位置内の定位置に配置される場合、１以上の交換可能なモジュール式コンポーネントの前記非流体セクションが、前記空気入口コンパートメント内に位置される１以上の空気入口開口部と、前記空気出口コンパートメント内に位置される１以上の空気出口開口部とを備える、請求項１記載の流体処理システム。
【請求項１０】
前記１以上の交換可能なモジュール式コンポーネントを介して前記空気入口コンパートメントから前記空気出口コンパートメントまで空気が流れるのを可能にするシステム冷却ユニットを有する、請求項９記載の流体処理システム。
【請求項１１】
前記１以上の交換可能なモジュール式コンポーネントが、前記空気入口コンパートメントから前記空気出口コンパートメントまで空気が流れるのを可能にする局部的冷却ユニットを備える、請求項９記載の流体処理システム。
【請求項１２】
前記システムが、制御された状態でクロマトグラフィーカラムを通って流体が流れるのを可能にするように構成される液体クロマトグラフィーシステムである、請求項１記載の流体処理システム。
【請求項１３】
前記システムが液体濾過システムである、請求項１記載の流体処理システムである。
【請求項１４】
前記システムが化学合成システムである、請求項１記載の流体処理システム。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【公表番号】特表２０１２−５２９６５０（Ｐ２０１２−５２９６５０Ａ）
【公表日】平成２４年１１月２２日（２０１２．１１．２２）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１２−５１４９２０（Ｐ２０１２−５１４９２０）
【出願日】平成２２年６月４日（２０１０．６．４）
【国際出願番号】ＰＣＴ／ＳＥ２０１０／０５０６２４
【国際公開番号】ＷＯ２０１０／１４４０３７
【国際公開日】平成２２年１２月１６日（２０１０．１２．１６）
【出願人】（５９７０６４７１３）ジーイー・ヘルスケア・バイオサイエンス・アクチボラグ (109)
【Ｆターム（参考）】
【公表日】平成２４年１１月２２日（２０１２．１１．２２）
【国際特許分類】
【出願日】平成２２年６月４日（２０１０．６．４）
【国際出願番号】ＰＣＴ／ＳＥ２０１０／０５０６２４
【国際公開番号】ＷＯ２０１０／１４４０３７
【国際公開日】平成２２年１２月１６日（２０１０．１２．１６）
【出願人】（５９７０６４７１３）ジーイー・ヘルスケア・バイオサイエンス・アクチボラグ (109)
【Ｆターム（参考）】
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