DE19917433A1 - Mikroreaktorsystem zum Erzeugen und Testen von Substanzen und Wirkstoffen - Google Patents
Mikroreaktorsystem zum Erzeugen und Testen von Substanzen und WirkstoffenInfo
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Abstract
Mikroreaktorsystem zum Erzeugen und Testen von Substanzen und Wirkstoffen, wobei das System einzelne Mikroreaktoren umfaßt, die in einem Feld angeordnet sind, wobei jeder Mikroreaktor eine Probenkammer, mindestens einen Zulauf zu der Probenkammer zum Zuführen von Substanzen und Wirkstoffen in die Probenkammer und mindestens einen Ablauf von der Probenkammer zum Entleeren der Probenkammer sowie eine Mischstrecke in Form eines Kanalsystems zwischen Zulauf und Probenkammer aufweist, wobei das Feld in Form einer Matrix mit n Reihen und m Spalten aus Mikroreaktoren aufgebaut ist, das dadurch gekennzeichnet ist, daß jeder Probenkammer jeweils ein erster und ein zweiter Zulauf zugeordnet ist, daß die jeweiligen ersten Zuläufe der Mikroreaktoren jeder der n Reihen über einen jeweiligen ersten Zulauf-Verbindungskanal miteinander verbunden sind, daß die jeweiligen zweiten Zuläufe der Mikroreaktoren jeder der m Spalten über einen jeweiligen zweiten Zulauf-Verbindungskanal miteinander verbunden sind, daß jeder erste Zulauf-Verbindungskanal und jeder zweite Zulauf-Verbindungskanal jeweils ein Zulaufende und ein Ablaufende, zwischen denen die jeweiligen ersten Zuläufe bzw. die jeweiligen zweiten Zuläufe angeordnet sind, aufweist, an denen jeweils ein Absperrventil angeordnet ist, und daß jeder Ablauf von der Probenkammer ein Absperrventil aufweist.
Description
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Mikroreaktorsystem zum Erzeugen und Testen
von Substanzen und Wirkstoffen, wobei das System einzelne Mikroreaktoren um
faßt, die in einem Feld angeordnet sind, wobei jeder Mikroreaktor eine Probenkam
mer, mindestens einen Zulauf zu der Probenkammer zum Zuführen von Substanzen
und Wirkstoffen in die Probenkammer und mindestens einen Ablauf von der Proben
kammer zum Entleeren der Probenkammer sowie eine Mischstrecke in Form eines
Kanalsystems zwischen Zulauf und Probenkammer aufweist, wobei das Feld in Form
einer Matrix mit n Reihen und m Spalten aus Mikroreaktoren aufgebaut ist.
Für die Auffindung neuer Wirkstoffe, z. B. für pharmazeutische Produkte, werden zu
nehmend HTS-Methoden (High-Throughput-Screening) eingesetzt, um in kurzer Zeit
eine große Bandbreite möglicher Wirkstoffe bezüglich ihrer Wirksamkeit zu testen.
Eine Folge dieser neuen Techniken ist die Entwicklung der kombinatorischen Che
mie, mit der schnell große Substanzbibliotheken für die Testung bereitzustellen sind.
Die automatisierte, kombinatorische Synthese findet jedoch bisher noch in relativ
großen Maßstäben statt (< 1 ml, entsprechend 20 bis 100 mg Produkt). Schon jetzt
betragen die für die Testung benötigten Substanzmengen nur noch 5-1 mg und zu
künftig werden Substanzmengen in der Testung angestrebt, die < 1 mg Substanz
betragen.
Auch die Erzeugung der zu testenden Substanzen durch Methoden der kombinatori
schen Chemie wird einer weiteren deutlichen Verkleinerung der Substanzmengen
unterliegen, wobei die bisher vorherrschenden, technologischen Ansätze, die aus der
klassischen Labortechnik abgeleitet sind, nur noch bedingt weiter verkleinerbar sind.
Für die Anwendung in der kombinatorischen Mikrochemie wird heutzutage bereits
ein System mit einer Vielzahl solcher Mikroreaktoren erprobt, so daß ganze Testrei
hen mittels dieser Felder aus Mikroreaktoren durchgeführt werden könnten.
Verbunden mit der angestrebten Verkleinerung dieser Mikroreaktoren ist insbeson
dere die Zufuhr von Substanzen und Wirkstoffen in die Mischstrecke und die Pro
benkammer als auch die Entleerung dieser Probenkammer nach den Reaktionen
und Synthesen problematisch, da sie geeignet sein müssen, sehr kleine Volumina an
Substanzen und Wirkstoffen in die Probenkammern einzubringen.
Derartige Mikroreaktoren für die kombinatorische Chemie werden eine Schlüssel
technologie in der Wirkstoffforschung der Zukunft darstellen. Die Kosten für ein neu
es Arzneimittel betragen heute etwa 400-600 Mio. DM, mit steigender Tendenz. Die
Wirkstoffsuche stellt dabei einen bedeutenden Kostenfaktor dar, der durch Anwen
dung von Mikrotechniken und die damit gesteigerte Effizienz deutlich reduziert wer
den kann. In Zukunft werden sich nur Firmen auf Dauer auf dem Markt durchsetzen
können, denen es gelingt schnell genug kostengünstig neue Wirkstoffkandidaten
aufzufinden.
Ausgehend von der vorstehend geschilderten Problematik liegt der vorliegenden Er
findung insbesondere die Aufgabe zugrunde, ein Mikroreaktorsystem zu schaffen,
das für die kombinatorische Mikrochemie geeignet ist, wobei sehr kleine Volumina
an Substanzen und Wirkstoffen in den einzelnen Mikroreaktoren hergestellt und ge
testet werden können, und mit denen es möglich ist, definierte Testreihen in den ein
zelnen Mikroreaktoren eines solchen Felds aus Mikroreaktoren durchzuführen.
Weiterhin liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren anzugeben, um
ein solches System aus Mikroreaktoren mit Substanzen und Wirkstoffen zu befüllen
und zu entleeren und gezielt unterschiedliche Untersuchungsparameter den einzel
nen Proben in den Probenkammern zuzuordnen.
Gelöst wird diese Aufgabe bei einem Mikroreaktorsystem mit den eingangs angege
benen Merkmalen dadurch, daß jedem Probenraum jeweils ein erster und ein zwei
ter Zulauf zugeordnet ist, daß die jeweiligen ersten Zuläufe der Mikroreaktoren jeder
der n Reihen über einen jeweiligen ersten Zulauf-Verbindungskanal miteinander ver
bunden sind, daß die jeweiligen zweiten Zuläufe der Mikroreaktoren jeder der m
Spalten über einen jeweiligen zweiten Zulauf-Verbindungskanal miteinander verbun
den sind, daß jeder erste Zulauf-Verbindungskanal und jeder zweite Zulauf-Verbin
dungskanal, jeweils ein Zulaufende und ein Ablaufende, zwischen denen die jeweili
gen ersten Zuläufe bzw. die jeweiligen zweiten Zuläufe angeordnet sind, aufweist, an
denen jeweils ein Absperrventil angeordnet ist, und daß jeder Ablauf von der Pro
benkammer ein Absperrventil aufweist.
Mit dieser Anordnung ergibt sich ein neuartiges Mikroreaktorsystem, mit dem, insbe
sondere durch den Aufbau und die Anordnung der verschiedenen Zulaufkanäle und
Ablaufkanäle und der Zulauf-Verbindungskanäle, das für die kombinatorische Mikro
chemie besonders gut geeignet ist. Insbesondere können Reaktionen und Synthe
sen mit Reaktorvolumen von 50 µl und kleiner (z. B. im Bereich von 20 µl), die geeig
net sind zur Synthese von Produktmengen kleiner 1-2 mg, durchgeführt werden. Es
ergibt sich durch die Anordnung des Reaktorfelds aus n × m Mikroreaktoren eine Ma
trix von Reaktionskammern, die die simultane Erzeugung von n × m neuen Produk
ten ermöglichen. Aufgrund der jeweiligen, die einzelnen ersten Zulaufkanäle jeder
Reihe Mikroreaktor-Probenkammern verbindenden Zulauf-Verbindungskanäle und
der Verbindung der jeweiligen zweiten Zuläufe jeder Spalte des Felds ist es möglich,
systematische Versuchsreihen durchzuführen, indem über die jeweiligen ersten und
zweiten Zulauf-Verbindungskanäle Ausgangsverbindungen und Wirkstoffvorläufer
den jeweiligen einem Zulauf-Verbindungskanal zugeordneten Reaktionskammern
bzw. den vorgeschalteten Mischstrecken mit einer definierten Substanz zugeführt
werden kann, wobei beispielsweise dann die Substanzart von Reihe zu Reihe
geringfügig geändert werden kann. Ein entsprechendes Vorgehen erfolgt beispiels
weise bei der Erzeugung eines Wirkstoffs, dessen Verläufer über die den Spalten
zugeordneten Verbindungskanälen zugeführt wird, der sich auch in der Zusammen
setzung von Spalte zu Spalte definiert ändern kann, so sich daß aufgrund dieses
Schemas anhand der Versuchsfelder Tendenzen erkennen lassen und Ergebnisse
ableitbar sind.
Darüber hinaus ermöglicht der spezielle Aufbau der Mikroreaktoren eine einfache
Analyse der Syntheseprodukte über einen direkten Anschluß an ein Kappilarelektro
phorese-, ein GC-MS- (Gas-Chromatographie-Massenspektroskopie-) bzw. ein
HPLC-MS- (Hochieistungs-Flüssigkeits-Chromatographie-Massenspektroskopie-)
System. Insbesondere die Anbindung einer direkten ATR-IR- (abgeschwächte Total
reflexion-IR-) Analytik bzw. die Durchführung von laserinduzierten Fluoreszenzmes
sungen in der Reaktionszelle bzw. der Probenkammer eröffnet neue Möglichkeiten.
Auf diese Weise kann z. B. eine online-Kontrolle der Synthese bereits im Verlauf der
Reaktion erfolgen.
Falls die einzelnen Probenkammern von der Oberseite zugänglich sind, können ins
besondere auch die Substanzen und Wirkstoffe, die den einzelnen Probenkammern
zugeführt werden, definiert mit Strahlung, insbesondere Laserstrahlung, beauf
schlagt werden, um so die Proben in den Probenkammern mit unterschiedlicher
Wärme, unterschiedlichem Druck oder mit Strahlung unterschiedlicher Wellenlän
gen, beispielsweise mit ultravioletter Strahlung, mit infraroter Strahlung und/oder
Mikrowellenstrahlung, zur Reaktion zu bringen und zu untersuchen.
Falls Reaktionsenergie in der Probenkammer benötigt wird, wird vorzugsweise mit
infraroter Strahlung eingestrahlt, bevorzugt mit entsprechender Laserstrahlung. Falls
Laserenergie im UV-Bereich und im sichtbaren Bereich angewandt wird, können
Photoreaktionen ausgelöst werden. Die Zuführung von Mikrowellenenergie dient zur
direkten Anregung von chemischen Bindungen, wobei der Einsatz von Mikrowelle
nenergie eine deutliche Beschleunigung von chemischen Reaktionen mit sich bringt.
Falls der Druck in der Probenkammer erhöht wird, beispielsweise durch die Einstrah
lung von Laserenergie und einer daraus resultierenden Verdampfung von Material
bzw. einer Ausdehnung des Lösungsmittels, kann erreicht werden, daß chemische
Reaktionen eingeleitet oder beschleunigt werden.
Für die Vornahme der vorstehend aufgeführten Maßnahmen, d. h. das Einstellen der
jeweiligen Strahlung, werden bevorzugt die einzelnen Probenkammern mit einer für
die Strahlung durchlässigem Material abgedeckt, wozu sich insbesondere Quarzglas
eignet.
Durch das Zusammenwirken der angeführten Maßnahmen wird eine Reaktionsbe
schleunigung gegenüber klassischen Reaktionsbedingungen möglich, die, bedingt
durch die definierte Handhabung der Mikroreaktormatrix, zur Erzeugung von n × m
Verbindungen pro Reaktormatrix führt.
Weiterhin kann eine Reaktionsbeschleunigung auch dadurch erfolgen, daß Ultra
schall in die Probenkammer eingestrahlt wird.
Bevorzugt wird das Mikroreaktorsystem so aufgebaut, daß die Probenkammern, die
Zuläufe zu den Probenkammern, die Abläufe von den Probenkammern und die Zu
lauf-Verbindungskanäle in einer mehrere Ebenen bildenden Plattenstruktur gebildet
sind. Gerade mit diesem Aufbau kann ein sehr feinstrukturiertes System aufgebaut
werden, und zwar in einer dreidimensionalen Form, was eine große Variationsmög
lichkeit in Bezug auf die jeweiligen Kanäle bietet.
Da bevorzugt, wie vorstehend erläutert ist, die Probenkammern der jeweiligen Mikro
reaktoren mit einer für die beschriebenen Strahlungsarten transparenten Abdeckung
versehen sein sollten, werden die Probenkammern der Mikroreaktoren in der zweiten
Ebene einer solchen Plattenstruktur angeordnet, wobei die jeweiligen Probenkam
mern dann durch eine darüberliegende, die erste Ebene bildende transparente Plat
te, vorzugsweise eine Platte aus Quarzglas, abgedeckt wird. Die zweiten, dritten
oder vierten Ebenen dienen dann dazu, die Zulauf-Verbindungskanäle
aufzunehmen.
Es sollte verständlich werden, daß natürlich weitere Ebenen zwischen den Ebenen,
die die Probenkammer der Mikroreaktoren enthalten, und den Ebenen, die die Zu
lauf-Verbindungskanäle aufnehmen, vorgesehen werden können, falls zusätzliche
Kanalstrukturen erforderlich sind. Senkrecht zu den Plattenebenen werden in einer
solchen Plattenstruktur vorzugsweise die ersten und zweiten Zuläufe zu den Misch
strecken der Mikroreaktoren sowie die Abläufe von den Probenkammern der Mikro
reaktoren angeordnet.
Um die jeweiligen Probenkammern der einzelnen Mikroreaktoren definiert, d. h. in
Bezug auf die Menge, den Zeitpunkt und die Reihenfolge, befüllen und entleeren zu
können, weist jeder Ablauf der Probenkammer ein Absperrventil auf. Diese Absperr
ventile werden, um einen konstruktiv einfachen und miniaturisierbaren Aufbau zu er
halten, bevorzugt in die der Abdeckplatte gegenüberliegenden untersten Platte der
Plattenstruktur integriert.
Weiterhin ist es, für eine einfache Strukturierung des Mikroreaktorsystems bevor
zugt, die ersten und/oder zweiten Zulauf-Verbindungskanäle durch Vertiefungen in
den Platten zu bilden, wobei diese Vertiefungen durch die jeweils darüberliegende
oder darunterliegende Platte den Kanal bildend abgedeckt werden. Gegebenenfalls
ist es auch möglich, die Kanalstrukturen durch sich gegenseitig ergänzende Vertie
fungen in den jeweiligen einander zugewandten Plattenflächen vorzusehen.
Exakt dimensionierte Kanalstrukturen können mittels Laserbearbeitungstechniken
hergestellt werden. Bevorzugt werden deshalb die unterhalb der Abdeckplatte liegen
den Platten aus Kunststoff gebildet. Besonders gut eignen sich dabei Platten aus
PEEK (Polyetheretherketon), das chemisch inert ist, aus Polycarbonat, das für wäss
rige Lösungen geeignet ist und gegenüber PEEK noch leichter mittels Laser zu bear
beiten ist, oder aus Polyimid, das chemisch inert ist und ebenfalls gut mittels Laser
zu bearbeiten ist.
Da den einzelnen Probenkammern über die beiden Zuläufe unterschiedliche Sub
stanzen zugeführt werden, beispielsweise Säurechloride und Amine, ist eine gute
Vermischung vor der Einbringung in die Probenkammer erforderlich; diese Mischung
kann dadurch erzielt werden, daß die Mischstrecke durch ein spiralförmig gewunde
nes Kanalsystem gebildet wird, wobei die Zuläufe in das Zentrum der Spirale führen.
Eine Alternative hierzu ist eine Mischstrecke, die durch ein mäanderförmig gewunde
nes Kanalsystem gebildet ist.
Weiterhin sollten die ersten und zweiten Zulauf-Verbindungskanäle einen Kanalquer
schnitt im Bereich von 100 bis 400 µm aufweisen, wobei das Verhältnis des Quer
schnitts der jeweiligen Zulauf-Verbindungskanäle zu einem jeweiligen Querschnitt
des ersten und zweiten Zulaufs im Bereich von 4 : 1 liegen sollte. Hieraus ergeben
sich gute Möglichkeiten, sehr geringe Mengen an Substanzen und Wirkstoffen in die
Mischstrecken und damit in die Probenkammern einzubringen.
Weiterhin sollten die Probenkammer einen Durchmesser von 4 bis 6 mm, vorzugs
weise von etwa 5 mm, aufweisen, wobei das Füllvolumen der Probenkammer etwa
20 µl betragen sollte.
Um einen kompakten Aufbau des Mikroreaktorsystems zu erreichen, sollte die Dicke
der jeweiligen Platten der Plattenstruktur bei kleiner 2 mm liegen, und die gesamte
Dicke der Plattenstruktur sollte dann, senkrecht zu den Ebenen der Platten gesehen,
etwa 10 mm betragen.
Um das Mikroreaktorsystem wiederholt im chargenweisen Betrieb einsetzen zu kön
nen, um die einzelnen Probenkammern mit definierten Probenmengen befüllen zu
können und um die einzelnen Proben der Probenkammern automatisiert, beispiels
weise zur Übergabe an biologische Screening-Systeme, entleeren zu können, sind
einströmseitig der ersten und zweiten Zulauf-Verbindungskanäle Ventile angeordnet,
die zwischen einem ersten Eingang zur Zuführung von Substanzen oder Wirkstoffen,
einem zweiten Eingang zur Zuführung von Lösungsmittel oder einem Gas und einem
den Zulauf-Verbindungskanal absperrenden Zustand umschaltbar sind.
Auch sollten die Absperrventile in den Abläufen von der Probenkammer in einer fest
gelegten Reihenfolge in Reihe derart miteinander verbunden und derart umschaltbar
sein, daß die Proben aus den entsprechenden Probenkammern der einzelnen Reak
toren in einen Schlauch, zu späteren Analyse- oder Dokumentationszwecken, nach
einander einfüllbar sind. Um in einen solchen Schlauch und/oder die Reaktor- bzw.
Probenkammer zuführen zu können, weist jedes Absperrventil einen weiteren Ein
gang zum Zuführen einer solchen Spüllösung in den Schlauch auf. Besonders bevor
zugt ist hierbei, das jeweilige Absperrventil so auszuführen, daß es jeweils sechs
Strömungsdurchgänge besitzt, wobei jeweils zwei dieser Strömungsdurchgänge,
eine Zuführung und eine Abführung bildend, so miteinander verbindbar sind, daß
drei voneinander getrennte Durchlaufstrecken einrichtbar sind. Hieraus ergeben sich
die Möglichkeiten, über das Ventil die Proben aus den einzelnen Probenkammern
abzuführen und in einen Schlauch einzufüllen oder einer Analyseeinrichtung zuzu
führen oder den Reaktor zu reinigen, um einige wesentlichen zu nennen.
In einem einfachen Aufbau ist das Absperrventil eine um eine Achse drehbare Ven
tilscheibe, in der die Strömungsdurchgänge um den Umfang in gleichen Winkelab
ständen verteilt angeordnet sind, wobei durch Drehung der Ventilscheibe um deren
Achse die Strömungsdurchgänge unterschiedlichen Durchlaufstrecken zwischen den
einzelnen Strömungsdurchgängen durch deren Verbindung miteinander zuordenbar
sind. Zwei solcher Durchlaufstrecken werden dann bevorzugt mit einem Puffer
schlauch, einen fortlaufenden Strömungsweg bildend, verbunden.
Weitere Vorteile und Merkmale der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden
Beschreibung von Ausführungsbeispielen anhand der Zeichnung. In der Zeichnung
zeigt
Fig. 1 schematisch einen Mikroreaktor mit Probenkammer und mäanderförmig
ausgebildeter Mischstrecke,
Fig. 2 eine der Fig. 1 entsprechende Darstellung eines Mikroreaktors, aller
dings mit spiralförmig verlaufender Mischstrecke,
Fig. 3 einen Ausschnitt eines Mikroreaktorsystems mit einem Plattenaufbau und
vier angedeuteten Mikroreaktoren,
Fig. 4 eine Draufsicht auf die Platte der Fig. 3 der zweiten Ebene, die die Pro
benkammern und Mischstrecken der Mikroreaktoren enthält,
Fig. 5 eine Draufsicht auf die Platte der dritten Ebene der Fig. 3, die die ersten
Zulauf-Verbindungskanäle enthält, wobei am Anfang und am Ende der
jeweiligen Verbindungskanäle jeweils ein Ventil vorgesehen ist,
Fig. 6 eine Draufsicht auf die Platte der vierten Ebene der Fig. 4, die die zwei
ten Zulauf-Verbindungskanäle enthält, wobei am Anfang und am Ende
der jeweiligen Verbindungskanäle Jeweils ein Ventil vorgesehen ist,
Fig. 7 eine Ausführungsform eines Ventils, das jedem vertikal verlaufenden Ab
laufkanal der Fig. 3 zugeordnet ist,
Fig. 8A das Ventil der Fig. 7 in einer ersten Stellung, in der ein Pufferschlauch
mit Strömungsdurchgängen des Ventils verbunden ist,
Fig. 8B das Ventil der Fig. 7 bzw. der Fig. 8A in einer zweiten Stellung, in der
der Pufferschlauch mit anderen Strömungsdurchgängen des Ventils ver
bunden ist,
Fig. 8C den Pufferschlauch bzw. Aufbewahrungsschlauch, wie er mit jeweiligen
Produkten aus verschiedenen Probenkammern der Mikroreaktoren gefüllt
ist, wobei die jeweiligen Produkte durch Spüllösungsmittel und Stickstoff
getrennt sind,
Fig. 9 ein weiteres Ventil, vergleichbar mit dem Ventil der Fig. 7, wobei aller
dings die einzelnen Strömungsdurchgänge in einer gegenüber dem Ventil
der Fig. 7 geänderten Form so zugeordnet sind, daß sich andere Durch
laufstrecken ergeben,
Fig. 10A und 10B jeweils zwei der Ventile, wie sie in Fig. 9 zu sehen sind, wo
bei jedes Ventil jeweils mit einem Pufferschlauch verbunden ist und wo
bei die beiden Ventile wiederum durch einen Verbindungsschlauch ver
bunden sind,
Fig. 10B die Anordnung der Fig. 10A, allerdings in einer unterschiedlichen Stel
lung der Ventile, wodurch sich andere Zuordnungen der Pufferschläuche
und des Verbindungsschlauchs zu den Strömungsdurchgangswegen und
den entsprechenden Durchlaufstrecken ergeben,
Fig. 11 einen Pufferschlauch bzw. Aufbewahrungsschlauch, der, entsprechend
Fig. 8C, mit Produkt, Spüllösungsmittel und Stickstoff gefüllt ist,
Fig. 12 schematisch eine Anordnung der den jeweiligen Abläufen aus den Pro
benkammern zugeordneten Ventile, wobei die dargestellten Ventile den
jenigen entsprechen, die anhand der Fig. 7, 8A und 8B gezeigt sind,
die so miteinander verbunden sind, daß die Proben aus den einzelnen
Probenkammern hintereinander in einen Schlauch zur Dokumentation
eingeführt werden können, und
Fig. 13 schematisch eine Analysenanordnung für ein Mikroreaktorsystem.
Zwei typische Mikroreaktoren, wie sie in dem erfindungsgemäßen Mikroreaktorsy
stem eingesetzt werden können, sind in den Fig. 1 und 2 schematisch darge
stellt, wobei die beiden Mikroreaktor-Ausführungen mit den Bezugzeichen 1 und 2
bezeichnet sind. Derartige Mikroreaktoren besitzen eine Probenkammer 3, eine
Mischstrecke 4 in Form eines Kanalsystems, einen ersten Zulauf 5, einen zweiten
Zulauf 6 einströmseitig der Mischstrecke 4 sowie einen Ablauf 7 von der Probenkam
mer 3. Der Ablauf 7 ist hierbei an einer Seite der Probenkammer 3 angeordnet, die
der Verbindungsstelle 8 mit der Mischstrecke gegenüberliegt.
Solche Mikroreaktoren 1, 2 dienen dazu, Substanzen und Wirkstoffe zu erzeugen
und zu testen. Über den jeweiligen ersten Zulauf 5 und zweiten Zulauf 6 können die
jeweiligen Substanzen und Wirkstoffe dosiert zugeführt werden, die dann die jeweili
gen Mischstrecken 4 durchlaufen, bevor sie in die Probenkammer 3 des Reaktors
eintreten. Wesentlich ist, daß die zugeführten Substanzen und Wirkstoffe in der
Mischstrecke 4 ausreichend gemischt werden. Um dies zu erreichen, ist die Misch
strecke 4 des Mikroreaktors 1 der Fig. 1 mäanderförmig ausgebildet, während die
Mischstrecke 4 des Mikroreaktors 2 der Fig. 2 spiralförmig aufgebaut ist, wobei im
Zentrum dieses spiralförmigen Aufbaues die beiden Zuläufe 5, 6 in die Mischstrecke
4 einmünden. In dem Kanalsystem der Mischstrecke 4 werden vorzugsweise zusätz
liche, nicht näher dargestellte Strömungswiderstände vorgesehen, beispielsweise
Flächenelemente, die den Kanalquerschnitt verengen und wieder erweitern, um da
durch starke Verwirbelungen und eine entsprechende Vermischung der zugeführten
Substanzen und Wirkstoffe zu erreichen. Die in die Probenkammer 3 eingefüllten,
miteinander vermischten Substanzen/Wirkstoffe können dann Testreihen unterwor
fen werden, beispielsweise indem sie mit Strahlung geeigneter Wellenlänge bestahlt
werden, mit Wärme beaufschlagt werden und/oder geänderten Drücken ausgesetzt
werden. Die Proben werden dann, nach Beendigung der Behandlung, über die jewei
ligen Abläufe 7 entleert, um sie anschließend Messungen und Analysen zu unterwer
fen und/oder sie zur Dokumentation aufzubewahren.
Für die kombinatorische Mikrochemie ist es erforderlich, definierte Testreihen zum
einen mit unterschiedlichen Substanz/Wirkstoff-Mengenverhältnissen und/oder un
terschiedlichen Behandlungsparametern durchzuführen. Hierzu wird ein Mikroreak
torsystem eingesetzt, das eine Vielzahl von Mikroreaktoren aufweist, die in einer Ma
trix aus n Reihen und m Spalten angeordnet sind, wie dies in der Fig. 3 angedeutet
ist. In Fig. 3 ist ein derartiges Mikroreaktorsystem, mit dem Bezugszeichen 9 be
zeichnet, gezeigt. In diesem System 9 sind jeweilige Mikroreaktoren eingesetzt sind,
die dem Mikroreaktor 2 entsprechen, der in Fig. 2 dargestellt und vorstehend erläu
tert ist. Allerdings sind, zur besseren Veranschaulichung und zur Klarheit, nur vier
solcher Mikroreaktoren 2 gezeigt.
Das Mikroreaktorsystem 9 ist in Form einer Plattenstruktur aufgebaut, wobei sich die
Plattenebenen in der x-, y-Ebene erstrecken, während sie in der z-Richtung überein
andergestapelt sind. Die einzelnen Platten dieser Plattenstruktur sind von der oberen
Platte nach unten mit den Bezugszeichen 10, 11, 12, 13 und 14 bezeichnet.
Die einzelnen Mikroreaktoren 2, die in Fig. 3 auf der Oberseite angedeutet sind, be
finden sich in der ersten Plattenebene 15 zwischen den beiden Platten 10 und 11,
wobei die vordere, in der x-z-Ebene aufgespannte Fläche des Mikroreaktorsystems 9
einen Schnitt entlang von zwei Mikroreaktoren 2 durch deren Probenkammer 3,
Mischstrecke 4 sowie den jeweiligen Abläufen bzw. Ablaufkanälen 7 darstellt. Diese
erste Plattenebene 15 ist darüberhinaus in Fig. 4, als Draufsicht auf die zweite Plat
te 11, dargestellt. In dieser Darstellung weist die Matrix aus den einzelnen Mikroreak
toren 2n Reihen A1-A4 und m Spalten, B1-B6, auf, so daß sich eine n.m Matrix in
diesem Beispiel von 4.6 = 24 Mikroreaktoren 2 ergibt.
Die einzelnen Mikroreaktoren 2 sind mittels Laserabtrag durch Vertiefungen in der
Oberfläche der Platte 11 gebildet, d. h. sowohl die Vertiefung, die die Probenkammer
3 bildet, als auch dis Vertiefungen der Mischstrecke 4 sowie die Kanäle für den er
sten und den zweiten Zulauf 5, 6 und den Ablauf 7. Auf diese Weise können diese
Vertiefungen sehr fein und exakt strukturiert werden; als ein geeignetes Material für
sowohl die erste Platte 10 als auch die weiteren Platten 11, 12, 13 und 14 wird Poly
carbonat, PEEK (Polyetheretherketon) oder Polyimid eingesetzt.
Während die Probenkammer 3 und die Mischstrecke 4 in der ersten Plattenebene
15, d. h. in der x-y-Ebene, liegen, verlaufen die ersten Zuläufe 5, die zweiten Zuläufe
6 und die Abläufe 7 jeweils in der z-Richtung, d. h. senkrecht zu den jeweiligen
Plattenebenen.
Die zweite Platte 11, die in Fig. 4 in einer Draufsicht gezeigt ist, ist durch die erste
Platte 10 (siehe Fig. 3) abgedeckt, die bevorzugt aus Quarzglas gebildet ist, d. h.
aus einem für Laserstrahlung transparenten Material.
Fig. 5 zeigt eine Draufsicht auf die dritte Platte 12, d. h. die zweite Plattenebene 16.
Die Fig. 6 zeigt dagegen eine Draufsicht auf die vierte Platte 13, d. h. die dritte Plat
tenebene 17 in Fig. 3.
Wie in Fig. 6 zu erkennen ist, sind in der Oberfläche der vierten Platte 13, d. h. in
der dritten Plattenebene 17, erste Zulauf-Verbindungskanäle 18, in y-Richtung ver
laufend, ausgebildet, die die jeweiligen ersten Zuläufe 5 zu den jeweiligen Misch
strecken 4 der jeweiligen Mikroreaktoren der m Spalten B1, B2, B3, B4, B5 und B6 ver
binden. Während die jeweiligen ersten Zuläufe 5 jedes einer Spalte zugeordneten
Mikroreaktors 2 über die ersten Zulauf-Verbindungskanäle 18 miteinander strö
mungsmäßig verbunden sind, sind die jeweiligen zweiten Zuläufe 6 der jeweiligen Mi
kroreaktoren 2, die einer der n Reihen zugeordnet sind, d. h. den Reihen A1, A2, A3
und A4, jeweils über einen zweiten Zulauf-Verbindungskanal 19 verbunden, die in der
Oberfläche der dritten Platte 12, d. h. in der zweiten Plattenebene 16, liegen, so daß
die jeweiligen zweiten Zuläufe 6 der einer der n Spalten zugeordneten
Mikroreaktoren über jeweils einen gemeinsamen zweiten Zulaufkanal 19 miteinander
verbunden sind.
Es sollte an dieser Stelle angemerkt werden, daß die Strukturen in den jeweiligen
Plattenebenen 15, 16 und 17 nicht im Maßstab dargestellt sind, um die Lage der er
sten und zweiten Zulauf-Verbindungskanäle 18 und 19 sowie der ersten und zweiten
Zuläufe 5 und 6 deutlicher zeigen zu können.
Die Probenkammern 3 der jeweiligen Mikroreaktoren 1 besitzen einen Durchmesser
von etwa 5 mm und eine Tiefe von 1 mm; die jeweiligen ersten und zweiten Zuläufe
5, 6 haben einen Durchmesser von etwa 100 µm, während die jeweiligen ersten und
zweiten Zulauf-Verbindungskanäle 18 und 19 eine Breite von 400 µm besitzen. Es ist
darauf zu achten ist, daß das Verhältnis des Querschnitts der jeweiligen Zulauf-Ver
bindungskanäle 18, 19 zu dem Querschnitt des jeweiligen ersten und zweiten Zu
laufs 5, 6 im Bereich von etwa 4 : 1 liegt.
Wie anhand der Fig. 4, 5 und 6 zu erkennen ist, können über die durch jeweili
gen ersten Zulauf-Verbindungskanäle 18 und die jeweils über die zweiten Zulauf-
Verbindungskanäle verbundenen ersten Zuläufe 5 und die zweiten Zuläufe 6 gleich
zeitig Substanzen und/oder Wirkstoffe zugeführt werden. Zum definierten Befüllen
der ersten und zweiten Zulauf-Verbindungskanäle 18 und 19 sind jeweils an einem
Zulaufende 20 und einem Ablaufende 21, zwischen denen die jeweiligen ersten und
zweiten Zuläufe der m Spalten und n Reihen liegen, Absperrventile 22 und 23 einge
baut. Während es sich bei den Ventilen 22 an dem jeweiligen Zulaufende 20 der er
sten und zweiten Zulauf-Verbindungskanäle 18, 19 um Ventile mit zwei Anschlüssen
handelt, zwischen denen das Ventil, zusätzlich zu einem Absperrzustand, umschalt
bar ist, sind die jeweiligen Absperrventile 23 an dem Ablaufende 21 der jeweiligen er
sten und zweiten Zulauf-Verbindungskanäle 18, 19 solche, die zwischen einer Ab
laufstellung und einem Absperrzustand umschaltbar sind. Die jeweiligen Absperrven
tile 22 an dem Zulaufende 20 der jeweiligen ersten und zweiten Zulauf-Verbindungs
kanäle 18 und 19 dienen entweder zur Zufuhr von Wirkstoffen/Substanzen über den
einen Zulauf, während der jeweilige andere Zulauf dieser Absperrventile 22 zur Zu
führung von Lösungsmitteln oder einem Gas, beispielsweise Argon oder Stickstoff,
dient. Die an den jeweiligen Ablaufenden 21 liegenden Absperrventile 23 werden im
Gegensatz dazu geschlossen oder geöffnet, um die Mikroreaktoren definiert befüllen
zu können, indem sie definiert zwischen der Durchlaßstellung und Schließstellung
eingestellt werden.
Wie in Fig. 3 dargestellt ist, wird die Plattenstruktur auf der Unterseite des Platten
stapels durch eine fünfte Platte 14, die als Endplatte dient, abgeschlossen. Die je
weiligen Abläufe von den Mikroreaktoren 2 führen senkrecht durch den gesamten
Plattenstapel bis zur Unterseite dieser fünften Platte 14 hindurch. Den Enden dieser
Abläufe 7 sind jeweils weitere Absperrventile zugeordnet, wie sie in zwei unter
schiedlichen Ausführungsformen in den Fig. 7 und 9, mit den Bezugszeichen 24
und 25 bezeichnet, schematisch dargestellt sind. Diese weiteren Absperrventile 24
und 25 besitzen eine Ventilscheibe 27, die um eine Achse 28 drehbar ist. Um den
Umfang dieser Ventilscheibe 27 gleichmäßig verteilt befinden sich sechs Strömungs
durchgänge, jeweils mit S1, S2, S3, S4, S5 und S6 bezeichnet. Jeweils zwei dieser
Strömungsdurchgänge sind so miteinander verbindbar, daß sich drei voneinander
getrennte Durchlaufstrecken, in Fig. 7 S1-S2, S3-S4 und S5-S6 und in Fig. 9 S1-S2,
S3-S6 und S4-S5, ergeben.
Wie anhand der Fig. 5 und 6 zu erkennen ist, werden für eine n.m Matrix zur Zu
führung der Produkte 2m + 2n Ventile benötigt, d. h. im Falle der Anordnung, wie sie
in den Fig. 4, 5 und 6 zu sehen ist, die vier Reihen und sechs Spalten aufweist,
insgesamt zwanzig Ventile 22, 23 für eine Reaktormatrix mit 4.6 = 24 Mikroreakto
ren. Durch den speziellen Aufbau mit jeweils einem Absperrventil 22 am Zulaufende
20 und einem Absperrventil 23 am Ablaufende 21 der jeweiligen Zulauf-Verbin
dungskanäle 18, 19 können diese Kapillaren mit Edukt, d. h. einem Ausgangspro
dukt, gefüllt werden, ohne daß dieses in die Reaktoren aufsteigt. Anschließend wird
das jeweilige auslaßseitige Ventil 23 geschlossen und das Produkt wird durch eine
Mikromembranpumpe, die dem einen Einlaß der jeweiligen Absperrventile 22 zuge
ordnet ist, in definierter Menge über die Zuläufe 6 in die Mischstrecken 4 und von da
aus in die Probenkammern 3 der Mikroreaktoren 2 gedrückt. Ein entsprechender
Vorgang wird auch über die vertikalen Zulauf-Verbindungskanäle 18 der Fig. 6, die
mit den ersten Zuläufen 5 in Verbindung stehen, vorgenommen. Danach werden
diese horizontalen Kapillaren mit Lösungsmittel gespült, das über die jeweils ande
ren Zufuhrkanäle der einlaufseitigen Absperrventile 22 zugeführt wird. Abschließend
wird der Eduktrest aus den senkrecht aufsteigenden Kapillaren 5, 6 und aus den sta
tischen Mischern mit Lösungsmittel vollständig in den jeweiligen Reaktionsraum bzw.
die Probenkammer 3 hineingedrückt. Die Mikroreaktoren 2 sind dann vollständig
durch das Lösungsmittel in den Kapillaren druckdicht abgeschlossen (wobei die aus
laufseitgen Absperrventile 23 sowie die Absperrventile an den Auslässen der Abläufe
7 geschlossen sind) und für chemische Reaktionen einsatzbereit. Hierbei tritt eine
Rückdiffusion durch die Kapillaren aus einem Reaktor in den nächsten Reaktor
durch das Kapillarsystem während der kurzen Reaktionszeit nicht auf. Nach der be
endeten Reaktion wird das Kapillarsystem mit Argon gespült; anschließend wird das
Produkt mit Argon durch die Abläufe 7 aus den Probenkammern 3 herausgedrückt.
Wie im Rahmen der Beschreibungseinleitung bereits beschrieben wurde, können un
terschiedliche Versuche mit den Substanzen und Wirkstoffen in den einzelnen Pro
benkammern 3 durchgeführt werden, indem zum Beispiel unterschiedliche Reaktio
nen ausgelöst werden. Hierzu ist es von Vorteil, daß die einzelnen Probenkammern
3 der jeweiligen Mikroreaktoren 2 des Mikroreaktorsystems mit einer Quarzglasplatte
abgedeckt sind, d. h. mit einer Platte, die für Strahlung bestimmter Wellenlängen
transparent ist, beispielsweise für infrarote Strahlung, ultraviolette Strahlung oder
Mikrowellenstrahlung, die mittels Laser in die Probenkammer über die Quarzglasplat
te eingestrahlt werden kann.
Um die jeweiligen Probenkammern 3 der Mikroreaktoren 2 auf der Auslaßseite, d. h.
an den jeweiligen Abläufen 7, abzudichten, könnte eine Ventilplatte vorgesehen wer
den, die durch seitliche Verschiebung die 24 Ablauf-Kapillaren 7 der Anordnung, wie
sie in den Fig. 4 bis 6 gezeigt ist, abdichtet. Den einzelnen Abläufen 7 kann, zum
Entleeren der Probenkammern 3 nach Abschluß der chemischen Reaktionen, eine
Mikrotiterplatte zugeordnet werden, so daß in diese Mikrotiterplatte, mit insgesamt 24
Aufnahmevertiefungen, der Inhalt der Probenkammern 3 eingefüllt werden kann, um
diese Proben anschließend zu analysieren oder in solchen Miktrotiterplatten aufzu
bewahren und zu dokumentieren.
Insbesondere für einen automatisierten, chargenweisen Betrieb des Mikroreaktorsy
stems 9, wie es in den Fig. 3 bis 6 gezeigt ist, wird jedem Ablauf 7 jedes Mikrore
aktors 2 ein Sechsfach-Ventil, wie es die Fig. 7 und 9 zeigen, zugeordnet.
Zum Entladen des Mikroreaktorsystems 9 wird dann zunächst, unter Verwendung
des weiteren Absperrventils 24, wie es in Fig. 7 gezeigt ist, in der Stellung, die die
Fig. 8A zeigt, die Durchlaufstrecke S1-S2 mit dem Ablauf 7 des Mikroreaktors 2 ver
bunden (über S) und in einen Puffershlauch (Kapillare) 29, der mit dem Strömungs
durchgang S2 verbunden ist, gedrückt. In dieser Stellung ist das andere Ende des
Pufferschlauchs mit dem Strömungsdurchgangsweg S5 und damit mit der Durchlauf
strecke S5-S6 verbunden. Dieser Vorgang mit einer Stellung des weiteren Absperr
ventils 24 entsprechend Fig. 8A wird synchron mit den Inhalten aller Probenkam
mern 3 durchgeführt. Danach werden diese weiteren Absperrventile 24 durch eine
Drehung der Ventilscheibe 27 um 60° in eine Stellung gebracht, so daß die einzel
nen Pufferschläuche 29 in Reihe geschaltet sind, so daß die Produkte dann nachein
ander das Kapillarsystem verlassen. Die Inhalte bzw. Produkte der einzelnen Pro
benkammern können dann in einem Kapillarschlauch fortlaufend eingeführt werden,
wie dies in den Fig. 8C und 11 dargestellt ist. Zur Trennung der jeweiligen Pro
dukte (durch einen schwarzen Abschnitt in den Fig. 8 C und 11 gekennzeichnet)
sind jeweils eine Schutzgasblase, beispielsweise Stickstoff (weißer Abschnit), sowie
ein Tropfen reinen Lösungsmittels (schraffierter Abschnitt) zwischen den Fraktionen
vorgesehen.
Diese Verfahrensweisen unter Einsatz der Absperrventile 24, wie sie anhand der
Fig. 7 bis 8 C erläutert sind, sind auch mit der Ausführung des Absperrventils 25,
wie dies in den Fig. 9 bis 11 dargestellt ist, durchführbar, mit dem Unterschied,
daß die jeweiligen Durchlaufstrecken den sechs Strömungsdurchgängen S1, S2, S3,
S4, S5 und S6 in einer anderen Reihenfolge zugeordnet sind. Im Gegensatz zu der
Darstellung der Fig. 8A und 8B sind in den Fig. 10A und 10B jeweils zwei der
weiteren Absperrventile 25 gezeigt, die zwei unterschiedlichen Reaktoren zugeordnet
sind, beispielsweise einem Reaktor B1 und einem Reaktor B2, wobei die Fig. 10A
jeweils eine Ventilstellung zeigt, in der die Pufferschläuche 29 mit den Inhalten der
jeweiligen Probenkammern 3, dem Gas und der Spülmittellösung gefüllt werden, mit
einem zusätzlichen Verbindungsschlauch 30, der in Strömungsrichtung gesehen den
jeweiligen Strömungsdurchgang S5 des einen Absperrventils 25 mit dem Strömungs
durchgangsweg S4 des nächsten Absperrventils 25 verbindet, wobei dann über die
Durchlaufstrecke S4-S5 der Strömungsdurchgangsweg S5 dieses nächsten Absperr
ventils 25 mit dem nächsten Verbindungsschlauch 30 verbunden wird. Das letzte Ab
sperrventil 25 des Felds führt dann in einen Aufbewahrungsschlauch 31 (dargestellt
in den Fig. 11 bzw. 8C), in dem dann die jeweiligen Produkte nacheinander, und
definiert zuordenbar, ebenfalls durch Spüllösungsmittel und Stickstoff in diesem Bei
spiel getrennt, aufbewahrt werden. Die Folge der jeweiligen Absperrventile 25, die
den jeweiligen Abläufen 7 der Mikroreaktoren A11, A12, A13, A14 einer Reihe zugeord
net sind, sind zunächst in einer Art und Weise miteinander verbunden, wie dies in
Fig. 10A dargestellt ist, während dann die einzelnen Reihen wiederum miteinander
verbunden sind, wie dies anhand der Absperrventile, als B1 . . . B6 bezeichnet, darge
stellt ist, wobei in diesem Fall Absperrventile 24 gezeigt sind, die denjenigen der
Fig. 7 und 8 entsprechen.
In den Fig. 8A, 8B sowie 10A und 10B sind die jeweiligen Anschlüsse, die den
Strömungsdurchgängen S1 bis S6 zugeordnet sind, mit "Reaktor" als Zuführung von
dem Reaktor (über die jeweiligen Abläufe 7), mit "Feed" als Zuführung, mit "Out"
zum Abführen zu dem nächsten Absperrventil und mit "Purge" zum Entleeren bzw.
mit "Waste" für eine Abfallentsorgung bezeichnet.
Fig. 13 zeigt schematisch eine Anordnung des Reaktionsauslasses eines Felds aus
Mikroreaktoren mit sechs Reihen A1 bis A6 und vier Spalten B1 bis B4 mit einer sechs
fach parallelen Kapillarelektrophorese, einer FTIR Diamantzelle für eine Fourier
Transformations-Infrarot-Spektroskopie, mit angedeuteten RGC/APLC-MS Einrich
tungen sowie einer die Produktverteilung darstellenden Platte, die in den x-y-Rich
tungen bewegbar ist.
Durch die Besonderheit der Ansteuerung der Auslaßventile wird eine Online-Reakti
onskontrolle ermöglicht, indem die Produkte direkt den Analysegeräten zugeführt
werden können (unter Zugrundelegung insbesondere des Aufbaus der Fig. 12).
Die jeweiligen Produkte jeder Probenkammer jedes Mikroreaktors können definiert
dokumentiert werden; als Aufbewahrung der jeweiligen Inhalte der Mikroreaktoren
bieten sich, wie vorstehend erwähnt, Mikrotiterplatten oder Kapillarschläuche, wie sie
in den Fig. 8C und 11 zu sehen sind, an.
Claims (22)
1. Mikroreaktorsystem zum Erzeugen und Testen von Substanzen und Wirkstof
fen, wobei das System einzelne Mikroreaktoren umfaßt, die in einem Feld an
geordnet sind,
wobei jeder Mikroreaktor eine Probenkammer, mindestens einen Zulauf zu der Probenkammer zum Zuführen von Substanzen und Wirkstoffen in die Proben kammer und mindestens einen Ablauf von der Probenkammer zum Entleeren der Probenkammer sowie eine Mischstrecke in Form eines Kanalsystems zwi schen Zulauf und Probenkammer aufweist,
wobei das Feld in Form einer Matrix mit n Reihen und m Spalten aus Mikrore aktoren aufgebaut ist,
dadurch gekennzeichnet,
daß jeder Probenkammer (3) jeweils ein erster und ein zweiter Zulauf (5, 6) zu geordnet ist,
daß die jeweiligen ersten Zuläufe (5) der Mikroreaktoren (1; 2) jeder der n Rei hen über einen jeweiligen ersten Zulauf-Verbindungskanal (18) miteinander verbunden sind,
daß die jeweiligen zweiten Zuläufe (6) der Mikroreaktoren (1; 2) jeder der m Spalten über einen jeweiligen zweiten Zulauf-Verbindungskanal (19) miteinan der verbunden sind,
daß jeder erste Zulauf-Verbindungskanal (18) und jeder zweite Zulauf-Verbin dungskanal (19) jeweils ein Zulaufende (20) und ein Ablaufende (21), zwischen denen die jeweiligen ersten Zuläufe (5) bzw. die jeweiligen zweiten Zuläufe (6) angeordnet sind, aufweist, an denen jeweils ein Absperrventil (22, 23) angeord net ist, und
daß jeder Ablauf (7) von der Probenkammer ein Absperrventil (24; 25) aufweist.
wobei jeder Mikroreaktor eine Probenkammer, mindestens einen Zulauf zu der Probenkammer zum Zuführen von Substanzen und Wirkstoffen in die Proben kammer und mindestens einen Ablauf von der Probenkammer zum Entleeren der Probenkammer sowie eine Mischstrecke in Form eines Kanalsystems zwi schen Zulauf und Probenkammer aufweist,
wobei das Feld in Form einer Matrix mit n Reihen und m Spalten aus Mikrore aktoren aufgebaut ist,
dadurch gekennzeichnet,
daß jeder Probenkammer (3) jeweils ein erster und ein zweiter Zulauf (5, 6) zu geordnet ist,
daß die jeweiligen ersten Zuläufe (5) der Mikroreaktoren (1; 2) jeder der n Rei hen über einen jeweiligen ersten Zulauf-Verbindungskanal (18) miteinander verbunden sind,
daß die jeweiligen zweiten Zuläufe (6) der Mikroreaktoren (1; 2) jeder der m Spalten über einen jeweiligen zweiten Zulauf-Verbindungskanal (19) miteinan der verbunden sind,
daß jeder erste Zulauf-Verbindungskanal (18) und jeder zweite Zulauf-Verbin dungskanal (19) jeweils ein Zulaufende (20) und ein Ablaufende (21), zwischen denen die jeweiligen ersten Zuläufe (5) bzw. die jeweiligen zweiten Zuläufe (6) angeordnet sind, aufweist, an denen jeweils ein Absperrventil (22, 23) angeord net ist, und
daß jeder Ablauf (7) von der Probenkammer ein Absperrventil (24; 25) aufweist.
2. Mikroreaktorsystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Pro
benkammern (3), die Zuläufe (5, 6) zu den Probenkammern (3), die Abläufe (7)
von den Probenkammern (3) und die Zulauf-Verbindungskanäle (18, 19) in ei
ner mehrere Ebenen (15, 16, 18) bildenden Plattenstruktur (10, 11, 12, 13, 14)
gebildet sind.
3. Mikroreaktorsystem nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Pro
benkammern (3) der Mikroreaktoren (1; 2) in der zweiten Ebene (16) gebildet
sind, wobei die Probenkammern (3) durch eine darüberliegende Abdeckplatte
(16) aus transparentem Material abgedeckt ist.
4. Mikroreaktorsystem nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Mate
rial der Abdeckplatte (10) für Laserstrahlung, UV-Strahlung, IR-Strahlung
und/oder Mikrowellen transparent ist.
5. Mikroreaktorsystem nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß das Mate
rial Quarzglas ist.
6. Mikroreaktorsystem nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Misch
strecken (4) in der Ebene (15) der Probenkammern (3) angeordnet sind.
7. Mikroreaktorsystem nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die ersten
Zulauf-Verbindungskanäle (18) in der einen der zweiten oder dritten Ebene (16,
17) angeordnet sind und die zweiten Zulauf-Verbindungskanäle (19) in der an
deren der zweiten oder dritten Ebene (16, 17) angeordnet sind.
8. Mikroreaktorsystem nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Zuläu
fe (5, 6) zwischen den ersten Zulauf-Verbindungskanälen (18), den zweiten Zu
lauf-Verbindungskanälen (19) und den Mischstrecken (4) des jeweiligen Mikro
reaktors (1; 2) in etwa senkrecht zu den Ebenen der Platten (10, 11, 12, 13, 14)
verlaufen.
9. Mikroreaktorsystem nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die der
Abdeckplatte (10) gegenüberliegende unterste Platte (14) der Plattenstruktur
die jeweiligen Absperrventile (22, 23) der Abläufe (7) von der Probenkammer
(3) enthalten.
10. Mikroreaktorsystem nach einem der Ansprüche 2 bis 9, dadurch gekennzeich
net, daß die ersten und/oder zweiten Zulauf-Verbindungskanäle (18, 19) durch
Vertiefungen in den Platten gebildet sind, wobei diese Vertiefungen durch die
jeweils darüberliegende oder darunterliegende Platte den Kanalbildend abge
deckt sind.
11. Mikroreaktorsystem nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die unter
halb der Abdeckplatte (10) liegenden Platten (11, 12, 13) aus Kunststoff, vor
zugsweise aus Polyetheretherketon, Polycarbonat oder Polyimid gebildet sind.
12. Mikroreaktorsystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Misch
strecke (4) durch ein spiralförmig gewundenes Kanalsystem gebildet ist, wobei
die Zuläufe in das Zentrum der Spirale führen.
13. Mikroreaktorsystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Misch
strecke durch ein mäanderförmig gewundenes Kanalsystem gebildet ist.
14. Mikroreaktorsystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die ersten
und zweiten Zulauf-Verbindungskanäle (19) einen Kanalquerschnitt im Bereich
von 100 bis 400 µm aufweisen, wobei das Verhältnis des Querschnitts der je
weiligen Zulauf-Verbindungskanäle (18, 19) zu einem jeweiligen des ersten und
zweiten Zulaufs (5, 6) 4 : 1 beträgt.
15. Mikroreaktorsystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Pro
benkammer (3) einen Durchmesser von 4 bis 6 mm, vorzugsweise etwa 5 mm,
aufweist, wobei das Füllvolumen der Probenkammer (3) etwa 20 µl beträgt.
16. Mikroreaktorsystem nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Dicke
der jeweiligen Platten (10, 11, 12, 13, 14) der Plattenstruktur kleiner 2 mm be
trägt, wobei die gesamte Dicke der Plattenstruktur, senkrecht zu den Ebenen
der Platten (10, 11, 12, 13, 14) gesehen, etwa 10 mm beträgt.
17. Mikroreaktorsystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die ein
strömseitig der ersten und zweiten Zulauf-Verbindungskanäle (18, 19) angeord
neten Ventile (22) zwischen einem ersten Eingang zur Zuführung von Substan
zen oder Wirkstoffen, einem zweiten Eingang zur Zuführung von Lösungsmittel
oder einem Gas und einem den Zulauf-Verbindungskanal absperrenden Zu
stand umschaltbar sind.
18. Mikroreaktorsystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Ab
sperrventile (24, 25) in den Abläufen (7) von der Probenkammer (3) in einer
festgelegten Reihenfolge in Reihe derart miteinander verbunden und derart um
schaltbar sind, daß die Proben aus den entsprechenden Probenkammern (3)
der einzelnen Reaktoren (1; 2) in einen Schlauch (29; 31) nacheinander einfüll
bar sind.
19. Mikroreaktorsystem nach Anspruch 18, dadurch gekennzeichnet, daß jedes Ab
sperrventil (24, 25) einen weiteren Eingang zum Zuführen von Spüllösung in
den Schlauch und/oder die Probenkammer (3) aufweist.
20. Mikroreaktorsystem nach Anspruch 18, dadurch gekennzeichnet, daß das je
weilige Absperrventil (24, 25) jeweils sechs Strömungsdurchgänge (S1-S6) be
sitzt, wobei jeweils zwei dieser Strömungsdurchgänge, eine Zuführung und eine
Abführung bildend, so miteinander verbindbar sind, daß drei voneinander ge
trennte Durchlaufstrecken einrichtbar sind.
21. Mikroreaktorsystem nach Anspruch 20, dadurch gekennzeichnet, daß das Ab
sperrventil (24; 25) eine um eine Achse (26) drehbare Ventilscheibe (27) auf
weist, in der die Strömungsdurchgänge um den Umfang in gleichen Winkelab
ständen verteilt angeordnet sind, wobei durch Drehung der Ventilscheibe (27)
um deren Achse (26) die Strömungsdurchgänge (S1-S6) unterschiedlichen
Durchlaufstrecken zwischen den einzelnen Strömungsdurchgängen durch de
ren Verbindung miteinander zuordenbar sind.
22. Mikroreaktorsystem nach Anspruch 20, dadurch gekennzeichnet, daß zwei der
Durchlaufstrecken mit einem Pufferschlauch (29) einen fortlaufenden Strö
mungsweg bildend miteinander verbindbar sind.
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