HU227586B1 - Method for forming sealed channel of microfluidical reactor and microfluidical reactor containing the same - Google Patents
Method for forming sealed channel of microfluidical reactor and microfluidical reactor containing the same Download PDFInfo
- Publication number
- HU227586B1 HU227586B1 HU0501205A HUP0501205A HU227586B1 HU 227586 B1 HU227586 B1 HU 227586B1 HU 0501205 A HU0501205 A HU 0501205A HU P0501205 A HUP0501205 A HU P0501205A HU 227586 B1 HU227586 B1 HU 227586B1
- Authority
- HU
- Hungary
- Prior art keywords
- reactor
- channel
- microfluidic
- edges
- sheet
- Prior art date
Links
- 238000000034 method Methods 0.000 title claims description 18
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 claims description 35
- 238000007789 sealing Methods 0.000 claims description 34
- 238000005496 tempering Methods 0.000 claims description 18
- 239000000463 material Substances 0.000 claims description 17
- 239000003507 refrigerant Substances 0.000 claims description 13
- 238000003754 machining Methods 0.000 claims description 12
- 230000006835 compression Effects 0.000 claims description 10
- 238000007906 compression Methods 0.000 claims description 10
- 238000001816 cooling Methods 0.000 claims description 10
- 239000004033 plastic Substances 0.000 claims description 8
- 229920003023 plastic Polymers 0.000 claims description 8
- 230000008569 process Effects 0.000 claims description 6
- 238000005096 rolling process Methods 0.000 claims description 4
- 239000000126 substance Substances 0.000 claims description 4
- 239000000945 filler Substances 0.000 claims description 3
- 229940058401 polytetrafluoroethylene Drugs 0.000 claims 4
- 239000004810 polytetrafluoroethylene Substances 0.000 claims 4
- 238000005057 refrigeration Methods 0.000 claims 1
- 239000000376 reactant Substances 0.000 description 15
- 239000011541 reaction mixture Substances 0.000 description 13
- 238000002156 mixing Methods 0.000 description 8
- OKKJLVBELUTLKV-UHFFFAOYSA-N Methanol Chemical compound OC OKKJLVBELUTLKV-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 6
- 239000007795 chemical reaction product Substances 0.000 description 6
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 description 6
- 239000002184 metal Substances 0.000 description 6
- 230000004888 barrier function Effects 0.000 description 5
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 description 5
- 239000011521 glass Substances 0.000 description 4
- 239000012071 phase Substances 0.000 description 4
- YMWUJEATGCHHMB-UHFFFAOYSA-N Dichloromethane Chemical compound ClCCl YMWUJEATGCHHMB-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- 230000008901 benefit Effects 0.000 description 3
- 239000002826 coolant Substances 0.000 description 3
- YPKBCLZFIYBSHK-UHFFFAOYSA-N 5-methylindole Chemical compound CC1=CC=C2NC=CC2=C1 YPKBCLZFIYBSHK-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- ONYNOPPOVKYGRS-UHFFFAOYSA-N 6-methylindole Natural products CC1=CC=C2C=CNC2=C1 ONYNOPPOVKYGRS-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- CBENFWSGALASAD-UHFFFAOYSA-N Ozone Chemical compound [O-][O+]=O CBENFWSGALASAD-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 230000008859 change Effects 0.000 description 2
- 239000003251 chemically resistant material Substances 0.000 description 2
- 238000010276 construction Methods 0.000 description 2
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 2
- 239000002360 explosive Substances 0.000 description 2
- 239000012530 fluid Substances 0.000 description 2
- 238000004128 high performance liquid chromatography Methods 0.000 description 2
- 239000000543 intermediate Substances 0.000 description 2
- 239000007788 liquid Substances 0.000 description 2
- 230000007246 mechanism Effects 0.000 description 2
- 150000002739 metals Chemical class 0.000 description 2
- 239000000203 mixture Substances 0.000 description 2
- 238000005949 ozonolysis reaction Methods 0.000 description 2
- 239000000047 product Substances 0.000 description 2
- 239000000243 solution Substances 0.000 description 2
- 238000012546 transfer Methods 0.000 description 2
- 235000012431 wafers Nutrition 0.000 description 2
- 238000003466 welding Methods 0.000 description 2
- SCYULBFZEHDVBN-UHFFFAOYSA-N 1,1-Dichloroethane Chemical compound CC(Cl)Cl SCYULBFZEHDVBN-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- DGAQECJNVWCQMB-PUAWFVPOSA-M Ilexoside XXIX Chemical compound C[C@@H]1CC[C@@]2(CC[C@@]3(C(=CC[C@H]4[C@]3(CC[C@@H]5[C@@]4(CC[C@@H](C5(C)C)OS(=O)(=O)[O-])C)C)[C@@H]2[C@]1(C)O)C)C(=O)O[C@H]6[C@@H]([C@H]([C@@H]([C@H](O6)CO)O)O)O.[Na+] DGAQECJNVWCQMB-PUAWFVPOSA-M 0.000 description 1
- 235000007688 Lycopersicon esculentum Nutrition 0.000 description 1
- -1 Polyethylene Polymers 0.000 description 1
- 239000004698 Polyethylene Substances 0.000 description 1
- 240000003768 Solanum lycopersicum Species 0.000 description 1
- 239000002253 acid Substances 0.000 description 1
- 229910052782 aluminium Inorganic materials 0.000 description 1
- XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N aluminium Chemical compound [Al] XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 230000000712 assembly Effects 0.000 description 1
- 238000000429 assembly Methods 0.000 description 1
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 description 1
- 230000000903 blocking effect Effects 0.000 description 1
- 239000006227 byproduct Substances 0.000 description 1
- 230000015556 catabolic process Effects 0.000 description 1
- 239000000919 ceramic Substances 0.000 description 1
- 230000005465 channeling Effects 0.000 description 1
- 238000003486 chemical etching Methods 0.000 description 1
- 238000012993 chemical processing Methods 0.000 description 1
- 239000007806 chemical reaction intermediate Substances 0.000 description 1
- 239000003153 chemical reaction reagent Substances 0.000 description 1
- 238000005253 cladding Methods 0.000 description 1
- 238000004140 cleaning Methods 0.000 description 1
- 239000004020 conductor Substances 0.000 description 1
- 238000005260 corrosion Methods 0.000 description 1
- 230000007797 corrosion Effects 0.000 description 1
- 238000005520 cutting process Methods 0.000 description 1
- 238000000354 decomposition reaction Methods 0.000 description 1
- 238000013461 design Methods 0.000 description 1
- 239000003599 detergent Substances 0.000 description 1
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 1
- 235000015114 espresso Nutrition 0.000 description 1
- 238000005530 etching Methods 0.000 description 1
- 239000011888 foil Substances 0.000 description 1
- 238000007710 freezing Methods 0.000 description 1
- 230000008014 freezing Effects 0.000 description 1
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 description 1
- 239000003779 heat-resistant material Substances 0.000 description 1
- 230000005764 inhibitory process Effects 0.000 description 1
- 238000002347 injection Methods 0.000 description 1
- 239000007924 injection Substances 0.000 description 1
- 230000002427 irreversible effect Effects 0.000 description 1
- 239000007791 liquid phase Substances 0.000 description 1
- 238000005459 micromachining Methods 0.000 description 1
- 238000012986 modification Methods 0.000 description 1
- 230000004048 modification Effects 0.000 description 1
- FRLQPICVLVWMBS-UHFFFAOYSA-N n-[2-(hydroxymethyl)-4-methylphenyl]formamide Chemical group CC1=CC=C(NC=O)C(CO)=C1 FRLQPICVLVWMBS-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 238000005457 optimization Methods 0.000 description 1
- WURFKUQACINBSI-UHFFFAOYSA-M ozonide Chemical compound [O]O[O-] WURFKUQACINBSI-UHFFFAOYSA-M 0.000 description 1
- 238000012856 packing Methods 0.000 description 1
- 239000008188 pellet Substances 0.000 description 1
- 230000002093 peripheral effect Effects 0.000 description 1
- 238000000206 photolithography Methods 0.000 description 1
- 229920000573 polyethylene Polymers 0.000 description 1
- 238000003825 pressing Methods 0.000 description 1
- 238000000746 purification Methods 0.000 description 1
- 239000010453 quartz Substances 0.000 description 1
- 230000035484 reaction time Effects 0.000 description 1
- 238000011160 research Methods 0.000 description 1
- 239000000565 sealant Substances 0.000 description 1
- 239000004065 semiconductor Substances 0.000 description 1
- 238000007086 side reaction Methods 0.000 description 1
- VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N silicon dioxide Inorganic materials O=[Si]=O VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910052708 sodium Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000011734 sodium Substances 0.000 description 1
- 125000006850 spacer group Chemical group 0.000 description 1
- 229910001220 stainless steel Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000010935 stainless steel Substances 0.000 description 1
- 238000003756 stirring Methods 0.000 description 1
- 238000003860 storage Methods 0.000 description 1
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Substances O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
Classifications
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B81—MICROSTRUCTURAL TECHNOLOGY
- B81C—PROCESSES OR APPARATUS SPECIALLY ADAPTED FOR THE MANUFACTURE OR TREATMENT OF MICROSTRUCTURAL DEVICES OR SYSTEMS
- B81C1/00—Manufacture or treatment of devices or systems in or on a substrate
- B81C1/00436—Shaping materials, i.e. techniques for structuring the substrate or the layers on the substrate
- B81C1/00444—Surface micromachining, i.e. structuring layers on the substrate
- B81C1/0046—Surface micromachining, i.e. structuring layers on the substrate using stamping, e.g. imprinting
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Manufacturing & Machinery (AREA)
- Microelectronics & Electronic Packaging (AREA)
- Physical Or Chemical Processes And Apparatus (AREA)
- Micromachines (AREA)
Description
Á találmány tárgya eljárás reaktorblokkot képező, adott mértékben képiéty anyagú lap felületén- tömített csatorna kialakítására mikroflurdíkai reaktorhoz, ahol a lap felületén, mint reaktorblokkban, csatornát és tömhöéleket hozunk létre, a lap csatornával és tömitöélekkel ellátott felületénél egy, a tőmitöéleken felfekvő záróetemet .rendezünk el, majd a záróelemet a töm-ítöélek deformálásához szükséges nyomóerővel a lapnak neklnyomjuk és ilyen helyzetében rögzítjük, miáltal a reaktorblokkban tömített csatornát hozunk létre. A találmány tárgya továbbá olyan mikrofluidikal reaktor, amelynek a reaktor külső környezetével közlekedő beömlőnyílással és kiömlonyilássai ellátott, kémiai reakciót befogadó, tömítőélekkel ellátott tömített csatornája van, továbbá amelynek szontóeiemekkel egybefogott és összenyomott első és második határolóeleme, a határolóelemek között elrendezett, a csatornát hordozó lappal és egy azzal átellenes, az első határol delemmel érintkező lappal határolt reaktorblokkja, záróeleme és a reaktor külső környezetével közlekedő hűtőtere van, ahol hűtőtérben temperáló egység van elhelyezve, továbbá ahol a záróetem a reaktorblokk csatornát hordozó lapjához a tömltöélekre felfekvőn nekinyomott helyzetű.
A vegyipar a különféle kémiai reakciók Ipari méretű végzésére viszonylag nagy méretekkel rendelkező reaktorokat használ. A laboratóriumi gyakorlatban az ilyen reaktoroknál jóval kisebb méretű lombikokat használnak erre a célra Számos esetben a kívánt reakciótermék(ek) kis mennyiségben és rövid Időn belüli előállítása a célszerű, mint például a kutatás reakcióopfimálásí szakaszában. Az ún. mikrofiuidikai reaktorok ilyen célt szolgáló laboratóriumi reaktoroknak teki:
A szakirodalomban a „míkrofluidlkal reaktor” megjelölés alatt olyan, folyamatos vagy rövid időszakokra átmenetileg megszakított áramlásban lévő reakcióeiegyef befoglaló legalább egy beőmlőnyilással és legalább egy kíömlőnyllással rendelkező zárt csatornát értenek, amely csatornának a reakcióelegy haladási irányára merőleges kiterjedése legfeljebb 0,5 mm. A míkrofíuídikaí reaktoroknál a csatorna hosszát: és keresztmetszetét, valamint a reakcióelegy áramlási sebességét úgy választják meg, hogy a reakcióelegynek a csatornában eltöltött ideje (to~
Λ vábbíakban: tartózkodási idd) a kívánt reakció lezajlásához elegendő legyen. A reakció lezajlását vagy éppen gátlását kívülről szokásosan melegítéssel vagy hűtéssel befolyásolják. Ennek megfelelően a mikrofluidikai reaktorok rendszerint kívülről füthetően/hűthetően vannak kialakítva. Emellett az alkalmazások többséoé5 nél a mikrofluidikai reaktorokat megfelelő szerkezeti kialakítás útján a reakcióelegy Összetevőinek (a reaktánsoknak) a keverésére/elegyitésére is alkalmassá teszik, például megfelelő (Integrált) keverőegységgel látják el azokat. A beömlönyílásnáí fennálló idöegységenkénti átömlés változtatásával beállíthatják, hogy a mlkrofluidikal reaktorban a reakcióelegy áramlása lamináris vagy turbulens legyen-e.
Továbbmenve, a beömlő- és a kiömlőnyilásoknál alkalmas csatlakozók kiképzésével biztosítják a reaktánsok csatornába táplálását és a reakciótermék csatornából való kivezetését. Amennyiben a reakció lezajlására nagyobb mennyiségben van szükség, vagyis egyszerre nagyobb mennyiségű reakclóferméket kívánnak előállítani, több reaktoregységet fluidikailag párhuzamosan kötnek, így a termelőig kapacitás megnövelése mellett a mikrofluidikai reaktorok alábbi előnyös tulajdonságait is megőrzik, amint azt például az US 2003/0003024 A1 sz. USA-belí közzétételi irat ismerteti.
Mivel a mikrofluidíkaí reaktorokban a rendelkezésre álló áramlási utak ki alakítása és kis keresztmetszete miatt a reaktánsok elegyítése rendkívül haté20 kony, a reakeiéeiegyben a reaktánsok lokális koncentráció-ingadozása minimális, gyakorlatilag elhanyagolható. A mikrofluidikai reaktorokban gázfázisú reaktánsnak folyadékfázisú reaktánssal felváltva piciny buborékok és cseppek formájában megvalósított adagolása mellett történő elegyítéséné! (vagyis az űn. dlrtúziókont··
Fóliáit reakcióknál) nagy a fázishatár-felőiét/csatornatérfogat arány, ami kedvezően 25 befolyásolja a reakció lejátszódását. Továbbmenve, a mikrofluidikai reaktorok nagy csatornafelüleVcsatornaférfogat aránya következtében a reakoióelegy tényleges hőmérséklete gyorsan és hatékonyan szabályozható, így például szükség esetén gyors lehűtést alkalmazva az éppen folyamatban lévő reakció egyszerűen „befagyasztható”. Ugyanakkor, ha a mikrofluidíkaí reaktorban exoterm reakciói kí30 vannak végezni, a fejlődő hő gyors és hatékony el vezethetősége következtében a nemkívánatos mellékreakcíók beindulása egyszerűen megakadályozható. A mikrofluidikai reaktorok további előnye, hogy a reakcióelegy hőmérséklete és tartózkodási ideje a reakció során bármikor azonnal módosítható, Így minden pilla.. * natfoan a reakció lefolyása szempontjából legoptimálisabb reakciókörülmények áiOtbatóak be. Ennek megfelelően a legoptimálisabb reakciókörülmények alkalmazásának hiányában végrehajtott reakciókhoz képest az így végzett reakcióban adott esetben több és tisztább reakciótermék lesz. kinyerhető. Végezetük a viszonylag kis csatornaíérfogat, valamint a hőmérséklet megbízható és gyors változtathatósága révén a mlkrofíuidíkal reaktorokban az egyébként robbanásveszélyes kémiai reakciók is nagy biztonsággal hajthatóak végre.
A napjainkban elterjedten alkalmazott mikrofluidikai reaktorokat nagy mechanikai; szilárdsággal rendelkező és korrózióálló fémből vagy üvegből (kvarcból) készítik. A reakcióelegy befogadására szolgáló csatorná(ka}t az üvegből vagy fémből lévő ún. reaktorblokk felületében alakítják ki, üveg használata esetén példán! fotolitográflai eljárásokkal vagy kémiai lonmaratással, míg fém reaktorblokk esetén példán! forgácsolással és/vagy sajfolással, amint azt például az. US 2QŐ3/ÖÖÖ3Ö24 A1 sz. USÁ-beü és az EP-1,473,077 A2 sz. európai közzétételi iratok részletesen tárgyalják. Ezt követően a reaktorblokkban kiképzett esatorná(ka)t általában a reaktorblokk anyagával megegyező anyagból készített záróelemmel fedik le, majd a reaktorblokkot és a záróelemet egymással Iégzáróan összeerősítik. A légzárő öszszeerősitést üveg/kvare elemek esetén az elemek összeolvasztásával, míg fémből készített elemek esetében az elemek összehegesztésével vagy az elemek szélei közé kémiailag ellenálló anyagból lévő íömítés(ek) behelyezésével és a tekintett elemek például csavarkötéssel megvalósított összeszoritásával hozzák létre. Ezen szerelési eljárások költségesek, időigényesek, kiegészítő eszközök alkalmazását (például kemence, hegesztőberendezés} és igen magas szintű gyártástechnológiát igényeinek. Ráadásul az esetek többségében olyan reaktorokat eredményeznek, amelyek például a csatorna tisztításához a reaktor károsítása nélkül egyáltalán nem vagy csak nehezen szedhetoek szét.
Továbbmenve, az említett eljárásokkal kialakított és kiegészítő (például felület-) kezelésnek alá nem vetett csatornafalak mikroszkopikusan egyenetlenek („finoman szemcsézeflek), tehát viszonylag nagy felülettel fognak rendelkezni, így azokat a reakcióképes reaktánsok (például őzön) megtámad hatják, vagy azok a reakció köztitermékét, Illetve adott esetben magukat a reaktánsokat (ózont) is kontrollálatlanul bont(hat)ják.
**** «χ
Speciálisan, az US-5,443,890 sz. USA-betí szabadalom tömített mikrocsatornákat tartalmazó szivárgáshiztos mikrofluidikai rendszert és ilyen rendszer kialakítására szolgáló eljárást tárgyal. A bemutatott eljárás értelmében a rendszer összeszerelt állapotában a mikrocsatornák szivárgásbiztos tömítését a. csatornák mentén és között kiképzett tömítőeiemek biztosítják. A tekintett töm kőelemeket a mikrocsatornák mentén futó és azok nyomvonalát követő, a mikrocsatornáktól független különálló hornyokban elhelyezett rugalmas tömítőeiemek képezik, melyeket a hornyok kialakítási lépését követően egy további munkafázisban hoznak létre; a hornyokat arra alkalmas elrendezésben (speciálisan a hornyok megfelelő zárását biztosító fröccsöntőformák hornyokkal passzitott helyzetében} a mikröcsatornákat befoglaló közeg anyagától eltérő, folyékony tömítőanyaggal töltik meg, amit ezután ismert módon (pl. térhálosifással) kikeményííve alakítják ki a tőmkőelemeket. A tekintett hornyok - és így adott esetben a mikrocsatornák ezekkel egyidejűleg történő - létrehozása rögzített mintázatnak megfelelő irreverzibilis mikromegmunkálással, pl. maratással történik.
A fentiek fényében a találmánnyal célunk a napjainkban elterjedten alkalmazott mikrofluidikai reaktorok előzőekben ismertetett hátrányainak a kiküszöbölése vagy legalábbis javítása. Speciálisan, a találmánnyal célunk egyrészt mikrofíuídíkaí reaktorok tömített csatornájának kialakítására szolgáló olyan eljárás kidol20 gozása, amelynek foganatosításához költséges kiegészítő eszközőkre/berendezésekre nincsen szükség, továbbá amely eljárással reakcióképes reaktánsokkal szemben is rendkívül ellenálló mikrofluidikai reaktorokat gyárthatunk olcsón és egyszerűen. A találmánnyal emellett további célunk még olyan gyártási eljárás megvalósítása is, amelynél a reaktorblokk és a záróelem csavarkötéssel történő összeerősltésénél szükséges tömítés létrehozása a csatorna reaklöfhlokkbelí kialakításával egyidejűleg, azzal azonos munkafázisban történik. A találmánnyal emellett további célunk olyan mikrofluidikai reaktor létrehozása is, amelynek őszszeszerelésekor a csatorna külön tömítése szükségtelen, továbbá az összeállított reaktor kémiai reakciók széles skálájának - különösen az erőteljes hőfejlödéssel kísért reakcióknak - széles hőmérséklettartományban való végrehajtására alkalmas a csatorna hőmérsékletének gyors változtathatósága mellett.
Kitűzött céljainkat egyrészt mikrofluidikai reaktorbeli tömített csatorna kialakítására szolgáló olyan eljárás kidolgozásával értük el, amelynek keretében gordü-5lő megmunkálófeíüíetteí rendelkező szerszám megmunkálőfeíütetét a reaktorblokkot képező lap felületén a létesítendő csatorna első pontjához illesztjük; ezt követően a megmunkálőfelületet a létesítendő csatorna mélységének kialakításához szükséges nyomóerővel a lap felületébe belenyomjuk, miáltal a keletkező mélye5 dés· szélem a képlékeny anyag feitömörítjük és a lapfelületböl kiállóvá alakítjuk; majd a nyomóerő fenntartása mellett a megmenkálófelületet az első pontbői a lap felületén a létesítendő csatorna középvonala mentén elmozdítva a létesítendő csatorna második pontjába gördítjük, miáltal a lap anyagában kialakítjuk a csatornát és ezzel egyidejűleg a csatorna szélein a feltömöntett, kiálló anyagból főmiíő10 éleket képezünk,
A találmány szerinti eljárás lehetséges előnyös változatait a 2-8. igénypontok határozzák meg.
Kitűzött céljainkat másrészt olyan mikrofluidikai reaktor létrehozásával valósítottuk meg, amelynél a tömííőétek a reaktorbíőkk lapjából a csatorna szélei mentén a lap anyagának a csatorna kialakításával egyidejű deformálásával kiemelt tartományokként vannak kiképezve, továbbá a temperáló egység a zároelem tömítőéíekkel átellenes felületének van nekinyomva.
A találmány szerinti mikrofluidikai reaktor lehetséges előnyös példaként! kiviteli alakjait a 10-17. igénypontok határozzák meg.
A találmányt a továbbiakban a csatolt rajzra hivatkozással Ismertetjük részletesen, ahol az
- 1 ábra a találmány szerinti mikrofluidikai reaktor egyik kiviteli alakjának elölnézete részben metszeti ábrázolásban ; a
- 2. ábra az 1. ábra szerinti mikrofluidikai reaktor felülnézete; a
2S - 3. ábra az 1. ábra szerinti mikrofluidikai reaktor A-A metszete; a
- 4. ábra az 1. ábra szerinti mikrofluidikai reaktor alulnézete; az
- 5A ábra a találmány szerinti mikrofuidikai reaktor csatornáját mutatja célszerűen golyós nyomószerszámmai való kialakítás közben áramlásirányra merőleges keresztmetszetben; az
- 58 ábra a kész csatorna áramlásírányra merőleges keresztmetszete a csatorna összeszerelt mikrofluidikai reaktorban felvett helyzetében; és a
- 6. ábra a találmány szerinti mikrofluidikai reaktor egy másik kiviteli alakjának elvi rajza.
X «
Az 1. ábrán vázolt míkrofíuídíkaí 100 reaktornak első 120A és második 12ÖB lapok által határolt 120 reaktorblokkja, a 120 reaktorblokk első 120Á lapjával érintkezőn elrendezett első 110 határoíöeieme, a 120 reaktorblokk második 1203 lapját fedő 130 zárőeleme, a 130 záróelemmel annak szélei mentén érintkezőn el5 rendezett 140 tartóeleme, valamint a. 140 tartóelem 130 záróelemmel átellenes lapjára felfekvő második 160 határolóeleme van. A 130 záróelem, a 140 tartóelem és a 160 határoióelem együttesen 153 hűtőteret vesznek körül, A 153 hűtőtérben a 130 záróelemmel érintkező helyzetben 150 temperáló egység van elrendezve. A 150 temperáló egységet a 140 tartóelem rögzíti szilárdan a helyén. A 150 tompé10 ráiő egységet ezen helyzetében térköz választja el a második 160 határolóelemfői, vagyis a 150 temperáló egység és a 160 határolóelem egymással nem érintkeznek. A 153 hűtőtér a külső környezettel a második 160 határolóelemben kialakított, célszerűen menetes 167 és 189 furatokkal közlekedik.
Az első 110 és a második 160 határolóelemek feladata a közöttük elrendelő zett elemek összetartása és azok külső mechanikai behatásokkal szembeni védelme. Ennek megfelelően a 110, 160 határolóelemek nagy mechanikai szilárdsággal rendelkező, például rozsdamentes acélból vannak. A 110 határolóelem ezen túlmenően a külső környezet és a 120 reaktorblokkban kiképzett csatorna közlekedését biztosító (a rajzon külön nem jelölt) furatokkal van ellátva. Ezen fura20 tok célszerűen menetes furatok, és például a 2. ábrán feltűntetett 180, 182, 184 csatlakozókat fooadlák tömíterten és oldhatóén,. A. 167, 189 furatok eovíke a 100 reaktor 158 temperáló egységével határos térköz által meghatározötf áramlási 155 csatornába nyíló 157 hűtőközeg bevezetést fogadja oldhatóén és tömhettem A 157 hűtőközeg bevezetés tömheti csatlakoztatását a 160 határoióelem és a 157 hűtőközegbevezetés között elrendezett 158 tömítés biztosítja, A 158 tömítést előnyösen például egy O-gyürü képezi. A 168 határolőelemben kialakított menetes 187, 189 furatok közül a másik a 155 térközből nyíló 159 hütökőzegkivezefést fogadja ugyancsak tömíteften és oldhaföan. A 159 hűtőközeg kivezetés tömhet csatlakoztatását a 168 határoióelem és a 159 hűtőközegkivezetés között elrendezett (a rajzon külön nem· jelölt) tömítés biztosítja, ami előnyösen például egy O-gyűrü,
A. 120 reaktorölokk a míkrofíuídíkaí 108 reaktor központi része. A 120 reaktorblokkot vegyi anyagoknak ellenálló, ugyanakkor könnyen megmunkálható és hőáiíó anyagból alakítjuk ki. A 12.0 reaktorblokkot kémiailag: ellenálló műanyagból, előnyösen fluorozoö és/vagy klórozott műanyagból, még előnyösebben Polliéirafiuoretllénbol (továbbiakban; PTFE) készítjük. A 120 reaktorblokk 12GB lapján van kiképezve a 100 reaktor működése során a reaktánsokat,. Illetve- az azok elegyét tartalmazó, továbbá a tervezett kémiai reakció lefolyásának helyet biztosító 125 csatorna, amelynek további részletei a 3. ábrán láthatóak.
A 125 csatornának a 3. ábrán szemléltetett lehetséges példaként! kiviteli alakja rendre a 180, 182, 184 csatlakozókkal közlekedő 190, 192, 194 átömlésekkel van ellátva. A bemutatott kiviteli alaknál a 190, 192 átömlesek funkciójukat tekintve a reaktánsok. betáplálására, míg a 194 átömlés a 125 csatornába integrált
129 keverőelemmel előállított reakoíóeiegyben lejátszódó kívánt kémiai reakció reakciótermékének kivezetésére szolgál. A 129 keveröelemet jelen esetben egy, a 125 csatornában kiképzett Y-alakú összefolyó képezi. A 125 csatorna 129 keverőelem és 194 átömlés közötti szakaszának a hosszát oly módon választjuk meg, hogy a 123 keverőelem révén egymással érintkezésbe kerülő reaktánsok között a kívánt kémiai reakció a 194 átömlés eléréséig lejátszódjék. Amint az a 3. ábráról látható, a 125 csatorna a 100 reaktor kompakt méretekkel történő kialakíthatósága céljából egymással párhuzamosan futó viszonylag hosszú szakaszokból és ezen szakaszokra merőlegesen terjedő viszonylag rövid szakaszokból épül fel. Az ilyen szerkezetű 125 csatorna egy további előnye, hogy a nagy csatornafelü20 letZcsatornatérfogat arány miatt a 125 csatornában lévő reaktánsok/reakcíőelegy hőmérsékletének módosítása rendkívül gyorsan és megbízhatóan történik. Természetesen a 125 csatorna a bemutatott nyomvonaltól eltérő nyomvonaiú, például spirálisan feltekered^ és a 129 keverőelemben összefolyó ágak formájában is kialakítható a hatékony' hömérsékletmódosifás megtartása mellett.
Az 5A ábra szerint a 125 csatornát a 1208 lapon oly módon hozzuk létre, hogy a 120 reaktorblokk megfelelő befogását követően egy, a 119 határolöelem helyére tett és vezető (vezérlő) szerszámban adott program szerint megvezetett gördülő megmunkáiőfelülettel rendelkező szerszámot, előnyösen golyós 80 nyomószerszámot a 120 reaktorblokk anyagától és képíékenységétől függően megvá30 lasztott F nyomóerővel a 1208 lapba nyomunk. Az F nyomóerő nagyságát úgy választjuk meg, hogy a 80 nycmoszerszám 85 golyója a 125 csatorna létesítendő teljes mélységéig a 120 reaktor blokk anyagába nyomódjék. A 125 csatorna úgy jön létre, hogy a golyós 80 nyomószerszámot a vezérlés megfelelő beállításával a
X * .*.« ♦ ♦♦ kialakítani szándékozott 125 .csatorna előre kijelölt nyomvonalán folyamatosan, jeliemzoen 0,1-5 rom/s nagyságú sebességgel elmozdítjuk. A gördülő megmunkálófelülettel rendelkező 80 nyomószerszám folyamatos előrehaladása során a 125 csatorna széleinél a 120 reaktorblokk anyaga tömörödík és a fellépő nylróerök ha5 tására felgyűrődík. ami a 125 csatorna átellenes szélein egy-egy, a 125 csatornával párhuzamosan futó 127 tömítőél kialakulását eredményezi, amint, azt az 58 ábra mutatja. A 125 csatorna és a 127 toroítőéiek méretei a szerszám megmunkálófelületének átmérőjétől függnek. Speciálisan a golyós 80 nyomószerszámot használva a 125 csatorna szélessége és a 125 csatorna létrehozásával egyidejűleg kilő alakított 127 tömltőéiek mérete a 88 nyomószerszám 85 golyója átmérőiének a változtatáséval szabályozható A 125 csatorna mélysége a golyós 80 nyomószerszám 85 golyója magassági pozíciójának változtatásával szabályozható. A területen járatos szakember számára nyilvánvaló, hogy gömbszerű, speciálisan a 85 golyó felülete képezte megmunkálófelület helyett egyéb, például hengeres megments kálófelületet is használhatunk.
A 125 csatorna manuális kialakítása esetén a 125 csatorna nyomvonalának kijelölését a nyomvonal 1208 lapon való elörajzolásávai biztosítjuk. Ugyanakkor a 125 csatorna gépi kialakítása esetén a kívánt nyomvonalat a golyós 88 nyomószerszámot megvezető szerszámban célszerűen digitális formában tároljuk.
A 128 reaktorblokkban kialakított 125 csatorna légmentes lezárása a 180 zárőelemnek a 120B lapon, illetve az abból kiemelkedő 127 tömítőéleken való elhelyezésével és egy, a 130 záróelem síkjára merőleges nyomóerő alkalmazásával történik. A szóban forgó nyomóerő hatására a 127 tömttöéiek deformálódnak és ezáltal a 120 reaktorblokk és a 130 záróelem kozott légmentes zárás jön létre. Megjegyezzük, hogy jelen esetben a nyomóerő nem a teljes 12GB lapon, hanem csupán a 120B lapon kialakított 127 tömítőéleken oszlik el, így megbízhatóbb zárás jön létre. A 130 záróelemként jó hővezető képességgel rendelkező és kémiailag ellenálló anyagból készített, sima felületekkel bíró lapszerö eiemet/fóiiát használunk. Amennyiben a jő hőátadás kulcsfontosságú szempont a 138 záróelemként előnyösen legfeljebb 20 um vastagságú PTFE fóliát alkalmazunk,
A 125 csatorna légmentes lezárást kővetően a 120 reaktorblokkot a 180, 182, 184 csatlakozók és a 190, 192, 104 átömlések közlekedésének biztosítása
Φ-W céljából a 190, 192, 194 átömléseknél a 129 reaktorblokk anyagának vastagságában terjedő furatokkal látjuk el,
A 140 tartóelemként előnyösen alumíniumból készített négyzet alapú keretet használunk.
A 140 tartóelembe foglalt 150 temperáló- egység a 130 záróelem 125 csatornával átellenes felületénél, a 130 záróelemmel érintkező helyzetben van elrendezve, amint azt az 1. ábra mutatja. A 150 temperáló egységet egyik előnyős kivi15 teli alakjában célszerűen kaszkád rendszerű (azaz több, célszerűen két darab egymással érintkező Peltier-elem alkotta) Peltier-egység képezi, amelynek működése a Pelíier-effekfuson alapul. Amint az a területen járatos szakember előtt Ismeretes, a Peltier-elem két vékony kerámia lap között elrendezett félvezető lapokból álló eszköz, amelynek két oldala között - megfelelő áramerőség és rákapcsolt feszültség mellett - állandó hőmérsékletkülönbség áll fenn. Leegyszerűsítve a dolgot, a Peltier-elem alsó részén két különböző fém található, amelyek érintkezési felületén áram halad át és ennek következtében a fémek között beáramlás indul meg. Ennek eredményeként egy hideg- és egy melegoldal jön létre. A találmány szerinti mikrofluldikal 100 reaktorban alkalmazott 150 temperáló egység első 151 Peltier-elemének hldegoldala a 130 záróelemen keresztül a 120 reaktorblokkal, illetve az abban kialakított 125 csatornában lévő reakíánsokkal/reakcióeleggyel érintkezik. Ugyanakkor a 1GÖ reaktorban használt 150 temperáló egység első 151 Peltier-elemének melegoldala második 152 Peltier-elem hidegoldalával van érintkezésben. A találmány szerinti 100 reaktor hőmérsékletének módosítására szolgáló 150 temperáló egységet a szóban forgó két darab 151, 152 Peltier-elem integrált (közös tokozással kialakítóit) együttese alkotja. Az. első 151 Peltier-elem me25 legpontjával érintkező és ezáltal azt hütő második 152 Peltier-elem az első 151 Peltier-elemnél sokkal nagyobb teljesítményű.
A találmány szerinti 1-00 reaktorban a nagyobb teljesítményű második 152 Peltier-elem melegoldaláról a keletkező hót hűtéssel távolijuk el a 153 hűtőtérben a 150 temperáló egység és a 169 hafároloelem között elterülő hűtőközeg áramlási
155 csatornába a 157 hütőközegbevezetésen keresztül betáplált és abból a 159 hűtőközegkivezetésen át elvezetett hűtőközeggel. Hűtőközegként célszerűen vizet használunk. A két 151, 152 Peltier-elem alkotta 150 temperáló egység működtetéséhez szükséges (a rajzon külön nem ábrázolt) áramvezetőket a 190 reaktor bel10 sejéből a 130 zárőetem és a 140 tartóelem között vezetjük ki A találmány szerinti 100 reaktorban alkalmazott 150 temperáló egységgel a 125 csatornában zérus értékű höterhelés mellett a környezeti hőmérséklethez képest akár ?0°C-os hőmérsékletkülönbség is elérhető. Zérustól eltérő höterhelés esetén a 125 csatornában elérhető legnagyobb hörnérsékletküiönbség természetesen ennél kisebb (például +5 W nagyságú höterhelés és 25°C-os környezeti hőmérséklet mellett a 125 csatornában elérhető hőmérséklet mintegy -50*0). Emellett a 125 csatornában a 150 temperáló egységgel a vékony 130 záróelemen keresztül elérhető hőmérsékletváltozási sebesség legnagyobb értéke (a 0~20°€ tartományban) kb. 8 cC/s. A terüle10 ten járatos szakember a kaszkád rendszerű 150 temperáló egység helyett más típusú bútéstAütést Is alkalmazhat.
A találmány szerinti mikrofluidíkaí 100 reaktor első 110 haiárolöelemét, 120 reaktorbiokkját, 130 záróeieméi, valamint a 150 temperáló egységet tartó 140 tartóelemét arra alkalmasan kiképzett szorilórneebanizmos fogja egybe és szorítja megfelelő erővel egymáshoz a 120 reaktorblokk és a 130 záröelem közötti tökéletes tömítés létrehozásához és fenntartásához. Az 1. ábrán szemléltetett kiviteli alak esetében a szorítómechanizmust a 1ÖÖ reaktor teljes vastagságát átfogó, a szóban forgó részegységek mindegyikén átmenő (a rajzon külön nem jelölt) furatokba behelyezett átmenő 170 csavarok és ezekre ráhajtott 172 anyák képezik. A területen járatos szakember számára nyilvánvaló, hogy a 100 reaktor szóban forgó részegységei ettől eltérő szoritómeehanizmus, például rugós rőgzitőzárak alkalmazásával is összeeröslthetőek. Megjegyezzük továbbá, hogy a 100 reaktor síkbeli vető létének alakjától (téglalap, négyzet, kör, stb.) függően az alkalmazott szoritómeehanizmus szorilöeiemelnek száma eltérő lehet. Példának okáért a 2-4, ábrákon szemléltetett négyzet alakú síkbeli vetülettel rendelkező 100 reaktor esetében a megfelelő mértékű összeszorltás biztosításához szám szerint négy darab átmenő 170 csavart használunk.
A 125 csatorna és a 127 tömitőéiek golyós 80 nyomőszerszámmal való kialakítását követően a találmány szerinti mlkrofluidikai 100 reaktor összeszerelését felső lépésben a 110 hatarolóelemben kialaklfott furatokba behelyezzük a 170 csavarokat, majd ezt követően a 110 határolóelemen elrendezzük a 120 reaktorblokkot 120A lapjával a 110 határolóetemre nézőn. Ezután 130 záróelemet a 120 reaktorblokk 1208 lapján kiképzett 127 tömltő11 élekre helyezzük. Ezt kővetően az előzetesen a 140 tartóelembe illesztett 150 temperáló egységet a 140 tartóelemmel együtt a 130 záróelem 125 csatornával átellenes felületére helyezzük, majd a 160 határolóelem 170 csavarokon való elrendezését követően a 172 anyák 170 csavarokra hajtásával a 100 reaktor szóban forgó részegységeit egymáshoz szorítjuk. A 125 csatornának, a 130 záróelemmei a 127 tőrmtöélek segítségével megvalósuló légmentes zárását a 172 anyák 170 csavarokra hajtásával érjük el. Végezetül a 110 határolöelemben kiképzett megfelelő furatokba beerősítjük a 180, 182, 184 csatlakozókat, másrészt a 160 határolóelemben kialakított 167, 189 furatokba beerősítjük a 157 hűtőközegbevezetést, il10 lelve a 159 hűtőközeg kivezetést.
A 6, ábra a találmány szerinti mik.roflufd.ikai 200 reaktor egy lehetséges másik kiviteli alakjának elvi rajza. A 200 reaktor az 1. ábrán bemutatott 100 reaktortól az összeszontás módjában különbözik: a 100 reaktornál a 130 záróelemnek a 127 tomitöélekre nyomása a 100 reaktor részegységeinek ősszecsavarozásával törté15 ník, míg jelen esetben a nyomóerőt vákuum alkalmazásával biztosítjuk.
A 6. ábrán vázolt mikrofíulóikai 200 reaktornak 220 reaktorblokkja, a 220 reaktorbíckk egyik lapjával érintkezőn és annak szélein tólérön elrendezett első 210 határolóeleme, a 220 reaktorbíckk 210 határolöeiemmel átellenes lapját fedő 230 záróeleme, valamint az első 210 határolőelemre néző második 260 határolő20 eleme van. A rajzon külön nem jelölt csatorna és az azt határoló íömítőélek a 220 reakterbiokknak a 230 záróelemre néző felületében vannak az előzőekben ismertetett, találmány szerinti eljárással kiképezve, A 230 záróelem 220 reakforblokkal átellenes oldalán, azzal érintkezőn 250 temperáló egység van elrendezve, Jelen kiviteli alaknál a 220 reaktorbíckk, az azon elrendezett 230 záróeíem és a 230 záróelemmei érintkező 250 temperáló egység adott keresztirányú kiterjedéssel rendelkező 223 reaktormagot alkot. A második 260 határolóelem a 223 reaktormagot fogadón van kiképezve; a 280 határolóelem első 210 határolőelemre néző felületének első 281 és második 283 lépcsőkkel tagolt metszeti profilja van.
A második 260 határolóelem 210 határolőelemre néző felületének a szélé30 hez közeli tartományában 285 horony van kiképezve. A 285 horonyban 288 tömitőeíem van elrendezve. A 281 lépcső felületén egy, a 280 határolóelemben körülfotó 289 tömltoelem van elrendezve.
* φ ·♦ * X♦ *Φ * Φ
X « « ν φ φ«« ♦ ♦♦ «
A míkroíiuldlkai 200 reaktor összeállított helyzetében egyrészt az első 210 határolőelem a 285 horonyban lévő- 288 tömííőelemen fekszik fel, másrészt a 250 temperáló egység a 289 tömítőeiemen fekszik fel. Ily módon az első- 21 ö határolóelem, a második 280 határolóelem és a 223 reaktormag egy zárt 287 térrészt ha5 tároznak meg. A 287 térrész a külső környezettel egy, az első 210 -határolóélemben kialakított, célszerűen menetes 293 furattal közlekedik, A 293 furat adott esetben csappal ellátott 288 vákuumcsatlakozót fogad tomltetten és oidhatóan. A 286 vákuumcsatíakozó- (a rajzon fel nem tüntetett) arra alkalmas vákuumszivatytyúhoz van csatlakoztatva. Ugyanakkor a 250 temperáló egység és a 260 határolőelem együttesen hűtőközeg clrkuláltatására alkalmas áramlási 255 csatornát határoznak meg. Az áramlási 255 csatorna a külső környezettel a második 280 határolöelemben kialakított 287, 289 furatokkal közlekedik. A 288, 289 tömítöelemek célszerűen gumiból vagy adott rugalmasságú egyéb anyagból vannak.
A 286 váküumcsaliaközóra kötött vákuumszivattyú működésbe hozásakor a 287 térrészben vákuum lép fel., ami az első 218 és a második 280 határolóelemeket a 288, 289 tömítések ellenében egymás felé húzza. Ennek eredményeként a 288 tömítésnél ébredő nyomóerő a 250 temperáló egységet nekinyomja a 230 záróelemnek, amely a 220 reaktorblokkban kiképzett tömltöéleknek nyomódva létrehozza a csatorna légmentes zárását. A 287 térrészben előre meghatáro20 zott nagyságú vákuum elérését kővetően a 288 vákuumcsatlakozó csapjának elzárásával a 230 záróelemet a 22Θ reaktorblokkon kiképzett tömltöéleknek nekinyomö erőt állandósíthatjuk. Szükség esetén a csap nyitásával és a vákuumszivattyú: ismételt működtetésével a vákuumot (és így a nyomóerőt) állandó értéken
A míkroíiuldlkai 280 reaktornál használt vákuumos összeszoritás a tőmítőéteken mentén egyenletes eloszlású erőhatást eredményez, ami tovább javítja a reakciót befogadó csatorna légmentes zárását.
A találmány szerinti mikrofluldíkaí 100, 200 reaktor egyik lehetséges példaként! kiviteli alakjánál a fluidlkai struktúra kialakítására felhasznált teljes felü30 let nagysága 25 cm2, a csatorna teljes hossza 85 mm, a csatorna átlagos átmérője 4ÖÖ pm, a csatorna mélysége ugyancsak 406 pm; a be- és kimenetek száma három, az Integrált keveröelemek száma egy, a csatornában elérhető Iégalacso13
4>Χ χ * 4 ♦ 4 44^4 nyabb hőmérséklet ~5Ö°C (+5 W hölerbelésnél), a csatornában elérhető legmagasabb hőmérséklet 150C, a reaktor legnagyobb üzemi nyomása 30 bar és a hömérsékletváltozási sebesség legnagyobb értéke 8 öC/s (a 0-20°C tartományban). A találmány szerinti 100 mikrofluldlkat reaktor az elvégezni szándékozott kémiai reakciótól függően elférő méretekkel, keverőelemszámmal, továbbá ki- és bemenetszámmai szintén megvalósítható.
A találmány szerinti mlkrofluidikai 100 reaktor különösen előnyösen alkalmazható különféle ozonolízis reakciók végrehajtására, amint azt az alábbi példa mutatja. Ennek oka, hogy az Ilyen típusú, heterogén fázisban zajló (gáz/folyadék) reakcióknál kritikus az érintkeztetési idő és az érintkezési felület mértéke és kontrollálhatósága. Emellett exoterm reakciókról lévén szó lényeges a reakcióhő gyors és megbízható elvezetése, amit a találmány szerinti mikrofinidlkai reaktorban a csatorna és a bötő/íűtőegység között alkalmazott rendkívül vékony záróelem nagymértékben megkőnnyit. Az ozonoiizis reakciók kézbentarthatósága miatt (vagyis a reakciósebesség szabályozása céljából) az ilyen reakciók jelentős részénél szobahőmérséklet alatti hőmérsékletek alkalmazására van szükség, továbbá a reakciók többségénél az ozonoiizts reakcióban keletkező köztitermékek (ozonidok) további kémiai feldolgozása Is hűtött környezetet igényel. Emellett az ozonidok igen bomlékonyak és Ily módon rendkívül robbanásveszélyes
A találmány szerinti rnikrafuidikai 100 reaktor 125 csatornájába a 180 csatlakozón és a 190 átömlésen keresztül 5-metil-l-H-indol 0,925 möl/1 koncentrációjú metanol/dlklőrmetán elegyben lévő (1:1) oldatát míg a 182 csatlakozón és a 192 átömlésen keresztül állandó,. S térfogaí% ózont tartalmazó őzon/oxigén gázeiegyet vezettünk. Az 5~metll-1~H-indol oldatát 0,25 ml/perc állandó térfogatárammal folyattuk át a 100 reaktoron, amelyben a nyomást mindvégig 5 bar értéken tartottuk. A reakciót 0°C hőmérsékleten hajtottuk végre. A 190 reaktorból a 194 átömlésen és a 184 csatlakozón keresztül kivezetett terméket 0°C hőmérsékletű metanoi/dlklőretán (1:1) elegyében szuszpendáít NaBH^-re (náthum-bőrhidhd) csepegtettük. Ez a második reagens biztosította a reakció köztitermékének (a keletkezett ozonidnak) a bontását. Szükség esetén a köztitermék bontása egy hasonló felépítésű második (mlkrofluidikal) reaktorban is elvégezhető. A 100 reaktorban az átla-14 #*« iU gos tartózkodási idő másodperc nagyságrendű volt. A reakció terméke N-(2~ hidroxlmetll~4-metil-fenll)-formamid. A reakciótermék tisztasága HPLC (nagynyomású folyadékkromatográfiás) analitikával megmérve 98%-nak adódott
A hagyományos reaktorokkal végrehajtott reakció kitermelése kb. 60-65% <ld. például a Journal of fhe Chemical Socíety (JCS) folyóirat 1953. évi számának 3440-3443 oldalait vagy a JCS folyóirat 1950. évi számának 812-618. oldalait), amely érték elsődlegesen a nehezen kontrollálható reakciókörülmények, Így a reakció során megjelenő melléktermékek részarányára vezethető vissza, Tökéletesebben kivitelezett reakció esetén a tisztaság fokozásával a kitermelés arányosan csökken; egyre nagyobb tisztaságé termék előállítása esetén a termelés arányosan csökken.
jlalás: a találmány szerinti mikroíluldikai reaktor esetében a jó hőátadást azáltal biztosítjuk, hogy a csatornákban lévő reakcióelegy a hütőegységgél igen vékony, kb. 20 pm vastagságú PTFE fólián keresztül érintkezik, továbbá a kialakított csatorna felűlet/térfogat aránya viszonylag nagy. Emellett a találmány szerinti mlkrofiuldikal reaktor előállításánál nincs szükség költséges gyártástechnológiára: a csatorna golyós nyomószerszámmal történő kialakításánál létrehozott tömitőélek és a reaktor részegységeinek például átmenő csavarok segítségével vagy vákuummal történő összeszontása útján és összeszorltott helyzetben való rögzítésével a csatorna légmentes zárása egyszerűen és olcsón megoldható. Ráadásul a találmány szerinti mlkrofluidíkaí reaktor a csatorna tisztításához az őszszeszödtó csavarok oldásával vagy a vákuum megszüntetésével egyszerűen szétszedhető, majd a tisztítás elvégzését követően ismételten összeátiiíbató, A találmány szerinti eljárás további előnye, hogy a csafomagecmetrla-optímálás és/vagy a prototípus készítésének fázisában a reaktor csatornájában az egyedi és az utólagos módosítások is könnyen és gyorsan végrehajibatőak.
Claims (15)
- SZABADALMI IGÉNYPONTOK1. Eljárás tömitett csatorna kialakítására reaktorblokkot képező, adott mértékben képlékeny anyagú lap felületén mikrofluidlkai reaktorhoz, ahol a lap felületén, mint reaktorblokkban, csatornát és tömitőéleket hozunk létre, a lap csatornával és tömítőélekkel ellátott felületénél egy, a tömi'töéleken felfekvő záróelemet1ö rendezünk el, majd a záróelemet a tömitöélek deformálásához szükséges nyomóerővel a lapnak nekinyomjuk és Ilyen helyzetében rögzítjük, miáltal a reaktorblokkban tömitett csatornát hozunk létre, azzal jellemezve, hogy (a) gördülő megmunkálófelülettel rendelkező szerszám megmunkálófelülefét a reaktorblokkot (120; 220) képező lap felületén a létesítendő csatorna (125) első pontjához illesztjük:(b) a megmunkálófelületet a létesítendő csatorna (125) mélységének kialakításához szükséges nyomóerővel (F) a. lap felületébe belenyomjuk, miáltal a keletkező mélyedés szélein a képlékeny anyagot felfőmöritjük és a lapfelületből kiállóvá alakítjuk;(c) a nyomóerő (F) fenntartása mellett a megmunkálófelületef az első pontból a lap felületén a létesítendő csatorna (125) középvonala mentén elmozdítva a létesítendő csatorna (125) második pontjába gördítjük, miáltal a lap anyagában kialakítjuk a csatornát (125) és ezzel egyidejűleg a csatorna (125) szélein a feltömörített, kiálló anyagból tömitőéleket (127) képezünk.
- 2. Az 1. Igénypont szerinti eljárás, azzal yefemezve, hogy a gördülő megmunkálófeiületet hengeres felületként képezzük ki.
- 3. Az 1, igénypont szerinti eljárás, azzaf/©//emezve, hogy a gördülő megmunkálófeiületet gömbszerű felületként képezzük ki.
- 4. A 3. igénypont szerinti eljárás, azza/ ye/ferr?ezve, hogy a gömbszerű megmunkálófeiületet egy golyó (85) felülete képezi.
- 5. Az 1. igénypont szerinti eljárás, azza/ye/femezve, hogy a lap különböző pontjaiból Indulva az (a)-(c) lépéseket kívánt csatornamintázat eléréséig ismétef8. Az 1. igénypont szerinti eljárás (120; 220) a csatorna (125) végeit képez , azzal /eZ/emezve, hogy a reaktorblokkot tő pontokban átfúrva a reaktorblokk (120:φ «5« * « **♦f.* «·£*» J<* « β » * ♦ * * β ·Χ Ar·»» ««*» » χ220) csatornát hordozó lápjává! (120B) átellenes lapján (120A) csatornával (125) közlekedő kiömtönyílást és legalább egy beömlönyílást alakítunk ki.
- 7. Az 1 igénypont szerinti eljárás, azza/ jellemezve, hogy a reaktorblokkot (120; 220) képező lapot kémiailag eífenáíló műanyagból, előnyösen fluorozott és/vagy klórozott műanyagból, még előnyösebben polifetrafluoretíiénből (PTFE) készít!
- 8. Az 1, Igénypont szerinti eljárás, azzal jellemezve, hogy a tömítőéíek (127) deformálásáboz szükséges nyomóerőt vákuum alkalmazásával fejtjük ki.
- 9. Mikrofluidíkaí reaktor, amelynek a reaktor külső környezetével közlekedő beomfőnyilássa! és kíömlönyilássai ellátott, kémiai reakciót befogadó, lömitöélekke! ellátott tömheti csatornája van, továbbá amelynek szohtőeiemekkel egybefogott és összenyomott első és második határolóeleme, a határolóelemek, között elrendezett, a csatornát hordozó lappal és egy azzal átellenes, az első határolóelemmel érintkező lappal határolt reaktorblokkja, záróeleme és a reaktor külső környezetével közlekedő hűtőtere van. ahol hűtőtérben temperáló egység van elhelyezve, továbbá ahol a záróetem· a reaktorblokk csatornát hordozó lapjához a tömítóéíekre feifekvön nekinyomolt helyzetű, azza/je/femezve, hogy a tömltőélek (127) a reaktorblokk (120; 220) lapjából (1208) a csatorna (125) szélei mentén a lap (120B) anyagának a csatorna (125) kialakításával egyidejű deformálásával kiemelt tartományokként vannak kiképezve, továbbá a temperáló egység (150; 250) a záróelem (130; 230) tömltőélekkel (127) átellenes felületének van nekinyomva.
- 10. A 9. Igénypont szerinti mikrofluídikaí reaktor, azzal jellemezve, hogy a reaktorblokk (120; 220} és a záróetem (130; 230) kémiai reakciókkal szemben ellenálló anyagból van.
- 11. A 10. igénypont szerinti mlkrofluídíkaí reaktor, azza//e/femezve, hogy a reaktorblokk (120; 220) kémiailag ellenálló műanyagból, előnyösen fluorozott és/vagy klórozott műanyagból, még előnyösebben PTFE-ből van.
- 12. A 9. igénypont szerinti mlkroHulmkat reaktor, azzal jellemezve, hogy a záróelem. (130; 230) legfeljebb 20 pm vastag PTFE fólia.
- 13. A 9. igénypont szerinti míkrofluidikai reaktor, azzal jellemezve, hogy a temperáló egységet (150; 250) kaszkád rendszerű Peílier-egység képezi.- 17* * * » ♦ »#·» Ifi » ♦ 6 * * »*** *» **« Κ
- 14. Α 13. igénypont szerinti mikrofluidikai reaktor, azzalye/Vemezve, hogy a kaszkád rendszerű Peltier-egységnek közös tokozásban egymással érintkező első Peltier-eleme (151) és második Peltíer-eleme (152) van.
- 15. A 9. igénypont szerinti mikrofluidikai reaktor, azzal ye/femezve, hogy a temperáló egység (150; 250) záróelemmel (130; 230) átellenes felülete mentén a hűtőtérben (153) hűtőközeget áramoltató csatorna (155; 255) van kialakítva.18. A 9, igénypont szerinti mikrofluidikai reaktor, azzal /elemezve, hogy az első határolóelem (210), valamint a reakíorblokkhől (220), az azon elrendezett zárőelemből (230) és a záróelemnek (230) nekinyomott temperáié egységből (250) álló reaktormag (223) képezte reaktorféHel szemben a reakiormagot (223) oldalirányú távközzel fogadón kiképzett második határolőelem (250) van elrendezve, ahol az első határolőelem (230) és a második határolóelem (260). valamint a reaktormag (223) és a második határolőelem (260) között legalább egy tomltöelem (268, 289) közbeiktatásával vákuum létrehozására alkalmas térrész (287) van kialakítva.
- 17. A 16. igénypont szerinti mikrofiuídlkal reaktor, azzal jellemezve, hogy a térrész (287) a külső környezettel egy, az első határolóelemben (210) kialakított, vákuumcsatlakozót (286) fogadó furaton (293) át közlekedik.
Priority Applications (10)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| HU0501205A HU227586B1 (en) | 2005-12-23 | 2005-12-23 | Method for forming sealed channel of microfluidical reactor and microfluidical reactor containing the same |
| RU2008129186/28A RU2008129186A (ru) | 2005-12-23 | 2006-12-22 | Способ образования герметичного канала микрофлюидного реактора и микрофлюидный реактор, содержащий такой канал |
| CNA2006800516610A CN101360680A (zh) | 2005-12-23 | 2006-12-22 | 形成微流控反应器的密封通道的方法和包含这种通道的微流控反应器 |
| JP2008546655A JP2009520597A (ja) | 2005-12-23 | 2006-12-22 | マイクロ流体リアクタの密封チャネルを形成する方法およびそのようなチャネルを含むマイクロ流体リアクタ |
| AU2006327903A AU2006327903A1 (en) | 2005-12-23 | 2006-12-22 | Method of forming a sealed channel of a microfluidic reactor and a microfluidic reactor comprising such channel |
| EP06831526A EP1971548A2 (en) | 2005-12-23 | 2006-12-22 | Method of forming a sealed channel of a microfluidic reactor and a microfluidic reactor comprising such channel |
| US12/158,784 US7919055B2 (en) | 2005-12-23 | 2006-12-22 | Method of forming a sealed channel of a microfluidic reactor and a microfluidic reactor comprising such channel |
| PCT/HU2006/000127 WO2007072099A2 (en) | 2005-12-23 | 2006-12-22 | Method of forming a sealed channel of a microfluidic reactor and a microfluidic reactor comprising such channel |
| IL192392A IL192392A0 (en) | 2005-12-23 | 2008-06-23 | Method of forming a sealed channel of a microfluidic reactor and a microfluidic reactor comprising such chanel |
| NO20083196A NO20083196L (no) | 2005-12-23 | 2008-07-17 | Fremgangsmate for dannelse av en forseglet kanal hos en mikrofluidreaktor, samt mikrofluidreaktor innbefattende en slik kanal |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| HU0501205A HU227586B1 (en) | 2005-12-23 | 2005-12-23 | Method for forming sealed channel of microfluidical reactor and microfluidical reactor containing the same |
Publications (3)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| HU0501205D0 HU0501205D0 (en) | 2006-02-28 |
| HUP0501205A2 HUP0501205A2 (en) | 2007-07-30 |
| HU227586B1 true HU227586B1 (en) | 2011-08-29 |
Family
ID=89986491
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| HU0501205A HU227586B1 (en) | 2005-12-23 | 2005-12-23 | Method for forming sealed channel of microfluidical reactor and microfluidical reactor containing the same |
Country Status (10)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US7919055B2 (hu) |
| EP (1) | EP1971548A2 (hu) |
| JP (1) | JP2009520597A (hu) |
| CN (1) | CN101360680A (hu) |
| AU (1) | AU2006327903A1 (hu) |
| HU (1) | HU227586B1 (hu) |
| IL (1) | IL192392A0 (hu) |
| NO (1) | NO20083196L (hu) |
| RU (1) | RU2008129186A (hu) |
| WO (1) | WO2007072099A2 (hu) |
Families Citing this family (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2011104554A (ja) * | 2009-11-20 | 2011-06-02 | Nisso Engineering Co Ltd | マイクロリアクタ |
| JP2013208619A (ja) * | 2013-06-21 | 2013-10-10 | Nisso Engineering Co Ltd | マイクロリアクタ |
| US9861982B2 (en) * | 2015-03-09 | 2018-01-09 | Emd Millipore Corporation | Connectors for pneumatic devices in microfluidic systems |
| US10376885B2 (en) * | 2015-11-04 | 2019-08-13 | Lehigh University | Microfluidic concentrator for label-free, continuous nanoparticle processing |
| EP3691780A1 (en) * | 2017-10-06 | 2020-08-12 | Corning Incorporated | Flow reactor fluid connection apparatus and method |
Family Cites Families (10)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US4413407A (en) | 1980-03-10 | 1983-11-08 | Eastman Kodak Company | Method for forming an electrode-containing device with capillary transport between electrodes |
| US5201996A (en) * | 1990-04-30 | 1993-04-13 | Bell Communications Research, Inc. | Patterning method for epitaxial lift-off processing |
| SE9100392D0 (sv) * | 1991-02-08 | 1991-02-08 | Pharmacia Biosensor Ab | A method of producing a sealing means in a microfluidic structure and a microfluidic structure comprising such sealing means |
| US5534328A (en) * | 1993-12-02 | 1996-07-09 | E. I. Du Pont De Nemours And Company | Integrated chemical processing apparatus and processes for the preparation thereof |
| DE69527585T2 (de) * | 1994-06-08 | 2003-04-03 | Affymetrix Inc | Verfahren und Vorrichtung zum Verpacken von Chips |
| JP2003506679A (ja) * | 1999-07-28 | 2003-02-18 | ユニバーシテイ オブ ワシントン | 気体の内部送達および減圧の適用のための流体相互接続、相互接続マニホルドおよび微小流体性デバイス |
| DE10106952C2 (de) * | 2001-02-15 | 2003-01-16 | Cognis Deutschland Gmbh | Chip-Reaktor |
| US7060227B2 (en) * | 2001-08-06 | 2006-06-13 | Sau Lan Tang Staats | Microfluidic devices with raised walls |
| JP4804718B2 (ja) | 2003-04-28 | 2011-11-02 | 富士フイルム株式会社 | 流体混合装置、及び、流体混合システム |
| US7223949B2 (en) * | 2004-04-21 | 2007-05-29 | Beckman Coulter, Inc. | Analysis apparatus having improved temperature control unit |
-
2005
- 2005-12-23 HU HU0501205A patent/HU227586B1/hu not_active IP Right Cessation
-
2006
- 2006-12-22 RU RU2008129186/28A patent/RU2008129186A/ru unknown
- 2006-12-22 US US12/158,784 patent/US7919055B2/en not_active Expired - Fee Related
- 2006-12-22 CN CNA2006800516610A patent/CN101360680A/zh active Pending
- 2006-12-22 AU AU2006327903A patent/AU2006327903A1/en not_active Abandoned
- 2006-12-22 EP EP06831526A patent/EP1971548A2/en not_active Withdrawn
- 2006-12-22 WO PCT/HU2006/000127 patent/WO2007072099A2/en active Application Filing
- 2006-12-22 JP JP2008546655A patent/JP2009520597A/ja active Pending
-
2008
- 2008-06-23 IL IL192392A patent/IL192392A0/en unknown
- 2008-07-17 NO NO20083196A patent/NO20083196L/no not_active Application Discontinuation
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| WO2007072099A3 (en) | 2007-09-13 |
| AU2006327903A1 (en) | 2007-06-28 |
| HU0501205D0 (en) | 2006-02-28 |
| JP2009520597A (ja) | 2009-05-28 |
| HUP0501205A2 (en) | 2007-07-30 |
| US20090098029A1 (en) | 2009-04-16 |
| RU2008129186A (ru) | 2010-01-27 |
| CN101360680A (zh) | 2009-02-04 |
| US7919055B2 (en) | 2011-04-05 |
| IL192392A0 (en) | 2008-12-29 |
| EP1971548A2 (en) | 2008-09-24 |
| WO2007072099A2 (en) | 2007-06-28 |
| NO20083196L (no) | 2008-09-11 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| EP1839739B1 (en) | Micro-reactor system | |
| US8161997B2 (en) | Multipurpose flow module | |
| CN102395425B (zh) | 流动模块 | |
| EP2017000B1 (en) | Process intensified microfluidic devices | |
| HU227586B1 (en) | Method for forming sealed channel of microfluidical reactor and microfluidical reactor containing the same | |
| US7247276B2 (en) | Micro-reactor for reactions between gases and liquids | |
| WO2006043642A1 (ja) | 流体反応装置 | |
| EP1775591A1 (en) | Microchannel chip reaction control system, micro total reaction system including the control system, and micro total analysis system | |
| US7541008B2 (en) | Fluid reactor | |
| Hessel et al. | Gas/liquid microreactors for direct fluorination of aromatic compounds using elemental fluorine | |
| WO2007072097A2 (en) | Flow-type laboratory ozonolysis apparatus and method of performing ozonolysis reaction | |
| Makarshin et al. | Microchannel systems for fine organic synthesis | |
| US20050025677A1 (en) | Microreactor system | |
| JP5004444B2 (ja) | マイクロリアクタ | |
| Martin et al. | Laser-micromachined and laminated microfluidic components for miniaturized thermal, chemical, and biological systems | |
| US10252311B2 (en) | Forming tool for shaping a workpiece, and method for positioning a temperature control device on a forming tool | |
| RU2807773C1 (ru) | Модульный проточный микрофлюидный реактор для проведения химических реакций при высоких давлении и температуре | |
| EP2065086B1 (en) | Microreactor with a fluid input or output porting assembly | |
| Losey | Novel multiphase chemical reaction systems enabled by microfabrication technology |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| MM4A | Lapse of definitive patent protection due to non-payment of fees |