JP2001228159A - マイクロリアクタ - Google Patents
マイクロリアクタInfo
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 マイクロリアクタにおけるチャネルへの送液
を精密な精度で実現する。 【解決手段】 圧電体素子（１８）の駆動により注入ポ
ート（１２）の内壁に形成されたキャビティ（２１）の
容積を変化させ、チャネル（１４）との間で試料を送受
液する。圧電体素子（１８）は０．５ｐｌ乃至６０ｐｌ
の分解能でチャネル（１４）へ送受液することができる
ため、圧電体素子（１８）の微細な駆動によって精密な
精度で分子のハンドリングを実現することができる。
を精密な精度で実現する。 【解決手段】 圧電体素子（１８）の駆動により注入ポ
ート（１２）の内壁に形成されたキャビティ（２１）の
容積を変化させ、チャネル（１４）との間で試料を送受
液する。圧電体素子（１８）は０．５ｐｌ乃至６０ｐｌ
の分解能でチャネル（１４）へ送受液することができる
ため、圧電体素子（１８）の微細な駆動によって精密な
精度で分子のハンドリングを実現することができる。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は化学反応を行うため
のマイクロリアクタの改良技術に関する。
のマイクロリアクタの改良技術に関する。
【０００２】
【従来の技術】特開平１０−３３７１７３号公報には多
数の生化学反応を並列的に行うためにマイクロリアクタ
を利用する技術が提案されている。マイクロリアクタは
マイクロ領域での化学反応実験、薬品の開発、人工臓器
開発、ゲノム・ＤＮＡ解析ツール、マイクロ流体工学の
基礎解析ツール等に利用されている。このマイクロリア
クタを用いる化学反応にはフラスコを用いた通常の化学
反応にはない特徴がある。例えば、装置全体が小さいた
めに熱交換率が極めて高く、温度制御が効率良く行える
利点がある。この利点を利用すれば、精密な温度制御を
必要とする反応や急激な加熱又は冷却を必要とする反応
でも、マイクロリアクタを利用すれば容易に行うことが
可能となる。
数の生化学反応を並列的に行うためにマイクロリアクタ
を利用する技術が提案されている。マイクロリアクタは
マイクロ領域での化学反応実験、薬品の開発、人工臓器
開発、ゲノム・ＤＮＡ解析ツール、マイクロ流体工学の
基礎解析ツール等に利用されている。このマイクロリア
クタを用いる化学反応にはフラスコを用いた通常の化学
反応にはない特徴がある。例えば、装置全体が小さいた
めに熱交換率が極めて高く、温度制御が効率良く行える
利点がある。この利点を利用すれば、精密な温度制御を
必要とする反応や急激な加熱又は冷却を必要とする反応
でも、マイクロリアクタを利用すれば容易に行うことが
可能となる。
【０００３】また、微小空間の中で反応を行うため、例
えば、有機溶媒と水との液・液界面や、液体と器壁との
固・液界面では、いずれの場合も液体の体積に比べて界
面の面積の割合が非常に大きい。それ故、分子の移動速
度が速く、不均一反応を効率良く行うことができる。さ
らに、リアクタ（反応槽）の容積は微小であるため、反
応に用いる試料（反応試薬、サンプル等）の量及びコス
トを抑えることができ、生成物の分析能力の限界まで反
応スケールを小さくすることで環境への影響を小さくす
ることができる。
えば、有機溶媒と水との液・液界面や、液体と器壁との
固・液界面では、いずれの場合も液体の体積に比べて界
面の面積の割合が非常に大きい。それ故、分子の移動速
度が速く、不均一反応を効率良く行うことができる。さ
らに、リアクタ（反応槽）の容積は微小であるため、反
応に用いる試料（反応試薬、サンプル等）の量及びコス
トを抑えることができ、生成物の分析能力の限界まで反
応スケールを小さくすることで環境への影響を小さくす
ることができる。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】ところで、マイクロリ
アクタではチャネル（流路）やリアクタの容積が微小で
あるため、通常の反応容器とは異なる分子のハンドリン
グが要求される。従来のマイクロリアクタではシリンジ
ポンプ或いはダイアフラム型のマイクロポンプを用いて
チャネルやリアクタ内に試料を送液していたが、微小且
つ複雑なチャネルをもつマイクロリアクタにおいては上
記の送液法（pressure pumping）では正確な送液制御
が困難であった。
アクタではチャネル（流路）やリアクタの容積が微小で
あるため、通常の反応容器とは異なる分子のハンドリン
グが要求される。従来のマイクロリアクタではシリンジ
ポンプ或いはダイアフラム型のマイクロポンプを用いて
チャネルやリアクタ内に試料を送液していたが、微小且
つ複雑なチャネルをもつマイクロリアクタにおいては上
記の送液法（pressure pumping）では正確な送液制御
が困難であった。
【０００５】このため、電気浸透法による送液法（elec
troosmotic pumping）が利用されているが、この方法
では界面に電気二重層を形成することが困難な有機溶媒
には不向きである。H.SalimiMoosavi,T.Tang,J.Am.Che
m.Soc,119,8716(1997)には、有機溶媒に電界質を添加し
て電気浸透法を用いた実験結果が報告されている。この
ように、マイクロリアクタにおいては、精密な分子のハ
ンドリングを実現することが重要な技術的課題となって
いる。
troosmotic pumping）が利用されているが、この方法
では界面に電気二重層を形成することが困難な有機溶媒
には不向きである。H.SalimiMoosavi,T.Tang,J.Am.Che
m.Soc,119,8716(1997)には、有機溶媒に電界質を添加し
て電気浸透法を用いた実験結果が報告されている。この
ように、マイクロリアクタにおいては、精密な分子のハ
ンドリングを実現することが重要な技術的課題となって
いる。
【０００６】そこで、本発明はチャネルへの送受液を精
密な精度で可能にした注入ポートを備えるマイクロリア
クタを提供することを課題とする。また、注入ポートの
キャビティ内への試料の注入を精密な精度で充填する試
料充填方法を提供することを課題とする。
密な精度で可能にした注入ポートを備えるマイクロリア
クタを提供することを課題とする。また、注入ポートの
キャビティ内への試料の注入を精密な精度で充填する試
料充填方法を提供することを課題とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】上記の課題を解決するべ
く、本発明のマイクロリアクタはインクジェット方式に
よってチャネルとの間で試料を送受液する注入ポート
と、当該チャネルを介して注入ポートに連通し、化学反
応後の試料を回収するための排出ポートを備えて構成さ
れている。インクジェット方式による試料の送受液に
は、例えば、圧電体素子の機械的変位により注入ポート
の内壁に形成されたキャビティの容積を変化させ、キャ
ビティ内の試料を送液するピエゾジェット方式であって
もよく、また、熱の印加により急激に蒸気が発生するこ
とにより試料を送液するバブルジェット方式であっても
よい。
く、本発明のマイクロリアクタはインクジェット方式に
よってチャネルとの間で試料を送受液する注入ポート
と、当該チャネルを介して注入ポートに連通し、化学反
応後の試料を回収するための排出ポートを備えて構成さ
れている。インクジェット方式による試料の送受液に
は、例えば、圧電体素子の機械的変位により注入ポート
の内壁に形成されたキャビティの容積を変化させ、キャ
ビティ内の試料を送液するピエゾジェット方式であって
もよく、また、熱の印加により急激に蒸気が発生するこ
とにより試料を送液するバブルジェット方式であっても
よい。
【０００８】圧電体素子を駆動源とするピエゾジェット
方式であれば、０．５ｐｌ乃至６０ｐｌの分解能でチャ
ネルとの間で送受液することができるため、注入ポート
とチャネル間の送受液を精密な精度で実現することがで
きる。
方式であれば、０．５ｐｌ乃至６０ｐｌの分解能でチャ
ネルとの間で送受液することができるため、注入ポート
とチャネル間の送受液を精密な精度で実現することがで
きる。
【０００９】上記の構成においてさらに、試料の化学反
応を検出する検出器と、検出したデータに基づいて注入
ポートからチャネルへの送受液量を調整する制御部とを
備えてもよい。このように構成することで、試料の化学
反応の状態に応じて送受液量をフィードバック制御する
ことができる。この場合、化学反応の検出手段として、
光学的に検出する手段が好適である。マイクロ領域での
検出に優れているためである。
応を検出する検出器と、検出したデータに基づいて注入
ポートからチャネルへの送受液量を調整する制御部とを
備えてもよい。このように構成することで、試料の化学
反応の状態に応じて送受液量をフィードバック制御する
ことができる。この場合、化学反応の検出手段として、
光学的に検出する手段が好適である。マイクロ領域での
検出に優れているためである。
【００１０】注入ポートのキャビティ内へ試料を供給す
るための構成として、タンクに貯蔵された試料を圧電体
素子の駆動によってキャビティ内へ導入し、さらにチャ
ネルへ送液するように構成してもよい。
るための構成として、タンクに貯蔵された試料を圧電体
素子の駆動によってキャビティ内へ導入し、さらにチャ
ネルへ送液するように構成してもよい。
【００１１】また、本発明の試料充填方法では液体吐出
ヘッドを用いてマイクロリアクタの注入ポートのキャビ
ティに試料を充填する。
ヘッドを用いてマイクロリアクタの注入ポートのキャビ
ティに試料を充填する。
【００１２】
【発明の実施の形態】以下、各図を参照して本実施の形
態について説明する。
態について説明する。
【００１３】図１にマイクロリアクタ１０の模式的な概
念図を示す。マイクロリアクタ１０はシリコン基板１１
を微細加工することで製造することができ、注入ポート
１２、１３、チャネル１４、及び排出ポート１５を備え
て構成されている。チャネル１４は注入ポート１２、１
３、及び排出ポート１５を相互に連通する流路であり、
Ｔ字型リアクタを構成する。注入ポート１２、１３に注
入された試料はチャネル１４を介して合流し、当該合流
箇所からチャネル１４の下流側がリアクタとして機能す
る。以下、チャネル１４のうち化学反応が生じている部
分をリアクタという。反応後の試料は排出ポート１５か
ら回収される。尚、説明を簡略するため、同図において
は、後述する半導体レーザ２２、光センサ２３、及び計
測／制御部２４等は図示していない。
念図を示す。マイクロリアクタ１０はシリコン基板１１
を微細加工することで製造することができ、注入ポート
１２、１３、チャネル１４、及び排出ポート１５を備え
て構成されている。チャネル１４は注入ポート１２、１
３、及び排出ポート１５を相互に連通する流路であり、
Ｔ字型リアクタを構成する。注入ポート１２、１３に注
入された試料はチャネル１４を介して合流し、当該合流
箇所からチャネル１４の下流側がリアクタとして機能す
る。以下、チャネル１４のうち化学反応が生じている部
分をリアクタという。反応後の試料は排出ポート１５か
ら回収される。尚、説明を簡略するため、同図において
は、後述する半導体レーザ２２、光センサ２３、及び計
測／制御部２４等は図示していない。
【００１４】図２は図１のＡ−Ａ断面図である。シリコ
ン基板１１の表面に形成されたチャネル１４上には平板
１７が貼り合わされており、チャネル１４を密封してい
る。また、注入ポート１２、１３からチャネル１４内へ
試料を供給できるように、各ポートに対応する位置には
貫通孔（オリフィス）１６が開口している。注入ポート
１２，１３は圧電体素子１８、振動板１９、及び側壁２
０から構成されている。注入ポート１２，１３の内壁と
シリコン基板１１によって、試料を充填するためのキャ
ビティ２１が形成される。圧電体素子１８は電気エネル
ギーを機械エネルギーに変換する素子であり、逆圧電効
果によって変位する圧電性セラミックス、例えば、ジル
コン酸チタン酸鉛（ＰＺＴ）を備えている。この圧電セ
ラミックスに電圧を印加すると、圧電体素子１８は膜厚
方向に膨張するとともに、幅方向に収縮する。この収縮
によって圧電体素子１８と振動板１９の界面に圧縮応力
が働き、キャビティ２１の容積が変化する。この結果、
キャビティ２１内の試料が貫通孔１６を介してチャネル
１４へ送液可能となる。圧電体素子１８は数ＭＨｚの振
動周波数で駆動することができるため、精密な送受液制
御に好適である。振動板１９はシリコン酸化膜、シリコ
ン窒化膜等の絶縁膜で構成されている。
ン基板１１の表面に形成されたチャネル１４上には平板
１７が貼り合わされており、チャネル１４を密封してい
る。また、注入ポート１２、１３からチャネル１４内へ
試料を供給できるように、各ポートに対応する位置には
貫通孔（オリフィス）１６が開口している。注入ポート
１２，１３は圧電体素子１８、振動板１９、及び側壁２
０から構成されている。注入ポート１２，１３の内壁と
シリコン基板１１によって、試料を充填するためのキャ
ビティ２１が形成される。圧電体素子１８は電気エネル
ギーを機械エネルギーに変換する素子であり、逆圧電効
果によって変位する圧電性セラミックス、例えば、ジル
コン酸チタン酸鉛（ＰＺＴ）を備えている。この圧電セ
ラミックスに電圧を印加すると、圧電体素子１８は膜厚
方向に膨張するとともに、幅方向に収縮する。この収縮
によって圧電体素子１８と振動板１９の界面に圧縮応力
が働き、キャビティ２１の容積が変化する。この結果、
キャビティ２１内の試料が貫通孔１６を介してチャネル
１４へ送液可能となる。圧電体素子１８は数ＭＨｚの振
動周波数で駆動することができるため、精密な送受液制
御に好適である。振動板１９はシリコン酸化膜、シリコ
ン窒化膜等の絶縁膜で構成されている。
【００１５】平板１７は耐熱ガラスのような透明基板か
ら構成されており、リアクタにおける化学反応を光学的
に検出することができる。リアクタにおける化学反応の
光学的検出手段として、例えば、分光法を利用すること
ができる。同図において、半導体レーザ２２から射出し
た入射光は平板１７及びリアクタ内の反応生成物を透過
し、リアクタの壁面で反射した後に光センサ２３によっ
て検出される。計測／制御部２４は入射光の強度と反射
光の強度を測定して、リアクタ内の反応生成物量を定量
する。計測／制御部２４は注入ポート１２，１３におけ
る圧電体素子１８の駆動制御回路を備えており、リアク
タ内の反応生成物量を参照して注入ポート１２，１３に
おける試料の送受液量を０．５ｐｌ〜６０ｐｌの範囲で
調整可能に構成されている。
ら構成されており、リアクタにおける化学反応を光学的
に検出することができる。リアクタにおける化学反応の
光学的検出手段として、例えば、分光法を利用すること
ができる。同図において、半導体レーザ２２から射出し
た入射光は平板１７及びリアクタ内の反応生成物を透過
し、リアクタの壁面で反射した後に光センサ２３によっ
て検出される。計測／制御部２４は入射光の強度と反射
光の強度を測定して、リアクタ内の反応生成物量を定量
する。計測／制御部２４は注入ポート１２，１３におけ
る圧電体素子１８の駆動制御回路を備えており、リアク
タ内の反応生成物量を参照して注入ポート１２，１３に
おける試料の送受液量を０．５ｐｌ〜６０ｐｌの範囲で
調整可能に構成されている。
【００１６】尚、リアクタにおける化学反応の検出方法
として、上記の他にレーザ蛍光検出器を用いてもよい。
レーザは対物レンズを用いることで効率良く集光するこ
とができ、高感度の検出を行うことができる。また、マ
イクロリアクタの全面にレーザ光を照射し、試料の注
入、化学反応、分離の様子を高感度カメラで撮影するこ
ともできる。電気化学検出器や質量分析装置では出口に
おける試料の分析しか行えないが、このような方式では
マイクロリアクタ全体の現象を観察することができる。
また、試料の検出に蛍光法や吸光法を利用する場合には
アダマール変換電気泳動分析を併用すると効果的であ
る。
として、上記の他にレーザ蛍光検出器を用いてもよい。
レーザは対物レンズを用いることで効率良く集光するこ
とができ、高感度の検出を行うことができる。また、マ
イクロリアクタの全面にレーザ光を照射し、試料の注
入、化学反応、分離の様子を高感度カメラで撮影するこ
ともできる。電気化学検出器や質量分析装置では出口に
おける試料の分析しか行えないが、このような方式では
マイクロリアクタ全体の現象を観察することができる。
また、試料の検出に蛍光法や吸光法を利用する場合には
アダマール変換電気泳動分析を併用すると効果的であ
る。
【００１７】また、反応条件が異なるマイクロリアクタ
１０を多数配置し、高感度フィルムやＣＣＤカメラを用
いて多数のリアクタ内での反応を同時に観察すること
で、画像処理等によって最適条件のマイクロリアクタ１
０を容易に検出することもできる。
１０を多数配置し、高感度フィルムやＣＣＤカメラを用
いて多数のリアクタ内での反応を同時に観察すること
で、画像処理等によって最適条件のマイクロリアクタ１
０を容易に検出することもできる。
【００１８】次に、図３を参照してマイクロリアクタの
製造工程を説明する。直径４インチ、厚さ０．７ｍｍの
シリコン基板１１を用意し、表面を酸化してエッチング
マスクを形成した後、フォトレジストを表面に塗布し
て、チャネルのパターンに合わせて露光／現像処理をし
た。そして、水酸化カリウム若しくはエチレンジアミン
水溶液をエッチング液とした結晶方位依存性エッチング
（異方性エッチング）によって、チャネル幅７０μｍ、
深さ１μｍのチャネル１４を形成した（図３（Ａ））。
異方性エッチングにより、アスペクト比の高い溝（チャ
ネル）を形成することができる。
製造工程を説明する。直径４インチ、厚さ０．７ｍｍの
シリコン基板１１を用意し、表面を酸化してエッチング
マスクを形成した後、フォトレジストを表面に塗布し
て、チャネルのパターンに合わせて露光／現像処理をし
た。そして、水酸化カリウム若しくはエチレンジアミン
水溶液をエッチング液とした結晶方位依存性エッチング
（異方性エッチング）によって、チャネル幅７０μｍ、
深さ１μｍのチャネル１４を形成した（図３（Ａ））。
異方性エッチングにより、アスペクト比の高い溝（チャ
ネル）を形成することができる。
【００１９】次いで、注入ポート１２、１３が取りつけ
られるべき位置に合わせて、集束イオンビーム加工（Ｆ
ＩＢ加工）を利用してチャネル１４に貫通孔１６を穿設
した（同図（Ｂ））。同図に図示していなが、排出ポー
ト１５に連通する貫通孔も同時に穿設した。平板１７と
して、耐熱ガラス（商標名：パイレックス）を用い、３
５０℃〜４００℃に加熱した状態でシリコン基板１１と
平板１７間に５００Ｖ〜１０００Ｖの電圧を印加して陽
極接合をした（同図（Ｃ））。
られるべき位置に合わせて、集束イオンビーム加工（Ｆ
ＩＢ加工）を利用してチャネル１４に貫通孔１６を穿設
した（同図（Ｂ））。同図に図示していなが、排出ポー
ト１５に連通する貫通孔も同時に穿設した。平板１７と
して、耐熱ガラス（商標名：パイレックス）を用い、３
５０℃〜４００℃に加熱した状態でシリコン基板１１と
平板１７間に５００Ｖ〜１０００Ｖの電圧を印加して陽
極接合をした（同図（Ｃ））。
【００２０】最後に、貫通孔１６の開口位置に合わせて
注入ポート１２、１３を取りつければ、マイクロリアク
タ１０が完成する（同図（Ｄ））。注入ポート１２，１
３は、振動板１９を取りつけた圧電体素子１８を耐溶剤
性のエポキシ系接着剤エコボンド（日本エイブルスティ
ック社製）を用いてシリコン基板１１に接着することで
形成できる。この接着剤が硬化することで、側壁２０が
形成される。また、同図に図示していないが、排出ポー
ト１５についても同様に取り付ける。さらに、半導体レ
ーザ２２、光センサ２３、及び計測／制御部２４等の各
種計測機器をマイクロリアクタ１０に取り付ければ、所
望の化学反応実験に用いることができる。
注入ポート１２、１３を取りつければ、マイクロリアク
タ１０が完成する（同図（Ｄ））。注入ポート１２，１
３は、振動板１９を取りつけた圧電体素子１８を耐溶剤
性のエポキシ系接着剤エコボンド（日本エイブルスティ
ック社製）を用いてシリコン基板１１に接着することで
形成できる。この接着剤が硬化することで、側壁２０が
形成される。また、同図に図示していないが、排出ポー
ト１５についても同様に取り付ける。さらに、半導体レ
ーザ２２、光センサ２３、及び計測／制御部２４等の各
種計測機器をマイクロリアクタ１０に取り付ければ、所
望の化学反応実験に用いることができる。
【００２１】尚、注入ポート１２，１３への試料の注入
法として、例えば、図４に示すように、タンク３２内に
充填した試料４０をシリコンチューブ３１を介してキャ
ビティ２１内へ供給するように構成してもよい。圧電体
素子はマイクロポンプ、インクジェット式記録ヘッドの
インク吐出駆動源等の電気機械変換素子として利用され
ているため、圧電体素子１８の駆動力を利用すること
で、タンク３２内に充填された試料４０をチャネル１４
内へ供給することができる。
法として、例えば、図４に示すように、タンク３２内に
充填した試料４０をシリコンチューブ３１を介してキャ
ビティ２１内へ供給するように構成してもよい。圧電体
素子はマイクロポンプ、インクジェット式記録ヘッドの
インク吐出駆動源等の電気機械変換素子として利用され
ているため、圧電体素子１８の駆動力を利用すること
で、タンク３２内に充填された試料４０をチャネル１４
内へ供給することができる。
【００２２】また、図５に示すように、注入ポート１
２，１３を構成する振動板１９をヒンジ２５を介して側
壁２０に取り付けることで、振動板１９を開閉可能に構
成することもできる。このような構成により、振動板１
９を開いた状態で液体吐出ヘッド３０を用いて試料４０
をキャビティ２１に充填することができる（液剤配
置）。液体吐出ヘッド３０としては、例えば、インクジ
ェットプリンタに用いられるインクジェット式記録ヘッ
ドを利用することができる。当該ヘッドは圧電体素子の
体積変化により所望の液体を吐出させるピエゾジェット
方式であってもよく、また、熱の印加により急激に蒸気
が発生することにより液体を吐出させるバブルジェット
方式であってもよい。キャビティ２１に試料４０を充填
した後、振動板１９を閉じて圧電体素子１８を駆動すれ
ば、チャネル１４内への試料４０の送受液が可能にな
る。また、注入ポート１２，１３をシリコン基板１１か
ら脱着可能に構成し、液体吐出ヘッド３０を用いてキャ
ビティ２１内へ直接試料４０を吐出するように構成して
もよい。
２，１３を構成する振動板１９をヒンジ２５を介して側
壁２０に取り付けることで、振動板１９を開閉可能に構
成することもできる。このような構成により、振動板１
９を開いた状態で液体吐出ヘッド３０を用いて試料４０
をキャビティ２１に充填することができる（液剤配
置）。液体吐出ヘッド３０としては、例えば、インクジ
ェットプリンタに用いられるインクジェット式記録ヘッ
ドを利用することができる。当該ヘッドは圧電体素子の
体積変化により所望の液体を吐出させるピエゾジェット
方式であってもよく、また、熱の印加により急激に蒸気
が発生することにより液体を吐出させるバブルジェット
方式であってもよい。キャビティ２１に試料４０を充填
した後、振動板１９を閉じて圧電体素子１８を駆動すれ
ば、チャネル１４内への試料４０の送受液が可能にな
る。また、注入ポート１２，１３をシリコン基板１１か
ら脱着可能に構成し、液体吐出ヘッド３０を用いてキャ
ビティ２１内へ直接試料４０を吐出するように構成して
もよい。
【００２３】尚、上記の説明においては、圧電体素子１
８の駆動によりキャビティ２１内の試料を送受液するピ
エゾジェット方式を例に説明したが、熱の印加により急
激に蒸気が発生することにより試料を送液するバブルジ
ェット方式を採用してもよい。本方式による場合、抵抗
ヒータを含んで構成されるサーマル・エネルギー・ジェ
ネレータに電気パルスを与えることで、試料の液相／気
相間の相転移を利用してキャビティ２１内に充填された
試料をチャネル１４へ送液する。 （実施例）上記の構成において、注入ポート１２にＡＴ
Ｐ（アデノシン三リン酸）溶液を注入し、注入ポート１
３にルシフェリンとルシフェラーゼの混合溶液を注入し
てリアクタにおけるホタルルシフェラーゼ反応を光学的
に観察した。ホタルルシフェラーゼ反応は、酵素ルシフ
ェラーゼがルシフェリン及びＡＴＰを基質として反応が
進行する発光反応で、ルシフェリンの酸化に伴って光が
発せられるため、リアクタ部分での発光強度をモニタす
ることにより、反応のアクティビティを知ることができ
る。ＡＴＰ溶液の濃度をａ、ルシフェリンとルシフェラ
ーゼの混合溶液の濃度をｂとし、注入ポート１２，１３
のそれぞれの送液量をドットあたり１０ｐｌ／secの割
合に設定し、各注入ポート１２，１３での供給量（ドッ
ト数）を変化させ、反応における濃度を変化させたとこ
ろ、発光強度Ｉは図６のようになった。また、計測／制
御部２４において、検出した発光強度に応じて注入ポー
ト１２の送液量を０．１ｐｌ／secの割合に変更し、注
入ポート１３の送液量を２０ｐｌ／secの割合に変更し
たところ、図７のように発光強度が変化した。
８の駆動によりキャビティ２１内の試料を送受液するピ
エゾジェット方式を例に説明したが、熱の印加により急
激に蒸気が発生することにより試料を送液するバブルジ
ェット方式を採用してもよい。本方式による場合、抵抗
ヒータを含んで構成されるサーマル・エネルギー・ジェ
ネレータに電気パルスを与えることで、試料の液相／気
相間の相転移を利用してキャビティ２１内に充填された
試料をチャネル１４へ送液する。 （実施例）上記の構成において、注入ポート１２にＡＴ
Ｐ（アデノシン三リン酸）溶液を注入し、注入ポート１
３にルシフェリンとルシフェラーゼの混合溶液を注入し
てリアクタにおけるホタルルシフェラーゼ反応を光学的
に観察した。ホタルルシフェラーゼ反応は、酵素ルシフ
ェラーゼがルシフェリン及びＡＴＰを基質として反応が
進行する発光反応で、ルシフェリンの酸化に伴って光が
発せられるため、リアクタ部分での発光強度をモニタす
ることにより、反応のアクティビティを知ることができ
る。ＡＴＰ溶液の濃度をａ、ルシフェリンとルシフェラ
ーゼの混合溶液の濃度をｂとし、注入ポート１２，１３
のそれぞれの送液量をドットあたり１０ｐｌ／secの割
合に設定し、各注入ポート１２，１３での供給量（ドッ
ト数）を変化させ、反応における濃度を変化させたとこ
ろ、発光強度Ｉは図６のようになった。また、計測／制
御部２４において、検出した発光強度に応じて注入ポー
ト１２の送液量を０．１ｐｌ／secの割合に変更し、注
入ポート１３の送液量を２０ｐｌ／secの割合に変更し
たところ、図７のように発光強度が変化した。
【００２４】以上の実験結果から、圧電体素子１８の駆
動周波数を制御することで、チャネル１４への送受液量
を微妙に調整し、所望の反応の進行を得る（反応を自在
に操作する）ことができることを確認できた。このよう
に、チャネル１４への送受液手段として圧電体素子１８
を用いることで、シリンジポンプ或いはダイアフラム型
のマイクロポンプでは実現できなかった精度で送受液を
することができ、分子のハンドリングに優れたマイクロ
リアクタを提供することができる。特に、圧電体素子１
８を用いる場合は、圧電セラミックスの組成を選択する
ことで多種類の駆動波形を得ることができるため、マイ
クロリアクタにおける送受液手段として好適である。
動周波数を制御することで、チャネル１４への送受液量
を微妙に調整し、所望の反応の進行を得る（反応を自在
に操作する）ことができることを確認できた。このよう
に、チャネル１４への送受液手段として圧電体素子１８
を用いることで、シリンジポンプ或いはダイアフラム型
のマイクロポンプでは実現できなかった精度で送受液を
することができ、分子のハンドリングに優れたマイクロ
リアクタを提供することができる。特に、圧電体素子１
８を用いる場合は、圧電セラミックスの組成を選択する
ことで多種類の駆動波形を得ることができるため、マイ
クロリアクタにおける送受液手段として好適である。
【００２５】
【発明の効果】本発明によれば、注入ポートとチャネル
間の送受液を精密な精度で実現するマイクロリアクタを
提供することができる。また、注入ポートのキャビティ
内への試料の注入を精密な精度で実現することができ
る。
間の送受液を精密な精度で実現するマイクロリアクタを
提供することができる。また、注入ポートのキャビティ
内への試料の注入を精密な精度で実現することができ
る。
【図１】マイクロリアクタの平面図である。
【図２】図１のＡ−Ａ断面図である。
【図３】マイクロリアクタの製造工程断面図である。
【図４】注入ポートへの試料供給を説明する図であ
る。。
る。。
【図５】注入ポートへの試料供給を説明する図である。
【図６】ホタルルシフェラーゼ反応の実験結果である。
【図７】ホタルルシフェラーゼ反応の実験結果である。
１０…マイクロリアクタ、１１…シリコン基板、１２…
注入ポート、１３…注入ポート、１４…チャネル、１５
…排出ポート、１６…貫通孔、１７…平板、１８…圧電
体素子、１９…振動板、２０…側壁、２１…キャビテ
ィ、２２…半導体レーザ、２３…光センサ、２４…計測
／制御部、２５…ヒンジ、３０…液体吐出ヘッド、３１
…シリコンチューブ、３２…タンク、４０…試料
注入ポート、１３…注入ポート、１４…チャネル、１５
…排出ポート、１６…貫通孔、１７…平板、１８…圧電
体素子、１９…振動板、２０…側壁、２１…キャビテ
ィ、２２…半導体レーザ、２３…光センサ、２４…計測
／制御部、２５…ヒンジ、３０…液体吐出ヘッド、３１
…シリコンチューブ、３２…タンク、４０…試料
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き Ｆターム(参考） 2G042 AA01 AA10 CB03 HA02 HA10 2G058 EA14 EB00 GA02 GA11 GB02 4G057 AB31 AB34 4G068 AA02 AA03 AA04 AA06 AA07 AB11 AB15 AC20 AF31 4G075 AA02 BA10 BD15 CA32 CA36 DA02 DA08 DA20 EB50 EC01 FC13
Claims (9)
- 【請求項１】 インクジェット方式によってチャネルと
の間で試料を送受液する注入ポートと、当該チャネルを
介して注入ポートに連通し、化学反応後の試料を回収す
るための排出ポートを備えたマイクロリアクタ。 - 【請求項２】 試料の化学反応を検出する検出器と、検
出したデータに基づいて、注入ポートからチャネルへの
試料の送受液量を調整する制御部とをさらに備えた請求
項１に記載のマイクロリアクタ。 - 【請求項３】 前記検出器は試料の化学反応を光学的に
検出する請求項２に記載のマイクロリアクタ。 - 【請求項４】 圧電体素子の駆動によりキャビティの容
積を変化させ、チャネルとの間で試料を送受液する注入
ポートと、当該チャネルを介して注入ポートに連通し、
化学反応後の試料を回収するための排出ポートを備えた
マイクロリアクタ。 - 【請求項５】 試料の化学反応を検出する検出器と、検
出したデータに基づいて圧電体素子の駆動を制御し、試
料の送受液量を調整する制御部とをさらに備えた請求項
４に記載のマイクロリアクタ。 - 【請求項６】 前記検出器は試料の化学反応を光学的に
検出する請求項５に記載のマイクロリアクタ。 - 【請求項７】 前記注入ポートはタンクに貯蔵された試
料を圧電体素子の駆動によってキャビティ内へ導入し、
さらにチャネルへ送液する請求項４乃至請求項６のうち
何れか１項に記載のマイクロリアクタ。 - 【請求項８】 前記圧電体素子は０．５ｐｌ乃至６０ｐ
ｌの分解能でチャネルとの間で送受液する請求項４乃至
請求項７のうち何れか１項に記載のマイクロリアクタ。 - 【請求項９】 液体吐出ヘッドを用いてマイクロリアク
タの注入ポートのキャビティに試料を充填する試料充填
方法。
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|---|---|---|---|---|
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| KR100782351B1 (ko) | 2005-12-05 | 2007-12-11 | 전자부품연구원 | 마이크로 분석 소자와 패키지 및 그의 제조방법 |
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| JP2008304189A (ja) * | 2007-06-05 | 2008-12-18 | Yokogawa Electric Corp | 化学処理用カートリッジ及びその使用方法 |
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2000
- 2000-02-14 JP JP2000035284A patent/JP3729011B2/ja not_active Expired - Fee Related
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