JP2002282682A - Minute chemical reactor - Google Patents
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Landscapes
- Investigating Or Analyzing Non-Biological Materials By The Use Of Chemical Means (AREA)
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- Physical Or Chemical Processes And Apparatus (AREA)
Abstract
Description
【０００１】[0001]
【発明の属する技術分野】本発明は、光造形法を含むマ
イクロマシニング技術によって製造される微小化反応装
置に関する。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a miniaturization reactor manufactured by a micromachining technique including a stereolithography method.
【０００２】[0002]
【従来の技術】近年、マイクロマシニング技術の発達に
より、微小な化学反応モジュールや、化学分析モジュー
ル、微小なセンサやバルブ、ポンプ等のような、サイズ
の極めて小さい機器類の製作が可能になっており、ま
た、これらのモジュールや機器類を組み合わせて、ＤＮ
Ａの分析等に特化した、いわゆる化学集積回路の提案も
なされている。2. Description of the Related Art In recent years, the development of micromachining technology has made it possible to manufacture extremely small devices such as minute chemical reaction modules, chemical analysis modules, minute sensors, valves, and pumps. Also, by combining these modules and devices, DN
A so-called chemical integrated circuit specialized in the analysis of A and the like has also been proposed.
【０００３】[0003]
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、このよ
うな化学集積回路として提案されている従来の微小化学
反応装置は、電気の集積回路と同様に一度製作される
と、後で回路の一部を変更したり、追加または削除する
といったことが極めて困難であった。However, the conventional micro-chemical reaction device proposed as such a chemical integrated circuit, once manufactured once like an electric integrated circuit, partially re-uses the circuit later. It was extremely difficult to change, add or delete.
【０００４】そのため、数多くの様々な試行を繰り返す
必要がある実験段階の化学反応を行う場合や、未知の化
学反応を探索する場合、或いは、温度条件等の外部の条
件に応じて、動的に化学反応系を逐次変化させて実験デ
ータを得る必要がある場合等の用途には、このような微
小化学反応装置は適さなかった。[0004] Therefore, when performing a chemical reaction in an experimental stage that requires repeating many different trials, when searching for an unknown chemical reaction, or dynamically in response to external conditions such as temperature conditions. Such a microchemical reaction apparatus is not suitable for applications such as when it is necessary to obtain experimental data by sequentially changing the chemical reaction system.
【０００５】一方、平面状にバルブのみ、分流路のみ、
或いは、反応部のみをそれぞれ製作し、これらを層状に
重ねて連結することによって、微小な化学反応を行わせ
る微小化学反応装置も提案されてはいるが、複雑な化学
反応を実現しようとすると、これらのバルブや分流路、
反応部等の要素の総数が膨大になるとともに、平面状に
のみ複雑な構造を形成することができるマイクロマシニ
ング技術は、複数の層で構成される微小化学反応装置の
製作には適していなかった。On the other hand, only a valve, only a branch channel,
Alternatively, a micro-chemical reaction device that performs a micro-chemical reaction by fabricating only the reaction sections and connecting them in a layered manner has been proposed, but when trying to realize a complicated chemical reaction, These valves and branch channels,
The micro-machining technology, which can form a complex structure only in a plane as well as the total number of elements such as reaction parts becomes enormous, was not suitable for manufacturing a microchemical reaction device composed of multiple layers. .
【０００６】また、電気の集積回路と同様に、このよう
な化学集積回路で構成される微小化学反応装置の製造コ
ストを低減させるためには、微小化学反応装置を大量に
生産する必要である。しかしながら、化学や生物関連の
反応は、極めて多種多様であるため、実際に微小化学反
応装置の利点を発揮できる工業的な応用を見出すために
は、詳細な設計や予備実験に莫大な時間と労力を必要と
する問題があった。In addition, as in the case of electric integrated circuits, it is necessary to mass-produce microchemical reactors in order to reduce the manufacturing cost of such microchemical reactors composed of such chemical integrated circuits. However, chemical and biological reactions are extremely diverse, so detailed design and preliminary experiments require enormous amounts of time and effort to find industrial applications that can actually demonstrate the advantages of microchemical reactors. There was a problem that required.
【０００７】さらに、化学集積回路で構成される微小化
学反応装置内部の化学反応は、実験室において人手によ
って操作が可能であるような、比較的大きな実験系で起
こる化学反応とは異なる場合があり、目的の化学反応を
達成するためには、数多くの試行錯誤が必要なことか
ら、現在においても、化学集積回路は電気の集積回路の
ような爆発的な普及には至っていない。Furthermore, the chemical reaction inside a microchemical reaction device composed of a chemical integrated circuit may be different from the chemical reaction occurring in a relatively large experimental system which can be manually operated in a laboratory. In order to achieve a desired chemical reaction, many trials and errors are required, and even now, chemical integrated circuits have not yet reached the explosive spread of electric integrated circuits.
【０００８】そこで、本発明は、前述したような従来技
術における問題を解決し、光造形法を含むマイクロマシ
ニング技術を利用して大量且つ安価に製造できるととも
に、用途に応じて反応系を自在に変更可能な微小化学反
応装置を提供することを目的とする。Accordingly, the present invention solves the above-mentioned problems in the prior art, and can be mass-produced at low cost using micromachining technology including stereolithography, and the reaction system can be freely adjusted according to the application. It is an object to provide a microchemical reaction device that can be changed.
【０００９】[0009]
【課題を解決するための手段】前記目的のため、本発明
の微小化学反応装置は、反応通路の始端に連結された２
つの流入側通路と、前記反応通路の終端に連結された２
つの流出側通路を含んで構成される微小化学反応モジュ
ールが、少なくとも一つの層内にそれぞれの反応通路の
方向を層の前後方向に揃えて複数左右方向に配列されて
いるとともに、前記配列が前後方向に複数列形成され、
前後に隣接する列間において、後列側の微小化学反応モ
ジュールは、その２つの流入側通路がそれぞれ微小バル
ブを介して、前列側の左右方向に並んだ２つの微小化学
反応モジュールの各一方の流出側通路と連結されてい
る。For this purpose, a microchemical reactor according to the present invention is provided with a microchemical reactor connected to a starting end of a reaction passage.
Two inflow passages and two ends connected to the end of the reaction passage.
A plurality of microchemical reaction modules including two outflow passages are arranged in at least one layer in the left-right direction with the direction of each reaction passage aligned in the front-back direction of the layer. Formed in multiple rows in the direction
Between the rows adjacent to the front and back, the microchemical reaction modules in the rear row are connected to the two inflow-side passages through the microvalves, respectively, and the outflow of each one of the two microchemical reaction modules arranged in the left and right direction in the front row is performed. It is connected to the side passage.
【００１０】本発明の微小化学反応装置においては、微
小バルブが微小化学反応モジュールが配列されている層
に積層された別の層内に配列されていることが望まし
い。また、それぞれの微小バルブがコンピュータにより
制御される駆動手段によって開閉動作されることも望ま
しく、さらに、駆動手段は微小バルブが設けられている
層に積層された別の層内に設けられていることも望まし
い。In the microchemical reaction device of the present invention, it is desirable that the microvalves are arranged in another layer laminated on the layer in which the microchemical reaction modules are arranged. It is also desirable that each micro-valve is opened and closed by a driving means controlled by a computer, and that the driving means is provided in another layer laminated on the layer provided with the micro-valve. Is also desirable.
【００１１】また、少なくとも一部の微小化学反応モジ
ュールの反応通路を通過する物質の温度や流量を検出す
るセンサを備えていることも望ましく、さらにまた、少
なくとも一部の微小化学反応モジュールの反応通路を通
過する物質の温度を調整する手段を備えていることも望
ましい。[0011] It is preferable that a sensor for detecting a temperature and a flow rate of a substance passing through a reaction passage of at least a part of the microchemical reaction module is provided. It is also desirable to have a means for adjusting the temperature of the substance passing through.
【００１２】[0012]
【発明の実施の形態】本発明の微小化学反応装置は、光
造形法を含むマイクロマシニング技術を利用して、大量
且つ安価に製造できる可能性を有しており、製造後に反
応系を目的に応じて変更できるようになっている。BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION The microchemical reaction apparatus of the present invention has the potential to be mass-produced and inexpensive by utilizing micromachining technology including stereolithography. It can be changed accordingly.
【００１３】本発明の微小化学反応装置は、シリコンや
光硬化性樹脂等を素材とする少なくとも一つの層の中に
形成された、複数の微小化学反応モジュールを有してお
り、それぞれの微小化学反応モジュール内には、異なる
物質どうしを化学反応させたり、成分分析を行うための
反応通路が形成されている。全ての微小化学反応モジュ
ールの反応通路は、層の前後方向に向きを揃えて形成さ
れている。The microchemical reaction device of the present invention has a plurality of microchemical reaction modules formed in at least one layer made of silicon, photocurable resin, or the like. In the reaction module, a reaction passage for chemically reacting different substances or performing component analysis is formed. The reaction passages of all the microchemical reaction modules are formed so as to be aligned in the front-back direction of the layer.
【００１４】また、微小化学反応モジュールは、層内で
その横方向に複数配列されているとともに、前記配列
は、層の前後方向に複数列形成されていて、各微小化学
反応モジュールに形成されている反応通路は、通常は内
径１００μｍ以下に形成されている。なお、反応通路の
内径は、この中を通過する液状の物質または物質の水溶
液が、層流状態の流れを維持できる範囲（通常５００μ
ｍ以下）で選択することができる。A plurality of microchemical reaction modules are arranged in the layer in the lateral direction thereof, and the array is formed in a plurality of rows in the front-rear direction of the layer. The reaction passage is usually formed with an inner diameter of 100 μm or less. The inner diameter of the reaction passage is within a range where the liquid substance or the aqueous solution of the substance passing therethrough can maintain a laminar flow (usually 500 μm).
m or less).
【００１５】また、前記反応通路の始端には、それぞれ
２つの流入側通路が連結されていて、それぞれの流入側
通路から反応通路側に送り込まれた物質が反応通路内で
混ざり合って化学反応が行われるようになっている。Further, two inflow-side passages are respectively connected to the start ends of the reaction passages, and the substances sent from the respective inflow-side passages to the reaction passage side are mixed in the reaction passage so that a chemical reaction occurs. Is being done.
【００１６】同様に、反応通路の終端には、それぞれ２
つの流出側通路が連結されていて、反応通路内の物質を
これら２つの流出側通路の一方か、他方か、または両方
に送り出すことが可能になっている。Similarly, at the end of the reaction passage,
The two outlet passages are connected so that the material in the reaction passage can be pumped to one, the other or both of these two outlet passages.
【００１７】本発明の微小化学反応装置では、層内で左
右方向に配列された反応モジュールの列と、前記列の後
方に隣接する別の反応モジュールの列との間において、
後列側の微小化学反応モジュールは、その２つの流入側
通路がそれぞれ、微小バルブを介して前列側の横方向に
並んだ２つの微小化学反応モジュールの各一方の流出側
通路と連結されている。In the microchemical reactor according to the present invention, a row of reaction modules arranged in the horizontal direction in the layer and another row of reaction modules adjacent to the rear of the row,
The two inflow passages of the microchemical reaction module in the rear row are respectively connected to the outflow passages of one of the two microchemical reaction modules arranged side by side in the front row via microvalves.
【００１８】前記微小バルブを開いたときには、前列
（上流側）の微小化学反応モジュールの流出側通路から
後列（下流側）の微小化学反応モジュールの流入側通路
へ物質を送り込むことができ、また、前記微小バルブを
閉じることによって、これらの流出側通路と流入側通路
を介しての微小化学反応モジュール間の物質の移動は遮
断されるようになっている。When the microvalve is opened, the substance can be sent from the outlet passage of the front row (upstream side) microchemical reaction module to the inlet passage of the rear row (downstream side) microchemical reaction module. By closing the microvalve, the movement of the substance between the microchemical reaction modules via the outflow-side passage and the inflow-side passage is blocked.
【００１９】層の中に多数の微小化学反応モジュールの
反応通路と、流入側通路及び流出側通路を形成する方法
としては、光硬化性樹脂にレーザ光を走査して複雑な形
状を創成することが可能な光造形法が特に好適である。As a method of forming a large number of reaction passages of a microchemical reaction module, and an inflow passage and an outflow passage in a layer, a laser beam is scanned on a photocurable resin to form a complicated shape. A stereolithography method capable of performing is particularly preferable.
【００２０】また、微小バルブはマイクロマシニング技
術を用いて製作することができ、各微小化学反応モジュ
ールの２つの流入側通路、または、２つの流出側通路の
何れかに組み込むことができる。Further, the microvalve can be manufactured using micromachining technology, and can be incorporated into either the two inflow passages or the two outflow passages of each microchemical reaction module.
【００２１】微小バルブは、例えば先端が円錐形の弁体
を通路を横断する方向に軸方向に変位させることで通路
を開閉する構造とすることができる。この場合、微小な
弁体を変位させるために、外部からの信号によって動作
する駆動手段が用いられる。The microvalve can be configured to open and close the passage by, for example, displacing a conical valve body in the axial direction in a direction crossing the passage. In this case, in order to displace the minute valve body, a driving unit that operates by an external signal is used.
【００２２】このような駆動手段としては、例えば、磁
性体で形成された弁体を駆動する微小コイルを用いるこ
とができ、微小コイルに通電することによって発生する
磁場で、弁体を変位させて通路の開閉を行うことができ
る。この場合には、微小化学反応モジュールが配列され
ている層と積層される別の層の中に、微小コイルを設け
てもよい。As such a driving means, for example, a minute coil for driving a valve element made of a magnetic material can be used, and the valve element is displaced by a magnetic field generated by energizing the minute coil. The passage can be opened and closed. In this case, a micro coil may be provided in another layer which is stacked on the layer in which the micro chemical reaction modules are arranged.
【００２３】さらに、反応通路が形成されている層と微
小バルブが配列されている層を独立させて積層してもよ
く、さらに微小バルブが配列されている層に対して、反
応通路が形成されている層と反対側に各微小バルブの弁
体を駆動する微小コイルを配列した層を積層すること
で、微小化学反応装置をコンパクトな積層構造とするこ
とができる。Further, the layer in which the reaction passage is formed and the layer in which the microvalves are arranged may be laminated independently, and the reaction passage is formed in the layer in which the microvalves are arranged. By stacking a layer on which micro coils for driving the valve elements of the respective micro valves are arranged on the side opposite to the layer on which the micro chemical reaction device is formed, a compact laminated structure can be obtained for the microchemical reaction device.
【００２４】微小バルブを開閉する他の駆動手段として
は、微小なモータを用いることもできる。この場合に
は、弁体の外周面に通路壁に形成されたねじ孔に螺合す
るねじを形成し、弁体をモータで回転させることで軸方
向に変位させて通路の開閉を行うことができる。As another driving means for opening and closing the minute valve, a minute motor can be used. In this case, a screw is formed on the outer peripheral surface of the valve body to be screwed into a screw hole formed in the passage wall, and the valve body is rotated by a motor to be displaced in the axial direction to open and close the passage. it can.
【００２５】さらに、微小バルブを開閉する駆動手段と
しては、空気圧や油圧、水圧等の流体圧を用いることが
できる。この場合、弁体には、薄いゴム膜等を介して流
体圧を伝達して動かすことができる。Further, as a driving means for opening and closing the minute valve, fluid pressure such as air pressure, hydraulic pressure, or water pressure can be used. In this case, the valve element can be moved by transmitting fluid pressure through a thin rubber film or the like.
【００２６】さらに、微小バルブを開閉する駆動手段と
しては、ヒータを用いることができる。この場合、弁体
には温度変化により軸方向に膨張収縮する材料を使用す
ることで、ヒータで弁体が加熱されると弁体の先端側が
軸方向に変位し、通路の開閉を行うことができる。Further, a heater can be used as a driving means for opening and closing the minute valve. In this case, by using a material that expands and contracts in the axial direction due to a temperature change, the distal end side of the valve element is displaced in the axial direction when the heater is heated by the heater, so that the passage can be opened and closed. it can.
【００２７】さらに、微小バルブを開閉する駆動手段と
しては静電気力を用いることができる。これは、物質が
流れる通路の一部の片側を、導電層を有して且つ弾性撓
み変形が容易な積層フィルムの膜で構成し、前記膜とそ
の対向側の通路壁との間に直流電圧を印加することで、
膜が静電気力によって対向する通路壁に引き寄せられて
通路断面積を変化させるもので、この場合には膜が弁体
の役割をしている。なお、この構造では、膜は完全に通
路を開閉することはできないが、電圧の強弱によって物
質の流量を連続的に加減することができる利点を有して
いる。Further, as a driving means for opening and closing the minute valve, an electrostatic force can be used. This is because one side of a part of a passage through which a substance flows is formed of a film of a laminated film having a conductive layer and easily elastically deformable, and a DC voltage is applied between the film and a passage wall on the opposite side. By applying
The membrane is attracted to the opposing passage wall by the electrostatic force and changes the cross-sectional area of the passage. In this case, the membrane serves as a valve. In this structure, the membrane cannot completely open and close the passage, but has an advantage that the flow rate of the substance can be continuously adjusted depending on the intensity of the voltage.
【００２８】また、微小バルブとしては、物質が通過す
る通路内で互いに噛み合って自由に回転できるように設
けられた、一対の歯車を用いることができる。これらの
歯車は、微小バルブが開放状態では物質の流れによって
回転され、物質を自由に通過させることができる。Further, as the microvalve, a pair of gears provided so as to be able to freely rotate while meshing with each other in a passage through which a substance passes can be used. These gears are rotated by the flow of the substance when the microvalve is open, so that the substance can pass freely.
【００２９】一方、微小バルブを閉じる場合には、前記
一対の歯車の回転を阻止することで物質の流れを停止さ
せることができる。歯車を停止させる手段としては、例
えば歯車を磁性体で製作し、歯に接近させて微小なコイ
ルを配置してこのコイルに通電することによって発生す
る磁界で歯車の回転を拘束する方法を採ることができ
る。On the other hand, when the minute valve is closed, the flow of the substance can be stopped by preventing the pair of gears from rotating. As a means for stopping the gear, for example, a method of manufacturing the gear from a magnetic material, arranging a minute coil close to the teeth, and restricting the rotation of the gear with a magnetic field generated by energizing this coil is adopted. Can be.
【００３０】なお、前記一対の歯車は、微小なモータで
強制的に駆動することで微小ポンプとしても用いること
ができる。また、独立した微小モータを用いずに、複数
組のコイルを磁性体の歯車の周囲に配置することで、直
接回転駆動するようにしてもよい。The pair of gears can also be used as a minute pump by being forcibly driven by a minute motor. Instead of using an independent micro motor, a plurality of coils may be disposed around a magnetic gear to directly drive the rotation.
【００３１】このように構成されている微小化学反応装
置は、最上流側の微小化学反応モジュールの流入側通路
から反応させる物質が一定の圧力で送り込まれる。この
際、各微小バルブの開閉状態を外部のコンピュータに入
力されたプログラムに従って制御することで、指定され
た微小化学反応モジュールの反応通路へ指定された物質
を送り込んで化学反応を生じさせることができる。In the microchemical reaction apparatus thus configured, a substance to be reacted is fed at a constant pressure from the inlet passage of the microchemical reaction module on the most upstream side. At this time, by controlling the open / close state of each microvalve according to a program input to an external computer, a specified substance can be sent to a reaction path of a specified microchemical reaction module to cause a chemical reaction. .
【００３２】また、所定の温度条件で物質の化学反応を
生じさせるために、微小化学反応モジュールの反応通路
を通過する物質の温度を検出する微小な熱電対やサーミ
スタ等の温度センサを設けたり、物質の温度を調整する
手段を設けても良い。In order to cause a chemical reaction of a substance under a predetermined temperature condition, a temperature sensor such as a minute thermocouple or a thermistor for detecting the temperature of the substance passing through the reaction passage of the microchemical reaction module is provided. Means for adjusting the temperature of the substance may be provided.
【００３３】温度の調整手段としては、抵抗線ヒータ
や、ペルチェ素子を用いることができる。これらは、前
述したように化学反応装置が積層構造になっている場合
には、微小コイルが形成されている基板の層に組み込む
ことで、内部配線を簡略化することができる。As a means for adjusting the temperature, a resistance wire heater or a Peltier element can be used. As described above, when the chemical reaction device has a laminated structure as described above, the internal wiring can be simplified by incorporating it into the layer of the substrate on which the minute coil is formed.
【００３４】また、コンピュータが温度センサから送ら
れてくる検出信号に基づいて、反応通路内が指定された
反応温度に維持されるように温度調整手段を制御するよ
うにしてもよい。Further, the computer may control the temperature adjusting means based on the detection signal sent from the temperature sensor so that the inside of the reaction passage is maintained at the designated reaction temperature.
【００３５】さらに、反応通路を流れる液体の流量を検
出するセンサを設けてもよく、このような流量センサと
しては、例えば、通路を流れる液体によって磁性体で製
作された歯車を回転させ、その回転を微小なコイルに発
生する電圧で検出する構造のものや、液体が流れる通路
の流れの方向に離れた２点間の温度差を検出する構造の
ものを用いることができる。Further, a sensor for detecting the flow rate of the liquid flowing through the reaction passage may be provided. As such a flow rate sensor, for example, a gear made of a magnetic material is rotated by the liquid flowing through the passage, and the rotation of the gear is performed. Can be used with a structure that detects the temperature by a voltage generated in a minute coil, or a structure that detects the temperature difference between two points separated in the flow direction of the passage through which the liquid flows.
【００３６】以下、図面に基づいて本発明の実施例を説
明する。図１は、本発明の微小化学反応装置を模式的に
示した平面図であって、微小化学反応装置１は、平面状
のシリコンの層２に、図２に示すような微小化学反応モ
ジュール２Ａのパターンが、多数縦横に連続して形成さ
れている。Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. FIG. 1 is a plan view schematically showing a microchemical reaction device according to the present invention. The microchemical reaction device 1 includes a microchemical reaction module 2A as shown in FIG. Are formed continuously in a large number of rows and columns.
【００３７】それぞれの微小化学反応モジュール２Ａ
は、反応通路３と、前記反応通路３の一方の端で合流す
るように連結された２つの流入側通路４、５と、反応通
路３の他方の端から分岐するように連結された２つの流
出側通路６、７を備えている。Each microchemical reaction module 2A
Are connected to the reaction passage 3, two inflow passages 4, 5 connected to join at one end of the reaction passage 3, and two inflow passages connected to branch from the other end of the reaction passage 3. Outflow side passages 6 and 7 are provided.
【００３８】各微小化学反応モジュール２Ａの中では、
２つの流入側通路４、５から流入してきた異なる物質ど
うしが反応通路３で混じり合って化学反応を起こすよう
に構成されていて、これらの通路は本実施例では、液状
の物質、あるいは、蒸留水に溶かして水溶液とした物質
が、層流状態で流動可能な１００μｍ程度の内径に形成
されている。In each microchemical reaction module 2A,
Different substances flowing from the two inflow-side passages 4 and 5 are configured to mix with each other in the reaction passage 3 to cause a chemical reaction, and these passages are, in this embodiment, liquid substances or distillation. A substance dissolved in water to form an aqueous solution has an inner diameter of about 100 μm that can flow in a laminar flow state.
【００３９】図１に示すように、微小化学反応装置１の
中の前列の微小化学反応モジュール２Ａの流出側通路６
は、隣接する後列の一つの微小化学反応モジュール２Ａ
の流入側通路５に、また、前列の微小化学反応モジュー
ルの流出側通路７は隣接する後列のもう一つ微小化学反
応モジュール２Ａの流入側通路４にそれぞれ微小バルブ
８を介して連結されている。As shown in FIG. 1, the outflow passage 6 of the microchemical reaction module 2A in the front row in the microchemical reaction device 1
Is one microchemical reaction module 2A in the adjacent rear row
And the outlet passage 7 of the microchemical reaction module in the front row is connected to the inlet passage 4 of another microchemical reaction module 2A in the adjacent rear row via a microvalve 8, respectively. .
【００４０】また、層２内に左右方向に並んで形成され
ている微小化学反応モジュールの列の最前列に含まれる
微小化学反応モジュール２Ａのそれぞれの流入側通路
４、５は、層２の前端面に取り付けられている導入パイ
プ９に連通している。The inflow-side passages 4 and 5 of the microchemical reaction module 2A included in the front row of the microchemical reaction module row formed in the layer 2 in the lateral direction are formed at the front end of the layer 2. It communicates with an introduction pipe 9 attached to the surface.
【００４１】図示は省略するが、これらの導入パイプ９
にはそれぞれ、可撓性のチューブが連結されていて、こ
れらのチューブを介して化学反応実験や分析の試料とな
る物質が、所定の圧力で各パイプ９へ送り込まれるよう
になっている。Although not shown, these introduction pipes 9
Are connected to flexible tubes, respectively, through which a substance to be a sample for a chemical reaction experiment or analysis is sent to each pipe 9 at a predetermined pressure.
【００４２】微小化学反応装置１を構成しているシリコ
ン素材の層２に形成される、多数の微小化学反応モジュ
ールの反応通路３や、流入側通路４、５、流出側通路
６、７、微小バルブ８等は、エッチングやメンブレン構
造の応用を含むマイクロマシニング技術を用いて製作す
ることができる。The reaction passages 3 of a large number of microchemical reaction modules formed on the silicon material layer 2 constituting the microchemical reaction device 1, the inflow-side passages 4, 5, the outflow-side passages 6, 7, and the minute passages The valve 8 and the like can be manufactured by using micromachining technology including application of etching and a membrane structure.
【００４３】図２に示すように、本実施例の微小化学反
応装置１においては、各微小化学反応モジュール２Ａの
反応通路２を通過する物質の温度を調節するために、ヒ
ータ１０と、温度センサ１１が設けられている。As shown in FIG. 2, in the microchemical reaction device 1 of the present embodiment, a heater 10 and a temperature sensor are used to adjust the temperature of the substance passing through the reaction passage 2 of each microchemical reaction module 2A. 11 are provided.
【００４４】ヒータ１０は、各微小化学反応モジュール
２Ａが形成されている層２内に設けることができるが、
層２と積層して形成される別の層に設けてもよい。ま
た、温度センサ１１は、微小化学反応モジュール２Ａの
反応通路３に近接して層２に形成した凹部内に配置され
ている。温度センサ１１は、微小な熱電対やサーミスタ
で構成することができる。The heater 10 can be provided in the layer 2 on which each microchemical reaction module 2A is formed.
It may be provided in another layer formed by laminating with the layer 2. Further, the temperature sensor 11 is disposed in a recess formed in the layer 2 close to the reaction passage 3 of the microchemical reaction module 2A. The temperature sensor 11 can be composed of a minute thermocouple or a thermistor.
【００４５】なお、各微小化学反応モジュール２Ａにお
ける反応通路３内の物質の反応温度を個別に制御する場
合には、例えば、層２全体を低温室の中に配置し、各微
小化学反応モジュール２Ａ毎に、ヒータ１０の通電量を
調整する方法を用いることができる。When individually controlling the reaction temperature of the substance in the reaction passage 3 in each microchemical reaction module 2A, for example, the entire layer 2 is placed in a low-temperature room, and the respective microchemical reaction modules 2A Each time, a method of adjusting the amount of electricity to be supplied to the heater 10 can be used.
【００４６】本発明の微小化学反応装置１に組み込まれ
る微小バルブ８としては、様々な構造のものを用いるこ
とができる。例えば、図３及び図４に模式的に示す微小
バルブ８Ａは、通路４（５）を開閉する弁体Ｖ１とこれ
を軸方向に変位させるための駆動手段としてのコイルＣ
を有している。As the microvalve 8 incorporated in the microchemical reaction device 1 of the present invention, those having various structures can be used. For example, the microvalve 8A schematically shown in FIGS. 3 and 4 includes a valve body V1 for opening and closing the passage 4 (5) and a coil C as a driving means for axially displacing the valve body V1.
have.
【００４７】前記弁体Ｖ１は、その先端が円錐状に形成
されていて、通路４（５）内に出没自在に突出するよう
に層２内に形成された孔Ｈ１に、軸方向に変位自在に嵌
挿されており、その後端側が層２に張られている薄いゴ
ム膜Ｓの弾力によって、常時弁体Ｖ１が通路４（５）を
閉じる向きに付勢されている。（なお、図４において
は、前記ゴム膜Ｓは図示を省略している。）The valve element V1 has a conical tip, and can be axially displaced into a hole H1 formed in the layer 2 so as to protrude into and out of the passage 4 (5). The valve body V1 is constantly urged in a direction to close the passage 4 (5) by the elasticity of the thin rubber film S whose rear end side is stretched to the layer 2. (In FIG. 4, the rubber film S is not shown.)
【００４８】弁体Ｖ１は、少なくとも後端部が磁性体で
形成され、最大外径は１ｍｍ以下に仕上げられていて、
コイルＣに通電することにより発生する磁界に引きつけ
られて、ゴム膜Ｓの付勢力に抗して後退変位し、通路４
（５）が開かれる構造になっている。The valve body V1 is formed of a magnetic material at least at the rear end and has a maximum outer diameter of 1 mm or less.
Attracted by the magnetic field generated by energizing the coil C, it is displaced backward against the urging force of the rubber film S, and
(5) is opened.
【００４９】なお、弁体Ｖ１の少なくとも後端部が軸方
向に磁化した永久磁石である場合には、ゴム膜Ｓを省略
し、コイルＣの通電方向を切り換えて発生する磁界を逆
転させることで、弁体Ｖ１を開位置または閉位置に選択
的に保持することができる。When at least the rear end of the valve body V1 is a permanent magnet magnetized in the axial direction, the rubber film S is omitted, and the magnetic field generated by switching the direction of current supply to the coil C is reversed. , The valve body V1 can be selectively held at the open position or the closed position.
【００５０】図４に示すように、コイルＣは、微小化学
反応モジュール２Ａが形成されている層２に積層される
別の層２’内に多数形成されていて、それぞれ、弁体Ｖ
１と対向する位置に配置されている。これらのコイルＣ
は層２’に形成された微細な配線パターンを通じて、層
２’の端部に取り付けられた図示しないコネクタの端子
と電気的に接続されている。As shown in FIG. 4, a large number of coils C are formed in another layer 2 'laminated on the layer 2 on which the microchemical reaction module 2A is formed.
1 is arranged at a position facing the same. These coils C
Are electrically connected to terminals of a connector (not shown) attached to an end of the layer 2 'through a fine wiring pattern formed on the layer 2'.
【００５１】前記コネクタには、これも図示していない
フラットケーブルが接続されるようになっており、この
フラットケーブルを通じて、微小化学反応装置１の外部
よりコイルＣに通電することで、弁体Ｖ１の開閉動作が
行われる。A flat cable (not shown) is also connected to the connector, and the coil C is supplied from outside the microchemical reaction device 1 through the flat cable, so that the valve body V1 Is opened and closed.
【００５２】また、図５に示す微小バルブ８Ｂは、超小
型モータＭで開閉操作が行われるネジ式の弁体Ｖ２を示
している。前記弁体Ｖ２は、外周面に層２に形成された
ねじ孔Ｈ２に螺合するねじが形成されていて、超小型モ
ータＭの正回転または逆回転によって進退し、通路４
（５）を開閉するようになっている。The micro valve 8B shown in FIG. 5 is a screw type valve body V2 that is opened and closed by a micro motor M. The valve body V2 has a screw formed on the outer peripheral surface thereof to be screwed into a screw hole H2 formed in the layer 2. The valve body V2 advances and retreats by forward or reverse rotation of the micro motor M, and the passage 4
(5) is opened and closed.
【００５３】なお、バルブ８Ｂは通路４（５）の単なる
開閉のみでなく、超小型モータＭをステップモータとし
て回転角を制御することによって、細かく流量の調整を
行うことも可能である。The flow rate of the valve 8B can be finely adjusted not only by simply opening and closing the passage 4 (5) but also by controlling the rotation angle using the micro motor M as a step motor.
【００５４】また、図６に示す微小バルブ８Ｃは、流体
圧を用いて弁体Ｖ３を開閉するものであって、弁体Ｖ３
を作動させるための流体としては、空気や窒素ガス等の
気体や油、水等の液体を用いることができる。The microvalve 8C shown in FIG. 6 opens and closes the valve body V3 using fluid pressure.
As a fluid for operating the gas, a gas such as air or nitrogen gas, or a liquid such as oil or water can be used.
【００５５】同図の微小バルブ８Ｃにおいては、弁体Ｖ
３は層２に形成されている孔Ｈ３に軸方向変位自在に嵌
挿されているとともに、その後端部には薄いゴム等の弾
性膜Ｆが接着されている。In the micro valve 8C shown in FIG.
Numeral 3 is fitted in a hole H3 formed in the layer 2 so as to be freely displaceable in the axial direction, and an elastic film F made of a thin rubber or the like is bonded to a rear end thereof.
【００５６】前記弾性膜Ｆの裏側には外部から導入され
る流体の圧力Ｐが作用するようになっており、前記流体
圧Ｐによって弁体Ｖ３は弾性膜Ｆを介して押され、通路
４（５）内へ突出し、その中の物質の流れを遮断するこ
とができる。また、流体圧Ｐを解除すると、弁体Ｖ３は
弾性膜Ｆの復元力によって後退し、通路４（５）は開放
されて物質の流動が可能になる。The pressure P of the fluid introduced from the outside acts on the back side of the elastic film F, and the valve body V3 is pushed through the elastic film F by the fluid pressure P, and the passage 4 ( 5) It can project into and block the flow of material therein. When the fluid pressure P is released, the valve body V3 retreats due to the restoring force of the elastic film F, the passage 4 (5) is opened, and the substance can flow.
【００５７】さらに、図７に示す微小バルブ８Ｄは、温
度変化によって軸方向に膨張・収縮する材料、例えば形
状記憶合金等で形成された弁体Ｖ４を有している。この
弁体Ｖ４は、ヒータｈで加熱することによって軸方向に
膨張して通路４（５）を閉じる。Further, the microvalve 8D shown in FIG. 7 has a valve body V4 formed of a material that expands and contracts in the axial direction by a change in temperature, for example, a shape memory alloy or the like. The valve element V4 expands in the axial direction by being heated by the heater h, and closes the passage 4 (5).
【００５８】また、弁体Ｖ４を軸方向に収縮させて通路
４（５）を開放する場合には、ヒータｈの通電を遮断し
て弁体Ｖ４を自然冷却するか、あるいは層２を外部から
強制的に冷却すればよい。When the valve body V4 is contracted in the axial direction to open the passage 4 (5), the energization of the heater h is cut off to allow the valve body V4 to cool naturally, or the layer 2 is externally cooled. What is necessary is just to cool forcibly.
【００５９】また、ヒータｈに代えてペルチェ素子を用
い、これの通電方向を切り換えることで、弁体Ｖ４を加
熱または冷却して、通路４（５）の開閉動作を行うこと
も可能である。It is also possible to use a Peltier element in place of the heater h and switch the direction of energization to heat or cool the valve body V4 to open and close the passage 4 (5).
【００６０】次に、図８は、さらに特殊な構造の微小バ
ルブを示すものであって、同図に示す微小バルブ８Ｅ
は、物質が流れる通路４（５）の壁の一部の片側に取り
付けられた、弾性撓み変形が容易な積層フィルムからな
る、膜状の弁体Ｖ５を有している。Next, FIG. 8 shows a minute valve having a more special structure. The minute valve 8E shown in FIG.
Has a film-shaped valve element V5, which is attached to one side of a part of the wall of the passage 4 (5) through which the substance flows and is made of a laminated film that is easily elastically deformed.
【００６１】前記弁体Ｖ５は、金等の導電層を絶縁層で
挟んだラミネート構造を有する板状部材によって構成さ
れていて、前記導電層と、対向側の通路壁２Ａとの間に
直流電圧を印加することで、弁体Ｖ５は静電気力によっ
て対向する通路壁２Ａに引き寄せられて通路断面積を変
化させ、通路４（５）を通過する物質の流れを制御する
ことができる。The valve body V5 is composed of a plate-like member having a laminated structure in which a conductive layer such as gold is sandwiched between insulating layers, and a DC voltage is applied between the conductive layer and the passage wall 2A on the opposite side. Is applied, the valve body V5 is attracted to the opposing passage wall 2A by the electrostatic force to change the cross-sectional area of the passage, thereby controlling the flow of the substance passing through the passage 4 (5).
【００６２】この弁体Ｖ５は、その特殊な構造上、完全
に通路４（５）を閉じることはできないが、加える電圧
の強弱によって、物質の流量を連続的に調整することが
できるので、先に述べた各種の構造の微小バルブ８Ａ〜
８Ｄと組み合わせて用いられる。Although the valve body V5 cannot completely close the passage 4 (5) due to its special structure, the flow rate of the substance can be continuously adjusted by changing the applied voltage. The minute valves 8A of various structures described above
Used in combination with 8D.
【００６３】さらに、図９は、微小な一対の歯車Ｇ１、
Ｇ２を通路４（５）の途中に互いに噛み合わせて配置し
て微小バルブ８Ｆを構成したものであり、これらの歯車
Ｇ１、Ｇ２は、凹部Ｃ１、Ｃ２内で回転自在に支持され
ている。FIG. 9 shows a pair of minute gears G1,
The minute valve 8F is formed by disposing the G2 in the middle of the passage 4 (5) so as to be engaged with each other, and these gears G1, G2 are rotatably supported in the concave portions C1, C2.
【００６４】そして、通路４（５）内を物質が通過しよ
うとすると、これらの歯車Ｇ１、Ｇ２は、物質に押され
て回転し、物質の流れを妨げることなく通過させること
ができる。When the substance tries to pass through the passage 4 (5), these gears G1 and G2 are rotated by being pushed by the substance, and can pass without impeding the flow of the substance.
【００６５】一方、これらの歯車Ｇ１、Ｇ２の回転を拘
束することにより、通路４（５）内の物質の流れを止め
ることができる。歯車Ｇ１、Ｇ２の回転を拘束する手段
としては、例えば歯車Ｇ１、Ｇ２の何れか一方を磁性体
で製作し、その歯車の噛み合い歯をその外側に電磁石を
配置し、この電磁石を励磁することで発生する磁力によ
って歯車の回転を拘束する構造とすることができる。On the other hand, by restricting the rotation of the gears G1, G2, the flow of the substance in the passage 4 (5) can be stopped. As means for restraining the rotation of the gears G1 and G2, for example, one of the gears G1 and G2 is made of a magnetic material, and the meshing teeth of the gears are arranged with an electromagnet on the outside thereof, and the electromagnet is excited. It is possible to adopt a structure in which the rotation of the gear is restricted by the generated magnetic force.
【００６６】また、これらの歯車Ｇ１、Ｇ２は、物質の
流れの方向に回転する駆動力を微小モータ等で与えるこ
とによって、微小な歯車ポンプとして用いることができ
る。なお、この場合には、磁性体で製作した歯車の噛み
合い歯に対向するように複数の固定子コイルを配置し
て、直接駆動するようにしてもよい。また、歯車の回転
駆動手段としては超音波を用いてもよい。The gears G1 and G2 can be used as minute gear pumps by applying a driving force to rotate in the direction of the flow of a substance by a minute motor or the like. In this case, a plurality of stator coils may be arranged so as to face the meshing teeth of a gear made of a magnetic material, and may be directly driven. Also, ultrasonic waves may be used as the rotation driving means of the gear.
【００６７】さらに、これらの歯車Ｇ１、Ｇ２は、回転
を拘束していない場合、通路４（５）内を流れる物質の
流量に比例して回転するため、図１０に示すように、歯
車Ｇ１を磁性体で製作して噛み合い歯を磁化しておき、
前記歯車Ｇ１に近接して検出コイルＤを配置することに
よって、微小流量計を構成することができる。Further, when the rotation of the gears G1 and G2 is not restricted, the gears G1 and G2 rotate in proportion to the flow rate of the substance flowing in the passage 4 (5). Therefore, as shown in FIG. Manufactured from a magnetic material and the meshing teeth are magnetized,
By arranging the detection coil D close to the gear G1, a minute flowmeter can be configured.
【００６８】前記微小流量計は、歯車Ｇ１の噛み合い歯
の動きを検出コイルＤに誘起される電圧として検出する
もので、反応通路３や流出側通路６（７）に配置しても
よい。 なお、通路を流れる物質の流量を検出する手段
としては、図１０に示した構造のものの他、例えば、物
質が通過する通路の２点間の温度差で検出する構造のも
のを用いることもできる。The micro flowmeter detects the movement of the meshing teeth of the gear G1 as a voltage induced in the detection coil D, and may be arranged in the reaction passage 3 or the outflow passage 6 (7). As a means for detecting the flow rate of the substance flowing through the passage, a means having a structure for detecting the temperature difference between two points in the passage through which the substance passes can be used in addition to the structure shown in FIG. .
【００６９】次に、図１１は、前述した図１に示す微小
化学反応装置１をコンピュータによってプログラム制御
するための制御システムの構成図であって、この制御シ
ステムにおいては、微小化学反応装置１に設けられてい
る多数の微小バルブ８が、コンピュータ１２によって制
御されるバルブリレーユニット１３からの通電のＯＮ／
ＯＦＦによって開閉されるようになっている。FIG. 11 is a block diagram of a control system for program-controlling the microchemical reaction device 1 shown in FIG. 1 by a computer. In this control system, the microchemical reaction device 1 A large number of provided microvalves 8 turn on / off the energization from a valve relay unit 13 controlled by a computer 12.
It is opened and closed by turning OFF.
【００７０】また、この制御システムにおいては、ヒー
タリレーユニット１４から微小化学反応モジュール２Ａ
毎に設けられているヒータ１０（図２参照）へ通電を行
うようにしており、ヒータリレーユニット１４をコンピ
ュータ１２で制御することによって、各ヒータ１０への
通電がＯＮ／ＯＦＦされるようになっている。Further, in this control system, the micro-chemical reaction module 2A
The heater 10 (see FIG. 2) provided for each heater is energized, and the energization of each heater 10 is turned on / off by controlling the heater relay unit 14 by the computer 12. ing.
【００７１】バルブリレーユニット１３とヒータリレー
ユニット１４は、それぞれ、コンピュータ１２に装着し
てあるバルブリレー用インターフェースボード１５とヒ
ータリレー用インターフェースボード１６を介して前記
コンピュータ１２からの指定信号を受けるようになって
いる。なお、ヒータ１０の温度調整は、通電のＯＮ／Ｏ
ＦＦ制御の代わりに、ＡＤ変換器を用いて連続的にヒー
タ電流を制御することで、よりきめ細かい調整が可能と
なる。The valve relay unit 13 and the heater relay unit 14 receive a designated signal from the computer 12 via a valve relay interface board 15 and a heater relay interface board 16 mounted on the computer 12, respectively. Has become. The temperature of the heater 10 is adjusted by turning on / off the power supply.
By controlling the heater current continuously by using an AD converter instead of the FF control, finer adjustment is possible.
【００７２】また、コンピュータ１２には、温度センサ
用ＡＤ変換ボード１７が装着されており、先に述べた温
度センサ１１（図１参照）が出力するアナログ信号が、
温度センサ用ＡＤ変換ボード１７によってデジタル信号
に変換されてコンピュータ１２に入力されるようになっ
ている。The computer 12 has a temperature sensor AD conversion board 17 mounted thereon. The analog signal output from the temperature sensor 11 (see FIG. 1) described above is
The signal is converted into a digital signal by the temperature sensor AD conversion board 17 and input to the computer 12.
【００７３】前述した制御システムにおいては、コンピ
ュータ１２には微小化学反応装置１に種々の試行実験や
分析をを実行させるためのプログラムが記憶されてい
て、このプログラムによって、微小化学反応装置１の微
小バルブ８の開閉が制御され、微小化学反応装置１に送
り込まれた物質が、どの微小化学反応モジュール２Ａを
通して流れるかが決定される。In the control system described above, the computer 12 stores a program for causing the microchemical reaction device 1 to execute various trial experiments and analyzes. The opening and closing of the valve 8 is controlled, and it is determined through which microchemical reaction module 2A the substance sent to the microchemical reaction device 1 flows.
【００７４】図１２は、前記プログラムによって決定さ
れた微小化学反応装置１内の物質の通過経路の一例を示
すものであって、同図においては、１〜１０の番号は微
小バルブを表しており、この例では、３番と９番の微小
バルブが開かれ、残りの番号の微小バルブは閉じられ
て、物質は太い実線で示す通路に沿って流れる。FIG. 12 shows an example of a passage of a substance in the microchemical reaction device 1 determined by the program. In FIG. 12, numbers 1 to 10 represent micro valves. In this example, the microvalves Nos. 3 and 9 are opened, the microvalves of the remaining numbers are closed, and the material flows along the path shown by the thick solid line.
【００７５】物質の通過経路は、一つの実験や分析を行
う当初に設定したら、その実験や分析が終了するまで同
じ経路を維持する場合もあり、また、化学反応させる相
手の物質を順次変えて実験等では、物質の通過経路もプ
ログラムに従って順次変える場合もある。If the passage path of a substance is set at the beginning of one experiment or analysis, the same path may be maintained until the experiment or analysis is completed, or the substance to be chemically reacted may be sequentially changed. In an experiment or the like, the passage path of a substance may be sequentially changed according to a program.
【００７６】なお、図１１の制御システムには示してい
ないが、コンピュータ１２に、微小化学反応装置１内に
設けた微小ポンプや、流量を連続的に可変な微小バルブ
をプログラム制御させることも可能である。Although not shown in the control system of FIG. 11, it is also possible to make the computer 12 program-control a micro-pump provided in the micro-chemical reaction apparatus 1 or a micro-valve which can continuously change the flow rate. It is.
【００７７】さらに、コンピュータ１２は、微小化学反
応装置１に設けられた温度センサや流量センサから送ら
れてくる信号に基づいて、微小バルブや微小ポンプ、ヒ
ータ等をリアルタイムで制御するようにしてもよい。Further, the computer 12 may control a minute valve, a minute pump, a heater and the like in real time based on a signal sent from a temperature sensor or a flow rate sensor provided in the minute chemical reaction device 1. Good.
【００７８】次に、図１３は、本発明の微小化学反応装
置の別の実施例を示すもので、この実施例においては、
微小化学反応装置１Ａは物質どうしの化学反応が行われ
る反応通路３と流入側通路４、５、及び、流出側通路
６、７が形成されている層２−１に、微小バルブ８が設
けられている層２−２が積層されており、さらに、前記
層２−２に微小バルブ８を開閉動作するコイルＣを含む
回路が形成されている層２−３が積層された３層構造と
なっている。FIG. 13 shows another embodiment of the microchemical reaction device of the present invention. In this embodiment,
The microchemical reaction device 1A is provided with a microvalve 8 in a layer 2-1 in which a reaction passage 3 in which chemical reactions between substances are performed, inflow-side passages 4, 5 and outflow-side passages 6, 7 are formed. Layer 2-2 is laminated, and a layer 2-3 in which a circuit including a coil C for opening and closing the micro valve 8 is formed is laminated on the layer 2-2. ing.
【００７９】前記層２−２の内部には、物質が流れる通
路１８、１９が縦横に形成されていて、縦の通路１８と
横の通路１９のそれぞれの交差部２０が、連絡通路２１
を介して層２−１内に形成されている流入側通路４、
５、または、流出側通路６、７と連通している。In the inside of the layer 2-2, passages 18 and 19 through which a substance flows are formed vertically and horizontally, and an intersection 20 of each of the vertical passage 18 and the horizontal passage 19 is formed as a communication passage 21.
The inflow-side passage 4 formed in the layer 2-1 through
5 or the outflow side passages 6 and 7.
【００８０】本実施例においては、微小バルブ８が縦横
の各通路の２つの交差部間に配置されており、これらの
微小バルブ８の弁体Ｖは、層２−３に形成されているコ
イルＣのそれぞれに対向していて、これらのコイルＣに
選択的に通電することによって、任意の微小バルブ８を
開放し、層２−１内の所望の反応通路３に物質を導入す
ることができる。In this embodiment, the microvalves 8 are arranged between two intersections of the vertical and horizontal passages, and the valve bodies V of the microvalves 8 are formed by the coils formed on the layer 2-3. By selectively energizing these coils C facing each of C, any microvalve 8 can be opened and a substance can be introduced into the desired reaction passage 3 in the layer 2-1. .
【００８１】図１３に示す実施例においては、微小バル
ブ８を物質の化学反応や分析を行う反応通路３が形成さ
れている層２−１とは別の層２−２に設けてある。層２
−１と層２−２は、光造形法によって一体に製作するこ
とも可能であり、これらの層２−１、２−２に、コイル
Ｃを含む電気回路が形成されている層２−３を接着する
ことによって、微小化学反応装置１を製作することがで
き、先に述べた微小化学反応装置１と比較して、さらに
高密度化、コンパクト化を図ることができる。In the embodiment shown in FIG. 13, the microvalve 8 is provided in a layer 2-2 different from the layer 2-1 in which the reaction passage 3 for performing a chemical reaction or analysis of a substance is formed. Layer 2
-1 and the layer 2-2 can also be manufactured integrally by stereolithography, and these layers 2-1 and 2-2 are formed on the layer 2-3 on which an electric circuit including the coil C is formed. By bonding, the microchemical reaction device 1 can be manufactured, and the density and size can be further reduced as compared with the microchemical reaction device 1 described above.
【００８２】[0082]
【発明の効果】以上に説明したように、本発明の微小化
学反応装置によれば、微小化学反応モジュールを単位と
してこれを層内に複数連続形成したことにより、構造を
可及的に単純化でき、設計を含む製作工程を簡略化する
ことができる。As described above, according to the microchemical reaction device of the present invention, the structure is simplified as much as possible by forming a plurality of microchemical reaction modules in a layer in units of microchemical reaction modules. Thus, the manufacturing process including design can be simplified.
【００８３】また、微小化学反応装置の製作後に反応系
を自由に変更することが可能であるため、化学や生物関
連の研究者が試行錯誤で反応系を変更しながら繰り返し
行う実験を、広いスペースを必要とせずに極めて容易且
つ低コストで実現することができる。Further, since the reaction system can be freely changed after the fabrication of the microchemical reaction apparatus, an experiment conducted repeatedly by the chemistry or biological researcher while changing the reaction system by trial and error is performed in a wide space. Can be realized extremely easily and at low cost without the need for
【００８４】また、特に、本発明の微小化学反応装置に
よれば、微小バルブの開閉動作等をコンピュータに組み
込んだプログラムによって制御することにより、従来、
実験や分析のために費やしていた多大な時間と労力を大
幅に低減することができる。In particular, according to the microchemical reaction device of the present invention, the opening and closing operation of the microvalve is controlled by a program incorporated in a computer, so that
Significant time and effort spent on experiments and analysis can be significantly reduced.
【図１】 本発明の微小化学反応装置を模式的に示した
平面図である。FIG. 1 is a plan view schematically showing a microchemical reaction device of the present invention.
【図２】 本発明の微小化学反応装置の構成単位となっ
ている微小化学反応モジュールの構造を模式的に示した
平面図である。FIG. 2 is a plan view schematically showing a structure of a microchemical reaction module which is a constituent unit of the microchemical reaction device of the present invention.
【図３】 本発明の微小化学反応装置に用いられる微小
バルブの構造の一例を模式的に示した断面図である。FIG. 3 is a cross-sectional view schematically illustrating an example of the structure of a microvalve used in the microchemical reaction device of the present invention.
【図４】 本発明の微小化学反応装置に用いられる微小
バルブの構造の一例を模式的に示した斜視図である。FIG. 4 is a perspective view schematically showing an example of the structure of a microvalve used in the microchemical reaction device of the present invention.
【図５】 本発明の微小化学反応装置に用いられる微小
バルブの構造の別の例を模式的に示した断面図である。FIG. 5 is a cross-sectional view schematically showing another example of the structure of the microvalve used in the microchemical reaction device of the present invention.
【図６】 本発明の微小化学反応装置に用いられる微小
バルブの構造のさらに別の例を模式的に示した断面図で
ある。FIG. 6 is a cross-sectional view schematically showing still another example of the structure of the microvalve used in the microchemical reaction device of the present invention.
【図７】 本発明の微小化学反応装置に用いられる微小
バルブの構造のさらに別の例を模式的に示した断面図で
ある。FIG. 7 is a cross-sectional view schematically showing still another example of the structure of the microvalve used in the microchemical reaction device of the present invention.
【図８】 本発明の微小化学反応装置に用いられる微小
バルブの構造のさらに別の例を模式的に示した断面図で
ある。FIG. 8 is a cross-sectional view schematically showing still another example of the structure of the microvalve used in the microchemical reaction device of the present invention.
【図９】 本発明の微小化学反応装置に用いられる微小
バルブの構造のさらに別の例を模式的に示した断面図で
ある。FIG. 9 is a cross-sectional view schematically showing still another example of the structure of the microvalve used in the microchemical reaction device of the present invention.
【図１０】 本発明の微小化学反応装置に用いられる微
小流量計の構造の一例を模式的に示した断面図である。FIG. 10 is a cross-sectional view schematically showing an example of a structure of a micro flowmeter used in the microchemical reaction device of the present invention.
【図１１】 コンピュータを用いて本発明の微小化学反
応装置を制御する場合のシステム構成を示す図である。FIG. 11 is a diagram showing a system configuration when a microchemical reaction device of the present invention is controlled using a computer.
【図１２】 微小バルブの開閉操作によって、微小化学
反応装置の中に形成される物質の通路の一例を示す図で
ある。FIG. 12 is a diagram illustrating an example of a passage of a substance formed in a microchemical reaction device by opening and closing a microvalve.
【図１３】 本発明の微小化学反応装置の別の実施例を
模式的に示した分解斜視図である。FIG. 13 is an exploded perspective view schematically showing another embodiment of the microchemical reaction device of the present invention.
１ 微小化学反応装置 ２、２’、２−１、２−２、２−３ 層 ２Ａ 反応モジュール ３ 反応通路 ４、５ 流入側通路 ６、７ 流出側通路 ８、８Ａ、８Ｂ、８Ｃ、８Ｄ、８Ｅ、８Ｆ 微小バル
ブ ９ 導入管 １０ ヒータ １１ 温度センサ １２ コンピュータ １３ バルブリレーユニット １４ ヒータリレーユニット １５ バルブリレー用インターフェースボード １６ ヒータリレー用インターフェースボード １７ 温度センサ用ＡＤ変換ボード １８、１９ 通路 ２０ 交差部 ２１ 連絡通路DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Microchemical reaction apparatus 2, 2 ', 2-1, 2-2, 2-3 layers 2A Reaction module 3 Reaction passage 4, 5 Inflow passage 6, 7 Outflow passage 8, 8A, 8B, 8C, 8D, 8E, 8F Micro valve 9 Inlet tube 10 Heater 11 Temperature sensor 12 Computer 13 Valve relay unit 14 Heater relay unit 15 Valve relay interface board 16 Heater relay interface board 17 Temperature sensor AD conversion board 18, 19 Passage 20 Intersection 21 Access passage
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.7 識別記号 ＦＩ テーマコート゛(参考） Ｇ０１Ｎ 33/566 Ｇ０１Ｎ 33/566 35/08 35/08 Ａ 37/00 １０１ 37/00 １０１ １０２ １０２ (71)出願人 597073531 樋口 哲也 茨城県つくば市梅園１丁目１番１ 中央第 ２ 独立行政法人産業技術総合研究所内 (72)発明者 桐生 昭吾 茨城県つくば市梅園１丁目１番４ 経済産 業省産業技術総合研究所電子技術総合研究 所内 (72)発明者 前田 英明 佐賀県鳥栖市宿町807−１ 経済産業省産 業技術総合研究所九州工業技術研究所内 (72)発明者 村川 正宏 茨城県つくば市梅園１丁目１番４ 経済産 業省産業技術総合研究所電子技術総合研究 所内 (72)発明者 樋口 哲也 茨城県つくば市梅園１丁目１番４ 経済産 業省産業技術総合研究所電子技術総合研究 所内 (72)発明者 清水 肇 佐賀県鳥栖市宿町807−１ 経済産業省産 業技術総合研究所九州工業技術研究所内 Ｆターム(参考） 2G042 AA01 BD03 BD12 BD20 CB03 GA01 HA02 HA05 HA07 HA10 2G058 AA01 DA03 DA07 EA14 EC02 EC03 FA01 FA07 GB01 4G075 AA03 AA13 AA39 BA04 ──────────────────────────────────────────────────続 き Continued on the front page (51) Int.Cl. 7 Identification symbol FI Theme coat ゛ (Reference) G01N 33/566 G01N 33/566 35/08 35/08 A 37/00 101 37/00 101 102 102 (71 Applicant 597073531 Tetsuya Higuchi 1-1-1, Umezono, Tsukuba City, Ibaraki Prefecture Central Second National Institute of Advanced Industrial Science and Technology (72) Inventor Shogo Kiryu 1-1-4 Umezono, Tsukuba City, Ibaraki Prefecture Ministry of Economy, Trade and Industry (72) Inventor Hideaki Maeda 807-1 Sukumachi, Tosu City, Saga Prefecture Inside the Kyushu Industrial Technology Research Institute, Ministry of Economy, Trade and Industry (72) Inventor Masahiro Murakawa Umezono, Tsukuba City, Ibaraki Prefecture 1-1-4, Electronic Technology Research Institute, AIST, Ministry of Economy, Trade and Industry (72) Inventor Tetsuya Higuchi Umezono, Tsukuba, Ibaraki 1-1-4, Electronic Technology Research Institute, AIST, Ministry of Economy, Trade and Industry (72) Inventor: Hajime Shimizu 807-1 Sukumachi, Tosu City, Saga Prefecture F Kyushu Institute of Industrial Technology, Ministry of Economy, Trade and Industry Terms (reference) 2G042 AA01 BD03 BD12 BD20 CB03 GA01 HA02 HA05 HA07 HA10 2G058 AA01 DA03 DA07 EA14 EC02 EC03 FA01 FA07 GB01 4G075 AA03 AA13 AA39 BA04
Claims (7)
側通路と、前記反応通路の終端に連結された２つの流出
側通路を含んで構成される微小化学反応モジュールが、
少なくとも一つの層内にそれぞれの反応通路の方向を層
の前後方向に揃えて左右方向に複数配列されているとと
もに、前記配列が前後方向に複数列形成され、 前後に隣接する列間において、後列側の微小化学反応モ
ジュールは、その２つの流入側通路がそれぞれ微小バル
ブを介して、前列側の左右方向に並んだ２つの微小化学
反応モジュールの各一方の流出側通路と連結されている
ことを特徴とする微小化学反応装置。1. A microchemical reaction module comprising two inflow passages connected to a start end of a reaction passage and two outflow passages connected to an end of the reaction passage,
In at least one layer, the direction of each reaction passage is aligned in the front-rear direction of the layer, and a plurality of the reaction paths are arranged in the left-right direction, and the arrangement is formed in a plurality of rows in the front-rear direction. The two micro-chemical reaction modules on the side of the micro-chemical reaction module are connected to the respective outflow-side passages of the two micro-chemical reaction modules arranged in the left-right direction on the front row side via micro valves, respectively. Characteristic microchemical reactor.
配列されている層に積層された別の層内に配列されてい
ることを特徴とする請求項１記載の微小化学反応装置。2. The microchemical reaction device according to claim 1, wherein the microvalves are arranged in another layer laminated on the layer in which the microchemical reaction modules are arranged.
より制御される駆動手段によって開閉動作されることを
特徴とする請求項１又は２記載の微小化学反応装置。3. The microchemical reaction device according to claim 1, wherein each microvalve is opened and closed by a drive means controlled by a computer.
層に積層された別の層内に設けられていることを特徴と
する請求項３記載の微小化学反応装置。4. The microchemical reaction device according to claim 3, wherein the driving means is provided in another layer laminated on the layer provided with the microvalves.
ルの反応通路を通過する物質の温度を検出するセンサを
備えたことを特徴とする請求項１乃至４の何れかに記載
の微小化学反応装置。5. The microchemical reaction device according to claim 1, further comprising a sensor for detecting a temperature of a substance passing through a reaction passage of at least a part of the microchemical reaction module.
ルの反応通路を通過する物質の流量を検出するセンサを
備えたことを特徴とする請求項１乃至５の何れかに記載
の微小化学反応装置。6. The microchemical reaction device according to claim 1, further comprising a sensor for detecting a flow rate of a substance passing through a reaction passage of at least a part of the microchemical reaction module.
ルの反応通路を通過する物質の温度を調整する手段を備
えたことを特徴とする請求項１乃至６の何れかに記載の
微小化学反応装置。7. The microchemical reaction device according to claim 1, further comprising means for adjusting a temperature of a substance passing through a reaction passage of at least a part of the microchemical reaction module.
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