JP2004050401A

JP2004050401A - 流体プロセッサー用デバイスおよびその流体流通経路設定装置並びに流体プロセッサー

Info

Publication number: JP2004050401A
Application number: JP2003146295A
Authority: JP
Inventors: Hiroshi Akema; 明間　博; Tsutomu Yamagoshi; 山腰　強
Original assignee: JSR Corp
Current assignee: JSR Corp
Priority date: 2002-05-28
Filing date: 2003-05-23
Publication date: 2004-02-19

Abstract

【課題】いわば汎用型の流体流路系を有してなり、実行すべき処理の内容に応じて、必要な流体流通経路を大きな自由度で設定することのできる流体プロセッサー用デバイス、流通経路設定装置および流体プロセッサーを提供すること。
【解決手段】流体プロセッサー用デバイスは、板状の基材に微小流路網が形成されてなり、微小流路網は、第１の微小流路と、これに交差する第２の微小流路とを有し、交差点から伸びる各流路部分にバルブが設けられると共にバルブ制御機構を備え、選択的にバルブが閉止されて流体流通経路が設定され、流体プロセッサーが形成される。微小流路の交差点には流体滞留部が形成されてもよい。流体流通経路設定装置は、上記のデバイスにおけるバルブ制御機構を駆動する流路部分開閉機構を備え、これがコンピュータに対する流体流通経路設定指示により駆動される。流体プロセッサーは複数のものを接続することができる。
【選択図】　　図１

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、微小流路において液状またはガス状の流体の流通が制御される流体プロセッサー、例えば、液体流通経路が設定されて液体による化学反応などを実行するためのマイクロリアクターとして有用な流体プロセッサーを形成するためのデバイス、および当該流体プロセッサー用デバイスにおいて流体流通経路を設定するための流通経路設定装置、並びに流体プロセッサーに関する。
【０００２】
【従来の技術】
最近においては、微量の液体試薬を反応させるマイクロリアクターが注目されており、それは、所期の反応の実行に要する液体試薬が微量でよいなどの微小サイズによる利点のみでなく、反応に要する時間がきわめて短時間でよいために、例えば、迅速性が求められる医療の分野における生体の検査などにおいて、きわめて便利だからである。
【０００３】
しかしながら、実際に実行されるべき微量反応のタイプは、その目的によってきわめて多様である。例えば、最も単純なものは２種の反応用液体を単に接触させる反応であるが、複数の接触反応を順次に行うことや重層的に行うことが要請される場合もある。
【０００４】
従来、微量反応を実行するためのマイクロリアクターとしては、例えば、板状の基材にマイクロチャンネルとも称される微小流路を形成したものが提案されている。
然るに、従来のマイクロリアクターは、特定のタイプの微量反応を行うためのものとして構成されており、従って、当然のことながら、異なるタイプの微量反応には用いることができない。
【０００５】
このように、従来のマイクロリアクターは、いわば専用型のものとして提供されているため、多くのタイプの微量反応を実行することが要請される場合には、必要とされる微量反応のタイプに応じて、多種のマイクロリアクターを予め用意しておくことが必要とされるが、これは、不可避的に多くの無駄が伴うこととなる。
また、或る微量反応において、一部の変更が望まれる場合が少なくないが、従来のマイクロリアクターでは、その反応経路が固定されているため、そのような要請に応えることができない。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、以上のような事情に基づいてなされたものであって、その基本的な目的は、複数の流路部分よりなる微小流路において、各流路部分における流体の流通が制御された流体プロセッサーを形成する流体プロセッサー用デバイスを提供することにある。
本発明の主たる目的は、いわば汎用型の流体流路系を有してなり、実行すべき処理の内容に応じて、必要な流体流通経路を大きな自由度で設定することができる流体プロセッサー用デバイスを提供することにある。
【０００７】
本発明の他の目的は、上記の構成の流体プロセッサー用デバイスにおいて、実際に流体が流通される流体流通経路を設定するための流通経路設定装置を提供することにある。
本発明の更に他の目的は、上記の流体プロセッサー用デバイスより得られる流体プロセッサーを提供することにある。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
本発明の流体プロセッサー用デバイスは、板状の基材と、この基材にその面方向に伸びるよう形成された流体流通用の微小流路と、この微小流路に設けられた、当該微小流路を閉止するバルブと、このバルブをその閉止状態と開放状態との間で制御するバルブ制御機構とを備えてなり、
バルブ制御機構によってバルブの状態が制御されることにより、微小流路の開閉状態が制御された流体プロセッサーが形成されることを特徴とする。
【０００９】
本発明の流体プロセッサー用デバイスは、板状の基材に、流体が流通する微小流路による微小流路網が形成されてなり、
微小流路網は、少なくとも１本の第１の微小流路と、この第１の微小流路に交差する少なくとも２本以上の第２の微小流路とを有し、この微小流路網における微小流路の交差点の各々から伸びる複数の流路部分の各々には、当該流路部分を閉止するバルブが設けられると共に、当該バルブの各々をその閉止状態と開放状態との間で制御するバルブ制御機構を備えてなり、
選択された流路部分以外の流路部分に係るバルブが閉止状態とされることにより、少なくとも１つの流体入口と、この流体入口に通ずる少なくとも１つの流体出口とを有する流体流通経路が設定され、これにより、設定された流体流通経路に流体が流通されることによって目的とする処理が実行される流体プロセッサーが形成されることを特徴とする。
【００１０】
本発明の流体プロセッサー用デバイスは、板状の基材に、流体が流通する微小流路による微小流路網が形成されてなり、
微小流路網は、少なくとも１本の第１の微小流路と、この第１の微小流路に交差する少なくとも２本以上の第２の微小流路とを有し、第１の微小流路と第２の微小流路との交差点には当該交差点に係る流路部分より径の大きい空間による、流路部分よりの流体が一時的に滞留して保持される流体滞留部が形成され、当該流体滞留部の各々から伸びる複数の流路部分の各々には、当該流路部分を閉止するバルブが設けられると共に、当該バルブの各々をその閉止状態と開放状態との間で制御するバルブ制御機構を備えてなり、
選択された流路部分以外の流路部分に係るバルブが閉止状態とされることにより、少なくとも１つの流体入口と、この流体入口に通ずる少なくとも１つの流体出口とを有する流体流通経路が設定され、これにより、設定された流体流通経路に流体が流通されることによって目的とする処理が実行される流体プロセッサーが形成されることを特徴とする。
【００１１】
上記の流体プロセッサー用デバイスにおいて、バルブは、微小流路に形成されたバルブ室と、このバルブ室内に配置されたバルブ粒子を有し、
バルブ制御機構は、バルブ粒子を当該バルブ室内において駆動することにより、当該バルブ室に連通する微小流路の開口を閉止状態または開放状態とする機能を有するものとすることができる。
また、バルブ制御機構は、磁性を有するバルブ粒子に磁場を作用させる磁場作用機構、または、電荷を有するバルブ粒子に電場を作用させる電場作用機構とすることができる。
【００１２】
本発明の流体プロセッサー用デバイスの流体流通経路設定装置は、上記の流体プロセッサー用デバイスのための流体流通経路設定装置であって、
当該流体プロセッサー用デバイスにおけるすべてのバルブに係るバルブ制御機構の個々のものを駆動する機能を有する流路部分開閉機構と、当該流体プロセッサー用デバイスの微小流路網情報およびバルブの位置に関する情報が記憶されたコンピュータとを備えてなり、
前記コンピュータに対する流体流通経路設定指示により、選択された流路部分以外の流路部分に係るバルブが閉止状態となるよう流路部分開閉機構が駆動されることを特徴とする。
【００１３】
本発明の流体プロセッサーは、上記の流体プロセッサー用デバイスにおいて、少なくとも２つの流体入口を有する流体流通経路が設定されており、当該２つの流体入口から流入される流体が交差点において接触されるマイクロリアクターが構成されていることを特徴とする。
【００１４】
本発明の流体プロセッサー接続体は、上記の流体プロセッサーの複数が接続されてなり、一の流体プロセッサーから排出された流体がこれに続く後続の流体プロセッサーに供給されることを特徴とする。
【００１５】
【作用】
本発明の流体プロセッサー用デバイス（以下、単に「デバイス」ともいう。）によれば、その微小流路において、バルブ制御機構により、当該微小流路における流体の流通が制御された流体プロセッサーが得られる。
【００１６】
また、本発明のデバイスによれば、微小流路網を構成する微小流路に係るバルブの状態を選択的に制御することにより、大きな自由度で流体流通経路を設定することができ、その結果得られる流体流通経路により、流体について所望の処理を実行することのできる例えばマイクロリアクターとなる流体プロセッサーを提供することができる。
すなわち、本発明によるデバイスは、いわゆる汎用型の処理経路系を有するものであり、実行すべき処理の種類に応じて必要な処理経路を設定することができるので、目的とする処理に適合した流体プロセッサーが形成される。
【００１７】
また、デバイスにおいて、第１の微小流路と第２の微小流路との交差点に流体滞留部が形成された構成によれば、当該流体滞留部により、２つの被処理流体について、有効な接触作用または混合作用もしくは攪拌作用が得られ、十分な接触処理を施すことができる。
【００１８】
本発明の流通経路設定装置によれば、コンピュータにおいて流体流通経路設定指示を行うことにより、適宜の流体流通経路をデバイスにおいて設定して、所望の処理を適切に実行することのできる流体プロセッサーを容易に得ることができる。
【００１９】
本発明の流体プロセッサーは、上記のデバイスにより形成されるものであり、特にマイクロリアクターとして有用である。
【００２０】
本発明の流体プロセッサー接続体によれば、これを構成する順次の流体プロセッサーにおいて、一の流体プロセッサーから排出された流体がこれに続く後続の流体プロセッサーに供給されることとなり、被処理流体について順次の処理を連続的に施すことができる。また、流体プロセッサーの複数が積重された態様で配設されることにより、必要な設置面積の小さい流体プロセッサー接続体が提供される。
【００２１】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態について詳細に説明する。
図１は、例えばマイクロリアクターとして用いられる、本発明の流体プロセッサー用デバイス１０の構成の一例を模式的に示す説明図である。
【００２２】
図において、１２は全体が矩形の板状の基材であって、例えばガラス、樹脂または金属など、微量反応等の目的とする処理を阻害しない材質のものが用いられるが、製造が容易であることから、特に樹脂を用いることが好ましい。
【００２３】
図１の例において、基材１２には、各々が当該基材１２の肉厚部内をトンネル状に面方向に伸びるよう、複数の微小流路（二重線で描かれている。）が互いに交差する状態に形成されており、これにより微小流路網が構成されている。
具体的に説明すると、各々水平方向に伸びて両端が左右両側縁において開口する２本の横方向微小流路Ｈ１およびＨ２が互いに上下方向に離間して形成されていると共に、各々垂直方向に伸びて両端が上下両端縁において開口する２本の縦方向微小流路Ｖ１およびＶ２が互いに左右方向に離間して形成されており、合計４つの交差点Ｘ１〜Ｘ４が形成されている。
【００２４】
すなわち、上部の横方向微小流路（以下、「上部横流路」という。）Ｈ１と左側の縦方向微小流路（以下、「左側縦流路」という。）Ｖ１とが交差点Ｘ１において交差しており、上部横流路Ｈ１と右側の縦方向微小流路（以下、「右側縦流路」という。）Ｖ２とが交差点Ｘ２において交差し、下部の横方向微小流路（以下、「下部横流路」という。）Ｈ２と左側縦流路Ｖ１とが交差点Ｘ３において交差し、また、下部横流路Ｈ２と右側縦流路Ｖ２とが交差点Ｘ４において交差している。
【００２５】
そして、上部横流路Ｈ１、下部横流路Ｈ２、左側縦流路Ｖ１および右側縦流路Ｖ２の各々が、当該流路上における２つの交差点によって分割されて形成されている３つの流路部分の各々には、当該流路部分を開閉するバルブが設けられている。
【００２６】
この図の例において、上部横流路Ｈ１および下部横流路Ｈ２で区画される上下に並ぶ３つの領域を上から順にＡ、ＢおよびＣとし、また左側縦流路Ｖ１および右側縦流路Ｖ２で区画される左右に並ぶ３つの領域を左から順にａ、ｂおよびｃとし、各バルブを、それが位置する微小流路の符号と領域の符号とを連記することにより、特定することとする。
例えば、上部横流路Ｈ１の左側領域ａにおける流路部分におけるバルブは「バルブＨ１ａ」のように表記される。
【００２７】
従って、上部横流路Ｈ１の各流路部分にはバルブＨ１ａ，Ｈ１ｂおよびＨ１ｃが、下部横流路Ｈ２の各流路部分にはバルブＨ２ａ，Ｈ２ｂおよびＨ２ｃが、左側縦流路Ｖ１の各流路部分にはバルブＶ１Ａ，Ｖ１ＢおよびＶ１Ｃが、右側縦流路Ｖ２の各流路部分にはバルブＶ２Ａ，Ｖ２ＢおよびＶ２Ｃが、それぞれ設けられている。
【００２８】
図２は、バルブの具体的な構成を示す説明用断面図であって、斜線を付した部分は基材１２の肉厚部である。
基材１２の肉厚部中には、バルブ室を構成する比較的大きな内径を有する球状空間２０が形成されており、各々、この球状空間２０に開口することによって互いに連通される一方の細孔２２と他方の細孔２４とにより、流路部分が形成されている。
【００２９】
一方の細孔２２は、基材１２の表面に沿って伸びる主部分２２Ａと、この主部分２２Ａに連続する「Ｕ」字状の屈曲部分２２Ｂとを有してなり、屈曲部分２２Ｂは、球状空間２０の上部において円形の開口２３を介して当該球状空間２０に連通している。この開口２３は、その周縁がバルブの弁座となるものである。また、他方の細孔２４は、基材１２の表面に沿って伸び、球状空間２０の側部に開口２５において連通している。
【００３０】
球状空間２０内には、一方の細孔２２に係る開口２３および他方の細孔２４に係る開口２５の径のいずれよりも大きい外径を有する、バルブの弁体となるバルブ粒子を構成するバルブボール２８が配置されている。このバルブボール２８は磁場感応性物質、例えば鉄、ニッケル、コバルトなどの強磁性体よりなるものとされている。そして、このバルブボール２８を基材１２の厚さ方向に移動させるための可磁性化膜３０が、基材１２の表面の全体に設けられている。
【００３１】
この可磁性化膜３０は、そのいずれかの球状空間２０に対向する部分を磁化させると、その結果当該部分に生ずる磁場の作用により、当該球状空間２０におけるバルブボール２８を吸引力によって一方の細孔２２に係る開口２３の周縁に押圧させ、これにより、当該開口２３を塞いで当該一方の細孔２２と球状空間２０との連通を遮断し、もって当該流路部分を流体の流通が禁止された状態とするものである。すなわち、当該可磁性化膜３０は、当該バルブに対するバルブ制御機構としての作用を有するものであり、このバルブ制御機構が駆動されることにより、開放状態にあったバルブが閉止状態とされる。そして、一旦、閉止状態とされたバルブは、当該部分が消磁されるまでの間は、そのまま閉止状態を維持することができる。
【００３２】
可磁性化膜３０としては、例えば、磁気カードの処理に利用されているカードライターや、パソコンのハードデイスクドライブの記憶方式によるものを用いることができる。
【００３３】
バルブボール２８は、その表面に弾性物質よりなる弾性被膜層が形成されていてもよく、そのような弾性被膜層を備えたバルブボールによれば、当該弾性被膜層がシール用パッキングとして作用するために、被処理流体がガス状である場合においてもバルブにおける高い気密性が確保される。
このような弾性物質の材質としては、適宜の弾性を有する物質であって、処理されるべき流体（被処理流体）に対して悪影響を与えないものであればよい。
【００３４】
図３の例では、図１のデバイス１０において、バルブＨ１ａ、Ｈ１ｃ、Ｈ２ｂ、Ｖ２ＢおよびＶ２Ｃが駆動されて閉止状態とされ、これら以外のバルブは開放状態とされている。
そして、この例の場合には、図４に示されているように、二重線で示されている、上部横流路Ｈ１の流路部分Ｈ１ａおよびＨ１ｃ、下部横流路Ｈ２の流路部分Ｈ２ｂおよびＨ２ｃ、並びに、右側縦流路Ｖ２の流路部分Ｖ２ＢおよびＶ２Ｃにおいては流体の流通が禁止され、太い実線で示されている、上部横流路Ｈ１の流路部分Ｈ１ｂ、下部横流路Ｈ２の流路部分Ｈ２ａ、左側縦流路Ｖ１の全部の流路部分Ｖ１Ａ、Ｖ１ＢおよびＶ１Ｃ、並びに、右側縦流路Ｖ２の流路部分Ｖ２Ａにおいては、流体の流通が可能な状態が形成される。
【００３５】
この状態は、流体流通経路が設定された流体プロセッサーである。従って、基材１２の外周縁における開口から、流路部分Ｖ１Ａ、Ｖ２ＡおよびＨ２ａにそれぞれ流体Ｌ１、Ｌ２およびＬ３を流入させると、流体Ｌ１およびＬ２は交差点Ｘ１で合流して接触し、更に混合状態となって流路部分Ｖ１Ｂを流れ、交差点Ｘ３において流体Ｌ３が更に加えられ、その後に流路部分Ｖ１Ｃを流れて、基材１２の外周における開口から排出される排出流体ＬＰとなる。
ここに、基材１２の外周における開口から流体を流路部分に流入させるためには、マイクロポンプなどを利用することができる。
【００３６】
従って、流体Ｌ１、Ｌ２およびＬ３として液状反応試薬Ｒ１、Ｒ２およびＲ３を用いれば、排出流体ＬＰは、次の反応式（１）および（２）による反応生成物Ｐを含有するものとなる。すなわち、液状反応試薬Ｒ１とＲ２とが反応して中間生成物Ｒ１２が生成され、更にこれに液状反応試薬Ｒ３が加えられて最終生成物Ｐが得られる。
【００３７】
反応式（１）　Ｒ１　＋　Ｒ２　→　Ｒ１２
反応式（２）　Ｒ１２　＋　Ｒ３　→　Ｐ
【００３８】
而して、上記の構成によるデバイス１０においては、選択された流路部分以外の流路部分に係るバルブを閉止状態とすることができるので、適宜の流路部分を選択することにより、この選択された流路部分により任意の流体流通経路を設定することができる。
【００３９】
図５（イ）〜（ハ）は、上記のデバイス１０において、２種の流体Ｌ１とＬ２とを接触させることにより、排出流体ＬＰを得るための種々の流体流通経路が設定された例を示す説明図である。この図５（イ）および（ロ）に示されている流体流通経路によれば、流体Ｌ１とＬ２とは接触した後に２つの流路部分を流通するので、図５（ハ）に示されている流体流通経路よりも長い接触時間が得られ、従って長い反応時間を要する場合に有利である。
【００４０】
図６（イ）〜（ハ）は、上記のデバイス１０における他の流体流通経路の例を示す説明図である。この例では、２種の流体Ｌ１とＬ２とを接触させて混合流体（Ｌ１２）を得、これに他の流体Ｌ３を接触させて排出流体ＬＰを得るための流体流通経路が設定されている。そして、図６（ロ）に示されている流体流通経路によれば、流体Ｌ３を接触させた後に長い接触時間が得られる。また、図６（ハ）に示されている流体流通経路によれば、流体Ｌ１とＬ２とが接触した後、流体Ｌ３が接触されるまでに長い接触時間が得られる。
【００４１】
図７（イ）は、上記のデバイス１０における更に他の流体流通経路の例を示す説明図である。この例では、２種の流体Ｌ１とＬ２とを接触させて混合流体（Ｌ１２）を得、これに他の流体Ｌ３を接触させて混合流体（Ｌ１２３　）を得、これに更に他の流体Ｌ４を接触させて排出流体ＬＰを得るための流体流通経路が設定されている。
【００４２】
図７（ロ）は、上記のデバイス１０における他の流体流通経路の例を示す説明図である。この例では、２種の流体Ｌ１とＬ２とを接触させて混合流体（Ｌ１２）を得、これに他の流体Ｌ３を接触させて混合流体（Ｌ１２３　）を得、これに更に他の流体Ｌ４を接触させて混合流体（Ｌ１２３４）を得、その後、他の流体Ｌ５を接触させて排出流体ＬＰを得るための流体流通経路が設定されている。
【００４３】
図７（ハ）は、上記のデバイス１０における他の流体流通経路の例を示す説明図である。この例では、２種の流体Ｌ１とＬ２とを接触させて混合流体（Ｌ１２）を得る一方、２種の流体Ｌ３とＬ４とを接触させて混合流体（Ｌ３４）を得、これらの２種の混合流体を接触させて排出流体ＬＰを得るための流体流通経路が設定されている。
【００４４】
以上のように、本発明のデバイスにおいては、目的とする微量反応のタイプに応じて、当該微量反応に適した流体流通経路が設定されたマイクロリアクターとしての流体プロセッサーが形成されるので、これを用いることにより、当該目的とする微量反応を確実にかつ有利に実行することができる。
従って、単一の構成のデバイスでありながら、設定を変更すれば異なるタイプの微量反応に適したマイクロリアクターが得られ、種々のタイプの微量反応に適用することができるので、きわめて便利である。
【００４５】
本発明のデバイスについて、更に説明する。
（１）基材
基材については、その寸法、形状などの条件は自由に決定することができる。その一例を挙げると、縦３０ｍｍ、横３０ｍｍ、厚さ２ｍｍの正方形である。
【００４６】
（２）微小流路
微小流路の数および各々の方向は、自由である。すなわち、微小流路の各々が直線状であって縦横に伸びるものであることは必須ではないが、通常、直線状であって、縦横に伸びる格子状に形成されていることが好ましい。
微小流路の各々は、例えば水もしくは水溶液などの液状の流体またはガス状の流体が流通することのできるものであればよく、流体が液体である場合には、例えば内径が３０μｍの円形トンネル状とされ、この場合の液体の流量は、例えば０．５μＬ／分とされる。
【００４７】
横方向微小流路および縦方向微小流路が形成される場合において、それらの数は２であることは必須ではなく、３またはそれ以上であってもよく、また、横方向微小流路の数と、縦方向微小流路の数とが同一であることも必須ではない。更に、横方向微小流路と縦方向微小流路との交差角度が９０度であることも必須ではなく、鋭角または鈍角で交差するものであってもよい。
微小流路が鋭角に交差する交差点では、当該交差点に流入する各流体は例えば層流状態を保ったままで接触する場合があり、この場合には、必ずしも２種の流体が「混合」されるものではない。しかし、２種の流体が「接触」することにより、必要な処理結果を得ることが可能である。
【００４８】
（３）バルブ
バルブの構成は、作動状態において、または非作動状態において、上記の微小流路における流体の流通を阻止する機能を有するものであればよく、その具体的な構成が限定されるものではない。例えば、電荷を有するバルブボールと、これを電場の作用によって移動させるバルブ制御機構を利用することもできる。
図２の例のバルブでは、球状空間２０の内径は例えば８０μｍであり、バルブボール２８の外径は例えば４０μｍである。バルブ室は球状空間に限定されるものでなく、他の形態であってもよい。
【００４９】
上記の例においては、バルブボールとして磁場感応性物質よりなるものが用いられると共に、可磁性化膜を利用したバルブ制御機構が採用されているが、この構成によれば、可磁性化膜の磁化された部分を消磁することによってバルブを開放状態とすることができるので、一旦形成された流体流通経路の設定状態をリセットすることができ、その結果、デバイス１０それ自体を繰り返し使用することが可能となる。
【００５０】
また、当該デバイス１０を磁化装置上で使用する場合には、流体流通経路が一旦設定されたデバイス１０において微量反応などを実行しながら、適宜のバルブの開閉状態を制御することが可能となり、その結果、流体流通経路の変更を自由に行うことが可能となる。
【００５１】
以上において、基材１２の材質としては、例えばガラスまたは透明性樹脂などの光透過特性を有するものを利用することが好ましく、これにより、流体滞留部などの目視による観察を可能とすることができる。
そして、基材１２を樹脂により形成する場合には、加工成形が容易であることから、いわゆる光造形加工法を利用することが好ましい。
また、微小流路は、その内周壁面が、例えばフッ素系樹脂などによりコーティングされていてもよい。
【００５２】
（４）被処理流体
上記の流体プロセッサーにおいて処理されるものは、液状の流体またはガス状の流体であり、その種類が限定されるものではない。
【００５３】
上記のデバイスにおいて、或る流体流通経路を設定しようとする場合に、いずれのバルブを開放状態として他のバルブを閉止状態とするか、複数の組合せが可能である場合があり、また、複雑な特定の流体流通経路を設定しなければならない場合もある。
従って、流体プロセッサーにおいて実際に流体流通経路を設定するためには、コンピュータを利用した流体流通経路設定装置を用いることが便利であり、実際的である。
【００５４】
本発明の流体流通経路設定装置においては、対象となるデバイスにおけるすべてのバルブに係るバルブ制御機構の個々のものを駆動する機能を有する流路部分開閉機構が設けられると共に、当該デバイスの微小流路網情報およびバルブの位置に関する情報が記憶されたコンピュータが用いられる。そして、当該コンピュータに対して、適宜の形の信号による流体流通経路設定指示を与えることにより、選択された流路部分以外の流路部分に係るバルブが閉止状態となるよう流路部分開閉機構が駆動され、これにより、所要の流体流通経路が当該デバイスにおいて設定される。
【００５５】
本発明のデバイスにおいては、微小流路の交差点に、当該交差点に係る流路部分より径の大きい空間による流体滞留部を設けることができる。この流体滞留部は、当該交差点に係る流路部分よりの流体が一時的に滞留して保持されるものであり、その形態は特に限定されるものではないが、例えば、円柱状または球状の空間とすることができる。
【００５６】
図８は、１つの流体滞留部Ｓと、当該流体滞留部Ｓに関連する４つの流路部分ＬＳおよび各流路部分ＬＳにおけるバルブＶの関係をイメージとして示す説明用斜視図、図９は、１つの流路部分ＬＳにおけるバルブＶと、当該流路部分ＬＳの両端における流体滞留部Ｓを示す説明用断面図である。
【００５７】
これらの図に示されているように、流体滞留部Ｓは、基材１２の厚さ方向に伸びる円柱状の空間によって形成されており、各々断面円形の孔による流路部分ＬＳの４つが、この流体滞留部Ｓの軸方向における中央のレベルにおいて、周方向に９０度の角度位置で流体滞留部Ｓの周壁に開口して連通されている。
【００５８】
流体流通経路に形成された流体滞留部においては、微小流路から当該流体滞留部に流入する被処理流体Ｆａが一時的に滞留してその後当該流体滞留部から伸びる微小流路に流出することとなるが、当該流体滞留部に他の微小流路から他の被処理流体Ｆｂが流入されると、当該流体滞留部において両方の被処理流体ＦａおよびＦｂが流動しながら接触される結果混合され、被処理流体ＦａおよびＦｂの混合被処理流体として流出することとなる。このように、流体滞留部により、有効な接触作用または混合作用もしくは攪拌作用が得られるので、２つの被処理流体について十分に接触処理を施すことができる。
【００５９】
流体滞留部Ｓを有するデバイス１０における基材１２に係る寸法、形状などの条件は自由に決定することができるが、その一例を挙げると、縦３０ｍｍ、横３０ｍｍ、厚さ５ｍｍの正方形のものである。
また、微小流路の各々は、目的とする流体が流通することのできるものであればよく、例えば内径が３０μｍの円形トンネル状とされ、この場合の流体の流量は例えば０．５μＬ／分とされる。
【００６０】
流体滞留部Ｓは、例えば０．０００８〜２０μｌの容積を有するものとすることができ、例えば高さが１００〜３０００μｍ、好ましくは２００〜２０００μｍであり、直径が１００〜３０００μｍ、好ましくは２００〜２０００μｍである円柱状とすることができる。流体滞留部Ｓの形態は、特に制限されるものではなく、目的とする反応に応じた大きさ、形状とすることができ、例えば球状、直方体形状としてもよい。
【００６１】
本発明のデバイスによる流体プロセッサーは、設定された特定の流体流通経路においては流体の流入個所および排出個所の関係が固定されるので、これを利用して、流体コンピューターともいうべき機能を有する装置として使用することが可能である。
すなわち、流体流通経路を構成する微小流路の一部または全部が異なる複数の流体プロセッサーを用いて、流体の排出個所を検出することにより、いずれの流入個所に流体が流入されたかを知ることができる。
【００６２】
〔流体プロセッサー接続体〕
本発明の流体プロセッサーは、基本的には単一のデバイスに流体流通経路が形成されてなるものであるが、単一のデバイスによる流体プロセッサーの複数を、例えば同一平面に沿って並設し、または互いに積重して配設して接続することにより、接続体（または複合体）としての流体プロセッサーを構成することができる。
【００６３】
このような流体プロセッサーにおいては、これを構成する順次の流体プロセッサーの接続体において、一の流体プロセッサーから排出された流体がこれに続く後続の流体プロセッサーに供給されることとなり、被処理流体について順次の処理を連続的に施すことができる。また、特にデバイスの複数を積重した態様で配設することにより、必要な設置面積の小さい流体プロセッサーを提供することができる。
【００６４】
本発明のデバイスによる流体プロセッサーは、上記のような微量の液体試薬による化学反応のためのマイクロリアクターとして有用であるが、その実際の使用においては、当該化学反応を高い効率で生起させるために必要な措置を講ずることができる。例えば、流体流通経路を構成する流路部分のうちの特定のものに加熱手段、その他の補助手段を設けることができる。
【００６５】
本発明のデバイスによる流体プロセッサーは、上記のような化学反応以外の処理のためのマイクロリアクターとしても利用することができる。例えば、一度接触した２種の流体が分離されて複数の排出流体が得られる場合に、一方の流体に含有される物質を他方の流体に移転抽出させる処理を行うことができる。
【００６６】
また、このような、微小流路の交差点に流体滞留部が形成されたデバイスによれば、例えば、当該流体滞留部の空間内に、培養すべき細胞などの生体を固定化しておき、当該交差点に係る微小流路を含む流体流通経路を設定することにより、生体用検査デバイスが得られる。
【００６７】
【発明の効果】
本発明の流体プロセッサー用デバイスによれば、その微小流路において、バルブ制御機構により、当該微小流路における流体の流通を自由に制御することができる流体プロセッサーが得られる。
【００６８】
また、本発明のデバイスによれば、微小流路網を構成する微小流路に係るバルブの状態を選択的に制御することにより、大きな自由度で流体流通経路を設定することができ、その結果得られる流体流通経路により、所望の処理を実行することのできる例えばマイクロリアクターとなる流体プロセッサーを提供することができる。
【００６９】
すなわち、本発明によるデバイスは、いわゆる汎用型の処理経路系を有するものであり、実行すべき処理の種類に応じて必要な処理経路を設定することができるので、目的とする処理に適合した流体プロセッサーが形成される。
従って、単一の構成であっても、複数の流体プロセッサー用デバイスを用意しておくことにより、実行すべき処理のタイプに併せて必要なマイクロリアクターを容易に入手することができるので、実用上、きわめて便利である。
【００７０】
また、デバイスにおいて、第１の微小流路と第２の微小流路との交差点に流体滞留部が形成された構成によれば、当該流体滞留部により、２つの被処理流体について、有効な接触作用または混合作用もしくは攪拌作用が得られ、十分な接触処理を施すことができる。
【００７１】
本発明の流通経路設定装置によれば、コンピュータにおいて流体流通経路設定指示を行うことにより、適宜の流体流通経路をデバイスにおいて設定して、所望の処理を適切に実行することのできる流体プロセッサーを容易に得ることができる。
【００７２】
本発明の流体プロセッサーは、上記のデバイスにより形成されるものであり、特にマイクロリアクターとして有用である。
【００７３】
本発明の流体プロセッサー接続体によれば、これを構成する順次の流体プロセッサーにおいて、一の流体プロセッサーから排出された流体がこれに続く後続の流体プロセッサーに供給されることとなり、被処理流体について順次の処理を連続的に施すことができる。また、流体プロセッサーの複数が積重された態様で配設されることにより、必要な設置面積の小さい流体プロセッサー接続体が提供される。
【図面の簡単な説明】
【図１】マイクロリアクターとして用いられる本発明の流体プロセッサー用デバイスの構成の一例を模式的に示す説明図である。
【図２】本発明の流体プロセッサー用デバイスにおけるバルブの具体的な構成の一例を示す説明用断面図である。
【図３】図１の例のデバイスにおける選択されたもの以外のバルブが閉止状態とされた状態の説明図である。
【図４】図１の例のデバイスにおいて、図３の状態とされることにより設定された流体流通経路を示す説明図である。
【図５】（イ）〜（ハ）は、図１の例のデバイスにおいて、２種の流体を接触させることにより、排出流体を得るための種々の流体流通経路が設定された例を示す説明図である。
【図６】（イ）〜（ハ）は、図１の例のデバイスにおいて、他の流体流通経路の例を示す説明図である。
【図７】（イ）〜（ハ）は、図１の例のデバイスにおいて、更に他の流体流通経路の例を示す説明図である。
【図８】１つの流体滞留部と、当該流体滞留部に関連する４つの流路部分および各流路部分におけるバルブの関係をイメージとして示す説明用斜視図である。
【図９】１つの流路部分におけるバルブと、当該流路部分の両端における流体滞留部を示す説明用断面図である。
【符号の説明】
１０　流体プロセッサー用デバイス
１２　基材
Ｈ１，Ｈ２　横方向微小流路
Ｖ１，Ｖ２　縦方向微小流路
Ｘ１〜Ｘ４　交差点
Ａ，Ｂ，Ｃおよびａ，ｂ，ｃ　領域
Ｈ１ａ〜Ｈ１ｃ、Ｈ２ａ〜Ｈ２ｃ、Ｖ１Ａ〜Ｖ１Ｃ、Ｖ２Ａ〜Ｖ２Ｃ　バルブ
２０　球状空間
２２　一方の細孔
２４　他方の細孔
２２Ａ　主部分
２２Ｂ　屈曲部分
２３，２５　開口
２８　バルブボール
３０　可磁性化膜
ＬＳ　流路部分
Ｓ　流体滞留部
Ｖ　バルブ

Claims

板状の基材と、この基材にその面方向に伸びるよう形成された流体流通用の微小流路と、この微小流路に設けられた、当該微小流路を閉止するバルブと、このバルブをその閉止状態と開放状態との間で制御するバルブ制御機構とを備えてなり、
バルブ制御機構によってバルブの状態が制御されることにより、微小流路の開閉状態が制御された流体プロセッサーが形成されることを特徴とする流体プロセッサー用デバイス。
板状の基材に、流体が流通する微小流路による微小流路網が形成されてなり、
微小流路網は、少なくとも１本の第１の微小流路と、この第１の微小流路に交差する少なくとも２本以上の第２の微小流路とを有し、この微小流路網における微小流路の交差点の各々から伸びる複数の流路部分の各々には、当該流路部分を閉止するバルブが設けられると共に、当該バルブの各々をその閉止状態と開放状態との間で制御するバルブ制御機構を備えてなり、
選択された流路部分以外の流路部分に係るバルブが閉止状態とされることにより、少なくとも１つの流体入口と、この流体入口に通ずる少なくとも１つの流体出口とを有する流体流通経路が設定され、これにより、設定された流体流通経路に流体が流通されることによって目的とする処理が実行される流体プロセッサーが形成されることを特徴とする流体プロセッサー用デバイス。
板状の基材に、流体が流通する微小流路による微小流路網が形成されてなり、
微小流路網は、少なくとも１本の第１の微小流路と、この第１の微小流路に交差する少なくとも２本以上の第２の微小流路とを有し、第１の微小流路と第２の微小流路との交差点には当該交差点に係る流路部分より径の大きい空間による、流路部分よりの流体が一時的に滞留して保持される流体滞留部が形成され、当該流体滞留部の各々から伸びる複数の流路部分の各々には、当該流路部分を閉止するバルブが設けられると共に、当該バルブの各々をその閉止状態と開放状態との間で制御するバルブ制御機構を備えてなり、
選択された流路部分以外の流路部分に係るバルブが閉止状態とされることにより、少なくとも１つの流体入口と、この流体入口に通ずる少なくとも１つの流体出口とを有する流体流通経路が設定され、これにより、設定された流体流通経路に流体が流通されることによって目的とする処理が実行される流体プロセッサーが形成されることを特徴とする流体プロセッサー用デバイス。
バルブは、微小流路に形成されたバルブ室と、このバルブ室内に配置されたバルブ粒子を有し、
バルブ制御機構は、バルブ粒子を当該バルブ室内において駆動することにより、当該バルブ室に連通する微小流路の開口を閉止状態または開放状態とする機能を有することを特徴とする請求項１〜請求項３のいずれかに記載の流体プロセッサー用デバイス。
バルブ制御機構は、磁性を有するバルブ粒子に磁場を作用させる磁場作用機構、または、電荷を有するバルブ粒子に電場を作用させる電場作用機構であることを特徴とする請求項４に記載の流体プロセッサー用デバイス。
請求項１〜請求項５のいずれかに記載の流体プロセッサー用デバイスのための流体流通経路設定装置であって、
当該流体プロセッサー用デバイスにおけるすべてのバルブに係るバルブ制御機構の個々のものを駆動する機能を有する流路部分開閉機構と、当該流体プロセッサー用デバイスの微小流路網情報およびバルブの位置に関する情報が記憶されたコンピュータとを備えてなり、
前記コンピュータに対する流体流通経路設定指示により、選択された流路部分以外の流路部分に係るバルブが閉止状態となるよう流路部分開閉機構が駆動されることを特徴とする流体プロセッサー用デバイスの流体流通経路設定装置。
請求項１〜請求項５のいずれかに記載の流体プロセッサー用デバイスにおいて、
少なくとも２つの流体入口を有する流体流通経路が設定されており、当該２つの流体入口から流入される流体が交差点において接触されるマイクロリアクターが構成されていることを特徴とする流体プロセッサー。
請求項７に記載の流体プロセッサーの複数が接続されてなり、一の流体プロセッサーから排出された流体がこれに続く後続の流体プロセッサーに供給されることを特徴とする流体プロセッサー接続体。