JP2004537397A - 周囲に蓄熱体を有するマルチウェル・プレート - Google Patents
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Abstract
Description
【0001】
本発明は、有機化学合成試験用マルチウェル・プレートに関し、特にマイクロ波で使用可能なマルチウェル・プレートに関する。
【背景技術】
【0002】
有機化学合成は、炭素化合物の化学に関するものであり、工業および研究活動の広範な領域、特に医薬、さらに高分子化学、食品添加剤の化学、矯味矯臭の化学および生化学の基本である。
【0003】
合成試験には、出発試薬からの生成物収率を測定することが含まれる。合成試験は、固相でも液相でも行うことができ、マルチウェル・プレートを用いて都合よく実施され、各ウェル中の様々な濃度の試薬が反応して生成化合物が形成される。様々な開始濃度に対する収率を測定し、比較して生成物が最大収率で得られる最適試薬比を決定する。
【0004】
反応が吸熱であるとき、あるいは熱が触媒の働きをするときは、試薬をマイクロ波オーブンで加熱するのが有利である。マイクロ波加熱は、双極子の共鳴振動数またはその近くに双極子モーメントを有する分子を励起することによって作用し、したがって、オーブン内で加熱するものに対して極めて選択的である。例えば、マルチウェル・プレートに浴びせられるマイクロ波によって、ウェル内の試薬は加熱されるが、プレートまたはオーブン内の空気は加熱されない。マイクロ波オーブンは、成分以外の要素を加熱してエネルギーが浪費されることがないので経済的である反面、試薬とプレート、プレートと周囲空気などオーブン内の要素間に温度差が存在する。このような温度差によって、必然的に熱伝達が生じる。例えば、試薬からプレート、プレートからマイクロ波チャンバ内の周囲空気に熱が伝達される。熱伝達によって、プレートに過渡的および静的温度勾配がもたらされる。プレート端部近くのウェルでは、空気と接触するプレート側面部の表面積が比較的大きいためプレートから空気への熱伝達が最も大きく、温度が比較的低くなる。プレート中央付近のウェルは、熱が失われる表面積がそれよりも小さいため熱伝達がそれほど大きくなく、温度は比較的高い。
【0005】
温度勾配によって、不均質な結果が得られ、それによって試験に偏りが生じ、誤った結果が得られる。というのは、プレートに形成される温度勾配のために試料のすべてを同じ温度で試験することができないからである。温度勾配の欠点がなく、試験において一貫して均一な結果が得られるマイクロ波オーブンで使用可能なマルチウェル・プレートが求められているのは明確である。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【0006】
本発明の一目的は、マイクロ波オーブンでの使用に適したマルチウェル・プレートを提供することである。
本発明の別の目的は、ウェル間の温度差を最低限に抑えるマルチウェル・プレートを提供することである。
本発明の別の目的は、プレートに存在する温度勾配を軽減または排除することである。
【課題を解決するための手段】
【0007】
本発明は、試験用化合物を保持するマルチウェル・プレートに関する。プレートは、上面を有する実質的平面部材および平面部材を結合する複数の側面部で形成されている。複数のウェルが平面部材中に配置されており、化合物試料を保持するようになっている。ウェルの各々は、上面に位置する開口部を有する。第1のグループのウェルは、側面部の1つに隣接して配置されている。第1の細長いボデーは、第1のグループのウェルに隣接する一側面部に沿って長手方向に延びる。このボデーは、他のグループのウェル中にある試料に対する第1のグループのウェル中にある試料の温度変化に抵抗する蓄熱体として作用する能力を有する。ボデーは、平面部材の周囲に実質的に連続して広がり、隣接する他のあらゆるウェル中の試料の温度変化の影響を受け難い蓄熱体として働くことが好ましい。
【0008】
その好ましい実施形態において、実質的平面部材には、垂下する側面部が結合している。第1のグループのウェルは、側面部の1つに隣接して配置されている。細長いボデーは、プレート内で一側面部に沿って長手方向に延びて一側面部と第1のグループのウェルの間に位置する第1の細長いチャンバを含む。第1のチャンバは、蓄熱体として作用する能力を有し、かつ、他のグループのウェル中にある試料に対する第1のグループのウェル中にある試料の温度変化に抵抗する流体を含むようになされている。
【0009】
好ましい実施形態において、第1のチャンバは、液体で満たされており、その液体を周囲から隔絶するために密封されている。別の実施形態において、チャンバは始め空気で満たされており、第1のチャンバと連通する出入口が平面部材中に存在する。この出入口は、流体、好ましくはこの出入口から注入して第1のチャンバを満たすことができる液体を受けるようになっている。この出入口は上面に位置することが好ましい。
【0010】
プレートは、好ましくは、別の側面部に隣接して配置された第2のグループのウェルを有し、第2の細長いチャンバがプレート内で別の側面部に沿って長手方向に延びる。第2のチャンバは、別の側面部と第2のグループのウェルとの間に位置する。第1のチャンバと同様に、第2のチャンバも、蓄熱体として作用する能力を有し、かつ、他のグループのウェル中にある試料に対する第2のグループのウェル中にある試料の温度変化に抵抗する流体を含むようになされている。第1のチャンバと第2のチャンバは互いに流体が行き来していることが好ましい。
【0011】
別の実施形態において、細長いボデーは、マイクロ波によって加熱することができ、好ましくは平面部材の周囲に連続して広がる固体材料である。この固体材料は、側面部を形成すると考えることができ、細長いチャンバ内に位置することができる。
【0012】
本発明のこれらの目的および別の目的は、以下の図面および本発明の好ましい実施形態の詳細な記述を考慮することによって明らかになるはずである。
【発明を実施するための最良の形態】
【0013】
図1に本発明によるマルチウェル・プレート10を示す。プレート10は、垂下する側面部14が結合した実質的平面部材12である。プレートは、上面16および複数のウェル18を有し、各ウェルは上面16上に開口部20を有する。ウェルは、好ましくは縦横の列の規則的な配列で配置されており、実験、例えば、固相合成を含めた実験において加熱するために化合物試料を保持するようになっている。
【0014】
図2および3に最もよく示されるように、細長いチャンバ22は、側面部14の1つと側面部に隣接する1列または1グループのウェル24との間の平面部材12の内側で長手方向に延びる。好ましい実施形態において、チャンバは、ウェルの最も外側の列と隣接する側面部14との間の平面部材12全体の周囲に連続的に広がっている。チャンバは、常時密封され、周囲から隔離されており、蓄熱体として作用する能力を有する物質26、すなわち、マイクロ波放射によって加熱可能であり、熱を貯蔵し伝達する能力を有する物質を含むことが好ましい。好ましい物質26は、以下に記述する理由のため、液体であり、実験を行う温度よりも高い沸点を有する。
【0015】
図1に示すプレートは、好ましくは、ポリテトラフルオロエチレンまたはマイクロ波を透過し(すなわち、マイクロ波放射に曝したときにあまり加熱されず)、ウェル中の化合物と反応せず、少なくとも実験温度を超える高温に耐える他の比較的不活性な物質でできている。プレートは、固形ブロックから機械切削することができ、その溝は物質26で満たされ、次いで底板28で密封され、接着剤または留め具または他の適切な手段で取り付けられる。
【0016】
図4にマルチウェル・プレート30の別の実施形態を示す。1つまたは複数のチャンバ22が、平面部材12に開けられ、各チャンバはウェル34のそれぞれの列と側面部14の間に位置する。図5に示すように、チャンバ22は好ましくは平面部材12全体を包囲し、流体が互いに行き来する。必要に応じて1つまたは複数の栓36を用いてチャンバを密封して、流体内容物が漏洩するのを防止する。チャンバ22と連通する注入口38は、好ましくは平面部材12の上面16上に位置して、チャンバ中に液体を注入できるようになっている。図4に示すように2つの注入口38を用いて、そのうち1つは液体をもう一方に注入したときにチャンバから空気が逃げるようにすると都合がよい。
【0017】
図6に示すように、プレートの側面1つにつき単一のチャンバ22を使用することができるが、本発明は、図7に示すように、プレートの1つまたは複数の側面に沿って積層して配置された複数のチャンバ22を使用することも企図している。この実施形態によって、1列のウェルとプレート側面部14の間により多くの流体を入れることができ、それによって以下に示すように蓄熱体としてのチャンバの有効性が増す。
【0018】
チャンバ22は、適切な物質26で満たされると、蓄熱体として働いて側面14からマイクロ波オーブン内のより低温の周囲空気への熱損失が低下または防止される。この物質は、側面に隣接して位置するウェル24からわずかしか熱を伝達しない緩衝剤として働き、したがって、ウェルすべてが実質的に同じ温度を維持し、プレート中央のウェルと側面14により近いウェルとの有意な温度勾配を回避することが可能になる。有意な温度勾配を回避することによって、実験結果の整合性が損なわれず、本発明によるマルチウェル・プレートの全ウェル中の反応物すべてに対して意味のある結果が得られることになる。
【0019】
マルチウェル・プレートが確実に有効に働くためには、チャンバ22内の液体は、実験を行う温度よりも高い沸点を有することが好ましい。これによって、チャンバは液体が充満した状態に確実に維持され、温度勾配を軽減または排除する蓄熱体として作用し続け、また、オーブン内の雰囲気を汚染し実験の整合性を損ない得る蒸気は発生しない。密封チャンバ内でその沸点に加熱された液体はかなりの圧力になり、チャンバが破裂して熱い液体および蒸気をオーブン中に吐き出す恐れがあるので、安全性も重要である。
【0020】
例えば、約130℃の一定温度にウェル内の試料を加熱するように設計した実験の場合、チャンバ22内の好ましい液体26は、1気圧で沸点が202℃であるN−メチルピロリジノンである。液体物質26の沸点が実験温度より少なくとも50℃高いと、ほとんどの用途で妥当な安全域がもたらされる。
【0021】
寸法が124×85×27mmのポリテトラフルオロエチレン製標準96ウェル・マルチウェル・プレートの場合、プレートの周囲に有効な蓄熱体を形成し、温度勾配を軽減して相対的に有意でなくするには約7mLの液体で十分であることが判明している。ただし、温度勾配をさらに効果的に少なくするためには液体の体積をより大きくすることが好ましい。
【0022】
図8に示す別の実施形態において、蓄熱体40は、平面部材12の周囲に、ウェル18に隣接する側面46に沿って長手方向に固体材料の細長いボデー44を配置することによって形成される。細長いボデーは、側面部14を形成すると考えることができ、好ましくは平面部材全体の周囲に連続して広がる。ボデー44を含む材料は、マイクロ波によって実験温度まで容易に加熱可能であり、それによって蓄熱体として作用して隣接のウェル18からマイクロ波オーブン内のより低温の雰囲気へと熱が失われるのを防止する。平面部材10を包囲する固形ボデーが存在することによって、中央ウェルと側面46に隣接するウェルとの間にあらゆる有意な温度勾配が形成されるのが防止される。生成し得るあらゆる温度勾配が、細長いボデー44自体でとどまる可能性が高い。ボデー44は、セラミック材料および他の固体材料で形成することができる。ボデー44がゼラチン質材料である場合、図9に示すように側面46と側面部14の間のチャンバ22内に配置し、底板28を取り付けてチャンバを密封することができる。これは図3に示す実施形態に類似している。
【0023】
図9にマイクロ波オーブン(図示せず)内に配置した回転台48上で使用する本発明によるマルチウェル・プレート10を示す。プレート10は、回転台48上の好ましくはプレートを確実に適切に配置するくぼみ52内に置かれたトレイ50中に置かれていることが好ましい。回転アーム54によって、温度計などの測定装置が運ばれてプレート上に載せられ、ウェル中の化合物試料の温度をモニターすることが可能になる。回転台には動力が供給され、オーブン内で垂直軸56の回りを回転してすべてのプレート中のすべてのウェルがマイクロ波によって確実に均一に加熱されるようになっている。
【0024】
得られた実験結果から、化学合成試験においてマイクロ波オーブン中で使用するときに、本発明によるマルチウェル・プレートが有効であることが証明されている。このようなプレートではウェルすべての反応物の90%から100%が生成物に転化する。これは、周辺部に隣接するウェル中の反応物のわずか10%から20%しか生成物に転化しない従来技術によるマルチウェル・プレートとは対照的である。
【図面の簡単な説明】
【0025】
【図1】本発明によるマルチウェル・プレートの斜視図である。
【図2】図1の線2−2に沿うプレートの平面断面図である。
【図3】図1の線3−3に沿うプレートの断面図である。
【図4】本発明によるマルチウェル・プレートの別の実施形態の斜視図である。
【図5】図4の線5−5に沿うマルチウェル・プレートの平面断面図である。
【図6】図4の線6−6に沿うマルチウェル・プレートの部分断面図である。
【図7】図6と同様の本発明によるマルチウェル・プレートの別の実施形態の部分断面図である。
【図8】図3と同様の本発明によるマルチウェル・プレートの別の実施形態の断面図である。
【図9】図3と同様の本発明によるマルチウェル・プレートの別の実施形態の断面図である。
【図10】使用時のマルチウェル・プレートの斜視図である。
Claims (23)
- 試験化合物を保持するためのマルチウェル・プレートであって、
垂下する側面部が結合し、上面を有する実質的平面部材と、
前記平面部材内に位置し、前記化合物の試料を保持するようになされた複数のウェルであって、前記ウェルの各々が前記上面上に位置する開口部を有し、第1のグループの前記ウェルが前記側面部の1つに隣接して配置されている複数のウェルと、
前記平面部材内で前記一側面部に沿って長手方向に延びて前記一側面部と前記第1のグループのウェルの間に位置する第1の細長いチャンバであって、蓄熱体として作用する能力を有し、かつ、他のグループの前記ウェル中にある試料に対する前記第1のグループのウェル中にある前記試料の温度変化に抵抗する流体を含んだ、前記第1の細長いチャンバとを備える上記のプレート。 - 平面部材がマイクロ波を透過する材料でできている、請求項1に記載のマルチウェル・プレート。
- 材料がポリテトラフルオロエチレンである、請求項2に記載のマルチウェル・プレート。
- 第1のチャンバと流体が行き来し、前記第1のチャンバを満たす前記流体を受けるようになされた、前記平面部材中にある出入口をさらに備える、請求項1に記載のマルチウェル・プレート。
- 出入口が前記上面上に位置する、請求項4に記載のマルチウェル・プレート。
- 側面部とは別の側面部に隣接して配置された第2のグループの前記ウェルをさらに含み、第2の細長いチャンバがプレート内で前記別の側面部に沿って長手方向に延びて前記別の側面部と前記第2のグループのウェルとの間に位置し、前記第2のチャンバが蓄熱体として作用する能力を有し、かつ、他のグループの前記ウェル中にある試料に対する前記第2のグループの前記ウェル中にある試料の温度変化に抵抗する流体を含むようになっている、請求項1に記載のマルチウェル・プレート。
- 第1のチャンバと第2のチャンバが互に連通している、請求項6に記載のマルチウェル・プレート。
- チャンバが平面部材の周囲に連続して広がる、請求項1に記載のマルチウェル・プレート。
- 流体が液体である、請求項1に記載のマルチウェル・プレート。
- 液体が、化合物が加熱される温度よりも高い沸点を有する、請求項9に記載のマルチウェル・プレート。
- 液体が、化合物が加熱される温度よりも少なくとも約50℃高い沸点を有する、請求項10に記載のマルチウェル・プレート。
- 試験化合物を保持するためのマルチウェル・プレートであって、
垂下する複数の側面部が結合し、上面を有する実質的平面部材と、
前記平面部材内に位置し、前記化合物の試料を保持するようになされた複数のウェルであって、前記ウェルの各々が前記上面上に位置する開口部を有し、第1のグループの前記ウェルが前記側面部の1つに隣接して配置されている複数のウェルと、
前記プレート内で前記一側面部に沿って長手方向に延びて前記一側面部と前記第1のグループのウェルの間に位置する細長いチャンバと、
前記チャンバに含まれ、他のグループの前記ウェル中にある試料に対する前記第1のグループのウェル中にある前記試料の温度変化に抵抗する蓄熱体として作用する能力を有する流体とを備える上記のプレート。 - チャンバが前記平面部材の周囲に連続して広がる、請求項12に記載のマルチウェル・プレート。
- チャンバが密封され、それによって周囲から隔絶されている、請求項13に記載のマルチウェル・プレート。
- 流体が液体である、請求項14に記載のマルチウェル・プレート。
- 液体が、試料化合物を加熱すべき温度よりも高い沸点を有する、請求項15に記載のマルチウェル・プレート。
- 液体が、化合物が加熱される温度よりも少なくとも約50℃高い沸点を有する、請求項16に記載のマルチウェル・プレート。
- 試験化合物を保持するためのマルチウェル・プレートであって、
上面を有し、前記平面部材に結合した複数の側面部を有する実質的平面部材と、
前記平面部材内に位置し、前記化合物の試料を保持するようになされた複数のウェルであって、前記ウェルの各々が前記上面上に位置する開口部を有し、第1のグループの前記ウェルが前記側面部の1つに隣接して配置されている複数のウェルと、
前記第1のグループの前記ウェルに隣接する前記一側面部に沿って長手方向に延びる第1の細長いボデーであって、他のグループの前記ウェル中にある試料に対する前記第1のグループのウェル中にある前記試料の温度変化に抵抗する蓄熱体として作用する能力を有する前記第1のボデーとを備える上記のプレート。 - 平面部材がマイクロ波を透過する材料でできている、請求項18に記載のマルチウェル・プレート。
- ボデーが平面部材の周囲に実質的に連続して広がる、請求項18に記載のマルチウェル・プレート。
- ボデーが平面部材内に広がる細長いチャンバを含み、前記チャンバが蓄熱体として作用する能力を有する流体を含むようになっている、請求項18に記載のマルチウェル・プレート。
- ボデーが平面部材内に広がる細長いチャンバを含み、前記チャンバが蓄熱体として作用する能力を有する流体を含む、請求項21に記載のマルチウェル・プレート。
- ボデーが、マイクロ波によって加熱可能であり蓄熱体として作用する能力を有する固体材料を含む、請求項18に記載のマルチウェル・プレート。
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