JP2005523149A - 圧力解放が制御されているマイクロ波支援化学合成器具 - Google Patents

Abstract

【解決手段】 制御されたマイクロ波支援化学処理を実行するための、比較的少量のサンプルを取り扱うのに特に有用な器具が開示されている。本装置は、開いた口部を有するマイクロ波透過反応容器と、容器の口部上の耐圧力シールと、針を含んでおり、針の一部は針の第１端部でシールを貫通し、容器内との流体連通を形成する。圧力変換器は、針の反対側の端部にあり、針を通して容器の内部と流体連通している。器具は、容器の外側の針の部分から流体ポートまで圧力制御流路を画定しており、流路は、針、容器の内部及び変換器と連通している。流路用の制御可能な圧力解放弁には、ポートが付帯している。

Description

本発明は、化学反応、特に、高度に複雑な化学合成反応を実行するためのマイクロ波支援技法の使用に関する。更に厳密には、本発明は、マイクロ波支援器具内でのそのような合成の間に圧力解放を制御するための装置及び方法に関する。

本発明は、係属中で一般譲渡されている、Ｊｅｎｎｉｎｇｓによる２００１年１月３１日出願の米国特許出願第０９／７７３，８４６号「固定チューニング型マイクロ波支援化学合成器具」に関しており、その全体を参考文献としてここに援用する（以後、‘８４６号出願）。

‘８４６号出願に記載されているように、化学合成、特に比較的少量の試薬を使用する有機合成にマイクロ波支援技法を使うことについて関心が高まっている。「少量」という用語は、ここでは比較の意味で使用しているが、薬剤の開発のような最新の実験合成技法に精通している者は、特に膨大なサンプル反応を研究する場合は５ミリリットル（ｍｌ）以下のサンプルサイズが極めて一般的であることを理解している。近年、コンピューター演算電力のコストが下がりメモリも安価に入手出来るようになったため、化学合成及び分析の領域で、膨大な数のそのような少量のサンプルに、そのような化学処理を比較的迅速な方式で実施し、完了した処理に基づいて有用な情報を迅速に提供する自動化及び半自動化技法が使用されるようになってきた。従って、そのような処理の一部としてマイクロ波支援を含めることができれば、処理の実行可能速度が上がり、それに対応して、所与の時間枠内で実行できる処理数を増やせる別の方法が使えるようになる。

少量を使用する場合、温浸及び乾燥減量水分決定のようなマイクロ波支援化学の別の領域で従来持ち上がっていたのとは異なる問題が持ち上がる。そのような先行技術による（且つ今でも非常に有用な）マイクロ波支援技法と器具とは、今日では、サンプルを過熱したり試薬を分解することなく所望の制御された様式でサンプルを加熱する方式でマイクロ波エネルギーを非常に少量のサンプルに集束することができる、この新世代の高性能マイクロ波支援器具によって連結されている。比較してみると、温浸の目的は完全又は完全に近い分解なので、（相対的に言えば）過剰な温度は、一般的にあまり処理上の問題を示さない。しかしながら、化学合成は、特定の反応体を刺激して期待した又は予測可能な様式で作用させ、所望の生成物を生成させるという目的を有している。従って、多くの合成シナリオでは（とりわけ）温度と圧力を、適切な範囲内に維持しなければならない。

‘８４６号出願に加えて、マイクロ波支援化学における近年の進歩には（限定するわけではないが）、米国特許第６，３２０，１７０号、第６，３０２，５７７号、第６，２６８，５７０号、第６，２２７，０４１号、第５，７９６，０８０号に論じられているものも含まれる。

‘８４６号出願は、代表的には有機材料の液体サンプルである比較的少量のサンプルを取り扱うことができ、空洞内に正確で適量のマイクロ波エネルギーを加えて、空洞内の容器内で化学合成に適した様式で反応が実行できるようにする器具を開示している。特に、‘８４６号出願は、反応が進行している間に密封した容器の内側の圧力を測定するための高度な構造を開示している。化学合成に精通している者には分かるように、特に閉鎖状態では、生じた圧力は、典型的には反応による気体副産物である主要な要因か、理想気体の法則による気体温度の上昇か、或いはその両方か、など幾つかの要因の尺度である。従って、圧力測定値は、そのような器具における価値のあるオプションである。‘８４６号出願では、反応容器は、その１つのバージョンは古典的な試験管に似ているが、金属のキャップと可撓性の隔壁によって耐圧力様式に密閉されている。小さい針が、隔壁を穿刺貫通するように配置され、針の反対側の端部で圧力変換器と流体（通常は気体）連通している。本器具を使用すれば、反応が進行し、マイクロ波エネルギーが加えられるときに、容器の内側の圧力を常に監視することができる。

しかしながら、‘８４６号出願に記載されている器具では、反応容器内側の圧力を解放するには、（例えば所望の反応の完了時に）キャップを容器から完全に取り外すか、代わりに変換器を針から取り外すしかない。反応が影響を受けたり中断したりすることもあるし、圧力を測定する能力が失われることもある。

更に、‘８４６号出願に記載されている器具には、容器を気体供給源に取り付けるための便利な手段を欠いており、状況次第では、それが望ましく、或いは必要である。
従って、同器具は多くの状況では申し分なく、‘８４６号出願に記載されている器具は、マイクロ波支援合成技法及び器具における有意な改良であり、市場でも急速に受け入れられているが、反応の進行に応じて、反応容器から圧力を制御可能に解放（流出又は放出）し、又は気体をそこに加えることができる装置が、なお求められている。そのように解放することができれば、圧力を一定の閾値以下に保持し、又はル・シャトリエの原理に従って反応生成物の１つを環境から取り除くことによって反応を完了に向かわせる能力の様な幾つかの利点が提供される。この意味で、気体が或る反応の生成物で、それに伴う密閉された環境内の圧力の上昇を解放又は逃がす能力がなければ、容器の圧力に関わる破損を避けるために、その反応を避けなければならない。

別の態様では、閉鎖された容器との制御された連通が確保されていなければ、複数の段階から成る反応の後の段階を実行するために（溶剤又は試薬のような）液体又は気体を加えるというような追加的試薬の使用ができなくなる。

圧力解放容器はマイクロ波支援化学用に存在しているが、一般的には、容器を使用不能にする圧力に起因する破損を防ぐためにある。例えば、一般譲渡されている米国特許第５，２３０，８６５号及び第５，３６９，０３４号では、圧力解放は、反応容器の加圧された内部とその低圧（しばしば大気）環境との間の気体経路の１つを遮断するように配置されている使い捨て可能なポリマー製バリヤー（例えば破裂板）によってもたらされる。容器内側の圧力がバリヤーの閾値（容器の残り部分の閾値より小さくなるように選択されている）を越えると、バリヤーは壊れ、内部圧力が解放される。そのような圧力解放は、容器の総合的な破損を防止するという意味では「制御されている」が、容器内の反応が進む際に圧力を監視及び調整できないという意味では、制御されていない。

‘０３４号特許と‘８６５号特許は、圧力抜き能力も含んでいるが、圧力測定と連結されていない。
一般譲渡されている米国特許第６，０８６，８２６号は、密閉された容器の外側に圧力変換器が取り付けられ、変換器に対する容器の外側の動きが容器内側の圧力の代表的測定値を与える異なる型式の圧力測定を示している。これは、例えば、温浸のような厳しい化学的条件下で、容器内の反応から圧力測定装置が最もよく分離されているときに特別な利点を提供する。しかしながら、これは、より慎重に制御された反応における少量のサンプルの合成に有用で必要なことの多い、便利な温度監視と制御を提供するものではない。

米国特許第４，９０４，４５０号、第５，２０４，０６５号及び第５，２６４，１８５号を含むＦｌｏｙｄへの幾つかの特許は、破裂円板型圧力逃がしシステムも含んでいる。Ｆｌｏｙｄの‘１８５号特許は、変換器も含んでいるが、破裂円板がダイヤフラムとして容器と変換器の間に配置されており、即ち、破裂円板が圧力を受けて破裂しない場合及び破裂するまでは、直接の流体連通は無い。従って、圧力は、二次的方式でのみ測定することができ、破裂した円板の限界を超えていなければそうである。

Ｌａｕｔｅｎｓｃｈｌａｇｅｒの米国特許第５，７２５，８３５号は、気体（流体）経路が反応チャンバから一連の弁へ伸張しており、弁の内の１つは電気的に制御され、１つはばねで付勢され、１つは簡単な破裂円板であり、１つは手動で作動する装置を開示している。しかしながら、図２及び‘８３５号特許関連の議論に記載しているように、そのような圧力制御は、個々の容器と弁の間ではなく、反応チャンバと弁の間で実行される。

Ｓｔｒａｕｓｓの米国特許第５，９３２，０７５号は、圧力測定経路、前記圧力測定経路とは別の独立している圧力解放経路、サンプリング経路及び温度測定装置を含む、数多くの制御項目を担持する蓋又はカバーを有する容器を示しており、Ｓｔｒａｕｓｓによれば、その重要な特徴は、反応が進行している間に、反応を加熱又は冷却することのできる熱交換器（Ｓｔｒａｕｓｓの複数の図面では２４）の使用である。しかしながら、Ｓｔｒａｕｓｓの装置とそのカバーには相当程度の複雑さが必要で、多数の少量のサンプルに繰り返し使用する助けにはあまりなりそうにない。

更に、‘８４６号出願以外は、これらの装置の何れも、膨大な反応を連続方式で迅速に実行するための実用的な構造又は方法を提供してはいない。言い換えると、全て容器を開くか又は取り返しが付かないほどシールを破ること無く、多数の容器に試薬を加え、次いで容器を密封してマイクロ波空洞内に配置することができ、マイクロ波が加えられている間に中で圧力と温度を測定することができ、空洞から取り出すことのできる方法又は装置を提供してはいない。

従って、反応が進行している間の圧力解放を含む、制御された圧力解放に必要な機会を提供しながら、少量のサンプルにマイクロ波支援合成を実行できる装置と関連技法に対する需要が存在する。
出願第０９／７７３，８４６号 米国特許第６，３２０，１７０号 米国特許第６，３０２，５７７号 米国特許第６，２６８，５７０号 米国特許第６，２２７，０４１号 米国特許第５，７９６，０８０号 米国特許第６，２７７，０４１号 米国特許第６，０８４，２２６号 米国特許第６，２８８，３７９号 米国特許第５，２３０，８６５号 米国特許第５，３６９，０３４号 米国特許第６，０８６，８２６号 米国特許第４，９０４，４５０号 米国特許第５，２０４，０６５号 米国特許第５，２６４，１８５号 米国特許第５，７２５，８３５号 米国特許第５，９３２，０７５号

従って、本発明の目的は、少量のサンプルに、マイクロ波支援合成を、反応が進行している間の圧力解放を含む制御された圧力解放の機会と組み合わせて提供することである。

本発明は、制御されたマイクロ波支援化学処理を実行するための器具で、この目的を満足しており、比較的少量のサンプルを取り扱うのに特に有用である。この態様では、器具は、開いた口部を有するマイクロ波透過反応容器と、容器口部の耐圧力シールと、一部分が第１の端部でシールを貫通し、容器内への流体連通を形成する針と、針の反対側の端部に在り、針を通して容器の内側と流体連通している圧力変換器と、容器の外側の針の部分から流体ポートまでの、針、容器の内側、及び変換器と連通している、圧力制御された流路と、ポートと関係付けられている、流路用の制御可能な圧力解放弁と、を含んでいる。

別の態様では、本発明は、制御されたマイクロ波支援化学処理を実行するための器具であり、マイクロ波空洞と、マイクロ波透過容器を含む容器アッセンブリと、容器アッセンブリを受け入れ、少なくとも容器の一部をマイクロ波空洞内に位置決めするための空洞内の座と、容器アッセンブリを座にロックするためのロック手段と、座から容器アッセンブリを解放するための解放機構と、を含んでいる。

別の態様では、本発明は、マイクロ波支援化学反応を実行する方法である。この態様では、本発明は、マイクロ波透過容器に試薬を加える段階と、圧力解放に抗して容器をシールで固定する段階と、その後、シールを通して針を圧力固定容器内に挿入し、針を通して密封容器の内部と流体連通を作り出す段階と、容器とその内容物をマイクロ波で照射する段階と、を含んでいる。

更に別の態様では、本発明は、密封された容器を含む容器アッセンブリと、容器アッセンブリと取り外し可能且つ係合可能で、係合しているときには密封された容器の内側の圧力を測定するための手段を含んでいる圧力モジュールアッセンブリと、係合している容器アッセンブリと圧力モジュールアッセンブリとを取り外し可能に受け入れ、空洞から漏れ出るマイクロ波に対する減衰バリアーを提供しながら、容器の一部をマイクロ波空洞内に位置決めし、容器と容器アッセンブリの一部を空洞の外側に位置決めするための減衰器アッセンブリと、を含む器具である。

更に別の態様では、本発明は、針と、針に隣接し、針と同軸のシャフトを有し、それと連通している針シールと、針に関し針シールの反対側にあり、シャフトと連通している圧力変換器と、針を針シールに保持し、針シールを変換器に保持しているハウジングと、ハウジングと針シールの間に形成されているチャンバと、同軸のシャフトからハウジング内のチャンバまで針シールを通過する横方向シャフトと、チャンバと連通している弁と、を備えているマイクロ波器具用の圧力解放構造である。

更に別の態様では、本発明は、マイクロ波減衰器と、減衰器をマイクロ波空洞にロックするための減衰器上のロックリングと、ロックリングと係合可能な環状のハウジングと、ハウジングの内側円周から中心に向かって内向きに押される、ハウジング内の複数のばね負荷ピストンと、ピストンを、ハウジングの内側円周から外方向に制御可能に押すための手段と、を備えている。

本発明の上記及びその他の目的と利点、及びそれらが実現される方法は、添付図面と関連付けて以下の詳細な説明を読めば明らかになるであろう。

本発明は、制御されたマイクロ波支援化学処理を実行するための、比較的少量のサンプルを取り扱うのに特に有用な器具である。本明細書の背景技術の項で述べたように、本発明は、同時係属中の米国特許出願第０９／７７３，８４６号に記載されている器具を継続改良したものである。‘８４６号出願全体を参考文献としてここに援用し、従って、本発明の追加的背景と利点が、’８４６号出願にも記載されている。

図１は、本発明の市販用の実施形態を全体として参照番号１０で示している。図１に示す設計は、現在の市販用実施形態の代表例であるが、本発明の性質は、図１が単に１つの例を示しているだけであり、本発明は図１の外観又はその派生に限定されない旨理解されたい。しかしながら、分かり易くするために、器具１０内のマイクロ波空洞の位置を、図１では全体として参照番号１１で示している。空洞自体とその性質及び作動については、図３に記載しており、‘８４６号出願には更に詳細に記載している。図１は、更に、器具が、上部１２と下部１３で形成されているハウジングを好適に含んでいることを示している。器具が通常用いられる化学的環境の性質の故に、ハウジング部分１２及び１３は、殆ど又は多くの化学物質に対して耐性があるか、又はそのような耐性がある適切なコーティングで被覆されている材料で形成されているのが望ましい。そのような材料は、当該技術分野では一般的に良く知られており、過度の実験無しに選択し実施することができる。

図２は、本発明の主要な構成要素の内の３つを部分的に分解した様式で示している。これには、全体を１４で示す圧力モジュールアッセンブリ、全体を１５で示す容器アッセンブリ、及び全体を１６で示す減衰器アッセンブリが含まれる。圧力モジュールアッセンブリ１４、容器アッセンブリ１５及び減衰器アッセンブリ１６の細部の大部分は、他の図面と関連付けて述べ、詳細に説明する。但し、図２は、これらの部分の適切な概要と、相互の一般的な関係を提供している。従って、図２は、特に図２に関してではなく、他の図面に関連付けて説明している多くの参照番号を含んでいる。これら参照番号は、本明細書及び図面を通して同じ意味を持つ。一般的に（及び本明細書の更なる説明に示すように）、容器アッセンブリ１５は、密封された容器（又は「バイアル」）２５を含んでいる。圧力モジュールアッセンブリ１４は、容器アッセンブリ１５と取り外し可能に係合でき、係合しているときに、密封容器２５の内側の圧力を測定するための手段を含んでいる。減衰器アッセンブリ１６は、係合状態の容器アッセンブリ１５と圧力アッセンブリ１４を取り外し可能に受け入れ、空洞から漏れ出るマイクロ波に対して減衰バリアーを提供しながら、容器２５の一部をマイクロ波空洞内に位置決めし、容器２５と容器アッセンブリ１５の一部を空洞の外側に位置決めする。特に、容器アッセンブリ１５と減衰器アッセンブリ１６の関係が、針３０を、針３０と空洞内のマイクロ波の伝搬の間の干渉を避けるように容器２５内に位置決めする。

図３は、‘８４６号出願に記載され、本発明の改良と結び付けて用いられる型式のマイクロ波空洞を示している。図３では、空洞を全体として１７で示しており、最初に、クライストロン、マグネトロンのようなマイクロ波供給源（図示せず）又はガンダイオードの様な恐らくは半導体の供給源からマイクロ波を受け取り、それを空洞へ向かわせる、部分的に統合されている導波管部分１８と共に示している。‘８４６号出願の好適な実施形態では、空洞１７は、マイクロ波が通って導波管２２から空洞１７へ伝播する複数の開口２２を含む円形内側円周２１を有している。これも‘８４６号出願に記載されているが、空洞１７は、空洞の床２４に中央開口２３を含んでいる。開口２３によって、空洞１７内の容器を監視できるようになっており、赤外線温度センサーの様な放射監視装置を使って温度を監視するのが望ましい。図３の残り細部は、概ね機械的性質のもので、リベット又はねじなどを使って部品を基本的にアッセンブリすることに関しており、本発明を説明するのに必要な以外はここで詳細には論じない。

図４は、本発明の数多くの細部と態様を示している。本発明は、開いている口部２６を有するマイクロ波透過反応容器２５を含んでいる。耐圧力シール２７（図２で最もよく分かる）は、容器２５の口部２６上にある。針３０（勿論、流体が通るように中空である）は、針３０の第１端部でシール２７を貫通する部分を有しており、容器２５内と流体（通常は気体）連通を形成する。必ずしもというわけではないが、針３０は、通常、金属で形成されている。

圧力変換器３１は、針３０の反対側の端部に配置されており、針３０を通して容器２５の内側と流体連通している。圧力変換器とその作動については、当該技術分野では良く理解されており、様々なものが市販されている。従って、変換器は、ハウジングに嵌まるのであれば、過度な実験無しに選択することができ、容器２５から予測される圧力を測定するよう較正される。

針３０は、容器２５の外側にある針３０の部分から流体ポート３２までの圧力制御流路の一部（図４及び他の図面に関連して幾らか詳細に説明する）であり、流路は、針３０、容器２５の内側及び圧力変換器３１と連通している。通気ナット３３として示されている制御可能な圧力解放弁は、流路の一部であり、ポート３２と関連している。通気ナット３３は、恐らく圧力解放弁の最も簡単な例であり、所望又は必要であれば、より高度な装置を組み込むこともできる旨理解されたい。

容器１５上のシール２７は、針３０を挿入する前に容器１５を密封できるように、針３０がシール２７を通して挿入できるようにするための貫通可能な隔壁３５（図２）を含んでいるのが望ましい。これは、圧力測定装置が無い状態で容器を満たし密封するのを防げる一体式の圧力解放機構を、普通は容器シールが担持している先行技術に勝る特別な利点を提供する。隔壁３５は、ブチルゴム又はシリコンで形成するのが望ましく、針を挿入し、取り外しても、針３０を抜いた後で隔壁３５が再閉し再密封できるだけの厚さと組成を有しており、針が挿入される前、針が挿入されているとき、及び針が取り外された後も、容器を密封状態に保てるようになっている。１つの隔壁３５に針を挿入し取り外せる回数には限りがあるが、耐圧シールを保持したままそれを数回行える能力は、圧力測定装置を変えるか又は取り外すために容器を開く必要があるシールと圧力測定アッセンブリに勝る重要な利点を提供する。

多分図２を見ると最も分かり易いが、シール２７は、互いに同心関係にある金属部分３４と隔壁３５を含むキャップを形成するのが望ましい。シール２７の金属部分３４は、貫通可能な隔壁３５を組み込むことができるようにした状態で、シール２７と容器１５の間に優れたクランプシールを形成している。

他のマイクロ波製品でのように、容器１５用に選択されるマイクロ波透過材料は、マイクロ波周波数を適切に透過させ、その組成、設計及び構造に基づいて、如何なる所与の反応で生じることが予測される圧力にも耐えることのできる材料であれば何でもよい。一般的に容器に好適な材料には、ガラス、水晶、構造用ポリマーを含む各種ポリマー、及び場合によってはそれらの組み合わせが含まれる。多くの状況において、容器１５は、ガラス試験管又はガラス製実験用フラスコに似ており、これらは一定の利点を提供するが、本発明とその使用法及び利点はそれに限定されるものではない。

従って、本発明の器具は、全てシールを損傷しないままで、反応容器に試薬を加え、容器を密封してマイクロ波空洞内に配置し、容器を開くか又は容器のシールを取り返しがつかないほど破ることなく容器の温度と圧力を測定し、容器を空洞及び圧力測定器具から取り外す、というプロセス上の利点を提供する。そのような能力が、数多くの容器を所望の試薬で（又は容器毎に、僅かに又は大きく異なる試薬で）事前に満たし、続いて、ここでも容器を開くことなく容器の内容物にマイクロ波支援化学技法を実行できるという更なる能力を加える。複数の容器の連続的且つ比較的迅速な処理は、しばしば「組み合わせ」技法と呼ばれているような自動化プロセスには明らかに有用である。

本発明が考える制御された圧力解放の方法は、図４、５、６を組み合わせるとよく分かる。これらの各図面は、好適な実施形態では、針シール３６が、針３０と圧力変換器３１の間に配置されていることを示している。これらの要素は、順次組み立てられ、ハウジング３７内で１つに保持されている。図６で最も良く分かるように、針シール３６は、針３０と同軸で針３０と連通している内側シャフト４０を有しており、これによって容器１５の内側から圧力変換器３１への直接の流体（気体）連通を形成している。図６は、ハウジング３７が、針３０を針シール３６に対して保持し、針シール３６を変換器３１に対して保持していることも示している。特に、図４、５、６は、針シール３６とハウジング３７の両方が円筒形で、ハウジング３７は針シール３６を取り囲んでいることを示している。針シール３６は、ハウジング３７の内径より僅かに小さい外径を有している。その結果、ハウジング３７と針シール３６は、両者の間に環状チャンバ４１を形成している。

針シール３６は、更に、同軸シャフト４０から環状チャンバ４１まで針シール３６を貫通している横方向シャフト４２（即ち、針３０と同軸ではないシャフト）を含んでいる。 図４に戻るが、環状チャンバ４１は、ポートシャフト４３を通してポート３２と連通しており、好適な実施形態では、ポート３２はポート開口４４にねじ込まれていることが分かる。図４は、横方向シャフト４２を、針シール３６内の同軸シャフト４０の中間に、図面に対して垂直な小さな円として示している。通気ナット３３は、ポート３２用の好適な弁の実施形態として働いている。このように、図４、５、６は、容器１５の内容物へマイクロ波周波数を掛ける間、即ち所望の化学反応が進行している時を含め何時でも、密封容器１５から圧力を制御可能に解放できる方法を示している。図４、５、６は、横方向シャフト４２を同軸シャフト４０に対して垂直に示しているが、これは好適な実施形態であって、同軸シャフト４０と横方向シャフト４２と環状チャンバ４１の間の連通を、図示の実施形態と完全に同じ方法で機能させながら、異なる角度又は方位で行えることは理解頂けよう。実際、流体（特に気体）の性質及び挙動次第では、代わりの、又はもっと捻れた経路でも、この目的を果たせる。

図４、５は、ここに示している好適な実施形態の追加の機械的細部を示している。針３０は、針ねじ４５を使ってハウジング３７内に組み込まれている。保持フランジ４６とシールキャップ４７は、圧力モジュールアッセンブリ１４の一部であり、圧力モジュールアッセンブリ１４を、図７、８に関して記載している方法で、減衰器アッセンブリ１６と係合した状態に保つ働きをしている。図４でよく分かるように、キャップばね５０は、各部品を、組み立てられたときに適切な関係になるように押す働きをする。

図５は、針シール３６が、針シール３６をハウジング３７内に適切に配置し、環状チャンバ４１を適切に画定するのを支援する一対のＯリング５１を含んでいることを示している。

保持フランジ３６は、容器が無いときに、シールキャップを適所に保持する働きをし、ばね５０は、シールキャップ４７を適切な配置に下方向に動かす働きをする。
図５は、更に、スイッチ５２とそのスペーサー５３を示している。スペーサー５３は、容器１５に接触したときだけスイッチに接触し、器具の作動の間、スイッチ５２に接触又は非接触の信号を与える。

図４は、更に、変換器と適切なプロセッサの間に信号通信経路を提供するための変換器配線４８を示している。他の全ての態様において、図４Ａの実施形態は、図４に示している実施形態と同じに作動する。

図４Ａは、本発明による圧力モジュールアッセンブリ１４の第２の実施形態を示している。図４Ａは、図４、５、６と共通の数多くの要素を含んでおり、或る別の実施形態では、針シール３６が、ハウジング３７内のインサートとしてではなく大型の単一の部分で形成できることを示している。これにより、ハウジング３７の寸法が小さくなり、図４に示されている３つのＯリング５１の内の２つが無くなる。この実施形態では、ポートシャフト４３は、圧力モジュールアッセンブリ１４の外側から同軸シャフト４０までを通して、針シール３６を貫いて伸張している。

図５Ａは、同じ様式で、図４Ａの実施形態を分解して示している。全ての関連部分を既に論じているので、図５Ａの実施形態の作動については、本明細書の先の説明によって理解頂けるであろう。

変換器３１への電気的接続は、ひずみ逃がし５４とフランジ５５を通ってハウジング３７へ入っているケーブル又は配線４８（図４Ａ及び図５Ａ）を通して行われると理解頂けよう。一対のねじ５６は、フランジ５５をハウジング３７に組み付けるのに用いられる。

減衰器アッセンブリ１６の態様は、図４にも示しているが、減衰器アッセンブリを更に詳細に示している図７及び図８の配置方向を使えばもっと容易に理解できる。当業者には常識的なように、マイクロ波は、通常、約３００メガヘルツから３００ギガヘルツの間と言われる周波数範囲を有しており、これは約１ミリメートルから１メートルの間の波長に対応している。これらの周波数及び波長の電磁照射は、他の装置に干渉することもあり、心臓のペースメーカーに対する干渉のような有害な医療的影響を有する可能性もあり、或いは別の望ましくない結果を生むこともある。従って、これ等及びその他の理由で、マイクロ波の器具は、一般的に、或る種の減衰器、即ち、マイクロ波の印加を所望の反応材料及び容器に制限する手段を含んでいなければならない。多くの場合、これは、ドアのように簡単な方法で開閉できる型式の閉鎖されている空洞の完全に内側でマイクロ波を掛けることによって行われる。空洞は、金属（適切な大きさの金属スクリーニングを含む）で作られている場合、マイクロ波透過に対して効果的なバリアーとして機能する。

しかしながら、他の型式の反応では、空洞が周囲の環境に対して或る程度開いている開放反応システムの方が便利である。そのような場合、減衰器を使って、周囲の環境へ望ましくないマイクロ波が透過するのを防ぐ。減衰器は、一般的に、円筒形であることが多い構造で形成され、必要な容器には十分な空洞内への開口部が備えられているが、それは或る長さと直径を有しており、一定の波長が漏れ出さないようになっている。そのような減衰器の使用法及び寸法決めは、当該技術では良く理解されており、ここで詳細に論じる必要はないが、円筒形の形をした減衰器は、伝播される波長（λ）より小さい直径と、伝播される波長の少なくとも四分の一の長さを有すべきであることだけを注記しておく。

更に、同時係属中で本明細書に援用している‘８４６号出願に記載されている利点は、反応容器の空洞への出入りを迅速且つ容易に変えることができるという利点を含んでいるので、本発明は、そのような状況でマイクロ波が抜け出るのを防ぐための適切な減衰器アッセンブリを含んでいる。

そこで、図７に、減衰器アッセンブリ１６の数多くの細部を示している。減衰器アッセンブリ１６は、先ず、５７で示す減衰器自体を含んでいる。ロックリング６０は、減衰器５７に取り付けられ、減衰器を適切な対応するロックチャネルを有するマイクロ波空洞にロックするためのロックフランジ６１を含んでいる。ハウジング６２は、ロックリングと減衰器を互いに対して保持しており、好適な減衰器は形状が円筒形（必ずしもそうでなくてよい）なので、ロックリング６０とハウジング６２も、同様に環状である。

減衰器アッセンブリ１６は、器具の外側への望ましくないマイクロ波透過を抑制する減衰器を備えているのに加え、空洞内に容器１５を着座させ、少なくとも容器１５の一部を空洞内に位置決めするための、圧力モジュールアッセンブリ１４を受け入れるための座を備えている。ロックリング６０とロックフランジ６１は、減衰器を空洞内にロックするための手段を提供しており、減衰器自体は、更に、容器アッセンブリ１５と圧力モジュールアッセンブリ１４を、空洞と減衰器によって形成されている座にロックするための、ここに説明するロック手段を含んでいる。更に、減衰器アッセンブリ１６は、容器及び圧力アッセンブリと空洞とを迅速で好便に係合及び係合解除できるように、圧力モジュールアッセンブリと容器アッセンブリとを空洞内のそれらの着座位置から解放するための解放機構を含んでいる。

解放機構を更に詳細に見ると、好適な図示の実施形態では、減衰器ハウジング６２内に複数のばね負荷ピストン６３を含んでいる。ピストン６３は、減衰器ハウジング６２内の各シリンダー６４内に配置されている。ピストン６３は、ばね６５と、ねじ６７で減衰器ハウジング６２に留められているカバープレート６６との組み合わせによって、減衰器ハウジング６２内で円周の内向きに押されている。この様に、反対向きの力が存在しないときは、ピストン６３は、減衰器５７と減衰器ハウジング６２で形成されている円形開口部内に内向きに伸張している。しかしながら、各ピストン６３は、面取りされたエッジ７０を含んでいるので、圧力モジュールアッセンブリ１４が減衰器アッセンブリ１６内に挿入されると、ピストンは、この係合の影響で僅かに後退し、圧力モジュールアッセンブリを、圧力モジュールアッセンブリ１４のハウジング３７の回りに形成されている棚部又は肩部７１をクランプすることによって再係合する。この様に、圧力モジュールアッセンブリを、容易に挿入し、ピストン６３の下部が肩部７１の上部と係合した状態で減衰器アッセンブリ１６内の所定の位置にロックすることができる。

ピストン６３を、常に面取り付のエッジ７０が上を向くように確実に方向決めするために、各ピストン６３は、更に、適切な開口との組合せでピストン６３を適切な方位にクロックする小型シャフト７２（図４）を含んでいる。Ｏリング７３は、ばね６５によって押される付勢運動を提供しながら、ピストンをシリンダー６４内に適切に着座させる働きもする。

圧力モジュールアッセンブリ１４を減衰器アッセンブリ１６から取り外すために、本発明は、ピストン６３を、減衰器ハウジング６２の内側円周から外方向に制御可能に動かすための手段を含んでいる。図７で、この機構の第１の部分を、減衰器５７内のチャネル７４として示している。

チャネル７４は、図２を見ると良く分かるように圧縮空気用のポート７５と連結して作用する。減衰器アッセンブリ１６を組み付けるとき、圧縮空気ポート７５は、チャネル７４と流体連通している。従って、圧縮空気は、圧縮空気ポート７５へ供給されると、チャネル７４を通って進み、ピストン６３を、ばね６５の付勢に抗して外方向に押す。このように、圧縮空気を使用してピストン６３を押し戻すことによって、圧力モジュールアッセンブリ１４を減衰器アッセンブリ１６から切り離す。圧縮空気はこの方法で用いるのに都合の良い流体である（即ち、不活性で、安価で、概ね便利である）が、解放機構は圧縮空気に限定されず、他の気体及び或る種の液体もこの目的に使える可能性がある旨理解されたい。

図７が示しているように、好適な実施形態では、ピストン６３は、減衰器ハウジング６２の外周回りに互いに等距離に配置されている。図７は、３つのピストン６３が互いに１２０度の角度に設置されている実施形態を示している。勿論、１つのピストンでもロック装置の役を果たすし、４つ以上のピストンを組み込んでもよく、全てが本発明の範囲内にあると理解されたい。

図７は、更に、減衰器アッセンブリは止めねじ７６を使って組み立てられることを示しているが、止めねじを使用するのも１つの実施形態であり、本発明を限定するのではない。同様に、当業者が所望するのであれば、状況次第で図７に示している個々の部品の点数を減らすこともでき、全てが本発明の範囲内にある。

図８は、分解していない減衰器アッセンブリ１６の断面図である。図８は、図７に記載されている数多くの同じ特徴を別の向きから示しており、図示の実施形態の作動を理解し易くするものである。空気入口ポートは、ここでも７５で示されており、作り出されるチャネル７４は、空気入口ポートと連通している。図８は、係合位置のピストン６３、並びに減衰器の中央開口７７を示しており、それらの一部は図２、７にも示されている。図８は、減衰器５７とハウジング６２の一部、並びにロックリング６０の一部であるロックフランジ６１を示している。先の図面に関して説明したように、ピストン６３は、カバープレート６６とねじ６７で所定の位置に保持されているばね６５によって外周から内向きに押されている。

本器具を、ここまで、針と、変換器と、圧力解放弁の間の有用な連通の点から説明してきたが、これらの要素は、互いに別個に都合よく使用できる旨理解されたい。例えば、容器内側の圧力に応じて動く可撓性の隔壁を組み込むことによって、変換器を、針ではなく隔壁と圧力連通するよう配置することもできる。これは、器具を、変換器に対して腐食性のある材料を取り扱うのに使用する場合、特に有用である。そのような場合、（圧力が十分低いままであると予測される場合）針を無くすこともできるし、容器とその周囲の間の流路を変換器から隔離することもできる。

同じ様式で、圧力解放（又は他の流体連通）が必要であるが具体的な圧力測定は、随意又は不必要な場合、変換器を完全に無くすこともでき、それでも器具は圧力解放機能を利用することができる。

別の態様では、本発明は、マイクロ波支援化学反応を実行する方法である。この態様では、本発明は、試薬をマイクロ波透過容器に加える段階と、圧力解放に抗して容器をシールで固定する段階と、シールを貫通して針を圧力固定容器に挿入して、針を通して密封された容器の内側と流体連通を形成する段階と、シールを破ることなく密封容器の内側とその周の囲環境との間の流体連通を形成する段階と、容器とその内容物をマイクロ波で照射する段階と、を含んでいる。

本明細書では、「流体連通」という用語は、容器とその周囲との間で気体又は液体が通過することを意味し、取り返しが付かないほど或いは最終的にシールを破ることなく、容器から周囲へ圧力を開放すること、或いは周囲から容器へ気体又は液体を追加することを含んでいる。

本発明の器具の態様に関してここで説明しているように、隔壁は解放可能なので、本方法は、更に、容器を照射する段階の後に針を容器から取り外す段階と、次いで、最初の容器から取り外す段階の後に針を第２の異なる容器に挿入する段階か、又は、補足的に、針を元の容器に再挿入する段階を含んでいてもよい。そのような場合、本方法は、針を挿入する段階の後に、第２の容器、即ち針が再挿入された容器をマイクロ波で照射する段階を更に含んでいてもよい。

援用した‘８４６号出願に記載されている装置によれば、本方法は、容器とその内容物をマイクロ波で照射している間に、容器又はその内容物の温度を監視する段階を更に含んでいる。同様に、本発明は、容器とその内容物をマイクロ波で照射している間に、容器、即ちその内容物の圧力を監視する段階を含む本方法用の器具を提供している。

本方法は、更に、圧力又は温度何れかの監視結果に基づいて、容器とその内容物へのマイクロ波の印加を調整する段階を更に含むことができる。勿論、圧力の監視は、ここに記載されている器具を使って行われる。温度の監視は、援用した‘８４６号出願に記載されている方法による赤外線検知を使用する適切な方法で実行することができる。マイクロ波で照射されているサンプルの温度の赤外線監視については、一般譲渡されている米国特許第６，２７７，０４１号にも記載されている。監視された情報は適切なプロセッサに送られ、プロセッサは、１つ又は複数の調整技法を使ってマイクロ波の印加を制御する。１つの調整技法は、一般譲渡された米国特許第６，０８４，２２６号及び第６，２８８，３７９号に記載されているような、切替電源の使用である。監視された温度又は圧力に応えてマイクロ波の印加を調整する別の方法は、一般譲渡されている米国特許第５，７９６，０８０号に記載されている。

更に、関連する態様において、本発明は、複数の試薬と容器との組み合わせでマイクロ波支援化学反応を実行する方法である。この態様では、本方法は、複数のマイクロ波透過容器に試薬を加える段階と、圧力解放に抗して各容器をシールで固定する段階とを含んでいる。従って、本方法は、針を、第１の容器のシールを貫通して圧力固定容器内へ挿入し、針を通して密封容器の内側との流体連通を形成する段階と、容器内側の圧力と容器の温度を監視しながら容器とその内容物をマイクロ波で照射する段階と、監視した温度と圧力に応えて容器へのマイクロ波の印加を調整する段階と、照射段階と調整段階の後で、永久的に又は取り返しが付かないほど容器のシールを破ることなく第１の容器から針を取り外す段階と、を含んでいる。特に、本方法のこの態様は、挿入段階、照射段階、監視段階、調整段階及び取り外す段階を、第２の及びそれに続く複数の容器に、繰り返す段階を含んでいる。

特定の状況では、本方法は、異なる試薬セットを少なくとも第２の容器に加えるか、又は、異なる試薬セットを各容器に加える段階を含んでいる。次いで、マイクロ波の印加を調整する段階は、マイクロ波出力を調整する段階、デューティサイクルを調整する段階、又は、マイクロ波供給源と容器の間のマイクロ波の伝搬を物理的に調整する段階を含んでいてもよい。

本発明の構造的な態様に関して本明細書に記載されているように、この態様では、温度を監視する段階は、容器を侵襲することなく温度を光学的に監視する段階を含んでいてもよく、圧力を監視する段階は、針を通して容器の内側と連通している密封された流路内に配置された変換器で圧力を監視する段階を含んでいてもよい。

図面及び明細書では本発明の好適な実施形態を記載しており、特定の用語を採用しているが、それらは、包括的且つ説明的な意味で使用しているだけであり、限定する目的ではなく、本発明の範囲は特許請求の範囲に定めている。

本発明の市販用実施形態の斜視図である。 本発明の、圧力モジュールアッセンブリ、容器アッセンブリ、及び減衰器アッセンブリの、部分分解斜視図である。 本発明で使用されるマイクロ波空洞と、付帯する導波管の斜視図である。 それぞれの作動位置にある、減衰器アッセンブリ、容器アッセンブリ、及び圧力モジュールアッセンブリの断面図である。 圧力容器アッセンブリの別の実施形態の断面図である。 本発明による圧力モジュールアッセンブリの分解図である。 本発明による圧力モジュールアッセンブリの第２実施形態の分解図である。 圧力モジュールアッセンブリの第１実施形態の一部分の拡大断面図である。 減衰器アッセンブリの部分分解図である。 本発明の減衰器アッセンブリの断面図である。

Claims (29)

1. 制御されたマイクロ波支援化学処理を実行するための、比較的少量のサンプルを取り扱うのに特に有用な器具において、
   開いた口部を有するマイクロ波透過反応容器と、
   前記容器の前記口部の耐圧力シールと、
   一部分が第１の端部で前記シールを貫通し、前記容器内への流体連通を形成する針と、
   前記針の反対側の端部に在り、前記針を通して前記容器の内側と流体連通している圧力変換器と、
   前記容器の外側の前記針の部分から流体ポートまでの、前記針、前記容器の内側、及び前記変換器と連通している圧力制御流路と、
   前記ポートと関係付けられている、前記流路用の制御可能な圧力解放弁と、を備えている器具。
2. 前記シールは、前記シールを貫通して前記針を挿入できるようにするために、金属キャップと貫通可能な隔壁とを含んでいる、請求項１に記載の器具。
3. 前記容器は、ガラス、水晶、ポリマー及びそれらの組み合わせから成るグループから選択される材料を含んでいる、請求項１に記載の器具。
4. 前記圧力制御流路は、前記針と同軸である部分と、前記針と同軸でない部分とを含んでいる、請求項１に記載の器具。
5. 前記容器を中に受け入れるための空洞と、
   前記空洞と連通しているマイクロ波放射源と、
   前記空洞内のマイクロ波が減衰器を超えて伝播しないようにするためのマイクロ波減衰器と、を更に備えている、請求項１に記載の器具。
6. マイクロ波支援化学反応を実行する方法において、
   マイクロ波透過容器に試薬を加える段階と、
   圧力解放に抗して前記容器をシールで固定する段階と、
   その後、シールを通して針を圧力固定容器内に挿入し、前記針を通して前記密封容器の内部と流体連通を作り出す段階と、
   前記容器とその内容物をマイクロ波で照射する段階と、
   前記シールを破ることなく、前記密封容器の内部とその周囲環境との間の流体連通を形成するする段階と、から成る方法。
7. 前記容器を照射する段階に続いて、前記容器から前記針を取り外す段階と、
   最初の容器から針を取り外す前記段階に続いて、前記針を第２容器に挿入する段階と、
   前記針を前記第２容器に挿入する前記段階に続いて、前記第２容器をマイクロ波で照射する段階と、を更に備えている、請求項６に記載の方法。
8. 前記容器とその内容物をマイクロ波で照射している間に、前記容器又はその内容物の温度を監視する段階を備えている、請求項６に記載の方法。
9. 前記容器とその内容物をマイクロ波で照射している間に、前記容器の内側の圧力を監視する段階を備えている、請求項６に記載の方法。
10. 監視結果に基づいて、前記容器とその内容物へのマイクロ波の印加を調整する段階を備えている、請求項８又は９に記載の方法。
11. 複数のマイクロ波透過容器に試薬を加える段階と、
    圧力解放に抗して前記各容器をシールで固定する段階と、
    その後、前記シールを永久的に破ることなく、前記容器の第１容器のシールを通して針を前記圧力固定容器に挿入し、前記針を通して前記密封容器の内部と流体連通を作り出す段階と、
    前記容器の内側の圧力及び前記容器の温度を監視しながら、前記容器とその内容物をマイクロ波で照射する段階と、
    監視された温度及び圧力に応えて、前記容器へのマイクロ波の印加を調整する段階と、
    前記シールを破ることなく、前記密封容器の内部とその周囲環境の間の流体連通を形成する段階と、
    前記照射及び調整段階に続いて、前記容器のシールを永久的に破ることなく、前記第１容器から前記針を取り外す段階と、
    前記複数の容器の中の第２の及び後続の容器に、前記挿入段階、照射段階、監視段階、調整段階、連通段階及び取り外す段階を繰り返す段階と、を含んでいる、請求項６に記載の方法。
12. 少なくとも前記第２容器に異なる試薬セットを加える段階を含んでいる、請求項１１に記載の方法。
13. 各容器に異なる試薬セットを加える段階を含んでいる、請求項１１に記載の方法。
14. マイクロ波の印加を調整する前記段階は、マイクロ波出力を調整する段階か、デューティサイクルを調整する段階か、又は、マイクロ波供給源と前記容器の間のマイクロ波の伝搬を物理的に調整する段階を含んでいる、請求項１１に記載の方法。
15. 温度を監視する前記段階は、前記容器を侵襲することなく、前記温度を光学的に監視する段階を含んでいる、請求項１１に記載の方法。
16. 圧力を監視する前記段階は、前記針を通して前記容器の内部と連通している密封流路内に配置されている変換器によって圧力を監視する段階を含んでいる、請求項１１に記載の方法。
17. 制御されたマイクロ波支援化学処理を実行するための、比較的少量のサンプルを取り扱うのに特に有用な器具において、
    マイクロ波空洞と、
    マイクロ波透過容器を含む容器アッセンブリと、
    前記容器アッセンブリを受け入れ、少なくとも前記容器の一部を前記マイクロ波空洞内に位置決めするための前記空洞内の座と、
    前記容器アッセンブリを前記座にロックするためのロック手段と、
    前記容器と流体連通している弁と、
    前記座から前記容器アッセンブリを解放するための解放機構と、を備えている器具。
18. 制御されたマイクロ波支援化学処理を実行するための、比較的少量のサンプルを取り扱うのに特に有用な器具において、
    密封された容器を含む容器アッセンブリと、
    前記容器と流体連通している弁と、
    前記容器アッセンブリと取り外し可能且つ係合可能で、係合しているときには前記密封された容器の内側の圧力を測定するための手段を含んでいる圧力モジュールアッセンブリと、
    係合している前記容器アッセンブリと前記圧力モジュールアッセンブリとを取り外し可能に受け入れ、前記空洞から漏れ出るマイクロ波に対する減衰バリアーを提供しながら、前記容器の一部をマイクロ波空洞内に位置決めし、前記容器と容器アッセンブリの一部を前記空洞の外側に位置決めするための減衰器アッセンブリと、を備えている器具。
19. 前記減衰器アッセンブリと係合しているマイクロ波空洞と、マイクロ波放射を前記空洞に送るために前記空洞と連通しているマイクロ波供給源と、を更に備えている、請求項１８に記載の器具。
20. 前記容器は、マイクロ波透過容器であり、前記容器アッセンブリは、前記容器の口部に耐圧力性の機械的に貫通可能なシールを含んでいる、請求項１８に記載の器具。
21. 前記圧力モジュールアッセンブリは、前記シールを貫通するための針と、反応が進行している際に、前記容器の内側の圧力を測定するために前記針と密封連通している圧力変換器と、を含んでいる、請求項２０に記載の器具。
22. 前記圧力モジュールアッセンブリは、前記容器と前記変換器の間の位置に、前記針と連通している制御可能な通気ポートを更に備えている、請求項２１に記載の器具。
23. 前記容器アッセンブリと前記減衰器アッセンブリの間の関係が、前記針と前記空洞内のマイクロ波の伝搬の間の干渉を避けるように、前記針を前記容器内に位置決めする、請求項２１に記載の器具。
24. マイクロ波器具のための圧力逃がし構造において、
    針と、
    前記針に隣接し、前記針と同軸のシャフトを有し、それと連通している針シールと、
    前記針シールに関し前記針の反対側にあり、前記シャフトと連通している圧力変換器と、
    前記針を前記針シールに保持し、前記針シールを前記変換器に保持しているハウジングと、
    前記ハウジングと前記針シールの間に形成されているチャンバと、
    前記同軸のシャフトから前記ハウジング内の前記チャンバまで前記針シールを通過する横方向シャフトと、
    前記チャンバと連通している弁と、を備えている圧力逃がし構造。
25. 前記針シールは円筒形であり、前記ハウジングは円筒形で、前記針シールを取り囲んでおり、前記チャンバは、前記針シールと前記ハウジングとによって、両者の間に画定される環状である、請求項２４に記載の器具。
26. 前記横方向シャフトは、前記針シール内の前記同軸シャフトに垂直である、請求項２４に記載の器具。
27. マイクロ波器具のための減衰器アッセンブリにおいて、
    マイクロ波減衰器と、
    前記減衰器をマイクロ波空洞にロックするための前記減衰器上のロックリングと、
    前記ロックリングと係合可能な環状のハウジングと、
    前記ハウジングの内側円周からその中心に向かって内向きに押される、前記ハウジング内の複数のばね負荷ピストンと、
    前記ピストンを、前記ハウジングの内側周辺から外方向に制御可能に押すための手段と、を備えている減衰器アッセンブリ。
28. 前記ピストンを外方向に制御可能に押すための前記手段は、
    前記減衰器と前記ハウジングの間の、前記ピストンと連通しているチャネルと、
    圧縮空気が前記チャネルに供給されるときに前記ピストンを外向きに押すための、前記チャネルと連通している圧縮空気の供給源と、を備えている、請求項２７に記載の減衰器アッセンブリ。
29. 前記ピストンを外向きに押すための前記手段は、
    前記減衰器と前記ハウジングの間の、前記ピストンと連通している円周状のチャネルと、
    前記ハウジング内のポートであって、前記チャネルと連通しているので、前記ポートへ流体が供給されると、前記ピストンに対して圧力を掛け、前記ピストンを円周の外向きに動かすように構成されているポートと、を備えている、請求項２７に記載の減衰器アッセンブリ。

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