JP2009519825A - 化学プロセスを制御するための装置及び方法 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】本発明は、化学プロセスを制御する方法であって、該方法は、(i)第一試薬(或いは一種又はそれより多くのその前躯体)を供給する、第一流体の層流、第二試薬(或いは一種又はそれより多くのその前躯体)を供給する、第二流体の層流、及びバリア流体の層流、を供給する工程、並びに(ii)前記バリア流体が、前記第一試薬(或いは一種又はそれより多くのその前躯体)と前記第二試薬(或いは一種又はそれより多くのその前躯体)との間にバリアを形成するように、前記第一流体と前記バリア流体とを互いに接触させる工程を含み、ここで前記工程(ii)が、前記バリア流体により包み込まれたか又は挟まれた前記第一流体のセグメントを形成することを含み、該セグメントが、前記第二流体により取り囲まれており、そして該バリア流体が、前記第一試薬及び前記第二試薬の一方又は両方に対して浸透性である、化学プロセスを制御する方法を提供する。本発明の方法を実施するための装置も提供される。
【選択図】図1
Description
特定のマイクロ流体装置が知られており、そして、第二流体の流れの中に配置された第一流体のセグメントを造るために使用されている。
第一試薬(或いは一種又はそれより多くのその前躯体)を供給する第一流体を移送するための第一移送導管、
第二試薬(或いは一種又はそれより多くのその前躯体)を供給する第二流体を移送するために、分岐合流領域において前記第一試薬移送導管と合流する、第一側部移送導管及び第二側部移送導管
を有するマイクロ流体装置であって、
ここで前記第一側部移送導管及び第二側部移送導管の各々が、前記第二流体用入口及びバリア流体用入口を含み、そして該装置は、該装置が、前記第一試薬(或いは一種又はそれより多くのその前躯体)と前記第二試薬(或いは一種又はそれより多くのその前躯体)との間にバリア流体がバリアを形成することが可能なように、配列されているマイクロ流体装置である。
の深さ及び1mm未満の幅を有する導管に関するものである。第一試薬移送導管を通る第一流体の流速は、例えば、都合良くは、約0.02mL/時間ないし5mL/時間、より好ましくは約0.1mL/時間ないし2mL/時間であってよい。バリア流体の流速は、約0.2mL/時間ないし15mL/時間、好ましくは約1mL/時間ないし3mL/時間であってよい。第二流体の流速は、約0.4mL/時間ないし25mL/時間、好ましくは約2mL/時間ないし5mL/時間であってよい。
ましい。これは、分岐合流部において形成されており、そしてバリア流体により包み込まれているか又は挟まれている、第一流体からなる円錐形態を取り得る。このような配列は、バリア流体層により包み込まれている第一流体のビーズ又は球の形成を導き得る。
第一試薬(或いは一種又はそれより多くのその前躯体)を供給する第一流体を運ぶための第一移送導管、
バリア流体を運ぶための第一側部導管及び第二側部導管、
第二試薬(或いは一種又はそれより多くのその前躯体)を供給する第二流体を運ぶための第三側部導管及び第四側部導管
分岐合流領域であって、それから、第一包み込み流れ導管が延長している分岐合流領域において、第一移送導管と合流している第一側部導管及び第二側部導管
を含み、
該装置(好ましくは分岐合流領域)が、バリア流体が、第一流体を包み込むか又は挟むことが可能なように配列されているマイクロ流体装置であって、
ここで前記第三側部導管及び第四側部導管が、分岐合流領域において、前記第一包み込み流れ導管と合流しており、
前記分岐合流領域が、バリア流体が、第一試薬(或いは一種又はそれより多くのその前躯体)と第二試薬(或いは一種又はそれより多くのその前躯体)との間にバリアを形成することが可能なように配列されているマイクロ流体装置が提供される。
第一試薬(或いは一種又はそれより多くのその前躯体)を供給する第一流体を運ぶための第一内側移送導管、
バリア流体を運ぶための第一外側移送導管、
各々、第一包み込み流れ導管と流体接続している出口を有し、バリア流体が、前記第一包み込み流れ導管内において、前記第一流体を包み込むか又は挟むことが可能なように配列されている、第一外側移送導管及び第一内側移送導管、
第二試薬(或いは一種又はそれより多くのその前躯体)を供給する第二流体を運ぶために、第二外側移送導管の内側に延長している第二内側移送導管を形成している前記第一包み込み流れ導管、
バリア流体が、第一試薬(或いは一種又はそれより多くのその前躯体)と第二試薬(或いは一種又はそれより多くのその前躯体)との間にバリアを形成することが可能なように配列されている、各々出口を有する前記第一包み込み流れ導管及び前記第二外側移送導管を含むマイクロ流体装置が提供される。
第一試薬(或いは一種又はそれより多くのその前躯体)を供給する第一流体を移送するための内側移送導管、
バリア流体を移送するための外側移送導管、
バリア流体が、第一包み込み流れ導管内において、第一流体を包み込むか又は挟むことが可能なように配列されている、各々、第一包み込み流れ導管と流体接続している出口を有する第一外側移送導管及び第一内側移送導管、
第二試薬(或いは一種又はそれより多くのその前躯体)を供給する第二流体を移送するための第一側部移送導管及び第二側部移送導管、
バリア流体が、第一試薬(或いは一種又はそれより多くのその前躯体)と第二試薬(或いは一種又はそれより多くのその前躯体)との間にバリアを形成することが可能なように配列されている分岐合流領域において、第一包み込み流れ導管と合流している第一側部移送導管及び第二側部移送導管、
を含むマイクロ流体装置が提供される。
第一試薬(或いは一種又はそれより多くのその前躯体)を供給する第一流体を移送するための第一移送導管、
バリア流体を移送するための第一側部移送導管及び第二側部移送導管、
分岐合流領域であって、それから、第一包み込み流れ導管が延長している分岐合流領域において、第一移送導管と合流している第一側部移送導管及び第二側部移送導管、
バリア流体が、第一包み込み流れ導管内において、第一流体を包み込むか又は挟むことが可能なように配列されている分岐合流領域、
第二試薬(或いは一種又はそれより多くのその前躯体)を供給する第二流体を移送するために、外側移送導管の内部に延長している内側導管を形成している第一包み込み流れ導管、
バリア流体が、第一試薬(或いは一種又はそれより多くのその前躯体)と第二試薬(或いは一種又はそれより多くのその前躯体)との間にバリアを形成することが可能なように配列されている出口を各々有する第一包み込み流れ導管及び外側移送導管、
を含むマイクロ流体装置が提供される。
第一試薬(或いは一種又はそれより多くのその前躯体)を供給する第一流体を運ぶための第一内側移送導管、
バリア流体を運ぶための第一外側移送導管、
第二試薬(或いは一種又はそれより多くのその前躯体)を供給する第二流体を運ぶための第二外側移送導管、
第一外側移送導管の内側に配置されており、そして該第一外側移送導管が、バリア流体が、第一試薬(或いは一種又はそれより多くのその前躯体)と第二試薬(或いは一種又はそれより多くのその前躯体)との間にバリアを形成することが可能なように、第二外側移送導管の内側に配置されている第一内側移送導管、
を含むマイクロ流体装置が提供される。
化学プロセスを制御する方法であって、該方法は、
(i)第一試薬(或いは一種又はそれより多くのその前躯体)を供給する、第一流体の層流、第二試薬(或いは一種又はそれより多くのその前躯体)を供給する、第二流体の層流、及びバリア流体の層流、を供給する工程、並びに
(ii)前記バリア流体が、前記第一試薬(或いは一種又はそれより多くのその前躯体)と前記第二試薬(或いは一種又はそれより多くのその前躯体)との間にバリアを形成するように、前記第一流体と前記バリア流体とを互いに接触させる工程
を含む方法が提供される。
前記方法が、第一試薬と第二試薬との間の化学反応を制御する方法であることが好ましい。
又は両方に浸透性であり得る。こうして、バリア流体を通る、試薬の一方又は両方(或いはそれらの前躯体の一方又は両方)の制御された通過は、二者の間に起こる反応又は他のプロセスが制御されることを可能にする。
(i)第一試薬(或いは一種又はそれより多くのその前躯体)を供給する第一流体の層流、第二試薬(或いは一種又はそれより多くのその前躯体)を供給する第二流体の層流を提供すること;ここで前記第二流体は、前記第二試薬(或いは一種又はそれより多くのその前躯体)が実質的に欠けているバリア領域を含む、並びに
(ii)前記バリア領域が、前記第一試薬(或いは一種又はそれより多くのその前躯体)と前記第二試薬(或いは一種又はそれより多くのその前躯体)との間にバリアを形成するように、前記第一流体と前記第二流体とを互いに接触させる工程
を含む方法が提供される。
図1は、本発明の方法が使用されている、本発明の第一観点による装置の概略構成図である。
図2は、本発明の方法が使用されている、本発明の第一観点による装置の別の概略構成図である。
図3は、本発明の第一観点による装置の変更された実施態様を示す。
図3aは、図3の装置の一領域を非常に詳細に示す。
図4は、本発明の第二観点による装置の概略構成図である。
図5は、本発明の第三観点による装置の概略構成図である。
図6は、本発明の第六観点による装置の概略構成図である。
導管4及び第二バリア流体導管5に導入される。同様に、第二流体9が、第一試薬流体導管7及び第二試薬流体導管8に導入される。第一流体、第二流体及びバリア流体の流れは、実質的に層流である。各々のバリア流体導管4、5は、分岐合流部10、12において、各々の試薬流体導管7、8に出会う。バリア流体6の層流及び第二流体9の層流は、その後、図1に示されるように、第一側部移送導管11及び第二側部移送導管13に沿って動かされる。第一側部移送導管11及び第二側部移送導管13は、分岐合流領域14において、第一移送導管2に出会う。
工することにより形成される。基材から材料を除去する他の公知方法を使用してもよい。このようなチャネル又は導管は、典型的には、幅1000μm未満である。導管は、実質的に四角形又は半円形の断面を有し得る。
図1において、0.5質量/容量%炭酸カルシウム懸濁液を含むアルギン酸ナトリウム溶液3を、第一移送導管2に導入した。ひまわり油9中の50mM酢酸溶液を、第一試薬流体導管7の入口(I)及び第二試薬流体導管8の入口(I)に導入した。ひまわり油6を、第一バリア流体導管4及び第二バリア流体導管5に導入した。バリア流体(この場合は、ひまわり油)及び第二試薬を含む流体(酢酸を含むひまわり油)を、第一側部移送導管11及び第二側部移送導管13を経由して、分岐合流領域14に移送した。アルギン酸ナトリウム溶液3は、ひまわり油9及びバリア流体6と不混和性であり、そして球状セグメントが、分岐合流領域14に形成された。前記セグメントは、その後、機能性導管15に運び下ろされた。ひまわり油6は、炭酸カルシウムと酢酸との間にバリアを提供した。バリア流体として機能するひまわり油6を横切る濃度勾配が、初期に存在すると信じられている。濃度勾配により駆動されて、酢酸を含むひまわり油9から、バリア流体として機能するひまわり油6を横切って、アルギン酸塩溶液3に、酢酸が拡散するように見えた。炭酸カルシウムは、以下に示される反応式1に従って、酢酸と反応してカルシウムイオンを放出する。
CaCO3 +2H+ →Ca2++CO2 +H2 O 反応式1
カルシウムイオンは、アルギン酸塩においてナトリウムイオンと変換され、アルギン酸塩鎖を架橋して、固体ビーズを形成せしめる。
ひまわり油バリア流体の不存在下においては、炭酸塩を含むアルギン酸塩溶液3及び酢酸を含むひまわり油9が、分岐合流領域14において互いに接触し、酸と炭酸塩とが殆ど即座に反応し、その結果、分岐合流領域14においてゲルを形成せしめた。これは、装置を閉塞せしめ、そして使用不能にした。
アルギン酸ナトリウム溶液3を、第一移送導管2に導入した。硝酸カルシウム四水和物53mM及びシクヘキサン酪酸カルシウム5mMを含むオクタノール9を、第一試薬流体導管7及び第二試薬流体導管8に導入した。オクタノール6は、第一バリア流体導管4及び第二バリア流体導管5に導入した。バリア流体(この場合は、オクタノール)及び第二試薬を含む流体(カルシウム化合物を含むオクタノール)を、第一側部移送導管11及び第二側部移送導管13を経由して、分岐合流領域14に移送した。アルギン酸ナトリウム溶液3は、オクタノール9及びバリア流体6と不混和性であり、そして球状セグメントが、分岐合流領域14に形成された。前記セグメントは、その後、機能性導管15に運び下ろされた。オクタノール6は、アルギン酸塩種と、カルシウムを含むオクタノール9中のカルシウムイオンとの間にバリアを提供した。バリア流体として機能するオクタノール6を横切る濃度勾配が、初期に存在すると信じられている。濃度勾配により駆動されて、カルシウムイオンを含むオクタノール9から、オクタノールバリア流体6を横切って、アルギン酸塩溶液3に、カルシウムイオンが拡散するように見えた。
カルシウムイオンは、アルギン酸塩においてナトリウムイオンと変換され、アルギン酸塩鎖を架橋して、固体ビーズを形成せしめる。
バリア流体の不存在下においては、アルギン酸塩溶液3及びカルシウムイオンを含むオクタノール9が、分岐合流領域14において互いに接触し、カルシウムイオンとアルギン酸塩種とが殆ど即座に反応し、その結果、分岐合流領域14においてゲルを形成せしめた。これは、装置を閉塞せしめ、そして使用不能にした。
ことを可能にする。第一移送導管32は、一連の屈曲部を含む部分56を備えている。前記屈曲部は、前記混和性成分の混合を助ける。
前記装置は、本質的に、図1に関して上に記載されたように操作される。
306を運ぶ第一外側移送導管304及び、第二試薬を供給する第二流体309を運ぶ第二外側移送導管307を更に含む。第一内側移送導管302は、第一外側移送導管304の内側に配置されており、そして第一外側移送導管304は、バリア流体306が、第一試薬と第二試薬との間にバリアを形成するのが可能なように、第二外側移送導管307の内側に配置されている。第一内側移送導管及び第一外側移送導管の端部は、”e”と表記されている。
Claims (26)
- 化学プロセスを制御する方法であって、該方法は、
(i)第一試薬(或いは一種又はそれより多くのその前躯体)を供給する、第一流体の層流、第二試薬(或いは一種又はそれより多くのその前躯体)を供給する、第二流体の層流、及びバリア流体の層流、を供給する工程、並びに
(ii)前記バリア流体が、前記第一試薬(或いは一種又はそれより多くのその前躯体)と前記第二試薬(或いは一種又はそれより多くのその前躯体)との間にバリアを形成するように、前記第一流体と前記バリア流体とを互いに接触させる工程
を含み、
ここで前記工程(ii)が、前記バリア流体により包み込まれたか又は挟まれた前記第一流体のセグメントを形成することを含み、該セグメントが、前記第二流体により取り囲まれており、そして該バリア流体が、前記第一試薬及び前記第二試薬の一方又は両方に対して浸透性である、化学プロセスを制御する方法。 - 前記第一試薬と前記第二試薬との間の化学反応を制御する方法を含む、請求項1に記載の方法。
- 前記セグメントの形成に先立って、前記第一流体が前記バリア流体により包み込まれるか又は挟まれるようにせしめることを含む、請求項1又は2に記載の方法。
- 前記第二流体により前記バリア流体を包み込むか又は挟むのに先立って、前記バリア流体により前記第一流体を包み込むか又は挟むことを含む、請求項3に記載の方法。
- 前記バリア流体により前記第一流体を包み込むか又は挟む前に、前記バリア流体を前記第二流体と接触させることを含む、請求項3に記載の方法。
- 前記バリア流体を横断して濃度勾配又は拡散勾配が存在し、該濃度勾配又は該拡散勾配が、該バリア流体を横断する前記第一試薬又は前記第二試薬の移動速度を制御する、請求項1ないし5の何れか一項に記載の方法。
- 前記バリア流体の複数の層流を供給し、該バリア流体の層流を、一つの側より多くの側から前記第一流体と接触させることを含む、請求項1ないし6の何れか一項に記載の方法。
- 前記第二流体の複数の層流を供給することを含む、請求項1ないし7の何れか一項に記載の方法。
- 前記第二流体の層流の各々が、前記バリア流体の層流と接続される、請求項8に記載の方法。
- 分岐合流領域を有するマイクロ流体装置を備えていることからなる請求項1ないし9の何れか一項に記載の方法であって、該分岐合流領域において、前記バリア流体が前記第一流体と接触され得、該バリア流体が、一つの側より多くの側から前記第一流体と出会うことを可能にするように、該分岐合流部が配置されている方法。
- 第一試薬導管並びに第一側部試薬導管及び第二側部試薬導管を有するマイクロ流体装置を備えていることからなる請求項1ないし10の何れか一項に記載の方法であって、該第一側部試薬導管及び第二側部試薬導管が、前記分岐合流領域において、該第一試薬導管と合流する方法。
- 重合反応及び酸−塩基反応の一方又は両方の制御及び実施において使用される、請求項1ないし11の何れか一項に記載の方法。
- 前記バリア流体が前記第二流体を含む、請求項1ないし12の何れか一項に記載の方法。
- 前記第二流体の流速が、前記第一流体の流速よりも大きい前記バリア流体の流速よりも大きい、請求項1ないし13の何れか一項に記載の方法。
- 前記第一流体が前記第一試薬の前躯体を供給し、そして、前記段階(i)が、前記第一試薬の別の前躯体を供給する、第四流体の層流を供給することを更に含み、前記段階(ii)に先立って前記第一流体の層流と前記第四流体の層流とが平行層流であり、前記第一流体と第四流体とが互いに接触する、請求項1ないし14の何れか一項に記載の方法。
- 化学プロセスを制御する方法であって、該方法は、
(i)(第一試薬及び一種又はそれより多くのその前躯体から選択された)第一の種を供給する、第一流体の層流、(第二試薬及び一種又はそれより多くのその前躯体から選択された)第二の種を供給する、第二流体の層流、及びバリア流体の層流、を供給する工程、並びに
(ii)前記バリア流体が、前記第一の種(或いは一種又はそれより多くのその前躯体)と前記第二の種(或いは一種又はそれより多くのその前躯体)との間にバリアを形成するように、前記第一流体と前記バリア流体とを互いに接触させる工程
を含み、
ここで前記工程(ii)が、前記バリア流体により包み込まれたか又は挟まれた前記第一流体のセグメントを形成することを含み、該セグメントが、前記第二流体により取り囲まれ、そして該バリア流体が、前記第一の種及び前記第二の種の一方又は両方に対して浸透性である方法。 - 化学プロセスを制御する方法であって、該方法は、
(i)第一試薬(或いは一種又はそれより多くのその前躯体)を供給する、第一流体の層流、第二試薬(或いは一種又はそれより多くのその前躯体)を供給する、第二流体の層流、及びバリア流体の層流を供給する工程、並びに
(ii)前記バリア流体が、前記第一試薬(或いは一種又はそれより多くのその前躯体)と前記第二試薬(或いは一種又はそれより多くのその前躯体)との間にバリアを形成するように、前記第一流体と前記バリア流体とを互いに接触させる工程
を含み、
該方法が、前記バリア流体により前記第一流体を包み込むか又は挟む前に、前記バリア流体を前記第二流体と接触させることを更に含む方法。 - 固体セグメントを造る方法であって、該方法は、
(i)第一試薬(或いは一種又はそれより多くの該第一試薬の前躯体)を備えた、第一流体の層流を供給する工程、
(ii)第二試薬(或いは一種又はそれより多くの前記第二試薬の前躯体)を備えた、第二流体の層流を供給し、固体セグメントを形成するように、前記第一試薬と前記第二試薬とを反応させ、前記第一流体と前記第二流体とは互いに不混和性である工程、
(iii)前記第二試薬(或いは一種又はそれより多くのその前躯体)に対して浸透性である、バリア流体の層流を提供する工程、
(iv)前記バリア流体が、前記第一試薬(或いは一種又はそれより多くのその前躯体)と前記第二試薬(或いは一種又はそれより多くのその前躯体)との間にバリアを形成する
ように、前記第一流体と前記バリア流体とを互いに接触させる工程、並びに
(v)前記バリア流体により封入された前記第一流体のセグメントであって、前記第二流体により取り囲まれているセグメントを形成する工程
を含む方法。 - 第一試薬(或いは一種又はそれより多くのその前躯体)を供給する第一流体を移送するための第一移送導管、
第二試薬(或いは一種又はそれより多くのその前躯体)を供給する第二流体を移送するために、分岐合流領域において前記第一試薬移送導管と合流する、第一側部移送導管及び第二側部移送導管
を有するマイクロ流体装置であって、
ここで前記第一側部移送導管及び第二側部移送導管の各々が、前記第二流体用入口及びバリア流体用入口を含み、そして該装置は、該装置が、前記第一試薬(或いは一種又はそれより多くのその前躯体)と前記第二試薬(或いは一種又はそれより多くのその前躯体)との間にバリアを形成することが可能なように、配列されているマイクロ流体装置。 - 前記バリア流体用入口が各々の側部移送導管の一端に接続され、そして対応する前記第二流体用入口が各々の側部移送導管の他端に接続されており、
ここで前記各々の側部移送導管の一端が、前記各々の側部移送導管の他端の上流の前記第一移送導管に分岐合流している、請求項19に記載のマイクロ流体装置。 - 前記バリア流体により包み込まれたか又は挟まれた前記第一流体のセグメントの流れを生じさせるために、狭窄部又は他の不連続部により、分岐合流領域が形成されるか、又は備えられている、請求項19又は20に記載のマイクロ流体装置。
- 第一試薬及び第二試薬を運び去るために前記分岐合流領域から延長している機能性導管を更に含む、請求項19ないし21の何れか一項に記載のマイクロ流体装置。
- 前記機能性導管が、前記分岐合流領域の下流に、断面積の拡大で備えられている、請求項21に記載のマイクロ流体装置。
- 前記第一移送導管に接続された複数の入口導管であって、該入口導管の少なくとも二つは、(a)分岐合流部と合流して該第一移送導管を形成しているか、又は、(b)入口導管分岐合流領域において前記第一移送導管と合流しているか、の何れかである入口導管を更に含む、請求項19ないし23の何れか一項に記載のマイクロ流体装置。
- 前記機能性導管が、一つ又はそれより多くの屈曲部を含む、請求項19ないし24の何れか一項に記載のマイクロ流体装置。
- 前記第一移送導管が、一つ又はそれより多くの屈曲部を含む、請求項19ないし25の何れか一項に記載のマイクロ流体装置。
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