JP2012192300A

JP2012192300A - マイクロリアクタ

Info

Publication number: JP2012192300A
Application number: JP2011055871A
Authority: JP
Inventors: Takashi Onaga; 崇大永
Original assignee: Toyama Prefecture
Current assignee: Toyama Prefecture
Priority date: 2011-03-14
Filing date: 2011-03-14
Publication date: 2012-10-11
Anticipated expiration: 2031-03-14
Also published as: JP5838418B2

Abstract

【課題】アッセイが容易で、流路、反応空間等の断面精度及びシール性に優れたマイクロリアクタの提供を目的とする。
【解決手段】表面に開口したマイクロ流路を有するベース体と、ベース体の上に直接又は中間体を介して重ね合せる蓋体とを備え、前記ベース体は流体の供給凹部及び排出凹部を有するとともに当該供給凹部と排出凹部に位置決めマークを有し、前記蓋体は上下方向に貫通した、流体の供給口及び排出口を有し、当該蓋体に有する供給口及び排出口を前記ベース体に設けた供給凹部と排出凹部とに有するそれぞれの位置決めマークに位置合せをして重ね合せることを可能にしたことを特徴とする。
【選択図】図１

Description

本発明は、アッセイが容易なマイクロリアクタに関する。

マイクロリアクタは数ミクロン〜数百ミクロンの溝や凹部を内部に有し、この内部に微少の流体を流し、各種生化学反応、抗体反応、電気化学反応、合成反応、分析化学反応等を行わせるマイクロデバイスである。

このような微細流路からなるマイクロリアクタは、流体の流路、反応微少空間等を形成するために表面に開口した溝や凹部を有するベース体に蓋体を重ね合せることで製作されている（特許文献１）。
また、三次元構造の流路を形成する場合には溝や凹部を有するベース体の上に、溝や上下方向に貫通した流路等を形成した一枚以上の中間体を重ね、さらにその上に蓋体を重ね合せ製作されている（特許文献２）。
ベース体の上に直接蓋体を重ね合せる場合であってもベース体の上に中間体を介して蓋体を重ね合せる場合であっても蓋体を重ね合せる際にベース体や中間体との精度高い位置決めが重要であり、また蓋体を重ね合せる際に流路の断面形状や反応空間容量が変化しないようにする必要もある。

反応系を蛍光等の光学的に検出する場合には微細な流路等を形成したベース体や蓋体等が透光性の有する材質で製作されているので、さらに蓋体のベース体等への位置決めが大変であった。

特許文献３は同公報段落（００３４）に、位置決めマークによる位置検出機構を開示するが、蓋体の流体供給口、排出口に関連付けて設けたものでなく、アッセイ時の位置決めが必ずしも容易でない。

特許第４３４７７３６号公報特表平１０−５０３７０８号公報特開２００７−３０７６４４号公報

本発明はアッセイが容易で、流路、反応空間等の断面精度及びシール性に優れたマイクロリアクタの提供を目的とする。

本発目に係るマイクロリアクタは、表面に開口したマイクロ流路を有するベース体と、ベース体の上に直接又は中間体を介して重ね合せる蓋体とを備え、前記ベース体は流体の供給凹部及び排出凹部を有するとともに当該供給凹部と排出凹部に位置決めマークを有し、前記蓋体は上下方向に貫通した、流体の供給口及び排出口を有し、当該蓋体に有する供給口及び排出口を前記ベース体に設けた供給凹部と排出凹部とに有するそれぞれの位置決めマークに位置合せをして重ね合せることを可能にしたことを特徴とする。
ここで、供給口はマイクロリアクタ内部に流体を供給するためのものであり、マイクロリアクタの用途により１つに限らず、異なる複数の原流体毎に供給口を設ける等、複数有する場合があり、同様に排出口も複数あってよい。
供給口又は／及び排出口が複数ある場合には、その少なくとも１つ以上の供給口と排出口とを位置決めするためのマークがベース体の供給凹部と排出凹部とに有すればよい。

本発明は、ベース体を載置アッセイするための下部保持体を設けるとさらにマイクロリアクタのアッセイが容易で、表面に開口したマイクロ流路を有する透光性のあるベース体と、ベース体の上に直接又は中間体を介して重ね合せる蓋体とを備え、前記ベース体は流体の供給凹部及び排出凹部を有し、蓋体は前記ベース体の供給凹部に対応し貫通した供給口及び前記ベース体の排出凹部に対応し貫通した排出口を有し、前記ベース体を載置保持するための下部保持体と蓋体を押える押え具を有し、前記下部保持体はベース体の供給凹部と排出凹部とを位置決めするための位置決めマークを有し、前記押え具は蓋体の供給口及び排出口に対応した連結チューブを有し、前記下部保持部の位置決めマークに供給凹部及び排出凹部の位置を合せるようにベース体を載置し、その上に蓋体の供給口及び排出口を前記位置決めマークに合せて重ね合せ、上部から前記押え具を下部保持体に固定するのが好ましい。

本発明で蓋体は、前記ベース体及び中間体よりも軟く、硬度が６０〜９５の範囲であるのが好ましい。
ここで、硬度とはＪＩＳＫ６２５３に規定するデュロメータタイプＡでの測定値を示す。
蓋体の硬度が低すぎると、ベース体側に押圧した際に変形が大きく、シール性が低下したり、ベース体等に設けた流路溝内に蓋体の裏面の一部が入り込み、流路精度が低下する。
また、蓋体の硬度が高すぎると、流路部のシール圧を確保するのが困難であったり、蓋体を強く押圧過ぎるとベース体等が変形する恐れがでる。
このような硬度範囲を有する蓋体の材質としては、軟質塩化ビニル、ポリウレタン、エチレン−酢酸ビニル共重合体、ポリピロピレン系樹脂とエラストマーとのブレンド材料等が挙げられる。
また、マイクロリアクタの用途によっては、タンパク質、細胞等と親和性がある材料がよい。

本発明でベース体に直接又は中間体を介して蓋体を重ね合せて流路等を形成する場合に貼り合せ手段を用いてもよいが、請求項２に係る発明のようにベース体を載置保持するための下部保持体と前記蓋体を上部側から押さえる押え具を設けると、ベース体と蓋体との位置合せのみならず外部の系とも連結しやすくなる。
また、押え具を下部保持体に固定する場合に、押え具と下部保持体との位置決め機構を設けることもできる。

本発明に係るマイクロリアクタはベース体に有する流体の供給凹部と排出凹部に位置決めマークを形成したので、この位置決めマークに蓋体の供給口及び排出口をそれぞれ目視にて位置合せしつつ重ねることができる。
また、ベース体を透光性の有する材料で製作し、ベース体を載置する下部保持体に位置決めマークを設けると、この位置決めマークをたよりにベース体と蓋体とを重ね合せることができ、さらにアッセイが容易になる。

本発明に係るマイクロリアクタの構成例を示す。本発明に係るマイクロリアクタのアッセイ手順を示し、（ａ）は下部保持体、（ｂ）は下部保持体にベース体を載置した状態、（ｃ）はベース体の上に蓋体を重ね合せた状態を示す。（ａ）は蓋体の上から押え具を重ねた状態、（ｂ）は押え具を下部保持体に固定した状態、（ｃ）はチューブをシール連結した状態を示す。マイクロリアクタのアッセイ状態を示す。（ａ）はＡ−Ａ線断面図、（ｂ）は排出口部分の部分拡大図を示す。

本発明は、表面に開口した微細構造のマイクロ流路を形成したベース体と、その上に重ね合せる蓋体との位置決めを容易にすべく、ベース体に必要とする流体の供給凹部（供給部）及び排出凹部（排出部）に位置決めマークを設け、この位置決めマークに蓋体に設けた供給口（ベース体の供給凹部に対応）及び排出口（ベース体の排出凹部に対応）を合せるように重ねることで、位置決めできるようにした点に特徴がある。
この場合に二次元的な流路を形成するだけでなく、特許文献２に開示するような三次元構造の流路を形成する場合には、蓋体の供給口、排出口と一致させる流体の流入口、流出口を有する中間体を一枚以上、ベース体と蓋体との間に挟むこともできる。

本発明はベース体を透光性の有する材料で製作し、ベース体を載置する下部保持体に位置決めマークを印すと、さらにアッセイが容易になる。
以下、図面に基づいて、その構成例を説明する。

図１は、本発明に係るマイクロリアクタの構成例を示し、図２〜４は、そのアッセイ手順を示す。
また、図５に断面図を示す。
本実施例は、マイクロ流路を有するベース体１０の上に蓋体２０を重ね合せて反応器を製作する際にベース体１０を下部保持体３０に載置し、その上に蓋体２０を重ね、さらにその上からチューブ６１ａ、６１ｂを連結した押え具４０にて押えるように、この押え具４０を下部保持体３０に固定するアッセイの例である。
マイクロリアクタは、流体の供給口を１つ以上有し、供給された流体が所定の反応後に外部に排出される排出口を１つ以上有する。
マイクロリアクタの用途、機能により供給口及び排出口は複数有する場合も多いが、本実施例は模式的に流体の供給口と排出口が１つの場合で説明し、流路部１３も直線的な例で説明する。

下部保持体３０は、ベース体１０を載置するための平坦部を有し、この平坦部に位置決めマークＭ_１，Ｍ_２を印した。
位置決めマークはベース体１０の載置決めを定めるのが目的であり、光学的のみならず電気的、磁気的等各種検出手段で位置決めできるが、目視で位置決めできる印が好ましい。
位置決めマークは少なくとも２点あればＸ−Ｙ方向の座標が定まる。
本実施例は、流体の供給凹部１１の位置を定める位置決めマークＭ_１と排出凹部１２の位置を定める位置決めマークＭ_２とを有する例である。
図２（ｂ）に示すようにベース体１０は透光性を有し、位置決めマークＭ_１，Ｍ_２に供給凹部１１及び排出凹部１２が重なるように載置し、この状態で下部保持体３０に設けた取付めねじ部５２ａ，５２ｂを介してバンド５３にてベース体１０を固定する。
次に、図２（ｃ）に示すように蓋体２０に設けた貫通した供給口２１及び排出口２２を位置決めマークＭ_１，Ｍ_２にそれぞれ重なるように位置合せし、ベース体１０に重ねる。
次に図３に示すように、チューブ６１ａ，６１ｂを連結具６２，６３で連結した押え具４０を蓋体２０の上に重ねる。
この際に、チューブ６１ａ，６１ｂの先端が蓋体２０の供給口２１，排出口２２にそれぞれ位置するように位置決めマークＭ_１，Ｍ_２を基準に下部保持体３０に立設したガイドピン３１ａ〜３１ｄと押え具４０に設けたガイド孔４１ａ〜４１ｄの組み合せにより位置決めされる。
なお、押え具４０と下部保持体３０とが相互に位置決めできれば、どちらか一方に凸部、ピン、他方に凹部、孔を有すれば特に限定されない。
この状態で図３（ｂ）に示すようにビス状の固定具５１ａ〜５１ｄを押え具４０に設けた貫通孔４２ａ〜４２ｄに挿入し、下部保持体３０に設けためねじ部からなる取付孔３２ａ〜３２ｄに螺着固定する。
連結具６２，６３はチューブ６１ａ，６１ｂを挿通孔６２ａ，６２ｂに挿通し、このチューブ６１ａ，６１ｂの下端部が下方に向けて拡径した円錐台状のシール材になっていて、図３（ｃ）に示すように連結具の雄ねじ部６２ｂ，６３ｂを締め付けると挿通孔６２ａ，６２ｂの先端側円錐側面にて押圧されシールする。

本発明に係るマイクロリアクタは、ベース体に直接又は中間体を介して蓋体を重ね合せることで流路を形成する点に特徴があることから、蓋体を成形する樹脂の硬度はベース体の硬度よりも軟い方がよい。
蓋体がベース体よりも硬いと、ベース体の流路部をシールするのが困難であったり、強く押えると流路の断面形状が変形するからである。
また、蓋体が軟か過ぎるとベース体の流路内に変形及び入り込み、流路断面積が所定よりも小さくなる。
そこで、ベース及び蓋体を試作して重ね合せ状態を検討した。

まず、ベース体を次のように製作した。
ｎ−ブチルアクリレート（和光純薬工業製）８０重量部、ジエチレングリコールジメタクリレート（ブレンマーＰＤＥ−１００，日本油脂製）４０重量部及びパラペットＳＡ−ＮＷ２０１（クラレ製）２０重量部を混合し、さらに、光重合開始剤としてＣｉｂａＤＡＲＯＣＵＲ１１７３（チバ・スペシャルティ・ケミカルズ製，２−ヒドロキシ−２−メチル−１−フェニル−プロパン−１−オン）を１．２重量部を加え、この混合物を微細流路を形成したシリコン製鋳型に注入し紫外線硬化させた。
各種試作用鋳型から硬化樹脂を離型させることで表面に深さ３０μｍ，幅１０，３０，５０，１００μｍの流路を有する評価サンプルを作成した。
なお、流路のない部分で表面硬度を測定すると、ＪＩＳＫ６２５３タイプＤにて硬度６５であった。
次に、厚み約１ｍｍのプレート状の蓋体を形成した。

先のベース体に上記サンプルの蓋体を図１〜図５に示すように重ね合せ、固定具５１ａ〜５１ｄを用いてネジ固定した。
その結果、実施例１〜５の蓋体は、流路幅１０，３０，５０，１００μｍのいずれのベース体にあっても所定の流路が得られたが、比較例１１の硬度５５の蓋体は、幅１００μｍの流路を有するベース体に対して約１０μｍ程の深さまで蓋体が喰い込んでいた。
また、比較例１２の硬度９８の蓋体はベース体との密着が不充分で液漏れが生じるサンプルが一部に発生した。
このことから蓋体の硬度はＡタイプで６０〜９５の範囲が好ましい。

１０ベース体
１１供給凹部
１２排出凹部
１３流路部
２０蓋体
２１供給口
２２排出口
３０下部保持体
３１ｃガイドピン
３２ａ取付孔
４０押え具
６１ａチューブ
６２連結具
Ｍ_１位置決めマーク

Claims

表面に開口したマイクロ流路を有するベース体と、ベース体の上に直接又は中間体を介して重ね合せる蓋体とを備え、
前記ベース体は流体の供給凹部及び排出凹部を有するとともに当該供給凹部と排出凹部に位置決めマークを有し、
前記蓋体は上下方向に貫通した、流体の供給口及び排出口を有し、
当該蓋体に有する供給口及び排出口を前記ベース体に設けた供給凹部と排出凹部とに有するそれぞれの位置決めマークに位置合せをして重ね合せることを可能にしたことを特徴とするマイクロリアクタ。
表面に開口したマイクロ流路を有する透光性のあるベース体と、ベース体の上に直接又は中間体を介して重ね合せる蓋体とを備え、
前記ベース体は流体の供給凹部及び排出凹部を有し、蓋体は前記ベース体の供給凹部に対応し貫通した供給口及び前記ベース体の排出凹部に対応し貫通した排出口を有し、
前記ベース体を載置保持するための下部保持体と蓋体を押える押え具を有し、
前記下部保持体はベース体の供給凹部と排出凹部とを位置決めするための位置決めマークを有し、
前記押え具は蓋体の供給口及び排出口に対応した連結チューブを有し、
前記下部保持部の位置決めマークに供給凹部及び排出凹部の位置を合せるようにベース体を載置し、その上に蓋体の供給口及び排出口を前記位置決めマークに合せて重ね合せ、上部から前記押え具を下部保持体に固定することを特徴とするマイクロリアクタ。
前記押え具は前記下部保持体に固定する際に当該下部保持体に対する位置決め機構を有することを特徴とする請求項２記載のマイクロリアクタ。
前記蓋体は、前記ベース体及び中間体よりも軟く、硬度がＪＩＳＫ６２５３Ａタイプにて６０〜９５の範囲であることを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載のマイクロリアクタ。