JP2645916B2 - プレートを製造する方法 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、化学的及び／又は生化学的及び／又は微生
物学的物質を受容する少なくとも１個の上向き開口くぼ
みを有するレートを製造する方法であって、くぼみを成
形用金型でプレートに設けるようになった方法に関する
ものである。

かかるプレートは幾つもの提供業者から販売されてお
り、マイクロテストプレート又はマイクロタイタープレ
ートとして知られている。

周知のプレートはポリスチレン又はポリ塩化ビニルか
らなり、高く立てた縁で全面が取り囲まれた剛性底を有
する。厚さが1mmを超える底に上から設けたくぼみは行
列状に配置してある。くぼみの容積は普通数百μ〜数
mlである。くぼみと縁により限定された内部空間とを各
種汚れの侵入から保護するためプレートの縁を蓋で覆う
ことが知られている。

プレートは溶液又は物質を一定温度に保つのに利用さ
れる。これは貯蔵目的に例えば冷蔵庫内で行われるか又
は反応を所定温度で経過させるために行われる。後者の
場合プレートは、普通37℃に設定した孵卵器内に置かれ
る。

しかし周知のプレートは新しい化学的、生化学的又は
微生物学的方法の多くにとって不満である。これらの方
法は実験経過の過程で反応溶液をさまざまな温度にする
必要があり、この温度は０℃よりはるかに低い温度から
110℃を超える温度にまで達することがある。反応はし
ばしば特定の温度分布を周期的に通過しなければなら
ず、該温度分布は幾つかの加熱及び／又は冷却からなる
場合がある。反応の収率と効率は使用した溶液中の温度
変化速度に本質的に依存する。特に核酸の検査に関連し
た酵素過程の場合二重鎖を溶かす高温と反応を開始させ
る低温との間で迅速な変化が必要である。

これらの新規な方法の幾つかは、大量の試料を繰り返
し同じプロセス経過に曝す標準方法へと開発された。例
えばエイズ試験の場合できるだけ迅速に大量の結果を呈
示するため大量の血液試料が同時に調べられる。

周知のプレートは96個までのくぼみ付きで提供される
が、しかしこの数は待ち受けている試料群にとってあま
りにも少なすぎる。更に、冷蔵庫内での冷却又は孵卵器
内での加熱があまりにも長く持続するので、周知のプレ
ートは温度変化が頻繁で迅速な場合適していない。

プレートを平らな下面を介して温度調節することが知
られてはいるが、しかしこの場合試料の温度変化は数分
以内にまで持続し、あまりにも長すぎる。

更に、スナップオンキャップ又はねじ蓋を備え円錐形
に先細となったプラスチック反応容器が知られている。
この反応容器は普通高さが数cmであり、外径は10〜18mm
である。反応容器をその外面を介し温度調節することに
より、受容した溶液が温度変更される。これは例えば反
応容器を水浴に浸漬することにより行われる。しかし温
度調節した金属ブロックに反応容器用穴を設けることも
知られており、この場合反応容器は穴の壁と接触するこ
とにより温度調節される。熱の伝達は穴に水又は油を充
填することで向上することができる。

試料の温度変化は、最も早くには、その都度希望する
新しい温度に調整した別の水浴又は金属ブロックに反応
容器を差し込むことにより達成される。しかしプラスチ
ック反応容器の壁が厚いので溶液はごく緩慢に新しい温
度となるにすぎない。

この理由から周知の反応容器は迅速な温度変化を必要
とする方法には適していない。更に、処理すべき試料の
数が多い場合周知のプラスチック反応容器は所要スペー
スが大きい。更に不利な点として少なくとも実験準備の
ときそれ相応に多くの蓋を開閉しなければならず、これ
にかなりの時間がかかる。

更に、深絞り法の場合剛性合成樹脂製プレートを加熱
し、成形用金型と接触させ、負圧又は超過圧で成形用金
型の負型又は正型に押圧することが知られている。しか
しこの方法は小容積のくぼみを生成するのに適していな
い。というのもこの場合使用される薄い合成樹脂製フィ
ルムがしばしば裂け、更に小さなくぼみに平滑な表面を
生成することができないからである。このことによって
も温度変化速度が否定的影響を受ける。

そこで本発明は、前記諸欠点を取り除いて冒頭指摘し
た種類のプレートを製造することができるよう周知の方
法を改良することを課題とする。特に、場合によっては
小容積の多数の反応溶液を簡単な操作で迅速に温度変更
できるようなプレートの製造を可能としなければならな
い。

この課題が本発明によれば、本方法が ａ）形成すべきくぼみの負型を有し成形用金型として役
立つ成形ブロックに熱変形可能な合成樹脂フィルムを載
置する工程； ｂ）確定した時間の間合成樹脂フィルムに高温ガス流を
加える工程；その際高温のガス流が少なくとも凹部を閉
蓋する合成樹脂フィルム範囲に衝突してこれを温め、そ
の連続した平滑な内壁の全面に密着するよう凹部に押し
込まれる 以上の工程を有することにより解決される。

本発明の根底にある課題がこうして完全に解決され
る。つまりこの新規な方法で綺麗に成形したくぼみが構
成され、該くぼみはフィルムから下に突出し熱交換面の
大きい膨出部を有する。くぼみの壁厚は合成樹脂フィル
ムの最初の厚さより薄い。壁厚が薄く又熱交換面が大き
いのでくぼみの壁を通して迅速な熱交換が可能である。
くぼみの熱交換面を、くぼみ内に受容した溶液とは別の
温度の温度調節物質と接触させると、これは数秒以内に
この新しい温度となる。

更にこの新規な方法では剛性の薄い剛性樹脂フィルム
にきわめて多くのくぼみを形成することができる。下面
が同時に−例えば水浴により−温度変更されるプレート
に千個までのくぼみを配置することが可能である。それ
故、多数の試料の平行処理が可能であることにより、適
用する方法、例えば化学的方法のプロセス経済性が著し
く高まる。

この新規な方法の好ましい１展開では、確定した第１
温度より低く、但し室温より高い確定した第２温度に形
成ブロックが保たれる。

この措置の意外な利点として、作製時気泡を生成する
ことなく空気が逃散するので、くぼみの外面はごく平滑
になる。この平滑な外壁は適宜に成形した孔でもって例
えば金属ブロック内に問題なく係合させることができ、
ごく薄い空気層が金属ブロックとくぼみの壁との間に熱
伝達を乱すこともない。それ故、この新規な方法により
製造したプレートは金属ブロック恒温槽を利用してごく
迅速に温度変更することが可能である。更に、金属ブロ
ックは載置したプレートの機械的安定性を良好なものと
する。

この方法では、高温ガス流をノズルから吐き出し、確
定した時間の間該ノズルの吐出し口を合成樹脂フィルム
から確定した距離に保つことにより、別の利点が達成さ
れる。

この措置により、封入された空気がくぼみの成形を妨
げることもなくごく薄い合成樹脂フィルムでもこの新規
な方法で加工することが可能となる。こうして生成した
レートは壁厚がきわめて薄く、熱伝達が一層向上する。

更に、横断面で見て円形のくぼみは容積が200μよ
り小さく又直径が10mmより小さく、ノズルの吐出し口の
直径がくぼみの直径と概ね同じ大きさであり、そして確
定した距離がくぼみの直径にほぼ一致すると有利であ
る。

この措置の利点として、ごく小さな容量でも平滑な外
面と再現性あるくぼみが生成される。

更に、合成樹脂フィルムが厚さ0.5mm未満のポリカー
ボネートフィルムであり、確定した第１温度が250℃〜3
00℃、確定した第２温度が90℃〜110℃であると有利で
ある。

この措置により、きわめて良好な熱伝達を保証するよ
うその壁厚を0.1mm以下としたくぼみをこの新規な方法
で生成することが可能となる。周知のプレート及び周知
のプラスチック反応容器と比較して、この新規な方法に
より製造したプレートはくぼみ数がかなり多い場合でも
所要スペースが著しく少なくなる。更に、安価な使い捨
て商品として構想することができるよう新しいプレート
を作製するのに必要となる材料がかなり少ない。

この新規な方法により製造したプレートではくぼみの
熱貫流率が５×10^-4W/（k mm³）より大きく、この熱貫
流率にはＷ＝（Ａ・λ）／（Ｖ・ｘ）の式が妥当し、こ
こにＡは熱交換面の大きさ、λは壁を形成する材料の熱
伝導率、Ｖはくぼみの容積、ｘは熱交換面と内面との間
の距離として測定したくぼみの壁厚、そしてＷは熱貫流
率である。

かかる熱貫流率の場合熱は壁を通してくぼみ内に又は
くぼみから外に迅速に輸送することができる。

その他の利点は明細書及び添付図面から明らかとな
る。

前記特徴及び以下なお説明する特徴はその都度記載し
た組合せにおいてだけでなく、本発明の枠を逸脱するこ
となく別の組合せや単独でも勿論適用することができ
る。

本発明の１実施例を図面に示し、以下の明細書で詳し
く説明する。

第１図は上向きに開口したくぼみを有する本発明によ
るプレートの一部を示す斜視図である。

第２図は第１図のプレートを第１図のII−II線に沿っ
て示す断面図である。

第３図は第１図のプレートを製造する方法の概要図で
ある。

第４図はカバーフィルムを有する第１図のプレートの
カバーを一部示す斜視図である。

第５図はくぼみの周囲に延設されカバーフィルムをプ
レートと接合する環状接合継目を有する第４図の閉蓋し
たプレートを第４図の矢印Ｖ方向に見た図である。

第６図は第５図の接合継目を生成する溶接ラムの部分
断面図である。

第７図は第６図の溶接ラムを第６図の矢印VIIに沿っ
て上から見た部分図である。

第８図は第５図の接合継目を第５図のVIII−VIII線に
沿って示す側面断面図である。

第９図は第６図に示す溶接ラムを幾つか使用して第４
図の閉覆したプレートを溶接する装置の斜視図である。

第10図は第５図の溶接したプレートを加熱ブロックと
一緒に使用する状態を一部示す斜視図である。

第１図に矩形軟質プレート２とその長手縁３の一つと
側縁４の一つが一部示してある。例えば剛性合成樹脂フ
ィルムから作製したプレート２は平らな上面５とこれに
平行な下面６とを有する。上面５と下面６との間で測定
したその厚さは符号７で示唆してある。第１図に認める
ことができるようにこの厚さ７はプレート２の横寸法に
比べ小さい。

プレート２に通孔９が設けてあり、上向きに開口した
くぼみ11が形成してある。くぼみ11は列12と行13とに配
置してあり、列12は長手縁３と平行、そして行13は側縁
４と平行である。列12又は行13は相互にそれぞれ符号1
4,15に示唆した列間隔又は行間隔を有する。図示実施例
において横断面で見て円形のくぼみ11は第２図に一層認
めることのできる内径16を有する。列間隔14と行間隔15
は同じ大きさであり、くぼみ11の内径16は列間隔14又は
行間隔15より当然小さい。

くぼみ11は丸みを付けた開口縁17で取り囲まれたその
開口18がプレート２の上面５の平面にある。それはその
内部空間19を限定する壁体20を有し、該壁体は一種のカ
ップ形膨出部21として形成してあり、且つ相互に同一の
いずれのくぼみ11でもプレート２の下面６より下にあ
る。

以下の明細書において「上向き」とはくぼみ11の内部
空間19から開口18を通過する方法を意味し、従って「下
向き」とはその逆方向を意味する。

第２図に一層認めることができるように膨出部21は中
空円筒形上部22とそれを一体な半球形下部23とを有し、
下部の湾曲底壁24がくぼみ11の下を閉鎖している。上面
５は丸みを付けた周縁17を形成しつつ直径内面25として
くぼみ11の内部空19に移行しており、下面６は膨出部21
の周囲に条溝27を形成しつつ膨出部21の外面28として実
質的に湾曲内面25と平行に延びている。個々のくぼみ11
間に延設した腹部29が個々の開口18を相互に分離してい
る。

第２図に更に認めることができるように底壁24は符号
31に示唆した厚さを有し、この厚さは内面25と外面28と
の間で測定したものである。中空円筒形上部22に適宜に
測定した厚さが符号32に示唆してあり、この厚さは厚さ
31にほぼ一致する。各くぼみ11の容積33は符号34に示唆
したその深さと内径16とによって実質的に決まってい
る。深さ34は底壁24と符号35に破線で示唆した想定最大
充填高さとの間で測定したものである。充填高さ35はほ
ぼ湾曲開口縁17が垂直な内面25に移行している高さにあ
る。界面張力とそれに伴う湾曲との故に、特に容積33が
小さい場合、受容すべき物質の充填容積は最大容積33よ
り小さくなる。

以上述べたプレート２のくぼみ11は化学的及び／又は
生化学的及び／又は微生物学的物質を受容するのに役立
ち、これらの物質はくぼみ11内で貯蔵され又は反応させ
られる。くぼみ11の容積33とプレート２当たりのくぼみ
数はくぼみ11により受容すべき物質に依存する。容積33
を介し、内径16及び深さ34の他、列間隔14及び行間隔15
も殆ど確定してある。プレート２の厚さ７は、腹部29の
範囲では、くぼみ11が密に隣接しているにも拘らずプレ
ート２が十分な強度を有し又くぼみ11に充填して輸送す
る場合にもレートが折れ曲がることのないよう選定して
ある。くぼみ11の壁体20の厚さ31,32は、機械的視点の
下、充填したくぼみ11が受容した物質の重さで裂け目を
生じたり引き剥がされたりすることのないよう選定して
ある。

プレート２を作製する材料と壁体20の厚さ31又は32は
純機械的観点の他、物理的観点からも選定してある。厚
さ31,32は−第２図に認めることができるように−厚さ
７よりかなり小さく、くぼみ11の内部空間19へ又は内部
空間19から外へと良好な熱輸送を可能とする。これによ
り、外面28全体を熱交換面28′としてその都度希望する
温度の温度調節物質と接触させることで、くぼみ内の物
質をごく迅速に冷却し又は温度変化させることが可能と
なる。

選択した実施例ではプレート２がポリカーボネートか
ら作製してあり、熱伝導率はケルビン・メートル当たり
λ＝0.21Wである。厚さ７は約0.27mmであり、厚さ31に
はｘ＝0.04mmが妥当する。列12間の間隔14又は行13間の
間隔15は約10mm、くぼみ11の容積33はＶ＝85μであ
る。熱交換面28′の大きさは外面28に一致し、Ａ＝75mm
²である。式 Ｗ＝Ａ・λ/V・ｘ により、これらの数値でもって熱貫流率は約4.5×10^-3W
/（k mm³）となる。

かかる熱貫流率の場合、壁体20を通した熱交換は特定
の時間係数が物質内への熱伝導そのものとなるほど迅速
に行われることが判明した。

従ってこの新規なプレート２は例えば小さな空間で多
数の反応を別々にくぼみ11内で行うことを可能とし、そ
の際これらの反応はくぼみの壁体20を通して熱的にごく
良好に制御することができる。

更にプレート２の材料はくぼみ11の壁体20を通して例
えば吸収測定又は蛍光測定等の光学分析法が可能となる
よう選定してある。この目的のため材料は該当する光波
長域内で透明でなければならない。即ちこの波長域内で
はさしたる吸収も蛍光放出も起こしてはならない。

第３図を基に次に第１図のプレート２の製造方法を説
明する。出発材料は厚さ７の例えばポリカーボネートか
らなる薄いフィルム36である。このフィルム36が温度調
節した成形ブロック37に載せられ、該ブロック内に上向
きに開口した袋穴38が設けられてあり、これはくぼみ11
と同様に列12と行13とに配置してある。袋穴38はその内
部39を取り囲む壁面40を有し、該壁面は平滑でそれ自身
閉じている。袋穴38の寸法は生成すべき膨出部21の外寸
に一致するよう選定してあり、選択した実施例の場合袋
穴は直径約6mm、深さ約4mmである。

金属、例えばアルミニウムから作製した成形ブロック
37内に符号43に概略示唆したヒータが設けてあり、これ
により成形ブロック37は均一に100℃に加熱される。袋
穴38の方向で成形ブロック37より上に配置された空気ノ
ズル45は矢印46の方向に移動可能である。この方向46は
行13又は列12と平行であり、空気ノズル45は個々の各袋
穴38上の中心に位置決め可能である。方向46は更に成形
ブロック37に載置したフィルム36の上面５と平行に整列
しており、空気ノズルと上面５との間の間隔は一定した
ままである。

空気ノズル45が約280℃の高温熱風噴流47を放出し、
該噴射は約２〜5m/秒の速度でその吐出し口48から成形
ブロック37にほぼ垂直に下方に吐出される。吐出し口48
は直径が約5mmであり、フィルム36の上面５の4mm上にあ
る。空気ノズル45は順次個々の袋穴38上の中心に位置決
めされ、その場所に約３〜５秒留まる。上面５に衝突し
た熱噴流47によりフィルム36はそれが塑性変形可能とな
るまで温められる。

熱風噴流47は次にフィルム36の最初袋穴38より上にあ
った範囲を各袋穴の内部39に吹き込み、この範囲が徐々
に伸長し、フィルム36の最初の厚さ７がこの範囲では益
々減少し、最後には発生したくぼみ11の壁体20が第２図
に示唆した厚さ31又は32となる。

第３図では右側のくぼみ11/1が既に仕上げてあり、空
気ノズル45は袋穴38/2の上にあり、このなかでくぼみ11
/2がまさに形成される。くぼみ11/2の底24は既に一部袋
穴38/2の内部39/2に進入しており、引き続き袋穴38/2の
平滑な内壁に全面が当接する。第３図に認めることがで
きるようにくぼみ11/1,11/2間に腹部29がフィルム36の
最初の厚さ７で残る。くぼみ11の離型時、封入空気は気
泡を生成することなく逃散する。

１個の空気ノズル45に代え複数個の平行な空気ノズル
45を使用することも勿論可能であり、それらの吐出し口
48は行13又は列12の格子寸法に配置される。こうして空
気ノズル45の数に応じて１列12又は１行13のくぼみ11を
全て同時に製造することができる。

既に先に述べたようにフィルム36は厚さ0.27mmのポリ
カーボネートからなる。くぼみ11の離型前、フィルム36
は乳濁している。しかしフィルム36は熱風噴流47の温度
280℃、成形ブロック37の温度100℃のとき、離型したく
ぼみ11の壁体20の範囲が、上記光学分析法に必要なよう
に透明となることが判明した。くぼみ11の本来の離型に
は成形ブロック37を100℃に温度調節する必要がない
が、この温度調節により更にくぼみ11の外面28は各袋穴
38の壁面40に密着することになる。これにより、各くぼ
み11の外面28をやはり平滑で均一な表面とすることが達
成され、このことはくぼみ11内に受容した物質の温度変
化にとって大きな利点である。つまり膨出部21がほぼ同
一の輪郭を有し、その熱交換面28′は熱伝達を乱す空気
層を生じることなく，袋穴38に合わせて形成した相手面
と直接接触することができる。この点はなお後に第10図
を基に説明する。

特にくぼみ11の容積33が小さい場合、くぼみ11は外気
から密閉しなければならない。この目的のため第４図に
示す蓋板が設けてあり、これは薄いカバーフィルム49か
らなる。カバーフィルム49に通孔50が設けてあり、これ
はプレート２の通孔９と同じ格子寸法に配置してある。
カバーフィルム49は平らな上面51とこれに平行な下面52
とを有し、該下面でもってカバーフィルムはレート２の
閉蓋時その上面５に当接する。カバーフィルム49は上面
51と下面52との間で測定した厚さ53がカバーフィルム49
の横寸法に比べ小さい。カバーフィルム49は例えば厚さ
0.1mmのポリカーボネートから作製してある。

プレート２に載置するとカバーフィルム49は通孔50が
通孔９と一直線に並ぶよう整列させられる。こうしてカ
バーフィルム49とプレート２はなお詳しく説明する仕方
で同時に互いに接合して支持装置に固着することができ
る。

通孔50又は通孔９に代え下又は上に突出した円筒ピン
を設けておくことも勿論可能であり、カバーフィルム49
をレート２に載置するとこのピンが通孔９又は通孔50内
に係合し、こうしてカバーフィルム49を着脱可能にプレ
ート２と係合する。

カバーフィルム49用に主に使用される材料は既に触れ
たように厚さ0.1mmのポリカーボネートである。このフ
ィルムは適用する光学分析法に該当する波長域で透明で
あり、僅かな自己蛍光を有するにすぎない。光学分析法
はこうして上からカバーフィルム49を通して適用するこ
とができ、特に、透過法でカバーフィルム49とくぼみの
底壁24とを通してくぼみ11内に受容された物質の光学的
密度を測定することが可能である。

くぼみ11の容積33は好ましくは小さく、30〜100μ
であり、この場合くぼみ11内に受容された溶液の容積が
凝縮効果及び／又は蒸散効果で変化することがある。特
に、ポリメラーゼ連鎖反応（PCR）、つまり個々の核酸
鎖を増殖させるためしばしば適用される方法のとき現れ
るように高温と低温との間で溶液の頻繁な温度変化が必
要な場合にもこのことは妥当する。

カバーフィルム49の密封効果を高めるためカバーフィ
ルム49は各くぼみ11の範囲で、くぼみの開口縁17を取り
囲む閉じた環状接合継目55によりレート２と接合され
る。第５図に認めることができるように各接合継目55が
カバーフィルム49の円形範囲57を限定し、この範囲が付
属のくぼみ11の開口18をそれぞれ閉鎖する。こうして各
くぼみ11はいわば円形範囲57の形の独自の蓋で閉蓋さ
れ、該蓋は接合継目55によりくぼみ11を取り囲む腹部29
と接合してあり、各くぼみ11は外気と残りのくぼみ11と
に対し気密に閉鎖される。

個々の接合継目55を設けるのに役立つのは例えばその
正面58を異形化した溶接ラム59であり、これが第６図に
一部図示してある。溶接ラム59は完全な円筒形の基体60
を有し、これが上端61に基体60と一体な環状肩部62を担
持している。環状肩部62が円形凹部63を限定し、該凹部
は基体60と同軸、従ってその長手軸64と同軸であり、基
体60から離れる方を向いた花冠状正面58を担持してい
る。

凹部63を花冠状に取り囲んだ正面58に異形化として角
錐体65が整列させて設けてあり、これは正方形の底面66
が環状肩部62と一体に構成してある。角錐体65はその頂
点67が溶接ラム59の長手軸64と平行な方向に、基体60か
ら離れる方を向いている。

第７図に正面58が第６図の矢印VII方向に見た平面図
で一部示してある。ここに認めることができるように角
錐体65は列68,69状に配置してあり、列は相互に角錐体
底面66の半幅だけずれている。互いに平行で相互にずれ
ていない２列68/1,68/2間に延設した列69/1が列68/1,68
/2に対し角錐体底面66の半幅だけずれるように配置して
ある。列69/1から離れる側で列68/2に直接続いた列69/2
は列69/1と平行に延び且つこれに対し横方向で整列して
いる。

図６に立ち返って認めることができるように溶接ラム
59は符号71に概略示唆したヒータを備えており、好まし
くはV2A鋼から作製した溶接ラム59が該ヒータにより約2
80℃に加熱される。接合継目55を設けるため、加熱した
溶接ラム59が上から、レート２に載置したカバーフィル
ム49の上面51に置かれ、その異形化環状正面58はカバー
フィルム49の下にある溶接すべきくぼみ11の開口縁17を
中心で取り囲む。円形凹部63は角錐体の頂点67が開口縁
17の外側でカバーフィルム49の腹部29上にある部分に当
接するような大きさの直径である。

角錐体65の正方形底面66は0.5×0.5mmであり、四辺形
角錐体65の頂点67は角錐体底面66から垂直に0.25mm上に
あり、即ち角錐体の相対向した２辺は対頂角が90゜であ
る。半径方向で３個以下の角錐体65が相前後して環状正
面58に配置してあり、溶接ラム59が全体として有する外
径は凹部63の直径よりも角錐体65の少なくとも６つの底
面長だけ大きい。

厚さ53が約0.1mmに相当するカバーフィルム49を厚さ
７が約0.27mmに相当するプレート２に溶接するには以下
の操作が好ましいことが判明した。

カバーフィルム49が上からプレート２に載せてくぼみ
11を閉蓋し、通孔50を通孔９と一直線に並べる。280℃
に加熱した溶接ラム59は正面58を前して上からカバーフ
ィルム49の上面51に載せ、カバーフィルム49の下にある
溶接すべきくぼみ11上の中心に置く。正面58上の角錐体
65はいまやその頂点67が、場合によってはカバーフィル
ム49の材料中に多少食い込んで表面51に載置され、該表
面を加熱する。カバーフィルム49はこうして約13秒間正
面58のハニカム状断面によって予熱される。次に溶接ラ
ム59は約0.1〜0.2mm下方にカバーフィルム49に押圧さ
れ、各角錐体67がカバーフィルム49に食い込み、後者が
やはりプレート２の腹部29に食い込む。この位置に溶接
ラム59は２秒間留まり、次にカバーフィルム49から完全
に持ち上げられる。

こうして発生した接合継目55は一種の溶接継目であ
り、第８図に第５図のVIII−VIII線に沿った横断面図で
示してある。冷えた接合継目55は溶接ラム59と同様に適
宜な異形化を有する。角錐体65はカバーフィルム49の予
熱した上面51に逆立ちした角錐体凹部73に押し込まれ、
該凹部は形状が角錐体65に一致している。カバーフィル
ム49は更に凹部73の範囲でその下面52が腹部29の、カバ
ーフィルム49を通して間接的に予熱した上面５に食い込
み、そこに凹部73に一致した凹部74を形成する。こうし
てカバーフィルム49の下面52とプレート２の上面５との
間に形成された接触面75は横断面で見てジグザグ状に延
びている。このジグザグ状の故に接触面75はカバーフィ
ルム49の下面52とプレート２の上面５との間の溶接前に
接合継目55の所定範囲に存在した載置面よりも大きい。

角錐体65の加熱作用で載置面が大きくなっただけでな
く、更に接触面75に沿ってカバーフィルム49と腹部29が
互いに物質嵌合式に溶接されている。この接合継目55は
高温と低温との間で頻繁に変化する場合でも下面６又は
外面28で個々のくぼみ11が液密にだけでなく気密にも十
分閉鎖されるようにする。このことはくぼみの内部に超
過圧力が生じる場合にもなお妥当する。なぜなら例えば
受容された溶液は溶液の上にある気体容積が膨張しよう
とするような温度に温められ又は加熱されたからであ
る。接合継目55は、閉鎖したプレート２が実験室で日常
的に曝されるような通常の機械荷重や、温度変化に伴う
僅かな形状変化や応力にも問題なく耐える。

前記溶接の間カバーフィルム49は開口18を閉蓋する円
形部分57がドーム状に高く湾曲し、閉鎖して上述の如く
溶接したプレート２は各くぼみ11の上にカバーフィルム
49のレンズ状湾曲部76を有する。

しかしこの湾曲部76はくぼみ11を気密に溶接した場合
にのみ形成されるので、同時にそれは、形成された接合
継目55が当該くぼみ11をくぼみ内部の超過圧力にも耐え
るよう気密に閉鎖したことの視覚的表示でもある。溶接
後にカバーフィルム49が湾曲部76を有していないと、溶
接操作は例えば溶接ラム59の滞留時間や温度に関し、又
は角錐体65が上面51に食い込む深さに関しても、不備が
あったことになる。

溶接ラム59の温度、角錐体65の寸法、そして角錐体65
がカバーフィルム49の上面51に食い込む深さは上記実施
例において厚さ0.1mmのポリカーボネートからなるカバ
ーフィルムと厚さ0.27mmのポリカーボネートからなるプ
レート２とについて例示的に挙げたものにすぎない。そ
れより厚いポリカーボネートフィルムの場合、カバーフ
ィルムの厚さにほぼ一致する角錐体の食い込み深さをこ
の新しい厚さに適合しなければならない。

溶接操作の成果にとって、溶接ラム49の滞留時間を正
しく維持する他、まず上面51で、次に上面に食い込んだ
状態で、角錐体65がカバーフィルム59の材料に食い込む
深さも本質的である。上述の溶接操作は手で実施できる
のではあるが、正しく設けた接合継目55の収率は第９図
に示した溶接装置78を使用することで著しく向上する。

溶接装置78は平らな矩形底板79と底板79の上方に配置
した平らな頭板80とを有し、頭板は底板79とほぼ同じ横
寸法である。頭板80は４本の案内棒81により底板79に固
着してある。４本の案内棒81はそれぞれ４隅の一つの範
囲で上から底板79にねじ込んであり、そのうち第９図で
は右前の案内棒81/4が見易くする理由から切欠いてあ
る。

底板79と頭板80との間に高さ調整可能な支持板82が設
けてあり、その外隅にボールブシュ83を嵌め込み、そこ
に案内棒81が挿通してある。支持板82の高さ調整用駆動
部として電気駆動式駆動モータ84が支持板82から離して
そのフランジ85で上から頭板80に固着してある。モータ
84は符号86に示唆したモータ軸を有し、該軸は符号87に
示唆した循環式ボールねじ伝動装置と結合してある。循
環式ボールねじ伝動装置87は他端が支持板82と結合して
あり、モータ軸86の回転運動を案内棒81に沿った支持板
82の調整運動に変換するのに役立つ。

循環式ボールねじ伝動装置87から離して支持板82の下
方の中心に加熱ブロック89が設けてあり、これは４本の
間座ボルト90を介し下から支持板82に固着してある。銅
から作製した加熱ブロック89は第９図に３個だけ示唆し
た溶接ラム59用に第６図の符号71に示唆したヒータの機
能を果す。溶接ラム59/1,59/2,59/3は間座ボルト90から
離して下から加熱ブロック89に差し込まれ、その正面58
は加熱ブロック89から離れる方を向いて下向きである。

加熱ブロック89に第９図で右から左にほぼ完全に穿設
した袋穴91が設けてあり、これに電気加熱式ヒータカー
トリッジが差し込んであるが、これは見易くする理由か
ら図示省略してある。加熱ブロック89の温度は好適な仕
方で図示省略した温度センサで測定され、やはり図示省
略した制御回路に伝送され、該回路はそれ自身ヒータカ
ートリッジを駆動する。こうしてそれ自体周知の仕方で
閉ループ制御回路が形成され、該回路を介し加熱ブロッ
ク89の温度は一定値に、例えば280℃に保たれる。間座
ブロック90を介し加熱ブロック89が支持板82を温め、こ
のことでボールブシュ83が案内棒81上で動かなくなるこ
とがある。この理由から支持板82に冷媒穴92が設けてあ
り、この穴を介し支持板82が恒温槽冷却回路に接続して
ある。こうして支持板82の温度は加熱ブロック89の温度
に拘りなく外部恒温槽を介し制御可能であり、案内棒81
に沿って支持板82の易動性調整が保証してある。

支持板82を介し高さ調整可能な加熱ブロック89の下、
ほぼ中心で底板79に上向き受容ブロック93が設けてあ
る。受容ブロック93はそれに穿設した冷媒穴94を有し、
この穴は支持板82の冷媒穴92と同様に外部恒温槽回路に
接続してあり、該回路は受容ブロック93を設定可能な一
定温度に保つ。

受容ブロック93は上向きに開口したカップ95を有し、
該カップはプレート２から下に突出した膨出部21を受容
するよう指定してある。それ故カップ95は第３図に認め
ることのできる成形ブロック37の袋穴38と同じ寸法であ
り、くぼみ11と同様に列12と行13とに配置してある。

上から受容ブロック93に載置されたプレート２はやは
りカバーフィルム49で閉蓋してある。カバーフィルム49
には、受容ブロツク93を上から全面把持する有孔マスク
96が被せてあり、該マスクはカバーフィルム49をフレー
ト２に、そしてこれをやはりそのくぼみ11と一緒に受容
ブロック93内に押圧する。有孔マスク96に溶接ラム59と
整列させて連続孔97が設けてあり、この孔はやはり各く
ぼみ11上の中心で孔97が整列するよう列12と行13とに配
置してある。見易くする理由から有孔マスク96、カバー
フィルム49及びプレート２は受容ブロック93に対しずら
して切欠き図示してある。

勿論プレート２の各くぼみ11ごとに孔97と溶接ラム59
が設けてある。

受容ブロック93の両側に、有孔マスク96を底板79に固
着するため２個の同一の上向き台座98が配置してあり、
そのうち右側の台座98/2は切欠き図示してある。台座98
/1は上向き取付穴99を有し、有孔マスク96を下方に受容
ブロック93に押圧するため例えばばねクランプ又は閂と
して設計しておくことのできる取付クランプが前記取付
穴に固着される。

見易くする理由から取付クランプが第９図には図示省
略してある。

以上説明した溶接装置78は以下の如く作動する： 支持板82は第９図に示す上昇した出発位置にある。有
孔マスク96を受容ブロック93から取り去ったのち、溶接
すべきプレート２はくぼみ11の膨出部21がカップ95に当
接するよう上から受容ブロック93に載せられる。開口18
を上に向けたくぼみ11は希望する物質を既に充填してカ
バーフィルム49で閉覆してあり、又はいまや適宜に充填
してカバーフィルム49で閉蓋され、該フィルムはその通
孔50がプレート２の通孔９と一列に並ぶよう整列させて
ある。こうして閉蓋したプレート２を介し有孔マスク96
を膨出させ、その連続孔97がくぼみ11上の中心に置かれ
る。台座98に設けた取付クランプを利用して有孔マスク
96はしっかり下方に受容ブロック93に押圧される。

加熱ブロック89は袋穴91に差し込んだヒータカートリ
ッジを介し280℃に加熱してある。加熱ブロック89と熱
伝導結合した溶接ラム59もこの温度を有する。循環式ボ
ールねじ伝動装置87を介し駆動モータ84のモータ軸86の
回転運動は支持板82の、ボールブッシュ83及び案内棒81
を介し案内される下向きの運動に変換される。支持板82
が下降し、それに伴い加熱ブロック89が下降すると溶接
ラム59/1又は59/2は上から有孔マスク96の付属の孔97/1
又は97/2内に移動する。循環式ボールねじ伝動装置87の
変速比とモータ軸86の回転数は、既に先に説明したよう
に支持板82の下降運動の最後に溶接ラム59の正面58又は
角錐体65の頂点67が丁度カバーフィルム49の上面51に当
接するように設計してある。

この位置で溶接ラム59がカバーフィルム49とプレート
２を、設けるべき接合継目55の範囲で予熱し、溶接装置
78は約13秒間この位置に留まる。この予熱時間後、支持
板82は循環式ボールねじ伝動装置87を介しモータ84によ
り徐々に0.1mmずつ更に下方に受容ブロック93へと接近
し、溶接ラム59の正面58に設けた角錐体65がカバーフィ
ルム49に食い込み、該フィルムが支持板２の腹部29に食
い込む。更に２秒後、モータ84はそのモータ軸86がそれ
までの回転方向とは逆方向に回転し、従って循環式ボー
ルねじ伝動装置87を介し支持板82を、従って加熱ブロッ
ク89と溶接ラム59を再び第９図に示す出発位置に上昇さ
せるよう駆動される。

取付クランプの解除後、有孔マスク96を取り外すこと
ができ、第５図に示す溶接したプレート２が受容ブロッ
ク93から取り外される。いまや次のプレート２を受容ブ
ロック93に載せ、溶接操作を最初から始める。

多くの実験にとって、くぼみ11内に受容した物質を低
温に保ち、上記溶接操作の間それが加熱されるのを防止
する必要がある。この目的のため受容ブロック93は、従
ってそのカップ95は冷媒穴94を介し各物質が必要とする
例えば10℃の温度に温度調節される。くぼみ11は熱交換
面28′が各カップ95の内壁に密着し、くぼみ11の壁体20
の厚さ31が小さいのでくぼみ11内にある物質は受容ブロ
ック93そのものと同じ温度に保たれる。溶接時場合によ
って物質に供給された熱は良好な熱伝達の故に壁体20を
通して瞬時に受容ブロック93内に排出される。

こうしてこの新規なプレート２のくぼみ11内に新規な
溶接装置78を利用して温度変動にきわめて敏感に反応す
る物質も封入溶接することができる。これにより、温度
に敏感な物質又は溶接又は高伝染性物質を多数最少の空
間で気密に放送することが従来知られていない程度に可
能である。これらの物質とは例えば正化学的及び／又は
微生物学的試験法のための調製済み反応溶液であり、こ
の新規なプレート２に既に配分し溶接した形で利用者に
提供される。利用者が被検物質は例えば、くぼみ11の開
口18を閉蓋する湾曲部76に上から細いカニューレを突き
刺すことにより、くぼみ11内にある試験溶液に入れるこ
とができる。被検物質は次にくぼみ11内にある試験溶液
に注入される。

このカニューレは例えば実験室で日常的に使用される
注射器であり、これを引き戻したのち湾曲部76に毛細管
状通路が残る。この通路を介し周囲の大気との湿気交換
は可能でなく、気密に溶接したくぼみ11内に受容された
物質又は溶液の容積が凝縮効果又は蒸散効果で変化する
ことはない。

しかしこの新規なプレート２のくぼみ11は普通その場
で、例えば化学実験室で充填し、新規な溶接装置を用い
てカバーフィルム49で気密に閉鎖される。行13及び列12
の確定した格子寸法の故に、周知の多重ピペットを使っ
て複数個のくぼみ11に同時に充填することが可能であ
る。

第10図にプレート２と気密に閉鎖したくぼみ11が示し
てあり、くぼみ内には例えばその温度を介しその反応経
過を調節可能な溶液がある。溶液はその場でくぼみ11に
注入したものか又は既に溶接済みで提供されたプレート
２内にあり、追加的に利用者が被検物質−例えば被検DN
A分子−を接種したものである。

こうして準備したプレート２が上からサーモブロック
101に挿入され、該ブロックが上向きに開口した袋穴102
を有し、該袋穴がカップ形膨出部21を受容するのに役立
つ。この袋穴102はプレート２を製造するのに使用した
成形ブロック37の袋穴38と同じ形状である。膨出部21を
袋穴102に挿入したのち、袋穴はその内壁103が膨出部21
の熱伝達面28′に直接当接する。それ故、外面28と相手
面103′として働く内壁103との間にはサーモブロック10
1とくぼみ11の内部19との間の熱伝達を妨げる空気層が
存在しない。

サーモブロックに更に上向きに開口したねじ穴104が
設てあり、この穴はサーモブロック101にプレート２を
挿入するとカバーフィルム49の通孔50又はプレート２の
通孔９と一直線に並ぶ。通孔50,9を通して上からねじ10
5がねじ穴104にねじ込まれ、こうしてカバーフィルム49
で閉鎖したプレート２がサーモブロック101としっかり
結合される。サーモブロック101はその上面106がプレー
ト２の下面６に密着し、膨出部21はその熱交換面28′が
袋穴102の内壁103にしっかり押圧される。

内壁103に直接熱接触した外面28の平滑な表面の故
に、そして上述の大きな熱貫流効率の故に、くぼみ11内
にある溶液は数秒以内にサーモブロック101の温度とな
る。溶液を例えば長期間低温で貯蔵する場合、良熱伝導
性金属から作製したサーモブロック101はそれに接続し
た恒温槽を介し例えば＋４℃に温度調節される。

溶液中で半納を開始する場合サーモブロック101は好
適な仕方で溶液の反応温度に加熱され、溶液は良熱伝達
の故にサーモブロック101の温度変化に殆ど直接的に追
従する。サーモブロック101そのものの温度変化は、そ
れ自体周知の仕方で、サーモブロック101を各種温度の
水浴に浸漬し、予め温度調節した別の金属ブロックと熱
伝導接触させ、又は温度勾配を生成する金属レールに沿
って移動させることで引き起こすことができる。

特に温度勾配を有する金属レールの故に、サーモブロ
ック101の温度、従ってくぼみ11内の溶液温度の周期的
変化が可能である。くぼみ11内でポリメラーゼ連鎖反応
を実施するにはサーモブロック101は例えばまずまず60
秒間37℃に、次に120秒間72℃に、その後60秒間94℃
に、そして再び60秒間37℃等々に保たれる。超過圧力の
ときにも個々のくぼみが気密に閉鎖してあるので、高温
時にも水蒸気飽和空気がくぼみの内部から逃げることは
ない。受容された液体の上にある空気容積の水蒸気含量
は空気が逃げることができないので液体により制御さ
れ、蒸散過程が生じることがなく、溶液中に当初設定さ
れた濃度は多くの温度周期の過程で変化することがな
い。このことで実験時の収率が良好となる。

更に、ポリメラーゼ連鎖反応の経過にとって決定的な
のは溶液を個々の温度にするのに必要な時間である。周
知のプラスチック反応容器内での典型的反応経過は10時
間以上持続し、通常徹夜で行われるのに対し、新規なプ
レート２を使用すると反応は４時間未満で終了する。そ
れ故、かかる実験はいまや１日以内で準備し実施し分析
することができる。

実験経過の終了後、溶液は例えば分離ゲルを介し分析
するため少なくとも部分的に再利用される。この目的の
ため湾曲部76に第10図の符号107に示唆した注射器を突
き刺して溶液の一部が取り出される。注射器107を引き
戻したのちくぼみ11内に残った溶液は例えば上述の如く
貯蔵することができる。取り出すとき湾曲部76に生じた
孔はさしたる湿気交換を生じないのではあるが、再び例
えば接着フィルムで追加的に閉鎖することができる。

最後に単に完全を期す意味で触れておくなら、この新
規なプレート２の横寸法と列間隔14又は行間隔15は実質
的にくぼみ11のその都度希望する充填容積33に依存す
る。その都度使用するサーモブロック101、受容ブロッ
ク93及び成形ブロック37はこれらの間隔に適合してあ
る。しかしいずれにしてもフィルム36の厚さ７は仕上げ
たプレート２のくぼみ11が0.04mm程度の厚さ31の底壁24
を有し、熱貫流立が所要の高い値となるよう選定してあ
る。

Claims (4)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】化学的及び／又は生化学的及び／又は微生
   物学的物質を受容する少なくとも１個の上向き開口くぼ
   み（11）を有するレート（２）を製造する方法におい
   て、くぼみ（11）を成形用金型でプレート（２）に設け
   る方法であって、 ａ）形成すべきくぼみの負型を有し成形用金型として役
   立つ成形ブロック（37）に熱変形可能な合成樹脂フィル
   ム（36）を載置する工程と、 ｂ）確定した時間の間合成樹脂フィルム（36）に高温ガ
   ス流（47）を加え、その際、高温のガス流（47）が少な
   くとも凹部（38）を閉蓋する合成樹脂フィルム（36）の
   範囲に衝突してこれを温め、その連続した平滑な内壁
   （40）の全面に密着するように凹面（38）に押し込む工
   程を含み、 横断面で見て円形のくぼみ（11）は、容積が200mm³より
   も小さく、直径（16）が10mmより小さく、ノズル（45）
   の吐出し口（48）の直径がくぼみ（11）の直径（16）と
   概ね同じ大きさであり、確定した距離がくぼみ（11）の
   直径（16）にほぼ一致することを特徴とする方法。
2. 【請求項２】確定した第１温度より低く、但し室温より
   高い確定した第２温度に形成ブロック（37）を保つこと
   を特徴とする請求の範囲第１項に記載の方法。
3. 【請求項３】高温ガス流（47）をノズル（45）から吐出
   し、確定した時間の間該ノズルの吐出し口（48）を合成
   樹脂フィルム（36）から確定した距離に保つことを特徴
   とする請求の範囲の第１項又は第２項に記載の方法。
4. 【請求項４】合成樹脂フィルム（36）が厚さ（７）0.5m
   m未満のポリカーボネートフィルムであり、確定した第
   １温度が250℃〜300℃で、確定した第２温度が90℃〜11
   0℃であることを特徴とする請求の範囲第１項、第２項
   又は第３項に記載の方法。