JP4213547B2 - Manufacturing method of microreactor - Google Patents
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Description
本発明は、2枚の基板の間に幅及び高さが0.1〜1500μmの微細流路と、液体ク
ロマトグラフカラムが形成されたマイクロリアクターの製造方法に関する。
The present invention relates to a method for manufacturing a microreactor in which a fine channel having a width and height of 0.1 to 1500 μm and a liquid chromatograph column are formed between two substrates.
最近、医療診断を患者の近傍で行うベッドサイド診断、大気や水や土壌中の環境汚染物
質のモニタリング、食品の安全性検査等現場において短時間に安価に診断したり分析する
技術のニーズは非常に高くなってきている。
Recently, there is a great need for technology to diagnose and analyze at low cost in the field, such as bedside diagnosis in the vicinity of patients, monitoring of environmental pollutants in the air, water and soil, and food safety inspection. It is getting higher.
例えば、従来高価且つ大型の装置を必要とした分析を、持ち運び可能な小型の分析装置
が代替できれば、大病院にしか設置できなかった分析装置を開業医でも設置、利用するこ
とが可能になり、診断結果を患者に簡便に且つ早期にフィードバックすることが可能にな
る。又、高齢者の健康指標を高齢者の家族が測定し、その健康指標数値を在宅管理したり
、病院に定期的に送信して病院で管理することにより在宅医療環境がより優れたものとな
る。
For example, if an analysis that previously required an expensive and large device could be replaced by a small portable analyzer, a practitioner could install and use an analyzer that could only be installed in a large hospital. The result can be easily and quickly fed back to the patient. In addition, the home health care environment can be improved by measuring the health index of the elderly by the family of the elderly and managing the health index numerical value at home or by regularly sending it to the hospital and managing it at the hospital. .
又、環境ホルモン、ダイオキシン等の環境汚染物質を、高価且つ大型装置を使用するこ
となく、簡易測定することができれば、簡単且つ安価に環境診断することができる。更に
、持ち運び可能な小型の分析装置を用いて現場で環境汚染物質を分析することができれば
、よりきめ細かい安全環境を供出することができる。
If environmental pollutants such as environmental hormones and dioxins can be easily measured without using an expensive and large apparatus, environmental diagnosis can be performed easily and inexpensively. Furthermore, if environmental pollutants can be analyzed on site using a small portable analyzer, a more detailed safe environment can be provided.
このような測定を簡易に行うためには、微量の試料で、高感度に分析検出が行えること
が必要である。そのために、キャピラリーガスクロマトグラフィー(CGC)、キャピラ
リー液体クロマトグラフィー(CLC)、誘導型プラズマ(ICP)等で分離し、質量分
析計(MS)で検出するGC−MS、LC−MS、ICP−MS等が微量、高感度で分析
できる方法として広く使用されてきている。
In order to perform such a measurement easily, it is necessary to be able to perform analytical detection with high sensitivity using a very small amount of sample. For this purpose, GC-MS, LC-MS, ICP-MS, which are separated by capillary gas chromatography (CGC), capillary liquid chromatography (CLC), induction plasma (ICP), etc., and detected by mass spectrometer (MS) Have been widely used as a method that can be analyzed with a small amount and high sensitivity.
しかしながら、これらの装置は高価で大掛かりな装置なので、簡単に持ち運んだり所望
の場所に設置するには、非常に高いコストがかかり、上記のような幅広い医療診断や環境
診断のニーズには適合し得なかった。
However, since these devices are expensive and large-scale devices, it is very expensive to easily carry or install in a desired location, and can meet the needs of a wide range of medical diagnosis and environmental diagnosis as described above. There wasn't.
これを、実際に現場を持ち運ぶ目的の製品形態としてなした例として、電気化学センサ
ー等の分析機構をマイクロリアクター中に備える形で幾つかの製品が開発されている。マ
イクロリアクターとは、掌サイズ程度のチップ内に、マイクロスケールの流体移送手段や
反応部等を含むものの総称であり、例えば、リアクター内部に幅0.1μm〜1500μ
m程度の微細流路を内包している。
As an example of making this as a product form for the purpose of actually carrying the site, several products have been developed with an analysis mechanism such as an electrochemical sensor in the microreactor. A microreactor is a generic term for a microscale fluid transfer means, a reaction part, etc. in a palm-sized chip. For example, the reactor has a width of 0.1 μm to 1500 μm.
Including a fine channel of about m.
マイクロリアクター内に電気化学センサーを備えた例として、例えばイオン選択性電極
、即ち、作用極上に形成した高分子膜の膜電位を計測することにより目的電解質イオンを
選択的に計測する電極が搭載されたものが挙げられる(例えば、特許文献1参照。)。
上記マイクロリアクターでは、イオン選択性電極としてマイクロ電極を用いるとともに
、マイクロレベルの幅及び深さを有する流体移送用の流路を適宜使用することにより、掌
サイズの微小な分析システムを実現している。システムが非常に小さいため、持ち運びが
可能であり、大掛かりな測定装置を用いることなしに、血液中成分を測定することが出来
る。
The microreactor uses a microelectrode as an ion selective electrode and realizes a palm-sized microanalysis system by appropriately using a fluid transfer channel having a microlevel width and depth. . Since the system is very small, it can be carried and blood components can be measured without using a large measuring device.
しかし、マイクロリアクターにおいては、微量の試料を用いて微量物質の測定をするの
であるから、感度よく測定するためには、試料中の測定する微量物質を濃縮する必要があ
る。また、濃縮と同時に、侠雑物質として問題となるような物質群を分離しておくことが
好ましい。
However, in a microreactor, since a trace substance is measured using a trace amount of sample, in order to measure with high sensitivity, it is necessary to concentrate the trace substance to be measured in the sample. At the same time as concentration, it is preferable to separate a substance group that causes a problem as a contaminant.
上記濃縮・ 分離する手段としては、一般に液体クロマトグラフが使用されているが、
マイクロリアクター中に液体クロマトグラフ用充填剤が緊密且つ均一に充填された液体ク
ロマトグラフカラムを作成するのは困難であった。
A liquid chromatograph is generally used as the means for concentration and separation.
It has been difficult to produce a liquid chromatograph column in which a liquid chromatograph packing material is closely and uniformly packed in a microreactor.
即ち、液体クロマトグラフカラムを形成する方法としては、例えば、液体クロマトグラ
フカラム用凹部や微細流路用凹部の形成された2枚の基板を接着し、液体クロマトグラフ
カラム用凹部の部分に孔を開け、この孔から液体クロマトグラフ用充填剤を圧入する方法
、液体クロマトグラフカラム用凹部や微細流路用凹部の形成された基板の液体クロマトグ
ラフカラム用凹部に液体クロマトグラフ用充填剤を圧入した後、他の基板と接着する方法
等が挙げられる。
That is, as a method for forming a liquid chromatographic column, for example, two substrates on which a concave portion for a liquid chromatographic column and a concave portion for a fine channel are formed are bonded, and a hole is formed in the concave portion for the liquid chromatographic column. Opening and press-fitting the liquid chromatograph filler from this hole, the liquid chromatograph filler was press-fitted into the liquid chromatograph column recess of the substrate on which the liquid chromatographic column recess and the microchannel recess were formed Thereafter, a method of bonding to another substrate is exemplified.
しかし、マイクロリアクター中の液体クロマトグラフカラムは数十nl〜10μlと非
常に小さく、これらの方法では液体クロマトグラフ用充填剤を液体クロマトグラフカラム
用凹部に緊密且つ均一に充填することは困難であった。
However, the liquid chromatograph column in the microreactor is very small, such as several tens of nl to 10 μl. With these methods, it is difficult to pack the liquid chromatograph packing material in the recess for the liquid chromatograph column closely and uniformly. It was.
本発明の目的は、上記欠点に鑑み、液体クロマトグラフ用充填剤が緊密且つ均一に充填
されている液体クロマトグラフカラムを有するマイクロリアクターであって、非常に小型
で簡便に且つ高感度に被検出物質を測定できるマイクロリアクターの製造方法を提供する
ことにある。
In view of the above drawbacks, an object of the present invention is a microreactor having a liquid chromatograph column in which a packing material for liquid chromatograph is closely and uniformly packed, and is very small, easy to detect and highly sensitive. An object of the present invention is to provide a method of manufacturing a microreactor capable of measuring a substance.
本発明のマイクロリアクターの製造方法は、2枚の基板が積層され、基板の間に幅及び高さが0.1〜1500μmの微細流路と、該微細流路中の一方の基板側に、液体クロマトグラフ用充填剤を充填するための液体クロマトグラフカラム用凹部が形成され、他方の基板に液体クロマトグラフカラム用凹部に連通する開口部が形成された積層体の、上記液体クロマトグラフカラム用凹部を含む微細流路に水性媒体を充満し、該水性媒体中に接触するように第1の電極を設置し、開口部上に液体クロマトグラフ用充填剤分散水性媒体を載置し、液体クロマトグラフ用充填剤分散水性媒体に接触するように第2の電極を設置し、該第1の電極と第2の電極との間に直流電圧を印加することにより、液体クロマトグラフカラム用凹部の両側の水性媒体と液体クロマトグラフ用充填剤分散水性媒体との間に電場を形成し、液体クロマトグラフカラム用凹部に液体クロマトグラフ用充填剤を充填することを特徴とする。 In the microreactor manufacturing method of the present invention, two substrates are stacked, a fine channel having a width and height of 0.1 to 1500 μm between the substrates, and one substrate side in the fine channel , For a liquid chromatographic column, a laminate in which a concave portion for a liquid chromatographic column for filling a liquid chromatographic packing material is formed and an opening communicating with the concave portion for a liquid chromatographic column is formed on the other substrate. The fine flow path including the recess is filled with the aqueous medium, the first electrode is placed so as to come into contact with the aqueous medium, and the liquid dispersed filler medium for liquid chromatograph is placed on the opening, and the liquid chromatography is performed. By installing a second electrode in contact with the graphite filler-dispersed aqueous medium and applying a DC voltage between the first electrode and the second electrode, both sides of the recess for the liquid chromatographic column With aqueous media Body forming an electric field between the chromatographic filler dispersed aqueous medium, characterized by filling a filler for liquid chromatography in a recess for a liquid chromatographic column.
本発明で使用される基板の素材は、特に限定されるものではなく、例えば、従来から使
用されてきている、ガラス、石英、シリコン等の無機材料が挙げられる。これら無機材料
は精度、加工性等が優れており、例えば、半導体微細加工技術において広く用いられてい
る光リソグラフィー技術を利用すれば、ガラスやシリコン基板上にミクロンオーダーの溝
を自在に形成することができる。
The material of the substrate used in the present invention is not particularly limited, and examples thereof include conventionally used inorganic materials such as glass, quartz, and silicon. These inorganic materials are excellent in accuracy, workability, etc. For example, if optical lithography technology widely used in semiconductor microfabrication technology is used, micron-order grooves can be freely formed on glass or silicon substrates. Can do.
しかしながら、マイクロリアクターを大量に、容易に且つ安価に生産し、かつ廃棄出来
ることも重要である。このような場合、材料そのものが高価であるガラスやシリコンの使
用は望ましいとはいえない。
However, it is also important that microreactors can be produced in large quantities easily and inexpensively and can be discarded. In such a case, it is not desirable to use glass or silicon whose materials themselves are expensive.
又、医療の現場においては、ガラス製の製品を使う場合には、廃棄の際に適切な処理費
用を支払うことが義務付けられており、それ以外にも軽い、割れない等のメリットがあり
、さらには、転写金型を利用した射出成形やホットプレス成形を行うことにより、非常に
高い生産性にて表面に溝や孔を形成することが可能であることから、基板は高分子樹脂か
ら形成されるのが好ましい。
Also, in the medical field, when using glass products, it is obliged to pay an appropriate disposal cost at the time of disposal, and there are other advantages such as lightness and not cracking. The substrate is made of polymer resin because it is possible to form grooves and holes on the surface with very high productivity by performing injection molding and hot press molding using a transfer mold. It is preferable.
上記高分子樹脂の種類は、特に限定されるものではないが、加熱により簡単に表面加工
出来るという点では、熱可塑性樹脂が好ましく、例えば、ポリオレフィン系樹脂、ポリス
チレン系樹脂、ポリ乳酸系樹脂、ポリアクリル系樹脂、ポリカーボネート系樹脂等が挙げ
られる。本発明における分析用マイクロリアクターにおいては、濃縮部において被検出物
質を吸着・脱離するために、様々なpHの流体を用いることが多いので、耐酸・アルカリ
性を有する樹脂、例えば、ポリオレフィン系樹脂やポリアクリル系樹脂がより好ましい。
The type of the polymer resin is not particularly limited, but a thermoplastic resin is preferable in that it can be easily surface-treated by heating. For example, a polyolefin resin, a polystyrene resin, a polylactic acid resin, Examples thereof include acrylic resins and polycarbonate resins. In the microreactor for analysis in the present invention, fluids with various pHs are often used to adsorb and desorb a substance to be detected in the concentration part, so that a resin having acid resistance and alkali resistance, for example, a polyolefin resin or the like A polyacrylic resin is more preferable.
一方、熱硬化性樹脂は、加熱により可塑化して簡単に表面加工するという利点は有さな
いが、予め硬化剤等を混合した前駆体液を転写金型に導入しておき、その場硬化させるこ
とにより、樹脂表面を賦形することが可能である。
On the other hand, the thermosetting resin does not have the advantage of being easily plasticized by heating, but it does not have the advantage of being surface-processed, but a precursor liquid mixed with a curing agent or the like is previously introduced into a transfer mold and cured in situ. Thus, it is possible to shape the resin surface.
この場合、前駆体が液状のため、転写金型の形状をより忠実に転写するという利点があ
る。又、一般に、静的に硬化された樹脂は、低い線膨張率、低い成形収縮率を示すことか
らも、有利に用いることができる。このような熱硬化樹脂としては、コストや易取扱い性
の点から、エポキシ樹脂を有利に用いることができる。
In this case, since the precursor is liquid, there is an advantage that the shape of the transfer mold is transferred more faithfully. In general, a statically cured resin can be advantageously used because it exhibits a low linear expansion coefficient and a low molding shrinkage ratio. As such a thermosetting resin, an epoxy resin can be advantageously used from the viewpoint of cost and easy handling.
上記2枚の基板が積層され、基板の間に幅及び高さが0.1〜1500μmの微細流路と、該微細流路中の一方の基板側に、液体クロマトグラフ用充填剤を充填するための液体クロマトグラフカラム用凹部が形成され、上記液体クロマトグラフカラム用凹部の両側の微細流路に第1の電極が設けられている。微細流路は、被検出物質を含有する流体試料や液体クロマトグラフで使用する溶離液等が流動可能であることが必要であり、その幅及び高さは0.1〜1500μmに設計されている。 The two substrates are stacked, and a fine channel having a width and height of 0.1 to 1500 μm is interposed between the substrates, and one substrate side in the fine channel is filled with a liquid chromatographic filler. A recess for a liquid chromatograph column is formed, and a first electrode is provided in a fine channel on both sides of the recess for the liquid chromatograph column . The microchannel must be capable of flowing a fluid sample containing a substance to be detected, an eluent used in a liquid chromatograph, and the width and height are designed to be 0.1 to 1500 μm. .
一般に、微細流路の一端部は流体試料の注入口となされ、注入口側から順に、被検出物
質の濃縮部(液体クロマトグラフカラム)、被検出物質の種類又は濃度を検出する検出部
、廃液貯蔵部等が連結され、他端部は廃液排出口又はガス抜き口となされている。
In general, one end of the microchannel is used as an inlet for a fluid sample, and in order from the inlet side, a concentration part (liquid chromatograph column) of a substance to be detected, a detection part for detecting the type or concentration of the substance to be detected, waste liquid A storage unit or the like is connected, and the other end is a waste liquid discharge port or a gas discharge port.
上記液体クロマトグラフカラム用凹部は、微細流路中に形成されており、凹部に液体クロマトグラフ用充填剤を充填し、被検出物質を含有する流体試料を通過させ、被検出物質吸着した後、溶離液を通過させ被検出物質を離脱させて濃縮する機能を有する領域である。 The liquid chromatographic column recess is formed in a fine channel , and after filling the recess with a liquid chromatograph filler, allowing a fluid sample containing a detected substance to pass through, and adsorbing the detected substance, This is a region having a function of passing through the eluent and detaching the substance to be detected for concentration.
上記液体クロマトグラフカラム用凹部の好ましい構造としては、高さは同一で、微細流
路の流路幅を次第に広げ、一定幅にした後、流路幅を次第に微細流路の幅に狭めた、平面
視で略6角形の形状が好ましい。
As a preferable structure of the recess for the liquid chromatographic column, the height is the same, the flow path width of the fine flow path is gradually increased, and after making the width constant, the flow path width is gradually narrowed to the width of the fine flow path. A substantially hexagonal shape is preferable in plan view.
又、液体クロマトグラフカラムに充填された液体クロマトグラフ用充填剤が、液体クロ
マトグラフカラムから流出しないように、液体クロマトグラフカラム用凹部と微細流路の
境に、流体試料や溶離液等は流出可能であるが、液体クロマトグラフ用充填剤は流出しな
い濾材が設置されるのが好ましい。
In addition, fluid samples, eluents, etc., flow out between the liquid chromatographic column recesses and the microchannels so that the liquid chromatographic column packing material does not flow out of the liquid chromatographic column. Although possible, it is preferable to install a filter medium that does not allow the liquid chromatographic packing material to flow out.
上記濾材としては、一般に使用されている任意の材料が使用可能であり、例えば、ガラ
スウール、多孔性樹脂ビーズ、多孔性ガラスビーズ等が挙げられる。しかし、これら濾材
を微細流路に詰め込むのは困難なので、液体クロマトグラフカラム用凹部と微細流路の境
に、液体クロマトグラフ用充填剤の流出を防止しうる程度の高さ及び幅を有する突起部を
形成するのが好ましい。
As the filter medium, any commonly used material can be used, and examples thereof include glass wool, porous resin beads, and porous glass beads. However, since it is difficult to pack these filter media into the fine flow path, a protrusion having a height and width that can prevent the liquid chromatographic packing material from flowing out at the boundary between the liquid chromatographic column recess and the fine flow path. The part is preferably formed.
本発明で使用される液体クロマトグラフ用充填剤は、一般に液体クロマトグラフで使用
されている微粒子の充填剤であれば特に限定されず、例えば、スチレン−ジビニルベンゼ
ン共重合体、ポリメタクリレート樹脂、ポリヒドロキシメタクリレート樹脂、ポリビニル
アルコール、シリカ、アルミナ等の微粒子が挙げられる。
The liquid chromatographic filler used in the present invention is not particularly limited as long as it is a fine particle filler generally used in liquid chromatographs. For example, styrene-divinylbenzene copolymer, polymethacrylate resin, poly Examples thereof include fine particles such as hydroxy methacrylate resin, polyvinyl alcohol, silica, and alumina.
上記液体クロマトグラフ用充填剤には、液体クロマトグラフ用充填剤が特定成分を分離
、吸着するための分子や官能基が導入されてもよい。このような化合物や官能基は、特に
限定されないが、試料中の各種イオンと結合可能な官能基、配位結合可能な官能基、キレ
ート結合可能な官能基等の官能基や該官能基を有する化合物が挙げられ、例えば、スルホ
基、第4級アンモニウム基、オクタデシル基、オクチル基、ブチル基、アミノ基、トリメ
チル基、シアノプロピル基、アミノプロピル基、ニトロフェニルエチル基、ピレニルエチ
ル基、ジエチルアミノエチル基、スルホプロピル基、カルボキシル基、カルボキシメチル
基、スルホキシエチル基、オルトリン酸基、ジエチル(2−ヒドロキシプロピル)アミノ
エチル基、フェニル基、イミノジ酢酸基、エチレンジアミン基、硫黄原子を含むキレート
形成基(例えば、各種メルカプト基、ジチオカルバミン酸基、チオ尿素基等)の官能基及
びこれらの官能基を有する化合物が挙げられる。これらは単独で使用されてもよいし、2
種類以上が併用されてもよい。
Molecules and functional groups for separating and adsorbing specific components by the liquid chromatographic filler may be introduced into the liquid chromatographic filler. Such a compound or functional group is not particularly limited, and has a functional group such as a functional group capable of binding to various ions in the sample, a functional group capable of coordinating binding, a functional group capable of chelate binding, or the like. Compounds such as sulfo group, quaternary ammonium group, octadecyl group, octyl group, butyl group, amino group, trimethyl group, cyanopropyl group, aminopropyl group, nitrophenylethyl group, pyrenylethyl group, diethylaminoethyl group , Sulfopropyl group, carboxyl group, carboxymethyl group, sulfoxyethyl group, orthophosphoric acid group, diethyl (2-hydroxypropyl) aminoethyl group, phenyl group, iminodiacetic acid group, ethylenediamine group, chelate forming group containing sulfur atom ( For example, various mercapto groups, dithiocarbamic acid groups, thiourea groups, etc.) Compound having a group and these functional groups. These may be used alone or 2
More than one type may be used in combination.
上記官能基及びこれらの官能基を有する化合物を液体クロマトグラフ用充填剤へ固定化
する方法は、従来公知の任意の方法が採用されればよいが、例えば、液体クロマトグラフ
用充填剤中に含まれる官能基、例えば水酸基、カルボキシル基、アルデヒド基、アミノ基
などと直接反応させる方法、酸無水物などの架橋剤で吸着担体を処理し、架橋剤と反応さ
せる方法等が挙げられる。
As the method for immobilizing the functional group and the compound having these functional groups in the liquid chromatographic filler, any conventionally known method may be employed. For example, the functional group may be included in the liquid chromatographic filler. Examples thereof include a method of directly reacting with a functional group such as a hydroxyl group, a carboxyl group, an aldehyde group, and an amino group, a method of treating an adsorbent carrier with a crosslinking agent such as an acid anhydride and reacting with the crosslinking agent.
上記液体クロマトグラフ用充填剤は、単独で充填されてもよいし、2種以上が併用され
てもよいが、一度に2種以上の被検出物質を測定したいときには、異なる機能性の官能基
を有する液体クロマトグラフ用充填剤を2種以上併用するのが好ましい。
The above liquid chromatographic packing materials may be packed alone or in combination of two or more. However, when two or more kinds of substances to be detected are to be measured at a time, functional groups having different functionalities are used. It is preferable to use two or more liquid chromatographic fillers in combination.
微粒子の大きさは、特に限定されないが、液体クロマトグラフ用充填剤に測定試料が効
率的に接触するには、その直径が微小流路断面の短径以下が好ましく、より好ましくは、
その1/2以下である。
The size of the fine particles is not particularly limited, but in order for the measurement sample to efficiently contact the liquid chromatograph filler, the diameter is preferably equal to or less than the minor axis of the microchannel cross section, more preferably,
It is less than half of that.
電荷を有する微粒子は、その分散液に電場を印加すると、微粒子の有する電荷により固
有の電気移動度で移動する。従って、その途中に邪魔物を設置しておくと、その邪魔物の
表面に高密度で捕集される。
When an electric field is applied to the dispersion liquid, the fine particles having a charge move with a specific electric mobility due to the charge of the fine particles. Therefore, if a baffle is placed in the middle, it will be collected at a high density on the surface of the baffle.
例えば、液体クロマトグラフ用充填剤であるシリカは、その表面にシラノール基(−S
iOH)を有しており、水性媒体中ではシラノール基は解離して、マイナスイオン(−S
iO- )となり、表面電荷を有するようになり、電場を印加すると陽極の方向に移動する
。
For example, silica, which is a packing material for liquid chromatography, has silanol groups (—S
iOH), and the silanol group dissociates in an aqueous medium to form a negative ion (-S
iO − ) and has a surface charge, and moves in the direction of the anode when an electric field is applied.
又、微粒子が、表面電荷を持たなかったり、弱い場合には、ドデシルスルホン酸ナトリ
ウム、アルキルベンゼンスルホン酸ナトリウム、セチルトリメチルアンモニウムブロマイ
ド等の界面活性剤を、液体クロマトグラフ用充填剤の分散された水性媒体に添加すると、
これら界面活性剤が充填剤の表面に吸着したり分配して、充填剤が表面電荷を持つように
なったり、強めたりする。
If the fine particles have no surface charge or are weak, a surfactant such as sodium dodecyl sulfonate, sodium alkylbenzene sulfonate, cetyltrimethylammonium bromide, and an aqueous medium in which a filler for liquid chromatography is dispersed When added to
These surfactants are adsorbed or distributed on the surface of the filler so that the filler has a surface charge or is strengthened.
本発明で使用される水性媒体は、水を含む電解質であって、電圧を印加することにより電場を形成しうる媒体であればよく、例えば、水単独液体、水とメタノール、エタノール等のアルコールとの混合液体などが上げられる。
上記水性媒体には、水性媒体の電解質性を向上させるために、ドデシルスルホン酸ナトリウム、アルキルベンゼンスルホン酸ナトリウム、セチルトリメチルアンモニウムブロマイド等の界面活性剤を添加してもよい。
The aqueous medium used in the present invention is an electrolyte containing water and may be any medium that can form an electric field by applying a voltage , for example, water alone liquid, water and alcohol such as methanol, ethanol, and the like. The mixed liquid is raised.
In order to improve the electrolyte property of the aqueous medium, a surfactant such as sodium dodecyl sulfonate, sodium alkylbenzene sulfonate, cetyltrimethylammonium bromide may be added to the aqueous medium.
次に、本発明のマイクロリアクターの製造方法を図面を参照して説明する。図1は、液体クロマトグラフカラム用凹部に液体クロマトグラフ用充填剤を充填する一例を示す模式断面図である。 Next, the manufacturing method of the microreactor of this invention is demonstrated with reference to drawings. FIG. 1 is a schematic cross-sectional view showing an example of filling a liquid chromatographic column in a liquid chromatographic column recess.
図中1は上部基板であり、2は液体クロマトグラフ用充填剤の流出防止用の突起部21、22が形成された、下部基板である。上部基板1と下部基板2が積層され、液体クロマトグラフカラム用凹部3(突起部21と突起部22の間)と液体クロマトグラフカラム用凹部3は両側の微細流路4(図において突起部21の左側)及び微細流路41(図において突起部22の右側)とともに微細流路を形成している。微細流路4に及び41にはそれぞれ第1の電極7及び8が設置されている。
In the figure, reference numeral 1 denotes an upper substrate, and
微細流路4、41及び液体クロマトグラフカラム用凹部3には水性媒体5が充満されている。上部基板1の液体クロマトグラフカラム用凹部3の略中央に開口部11が開口されている。開口部11の上には液体クロマトグラフ用充填剤分散水性媒体6が載置されており、液体クロマトグラフ用充填剤分散水性媒体6には第2の電極9が設置されている。
The
本発明においては、第1の電極7及び8と第2の電極9との間に電圧を印加する。電圧を印加すると、液体クロマトグラフカラム用凹部3の両側の水性媒体5と液体クロマトグラフ用充填剤分散水性媒体6との間に電場が形成され、液体クロマトグラフ用充填剤分散水性媒体6の液体クロマトグラフ用充填剤は、その充填剤粒子の有する電荷により固有の電気移動度で移動し、突起部21及び突起部22側から中央部に向かって緻密に充填される。印加する直流電圧は、特に限定されるものではないが、一般に200〜2000V/cmが好ましい。
In the present invention, for applying a voltage between the
液体クロマトグラフ用充填剤を液体クロマトグラフカラム用凹部3により緻密に充填するには、電圧を印加する際に、印加する直流電圧を変化させたり、一時的に印加方向を反転させるのが好ましい。 A filler for liquid chromatography in densely filled with a liquid chromatographic column recesses 3, in applying a voltage, or varying the dc voltage you applied, cause temporarily reversing the application direction Is preferred.
印加する直流電圧を変化させると、移動していた液体クロマトグラフ用充填剤の移動速度が変化し、電圧の印加方向を一時的に反転すると、一定方向に移動し、液体クロマトグラフカラム用凹部3に充填されていた液体クロマトグラフ用充填剤が揺さぶりをかけられ、より緻密に充填される。
Varying the dc voltage you applied, the moving speed of the filler for liquid chromatography which has been moved is changed, temporarily reversing the application direction of the voltage, to move in a certain direction, a liquid chromatographic column The liquid chromatograph filler filled in the
又、液体クロマトグラフカラム用凹部3から微細流路4、41に液体クロマトグラフ用
充填剤が流れ出ないように、相対的に直径の大きい液体クロマトグラフ用充填剤を充填し
た後、相対的に直径の小さい液体クロマトグラフ用充填剤を充填するのが好ましく、充填
剤の大きさは3種類以上であってもよい。
In addition, after filling the liquid chromatograph filler having a relatively large diameter so that the liquid chromatograph filler does not flow out from the liquid
更に、微細流路の幅及び高さは10〜200μmが好ましいが、この場合は相対的に直
径が大きい液体クロマトグラフ用充填剤の直径が0.5〜50μmであり、相対的に直径
が小さい液体クロマトグラフ用充填剤の直径が0.1〜10μmであることが好ましい。
Further, the width and height of the fine channel are preferably 10 to 200 μm. In this case, the diameter of the liquid chromatographic packing material having a relatively large diameter is 0.5 to 50 μm, and the diameter is relatively small. The diameter of the liquid chromatographic filler is preferably 0.1 to 10 μm.
上記例では、液体クロマトグラフ用充填剤分散水性媒体6を上部基板1上に載置したが、液体クロマトグラフ用充填剤分散水性媒体6は水性媒体5と液絡されていればよく、例えば、ガラス管、プラスチックチューブ等で開口部11と液体クロマトグラフ用充填剤分散水性媒体を収納した容器と接続し、容器に第2の電極9を設置してもよい。この場合、容器内の水性媒体を攪拌することにより、充填剤の沈降を抑制することが出来るため、好適に充填することができる。
In the above example, the liquid chromatograph filler dispersed aqueous medium 6 is placed on the upper substrate 1, but the liquid chromatograph filler dispersed aqueous medium 6 may be in liquid contact with the
又、第1の電極7及び8も水性媒体5に接触していればよく、液体クロマトグラフカラム用凹部3から離れた位置、例えば、微細通路の端部に設置してもよい。
The
請求項1記載の発明のマイクロリアクターの製造方法の構成は上述の通りであるから、
得られたマイクロリアクターの液体クロマトグラフカラムには、液体クロマトグラフ用充
填剤が緊密且つ均一に充填されている。従って、得られたマイクロリアクターは、非常に
小型で簡便に且つ高感度に被検出物質を測定できる。
Since the structure of the manufacturing method of the microreactor of the invention of claim 1 is as described above,
The liquid chromatograph column of the obtained microreactor is packed tightly and uniformly with a liquid chromatographic filler. Therefore, the obtained microreactor is very small and can measure a substance to be detected easily and with high sensitivity.
請求項2記載の発明のマイクロリアクターの製造方法の構成は上述の通りであるから、
得られたマイクロリアクターの液体クロマトグラフカラムには、液体クロマトグラフ用充
填剤がより緊密且つ均一に充填されており、より高感度に被検出物質を測定できる。
Since the structure of the manufacturing method of the microreactor of the invention according to
The liquid chromatograph column of the obtained microreactor is packed more tightly and uniformly with the liquid chromatographic packing material, so that the substance to be detected can be measured with higher sensitivity.
請求項3〜5記載の発明のマイクロリアクターの製造方法の構成は上述の通りであるか
ら、液体クロマトグラフ用充填剤が微細流路に流出することなく、液体クロマトグラフカ
ラムに液体クロマトグラフ用充填剤が緊密且つ均一に充填されたマイクロリアクターが得
られる。
Since the structure of the manufacturing method of the microreactor of the invention according to
請求項6記載の発明のマイクロリアクターの製造方法の構成は上述の通りであるから、
得られたマイクロリアクターの液体クロマトグラフカラムには、異なる機能性の官能基を
有する2種以上液体クロマトグラフ用充填剤が充填されており、2種以上の異なる被検出
物質を一度に測定できる。
Since the structure of the manufacturing method of the microreactor of the invention according to claim 6 is as described above,
The obtained liquid chromatograph column of the microreactor is packed with two or more kinds of liquid chromatograph packing materials having different functional groups, and two or more kinds of different substances to be detected can be measured at a time.
次に本発明の実施例を説明するが、本発明は下記実施例に限定されるものではない。 Next, examples of the present invention will be described, but the present invention is not limited to the following examples.
(実施例1)
図1に示したマイクロリアクターにおいて、微細流路4、41の断面形状は正方形であ
り、一辺の長さは200μmであり、液体クロマトグラフカラム用凹部3の断面形状は長
方形であり高さは200μm、幅は1000μmであった。又、突起部21、22は微細
流路4、41の略中央に設けられ、高さ190μm、幅50μmであった。
Example 1
In the microreactor shown in FIG. 1, the cross-sectional shape of the
上記マイクロリアクターの微細流路4、41及び液体クロマトグラフカラム用凹部3に
水性媒体5として蒸留水20重量%とエタノール80重量%よりなる水性媒体を充満した
。
The
液体クロマトグラフ用充填剤分散水性媒体6として、粒子径20μmで表面にスルホン
基が固定されたシリカ粉末1重量部を蒸留水20重量%とエタノール80重量%よりなる
水性媒体100重量部に分散した充填剤分散水性媒体を上部基板1上に載置した。
As a filler-dispersed aqueous medium 6 for liquid chromatography, 1 part by weight of silica powder having a particle diameter of 20 μm and a sulfone group fixed on the surface was dispersed in 100 parts by weight of an aqueous medium composed of 20% by weight of distilled water and 80% by weight of ethanol. A filler-dispersed aqueous medium was placed on the upper substrate 1.
第2の電極9を陽極とし、第1の電極7及び8を陰極として、10KVの直流電圧(電圧勾配500V/cm)を5時間印加したところ、液体クロマトグラフカラム用凹部3にシリカが充填された液体クロマトグラフカラムを有するマイクロリアクターが得られた。
When the second electrode 9 is used as an anode and the
(実施例2)
電場の印加方法を下記の通り変更した以外は、実施例1で行ったと同様にしてマイクロ
リアクターを得た。
(Example 2)
A microreactor was obtained in the same manner as in Example 1 except that the electric field application method was changed as follows.
先ず、第2の電極9を陽極とし、第1の電極7及び8を陰極として、10KVの直流電圧(電圧勾配500V/cm)を1時間加え、次に第2の電極9を陰極とし、第1の電極7及び8を陽極として、10KVの直流電圧(電圧勾配500V/cm)を10秒間加えた。この1時間印加−10秒間印加のサイクルを5回実施したところ、液体クロマトグラフカラム用凹部3にシリカが充填された液体クロマトグラフカラムを有するマイクロリアクターが得られた。
First, the second electrode 9 is used as an anode, the
(実施例3)
実施例1で用いたマイクロリアクターの微細流路4、41及び液体クロマトグラフカラ
ム用凹部3に水性媒体5として蒸留水30重量%とメタノール70重量%よりなる水性媒
体を充満した。
(Example 3)
The
液体クロマトグラフ用充填剤分散水性媒体6として、粒子径15μmのシリカ粉末1重
量部を、蒸留水29.9重量%とエタノール70重量%とアルキルベンゼンスルホン酸ナ
トリウム0.1重量%よりなる水性媒体100重量部に分散した充填剤分散水性媒体を上
部基板1上に載置した。
An aqueous medium 100 comprising 1 part by weight of silica powder having a particle diameter of 15 μm, 29.9% by weight of distilled water, 70% by weight of ethanol, and 0.1% by weight of sodium alkylbenzenesulfonate as the filler-dispersed aqueous medium 6 for liquid chromatography. The filler-dispersed aqueous medium dispersed in parts by weight was placed on the upper substrate 1.
第2の電極9を陽極とし、第1の電極7及び8を陰極として、6KVの直流電圧(電圧勾配300V/cm)を1時間印加した後、液体クロマトグラフ用充填剤分散水性媒体6を、粒子径7μmで表面にスルホン基が固定されたシリカ粉末1重量部を蒸留水29.9重量%とエタノール70重量%とアルキルベンゼンスルホン酸ナトリウム0.1重量%よりなる水性媒体100重量部に分散した充填剤分散水性媒体と取替え、10KVの直流電圧(電圧勾配500V/cm)を5時間印加したところ、液体クロマトグラフカラム用凹部3に2種類のシリカが充填された液体クロマトグラフカラムを有するマイクロリアクターが得られた。
After applying a 6 KV DC voltage (voltage gradient 300 V / cm) for 1 hour using the second electrode 9 as the anode and the
物性測定
得られたマイクロリアクターを用いて、以下の方法により、イオン交換実験を行った。
(再生工程)
0.001N硝酸5mlを流速0.2ml/minで,得られたマイクロリアクターに
通して、粒子表面のスルホン基を水素型に再生した。
Physical property measurement Using the obtained microreactor, an ion exchange experiment was conducted by the following method.
(Regeneration process)
5 ml of 0.001N nitric acid was passed through the obtained microreactor at a flow rate of 0.2 ml / min to regenerate the sulfone group on the particle surface into a hydrogen type.
(吸着工程)
次に、1ppmの2価鉛イオン溶液1mlを、流速0.2ml/minの速さでマイク
ロリアクターに通した。
(脱離工程)
最後に、0.001N硝酸1mlを流速0.2ml/minで、マイクロリアクターに
通した。このときリアクターを通過した液を回収し、分析用検液とした。
(Adsorption process)
Next, 1 ml of a 1 ppm divalent lead ion solution was passed through the microreactor at a flow rate of 0.2 ml / min.
(Desorption process)
Finally, 1 ml of 0.001N nitric acid was passed through the microreactor at a flow rate of 0.2 ml / min. At this time, the liquid passing through the reactor was collected and used as a test solution for analysis.
(分析)
分析用検液中の2価の鉛イオン量を原子吸光装置(パーキンエルマー社製、ZL−40
00型)で、測定した。検液中の鉛イオン量と吸着工程で使用した鉛イオン量から回収率
を計算し、結果を表1に示した。
(analysis)
The amount of divalent lead ions in the analytical test solution was measured using an atomic absorption device (Perkin Elmer, ZL-40).
00 type). The recovery rate was calculated from the amount of lead ions in the test solution and the amount of lead ions used in the adsorption process, and the results are shown in Table 1.
尚、回収率は下記式より求めた。
回収率(%)=[分析用検液中の鉛イオン量(μg )]×100/[吸着工程の鉛イオ
ン量(μg )= 1 μg]
The recovery rate was obtained from the following formula.
Recovery rate (%) = [Amount of lead ion in analytical solution (μg)] × 100 / [Amount of lead ion in adsorption process (μg) = 1 μg]
1 上部基板
11 開口部
2 下部基板
3 液体クロマトグラフカラム用凹部
4、41 微細流路
5 水性媒体
6 液体クロマトグラフ用充填剤分散水性媒体
7、8 第1の電極
9 第2の電極
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9 Second electrode
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