JP4291689B2 - 周囲に蓄熱体を有するマルチウェル・プレート - Google Patents

Description

本発明は、有機化学合成試験用マルチウェル・プレートに関し、特にマイクロ波で使用可能なマルチウェル・プレートに関する。

有機化学合成は、炭素化合物の化学に関するものであり、工業および研究活動の広範な領域、特に医薬、さらに高分子化学、食品添加剤の化学、矯味矯臭の化学および生化学の基本である。

合成試験には、出発試薬からの生成物収率を測定することが含まれる。合成試験は、固相でも液相でも行うことができ、マルチウェル・プレートを用いて都合よく実施され、各ウェル中の様々な濃度の試薬が反応して生成化合物が形成される。様々な開始濃度に対する収率を測定し、比較して生成物が最大収率で得られる最適試薬比を決定する。

反応が吸熱であるとき、あるいは熱が触媒の働きをするときは、試薬をマイクロ波オーブンで加熱するのが有利である。マイクロ波加熱は、双極子の共鳴振動数またはその近くに双極子モーメントを有する分子を励起することによって作用し、したがって、オーブン内で加熱するものに対して極めて選択的である。例えば、マルチウェル・プレートに浴びせられるマイクロ波によって、ウェル内の試薬は加熱されるが、プレートまたはオーブン内の空気は加熱されない。マイクロ波オーブンは、成分以外の要素を加熱してエネルギーが浪費されることがないので経済的である反面、試薬とプレート、プレートと周囲空気などオーブン内の要素間に温度差が存在する。このような温度差によって、必然的に熱伝達が生じる。例えば、試薬からプレート、プレートからマイクロ波チャンバ内の周囲空気に熱が伝達される。熱伝達によって、プレートに過渡的および静的温度勾配がもたらされる。プレート端部近くのウェルでは、空気と接触するプレート側面部の表面積が比較的大きいためプレートから空気への熱伝達が最も大きく、温度が比較的低くなる。プレート中央付近のウェルは、熱が失われる表面積がそれよりも小さいため熱伝達がそれほど大きくなく、温度は比較的高い。

温度勾配によって、不均質な結果が得られ、それによって試験に偏りが生じ、誤った結果が得られる。というのは、プレートに形成される温度勾配のために試料のすべてを同じ温度で試験することができないからである。温度勾配の欠点がなく、試験において一貫して均一な結果が得られるマイクロ波オーブンで使用可能なマルチウェル・プレートが求められているのは明確である。

本発明の一目的は、マイクロ波オーブンでの使用に適したマルチウェル・プレートを提供することである。
本発明の別の目的は、ウェル間の温度差を最低限に抑えるマルチウェル・プレートを提供することである。
本発明の別の目的は、プレートに存在する温度勾配を軽減または排除することである。

本発明は、試験用化合物を保持するマルチウェル・プレートに関する。プレートは、上面を有する実質的平面部材および平面部材を結合する複数の側面部で形成されている。複数のウェルが平面部材中に配置されており、化合物試料を保持するようになっている。ウ
ェルの各々は、上面に位置する開口部を有する。第１のグループのウェルは、側面部の１つに隣接して配置されている。第１の細長いボデーは、第１のグループのウェルに隣接する一側面部に沿って長手方向に延びる。このボデーは、他のグループのウェル中にある試料に対する第１のグループのウェル中にある試料の温度変化に抵抗する蓄熱体として作用する能力を有する。ボデーは、平面部材の周囲に実質的に連続して広がり、隣接する他のあらゆるウェル中の試料の温度変化の影響を受け難い蓄熱体として働くことが好ましい。

その好ましい実施形態において、実質的平面部材には、垂下する側面部が結合している。第１のグループのウェルは、側面部の１つに隣接して配置されている。細長いボデーは、プレート内で一側面部に沿って長手方向に延びて一側面部と第１のグループのウェルの間に位置する第１の細長いチャンバを含む。第１のチャンバは、蓄熱体として作用する能力を有し、かつ、他のグループのウェル中にある試料に対する第１のグループのウェル中にある試料の温度変化に抵抗する流体を含むようになされている。

好ましい実施形態において、第１のチャンバは、液体で満たされており、その液体を周囲から隔絶するために密封されている。別の実施形態において、チャンバは始め空気で満たされており、第１のチャンバと連通する出入口が平面部材中に存在する。この出入口は、流体、好ましくはこの出入口から注入して第１のチャンバを満たすことができる液体を受けるようになっている。この出入口は上面に位置することが好ましい。

プレートは、好ましくは、別の側面部に隣接して配置された第２のグループのウェルを有し、第２の細長いチャンバがプレート内で別の側面部に沿って長手方向に延びる。第２のチャンバは、別の側面部と第２のグループのウェルとの間に位置する。第１のチャンバと同様に、第２のチャンバも、蓄熱体として作用する能力を有し、かつ、他のグループのウェル中にある試料に対する第２のグループのウェル中にある試料の温度変化に抵抗する流体を含むようになされている。第１のチャンバと第２のチャンバは互いに流体が行き来していることが好ましい。

別の実施形態において、細長いボデーは、マイクロ波によって加熱することができ、好ましくは平面部材の周囲に連続して広がる固体材料である。この固体材料は、側面部を形成すると考えることができ、細長いチャンバ内に位置することができる。

本発明のこれらの目的および別の目的は、以下の図面および本発明の好ましい実施形態の詳細な記述を考慮することによって明らかになるはずである。

図１に本発明によるマルチウェル・プレート１０を示す。プレート１０は、垂下する側面部１４が結合した実質的平面部材１２である。プレートは、上面１６および複数のウェル１８を有し、各ウェルは上面１６上に開口部２０を有する。ウェルは、好ましくは縦横の列の規則的な配列で配置されており、実験、例えば、固相合成を含めた実験において加熱するために化合物試料を保持するようになっている。

図２および３に最もよく示されるように、細長いチャンバ２２は、側面部１４の１つと側面部に隣接する１列または１グループのウェル２４との間の平面部材１２の内側で長手方向に延びる。好ましい実施形態において、チャンバは、ウェルの最も外側の列と隣接する側面部１４との間の平面部材１２全体の周囲に連続的に広がっている。チャンバは、常時密封され、周囲から隔離されており、蓄熱体として作用する能力を有する物質２６、すなわち、マイクロ波放射によって加熱可能であり、熱を貯蔵し伝達する能力を有する物質を含むことが好ましい。好ましい物質２６は、以下に記述する理由のため、液体であり、実験を行う温度よりも高い沸点を有する。

図１に示すプレートは、好ましくは、ポリテトラフルオロエチレンまたはマイクロ波を透過し（すなわち、マイクロ波放射に曝したときにあまり加熱されず）、ウェル中の化合物と反応せず、少なくとも実験温度を超える高温に耐える他の比較的不活性な物質でできている。プレートは、固形ブロックから機械切削することができ、その溝は物質２６で満たされ、次いで底板２８で密封され、接着剤または留め具または他の適切な手段で取り付けられる。

図４にマルチウェル・プレート３０の別の実施形態を示す。１つまたは複数のチャンバ２２が、平面部材１２に開けられ、各チャンバはウェル３４のそれぞれの列と側面部１４の間に位置する。図５に示すように、チャンバ２２は好ましくは平面部材１２全体を包囲し、流体が互いに行き来する。必要に応じて１つまたは複数の栓３６を用いてチャンバを密封して、流体内容物が漏洩するのを防止する。チャンバ２２と連通する注入口３８は、好ましくは平面部材１２の上面１６上に位置して、チャンバ中に液体を注入できるようになっている。図４に示すように２つの注入口３８を用いて、そのうち１つは液体をもう一方に注入したときにチャンバから空気が逃げるようにすると都合がよい。

図６に示すように、プレートの側面１つにつき単一のチャンバ２２を使用することができるが、本発明は、図７に示すように、プレートの１つまたは複数の側面に沿って積層して配置された複数のチャンバ２２を使用することも企図している。この実施形態によって、１列のウェルとプレート側面部１４の間により多くの流体を入れることができ、それによって以下に示すように蓄熱体としてのチャンバの有効性が増す。

チャンバ２２は、適切な物質２６で満たされると、蓄熱体として働いて側面１４からマイクロ波オーブン内のより低温の周囲空気への熱損失が低下または防止される。この物質は、側面に隣接して位置するウェル２４からわずかしか熱を伝達しない緩衝剤として働き、したがって、ウェルすべてが実質的に同じ温度を維持し、プレート中央のウェルと側面１４により近いウェルとの有意な温度勾配を回避することが可能になる。有意な温度勾配を回避することによって、実験結果の整合性が損なわれず、本発明によるマルチウェル・プレートの全ウェル中の反応物すべてに対して意味のある結果が得られることになる。

マルチウェル・プレートが確実に有効に働くためには、チャンバ２２内の液体は、実験を行う温度よりも高い沸点を有することが好ましい。これによって、チャンバは液体が充満した状態に確実に維持され、温度勾配を軽減または排除する蓄熱体として作用し続け、また、オーブン内の雰囲気を汚染し実験の整合性を損ない得る蒸気は発生しない。密封チャンバ内でその沸点に加熱された液体はかなりの圧力になり、チャンバが破裂して熱い液体および蒸気をオーブン中に吐き出す恐れがあるので、安全性も重要である。

例えば、約１３０℃の一定温度にウェル内の試料を加熱するように設計した実験の場合、チャンバ２２内の好ましい液体２６は、１気圧で沸点が２０２℃であるＮ−メチルピロリジノンである。液体物質２６の沸点が実験温度より少なくとも５０℃高いと、ほとんどの用途で妥当な安全域がもたらされる。

寸法が１２４×８５×２７ｍｍのポリテトラフルオロエチレン製標準９６ウェル・マルチウェル・プレートの場合、プレートの周囲に有効な蓄熱体を形成し、温度勾配を軽減して相対的に有意でなくするには約７ｍＬの液体で十分であることが判明している。ただし、温度勾配をさらに効果的に少なくするためには液体の体積をより大きくすることが好ましい。

図８に示す別の実施形態において、蓄熱体４０は、平面部材１２の周囲に、ウェル１８
に隣接する側面４６に沿って長手方向に固体材料の細長いボデー４４を配置することによって形成される。細長いボデーは、側面部１４を形成すると考えることができ、好ましくは平面部材全体の周囲に連続して広がる。ボデー４４を含む材料は、マイクロ波によって実験温度まで容易に加熱可能であり、それによって蓄熱体として作用して隣接のウェル１８からマイクロ波オーブン内のより低温の雰囲気へと熱が失われるのを防止する。平面部材１０を包囲する固形ボデーが存在することによって、中央ウェルと側面４６に隣接するウェルとの間にあらゆる有意な温度勾配が形成されるのが防止される。生成し得るあらゆる温度勾配が、細長いボデー４４自体でとどまる可能性が高い。ボデー４４は、セラミック材料および他の固体材料で形成することができる。ボデー４４がゼラチン質材料である場合、図９に示すように側面４６と側面部１４の間のチャンバ２２内に配置し、底板２８を取り付けてチャンバを密封することができる。これは図３に示す実施形態に類似している。

図９にマイクロ波オーブン（図示せず）内に配置した回転台４８上で使用する本発明によるマルチウェル・プレート１０を示す。プレート１０は、回転台４８上の好ましくはプレートを確実に適切に配置するくぼみ５２内に置かれたトレイ５０中に置かれていることが好ましい。回転アーム５４によって、温度計などの測定装置が運ばれてプレート上に載せられ、ウェル中の化合物試料の温度をモニターすることが可能になる。回転台には動力が供給され、オーブン内で垂直軸５６の回りを回転してすべてのプレート中のすべてのウェルがマイクロ波によって確実に均一に加熱されるようになっている。

得られた実験結果から、化学合成試験においてマイクロ波オーブン中で使用するときに、本発明によるマルチウェル・プレートが有効であることが証明されている。このようなプレートではウェルすべての反応物の９０％から１００％が生成物に転化する。これは、周辺部に隣接するウェル中の反応物のわずか１０％から２０％しか生成物に転化しない従来技術によるマルチウェル・プレートとは対照的である。

本発明によるマルチウェル・プレートの斜視図である。 図１の線２−２に沿うプレートの平面断面図である。 図１の線３−３に沿うプレートの断面図である。 本発明によるマルチウェル・プレートの別の実施形態の斜視図である。 図４の線５−５に沿うマルチウェル・プレートの平面断面図である。 図４の線６−６に沿うマルチウェル・プレートの部分断面図である。 図６と同様の本発明によるマルチウェル・プレートの別の実施形態の部分断面図である。 図３と同様の本発明によるマルチウェル・プレートの別の実施形態の断面図である。 図３と同様の本発明によるマルチウェル・プレートの別の実施形態の断面図である。 使用時のマルチウェル・プレートの斜視図である。

Claims (16)

1. マイクロ波オーブンで使用される試験化合物を保持するためのマルチウェル・プレートであって、
   垂下する側面部が結合し、上面を有する実質的平面部材と、
   前記平面部材内に位置し、前記化合物の試料を保持するようになされた複数のウェルであって、前記ウェルの各々が前記上面上に位置する開口部を有する複数のウェルと、
   前記複数のウェルの最も外側の列と、それと隣接する前記側面部との間の平面部材全体の周囲に連続して広がっている細長いチャンバであって、蓄熱体として作用する能力を有し、かつ、他のウェル中にある試料に対する最も外側の列のウェル中にある前記試料の温度変化に抵抗する流体を含むようになっている、細長いチャンバとを備え、他の部分には細長いチャンバを備えない上記のプレート。
2. 平面部材がマイクロ波を透過する材料でできている、請求項１に記載のマルチウェル・プレート。
3. 材料がポリテトラフルオロエチレンである、請求項２に記載のマルチウェル・プレート。
4. 細長いチャンバと流体が行き来し、前記細長いチャンバを満たす前記流体を受けるようになされた、前記平面部材中にある出入口をさらに備える、請求項１に記載のマルチウェル・プレート。
5. 出入口が前記上面上に位置する、請求項４に記載のマルチウェル・プレート。
6. 流体が液体である、請求項１に記載のマルチウェル・プレート。
7. 液体が、化合物が加熱される温度よりも高い沸点を有する、請求項６に記載のマルチウェル・プレート。
8. 液体が、化合物が加熱される温度よりも少なくとも約５０℃高い沸点を有する、請求項７に記載のマルチウェル・プレート。
9. マイクロ波オーブンで使用される試験化合物を保持するためのマルチウェル・プレートであって、
   垂下する複数の側面部が結合し、上面を有する実質的平面部材と、
   前記平面部材内に位置し、前記化合物の試料を保持するようになされた複数のウェルであって、前記ウェルの各々が前記上面上に位置する開口部を有する複数のウェルと、
   前記複数のウェルの最も外側の列と、それと隣接する前記側面部との間の平面部材全体の周囲に連続して広がっている細長いチャンバと、
   前記細長いチャンバに含まれ、他のウェル中にある試料に対する最も外側の列のウェル中にある前記試料の温度変化に抵抗する蓄熱体として作用する能力を有する流体とを備え、他の部分には細長いチャンバを備えない上記のプレート。
10. 細長いチャンバが密封され、それによって周囲から隔絶されている、請求項９に記載のマルチウェル・プレート。
11. 流体が液体である、請求項１０に記載のマルチウェル・プレート。
12. 液体が、試料化合物を加熱すべき温度よりも高い沸点を有する、請求項１１に記載のマルチウェル・プレート。
13. 液体が、化合物が加熱される温度よりも少なくとも約５０℃高い沸点を有する、請求項１２に記載のマルチウェル・プレート。
14. マイクロ波オーブンで使用される試験化合物を保持するためのマルチウェル・プレートであって、
    上面を有し、平面部材に結合した複数の側面部を有する実質的平面部材と、
    前記平面部材内に位置し、前記化合物の試料を保持するようになされた複数のウェルであって、前記ウェルの各々が前記上面上に位置する開口部を有する複数のウェルと、
    平面部材の周囲に実質的に連続して広がる細長いボデーであって、他のウェル中にある試料に対する最も外側のウェル中にある前記試料の温度変化に抵抗する蓄熱体として作用する能力を有する前記細長いボデーとを備え、他の部分には細長いボデーを備えない上記のプレート。
15. 平面部材がマイクロ波を透過する材料でできている、請求項１４に記載のマルチウェル・プレート。
16. 細長いボデーが、マイクロ波によって加熱可能であり蓄熱体として作用する能力を有する固体材料を含む、請求項１４に記載のマルチウェル・プレート。

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