JP4523863B2

JP4523863B2 - 微量流体昇温装置

Info

Publication number: JP4523863B2
Application number: JP2005084145A
Authority: JP
Inventors: 祐治中林; 明信津田; 晴示島田
Original assignee: ニッタ・ムアー株式会社
Priority date: 2005-03-23
Filing date: 2005-03-23
Publication date: 2010-08-11
Anticipated expiration: 2025-03-23
Also published as: JP2006266573A

Description

この発明は、検体その他の微量流体を加熱する微量流体昇温装置に関するものである。

従来より、住宅用の給水、給湯等の送水ホースとして使用される発熱性チューブが知られているが、前記送水ホースは野外の使用、特に寒冷地での野外の使用においてホース内に残留した水が凍結するという問題に鑑み、ホース全長に亘って一定の温度で発熱することができるようにするため次のような提案がある（特許文献１参照）。

すなわち、図９に示すように、内層チューブ11と外層チューブ12で構成された円筒状の合成樹脂製の発熱性チューブであって、前記内層チューブ11と前記外層チューブ12の層間に互いに交差しない２本の裸銅線13a、13bと１本の発熱繊維14が埋設されており、前記裸銅線13a、13bが前記発熱繊維14に一定間隔で接触交差するようにしている。これにより、発熱繊維14が一定間隔で裸銅線13a、13bと接触していることから、発熱性チューブに埋設した裸銅線13a、13bに電流を流すことで裸銅線13a、13bと発熱繊維14で形成された並列回路が等間隔で形成され、チューブの長さに関係なくチューブ全体を一定の温度で発熱することができる、というものである。

ところで、上記のような給水、給湯等の生活材としての大径の発熱性チューブとは発明が属する技術分野は異なるのであるが、近時、微量で高速の分析技術の開発により、家庭用等診断チップなどの大きなライフサイエンス市場を創出しようとする試みがある（非特許文献１参照）。具体的には、検体その他の流体を体温程度まで昇温して分析装置に供給するため、板状形状や紐状形状のヒーターなどの熱源に流体を流すチューブを接触させて加熱を行う装置の開発が進められている。

しかし、前記熱源とチューブとの相互間の接触面積が小さく、均質に加熱することは困難であるという問題があった。
特開２００４―１６２８２７号公報（第２〜３頁、図１）マイクロ化学プロセス技術研究組合ホームページ、"事業目的"、[2004/11/5検索]、インターネット＜ＵＲＬ：http://www.mcpt.jp/japanese/mission.html＞

そこでこの発明は、微量流体を従来より均質に加熱することができる微量流体昇温装置を提供しようとするものである。

前記課題を解決するためこの発明では次のような技術的手段を講じている。
（１）この発明の微量流体昇温装置は、長手方向に導電発熱層が形成されたチューブを具備し、前記チューブの導電発熱層に電圧を印加して発熱させ内部を流す流体を昇温させると共に、前記チューブは複数区間においてそれぞれ電圧を印加するようにしたことを特徴とする。

この微量流体昇温装置は、長手方向に導電発熱層が形成されたチューブを具備し、前記チューブの導電発熱層に電圧を印加して発熱させ内部を流れる流体を昇温させるようにしたので、流体を流すチューブ自体が発熱するため、外付けのヒーター熱源にチューブを接触させて外部から間接的に伝熱するよりも効率的に加熱することができる。

ところで、流体（例えば血液など検体）の変質を極力避けるためチューブ内を高い温度にさらすよりも設定昇温温度近傍で加熱する（柔らかく加熱する）ことが好ましい一方、チューブは内部を流す流体が加熱前温度（例えば１５℃〜）から加熱後の設定温度（例えば３７℃）へと昇温できるような熱量を与えることができる長さが必要となるところ、その分チューブの長さが長くなると長さに比例して抵抗値が大きくなり電圧を印加しても発熱し難くなる不具合があるが、チューブ全長の両端末に電圧を印加するのではなく複数区間においてそれぞれ電圧を印加するようにしたので、チューブの長さが多少長くなることがあっても流体を設定昇温温度近傍で柔らかく加熱してその変質を防止して昇温させることができる。
前記電圧は直流電源により印加してもよいし、交流電源により印加してもよい。

（２）前記チューブは略Ｕ字状の湾曲部を略直線部で連結した形状であることとしてもよい。このように構成すると、チューブの略Ｕ字状の湾曲部を介して略直線部からなる複数区間が往復するような形状として装置をコンパクトに形成することができる。

（３）前記チューブは緩やかな曲線を連続した形状であることとしてもよい。このように構成すると、チューブ自体に多少硬い傾向があっても緩やかな曲線を連続させて形成することができる。

（４）前記チューブはＲが付いた略直角部を略直線部で連結した形状であることとしてもよい。このように構成すると、チューブ自体に多少硬い傾向があってもＲが付いた略直角部を連続させて形成することができる。

ここで、チューブは上記のような二次元状（平面状）ではなく、コイル状その他の三次元状に配設（配管）してもよい。

（５）前記チューブの複数区間の両端部同士に電圧が並列で印加されるように導線と導電発熱層とを配線したこととしてもよい。このように構成すると、導線をチューブの導電発熱層に対してすっきりとした態様で配線することができる。

（６）前記チューブをターンさせることにより形成される複数区間について、これを更に区分した細分区間に電圧が並列で印加されるように導線と導電発熱層とを配線したこととしてもよい。

このように構成すると、複数区間の長さを長めに設定（区分した細分区間に電圧を印加して加熱することが可能である）してチューブのターンの数を少なく設定することができ、装置全体の配置レイアウトの自由度を増大させることができる。

（７）離間した２本の導線の周囲に前記チューブを巻回すると共に前記チューブの導電発熱層を正負に通電する２本の導線に交互に接触させて電気的な導通状態とし、前記チューブは２本の導線が交互に接触する複数区間においてそれぞれ電圧を印加するようにしたこととしてもよい。このように構成すると平面状ではなく直線状に配置することができる。

この発明は上述のような構成であり、次の効果を有する。

外付けのヒーター熱源にチューブを接触させて外部から間接的に伝熱するよりも効率的に加熱することができるので、微量流体を従来より均質に加熱することができる微量流体昇温装置を提供することができる。

以下、この発明の実施の形態を図面を参照して説明する。
（実施形態１）
図１〜図３に示すように、この実施形態の微量流体昇温装置は、長手方向に導電発熱層１が形成されたチューブ２を具備する。このチューブ２は採取された血液などの分析用流体を加熱して昇温させるものであり、その内径の直径は好ましくは８ｍｍ以下であり、昇温効率上より好ましくは３ｍｍ以下である。例えば、外径（ｍｍ）―内径（ｍｍ）が１．０−０．５φ、１．０−０．２φ、２．２−１φ、３−２φ、３−１φとかに設定することができる。

図２に示すように、チューブ最内層には流体と接する絶縁層３（ベースのＥＴＦＥ樹脂）を有し、その外層側には導電発熱層１が長手方向に積層される。前記導電発熱層１は、ベースのＥＴＦＥ樹脂に対して導電することにより発熱する性質を有する樹脂や物質（例えば導電性カーボンや金属粉、カーボン繊維や金属繊維、カーボンナノチューブ）を混合して含有させている。前記導電発熱層１の体積抵抗率を１０^−６〜１０^５Ω・ｃｍで設定することにより、加熱度合の調整を行うことができる。このチューブ２はＥＴＦＥ樹脂で形成したが、ＰＦＡ樹脂等で形成することもできる。そして、チューブ外面に絶縁層４（ナイロン）を形成している。前記導電発熱層１は、チューブ２の肉厚中に設けられている。このチューブ２は、３種３層多層チューブ金型を用いて押出成形により製造した。

そして、図１に示すように、前記チューブ２は略Ｕ字状の湾曲部５を略直線部６で連結した形状とし、前記チューブ２の複数区間（２０列）の両端部（湾曲部５）同士に電圧が並列で印加されるように導線７と導電発熱層１とを配線した。ここで、導線７と導電発熱層１とを電気的に導通させる箇所８では、チューブ外面の絶縁層４を剥離している。前記チューブ２は、略直線部６からなる複数区間においてそれぞれ電圧（直流電源を用いたが交流電源でもよい）を印加する。チューブ２は前記のような二次元状（平面状）ではなく、コイル状その他の三次元状に配設（配管）してもよい。

なお、図３に示すように、前記外面の絶縁層４を形成せず流体と接する絶縁層３と導電発熱層１との２層で実施することもできる。このチューブ２は、２種２層多層チューブ金型を用いて押出成形により製造した。この場合、前記導電発熱層１はチューブ２の外層に設けることとなる。

次に、この実施形態の微量流体昇温装置の使用状態を説明する。

この微量流体昇温装置は、長手方向に導電発熱層１が形成されたチューブ２を具備し、前記チューブ２の導電発熱層１に電圧を印加して発熱させ内部を流れる流体を昇温させるようにしたので、流体を流すチューブ２自体が発熱するため、外付けのヒーター熱源にチューブを接触させて外部から間接的に伝熱するよりも効率的に加熱することができ、微量流体を従来より均質に加熱することができるという利点がある。

ところで、流体（例えば血液など検体）の変質を極力避けるためチューブ内を高い温度にさらすよりも設定昇温温度近傍で加熱する（柔らかく加熱する）ことが好ましい一方、チューブは内部を流す流体が加熱前温度（例えば１５〜２５℃）から加熱後の設定温度（例えば３７℃）へと昇温できるような熱量を与えることができる長さが必要となるところ、その分チューブの長さが長くなると長さに比例して抵抗値が大きくなり電圧を印加しても発熱し難くなる不具合があるが、チューブ２全長の両端末に電圧を印加するのではなく複数区間においてそれぞれ電圧を印加するようにしたので、チューブ２の長さが多少長くなることがあっても流体を設定昇温温度近傍で柔らかく加熱してその変質を防止して昇温させることができるという利点がある。例えば、採取した分析用の検体（血液等）を生体内と同じような条件に近づける為に体温に近い３７℃程度へと加熱し昇温させた状態で分析機器（図示せず）に導入することができる。なお、昇温させる温度として８０℃等のより高温に加熱することもできる。

また、チューブ２の略Ｕ字状の湾曲部５を介して略直線部６からなる複数区間（２０列）が往復するような形状として装置をコンパクトに形成することができるという利点がある。さらに、前記チューブ２の複数区間の両端部（湾曲部５）同士に電圧が並列で印加されるように導線７と導電発熱層１とを配線したので、導線７をチューブ２の導電発熱層１に対してすっきりとした態様で配線することができるという利点がある。

その上、チューブ２の導電発熱層１に電圧を印加して発熱させ前記最内層の絶縁層３を介して内部を流す流体を昇温させ、前記流体の出口近傍のチューブ２温度を温度センサＳにより検知して導電発熱層１への導線７により印加電圧を制御するようにしており、昇温させた流体の温度を直接測定しなくても流体の出口近傍のチューブ２温度により印加電圧を調整することができると共に、流体入口近傍と比較して出口近傍では流体が昇温されてきておりこの位置でのチューブ２温度を検知することによりチューブ２内の実際の流体の温度をより正確に評価することができる。

（実施形態２）
前記実施形１との相違点を中心に説明する。

図４に示すように、この実施形態では、チューブ２の複数区間の両端部（湾曲部５）の頂部同士に電圧（直流電源を用いたが交流電源でもよい）が並列で印加されるように導線７と導電発熱層１とを配線している。すなわち、複数区間の両端部の頂部と、導線７と導電発熱層１とを電気的に導通させる箇所８とが一致する。このように構成したので、略直線部６の外側の略Ｕ字状の湾曲部５でも発熱させることができ、発熱しない領域をなくすことができるという利点がある。

（実施形態３）
図５及び図２に示すように、この実施形態の微量流体昇温装置は、長手方向に導電発熱層１が形成されたチューブ２を具備する。このチューブ２は採取された血液などの分析用流体を加熱して昇温させるものであり、その内径の直径は好ましくは８ｍｍ以下であり、昇温効率上より好ましくは３ｍｍ以下である。例えば、外径（ｍｍ）―内径（ｍｍ）が１．０−０．５φ、１．０−０．２φ、２．２−１φ、３−２φ、３−１φとかに設定することができる。

そして、図５に示すように、前記チューブ２は緩やかな曲線を連続した形状とし、前記チューブ２の複数区間の両端部同士に電圧が並列で印加されるように導線７と導電発熱層１とを配線した（図１も参照）。ここで、導線７と導電発熱層１とを電気的に導通させる箇所８では、チューブ外面の絶縁層４を剥離している。前記チューブ２は、曲線からなる複数区間においてそれぞれ電圧（直流電源を用いたが交流電源でもよい）を印加する。チューブ２は前記のような二次元状（平面状）ではなく、コイル状その他の三次元状に配設（配管）してもよい。

また、チューブ２自体が材質上多少硬い傾向があっても、緩やかな曲線を連続させて形成することができるという利点がある。また、前記チューブ２の複数区間の両端部同士に電圧が並列で印加されるように導線７と導電発熱層１とを配線したので、導線７をチューブ２の導電発熱層１に対してすっきりとした態様で配線することができるという利点がある。

（実施形態４）
図６及び図２に示すように、この実施形態の微量流体昇温装置は、長手方向に導電発熱層１が形成されたチューブ２を具備する。このチューブ２は採取された血液などの分析用流体を加熱して昇温させるものであり、その内径の直径は好ましくは８ｍｍ以下であり、昇温効率上より好ましくは３ｍｍ以下である。例えば、外径（ｍｍ）―内径（ｍｍ）が１．０−０．５φ、１．０−０．２φ、２．２−１φ、３−２φ、３−１φとかに設定することができる。

そして、図６に示すように、前記チューブ２はＲが付いた略直角部９を略直線部６で連結した形状とし、前記チューブ２の複数区間の両端部同士に電圧が並列で印加されるように導線７と導電発熱層１とを配線した（図１参照）。ここで、導線７と導電発熱層１とを電気的に導通させる箇所８では、チューブ外面の絶縁層４を剥離している。前記チューブ２は、略直線部６からなる複数区間においてそれぞれ電圧（直流電源を用いたが交流電源でもよい）を印加する。チューブ２は前記のような二次元状（平面状）ではなく、コイル状その他の三次元状に配設（配管）してもよい。

また、チューブ２自体が材質上多少硬い傾向があってもＲが付いた略直角部９を連続させて形成することができるという利点がある。また、前記チューブ２の複数区間の両端部同士に電圧が並列で印加されるように導線７と導電発熱層１とを配線したので、導線７をチューブ２の導電発熱層１に対してすっきりとした態様で配線することができるという利点がある。

（実施形態５）
図７及び図３に示すように、この実施形態の微量流体昇温装置は、長手方向に導電発熱層１が形成されたチューブ２を具備する。このチューブ２は採取された血液などの分析用流体を加熱して昇温させるものであり、その内径の直径は好ましくは８ｍｍ以下であり、昇温効率上より好ましくは３ｍｍ以下である。例えば、外径（ｍｍ）―内径（ｍｍ）が１．０−０．５φ、１．０−０．２φ、２．２−１φ、３−２φ、３−１φとかに設定することができる。

図３に示すように、チューブ最内層には流体と接する絶縁層３（ベースのＥＴＦＥ樹脂）を有し、その外層側には導電発熱層１が長手方向に積層される。前記導電発熱層１は、ベースのＥＴＦＥ樹脂に対して導電することにより発熱する性質を有する樹脂や物質（例えば導電性カーボンや金属粉、カーボン繊維や金属繊維、カーボンナノチューブ）を混合して含有させている。前記導電発熱層１の体積抵抗率を１０^−６〜１０^５Ω・ｃｍで設定することにより、加熱度合の調整を行うことができる。このチューブ２はＥＴＦＥ樹脂で形成したが、ＰＦＡ樹脂等で形成することもできる。このチューブ２は、２種２層多層チューブ金型を用いて押出成形により製造した。

そして、図７に示すように、離間した２本の導線７（それぞれ外周に絶縁膜10を有する）の周囲に前記チューブ２を螺旋状に巻回すると共に、前記チューブ２の導電発熱層１を正負に通電する２本の導線７に交互に接触させて電気的な導通状態とし（導通状態とすべき箇所11では導線７の絶縁膜10を剥離している）、前記チューブ２は２本の導線７が交互に接触する複数区間においてそれぞれ電圧（直流電源でも交流電源でもよい）を印加するようにしている。

また、離間した２本の導線７の周囲に前記チューブ２を巻回すると共に前記チューブ２の導電発熱層１を正負に通電する２本の導線７に交互に接触させて電気的な導通状態とし、前記チューブ２は２本の導線７が交互に接触する複数区間においてそれぞれ電圧を印加するようにしたので、平面状ではなく直線状に細長く配置することができるという利点がある。

（実施形態６）
図８及び図２に示すように、この実施形態の微量流体昇温装置は、長手方向に導電発熱層１が形成されたチューブ２を具備する。このチューブ２は採取された血液などの分析用流体を加熱して昇温させるものであり、その内径の直径は好ましくは８ｍｍ以下であり、昇温効率上より好ましくは３ｍｍ以下である。例えば、外径（ｍｍ）―内径（ｍｍ）が１．０−０．５φ、１．０−０．２φ、２．２−１φ、３−２φ、３−１φとかに設定することができる。

そして、図８に示すように、前記チューブ２は略Ｕ字状の湾曲部５を略直線部６で連結した形状とし、前記チューブ２の複数区間（５列）の両端部（湾曲部５）同士等に電圧が並列で印加されるように導線７と導電発熱層１とを配線した。ここで、導線７と導電発熱層１とを電気的に導通させる箇所８では、チューブ外面の絶縁層４を剥離している（図１参照）。

また、前記チューブ２を略Ｕ字状の湾曲部５でターンさせることにより形成される複数区間（５列）について、これを更に区分（５区分）した細分区間12に電圧が並列で印加されるように導線７と導電発熱層１とを配線している。前記チューブ２は、略直線部６からなる複数区間の細分区間12においてそれぞれ電圧〔直流電源（＋）（−）を用いたが交流電源でもよい〕を印加する。チューブ２は前記のような二次元状（平面状）ではなく、コイル状その他の三次元状に配設（配管）してもよい。

また、チューブ２の略Ｕ字状の湾曲部５を介して略直線部６からなる複数区間（２０列）が往復するような形状として装置をコンパクトに形成することができるという利点がある。さらに、前記チューブ２の複数区間の両端部（湾曲部５）同士等に電圧が並列で印加されるように導線７と導電発熱層１とを配線したので、導線７をチューブ２の導電発熱層１に対してすっきりとした態様で配線することができるという利点がある。

さらに、前記チューブ２を略Ｕ字状の湾曲部５でターンさせることにより形成される複数区間について、これを更に区分（５区分）した細分区間12に電圧が並列で印加されるように導線７と導電発熱層１とを配線したので、複数区間の長さを長めに設定（区分した細分区間12に電圧を印加して加熱することが可能である）してチューブ２のターンの数を少なく設定することができ、装置全体の配置レイアウトの自由度を増大させることができる。

外付けのヒーター熱源にチューブを接触させて外部から間接的に伝熱するよりも効率的に加熱することができ、微量流体を従来より均質に加熱することができるので、種々の微量流体昇温装置の用途に適用することができる。

この発明の微量流体昇温装置の実施形態１を説明する平面図。図１の微量流体昇温装置に用いるチューブの要部斜視図。図１の微量流体昇温装置に用いるチューブの他の実施例の要部斜視図。この発明の微量流体昇温装置の実施形態２を説明する平面図。この発明の微量流体昇温装置の実施形態３を説明する平面図。この発明の微量流体昇温装置の実施形態４を説明する平面図。この発明の微量流体昇温装置の実施形態５を説明する断面図。この発明の微量流体昇温装置の実施形態６を説明する断面図。従来の発熱性チューブを示す斜視図（特許文献１の図１）

符号の説明

１導電発熱層
２チューブ
５湾曲部
６略直線部
７導線
９略直角部
12 細分区間

Claims

並列する一対の導線（７，７）と、前記一対の導線（７，７）間に渡されるように配置され、長手方向に導電発熱層（１）が形成された１本のチューブ（２）とを具備し、
前記１本のチューブ（２）は、前記一対の導線（７，７）間に渡される区間が複数設けられるように平面的に曲げられており、前記各区間の一端及び他端それぞれは、前記一対の導線（７，７）それぞれに電気的に導通しており、
前記チューブ（２）の導電発熱層（１）に電圧を印加して発熱させ内部を流す流体を昇温させると共に、前記チューブ（２）は前記複数の区間においてそれぞれ電圧を印加し、
前記チューブ（２）は、前記区間の一端同士を連結する略Ｕ字状の第１の湾曲部（５）と、前記区間の他端同士を連結する略Ｕ字状の第２の湾曲部（５）とをそれぞれ複数有しており、
一方の導線（７）は、前記複数の第１の湾曲部（５）の頂部それぞれに接触するように配線されているとともに、他方の導線（７）は、前記複数の第２の湾曲部（５）の頂部それぞれに接触するように配線されることを特徴とする微量流体昇温装置。
並列する一対の導線（７，７）と、前記一対の導線（７，７）間に渡されるように配置され、長手方向に導電発熱層（１）が形成された１本のチューブ（２）とを具備し、
前記１本のチューブ（２）は、前記一対の導線（７，７）間に渡される区間が複数設けられるように曲げられており、前記各区間の一端及び他端それぞれは、前記一対の導線（７，７）それぞれに電気的に導通しており、
前記チューブ（２）の導電発熱層（１）に電圧を印加して発熱させ内部を流す流体を昇温させると共に、前記チューブ（２）は前記複数の区間においてそれぞれ電圧を印加し、
前記区画の一端側は、前記導線（７）に沿う一方向側に曲げられ、他の区画の一端に連結されるとともに、前記他の区画の他端側は、前記導線（７）に沿う他方向側に折り返され、これら２つの区画の間の別の区間の他端に連結され、これらが繰り返されて前記チューブ（２）は二次元的な巻線状に曲げられていることを特徴とする微量流体昇温装置。
前記チューブ（２）は、前記区間の一端同士を連結する第１の湾曲部（５）と、前記区間の他端同士を連結する第２の湾曲部（５）とを有していることを特徴とする請求項２に記載の微量流体昇温装置。
前記湾曲部（５）は、Ｕ字状であるか、又はＲが付いた略直角部（９）を含むことを特徴とする請求項３に記載の微量流体昇温装置。
前記各区間は、直線部（６）で構成されることを特徴とする請求項２ないし４のいずれか１項に記載の微量流体昇温装置。
前記チューブ（２）の複数区間の両端部同士に電圧が並列で印加されるように導線（７）と導電発熱層（１）とを配線した請求項１乃至５のいずれかに記載の微量流体昇温装置
前記複数の区間について、これを更に区分した細分区間（12）に電圧が並列で印加されるように導線（７）と導電発熱層（１）とを配線した請求項１乃至６のいずれかに記載の微量流体昇温装置。
前記チューブ（２）は、樹脂から形成されることを特徴とする請求項１乃至７のいずれかに記載の微量流体昇温装置。
前記導電発熱層（１）は、樹脂に導電することにより発熱する性質を有する樹脂や物質を混合して形成されることを特徴とする請求項１乃至８のいずれかに記載の微量流体昇温装置。
前記チューブ（２）の外面に絶縁層（４）が形成されており、前記導線（７）と、前記導電発熱層（１）とを導通する箇所（８）では、前記絶縁層が剥離されることを特徴とする請求項１乃至９のいずれかに記載の微量流体昇温装置。