JP4750783B2 - 攪拌されている複数のマイクロリアクターにおける反応液のプロセスパラメータを検出するための方法及び装置 - Google Patents

Description

この発明は、少なくとも全部のマイクロリアクターでの反応が終了するまで持続的に攪拌されている複数のマイクロリアクターにおける反応液のプロセスパラメータを検出する方法及び装置に関し、その場合反応の間、少なくとも一つのセンサー光学系を用いて、マイクロリアクターにおけるプロセスパラメータを検出し、放射線源からの電磁放射線をマイクロリアクターの反応液に入射させて、その放射線源に対応するセンサーを用いて、マイクロリアクターの反応液から放出される電磁放射線を検出するものである。

この発明は、特に、全部のマイクロリアクターでの反応が終了するまで中断されること無く攪拌されている反応液内における病原菌による反応、生化学的な反応、酵素による反応並びに化学的な反応のプロセスパラメータの自動的な検出に適している。

反応液のパラメータとしては、例えば、バイオマス密度、基質濃度、生成物濃度、副産物濃度、細胞の自己蛍光、蛍光タンパク質又はアミノ酸の蛍光、ｐＨ値、Ｔ値、ｐＯ₂ 値及びｐＣＯ₂ 値、酸素移動速度（ＯＴＲ）並びに二酸化炭素移動速度（ＣＴＲ）を検出することができる。

特に、スクリーニングとも称される、化学的、生化学的、酵素学的及び微生物学的な最適化方法に関する負担を軽減するためには、マイクロリアクターにおける前記のパラメータを１０μｌ〜５ｍｌの規模で求める必要がある。スクリーニングは、例えば、菌株の選抜、培地の最適化及びプロセス実行の最適化の場合に問題となる。マイクロリアクター内の容積が小さいことにより、特に、組み合わせ化学及び分子生化学などの多くの研究開発分野において要求される高いスループットが実現可能である。

従来技術では、微生物学的な反応液における吸収と蛍光を検出するための、所謂マイクロタイタイープレート読取器が知られている。マイクロタイタープレートの攪拌運動は、反応の間にプロセスパラメータを検出する毎に中断しなければならない。進行する反応に渡って、より多くのプロセスパラメータを取得する必要がある程、より頻繁に攪拌運動を中断しなければならず、そのことによって、混合及び成分移動プロセスが妨害されることとなる。そのため、培養時に、様々な微生物を多少とも傷つける嫌気性の条件となってしまう可能性が有る。そのような微生物の成長を観察するための２００ウェルのマイクロタイタープレートに関する吸収用マイクロタイタープレート読取器は、例えば、米国マサチューセッツ州ウォルサムのテルモ電子社から販売されている。ウェルの中に有る細胞による光吸収を検知している。そのために、放射源からの電磁放射線をウェルの中の反応液に入射させ、センサーを用いて、マイクロリアクターの反応液から放出される電磁放射線を検出している。このセンサー信号は、透過して来た層の厚さと細胞密度に依存する。

更に、特許文献１により、微生物学的な培養液での吸収を検出するためのマイクロタイタイープレート読取器が既に周知であり、そこでは、反応時の吸収を検出するために、マイクロタイタープレートの攪拌運動を中断する必要はない。この周知の装置は、例えば、マイクロリアクタープラットフォームによって収容された９６ウェルを有するマイクロタイタープレートから構成されている。個々のウェルは、１００μｌ〜２５０μｌの容積を有する。マイクロリアクタープラットフォームの下に配置されたサブプラットフォームには、励起源、例えば、発光ダイオードと検出器とを備えた、マイクロリアクター（ウェル）の反応液における励起源の電磁放射線吸収を検出する少なくとも一つのセンサー光学系が有る。測定した吸収の変化は、マイクロリアクター内における検体密度の変化を示す。読取器の実施形態では、ＬＥＤと検出器をマイクロリアクター毎にロボットを用いて動かすものと規定されている。別の実施形態では、その時々のマイクロリアクターは、サブプラットフォーム内に少なくとも一つのＬＥＤと検出器を組み込むものと規定されている。センサー光学系を備えたサブプラットフォームは、又もや位置決めテーブルに固定された攪拌機上に有る。この攪拌機は、それを位置決めテーブルとサブプラットフォーム間に組み込むことを可能とするために特別に製作されたものである。ＸＹ軸方向に移動可能な位置決めテーブルは、ディスペンサーの下で個々のマイクロリアクターを移動させる役割を果たしている。攪拌運動の中断によって生じる問題が防止されているので、この周知の装置を用いて、例えば、培養液内における微生物の成長条件を意味の有る形で評価することができる。

しかし、この装置の負担のかかる構造、特に、この装置に特別に合わせた攪拌機が欠点である。更に、サブプラットフォーム内のセンサー光学系が一緒に揺り動かされるのが欠点である。高い単位時間当たりの攪拌回数とそれと関連した遠心力のために、プロセスパラメータの検出時に、場合によっては反応を再び実施する必要があるような問題とそのため間違いが起こる可能性が有る。このため、特に、微生物培養液、酵素学的及び化学的反応の一連の検査の際に、望ましくない遅延を生じさせる可能性が有る。

更に、特許文献２により、攪拌している間にマイクロタイタープレート内の液体を分析することは既に知られている。この分析は、ビデオカメラ、光検出器又は走査装置を用いて行われる。

最後に、特許文献３により、複数の傾斜用フレーム内に配置された多くのリアクターを順次試験するためのセンサー光学系が周知である。このセンサー光学系は、順次個々のリアクターに移動されるＸ／Ｙ位置決めユニットに配置されている。センサー光学系の信号は、デジタル評価ユニットに転送される。リアクターの傾斜運動は、測定している間は中断される。
米国特許第６，６７３，５３２号明細書 国際特許公開第９２／１０７５４号明細書 米国特許第５，５９５，７０８号明細書 Sivakesava S., Irudayaraj J., Ali D. (2001): Simultaneous determination of multiple components in lactic acid fermentation using FT-MTR,NIR, and FT-Raman spectroscopic techniques, Process Biochemistry 37, 371-378 Liebsch (2000): Time Resolved Luminescence Lifetime Imaging with Optical Chemical Sensors, Dissertation an der Uni Regensburg

この従来技術を出発点として、この発明の課題は、反応の間持続的に攪拌されている複数のマイクロリアクターにおける反応液のプロセスパラメータを検出するための信頼できる形で動作する方法を提示することである。更に、標準的な構成部品と生命工学用機器を広範囲に用いて実現することができる、この方法を実施するための装置を提示することである。

この課題は、独立請求項１，２，４の特徴を持つ方法と独立請求項１２の特徴を持つ装置によって解決される。これらの異なる解決法の利点と作用は、以下の記述から明らかとなる。

全部の解決法は、
・少なくともプロセスパラメータを検出している間、その時々のセンサー光学系を動かさ ないで、攪拌されているマイクロリアクターを、その時々のセンサー光学系に対して相 対的に動かすことと、
・一つのマイクロリアクターにおいてプロセスパラメータを検出している間、その時々の センサー光学系から放出される電磁放射線を、専らそのマイクロリアクターに入射させ て、反応液から放出される放射線を、専らそのセンサー光学系のセンサーに当てること と、
の特徴を有する。

これらの特徴は、プロセスパラメータの持続的な検出は、一つのプロセスパラメータの値を検出している間、例えば、継続している反応の間に自己発光の瞬間的な値を検出する際において、位置決めユニットに配置されたその時々のセンサー光学系を動かさなくても可能であるという知見に基づいている。その場合に行われる攪拌されているマイクロリアクターとその時々のセンサー光学系との間の相対的な動きは、一つのマイクロリアクターにおいてプロセスパラメータを検出している間、その時々のセンサー光学系の電磁放射線が、専らそのマイクロリアクターに入射して、反応液から放出される放射線が、専らそれに対応するセンサー光学系のセンサーに当たることが保証される限りにおいて問題は無い。

一つのマイクロリアクターにおけるバイオマス密度は、例えば、センサー光学系のセンサーに当たる散乱光又は細胞の自己発光により放出される放射線を用いて検出することができる。

基質濃度、生成物濃度及び副産物濃度は、赤外線又はラマン分光法を用いて観察することができる。例えば、グルコースやグリセリンなどの生命工学の基質は、赤外線及びラマンに反応して、特定のスペクトルを発生し、それは、非常に複雑な培地内でも検出することができる。酢酸やエタノールなどの代謝副産物は、同じく特有のスペクトルを有する。光ファイバーを介して、スペクトルを赤外線又はラマン分光計に伝送することによって、マイクロリアクター内の有機基質を検出することができる。詳細な実施形態は、非特許文献１で見出すことができる。

この発明の有利な実施形態では、マイクロリアクターにおける反応液が、特に、蛍光色素などの少なくとも一つの化学的なセンサー材料を有し、そのセンサー材料は、特に、マイクロリアクターの少なくとも一つの内壁に固定することができる。蛍光色素は、環境条件に対して特有の反応を起こす。例えば、白金ポルフィリン又はルテニウム錯体は、酸素の存在に反応して、その蛍光特性を喪失する。同様に、蛍光指示薬溶液は、溶解している二酸化炭素濃度（ｐＣＯ₂ ）とｐＨ値の変化に敏感に反応して、その蛍光特性を変化させる。これらの物質を多孔性のポリマーマトリックスに固定又は溶解させるか、或いは反応液内に浮遊させた場合、それらは、ｐＨ値、Ｔ値、ｐＯ₂ 値、ｐＣＯ₂ 値に関する光学的なセンサー（オプトーデン[Optoden] とも呼ばれる）として機能する（非特許文献２）。しかし、標準的なｐＨ指示薬を溶解させて用いることもできる。

以下において、図面にもとづき、この発明を詳しく説明する。

マイクロリアクター列を備えたマイクロタイタープレート１は、回転攪拌機５，６のトレイ４の収容部に組み込まれている。回転攪拌機５，６は、例えば、５００〜２０００回転／分の単位時間当たりの最大攪拌回数を実現可能である。検出方法に対して、回転攪拌機の攪拌直径を合わせる。

センサー光学系７によって、２００ｎｍ〜２５μｍの波長の電磁放射線をトレイ４の部分１１を通して、放射線を透過させるマイクロタイタープレート１のウェルに入射させて、ウェルから放出される放射線をセンサー光学系１７によって検出する。

図１Ａは、トレイ４のマイクロタイタープレート１を支える部分面が駆動部の上に有る直立型回転攪拌機５による実施構成を示している。そのため、Ｘ／Ｙ位置決めユニット７に配置されたセンサー光学系１７のマイクロタイタープレート１の下側からの自由なアクセスが保証されている。

図１Ｂは、吊り下げられた回転攪拌機６によって駆動されるトレイ４を備えた実施構成を示している。この実施構成では、トレイ４のマイクロタイタープレート１を支える部分は、ウェルに上方からもアクセスする必要がある場合にだけ、回転攪拌機６の上に持って来る必要がある。

図１Ｃは、マイクロタイタープレート１が、部分１１を攪拌機フレーム１６によって支えられている実施構成を示している。攪拌機フレーム１６は、マイクロタイタープレート１を平坦なトレイ４から垂直方向に引き離している。攪拌機フレーム１６の側面の開いた構成により、Ｘ／Ｙ位置決めユニット７を用いて、側面によって妨げられること無く、センサー光学系１７をマイクロタイタープレートの各ウェルの下に動かすことができる。

図２Ａ，２Ｂは、放射線源の電磁放射線と反応液から放出される放射線を光ファイバー２，２５を介して誘導する装置を示している。

図２Ａによる変化形態は、二本の光ファイバー２を通して放射線を別々に誘導する形態を示している。放射線の入射は、リアクターの方に繋がれた光ファイバー２を通して行われ、マイクロリアクターから放出される放射線の誘導は、マイクロリアクターから出て来る光ファイバー２を通して行われる。読取器３内には、センサー光学系に放射線を供給する放射線源とセンサーとが有る。

図２Ｂによる変化形態は、図２Ａによる変化形態とは、両方の光ファイバー２が、Ｙ型光ファイバー２５に統合されていることだけが異なっている。これらの光ファイバーは、個別の光ファイバーからか、さもなければ光ファイバーの束から構成される。読取器３内には、センサー光学系に放射線を供給する放射線源とセンサーとが有る。

図２Ｃは、光ファイバーの無い形のセンサー光学系１７を示している。放射線源１２とセンサー１５は、直接センサー光学系１７内に置かれており、この光学系は、光路内に追加のフィルター１３，１４を配備することができる。放射線源１２の励起光は、個々のマイクロリアクターの方向にそれぞれ向けられる一方、マイクロリアクターの反応液から放出される反応に依存する放射線は、センサー１５に当たる。センサー光学系１７は、放射線源１２からの放射線の供給とセンサー信号の信号伝送用のケーブル２６を介して、電子回路９と接続されている。この回路９は、放射線源１２を制御するとともに、センサー信号を読み取る役割を果たす。すべての変化形態において、データ処理ユニット、例えば、コンピュータ８がデータの収集と評価を引き受ける。電子回路９の機能は、図２Ａ，Ｂによる変化形態では、読取器３に統合されている。センサー光学系１７は、すべての変化形態において、Ｘ／Ｙ位置決めユニット７のアームに固定されている。Ｘ／Ｙ位置決めユニット７の駆動は、同様に制御ソフトウェアを備えたコンピュータ８によって行われる。

測定課題に対する要求に応じて、例えば、光学フィルター１３、回折格子、プリズムを介して形成される、狭い帯域に制限された波長領域を持つ電磁放射線又はレーザーやＬＥＤなどの所定のスペクトルを持つ放射線源からの直接的な電磁放射線を入射させるとともに、放出される光の中の所定の波長だけをセンサーに供給することが可能である。そのために、放射された光は、同様に光学フィルター１４、回折格子又はプリズムによりフィルターをかけることができる。

マイクロリアクターの反応液内の検体を励起するためにフラッシュランプを使用する場合、回転攪拌機５，６の攪拌回転数とフラッシュランプのパルス周波数は、揺れ動く状態が起こらないように決めるのが有利である。この揺れ動く状態は、閃光がリアクター底部の少数の位置に当たって、攪拌とフラッシュの単位時間当たりの回数が同期していないために、それらの位置がリアクター底部上で揺れ動く場合に起こる。図４に図示された、円筒形の底部１０と円筒形の被覆１９によって境界を規定されたマイクロリアクターは、センサー光学系１７の位置を固定された光線１８の上において、一定の攪拌半径で回転する。マイクロリアクターの回転によって、光線１８は、マイクロリアクターの底部１０上に円形の線３１を描くこととなる（図３Ａと３Ｂを参照）。

図３Ａでは、攪拌回転数ｎとフラッシュランプの単位時間当たりのフラッシュ回数（ｆ_B ）を選定することによって、円形の線３１の周囲に渡って３回の閃光だけが分布している状態が図示されている。この場合、ｆ_B ＝３＊ｎであり、その結果１回転当り３回の閃光が作動される。特に、単位時間当たりのフラッシュ回数（ｆ_B ）が、攪拌回転数ｎの自然数倍である場合、揺れ動く状態は起こらない。この場合、閃光は、先ずは円形の線３１上の同じ位置３２に当たる。円形の線３１の閃光を受ける箇所が少なすぎて（＜４閃光／円形の線）、かつ閃光の照射がリアクター内の液体の動きと同期していない場合、これらの位置３２は、時計周り又は反時計回りに円形の線３１上を揺れ動く。そうすることによって、センサー光学系１７の角度２２にもとづき、マイクロリアクターから放出される電磁放射線の強度が変動する結果となり、そのために測定信号の好ましくない変動が起こる可能性が有る。

従って、揺れ動く状態を防止するために、より大きい数の閃光を生じさせると同時に、円形の線３１に渡って分布させる。このことは、ｆ_B ＝Ｎ＊ｎ（Ｎ＝自然数）が満たされる場合に達成することができる。図３Ｂでは、その例を図示している。円形の線３１の周囲に渡って、１３個の閃光が照射されている。これらの閃光は、回転攪拌機の一回転において、さもなければ複数の回転に渡って照射することもできる。ｎ＝ｆ_B ＊Ｐ／Ｕ（Ｐ＝円形の線上での閃光数、Ｕ＝Ｐに達するまでの回転数）の関係により、動作条件を設定して、円形の線の周囲に渡って、出来る限り多くの数の閃光（Ｐ＞１０）を分布させるようにする。それにより、マイクロリアクターにおいてプロセスパラメータを検出するための安定した均一なセンサー信号を得ることができる。

センサー信号を安定化させる別の手段は、放射線源の閃光を攪拌動作とそのためマイクロリアクター内における液体の動きとも同期させることである。位置検出器（例えば、フォトアイソレーター、加速度センサー又はホールセンサー）を用いて、常時センサー光学系１７に対するトレイ４の位置を求めることができる。この位置情報を考慮に入れて、フラッシュランプの閃光を作動させる。閃光は、有利には、遠心力による加速度の方向に打ち寄せられた反応液がセンサー光学系１７の上に来た時に作動される。そうすることによって、遠心力による加速度のために、時として反応液が無くなる、或いは非常に少なくなるマイクロリアクターのゾーンに、光線１８が入射するのが防止される。

以下において、この発明による反応液のプロセスパラメータの検出方法を、図２の装置を用いた二つの異なる変化形態により詳しく説明する。

図４は、位置決めユニット７を用いてセンサー光学系１７を次々に動かして、それぞれ一つのマイクロリアクターだけのプロセスパラメータの値を順次検出する方法を図示している。

センサー光学系１７は、一つのマイクロリアクターの下に向けられており、反応の間個々の測定値を検出する際に、波長が２００ｎｍ〜２５μｍの光線１８の形の電磁放射線が、専らそのマイクロリアクターに入射するようにしている。円筒形の底部１０を持つ円筒形のマイクロリアクターを使用している場合、回転攪拌機５又は６の偏心軸２１の周りの攪拌直径２７（図４参照）は、センサー光学系１７の光線１８が、一つのマイクロリアクターの底部１０にだけ当たるように選定される。そのためには、攪拌直径２７は、底部１０の直径２８以下に選定される。

速く進行する反応では、検出を加速するために、マイクロリアクターのグループを一つのマイクロリアクター列に統合することが可能であり、その場合個々のグループのプロセスパラメータは、順番に検出されるが、一つのグループのマイクロリアクターにおけるプロセスパラメータは、そのグループのすべてのマイクロリアクター用の一つのセンサー光学系１７によって同時に検出される。一つのグループ内において同時に検出するためのセンサー光学系は、位置決めユニット７に配置されている。一つのグループのマイクロリアクターにおけるプロセスパラメータを同時に検出した後、センサー光学系は、その次のグループに移動される。一つのグループに対するセンサー光学系は、個々の測定値を検出する際には、その時々のセンサー光学系の電磁放射線が、専らちょうどその下にセンサー光学系が来ているマイクロリアクターに入射するように、そのグループのマイクロリアクターの下に向けられている。

底部１０での励起光の光の反射によって、センサー、例えば、光検出器の信号が過剰に増大するのを防止するために、その時々のセンサー光学系は、その時々のマイクロリアクターに対して、壁面、特にマイクロリアクターの底部１０によって反射される電磁放射線がセンサーに入らないような方向に向けられている。そのために、センサー光学系１７としての役割を果たす光ファイバーは、マイクロリアクターの底部１０への垂線に対して鋭角２２に設定される。光ファイバーの開口数に従って、異なる最適な設定角２２が得られ、有利には、２５°〜４０°である。

しかし、プロセスパラメータを順次検出する代わりに、その時々のマイクロリアクターに対して一つのセンサー光学系によって、全部のマイクロリアクターにおけるプロセスパラメータを同時に検出することも可能である。これらのセンサー光学系は、光線１８の形の電磁放射線（２００ｎｍ〜２５μｍ）が、反応の間測定値を検出する際に専らそのセンサー光学系に対応するマイクロリアクターに入射するように、マイクロリアクターの下に向けられている。

図５は、互いに隣接して配置された４つのマイクロリアクターにおけるプロセスパラメータを順次検出するための方法を図示している。マイクロリアクターのプロセスパラメータは、動かされないセンサー光学系１７に対する相対的な円形の運動により、そのセンサー光学系１７によって順番に検出される。センサー光学系１７の電磁放射線は、４つのマイクロリアクターの中の一つにおけるプロセスパラメータを検出している間、専らそのマイクロリアクターに入射する。反応液から放出される放射線は、専らそのセンサー光学系１７のセンサーに当たる。二つの隣接するマイクロリアクターに同時に入射することは、マイクロリアクターの底部１０に対するセンサー光学系１７の配置によって防止されている。

センサー光学系１７は、４つのマイクロリアクターの中の一つに向けられている。図示されているトレイ４でのマイクロリアクターの分布において、マイクロリアクターの中心との対角線上の間隔が等しくなるように攪拌直径を選定した場合、４つのマイクロリアクターは、１回転の間にセンサー光学系１７の光線１８の上に順番に巡って来る。マイクロリアクターは、Ｉ〜ＩＶの順序でセンサー光学系１７の上を動き、その場合検出している間位置を固定されている光線１８は、円形の線２３を描くこととなる。個々のマイクロリアクターから得られたセンサー信号は、ここでは図示されていないコンピュータ８により記録される。センサー信号を評価する枠組みにおいて、センサー信号とそのセンサー信号に関する電磁放射線を放出しているマイクロリアクターとの間の対応付けが行われる。この対応付けに必要なマイクロリアクターの位置に関する情報は、例えば、回転攪拌機５，６に配置された位置検出器（例えば、フォトアイソレーター、加速度センサー又はホールセンサー）を用いて検出することができる。

マイクロタイタープレート１が、図５に図示されている４つのマイクロリアクターよりも多いマイクロリアクターを有する場合、センサー光学系１７は、第一グループの４つのマイクロリアクターのプロセスパラメータを検出した後、位置決めユニット７によって、４つのマイクロリアクター毎に整然と配置されたマイクロリアクターのその次の隣接するグループに移動される。この方法においても、センサー光学系１７の設定角をマイクロリアクターの底部１０に対して２５°〜４０°の角度とするのが、有利であることが分かっている。

しかし、図５により原理を説明した方法において、一つのグループに対してより多くの数（＞４）のマイクロリアクターのプロセスパラメータを検出することも可能である。その場合、マイクロリアクターが位置を固定されたセンサー光学系の上で円を描いて、一回転する間に４つより多いマイクロリアクターが順番に検出されるように、攪拌直径２７を選定する。

図５又は図６Ｃによる方法では、検出を加速するために、互いに隣接して配置された複数のグループのマイクロリアクターのプロセスパラメータを、各グループに対してそれぞれ一つのセンサー光学系を用いて並行して検出することが可能である。

この発明では、マイクロリアクター内の反応液は、少なくとも一つの化学的なセンサー材料を有することができ、それらは、有利には、マイクロリアクターの少なくとも一つの内壁、例えば、底部１０に置かれる。そのような化学的なセンサーは、例えば、ｐＨ、Ｔ、ｐＯ₂ 及びｐＣＯ₂ などのプロセスパラメータの指示薬として機能する蛍光色素である。プロセスパラメータを求めるための蛍光色素は、図１〜５にもとづき述べた装置と方法により、溶解した形で使用することができる。蛍光色素を検出層３８，３９として内壁に固定した場合、例えば、図４による測定方法に対応する図６Ａ，Ｂに図示されている通り、センサー光学系１７を特別な方向に向ける必要がある。

この場合、異なるプロセスパラメータを検出することができるように、複数の検出層３８，３９をマイクロリアクターの底部１０に配置することができる。光線１８が、妨げられずに液体の容積内にも入射することができるように、透明な底部１０の一部には何も置かれていない。図６Ａでは、センサー光学系１７の向きと攪拌直径２７は、トレイ４が一回転する際に光線１８が常に検出層３８，３９又はそれらの間の部分に入射するように決定されている（攪拌直径２７＜リアクター直径２８／（検出層の数Ｎ＋１）−検出層の長さ４１）。この場合、符号４１で表示されている検出層の長さとは、検出層３８，３９の幾何学的に最も長い外側のサイズを意味する。それに続いて、測定値を検出するために、Ｘ／Ｙ位置決めユニット７を用いて、マイクロリアクターの底部１０の下において、異なる位置３５，３６及び３７にセンサー光学系１７を移動させて、様々なプロセスパラメータを検出する。位置３５は、反応液の自己発光又は散乱光を検出する役割を果たす一方、位置３６，３７は、異なる検出層３８，３９からの放射線を検出する役割を果たす。

図６Ｂの変化形態では、二つの検出プロセス間において、センサー光学系の位置を変更することなく、一つのマイクロリアクター内で異なるプロセスパラメータを検出している。この場合、光線１８は、底部に固定された検出層３８，３９上において円軌道で順番に当たる。例えば、反応液の散乱光強度や自己発光などの所定のプロセスパラメータの検出に必要な反応液への直接的な入射を可能とするために、底面の一部には何も置かれていない。マイクロリアクターの回転時における異なるセンサー信号の対応付けは、図示されていない位置検出器によって行われる。

図６Ｃによる変化形態では、検出層３８，３９は、トレイの一回転の間に、複数のマイクロリアクターが光線１８によって順番に検出されるように、マイクロリアクター内に置かれている。センサー光学系１７によって掃引される面４０は、４つのマイクロリアクターと異なるプロセスパラメータを検出し、信号検出後に、これらのプロセスパラメータを個々のマイクロリアクターに対応させなければならない。ここでも、そのことは、位置検出器を用いて行われる。マイクロリアクター列が、図示された４つよりも多いマイクロリアクターを有する場合、センサー光学系は、第一グループの４つのマイクロリアクターのプロセスパラメータを検出した後、位置決めユニット７によって、互いに隣接して配置された、それぞれ４つのマイクロリアクターを持つ別のグループのマイクロリアクターに移動される。

微生物を培養するためのマイクロリアクターを使用する場合、有利には、それらは上方に開口部を有し、この開口部は、動作している間ガスを透過するカバー、例えば、自己粘着性の膜を被せられている。この膜により、マイクロリアクターの単一感染型動作が可能である。反応液内で進行する反応は、所要のガス状反応成分を供給されるが、ガス状の反応生成物によっては妨害されることはない。

この発明による方法を用いて検出したプロセスパラメータの検出例として、１０ｇ／Ｌのグリセリンと２７°Ｃの温度での２ｘＹＰ（酵母菌ペプトン）培地における野生型メタノール資化酵母培養の測定曲線を図７に示す。反応の経過時間に関して、培養の（６２０ｎｍでの）相対的な散乱光強度と（３４０ｎｍでの励起と４６０ｎｍでの放射に関する）相対的なＮＡＤＨ蛍光のプロセスパラメータを観察した。個々のプロセスパラメータの検出は、Ｙ型光ファイバーを用いて、設定角３０°とマイクロタイタープレートとの間隔１ｍｍにおいて行った。この場合、単位時間当たりの攪拌回数は、９９５回／分であり、攪拌直径２７は３ｍｍであった。反応は、従来の４８ウェルのマイクロタイタープレート（グレイナー社／フリッケンハウゼン、製品番号６７７１０２）を用いて、充填容積６００μｌで行った。４８ウェルのマイクロタイタープレートを覆うために、ガスを透過する粘着フォイル（アーベージーン社／ハンブルク、製品番号ＡＢ−０７１８）をカバーとして使用した。

この発明による方法を実施するための有利な装置の変化形態 この発明による方法を実施するための有利な装置の変化形態 この発明による方法を実施するための有利な装置の変化形態 この発明による装置のためのセンサー光学系の実施構成 この発明による装置のためのセンサー光学系の実施構成 この発明による装置のためのセンサー光学系の実施構成 フラッシュバルブの光線上において一定の攪拌直径で回転する円筒形のマ イクロリアクターの模式的な平面図 フラッシュバルブの光線上において一定の攪拌直径で回転する円筒形のマ イクロリアクターの模式的な平面図 この発明による方法の第一の変化形態を説明するための図 この発明による方法の第二の変化形態を説明するための図 この発明による方法の化学的なセンサーを使用した第三の変化形態を説明す るための図 メタノール資化酵母培養の測定曲線

符号の説明

１ マイクロタイタープレート
２ 光ファイバー
３ 読取器
４ トレイ
５ 直立型回転攪拌機
６ 吊下型回転攪拌機
７ Ｘ／Ｙ位置決めユニット
８ コンピュータ
９ 回路
１０ 底部
１１ 部分
１２ 放射線源
１３ フィルター
１４ フィルター
１５ センサー
１６ 攪拌機フレーム
１７ センサー光学系
１８ 光線
１９ 円筒形の被覆
２１ 偏心軸
２２ センサー光学系の角度
２３ 円形の線
２５ Ｙ型光ファイバー
２６ ケーブル
２７ 攪拌直径
２８ 底部１０の直径
３１ 円形の線
３２ 閃光の位置
３５ センサー光学系１７の位置
３６ センサー光学系１７の位置
３７ センサー光学系１７の位置
３８ 検出層
３９ 検出層
４１ 検出層３８の長さ

Claims (13)

1. 少なくとも全部のマイクロリアクターでの反応が終了するまで持続的に回転攪拌機で攪拌されているマイクロタイタープレートの複数のマイクロリアクター（１０，１９）における反応液のプロセスパラメータを検出する方法であって、
   （ａ）持続的に攪拌されている状態下での反応の間に、マイクロリアクターにおけるプロセスパラメータを検出し、
   （ｂ）センサー（１５）と放射線源（１２）を有するセンサー光学系（１７）を用いて、このパラメータの検出を行い、
   （ｃ）位置決めユニット（７）に配置されたセンサー光学系（１７）によって、個々のマイクロリアクター（１０，１９）におけるプロセスパラメータを順番に検出し、
   （ｄ）放射線源（１２）からの電磁放射線を順番にマイクロタイタープレートのマイクロリアクターの反応液に入射させて、その放射線源に対応するセンサー（１５）が、マイクロリアクターの反応液から放出される電磁放射線を検出し、
   （ｅ）一つのマイクロリアクターにおけるプロセスパラメータの検出後に、位置決めユニット（７）によって、センサー光学系（１７）を別のマイクロリアクターに移動する、
   方法において、
   （ｆ）少なくともプロセスパラメータを検出している間、マイクロリアクターの下に向けられているセンサー光学系（１７）を動かさずに、攪拌されているマイクロリアクター（１０，１９）をそのセンサー光学系に対して相対的に動かして、
   （ｇ）回転攪拌機の攪拌直径（２７）をマイクロリアクターの底部（１０）の直径よりも小さく選定して、一つのマイクロリアクターでプロセスパラメータを検出している間、専らそのマイクロリアクターにセンサー光学系（１７）の電磁放射線を入射させるとともに、電磁放射線を入射させた順番で各マイクロリアクターから放出される電磁放射線を、専ら入射させている放射線源（１２）に対応するセンサー光学系（１７）のセンサー（１５）によって検出する、
   ことを特徴とする方法。
2. 少なくとも全部のマイクロリアクターでの反応が終了するまで持続的に回転攪拌機で攪拌されているマイクロタイタープレートの複数のマイクロリアクター（１０，１９）における反応液のプロセスパラメータを検出する方法であって、
   （ａ）持続的に攪拌されている状態下での反応の間に、マイクロリアクターにおけるプロセスパラメータを検出し、
   （ｂ）それぞれセンサー（１５）と放射線源（１２）を有する複数のセンサー光学系（１７）を用いて、このパラメータの検出を行い、
   （ｃ）複数のセンサー光学系（１７）によって、複数のマイクロリアクター（１０，１９）におけるプロセスパラメータを同時に検出し、
   （ｄ）各放射線源（１２）からの電磁放射線を順番にマイクロタイタープレートのマイクロリアクターの反応液に入射させて、その放射線源に対応するセンサー（１５）が、マイクロリアクターの反応液から放出される電磁放射線を検出する、
   方法において、
   （ｅ）少なくともプロセスパラメータを検出している間、マイクロリアクターの下に向けられている各センサー光学系（１７）を動かさずに、攪拌されているマイクロリアクター（１０，１９）を各センサー光学系に対して相対的に動かして、
   （ｆ）回転攪拌機の攪拌直径（２７）をマイクロリアクターの底部（１０）の直径よりも小さく選定して、プロセスパラメータを検出している間、専らそのマイクロリアクターに各センサー光学系（１７）の電磁放射線を入射させるとともに、電磁放射線を入射させた順番で各マイクロリアクターから放出される電磁放射線を、専ら入射させている放射線源（１２）に対応するセンサー光学系（１７）のセンサー（１５）によって検出する、
   ことを特徴とする方法。
3. マイクロリアクター（１０，１９）が、複数のグループに分割されており、
   一つのグループのマイクロリアクター（１０，１９）の各々には、一つのセンサー光学系（１７）が対応しており、一つのグループのマイクロリアクターにおけるプロセスパラメータは、グループの各マイクロリアクターに対応するセンサー光学系（１７）によって同時に検出され、
   位置決めユニット（１７）に配置された複数のセンサー光学系は、一つのグループのマイクロリアクターにおけるプロセスパラメータを同時に検出した後、位置決めユニットによって別のグループに移動されることを特徴とする請求項２に記載の方法。
4. 少なくとも全部のマイクロリアクターでの反応が終了するまで持続的に回転攪拌機で攪拌されているマイクロタイタープレートの複数のマイクロリアクター（１０，１９）における反応液のプロセスパラメータを検出する方法であって、
   （ａ）持続的に攪拌されている状態下での反応の間に、それぞれセンサー（１５）と放射線源（１２）を有する少なくとも一つのセンサー光学系（１７）を用いて、マイクロリアクターにおけるプロセスパラメータを検出し、
   （ｂ）放射線源（１２）からの電磁放射線を順番にマイクロリアクターの反応液に入射させて、その放射線源に対応するセンサー（１５）が、マイクロリアクターの反応液から放出される電磁放射線を検出する、
   方法において、
   （ｃ）少なくともプロセスパラメータを検出している間、マイクロリアクターの下に向けられている各センサー光学系（１７）を動かさずに、攪拌されているマイクロリアクター（１０，１９）を各センサー光学系に対して相対的に動かして、
   （ｄ）少なくとも一つのグループの互いに隣接して配置されているマイクロリアクターのプロセスパラメータを、動かされないセンサー光学系（１７）に対して、これらのマイクロリアクターを相対的に動かすこと（２３）によって、そのセンサー光学系によって順番に検出し、
   （ｅ）マイクロリアクター（１０，１９）を有する、回転攪拌機（５，６）と接続されたマイクロリアクタープラットフォーム（４）が全体として回転するのではなく、偏心軸（２１）の周りに攪拌直径（２７）で回転し、回転攪拌機が回転している間に各グループのマイクロリアクター（１０，１９）がセンサー光学系（１７）の上に順番に巡って来るように、回転攪拌機の攪拌直径（２７）を選定して、電磁放射線を入射させた順番で各マイクロリアクターから放出される電磁放射線を、専ら入射させている放射線源（１２）に対応するセンサー光学系（１７）のセンサー（１５）によって検出し、
   （ｆ）センサー信号を評価する枠組みにおいて、センサー信号とそれに対する電磁放射線を放出したマイクロリアクター（１０，１９）との間の対応付けを行い、
   （ｇ）一つのグループのマイクロリアクターのプロセスパラメータの検出後に、センサー光学系（１７）を位置決めユニット（７）によって、互いに隣接して配置されたマイクロリアクター（１０，１９）の別のグループに移動する、
   方法。
5. 互いに隣接して配置された複数のグループのマイクロリアクター（１０，１９）のプロセスパラメータを、各グループに対してそれぞれ一つのセンサー光学系を用いて、並行して検出することを特徴とする請求項４に記載の方法。
6. センサー光学系（１７）の放射線源（１２）として、フラッシュランプを使用し、そのパルス周波数を攪拌運動（２７）に合わせて、その閃光が、マイクロリアクター（１０，１９）の少なくとも４つの異なる位置（３２）に当たるようにすることを特徴とする請求項１から５までのいずれか一つに記載の方法。
7. センサー光学系（１７）の放射線源（１２）として、フラッシュランプを使用し、そのパルス周波数を攪拌運動（２７）に合わせて、その閃光が、攪拌運動の間常にマイクロリアクター（１０，１９）の同じ位置に当たるようにすることを特徴とする請求項１から５までのいずれか一つに記載の方法。
8. 各放射線源（１２）の電磁放射線及び／又は反応液から放出される放射線が、光ファイバー（２，２５）を通して誘導されることを特徴とする請求項１から７までのいずれか一つに記載の方法。
9. マイクロリアクターの壁面から反射される電磁放射線がセンサー（１５）に入射しないように、各センサー光学系（１７）が、各マイクロリアクター（１０，１９）に対して向けられていることを特徴とする請求項１から８までのいずれか一つに記載の方法。
10. マイクロリアクター内における反応液が、少なくとも一つの化学的なセンサー材料を有することを特徴とする請求項１から９までのいずれか一つに記載の方法。
11. 化学的なセンサー材料（３８，３９）が、マイクロリアクターの少なくとも一つの内面（１０）に置かれていることを特徴とする請求項１０に記載の方法。
12. 請求項１から３までのいずれか一つに記載の方法を実施するための装置であって、
    攪拌機（５，６）と接続されたマイクロリアクタープラットフォーム（４）が配備されており、そのマイクロリアクタープラットフォームが、電磁放射線を少なくとも部分的に透過する少なくとも二つのマイクロリアクター（１０，１９）を備えたマイクロタイタープレート（１）を有し、
    マイクロリアクタープラットフォーム（４）の攪拌運動（２７）と連結されていない少なくとも一つのセンサー光学系（１７）が配備されており、そのセンサー光学系が、それぞれセンサー（１５）と放射線源（１２）を有し、放射線源（１２）が、マイクロリアクターの反応液に電磁放射線を入射させて、その放射線源に対応するセンサー（１５）が、マイクロリアクターの反応液から放出される電磁放射線を検出し、
    データ処理ユニット（８，９）が配備されており、そのデータ処理ユニットが、センサー信号を収集して評価する、
    装置において、
    各センサー光学系（１７）は、マイクロリアクタープラットフォーム（４）に対して位置を固定された形で置かれた位置決めユニット（７）に固定されており、
    平坦なマイクロリアクタープラットフォーム（４）は、マイクロリアクター（１０，１９）の底面（１０）の領域において、少なくとも部分的に電磁放射線を透過させ、
    各センサー光学系（１７）は、位置決めユニット（７）を用いて、マイクロリアクターの底面（１０）の下において移動することが可能であり、
    攪拌機（５，６）は、回転攪拌機であり、
    その回転攪拌機の攪拌直径（２７）が、マイクロリアクター（１０，１９）の底部（１０）の直径（２８）よりも小さく、
    平坦なマイクロリアクタープラットフォーム（４）は、マイクロタイタープレート（１）を組み込むための収容部を持つトレイである、
    ことを特徴とする装置。
13. 請求項４又は５に記載の方法を実施するための装置であって、
    攪拌機（５，６）と接続されたマイクロリアクタープラットフォーム（４）が配備されており、そのマイクロリアクタープラットフォームが、電磁放射線を少なくとも部分的に透過する少なくとも二つのマイクロリアクター（１０，１９）を備えたマイクロタイタープレート（１）を有し、
    マイクロリアクタープラットフォーム（４）の攪拌運動（２７）と連結されていない少なくとも一つのセンサー光学系（１７）が配備されており、そのセンサー光学系が、それぞれセンサー（１５）と放射線源（１２）を有し、放射線源（１２）が、マイクロリアクターの反応液に電磁放射線を入射させて、その放射線源に対応するセンサー（１５）が、マイクロリアクターの反応液から放出される電磁放射線を検出し、
    データ処理ユニット（８，９）が配備されており、そのデータ処理ユニットが、センサー信号を収集して評価する、
    装置において、
    各センサー光学系（１７）は、マイクロリアクタープラットフォーム（４）に対して位置を固定された形で置かれた位置決めユニット（７）に固定されており、
    平坦なマイクロリアクタープラットフォーム（４）は、マイクロリアクター（１０，１９）の底面（１０）の領域において、少なくとも部分的に電磁放射線を透過させ、
    各センサー光学系（１７）は、位置決めユニット（７）を用いて、マイクロリアクターの底面（１０）の下において移動することが可能であり、
    攪拌機（５，６）は、回転攪拌機であり、
    マイクロリアクタープラットフォーム（４）が全体として回転するのではなく、偏心軸（２１）の周りに攪拌直径（２７）で回転し、回転攪拌機が回転している間に複数のマイクロリアクター（１０，１９）がセンサー光学系（１７）の上に順番に巡って来るように、その回転攪拌機の攪拌直径（２７）が選定されており、
    平坦なマイクロリアクタープラットフォーム（４）は、マイクロタイタープレート（１）を組み込むための収容部を持つトレイである、
    ことを特徴とする装置。

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