JP4894526B2 - 化学反応用カートリッジ - Google Patents

Description

本発明は、化学反応用カートリッジに関する。

特許文献１では、特に溶液の合成や溶解、検出、分離などを、決められたプロトコルに従って個人差がなく低価格で安全、容易に行うことを目的に、内部に室及び流路が形成され、その室や流路内での流動体の流動・流動阻止を可能にする弾性体と、位置や形状を保持するための剛性体の基板とから構成された化学反応用カートリッジが提案されている。
特許文献１記載の発明によれば、ローラ等で弾性体を変形させて室や流路を押し潰し、押し潰した状態でローラ等を移動又は停止することで、流動体の流動・流動阻止を行っている。
特許文献１記載の図８及び段落００２４には、流路直上の弾性体表面に凸部を形成し、流路の幅や形、本数が変っても流路の押し潰しを確実にしようとする化学反応用カートリッジが記載されている。
特開２００５−０３７３６８号公報

しかし、以上の従来技術にあってもさらに次のような問題があった。
使用者により化学反応用カートリッジが、弾性体で形成された面を下にして机上等に載置される場合がある。この場合、弾性体への押圧力が生じ、内部に納められた液の漏洩や不本意な流動が生じるおそれがあるという問題がある。特に、流路直上の弾性体表面に凸部が形成された化学反応用カートリッジにおいては、流路へ圧力が集中するため、問題は顕著となる。また、基板の両面に弾性体で形成された化学反応用カートリッジにおいては、弾性体で形成された面を下にして載置せざるを得ない。

本発明は以上の従来技術における問題に鑑みてなされたものであって、いずれの面を下にして載置しても内部に納められた液等の流体の漏洩や不本意な流動が生じるおそれがなく、より安心して取り扱うことができ、安全性、保存性の高い化学反応用カートリッジを提供することを課題とする。

以上の課題を解決するための請求項１記載の発明は、剛性体の基板と弾性体とから構成され、
内部には、流路と、前記流路で繋がれる２以上の室とが形成され、
外部から前記弾性体に外力を加えることにより前記流路若しくは室又はその両者を部分的に塞いでその流路又は室にある流体状の物質を移動又は移動阻止することができるように構成され、
前記基板の前記弾性体が形成された面において該弾性体よりも突出する凸部を、前記基板が有することを特徴とする化学反応用カートリッジである。

請求項２記載の発明は、前記凸部の突出方向を下方に向けて載置した場合に、前記凸部による支点を一直線状に無い３点以上に有することを特徴とする請求項１に記載の化学反応用カートリッジである。

請求項３記載の発明は、前記凸部が前記基板の縁に配置されていることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の化学反応用カートリッジである。

請求項４記載の発明は、前記凸部が前記基板の相対する２つの縁それぞれに配置されていることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の化学反応用カートリッジである。

請求項５記載の発明は、少なくともいずれか一方の前記縁においては該縁に沿って長い壁状であることを特徴とする請求項４に記載の化学反応用カートリッジである。

請求項６記載の発明は、前記凸部が前記基板の４つの角部にそれぞれ配置されていることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の化学反応用カートリッジである。

請求項７記載の発明は、前記基板の両面に前記弾性体が形成されており、前記凸部を前記基板の両面に有することを特徴とする請求項１から請求項６のうちいずれか一に記載の化学反応用カートリッジである。

請求項８記載の発明は、前記流路又は室上の前記弾性体により構成される部分が周囲の前記弾性体により構成される部分より突出していることを特徴とする請求項１から請求項７のうちいずれか一に記載の化学反応用カートリッジである。

請求項９記載の発明は、前記流路又は室上の前記弾性体により構成される部分が周囲の前記弾性体により構成される部分より薄いことを特徴とする請求項８に記載の化学反応用カートリッジである。

請求項１０記載の発明は、剛性体の基板と弾性体とから構成され、
内部には、流路と、前記流路で繋がれる２以上の室とが形成され、
外部から前記弾性体に外力を加えることにより前記流路若しくは室又はその両者を部分的に塞いでその流路又は室にある流体状の物質を移動又は移動阻止することができるように構成され、
前記弾性体の前記基板に対する反対の面において前記流路又は室が形成された部分の弾性体よりも突出する凸部を、前記流路又は室が形成された部分以外の部分の前記弾性体が有することを特徴とする化学反応用カートリッジである。

本発明によれば、弾性体が形成された面を下にして載置しても、凸部によって支持されるので、載置面の力学的作用による室又は流路の変形が生じ難く、使用者はより安心して取り扱うことができ、内部に納められた液等の流体の漏洩や不本意な流動が防がれ、安全性、保存性が高まるという効果がある。

以下に本発明の一実施の形態につき図面を参照して説明する。以下は本発明の一実施形態であって本発明を限定するものではない。なお、本発明の化学反応用カートリッジは、一般に「マイクロリアクタ」とも呼ばれる反応器として応用されるものである。本発明は特定の用途に限定されない。

図１(a)に本発明を実施した一例の化学反応用カートリッジの断面図を示す。
図１(a)に示すように、化学反応用カートリッジ１は、気密状で弾力性のあるゴムなどの弾性体３と、硬質材料で形成された位置決め及び形状維持のための剛性体の基板２より形成されている。基板２は、縁に凸部２ａを有する。

弾性体３の材質としては、シリコンゴム、ＰＤＭＳ（ポリジメチルシロキサン）、天然ゴムおよびその重合体、アクリルゴム、ウレタンゴムなどである。
基板２の材質としては、ガラス、金属、硬質樹脂あるいは曲げることが可能な剛体を用いることができる。

図１(a)に示すように、弾性体３の一面に凹部３ａが形成されている。弾性体３の凹部３ａが形成された面の凹部３ａを除く部分が、基板２の面に接着されることにより、流路４及び室が形成されている。室は２以上形成される。流路４は室間を繋げ、室間の物質の移送を可能にする。移送される物質は、流動性のある物質、液体その他の流体状の物質である。移送目的の反応物質が、固体等の流動しないもの、流動し難いものである場合は、その反応物質を含んだ溶液が室に入れられる。

物質の移動は次のように行う。
まず、ローラ、スキージ、シリンジ等の押圧手段を、流路４又は室上の弾性体３に押し当て、流路４又は室を押し潰す。流路４又は室を押し潰すことにより、内部の物質を流動させて移動させることができる。さらには、押圧位置を移動させることにより、内部の物質を流動させ、押圧位置の移動方向に物質を移動させることができる。押圧位置の移動は、押圧位置において流路４又は室の対向する内壁同士を接触させることにより内部空間をを遮断する状態まで押圧して行うことが好ましい。

物質の移動阻止は、押圧手段により流路４又は室の対向する内壁同士を接触させて内部空間を遮断することで行われる。押圧手段を複数使用することにより、一方の押圧手段により物質の移動を行わせつつ、その移動方向の前方において他方の押圧手段により流路又は室を押圧して、その位置より先への物質の移動を阻止することもできる。
以上のような移動、移動阻止を基本として、カートリッジ１内の物質の移動が制御される。

図１(a)に示した化学反応用カートリッジ１は、流路４直上の弾性体３表面に凸部３ｂが形成されている。このようなカートリッジ１にあっては、押圧力を流路４に集中させることができ、効率よく物質の移動、移動阻止を行うことができる。勿論、このような凸部３ｂがなく、弾性体３表面が平らなものでも実施可能である。

以上の原理により、化学反応用カートリッジ１内の物質の移動を制御して、化学反応のための操作を行う。
例えば、Ａ室と、Ｂ室と、Ｃ室と、Ａ室及びＢ室に連結しＣ室に合流する流路とをカートリッジに形成しておき、Ａ室に入れられたＡ溶液と、Ｂ室に入れられたＢ溶液とを、Ｃ室へ移動させることによりＡ溶液とＢ溶液を混合する。さらに、Ｃ室の混合液を、物質Ｄが固定された反応室に移送することにより、Ｃ溶液と物質Ｄとを反応させる等の使用方法がある。反応室の下流には押し出される廃液や空気を収容する廃液室が設けられる場合がある。物質が流入する比較的下流側の流路や室を、内部が真空状態で外の大気圧により潰された状態としておくことも有効である。

基板２は、基板２の弾性体３が形成された面２ｂにおいて弾性体３よりも突出する凸部２ａを有する。すなわち、面２ｂを基準にして、凸部２ａの高さｔ１は、弾性体３の高さｔ２より高くなっている。凸部２ａは、基板２の一部であり剛性体である。
図１(a)に示されるように、凸部２ａの突出方向を下方に向けて、すなわち、面２ｂを下にしてカートリッジ１を机上等に載置した場合、凸部２ａによりカートリッジ１は支持される。したがって、載置面５が平らである限り、載置面５によって弾性体３は押されることはなく、内部に納められた物質の不意な漏洩や流動が防がれる。

図１(b)に示した他の一例の化学反応用カートリッジ１１は、流路１４直上の弾性体１３表面に凸部１３ｂが形成されている。また凸部１３ｂは、周囲の弾性体１３により構成される部分１３ｃより薄く形成されており、図１(a)に示した化学反応用カートリッジ１に比較して、流路がより押し潰されやすくされている。
基板１２は、基板１２の弾性体１３が形成された面１２ｂにおいて弾性体１３よりも突出する凸部１２ａを有する。すなわち、面１２ｂを基準にして、凸部１２ａの高さｔ１１は、弾性体１３の高さｔ１２より高くなっている。凸部１２ａは、基板１２の一部であり剛性体である。
図１(b)に示されるように、凸部１２ａの突出方向を下方に向けて、すなわち、面１２ｂを下にしてカートリッジ１１を机上等に載置した場合、凸部１２ａによりカートリッジ１１は支持される。したがって、載置面１５が平らである限り、載置面１５によって弾性体１３は押されることはなく、内部に納められた物質の不意な漏洩や流動が防がれる。

図２(a)は、基板の両面に弾性体が形成されたカートリッジの例である。
図２(a)に示すように、化学反応用カートリッジ２１の基板２２は、基板２２の弾性体２３が形成された面２２ｂ及び弾性体２６が形成された面２２ｃの両面それぞれにおいて、弾性体２３、２６よりも突出する凸部２２ａ，２２ｄを有する。すなわち、面２２ｂを基準にして、凸部２２ａの高さｔ２１は、弾性体２３の高さｔ２２より高くなっている。同様に、面２２ｃを基準にして、凸部２２ｄの高さｔ２３は、弾性体２６の高さｔ２４より高くなっている。凸部２２ａ，２２ｄは、基板２２の一部であり剛性体である。
このように、凸部を両面に有する基板２２を適用することによって、どちらの面を下にして置いてもカートリッジ１，１１と同様に、内部に納められた物質の不意な漏洩や流動が防がれる。

図２(b)は、流路及び室が弾性体に囲まれて形成されたカートリッジの例である。
図２(b)に示すように、化学反応用カートリッジ３１の基板３２は、基板３２の弾性体３３、３６が形成された面３２ｂにおいて、表面側の弾性体３３よりも突出する凸部３２ａを有する。すなわち、面３２ｂを基準にして、凸部３２ａの高さｔ３１は、弾性体３３の高さｔ３２より高くなっている。凸部３２ａは、基板３２の一部であり剛性体である。
本カートリッジ３１によっても、カートリッジ１，１１と同様に、内部に納められた物質の不意な漏洩や流動が防がれる。

以上の基板の凸部は、図３に示す化学反応用カートリッジ４１ように、基板４２の４角に立設するものでも良い。図３に示すように、凸部４２ａ，４２ａ，４２ａ，４２ａは、基板４２の４つの角部にそれぞれ配置されている。図３中、４３は弾性体である。

また、基板の凸部は、図４に示す化学反応用カートリッジ５１ように、連続する壁状に形成しても良い。図４に示すように、凸部５２ａ、５２ａは、基板５２の相対する２つの縁それぞれに配置されている。また、凸部５２ａ、５２ａは、縁に沿って長い壁状である。２つの凸部５２ａ、５２ａのうち、一方のみを壁状として、他方をピン状（柱状）としてもよい。この場合でも、基板の凸部によって、３点以上で安定的に支持され、同様の効果が得られる。図４中、５３は弾性体である。

以上のように、基板の凸部は、基板の縁に配置することが好ましい。基板の中ほどに配置すると、ローラ等による押圧の妨げになりやすく、大きなローラ等を使用し難い。基板の凸部を基板の縁に配置すれば、図１(b)に示すように、相対する縁に配置された凸部１２ａ，１２ａの間の寸法ｗ１より短い長さｗ２のローラ６を適用することができ、弾性体を全面的に押圧することも可能である。

基板の凸部は、ピン状（柱状）にして一つとしても、弾性体を下にして載置した際の弾性体への不意な押圧を防止する効果はある。
しかしながら、その防止効果の確実性、載置時の安定性を高めるためには、基板の凸部による支点を一直線状に無い３点以上に有するように、基板の凸部の形状、配置を選択することが好ましい。そのために、３以上のピン状（柱状）の凸部の組合せや、壁状の凸部と１つのピン状（柱状）の凸部の組合せ等を適用してもよい。それらの凸部を一直線上に配置しないようにする。

また、図５に示すように凸部を弾性体によって形成することも有効である。弾性体への不意な押圧を防止する目的の本意は、流路又は室を変形させないところにある。したがって、図５に示す化学反応用カートリッジ６１ように、凸部を弾性体によって形成することも可能である。図５に示すようにこの化学反応用カートリッジ６１は、基板６２と、弾性体６３とからなり、流路又は室が形成された部分６３ｂの周囲に４つの凸部６３ａ、６３ａ、６３ａ、６３ａが弾性体６３により形成されている。凸部６３ａはカートリッジ６１の４角に配置されている。凸部６３ａは流路又は室が形成された部分６３ｂよりも突出している。部分６３ｂ外には流路も室も形成されていない。
このカートリッジ６１によれば、弾性体６３が形成された面を下にして載置しても、弾性体の凸部６３ａによって支持され、流路又は室が形成された部分６３ｂの弾性体が載置面によって押圧されず、流路又は室を変形させにくく、従って内部に納められた物質の不意な漏洩や流動が防がれるという効果がある。

(a)は、本発明を実施した一例の化学反応用カートリッジの断面図である。(b) は、本発明を実施した他の一例の化学反応用カートリッジ及び押圧用ローラの断面図である。 (a)は、本発明を実施した他の一例の化学反応用カートリッジの断面図である。(b) は、本発明を実施した他の一例の化学反応用カートリッジの断面図である。 本発明を実施した他の一例の化学反応用カートリッジの斜視図(a)及び正面図(b)である。 本発明を実施した他の一例の化学反応用カートリッジの斜視図である。 本発明を実施した他の一例の化学反応用カートリッジの斜視図である。

符号の説明

１ 化学反応用カートリッジ
２ａ 凸部
２ 基板
３ 弾性体
４ 流路
６ ローラ
１１ 化学反応用カートリッジ
１２ａ 凸部
１２ 基板
１３ 弾性体
１４ 流路
１５ 載置面
２１ 化学反応用カートリッジ
２２ａ 凸部
２２ｄ 凸部
２２ 基板
２３ 弾性体
２４ 流路
２６ 弾性体
３１ 化学反応用カートリッジ
３２ａ 凸部
３２ 基板
３３ 弾性体
３４ 流路
４１ 化学反応用カートリッジ
４２ａ 凸部
４２ 基板
５１ 化学反応用カートリッジ
５２ａ 凸部
５２ 基板
６１ 化学反応用カートリッジ
６３ａ 凸部
６２ 基板

Claims (10)

1. 剛性体の基板と弾性体とから構成され、
   内部には、流路と、前記流路で繋がれる２以上の室とが形成され、
   外部から前記弾性体に外力を加えることにより前記流路若しくは室又はその両者を部分的に塞いでその流路又は室にある流体状の物質を移動又は移動阻止することができるように構成され、
   前記基板の前記弾性体が形成された面において該弾性体よりも突出する凸部を、前記基板が有することを特徴とする化学反応用カートリッジ。
2. 前記凸部の突出方向を下方に向けて載置した場合に、前記凸部による支点を一直線状に無い３点以上に有することを特徴とする請求項１に記載の化学反応用カートリッジ。
3. 前記凸部が前記基板の縁に配置されていることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の化学反応用カートリッジ。
4. 前記凸部が前記基板の相対する２つの縁それぞれに配置されていることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の化学反応用カートリッジ。
5. 少なくともいずれか一方の前記縁においては該縁に沿って長い壁状であることを特徴とする請求項４に記載の化学反応用カートリッジ。
6. 前記凸部が前記基板の４つの角部にそれぞれ配置されていることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の化学反応用カートリッジ。
7. 前記基板の両面に前記弾性体が形成されており、前記凸部を前記基板の両面に有することを特徴とする請求項１から請求項６のうちいずれか一に記載の化学反応用カートリッジ。
8. 前記流路又は室上の前記弾性体により構成される特定の部分が周囲の前記弾性体により構成される部分より突出していることを特徴とする請求項１から請求項７のうちいずれか一に記載の化学反応用カートリッジ。
9. 前記流路又は室上の前記弾性体により構成される特定の部分が周囲の前記弾性体により構成される部分より薄いことを特徴とする請求項８に記載の化学反応用カートリッジ。
10. 剛性体の基板と弾性体とから構成され、
    内部には、流路と、前記流路で繋がれる２以上の室とが形成され、
    外部から前記弾性体に外力を加えることにより前記流路若しくは室又はその両者を部分的に塞いでその流路又は室にある流体状の物質を移動又は移動阻止することができるように構成され、
    前記弾性体の前記基板に対する反対の面において前記流路又は室が形成された部分の弾性体よりも突出する凸部を、前記流路又は室が形成された部分以外の部分の前記弾性体が有することを特徴とする化学反応用カートリッジ。

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