JP5329416B2 - 物理化学的変換及びまたは化学的変換の少なくとも１つのパラメータを決定するための方法及び相当するスクリーニング方法 - Google Patents

Description

本発明は、物理化学的及びまたは化学的変換の少なくとも１つのパラメータを決定するための方法及び装置及び相当するスクリーニング方法に関する。

ここで、“変換”とは、少なくとも２つの成分を混合するに際して生じ得る任意形式での相互作用を意味するものとする。“変換”とは、これに限定しないが、化学的及び又は物理的な反応、例えば、任意形式での変換性の化学反応、特には、重合反応、結晶化または沈殿またはゲル化、または、中でも、気液平衡の改変、のようなものであり得る。一般に、本発明の関連上、そうした変換には、電子の交換または共有、水素結合、静電相互作用、立体反発力または立体吸引力、色々な親水性及び又は疎水性の媒体、製剤安定性、凝集または、液／液、固／液または気／液の各相における相間移行、による化学的現象が含まれ得る。

本発明の関連上、そうした変換のパラメータには、これに限定しないが、均質または異質の媒体の化学反応率、最適な化学反応収率、反応エンタルピー、時変動での化学的及び物理的反応プロセス、溶解度ダイヤグラムまたは相ダイヤグラム、がある。
変換のそうしたパラメータは、これまではマイクロ流体フロー法を用いて決定されている。
マイクロ流体フロー法は、例えば、“Ｆｕｎｄａｍｅｎｔａｌｓ ｏｆ Ｍｉｃｒｏｆａｂｒｉｃａｔｉｏｎ：Ｔｈｅ Ｓｃｉｅｎｃｅ ｏｆ Ｍｉｎｉａｔｕｒｉｚａｔｉｏｎ”ＣＲＣ Ｐｒｅｓｓ（１９９７）でＭ．Ｍａｄｏｕによる説明がある。この説明によれば、ミクロンスケール及び又はナノスケールで構成した極く少量の流体容積を取り扱い得る機械システムが使用される。そうした小スケール化と適宜の分析技法とを組み合わせることで、生物学、分析化学、化学工学、物理学といった広汎な分野における非常に多くの用途への道が開ける。

かくして、当該技法によれば、例えば、特に小さい表面上に面積数平方センチの実験室、即ち、“チップ上実験室”を再現する多数の化学プロセスを想定し得る。Ｊ．Ｋｎｉｇｈｔ， Ｎａｔｕｒｅ，４１８，４７４（２００２）を特に参照されたい。かくして、そうした小型化により、化学工学分野における関与反応の選択肢及び収率を増大させる可能性がある。
マイクロ流体分野でのプラグ、特には液滴の使用は非常に有望である。なぜなら、極小容積、代表的には１ピコリットル及び１ナノリットルの間の容積を持つそうした液滴はその内部で化学反応を生じさせ得るからである。これは、例えば、Ｂ．Ｚｈｅｎｇ，Ｌ．Ｓ．Ｒｏａｃｈ，ａｎｄ Ｒ．Ｉｓｍａｇｉｌｏｖ ｉｎ Ｊ．Ａｍ．Ｃｈｅｍ．Ｓｏｃ．１２５，１１１７０（２００３）に記載されている。また、マイクロ流体製造法によれば、単分散液滴を一定速度で製造し得る。

結局、そうして形成したナノリアクターであるところの液滴は、移動距離と反応時間とが等値になるような一定割合下に流動する。換言すると、流体フロー系内の所定位置に配置した液滴は、調査対象である反応のある瞬間を表す。ラマン法、赤外線法、可視または蛍光形式の各法を組み合わせることで、反応体の非常に小さい容積部分のみを使用しつつ、最適な化学反応状況を非常に急速にスクリーニングするための反応速度論の監視、液滴組成の調節、が可能となる。

マイクロ流体法には、上述したような数多くの利点があるが、特有の欠点、即ち、特にはソフトリソグラフィーを使用するので実施コストが比較的高くなり、マイクロ流体フロー装置がモジュール化しにくく、更には、マイクロ流体法ではある種の反応を満足裡に研究できない、という欠点がある。

また、一般に、工業界には、新製品、例えば新規な化学物質または、新規な化学物質を含む新規な配合物及び又は化学物質の新規な組み合わせ、のような新規な特性を持つ新製品を開発するための要求が常にある。大抵の用途において、製品の物理的及び又は化学的な変換は研究及び開発プロセスで頻繁に調査されるべき重要特性である。研究及び開発のプロセスを加速させて、例えば、もっと大量又は少量の製品を試験し及び又は試験速度をもっと上げ、及び又は、先に説明した従来装置を使用したのでは非常に遅くなる、変換に関わる関連試験を高速化させる方法及び装置に対する需要がある。

"Ｆｕｎｄａｍｅｎｔａｌｓ ｏｆ Ｍｉｃｒｏｆａｂｒｉｃａｔｉｏｎ：Ｔｈｅ Ｓｃｉｅｎｃｅ ｏｆ Ｍｉｎｉａｔｕｒｉｚａｔｉｏｎ"ＣＲＣ Ｐｒｅｓｓ（１９９７） Ｊ．Ｋｎｉｇｈｔ，Ｎａｔｕｒｅ，４１８，４７４（２００２） Ｂ．Ｚｈｅｎｇ，Ｌ．Ｓ．Ｒｏａｃｈ，ａｎｄ Ｒ．Ｉｓｍａｇｉｌｏｖ ｉｎ Ｊ．Ａｍ．Ｃｈｅｍ．Ｓｏｃ．１２５，１１１７０（２００３）

本発明は、変換のパラメータ決定方法であって、マイクロ流体法に関わる欠点を解消し、尚且つ、マイクロ流体法全体におけるそれと同じ可能性を提示する方法を提供することである。

この目的上、本発明によれば、請求項１に関わる決定方法が提供される。
請求項２〜２２には本発明の有益な機能構造に関わる事項が記載される。
請求項２３には本発明に従う決定装置が記載される。
請求項２４〜３２には本発明の有益な機能構造に関わる事項が記載される。
請求項３３には本発明に従うスクリーニング方法が記載される。

変換のパラメータ決定方法であって、マイクロ流体法に関わる欠点を解消し、尚且つ、マイクロ流体法全体におけるそれと同じ可能性を提示する方法が提供される。

図１は、本発明に従う、変換のパラメータを決定するための装置の正面図である。 図２Ａは、図１の装置の一部を構成するプラグ発生モジュールの、種々の構成部品を分解状態で示す正面図である。 図２Ｂは、図１の装置の一部を構成するプラグ発生モジュールの、種々の構成部品を組み立て状態で示す正面図である。 図３は、本発明の他の実施例を例示する図１と類似の正面図である。 図４は、本発明の他の実施例を例示する図１と類似の正面図である。 図５Ａは、所定温度を維持するための、前記各図の構成部品を組み込んだ手段の概略斜視図である。 図５Ｂは、所定温度を維持するための、前記各図の構成部品を組み込んだ手段の斜視図である。 図６は、本発明の他の実施例に従う、図１と類似の正面図である。 図７は、本発明の他の実施例に従う、図１と類似の正面図である。 図８は、本発明の他の実施例に従う、図１と類似の正面図である。

本発明の方法の１実施例に従えば、管状のフロー部材の下流側のある位置で、例えば、反応の進行具合に関する情報を与える（形成された製品または残留反応体の分析検査、例えばポリマーの場合はモノマーの残留量の分析検査による）分光法（ＵＶ分光法、赤外線分光法、光散乱法、Ｘ線散乱法、ラマン分光法、蛍光分光法、等）または、光学法（顕微法、画像分析法等）により分析が実施され得る。本発明の方法を実施するために好適な分析手段が、管状のフロー部材に沿った１つ以上の所定位置でこの部材に接近して位置付けられる。

分析手段を移動させて、流れに沿った各位置、従って、変換の各進行ステージにおける測定情報を入手しても良い。また、同一または異なる幾つかの分析手段を管に沿って配置することもできる。管に沿った幾つかの位置での情報を提供し得る単一の分析手段、例えば、恐らくは画像プロセス処理を伴う写真撮影法による光学分析手段を使用できる。本発明の、前記方法と組み合わせ得る他の方法に従えば、管状フロー部材の出口位置で、好ましくは既存の部材を出るプラグを回収／分離させることなく、例えば、クロマトグラフィー法、特には、ポリマー分析に好適で、変換製品の組成、例えば、ポリマーに関する平均分子重量、巨大分子鎖やポリマー生成物の多分散指数、のような特性に関する情報を提供する、立体排除クロマトグラフィー法による分析を直接実施し得る。

図１には本発明に従う装置が例示され、図１では略示されるが図２Ａ及び図２Ｂではもっと詳しく示されるプラグ発生モジュールを含んでいる。プラグ発生モジュールは参照番号１でその全体を示され、任意の好適な材料、特には金属またはプラスチック製の略円筒状のカプラー２を含む。カプラー２は異なる３本の通路を介して外部と連通する内容積部Ｖを有する。

この目的上、カプラー２には図２Ａ及び図２Ｂに示す上方チャンネル４と下方チャンネル６とが設けられる。上方チャンネル４と下方チャンネル６とは同中心構成を有し、上方チャンネル４は容積部Ｖのそれよりも小さい、また下方チャンネル６はそれよりも大きい各断面を有する。図２Ａ及び図２Ｂで右側に示す横断方向チャンネル８をカプラー２に穿孔し、次いで、例えば、ＰＥＥＫ、ＰＴＦＥ、シリコーン、又は金属製のノズル１０を、横断方向チャンネル８の出口壁に任意の好適な手段を使用して締着させる。

以下に説明する種々の管状フロー部材をカプラー２に連結する。本発明に関しては、管状フロー部材は断面を閉鎖した細長のフロー部材であり、その横断方向プロファイルは任意形状、特には楕円又は四角形であり得る。本発明に関し、そうした部材は中実胴部、例えば、ウェハーに食刻したマイクロチャンネルのような中実胴部には設けられない。

かくして、この部材は周囲方向薄壁により境界付けされる。管状フロー部材は、２本のウェハーポートを特には接着により相互連結したマイクロ流体構造とは異なり、単一部材から有益に作製できる。
本発明に従う各管状フロー部材は、剛性材料、例えば、スチール製であり得るが、他の実施例では半剛性の、又は可撓性の材料、例えばＰＴＦＥ、シリコーン、ＰＶＣ、ポリエチレン、又はＰＥＥＫ等からも作製可能である。

他の実施例では、フッ化物、特には、ＰＦＡ形式のフッ化物も使用できる。フロー部材はポリイミドをコーティングした溶融シリカからも作製し得る。溶融シリカは、フロー部材の内側が見えるよう、既知の態様下に、特には硫酸により部分的に除去し得る。
先ず、第１の管状フロー部材、即ち、例えば、ＰＴＦＥまたはシリコーン製で代表的には１０ミクロン〜５０ｍｍの間の相当内径を有する毛細管１２が設けられる。また、２つの別の管状フロー部材、即ち、例えば、ＰＥＥＫ製の２本の毛細管１３及び１４が設けられる。

毛細管１３は毛細管１４よりも相当直径が小さいので、以下に詳しく説明するように、作用時には毛細管１４の内容積部に通される。この点に関し、毛細管１３（以下、内側毛細管１３とも称する）と外側毛細管１４（以下、外側毛細管１４とも称する）とにおける代表的な相当直径は、夫々５０ミクロン及び２５０ミクロンである。また、外側毛細管１４の相当直径は毛細管１２のそれよりも小さく、内側毛細管１３は、毛細管１４に通されることから、その外径は周囲の即ち外側の毛細管１４の内径よりも小さい。

本明細書において、各フロー部材の“相当直径”とは、これらの部材の内壁が仮に円形断面を有するものとして、この円形断面の所定断面積値に対する内壁の直径を意味するものとする。内壁の断面が円形の場合、相当直径はこれらの部材の内径に明らかに一致する。
実際のモジュール１を製造する場合、外側の毛細管１４を先ずチャンネル４に挿通し、他方、内側毛細管１３を外側の毛細管１４の容積部内に配置する。毛細管１２もチャンバ６内に配置し、その端部を、チャンバ６を内側容積部Ｖから分離している肩部６’に当接させる。

チャンネル４内でセンタリングされ且つ案内される外側の毛細管１４は、肩部６’を越えて突出する位置まで挿入される。換言すれば、毛細管１２と毛細管１４とにおいて相対する各壁が記号Ｒで示す重畳領域を形成する。重畳領域は図２Ｂでは肩部６’の直ぐ下流側、即ち下方位置に形成される。また、内側毛細管１３の下流側端部１３’は外側の毛細管１４の下流側端部１４’と接面される。言い換えると、これら下流側の各端部は各毛細管１２、１３、１４の主たる軸線に関して取る軸方向位置が同じである。

また、上流側の毛細管１３及び１４は、それ自体は既知の、２つの流体を射出するための射出手段を収受する。各流体のための射出手段は、注射器に連結した図示しない可撓性チューブと、やはり図示されない注射器プランジャとを含む。同様に、射出手段と協動するノズル１０は、例えば、注射器及び注射器プランジャ（図示せず）に連結した、追加の、同様に可撓性の、第３の流体を射出するための管を含む。

図１を再度参照するに、下流側の毛細管１２は、従来の冷媒手段を備えた袋１６内に開口する。袋は毛細管１２内で生じる変換を停止させるための、以下に示すような設計のものとされる。冷却用の袋１６の下流側で、毛細管１２は、プロセス処理用コンピューター２０に接続したクロマトグラフィー形式の分析装置１８と連通される。
上述した装置による決定法の実施状況を以下に説明する。

本発明の範囲内での意味上の変換を受ける混合物を形成するに適した２つの流体Ａ及びＢが２つの毛細管１３及び１４内に射出される。全くの非限定例としての前記２つの流体は、従来からの、特には酸ベースの、反応またはアクリル酸またはＤＡＤＭＡＣ（ジアリルジメチルアンモニウムクロリド）のラジカル重合反応、酸化反応またはＨ₂Ｏ₂によるフェノールの酸触媒ヒドロキシル化反応さえも生じさせ得る。

上述した最初の２つの流体の混合物とは不混和性の補助流体（またはキャリヤ相）Ｐをノズル１０を介して射出する。これらの各流体の、代表的には射出時の流量は、例えば、５００μｌ／時及び５０ｍμｌ／時の間である。他方、２つの流体Ａ及びＢの合計流量に対する補助流体Ｐの比は、例えば０．５及び１０の間である。
補助流体Ｐの流量は、例えば、２に近い比率において２つの流体Ａ及びＢの合計流量よりも多い。

次いで、補助流体は内容積部Ｖ内、詳しくは、２つの毛細管１２及び１４の相対する壁により形成される環状空間内に入る。更には、上流側の毛細管１３及び１４の下流側端部１３’及び１４’の直ぐ下流側で、最初の２つの流体は混合ゾーンと称する、記号Ｍで示すゾーン内で相互接触状態に持ち来たされる。かくして、各毛細管１３及び１４を流通する２つの反応性流体はこの混合体域内のみで合流し、それ以前の部分では合流されない。

また、重畳部分Ｒの直ぐ下流側で、これらの２つの流体Ａ及びＢは記号Ｃで表す接触ゾーンと称するゾーンで補助流体Ｐとの接触状態に持ち来たされる。重畳ゾーンＲを介して液滴形成を観察できるので、ユーザーは操作を制御できるようになる。そうした重畳ゾーンがない場合は液滴は必ずしも透明ではないカプラー２内で形成されるのである。
補助流体Ｐは２つの流体Ａ及びＢとは不混和性なので、それら流体Ａ及びＢから各々成る液滴Ｇは接触ゾーンＣ内で形成される。各液滴Ｇはプラグを形成し、プラグ自体は本発明の意味の範囲内における物理化学系を形成する。

結局、２つの流体Ａ及びＢの各流量を個別に設定し、他方、補助流体Ｐの流体を設定することで、毛細管１３及び１４の直ぐ下流側の位置に分散相の単分散液滴Ｇを形成させ得る。これらの液滴は、記号ｆで表す一定周波数下に放出されるので容積ｖは式：ｖ＝ｑ／ｆで与えられる。ここで、ｑは流体Ａ及びＢの合計流量と等値とする。換言すれば、例えば、発光ダイオードを発光させる簡単なレーザーポインターを使用して、それよりもずっと複雑な画像プロセス処理法を用いること無く液滴Ｇの容積ｖを入手できる。かくして、所定の幾何形状、主には毛細管１２、１３又は１４の一定直径に関して、各不混和性の流体の流量を単に変更するのみでサイズの異なる液滴を形成できる。

そのように形成した各液滴Ｇは下流側の毛細管１２を通して流動し、この毛細管１２内で先に説明した変換を生じる。変換は、液滴Ｇが毛細管に沿って進むに従い、変換の度合いに応じて進み、最初の流体Ａ及びＢにより形成された混合物の性質が徐々に変化する。言い換えると、最近形成された液滴、つまり、図１で最も左側に位置付けられる、２つの流体Ａ及びＢを含む液滴ではそれらの液体は実質的に混合されておらず、液滴が下流側に移動するほど、液滴内の２つの流体は良好に混合されるようになる。研究対象となる変換は最も下流側の位置においてさえ増進される。

この点に関し、変換の固有時間尺度は２つの流体の混合時間よりも相当長い方が有益である。これにより、本発明に従う方法が、遅い化学反応のような遅い変換の研究用に特に適していることが分かる。
本発明の説明の前段で述べたマイクロ流体法の場合におけるように、こうして形成された液滴Ｇは一定速度で流れる小型の反応体を形成し、かくして、その移動距離と反応時間との間には等値関係も存在する。図１では、軸ＸＸの原点０はゾーンＭ、つまり液滴Ｇの形成に相当する。従って、毛細管１２に沿った所定位置、つまりこの基準系の横座標は、液滴Ｇの変換のある瞬間を表している。

２つの流体Ａ及びＢを、そのいずれもが補助流体Ｐと接触する接触ゾーンＣと実質的に一致する混合ゾーンＭ内で混合させるのが有益である。結局、液滴Ｇの形成以前には最初の２つの流体Ａ及びＢは接触せず、従って、変換に関連する原点０の位置は、これら２つの流体Ａ及びＢが下流側の毛細管１２に入る瞬間に相当する。つまり、図１を参照するに、軸Ｘ−Ｘ上の距離における０位置は特に明瞭に確認される。

従って、本発明に従い実施される変換は非常に精密に研究される。更に、本発明によれば、仮に中実製品が形成される結果生じる化学反応を調査することで、閉塞作用が防止される。２つの反応体を仮に液滴形成以前に相互接触状態で配置すると、先に言及した固体部分は相当するフロー部材における障害物となり得る。

液滴Ｇが、毛細管１２の、冷却用の袋１６内の帯域に入ると、これらの液滴の受ける変換は袋１６内の低温による冷却効果により停止する。この条件下に、袋１６の下流側を流れる全ての液滴Ｇ₁は同じ性質を有し、相当する反応時間はｔ₁である。反応時間ｔ₁それ自体は、毛細管１２が袋１６に入る位置に相当する横座標Ｘ₁（図１参照）に関連する。

この条件下に、袋１６の下流側では、液滴とキャリヤ相との間の密度差による沈殿作用が生じる。かくして、分離した液滴はクロマトグラフ１８による分析に好適である。次いで、コンピューター２０がクロマトグラフ１８から送られるデータをプロセス処理し、先に述べた変換の少なくとも１つの所望のパラメータを決定する。

更に、各成分を構成する流体Ａ及びＢの流量を変化させれば、袋１６の横座標Ｘ₁に関連する時間ｔ₁、つまり液滴形成からの経過時間に相当する時間ｔ₁も変化する。その結果、異なるステージで、しかし冷却用の袋１６を移動させることなく、変換を分析可能である。かくして、所定長さ、例えば１メートルの毛細管１２の場合、そうした流量を変化させるだけで滞留時間を５分及び１時間の間で変化させ得る。

図８には本発明の他の実施例が示される。本実施例では、図１に示すと類似の機械的構成部品は１００番単位とした同じ参照番号で示される。
本実施例の装置は、先ず、何本かの毛細管を、これらの毛細管内の流体が混合しないようにして束ねた上流側部材１００を有する。上流側部材１００は中空であり、全体に十字型形を有し、３つの入口１００₁、１００₂、１００₃を備える。毛細管１１３及び１１４が、最初の２つの入口１００₁及び１００₂を開始位置及び１つの出口１００₄とする中空の胴部に通される。

しかしながら、先の実施例とは異なり、毛細管１１３及び１１４は同中心ではなく相互に並置され、かくして出口１００₄を貫いて伸延する。毛細管１１４は部材１００の中空胴部内に直角の曲げ部を有する。第３の入口１００₃は、以下にその機能を説明するノズル１１０’と連通する。
上流側に位置する部材１００の出口１００₄は、毛細管１１３及び１１４よりも大きなサイズの第３の毛細管１１５内に入り、かくして、出口１００₄と、毛細管１１３及び１１４とは相互に並置され、他方、毛細管１１５の周囲壁によって包囲される。

これら３本の毛細管１１３〜１１５は、図１のモジュール１と類似のモジュール１０１に入る。モジュール１０１は、特に、カプラー１０２とノズル１１０とを含む。
モジュール１０１の下流側には、その周囲に位置付けられる毛細管１１５のそれよりも大直径の、毛細管１２と類似の毛細管１１２が配置される。先の実施例と同様に、３本の毛細管１１３〜１１５の下流側の各端部１１３’、１１４’、１１５’は相互に接面、つまり、軸線上で同じ位置にある。加えて、毛細管１１２及び１１５の相対する各壁が記号Ｒ’で表す重畳部を形成する。

液滴は毛細管１１２内で以下のようにして形成される。混合物形成に好適な２つの流体Ａ及びＢが毛細管１１３及び１１４内に射出される。次いで、ノズル１１０’から部材１００の中空胴部を介して毛細管１１５内に流体Ｃを射出する。
流体Ｃは流体Ａ及びＢと反応する第３の反応体であり得る。変更例として、流体Ｃは、触媒又は緩衝剤のような、反応体の実際の性質上は影響がないが、比率のようなパラメータについてのみ影響するアジュバント溶液であり得る。

次いで、図１に示す実施例におけるように、３つの流体Ａ、Ｂ、Ｃと不混和性の補助流体Ｐをノズル１１０を介して射出する。この条件下に、液滴Ｇ’が重畳領域Ｒ’の直ぐ下流側で、図１を参照して説明したそれと類似態様下に形成される。
変更例として、毛細管１１３または１１４のような少なくとも１つの他の毛細管を、周囲方向に位置付けた毛細管１１５の内側に配置し得る。各毛細管は相互に、反応に対して反応性又はアジュバントな追加の流体を流動させるために使用され得る。

図８に示す実施例はコンパクトさの点で固有の利点を持つ。かくして、毛細管１１３及び１１４のような小断面の少なくとも２つの毛細管を、もっと断面の大きい単一の毛細管１１５内に横並び状態で使用することもできる。
図３には、冷却用の袋１６又はクロマトグラフ１８の何れをも使用しない本発明の他の実施例が示される。この実施例では、分析は結局は図１に示す実施例のようにライン外では実施されず、ビーム形式の分析装置を介してライン内で実施される。ビーム形式の分析装置はこの実施例ではコンピューター１２０に接続したラマン分析装置１１８であり、この装置のビーム１１９は下流側の毛細管１２上に配向される。

かくして、図３の実施例では、変換が生じるゾーン内で分析が実施され、図１に示す最初の実施例ではこの変換が停止した後で分析が実施される。毛細管１２の同じ位置にビーム１１６が差し向けられ、この位置を通して順次流れる幾つかのプラグが分析される。かくして、この所定位置での変換の進み具合に関する有意量の情報を入手できる。

あるいは、ビーム１１９を軸方向に移動させて毛細管１２の横座標を入手し、その結果として異なる変換時間を入手し得る。分析を実施するところの変換時間を、ビーム１１９の位置を変更せずに変更させるよう、液滴Ｇを形成する流体Ａ及びＢの流量を第１の実施例におけるように変更することも可能である。

上述した各ステップを終了すると、物理化学系の変換の少なくとも１つのパラメータを決定できる。次いで、各ステップのシーケンスを、他の物理化学系及び又はその他の運転条件を含む他の変換について再開する。これらの各ステップは変換の全範囲に関して反復実施されるので、スクリーニング法を実施すれば目的用途に依存する有益な変換の少なくとも１つを認識できる。

図４には本発明の更に他の実施例が例示される。本実施例も、先に説明したと類似態様下に最初の液滴Ｇ₀が形成される毛細管１２を含んでいる。最初の液滴Ｇ₀に導入するべき少なくとも１つの別の成分が、毛細管１２に差した針３０を介して液滴に注入される。これにより最終液滴Ｇが形成され、この最終液滴が前述の実施例に従う様式下にプロセス処理される。

図４に示す実施例は特に重合反応に適したものである。従って、最初の液滴Ｇ₀の各々は第１のモノマーと重合開始剤とから形成され得る。次いで第２のモノマーを針３０を介して射出してコポリマーブロックを形成させることが出来る。やはり針３０を介して、特には開始剤がもはや作用しない場合に開始剤を追加することが出来る。
針３０のような何本かの針を主たる毛細管１２の連続する各位置に刺すことも可能である。また、各針３０は横断方向寸法の小さい管で置換しても良い。

毛細管１２に連結した針３０は本発明の他の実施例でも使用される。そうした実施例（図示せず）では毛細管１２から液滴サンプルを採集する。この目的上、針３０は、それら液滴を損傷させないように十分大きい直径を有する。
針３０は液滴内で生じる反応を阻止し得る生成物をも含有する。この条件下に、相当する流量を変更することで、サンプリングの瞬間における液滴の滞留時間を調節できる。かくして、液滴内で生じる反応の異なるステージに相当する色々のサンプルを採取できる。

図５Ａ及び図５Ｂには本発明の他の実施例が例示され、本実施例では毛細管１２が可撓性材料から作製されると共に、この毛細管１２を所定温度に維持するべく、ヒーター５０と関連付けされている。ヒーター５０は円筒形状を有し、軸方向の２つの各端部位置で開放された内側容積部Ｖを画定する（ヒーターが略示される図５Ａ参照）。
内容積部は壁５２により境界付けされ、毛細管を収受する溝５５がこの壁の外側周囲に食刻される。各溝は例えば螺旋状に形成される。直径の異なる毛細管を収受するために好適な異なる溝を食刻することも出来る。

例えば、温度調節が最適化されるよう、アルミニューム製の外側フランジ５４（図５Ｂ参照）をヒーター５０を囲むようにして壁５２の上部に配置する。この外側フランジ５４により、可撓性の毛細管１２は円筒状の壁５２と接触する位置に維持されるようになる。
ヒーター５０の各開放端は、伝熱流体を閉回路内で循環させるべく、それ自体は既知の形式のクライオスタット５６（図５Ｂ参照）に接続される。従って、伝熱流体は可撓性の毛細管１２の温度を、調査目的の変換が所定の温度条件下に発生するよう、所定温度に維持する。外側フランジ５４は、可撓性の毛細管１２が見えるようにするための中央窓５８を画定する。この条件下に、ライン内分析による変換を光学的に特徴付けすることが可能である。

従って、図５Ａ及び図５Ｂに示す実施例は変換に対して使用し得、その際の所望温度を例えば−２０〜２００°Ｃに維持できる。ライン内分析を実施可能な分析法には、例えば、ラマン分光法あるいは赤外線サーモグラフィーがある。また、円筒状の壁５２の周囲に非常に長い可撓性の毛細管１２を配置しても良い。この条件下に、円筒状の壁にそうして巻装した可撓性の毛細管の相当部分において達成され得る滞留時間は数時間までのものとなる。

図６には、毛細管１２に毛細管１３及び１４が横方向から入る構成の、本発明の他の実施例が例示される。この状況下では、接触ゾーンＣ’と一致する混合ゾーンＭ’が、毛細管１３及び１４の相対する各端部間に位置付けられる。
図７には、毛細管１３が、外側の毛細管１４の下流側部分とは接面されない、本発明の他の実施例が例示される。言い換えると、端部１３’は端部１４’よりも上流側に位置付けられ、流体Ａ及びＢから形成される混合物Ｍは端部１４’に近い位置を流動する。これにより、液滴を形成する各反応体が、液滴が実際に形成されるよりも前に相互接触状態に持ち来たされる。

図８を参照するに他の実施例が示され、毛細管１１３及び又は毛細管１１４は外側の毛細管１１５の下流側の端部１１５’と接面される必要がない。この条件下に、混合物は液滴Ｇ’が形成される以前に、流体Ｃ及び流体Ａ及び又は流体Ｂの間に混合物が形成される。言い換えると、混合ゾーンは毛細管１１５の端部よりも下流側に位置付けられる。

図８に関して説明したそれとは異なる態様下において、２つ以上の成分から液滴Ｇを形成することが出来る。かくして、各々がそうした成分の１つを流動させる何本かの同中心の毛細管を使用できる。図１に示す実施例におけるように同中心の毛細管を２本だけ使用し、他方、これらの管の少なくとも一方に少なくとも２つの反応体を流動させることも可能である。
毛細管１２は５０ｃｍ〜１０メートル、好ましくは１〜４メートルの長さを有し得る。この条件下に、各液滴の滞留時間は、例えば、２分〜１０時間の間のものとなる。

しかしながら、変換速度が特に遅い重合形式の場合、所定の瞬間における毛細管１３及び１４を介しての反応体の射出を停止させ得る。この条件下に、毛細管１２内の液滴は変換が継続して生じている間は不動化される。次いで、変換を進行させるこの不動化時間後、上流側の毛細管１３及び１４を通して再度反応体を射出し、毛細管１２を通る各液滴の流れを再開させる。

上述した各運転操作の少なくとも幾つかを、コンピューター形式の計算手段により制御し得る。この条件下に、コンピューターは特には、毛細管１２に沿って流れる連続するプラグ成分の自動生成、ヒーター５０の温度監視、分析データの入手、サンプルの自動収集、が可能である。
また、本発明の別の実施例は、上述した、技術的に互換性のある全ての又は幾つかの特性を含むプラグを生成する他の（図示せず）方法及び装置に対しても適用可能である。この場合、それらのプラグの分析及び変換の特性決定は随意的なものとなる。この実施例は、特には、試作品標本の準備、または工業スケール製品、特には、ポリマー、特にはラジカル重合による製品のために使用できる。

本発明によれば上述した課題が解決される。
本願発明には、本明細書の前段部分で説明した従来のマイクロ流体法の欠点に対する利点が有る。
詳しくは、マイクロ流体装置はその構成上、実質的な金融投資や当該分野に関わる高度な専門知識を必要とする高価なソフトリソグラフィー法が必要であり、これが、現在の大抵の工業的研究室でこの法が用いられない理由となっている。

また、マイクロ流体チップは、これをモジュール化するためにはその流体回路の一部を改変した新たに作製する必要がある。
加えて、マイクロ流体装置は非常に小さいので、これに対応して分析用具を小型化する必要がある。そうした小型化は常に容易とは限らず、実質的な追加コストをも要する。

従来サイズのマイクロ流体チップにおけるプラグの滞留時間は比較的短いので、遅い化学反応の速度論、数分〜数時間の範囲の固有時間、を調査する上での妨げとなる。
また、系内でプラグを移動させ、停止させ、ルーチングさせる弁形式の機械部材が必要である。マイクロ流体スケールでそうした部材を使用するのは非常に難儀である。
本発明によれば、そうした色々の欠点が解消される。なぜなら、本発明では“ミリ流体”形式のずっと大きなスケールで流れが生じ、それにより、実質的にずっと大容積のプラグ及び流量を入手し得るからである。更には、本発明で使用するフロー部材はウェハー形式の中実胴部内に設けられないのでコスト面で有利である。

マイクロ流体スケールよりもずっと大きなスケールを、モジュール化し得るフロー部材と組み合わせて使用することで、プラグの滞留時間を引き延ばすことが可能である。
これは、遅い化学反応を調査する目的上特に有益である。
本発明に従う“ミリ流体”フローによれば、マイクロ流体フロー手段によるだけでは入手し得ない複雑なプラグを生成するといった目的を達成し得る。この条件下に、本発明によれば、特には、単なるマイクロ流体フロー態様下においては生成し得ない二重エマルジョンを生じさせ得る。

本発明で使用する流体の流量は代表的には１〜１０００ｍＬ／時、即ち、一日当たり数十ミリリットル〜数十リットルの間である。比較上、マイクロ流体法で可能とされる流量は相当に少なく、一日当たりでは数十ミリリットル未満である。
本発明は、提供される情報に基づき、化学物質生成のためのプロセスの設計、新規な化学物質、特には新規なポリマー、重合製品及び又は重合プロセスの設計に際して有益に使用され得る。また本発明は簡単に使用でき、使用する反応体の数や順序を変える多数のオプションを持ち、かくして、ある反応体を、その他の反応体（例えば、触媒または開始剤またはコモノマー、または、第２の合成ステップで使用した反応体）の導入後に導入し、必要に応じて、マイクロ流体反応体設計または機器を実質的に改変することなく、幾つかの導入位置（または瞬間）を試すことができる。
以上、本発明を実施例を参照して説明したが、本発明の内で種々の変更をなし得ることを理解されたい。

２ カプラー
４ 上方チャンネル
６ 下方チャンネル
６’ 肩部
８ 横断方向チャンネル
１０ ノズル
１２、１３、１４ 毛細管
１３’、１４’ 下流側端部
１６ 袋
１８ 分析装置
２０ プロセス処理用コンピューター
３０ 針
５０ ヒーター
５２ 壁
５４ 外側フランジ
５５ 溝
５６ クライオスタット
５８ 中央窓
１００ 上流側部材
１００₁、１００₂、１００₃ 入口
１１２、１１３、１１４、１１５ 毛細管
１１９ ビーム

Claims (35)

1. 物理学的及び又は化学的変換を受け得る少なくとも２つの成分（Ａ、Ｂ；Ａ、Ｂ、Ｃ）を含む物理化学系における物理化学的及び又は化学的変換の少なくとも１つの特性を決定するための方法であって、
   前記方法が、
   各前記少なくとも２つの成分を、下流側の管状フロー部材（１２；１１２）内を通過する少なくとも２つの上流側の管状フロー部材（１３、１４；１１３、１１４、１１５）の相当する１つに沿って流動させること、
   前記少なくとも２つの成分（Ａ、Ｂ；Ａ、Ｂ、Ｃ）を、前記混合ゾーン（Ｍ）と実質的に一致する接触ゾーン（Ｃ）内でキャリヤ相（Ｐ）と接触状態に持ち来たすと実質的に同時に、前記成分を混合ゾーン（Ｍ）内で混合させ、かくして前記キャリヤ相（Ｐ）内に形成された連続するプラグ（Ｇ；Ｇ’）を、下流側の管状フロー部材（１２；１１２）に沿ってキャリヤ相（Ｐ）内を流動させること、
   少なくとも１つの前記プラグの分析を少なくとも１回実施して特性を導出することを含み、
   前記上流側の管状フロー部材の１つが前記下流側の管状フロー部材の周囲の上流側の管状フロー部材（１４；１１５）であり且つ前記上流側の管状フロー部材（１３；１１３、１１４）の他の少なくとも１つがその内部に配置され、
   前記上流側の管状フロー部材（１３、１４；１１３、１１４、１１５）は、キャリヤ相（Ｐ）をそこを通して流動させる下流側の管状フロー部材（１２；１１２）内に入り、
   前記接触ゾーン（Ｃ）が、前記キャリヤ相（Ｐ）を流入させる重畳部分（Ｒ；Ｒ’）にして、当該重畳部分内において、前記下流側の管状フロー部材（１２；１１２）が当該下流側の管状フロー部材の周囲の上流側の管状フロー部材（１４；１１５）に重畳するところの重畳部分（Ｒ；Ｒ’）の直ぐ下流側に位置付けられる方法。
2. 物理化学系が少なくとも３つの成分（Ａ、Ｂ、Ｃ）を含む請求項１に記載の方法。
3. 物理化学系が、物理化学的及び又は化学的変換用の少なくとも１つのアジュバント（Ｃ）を含む請求項２に記載の方法。
4. 少なくとも２つの管状フロー部材（１１３、１１４）が、その周囲に配置した管状フロー部材（１１５）の内側に横並びに配置される請求項２または３に記載の方法。
5. 上流側の管状フロー部材（１３、１４；１１３、１１４、１１５）及び下流側の管状フロー部材（１２；１１２）が１０ミクロン〜５０ｍｍの間の等しい直径を有する請求項１〜４の何れかに記載の方法。
6. 上流側の管状フロー部材（１３、１４；１１３、１１４、１１５）及び下流側の管状フロー部材（１２；１１２）が５０ミクロン〜５ｍｍの間の等しい直径を有する請求項１〜４の何れかに記載の方法。
7. 上流側の管状フロー部材（１３、１４；１１３、１１４、１１５）及び下流側の管状フロー部材（１２；１１２）が１００ミクロン〜１ｍｍの間の等しい直径を有する請求項１〜４の何れかに記載の方法。
8. 上流側の管状フロー部材の少なくとも２つ（１３、１４）と、下流側の管状フロー部材（１２）とが同中心を有する請求項１〜７の何れかに記載の方法。
9. 物理化学的及び又は化学的変換を停止させてライン外での分析を少なくとも１回実施することを含む請求項１〜８の何れかに記載の方法。
10. プラグ（Ｇ）内で生じる物理化学的及び又は化学的変換が冷却体（１６）により停止される請求項９の方法。
11. 前記少なくとも１回の分析が、クロマトグラフ（１８）内であるライン外で実施される請求項９の方法。
12. 下流側の管状フロー部材（１２）内で物理化学的及び又は化学的変換が停止される請求項９の方法。
13. プラグが下流側の管状フロー部材から採取され、次いで物理化学的及び又は化学的変換が停止される請求項９の方法。
14. 分析装置（１１８）のビーム（１１９）を、物理化学的及び又は化学的変換が継続して生じる下流側の管状フロー部材（１２）のゾーン上に差し向ける請求項１〜８の何れかに記載の方法。
15. 前記分析装置がラマン形式のものである請求項９の方法。
16. ビーム（１１９）が下流側の管状フロー部材（１２）の１つの位置に差し向けられ、当該位置を連続的に通過する幾つかのプラグが分析される請求項１４の方法。
17. 下流側の管状フロー部材（１２）の少なくとも一部を、所定温度に維持するための装置（５０）内に配置する請求項１〜１６の何れかに記載の方法。
18. 下流側の管状フロー部材（１２）内で少なくともあるプラグが不動化され、それにより、前記あるプラグを動かさずに物理化学的及び又は化学的変換が継続され得、次いで、当該あるプラグが当該下流側の管状フロー部材（１２）内での流動を再開される請求項１〜１７の何れかに記載の方法。
19. 第１モノマーと、重合開始剤とを含む初期のプラグ（Ｇ₀）が形成され、下流側の管状のフロー部材を通して流動され、少なくとも１つの別の成分が初期の各プラグに付加され、かくして最終的なプラグ（Ｇ）が形成される請求項１〜１８の何れかに記載の方法。
20. 少なくとも１つの別の成分が他のモノマー及び又は追加量の開始剤である請求項１〜１９の何れかに記載方法。
21. プラグ（Ｇ）が下流側の管状フロー部材（１２）を通して、１ｍＬ／時及び１０００ｍＬ／時の間の流量下に流動される請求項１〜２０の何れかに記載の方法。
22. プラグ（Ｇ）が下流側の管状フロー部材（１２）を通して、５ｍＬ／時及び１００ｍＬ／時の間の流量下に流動される請求項１〜２０の何れかに記載の方法。
23. 下流側の管状フロー部材が５０ｃｍ〜１０ｍの間の長さを有する請求項１〜２２の何れかに記載の方法。
24. 下流側の管状フロー部材が１〜４ｍの間の長さを有する請求項１〜２２の何れかに記載の方法。
25. 導出される特性の少なくとも１つが物理化学的及び又は化学的変換の度合いである請求項１〜２４の何れかに記載の方法。
26. 物理化学的及び又は化学的変換の度合いが、反応生成物の消滅割合、主たる反応による生成物の生成割合、または、当該主たる反応による副産物の生成割合、である請求項１９の方法。
27. プラグの組成が計算手段によって制御され、及び又は温度維持用の装置の温度が計算手段によって制御され、及び又は、少なくとも１つの分析結果が前記計算手段により要求される請求項１〜２６の何れかに記載の方法。
28. 上流側の少なくとも１つの管状のフロー部材及び下流側の少なくとも１つの管状のフロー部材が可撓性を有する請求項１〜２７の何れかに記載の方法。
29. 物理化学系の幾つかの物理化学的及び又は化学的変換をスクリーニングする方法であって、
    物理化学系及び又は運転条件を改変することにより異なる幾つかの物理化学的及び又は化学的変換を実施し、請求項１〜２８の何れかに記載の方法に従い、各物理化学的及び又は化学的変換の少なくとも１つの特性を決定し、少なくとも１つの特性を有する少なくとも１つの物理化学的及び又は化学的変換を認識するスクリーニング方法。
30. 下流側の管状フロー部材（１２）が、物理化学的及びまたは化学的変換を停止させ得る手段と連通する状態下に配置され、前記下流側の管状フロー部材（１２）が外部の分析装置に入る請求項１〜２９の何れかに記載の方法。
31. 分析手段が、下流側の管状フロー部材（１２）上に差し向けるために好適なビーム（１１９）を有する分析装置（１１８）を含む１〜３０の何れかに記載の方法。
32. プラグ（Ｇ）を生じさせるための手段が少なくとも１つの上流側の管状フロー部材（１３、１４；１１３、１１４、１１５）を含み、当該手段の各々が、物理化学系の成分を供給するための好適なものであり、上流側の各管状フロー部材が下流側の管状のフロー部材（１２；１１２）内に入り、前記プラグ（Ｇ）を生じさせるための手段が、キャリヤ相（Ｐ）を供給するための手段（１０；１１０）を更に含み、該手段もまた下流側の管状フロー部材（１２）に入る請求項１〜３１の何れかに記載の方法。
33. 下流側の管状フロー部材（１２）の少なくとも一部が配置された付近の所定温度を維持するための部材が、伝熱流体を収受するための内側容積部（Ｖ）を画定する中空胴部（５０）であり、前記内側容積部が、下流側の管状フロー部材（１２）の少なくとも一部が配置される位置の周囲の壁（５２）によって境界付けされる請求項１〜１７の何れかに記載の方法。
34. 一連の溝（５３）の少なくとも１つが壁（５２）内に切削され、一連の各溝により、下流側の管状のフロー部材（１２）の相当する横断方向寸法が収受され得る請求項３３に記載の方法。
35. 壁（５２）の周囲に配置した下流側の管状フロー部材の一部が周囲のフランジ（５４）によって包囲され、該フランジには分析装置によって見えるようにするための窓（５８）を設けた請求項３３または３４に記載の方法。

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