JP5834124B2 - 蒸気蒸留用マイクロ流体チップ - Google Patents

Description

本発明は、蒸気蒸留用マイクロ流体チップに関するもので、特に、微量のサンプル溶液を分析するのに役立つ蒸気蒸留用マイクロ流体チップに係るものである。

メタノール（HCHO、methanol）は無色で水に溶け易い気体であり、呼吸器官を経由して人体に吸収されることができ、そして水中に溶解されると、俗称でホルマリン（濃度が約３０〜４０％）となり、更に消化器官を経由して人体に吸収される。

メタノールは漂白、蛋白質の凝固促進や鮮度保存、防腐などの効果を有し、過去では悪徳業者が食品の見かけ上の鮮度保つため、意図的にメタノールを食品の中に添加するという事例が度々あった。しかしながら、メタノールが人体に吸収された後、蛋白質のアミノ基と結合すると、蛋白質の変性が生じ、人体細胞の正常な作用を破壊してしまうため、食品中に含まれるメタノールの検出は、食品の安全を守る上で確かに避けられない課題の一つであった。

蒸気蒸留法は、固体の中から液体を吸い付けて分離する方法の一つであり、高温による蒸気の破壊がなく、水との反応がなく、かつ水に溶け難い又は溶けない揮発性成分の取り出しに適用するため、現在、食品中に含まれるメタノールの検出の多くはこの蒸気蒸留法によってメタノールを取り出した後、チオ硫酸ナトリウム溶液で滴定してその獲得含量を計算する。

図５は、従来の蒸気蒸留装置９の説明図で、図５を参照すると、蒸気蒸留装置９には一個の蒸気発生瓶９１、一個のサンプル瓶９２および一個の凝結管９３が含まれる。また、蒸気蒸留装置９にはその他に一個の蒸気導管９４と一個のサンプル導管９５が含まれ、蒸気導管９４は蒸気発生瓶９１およびサンプル瓶９２と連接し、かつサンプル導管９５はサンプル瓶９２および凝結管９３と連接する。蒸気発生瓶９１は高温蒸気を発生するのに用いられ、この高温蒸気は蒸気導管９４を経由して一個のサンプル溶液Ｓを盛ったサンプル瓶９２に進入することにより、サンプル溶液Ｓに含まれる揮発物質（例えば、メタノール）が揮発して気態の被測定物を形成し、そしてサンプル導管９５に沿って凝結管９３に進入して凝結することにより液態の被測定物に形成されるため、サンプル溶液Ｓからその中に含まれる揮発物質（即ち、液態の被測定物）を抽出して獲得し、その含量を測定することができる。

しかしながら、従来の蒸気蒸留装置９に使用されるサンプル瓶９２の多くは、一個の２５０ｍｌの円錐フラスコであり、そのため、一回の使用では約０．２〜０．５ｇの上記サンプル溶液Ｓが必要になり、比較的取得し難いサンプル溶液Ｓには適用できず、更に凝結管９３を組み立てなければならず、その容積も比較的膨大になるため、従来の蒸気装置９は更に容積が膨大になり、収納が難しくなるという問題点があった。

また、マイクロ流体チップに関する特許文献については、中華民国公告第Ｉ３９００４１号の「生物チップ」（特許文献１）および第Ｉ４２１４９６号の「適合体選択のマイクロ流体チップシステムとその使用方法」（特許文献２）などを参照することができる。

中華民国公告第Ｉ３９００４１号 中華民国公告第Ｉ４２１４９６号

本発明はこのような問題点に鑑みて発明されたものであって、その第一の目的は、検出しようとするサンプル溶液の用量を減らし、取得し難いサンプル溶液に適用することができる蒸気蒸留用マイクロ流体チップを提供することにある。

本発明の第二の目的は、比較的小さい容積を有し、更に収納に便利な蒸気蒸留用マイクロ流体チップを提供することにある。

上記目的を達成するために、本発明による蒸気蒸留用マイクロ流体チップは、チップおよび凝結部材を含む。上記チップには一個の蒸気入口と一個の蒸気出口が含まれ、上記蒸気入口と上記蒸気出口の間は一個のマイクロ流路により連接される。上記マイクロ流路には一個の第一流路、一個の第二流路および一個の拡径の収容空間が含まれ、上記第一流路は上記蒸気入口と上記収容空間とを連接し、上記第二流路は上記蒸気出口と上記収容空間とを非直線的に連接する。上記凝結部材には一個の凝結路入口と一個の凝結路出口が含まれる。上記凝結部材にはこの他に一個の凝結路が含まれ、上記凝結路は上記凝結路入口と上記凝結路出口とを非直線的に連接し、上記蒸気出口は上記凝結路入口と連通する。

また、本発明による蒸気蒸留用マイクロ流体チップは、上記蒸気入口と上記蒸気出口が全て上記チップの上端縁に近接し、かつ上記収容空間が上記チップの下端縁に近接するように構成することもできる。また、上記マイクロ流路に一個の凸部が含まれ、上記凸部が上記第二流路に位置し、かつ上記凸部は上記チップの上端縁から下端縁の方向に向かって延伸するように形成されることもできる。

また、本発明による蒸気蒸留用マイクロ流体チップは、上記凝結部材にその他に一個の伝導体が含まれ、上記伝導体は上記凝結路に位置合わせされ、かつ上記伝導体は熱伝導率の高い材質により製造されることもできる。

また、本発明による蒸気蒸留用マイクロ流体チップは、その他に一個の冷却部材が設けられ、上記冷却部材は上記伝導体を隔てて上記凝結部材と互いに結合することもできる。また、上記冷却部材には一個の冷却路が含まれ、上記冷却路が相対する両端にそれぞれ一個の冷却路入口と一個の冷却路出口が形成され、かつ上記冷却路は上記冷却路入口および上記冷却路出口と非直線的に連接することもできる。

本発明の蒸気蒸留用マイクロ流体チップによれば、検出しようとするサンプル溶液の用量を減らし、取得し難いサンプル溶液に適用することができるという利点がある。

本発明の蒸気蒸留用マイクロ流体チップによれば、比較的小さい容積を有し、更に収納に便利であるという利点がある。

図１は、本発明の実施例１による蒸気蒸留用マイクロ流体チップの分解斜視図である。 図２は、本発明の実施例１の蒸気蒸留用マイクロ流体チップの蒸気の流向を説明するための図である。 図３は、本発明の実施例２による蒸気蒸留用マイクロ流体チップの分解斜視図である。 図４は、本発明の実施例２の蒸気蒸留用マイクロ流体チップの蒸気の流向を説明するための図である。 図５は、従来の蒸気蒸留装置を説明するための図である。

本発明の実施の形態について、以下、図面を参照して説明する。

図１は、本発明の実施例１による蒸気蒸留用マイクロ流体チップの分解斜視図であり、図２は、本発明の実施例１による蒸気蒸留用マイクロ流体チップの蒸気の流向を説明するための図である。図１、２を参照すると、本発明の実施例１による蒸気蒸留用マイクロ流体チップには一個のチップ１と一個の凝結部材２が含まれる。チップ１と凝結部材２は互いに結合するか、或いは管路を介して連通することができるため、チップ１から流出する気態の被測定物は凝結部材２に流入することができ、この気態の被測定物はその温度が凝結点より低くなるまで冷却されることにより凝結して液態の被測定物に形成することができるが、ここではそれについての制限を設けない。

チップ１には一個のマイクロ流路１１が含まれる。マイクロ流路１１の相対する両端には一個の蒸気入口１１ａと一個の蒸気出口１１ｂがそれぞれ形成される。マイクロ流路１１には一個の第一流路１１１、一個の拡径の収容空間１１２および一個の第二流路１１３が含まれる。その内、第一流路１１１は蒸気入口１１ａおよび収容空間１１２と連接し、第二流路１１３は蒸気出口１１ｂおよび収容空間１１２と非直線的に連接する。

このように、サンプル溶液Ｓを収容空間１１２に置き、さらに高温蒸気を蒸気入口１１ａからマイクロ流路１１に進入させ、そして第一流路１１１を経て、収容空間１１２に進入させると、収容空間１１２に位置するサンプル溶液Ｓは進入した高温蒸気によって加熱された後、気態の被測定物に形成され、更に高温蒸気の圧力によって第二流路１１３に沿って蒸気出口１１ｂに向かって流れる。

マイクロ流路１１には、好ましくは、一個の凸部１１４が含まれる。凸部１１４は、好ましくは第二流路１１３に形成されることにより、気態の被測定物が直接蒸気出口１１ｂに向かって流れるのを阻止することができる。再び図２を参照すると、凸部１１４は、好ましくは、チップ１の上端縁から下端縁の方向に向かって延伸するように形成される。そして蒸気出口１１ｂから未だ流出していない気態の被測定物が凝結によってサンプル溶液Ｓに凝結された場合、凸部１１４に沿って収容空間１１２に流れ込むことができるため、再び高温蒸気によって加熱される。

好ましくは、蒸気入口１１ａと蒸気出口１１ｂは全てチップ１の上端縁に近接するように形成され、かつ収容空間１１２はチップ１の下端縁に近接するように形成される。これにより、収容空間１１２に収容されたサンプル溶液Ｓが蒸気入口１１ａまたは蒸気出口１１ｂから流出するのを防止することができ、そして高温蒸気によって加熱された気態の被測定物だけが蒸気出口１１ｂを経由して流出することを確保することができる。

実施例１において、チップ１は、好ましくは選択的にポリメタクリル酸メチル（俗称でアクリル、ＰＭＭＡと略称される）の材質により製造され、それにより、レーザー加工方式でチップ１の内部にマイクロ流路１１を成形するときに役立つことができる。更に、チップ１のサイズの大きさは使用者の需要に応じて異なる実施態様に形成することができ、本実施例１においては、選択的に幅６ｃｍ、長さ１．５ｃｍ、肉厚０．６ｃｍのアクリル板材を使用する。レーザー加工方式でマイクロ流路１１を成形した後、一個の長さと幅が同じでかつ肉厚が０．１５ｃｍのアクリルの薄片と、熱圧方式で接合することにより、本実施例１のチップ１を形成することができる。

引き続き図１、２を参照すると、凝結部材２には相対する二個の表面２ａと２ｂが含まれる。また、凝結部材２にはこの他に一個の凝結路２１が含まれ、凝結路２１は好ましくは凝結部材２の表面２ａに近接するように形成される。凝結路２１が相対する両端には一個の凝結路入口２１ａと一個の凝結路出口２１ｂがそれぞれ形成され、かつ凝結路２１は凝結路入口２１ａおよび凝結路出口２１ｂを曲線状に連接する。

この内、凝結路入口２１ａはチップ１の蒸気出口１１ｂと連通するため、蒸気出口１１ｂから流出される気態の被測定物は、凝結路入口２１ａを経由して凝結路２１に進入し、さらに凝結路２１において降温されて凝結し、液態の被測定物に形成されて凝結路出口２１ｂから排出される。凝結路入口２１ａは凝結部材２の上端縁に近接するように形成され、かつ凝結路出口２１ｂは凝結部材２の下端縁に近接するように形成されるのが好ましく、これにより、凝結路２１において凝結して形成された液態の被測定物はスムースに排出される。

好ましくは、凝結部材２にはその他に一個の伝導体２２が設けられる。伝導体２２は凝結部材２の表面２ｂに貼接され、かつ伝導体２２は凝結部材２の凝結路２１に位置を合わせるように形成され、伝導体２２は特に熱伝導率の高い材質（例えば、アルミ、銅、銀、など）により製造される。

実施例１において、凝結部材２も選択的にポリメタクリル酸メチルの材質により製造され、さらにレーザー加工方式で凝結部材２の内部に凝結路２１を成形される。凝結部材２のサイズは、好ましくは、上述したチップ１のサイズに合わせて定められ、実施例１においては選択的に幅６ｃｍ、長さ１．５ｃｍ、肉厚０．１５ｃｍのアクリル板材を使用し、そしてレーザー加工方式で表面２ａに凝結路２１を成形した後、表面２ａに一個の長さと幅、肉厚が全て同じであるアクリル薄片を重ね、熱圧方式で接合することにより、実施例１の凝結部材２を形成することができる。

実施例１の蒸気蒸留用マイクロ流体チップ１には、好ましくは、更に一個の冷却部材３が設けられる。冷却部材３は凝結部材２の表面２ｂに位置し、かつ伝導体２２を隔てて凝結部材２と互いに結合することにより、凝結路２１を経由して流れる気態の被測定物の熱気を迅速に持ち去ることができるため、気態の被測定物は凝結点以下まで迅速に降温されて、気態の被測定物を直ちに液滴（すなわち上述した液態の被測定物になる）に凝結することができる。冷却部材３は一個の放熱ファン（図示なし）と連接することができ、この放熱ファンを利用して気態の被測定物の熱気を迅速に持ち去るように構成することもできる。

また、実施例１において、冷却部材３には一個の冷却路３１が含まれる。冷却路３１が相対する両端には一個の冷却路入口３１ａと一個の冷却路出口３１ｂがそれぞれ形成され、かつ冷却路３１は冷却路入口３１ａおよび冷却路出口３１ｂと曲線状に連接し、冷却路３１は好ましくは凝結部材２の伝導体２２と位置を合わせるように形成される。このように構成することにより、冷却水は冷却路入口３１ａを経由して冷却路３１に進入し、それにより、凝結路２１を経由して流れる気態の被測定物の熱気を持ち去ることができ、かつ熱を帯びた冷却水は冷却路出口３１ｂから排除されることができる。

実施例１において、冷却部材３もポリメタクリル酸メチルの材質により製造され、更にレーザー加工方式で冷却部材３の内部に冷却路３１を形成される。冷却部材３のサイズは好ましくは上述したチップ１のサイズに合わせて定められる。実施例１においては、選択的に幅６ｃｍ、長さ１．２ｃｍ、肉厚０．１５ｃｍのアクリル板材を使用し、レーザー加工方式で冷却路３１を形成した後、熱圧方式で冷却部材３を凝結部材２に接合することができる。

好ましくは、実施例１の蒸気蒸留用マイクロ流体チップ１の結合を堅固にすべく、チップ１のアクリル板材とアクリル薄片とが対応する位置、および凝結部材２と冷却部材３のアクリル板材とアクリル薄片とが対応する位置に複数個の結合孔をそれぞれ設け、さらにチップ１のアクリル板材とアクリル薄片、凝結部材２および冷却部材３のアクリル板材とアクリル薄片を互いに接合した後、それぞれ緩み止め部材Ｌで固定する。

図３は、本発明の実施例２による蒸気蒸留用マイクロ流体チップの分解斜視図で、図４は本発明の実施例２による蒸気蒸留用マイクロ流体チップの蒸気の流向を説明するための図である。図３、４を参照すると、実施例２の蒸気蒸留用マイクロ流体チップにおいて、チップ１は三組のマイクロ流路１１を成形し、かつ肉厚が０．６ｃｍのアクリル板材（チップ１ａ、１ｂおよび１ｃ）により共同でそれぞれ組成し、かつこれらのアクリル板材間には肉厚が０．１５ｃｍのアクリル薄片がそれぞれ設けられ、そして各マイクロ流路１１は蒸気入口１１ａと蒸気出口１１ｂだけによって互いに連通するように形成される。これにより、マイクロ流路１１の長さを大幅に引き延ばすことができるため、チップ１の蒸気蒸留効率を高めることができる。

再び図４を参照すると、本発明の実施例２の蒸気蒸留用マイクロ流体チップを実際に操作する時、サンプル溶液Ｓをチップ１ａの収容空間１１２に収容し、さらに高温蒸気をチップ１ａの蒸気入口１１ａから進入させ、そして収容空間１１２に位置するサンプル溶液Ｓを加熱する。サンプル溶液Ｓは気態の被測定物に変換され、さらに高温蒸気の注入圧力によってチップ１ａの蒸気出口１１ｂに向かって押し流され、チップ１ｂに流れ込むことができる。

また、気態の被測定物は高温蒸気の圧力によってチップ１ｂからチップ１ｃに向かって流れ、最終的にチップ１ｃの蒸気出口１１ｂから流出される。気態の被測定物の熱気は、凝結部材２の凝結路２１に進入することにより、冷却部材３によって持ち去られ、凝結路２１の凝結路出口２１ｂにおいて凝結して液態の被測定物として形成されるため、後続における液態の被測定物の検出作業において役立つことができる。

本発明の実施例２の蒸気蒸留用マイクロ流体チップがサンプル溶液Ｓの中に含まれるメタノールを有効に分離測定できることを確認するために、以下の試験を行なった。

（Ａ）メタノールの回収率のテスト

本試験においては、濃度が２、４、６、８および１０ｐｐｍのメタノール溶液を標準品とし、波長４２５ｎｍにおける吸光度を測定した後、吸光度に対するメタノール溶液の濃度曲線を標準線として描いた。この趨勢線の公式はＹ＝０．１０１０８×Ｘ＋０．００４８４で、Ｒ² の数値は０．９９９１である。

その他に、２ｇのサンプル溶液Ｓ（その中に１００ｐｐｍのメタノールを含む）を採取し、本発明の実施例２の蒸気蒸留用マイクロ流体チップをもって蒸気蒸留を行ない、そして凝結路出口２１ｂから２０ｍＬの液態の被測定物を採集した後、波長４２５ｎｍにおける液態の被測定物の吸光度を測定した。この試験を合わせて５回繰り返して行なった。その吸光度の平均値は０．９２９であった。

引き続き、上述した吸光度を趨勢線の公式に入れて計算すると、計算により得られたＸは９．１４３ｐｐｍであり、液態の被測定物の体積はサンプル溶液Ｓの重量の１０倍であった。このように、サンプル溶液Ｓのメタノール濃度は９１．４３ｐｐｍである筈で、実施例２の蒸気蒸留用マイクロ流体チップによって回収できるメタノールの回収率は９１．４３％であることを表す。

（Ｂ）市販食品のメタノール含量の検出

本試験では表１に示す市販食品を選択して使用した。本発明の実施例２の蒸気蒸留用マイクロ流体チップをもって蒸気蒸留を行なった後、計算で得られたメタノールの濃度を表１に示す。その内、國立屏東科技大学農水産品検査センターの値は、従来の蒸気蒸留装置９を採用し、各組の市販食品に含まれるのメタノールを純化し、衛署食字第０９０００２５８２２号と同第０９０００１８５３１号の規範に基づいて検査を行なった。

表１に示された結果に基づき、本発明の実施例の蒸気蒸留用マイクロ流体チップによれば、市販食品からその中に含まれるメタノールを確実に抽出し獲得することができ、そして屏東科技大学農水産品検査センターで検出した結果との濃度の誤差の数値は５ｐｐｍ以内であった。

総合すると、本発明の蒸気蒸留用マイクロ流体チップによれば、微小化されたチップと凝結部材によって少量のサンプル溶液を使用するだけで、少量のサンプル溶液から純化して吸い出される揮発性成分を効率よく採取することができるため、蒸気蒸留過程における利便性を高めることができるとともに、後続の検出過程における時間の浪費を省くなどの効果を奏することができる。

また、本発明の蒸気蒸留用マイクロ流体チップによれば、微小化されたチップと凝結部材によって従来の大型の装置における組立の不便性や収納の困難性という問題点を避けることができるとともに、部材のコストを低く抑えることができ、実用性を高めることができるなどの効果を奏することができる。

本発明は、その精神および必須の特徴事項から逸脱することなく他のやり方で実施することができる。従って、本明細書に記載した好ましい実施形態は例示的なものであり、限定を意図するものではない。

１ チップ
１１ マイクロ流路
１１ａ 蒸気入口
１１ｂ 蒸気出口
１１１ 第一流路
１１２ 収容空間
１１３ 第二流路
１１４ 凸部
２ 凝結部材
２ａ 表面
２ｂ 表面
２１ 凝結路
２１ａ 凝結路入口
２１ｂ 凝結路出口
２２ 伝導体
３ 冷却部材
３１ 冷却路
３１ａ 冷却路入口
３１ｂ 冷却路出口
９ 蒸気蒸留装置
９１ 蒸気発生瓶
９２ サンプル瓶
９３ 凝結管
９４ 蒸気導管
９５ サンプル導管
Ｌ 緩み止め部材
Ｓ サンプル溶液

Claims (6)

1. チップ（１）および凝結部材（２）を含む蒸気蒸留用マイクロ流体チップであって、チップ（１）には一個の蒸気入口（１１ａ）と一個の蒸気出口（１１ｂ）が含まれ、蒸気入口（１１ａ）と蒸気出口（１１ｂ）の間は一個のマイクロ流路（１１）により連接され、マイクロ流路（１１）には一個の第一流路（１１１）、一個の第二流路（１１３）および一個の拡径の収容空間（１１２）が含まれ、第一流路（１１１）は蒸気入口（１１ａ）および収容空間（１１２）と連接し、かつ第二流路（１１３）は蒸気出口（１１ｂ）および収容空間（１１２）と非直線的に連接し、凝結部材（２）には一個の凝結路入口（２１ａ）と一個の凝結路出口（２１ｂ）が含まれ、凝結部材（２）には他に一個の凝結路（２１）が含まれ、凝結路（２１）は凝結路入口（２１ａ）および凝結路出口（２１ｂ）を曲線状に連接し、蒸気出口（１１ｂ）は凝結路入口（２１ａ）と連通することを特徴とする蒸気蒸留用マイクロ流体チップ。
2. 蒸気入口（１１ａ）と蒸気出口（１１ｂ）は全てチップ（１）の上端縁に近接し、かつ収容空間（１１２）はチップ（１）の下端縁に近接することを特徴とする請求項１に記載の蒸気蒸留用マイクロ流体チップ。
3. マイクロ流路（１１）には一個の凸部（１１４）が含まれ、凸部（１１４）は第二流路（１１３）に位置し、かつ凸部（１１４）はチップ（１）の上端縁から下端縁の方向に向かって延伸するように形成されることを特徴とする請求項１に記載の蒸気蒸留用マイクロ流体チップ。
4. 凝結部材（２）には他に一個の伝導体（２２）が含まれ、伝導体（２２）は凝結路（２１）に位置合わせし、かつ伝導体（２２）は熱伝導率の高い材質により製造されることを特徴とする請求項１乃至３の何れか１項に記載の蒸気蒸留用マイクロ流体チップ。
5. チップ（１）には他に一個の冷却部材（３）が設けられ、冷却部材（３）は伝導体（２２）を隔てて凝結部材（２）と互いに結合することを特徴とする請求項４に記載の蒸気蒸留用マイクロ流体チップ。
6. 冷却部材（３）には一個の冷却路（３１）が含まれ、冷却路（３１）の相対する両端には一個の冷却路入口（３１ａ）と一個の冷却路出口（３１ｂ）がそれぞれ形成され、かつ冷却路（３１）は冷却路入口（３１ａ）および冷却路出口（３１ｂ）と曲線状に連接することを特徴とする請求項５に記載の蒸気蒸留用マイクロ流体チップ。
   

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