JP5838418B2 - Microreactor - Google Patents
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Description
本発明は、アッセイが容易なマイクロリアクタに関する。 The present invention relates to a microreactor that is easy to assay.
マイクロリアクタは数ミクロン〜数百ミクロンの溝や凹部を内部に有し、この内部に微少の流体を流し、各種生化学反応、抗体反応、電気化学反応、合成反応、分析化学反応等を行わせるマイクロデバイスである。 A microreactor has grooves and recesses of several microns to several hundred microns inside, and a micro fluid is allowed to flow inside the microreactor to perform various biochemical reactions, antibody reactions, electrochemical reactions, synthetic reactions, analytical chemical reactions, etc. It is a device.
このような微細流路からなるマイクロリアクタは、流体の流路、反応微少空間等を形成するために表面に開口した溝や凹部を有するベース体に蓋体を重ね合せることで製作されている(特許文献1)。
また、三次元構造の流路を形成する場合には溝や凹部を有するベース体の上に、溝や上下方向に貫通した流路等を形成した一枚以上の中間体を重ね、さらにその上に蓋体を重ね合せ製作されている(特許文献2)。
ベース体の上に直接蓋体を重ね合せる場合であってもベース体の上に中間体を介して蓋体を重ね合せる場合であっても蓋体を重ね合せる際にベース体や中間体との精度高い位置決めが重要であり、また蓋体を重ね合せる際に流路の断面形状や反応空間容量が変化しないようにする必要もある。
A microreactor having such a fine flow path is manufactured by superimposing a lid on a base body having grooves and recesses opened on the surface in order to form a fluid flow path, a reaction microspace, etc. (patent) Reference 1).
In addition, when forming a three-dimensional flow path, one or more intermediate bodies formed with grooves or flow paths penetrating in the vertical direction are stacked on the base body having grooves or recesses, and further on The lid body is manufactured by overlapping (Patent Document 2).
Even when the lid is directly superimposed on the base body, even when the lid is superimposed on the base body via the intermediate body, the base body and the intermediate body Positioning with high accuracy is important, and it is also necessary to prevent the cross-sectional shape of the flow path and the reaction space capacity from changing when the lids are overlapped.
反応系を蛍光等の光学的に検出する場合には微細な流路等を形成したベース体や蓋体等が透光性の有する材質で製作されているので、さらに蓋体のベース体等への位置決めが大変であった。 When optically detecting the reaction system, such as fluorescence, the base body and lid with fine flow paths are made of a light-transmitting material. The positioning of was difficult.
特許文献3は同公報段落(0034)に、位置決めマークによる位置検出機構を開示するが、蓋体の流体供給口、排出口に関連付けて設けたものでなく、アッセイ時の位置決めが必ずしも容易でない。 Patent Document 3 discloses a position detection mechanism using positioning marks in paragraph (0034) of the same publication, but it is not provided in association with the fluid supply port and discharge port of the lid, and positioning during the assay is not always easy.
本発明はアッセイが容易で、流路、反応空間等の断面精度及びシール性に優れたマイクロリアクタの提供を目的とする。 It is an object of the present invention to provide a microreactor that can be easily assayed and has excellent cross-sectional accuracy and sealing properties such as flow paths and reaction spaces.
本発明に係るマイクロリアクタは、表面に開口したマイクロ流路を有するベース体と、ベース体の上に直接又は中間体を介して重ね合せる蓋体とを備え、前記ベース体は流体の供給凹部及び排出凹部を有するとともに当該供給凹部と排出凹部に位置決めマークを有し、前記蓋体は上下方向に貫通した、流体の供給口及び排出口を有し、当該蓋体に有する供給口及び排出口を前記ベース体に設けた供給凹部と排出凹部とに有するそれぞれの位置決めマークに位置合せをして重ね合せることを可能にしたことを特徴とする。
ここで、供給口はマイクロリアクタ内部に流体を供給するためのものであり、マイクロリアクタの用途により1つに限らず、異なる複数の原流体毎に供給口を設ける等、複数有する場合があり、同様に排出口も複数あってよい。
供給口又は/及び排出口が複数ある場合には、その少なくとも1つ以上の供給口と排出口とを位置決めするためのマークがベース体の供給凹部と排出凹部とに有すればよい。
Microreactor according to the onset Ming, includes a base body having a micro flow path opened to the surface, and a lid superimposing directly or via an intermediate on the base body, the base body supply recess of the fluid and It has a discharge recess and a positioning mark in the supply recess and the discharge recess, and the lid body has a fluid supply port and a discharge port penetrating in the vertical direction. It is possible to align and overlap each positioning mark provided in the supply recess and the discharge recess provided in the base body.
Here, the supply port is for supplying a fluid into the microreactor, and is not limited to one depending on the use of the microreactor, and may have a plurality of supply ports for each of a plurality of different raw fluids. There may be multiple outlets.
When there are a plurality of supply ports and / or discharge ports, it is only necessary that the marks for positioning at least one of the supply ports and the discharge ports be provided in the supply recesses and the discharge recesses of the base body.
本発明は、表面に開口したマイクロ流路を有する透光性のあるベース体と、ベース体の上に直接又は中間体を介して重ね合せる蓋体とを備え、前記ベース体は流体の供給凹部及び排出凹部を有し、蓋体は前記ベース体の供給凹部に対応し貫通した供給口及び前記ベース体の排出凹部に対応し貫通した排出口を有し、中間体を有する場合には、当該中間体は蓋体の供給口に一致させた流体の流入口と蓋体の排出口に一致させた流出口を有し、前記ベース体を載置保持するための下部保持体と蓋体を押える押え具を有し、前記下部保持体はベース体の供給凹部と排出凹部とを位置決めするための位置決めマークを有し、前記押え具は、蓋体の供給口及び排出口に対応しチューブを連結するための連結具を有し、前記連結具は押え具に螺着してあるとともに、先端側が拡径した円錐側面のチューブ挿通孔を有し、前記連結具の挿通孔に挿通されたチューブの先端部は先端側が拡径した円錐台形状したことにより、連結具の締め付けにより前記蓋体に対してシール調整が可能であり、前記下部保持部の位置決めマークに供給凹部及び排出凹部の位置を合せるようにベース体を載置し、その上に蓋体の供給口及び排出口を前記位置決めマークに合せて重ね合せ、上部から前記押え具を下部保持体に固定するのが好ましい。 The present invention includes a translucent base body having a micro-channel that is open on the surface, and a lid body that is superimposed on the base body directly or via an intermediate body, the base body being a fluid supply recess. and has a discharge recess, the lid has an outlet extending through corresponding to the discharge recess in the inlet and the base body penetrating corresponding to the supply recess of the base body, in the case with an intermediate body, the The intermediate body has a fluid inflow port that matches the supply port of the lid and an outflow port that matches the discharge port of the lid, and holds the lower holding body and the lid for placing and holding the base body has a retainer, the lower holding member has a positioning mark for positioning the discharge recess and supply recess of the base body, wherein the retainer is connected to the tube corresponding to the inlet and outlet of the lid a connecting member for the coupler are then screwed into retainer Both have a tube insertion hole with a conical side surface with an enlarged diameter on the distal end side, and the distal end portion of the tube inserted into the insertion hole of the coupling tool has a truncated cone shape with an enlarged diameter on the distal end side, thereby tightening the coupling tool. Seal adjustment is possible for the lid, and the base body is placed so that the position of the supply recess and the discharge recess is aligned with the positioning mark of the lower holding part, and the supply port and the discharge port of the lid are placed thereon. It is preferable to overlap the positioning mark and fix the presser to the lower holding body from above.
本発明で蓋体は、前記ベース体及び中間体よりも軟く、硬度が60〜95の範囲であるのが好ましい。
ここで、硬度とはJIS K6253に規定するデュロメータ タイプAでの測定値を示す。
蓋体の硬度が低すぎると、ベース体側に押圧した際に変形が大きく、シール性が低下したり、ベース体等に設けた流路溝内に蓋体の裏面の一部が入り込み、流路精度が低下する。
また、蓋体の硬度が高すぎると、流路部のシール圧を確保するのが困難であったり、蓋体を強く押圧過ぎるとベース体等が変形する恐れがでる。
このような硬度範囲を有する蓋体の材質としては、軟質塩化ビニル、ポリウレタン、エチレン−酢酸ビニル共重合体、ポリピロピレン系樹脂とエラストマーとのブレンド材料等が挙げられる。
また、マイクロリアクタの用途によっては、タンパク質、細胞等と親和性がある材料がよい。
In the present invention, the lid body is preferably softer than the base body and the intermediate body and has a hardness in the range of 60 to 95.
Here, the hardness indicates a measured value with a durometer type A defined in JIS K6253.
If the hardness of the lid is too low, deformation will be large when pressed to the base body side, the sealing performance will be reduced, or a part of the back surface of the lid will enter the flow channel groove provided in the base body etc. Accuracy is reduced.
Further, if the lid body is too hard, it is difficult to ensure the sealing pressure of the flow path portion, and if the lid body is pressed too strongly, the base body and the like may be deformed.
Examples of the material of the lid having such a hardness range include soft vinyl chloride, polyurethane, an ethylene-vinyl acetate copolymer, a blend material of a polypyropylene resin and an elastomer, and the like.
Depending on the application of the microreactor, a material having affinity for proteins, cells and the like is preferable.
本発明でベース体に直接又は中間体を介して蓋体を重ね合せて流路等を形成する場合に貼り合せ手段を用いてもよいが、ベース体を載置保持するための下部保持体と前記蓋体を上部側から押さえる押え具を設けると、ベース体と蓋体との位置合せのみならず外部の系とも連結しやすくなる。
また、押え具を下部保持体に固定する場合に、押え具と下部保持体との位置決め機構を設けることもできる。
It may be used together means attached to the case of forming the present invention flow path superposed lid directly or via an intermediate base material in such a lower holder for placing holding the base member If a presser for pressing the lid from the upper side is provided, not only the alignment of the base body and the lid but also an external system can be easily connected.
Moreover, when fixing a pressing tool to a lower holding body, the positioning mechanism of a pressing tool and a lower holding body can also be provided.
本発明に係るマイクロリアクタはベース体に有する流体の供給凹部と排出凹部に位置決めマークを形成したので、この位置決めマークに蓋体の供給口及び排出口をそれぞれ目視にて位置合せしつつ重ねることができる。
また、ベース体を透光性の有する材料で製作し、ベース体を載置する下部保持体に位置決めマークを設けると、この位置決めマークをたよりにベース体と蓋体とを重ね合せることができ、さらにアッセイが容易になる。
In the microreactor according to the present invention, since the positioning marks are formed in the supply recess and the discharge recess of the fluid in the base body, the supply port and the discharge port of the lid can be overlapped on the positioning mark while visually aligning with each other. .
Moreover, if the base body is made of a light-transmitting material and a positioning mark is provided on the lower holding body on which the base body is placed, the base body and the lid body can be overlapped according to the positioning mark, Furthermore, the assay becomes easier.
本発明は、表面に開口した微細構造のマイクロ流路を形成したベース体と、その上に重ね合せる蓋体との位置決めを容易にすべく、ベース体に必要とする流体の供給凹部(供給部)及び排出凹部(排出部)に位置決めマークを設け、この位置決めマークに蓋体に設けた供給口(ベース体の供給凹部に対応)及び排出口(ベース体の排出凹部に対応)を合せるように重ねることで、位置決めできるようにした点に特徴がある。
この場合に二次元的な流路を形成するだけでなく、特許文献2に開示するような三次元構造の流路を形成する場合には、蓋体の供給口、排出口と一致させる流体の流入口、流出口を有する中間体を一枚以上、ベース体と蓋体との間に挟むこともできる。
The present invention provides a supply recess (supply section) for a fluid required for a base body in order to facilitate positioning of a base body having a micro-channel with a fine structure opened on the surface and a lid body to be overlaid on the base body. ) And the discharge recess (discharge portion) are provided with a positioning mark, and the positioning mark is aligned with the supply port (corresponding to the supply recess of the base body) and the discharge port (corresponding to the discharge recess of the base body). It is characterized in that it can be positioned by overlapping.
In this case, in addition to forming a two-dimensional flow path, in the case of forming a flow path having a three-dimensional structure as disclosed in Patent Document 2, the fluid flow to be matched with the supply port and the discharge port of the lid One or more intermediate bodies having an inlet and an outlet can be sandwiched between the base body and the lid body.
本発明はベース体を透光性の有する材料で製作し、ベース体を載置する下部保持体に位置決めマークを印すと、さらにアッセイが容易になる。
以下、図面に基づいて、その構成例を説明する。
In the present invention, when the base body is made of a light-transmitting material and a positioning mark is marked on the lower holding body on which the base body is placed, the assay is further facilitated.
Hereinafter, a configuration example will be described based on the drawings.
図1は、本発明に係るマイクロリアクタの構成例を示し、図2〜4は、そのアッセイ手順を示す。
また、図5に断面図を示す。
本実施例は、マイクロ流路を有するベース体10の上に蓋体20を重ね合せて反応器を製作する際にベース体10を下部保持体30に載置し、その上に蓋体20を重ね、さらにその上からチューブ61a、61bを連結した押え具40にて押えるように、この押え具40を下部保持体30に固定するアッセイの例である。
マイクロリアクタは、流体の供給口を1つ以上有し、供給された流体が所定の反応後に外部に排出される排出口を1つ以上有する。
マイクロリアクタの用途、機能により供給口及び排出口は複数有する場合も多いが、本実施例は模式的に流体の供給口と排出口が1つの場合で説明し、流路部13も直線的な例で説明する。
FIG. 1 shows a configuration example of a microreactor according to the present invention, and FIGS. 2 to 4 show the assay procedure.
FIG. 5 shows a cross-sectional view.
In this embodiment, when the reactor is manufactured by superimposing the
The microreactor has one or more fluid supply ports and one or more discharge ports through which the supplied fluid is discharged to the outside after a predetermined reaction.
Although there are many cases where there are a plurality of supply ports and discharge ports depending on the use and function of the microreactor, this embodiment will be schematically described in the case of one fluid supply port and one discharge port, and the
下部保持体30は、ベース体10を載置するための平坦部を有し、この平坦部に位置決めマークM1,M2を印した。
位置決めマークはベース体10の載置決めを定めるのが目的であり、光学的のみならず電気的、磁気的等各種検出手段で位置決めできるが、目視で位置決めできる印が好ましい。
位置決めマークは少なくとも2点あればX−Y方向の座標が定まる。
本実施例は、流体の供給凹部11の位置を定める位置決めマークM1と排出凹部12の位置を定める位置決めマークM2とを有する例である。
図2(b)に示すようにベース体10は透光性を有し、位置決めマークM1,M2に供給凹部11及び排出凹部12が重なるように載置し、この状態で下部保持体30に設けた取付めねじ部52a,52bを介してバンド53にてベース体10を固定する。
次に、図2(c)に示すように蓋体20に設けた貫通した供給口21及び排出口22を位置決めマークM1,M2にそれぞれ重なるように位置合せし、ベース体10に重ねる。
次に図3に示すように、チューブ61a,61bを連結具62,63で連結した押え具40を蓋体20の上に重ねる。
この際に、チューブ61a,61bの先端が蓋体20の供給口21,排出口22にそれぞれ位置するように位置決めマークM1,M2を基準に下部保持体30に立設したガイドピン31a〜31dと押え具40に設けたガイド孔41a〜41dの組み合せにより位置決めされる。
なお、押え具40と下部保持体30とが相互に位置決めできれば、どちらか一方に凸部、ピン、他方に凹部、孔を有すれば特に限定されない。
この状態で図3(b)に示すようにビス状の固定具51a〜51dを押え具40に設けた貫通孔42a〜42dに挿入し、下部保持体30に設けためねじ部からなる取付孔32a〜32dに螺着固定する。
連結具62,63はチューブ61a,61bを挿通孔62a,62bに挿通し、このチューブ61a,61bの下端部が下方に向けて拡径した円錐台状のシール材になっていて、図3(c)に示すように連結具の雄ねじ部62b,63bを締め付けると挿通孔62a,62bの先端側円錐側面にて押圧されシールする。
The
The positioning mark is intended to determine the placement of the
If there are at least two positioning marks, the coordinates in the XY directions are determined.
The present embodiment is an example having a positioning mark M 1 for determining the position of the fluid supply recess 11 and a positioning mark M 2 for determining the position of the
As shown in FIG. 2B, the
Next, as shown in FIG. 2C, the
Next, as shown in FIG. 3, the
At this time,
In addition, as long as the
In this state, as shown in FIG. 3 (b), screw-
The
本発明に係るマイクロリアクタは、ベース体に直接又は中間体を介して蓋体を重ね合せることで流路を形成する点に特徴があることから、蓋体を成形する樹脂の硬度はベース体の硬度よりも軟い方がよい。
蓋体がベース体よりも硬いと、ベース体の流路部をシールするのが困難であったり、強く押えると流路の断面形状が変形するからである。
また、蓋体が軟か過ぎるとベース体の流路内に変形及び入り込み、流路断面積が所定よりも小さくなる。
そこで、ベース及び蓋体を試作して重ね合せ状態を検討した。
Since the microreactor according to the present invention is characterized in that the flow path is formed by overlapping the lid body directly or via an intermediate body with the base body, the hardness of the resin for molding the lid body is the hardness of the base body. Softer is better.
This is because if the lid body is harder than the base body, it is difficult to seal the flow path portion of the base body, or if the cover body is pressed hard, the cross-sectional shape of the flow path is deformed.
Further, if the lid is too soft, the lid is deformed and enters the channel of the base body, and the channel cross-sectional area becomes smaller than a predetermined value.
Then, the base and the lid were made as a trial and the overlapping state was examined.
まず、ベース体を次のように製作した。
n−ブチルアクリレート(和光純薬工業製)80重量部、ジエチレングリコールジメタクリレート(ブレンマーPDE−100,日本油脂製)40重量部及びパラペットSA−NW201(クラレ製)20重量部を混合し、さらに、光重合開始剤としてCiba DAROCUR1173(チバ・スペシャルティ・ケミカルズ製,2−ヒドロキシ−2−メチル−1−フェニル−プロパン−1−オン)を1.2重量部を加え、この混合物を微細流路を形成したシリコン製鋳型に注入し紫外線硬化させた。
各種試作用鋳型から硬化樹脂を離型させることで表面に深さ30μm,幅10,30,50,100μmの流路を有する評価サンプルを作成した。
なお、流路のない部分で表面硬度を測定すると、JIS K6253 タイプDにて硬度65であった。
次に、厚み約1mmのプレート状の蓋体を形成した。
その結果、実施例1〜5の蓋体は、流路幅10,30,50,100μmのいずれのベース体にあっても所定の流路が得られたが、比較例11の硬度55の蓋体は、幅100μmの流路を有するベース体に対して約10μm程の深さまで蓋体が喰い込んでいた。
また、比較例12の硬度98の蓋体はベース体との密着が不充分で液漏れが生じるサンプルが一部に発生した。
このことから蓋体の硬度はAタイプで60〜95の範囲が好ましい。
First, the base body was manufactured as follows.
80 parts by weight of n-butyl acrylate (manufactured by Wako Pure Chemical Industries), 40 parts by weight of diethylene glycol dimethacrylate (Blenmer PDE-100, manufactured by Nippon Oil & Fats) and 20 parts by weight of Parapet SA-NW201 (manufactured by Kuraray) are mixed. 1.2 parts by weight of Ciba DAROCUR 1173 (manufactured by Ciba Specialty Chemicals, 2-hydroxy-2-methyl-1-phenyl-propan-1-one) was added as a polymerization initiator, and this mixture formed a fine channel. It was injected into a silicon mold and UV cured.
Evaluation samples having flow paths with a depth of 30 μm and widths of 10, 30, 50, and 100 μm on the surface were prepared by releasing the cured resin from various prototype molds.
In addition, when the surface hardness was measured in a portion without a flow path, the hardness was 65 according to JIS K6253 type D.
Next, a plate-shaped lid having a thickness of about 1 mm was formed.
As a result, the lids of Examples 1 to 5 had a predetermined flow path regardless of the base body having a flow path width of 10, 30, 50, or 100 μm. The body was bitten by a lid to a depth of about 10 μm with respect to a base body having a channel having a width of 100 μm.
In addition, the lid of Comparative Example 12 having a hardness of 98 had some samples in which the close contact with the base body was insufficient and liquid leakage occurred.
From this, the hardness of the lid is preferably in the range of 60 to 95 for the A type.
10 ベース体
11 供給凹部
12 排出凹部
13 流路部
20 蓋体
21 供給口
22 排出口
30 下部保持体
31c ガイドピン
32a 取付孔
40 押え具
61a チューブ
62 連結具
M1 位置決めマーク
10
Claims (1)
前記ベース体は流体の供給凹部及び排出凹部を有し、蓋体は前記ベース体の供給凹部に対応し貫通した供給口及び前記ベース体の排出凹部に対応し貫通した排出口を有し、
中間体を有する場合には、当該中間体は蓋体の供給口に一致させた流体の流入口と蓋体の排出口に一致させた流出口を有し、
前記ベース体を載置保持するための下部保持体と蓋体を押える押え具を有し、
前記下部保持体はベース体の供給凹部と排出凹部とを位置決めするための位置決めマークを有し、
前記押え具は、蓋体の供給口及び排出口に対応しチューブを連結するための連結具を有し、
前記連結具は押え具に螺着してあるとともに、先端側が拡径した円錐側面のチューブ挿通孔を有し、前記連結具の挿通孔に挿通されたチューブの先端部は先端側が拡径した円錐台形状したことにより、連結具の締め付けにより前記蓋体に対してシール調整が可能であり、
前記下部保持部の位置決めマークに供給凹部及び排出凹部の位置を合せるようにベース体を載置し、その上に蓋体の供給口及び排出口を前記位置決めマークに合せて重ね合せ、上部から前記押え具を下部保持体に固定することを特徴とするマイクロリアクタ。 A translucent base body having a micro-channel opened on the surface, and a lid body that is superposed on the base body directly or via an intermediate body,
The base body has a fluid supply recess and a discharge recess, and the lid body has a supply port penetrating and corresponding to the supply recess of the base body, and a drain port penetrating and corresponding to the discharge recess of the base body,
In the case of having an intermediate body, the intermediate body has an inflow port for fluid that matches the supply port of the lid and an outflow port that matches with the discharge port of the lid,
A lower holding body for placing and holding the base body and a presser for pressing the lid;
The lower holding body has a positioning mark for positioning the supply recess and the discharge recess of the base body,
The presser has a connector for connecting a tube corresponding to the supply port and the discharge port of the lid,
The connector is screwed to the presser and has a tube insertion hole with a conical side surface whose diameter is enlarged on the tip side, and a distal end portion of the tube inserted into the insertion hole of the connector is a cone whose diameter is enlarged on the tip side. Due to the trapezoidal shape, it is possible to adjust the seal with respect to the lid body by tightening the connector,
The base body is placed so that the position of the supply concave portion and the discharge concave portion is aligned with the positioning mark of the lower holding portion, and the supply port and the discharge port of the lid are overlapped with the positioning mark on the base body, A microreactor characterized in that a presser is fixed to a lower holding body.
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