JPH10314566A - マイクロスタティックミキサー - Google Patents

マイクロスタティックミキサー

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JPH10314566A
JPH10314566A JP9128740A JP12874097A JPH10314566A JP H10314566 A JPH10314566 A JP H10314566A JP 9128740 A JP9128740 A JP 9128740A JP 12874097 A JP12874097 A JP 12874097A JP H10314566 A JPH10314566 A JP H10314566A
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JP
Japan
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mixer
microstatic
sample
plate
grating
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Application number
JP9128740A
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English (en)
Inventor
Tomoyuki Akashi
友行 明石
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Sumitomo Heavy Industries Ltd
Original Assignee
Sumitomo Heavy Industries Ltd
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Publication date
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Abstract

(57)【要約】 (修正有) 【課題】 生産が容易で、精度の高いマイクロスタティ
ックミキサーを提供する。 【解決手段】 第1の素子10は、中央部に20μmの
ピッチの格子11を有し、周辺部に組み立てピン挿入用
の貫通孔12が形成された方形板状の素子である。第2
の素子は、第1の素子と同様の方形板状の素子である
が、格子の配列方向が、格子11の配列方向とは異な
る。第1の素子と第2の素子とを重ね合わせると、格子
は、格子11で形成される貫通孔を2分割する位置に、
格子11は、格子で形成される貫通孔を2分割する位置
に位置し、これらを複数段重ねて、サンプル及び試薬を
注入すると、分割と混合が繰り返される。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、マイクロスタティ
ックミキサーに関する。
【0002】
【従来の技術】血液検査等の医療、医薬開発、化学研
究、バイオ研究の分野では、微少流体サンプルを分析
(組成分析等)するために、この微量のサンプルに微量
の流体試薬を加えて混合する必要がある。ところが、数
μl程度の微少流体は、撹拌翼等を用いた撹拌を行うこ
とができない。また、微少流体のレイノルズ数は、1桁
と非常に小さく、混合しようとする2つの微少流体を合
わせただけでは十分に混合されることはない。さらに、
これらの微少流体を同一の管や溝の中に流しただけで
は、十分に混合することはない。そこで、このような微
少流体を混合するためにマイクロスタティックミキサー
が使用される。
【0003】マイクロスタティックミキサーは、基本的
には、図11に示すように、互いに接触する2種の流体
を2分割し、分割された流体をそれぞれ回転させた後、
再び接触させることにより2種の流体間の接触面積を増
やして、2種の流体を混合するというものである。
【0004】従来のマイクロスタティックミキサーは、
上記のような流体混合を実現するために、混合しようと
する流体を流す溝(チャンネル)に、図12に示すよう
な複雑な立体構造物を形成している。図12の溝に注入
された2種の流体(図の左下から注入された試料A及び
試料B)は、まず、2つチャンネルへ流入するよう2分
割される。さらに、各チャンネル1、2へ流入した試料
A及びBは、それぞれ2つのポートへ流入するように2
分割される。このとき、試料Aと試料Bの相対位置は、
上下方向から左右方向へと変化させられる。この結果、
2つのポートが合流する点では、試料A及び試料Bが、
A,B,A,Bの順に左右方向に並ぶパターンとなり、
接触面積が増加する。従来のマイクロスタティックミキ
サーでは、このような複雑な形状の構造立体構造物を溝
内に繰り返し(更には、マトリックス的に)配置するこ
とにより、上記の混合工程を並列に、かつ、繰り返し行
うようにしている。このように、従来のマイクロスタテ
ィックミキサーでは、非常に複雑な形状の溝に混合しよ
うとする流体を流すことによって、これら流体の接触面
積を増加させ、微少流体の混合を実現している。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】従来のマイクロスタテ
ィックミキサーは、2種の微少流体を混合するために、
非常に複雑な形状の溝を有している。しかも、マイクロ
スタティックミキサーが取り扱う流体は、数μl程度の
微少流体であるため、この溝は非常に微細な構造とな
る。したがって、従来のマイクロスタティックミキサー
の製造は、非常に困難で、精度が低く、生産性も低いと
いう問題点がある。
【0006】本発明は、生産が容易で、精度の高いマイ
クロスタティックミキサーを提供することを目的とす
る。
【0007】
【課題を解決するための手段】本発明によれば、所定ピ
ッチの格子を有する板状の素子を複数備え、これら複数
の板状の素子を、前記格子の配列方向が隣接する素子の
格子の配列方向とは異なるように重ね合わせたことを特
徴とするマイクロスタティックミキサーが得られる。
【0008】また、本発明によれば、所定ピッチの格子
を有する2つの板状の素子を、前記格子の配列方向が互
いに異なる方向となるように重ね合わせたことを特徴と
するマイクロスタティックミキサーが得られる。
【0009】さらにまた、本発明によれば、第1の配列
方向に沿って形成された所定ピッチの第1の格子を有す
る第1の板状部材と、該第1の板状部材と同一形状を有
し、前記第1の配列方向とは異なる配列方向に沿って形
成された所定ピッチの第2の格子を有する第2の板状部
材とを交互に重ね合わせたことを特徴とするマイクロス
タティックミキサーが得られる。
【0010】
【発明の実施の形態】以下、図面を参照して、本発明の
実施の形態について説明する。
【0011】本発明のマイクロスタティックミキサーの
一実施の形態に使用される素子を図1及び図2に示す。
図1に示す第1の素子10は、中央部に20μmのピッ
チの格子11を有し、周辺部に組み立てピン挿入用の貫
通孔12が形成された方形板状の素子である。また、図
2に示す第2の素子20は、第1の素子と同じピッチの
格子21を中央部に有し、第1の素子の貫通孔12に対
応する位置に組み立てピン挿入用の貫通孔22が形成さ
れた方形板状の素子である。なお、格子21は、第1の
素子と第2の素子とを、貫通孔12と貫通孔22とが一
致するように重ね合わせたとき、その配列方向が格子1
1の配列方向に対して45°傾くようにしてある。
【0012】これら第1及び第2の素子10、20の材
料としては、金属、セラミック、プラスチック、ガラ
ス、半導体等、様々なものが使用できる。また、格子1
1、21の製造方法としては、シンクロトロン放射光や
レーザ光(レーザアブレーション)を用いた微細加工技
術や、半導体加工技術が利用できる。ここで、格子1
1、21の形成は、方形の貫通孔を多数形成するだけな
ので、極めて容易に作成でき、しかも、作成精度も高
い。マスクを利用して格子を作成する場合には、そのマ
スクの作成も容易である。
【0013】マイクロスタティックミキサーは、上記第
1及び第2の素子10、20を複数交互に重ね合わせて
構成され、例えば、図3に示すマイクロアナライザーに
組み込まれる。
【0014】図3のマイクロアナライザーは、第1の素
子と第2の素子とを5個づつ交互に重ね合わせたマイク
ロスタティックミキサー31と、その上部に重ねられた
上部カバープレート32及び注入用リザーバ33と、下
部に取り付けられた下部リザーバ34、分析素子35、
及び下部カバープレート36とを有している。そして、
これらの素子は、組み立て用ピン37により相互に固定
されている。
【0015】ここで、上部カバープレート32は、図4
に示すように、サンプル及び試薬を注入するための貫通
孔41と、組み立てピン挿入用の貫通孔42が形成され
た方形板状の素子である。貫通孔41には、しばしば注
入用筒(図3参照)が連結される。下部カバープレート
36は、上部カバープレート32と同様の構成で、貫通
孔41に相当する貫通孔は1つである。下部カバープレ
ートの貫通孔にもしばしば排出用筒が連結される。
【0016】また、注入用リザーバ33は、図5に示す
ように、上部カバープレート32の貫通孔41に注入さ
れたサンプル及び試薬をマイクロスタティックミキサー
31の所定位置(図示しない貫通孔が形成されている位
置)へ導くための溝51と、組み立てピン挿入用の貫通
孔52とが形成された方形板状の素子である。溝51の
形状は、図5のようなものでなく、上部カバープレート
32の貫通孔41とマイクロスタティックミキサー31
の所定位置とを直接つなぐような形状であっても良い。
【0017】下部リザーバ34は、注入用リザーバ33
とほぼ同様の構成であるが、溝51が、サンプルと試薬
との混合液の受け皿として働き、混合液を分析装置へ流
出させるために、上部カバープレート32の貫通孔41
の一方に対応する位置に、貫通孔が形成されている。
【0018】さらにまた、分析素子35は、光学的分析
を行うための素子であって、図6に示すように、サンプ
ルと試薬との混合液を流すための分析用溝61と、分析
に使用される光ファイバを挿入するための光ファイバ用
溝62と、組み立てピン挿入用の貫通孔63とが形成さ
れている。分析用溝61の一方の端部には、混合液を排
出するための貫通孔が形成されている。この貫通孔は、
下部カバープレート36の貫通光の位置に対応した位置
に形成される。
【0019】このマイクロアナライザーの上部カバープ
レート32の注入用筒から注入されたサンプル及び試薬
は、上部カバープレート32を通過して、注入用リザー
バ33に流入する。注入用リザーバ33は、流入してき
たサンプル及び試薬をマイクロスタティックミキサー3
1の所定位置に流し込む。マイクロスタティックミキサ
ー31の働きについては後述する。
【0020】マイクロスタティックミキサー31から流
出したサンプル及び試薬は、下部リザーバ34により受
け止められ、集められて分析素子35の分析用溝61の
一端に流し込まれる。ここで、下部リザーバ34に受け
止められたサンプル及び試薬は、マイクロスタティック
ミキサー31により十分に混合されている。
【0021】分析素子35は、分析用溝61の一端に流
し込まれたサンプル及び試薬の混合液を分析用溝61の
他端へ向けて流す。このとき、光ファイバを用いての分
析が可能になる。混合液は、分析用溝61の端部に形成
された排出用の貫通孔から、下部カバープレートの貫通
孔及び排出用筒を通り、外部へ排出される。
【0022】次にマイクロスタティックミキサー31の
働きについて図7を参照して説明する。
【0023】第1の素子10と第2の素子20とを重ね
合わせると、第1の素子10の格子11の配列方向と第
2の素子20の格子21の配列方向とは、上述したよう
に45°の角度を成す。したがって、図7に示すよう
に、第1の素子の格子11に囲まれたある貫通孔を通過
したサンプル液は、第2の素子20の格子に当たって2
分割される(正確には4分割であるが、その分割比率か
らほぼ2分割とみなせる)。同様に、ある貫通孔を通過
した試薬も、第2の素子20の格子に当たって2分割さ
れる。したがって、サンプル液が通過する貫通孔と試薬
が通過する貫通孔とが隣接している場合には、これらの
接触面積は増加する。
【0024】また、第2の素子20の貫通孔を通過した
サンプル液及び試薬(即ち、第1の素子10で2分割さ
れたサンプル及び試薬)は、さらにその下に配置された
第1の素子10の格子に当たってさらに2分割される。
【0025】以降、サンプル液及び試薬は、第1の素子
10及び第2の素子20によって、分割と接触(混合)
を繰り返しながら、下部リザーバ34へと到達する。
【0026】図8に、第1の素子10の格子11を通過
したサンプル液及び試薬が、第2の素子20の格子21
に当たって、分割され回転する様子を示す。図8からも
分かるように、本実施の形態によるマイクロスタティッ
クミキサーでは、注入したサンプル及び試薬が、必ずし
も均等に分割されるものではなく、また、回転も均一で
はないが、サンプルと試薬との接触面積を確実に増加さ
せることができる。また、適切な段数の素子を用いるこ
とにより、これらサンプルと試薬とは均一に混合され
る。
【0027】以上のようにして、サンプル液と試薬と
は、従来に比べ単純な構造のマイクロスタティックミキ
サー31によって十分に混合される。
【0028】なお、本実施の形態では、方形の素子を用
いたが他の形状を用いても良い。また、格子のピッチ及
びその数は、任意に設定できる。
【0029】また、本実施の形態では、第1の素子と第
2の素子とを5個づつ用いたが、これに限られるもので
はなく、また、必ずしも同数である必要はない。
【0030】また、従来のマイクロスタティックミキサ
ーは、微小流体のみを対象とするものであったが、本実
施の形態によるマイクロスタティックミキサーによれ
ば、各試料(サンプル、試薬)の注入方法を工夫するこ
とにより、いろいろな流量の流体に対応することができ
る。
【0031】例えば、流量が少ない場合や、粘性が高い
流体の場合は、素子の段数を多くしておいて、格子の中
央部に試料を注入するようにすればよい。この場合の混
合の様子を図9(a)に示す。また、流量が多い場合
や、粘性が低い場合には、一方の試料をプールしてお
き、そこに他方の試料を格子を通して分散注入し、その
後、マイクロスタティックミキサーによる混合を行なう
ようにすればよい。この場合の混合の様子を図9(b)
に示す。なお、図9(b)の構成においては、出口を絞
っておいて、予備出口を開けて試料Bを注入したあと、
予備出口を閉じて出口を開き、同時に試料Bの入り口を
閉じて試料Aを注入する。これにより試料Aは格子によ
り分割され、BB´断面図に示されるように、試料Bの
上に分割配置される。このあとは、更なる試料Aの注入
により、これらの液体を上から下へ押し出す。ただし、
この場合は、試料Aと試料Bとが混合されているのは、
出口から流出する最初の数滴となる。したがって、分析
等には、この最初の数滴のみを利用する。
【0032】さらに、本実施の形態のマイクロスタティ
ックミキサー31は、図10に示すような分析装置にも
適用できる。即ち、カバーパーツ101、サンプル用及
び試薬用の2つのマイクロポンプを備えたマイクロポン
プ部102、サンプル液と試薬とを混合するマイクロミ
キサー・マイクロリアクター部103、分析を行うマイ
クロアナライザー部104、及び排出、洗浄用のマイク
ロポンプ部105を備えた分析装置のマイクロミキサー
・マイクロリアクター部103の代わりに、上記マイク
ロスタティックミキサー31を用いることもできる。
【0033】
【発明の効果】本発明によれば、所定ピッチの格子を有
する2つの板状の素子を、前記格子の配列方向が互いに
異なる方向となるように重ね合わせてマイクロスタティ
ックミキサーを構成するようにしたことで、容易に、精
度良く、マイクロスタティックミキサーを製造すること
ができる。よって、生産性が向上し、コストを低減する
ことができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の一実施の形態に使用される第1の素子
の正面図である。
【図2】本発明の一実施の形態に使用される第2の素子
の正面図である。
【図3】本発明の一実施の形態を有するマイクロスタテ
ィックミキサーが組み込まれたマイクロアナライザーの
側面図である。
【図4】図3のマイクロアナライザーに使用される、上
部カバープレートの正面図である。
【図5】図3のマイクロアナライザーに使用される、注
入用リザーバの正面図である。
【図6】図3のマイクロアナライザーに使用される、分
析素子の正面図である。
【図7】本発明の一実施の形態によるマイクロスタティ
ックミキサーの働きを説明するための図である。
【図8】本発明の一実施の形態によるマイクロスタティ
ックミキサーの働きを説明するための図である。
【図9】いろいろな流量の流体に対応するための構成を
示す図であって、(a)は流量が少ない場合や、粘性が
高い流体の場合、(b)は流量が多い場合や、粘性が低
い場合の構成を示す図である。
【図10】本発明の一実施の形態によるマイクロスタテ
ィックミキサーが適用できる分析装置の概略図である。
【図11】従来のマイクロスタティックミキサーの働き
を説明するための図である。
【図12】従来のマイクロスティックミキサーの溝の部
分拡大図である。
【符号の説明】
10 第1の素子 11 格子 12 貫通孔 20 第2の素子 21 格子 22 貫通孔 31 マイクロスタティックミキサー 32 上部カバープレート 33 注入用リザーバ 34 下部リザーバ 35 分析素子 36 下部カバープレート 37 組み立て用ピン 41 貫通孔 42 貫通孔 51 溝 52 貫通孔 61 分析用溝 62 光ファイバ用溝 101 カバーパーツ 102 マイクロポンプ部 103 マイクロミキサー・マイクロリアクター部 104 マイクロアナライザー部 105 マイクロポンプ部

Claims (4)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 所定ピッチの格子を有する板状の素子を
    複数備え、これら複数の板状の素子を、前記格子の配列
    方向が隣接する素子の格子の配列方向とは異なるように
    重ね合わせたことを特徴とするマイクロスタティックミ
    キサー。
  2. 【請求項2】 所定ピッチの格子を有する2つの板状の
    素子を、前記格子の配列方向が互いに異なる方向となる
    ように重ね合わせたことを特徴とするマイクロスタティ
    ックミキサー。
  3. 【請求項3】 第1の配列方向に沿って形成された所定
    ピッチの第1の格子を有する第1の板状部材と、該第1
    の板状部材と同一形状を有し、前記第1の配列方向とは
    異なる配列方向に沿って形成された所定ピッチの第2の
    格子を有する第2の板状部材とを交互に重ね合わせたこ
    とを特徴とするマイクロスタティックミキサー。
  4. 【請求項4】 前記第1の板状部材及び前記第2の板状
    部材の所定位置に複数の組み立てピン用の貫通孔を形成
    し、該貫通孔に組み立てピンを挿入することによって、
    前記第1の板状部材と前記第2の板状部材との相対位置
    を決定できる用にしたことを特徴とする請求項3のマイ
    クロスタティックミキサー。
JP9128740A 1997-05-19 1997-05-19 マイクロスタティックミキサー Pending JPH10314566A (ja)

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