JP2002058470A - 微小ケミカルデバイス用温度調節装置及び温度調節方法 - Google Patents
微小ケミカルデバイス用温度調節装置及び温度調節方法Info
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 本発明が解決しようとする課題は、一般に正
確な温度測定が困難である微小ケミカルデバイス中の微
小な所望領域を容易、且つ正確に温度調節することが出
来る微小ケミカルデバイス用温度調節装置、及び温度調
節方法を提供することにある。 【解決手段】 毛細管状の流路と一つ以上の設定希望温
度領域を有するフィルム状又は板状の微小ケミカルデバ
イスの表裏両外面に接する、設定希望温度±１０℃の温
度範囲に設定された一つ以上の温度調節ブロックを有す
る微小ケミカルデバイス用温度調節装置、及びフィルム
状又は板状の微小ケミカルデバイスの表裏両外面に、設
定希望温度±１０℃の温度範囲に設定された物体を接触
させる微小ケミカルデバイスの温度調節方法。
確な温度測定が困難である微小ケミカルデバイス中の微
小な所望領域を容易、且つ正確に温度調節することが出
来る微小ケミカルデバイス用温度調節装置、及び温度調
節方法を提供することにある。 【解決手段】 毛細管状の流路と一つ以上の設定希望温
度領域を有するフィルム状又は板状の微小ケミカルデバ
イスの表裏両外面に接する、設定希望温度±１０℃の温
度範囲に設定された一つ以上の温度調節ブロックを有す
る微小ケミカルデバイス用温度調節装置、及びフィルム
状又は板状の微小ケミカルデバイスの表裏両外面に、設
定希望温度±１０℃の温度範囲に設定された物体を接触
させる微小ケミカルデバイスの温度調節方法。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、化学工業、生化学
工業、農業、林業、水産業、医療、食品工業、製薬工
業、環境保全、犯罪捜査、スポーツ等の広範な分野にお
いて使用される、部材中に微小な流路を有する微小ケミ
カルデバイス、例えば、化学、生化学などの微小反応デ
バイス（マイクロリアクター）や、集積型ＤＮＡ分析デ
バイス、微小電気泳動デバイス、微小クロマトグラフィ
ーデバイス、微小膜分離デバイス、微小抽出デバイス等
の化学、生化学などの微小分析デバイス用の温度調節デ
バイスおよび温度調節方法に関する。
工業、農業、林業、水産業、医療、食品工業、製薬工
業、環境保全、犯罪捜査、スポーツ等の広範な分野にお
いて使用される、部材中に微小な流路を有する微小ケミ
カルデバイス、例えば、化学、生化学などの微小反応デ
バイス（マイクロリアクター）や、集積型ＤＮＡ分析デ
バイス、微小電気泳動デバイス、微小クロマトグラフィ
ーデバイス、微小膜分離デバイス、微小抽出デバイス等
の化学、生化学などの微小分析デバイス用の温度調節デ
バイスおよび温度調節方法に関する。
【０００２】更に詳しくは、本発明は板状やフィルム状
の微小ケミカルデバイスを温度調節する装置および方法
に関し、微小ケミカルデバイスの微小領域を正確に温度
調節する方法および装置に関する。中でもマイクロリア
クター、とりわけピー・シー・アール（ＰＣＲ：ポリメ
ラーゼ連鎖反応、以下、ＰＣＲと記述する。）デバイス
用として有用である。
の微小ケミカルデバイスを温度調節する装置および方法
に関し、微小ケミカルデバイスの微小領域を正確に温度
調節する方法および装置に関する。中でもマイクロリア
クター、とりわけピー・シー・アール（ＰＣＲ：ポリメ
ラーゼ連鎖反応、以下、ＰＣＲと記述する。）デバイス
用として有用である。
【０００３】
【従来の技術】微小ケミカルデバイスとして、シリコ
ン、石英、ガラス、重合体などの基材に、エッチング法
により細い溝状の流路を形成し、必要に応じてカバーを
装着して溝状の流路を毛細管状の流路と成し、液体流
路、流路状反応槽、分離用ゲルチャンネルなどとするこ
とが知られており、このような微小ケミカルデバイスの
特定の領域を加温する機構として、電気ヒーターを組み
込む方法が報告されている（例えば、「サイエンス」、
１９９８年、第２８２巻、第４８４頁）。
ン、石英、ガラス、重合体などの基材に、エッチング法
により細い溝状の流路を形成し、必要に応じてカバーを
装着して溝状の流路を毛細管状の流路と成し、液体流
路、流路状反応槽、分離用ゲルチャンネルなどとするこ
とが知られており、このような微小ケミカルデバイスの
特定の領域を加温する機構として、電気ヒーターを組み
込む方法が報告されている（例えば、「サイエンス」、
１９９８年、第２８２巻、第４８４頁）。
【０００４】しかしながら、微小な部分を正確に温度調
節することは極めて困難であり、設定温度と実温の乖離
が大きくなりがちであった。その理由の第１は微小な部
分の正確な温度検出の困難さにあり、理由の第２は、温
度調節すべき部分の表面積が該部分の体積に比して非常
に大きいために、熱の出入りが大きく、安定した温度調
節が困難であることにあった。
節することは極めて困難であり、設定温度と実温の乖離
が大きくなりがちであった。その理由の第１は微小な部
分の正確な温度検出の困難さにあり、理由の第２は、温
度調節すべき部分の表面積が該部分の体積に比して非常
に大きいために、熱の出入りが大きく、安定した温度調
節が困難であることにあった。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】本発明が解決しようと
する課題は、一般に正確な温度測定が困難である微小ケ
ミカルデバイス中の微小な所望領域を容易、且つ正確に
温度調節することが出来る微小ケミカルデバイス用温度
調節装置、及び温度調節方法を提供することにある。
する課題は、一般に正確な温度測定が困難である微小ケ
ミカルデバイス中の微小な所望領域を容易、且つ正確に
温度調節することが出来る微小ケミカルデバイス用温度
調節装置、及び温度調節方法を提供することにある。
【０００６】
【課題を解決するための手段】本発明者らは、上記課題
を解決する方法について鋭意検討した結果、板状やフィ
ルム状の微小ケミカルデバイスの温度調節すべき部分の
両面に、別途温度調節された物質を接触させることで、
上記の問題が解決され、微小な部分の正確な温度調節が
可能なことを見出し、本発明を完成するに至った。
を解決する方法について鋭意検討した結果、板状やフィ
ルム状の微小ケミカルデバイスの温度調節すべき部分の
両面に、別途温度調節された物質を接触させることで、
上記の問題が解決され、微小な部分の正確な温度調節が
可能なことを見出し、本発明を完成するに至った。
【０００７】即ち、本発明は、（１）毛細管状の流路と
一つ以上の設定希望温度領域を有するフィルム状又は板
状の微小ケミカルデバイスの表裏両外面に接する、設定
希望温度±１０℃の温度範囲に設定された一つ以上の温
度調節ブロックを有する微小ケミカルデバイス用温度調
節装置と、
一つ以上の設定希望温度領域を有するフィルム状又は板
状の微小ケミカルデバイスの表裏両外面に接する、設定
希望温度±１０℃の温度範囲に設定された一つ以上の温
度調節ブロックを有する微小ケミカルデバイス用温度調
節装置と、
【０００８】（２）温度調節ブロックと微小ケミカルデ
バイスとの接触部面積が各１×１０-8ｍ2〜１×１０-4
ｍ2である（１）に記載の微小ケミカルデバイス用温度
調節装置と、
バイスとの接触部面積が各１×１０-8ｍ2〜１×１０-4
ｍ2である（１）に記載の微小ケミカルデバイス用温度
調節装置と、
【０００９】（３）設定希望温度領域が微小ケミカルデ
バイスの一部の領域である（１）に記載の微小ケミカル
デバイス用温度調節装置と、
バイスの一部の領域である（１）に記載の微小ケミカル
デバイス用温度調節装置と、
【００１０】（４）温度調節ブロックが、微小ケミカル
デバイスの同一又は異なる温度の複数の設定希望温度領
域にそれぞれ接する（１）〜（３）のいずれか一つに記
載の微小ケミカルデバイス用温度調節装置と、
デバイスの同一又は異なる温度の複数の設定希望温度領
域にそれぞれ接する（１）〜（３）のいずれか一つに記
載の微小ケミカルデバイス用温度調節装置と、
【００１１】（５）微小ケミカルデバイスの厚さが１０
μｍ〜１０ｍｍである（１）〜（４）のいずれか１に記
載の微小ケミカルデバイス用温度調節装置と、
μｍ〜１０ｍｍである（１）〜（４）のいずれか１に記
載の微小ケミカルデバイス用温度調節装置と、
【００１２】（６）微小ケミカルデバイスがマイクロリ
アクターである（１）〜（５）のいずれか１に記載の微
小ケミカルデバイス用温度調節装置と、
アクターである（１）〜（５）のいずれか１に記載の微
小ケミカルデバイス用温度調節装置と、
【００１３】（７）マイクロリアクターがピー・シー・
アール（ＰＣＲ）デバイスである（６）に記載の微小ケ
ミカルデバイス用温度調節装置と、
アール（ＰＣＲ）デバイスである（６）に記載の微小ケ
ミカルデバイス用温度調節装置と、
【００１４】（８）毛細管状の流路と一つ以上の設定希
望温度領域を有するフィルム状又は板状の微小ケミカル
デバイスの表裏両外面に、設定希望温度±１０℃の温度
範囲に設定された物体を接触させる微小ケミカルデバイ
スの温度調節方法と、
望温度領域を有するフィルム状又は板状の微小ケミカル
デバイスの表裏両外面に、設定希望温度±１０℃の温度
範囲に設定された物体を接触させる微小ケミカルデバイ
スの温度調節方法と、
【００１５】（９）設定希望温度領域が、同一又は異な
る温度の複数の領域である（８）に記載の微小ケミカル
デバイスの温度調節方法と、
る温度の複数の領域である（８）に記載の微小ケミカル
デバイスの温度調節方法と、
【００１６】（１０）微小ケミカルデバイスの厚さが１
０μｍ〜１０ｍｍである（８）又は（９）に記載の微小
ケミカルデバイスの温度調節方法と、
０μｍ〜１０ｍｍである（８）又は（９）に記載の微小
ケミカルデバイスの温度調節方法と、
【００１７】（１１）微小ケミカルデバイスがマイクロ
リアクターである（８）〜（１０）のいずれか１つに記
載の微小ケミカルデバイスの温度調節方法と、及び、
リアクターである（８）〜（１０）のいずれか１つに記
載の微小ケミカルデバイスの温度調節方法と、及び、
【００１８】（１２）マイクロリアクターがピー・シー
・アール（ＰＣＲ）デバイスである（１１）に記載の微
小ケミカルデバイスの温度調節方法とを含むものであ
る。
・アール（ＰＣＲ）デバイスである（１１）に記載の微
小ケミカルデバイスの温度調節方法とを含むものであ
る。
【００１９】
【発明の実施の形態】本発明に於いて温度調節（以下、
温度調節を単に温調と称する場合がある）すべき微小ケ
ミカルデバイスは、フィルム状又は板状の部材中に毛細
管状の流路を有するものであり、厚さは１０μｍ〜１０
ｍｍであり、好ましくは５ｍｍ以下、最も好ましくは２
ｍｍ以下である。これより厚いと、設定希望温度領域が
微小である場合に温調精度が低下しがちである。厚さの
下限は、温調精度の点からは特に限定を設けることを要
しないが、デバイスの製造の困難さの点から、好ましく
は１０μｍ以上、さらに好ましくは５０μｍ以上であ
る。
温度調節を単に温調と称する場合がある）すべき微小ケ
ミカルデバイスは、フィルム状又は板状の部材中に毛細
管状の流路を有するものであり、厚さは１０μｍ〜１０
ｍｍであり、好ましくは５ｍｍ以下、最も好ましくは２
ｍｍ以下である。これより厚いと、設定希望温度領域が
微小である場合に温調精度が低下しがちである。厚さの
下限は、温調精度の点からは特に限定を設けることを要
しないが、デバイスの製造の困難さの点から、好ましく
は１０μｍ以上、さらに好ましくは５０μｍ以上であ
る。
【００２０】また、微小ケミカルデバイスの設定希望温
度領域に於ける毛細管状の流路の該デバイス外表面から
の距離（表面または裏面からの深さの小さい方）は、好
ましくは３ｍｍ以下、さらに好ましくは１ｍｍ以下、最
も好ましくは０．５ｍｍ以下である。これより距離が大
きいと、特に流路内で発熱反応や吸熱反応が行われる場
合、設定希望温度領域とその周辺部との温度差が大であ
る場合、設定希望温度領域が微小である場合などに温調
精度が低下しがちである。該距離の下限は、温調精度の
点からは限定を設けることを要しないが、デバイスの製
造の困難さの点から、好ましくは２μｍ以上、さらに好
ましくは５μｍ以上である。
度領域に於ける毛細管状の流路の該デバイス外表面から
の距離（表面または裏面からの深さの小さい方）は、好
ましくは３ｍｍ以下、さらに好ましくは１ｍｍ以下、最
も好ましくは０．５ｍｍ以下である。これより距離が大
きいと、特に流路内で発熱反応や吸熱反応が行われる場
合、設定希望温度領域とその周辺部との温度差が大であ
る場合、設定希望温度領域が微小である場合などに温調
精度が低下しがちである。該距離の下限は、温調精度の
点からは限定を設けることを要しないが、デバイスの製
造の困難さの点から、好ましくは２μｍ以上、さらに好
ましくは５μｍ以上である。
【００２１】温調すべき微小ケミカルデバイスを構成す
る素材は任意であり、シリコン、石英、ガラス、有機重
合体等であり得るが、有機重合体であることが、熱伝導
率が低いために、該デバイス内に異なる温度の微小な温
度領域を形成しやすく、また本発明の効果が発揮されや
すいため好ましい。
る素材は任意であり、シリコン、石英、ガラス、有機重
合体等であり得るが、有機重合体であることが、熱伝導
率が低いために、該デバイス内に異なる温度の微小な温
度領域を形成しやすく、また本発明の効果が発揮されや
すいため好ましい。
【００２２】本発明の装置及び方法は、微小ケミカルデ
バイス内に設けられた設定希望温度領域を温度調節する
ものである。設定希望温度領域は、温度調節すべき微小
ケミカルデバイス内に１つ以上設けられ、該領域の流路
を設定希望温度に調節する。
バイス内に設けられた設定希望温度領域を温度調節する
ものである。設定希望温度領域は、温度調節すべき微小
ケミカルデバイス内に１つ以上設けられ、該領域の流路
を設定希望温度に調節する。
【００２３】設定希望温度領域は微小ケミカルデバイス
全体であっても良いが、該デバイス内に設定希望温度領
域以外の領域を有していても良い。設定希望温度領域
は、同一温度または異なる温度の複数の領域であっても
良い。本発明は特にデバイス内に設定希望温度領域以外
の領域を有する場合や、設定希望温度領域が複数の領域
である場合に効果を発揮する。この点から、本発明が適
用される微小ケミカルデバイスはマイクロリアクターで
ある場合に好適であり、ＰＣＲデバイスである場合に特
に好適である。
全体であっても良いが、該デバイス内に設定希望温度領
域以外の領域を有していても良い。設定希望温度領域
は、同一温度または異なる温度の複数の領域であっても
良い。本発明は特にデバイス内に設定希望温度領域以外
の領域を有する場合や、設定希望温度領域が複数の領域
である場合に効果を発揮する。この点から、本発明が適
用される微小ケミカルデバイスはマイクロリアクターで
ある場合に好適であり、ＰＣＲデバイスである場合に特
に好適である。
【００２４】本発明は、設定希望温度領域に、微小ケミ
カルデバイスの表裏両外表面から、設定希望温度±１０
℃、好ましくは、設定希望温度±５℃、更に好ましくは
希望設定温度±１℃の温度範囲に設定された物体を接触
させることにより、設定希望温度領域を設定希望温度に
温調する。物体の温度は、それぞれ上記範囲であれば微
小ケミカルデバイスの表裏で同じであっても良いし、異
なっていても良いが、同じであることが好ましい。
カルデバイスの表裏両外表面から、設定希望温度±１０
℃、好ましくは、設定希望温度±５℃、更に好ましくは
希望設定温度±１℃の温度範囲に設定された物体を接触
させることにより、設定希望温度領域を設定希望温度に
温調する。物体の温度は、それぞれ上記範囲であれば微
小ケミカルデバイスの表裏で同じであっても良いし、異
なっていても良いが、同じであることが好ましい。
【００２５】物体の温度は、微小ケミカルデバイスの厚
さ、流路内で行われる反応の種類（例えば発熱反応又は
吸熱反応）、設定希望温度領域とその周辺部との温度
差、設定希望温度領域の寸法等により、設定値を上記温
度範囲で変えることが出来る。微小ケミカルデバイスの
厚さが薄い場合には設定希望温度±（１℃以下）とする
ことが好ましい。
さ、流路内で行われる反応の種類（例えば発熱反応又は
吸熱反応）、設定希望温度領域とその周辺部との温度
差、設定希望温度領域の寸法等により、設定値を上記温
度範囲で変えることが出来る。微小ケミカルデバイスの
厚さが薄い場合には設定希望温度±（１℃以下）とする
ことが好ましい。
【００２６】微小ケミカルデバイスに接触させる温調さ
れた物体は任意であり、固体、液体、気体、ミストなど
であって良いが、固体（以下、温調された固体を温調ブ
ロックと称する。温調ブロックは形状を問わず、例えば
フィルム状のものも含む）であることが、構成が単純と
なり好ましく、温調ブロックは金属であることが、熱伝
導度が良いためさらに好ましい。接触させる物体の種類
は微小ケミカルデバイスの表裏で異なっていても良い
が、同じであることが好ましい。
れた物体は任意であり、固体、液体、気体、ミストなど
であって良いが、固体（以下、温調された固体を温調ブ
ロックと称する。温調ブロックは形状を問わず、例えば
フィルム状のものも含む）であることが、構成が単純と
なり好ましく、温調ブロックは金属であることが、熱伝
導度が良いためさらに好ましい。接触させる物体の種類
は微小ケミカルデバイスの表裏で異なっていても良い
が、同じであることが好ましい。
【００２７】微小ケミカルデバイスに接触させる温調さ
れた物体が温調ブロックである場合、該温調ブロックと
微小ケミカルデバイスとの接触部面積は各１×１０-8ｍ
2以上であることが好ましく、各１×１０-7ｍ2以上であ
ることがさらに好ましい。接触部面積が過小であると、
高精度の温調が困難となる。
れた物体が温調ブロックである場合、該温調ブロックと
微小ケミカルデバイスとの接触部面積は各１×１０-8ｍ
2以上であることが好ましく、各１×１０-7ｍ2以上であ
ることがさらに好ましい。接触部面積が過小であると、
高精度の温調が困難となる。
【００２８】好ましい接触面積の下限は微小ケミカルデ
バイスの厚さや微小ケミカルデバイス表面から流路まで
の距離にも依存し、微小ケミカルデバイスの厚さが薄い
ほど、また表面から流路までの距離が小さいほど、小面
積でも高精度の温調が可能となる。該接触部面積の上限
は温調精度の面からは限定を設ける必要はないが、微小
ケミカルデバイスの特徴を発揮させるためには各１×１
０-4ｍ2以下であることが好ましく、各１×１０-5ｍ2以
下であることがさらに好ましい。
バイスの厚さや微小ケミカルデバイス表面から流路まで
の距離にも依存し、微小ケミカルデバイスの厚さが薄い
ほど、また表面から流路までの距離が小さいほど、小面
積でも高精度の温調が可能となる。該接触部面積の上限
は温調精度の面からは限定を設ける必要はないが、微小
ケミカルデバイスの特徴を発揮させるためには各１×１
０-4ｍ2以下であることが好ましく、各１×１０-5ｍ2以
下であることがさらに好ましい。
【００２９】接触させる温調された物体、例えば温調ブ
ロックの温調方法は任意であり、例えば電気ヒーターに
よる温調；ペルチエ素子による温調；温水、冷水、オイ
ル等の液体を内部に流すことによる温調；揮発させた液
化炭酸ガスや液体窒素などの冷気の流量調節による温
調；赤外線、マイクロ波などの電磁波による温調；変動
磁場による温調、およびこれらを複合した方法を例示で
きる。勿論、ここで言う温調とは、一定温度に調節する
ことのみならず、一定の温度範囲からはずれないように
調節することや、昇温、降温、その他プログラムされた
温度調節も含む。
ロックの温調方法は任意であり、例えば電気ヒーターに
よる温調；ペルチエ素子による温調；温水、冷水、オイ
ル等の液体を内部に流すことによる温調；揮発させた液
化炭酸ガスや液体窒素などの冷気の流量調節による温
調；赤外線、マイクロ波などの電磁波による温調；変動
磁場による温調、およびこれらを複合した方法を例示で
きる。勿論、ここで言う温調とは、一定温度に調節する
ことのみならず、一定の温度範囲からはずれないように
調節することや、昇温、降温、その他プログラムされた
温度調節も含む。
【００３０】接触させる物体の温調は、微小ケミカルデ
バイスの温度の測定値に基づいて温調されても良いが、
微小ケミカルデバイスの温度を検出することなく、物体
それ自身が温調されているものであることが好ましい。
従って、本発明に於いては、微小ケミカルデバイスの温
度を検出することを要しない。
バイスの温度の測定値に基づいて温調されても良いが、
微小ケミカルデバイスの温度を検出することなく、物体
それ自身が温調されているものであることが好ましい。
従って、本発明に於いては、微小ケミカルデバイスの温
度を検出することを要しない。
【００３１】また、微小ケミカルデバイスとの接触と
は、固定された接触状態のみならず、特定の時期に特定
の時間だけ接触させることも含む。接触は、熱伝導度を
増すために、オイルやグリースなどを介しての接触であ
っても良い。本発明の主題は、微小ケミカルデバイスの
設定希望温度領域に、温調された物体、例えば温調ブロ
ックを微小ケミカルデバイスの表裏両外面から接触させ
ることにある。
は、固定された接触状態のみならず、特定の時期に特定
の時間だけ接触させることも含む。接触は、熱伝導度を
増すために、オイルやグリースなどを介しての接触であ
っても良い。本発明の主題は、微小ケミカルデバイスの
設定希望温度領域に、温調された物体、例えば温調ブロ
ックを微小ケミカルデバイスの表裏両外面から接触させ
ることにある。
【００３２】従って、微小ケミカルデバイスの設定希望
温度領域が表裏から温調物体で挟持されていればよく、
その他の領域については任意であり、例えば片面に温調
された物体が接触していても良い。しかしながら、微小
ケミカルデバイスの設定希望温度領域のみが温調された
物体で挟持されていることが好ましい。
温度領域が表裏から温調物体で挟持されていればよく、
その他の領域については任意であり、例えば片面に温調
された物体が接触していても良い。しかしながら、微小
ケミカルデバイスの設定希望温度領域のみが温調された
物体で挟持されていることが好ましい。
【００３３】即ち、温調された物体の微小ケミカルデバ
イスとの接触部の形状は、表裏で鏡映対称の形状となる
ことが好ましい。勿論、温調された物体は微小ケミカル
デバイスからはずれる部分（微小ケミカルデバイスに接
触しない部分）を有していてもよく、この部分の形状は
任意である。同様の意味で、微小ケミカルデバイスの流
路の存在しない部分に接触する温調された物体の形状に
ついては、その形状は任意である。
イスとの接触部の形状は、表裏で鏡映対称の形状となる
ことが好ましい。勿論、温調された物体は微小ケミカル
デバイスからはずれる部分（微小ケミカルデバイスに接
触しない部分）を有していてもよく、この部分の形状は
任意である。同様の意味で、微小ケミカルデバイスの流
路の存在しない部分に接触する温調された物体の形状に
ついては、その形状は任意である。
【００３４】温調を行う設定希望温度領域は複数存在し
ても良い。複数の設定希望温度領域の設定希望温度は、
同じ温度であっても、異なる温度であっても良い。この
場合には、それぞれの温度領域について、上記と同様で
ある。複数の設定希望温度領域は、互いに接触していて
も独立していても良い。
ても良い。複数の設定希望温度領域の設定希望温度は、
同じ温度であっても、異なる温度であっても良い。この
場合には、それぞれの温度領域について、上記と同様で
ある。複数の設定希望温度領域は、互いに接触していて
も独立していても良い。
【００３５】微小ケミカルデバイスの設定希望温度領域
以外の温度領域については任意であり、例えば片面に温
調された物体を接触させても良いし、室温空気に解放し
ても良いし、室温空気の気流に当ててもよいが、室温空
気に解放するか、または室温空気の気流に当ることが好
ましい。
以外の温度領域については任意であり、例えば片面に温
調された物体を接触させても良いし、室温空気に解放し
ても良いし、室温空気の気流に当ててもよいが、室温空
気に解放するか、または室温空気の気流に当ることが好
ましい。
【００３６】温調装置を微小ケミカルデバイスの表裏両
外面に接触させる方法は任意であり、例えば、１組の独
立した温調装置でもって微小ケミカルデバイスを挟持し
てもよいし、１組の温調装置を蝶番で繋ぎ、微小ケミカ
ルデバイスを挟む構造としても良い。もしくは、温調ブ
ロックが表裏から温調物体で挟持できるＵ字型の一体構
造を有するものであっても良い。
外面に接触させる方法は任意であり、例えば、１組の独
立した温調装置でもって微小ケミカルデバイスを挟持し
てもよいし、１組の温調装置を蝶番で繋ぎ、微小ケミカ
ルデバイスを挟む構造としても良い。もしくは、温調ブ
ロックが表裏から温調物体で挟持できるＵ字型の一体構
造を有するものであっても良い。
【００３７】
【実施例】以下、実施例により本発明をさらに具体的に
説明するが、本発明はこれによって限定されるものでは
ない。
説明するが、本発明はこれによって限定されるものでは
ない。
【００３８】［実施例１］ 〔微小ケミカルデバイスの作製〕平均分子量約２０００
の３官能ウレタンアクリレートオリゴマー（大日本イン
キ化学工業株式会社製の「ユニディックＶ−４２６
３」）を３５部、１，６−ヘキサンジオールジアクリレ
ート（第一工業製薬株式会社製の「ニューフロンティア
ＨＤＤＡ」）を３５部、ノニルフェノキシポリエチレン
グリコール（ｎ＝１７）アクリレート（第一工業製薬株
式会社製の「Ｎ−１７７Ｅ」）を３０部、１−ヒドロキ
シシクロヘキシルフェニルケトン（チバガイギー社製の
「イルガキュアー１８４」）を５部、及び２，４−ジフ
ェニル−４−メチル−１−ペンテン（関東化学株式会社
製）を０．１部を混合して均質な組成物（ｘ−１）を調
製した。
の３官能ウレタンアクリレートオリゴマー（大日本イン
キ化学工業株式会社製の「ユニディックＶ−４２６
３」）を３５部、１，６−ヘキサンジオールジアクリレ
ート（第一工業製薬株式会社製の「ニューフロンティア
ＨＤＤＡ」）を３５部、ノニルフェノキシポリエチレン
グリコール（ｎ＝１７）アクリレート（第一工業製薬株
式会社製の「Ｎ−１７７Ｅ」）を３０部、１−ヒドロキ
シシクロヘキシルフェニルケトン（チバガイギー社製の
「イルガキュアー１８４」）を５部、及び２，４−ジフ
ェニル−４−メチル−１−ペンテン（関東化学株式会社
製）を０．１部を混合して均質な組成物（ｘ−１）を調
製した。
【００３９】５ｃｍ×５ｃｍ×１ｍｍのアクリル樹脂板
（三菱レイヨン株式会社製の「アクリライトＬ」）製の
基材（１）に、１２７μｍのバーコーターを用いて組成
物（ｘ−１）を塗布し、１００ｍｗ／ｃｍ2の紫外線を
３秒間照射して、塗膜を半硬化させ、厚さ８５μｍの半
硬化した樹脂第１層（２）を形成した。
（三菱レイヨン株式会社製の「アクリライトＬ」）製の
基材（１）に、１２７μｍのバーコーターを用いて組成
物（ｘ−１）を塗布し、１００ｍｗ／ｃｍ2の紫外線を
３秒間照射して、塗膜を半硬化させ、厚さ８５μｍの半
硬化した樹脂第１層（２）を形成した。
【００４０】この樹脂第１層（２）の上に、１２７μｍ
のバーコーターを用いて組成物（ｘ−１）を塗布し、フ
ォトマスクを使用して、図１に示された流路（４）とな
る部分以外の部分に、１００ｍｗ／ｃｍ2の紫外線を１
秒間照射して、照射部分の塗膜を半硬化させた後、水流
にて未照射部の未硬化の組成物を除去し、幅９２μｍ、
深さ８８μｍ、長さ１８ｍｍ×２０ターンの流路（４）
となるべき溝が樹脂欠損部として形成された樹脂第２層
（３）を形成した。
のバーコーターを用いて組成物（ｘ−１）を塗布し、フ
ォトマスクを使用して、図１に示された流路（４）とな
る部分以外の部分に、１００ｍｗ／ｃｍ2の紫外線を１
秒間照射して、照射部分の塗膜を半硬化させた後、水流
にて未照射部の未硬化の組成物を除去し、幅９２μｍ、
深さ８８μｍ、長さ１８ｍｍ×２０ターンの流路（４）
となるべき溝が樹脂欠損部として形成された樹脂第２層
（３）を形成した。
【００４１】片面がコロナ放電処理された厚さ３０μｍ
の２軸延伸ポリプロピレンフィルム（二村化学株式会社
製、ＯＰＰフィルム）（図示せず）のコロナ放電処理面
に、１２７μｍのバーコーターを用いて、組成物（ｘ−
１）を塗布し、上で用いたと同じ紫外線をフォトマスク
無しで１秒間照射し、塗膜を半硬化させて厚さ９８μｍ
の半硬化塗膜と成し、該半硬化塗膜を基材（１）上の樹
脂第２層（３）と密着させて、その状態で紫外線をさら
に３０秒間照射して全ての樹脂層を硬化させて接着した
後、ポリプロピレンフィルム（図示せず）を剥離し、樹
脂第３層（５）を形成することにより樹脂第２層（３）
の樹脂欠損部を毛細管状の流路（４）と成した。
の２軸延伸ポリプロピレンフィルム（二村化学株式会社
製、ＯＰＰフィルム）（図示せず）のコロナ放電処理面
に、１２７μｍのバーコーターを用いて、組成物（ｘ−
１）を塗布し、上で用いたと同じ紫外線をフォトマスク
無しで１秒間照射し、塗膜を半硬化させて厚さ９８μｍ
の半硬化塗膜と成し、該半硬化塗膜を基材（１）上の樹
脂第２層（３）と密着させて、その状態で紫外線をさら
に３０秒間照射して全ての樹脂層を硬化させて接着した
後、ポリプロピレンフィルム（図示せず）を剥離し、樹
脂第３層（５）を形成することにより樹脂第２層（３）
の樹脂欠損部を毛細管状の流路（４）と成した。
【００４２】次いで、流路（４）の一方の端の位置に、
１．６ｍｍのドリルにて基材（１）及び樹脂第１層
（２）に穴を穿ち、その部分に直径１．６ｍｍのステン
レスパイプを接着して導入口（６）を形成した。同様に
して流路の他の端に流出口（７）を形成して、図１及び
図２に示された形状の、ＰＣＲ用の微小ケミカルデバイ
ス［Ｄ−１］を作製した。
１．６ｍｍのドリルにて基材（１）及び樹脂第１層
（２）に穴を穿ち、その部分に直径１．６ｍｍのステン
レスパイプを接着して導入口（６）を形成した。同様に
して流路の他の端に流出口（７）を形成して、図１及び
図２に示された形状の、ＰＣＲ用の微小ケミカルデバイ
ス［Ｄ−１］を作製した。
【００４３】〔温調装置の作製〕３本の６ｍｍ×６ｍｍ
×６０ｍｍの真鍮製角棒（１１）を、図３及び図４に示
したように、１ｍｍ×７ｍｍ×６０ｍｍのアクリル板を
スペーサー（１２）として並べて固定し、それぞれの真
鍮角棒（１１）の６ｍｍ×６ｍｍの端面に直径１．７ｍ
ｍ、深さ３０ｍｍのドリル孔を穿ち、温調用温度センサ
ーとしてシース型熱伝対（１３）を装着した。
×６０ｍｍの真鍮製角棒（１１）を、図３及び図４に示
したように、１ｍｍ×７ｍｍ×６０ｍｍのアクリル板を
スペーサー（１２）として並べて固定し、それぞれの真
鍮角棒（１１）の６ｍｍ×６ｍｍの端面に直径１．７ｍ
ｍ、深さ３０ｍｍのドリル孔を穿ち、温調用温度センサ
ーとしてシース型熱伝対（１３）を装着した。
【００４４】また、それぞれの真鍮製角棒（１１）の６
ｍｍ×６０ｍｍの底面にポリイミド樹脂封入電気ヒータ
ー（１４）を張り付けた。そして、３組の熱伝対（１
３）と電気ヒーター（１４）をそれぞれ温度調節器（図
示せず）に接続して、３つの温調ブロック（１１）を有
する温調装置を作製した。さらに、同じ温調装置をもう
１台作製し１組の温調装置とした。
ｍｍ×６０ｍｍの底面にポリイミド樹脂封入電気ヒータ
ー（１４）を張り付けた。そして、３組の熱伝対（１
３）と電気ヒーター（１４）をそれぞれ温度調節器（図
示せず）に接続して、３つの温調ブロック（１１）を有
する温調装置を作製した。さらに、同じ温調装置をもう
１台作製し１組の温調装置とした。
【００４５】〔ＰＣＲ試験〕鋳型プラスミドDNA：4.0μ
l、ポリメラーゼ［宝酒造株式会社製「TaKaRa Ex Taq T
M」］：2.0μl、緩衝液［宝酒造株式会社製「10X ExTaq
TM Buffer」］：8.0μl、基質 ［宝酒造株式会社製「d
NTP Mixture (2.5mM each)」］：6.4μl、プライマー
[宝酒造株式会社製「Fluorescein-Labeled Primer M4
(1pmol/μl)」]：20μl、プライマー[宝酒造株式会社製
「Fluorescein-Labeled Primer RV-M (1pmol/μl)」]：
20μl、及び滅菌蒸留水：19.6μlを混合して、反応溶液
を調製し、吸引鐘中で振りながらアスピレーターにて１
０秒間減圧して溶存空気を除去しアルゴン封入した。
l、ポリメラーゼ［宝酒造株式会社製「TaKaRa Ex Taq T
M」］：2.0μl、緩衝液［宝酒造株式会社製「10X ExTaq
TM Buffer」］：8.0μl、基質 ［宝酒造株式会社製「d
NTP Mixture (2.5mM each)」］：6.4μl、プライマー
[宝酒造株式会社製「Fluorescein-Labeled Primer M4
(1pmol/μl)」]：20μl、プライマー[宝酒造株式会社製
「Fluorescein-Labeled Primer RV-M (1pmol/μl)」]：
20μl、及び滅菌蒸留水：19.6μlを混合して、反応溶液
を調製し、吸引鐘中で振りながらアスピレーターにて１
０秒間減圧して溶存空気を除去しアルゴン封入した。
【００４６】温調装置の３つの温調ブロック（１１）を
各々９５℃、７５℃、４５℃に温調し、微小ケミカルデ
バイスの９５℃設定希望温度領域（領域α）を９５℃の
温調ブロックで、７５℃設定希望温度領域（領域β）を
７５℃の温調ブロックで、４５℃設定希望温度領域（領
域γ）を４５℃の温調ブロックで各々挟持した。
各々９５℃、７５℃、４５℃に温調し、微小ケミカルデ
バイスの９５℃設定希望温度領域（領域α）を９５℃の
温調ブロックで、７５℃設定希望温度領域（領域β）を
７５℃の温調ブロックで、４５℃設定希望温度領域（領
域γ）を４５℃の温調ブロックで各々挟持した。
【００４７】室温２５℃にて、微小ケミカルデバイス
（Ｄ−１）の導入口（６）から、マイクロシリンジを用
いてＰＣＲ反応溶液を滞留時間２０分となる流量で４０
分間流してＰＣＲ試験を行った。流出口（７）から流出
した反応溶液を採取し、電気泳動分析にかけたところ、
ＤＮＡが増幅されていることが確認された。同じＰＣＲ
試験を室温を変えて、１５℃および３５℃にて実施した
ところ、得られた電気泳動の結果はいずれも同様で、室
温の影響を受けず、再現性良い結果が得られた。
（Ｄ−１）の導入口（６）から、マイクロシリンジを用
いてＰＣＲ反応溶液を滞留時間２０分となる流量で４０
分間流してＰＣＲ試験を行った。流出口（７）から流出
した反応溶液を採取し、電気泳動分析にかけたところ、
ＤＮＡが増幅されていることが確認された。同じＰＣＲ
試験を室温を変えて、１５℃および３５℃にて実施した
ところ、得られた電気泳動の結果はいずれも同様で、室
温の影響を受けず、再現性良い結果が得られた。
【００４８】［比較例１］微小ケミカルデバイスの樹脂
第３層（５）面に接触させる温調装置の代わりに、厚さ
１ｍｍのアクリル樹脂板（三菱レイヨン株式会社製の
「アクリライトＬ」）製のカバーを固定したこと、及び
微小ケミカルデバイスの基材（１）面に接触させた温調
装置を、微小ケミカルデバイスの領域α、領域β、領域
γの中心部に、樹脂第２層（３）と樹脂第３層（５）を
削って埋め込んだ熱伝対（図示せず）による表示温度を
それぞれ９５℃、７５℃、４５℃となるように温調ブロ
ック（１１）温度を調節したこと以外は実施例１と同様
にして、室温１５℃、２５℃、及び３５℃にてＰＣＲ試
験を行った。
第３層（５）面に接触させる温調装置の代わりに、厚さ
１ｍｍのアクリル樹脂板（三菱レイヨン株式会社製の
「アクリライトＬ」）製のカバーを固定したこと、及び
微小ケミカルデバイスの基材（１）面に接触させた温調
装置を、微小ケミカルデバイスの領域α、領域β、領域
γの中心部に、樹脂第２層（３）と樹脂第３層（５）を
削って埋め込んだ熱伝対（図示せず）による表示温度を
それぞれ９５℃、７５℃、４５℃となるように温調ブロ
ック（１１）温度を調節したこと以外は実施例１と同様
にして、室温１５℃、２５℃、及び３５℃にてＰＣＲ試
験を行った。
【００４９】その結果、１５℃では領域αにて溶液が沸
騰して液切れが発生し、流出液にはＤＮＡが殆ど認めら
れなかった。室温２５℃および３５℃では、ＤＮＡの増
幅は認められたものの、実施例１よりその濃度が低かっ
た。このように、微小ケミカルデバイスに埋め込んだ熱
電対による片面からの温調では、表示温度と実温に乖離
があり、また室温変動の影響を受けやすいことが分か
る。
騰して液切れが発生し、流出液にはＤＮＡが殆ど認めら
れなかった。室温２５℃および３５℃では、ＤＮＡの増
幅は認められたものの、実施例１よりその濃度が低かっ
た。このように、微小ケミカルデバイスに埋め込んだ熱
電対による片面からの温調では、表示温度と実温に乖離
があり、また室温変動の影響を受けやすいことが分か
る。
【００５０】
【発明の効果】本発明は、一般に正確な温度測定が困難
である微小ケミカルデバイス中の微小な所望領域を容
易、且つ正確に温度調節することが出来る微小ケミカル
デバイス用温度調節装置、及び温度調節方法を提供する
ことができ、特にマイクロリアクターやマイクロＰＣＲ
デバイス用の温度調節装置、及び温度調節方法に好適に
用いられる。
である微小ケミカルデバイス中の微小な所望領域を容
易、且つ正確に温度調節することが出来る微小ケミカル
デバイス用温度調節装置、及び温度調節方法を提供する
ことができ、特にマイクロリアクターやマイクロＰＣＲ
デバイス用の温度調節装置、及び温度調節方法に好適に
用いられる。
【図１】実施例で使用したＰＣＲ用微小ケミカルデバイ
スを表面に直角な方向から見た平面図の模式図である。
スを表面に直角な方向から見た平面図の模式図である。
【図２】実施例で使用したＰＣＲ用微小ケミカルデバイ
スの立面図の模式図である。
スの立面図の模式図である。
【図３】実施例で作製した一組の対称な温度調節装置の
一方の平面図である。
一方の平面図である。
【図４】実施例で作製した一組の対称な温度調節装置の
一方の側面図である。
一方の側面図である。
１ ：基材 ２ ：樹脂第１層 ３ ：樹脂第２層 ４ ：流路 ５ ：樹脂第３層 ６ ：導入口 ７ ：流出口 １１：温調ブロック（真鍮製角棒） １２：スペーサー １３：シース型熱伝対 １４：ポリイミド樹脂埋め込みヒーター α ：９５℃設定希望温度領域 β ：７５℃設定希望温度領域 γ ：４５℃設定希望温度領域
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.7 識別記号 ＦＩ テーマコート゛(参考） Ｇ０１Ｎ 37/00 １０１ Ｇ０１Ｎ 37/00 １０１ Ｆターム(参考） 4B029 AA23 BB20 CC01 4G075 AA13 AA32 AA63 AA65 BA02 BA05 BD14 BD16 BD26 CA02 CA03 CA13 CA26 CA42 CA63 DA02 DA18 EA06 EB46 EE12 EE23 EE31 FA20 FB01 FB02 FB06 FB11 FB12 FC11
Claims (12)
- 【請求項１】 毛細管状の流路と一つ以上の設定希望温
度領域を有するフィルム状又は板状の微小ケミカルデバ
イスの表裏両外面に接する、設定希望温度±１０℃の温
度範囲に設定された一つ以上の温度調節ブロックを有す
る微小ケミカルデバイス用温度調節装置。 - 【請求項２】 温度調節ブロックと微小ケミカルデバイ
スとの接触部面積が各１×１０-8ｍ2〜１×１０-4ｍ2で
ある請求項１に記載の微小ケミカルデバイス用温度調節
装置。 - 【請求項３】 設定希望温度領域が微小ケミカルデバイ
スの一部の領域である請求項１に記載の微小ケミカルデ
バイス用温度調節装置。 - 【請求項４】 温度調節ブロックが、微小ケミカルデバ
イスの同一又は異なる温度の複数の設定希望温度領域に
それぞれ接する請求項１〜２のいずれか一つに記載の微
小ケミカルデバイス用温度調節装置。 - 【請求項５】 微小ケミカルデバイスの厚さが１０μｍ
〜１０ｍｍである請求項１〜４のいずれか１に記載の微
小ケミカルデバイス用温度調節装置。 - 【請求項６】 微小ケミカルデバイスがマイクロリアク
ターである請求項１〜５のいずれか１に記載の微小ケミ
カルデバイス用温度調節装置。 - 【請求項７】 マイクロリアクターがピー・シー・アー
ル（ＰＣＲ）デバイスである請求項６に記載の微小ケミ
カルデバイス用温度調節装置。 - 【請求項８】 毛細管状の流路と一つ以上の設定希望温
度領域を有するフィルム状又は板状の微小ケミカルデバ
イスの表裏両外面に、設定希望温度±１０℃の温度範囲
に設定された物体を接触させる微小ケミカルデバイスの
温度調節方法。 - 【請求項９】 設定希望温度領域が、同一又は異なる温
度の複数の領域である請求項８に記載の微小ケミカルデ
バイスの温度調節方法。 - 【請求項１０】 微小ケミカルデバイスの厚さが１０μ
ｍ〜１０ｍｍである請求項８又は９に記載の微小ケミカ
ルデバイスの温度調節方法。 - 【請求項１１】 微小ケミカルデバイスがマイクロリア
クターである請求項８〜１０のいずれか１つに記載の微
小ケミカルデバイスの温度調節方法。 - 【請求項１２】 マイクロリアクターがピー・シー・ア
ール（ＰＣＲ）デバイスである請求項１１に記載の微小
ケミカルデバイスの温度調節方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2000247592A JP2002058470A (ja) | 2000-08-17 | 2000-08-17 | 微小ケミカルデバイス用温度調節装置及び温度調節方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2000247592A JP2002058470A (ja) | 2000-08-17 | 2000-08-17 | 微小ケミカルデバイス用温度調節装置及び温度調節方法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2002058470A true JP2002058470A (ja) | 2002-02-26 |
Family
ID=18737654
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2000247592A Pending JP2002058470A (ja) | 2000-08-17 | 2000-08-17 | 微小ケミカルデバイス用温度調節装置及び温度調節方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2002058470A (ja) |
Cited By (8)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2005192554A (ja) * | 2003-12-12 | 2005-07-21 | Dainippon Ink & Chem Inc | 核酸増幅方法 |
| JP2006081406A (ja) * | 2004-09-14 | 2006-03-30 | Dainippon Ink & Chem Inc | ポリメラーゼ連鎖反応用流路を有するマイクロ流体デバイス |
| JP2007523659A (ja) * | 2004-02-24 | 2007-08-23 | サーマル グラディエント | 熱サイクル装置 |
| JP2008525182A (ja) * | 2004-12-22 | 2008-07-17 | ユニバーシティ・オブ・ヴァージニア・パテント・ファウンデーション | マイクロデバイスまたはナノスケールデバイスにおける熱用途または非熱用途のためのマイクロ波の使用 |
| US7632470B2 (en) | 2004-12-28 | 2009-12-15 | Fuji Xerox Co., Ltd. | Microstructure, microreactor, micro heat exchanger and method for fabricating microstructure |
| US7708950B2 (en) | 2004-12-28 | 2010-05-04 | Fuji Xerox Co., Ltd. | Microfluidic device |
| CN110724631A (zh) * | 2019-10-30 | 2020-01-24 | 宁波胤瑞生物医学仪器有限责任公司 | 一种核酸扩增仪加热控制装置 |
| US10618050B2 (en) | 2015-03-09 | 2020-04-14 | Panasonic Intellectual Property Management Co., Ltd. | Microfluidic device for reducing fluctuation in the solution feeding rate of a reaction solution |
-
2000
- 2000-08-17 JP JP2000247592A patent/JP2002058470A/ja active Pending
Cited By (11)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2005192554A (ja) * | 2003-12-12 | 2005-07-21 | Dainippon Ink & Chem Inc | 核酸増幅方法 |
| JP4595446B2 (ja) * | 2003-12-12 | 2010-12-08 | Ｄｉｃ株式会社 | 核酸増幅方法 |
| JP2007523659A (ja) * | 2004-02-24 | 2007-08-23 | サーマル グラディエント | 熱サイクル装置 |
| JP2006081406A (ja) * | 2004-09-14 | 2006-03-30 | Dainippon Ink & Chem Inc | ポリメラーゼ連鎖反応用流路を有するマイクロ流体デバイス |
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| JP2008525182A (ja) * | 2004-12-22 | 2008-07-17 | ユニバーシティ・オブ・ヴァージニア・パテント・ファウンデーション | マイクロデバイスまたはナノスケールデバイスにおける熱用途または非熱用途のためのマイクロ波の使用 |
| JP4922185B2 (ja) * | 2004-12-22 | 2012-04-25 | ユニバーシティ・オブ・ヴァージニア・パテント・ファウンデーション | マイクロデバイスまたはナノスケールデバイスにおける熱用途または非熱用途のためのマイクロ波の使用 |
| US7632470B2 (en) | 2004-12-28 | 2009-12-15 | Fuji Xerox Co., Ltd. | Microstructure, microreactor, micro heat exchanger and method for fabricating microstructure |
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| US10618050B2 (en) | 2015-03-09 | 2020-04-14 | Panasonic Intellectual Property Management Co., Ltd. | Microfluidic device for reducing fluctuation in the solution feeding rate of a reaction solution |
| CN110724631A (zh) * | 2019-10-30 | 2020-01-24 | 宁波胤瑞生物医学仪器有限责任公司 | 一种核酸扩增仪加热控制装置 |
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