(57)【要約】本発明は微小反応室（１２）において反応を実施するための方法に関する。本発明によれば、反応を実施するため、微小反応室内において有利に目的に合致した反応を受け得るナノ粒子（２４ａ、２４ｂ及び２４ｃ）が用いられる。好ましくはナノ粒子の形でも存在する生じた反応生成物（２５）は、微小反応室（１２）から取り出され得る。微小反応室（１２）を使用することによって、進行する反応が有利に目的に合致するように影響を及ぼされるようにすることが可能であり、その際反応室内への又は反応室からの配量されたエネルギー供給によって、吸熱反応並びに発熱反応を精密に予言可能な結果をもって実施することができる。
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
微小反応室（１２）において反応を実施するための方法であって、
第１の組成のナノ粒子（２４ｃ）が第１の供給路（１５ｃ）を通して前記微小反応室内へ配量されて導入され、
少なくとも１つの別の組成のナノ粒子（２４ａ、２４ｂ）が少なくとも１つの別の供給路（１５ａ、１５ｂ）を通して前記微小反応室内へ配量されて導入され、
その際、異なる組成のナノ粒子が反応しあい、その結果生じた反応生成物（２５）が微小反応セル（１２）から取り出されることを特徴とする微小反応室内の反応実施方法。
【請求項２】
少なくとも第１の組成のナノ粒子（２４ｃ）が、反応室へ導入される前に表面において機能化されることを特徴とする請求項１記載の方法。
【請求項３】
機能化がナノ粒子（２４ｃ）の表面（２６）によって形成されることを特徴とする請求項２記載の方法。
【請求項４】
微小反応室（１２）がナノ粒子（２４ａ、２４ｂ、２４ｃ）の反応の間、調節されてエネルギーの供給又は取り出しがなされることを特徴とする請求項１〜３のいずれか１つに記載の方法。
【請求項５】
反応性生物（２５）が同様にナノ粒子からなることを特徴とする請求項１〜４のいずれか１つに記載の方法。
【請求項６】
ナノ粒子（２４ｃ）の配量が当該供給路（１５ｃ）に重なる磁界（２８）によって支援され、その際ナノ粒子は配量前に磁化されることを特徴とする請求項１〜５のいずれか１つに記載の方法。
【請求項７】
ナノ粒子（２４ａ、２４ｂ）の配量が当該供給路（１５ａ、１５ｂ）に重なる電界（３２）によって支援され、その際ナノ粒子は配量前に荷電されることを特徴とする請求項１〜５のいずれか１つに記載の方法。
【請求項８】
ナノ粒子（２４ａ、２４ｂ）が連続的に供給され、反応生成物（２０）が連続的に取り出されることを特徴とする請求項１〜７のいずれか１つに記載の方法。
【請求項９】
微小反応室に流体状の反応成分（２２）が添加され、この反応成分がナノ粒子（２４ａ、２４ｂ）の反応に関与されることを特徴とする請求項１〜８のいずれか１つに記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、微小反応室（マイクロリアクション・チャンバー：microreaction chamber）において反応を実施するための方法に関する。
【０００２】
そのような方法は、例えば国際公開第96/41864号パンフレットによって既に知られている。それらの方法は、DNA分子においていわゆるポリメラーゼ連鎖反応（PCR）を促進するために使用される。この目的で、DNA分子を含む溶液が微小反応室に供給され、その際試料は放射源を用い適切な窓を通して照射されるようにすることができる（例えば紫外線光）。
【０００３】
本発明の課題は、微小反応室において反応を実施するための方法を新しい用途に利用しやすくすることにある。
【０００４】
この課題は本発明によれば、微小反応室により反応を実施するための方法において、第１の組成のナノ粒子が第１の供給路を通して微小反応室へ配量されて、即ち用量決定されて導入され、少なくとも１つの別の組成のナノ粒子が少なくとも１つの別の供給路を通して微小反応室へ配量されて、即ち用量決定されて導入され、その際異なる組成のナノ粒子が互いに反応し、その結果生じた反応生成物が微小反応セルから取り出されることによって解決される。その際、ナノ粒子が配量されて導入されることは、例えばナノ粒子に対する液状又はガス状であるキャリヤ媒体を用いて行うことができる。このキャリヤ媒体は反応にも関与することができる（例えばキャリヤガスの酸素のナノ粒子表面の酸化への関与）。しかしまた、微小反応室における反応は真空中で行うことも可能であり、その結果ナノ粒子それ自体が反応室内へ導入される。
【０００５】
異なる組成のナノ粒子が反応する場合には、反応生成物は新しい組成を持つことができる。しかしまた、反応として、異なる組成のナノ粒子が相並んで堆積し、個々のナノ粒子の組成が反応生成物中に引き続き保たれるように生じることも可能である。
【０００６】
反応生成物そのものは、再びナノ粒子として存在するのが有利である。しかしながら、ナノ粒子の凝集によって、例えばマイクロ粒子の寸法を持ち得るもっと大きな結合が生じることも可能である。
【０００７】
本発明の主旨におけるナノ粒子とは、ナノメートル範囲の径を持った粒子、即ちマイクロメートルより小さい寸法を持った粒子を意味する。その際ナノ粒子は特定の所望の組成のマトリックスを有し、加えて多層構造を有することができる。本発明の主旨におけるマイクロ粒子とはマイクロメートル範囲の寸法を持った粒子を意味する。
【０００８】
ナノ粒子間の反応を実施するため本発明に従う微小反応室の利用は、工程処理が極めて精密に制御され得るという利点を持っている。例えばナノ粒子の極めて精密な配量即ち用量決定が可能であり、その結果凝集の際例えば所望の合金組成を精密に設定することができる。同時に、容積に比較して大きな表面に基いて高い表面エネルギーを持ったナノ粒子が配量後、例えば他のナノ粒子との望ましくない反応が入り込むのを、ナノ粒子の極めて僅かな量の添加によって阻止することができる。それ故それぞれ所望の反応が高い効率をもって微小反応室中で生じ得る。
【０００９】
方法の一形態に従えば、少なくとも第１の組成のナノ粒子は、反応室へ導入される前に表面において機能化されることがあらかじめ行われる。本発明の主旨における機能化とは、最も広い意味で、ナノ粒子の反応特性に所望のやり方で影響を与えるようなナノ粒子のあらゆる可能な仕方の処理をいう。これは例えばカプセル材料によるナノ粒子の被包からなる。さらに、ナノ粒子の表面を、例えば特定の合金成分を有するナノ粒子の配量によって変更することが可能である。ナノ粒子の機能化のための方法は、いわゆるLBL技術（商標名）（LBLはレイヤ・バイ・レイヤ(layer by layer)である）によっても自由に利用される。この方法は、Capsulution NanoScience AG、ベルリン（www.capsulution.com）によって開発され、2003年、会社パンフレットに公表された。一方ではナノ粒子、他方では被覆すべき物質の適切な装填によって、被覆すべき物質は懸濁液からナノ粒子上へ分離され、その際ナノ粒子の極めて薄い被包が生じる。
【００１０】
機能化は、例えばナノ粒子上への層によって有利に形成され得る。
【００１１】
本方法は、微小反応室がナノ粒子の反応の間エネルギーをコントロールされて供給されるか取り去られるとさらに改善することができる。これによって、微小反応室内の反応の目的に合致した反応処理が可能である。エネルギーの供給によって、例えば吸熱反応をひき起こすことができ、その際活性化エネルギーはナノ粒子の極めて僅かな大きさに基いて非常に大きいものであってはならない。エネルギーは例えば加熱を用いて、又は放射（レーザ放射、紫外線光）の形でも供給することができる。エネルギーを取り去ることは、例えば冷却装置（ペルチエ素子）によって行うことができる。エネルギーの取り去りは例えば発熱反応の際に、その進行が抑制されるべきときに意味がある。
【００１２】
既に述べたように、反応生成物が同様にナノ粒子からなるときは特に有利である。この方法で、同様にナノ粒子として存在する中間生成物から、特有の要求プロフィールを有するナノ粒子を形成することができる。有利な利用は例えば元素のナノ粒子からナノ粒子の合金をつくることであり、その際合金組成は精密に決定することができる。また、比較的簡単な合金のナノ粒子から複雑な合金に「融合させる」ことも可能である。他の利用の可能性は、反応生成物として存在するナノ粒子がそれぞれ第１の組成及び第２の組成（及び場合によっては他の組成）のナノ粒子の僅かな量から合成されることにある。この場合、特定の要求プロフィールを持った任意の用途に適合させ得るナノ粒子の「デザイン」といい得る。
【００１３】
さらに、ナノ粒子の配量が当該供給路に重なる磁界によって支援されると有利であり、その際ナノ粒子は配量前に磁化される。同じように、ナノ粒子の配量が当該供給路に重なる電界によって支援されると有利であり、その際ナノ粒子は配量前に荷電される。これらの処置によって、適切な貯蔵から微小反応室へのナノ粒子の輸送が支援される。というのは、磁化したナノ粒子は磁界内で、荷電したナノ粒子は電界内で移動し得るからである。例えば対応する場の場強さの設定によって、配量が有利に精密に設定され得る。そのため、微小反応室を有する相応に設置された配置による試験によって、どのような場強さがそれぞれ得られるべき配量のために必要かということを確定することができる。上述の輸送システムの作動方式は、独国特許出願102004030532.4号明細書に詳細に記載されている。
【００１４】
ナノ粒子の均質な荷電はさらに、ナノ粒子が互いに反発し合い、そのことはナノ粒子がその高い表面エネルギーに基き凝集しようとする傾向を回避するという利点を持つ。
【００１５】
さらに、ナノ粒子が連続的に供給され、そして反応生成物が連続的に取り出されると有利である。その際ナノ粒子の配量は、連続的に進行する反応において、微小反応室中に常にすべての反応パートナーが適切な割合で存在するように行われる。反応室内において連続的な反応プロセスがひき起こされることによって、反応生成物の品質改善が有利に生じる。というのは、固定した反応パラメータへの反応プロセスが「形成される」ことが可能だからである。
【００１６】
さらに、ナノ粒子の反応に関与する流動性の反応成分が微小反応室に添加されると有利である。その際、酸素が反応ガスとして微小反応室に添加されることによって、例えば金属性のナノ粒子の表面の酸化が達成される。これによって、微小反応室中の反応に影響を及ぼすために、補足の可能性が有利に造り出される。
【００１７】
以下に本発明の詳細を図面に基いて説明する。同じ又は相応する部分については図では同じ符号が付され、図の間に相違点が存在する場合のみ説明がなされるものとする。
【００１８】
図１において、核心部としての微小反応室１２を有する微小反応装置１１が示されている。微小反応室はエッチング技術でシリコン基板１３内に造られ、断面で示されている。さらにシリコン基板内には貯蔵室１４ａ、１４ｂが設けられており、それらは供給路１５ａ、１５ｂを介して微小反応室１２と接続されている。加えて外部貯蔵室１６が存在し、この貯蔵室は微小反応室１２との接続を作り出すため供給路１５ｃに対し配置されている。最後に放出路１７を介して、微小反応室１２内に生じる反応生成物のための室１８が設けられている。室１４ａ、１４ｂ及び１８並びに供給路１５ａ、１５ｂ、部分的に供給路１５ｃ及び放出路１７は同様にエッチング技術でシリコン基板１３内に造られている。
【００１９】
さらに供給導管１９を介して、流体、即ち気体又は液体又は両者の混合物、のためのタンク２０が接続されている。このタンクからは、弁２１の開放時に特に流体状の反応成分２２が微小反応室１２に供給される。流体状の反応成分が微小反応室１２内で進行する反応に関与している間は、ナノ粒子状の反応パートナーの輸送ないし混合を改善するため、例えば不活性流体（例えば窒素又は希ガス）も供給され得る。さらにこの流体によって、放出路を通る反応生成物の輸送が支援され得る。
【００２０】
貯蔵室１４ａ、１４ｂ及び１６並びに室１８は開口２３を有し、これらの開口を介して、反応に関与するナノ粒子２４ａ、２４ｂ、２４ｃを貯蔵室内へ注入し、ないしは反応性生物２５を室１８から取り出すことができる。ナノ粒子２４ｃは磁化されており、さらにナノ粒子の被包を保証する層２６を表面に備えている。供給路１５ｃのシリコン基板１３から突出する部分は電気コイル２７で取り巻かれており、このコイルにより電圧源３０ａを用いて磁界が供給路１５ｃ内に発生せしめられ、この磁界は貯蔵室１６及び反応室１２内で供給路１５ｃからの距離が増すとともに減少する。磁界のこの強さ分布（磁力線２８）によって、貯蔵室１６内のナノ粒子２４ｃは供給路１５ｃの入り口に対し加速され、反応室内へ流出した後再び減速され、その結果ナノ粒子はここで反応のために自由に利用できる。
【００２１】
貯蔵室１４ａ内のナノ粒子２４ａは負に荷電され、貯蔵室１４ｂ内のナノ粒子２４ｂは正に荷電される。この目的のため、反応室１４ａ、１４ｂの内壁は電極被膜２９によって内張りされており、この電極被膜は電圧源３０ｂと接続されている。これによってナノ粒子２４ａ、２４ｂの正ないし負の荷電がうまく行われる。さらにシリコン基板１３の側面には電圧源３０ｃによって荷電されるコンデンサ板３１が取り付けられ、その結果電界（電気力線３２）が生じる。この電界は、電極被膜２９の荷電による電界効果が重畳されるという十分に強い特徴を持っている。それ故電界は荷電されたナノ粒子１４ａ、１４ｂの反応室１２内への輸送を支援し、そこでそれらのナノ粒子はナノ粒子２４ｃの層２６上に堆積する。その際別種に荷電されたナノ粒子間の電荷交換が可能であり、その際にこの電荷交換は加えて、別種に荷電されたナノ粒子が層２６に隣接して有利に堆積することをひき起こす。そうしてナノ粒子の反応性生物２５は基本的には電気的に中性である。
【００２２】
シリコン基板１３は、図の上から見た側から図示されていない蓋部材を設けることができ、その結果貯蔵室１４ａ、１４ｂ、反応室１２及び室１８は閉鎖される。この蓋部材において、同様に図示されていないやり方で熱放出が例えば蓋中に組み込まれた冷却路によって行うことができる。同じようにエネルギー供給が可能であり、例えば蓋部材を透明に形成することができ、そうしてレーザ光を反応室１２内へ供給することを可能にする。
【００２３】
図２から模範的に、反応が微小反応装置１１によってどのように実施し得るかを見ることができる。磁化可能なナノ粒子２４ｃは鉄（Fe）からなり、被包として重合体の層２６を有する。この鉄からなるナノ粒子は、図３によるナノ粒子の限定された数のかたまりであってそれ自身なおナノ粒子の寸法を有するものに対する核を形成する。磁化されたナノ粒子２４ｃに堆積されたナノ粒子２４ａ、２４ｂは，図２から認められるように、表面に特有の分子３３ａ、３３ｂによって機能化されており、その結果それぞれ同種のナノ粒子２４ａ、２４ｂ間の結合が少なくとも明確に妨げられる。それ故それぞれ別種のナノ粒子２４ａ、２４ｂは互いに有利に堆積される（鍵・錠原理）。ナノ粒子２４ａは銀（Ag）からなり、ナノ粒子２４ｂはパラジウム（Pd）からなる。説明された方法で互いに堆積されたナノ粒子はそれ故導電性の液体中で抗菌的に作用する局部電池を生み出す。
【００２４】
層２６は分子３３ａ、３３ｂの非特有の堆積を可能にし、その結果ナノ粒子２４ａ、２４ｂからなるかたまりが層上に堆積されることを可能にする。層はさらに、ナノ粒子２４ｃが電気的に絶縁され、そしてそれ故導電性の液体内でナノ粒子２４ａ、２４ｂとの局部電池を形成し得ないことを保証する。同時に、ナノ粒子２４ｃの磁化性が例えば電気化学的に伝導性の液体中の輸送を保証する。
【図面の簡単な説明】
【００２５】
【図１】本発明方法の一実施例を実施するための微小反応室の断面概略図である。
【図２】本発明方法の一実施例によるナノ粒子の反応の概略説明図である。
【図３】本発明方法の一実施例によるナノ粒子の反応の概略説明図である。
【符号の説明】
【００２６】
１１  微小反応装置
１２  微小反応室
１３  シリコン基板
１４ａ、１４ｂ  貯蔵室
１５ａ、１５ｂ、１５ｃ  供給路
１６  貯蔵室
１７  放出路
１８  室
１９  供給導管
２０  タンク
２１  弁
２２  反応成分
２３  開口
２４ａ、２４ｂ、２４ｃ  ナノ粒子
２５  反応生成物
２６  層
２７  電気コイル
２８  磁力線
２９  電極被膜
３０ａ、３０ｂ、３０ｃ  電圧源
３１  コンデンサ板
３２  電気力線
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【国際調査報告】
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