(57)【要約】【課題】成分の分離処理を容易に実行できる化学処理用カートリッジおよびその使用方法を提供する。【解決手段】外力を加えた際の変形によって内部の送液を行うことで化学処理を行わせる化学処理用カートリッジの内部に化学処理のシーケンスを規定する空間を形成する。カートリッジの内部に、外部からサンプルを受け入れるウェル２１と、受け入れられたサンプル中の目的成分を分離するための分離溶媒をサンプルに混合し、サンプル中の目的成分と他の成分とを分離するためのウェル２３と、を形成する。【選択図】図１
2008043843.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
外力を加えた際の変形によって内部の送液を行うことで化学処理を行わせる化学処理用カートリッジにおいて、
前記カートリッジの内部には、
外部からサンプルを受け入れる空間と、
受け入れられた前記サンプル中の目的成分を分離するための分離溶媒を前記サンプルに混合し、前記サンプル中の目的成分と他の成分とを分離するための空間と、
が形成されていることを特徴とする化学処理用カートリッジ。
【請求項２】
前記カートリッジの内部には、外部から受け入れた前記サンプルの反応を停止させる空間が形成されていることを特徴とする請求項１に記載の化学処理用カートリッジ。
【請求項３】
前記カートリッジの内部には、前記分離溶媒により分離された目的成分を濃縮するための空間が形成されていることを特徴とする請求項１に記載の化学処理用カートリッジ。
【請求項４】
溶媒の蒸発により前記目的成分が濃縮されることを特徴とする請求項３に記載の化学処理用カートリッジ。
【請求項５】
前記カートリッジの内部には、濃縮された前記目的成分に溶解剤を添加する空間が形成されていることを特徴とする請求項３に記載の化学処理用カートリッジ。
【請求項６】
前記カートリッジの内部には、溶解剤が添加された後に前記目的成分を再結晶化させるための空間が形成されていることを特徴とする請求項５に記載の化学処理用カートリッジ。
【請求項７】
前記溶解剤の蒸発、前記溶解剤の冷却に伴う飽和、または低溶解度溶媒の添加により、前記目的成分を再結晶化させることを特徴とする請求項６に記載の化学処理用カートリッジ。
【請求項８】
前記カートリッジの内部には、再結晶化された前記目的成分を洗浄するための空間が形成されていることを特徴とする請求項６に記載の化学処理用カートリッジ。
【請求項９】
前記カートリッジの内部には、溶解剤が添加された後に前記目的成分をクロマトグラフィーにより精製するカラムが形成されていることを特徴とする請求項５に記載の化学処理用カートリッジ。
【請求項１０】
前記カラムから排出される成分を、時間を区切って収容する空間が形成されていることを特徴とする請求項９に記載の化学処理用カートリッジ。
【請求項１１】
前記カートリッジには、内容物を光学的に測定するための光学ウィンドウが設けられていることを特徴とする請求項１〜１０のいずれか1項に記載の化学処理用カートリッジ。
【請求項１２】
前記カートリッジの内部には、前記化学処理のための同一シーケンスを規定する所定の構造が複数形成されていることを特徴とする請求項１〜１１のいずれか１項に記載の化学処理用カートリッジ。
【請求項１３】
前記カートリッジの内部には、受け入れたサンプルを前記複数の構造に分岐させる流路が形成されていることを特徴とする請求項１２に記載の化学処理用カートリッジ。
【請求項１４】
前記サンプル中の目的成分と他の成分とを分離するための空間では、油層と水層とを重力により分離することを特徴とする請求項１〜１３のいずれか１項に記載の化学処理用カートリッジ。
【請求項１５】
前記サンプル中の目的成分と他の成分とを分離するための空間では、空間壁に前記目的成分に対する親和性が異なる２つの領域を設けることで両成分を分離することを特徴とする請求項１〜１３のいずれか１項に記載の化学処理用カートリッジ。
【請求項１６】
外力を加えた際の変形によって内部の送液を行うことで化学処理を行わせる化学処理用カートリッジの使用方法において、
前記カートリッジの内部に形成された空間において、受け入れられたサンプル中の目的成分を分離するための親水性溶媒および疎水性溶媒を前記サンプルに混合し、前記サンプル中の目的成分と他の成分とを分離するステップと、
前記分離するステップで使用した前記カートリッジを廃棄するステップと、
を備えることを特徴とする化学処理用カートリッジの使用方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、外力を加えた際の変形によって内容物を移送することで目的成分を分離する化学処理用カートリッジおよびその使用方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
外力を加えた際の変形によって内容物を移送することで化学反応を行わせる化学反応用カートリッジが開発されている（例えば、特開２００５−３７３６８号公報）。このカートリッジは、内部に化学反応のための空間を作り込むとともに、外力を加えた際の変形によって空間内で内容物を移送することで、所定の化学反応を行わせるものである。このカートリッジによれば、カートリッジの構造自体により化学反応のためのプロトコルを規定することができるとともに、密閉状態が保たれるため、所望のプロトコルを個人差なく安全に実行できる。
【０００３】
【特許文献１】特開２００５−３７３６８号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
一般に、化学反応を用いて目的物を得ようとする場合、実験器具や試薬の準備にはじまり、反応開始のための作業、反応終結の見極め、反応試薬、未反応物、副生成物からの目的物の単離、反応物の同定、測定など、一連の操作が必要となる。このような操作には、高価な器具を使用する必要があり、時間、作業量とともに技術を要する。また、試薬として有害物質を使用する場合、あるいは化学反応により有害物質が発生する場合もある。
【０００５】
図１１は、Ｎ−ブロモスクシンイミド（ＮＢＳ）によるｐ−キシレンのベンジル位の臭素化の反応に必要な手順を示している。この反応では、（１）ｐ―キシレンを四塩化炭素（ＣＣｌ４）溶媒に溶解、（２）反応試薬であるＮ−ブロモスクシンイミド（ＮＢＳ）を添加、溶解、（３）ラジカル開始剤（α−α´−アゾビスイゾブチロニトリル）ＡＩＢＮを添加、均一分散、（４）〜（５）沸点還流による加熱。コハク酸の析出、（６）コハク酸の除去、（７）亜硫酸ナトリウム添加による臭素の失活、（８）クロロホルム混合による分液抽出、（９）硫酸ナトリウム添加による脱水、（１０）メタノール溶解による再結晶化、（１１）シリカクロマトグラフィによる単離、（１２）エバポレータによる減圧濃縮、などの手順が必要となる。また、反応経過を観察するため、沸点還流により加熱されている反応液を順次取り出して分液抽出し、反応物を分析、測定する作業が必要となる。さらに、最終的な生成物に対しても、分析等の作業を要する。
【０００６】
上記手順のうち、とくに分液抽出や分析等、成分の分離に関わる作業が煩雑であるため、これらの作業を効率的に行う手段があれば実験に有用である。また本例の生成物には、催涙作用があり、実験者の安全を確保するにも有用である。さらに、薬品、試薬、その他の化学成分の製造にも有用となる。
【０００７】
本発明の目的は、特開２００５−３７３６８号公報等に開示されたカートリッジに係る技術を活用することで、成分の分離処理を容易に実行できる化学処理用カートリッジおよびその使用方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明の化学処理用カートリッジは、外力を加えた際の変形によって内部の送液を行うことで化学処理を行わせる化学処理用カートリッジにおいて、前記カートリッジの内部には、外部からサンプルを受け入れる空間と、受け入れられた前記サンプル中の目的成分を分離するための分離溶媒を前記サンプルに混合し、前記サンプル中の目的成分と他の成分とを分離するための空間と、が形成されていることを特徴とする。
この化学処理用カートリッジによれば、受け入れられたサンプル中の目的成分を分離するための分離溶媒を前記サンプルに混合し、サンプル中の目的成分と他の成分とを分離するための空間が形成されているので、目的成分と他の成分とを容易に分離できる。
【０００９】
前記カートリッジの内部には、外部から受け入れた前記サンプルの反応を停止させる空間が形成されていてもよい。
【００１０】
前記カートリッジの内部には、前記分離溶媒により分離された目的成分を濃縮するための空間が形成されていてもよい。
【００１１】
溶媒の蒸発により前記目的成分が濃縮されてもよい。
【００１２】
前記カートリッジの内部には、濃縮された前記目的成分に溶解剤を添加する空間が形成されていてもよい。
【００１３】
前記カートリッジの内部には、溶解剤が添加された後に前記目的成分を再結晶化させるための空間が形成されていてもよい。
【００１４】
前記溶解剤の蒸発、前記溶解剤の冷却に伴う飽和、または低溶解度溶媒の添加により、前記目的成分を再結晶化させてもよい。
【００１５】
前記カートリッジの内部には、再結晶化された前記目的成分を洗浄するための空間が形成されていてもよい。
【００１６】
前記カートリッジの内部には、溶解剤が添加された後に前記目的成分をクロマトグラフィーにより精製するカラムが形成されていてもよい。
【００１７】
前記カラムから排出される成分を、時間を区切って収容する空間が形成されていてもよい。
【００１８】
前記カートリッジには、内容物を光学的に測定するための光学ウィンドウが設けられていてもよい。
【００１９】
前記カートリッジの内部には、前記化学処理のための同一シーケンスを規定する所定の構造が複数形成されていてもよい。
【００２０】
前記カートリッジの内部には、受け入れたサンプルを前記複数の構造に分岐させる流路が形成されていてもよい。
【００２１】
前記サンプル中の目的成分と他の成分とを分離するための空間では、油層と水層とを重力により分離してもよい。
【００２２】
前記サンプル中の目的成分と他の成分とを分離するための空間では、空間壁に前記目的成分に対する親和性が異なる２つの領域を設けることで両成分を分離してもよい。
【００２３】
本発明の化学処理用カートリッジの使用方法は、外力を加えた際の変形によって内部の送液を行うことで化学処理を行わせる化学処理用カートリッジの使用方法において、前記カートリッジの内部に形成された空間において、受け入れられたサンプル中の目的成分を分離するための親水性溶媒および疎水性溶媒を前記サンプルに混合し、前記サンプル中の目的成分と他の成分とを分離するステップと、前記分離するステップで使用した前記カートリッジを廃棄するステップと、を備えることを特徴とする。
この化学処理用カートリッジの使用方法によれば、カートリッジ内部の空間で、サンプル中の目的成分を分離するための親水性溶媒および疎水性溶媒を前記サンプルに混合し、サンプル中の目的成分と他の成分とを分離するので、目的成分と他の成分とを容易に分離できる。また、目的成分と他の成分とを分離するステップで使用したカートリッジを廃棄するので、安全性を確保できるとともに、片付けや洗浄等の後作業が不要となる。
【発明の効果】
【００２４】
本発明の化学処理用カートリッジによれば、受け入れられたサンプル中の目的成分を分離するための分離溶媒を前記サンプルに混合し、サンプル中の目的成分と他の成分とを分離するための空間が形成されているので、目的成分と他の成分とを容易に分離できる。
【００２５】
本発明の化学処理用カートリッジの使用方法によれば、カートリッジ内部の空間で、サンプル中の目的成分を分離するための分離溶媒を前記サンプルに混合し、サンプル中の目的成分と他の成分とを分離するので、目的成分と他の成分とを容易に分離できる。また、目的成分と他の成分とを分離するステップで使用したカートリッジを廃棄するので、安全性を確保できるとともに、片付けや洗浄等の後作業が不要となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２６】
以下、本発明による化学処理用カートリッジの実施形態について説明する。
【００２７】
図１（ａ）はカートリッジの平面図、図１（ｂ）はウェルおよび流路に沿ったカートリッジのＩｂ−Ｉｂ線断面を示す断面図、図１（ｃ）はカートリッジの使用方法を示す平面図である。
【００２８】
図１（ｂ）に示すように、カートリッジ１０は、基板１と、基板１に重ね合わされる弾性部材２とを備える。
【００２９】
弾性部材２の裏面（図１（ｂ）において下面）には、その表面（図１（ｂ）において上面）側に凹んだ所定形状の凹部が形成されている。この凹部は、カートリッジ基板１と弾性部材２との間に空間を生み出すことで、図１（ａ）および図１（ｂ）に示すように、反応液を受け入れるウェル２１と、分離溶媒を収容するウェル２２と、反応液および分離溶媒を混合するためのウェル２３と、カートリッジ１０の側面からウェル２１に接続された流路２４Ａと、ウェル２１およびウェル２２を接続する流路２４Ｂと、カートリッジ１０の側面からウェル２２に接続された流路２４Ｃと、ウェル２２およびウェル２３を接続する流路２４Ｄと、カートリッジ１０の側面からウェル２３に接続された流路２４Ｅと、を構成している。また、流路２４Ｅには、硫酸マグネシウム相当の脱水能力があるフィルタ２５が配置されている。
【００３０】
次に、カートリッジ１０の使用方法について説明する。
【００３１】
最初に、シリンジ等を用いて、流路２４Ａを介しウェル２１に反応液を注入する。また、シリンジ等を用いて、流路２４Ｃを介しウェル２２に分離溶媒を注入する。
【００３２】
次に、図１（ｂ）に示すローラ３をカートリッジ１０に押し付けると弾性部材２が弾性変形し、カートリッジ基板１と弾性部材２との間の空間が押し潰される。ローラ３を右方に回転させると、押し潰される領域が右方に移動することにより、ウェル２１に収容された反応液が流路２４Ｂを介して、ウェル２２に収容された分離溶媒が流路２４Ｄを介して、それぞれ移動し、ウェル２３に到達する。
【００３３】
次に、ローラ３を図１（ｂ）において左右方向に移動させることで、ウェル２３において反応液と分離溶媒を激しく混合する。
【００３４】
次に、図１（ｃ）に示すように、カートリッジ１０を垂直に維持した状態で混合液を静置すると、重力によって混合液は上層（例えば、水層）と下層（例えば、クロロホルム層）に分離する。
【００３５】
次に、ローラ３を図１（ｃ）において右方に移動させると、流路２４を移動する下層の疎水性溶液２７がフィルタ２５を通過し、脱水されてカートリッジ１０から回収される。カートリッジ１０はそのまま廃棄できる。
【００３６】
上記化学処理方法によれば、処理に必要な操作がカートリッジ１０の形状により既定されるため、作業者の技量に影響されることなく、確実な操作が可能となる。また、ローラ３の駆動等を自動化することで、化学処理の自動化を図ることができる。
【００３７】
上記化学処理方法では、分液溶媒の添加により、反応試薬と産物を分離することで、反応を停止させている。一連の操作を既定のタイミングで実施することにより反応停止までの各段階の時間を一定に保つことができる。また、例え少量であっても、反応液および分離溶媒の注入分量を容易に一定量に制御でき、添加体積が制御されるため、化学反応を化学量論的に制御でき、分離産物を定量用途に使用することも可能となる。
【００３８】
また、カートリッジ１０の密閉状態を維持したまま化学処理を行え、カートリッジ１０を使い捨てできるので、外部からのコンタミネーションや、容器の洗浄や再利用に起因するコンタミネーションを回避できる。また、有害物質の漏洩を防止できるため、化学処理を安全に行える。さらに、実験器具を用いる場合よりも、容易に少量での化学処理に対応できるため、例えば、貴重な試薬の使用量を抑制することも可能となる。
【００３９】
図２（ａ）は、目的物を排出する流路を取り除いたカートリッジ１０Ａを示す平面図である。この場合には、図２（ｂ）に示すように、シリンジ２８等を用いて、下層の疎水性溶液２７をカートリッジ１０Ａから回収することができる。他の操作手順は、カートリッジ１０を用いた場合と同様である。
【００４０】
図３（ａ）〜図３（ｃ）は、カートリッジ１０Ａおよび再結晶カートリッジを用いて、分液抽出により目的物を抽出し、さらに目的物を再結晶により精製する手順を示す図である。
【００４１】
図３（ｃ）に示すように、再結晶カートリッジ３０には、溶解サンプルを受け入れるウェル３１と、洗浄液を収容するウェル３２と、廃液を収容するウェル３３と、が形成されている。また、ウェル３１および再結晶カートリッジ３０の側面の間には流路３４Ａが、ウェル３１およびウェル３３の間には流路３４Ｂが、ウェル３２および再結晶カートリッジ３０の側面の間には流路３４Ｃが、ウェル３２およびウェル３１の間には流路３４Ｄが、それぞれ形成されている。
【００４２】
さらに、流路３４Ｂには弁３５として機能する領域が設けられる。弁３５は、例えば、適当な部材によって流路３４Ｂを押し潰すようにカートリッジ３０Ａを押圧することで閉じられ、通常時には開いている。
【００４３】
次に、目的物を抽出、精製する操作手順について説明する。
【００４４】
上記の操作手順に従って溶液を分離した後、図３（ａ）に示すように、シリンジ２８を用いて、下層の疎水性溶液２７をカートリッジ１０Ａのウェル２３から回収する。次に、この溶液を、図３（ｂ）に示すように、エバポレータを用いて濃縮または枯渇させる。さらに、メタノール等の再結晶用溶媒（溶解剤）にこれを再溶解する。
【００４５】
次に、再溶解した溶解サンプルを再結晶カートリッジ３０に注入して、目的物を精製する。
【００４６】
まず、弁３５を閉じた状態で、図３（ｃ）に示すように、流路３４Ａを介して溶解サンプルをウェル３１に注入する。ウェル３１内の溶解サンプル中の溶媒は、例えば、ＰＤＭＳ（polydimethylsiloxane）等で形成された再結晶カートリッジ３０の透過性により、時間経過とともに緩やかに蒸発し、結晶が析出する。なお、ウェル３１を加熱して溶媒の蒸発を促進してもよいし、常温で蒸発させてもよい。また、ウェル３１を冷却することで、溶媒中で目的物を飽和させ、結晶化させてもよい。
【００４７】
次に、ローラ等を用いてウェル３２の洗浄液をウェル３１に導入し、結晶表面を洗浄する。洗浄液は、例えば、再結晶溶媒と同一溶媒が用いられる。ウェル３１の洗浄液は、弁３５を開いた状態でローラ等を用いて流路３４Ｂを送液され、ウェル３３に廃棄される。
【００４８】
目的物はウェル３１内に残留する結晶として回収される。例えば、再結晶カートリッジ３０を切断して、結晶を取り出すことができる。
【００４９】
このように、再結晶カートリッジ３０を用いることで、簡単な操作により目的物を精製することができる。
【００５０】
図４（ａ）は、シリカカラムカートリッジの構成を示す平面図である。このカートリッジを用いることで、分液抽出した目的物を簡単な操作で単離精製できる。
【００５１】
図４（ａ）に示すように、シリカカラムカートリッジ５０は、基板（不図示）と、基板に重ね合わされる弾性部材５とを備える。
【００５２】
弾性部材５の裏面には、所定形状の凹部が形成されている。この凹部は、基板と弾性部材５との間に空間を生み出すことで、図４（ａ）に示すように、サンプルを受け入れるウェル５１Ａと、展開溶媒を保持するウェル５１Ｂと、シリカ粒子を充填したカラム５２と、カラム５２により分離された各成分を収容するウェル５３Ａ、ウェル５３Ｂ、ウェル５３Ｃおよびウェル５３Ｄと、ウェル５３Ａ、ウェル５３Ｂ、ウェル５３Ｃおよびウェル５３Ｄとカラム５２との間をそれぞれ接続する流路５４Ａ、流路５４Ｂ、流路５４Ｃおよび流路５４Ｄと、カートリッジ５０の側面およびウェル５１Ａとの間を接続する流路５６と、を形成する。
【００５３】
次に、順相のシリカカラムカートリッジ５０を用いた単離精製の方法について説明する。
【００５４】
再溶解した溶解サンプルは、図３（ａ）および図３（ｂ）に示した操作手順に従って、作成される。
最初に、再溶解した溶解サンプルを、シリンジ等を用いて流路５６を介してウェル５１Ａに注入する。このとき、弁部材５５Ａ、弁部材５５Ｂ、弁部材５５Ｃおよび弁部材５５Ｄによって、流路５４Ａ、流路５４Ｂ、流路５４Ｃおよび流路５４Ｄは閉じられている。
【００５５】
次に、弁部材５７をカートリッジ５０に押し付けた状態で、カートリッジ５０に押し付けたローラ５９Ａをウェル５１Ａから弁部材５７の位置に向けて移動させることで、ウェル５１Ａ内のサンプルをシリカに細いバンドで吸着させる。
【００５６】
次に、弁部材５７および５５Ａをカートリッジ５０より開放し、ウェル５１Ａの細いバンドはカートリッジ５０に押し付けられたローラ５９Ａの一定加圧により進行する。ローラ５９Ｂでウェル５１Ｂ内の展開溶媒を送液することで、サンプルへの一定圧力を保つ。
【００５７】
圧力を受けたサンプルはカラム５２内を移動し、徐々にサンプル中の各成分の親和性の差、とくにここでは極性の差によりクロマトグラフィーによる分離が起こる。
【００５８】
抽出したい最初の成分がカラム５２の終点５２ａ（図４（ａ））に到達したとき、弁部材５５Ａを移動して流路５４Ａのみ通過し、終点５２ａに到達した最初の成分が、流路５４Ａを介してウェル５３Ａに導入される。その後、弁部材５５Ａにより再び流路５４Ａを閉じる。
【００５９】
次に、弁部材５５Ｂを開放し、抽出したい第２の成分がカラム５２の終点５２ａに到達したとき、弁部材５５Ｂを移動して流路５４Ｂを通過し、終点５２ａに到達した第２の成分が、流路５４Ｂを介してウェル５３Ｂに導入される。その後、弁部材５５Ｂにより再び流路５４Ｂを閉じる。
【００６０】
このように時間を区切って流路を変更する手順を繰り返すことで、順次、抽出したい成分、すなわちＲｆ値の高い成分を、ウェル５３Ａ、ウェル５３Ｂ、ウェル５３Ｃおよびウェル５３Ｄに導入することができる。
【００６１】
ウェル５３Ａ、ウェル５３Ｂ、ウェル５３Ｃおよびウェル５３Ｄに抽出された成分は、シリンジ等を用いてそれぞれ採取することができる。
【００６２】
なお、カートリッジ５０を使い捨てとすることで、カラム５２に充填されたシリカ粒子が飛散するおそれがなく、安全性が確保できる。また、カートリッジ化によりカラム５２を小型化できるので、シリカ粒子の使用量を抑制できる。
【００６３】
図４（ａ）の例では、圧力によるサンプルの送液を行っているが、重力が作用する方向にカラムを形成ないし配置し、重力による送液を行うようにしてもよい。
【００６４】
図４（ｂ）は重力が作用する方向に沿ってカラムを形成したカートリッジを示す平面図である。このカートリッジでは、図４（ａ）のカラム５２に代えて、直線状のカラム１５２が形成されている。このカートリッジでは、カラム１５２に吸着されたサンプルが、重力によってウェル５１Ｂからカラム１５２内に送液される展開溶媒により展開される。図４（ａ）の場合と同様の手順により、抽出したい成分、すなわちＲｆ値の高い成分を、ウェル５３Ａ、ウェル５３Ｂ、ウェル５３Ｃおよびウェル５３Ｄに導入することができる。
【００６５】
図４（ｂ）のカートリッジにおいても、図４（ａ）の場合と同様、適宜、ローラ５９Ａおよびローラ５９Ｂを併用してもよい。また、ウェル５３Ａ、ウェル５３Ｂ、ウェル５３Ｃおよびウェル５３Ｄを予め真空状態に形成しておくことで、抽出したい成分を容易に各ウェルに導入できる。さらに、ウェル５３Ａ、ウェル５３Ｂ、ウェル５３Ｃおよびウェル５３Ｄを予め真空状態に形成しておき、重力だけでなく弾性部材の復元力による吸引力を利用して各成分を収容することもできる。図４（ａ）のカートリッジ５０においても、同様である。
【００６６】
図５は、シリカカラムカートリッジ５０Ａに廃液を収容するためのウェル４１を設けた例を示す平面図である。
【００６７】
図５のシリカカラムカートリッジ５０Ａでは、カラム５２の終点には、流路４２を介してウェル４１が接続されている。流路４２は弁部材４３により開閉される。ウェル５３Ａ、ウェル５３Ｂ、ウェル５３Ｃおよびウェル５３Ｄへの成分抽出を行わないときに、流路４２を開けることで、不要な液（廃液）をウェル４１に導くことができる。廃液はカートリッジ５０Ａとともに廃棄可能である。
【００６８】
次に、図６は、反応開始から精製までの工程を実行できるカートリッジの構成を示す平面図である。図６は、図１１の操作手順を実行するカートリッジを例示している。
【００６９】
反応開始前に、ウェル６１にはｐ−キシレンが、ウェル６２には溶媒として四塩化炭素（ＣＣｌ４）が、ウェル６３には失活剤として亜硫酸ナトリウム（Ｎａ２Ｓ２Ｏ４）水溶液が、ウェル６４には分液用溶媒としてクロロホルムが、ウェル６５にはシリカクロマトグラフィ用溶媒が、それぞれ注入される。また、ウェル６６には、予めペレット化されたＮ−ブロモスクシンイミド（ＮＢＳ）および開始剤であるα−α´−アゾビスイソブチロニトリル（ＡＩＢＮ）がカートリッジ６０の製造時に収容されている。
【００７０】
次に、カートリッジ６０に対する操作手順について説明する。
【００７１】
ローラ等により、ウェル６１のｐ−キシレンおよびウェル６２の溶媒をウェル６６に導入する。さらに、ローラ等を往復駆動してＮ−ブロモスクシンイミド（ＮＢＳ）を液中に均一分散させ、ペルチェ素子等を用いてウェル６２を加熱し、反応を開始させる。
【００７２】
反応終了後、ウェル６６には反応溶液と析出したコハク酸が残留する。次に、ローラ等によりウェル６６の内容物を移送し、ガラスファイバ等で形成されたフィルタ６７を通すことでコハク酸を除去し、反応溶液をウェル６８に移動する。次に、ローラ等によりウェル６８の反応溶液と、ウェル６３の失活剤とをウェル６９に送液、混合し、生成臭素を失活させる。
【００７３】
次に、ローラ等によりウェル６９の内容物およびウェル６４の分液用溶媒をウェル７１に導入し、ローラ等の往復により激しく混合する。その後、カートリッジ６０を静置することで、重力によりウェル７１の内容物が水層（上層）と油層（下層）とに分離する。
【００７４】
次に、ローラ等により、ウェル７１の水層はウェル７６に廃棄し、ウェル７１の油層を硫酸ナトリウム相当の脱水フィルタ７２を通過してウェル７３に導入する。次に、ウェル７３を加熱して溶液を濃縮後、ウェル６５の展開溶媒をウェル７３に導入する。
【００７５】
次に、ウェル７３の溶液をシリカカラムウェル７４Ａにゆっくり送液し、溶液がシリカカラムウェル７４Ａに吸着後、ウェル７４Ｂ内の展開溶媒をローラ送液し、バルブ７４Ｃを閉じて一定加圧することで、膨潤シリカ流路７５を圧力送液する。これにより、膨潤シリカ流路７５に送液される溶液が、親和性の違い、ここでは極性により成分分離される。
【００７６】
以降、弁７８Ａ、弁７８Ｂ、弁７８Ｃおよび弁７９を適時、選択的に開くことで、Ｒｆ値の高い成分をウェル７７Ａ、ウェル７７Ｂ、ウェル７７Ｃに回収し、不要な成分をウェル７６に廃棄することができる。この手順は、図４ないし図５に示すカートリッジにおける手順と同様である。ウェル７７Ａ、ウェル７７Ｂ、ウェル７７Ｃに回収された成分は、シリンジ等を用いてそれぞれ採取することができる。
【００７７】
重力による分液に代えて、ウェル７１に親水性の領域および疎水性の領域を設けることで、分液することもできる。例えば、図６のウェル７１の領域７１ａを親水性に、領域７１ｂを疎水性に加工しておけば、ウェル７１に導入された内容物が、領域７１ａの水層と領域７１ｂの油層とに分離する。
【００７８】
図７は、すべての試薬が溶液系の場合に対応するカートリッジの構成を示す平面図である。図７のカートリッジ６０Ａにより、図６のカートリッジと同一処理を実行できる。
【００７９】
反応開始前に、ウェル６１にはｐ−キシレンが、ウェル６２には試薬としてＮ−ブロモスクシンイミド（ＮＢＳ）の四塩化炭素（ＣＣｌ４）溶液が、ウェル６３には失活剤として亜硫酸ナトリウム（Ｎａ２Ｓ２Ｏ４）水溶液が、ウェル６４には分液用溶媒としてクロロホルムが、ウェル６５にはシリカクロマトグラフィ用溶媒が、それぞれ注入される。また、ウェル４５には開始剤であるα−α´−アゾビスイソブチロニトリル（ＡＩＢＮ）が注入される。
【００８０】
次に、カートリッジ６０Ａに対する操作手順について説明する。
【００８１】
ローラ等により、ウェル６１のｐ−キシレンおよびウェル６２の試薬をウェル６６に導入する。さらに、ローラ等を移動してウェル６６の内容物と開始剤とをウェル４６で混合し、ウェル４７に移送する。
【００８２】
次に、ペルチェ素子等を用いてウェル４７を加熱し、反応を開始させる。
【００８３】
反応終了後、ローラ等によりウェル４７の反応溶液と、ウェル６３の失活剤とをウェル６９に送液、混合し、生成臭素を失活させる。
【００８４】
次に、ローラ等によりウェル６９の内容物およびウェル６４の分液用溶媒をウェル７１に導入し、ローラ等の往復により激しく混合する。その後、カートリッジ６０を静置することで、重力によりウェル７１の内容物が水層（上層）と油層（下層）とに分離する。
【００８５】
次に、ローラ等により、ウェル７１の水層はウェル７６に廃棄し、ウェル７１の油層を硫酸ナトリウム相当の脱水フィルタ７２を通過してウェル７３に導入する。次に、ウェル７３を加熱して溶液を濃縮後、ウェル６５のシリカクロマトグラフィ用溶媒をウェル７３に導入する。
【００８６】
次に、ウェル７３の溶液をシリカカラムウェル７４Ａにゆっくり送液し、溶液がシリカカラムウェル７４Ａに吸着後、ウェル７４Ｂ内の展開溶媒をローラ送液し、バルブ７４Ｃを閉じて一定加圧することで膨潤シリカ流路７５を圧力送液する。これにより、膨潤シリカ流路７５に送液される溶液が、カラムとの親和性の相違、ここでは極性により成分分離される。
【００８７】
以降、カートリッジ６０と同様の操作を行うことで、Ｒｆ値の高い成分をウェル７７Ａ、ウェル７７Ｂ、ウェル７７Ｃに回収し、不要な成分をウェル７６に廃棄することができる。ウェル７７Ａ、ウェル７７Ｂ、ウェル７７Ｃに回収された成分は、シリンジ等を用いてそれぞれ採取することができる。
【００８８】
図８は、反応経過を観察するための反応物のサンプリングに適したカートリッジの構成を示す平面図である。このカートリッジ８０では、分液のための構造が複数アレイ化されて形成されている。
【００８９】
図８に示すように、カートリッジ８０には、ウェル８１と、ウェル８１に接続されたウェルＷＡｋと、ウェルＷＡｋに接続されたウェルＷＢｋと、が形成されている。また、ウェル８１とウェルＷＡｋとの間には弁ＶＡｋが、ウェルＷＡｋとウェルＷＢｋとの間には弁ＶＢｋが、それぞれ設けられている。なお、添え字「ｋ」は１〜７の正数である。
【００９０】
次に、カートリッジ８０の使用方法について説明する。
【００９１】
最初に、弁ＶＡ１を開き、弁ＶＡ２〜弁ＶＡ７を閉じ、かつ弁ＶＢ１を閉じた状態で、ウェル８１に分液用溶媒を注入する。次に、ローラ等により、分液用溶媒をウェルＷＡ１に送液し、弁ＶＡ１を閉じる。これにより、分液用溶媒がウェルＷＡ１に充填される。
【００９２】
同様の操作をｋ＝２〜７について繰り返し、ウェルＷＡ２〜ウェルＷＡ７に分液用溶媒を充填する。
【００９３】
反応経過観察用の溶液サンプルは、ウェル８１に注入される。最初のサンプル溶液をウェル８１に注入した後、弁ＶＡ１および弁ＶＢ１を開き、弁ＶＡ２〜弁ＶＡ７を閉じた状態で、ローラ等を用いて送液を行う。ウェル８１の溶液サンプルは、ウェルＷＡ１の分液用溶媒とともに、ウェルＷＢ１に導入される。さらに、ローラ等を往復移動させることで水層と油層とを激しく混合する。
【００９４】
弁ＶＢ１を閉じて混合物を静置することにより、ウェルＷＢ１では、相対的に密度の大きい溶媒が下層へ、密度の小さい溶媒が上層へ、それぞれ重力、またはウェル内面の親水コーティング部と疎水コーティング部との親和性の差によって分離する。
【００９５】
反応物を含む油層を、シリンジ等を用いて回収することで、最初のサンプル溶液について反応経過を調べることができる。
【００９６】
以下、同様の操作をｋ＝２〜７について繰り返すことで、ウェルＷＢ２〜ウェルＷＢ７から反応物を回収できる。
【００９７】
図９に示すカートリッジ８０Ａには、脱水能力を有するフィルタＦＬ１〜フィルタＦＬ７が設けられた流路が形成されている。カートリッジ８０Ａを用いた場合には、ウェルＷＢ１〜ウェルＷＢ７から、それぞれフィルタＦＬ１〜フィルタＦＬ７を介してカートリッジ８０Ａの外部に反応物を回収することができる。
【００９８】
図１０は、本発明によるカートリッジに測定用光学ウィンドウを設ける例を示している。図１０（ａ）はカートリッジの平面図、図１０（ｂ）はカートリッジの断面図である。
【００９９】
図１０（ａ）および図１０（ｂ）に示すように、カートリッジ９０には、精製したサンプルを収容するウェル９１が形成されている。ウェル９１の領域は測定用光学ウィンドウとして構成され、ウェル９１に回収されたサンプルを光学測定できる。
【０１００】
図１０（ｂ）の例では、光源９４と受光器９５の間にカートリッジ９０を配置することで、光源９４から照射され、ウェル９１を透過した計測光が受光器９５で受光される。このように、カートリッジに測定用光学ウィンドウを設けることにより、吸光量、蛍光光量などを介して光学的な定性測定、定量測定が可能となる。
【０１０１】
また、図１０（ａ）および図１０（ｂ）に示すように、化学処理のシーケンスを規定する構造が形成された領域を遮光部材９２で遮光することで、化学処理に対する光の影響を避けることができる。
【０１０２】
光源と受光器との位置関係、あるいは計測光の波長等は、測定目的に応じて適宜選択できる。図１０（ｃ）は、偏光を測定する例を示しており、カートリッジ９０Ａに対し光源９４から斜めに光を照射し、受光器９５で偏光を捉えている。また、図１０（ｄ）は、反射光を測定する例を示しており、光源９４からカートリッジ９０Ｂに照射された光の反射光を受光器９５で捉えている。この場合、測定部位の裏側に黒色の遮光部材９２Ａを設けてもよい。
【０１０３】
以上説明したように、本発明による化学処理用カートリッジによれば、カートリッジの構造により、予め成分分離のためのアルゴリズムが規定される。このため失敗やロスの発生が抑制され、カートリッジを取り扱う者の技術レベルの差が現れにくく、常に正しい分離手順を実現できる。不用意な事故の発生も防止できる。また、分離処理のための準備も簡単であり、分離に要する作業の時間と手間を大幅に軽減できる。従来、目的成分の分離のために必要であった高価な器具も不要となる。さらに、カートリッジは使い捨て可能であるため、器具の洗浄等、片付け作業も不要となり、作業者や周囲環境への安全性も確保できる。
【０１０４】
また、カートリッジは密閉状態が保たれ、例えば、嫌気状態を維持することも可能なため、抽出した目的成分や精製物の保存にも適している。また、保存状態が問題となる溶媒その他の物質であって、抽出作業に必要な物質を予めカートリッジに収容することもできるため、抽出前の作業を削減することもできる。
【０１０５】
本発明による化学処理用カートリッジは、実験目的での試薬等の抽出に広く適用できる。また、薬品、試薬、その他の化学成分の製造、抽出に広く用いることができる。
【０１０６】
本発明の適用範囲は上記実施形態に限定されることはない。本発明は、外力を加えた際の変形によって内容物を移送することで処理反応を行わせる化学処理用カートリッジおよびその使用方法に対し、広く適用することができる。
【図面の簡単な説明】
【０１０７】
【図１】カートリッジの構造等を示す図であり、（ａ）はカートリッジの平面図、（ｂ）はウェルおよび流路に沿ったカートリッジのＩｂ−Ｉｂ線断面を示す断面図、（ｃ）はカートリッジの使用方法を示す平面図。
【図２】目的物を排出する流路を取り除いたカートリッジの構造等を示す図であり、（ａ）は平面図、（ｂ）は下層の溶液の回収操作を示す図。
【図３】目的物の抽出、精製手順を示す図であり、（ａ）〜（ｃ）は、カートリッジ１０Ａおよび再結晶カートリッジを用いて、分液抽出により目的物を抽出し、さらに目的物を精製する手順を示す図。
【図４】シリカカラムカートリッジの構成を示す平面図であり、（ａ）は加圧により送液する例を示す図、（ｂ）は重力により送液する例を示す図。
【図５】シリカカラムカートリッジに廃液を収容するためのウェルを設けた例を示す平面図。
【図６】反応開始から精製までの工程を実行できるカートリッジの構成を示す平面図。
【図７】試薬が溶液系の場合に対応するカートリッジの構成を示す平面図。
【図８】反応物のサンプリングに適したカートリッジの構成を示す平面図。
【図９】脱水能力を有するフィルタが設けられた流路が形成されたカートリッジの構成を示す平面図。
【図１０】カートリッジに測定用光学ウィンドウを設ける例を示す図であり、（ａ）はカートリッジの平面図、（ｂ）はカートリッジの断面図。
【図１１】Ｎ−ブロモスクシンイミド（ＮＢＳ）によるｐ−キシレンのベンジル位の臭素化の反応に必要な手順を示す図。
【符号の説明】
【０１０８】
２１，２３，５１，６１，６６，７１，８１，ＷＡｋ，ＷＢｋ  ウェル（空間）
５２，７５    カラム
【図１】
2008043843.tif 000003
【図２】
2008043843.tif 000004
【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
2008043843.tif 000009
【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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