(57)【要約】【課題】  試料等の流体を効率よく拡散、混合させて反応を均一化すると共に、速度、収率等の反応効率を充分に向上させる。【解決手段】  微小反応デバイス１０は、デバイス本体１２と、このデバイス本体１２にｎｍ〜μｍ単位の寸法で形成された毛細流路１４とから成っている。この微小反応デバイス１０は、流路１４に超音波振動を伝導する超音波振動子１８を更に備え、この超音波振動子１８は超音波振動により流路１４を通過する流体１を撹拌する。この超音波振動子１８は、流路１４の両側に設置されて、流路１４のうち流体１が合流する混合部１６に１００ＫＨｚ〜３ＭＨｚの超音波振動を伝導する。この超音波振動子１８と混合部１６との間には、超音波レンズ２０が設置され、この超音波レンズ２０は、超音波振動を収束して混合部１６に伝導する。【選択図】        図２
2005224746.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ｎｍ〜μｍ単位の寸法で形成された毛細流路を有し前記毛細流路に供給された原料又は試料等の流体を混合又は反応させる微小反応デバイスにおいて、前記流路に超音波振動を伝導する超音波振動子を更に備え、前記超音波振動子は前記超音波振動により前記流路を通過する流体を撹拌することを特徴とする微小反応デバイス。
【請求項２】
ｎｍ〜μｍ単位の寸法で形成された毛細流路を有し前記毛細流路に供給された原料又は試料等の流体を混合又は反応させる微小反応デバイスにおいて、前記流路に高周波電磁波を放射する電磁波発生器を備え、前記電磁波発生器は前記高周波電磁波により前記流路を通過する流体を発熱させて反応させることを特徴とする微小反応デバイス。
【請求項３】
請求項１に記載された微小反応デバイスであって、前記流路に高周波電磁波を放射する電磁波発生器を更に備え、前記電磁波発生器は前記高周波電磁波により前記流路を通過する流体を発熱させて反応させることを特徴とする微小反応デバイス。
【請求項４】
請求項１又は請求項３のいずれかに記載された微小反応デバイスであって、前記超音波振動子は、前記流路のうち少なくとも前記流体が混合を開始する箇所に前記超音波振動を伝導することを特徴とする微小反応デバイス。
【請求項５】
請求項１又は請求項３のいずれかに記載された微小反応デバイスであって、前記超音波振動子は、前記流路のうち前記流体が混合を開始する箇所又は前記流体が混合を開始する箇所よりも下流のいずれか又は双方に前記超音波振動を伝導することを特徴とする微小反応デバイス。
【請求項６】
請求項２乃至請求項５のいずれかに記載された微小反応デバイスであって、前記電磁波発生器は、前記流路のうち少なくとも前記流体が混合を開始する箇所に前記高周波電磁波を放射することを特徴とする微小反応デバイス。
【請求項７】
請求項２乃至請求項５のいずれかに記載された微小反応デバイスであって、前記電磁波発生器は、前記流路のうち前記流体が混合を開始する箇所又は前記流体が混合を開始する箇所よりも下流のいずれか又は双方に前記高周波電磁波を放射することを特徴とする微小反応デバイス。
【請求項８】
請求項１又は請求項３乃至請求項７のいずれかに記載された微小反応デバイスであって、前記超音波振動子は１ＫＨｚ〜１０ＧＨｚの超音波振動を前記流路に伝導することを特徴とする微小反応デバイス。
【請求項９】
請求項１又は請求項３乃至請求項８のいずれかに記載された微小反応デバイスであって、前記超音波振動子は、１０Ｗ以下の電力で超音波振動することを特徴とする微小反応デバイス。
【請求項１０】
請求項１又は請求項３乃至請求項９のいずれかに記載された微小反応デバイスであって、前記超音波振動子は、チタン酸バリウム、チタン酸ジルコン酸鉛、ニオブ酸ポロニウム、ニオブ酸リチウムその他の電歪素子又は圧電素子のいずれかから形成されていることを特徴とする微小反応デバイス。
【請求項１１】
請求項１又は請求項３乃至請求項１０のいずれかに記載された微小反応デバイスであって、前記超音波振動子は、前記流路の両側又は片側のいずれかに設置されていることを特徴とする微小反応デバイス。
【請求項１２】
請求項１又は請求項３乃至請求項１１のいずれかに記載された微小反応デバイスであって、前記超音波振動子と前記流路との間に設置された超音波レンズを更に備え、前記超音波レンズは、前記超音波振動を収束して前記流路に照射することを特徴とする微小反応デバイス。
【請求項１３】
請求項２乃至請求項１２のいずれかに記載された微小反応デバイスであって、前記電磁波発生器は１００ＫＨｚ〜１０ＧＨｚの高周波電磁波を前記流路に放射することを特徴とする微小反応デバイス。
【請求項１４】
請求項２乃至請求項１３のいずれかに記載された微小反応デバイスであって、前記電磁波発生器は、前記流路の両側又は片側のいずれかに設置されていることを特徴とする微小反応デバイス。
【請求項１５】
ｎｍ〜μｍ単位の寸法で形成された毛細流路に供給された原料又は試料等の流体を混合又は反応させる反応方法において、超音波振動子により前記流路に超音波振動を伝導して、前記流路を通過する流体を撹拌することを特徴とする反応方法。
【請求項１６】
ｎｍ〜μｍ単位の寸法で形成された毛細流路に供給された原料又は試料等の流体を混合又は反応させる反応方法において、電磁波発生器により前記流路に高周波電磁波を放射して、前記流路を通過する流体を発熱させて反応させることを特徴とする反応方法。
【請求項１７】
請求項１５に記載された反応方法であって、更に電磁波発生器により前記流路に高周波電磁波を放射して、前記流路を通過する流体を発熱させながら撹拌することを特徴とする反応方法。
【請求項１８】
請求項１５又は請求項１７のいずれかに記載された反応方法であって、前記流路のうち少なくとも前記流体が混合を開始する箇所に前記超音波振動を伝導することを特徴とする反応方法。
【請求項１９】
請求項１５又は請求項１７のいずれかに記載された反応方法であって、前記流路のうち前記流体が混合を開始する箇所又は前記流体が混合を開始する箇所よりも下流のいずれか又は双方に前記超音波振動を伝導することを特徴とする反応方法。
【請求項２０】
請求項１６又は請求項１７のいずれかに記載された反応方法であって、前記流路のうち少なくとも前記流体が混合を開始する箇所に前記高周波電磁波を放射することを特徴とする反応方法。
【請求項２１】
請求項１６又は請求項１７のいずれかに記載された反応方法であって、前記流路のうち前記流体が混合を開始する箇所又は前記流体が混合を開始する箇所よりも下流のいずれか又は双方に前記高周波電磁波を放射することを特徴とする反応方法。
【請求項２２】
請求項１５又は請求項１７乃至請求項２１のいずれかに記載された反応方法であって、前記超音波振動子により１ＫＨｚ〜１０ＧＨｚの超音波振動を前記流路に伝導することを特徴とする反応方法。
【請求項２３】
請求項１５又は請求項１７乃至請求項２２のいずれかに記載された反応方法であって、前記超音波振動子を、１０Ｗ以下の電力で超音波振動させることを特徴とする反応方法。
【請求項２４】
請求項１５又は請求項１７乃至請求項２３のいずれかに記載された反応方法であって、前記超音波振動子を、チタン酸バリウム、チタン酸ジルコン酸鉛、ニオブ酸ポロニウム、ニオブ酸リチウムその他の電歪素子又は圧電素子のいずれかから形成することを特徴とする反応方法。
【請求項２５】
請求項１５又は請求項１７乃至請求項２４のいずれかに記載された反応方法であって、前記超音波振動子を、前記流路の両側又は片側のいずれかに設置することを特徴とする反応方法。
【請求項２６】
請求項１５又は請求項１７乃至請求項２５のいずれかに記載された反応方法であって、前記超音波振動子と前記流路との間に超音波レンズを設置し、前記超音波レンズにより前記超音波振動を収束して前記流路に照射することを特徴とする反応方法。
【請求項２７】
請求項１６乃至請求項２６のいずれかに記載された反応方法であって、前記電磁波発生器により１００ＫＨｚ〜１０ＧＨｚの高周波電磁波を前記流路に放射することを特徴とする反応方法。
【請求項２８】
請求項１６乃至請求項２７のいずれかに記載された反応方法であって、前記電磁波発生器を、前記流路の両側又は片側のいずれかに設置することを特徴とする反応方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ｎｍ〜μｍ単位の寸法で形成された微細な毛細流路（マイクロチャンネル）を有するマイクロリアクター（微小反応装置）用の流路デバイスとして使用することができる微小反応デバイス及びこの微小反応デバイスを使用した反応方法の改良に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
近年、特に、例えば、遺伝子解析に使用されるＰＣＲ（ポリメラーゼ連鎖反応）等の生化学関連の分野や、反応液と冷却液とを交互に流すことにより高い熱交換率を有する熱交換器やミキサー等の化学反応・合成関連の分野等において、従来のｃｍ単位の寸法の反応装置よりも更に小さい、例えば、５００μｍ以下の寸法を有する流路（マイクロチャンネル）を備えたマイクロリアクター（微小反応装置）の実用化が試みられている。
【０００３】
このマイクロリアクターは、反応分析等のために、試料又は原料である液体状又は気体状等の流体（反応生成物等）を流路内に流すことにより様々な反応を起こすものであるが、その流路が内寸ｎｍ〜μｍ単位と微細であるため、（１）反応条件を精密に制御することができることから、副生成物の発生がきわめて少なく環境・資源面で有利であると共に、（２）熱制御が容易となることから、不必要に熱を用いることなく省エネルギー化を実現することができ、更には、（３）様々な反応を容易に制御できることから、反応を適切に管理（制御）して、反応の際の安全性を向上させることができる等の利点を有し、近時着目されるに至っている。
【０００４】
このようなマイクロリアクターにおいては、その構成デバイスの１つとして、流体の流路となる毛細管路や毛細溝路を有する微小反応デバイスが使用され、マイクロリアクターは、この微小反応デバイスを適宜組み合わせる等して、加熱、冷却のためのデバイス（伝熱管等）等と共に、反応生成物の抽出分離（単離）、合成等を行う反応装置として形成される。
【０００５】
この微小反応デバイスにおいては、図１に示すように、例えば、略Ｙ字形状の流路１４を形成して、複数の試料（流体１）を、各々注入路１４Ａ、１４Ｂから流路１４内に供給して合流地点（混合部１６）において混合させて撹拌し、反応させた後、抽出分離して、化学反応を検出することが行われる。
【０００６】
この場合、従来は、単に、複数の流路の合流地点である混合部１６において、主に試料又は原料である流体１の対流により複数の流体１を混合させて撹拌することにより、反応させていた（例えば、特許文献１〜特許文献３参照）。
【０００７】
しかし、例えば、基質の酵素反応等を分析する場合等においては、試料となる基質及び酵素が拡散することにより、反応が促進するため、単に対流により流体１を混合、撹拌させる従来の微小反応デバイスでは、特に、拡散係数が非常に小さい酵素が迅速かつ充分に拡散せず、先に基質の拡散による反応が始まり、次いで、酵素が遅れて拡散して反応し、不均一に反応が進行することがあった。
【０００８】
このため、微小反応デバイスからは、基質の早期拡散による第１次的な反応生成物から排出され、このような初期に排出された第１次的な反応生成物を採取して分析すると、特に初期の反応効率が高かった反応生成物のみを対象として分析を行っていることになり、反応効率の正確な分析を行うことができないおそれがあった。また、その結果、必ずしも充分な速度、収率等の反応効率を得ることができない問題があった。
【０００９】
更に、撹拌による混合に加えて、試料又は原料である流体１を発熱させることが必要な場合もあるが、従来は混合後に、流体１を別の加熱のための別のデバイスに送って処理していた。このため、撹拌による混合と発熱処理を同時に処理することができず、処理の時間差により反応効率が不均一となり、やはり反応効率の正確な分析の確保や、充分な速度、収率等の反応効率を得ることができない問題があった。
【特許文献１】特開平１０−３３７１７３号公報
【特許文献２】特開２００１−３４０７５３号公報
【特許文献３】特開２００２−２７７４７８号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
本発明が解決しようとする課題は、上記の問題点に鑑み、試料等の流体を効率よく拡散、混合させ、また必要に応じて加熱して反応を均一化することができると共に、速度、収率等の反応効率を充分に向上させることができる微小反応デバイス、及び、このような微小反応デバイスを使用した反応方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
本発明は、上記の課題を解決するための第１の手段として、ｎｍ〜μｍ単位の寸法で形成された毛細流路を有し毛細流路に供給された原料又は試料等の流体を混合又は反応させる微小反応デバイスにおいて、流路に超音波振動を伝導する超音波振動子を更に備え、この超音波振動子は超音波振動により流路を通過する流体を撹拌することを特徴とする微小反応デバイスを提供するものである。
【００１２】
本発明は、上記の課題を解決するための第２の手段として、ｎｍ〜μｍ単位の寸法で形成された毛細流路を有し毛細流路に供給された原料又は試料等の流体を混合又は反応させる微小反応デバイスにおいて、流路に高周波電磁波を放射する電磁波発生器を更に備え、この電磁波発生器は高周波電磁波により流路を通過する流体を発熱させて反応させることを特徴とする微小反応デバイスを提供するものである。
【００１３】
本発明は、上記の課題を解決するための第３の手段として、上記第１の解決手段において、流路に高周波電磁波を伝導する電磁波発生器を更に備え、この電磁波発生器は高周波電磁波により流路を通過する流体を発熱させて反応させることを特徴とする微小反応デバイスを提供するものである。
【００１４】
本発明は、上記の課題を解決するための第４の手段として、上記第１又は第３のいずれかの解決手段において、超音波振動子は、流路のうち少なくとも流体が混合を開始する箇所に超音波振動を伝導することを特徴とする微小反応デバイスを提供するものである。
【００１５】
本発明は、上記の課題を解決するための第５の手段として、上記第１又は第３のいずれかの解決手段において、超音波振動子は、流路のうち流体が混合を開始する箇所又は流体が混合を開始する箇所よりも下流のいずれか又は双方に超音波振動を伝導することを特徴とする微小反応デバイスを提供するものである。
【００１６】
本発明は、上記の課題を解決するための第６の手段として、上記第２乃至第５のいずれかの解決手段において、電磁波発生器は、流路のうち少なくとも流体が混合を開始する箇所に高周波電磁波を放射することを特徴とする微小反応デバイスを提供するものである。
【００１７】
本発明は、上記の課題を解決するための第７の手段として、上記第２乃至第５のいずれかの解決手段において、電磁波発生器は、流路のうち流体が混合を開始する箇所又は流体が混合を開始する箇所よりも下流のいずれか又は双方に高周波電磁波を放射することを特徴とする微小反応デバイスを提供するものである。
【００１８】
本発明は、上記の課題を解決するための第８の手段として、上記第１又は第３乃至第７のいずれかの解決手段において、超音波振動子は１ＫＨｚ〜１０ＧＨｚの超音波振動を流路に伝導することを特徴とする微小反応デバイスを提供するものである。
【００１９】
本発明は、上記の課題を解決するための第９の手段として、上記第１又は第３乃至第８のいずれかの解決手段において、超音波振動子は、１０Ｗ以下の電力で超音波振動することを特徴とする微小反応デバイスを提供するものである。
【００２０】
本発明は、上記の課題を解決するための第１０の手段として、上記第１又は第３乃至第９のいずれかの解決手段において、超音波振動子は、チタン酸バリウム、チタン酸ジルコン酸鉛、ニオブ酸ポロニウム、ニオブ酸リチウムその他の電歪素子又は圧電素子のいずれかから形成されていることを特徴とする微小反応デバイスを提供するものである。
【００２１】
本発明は、上記の課題を解決するための第１１の手段として、上記第１又は第３乃至第１０のいずれかの解決手段において、超音波振動子は、流路の両側又は片側のいずれかに設置されていることを特徴とする微小反応デバイスを提供するものである。
【００２２】
本発明は、上記の課題を解決するための第１２の手段として、上記第１又は第３乃至第１１のいずれかの解決手段において、超音波振動子と流路との間に設置された超音波レンズを更に備え、この超音波レンズは、超音波振動を収束して流路に照射することを特徴とする微小反応デバイスを提供するものである。
【００２３】
本発明は、上記の課題を解決するための第１３の手段として、上記第２乃至第１２のいずれかの解決手段において、電磁波発生器は１００ＫＨｚ〜１０ＧＨｚの高周波電磁波を流路に放射することを特徴とする微小反応デバイスを提供するものである。
【００２４】
本発明は、上記の課題を解決するための第１４の手段として、上記第２乃至第１３のいずれかの解決手段において。電磁波発生器は、流路の両側又は片側のいずれかに設置されていることを特徴とする微小反応デバイスを提供するものである。
【００２５】
また、本発明は、上記第１乃至第１４の解決手段である微小反応デバイスを使用した、以下の反応方法をも提供するものである。即ち、具体的には、本発明は、上記の課題を解決するための第１５の手段として、ｎｍ〜μｍ単位の寸法で形成された毛細流路に供給された原料又は試料等の流体を混合又は反応させる反応方法において、超音波振動子により流路に超音波振動を伝導して、流路を通過する流体を撹拌することを特徴とする反応方法を提供するものである。
【００２６】
本発明は、上記の課題を解決するための第１６の手段として、ｎｍ〜μｍ単位の寸法で形成された毛細流路に供給された原料又は試料等の流体を混合又は反応させる反応方法において、電磁波発生器により流路に高周波電磁波を放射して、流路を通過する流体を発熱させて反応させることを特徴とする反応方法を提供するものである。
【００２７】
本発明は、上記の課題を解決するための第１７の手段として、上記第１５の解決手段において、更に電磁波発生器により流路に高周波電磁波を放射して、流路を通過する流体を発熱させながら撹拌することを特徴とする反応方法を提供するものである。
【００２８】
本発明は、上記の課題を解決するための第１８の手段として、上記第１５又は第１７のいずれかの解決手段において、流路のうち少なくとも流体が混合を開始する箇所に超音波振動を伝導することを特徴とする反応方法を提供するものである。
【００２９】
本発明は、上記の課題を解決するための第１９の手段として、上記第１５又は第１７のいずれかの解決手段において、流路のうち流体が混合を開始する箇所又は流体が混合を開始する箇所よりも下流のいずれか又は双方に超音波振動を伝導することを特徴とする反応方法を提供するものである。
【００３０】
本発明は、上記の課題を解決するための第２０の手段として、上記第１６又は第１７のいずれかの解決手段において、流路のうち少なくとも流体が混合を開始する箇所に高周波電磁波を放射することを特徴とする反応方法。
【００３１】
本発明は、上記の課題を解決するための第２１の手段として、上記第１６又は第１７のいずれかの解決手段において、流路のうち流体が混合を開始する箇所又は流体が混合を開始する箇所よりも下流のいずれか又は双方に高周波電磁波を放射することを特徴とする反応方法を提供するものである。
【００３２】
本発明は、上記の課題を解決するための第２２の手段として、上記第１５又は第１７乃至第２１のいずれかの解決手段において、超音波振動子により１ＫＨｚ〜１０ＧＨｚの超音波振動を流路に伝導することを特徴とする反応方法を提供するものである。
【００３３】
本発明は、上記の課題を解決するための第２３の手段として、上記第１５又は第１７乃至第２２のいずれかの解決手段において、超音波振動子を、１０Ｗ以下の電力で超音波振動させることを特徴とする反応方法を提供するものである。
【００３４】
本発明は、上記の課題を解決するための第２４の手段として、上記第１５又は第１７乃至第２３のいずれかの解決手段において、超音波振動子を、チタン酸バリウム、チタン酸ジルコン酸鉛、ニオブ酸ポロニウム、ニオブ酸リチウムその他の電歪素子又は圧電素子のいずれかから形成することを特徴とする反応方法を提供するものである。
【００３５】
本発明は、上記の課題を解決するための第２５の手段として、上記第１５又は第１７乃至第２４のいずれかの解決手段において、超音波振動子を、流路の両側又は片側のいずれかに設置することを特徴とする反応方法を提供するものである。
【００３６】
本発明は、上記の課題を解決するための第２６の手段として、上記第１５又は第１７乃至第２５のいずれかの解決手段において、超音波振動子と流路との間に超音波レンズを設置し、この超音波レンズにより超音波振動を収束して流路に照射することを特徴とする反応方法を提供するものである。
【００３７】
本発明は、上記の課題を解決するための第２７の手段として、上記第１６乃至第２６のいずれかの解決手段において、電磁波発生器により１００ＫＨｚ〜１０ＧＨｚの高周波電磁波を流路に放射することを特徴とする反応方法を提供するものである。
【００３８】
本発明は、上記の課題を解決するための第２７の手段として、上記第１６乃至第２７のいずれかの解決手段において、電磁波発生器を、流路の両側又は片側のいずれかに設置することを特徴とする反応方法を提供するものである。
【発明の効果】
【００３９】
本発明によれば、上記のように、流体が混合又は反応する箇所に超音波振動を伝導して流体を超音波振動により撹拌しているため、試料等の流体の拡散が促進され、撹拌の効率を向上させることができ、均一な混合、反応を実現することができると共に、速度、収率等の反応効率を充分に向上させることができる実益がある。
【００４０】
本発明によれば、上記のように、流体が混合又は反応する箇所に高周波電磁波を放射して流体を高周波電磁波（マイクロウェーブ）により発熱させて反応させているため、特に、発熱が必要な反応においても発熱状態を制御しながら反応させることができ、均一な混合、反応を実現することができると共に、速度、収率等の反応効率を充分に向上させることができ、特に、超音波振動と併用することにより、発熱させながら同時に試料等の流体の拡散を促進して撹拌の効率を向上させることができ、より一層その効率を高めることができる実益がある。
【００４１】
この場合、特に、少なくとも流体が混合を開始する箇所に超音波振動を伝導して流体を撹拌するため、混合による反応の初期段階から流体を適切に拡散して均一に混合、反応させることができ、反応生成物について精度良く分析、生産することができる実益がある。
【００４２】
同様に、本発明によれば、流体が混合を開始する箇所より下流側にも超音波振動を伝導しているため、混合後の反応状態を促進又は維持することができ、反応生成物について精度良く分析、生産することができる実益がある。
【００４３】
また、この場合、特に、少なくとも流体が混合を開始する箇所に高周波電磁波を伝導して流体を撹拌するため、混合による反応の初期段階から流体を適切に拡散して均一に混合、反応させることができ、反応生成物について精度良く分析、生産することができる実益がある。
【００４４】
同様に、本発明によれば、流体が混合を開始する箇所より下流側にも高周波電磁波を伝導しているため、混合後の反応状態を促進又は維持することができ、反応生成物について精度良く分析、生産することができる実益がある。
【００４５】
また、本発明によれば、上記のように、超音波レンズを使用して、超音波振動を流体が混合を開始する箇所等の必要な箇所に収束して照射することができるため、反応を効率よく促進させることができる実益がある。
【００４６】
更に、本発明によれば、上記のように、超音波振動子を１０Ｗ以下の低電力で振動させているため、熱の発生を極力抑制することができ、試料等である流体に不必要に熱が伝達されることがなく、特に発熱を要しない反応において、その反応条件等に大きな影響を与えることなく、反応生成物を精度良く分析、生産することができる実益がある。
【発明を実施するための最良の形態】
【００４７】
本発明の実施の形態を図面を参照しながら詳細に説明すると、図１は本発明の微小反応デバイス１０の一部を示し、この微小反応デバイス１０は、図１に示すように、デバイス本体１２と、このデバイス本体１２に形成された流路１４とから成り、この流路１４に供給された複数種類の流体１を、撹拌して混合させることにより、複数の流体１を反応させるものである。
【００４８】
この微小反応デバイス１０は、必要に応じて、例えば、図示しない他の加熱、冷却のためのデバイス（伝熱管等）や抽出分離のためのデバイス、検出のためのデバイス等と適宜組み合わされて、反応装置（マイクロリアクター）として形成することもでき、生化学分野における反応生成物の抽出分離（単離）や、化学分野における有機金属反応、触媒合成反応等の反応試験や反応生成物の生産に使用することができる。従って、混合や反応させることが必要な流体１であれば、適用される試料又は原料等としての流体１に特に限定はなく、例えば、基質と酵素等を流体１として使用し、これらの反応試験等に使用することができる。
【００４９】
デバイス本体１２は、後述する微細な流路１４を形成することができれば、特に材質を問わず、用途に応じて適切な材料から形成することができる。具体的には、金属やガラスの他、化学反応を主目的とした化学反応装置に使用する場合には、耐薬品性に優れる樹脂、例えば、熱硬化性樹脂であればエポキシ樹脂やフラン樹脂等を、熱可塑性樹脂であればポリエチレン、ポリプロピレン等を選択して使用することもできる。同様に、主に耐熱性が要求される場合には、不飽和ポリエステル樹脂、フェノール樹脂、メラミン樹脂、シリコーン樹脂等の熱硬化性樹脂を選択して使用することができる。これらの樹脂製材料から形成する場合には、これらの樹脂材料を型枠内で硬化又は固化させること等により形成することができる。
【００５０】
この場合、特に、例えば、ガラスやエポキシ樹脂等の透明となる樹脂製材料を使用して微小反応デバイス１０を形成すると、流路１４内部の状態をデバイス本体１２の外部から観察することができ、流路１４内の状態、即ち、流体１の混合や反応の状態や導通状態を簡易に確認することができ、好ましい。
【００５１】
流路１４は、ｎｍ〜μｍ単位の寸法で形成された毛細状の流路であり、その縦断面形状は、円形、四角形等の管路、また、半円状の溝路等、特に問わず、必要に応じて適宜設計することができる。また、この流路１４は、内部で複数種類の流体１を撹拌して混合させることにより反応させるものであり、図１に示す実施の形態では、斜めに導通された２つの注入路１４Ａ、１４Ｂ及びこれらの２つの注入路１４Ａ、１４Ｂの合流地点（分岐地点）である混合部１６から延びる反応路１４Ｃを有するＹ字形状のチャンネルに形成されている。
【００５２】
この図示に示す実施の形態の流路１４のように、複数の（図示では２つの）注入路１４Ａ、１４Ｂ及びこれらの２つの注入路１４Ａ、１４Ｂの合流地点である混合部１６を有する流路１４においては、複数の流体１が混合部１６において混合することにより反応を開始し、その後、反応路１４Ｃにおいて反応状態を促進又は維持しながら外部に採取（又は、次工程に移送）される。
【００５３】
このように、微小反応デバイス１０内で混合及びその後の反応促進又は維持も行う形態においては、この流路１４の横断面形状、即ち、回路パターンは、この混合部１６を有し流路１４に供給された複数の流体１を混合することができれば足り、図示したＹ字形状に特に限定されるものではなく、Ｔ字形状その他の複雑な形状とすることもできる。また、流路１４は、必ずしも図示の実施の形態のように混合部１６を備えているものに限定されず、他の箇所で混合された流体を通過させて反応状態を促進又は維持させるストレート形状の流路１４を有する形態とすることもできる。
【００５４】
尚、試料又は原料等としての流体１は、図示しない注入ポート等から適宜の方法により注入路１４Ａ、１４Ｂに供給することができる。具体的には、試料又は原料等の流体１の性質に応じて、適宜、マイクロポンプによる圧送方式、インクジェット方式等により注入路１４Ａ、１４Ｂに注入することができる。
【００５５】
本発明の微小反応デバイス１０は、更に、図１及び図２に示すように、流路１４に超音波振動を伝導する超音波振動子１８を更に備えている。この超音波振動子は、超音波振動により流路１４を通過する流体１を撹拌して、試料等の流体１の拡散が促進するものである。従って、撹拌による混合の効率を向上させることができるため、均一な反応を実現することができると共に、速度、収率等の反応効率を充分に向上させることができる。
【００５６】
具体的には、この超音波振動子１８は、図１に示す実施の形態では、流体１が合流して混合による反応を開始する混合部１６に超音波振動を伝導している。このため、特に、混合による反応の初期段階から流体を適切に拡散して均一に反応させることができ、反応生成物について精度良く分析、生産することができる。
【００５７】
但し、流路１４のうち、この超音波振動を伝導すべき箇所は、混合部１６のみに限定されるものではなく、必要に応じて、この混合部１６とこの混合部１６よりも下流である反応路１４Ｃにも超音波振動を伝導することができる。これによっても、流体１の混合後の反応状態を促進又は維持することができ、反応生成物について精度良く分析、生産することができる。
【００５８】
更には、例えば、他の箇所で混合された流体１を通過させて反応状態を促進又は維持させるストレート形状の流路１４を有する微小反応デバイス１０であれば、この反応状態を促進又は維持するストレート形状の流路１４全体又は一部に超音波振動を伝導して、反応状態をより一層効率的に促進させることもできる。
【００５９】
この超音波振動子１８は、具体的には、図２に示すように、デバイス本体１２との間に間隙を設けてデバイス本体１２の横に設置され、図示しない電源に接続されて通電により超音波振動を開始し、空中を伝わってデバイス本体１２に振動を与えることによりデバイス本体１２を媒介として内部の流路１４に超音波振動を伝導する。この場合、超音波振動子１８は、図２に示すように、流路１４の両側に設置すると効率よく、かつ、均等に流路１４を通過する流体１を撹拌することができるため好ましいが、必要に応じて、流路１４の片側のみに設置することもできる。また、この設置箇所は、できるだけ振動を伝達すべき箇所に対応して設定することが望ましい。
【００６０】
この超音波振動子１８としては、例えば、チタン酸バリウム、チタン酸ジルコン酸鉛、ニオブ酸ポロニウム、ニオブ酸リチウム等を使用することができる。但し、超音波振動子１８は、これらに限定されるものではなく、電圧を加えると伸縮する電歪素子又は圧電素子であれば、他の適切な材質から形成することができる。
【００６１】
この場合、超音波とは、一般に人間の可聴域を超える高周波、具体的には、２０ＫＨｚ以上の周波数を指すが、人の耳で直接聞くことを要しない音波という意味で１ＫＨｚ〜３ＧＨｚの超音波を使用することができ、より望ましくは、超音波振動子１８により１００ＫＨｚ〜３ＭＨｚの超音波振動を流路１４に伝導することができる。
【００６２】
また、この場合、超音波振動子１８を、１０Ｗ以下の電力で超音波振動させることが望ましい。このように、１０Ｗ以下の低電力で振動させると、熱の発生を極力抑制することができ、試料等である流体１に不必要に熱が伝達されることがなく、発熱を要しない反応において、その反応条件等に大きな影響を与えることなく、反応生成物を精度良く分析、生産することができるためである。
【００６３】
更に、この場合、図２（Ｂ）に示すように、この超音波振動子１８と流路１４との間に凹面状の超音波レンズ２０を設置し、この超音波レンズ２０により超音波振動を収束して流路１４に照射することが望ましい。
【００６４】
具体的には、図２（Ｂ）に示すように、デバイス本体１２側面側において超音波振動子１８に併設して超音波レンズ２０を設置する。但し、超音波レンズ２０の設置箇所は、これに限定されるものではなく、超音波振動子１８により発生した超音波振動を、目的とする箇所に収束することができれば、特に問わず、形成が可能であれば、デバイス本体１２の側面に接触させながら配置したり、デバイス本体１２の内部に埋め込むこともできる。
【００６５】
また、この超音波レンズ２０により超音波振動を収束すべき箇所は、必要に応じて、設定することができる。例えば、図１及び図２に示す、混合部１６に超音波振動を伝導する実施の形態では、混合部１６とすることができ、その他、必要に応じて、適宜設定することができる。このように、超音波レンズ２０を使用して、超音波振動を流体１が反応を開始する箇所等の必要な箇所に収束して伝導することができるため、反応を効率よく促進させることができる。
【００６６】
尚、図示の実施の形態では、超音波振動子１８により流路１４に超音波振動を伝導したが、この超音波振動子１８に替えて、又は、超音波振動子１８と共に、流路１４に高周波電磁波（マイクロウェーブ）を放射する図示しない電磁波発生器を更に設置して、この電磁波発生器により発生した高周波電磁波により流路１４を通過する流体１を発熱させて反応させ、あるいは、発熱させながら撹拌することもできる。
【００６７】
この実施の形態は、特に、流体１の発熱が必要な反応に適しており、流体１の発熱状態を制御しながら反応させることができ、均一な混合、反応を実現することができると共に、速度、収率等の反応効率を充分に向上させることができ、特に、超音波振動と併用することにより、発熱させながら同時に試料等の流体１の拡散を促進して撹拌の効率を向上させることができ、より一層その効率を高めることができる。
【００６８】
この場合、電磁波発生器として、具体的には、マグネトロンを使用し、このマグネトロンにより、１００ＫＨｚ〜１０ＧＨｚ、望ましくは、０．５ＧＨｚ〜２．５ＧＨｚの高周波電磁波を流路１４に放射すると、発熱を適切に制御することができる。
【００６９】
なお、電磁波発生器の設置箇所は、超音波振動子１８とほぼ同様に設定することができる。従って、流路１４の両側又は片側のいずれかに設置することができ、また、流路１４のうち少なくとも流体１が混合を開始する箇所である混合部１６に、また必要に応じて、混合部１６よりも下流にも高周波電磁波を放射することができる。更には、電磁波発生器をデバイス本体１２とは離れた箇所に設置して、デバイス本体１２にまで伸びる中空のパイプにより高周波電磁波を放射することもできる。
【産業上の利用可能性】
【００７０】
本発明は、例えば、生化学分野における反応生成物の抽出分離（単離）、化学分野における樹脂合成等の反応は勿論のこと、反応が必要な分野であれば、他の、例えば、生物学的、物理学的な様々な反応生成物の反応試験（分析）又は生産に適用することができる。
【図面の簡単な説明】
【００７１】
【図１】本発明の微小反応デバイスの一部概略平面図である。
【図２】本発明に用いられる超音波振動子の取付状態を示す平面図である。
【符号の説明】
【００７２】
１  流体
１０  微小反応デバイス
１２  デバイス本体
１４  流路
１６  混合部
１８  超音波振動子
２０  超音波レンズ
【図１】
2005224746.tif 000003
【図２】
2005224746.tif 000004