(57)【要約】【課題】複数の試料を磁気的に効率よく混合攪拌できる試料混合装置を得る。【解決手段】本発明の試料混合装置は、試料を流入させる流路７と、流路近傍に配置された磁界発生部１５と、磁界発生部の磁界を制御するコントローラ６とを備え、磁界発生部で発生させた磁界を試料の流れ方向に形成し、磁界によって磁気的に試料を混合攪拌するものである。なお、磁界は、周期的に強度が変わる振動磁界としてもよく、パルス的な磁界としてもよい。また、磁界発生部近傍の流路の接液面を凹凸形状としてもよい。【選択図】    図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
異なる種類の試料が粗混合された複合試料を、流路にて混合攪拌する試料混合方法において、
前記流路の近傍に磁界発生部を配置し、前記磁界発生部で発生させた磁界を前記複合試料の流れ方向に形成し、前記磁界によって磁気的に前記試料を混合攪拌することを特徴とする試料混合方法。
【請求項２】
前記磁界は、周期的に強度が変わる振動磁界であることを特徴とする請求項１記載の試料混合方法。
【請求項３】
前記磁界は、パルス的な磁界である特徴とする請求項１または２記載の試料混合方法。
【請求項４】
前記磁界発生部を隣接させて複数設け、前記磁界発生部間の磁界を同一方向に形成したことを特徴とする請求項１から３のいずれか１項に記載の試料混合方法。
【請求項５】
前記試料は、磁化特性を有する成分を含んでいることを特徴とする請求項１から４のいずれか１項に記載の試料混合方法。
【請求項６】
試料を流入させる流路と、前記流路近傍に配置された磁界発生部と、前記磁界発生部の磁界を制御するコントローラとを備えたことを特徴とする試料混合装置。
【請求項７】
前記磁界発生部近傍の前記流路の接液面を凹凸形状としたことを特徴とする請求項６記載の試料混合装置。
【請求項８】
前記磁界発生部は、隣接する前記磁界発生部と干渉させることにより前記試料の流れ方向に一つの磁場を形成することを特徴とする請求項６または７記載の試料混合装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、創薬、有機合成、化学分析等で利用されるマイクロ流路における複数の分子や試料等を混合攪拌する試料混合方法及び装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来の試料混合方法及び装置は、マイクロ流路内に攪拌部を設け、前記混合部に配置した光圧ミキサにより液中で直接、混合攪拌を行っている（例えば、特許文献１参照）。
【０００３】
【特許文献１】特開２００１−２５２８９７号公報（第２図）
【０００４】
図６において２は混合試料、４は流入口、５は流出口、７は流路、５０は光圧ミキサ、５１は攪拌槽、５２は試料ａ、５３は試料ｂであり、流入口４より試料ａ５２と試料ｂ５３を流入させて攪拌槽５１に導入し、前記攪拌槽に配設された光照射により生ずる光圧を駆動力として回転する光圧ミキサ５０にレーザ光等を照射することで前記攪拌槽において回転させ、前記攪拌槽で前記試料ａ及び試料ｂに対流を誘起して２液を能動的かつ直接的に混合攪拌する。
このように、従来の試料混合方法及び装置は、攪拌槽に光圧ミキサを配置することで機械的な駆動源を有することなく光照射により容易に混合攪拌を行うのである。また、前記攪拌槽で発生する対流を直接的に混合攪拌に利用することで混合試料の混合効率を飛躍的に増大させ、反応速度を向上させるのである。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、従来の試料混合方法及び装置は、流路内に直接、光圧ミキサを配設する必要があるため、マイクロ流路を含めた製作工程が複雑となり、流路幅が狭くなるに従って加工が難しくなるという問題があった。また、光圧ミキサの駆動源として光源を利用するため、光透過性の悪い材質を基板として用いることができず、混合攪拌できる試料も光透過度により混合効率の低下を招く恐れがあるという問題があった。さらに、機械的に対流を発生させて混合攪拌を行うため、光圧ミキサの回転時に試料に損傷を与える恐れがあるというような問題も抱えていた。
そこで、本発明はこのような問題点に鑑みてなされたものであり、流路内に直接、混合攪拌するための手段を講じることなく複数の試料を磁気的に効率よく混合攪拌することができる試料混合方法及び装置を提供することを目的とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
上記問題を解決するため、本発明は、次のように構成したものである。
請求項１に記載の発明は、異なる種類の試料が粗混合された複合試料を、流路にて混合攪拌する試料混合方法において、前記流路の近傍に磁界発生部を配置し、前記磁界発生部で発生させた磁界を前記複合試料の流れ方向に形成し、前記磁界によって磁気的に前記試料を混合攪拌するものである。
このようになっているため、流路に沿った向きに磁気流を発生でき、流路の壁面近傍と中央部の速度勾配を大きくすることができ、効率のよい混合攪拌を行うことができる。試料に対して物理的な力を加えることが無いため、試料の損傷を抑制することができる。また、試料と非接触に混合攪拌を行うことができるため、接液による不純物の混入を抑えることができる。
請求項２に記載の発明は、前記磁界を、周期的に強度が変わる振動磁界とするものである。
このようになっているため、磁場により形成された磁気流を試料の流れ方向に対して順方向及び逆方向に発生させることができ、連続的な混合攪拌を行うことができると共に、滞留時間と乱流発生により攪拌性能を向上することができる。また、小刻みな振動磁界を発生させることで試料の損傷を抑えることができる。
請求項３に記載の発明は、前記磁界を、パルス的な磁界とするものである。
このようになっているため、熱エネルギーの損失を抑えることができ、攪拌効率を向上することができる。また、磁気流を微動化させることができるため試料の損傷を抑えると共に、単位体積当りの衝突回数を多くすることができため反応速度を向上することができる。
請求項４に記載の発明は、前記磁界発生部を隣接させて複数設け、前記磁界発生部間の磁界を同一方向に形成したものである。
このようになっているため、流路の接液部付近にかかる磁界強度を容易に大きくすることができ、高い粘度や低い移動度の試料でも効率よく混合攪拌を行うことができる。
請求項５に記載の発明は、前記試料は、磁化特性を有する成分を含んだものである。
このようになっているため、磁界形成による磁場によって直接、試料を混合攪拌することができる。また、試料自身が磁化特性を有しなくとも試料中に磁化特性を有する成分が含まれていることで前記成分の攪拌により目的とする試料を間接的に混合攪拌することが可能となり、攪拌性能を向上することができる。
請求項６に記載の発明は、試料を流入させる流路と、前記流路近傍に配置された磁界発生部と、前記磁界発生部の磁界を制御するコントローラとを備えたものである。
このようになっているため、流路に沿った向きに磁気流を発生でき、流路の壁面近傍と中央部の速度勾配を大きくすることができ、効率のよい混合攪拌を行うことができる。試料に対して物理的な力を加えることが無いため、試料の損傷を抑制することができる。また、試料と非接触に混合攪拌を行うことができ、接液による不純物の混入を抑えることができる。
請求項７に記載の発明は、前記磁界発生部近傍の前記流路の接液面を凹凸形状としたものである。
このようになっているため、磁気流によって生じる試料の流れを接液面付近で乱流化することができ、攪拌性能を向上することができる。また、凹凸を有することで層流を容易に乱流化することができる。
請求項８に記載の発明は、前記磁界発生部は、隣接する前記磁界発生部と干渉させることにより前記試料の流れ方向に一つの磁場を形成するものである。
このようになっているため、流路の接液部付近にかかる磁界強度を容易に大きくすることができ、高い粘度や低い移動度の試料でも効率よく混合攪拌を行うことができる。
【０００７】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の具体的実施例を図に基づいて説明する。
【０００８】
（第１実施例）
図１は、本発明の第１実施例を示す試料混合装置の断面図である。図において、共通する部分には同一符号を用いてあり、１は複合試料、２は混合試料、３は送液装置、４は流入口、５は流出口、６はコントローラ、７は流路、１０は上基板、１１は下基板、１２は磁極上基板、１４は凹凸基板、１５は磁界発生部、１６は磁界方向、１７は電流方向、１８は攪拌部である。
複合試料１として蛍光色素と酵母菌より抽出したＤＮＡ断片を用い、シリンジ駆動の送液装置３よりマイクロ流路の流入口４に導入した。流路７は断面が５００μｍ×２００μｍ、長さ５０ｍｍのものを用い、下基板１１には微小凹凸加工を施した。磁界発生部１５は巻線を埋め込んだ磁極上基板１２を用いた。
次に、本実施例の動作について説明する。
マイクロ加工された流路７の流入口４より送液装置３を用いて複合試料１を規定流量で導入する。次に、上基板１０に配置された磁極上基板１２の磁界発生部１５にコントローラ６より電流方向１７に準じた電流を入力することにより各磁界発生部１５の周囲に磁界が発生する。前記磁界は複合試料１の流れ方向に形成されるため、複合試料１内に前記磁界発生部による磁界が形成されることによって複合試料１が力を受けて磁気流が発生する。ここで、隣接する磁界発生部１５に逆極性の電流を入力することで磁気流の疎密部が発生し、特に密部では平均自由工程に起因する衝突反応を引き起こし、複合試料１が流路７内で混合攪拌される。また、凹凸基板１４上では磁気流に伴う乱流が発生し混合攪拌反応が促進される。
次に、逆向きの磁界を発生させると複合試料１は先程とは逆方向の磁気流が形成され、磁気流の疎密部の逆転により攪拌部１８が移動し、再度、混合攪拌が行われる。磁界方向１６の切替動作を連続的に行うことで混合試料２を効率的に採取することができる。
例えば、合計１０μＬ／ｍｉｎで供給した複合試料１を混合攪拌して混合試料２を採取し、蛍光分析装置で混合率を発光強度で測定したところ、混合率の改善を確認することができた。
【０００９】
（第２実施例）
図２は、本発明の第２実施例を示す試料混合装置の断面図である。図において、１３は磁極下基板である。
第１実施例と同様な複合試料１を用い、流路７の下基板１１には磁極下基板１３を設けた。また、磁極上基板１２及び磁極下基板１３には巻線を埋め込んだ磁界発生部１５を配置した。
次に、本実施例の動作について説明する。
マイクロ加工された流路７の流入口４より送液装置３を用いて複合試料１を規定流量で導入する。次に、上基板１０及び下基板１１に配置された磁極上基板１２及び磁極下基板１３の各磁界発生部１５にコントローラ６より電流方向１７に準じた電流を入力することで各磁界発生部１５の周囲に磁界が発生する。前記磁界は複合試料１の流れ方向に形成されるため、複合試料１内に前記磁界による磁界が形成されることによって複合試料１が力を受けて磁気流が発生する。ここで、隣接する磁界発生部１５に同極性の電流を入力することで磁気流は複合試料１の流れ方向とは逆方向の力を発生するため、攪拌部１８が流路７内に分散し、平均自由工程に起因する衝突反応を引き起こし、複合試料１が流路７内で混合攪拌される。次に、上基板１０及び下基板１１より発生する全ての磁界の向きを複合試料１の流れ方向と逆方向にすると流路７内全域で混合攪拌が行われる。また、磁界方向１６の切替動作を間欠的に行うことで混合試料２を効率的に採取することができる。
例えば、合計１０μＬ／ｍｉｎで供給した複合試料１を混合攪拌して混合試料２を採取し、蛍光分析装置で混合率を発光強度で測定したところ、混合率の改善を確認することができた。
【００１０】
（第３実施例）
図３は、本発明の第３実施例を示す試料混合装置の断面図である。
第２実施例と同様な複合試料１及び流路７を用い、磁極上基板１２及び磁極下基板１３には巻線を埋め込んだ磁界発生部１５を配置した。
次に、本実施例の動作について説明する。
マイクロ加工された流路７の流入口４より送液装置３を用いて複合試料１を規定流量で導入する。次に、上基板１０及び下基板１１に配置された磁極上基板１２及び磁極下基板１３の各磁界発生部１５にコントローラ６より電流方向１７に準じた電流を入力することで各磁界発生部１５の周囲に磁界が発生する。前記磁界は複合試料１の流れ方向に形成されるため、複合試料１内に前記磁界による磁界が形成されることによって複合試料１が力を受けて磁気流が発生する。ここで、隣接及び対向配置している磁界発生部１５に逆極性の電流を入力することで磁気流の疎密部が発生し、特に密部では平均自由工程に起因する衝突反応を引き起こし、複合試料１が流路７内で混合攪拌される。次に、逆向きの磁界を発生させると複合試料１は先程とは逆方向の磁気流によって移動を開始し、磁気流の疎密部の逆転により攪拌部１８が移動し、再度、混合攪拌が行われる。磁界方向１６の切替動作を連続的に行うことで混合試料２を効率的に採取することができる。例えば、合計１０μＬ／ｍｉｎで供給した複合試料１を混合攪拌して混合試料２を採取し、蛍光分析装置で混合率を発光強度で測定したところ、混合率の改善を確認することができた。
【００１１】
（第４実施例）
図４は、本発明の第４実施例を示す試料混合装置の断面図である。
第３実施例と同様な複合試料１及び流路７を用い、磁極上基板１２及び磁極下基板１３には巻線を埋め込んだ磁界発生部１５を配置した。
次に、本実施例の動作について説明する。
マイクロ加工された流路７の流入口４より送液装置３を用いて複合試料１を規定流量で導入する。次に、上基板１０及び下基板１１に配置された磁極上基板１２及び磁極下基板１３の各磁界発生部１５にコントローラ６より電流方向１７に準じた電流を入力することで各磁界発生部１５の周囲に磁界が発生する。前記磁界は複合試料１の流れ方向に形成されるため、複合試料１内に前記磁界による磁界が形成されることによって複合試料１が力を受けて磁気流が発生する。ここで、隣接する磁界発生部１５に逆極性の電流を、流路７を挟んで対向配置する磁界発生部１５に同極性の電流を入力することで磁気流は流路７内で複雑に発生するため、攪拌部１８が流路７内の広域に渡って分散し、平均自由工程に起因する衝突反応を引き起こし、複合試料１が流路７内で混合攪拌される。次に、上基板１０及び下基板１１より発生する全ての磁界の向きを複合試料１の流れ方向と逆方向にすると流路７内全域で混合攪拌が活発化する。また、磁界方向１６の切替動作を連続的に行うことで混合試料２を効率的に採取することができる。
例えば、合計１０μＬ／ｍｉｎで供給した複合試料１を混合攪拌して混合試料２を採取し、蛍光分析装置で混合率を発光強度で測定したところ、混合率の改善を確認することができた。
【００１２】
（第５実施例）
図５は、本発明の第５実施例を示す試料混合装置の断面図である。
第２実施例と同様な複合試料１及び流路７を用い、は第３実施例と同様なものを用い、磁極上基板１２及び磁極下基板１３にはコイル巻線を埋め込んだ磁界発生部１５を配置した。
次に、本実施例の動作について説明する。
マイクロ加工された流路７の流入口４より送液装置３を用いて複合試料１を規定流量で導入する。次に、上基板１０及び下基板１１に配置された磁極上基板１２及び磁極下基板１３の各磁界発生部１５にコントローラ６より隣接する磁界発生部１５に逆極性の電流を入力することで隣接する磁界発生部１５間で磁界が発生する。前記磁界は複合試料１の流れ方向に形成されるため、複合試料１内に前記磁界による磁界が形成されることによって複合試料１が力を受けて磁気流が発生する。ここで、隣接する磁界発生部１５間には流路７の沿面方向に強い磁場が形成されると同時に、対向する上基板１０と下基板１１の各表面では逆向きの磁気流が発生するため、磁気流は流路７内で複雑に発生すると共に攪拌部１８が流路７内の広域に渡って分散し、平均自由工程に起因する衝突反応を引き起こし、複合試料１が流路７内で混合攪拌される。次に、上基板１０及び下基板１１より発生する全ての磁界の向きを複合試料１の流れ方向と逆方向にすると流路７内全域で混合攪拌が活発化する。また、磁界方向１６の切替動作を連続的に行うことで混合試料２を効率的に採取することができる。
例えば、合計１０μＬ／ｍｉｎで供給した複合試料１を混合攪拌して混合試料２を採取し、蛍光分析装置で混合率を発光強度で測定したところ、混合率の改善を確認することができた。
【００１３】
なお、本実施例では複合試料１として蛍光色素と酵母菌より抽出したＤＮＡ断片を用いたが、試料自身の末端に磁化特性を有する成分を予め結合させたものを用いることで、磁場形成による磁気力によって直接、試料を混合攪拌することができる。また、試料自身が磁化特性を有しなくともバッファー液中に磁化特性を有する成分が含まれていることで前記成分の攪拌により目的とする試料を間接的に混合攪拌することが可能となり、攪拌性能を向上することができる。
各試料の搬送装置３としてポンプを用いたが、電気泳動的な搬送手段を用いても同様の効果が得られる。磁界発生部１２は実施例に示される形状のみではなく、特に各磁極対における合成磁界の外部への影響を十分に考慮すればどのような形状でも同様の効果が得られる。
流路７を構成する上基板１１と下基板１２は同一または異種の種類の材質を接合させたものであってもよく、流路形状は実施例のようにチューブ状や同心円状以外の構造であってもよい。また凹凸基板１４は下基板１１面上で効率よく乱流を発生できる構造であればいずれも同様の効果が得られる。
磁界発生部１５は巻線やコイルに限定するものではなく、流路７面に沿った方向に磁界を形成できるものであればよい。また、磁界方向１６は本実施例に限定するものではなく流路７の形状等に応じて変更することは無論である。
コントローラ６から出力される電流は実施例のように決まったタイムテーブルで行う必要はなく、各磁界発生部１５を独立して制御し、最適な混合攪拌設定を行うことができる。
なお、本発明の試料混合方法及び装置は、前述の実施例のみに限定するものではなく、例えば流路径の違いや他の分野においても本発明の要旨を逸脱しない範囲の試料混合方法及び装置に適用することができる。
【００１４】
【発明の効果】
以上述べたように、本発明の試料混合方法によれば、試料が流れる流路の近傍に磁界発生部を配置し、前記磁界発生部で前記試料の流れ方向に磁場を形成し、前記磁場に起因する力を利用して流路内の前記試料を磁気的に混合攪拌するので、流路に沿った向きに磁気流を発生し流路の壁面近傍と中央部の速度勾配を大きくすることができ、効率のよい混合攪拌を行うことができるという効果がある。試料に対して物理的な力を加えることが無いため、試料の損傷を抑制することができる。また、試料と非接触に混合攪拌を行うことができ、接液による不純物の混入を抑えることができるという効果がある。
請求項２に記載の試料混合方法によれば、振動磁界を形成するので、磁場により形成された磁気流を試料の流れ方向に対して順方向及び逆方向に発生させることができ、連続的な混合攪拌を行うことができ、滞留時間と乱流発生により攪拌性能を向上することができるという効果がある。また、小刻みな振動磁界を発生させることで試料の損傷を抑えることができるという効果がある。
請求項３に記載の試料混合方法によれば、パルス的な磁界を形成するので、熱エネルギーの損失を抑えることができ、攪拌効率を向上することができる。また、磁気流を微動化させることができるため試料の損傷を抑え、単位体積当りの衝突回数を多くすることができため反応速度を向上することができるという効果がある。
請求項４に記載の試料混合方法によれば、磁界発生部を隣接させて複数設け、磁界発生部間の磁界を同一方向に磁界を形成するので、流路の接液部付近にかかる磁界強度を容易に大きくすることができ、高い粘度や低い移動度の試料でも効率よく混合攪拌を行うことができるという効果がある。
請求項５に記載の試料混合方法によれば、試料が磁界によって形成される磁場に追従できるのに十分な磁化特性を有する成分を含むので、磁場形成による磁気流によって直接、試料を混合攪拌することができるという効果がある。また、試料自身が磁化特性を有しなくとも試料中に磁化特性を有する成分が含まれていることで前記成分の攪拌により目的とする試料を間接的に混合攪拌することが可能となり、攪拌性能を向上することができるという効果がある。
請求項６に記載の試料混合装置によれば、試料を流入させる流路と、前記流路の少なくとも一つの接液面に沿った方向に配置された磁界発生部と、前記磁界発生部に磁場を形成するためのコントローラとを備えたので、流路に沿った向きに磁気流を発生し流路の壁面近傍と中央部の速度勾配を大きくすることができ、効率のよい混合攪拌を行うことができるという効果がある。試料に対して物理的な力を加えることが無いため、試料の損傷を抑制することができ、試料と非接触に混合攪拌を行うことができるため、接液による不純物の混入を抑えることができるという効果がある。
請求項７に記載の試料混合装置によれば、流路の少なくとも一つの接液面を凹凸形状とするので、磁気流によって生じる試料の流れを接液面付近で乱流化することができ、攪拌性能を向上することができるという効果がある。また、凹凸を有することで層流を容易に乱流化することができるという効果がある。
請求項８に記載の試料混合装置によれば、隣接する磁界発生部を干渉させて試料の流れ方向に一つの磁場を形成するようにするので、流路の接液部付近にかかる磁界強度を容易に大きくすることができ、高い粘度や低い移動度の試料でも効率よく混合攪拌を行うことができるという効果がある。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１実施例を示す試料混合装置の断面図
【図２】本発明の第２実施例を示す試料混合装置の断面図
【図３】本発明の第３実施例を示す試料混合装置の断面図
【図４】本発明の第４実施例を示す試料混合装置の断面図
【図５】本発明の第５実施例を示す試料混合装置の断面図
【図６】従来の試料混合装置の上断面図
【符号の説明】
１  複合試料
２  混合試料
３  送液ポンプ
４  流入口
５  流出口
６  コントローラ
７  流路
１０  上基板
１１  下基板
１２  磁極上基板
１３  磁極下基板
１４  凹凸基板
１５  磁界発生部
１６  磁界方向
１７  電流方向
１８  攪拌部
５０  光圧ミキサ
５１  攪拌槽
５２  試料ａ
５３  試料ｂ
【図１】
2005009905.tif 000003
【図２】
2005009905.tif 000004
【図３】
2005009905.tif 000005
【図４】
2005009905.tif 000006
【図５】
2005009905.tif 000007
【図６】
2005009905.tif 000008