(57)【要約】【課題】マイクロリアクタを利用して迅速かつ選択的な温度制御が可能なマイクロ化学反応装置を得る。【解決手段】複数溶液を複数のチューブ３０２，３０３からマイクロ流路を有したマイクロリアクタ３０１を介して混合反応チューブ３０４へ導くマイクロ化学反応装置において、少なくとも複数のチューブ３０２，３０３のいずれかにマイクロ波を照射する。【選択図】図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数溶液を複数のチューブからマイクロ流路を有したマイクロリアクタを介して混合反応チューブへ導くマイクロ化学反応装置において、
少なくとも前記複数のチューブのいずれかにマイクロ波を照射することを特徴とするマイクロ化学反応装置。
【請求項２】
請求項１に記載のものにおいて、前記チューブが貫通するように配置された導波管と、マグネトロンとを備え、前記マイクロ波の照射は前記マグネトロンによってマイクロ波を発生させ、前記導波管の内部へ照射されることで行われることを特徴とするマイクロ化学反応装置。
【請求項３】
請求項１に記載のものにおいて、前記複数のチューブは２本とされ、該２本のチューブにマイクロ波が照射されることを特徴とするマイクロ化学反応装置。
【請求項４】
請求項１に記載のものにおいて、前記混合反応チューブにマイクロ波が照射されることを特徴とするマイクロ化学反応装置。
【請求項５】
請求項１に記載のものにおいて、前記複数のチューブ及び前記混合反応チューブに設置された温度センサーを備え、該温度センサーにより検出された値により前記マイクロ波照射強度、あるいはマイクロ波照射強度を一定とし照射時間を制御することを特徴とするマイクロ化学反応装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、微細流路によって化学反応を行うマイクロ反応装置に関して、特に、遺伝子分析，ナノ材料を対象にした材料合成，酵素反応での薬品合成などにおいて、より高速，高収率とするものに好適である。
【背景技術】
【０００２】
近年有機化学合成の分野において微小流路を備えたマイクロリアクタの開発およびそれによる化学反応の実施が盛んに行われるようになってきている。マイクロリアクタは(１)精密な温度制御を行うことが出来る、（２）流れが層流である、（３）単位体積あたりの表面積が大きい、（４）物質の拡散長が短いため迅速に混合が行われる、（５）装置内の容器が小さく微少量での合成が可能、といった特徴を持つ装置であり、これらの特徴を活かし従来にない高速，高収率での化学反応が行えることが期待されている。  
また、通常マイクロリアクタは外部からの伝熱によって化学反応を安定にするための温度管理が行われている。さらに、流れる流体の速度や流量に応じて化学反応を安定にするため、流体の通流方向に沿って複数のマイクロヒータを設け、選択的に通電することが知られ、例えば、特許文献１に記載されている。
【０００３】
【特許文献１】特開２００３−４７８３９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
従来のマイクロリアクタで用いられる加熱方法は外部からの伝熱方式であるため、加熱あるいは熱除去にある程度の時間を要し、また流路内の特定の位置のみを選択的に加熱する、あるいは分子構造に依存した選択的な加熱を行う等は不可能であった。また、マイクロリアクタによる化学反応の収率および選択率の向上は反応の収率が分子の拡散速度に依存している場合であり、収率が反応時間に依存するいわゆる反応律速の反応系へのマイクロリアクタの適応は困難であった。  
さらに、マイクロリアクタによる反応効率の向上は混合の促進と精密な温度制御に起因するものであり、反応系が触媒を必要とする場合などは流路表面に触媒を固定するなど反応に応じて流路の設計を求められる場合があった。
【０００５】
本発明の目的は、上記従来技術の課題を解決し、マイクロリアクタを利用して迅速かつ選択的な温度制御が可能なマイクロ化学反応装置を提供することにある。また、他の目的は、反応律速の反応系に対応したマイクロリアクタとすることにある。さらに、他の目的は、多種多様にわたる化学反応系に対して柔軟な適応を行える簡便なマイクロ化学反応装置とすることにある。  
なお、本発明は上記目的の少なくとも一つを達成するものである。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記目的を達成するために、本発明は、複数溶液を複数のチューブからマイクロ流路を有したマイクロリアクタを介して混合反応チューブへ導くマイクロ化学反応装置において、少なくとも前記複数のチューブのいずれかにマイクロ波を照射するものである。
【発明の効果】
【０００７】
本発明によれば、マイクロ流路を持つ化学反応装置において、マイクロ波を照射する装置を流路に対し適応することにより、内部加熱による高速，高効率かつ選択的な温度制御を可能とできる。さらに、マイクロ波の照射による反応速度・収率の向上効果により反応律速の反応系に対してもマイクロリアクタを適応することが可能となり、無溶媒・無触媒での化学合成も可能となって、多種多様にわたる化学反応系に対して柔軟な適応を行うことができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００８】
以下、図を参照して一実施の形態を説明する。  
図１は、マイクロ波発生装置ならびに導波管内を通る溶液流路の概略を示している。マイクロ波照射装置はマグネトロン１０１と導波管１０２によって構成され、マグネトロン１０１は１ｋＷの出力により２.４５ＧＨｚ のマイクロ波を発生させ、アンテナドーム
１０４より導波管１０２の内部へ照射される。  
溶液のチューブ１０３は導波管１０２内を貫通する形で配置する。導波管１０２の端部と溶液のチューブ１０３との距離Ｌは、マイクロ波の波長λに対してＬ＝λ／４となるようにする。導波管１０２内においてマグネトロン１０１によって発生させたマイクロ波は、溶液のチューブ１０３内を通過する溶媒および溶質分子に吸収され、溶液温度の上昇および溶質分子の活性化を引き起こす。また、マイクロ波照射の効果として、溶液をその沸点以上の温度まで上昇させることも可能となる。
【０００９】
マイクロ波発生装置および溶液流路部分の斜視図を図２に示し、溶液のチューブ１０３は導波管との入口接続部２０１より導波管１０２内に入る。導波管１０２内においては溶液のチューブ１０３はコイル状の形状であり、導波管との出口接続部２０２より外部へと出る。  
導波管１０２内部においてコイル状となっている溶液のチューブ１０３と導波管１０２の各端部との距離はマイクロ波の波長λの４分の１にほぼ等しくなるよう配置する。溶液のチューブ１０３が貫通する部分である導波管との入口接続部２０１および導波管との出口接続部２０２はマイクロ波の漏出を防ぐための機構を施す（図示せず）。
【００１０】
図３は２液の混合部分となるマイクロリアクタ３０１の上流部にマイクロ波照射装置を備えたことを示している。マイクロリアクタ３０１は微細流路構造を持つものであれば流路形状はＹ字型，Ｔ字型が望ましく、中心衝突型，多層構造を持った形状のものを用いても良い。
【００１１】
原料となる溶液Ａのチューブ３０２および溶液Ｂのチューブ３０３、混合後の流路となる反応時間調節用チューブ３０４がマイクロリアクタと接続され、反応時間が調節される。マグネトロン１０１および導波管１０２は、溶液Ａのチューブ３０２に対しマイクロリアクタ３０１の上流側の直前に配置する。  
溶液Ａは溶液Ａのチューブ３０２内を通過し、マイクロ波の照射を受ける。その後、溶液Ａはマイクロ波により加熱され、かつ分子が活性化された状態で溶液Ｂのチューブ303内を流れる溶液Ｂとマイクロリアクタ３０１内で混合される。混合溶液は反応時間調節用チューブ３０４へ流れる。マイクロ波照射装置は溶液Ｂのチューブ３０３に対し適応することでも良く、溶液Ａのチューブ３０２および溶液Ｂのチューブ３０３の両方に対し取り付けても良い。
【００１２】
図４はマイクロリアクタ３０１に対しその混合後の流路となる溶液の反応時間調節用チューブ３０４にマイクロ波照射装置を適応させた図を示している。マグネトロン１０１および導波管１０２はマイクロリアクタ３０１の下流側の直後に配置される。  
溶液Ａおよび溶液Ｂはマイクロリアクタ３０１内で混合されたのち、反応時間調節用チューブ３０４に流れ込む。反応時間調節用チューブ３０４は導波管内を貫通しているため、混合溶液はマイクロ波によって加熱され、溶質分子は活性化される。
【００１３】
図５ではマイクロリアクタ３０１に対しその原料溶液側，混合溶液側の流路すべてに対しマイクロ波照射装置を適応させたものを示している。溶液Ａのマグネトロン５０１および導波管５０２が溶液Ａのチューブ３０２のマイクロリアクタ３０１との中継部直前に、溶液Ｂのマグネトロン５０３および導波管５０４が溶液Ｂのチューブ３０３のマイクロリアクタ３０１との中継部直前に、混合溶液用のマグネトロン５０５および導波管５０６が反応時間調節用チューブ３０４のマイクロリアクタ３０１との中継部直後にそれぞれ配置されている。  
それぞれのマグネトロンは異なった周波数を出すものを用いることが望ましい。溶液Ａおよび溶液Ｂはそれぞれ溶液Ａのチューブ３０２および溶液Ｂのチューブ３０３を通じて溶液Ａ用の導波管５０２内および溶液Ｂ用の導波管５０４内においてマイクロリアクタ照射を受ける。このことにより、溶液Ａおよび溶液Ｂは加熱、かつ活性化された状態でマイクロリアクタ３０１内に流入し、混合される。その後、混合溶液は反応時間調節用チューブ３０４を通じて混合溶液用の導波管５０６内でマイクロ波の照射を受け、さらに加熱・活性化される。
【００１４】
図６は、反応装置を用いた実験システムであり、溶液Ａのポンプ６０１および溶液Ｂのポンプ６０２がそれぞれ溶液Ａのチューブ３０２および溶液Ｂのチューブ３０３と接続され、溶液の送液を行う。  
溶液Ａのポンプ６０１および溶液Ｂのポンプ６０２については流量を指定して送液可能なものが良い。また、混合部であるマイクロリアクタ３０１は熱媒６０４を満たした恒温槽６０３内に配置する。恒温槽６０３は加温および冷却能力を備え、常に一定の温度調節が可能となるものが望ましい。
【００１５】
熱媒６０４はマイクロリアクタ３０１が完全に沈む液量とし、水やエチレングリコールなどが良い。マイクロリアクタ３０１後部の混合・反応溶液のチューブ３０４の先端には反応溶液タンク６０５を設置する。溶液Ａのチューブ３０２、溶液Ｂのチューブ３０３および反応時間調節用チューブ３０４に対して温度センサー６０６を設置し温度のモニタリングを行う。モニタリングされた溶液の温度はデータ処理装置６０７で処理され、設定温度に対する実測温度の差に応じて、データ処理装置６０７は溶液Ａのポンプ６０１および溶液Ｂのポンプ６０２の流量を調節するので、多種多様にわたる化学反応系を制御することが容易となる。また、温度センサー６０６により検出された値に応じて送液速度を調節したり、マイクロ波照射強度を変化させたり、マイクロ波照射強度を一定とし照射時間を変えたり、して制御すれば、より一層、多種多様な化学反応に対応することができる。
【００１６】
以上、原料溶液側，混合溶液側の流路に対しマイクロ波照射装置を設けたので、流路内の特定の位置のみを選択的に加熱する、あるいは分子構造に依存した選択的な加熱を行う等が可能となる。また、収率が反応時間に依存するいわゆる反応律速の反応系であっても、マイクロ波の照射による加熱・活性化によって、マイクロリアクタの反応速度・収率の向上ができる。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】本発明による一実施の形態のマイクロ波照射装置を示す側断面図。
【図２】図１の斜視図。
【図３】本発明による一実施の形態を示す装置の構成図。
【図４】他の実施の形態を示す装置の構成図。
【図５】さらに、他の実施の形態を示す装置の構成図。
【図６】一実施の形態による反応装置全体を示す構成図。
【符号の説明】
【００１８】
１０１，５０１，５０３，５０５…マグネトロン、１０２…導波管、１０３，３０２，３０３…チューブ、１０４…アンテナドーム、２０１…入口接続部、２０２…出口接続部、３０１…マイクロリアクタ、３０４…反応時間調節用チューブ、５０２,５０４,５０６…導波管、６０６…温度センサー。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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