Устройство для смешивания веществ и способ смешивания веществ

Устройство для смешивания веществ и способ смешивания веществ

Иллюстрации

Показать все

Реферат

Область техники, к которой относится изобретение

Настоящее изобретение относится к устройству для смешивания веществ и способу для смешивания веществ, если более точно, то к устройству и способу смешивания веществ путем столкновения друг с другом капель, выпускаемых из отверстий двух или более проточных каналов.

Уровень техники

В последние годы в отраслях биотехнологии и химии совершенствуется процесс анализа реакции, и происходит его увеличение по масштабу и скорости. Для реализации высокой производительности процесса анализа реакции эффективным является одновременный анализ большого количества микрореакционных систем. При большом количестве реакционных систем, например, когда выполняется анализ на веществе, имеющем чрезвычайно высокую скорость реакции, реакция протекает в части реакционных систем до того момента, когда заканчивается смешивание всех реакционных систем. В результате, большое количество реакционных систем не может быть проанализировано при одинаковых условиях, и точный результат анализа не может быть получен.

С другой стороны, при использовании микрореакционных систем существует проблема, которая становится сложной, заключающаяся в том, чтобы равномерно смешать вещества в определенном количестве. Когда количество веществ варьируется среди реакционных систем или веществ, они смешиваются неоднородно, воспроизводимость анализов уменьшается, и надежный результат анализа не может быть получен.

В качестве технологии, которая дает возможность смешивать микроэлементы равномерно в определенном количестве, патентный документ 1 раскрывает способ равномерного смешивания и устройство равномерного смешивания веществ, которые характеризуются тем, что включают в себя два или более средств для испускания капель жидкости пьезоэлектрического типа, а также тем, что маленькие капли жидкости, выпускаемые из средств для испускания капель жидкости, принудительно сталкиваются друг с другом, для того чтобы они были равномерно смешаны. В соответствии с этой технологией, становится возможной операция реакции-смешивания мельчайшего количества веществ, и вещества могут прореагировать равномерно, и таким образом может быть получен однородный продукт реакции. Следует отметить, что «средства для испускания капель жидкости пьезоэлектрического типа» адаптированы для вещества в способе равномерного смешивания и подобны устройству для испускания капель жидкости, которое создает давление в компрессионной камере для жидкости при частичном деформировании участка стенки компрессионной камеры для жидкости с помощью пьезоэлектрического/электрострикционного устройства, чтобы таким образом впрыснуть жидкость в компрессионную камеру для жидкости из соплового отверстия.

Патентный документ 1: выложенная заявка на патент Японии №Hei 11-262644.

Раскрытие изобретения

Проблемы, которые должны быть решены с помощью изобретения

Традиционно, в отраслях биотехнологии и химии биологически существенные мельчайшие частицы, такие как клетка, микроорганизм, липосома, а также синтетические мельчайшие частицы, такие как частицы латекса, частицы геля, и промышленные частицы, смешиваются с различными соединениями. При этом анализируется реакция мельчайших частиц и соединений.

Например, в области биотехнологии лимфоциты и антигены смешиваются в большом количестве ячеек, чтобы отбирать антиген-специфические В клетки, связанные с антигенами, или лимфоциты смешиваются с раковыми клетками или инфицированными вирусом клетками в ячейках, чтобы отбирать Т клетки с клеточным нарушением, которое вызвало разрушение раковых клеток, и подобные процессы. Обнаруженные антиген-специфические В клетки и Т клетки с клеточным нарушением, подвергаются генетическому анализу после осуществления выборки, и используются в разработках лекарств с антителами и для активирования иммунитета клетки. При отсеивании лимфоциты, поодиночке или во множестве, распределяются в ячейки, чтобы смешиваться с антигенами или подобными продуктами, и выполняется высокопроизводительное отсеивание, называемое "single-cell screening" отсеивание одной клетки для определения реакции и объектной клетки.

В способе равномерного смешивания веществ и устройстве смешивания веществ, раскрытого в приведенном выше патентном документе 1, несмотря не то, что определенное количество микроэлементов может быть смешано равномерно, смешивание таких мельчайших частиц с веществом и смешивание мельчайших частиц с мельчайшими частицами не предполагается.

В этом отношении настоящее изобретение направлено, главным образом, на обеспечение устройства для смешивания веществ, которое способно равномерно смешивать микроэлементы в определенном количестве, а также смешивать мельчайшие частицы.

Средства для решения проблемы

Для решения изложенных выше проблем, согласно настоящему изобретению, обеспечивается устройство для смешивания веществ, включающее в себя: два или более проточных каналов, в каждом из которых формировано отверстие, из которого жидкость, которая протекает через него, выпускается наружу; колебательное устройство, которое образует капли жидкости, выпускаемые из каждого отверстия, за счет колебаний, по меньшей мере, в части проточных каналов, где расположено отверстие при заданной частоте колебаний, и выпускает капли жидкости; и средства для того, чтобы вызвать столкновение между собой капель жидкости, выпускаемых из отверстий проточных каналов.

Устройство для смешивания веществ дополнительно включает в себя: средства обнаружения, для того чтобы обнаруживать мельчайшие частицы, содержащиеся в жидкости, которая протекает через проточные каналы; и средства управления для вычисления интервала отправки потока мельчайших частиц на основе сигнала обнаружения мельчайших частиц от средств обнаружения, а также для управления частотой колебаний колебательного устройства, на основе вычисленного интервала отправки потока мельчайших частиц. Средства управления осуществляют управление частотой колебаний таким образом, что заданное количество мельчайших частиц примешивается к каплям жидкости, выпускаемым из отверстий проточных каналов, через которые протекает жидкость, включающая в себя мельчайшие частицы.

Кроме того, устройство для смешивания веществ дополнительно включает в себя: средства для заряда, чтобы передавать заряд каплям жидкости, выпускаемым из отверстий; и парные электроды, обеспеченные противоположно друг другу вдоль направления перемещения капель жидкости, полученных с помощью столкновения. Направление перемещения капель жидкости, полученных при столкновении, управляется с помощью силы электрического действия, генерируемой с помощью заряда, переданного каплям жидкости, выпускаемым из отверстий, и парных электродов. За счет управления направлением перемещения капель жидкости, полученных с помощью столкновения, может быть осуществлена выборка капель жидкости в две или более областей.

Альтернативно, устройство для смешивания веществ может дополнительно включать в себя приводные средства для относительного перемещения отверстий проточных каналов по отношению к двум или более областей, для осуществления выборки и размещения капель жидкости, полученных при столкновении. За счет относительного перемещения отверстий проточных каналов по отношению к областям может быть осуществлена выборка капель жидкости, полученных при столкновении, в две или более областей.

В устройстве для смешивания веществ формирование проточных каналов в единой микросхеме является благоприятствующим фактором. Настоящее изобретение также обеспечивает микросхему*, включающую в себя два или более проточных каналов, в каждом из которых формируется отверстие, из которого выпускается наружу жидкость, протекающая через проток, при этом капли жидкости, выпускаемые каждым из отверстий, формируются с помощью колебаний, по меньшей мере, той части, где находится отверстие, и выпускает капли жидкости, а проточные каналы обеспечиваются таким образом, что капли жидкости, выпускаемые из отверстий, сталкиваются друг с другом.

В микросхеме заданная часть проточного канала структурирована как участок обнаружения, используемый для обнаружения мельчайших частиц, содержащихся в жидкости, которая протекает через проточный канал, при этом площадь поперечного сечения той части, где находятся отверстия проточных каналов, является меньшей, чем площадь участка обнаружения.

В микросхеме мельчайшая трубка, с помощью которой вводится ламинарный поток второй жидкости, содержащий мельчайшие частицы, в ламинарный поток первой жидкости, которая протекает через проточные каналы, может быть обеспечена выше по течению относительно участка обнаружения в направлении подачи жидкости.

Для мельчайшая трубки предпочтительно, чтобы она была образована из металла, к которому может быть приложено напряжение. Соответственно, мельчайшая трубка может быть структурирована как средство для заряда, чтобы передавать заряд к капелькам жидкости, выпускаемым из отверстий.

Микросхема может дополнительно включать в себя колебательное устройство, которое генерирует колебания, по меньшей мере, в области отверстия проточных каналов.

Кроме того, настоящее изобретение обеспечивает способ смешивания вещества, включающий в себя: расположение двух или более проточных каналов, в каждом из которых формируется отверстие, из которого жидкость, которая протекает через протоки, выпускается наружу; формирование капель жидкости, выпускаемых из отверстий, с помощью колебаний, по меньшей мере, в области отверстия протоков с заданной частотой колебаний и выпускание этих капель жидкости; и принуждение капель жидкости, выпускаемых из проточных каналов, сталкиваться друг с другом.

В способе смешивания вещества может быть вызвано протекание жидкости включающей в себя мельчайшие частицы, через какой-либо один из проточных каналов, при этом капли жидкости, включающие в себя мельчайшие частицы и выпускаемые из отверстия проточного канала, принуждаются сталкиваться с капельками жидкости, выпускаемыми из отверстия другого проточного канала, чтобы таким образом смешивать мельчайшие частицы с веществом. В этом случае, за счет управления частотой колебаний, основанного на интервале отправки потока мельчайших частиц, содержащихся в потоке, который протекает через проточные каналы, заданное количество мельчайших частиц может быть примешано к капелькам жидкости, выпускаемым из отверстий проточных каналов.

Способ смешивания вещества может дополнительно включать в себя: передачу заряда капелькам жидкости, выпускаемым из отверстий; управление направлением перемещения капель жидкости, полученных при столкновении, с помощью силы электрического действия, генерируемой с помощью парных электродов, обеспеченных напротив друг друга вдоль направления перемещения капель жидкости, полученных при столкновении, и заряда, переданного капелькам жидкости; и распределения капель жидкости, полученных с помощью столкновения, на две или более области. Альтернативно, капли жидкости, полученные с помощью столкновения, могут быть распределены на две или более области с помощью относительного перемещения отверстий проточных каналов по отношению к этим областям.

В способе смешивания вещества предпочтительно, чтобы проточные каналы были сформированы в единой микросхеме.

В настоящем изобретении «мельчайшие частицы» в значительной степени включают в себя биологически значимые мельчайшие частицы, такие как клетки, микроорганизмы, липосомы, а также синтетические мельчайшие частицы, такие как частицы латекса, частицы геля, и промышленные частицы.

Биологически значимые мельчайшие частицы включают в себя хромосомы, составляющие различные клетки, липосомы, митохондрии, и органеллы (клеточные органеллы). Клетки-мишени включают в себя клетки животных (клетки крови) и клетки растений. Микроорганизмы включают в себя бактерии, такие как Бацилла коли, вирусы, такие как табачный мозаичный вирус, а также грибки, такие как дрожжи. Биологически значимые мельчайшие частицы могут также включать в себя биологически значимые полимеры, такие как нуклеиновая кислота, протеин и их совокупность. Кроме того, промышленные частицы могут быть, например, органическим или неорганическим полимерным материалом или металлом. Органический полимерный материал включает в себя полистирол, стироловый дивинилбензол и полиметилметакрилат. Неорганический полимерный материал включает в себя стекло, диоксид кремния, и магнитный материал. Металл включает в себя золотой и алюминиевый коллоидный раствор. Формой мельчайших частиц обычно является сфера, но вместо этого может быть и несферическая форма, при этом размер и масса также не имеют особых ограничений.

Осуществление изобретения

Согласно настоящему изобретению, может быть обеспечено устройство смешивания вещества, которое способно равномерно смешивать микроэлементы в определенном количестве, а также смешивать мельчайшие частицы.

Краткое описание чертежей

Фиг.1 является схемой для объяснения первого варианта осуществления изобретения устройства смешивания вещества, в соответствии с настоящим изобретением.

Фиг.2 является схемой для объяснения измененного примера первого варианта осуществления изобретения устройства смешивания вещества, в соответствии с настоящим изобретением.

Фиг.3 является схемой для объяснения второго варианта осуществления изобретения устройства смешивания вещества, в соответствии с настоящим изобретением.

Фиг.4 является схемой для объяснения измененного примера второго варианта осуществления изобретения устройства смешивания вещества, в соответствии с настоящим изобретением.

Фиг.5 является схемой для объяснения средств обнаружения и средств управления, которыми оборудовано устройство смешивания вещества, в соответствии с настоящим изобретением.

Фиг.6 является схемой для объяснения структуры, используемой для распределения смешанных капель жидкости в устройстве смешивания вещества, в соответствии с первым вариантом осуществления изобретения.

Фиг.7 является схемой для объяснения структуры, используемой для распределения смешанных капель жидкости в устройстве смешивания вещества, в соответствии с измененным примером первого варианта осуществления изобретения.

Фиг.8 является схемой для объяснения третьего варианта осуществления изобретения устройства смешивания вещества, в соответствии с настоящим изобретением.

Фиг.9 является схемой для объяснения устройства микросхемы, в соответствии с настоящим изобретением.

Фиг.10 является диаграммой, схематически показывающей капли жидкости выпускаемые из микросхемы, в соответствии с настоящим изобретением.

Фиг.11 являются схемами для объяснения установочного положения мельчайшей трубки 116, структуры проточного канала 11 поблизости от сужающегося участка 117, а также состояний ламинарного потока пробной жидкости и ламинарного потока проточной жидкости.

Фиг.12 являются схемами для объяснения структуры участка 118 с повышенным давлением, структуры проточного канала 11 поблизости от отверстия 111, а также состояний ламинарного потока пробной жидкости и ламинарного потока проточной жидкости.

Фиг.13 являются схемами для объяснения ширины и глубины проточного канала 11 на соответствующих участках.

Фиг.14 являются схемами для объяснения других предпочтительных вариантов осуществления изобретения, касающихся ширины и глубины проточного канала 11 на соответствующих участках.

Фиг.15 является схемой для объяснения структуры распределения смешанных капель жидкости в устройстве смешивания вещества, выполненного в виде микросхемы.

Наилучшие режимы для выполнения изобретения

В дальнейшем будут описаны предпочтительные варианты осуществления изобретения для воплощения настоящего изобретения со ссылками на чертежи. Следует заметить, что описанные ниже варианты осуществления изобретения являются только примерами репрезентативных вариантов настоящего изобретения, и в связи с этим, диапазон настоящего изобретения не следует узко интерпретировать. Следует заметить, что описание будет приведено в следующем порядке:

1. Средства для столкновения.

(1-1) Первый вариант осуществления изобретения,

(1-2) Второй вариант осуществления изобретения,

2. Средства обнаружения и средства управления.

3. Распределение смешанных капель жидкости,

(3-1) Распределение с помощью использования заряда,

(3-2) Распределение с помощью приводных средств.

4. Устройство смешивания вещества, выполненное в виде микросхемы,

(4-1) Общий обзор структуры устройства,

(4-2) Микросхема,

(4-3) Распределение с помощью средств использования заряда,

(4-4) Распределение с помощью приводных средств.

1. Средства для столкновения.

(1-1) Первый вариант осуществления изобретения.

Фиг.1 является схематической диаграммой для объяснения первого варианта осуществления изобретения устройства смешивания вещества, в соответствии с настоящим изобретением. Устройство смешивания вещества этого варианта осуществления изобретения имеет характеристики, которые позволяют веществам смешиваться за счет принуждения капель жидкости, выпускаемых из отверстий двух проточных каналов, сталкиваться друг с другом. Фигура показывает структуру средств, оборудованных в устройстве смешивания вещества, для того чтобы заставить капли жидкости сталкиваться друг с другом.

На этой фиг. ссылочные позиции 11 и 12 обозначают проточные каналы, через которые протекают жидкости, содержащие вещества, которые должны быть смешаны. В проточных каналах 11 и 12 формируются отверстия 111 и 121 для выпуска наружу протекающих в проточных каналах. Кроме того, ссылочные позиции 112 и 122 обозначают колебательные устройства, которые вызывают колебания, по меньшей мере, той части, где находятся отверстия 111, 121, проточных каналов 11 и 12 с заданной частотой колебаний, чтобы таким образом сформировать капли из тех жидкостей, которые должны выпускаться из отверстий 111, 121 протоков, и выпускать их наружу. Каждое из колебательных устройств 112 и 122 состоит из пьезоколебательного или подобного устройства и обеспечивается таким образом, чтобы прикладывать заданные колебания к проточным каналам 11 и 12 целиком или к некоторой части протоков, включая, по меньшей мере, часть с отверстиями 111, 121.

Жидкости, содержащие вещества, которые должны быть смешаны, подаются к проточным каналам 11 и 12 с помощью средств подачи жидкости (не показаны) и выпускаются как капли А и В жидкости из отверстий 111 и 121 за счет воздействия колебательных устройств 112 и 122. В это время за счет регулирования количества подаваемой жидкости (расхода жидкости) по отношении к проточным каналам 11 и 12, диаметров отверстий 111 и 121, частоты колебаний колебательных устройств 112 и 122, и подобных функций, размеры капель А и В жидкости могут регулироваться, и вещества могут примешиваться к капелькам в определенном количестве. Выпускаемые капли А и В жидкости становятся единой капелькой G за счет их столкновения друг с другом в заданном положении в пространстве, расположенном снаружи проточных каналов 11 и 12 при этом вещества, содержащиеся в капельках А и В жидкости, смешиваются в капельке G. Капелька G летит в соответствии с силой инерции капель А и В и отбирается в сосуде, обозначенном на фигуре ссылочной позицией 2. Угол θ₁₂ столкновения капель А и В жидкости, а также расстояния L₁₁ и L₁₂ пролета до позиции столкновения устанавливаются соответствующим образом, на основании скорости полета или размера капель А и В жидкости, интервала выхода из отверстий 111 и 121, и подобным образом, чтобы дать возможность капелькам А и В столкнуться друг с другом.

В устройстве смешивания веществ, за счет выпуска жидкостей, содержащих вещества, которые должны быть смешаны, из отверстий 111 и 112 проточных каналов 11 и 12, таких как капли А и В жидкости, и принуждая их сталкиваться друг с другом, вещества, содержащиеся в капельках, могут быть равномерно смешаны за короткое время. Кроме того, поскольку вещества могут быть примешаны к капелькам А и В жидкости в определенном количестве, не происходит варьирования в количестве смешанных веществ.

Жидкость, которая протекает через проточные каналы 11 или 12, может включать в себя 1 или 2, или более веществ. Таким образом, 1 или 2, или более веществ, содержащиеся в капельке А, а также 1 или 2, или более веществ, содержащиеся в капельке В, смешиваются в капельке G за счет столкновения капель А и В жидкости.

Угол θ₁₂ столкновения капель А и В жидкости, а также расстояния L₁₁ и L₁₂ пролета до позиции столкновения, могут быть установлены соответствующим образом, на основании скорости полета или размера капель А и В жидкости, интервала выхода из отверстий 111 и 121, и подобным образом. Например, как показано на фиг.2, есть возможность установить проточные каналы 11 или 12 почти на 90 градусов таким образом, что угол θ₁₂ столкновения капель А и В жидкости, выпускаемых из отверстий проточных каналов становится равным почти 90 градусам. Угол столкновения капель жидкости может быть установлен соответствующим образом, чтобы он был больше, чем 0 градусов, и меньше, чем 180 градусов.

Фиг.2 показывает установочную позицию сосуда 2 в том случае, когда масса капли В существенно меньше, чем масса капли А, и в связи с этим направление полета капли G после столкновения капель А и В не изменяется по сравнению с направлением испускания капли А. Поскольку капелька G летит в соответствии с силой инерции капель А и В, сосуд 2 необходимо разместить в направлении, по которому летит капелька G.

Следует заметить, что в первом варианте осуществления изобретения, показанном на фиг.1, и измененном примере, показанном на фиг.2, нет необходимости для всех капель А и В сталкиваться для того, чтобы смешаться, и может существовать капелька А, которая не столкнулась с капелькой В. Кроме того, может быть капелька В, которая не столкнулась с капелькой А. Например, капелька В, выпущенная из отверстия 121, может быть смешана с капелькой А, выпущенной из отверстия 111, в соотношении два к одному. В этом случае сама капелька А, которая не столкнулась с капелькой В, и капелька G, полученная при столкновении и смешивании с капелькой В, отбираются в сосуд 2. Капелька В может принуждаться сталкиваться с капелькой А в соотношении два к одному за счет регулирования расстояний L₁₁ и L₁₂ пролета до позиции столкновения капель А и В, интервала выпуска капель из отверстий, и подобных параметров.

(1-2) Второй вариант осуществления изобретения

Фиг.3 является схематической диаграммой для объяснения второго варианта осуществления изобретения устройства смешивания вещества, в соответствии с настоящим изобретением. Устройство смешивания вещества этого варианта осуществления изобретения имеет характеристики, которые обеспечивают выпуск жидкости, содержащей мельчайшие частиц, из отверстия одного проточного канала, и принуждают ее сталкиваться с капельками жидкости, выпускаемыми из отверстий других двух проточных каналов, чтобы таким образом смешивать вещества, содержащие мельчайшие частицы. Фигура показывает структуру средств, оборудованных в устройстве смешивания вещества, для того чтобы заставить капли жидкости сталкиваться друг с другом.

На этой фигуре ссылочные позиции 11, 12 и 13 обозначают проточные каналы, через которые протекают жидкости, содержащие вещества, которые должны смешиваться. Среди этих жидкостей та жидкость, которая содержит мельчайшие частицы Р, протекает через проточный канал 11. Отверстия 111, 121 и 131 для выпуска наружу протекающих жидкостей формируются в соответствующих проточных каналах, при этом обеспечиваются колебательные устройства 112, 122 и 132 для формирования капель жидкостей, которые должны быть выпущены из отверстий, и для испускания их наружу.

Жидкости, содержащие вещества, которые должны быть смешаны, подаются к проточным каналам с помощью средств подачи жидкости (не показаны) и выпускаются как капли А, В и С жидкости из отверстий за счет воздействия колебательных устройств. Среди этих капель капли А, выпущенные из отверстия 111, включают в себя мельчайшие частицы Р, содержащиеся в жидкости, которая протекает через проточный канал 11. Выпущенные капли А, В и С становятся единой капелькой G при столкновении друг с другом в заданном положении в пространстве снаружи проточных каналов 11, 12 и 13, при этом мельчайшие частицы Р, содержащиеся в капельке А жидкости, смешиваются с веществами, содержащимися в капельках В и С, формируясь в капельку G. После этого капелька G пролетает в соответствии с силой инерции капель А, В и С и отбирается в сосуд 2.

Угол θ₁₂ столкновения капель А и В жидкости, угол θ₁₃ столкновения капель А и С жидкости, а также расстояния L₁₁, L₁₂ и L₁₃ пролета до позиции столкновения капель устанавливаются соответствующим образом, на основании скорости полета или размера капель жидкости, интервала выпуска из отверстий, и подобным образом, чтобы дать возможность капелькам жидкости столкнуться друг с другом.

В устройстве смешивания веществ жидкость, включающая в себя мельчайшие частицы Р, выпускается из отверстия 111 проточного канала 11 как капелька А, а жидкости, содержащие вещества, которые должны смешиваться, выпускаются из отверстий 121 и 132 проточных каналов 12 и 13 как капли В и С.За счет того, что эти капли принуждаются сталкиваться друг с другом, мельчайшие частицы и вещества, содержащиеся в капельках, могут быть равномерно перемешаны за короткий промежуток времени. Кроме того, поскольку вещества могут быть примешаны к капелькам В и С в определенном количестве, множество веществ может быть смешано с мельчайшими частицами Р, не приводя при этом к вариациям в количествах этих веществ.

При смешивании капель А, В и С столкновение и смешивание трех капель может быть выполнено в то же самое время, или сначала может быть выполнено столкновение и смешивание любых двух капель из этих трех. Столкновение и смешивание капель может быть выполнено с произвольным распределением во времени. Например, как показано на фиг.4, проточные каналы 11 и 12 устанавливаются почти на 90 градусов, т.е. таким образом, что капелька А, выпускаемая из отверстия 111 и содержащая мельчайшие частицы Р, сначала сталкивается с капелькой В, выпускаемой из отверстия 121, чтобы таким образом получить капельку G. Соответственно, мельчайшие частицы Р и вещество, содержащееся в капельках А и В, смешиваются. Затем, проточный канал 13 устанавливается почти на 90 градусов относительно направления полета капли G, т.е. таким образом, что капелька С, выпускаемая из отверстия 131 сталкивается с капелькой G, чтобы таким образом получить капельку Н. Соответственно, мельчайшие частицы и вещество, содержащиеся в капельках Н и С, могут быть смешаны.

Кроме того, не всегда необходимо обеспечивать сталкивание и смешивание всех капель А, В и С.Например, могут сталкиваться с целью их смешивания только две из этих капель. Комбинация капель, подвергаемых сталкиванию и смешиванию, может быть установлена произвольно. Например, капелька В, выпускаемая из отверстия 121, может принуждаться сталкиваться с капелькой А, выпускаемой из отверстия 111, в соотношении два к одному и смешиваться с ней. В этом случае капелька, которая сталкивается с капелькой С, выпускаемой из отверстия 131, является или самой капелькой А, или капелькой G, в которой капли А и В являются смешанными. Затем, с помощью выбора комбинации капель А и G, а также капли С, выпускаемой из отверстия 131 для столкновения, могут быть получены смесь капель А и С, смесь капель А, В и С, или смесь капель А и В, как капелька Н, которая, в конечном итоге, должна быть отобрана в сосуд 2. Комбинация капель для сталкивания и смешивания может быть установлена произвольно, за счет регулирования расстояний L₁₁, L₁₂, L₂₃, L₁₃ пролета до положений столкновения капель, скоростей полета капель А, В и С, интервала выпускания капель из отверстий, и подобных параметров.

Хотя были описаны случаи, когда вещества смешивались при обеспечении двух проточных каналов 11 и 12, показанных на фиг.1 и 2, а также трех проточных каналов 11, 12 и 13, показанных на фиг.3 и 4, количество проточных каналов, которые должны быть обеспечены, не имеет особых ограничений в устройстве смешивания веществ, согласно настоящему изобретению, и могут быть обеспечены 4 или более проточных каналов.

2. Средства обнаружения и средства управления

Фиг.5 является схематической диаграммой для объяснения структуры, используемой для примешивания заданного количества мельчайших частиц в капельку жидкости, которая должна быть выпущена из отверстия проточного канала в устройстве смешивания вещества, в соответствии с настоящим изобретением,

Как описывается со ссылками на фиг.3 и 4, в устройстве смешивания вещества, в соответствии с настоящим изобретением, капли жидкости, содержащие мельчайшие частицы и выпускаемые из отверстия проточного канала, принуждаются сталкиваться с капельками, выпускаемыми из отверстия другого проточного канала, чтобы таким образом смешивать вещества, содержащие мельчайшие частицы. В этот раз количество мельчайших частиц, содержащихся в капельке, не имеет особых ограничений, и может быть установлено произвольно. Фиг.3 показана как пример, в котором одна мельчайшая частица Р примешивается в капельку А, выпускаемую из отверстия 111 проточного канала 11. Кроме того, фиг.4 показана как пример, в котором 0 или 1 мельчайшая частица Р примешивается в каждую вторую капельку А, выпускаемую из отверстия 111 проточного канала 11.

Количество мельчайших частиц, которое должно быть примешано в капельку, может быть установлено как произвольное число 0 или 1, или более, за счет регулирования количества подаваемой жидкости (расхода потока) по отношению к проточным каналам, диаметру отверстий, частоте колебаний колебательных устройств, и подобным параметрам. Количество мельчайших частиц, которое должно быть примешано в капельку, может, предпочтительно, контролироваться, в частности, за счет управления частотой колебаний колебательных устройств. Подробности этого способа будут приведены в дальнейшем, со ссылкой на фиг.5.

На фиг.5 каждая из ссылочных позиций 31, 32 и 33 обозначает средство обнаружения, используемое для обнаружения мельчайших частиц Р, содержащихся в жидкости, которая протекает через проточный канал 11. Средства 31, 32 и 33 обнаружения излучают лазерный свет (измерительный свет) на протекающие в потоке мельчайшие частицы Р на заданном участке проточного канала 11, и преобразуют обнаруженный свет, создаваемый с помощью мельчайших частиц Р (измерительный свет от объекта исследований*), в электрические сигналы.

Средства 31, 32 и 33 обнаружения могут состоять из источника лазерного света, системы 31 излучения (средства 31 обнаружения), состоящей из источника лазерного света и собирающей линзы для собирания и излучения лазерного света на мельчайшие частицы Р, дихроичное зеркало, полосовой фильтр, и подобные компоненты, а также системы 32 обнаружения (средство 32 обнаружения), которая собирает измерительный облучаемый свет, создаваемый с помощью мельчайших частиц Р при облучении лазерным светом, в чувствительном элементе 33 (средство 33 обнаружения). Чувствительный элемент 33 может состоять из, например, матричного преобразователя сигнала изображения, такого как фотоэлектронный умножитель (РМТ, photo multiplier tube), прибор с зарядовой связью (ПЗС, CCD) и комплементарный металло-оксидный полупроводник (КМОП, CMOS). Следует заметить, что хотя на фигуре излучающая система и собирающая система структурированы как отдельные компоненты, излучающая система и собирающая система могут иметь структуры, в которых они имеют общий оптический путь.

Измерительный облучаемый свет, обнаруживаемый чувствительным элементом 33, является светом, который создается с помощью мельчайших частиц Р при облучении лазерным светом, прямым рассеянным светом или боковым рассеянным светом, рассеянным светом от релеевского рассеивателя, рассеянным светом, рассеивание которого вызвано неоднородностью атмосферы, или подобными источниками света. Кроме того, может быть использован, например, флуоресцентный свет. Измерительный облучаемый свет преобразуется в электрически обнаруживаемый сигнал и выводится к контроллеру 4. Контроллер 4 рассчитывает интервал отправки потока мельчайших частиц в проточный канал 11 на основе сигнала обнаружения, и управляет частотой колебаний колебательного устройства 112, основываясь на вычисленном интервале отправки потока.

За счет колебаний колебательного устройства 112 на заданной частоте колебаний, основанной на интервале отправки потока мельчайших частиц Р в проточный канал 11, управление может быть выполнено таким образом, чтобы примешивать заданное количество мельчайших частиц Р в капельку А, выпускаемую из отверстия 111. На фиг.5 показан пример, когда управление выполняется таким образом, чтобы примешивать одну мельчайшую частицу Р в капельку А жидкости. За счет управления частотой колебаний, основываясь на интервале отправки потока мельчайших частиц, также становится возможным примешивать две или более мельчайшие частицы в капельку жидкости, или например, примешивать различное количество мельчайших частиц в капельку жидкости.

Следует заметить, что средства 31, 32 и 33 обнаружения могут быть заменены, например, электрическими или магнитными средствами обнаружения. При использовании электрических или магнитных средств обнаружения мельчайших частиц обеспечиваются мельчайшие электроды, расположенные противоположно на обеих сторонах проточного канала 11, при этом измеряются: значения сопротивления, емкости, индуктивности, импеданса, и изменение значения электрического поля между электродами, или намагничивание, изменение магнитного поля и подобные параметры.

Следует заметить, что хотя на фиг. с 3 по 5 показан пример, в котором капли А, содержащие мельчайшие частицы, выпускаются из отверстия 111 проточного канала 11, жидкость, содержащая мельчайшие частицы, может протекать через два или более проточных каналов. Например, также возможно обеспечить протекание жидкости, содержащей мельчайшие частицы, через проточный канал 12 в добавление к проточному каналу 11, и выпускать капли А и В, содержащие мельчайшие частицы, из отверстий 111 и 121. В этом случае, за счет генерирования капли G (см. фиг, 3) или капли Н (см. фиг.4), вызывая столкновение друг с другом капель А, В и С, мельчайшие частицы, содержащиеся в капельках А и В, и вещество, содержащееся в капельке С, смешиваются. Каждая из жидкостей, протекающих через проточные каналы 11 и 12, может включать в себя мельчайшие частицы одного типа, или двух типов, или больше, аналогично и мельчайшие частицы могут быть или одинаковыми, или различными.

3. Распределение смешанных капель

(3-1) Распределение с помощью использования заряда

Фиг.6 является схематической диаграммой для объяснения структуры, используемой для распределения столкнувшихся/смешанных капель G жидкости в устройстве смешивания вещества, в соответствии с первым вариантом осуществления изобретения. Фигура показывает структуру для распределения капель G жидкости во множество областей за счет управления направлением перемещения капель G жидкости, используя силу электрического действия. На этой фигуре ссылочная позиция 21 обозначает каждую из множества областей, сформированных в сосуде 2.

Капли А и В, выпускаемые из проточных каналов 11 и 12, сталкиваются друг с другом, чтобы получилась капелька G, которая продолжает лететь в соответствии с силой инерции капель А и В. На этой фигуре ссылочные позиции 51, 51 обозначают первые парные электроды, обеспеченные противоположно друг другу вдоль направления перемещения капель G жидкости. Кроме того, ссылочные позиции 52, 52 обозначают вторые парные электроды, аналогичным образом обеспеченные противоположно друг другу вдоль направления перемещения капель G жидкости. Первые парные электроды 51, 51 и вторые парные электроды 52, 52 обеспечиваются таким образом, что противоп