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課題

流路親水化されたマイクロ流体デバイス及びより簡便及び少ない工程で大量に製造できるマイクロ流体デバイスを提供する。

解決手段

マイクロ流体デバイスは、流路が、シラノール基を含有する親水化剤薄膜被覆されていることを特徴とする。また、流路が、シラノール基を含有する親水化剤の薄膜で被覆された溝を有する基板とシラノール基を含有する親水化剤の薄膜で被覆された溝を有する基板又は溝を有さない平板状の基板を接着した流路であることを特徴とする。

概要

背景

近年、マイクロマシン技術および超微細加工技術を用いて、試料調製、化学分析化学合成などを行うための手段を微細化することが試みられている。これは、μ−TAS(Micro Total Analysis System)、バイオチップ化学チップなどと呼ばれ、医療分野における検査診断手段や、化学分野における合成・分析手段などとして期待されている。これに用いられるマイクロ流体デバイスは、基板内に所定の微細流路マイクロ流路)を有するもので構成されている。マイクロ流体デバイスの材料としては、ポリジメチルシロキサン(PDMS)、シクロオレフィンポリマーCOP)及びガラス基板などが用いられている。

マイクロ流路へ流す試薬検体中の物質マイクロ流路内で非特異的に吸着すると、物質ロスや詰まりなどの問題が発生する。PDMSで形成された疎水性のマイクロ流路では、酵素タンパク質などの生体物質が非特異的に吸着するおそれがあり、これを防止するため流路表面親水化処理が検討されている。

特許文献1では、微細流路の内壁に結合もしくは吸着する親水性ポリマー両親媒性ポリマーまたは界面活性剤を含む溶液を微細流路に流すことにより微細流路の内壁をブロッキング処理することが行われている。また、マイクロ流体デバイスに関する技術ではないが、特許文献2には、ポリジメチルシロキサン(PDMS)成型品低温プラズマに曝した後、界面活性剤含有水溶液で処理する親水化処理方法が開示されている。しかし、これらの技術は、成型品に対して所定の表面処理を行うものであり、結局、流路親水化されたマイクロデバイスを製造する際、成型工程、親水化工程と複数の工程が必要で、大量に生産するのは困難であり、結果として低価格化も困難である。

特許文献3では、溝を掘った基板と溝を掘った基板又は溝を掘っていない基板を貼り合わせて微小流路を作成する工程で用いる接着シートが開示されている。この接着シートは従来の接着シートに比べて流路への食い込みを防止する機能を有するが、接着シートを用いることに変わりなく、流路の親水化もなされない。このため、流路が親水化されたマイクロデバイスを製造するためには、接着シートを用いた基板の張り合わせ工程に加えて親水化工程や成形工程といった複数の工程が必要で、大量生産に向かず、低価格化も困難である。

概要

流路が親水化されたマイクロ流体デバイス及びより簡便及び少ない工程で大量に製造できるマイクロ流体デバイスを提供する。マイクロ流体デバイスは、流路が、シラノール基を含有する親水化剤薄膜被覆されていることを特徴とする。また、流路が、シラノール基を含有する親水化剤の薄膜で被覆された溝を有する基板とシラノール基を含有する親水化剤の薄膜で被覆された溝を有する基板又は溝を有さない平板状の基板を接着した流路であることを特徴とする。なし

目的

本発明が解決しようとする課題は、より簡便及び少ない工程で、大量に製造できる流路が親水化されたマイクロ流体デバイスを提供する

効果

実績

技術文献被引用数
0件
牽制数
0件

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請求項1

流路を有するマイクロ流体デバイスであって、前記流路が、シラノール基を含有する親水化剤薄膜被覆されたマイクロ流体デバイス。

請求項2

前記流路が、シラノール基を含有する親水化剤の薄膜で被覆された溝を有する基板とシラノール基を含有する親水化剤の薄膜で被覆された溝を有する基板又は溝を有さない平板状の基板を接着した流路であることを特徴とする請求項1に記載のマイクロ流体デバイス。

請求項3

前記基板がポリジメチルシロキサン(PDMS)又はガラスであることを特徴とする請求項2に記載のマイクロ流体デバイス。

請求項4

前記シラノール基を含有する親水化剤が、シリカゾル又はベタイン基を有するシランカップリング剤を主成分とする加水分解縮合物であることを特徴とする請求項1〜3のいずれかに記載のマイクロ流体デバイス。

請求項5

流路を有するマイクロ流体デバイスの製造方法であって、溝を掘った基板と溝を掘った基板又は溝を掘っていない基板の双方の基板にシラノール基を含有する親水化剤を塗布する第一段階で基板を親水化処理した後、第二段階基板どうしをそのまま貼り合わせるだけで接着させることを特徴とするマイクロ流体デバイスの製造方法。

請求項6

基板をプラズマ処理紫外線処理あるいはコロナ放電処理などにより、表面を活性化する処理をした後、親水化剤で処理することを特徴とするとする請求項5に記載の製造方法。

技術分野

0001

本発明は、流路親水化されたバイオチップ化学チップDNAチップ検査チップなどのマイクロ流体デバイスに関するものである。

背景技術

0002

近年、マイクロマシン技術および超微細加工技術を用いて、試料調製、化学分析化学合成などを行うための手段を微細化することが試みられている。これは、μ−TAS(Micro Total Analysis System)、バイオチップ、化学チップなどと呼ばれ、医療分野における検査診断手段や、化学分野における合成・分析手段などとして期待されている。これに用いられるマイクロ流体デバイスは、基板内に所定の微細流路マイクロ流路)を有するもので構成されている。マイクロ流体デバイスの材料としては、ポリジメチルシロキサン(PDMS)、シクロオレフィンポリマーCOP)及びガラス基板などが用いられている。

0003

マイクロ流路へ流す試薬検体中の物質マイクロ流路内で非特異的に吸着すると、物質ロスや詰まりなどの問題が発生する。PDMSで形成された疎水性のマイクロ流路では、酵素タンパク質などの生体物質が非特異的に吸着するおそれがあり、これを防止するため流路表面親水化処理が検討されている。

0004

特許文献1では、微細流路の内壁に結合もしくは吸着する親水性ポリマー両親媒性ポリマーまたは界面活性剤を含む溶液を微細流路に流すことにより微細流路の内壁をブロッキング処理することが行われている。また、マイクロ流体デバイスに関する技術ではないが、特許文献2には、ポリジメチルシロキサン(PDMS)成型品低温プラズマに曝した後、界面活性剤含有水溶液で処理する親水化処理方法が開示されている。しかし、これらの技術は、成型品に対して所定の表面処理を行うものであり、結局、流路が親水化されたマイクロデバイスを製造する際、成型工程、親水化工程と複数の工程が必要で、大量に生産するのは困難であり、結果として低価格化も困難である。

0005

特許文献3では、溝を掘った基板と溝を掘った基板又は溝を掘っていない基板を貼り合わせて微小流路を作成する工程で用いる接着シートが開示されている。この接着シートは従来の接着シートに比べて流路への食い込みを防止する機能を有するが、接着シートを用いることに変わりなく、流路の親水化もなされない。このため、流路が親水化されたマイクロデバイスを製造するためには、接着シートを用いた基板の張り合わせ工程に加えて親水化工程や成形工程といった複数の工程が必要で、大量生産に向かず、低価格化も困難である。

先行技術

0006

特開2006−292472号公報
特公昭61−36783号公報
特許第4943776号公報

発明が解決しようとする課題

0007

本発明が解決しようとする課題は、より簡便及び少ない工程で、大量に製造できる流路が親水化されたマイクロ流体デバイスを提供することにある。

課題を解決するための手段

0008

本発明者らは鋭意検討を行った結果、基板にシラノール基を含有する親水化剤を塗布して親水化処理した後、基板どうしを貼り合わせて接着させた簡便な処理により、流路が親水化されたマイクロ流体デバイスが得られることを見出し本発明に至った。

0009

すなわち本発明は、以下の構成からなることを特徴とする。
〔1〕流路を有するマイクロ流体デバイスであって、前記流路が、シラノール基を含有する親水化剤の薄膜被覆されたマイクロ流体デバイス。
〔2〕 前記流路が、シラノール基を含有する親水化剤の薄膜で被覆された溝を有する基板とシラノール基を含有する親水化剤の薄膜で被覆された溝を有する基板又は溝を有さない平板状の基板を接着した流路であることを特徴とする前記〔1〕に記載のマイクロ流体デバイス。
〔3〕 前記基板がポリジメチルシロキサン(PDMS)又はガラスであることを特徴とする前記〔2〕に記載のマイクロ流体デバイス。
〔4〕 前記シラノール基を含有する親水化剤が、シリカゾル又はベタイン基を有するシランカップリング剤を主成分とする加水分解縮合物であることを特徴とする前記〔1〕〜〔3〕のいずれかに記載のマイクロ流体デバイス。
〔5〕 流路を有するマイクロ流体デバイスの製造方法であって、溝を掘った基板と溝を掘った基板又は溝を掘っていない基板の双方の基板にシラノール基を含有する親水化剤を塗布する第一段階で基板を親水化処理した後、第二段階で基板どうしをそのまま貼り合わせて接着させることを特徴とするマイクロ流体デバイスの製造方法。
〔6〕 基板をプラズマ処理紫外線処理あるいはコロナ放電処理などにより、表面を活性化する処理をした後、親水化剤で処理することを特徴とする前記〔5〕に記載の製造方法。

発明の効果

0010

本発明によれば、流路が親水化されたマイクロ流体デバイスを、より簡便及び少ない工程で、大量及び安価で得ることが出来る。
本発明において、基板に形成したシラノール基を含有する親水化剤は、接着剤の役目を果たすため接着剤なしで張り合わせることができ、製造工程が簡略である。

0011

本発明のマイクロ流体デバイスは、流路を有するマイクロ流体デバイスであって、前記流路が、シラノール基を含有する親水化剤の薄膜で被覆されており、前記流路が、シラノール基を含有する親水化剤の薄膜で被覆された溝を有する基板とシラノール基を含有する親水化剤の薄膜で被覆された溝を有する基板又は溝を有さない平板状の基板を接着した流路であることを特徴とする。

0012

基板としては、シラノール基を含有する親水化剤が薄膜を形成することができる材料のものであれば制限はないが、好ましい材質を例示するとポリジメチルシロキサン(PDMS)、シクロオレフィンポリマー(COP)、ポリメチルメタクリレートポリカーボネートポリオレフィン及びガラス等が挙げられる。
これらのうちより好ましいのは、ポリジメチルシロキサン(PDMS)及びガラスである。

0013

本発明に用いる前記シラノール基を含有する親水化剤は、シリカゾル又はベタイン基を有するシランカップリング剤を主成分とする加水分解縮合物である。

0014

具体的なシリカゾルとしては、日産化学工業株式会社製(スノーテックスOXS、スノーテックスOS、スノーテックスO−40、スノーテックスOL、スノーテックスOYL、スノーテックスN、スノーテックスOUP、スノーテックスO、スノーテックスC、スノーテックスAK、スノーテックスST−S、スノーテックスST−50、オルガノシリカゾルIPA−ST、NALCO社製(NALCO8699、NALCO1130)や特許5750436号公報記載のスルホン酸基で修飾されたシリカゾルなどが挙げられる。

0015

ベタイン基を有するシランカップリング剤としては、N−プロピルトリメトキシシラン−N−(3−スルホプロピルアンモニウムベタイン、N−プロピルトリメトキシシラン−N−(1−カルボキシメチル)アンモニウムベタイン、N−プロピルトリメトキシシラン−N−(2−カルボキシエチル)アンモニウムベタイン、N−プロピルジエトキシメチルシラン−N−(3−スルホプロピル)アンモニウムベタイン、N−プロピルジエトキシメチルシラン−N−(2−カルボキシエチル)アンモニウムベタイン、N−プロピルトリメトキシシラン−N−(1−スルホメチル)アンモニウムベタイン、N−プロピルジエトキシメチルシラン−N−(1−スルホメチル)アンモニウムベタイン、N−プロピルジエトキシメチルシラン−N−(2−スルホエチル)アンモニウムベタイン等が挙げられる。

0016

ベタイン基を有するシランカップリング剤を主成分とする加水分解縮合物は、上記ベタイン基を有するシランカップリング剤のみの加水分解縮合物や、他のシランカップリング剤も含有した加水分解縮合物どちらでもよい。
他のシランカップリング剤としては、界面活性機能を有する官能基を有するシランカップリング剤が好ましい。

0017

シラノール基を有する親水化剤を用いることにより、基材のシラノール基と共有結合で結合して基材に耐久性の高い親水性を付与すると同時に、貼り合わせたもう一枚の基材に存在するシラノール基(基材由来のシラノール基及び親水化剤に由来するシラノール基)とも同様に共有結合を通して結合することにより、接着剤を用いることなく基材間どうしを接着することができる。

0018

続いて、本発明のマイクロ流体デバイスの製造方法について説明する。
本発明の流路が親水化されたマイクロ流体デバイスの製造方法は、基板にシラノール基を含有する親水化剤を塗布することで、第一段階として親水化処理され、第二段階として基板どうしをそのまま貼り合わせるだけで接着剤を用いずに接着されることを特徴とする。

0019

本発明のマイクロ流体デバイスは、溝を掘った基板と溝を掘った基板又は溝を掘っていない基板の両方にシラノール基を含有する親水化剤を塗布して、第一段階として親水化処理し、第二段階として基板どうしをそのまま接着剤なしで貼り合わせるだけで接着して、基板間に流路を形成させることを特徴とする。

0020

親水化剤を塗布する前に、プラズマ処理、紫外線処理あるいはコロナ放電処理などにより、表面を活性化する処理を行うことが好ましい。
これらのうち好ましいのは、プラズマ処理及び紫外線処理である。

0021

親水化剤を塗布する際の温度は室温から50℃であり、作業性の面から室温が好ましい。

0022

基材に親水化剤を塗布する方法としては、スプレー法スピンコート法ディッピング法及びスクリーン印刷などどんな方法でも良い。
好ましいのは、スプレー法及びディッピング法である。

0023

親水化剤を塗布して生成する親水コーティン膜の厚みは、10nmから10μmであり、好ましくは50nmから5μmである。

0024

基材に親水化剤を塗布して乾燥した後、貼り合わせて接着させる。
乾燥させる温度は室温から100℃であり、室温が好ましい。

0025

2枚の基板を貼り合わせてから、気泡が生じないようクリップで固定しても良いし、重りを載せて固定しても良い。

0026

2枚の基板を貼り合わせてから固定し、接着させる際に要する時間は通常30分から24時間であり、好ましくは1時間から8時間である。

0027

接着させる際の温度は、室温から100℃であり、好ましくは室温から80℃である。

0028

以下に実施例を示し、本発明を具体的に説明する。実施例は、本発明を説明するものであり、制限を加えるものではない。

0029

〔合成例1〕
(1)N,N−ジメチル−3−アミノプロピルトリメトキシシラン(東京化成工業株式会社製)5.2g(25.0mmol)と1,3−プロパンスルトンナカライテスク社製)3.05g(25.0mmol)を脱水イソプロピルアルコール15mlに溶解させて、一晩加熱還流することにより目的物であるベタイン化合物(N−プロピルトリメトキシシラン−N,N−ジメチル−N−(3−スルホプロピル)アンモニウムベタイン)が溶解した無色透明溶液を得た。赤外吸収スペクトル分析により、原料の1,3−プロパンスルトン化合物の特徴である1344cm−1が滅して新たに生成物の特徴である1641cm−1の吸収を確認した。得られたイソプロピルアルコール溶液の中に、水10mlを加えて一晩加熱還流した。冷却後水を加えることにより、ベタイン化合物が加水分解及び/又は縮合した溶液50.0gを得た。
(2)(1)で得た溶液1.0gを水24.0gで希釈することにより、シラノール基を有する親水化剤(1)を25.0g得た。

0030

〔合成例2〕
(1)3−(トリメトキシシリルプロパン−1−チオール(チッソ株式会社製)1.0g(5.1mmol)をエタノール36.0gに溶解させた後、オルガノシリカゾル(日産化学工業株式会社製、IPA−ST:30%イソプロパノール溶液)3.0g、水10.0gを加え24時間加熱還流した。冷却後過酸化水素水(三徳化学工業株式会社製、30%水溶液)3.5g(30.8mmol)を加え24時間加熱還流した。反応終了後室温まで冷却後、水酸化リチウム水和物0.425g(5.1mmol)を少量の水に溶かして加え中和することにより、本発明の化合物、LiOSO2−CH2CH2CH2Si(−O−)3基で修飾されたイソプロパノールシリカゾルを含むエタノール溶液55.0gを得た。
(2)(1)で得た溶液5.0gを水20.0gで希釈することにより、シラノール基を有する親水化剤(2)を25.0g得た。

0031

〔合成例1〕
スノーテックスC(日産化学工業株式会社製:20%水溶液)5gを水45gで希釈することにより、シラノール基を有する親水化剤(3)を50.0g得た。

0032

〔実施例1〕
〔マイクロ流体デバイスの作製1〕
流路を形成したPDMS基板及び流路を形成していないPDMS基板(サイズ:10mm×10mm)の表面にそれぞれ合成例1で得た親水化剤(1)をスプレー法によって塗布した。室温で10分間乾燥させた後、2枚の基板を貼り合わせてスライドガラスに挟み、クリップ(コクヨ製:クリ−34)2個で固定して室温で一晩放置することにより、流路が親水化されたマイクロ流体デバイスを作成した。

0033

〔実施例2〕
〔マイクロ流体デバイスの作製2〕
流路を形成したPDMS基板(サイズ:10mm×10mm)及び流路を形成していないスライドガラス表面にそれぞれ親水化剤(2)をスプレー法によって塗布した。室温で10分間乾燥させた後、2枚の基板を貼り合わせてスライドガラスに挟み、100gの重りを載せて0℃で1時間放置することにより、流路が親水化されたマイクロ流体デバイスを作成した。

0034

〔実施例3〕
〔マイクロ流体デバイスの作製3〕
流路を形成したPDMS基板(サイズ:10mm×10mm)及び流路を形成していないスライドガラス基板の表面にそれぞれ親水化剤(3)をスプレー法によって塗布した。室温で10分間乾燥させた後、2枚の基板を貼り合わせてスライドガラスに挟み、100gの重りを載せて80℃で1時間放置することにより、流路が親水化されたマイクロ流体デバイスを作成した。

実施例

0035

接着強度の確認〕
PDMS基板(サイズ:10mm×30mm)2枚の端から20mmの部分にそれぞれ親水化剤1をスプレー法によって塗布した。室温で10分間乾燥させた後、2枚の基板の親水化した部分を貼り合わせてスライドガラスに挟み、クリップ(コクヨ製:クリ−34)2個で固定して室温で一晩放置することにより、PDMS基板を貼り合わせた。接着していない部分をつかんで2枚のPDMS基板手で剥がそうとしたが、剥がすことは不可能であった。

0036

本発明の製造法で得られる、流路が親水化されたマイクロ流体デバイスは、より簡便及び少ない工程で、大量及び安価に得られることから、本デバイスも用いたバイオチップ、化学チップ、DNAチップや検査チップなどを大量に安価に製造するのに好適である。

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