JP2004188662A

JP2004188662A - マイクロリアクター用樹脂基板の製造方法

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Publication number: JP2004188662A
Application number: JP2002356920A
Authority: JP
Inventors: Koichiro Iwasa; 航一郎岩佐; Haruo Mizuno; 晴夫水野; Satoshi Tamaki; 聡史玉木
Original assignee: Sekisui Chemical Co Ltd
Current assignee: Sekisui Chemical Co Ltd
Priority date: 2002-12-09
Filing date: 2002-12-09
Publication date: 2004-07-08

Abstract

【課題】安価かつ効率的な、極めて高い精度の溝や孔が形成されたマイクロリアクター用樹脂基板の製造方法を提供する。
【解決手段】樹脂を射出成形法又は転写成形法により成形するマイクロリアクター用樹脂基板の製造方法であって、少なくとも、樹脂に常温常圧でガス状の物質又は超臨界状態の物質を溶解する工程１と前記常温常圧でガス状の物質又は超臨界状態の物質を溶解した樹脂を金型キャビティ内に充填する工程２と、前記常温常圧でガス状の物質又は超臨界状態の物質を溶解した樹脂に金型キャビティ内の金型面形状を表面転写する工程３とを有するマイクロリアクター用樹脂基板の製造方法。
【選択図】なし

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、安価かつ効率的な、極めて高い精度の溝や孔が形成されたマイクロリアクター用樹脂基板の製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、微小領域において検体の分離・濃縮、化学反応及び分析を行う研究が盛んに行われている。検体の分離・濃縮や化学反応を微小領域にて行えば、反応器との熱交換効率を大幅に向上し、大幅にエネルギーコストを節約することが可能となる。また、多種類の反応工程を微小領域に集積化することができれば、コンビナトリアル合成を容易に実現することができる。更に、分析システムを微小化することにより、分析時間を大幅に短縮し、試料量・廃棄量を大幅に低減することができる等、非常に多くの利点を有している。
【０００３】
近年の社会情勢変化の中にあって、医療診断を患者近傍で行うベッドサイド診断、大気・水・土壌中の環境汚染物質のモニタリング、食品の安全性の検査等、安価でかつ短時間に行う必要のある診断／分析技術に関するニーズは、益々高まっている。例えば、高齢者の増加の著しい近年にあって、患者近傍にて患者家族が診断した健康指標数値が在宅管理され、更には採取データを病院に定期的に送信することができれば、在宅医療環境を更に高めることが可能となる。また、例えば、重金属やダイオキシン、環境ホルモン等の環境汚染物質を、高価かつ大掛かりな装置を使用せずに簡易測定することができれば、よりきめの細かい安全環境を供出することが可能となる。水、大気、土壌における膨大量の汚染の生態系への危険が明らかにされてきた昨今において、一つ一つの汚染要因を安価かつ簡便に知ることは、極めて重要な事柄である。このような簡易測定の概念は、「ＰｏｉｎｔＯｆＣａｒｅ（ＰＯＣ）」と呼ばれ、今後の社会において非常に重要な概念である。
【０００４】
このような測定を簡易に行うためには、微量の試料を用いて測定を行えることが必要であるが、微量試料の分析・検出には、高い感度が求められる。従来、微量・高感度にて分析できる方法としては、キャピラリーガスクロマトグラフィー（ＣＧＣ）、キャピラリー液体クロマトグラフィー（ＣＬＣ）等で分離し、質量分析計（ＭＳ）で検出するＧＣ−ＭＳ、ＬＣ−ＭＳ等が広く用いられてきた。しかし、高価で大掛かりなＧＣ−ＭＳ、ＬＣ−ＭＳを簡単に持ち運ぶことはできないという問題があった。従って、測定が必要な現場で簡易に分析することができる、「オンサイト分析」に対応した、分析・検出手法の開発ニーズは極めて高い。
【０００５】
これに対して、数ｃｍ〜１０ｃｍ角程度以下のチップの表面に溝や孔を刻んで、その溝や孔における分離、濃縮又は反応等を利用して、微小領域中で微量試料の分析をおこなう手法が提案されている。この手法は、μＴＡＳ（ｍｉｃｒｏ又はｍｉｎｉａｔｕｒｉｚｅｄｔｏｔａｌａｎａｌｙｓｉｓｓｙｓｔｅｍ）又はマイクロリアクターと総称されている。このようなマイクロリアクターについては、１９９０年には非特許文献１に既に概念が紹介されている。
【０００６】
マイクロリアクターに用いるチップの基板には、その加工性や精度の点から、主としてガラスや石英、シリコン等の無機材料が用いられてきた。例えば、半導体微細加工技術において広く用いられている光リソグラフィー技術を利用すれば、ガラス基板やシリコン基板上にミクロンオーダーの溝を自在に形成することができる。しかしながら、膨大な汚染サイトに関する分析を行うに際しては、測定チップを大量に生産し、簡単・安価に廃棄できることが重要であり、ガラスやシリコンは高価であるという問題があった。また、医療の現場においても、ガラス基板を使う場合には、廃棄の際に適切な処理費用を支払うことが義務付けられている。
【０００７】
そこで、樹脂からなるマイクロリアクター用基板が検討されている。マイクロリアクター用樹脂基板は、コスト、廃棄物としての処理等の点でガラス等よりも優れていることに加え、軽い、割れない等の特徴を備えている。更に、転写金型を利用した射出成形やホットプレス成形を行うことにより、非常に高い生産性にて表面に溝や孔を形成することが可能である。
しかし、マイクロリアクター用樹脂基板の表面の溝や孔には、分析に用いる検体や流体が詰まったり漏れたりすることがないよう、極めて高い精度が要求される。射出成形によりマイクロリアクター用樹脂基板の表面に溝や孔を転写する場合においては、射出金型キャビティに樹脂を充填する工程中に金型面形状が充分に樹脂表面に転写されているかどうかに配慮する必要がある。
【０００８】
特許文献１には、（１）樹脂の金型キャビティへの充填工程中に、金型に接する樹脂表面の固化温度を低下させつつ成形する方法、（２）断熱層被覆金型を用いる方法、（３）射出直前に高周波誘導加熱で金型表面を加熱して成形する方法、（４）射出直前に輻射加熱で金型表面を加熱して成形する方法、（５）樹脂を振動させつつ射出して成形する方法、（６）金型を振動させつつ射出する方法、（７）金型キャビティに二酸化炭素を１０ＭＰａ以下の圧力で満たしておいて射出する方法が開示されている。しかしながら、（１）〜（６）の方法は、いずれも金型そのものに加工を施すことが必要であり設備コストの点で問題があった。また、（７）の方法は、二酸化炭素が金型表面付近で断熱圧縮されることにより、得られる成形品の表面が焼けてしまうことがあるという問題があった。
マイクロリアクター用樹脂基板の種々の特徴を活かすためには、安価で効率的な型面転写を可能にする成形技術の開発が必要不可欠であった。
【０００９】
【非特許文献１】
Ａ．Ｍａｎｚ，Ｎ．Ｇｒａｂｅｒ，Ｈ．Ｍ．Ｗｉｄｍｅｒ：Ｓｅｎｓ．Ａｃｔｕａｔｏｒｓ，Ｂ，１，２４４（１９９０）
【特許文献１】
特開平１１−２４５２７０号公報
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、上記現状に鑑み、安価かつ効率的な、極めて高い精度の溝や孔が形成されたマイクロリアクター用樹脂基板の製造方法を提供することを目的とする。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
本発明は、樹脂を射出成形法又は転写成形法により成形するマイクロリアクター用樹脂基板の製造方法であって、少なくとも、樹脂に常温常圧でガス状の物質又は超臨界状態の物質を溶解する工程１と前記常温常圧でガス状の物質又は超臨界状態の物質を溶解した樹脂を金型キャビティ内に充填する工程２と、前記常温常圧でガス状の物質又は超臨界状態の物質を溶解した樹脂に金型キャビティ内の金型面形状を表面転写する工程３とを有するマイクロリアクター用樹脂基板の製造方法である。
【００１２】
なお、本明細書においてマイクロリアクター用樹脂基板とは、主として、１）樹脂基板表面に流動可能な微量試料が流動するための微細な溝を有し、微量検体が樹脂基板上で反応することにより検体中の目的物質を検出する構造を有するもの、２）微細孔を有する樹脂基板であり、微量検体が孔中で反応することにより検体中の目的物質を検出する構造を有するもの、３）樹脂基板表面に流動可能な微量試料が流動するための微細な溝を有し、微量試料が樹脂基板上で反応することにより目的物質を合成・製造する構造を有するもの、４）樹脂基板表面に流動可能な微量試料が流動するための微細な溝を有し、微量試料が樹脂基板上で吸着・脱着工程を経ることにより、目的物質を精製又は抽出する構造を有するものを意味する。
以下に本発明を詳述する。
【００１３】
本発明のマイクロリアクター用樹脂基板の製造方法は、樹脂を射出成形法又は転写成形法により成形する方法である。
本発明のマイクロリアクター用樹脂基板の製造方法では、まず、樹脂に常温常圧でガス状の物質又は超臨界状態の物質を溶解する工程１を行う。
【００１４】
上記常温常圧でガス状の物質（以下、ガス化物質ともいう）としては、常温・常圧で気体状態の有機化合物又は無機化合物であれば特に限定されず、例えば、二酸化炭素ガス（炭酸ガス）、窒素ガス、フロンガス、アルゴンガス、低分子量の炭化水素等の有機ガス等が挙げられる。なかでも、ガスの回収が不要で取り扱いが安全な二酸化炭素ガスが好適である。
上記ガス化物質は、圧力を１０ｋｇ／ｃｍ^２以上、好ましくは１００ｋｇ／ｃｍ^２以上とすることにより、樹脂に溶解することができる。
【００１５】
上記超臨界状態の物質（以下、超臨界流体ともいう）としては特に限定されないが、比較的低温低圧でも超臨界化する物質が好ましい。例えば、二酸化炭素は、６０℃、６０気圧で臨界流体となるため好適に用いられる。
なお、超臨界状態は、以下のように定義される。即ち、気相と液相の相変化を示す蒸気圧曲線は臨界点で終わりこれより高い温度では、気体と液体の区別がない状態となる。このような状態を超臨界状態と呼び、超臨界状態にあるものを超臨界流体と呼ぶ。超臨界流体は、気体と液体の中間的な性質を持ち、熱伝導が良く、拡散が早く、粘性が小さいという性質を持っている。このため、超臨界流体は、樹脂に容易に溶解することができる。
【００１６】
上記ガス化物質又は超臨界流体を樹脂に溶解させる温度としては、樹脂が劣化しない温度であれば特に限定されないが、温度が高いほど樹脂に対するガス化物質又は超臨界流体の溶解量を増やすことができる。
【００１７】
上記ガス化物質又は超臨界流体を樹脂に溶解させる量としては特に限定されないが、好ましい下限は０．００００２ｍｏｌ−ｇａｓ／ｃｍ^３−ｐｏｌｍ、好ましい上限は０．００１６ｍｏｌ−ｇａｓ／ｃｍ^３−ｐｏｌｍである。０．００００２ｍｏｌ−ｇａｓ／ｃｍ^３−ｐｏｌｍ未満であると、樹脂の粘度を低減化する効果が得られないことがあり、０．００１６ｍｏｌ−ｇａｓ／ｃｍ^３−ｐｏｌｍを超えると得られるマイクロリアクター用樹脂基板に気泡が生じたり、強度が不足したりすることがある。より好ましい下限は０．００００４ｍｏｌ−ｇａｓ／ｃｍ^３−ｐｏｌｍ、より好ましい上限は０．０００８ｍｏｌ−ｇａｓ／ｃｍ^３−ｐｏｌｍである。
【００１８】
工程１において、上記ガス化物質又は超臨界流体を樹脂に溶解する方法としては、例えば、樹脂をペレット投入用のホッパーに投入し、ホッパー中に高圧にした上記ガス化物質又は超臨界流体を導入する方法が挙げられる。この方法は、静的状態で効率的にガス化物質又は超臨界流体を樹脂に溶解できることから、工業化に適した方法である。
また、樹脂を溶融押出機に投入し、シリンダの途中から高圧にしたガス化物質又は超臨界流体をシリンダ部分に導入する方法も好適である。この場合、溶融状態の樹脂により圧力シールがなされることから溶解速度が極めて速くなることから、工業化に適した方法である。
更に、樹脂を溶融押出機に投入し、スクリュー部に高圧にしたガス化物質又は超臨界流体を導入してスクリュー部の途中からシリンダ部分にガス化物質を導入する方法も好適である。一般の射出成形では、シリンダの内容積は射出サイクル中に変動するため、変動によりガス化物質又は超臨界流体の溶解状態の差異を生じる場合がある。スクリュー部にガス化物質又は超臨界流体を導入する方法は、均一にガス化物質又は超臨界流体を樹脂に溶解することできることから、工業化に適した方法である。
【００１９】
本発明のマイクロリアクター用樹脂基板の製造方法では、次いで、ガス化物質又は超臨界流体を溶解した樹脂を金型キャビティ内に充填する工程２を行う。
工程２は、射出成形機中の射出シリンダを金型方向に駆動させることにより、ガス化物質又は超臨界流体を溶解した樹脂を金型キャビティ内に吐出することにより行う。
本発明のマイクロリアクター用樹脂基板の製造方法では、次いで、ガス化物質又は超臨界流体を溶解した樹脂に金型キャビティ内の金型面形状を表面転写する工程３を行う。
工程３は、射出成形機中の射出シリンダの駆動限界まで金型方向に駆動させ、ガス化物質又は超臨界流体を溶解した樹脂を金型キャビティ内に充填することにより行う。金型キャビティの片面は、所望の突起形状を施した金型からなり、ガス化物質又は超臨界流体を溶解した樹脂を充分に充填することにより、金型に施された突起形状がガス化物質又は超臨界流体を溶解した樹脂の表面に転写される。また、ガス化物質又は超臨界流体を溶解した樹脂を充填する前後に、油圧シリンダを下方に駆動することにより、移動型を駆動し、キャビティ内の樹脂に圧縮力を印加することも、金型に施された突起形状を樹脂に転写するための有効な手段である。
【００２０】
本発明のマイクロリアクター用樹脂基板の製造方法により製造されるマイクロリアクター用樹脂基板の溝の断面形状としては特に限定されず、三角形、正方形、長方形等の多角形の形状；半円形、半楕円形等の円形形状が挙げられる。また、異なった形状の溝を組み合わせたものであってもよい。
上記溝の幅の好ましい下限は１μｍ、好ましい上限は３０００μｍであり、深さの好ましい下限は０．１μｍ、好ましい上限は２０００μｍであり、断面積の好ましい下限は０．１μｍ^２、好ましい上限は６００万μｍ^２である。溝が小さいと、検体中の侠雑物によりキャピラリーが詰まる原因となったり、流れが乱されたりする。溝が大きいと、必要な試料量が多くなる。
【００２１】
また、上記溝の精度としては、少なくとも光学顕微鏡観察下において観察したときにばらつきが確認できない程度であることが好ましい。
本発明のマイクロリアクター用樹脂基板の製造方法により製造されたマイクロリアクター用樹脂基板を用いてなるμＴＡＳ又はマイクロリアクターでは、１０ｐＬ〜１００μＬ程度の微量の試料を用いる。このような極微量成分の分析や定量分析等を行う上では、形成した溝の上をより均一に流れることが必要であり、その点で溝の寸法精度が優れていることが求められる。一般に、μＴＡＳ又はマイクロリアクターを用いて微量成分の分析を行う場合には、溝体積の大きさは目的化学物質の検出量に比例する。更に、溝体積のばらつきは、溝中に流れる流体の流れ均一性を乱すため、目的化学物質の検出量のばらつきを更に増大する。一般に、目的化学物質の定量分析を行う場合には、たとえ簡易的な分析であっても、５％以内の分析精度であることが要求される。従って、意味のある検出結果を得るためには、少なくとも、溝を光学顕微鏡観察下において観察したときにばらつきが確認できない程度であることが求められる。
【００２２】
本発明のマイクロリアクター用樹脂基板の製造方法では、樹脂にガス化物質又は超臨界流体を溶解することにより、樹脂の粘度を著しく低下することができる。一般に樹脂に溶解されるガス化物質又は超臨界流体は、樹脂の分子鎖間に侵入することにより分子鎖間の相互作用を低減し、樹脂の粘度を低減する。
本発明のマイクロリアクター用樹脂基板の製造方法では、ガス化物質又は超臨界流体を溶解することにより低粘度化した樹脂を金型キャビティ内に充填することにより、金型キャビティの微細な溝又は微細な孔用の金型形状を正確に転写することができ、極めて高い精度の溝や孔が形成されたマイクロリアクター用樹脂基板を製造することができる。
【００２３】
マイクロリアクター用樹脂基板では、酵素や抗体といった熱分解しやすい物質を、形成した直後に載せる場合が多い。例えば、血糖値（グルコース）分析用のグルコースオキシターゼをチップ上に固定した樹脂チップでは、グルコースオキシターゼを、グルコースオキシターゼが分解しない温度範囲にて、マイクロリアクター用樹脂基板上に固定化することが必要である。一般に酵素は１００℃付近が瞬間的な接触においても限界温度であり、マイクロリアクター用樹脂基板の表面温度が１００℃以下であることは、極めて重要である。
本発明のマイクロリアクター用樹脂基板の製造方法では、樹脂にガス化物質又は超臨界流体を溶解することにより樹脂の粘度を著しく低下することができることから、従来の樹脂基板の製造方法に比較して著しく低い温度で成形を行うことが可能となり、冷却工程を省略して酵素を固定化するための工程を著しく早めることができる。その他にも、成形温度を低く設定できることにより、後工程である表面処理や、センサーの搭載の際に、接合面に歪を生じにくく、剥がれや不均質化を防止できる。
【００２４】
本発明のマイクロリアクター用樹脂基板の製造方法では、金型そのものに加工を施す必要がないことから、極めて安価である。また樹脂にガス化物質又は超臨界流体を溶解する工程１は、金型キャビティの外で行うことから、得られる成形品の表面が焼けるといった問題を生じることもない。
【００２５】
本発明のマイクロリアクター用樹脂基板の製造方法に用いる樹脂としては特に限定されないが、安価なマイクロリアクター用樹脂基板を提供するという目的に鑑みれば、例えば、ポリオレフィン系樹脂、ポリスチレン系樹脂、ポリ乳酸系樹脂、アクリル系樹脂、ポリカーボネート系樹脂、ポリエチレンテレフタレート系樹脂等の安価な樹脂が好適である。
マイクロリアクター用樹脂基板を化学分析用途に用いる場合には、吸光光度測定や蛍光分析等、光学的に目的物質を検出することが多いことから、例えば、アクリル系樹脂、ポリカーボネート樹脂等の光透過性に優れた樹脂が好適である。
また、マイクロリアクター用樹脂基板を化学分析用途に用いる場合には、目的物質を検出するための反応物質として酸性物質やアルカリ性物質を用いることが多いことから、例えば、ポリオレフィン系樹脂等の耐酸・耐アルカリ性に優れる樹脂が好適である。ポリオレフィン系樹脂は、蛍光をほとんど発しないという点でも化学分析用途に適している。
【００２６】
本発明のマイクロリアクター用樹脂基板の製造方法に用いる樹脂としては、結晶性樹脂が好適である。溶解したガス化物質又は超臨界流体が気化して樹脂から抜ける際には気化潜熱を奪うことから、成形品の表面は優先的に冷却、結晶化されやすい。従って、結晶性樹脂を用いれば、金型転写面の微細形状が結晶化により早期に保持され、より精密に形状転写を行うことができる。また稀ではあるが、超臨界流体中で結晶性高分子が液晶状態を示す場合があり、このような場合には液晶−結晶転移の収縮率が非常に小さいため、更に精密に形状転写を行うことができる。
【００２７】
本発明のマイクロリアクター用樹脂基板の製造方法に用いる樹脂としては、ＭＦＲ値が１０．０以下であることが好ましい。ＭＦＲ値は樹脂の分子量を反映する指標であり、一般にＭＦＲ値が小さいことは分子量が大きいことを意味する。ＭＦＲ値が１０．０以下である樹脂を用いれば、基板の耐薬品性、耐溶剤性、耐衝撃性と、種々の高性能化、高強度化を期待することができる。
従来、金型形状の精密な転写を行うためには、転写時の樹脂粘度を低くする必要があることから、このような高分子量の樹脂を用いることはできなかったが、本発明のマイクロリアクター用樹脂基板の製造方法では、上述のようにガス化物質又は超臨界流体を溶解させることにより低粘度化を実現しているので、高分子量の樹脂を用いることができる。
【００２８】
本発明のマイクロリアクター用樹脂基板の製造方法に用いる樹脂は、層状珪酸塩を含有することが好ましい。層状珪酸塩を含有することにより、微細形状の転写性を更に向上することができる。
上記層状珪酸塩とは、層間に交換性陽イオンを有する珪酸塩鉱物を意味し、通常、厚さが約１ｎｍ、平均アスペクト比が約２０〜２００程度の微細な薄片状結晶がイオン結合により凝集してなるものをいう。
【００２９】
上記層状珪酸塩としては特に限定されず、例えば、モンモリロナイト、サポナイト、ヘクトライト、バイデライト、スティブンサイト、ノントロナイト等のスメクタイト系粘土鉱物、バーミキュライト、ハロイサイト等の天然雲母、膨潤性雲母（膨潤性マイカ）等の合成雲母等が挙げられ、天然のものでも合成されたものでも用いることができる。なかでも、膨潤性スメクタイト系粘度鉱物及び／又は膨潤性雲母が好適である。
【００３０】
上記層状珪酸塩は、結晶表面（Ｂ）上のナトリウムやカルシウム等のイオンがカチオン性界面活性剤とイオン交換されたものであることが好ましい。これにより、層状結晶表面（Ｂ）は非極性化され、非極性樹脂中における層状珪酸塩の分散性が向上する。
【００３１】
一般に、層状珪酸塩の結晶薄片は、例えば、図１に示したモンモリロナイトのように、珪素等のイオンの回りに４つの酸素イオンが配位した４面体、アルミニウム等のイオンの回りに６つの酸素イオンが配位した８面体、及び、ＯＨ基から構成され、各々の結晶薄片は、結晶表面（Ｂ）上にナトリウムやカルシウム等のカチオンが配列することによりイオン結合力により結びつけられている。結晶薄片を、樹脂中に微細に分散することができれば、結晶薄片と樹脂との比界面積は飛躍的に増大し、結晶薄片と樹脂との間に生じる相互摩擦力により、寸法安定性に優れたマイクロリアクター用樹脂基板を提供することができる。
【００３２】
上記層状珪酸塩は、Ｘ線回折測定により検出される層状珪酸塩の平均層間距離が６ｎｍ以上あるように樹脂中に分散していることが好ましい。層状珪酸塩による樹脂の強化は、樹脂と層状珪酸塩との界面の面積が大きいほど効果的である。従って、層状珪酸塩がイオン結合力により互いに凝集した状態、即ち層間距離が６ｎｍ未満であると、層状珪酸塩の添加による改質効果は非常に小さいものとなる。
なお、上記層状珪酸塩の平均層間距離とは、層状珪酸塩の薄片状結晶の００１面間の距離、即ち図１における２枚の薄片状結晶の中心間距離をいうものとする。図２に、平均層間距離が６ｎｍ以上の場合のＸ線回折プロファイルを、図３に、平均層間距離が６ｎｍ未満の場合のＸ線回折プロファイルを示した。図２では、層間距離２ｎｍの位置に小さな回折ピークが現れるものの６ｎｍ以上のブロードな回折線により、層間距離の大部分が６ｎｍ以上であることがわかる。
【００３３】
上記層状珪酸塩の配合量の好ましい下限は熱可塑性樹脂１００重量部に対して０．０１重量部、好ましい上限は１５０重量部である。０．０１重量部未満であると、寸法安定性に対する効果を充分に発揮できないことがあり、１５０重量部を超えると、得られるマイクロリアクター用樹脂基板の透明性が失われることがある。より好ましい下限は１重量部、より好ましい上限は２０重量部である。
【００３４】
樹脂中に層状珪酸塩を分散させる方法としては特に限定されず、混練機等により混練する方法等の従来公知の方法を用いることができる。
本発明のマイクロリアクター用樹脂基板の製造方法では、樹脂に上記ガス化物質又は超臨界流体を溶解させることから、ガス化物質又は超臨界流体を層状珪酸塩の層間にも侵入せしめ、結晶表面（Ｂ）の層間可塑剤として作用させることにより、より層間を薄離しやすい状態にすることができる。
【００３５】
本発明のマイクロリアクター用樹脂基板により作製したマイクロリアクター用樹脂基板は、表面に流動可能な微量試料が流動する微細な溝を有する基板、又は、所定の目的物質を検出するための微細反応孔を有する基板として好適に使用することができる。マイクロリアクター用樹脂基板の溝に、液体試料のサンプリング部、成分の異なる液体の合流部、希釈部、濃縮部、反応部、分離部、検出部を適宜設計・配置し、適当な素材にて蓋又はシールをして液漏れを防ぐことにより、マイクロリアクター又はμＴＡＳチップとすることができる。
【００３６】
更に、液体を送液する手段として、例えば、ポンプ送液や電気浸透流による送液手段を付加することができる。上記電気浸透流を送液手段として用いる場合には、電気泳動分離を主な目的とした流路部分を作ることもできる。ポンプ送液や電気浸透流等のいずれの送液手段で送液する場合にも、１つの流路部分が複数の目的を兼ね備えていても良い。また、マイクロリアクター用樹脂基板は、流路が、１つの操作を主な目的とした流路部分のみからなっていてもよいが、複数の各々異なった操作を主な目的とした流路部分を組み合わせた流路となっていることにより、単なる定性分析ではなく、定量分析や反応等を伴うような高度な分析が可能な装置とする事ができる。
【００３７】
一方、マイクロリアクター又はμＴＡＳチップの生産性の観点からは、少なくとも一方の板状部材は表面に液体が流れる溝を有する平板であって、この平板と他方の板又はフィルム状部材を、該平板の溝を内側にして張り合わせて作製されるキャピラリー構造をとることが好ましい。また、弾性フィルムを樹脂基板の上に貼ることにより、キャピラリーを形成する構造をとることも可能である。また、表面に液体が流れる溝を有する平板（板状部材）のみからなり、溝の上面が開放されたままの構造をとることも可能である。
【００３８】
得られたマイクロリアクター又はμＴＡＳチップは、医療現場でのベッドサイド診断や環境汚染物質のオンサイト分析等に使用することができる。上記ベッドサイド診断としては、例えば、血液成分等の検査結果を外来患者が受診当日にその日の検査結果を知らさせ、その結果に基づく治療薬や治療方法の選択が行えるといったこと等が挙げられる。また、環境汚染物質のオンサイト分析としては、例えば、河川の汚濁、廃棄物中の有害物質の定量定性分析等が挙げられる。この利点として、従来には持ち帰ってＧＣ−ＭＳ等の大掛かりな測定機器を用いることが必要であった分析を、持ち帰らずに汚染現場で行えるといったことが挙げられる。
【００３９】
マイクロリアクター又はμＴＡＳチップの検出対象物質としては特に限定されないが、例えば、環境ホルモン物質、ＶＯＣ、重金属、ダイオキシン等の環境汚染化学物質；血液、髄液、唾液、尿中等に含まれる生体成分；臓器、組織、粘膜由来の生体成分；感染源となる菌やウィルス等のタンパク質；ＤＮＡ、ＲＮＡ等の核酸；アレルゲン、種々の抗原等が挙げられる。
【００４０】
【実施例】
以下に実施例を掲げて本発明を更に詳しく説明するが、本発明はこれら実施例のみに限定されるものではない。
【００４１】
（実施例１）
図４〜９に示した装置を用いてマイクロリアクター用樹脂基板を製造した。
図４において、１は射出成形装置、１１は射出成形機１の射出シリンダ、１２は耐圧ホッパー、１３は耐圧ホッパー１２の上に設けられたホッパー、１４は発泡剤として使用する二酸化炭素のボンベ、１５は加圧ポンプ、１６はボンベ温調用ヒータ、１４１は圧力調整バルブ、１２１、１２２、１２３、１２４はバルブを表す。また、２は射出成形用金型であり、２１は固定型、２２は可動型である。
【００４２】
図５、６において２２１は移動型、２２２はクサビであり、クサビ２２２は油圧装置２２４と接続される油圧シリンダ２２３の動作により昇降されるようになっており、図５に示すように油圧シリンダ２２３の作動によりクサビ２２２が降下したときはキャビティ３が縮小され、図６に示すように油圧シリンダ２２３の作動によりクサビ２２２が上昇するときはキャビティ３が拡大されるようになっている。このような移動機構は、キャビティ３に充填した樹脂に圧縮を掛けながら固化せしめる場合、もしくは、キャビティ３に充填した樹脂を意図的に発泡させたい場合に使用することができる。
【００４３】
また、図５、６において、２２５は移動型とともに移動する転写金型であり、図５（ｂ）に示すように５０ｍｍ角の正方形状である。金型２２５がキャビティ３と接する面の上に、幅５０μｍ、高さ５０μｍの突起が形成されている。凸形状の詳細を図７（平面図）、図８（断面図）にそれぞれ示した。図８は、図７におけるＡ−Ｂ間の断面図である。
【００４４】
樹脂として、ポリメチルメタクリレート樹脂（住友化学工業社製、グレード：ＬＧ、ＭＦＲ＝１０）を用い、これに以下に示す手順で、ＣＯ_２（二酸化炭素）ガスを加えた。
まず、ポリメチルメタクリレート樹脂をホッパー１３に投入し、耐圧ホッパー１２内において、ＣＯ_２ガスをポリメチルメタクリレート樹脂に、適当なガス圧により溶解させた。このとき、溶解するガス量が０．０００１及び０．０００３（ｍｏｌ−ｇａｓ／ｃｍ^３−ｐｏｌｍ．）となるようにガスの圧力を０．１〜５ＭＰａに調整した。
【００４５】
このＣＯ_２が溶解されたポリメチルメタクリレート樹脂を高圧ホッパー１２からバルブ１２４を経て、１８０℃に設定された可塑化混練装置のシリンダ１１内に供給し、可塑化混練装置の計量部に、図５（ａ）に示すキャビティ３（厚み２ｍｍ）の容量の分だけ溜めた。キャビティ３の形状は図５（ｂ）に示すように、５０ｍｍ角の正方形状である。次に、ＣＯ_２溶解量においてパージを行い、フラッシュフローが生じるかどうか観察した。その後、ノズルタッチをし、ＣＯ_２が添加されたポリメチルメタクリレート樹脂を、厚みを２ｍｍ、温度を２３℃に調節したキャビティ３内に充填し、次いで３０秒間冷却し金型２を開き、表面に溝形状が転写された樹脂基板を取り出した。
【００４６】
（実施例２）
ポリメチルメタクリレート樹脂を、厚みを２ｍｍ、温度を２３℃に調節したキャビティ３内に充填した後、図６に示す油圧シリンダ２２３の作動によりクサビ２２２を降下した以外は、実施例１と同様の方法にて、表面に溝形状が転写された樹脂基板を作製した。
【００４７】
（実施例３）
ポリメチルメタクリレート樹脂を用いる代わりにポリプロピレン樹脂（グレード：ＥＡ９、ＭＦＲ＝０．５）を用いた以外は実施例１と同様の方法にて、表面に溝形状が転写された樹脂基板を作製した。
【００４８】
（実施例４）
ポリメチルメタクリレート樹脂（グレード：ＭＭ、ＭＦＲ＝０．６）を用いる代わりに高分子量ポリメチルメタクリレート樹脂（住友化学工業社製、グレード：ＬＧ２１）を用いた以外は、実施例１と同様の方法にて、表面に溝形状が転写された樹脂基板を作製した。
【００４９】
（実施例５）
ポリメチルメタクリレート樹脂を用いる代わりにポリスチレン樹脂（旭化成社製、グレード：Ｇ８２５９、ＭＦＲ＝１．０）を用いた以外は、実施例１と同様の方法にて、表面に溝形状が転写された樹脂基板を作製した。
【００５０】
（実施例６）
ポリメチルメタクリレート樹脂を用いる代わりにポリエチレン樹脂（日本ポリケム社製、グレード：ＳＦ５２０、ＭＦＲ＝０．８）を用いた以外は、実施例１と同様の方法にて、表面に溝形状が転写された樹脂基板を作製した。
【００５１】
（実施例７）
ポリメチルメタクリレート樹脂を用いる代わりにポリカーボネート樹脂（帝人化成社製、グレード：Ｌ−１２２５Ｌ、ＭＦＲ＝１１．０）を用いた以外は、実施例１と同様の方法にて、表面に溝形状が転写された樹脂基板を作製した。
【００５２】
（実施例８）
ポリメチルメタクリレート樹脂を用いる代わりにポリカーボネート樹脂（帝人化成社製、グレード：Ｌ−１２５０Ｙ、ＭＦＲ＝８）を用いた以外は、実施例１と同様の方法にて、表面に溝形状が転写された樹脂基板を作製した。
【００５３】
（実施例９）
ポリメチルメタクリレート樹脂を用いる代わりにポリカーボネート樹脂（帝人化成社製、グレード：Ｌ−１３００Ｙ、ＭＦＲ＝３）を用いた以外は、実施例１と同様の方法にて、表面に溝形状が転写された樹脂基板を作製した。
【００５４】
（実施例１０）
ポリメチルメタクリレート樹脂を用いる代わりにポリプロピレン樹脂−膨潤性スメクタイト系粘度鉱物複合体を用いた以外は、実施例１と同様の方法にて、表面に溝形状が転写された樹脂基板を作製した。
ポリプロピレン樹脂−膨潤性スメクタイト系粘度鉱物複合体は、日本製鋼所製小型押出機ＴＥＸ３０中に、ポリプロピレン樹脂（日本ポリケム製、グレード：ＥＡ９、ＭＦＲ＝０．５）、無水マレイン酸変性ポリプロピレンオリゴマー（三洋化成製グレード；ユーメックス１００１）、有機変性膨潤性スメクタイト系粘度鉱物（コープケミカル製、グレード：ＳＡＮ）が、重量比率で８４．６／７．７／７．７となるようにフィードし、設定温度２００℃にて溶融混練し、押し出されたストランドをペレタイザーにてペレット化することにより得た。
得られたポリプロピレン樹脂−膨潤性スメクタイト系粘度鉱物複合体のＭＦＲは１．３であった。
【００５５】
（実施例１１）
有機変性膨潤性スメクタイト系粘度鉱物（コープケミカル社製、グレード：ＳＡＮ）の代わりに有機変性膨潤性雲母（コープケミカル社製、グレード：ＭＡＥ）を用いて、実施例１０と同様の方法によりポリプロピレン樹脂−膨潤性スメクタイト系粘度鉱物複合体を調製した。得られたポリプロピレン樹脂−膨潤性スメクタイト系粘度鉱物複合体のＭＦＲは１．４であった。
このポリプロピレン樹脂−膨潤性スメクタイト系粘度鉱物複合体を用いた以外は、実施例１０と同様の方法にて、表面に溝形状が転写された樹脂基板を作製した。
【００５６】
（実施例１２）
可塑化混練装置のシリンダ１１の温度を１８０℃とする代わりに１２０℃とした以外は、実施例１と同様の方法にて、表面に溝形状が転写された樹脂基板を作製した。
【００５７】
（実施例１３）
ＣＯ_２ガスをホッパー部に導入する代わりにシリンダ部に導入した以外は、実施例１と同様の方法にて、表面に溝形状が転写された樹脂基板を作製した。
【００５８】
（実施例１４）
ＣＯ_２ガスをホッパー部に導入する代わりにスクリュー部に導入した以外は、実施例１と同様の方法にて、表面に溝形状が転写された樹脂基板を作製した。
【００５９】
（実施例１５）
ＣＯ_２ガスを使用する代わりに超臨界状態のＣＯ_２流体を使用し、ホッパー部を５０℃に温調し、１０ＭＰａの圧力により超臨界状態のＣＯ_２流体をホッパー部に導入した以外は、実施例１と同様の方法にて、表面に溝形状が転写された樹脂基板を作製した。
なお、ＣＯ_２ガスは、５０℃において８ＭＰａ以上の圧力を加えることにより超臨界状態に達する。
【００６０】
（実施例１６）
ＣＯ_２ガスを使用する代わりにＮ_２ガスを用いたそれ以外は、実施例１と同様の方法にて、表面に溝形状が転写された樹脂基板を作製した。
【００６１】
（実施例１７）
ＣＯ_２ガスを使用する代わりに空気を用いたそれ以外は、実施例１と同様の方法にて、表面に溝形状が転写された樹脂基板を作製した。
【００６２】
（比較例１）
ＣＯ_２ガスを溶解する工程を省略した以外は、実施例１と同様の方法にて、表面に溝形状が転写された樹脂基板を作製した。
【００６３】
（比較例２）
ＣＯ_２ガスを溶解する工程を省略した以外は、実施例２と同様の方法にて、表面に溝形状が転写された樹脂基板を作製した。
【００６４】
（比較例３）
ポリメチルメタクリレート樹脂（グレード：ＭＭ、ＭＦＲ＝０．６）を用いる代わりにポリメチルメタクリレート（住友化学社製、グレード：ＬＧ２、ＭＦＲ＝１５）を用い、また、ＣＯ_２ガスを溶解する工程を省略した以外は、実施例１と同様の方法にて、表面に溝形状が転写された樹脂基板を作製した。
【００６５】
（比較例４）
ＣＯ_２ガスを溶解する工程を省略した以外は、実施例４と同様の方法にて、表面に溝形状が転写された樹脂基板を作製した。
【００６６】
（比較例５）
ポリメチルメタクリレート樹脂（グレード：ＭＭ、ＭＦＲ＝０．６）を用いる代わりにポリメチルメタクリレート（住友化学社製、グレード：ＭＭ、ＭＦＲ＝０．５）を用い、また、ＣＯ_２ガスを溶解する工程を省略した以外は、実施例１と同様の方法にて、表面に溝形状が転写された樹脂基板を作製した。
【００６７】
実施例１〜１７及び比較例１〜５で作製した樹脂基板について、以下の方法により評価を行った。
結果を表１に示した。
【００６８】
（転写性評価）
樹脂基板を、図９に示した１、２及び３の部分で切断し、溝の１１、１２、１３、１４、２１、２２、３１、３２部の断面形状をキーエンス社製光学顕微鏡（ＶＨＰ４０）にて観測し、金型表面の凸形状を忠実に転写しているかどうかを以下の基準により評価した。
◎：特に忠実に転写したもの
〇：目的物質の分析に問題の無い範囲で忠実に転写したもの
×：目的物質の分析に明らかに問題があるもの
【００６９】
（透明性評価）
波長範囲４００〜８００ｎｍの可視光の光線透過率を日立社製可視光スペクトロフォトメーター（Ｕ−３５００）にて測定を行い、以下の基準により評価した。
◎：全光線透過率が９０％以上だったもの
〇：全光線透過率が５０以上９０％未満だったもの
×：全光線透過率が５０％未満であったもの
【００７０】
（耐酸・耐アルカリ性評価）
樹脂基板の３８％濃度の塩酸に３時間浸した後、目視にて以下の基準により評価した。
◎：マイクロリアクターとして使用するに際し、全く又はほとんど影響がない
○：マイクロリアクターとして使用するに際し、若干の影響はあるが使用に耐える
×：マイクロリアクターとして使えない
【００７１】
【表１】

【００７２】
表１から、実施例１〜１７で作製した樹脂基板は、いずれも金型表面の凸形状を忠実に転写しているのに対し、比較例１〜５で作製した樹脂基板は、目的物質の分析に明らかに問題があった。
また、ポリメチルメタクリレート又はポリカーボネートを用いた場合には、全て９０％以上の全光線透過率が得られ、またポリプロピレン樹脂やポリプロピレン樹脂−層状珪酸塩複合体、ポリスチレン樹脂を用いた場合には５０％〜９０％の全光線透過率が得られた。これに対し、比較例４のポリプロピレンを用いても、ＣＯ_２ガスを用いない場合には、充分な光線透過率が得られなかった。これは、ＣＯ_２ガスが存在することにより、結晶核生成がより頻繁に生じ、透明性が向上することに由来すると考えられる。透明性を有することは、マイクロリアクターにおいて必須ではないが、これを光学検出用途に用いる場合には、極めて重要な特性である。
【００７３】
更に、ＭＦＲが１０．０以上である樹脂を用いた場合には、所望の耐酸・耐アルカリ性を獲得できなかったのに対し、ＭＦＲ値が１０．０以下のものは全て所望の耐酸・耐アルカリ性を獲得することができた。特に、ポリカーネートやポリメチルメタクリレート樹脂を用いた場合には、ポリプロピレンやポリエチレンを用いた場合に比べて耐酸・耐アルカリ性が悪いため、よりＭＦＲ値の高い樹脂を用いて、耐酸・耐アルカリ性を改善する必要性が高い。本発明の方法を用いることにより、低ＭＦＲ、即ち高分子量樹脂を用いても、マイクロリアクターに必要な精密転写性を得ることが可能であり、これはマリクロリアクター樹脂基板を作製する上で、極めて重要な特性である。
【００７４】
【発明の効果】
本発明によれば、安価かつ効率的な、極めて高い精度の溝や孔が形成されたマイクロリアクター用樹脂基板の製造方法を提供できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】層状珪酸塩の結晶薄片の状態を説明するための模式図である。
【図２】層状珪酸塩の結晶薄片の平均層間距離が６ｎｍ以上の場合のＸ線回折プロファイルである。
【図３】層状珪酸塩の結晶薄片の平均層間距離が６ｎｍ未満の場合のＸ線回折プロファイルである。
【図４】実施例で用いた樹脂基板を製造する装置を示す模式図である。
【図５】実施例で用いた樹脂基板を製造する装置射出成形用金型を示す模式図である。
【図６】実施例で用いた樹脂基板を製造する装置射出成形用金型を示す模式図である。
【図７】実施例で作製した樹脂基板の凸形状を示す平面図である。
【図８】実施例で作製した樹脂基板の凸形状を示すＡ−Ｂ間の断面図である。
【図９】実施例の転写性評価において樹脂基板の切断方法を示す模式図である。
【符号の説明】
１射出成形装置
１１射出成形機１の射出シリンダ
１２耐圧ホッパー
１３耐圧ホッパー１２の上に設けられたホッパー
１４発泡剤として使用する二酸化炭素のボンベ
１５加圧ポンプ
１６ボンベ温調用ヒータ
１４１圧力調整バルブ
１２１バルブ
１２２バルブ
１２３バルブ
１２４バルブ
２射出成形用金型
２１固定型射出成形用金型
２２可動型射出成形用金型
２２１移動型
２２２クサビ
２２３油圧シリンダ
２２４油圧装置
３キャビティ

Claims

樹脂を射出成形法又は転写成形法により成形するマイクロリアクター用樹脂基板の製造方法であって、少なくとも、
樹脂に常温常圧でガス状の物質又は超臨界状態の物質を溶解する工程１と
前記常温常圧でガス状の物質又は超臨界状態の物質を溶解した樹脂を金型キャビティ内に充填する工程２と、
前記常温常圧でガス状の物質又は超臨界状態の物質を溶解した樹脂に金型キャビティ内の金型面形状を表面転写する工程３とを有する
ことを特徴とするマイクロリアクター用樹脂基板の製造方法。
常温常圧でガス状の物質又は超臨界状態の物質は、二酸化炭素ガス又は二酸化炭素超臨界流体であることを特徴とする請求項１記載のマイクロリアクター用樹脂基板の製造方法。
樹脂は、結晶性樹脂であることを特徴とする請求項１又は２記載のマイクロリアクター用樹脂基板の製造方法。
樹脂のＭＦＲ値が１０．０以下であることを特徴とする請求項１、２又は３記載のマイクロリアクター用樹脂基板の製造方法。
樹脂は、ポリオレフィン系樹脂、アクリル系樹脂、ポリカーボネート系樹脂からなる群より選択される少なくとも１種であることを特徴とする請求項１、２、３又は４記載のマイクロリアクター用樹脂基板の製造方法。
樹脂は、樹脂１００重量部に対して層状珪酸塩を０．０１〜１５０重量部含んでいることを特徴とする請求項１、２、３、４又は５記載のマイクロリアクター用樹脂基板の製造方法。
層状珪酸塩は、膨潤性スメクタイト系粘度鉱物及び／又は膨潤性雲母であることを特徴とする請求項６記載のマイクロリアクター用樹脂基板の製造方法。
層状珪酸塩は、Ｘ線回折測定により検出される層状珪酸塩の平均層間距離が６ｎｍ以上あるように樹脂中に分散していることを特徴とする請求項６又は７記載のマイクロリアクター用樹脂基板の製造方法。