JP2005103423A - Microchemistry device - Google Patents

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Fumio Uchida
文生 内田
Chiemi Shimizu
千恵美 清水
Masakazu Nakano
雅一 中野
Akira Shimoma
昌 下間
Masaya Kurokawa
正也 黒川
Toshiaki Hagiwara
俊明 萩原
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Starlite Co Ltd
Fuji Chemical Co Ltd
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Starlite Co Ltd
Fuji Chemical Co Ltd
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a microchemistry that is capable of modifying properties of the surface of a microchemistry device, particularly the surface properties of the selected same type of a substrate optionally or the surface properties of the different type of a substrate to the selected same properties almost without modifying the basic properties of the microchemistry device substrate. <P>SOLUTION: The microchemistry device is provided, wherein at least the part of a site which is in contact with the sample and/or medium or the solution is thinly coated by a coated layer comprised of a polycondensation compound using a metal alkoxide or a polycondensation compound using a mixture having a metal salt and/or a metal organic acid salt added to a metal alkoxide. <P>COPYRIGHT: (C)2005,JPO&NCIPI

Description

本発明は、微少な量で分析や検査、培養、反応等を行うのに用いるマイクロチップ、マイクロリアクター等マイクロ化学デバイスに係り、特に、分析や検査、培養、反応等を行うのに用いる試料や媒体との相互作用を除去又は増強した表面を有する合成樹脂よりなるマイクロ化学デバイスに関する。   The present invention relates to a microchemical device such as a microchip or a microreactor used for performing analysis, inspection, culture, reaction, or the like in a minute amount, and in particular, a sample used for performing analysis, inspection, culture, reaction, or the like. The present invention relates to a microchemical device made of a synthetic resin having a surface that has removed or enhanced interaction with a medium.

近年、DNA分析、ポリメラーゼ連鎖反応、電気泳動による分離、細胞反応、細胞ソーテイング、マイクロ燃料電池用燃料の改質、NOX分析等の生化学分析、生化学反応、環境分析、微量化学反応、コンビナトリアルケミストリーあるいはコンビナトリアルバイオエンジニアリングの分析あるいは反応等の各種分析や反応をハイスループット(数多く、短時間に、或いは簡易に)で行うため、あるいは精度の高い均一条件下で行うため、微少な量で分析や反応が行えるマイクロチップ、マイクロリアクター等マイクロ化学デバイスの開発が進んでいる。 Recently, DNA analysis, polymerase chain reaction, separation by electrophoresis, cell response, cell Soteingu, reforming of the fuel for micro fuel cells, biochemical analysis, such as NO X analysis, biochemical reactions, environmental analysis, trace chemical reactions, combinatorial In order to perform various analyzes and reactions such as chemistry or combinatorial bioengineering analysis or reaction at high throughput (many, in a short time or simply) or under high-precision uniform conditions, Development of microchemical devices such as microchips and microreactors that can be used for reaction is progressing.

マイクロ化学デバイスは、一般に、基体(マイクロ化学デバイスの主たる構成要素)である、小型の通常平板上に微細な流路(チャンネル)や容器(ウェル)、デバイス内部の液体に外部のガスを吸収する隔膜あるいは電極や外部とのインターフェースであるコネクターなどが、必要に応じて集積化されて形成されており、これらの微細な流路や容器などを用いて少量の試料や化学品によって上記のような分析や反応を行うものである。   In general, a microchemical device absorbs an external gas into a liquid (inside the device), a fine channel (channel) or a container (well) on a small normal flat plate, which is a base (a main component of the microchemical device). The diaphragm or the electrode or the connector that is an interface with the outside is integrated and formed as necessary, and these fine channels and containers are used to make the above-mentioned Analyze and react.

本発明では、以下のような流路又は/及び容器が少なくとも1乃至多数設置されたものをマイクロ化学デバイスと云う。即ち、基体に設置される微細な流路のサイズが、幅及び深さが1〜1000μm、好ましくは10〜500μm、より好ましくは30〜300μmの範囲にあり、また基体に設置される容器のサイズは、容器の形状が角形の場合、その最大辺及び深さが、また円や楕円状の場合、その直径又は長径及び深さが、1〜1000μm、好ましくは10〜500μmである。尚、このマイクロ化学デバイスには、少なくとも上述の範囲の流路又は容器が設置されていれば良く、従って前記範囲外の流路や容器が同時に設置されていても構わないし、また流路や容器以外の機能が同時に設置されていても差し支えない。このようなマイクロ化学デバイスは、分離、分析、検査、診断、反応、培養等に利用される。   In the present invention, a device in which at least one or many channels or / and containers as described below are installed is referred to as a microchemical device. That is, the size of the fine channel installed on the substrate has a width and depth in the range of 1 to 1000 μm, preferably 10 to 500 μm, more preferably 30 to 300 μm, and the size of the container installed on the substrate. When the shape of the container is a square, its maximum side and depth are, and when it is a circle or ellipse, its diameter or major axis and depth is 1-1000 μm, preferably 10-500 μm. In this microchemical device, it is sufficient that at least the flow path or container in the above-mentioned range is installed. Therefore, a flow path or container outside the above range may be installed at the same time. Other functions may be installed at the same time. Such microchemical devices are used for separation, analysis, inspection, diagnosis, reaction, culture, and the like.

一般に、流路や容器(チャンバー)を微細化すればするほど、比表面積が増大し、表面にかかわる効果が支配的になってくる。マイクロスケールでは、マクロスケールと比較して相対的に、熱交換効率が高く、分子の拡散効果が大きくなり、さらに液体の流れが層流になる。従って、このような物性的特性を積極的に活用するマイクロ化学デバイスでは、流路や容器の表面状態の制御が重要になる。   In general, the finer the flow path and the container (chamber), the larger the specific surface area, and the effect on the surface becomes dominant. In the micro scale, the heat exchange efficiency is relatively high as compared with the macro scale, the molecular diffusion effect is increased, and the liquid flow becomes a laminar flow. Therefore, in a microchemical device that actively uses such physical properties, it is important to control the surface state of the flow path and the container.

これらのマイクロ化学デバイスを構成する基体材料としては、一般にガラス、合成樹脂、金属やセラミックなどが使用されている。   In general, glass, synthetic resin, metal, ceramic, or the like is used as a base material constituting these microchemical devices.

しかし、このような材料を用いたマイクロ化学デバイスの表面の特性は、基体の材料そのものによって決まってしまい、例えば、DNAや細胞のような試料を媒体によって流路の中を輸送しようとしても、試料とマイクロ化学デバイス表面との親和性が強かったりすると、試料が媒体の流動から取り残されて、正常な分析や反応が出来なくなることがある。また、逆に試料とマイクロ化学デバイス流路表面との相互作用を利用する分析又は反応手法を採用しようとしても、これが叶わないことなどがある。   However, the characteristics of the surface of a microchemical device using such a material are determined by the material of the substrate itself. For example, even if a sample such as DNA or a cell is transported through a channel by a medium, the sample If the affinity between the microchemical device and the microchemical device surface is strong, the sample may be left behind from the flow of the medium, and normal analysis and reaction may not be performed. On the other hand, if an analysis or reaction technique that uses the interaction between the sample and the surface of the microchemical device channel is employed, this may not be achieved.

このような問題点を解決する一つの方法として、マイクロ化学デバイスを構成する材料が疎水性の場合、これを親水性にするため、疎水性ポリマーに親水性ポリマーを混合した材料を用いてマイクロ化学デバイスを作成する等の改良が提案されている(特許文献1)。しかし、この方法で表面特性は改良されるが、基体を構成する材料としてポリマーを混合するため、マイクロ化学デバイス基体の表面特性以外の物性(例えば、成形性、透明性、耐熱性など)が低下する問題が生じた。
特願2001−363121号公報
As one method for solving such problems, when the material constituting the microchemical device is hydrophobic, in order to make it hydrophilic, microchemical using a material in which a hydrophilic polymer is mixed with a hydrophobic polymer. Improvements such as creating a device have been proposed (Patent Document 1). However, this method improves the surface properties, but because the polymer is mixed as the material constituting the substrate, physical properties other than the surface properties of the microchemical device substrate (for example, moldability, transparency, heat resistance, etc.) are reduced. A problem occurred.
Japanese Patent Application No. 2001-363121

本発明は、マイクロ化学デバイス基体の基本物性を殆ど変えずに、マイクロ化学デバイス表面の特性を、それも、選択された同一種基体の表面特性を任意に、或いは異種基体の表面特性を選択された同一の特性に変更することを可能にすることによって、従来技術の問題点を解決するものである。   In the present invention, the surface characteristics of the microchemical device surface, the surface characteristics of the same kind of selected substrate, or the surface characteristics of different types of substrates can be selected without changing the basic physical properties of the microchemical device substrate. The problem of the prior art is solved by making it possible to change to the same characteristic.

すなわち、本発明においては、上記のようなマイクロ化学デバイスの製造が簡単に行えて、安価に量産できるようにするとともに、分析や反応に用いられる試料や媒体がマイクロ化学デバイスと接する面の表面化学特性(具体的特性として、表面自由エネルギー、これの実験的表現値である水の接触角)を広い範囲に亘って任意に変更できるようにして、求める分析や反応をハイスループットに実施できるようにすることを課題にするものである。   That is, in the present invention, the microchemical device as described above can be easily manufactured and mass-produced at low cost, and the surface chemistry of the surface where the sample or medium used for analysis or reaction is in contact with the microchemical device. Properties (specifically, surface free energy, experimental contact value of water contact angle) can be arbitrarily changed over a wide range so that required analyzes and reactions can be performed at high throughput. It is a task to do.

前述の課題解決のために、本発明は、試料又は/及び、媒体又は溶液が接触する部位の少なくとも一部が、金属アルコキシドを用いた縮重合化合物、或いは金属アルコキシドに金属塩又は/及び金属有機酸塩を添加した混合物を用いた縮重合化合物からなる被覆層によって薄く被覆されたことを特徴とするマイクロ化学デバイスを提供する(請求項1)。   In order to solve the above-described problems, the present invention provides a method in which at least a part of a site where the sample or / and the medium or the solution is in contact is a polycondensation compound using a metal alkoxide, or a metal salt or / and a metal organic compound. A microchemical device is provided which is thinly coated with a coating layer made of a condensation polymerization compound using a mixture to which an acid salt is added (Claim 1).

また、前述の課題解決のために、本発明は、試料又は/及び、媒体又は溶液が接触する部位の少なくとも一部が、金属アルコキシドを用いた縮重合化合物の中に、或いは金属アルコキシドに金属塩又は/及び金属有機酸塩を添加した混合物を用いた縮重合化合物の中に、金属コロイド又は金属酸化物コロイドを分散させた被覆層によって薄く被覆されたことを特徴とするマイクロ化学デバイスを提供する(請求項2)。   Further, in order to solve the above-mentioned problems, the present invention provides a method in which at least a part of a portion where the sample or / and the medium or the solution is in contact is in a polycondensation compound using a metal alkoxide or in a metal alkoxide. A microchemical device characterized by being thinly coated with a coating layer in which a metal colloid or a metal oxide colloid is dispersed in a condensation polymerization compound using a mixture to which a metal organic acid salt is added. (Claim 2).

ここで、マイクロ化学デバイスの基体を構成する主たる材料が熱可塑性合成樹脂又は熱硬化性合成樹脂であることが好ましい(請求項3)。   Here, the main material constituting the substrate of the microchemical device is preferably a thermoplastic synthetic resin or a thermosetting synthetic resin.

また、マイクロ化学デバイスの基体を構成する主たる材料が、ポリメタクリル酸メチル、ポリカーボネート、ポリジメチルシロキサン、ポリスチレン、ポリエーテルスルホン、ポリスルホン、ポリエチレンテレフタレート、ポリブチレンテレフタレート、ポリフェニレンサルファイド、ポリエーテルイミド、ポリプロピレン、ポリシクロオレフィン、ポリパーフロロアルコキシ樹脂の少なくとも何れか1種からなることも好ましい(請求項4)。   The main materials constituting the substrate of the microchemical device are polymethyl methacrylate, polycarbonate, polydimethylsiloxane, polystyrene, polyethersulfone, polysulfone, polyethylene terephthalate, polybutylene terephthalate, polyphenylene sulfide, polyetherimide, polypropylene, poly It is also preferable to consist of at least one of cycloolefin and polyperfluoroalkoxy resin.

そして、マイクロ化学デバイスの少なくとも一部を被覆する被覆層の主たる材料を構成する素原料である金属アルコキシド、金属塩あるいは金属有機酸塩の金属が、珪素、ジルコニウム、チタン、硼素、アルミニウム、ニッケル、タンタル、カルシウム、マグネシウム、亜鉛又は燐酸エステルの少なくとも何れか1種であることが好ましい(請求項5)。   The metal alkoxide, metal salt or metal organic acid salt, which is a raw material constituting the main material of the coating layer covering at least a part of the microchemical device, is silicon, zirconium, titanium, boron, aluminum, nickel, Preferably, it is at least one of tantalum, calcium, magnesium, zinc, and phosphoric acid ester (Claim 5).

また、マイクロ化学デバイスの少なくとも一部を被覆する被覆層の材料が、テトラエチルシリケート、ホウ酸トリメチル、ジルコニウムブトキシド、チタンプロポキシド、アルミニウムブトキシド、塩化亜鉛、酸化チタン、エトキシトリメチルシラン、の内の少なくとも何れか1種であることが好ましい(請求項6)。   The material of the coating layer that covers at least a part of the microchemical device is at least one of tetraethyl silicate, trimethyl borate, zirconium butoxide, titanium propoxide, aluminum butoxide, zinc chloride, titanium oxide, and ethoxytrimethylsilane. It is preferable that it is 1 type (Claim 6).

マイクロ化学デバイスの表面を被覆するに際し、マイクロ化学デバイス基体に下塗りを施したのち、その上に表面被覆を形成することも好ましい(請求項7)。   In coating the surface of the microchemical device, it is also preferable to form a surface coating on the microchemical device substrate after applying a primer.

以上詳述したように、本発明によって、マイクロ化学デバイスの表面化学特性を、使用目的に応じて、任意に設定できるので、精度の高い、或いはハイスループットの分析や反応が可能になり、さらにマイクロ化学デバイスの使用用途の範囲が可能になる。また射出成形法等によって、合成樹脂製の、表面特性の優れたマイクロ化学デバイスを容易に且つ大量に製造でき、表面処理容易にできるので、マイクロ化学デバイスを安価に提供できるようになった。   As described above in detail, according to the present invention, the surface chemical characteristics of the microchemical device can be arbitrarily set according to the purpose of use, so that highly accurate or high-throughput analysis and reaction can be performed. A range of uses for chemical devices is possible. In addition, since a microchemical device made of a synthetic resin and having excellent surface characteristics can be easily manufactured in large quantities by an injection molding method or the like, and the surface treatment can be easily performed, the microchemical device can be provided at low cost.

以下、本発明の実施形態に係るマイクロ化学デバイスについて説明する。   Hereinafter, a microchemical device according to an embodiment of the present invention will be described.

本発明においては、上記のような課題を解決するため、マイクロ化学デバイスの試料又は/及び媒体が接する表面に、金属アルコキシドを用いた縮重合化合物、或いは金属アルコキシドに金属塩又は/及び金属有機酸塩を添加した混合物を用いた縮重合化合物からなる被覆層、若しくは金属アルコキシドを用いた縮重合化合物の中に、或いは金属アルコキシドに金属塩又は/及び金属有機酸塩を添加した混合物を用いた縮重合化合物の中に、金属コロイド又は金属酸化物コロイドを分散させた被覆層によって薄く被覆することによって、マイクロ化学デバイス表面の水との接触角を広い範囲に亘って任意に設定できるようにした。本発明では、いわゆるゾルゲル法を用いてマイクロ化学デバイスの必要個所に被覆層を形成し、所望の水の接触角を有する表面を形成することを特徴としている。   In the present invention, in order to solve the above-described problems, a polychemical compound using a metal alkoxide, or a metal salt or / and a metal organic acid using a metal alkoxide on the surface of a microchemical device sample or / and a medium contacting the surface. In a coating layer composed of a polycondensation compound using a mixture to which a salt is added, or in a polycondensation compound using a metal alkoxide, or using a mixture in which a metal salt or / and a metal organic acid salt is added to the metal alkoxide. The polymer compound was thinly coated with a coating layer in which a metal colloid or metal oxide colloid was dispersed, so that the contact angle with water on the surface of the microchemical device could be arbitrarily set over a wide range. The present invention is characterized in that a so-called sol-gel method is used to form a coating layer at a necessary portion of a microchemical device to form a surface having a desired water contact angle.

本発明のマイクロ化学デバイスにおいては、基体を構成する主たる材料として、例えば熱可塑性や熱硬化性の合成樹脂を用いることができ、マイクロ化学デバイス表面に微細な流路やウェルを射出成形等によって簡単に設けることができ、さらに金属アルコキシドを用いた縮重合化合物、或いは金属アルコキシドに金属塩又は/及び金属有機酸塩を添加した混合物を用いた縮重合化合物からなる被覆層、若しくは金属アルコキシドを用いた縮重合化合物の中に、或いは金属アルコキシドに金属塩又は/及び金属有機酸塩を添加した混合物を用いた縮重合化合物の中に、金属コロイド又は金属酸化物コロイドを分散させた被覆層によって表面を薄く被覆するため、高品質のマイクロ化学デバイスの製造が簡単に行え、量産が可能になって安価に提供することが可能になる。   In the microchemical device of the present invention, for example, a thermoplastic or thermosetting synthetic resin can be used as a main material constituting the substrate, and fine flow paths and wells can be easily formed on the surface of the microchemical device by injection molding or the like. Furthermore, a coating layer made of a polycondensation compound using a polycondensation compound using a metal alkoxide, or a mixture obtained by adding a metal salt or / and a metal organic acid salt to a metal alkoxide, or a metal alkoxide was used. The surface is covered with a coating layer in which metal colloid or metal oxide colloid is dispersed in a polycondensation compound or in a polycondensation compound using a mixture of a metal alkoxide and a metal salt or / and a metal organic acid salt. Thin coating makes it easy to manufacture high-quality microchemical devices and enables mass production at low cost. It is possible to provide.

また、上記のようにこのマイクロ化学デバイスの表面を、目的とする分析や反応に対応してその目的に合致するように改質できるので、これらの分析や反応を正確に、あるいはハイスループットに行えるようになる。   In addition, as described above, the surface of this microchemical device can be modified to match the purpose corresponding to the intended analysis and reaction, so that these analysis and reaction can be performed accurately or at high throughput. It becomes like this.

本発明のマイクロ化学デバイスは、基体の成形後、その表面を上記のような他種の材料によって被覆するので、マイクロ化学デバイスの基体材料としては、適切な成形性や目的とする用途から基体に対して求められる特性(例えば、透明性や耐熱性など)を満たしていれば、任意の合成樹脂を選択できる。例えば、ポリメチルメタクリレート等のポリメタクリル酸エステル、ポリカーボネート、ポリスチレン、ABS、ポリエチレンテレフタレートやポリブチレンテレフタレート等の芳香族ポリエステル、ポリプロピレンやポリシクロオレフィン等の各種ポリオレフィン、ポリスルホン、ポリエーテルスルホン、ポリフェニレンサルファイド、ポリ乳酸やポリパーフロロアルコキシ樹脂といった熱可塑性合成樹脂のほか、ポリジメチルシロキサン等の熱硬化性の合成樹脂やポリテトラフッ化エチレンなども用いることができる。   Since the surface of the microchemical device of the present invention is coated with another type of material as described above after the substrate is molded, the substrate material of the microchemical device is suitable for the substrate from an appropriate moldability and intended use. Any synthetic resin can be selected as long as it satisfies the required characteristics (for example, transparency and heat resistance). For example, polymethacrylate such as polymethyl methacrylate, polycarbonate, polystyrene, ABS, aromatic polyester such as polyethylene terephthalate and polybutylene terephthalate, various polyolefins such as polypropylene and polycycloolefin, polysulfone, polyethersulfone, polyphenylene sulfide, poly In addition to thermoplastic synthetic resins such as lactic acid and polyperfluoroalkoxy resins, thermosetting synthetic resins such as polydimethylsiloxane and polytetrafluoroethylene can also be used.

これらの合成樹脂は単独で使用しても良いし、必要に応じて2種以上混合しても良い。或いは多色成形法等を用いて、2種以上の個別の合成樹脂をマイクロ化学デバイスの異なる位置に配置させたマイクロ化学デバイスを構成することも可能である。また、使用目的に対応して、上記の合成樹脂にカーボンブラックや黒鉛、あるいは酸化チタンや酸化亜鉛などの添加剤を混合することもできる。カーボンブラックや黒鉛を添加すると、マイクロ化学デバイス基体の自家蛍光の発生を抑制して、分析の精度を上げることができる。   These synthetic resins may be used alone or in combination of two or more as required. Alternatively, a microchemical device in which two or more kinds of individual synthetic resins are arranged at different positions of the microchemical device can be configured by using a multicolor molding method or the like. Further, depending on the purpose of use, additives such as carbon black, graphite, titanium oxide, and zinc oxide can be mixed with the above synthetic resin. When carbon black or graphite is added, the generation of autofluorescence of the microchemical device substrate can be suppressed and the accuracy of analysis can be increased.

マイクロ化学デバイスの少なくとも一部を被覆する被覆層の主たる材料を構成する素原料である金属アルコキシド、金属塩あるいは金属有機酸塩の金属は、珪素、ジルコニウム、チタン、硼素、アルミニウム、ニッケル、タンタル、カルシウム、マグネシウム、亜鉛又はリンの少なくとも何れか1種である。   Metals of metal alkoxide, metal salt or metal organic acid salt, which are the raw materials constituting the main material of the coating layer covering at least a part of the microchemical device, are silicon, zirconium, titanium, boron, aluminum, nickel, tantalum, It is at least one of calcium, magnesium, zinc and phosphorus.

金属アルコキシドを用いた縮重合化合物、或いは金属アルコキシドに金属塩又は/及び金属有機酸塩を添加した混合物を用いた縮重合化合物は、主たる材料を混合し、ゾルゲル反応により得ることができる。ゾルゲル反応は、主たる材料を混合した後、酢酸とアルコールをエステル反応することにより得られる水、もしくは直接滴下することによって得られた水によって、金属アルコキシドが加水分解反応され、金属含有縮重合化合物が得られる。   A polycondensation compound using a metal alkoxide, or a polycondensation compound using a mixture obtained by adding a metal salt or / and a metal organic acid salt to a metal alkoxide can be obtained by mixing the main materials and performing a sol-gel reaction. In the sol-gel reaction, after mixing main materials, the metal alkoxide is hydrolyzed by water obtained by ester reaction of acetic acid and alcohol, or water obtained by direct dropwise addition, and the metal-containing polycondensation compound is converted into a sol-gel reaction. can get.

また、金属アルコキシドを用いた縮重合化合物或いは金属アルコキシドに金属塩又は/及び金属有機酸塩を添加した混合物を用いた縮重合化合物の中に、金属コロイド又は金属酸化物コロイドを分散させることも可能である。   It is also possible to disperse metal colloids or metal oxide colloids in polycondensation compounds using metal alkoxide or polycondensation compounds using a mixture of metal alkoxide and a metal salt or / and metal organic acid salt. It is.

そのように作製された縮重合化合物を、スピンコート法、ディッピング法、スクリーン印刷法などの方法により基体へ被覆する。その際、基体への密着性を増すために、下塗りを施した後、縮重合化合物を被覆することも可能である。下塗りに用いられる材料としては、樹脂、縮重合化合物があり、樹脂材料としては、アクリルなどがあり、縮重合化合物は、上塗りに使用される被覆材料、もしくは上塗りに使用される被覆材料へ樹脂又は/及び金属酸化物又は/及び金属コロイドを添加したものが使用できる。   The polycondensation compound thus produced is coated on a substrate by a method such as spin coating, dipping, or screen printing. At that time, in order to increase the adhesion to the substrate, it is also possible to coat the polycondensation compound after applying an undercoat. Examples of the material used for the undercoating include a resin and a condensation polymerization compound, and examples of the resin material include acrylic, and the condensation polymerization compound is a resin or a coating material used for the top coating or a coating material used for the top coating. What added / and metal oxide or / and metal colloid can be used.

縮重合化合物をコートした基体を、室温から300℃、好ましくは50℃から150℃の温度で加熱することにより、縮重合化合物を乾燥固化する。   The substrate coated with the condensation polymerization compound is heated at a temperature of room temperature to 300 ° C., preferably 50 ° C. to 150 ° C., to dry and solidify the condensation polymerization compound.

金属アルコキシド、金属塩あるいは金属有機酸塩の少なくとも1種あるいは1種以上から選択され、金属元素(酸化数nとする)1モル当たり1〜nモルの水及び硝酸、塩酸などの触媒をエタノール、イソプロパノール、n−ブタノール、sec−ブタノールの溶媒中で加水分解して得られる液をマイクロ化学デバイス基板に塗布して酸化物被膜を形成する。加水分解に際してはTi,Zr,Ta,Nb、Alは安定化剤としてアセチルアセトン、アセト酢酸エチル、アセト酢酸メチル、酢酸、モノエタノールアミン、ジエタノールアミンを添加する。表1には実施例1〜12の組成を記載した。これらの組成物には表中のa、b、cの化合物も添加することが出来る。ここで、aは3-アミノプロピルトリエトキシシラン(3-Aminopropyltriethoxysilane)、bは3-グリシジルオキシプロピルトリメトキシシラン(3-Glycidyloxypropyltrimethoxysilane)、cはトリス(1,1,1,3,3,3-ヘキサフルオロイソプロピル)エトキシシラン{Tris(1,1,1,3,3,3-Hexafluoro-isopropyl)ethoxysilane}である。   A metal alkoxide, a metal salt or a metal organic acid salt is selected from at least one or more, and 1 to n moles of water, nitric acid, hydrochloric acid and other catalysts are added to ethanol per mole of a metal element (oxidation number n), A liquid obtained by hydrolysis in a solvent of isopropanol, n-butanol and sec-butanol is applied to a microchemical device substrate to form an oxide film. In the hydrolysis, Ti, Zr, Ta, Nb, and Al are added with acetylacetone, ethyl acetoacetate, methyl acetoacetate, acetic acid, monoethanolamine, and diethanolamine as stabilizers. Table 1 lists the compositions of Examples 1-12. The compounds a, b and c in the table can also be added to these compositions. Here, a is 3-aminopropyltriethoxysilane (3-Aminopropyltriethoxysilane), b is 3-Glycidyloxypropyltrimethoxysilane, and c is tris (1,1,1,3,3,3- Hexafluoroisopropyl) ethoxysilane {Tris (1,1,1,3,3,3-Hexafluoro-isopropyl) ethoxysilane}.

そして、合成したコート剤は目的の樹脂表面にスピンコート法や浸漬法などの手法で塗布し、室温から180℃までの温度で適宜乾燥して膜を形成することができる。表面が更に撥水性を要求する場合には表中のフッ素系の化合物c、或いはトリエトキシ-1,1,2,2-テトラフルオロ-n-オクチルシラン(Triethoxy-1,1,2,2-tetrafluoro-n-octylsilane)を入れることで対応でき、親水性を更に要求する場合には成膜後に水蒸気などで処理することで対応することが出来る。   The synthesized coating agent can be applied to the target resin surface by a technique such as spin coating or dipping, and dried appropriately at a temperature from room temperature to 180 ° C. to form a film. When the surface further requires water repellency, the fluorine compound c in the table or triethoxy-1,1,2,2-tetrafluoro-n-octylsilane (Triethoxy-1,1,2,2-tetrafluoro) -n-octylsilane) can be accommodated, and when further hydrophilicity is required, it can be accommodated by treatment with water vapor after film formation.

コート剤の溶媒の選択は記載したもの以外でも組成物が溶解するもので、成膜可能なものであればいかなる溶媒でも使用できる。   Selection of the solvent for the coating agent is not limited to those described above, and the composition dissolves, and any solvent can be used as long as it can form a film.

Figure 2005103423
Figure 2005103423

表1の実施例12に記載された組成物を、ポリカーボネート、ポリメチルメタクリレート、又はポリエーテルイミドよりなる射出成形品の表面に薄く塗布し、さらに水蒸気で処理した。その結果、未塗布品の表面の水の接触角が72°〜80°であったのに対し、これら塗布水処理品表面の水の接触角は、いずれも32°〜40°になった。尚、親水性材料の代表格であるガラスにおける水の接触角は、30°〜40°である。   The composition described in Example 12 in Table 1 was thinly applied to the surface of an injection-molded article made of polycarbonate, polymethyl methacrylate, or polyetherimide, and further treated with water vapor. As a result, the contact angle of water on the surface of the uncoated product was 72 ° to 80 °, whereas the contact angle of water on the surface of these coated water treated products was 32 ° to 40 °. In addition, the contact angle of water in glass, which is a typical hydrophilic material, is 30 ° to 40 °.

ここで、水の接触角は、水平に置いた試験片の表面に、50mmの高さから液滴サイズが20μLのシリンジにて水を滴下し、その水滴を試験片の表面に平行な方向から写真撮影し、試験片と水滴と空気とが接触する境界線において、水滴面が試験片表面となす角で水滴側の角を実測して求めた。この接触角の測定は、各試験片について同一雰囲気下(温度25℃、湿度60RH)で行い、各試験片の表面3箇所を測定した値の平均値として算出した。   Here, the contact angle of water is such that water is dropped from a height of 50 mm with a syringe having a droplet size of 20 μL onto the surface of a horizontally placed test piece, and the water drop is parallel to the surface of the test piece. The photograph was photographed, and at the boundary line where the test piece, water droplet and air contacted, the angle on the water drop side was determined by measuring the angle between the water drop surface and the test piece surface. This contact angle was measured for each test piece under the same atmosphere (temperature 25 ° C., humidity 60 RH), and was calculated as the average value of the values measured at three locations on each test piece.

また、図1〜図4に示すように、ポリメチルメタクリレートを材料にした基体プレート1に、表面側の直径が大きく裏面側の直径が小さいテーパー状の貫通穴2を複数形成し、各貫通穴2,2の小径側を結ぶ連続した幅100μm、深さ50μmの溝3を設け、つまり基体プレート1の裏面側に溝3を設け、そして基体プレート1の裏面側に同じくポリメチルメタクリレートを材料にした厚さ50μmのカバーシート4を接着したマイクロチップAを作製した。このマイクロチップAは、溝3とカバーシート4とで形成されるパイプ状のチャンネル5の両端に、貫通穴2とカバーシート4とで形成される液溜6,6を有する構造で、電気泳動用チップである。このマイクロチップAのチャンネル5内部に、表1の実施例12に記載された組成物を薄く塗布し、さらに水蒸気処理を行った。ここで、細いチャンネル5の内部に、表1の実施例12に記載された組成物を注入するには、圧力を加えて圧入するか、或いは減圧注入する。そして、その後の乾燥処理には減圧乾燥手段を用いた。この処理によってチャンネル5の内面には、厚さ1μm以下のSiO2膜が形成された。 1 to 4, a plurality of tapered through holes 2 having a large diameter on the front surface side and a small diameter on the back surface side are formed in a base plate 1 made of polymethyl methacrylate, and each through hole is formed. A groove 3 having a continuous width of 100 μm and a depth of 50 μm is provided to connect the small diameter sides of 2 and 2, that is, the groove 3 is provided on the back side of the base plate 1, and polymethyl methacrylate is also used on the back side of the base plate 1. A microchip A to which the cover sheet 4 having a thickness of 50 μm was adhered was produced. This microchip A has a structure having liquid reservoirs 6 and 6 formed by through holes 2 and a cover sheet 4 at both ends of a pipe-shaped channel 5 formed by a groove 3 and a cover sheet 4. Chip. The composition described in Example 12 in Table 1 was thinly applied to the inside of the channel 5 of the microchip A, and further subjected to steam treatment. Here, in order to inject the composition described in Example 12 of Table 1 into the thin channel 5, the pressure is applied under pressure or under reduced pressure. And the reduced pressure drying means was used for the subsequent drying process. By this treatment, a SiO 2 film having a thickness of 1 μm or less was formed on the inner surface of the channel 5.

そして、前記マイクロチップAのチャンネル5の液溜6にスポイドより水を滴下したところ、水は毛管現象で直ちに自動的にチャンネル5内に充填された。一方、未塗布のチャンネル5の液溜6にスポイドより水を滴下しても、水はチャンネル5内に全く充填されなかった。未塗布のチャンネル5内に水を供給するには、液溜6にスポイドの出口を密着させて水を圧入する必要があった。   Then, when water was dropped from a spoid into the liquid reservoir 6 of the channel 5 of the microchip A, the water was automatically filled into the channel 5 immediately by capillary action. On the other hand, even when water was dropped from the spoid into the liquid reservoir 6 of the uncoated channel 5, the water was not filled into the channel 5 at all. In order to supply water into the uncoated channel 5, it was necessary to press-fit water with the outlet of the spoid in close contact with the liquid reservoir 6.

電気泳動用マイクロチップの平面図である。It is a top view of the microchip for electrophoresis. 同じく分解斜視図である。It is an exploded perspective view similarly. 同じく拡大断面図である。It is an enlarged sectional view similarly. 同じくチャンネル部分の一部拡大断面図である。It is a partially expanded sectional view of a channel part.

符号の説明Explanation of symbols

A マイクロチップ
1 基体プレート
2 貫通穴
3 溝
4 カバーシート
5 チャンネル
6 液溜
A Microchip 1 Base plate 2 Through hole 3 Groove 4 Cover sheet 5 Channel 6 Liquid reservoir

Claims (7)

試料又は/及び、媒体又は溶液が接触する部位の少なくとも一部が、金属アルコキシドを用いた縮重合化合物、或いは金属アルコキシドに金属塩又は/及び金属有機酸塩を添加した混合物を用いた縮重合化合物からなる被覆層によって薄く被覆されたことを特徴とするマイクロ化学デバイス。   A polycondensation compound using a polycondensation compound using a metal alkoxide, or a mixture obtained by adding a metal salt or / and a metal organic acid salt to a metal alkoxide, at least a part of the site where the sample or / and the medium or solution contacts A microchemical device characterized by being thinly coated with a coating layer comprising: 試料又は/及び、媒体又は溶液が接触する部位の少なくとも一部が、金属アルコキシドを用いた縮重合化合物の中に、或いは金属アルコキシドに金属塩又は/及び金属有機酸塩を添加した混合物を用いた縮重合化合物の中に、金属コロイド又は金属酸化物コロイドを分散させた被覆層によって薄く被覆されたことを特徴とするマイクロ化学デバイス。   At least a part of the site where the sample or / and the medium or the solution is in contact was used in a polycondensation compound using a metal alkoxide or a mixture obtained by adding a metal salt or / and a metal organic acid salt to the metal alkoxide. A microchemical device which is thinly coated with a coating layer in which a metal colloid or a metal oxide colloid is dispersed in a condensation polymerization compound. マイクロ化学デバイスの基体を構成する主たる材料が熱可塑性合成樹脂又は熱硬化性合成樹脂である請求項1又は2のマイクロ化学デバイス。   The microchemical device according to claim 1 or 2, wherein a main material constituting the substrate of the microchemical device is a thermoplastic synthetic resin or a thermosetting synthetic resin. マイクロ化学デバイスの基体を構成する主たる材料が、ポリメタクリル酸メチル、ポリカーボネート、ポリデイメチルシロキサン、ポリスチレン、ポリエーテルスルホン、ポリスルホン、ポリエチレンテレフタレート、ポリブチレンテレフタレート、ポリフェニレンサルファイド、ポリエーテルイミド、ポリプロピレン、ポリシクロオレフィン、ポリパーフロロアルコキシ樹脂の少なくとも何れか1種からなる請求項1又は2のマイクロ化学デバイス。   The main materials constituting the substrate of microchemical devices are polymethyl methacrylate, polycarbonate, polydimethylsiloxane, polystyrene, polyethersulfone, polysulfone, polyethylene terephthalate, polybutylene terephthalate, polyphenylene sulfide, polyetherimide, polypropylene, polycyclohexane. The microchemical device according to claim 1 or 2, comprising at least one of olefin and polyperfluoroalkoxy resin. マイクロ化学デバイスの少なくとも一部を被覆する被覆層の主たる材料を構成する素原料である金属アルコキシド、金属塩あるいは金属有機酸塩の金属が、珪素、ジルコニウム、チタン、硼素、アルミニウム、ニッケル、タンタル、カルシウム、マグネシウム、亜鉛又は燐酸エステルの少なくとも何れか1種である請求項1〜4何れか1項に記載のマイクロ化学デバイス。   Metal alkoxide, metal salt or metal organic acid salt, which is a raw material constituting the main material of the coating layer covering at least a part of the microchemical device, is silicon, zirconium, titanium, boron, aluminum, nickel, tantalum, The microchemical device according to any one of claims 1 to 4, which is at least one of calcium, magnesium, zinc, and phosphate. マイクロ化学デバイスの少なくとも一部を被覆する被覆層の材料が、テトラエチルシリケート、ホウ酸トリメチル、ジルコニウムブトキシド、チタンプロポキシド、アルミニウムブトキシド、塩化亜鉛、酸化チタン、エトキシトリメチルシラン、の内の少なくとも何れか1種である請求項1〜4何れか1項に記載のマイクロ化学デバイス。   The material of the coating layer that covers at least a part of the microchemical device is at least one of tetraethyl silicate, trimethyl borate, zirconium butoxide, titanium propoxide, aluminum butoxide, zinc chloride, titanium oxide, and ethoxytrimethylsilane. It is a seed | species, The microchemical device of any one of Claims 1-4. マイクロ化学デバイスの表面を被覆するに際し、マイクロ化学デバイス基体に下塗りを施したのち、その上に表面被覆を形成した請求項1〜6何れか1項に記載のマイクロ化学デバイス。
The microchemical device according to any one of claims 1 to 6, wherein, when the surface of the microchemical device is coated, after the microchemical device substrate is primed, a surface coating is formed thereon.
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