JP2005257544A - マイクロチップ - Google Patents
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Abstract
【課題】 マイクロ化したデバイスチップにはその材質に応じた欠点を所有しており、材質によって使用状態に制限を受けざるを得ない。その欠点を解消して、本来材質の有すると特徴はそのまま生かし、本来の欠点をカバーしうる流路やウエルを得ることが出来るマイクロチップデバイスを提供する。
【解決手段】 マイクロチップの表面、内部に溝・穴等を設けたマイクロチップに於いて、溝・穴等の接液面にポリオレフィン又はフッ素樹脂より選定したポリマーをコーティングする。
【選択図】 図1
【解決手段】 マイクロチップの表面、内部に溝・穴等を設けたマイクロチップに於いて、溝・穴等の接液面にポリオレフィン又はフッ素樹脂より選定したポリマーをコーティングする。
【選択図】 図1
Description
本発明は、マイクロチップに関するものである。
半導体微細加工技術による微細構造を持つマイクロ流体チップは、ゲノムやタンパクの解析、化学物質の合成や分析、環境モニタリング等の手段として注目されている。
1992年Anal.Chem.1992.64,1926〜1932にはハリソン等がガラス基板上にチャンネル(溝)を形成させ、その上から別の板を被せ、該チャンネルで電気泳動により、試料分離を行う提案がなされている。(非特許文献1参照)
又、コバルトの湿式分析に於いて、錯形成、溶媒抽出、相分離後共存塩の分解、除去を行う複数の単位操作の組合せ、複雑な化学プロセスをガイド構造を持つマイクロチャンネルを用いることで一枚のマイクロチップに様々な化学プロセスの集積化が提示されている。
(非特許文献2参照)
1992年Anal.Chem.1992.64,1926〜1932にはハリソン等がガラス基板上にチャンネル(溝)を形成させ、その上から別の板を被せ、該チャンネルで電気泳動により、試料分離を行う提案がなされている。(非特許文献1参照)
又、コバルトの湿式分析に於いて、錯形成、溶媒抽出、相分離後共存塩の分解、除去を行う複数の単位操作の組合せ、複雑な化学プロセスをガイド構造を持つマイクロチャンネルを用いることで一枚のマイクロチップに様々な化学プロセスの集積化が提示されている。
(非特許文献2参照)
又、分析化学装置、その他の化学装置のマイクロ化は、分析装置の小型軽量化、分析時間の短縮、少量サンプルによる分析、高価なサンプルの使用量の減少等研究上、工業上極めて有益性の高い技術である為、注目を浴びている。特に、タンパク質の分離、分析技術に対する期待が大きい。
マイクロチップによる分析は、サンプル量が少なくて済み、更に、多チャンネルにて高速処理が可能であることが利点である。
マイクロチップによる分析は、サンプル量が少なくて済み、更に、多チャンネルにて高速処理が可能であることが利点である。
これまでのマイクロチップを使用した技術に於いて、物質の分離、分析等を行う際、電気泳動法や電気浸透流によるプロセス制御が主流で、有機溶媒や中性化学物質には使用できなかった。電気浸透流では単相流のみで多相流には使用できなかった。
一方、細胞や生体由来のタンパク質の分離、分析から、その処理には前記の如く目的に応じた各種の前処理工程を必要とし、複雑、微妙なプロセス及びそれに応じた処理機構が欠かせない。
又、従来のマイクロチップの利用により、タンパク質を分離する研究が為されてきたが、それらの多くは石英やガラスをチップ材として用いているためにファブリケーションに多くのコストと時間を必要とする欠点があると指摘されている。(非特許文献3参照)
これを要するに電気泳動型チップに於いては、電気泳動が基本であり、試料や分析条件が制限され、試料毎に分析条件の設定が必要である。又、HPLCその他に於いて一枚のチップに集積したチップに於いては、対応構造が複雑で極めて製作困難であり、一般製品化されたものは出ていないのが現状である。しかも、チップとして形成する部分、チップの形状、形態により、分析法等が決められてしまい、使用範囲は限定されて実用性が低い。
更に、実際の製品化を考慮すると、一枚のチップ上に多くの構成要素を搭載していると、消耗部や不良部の発見時には全て取替えとなる等問題点が多い。
上記文献に記載されている如く、マイクロチップとして、様々な機材に微少溝・穴を設けたチップデバイスの製作使用が報告されている。
一方、細胞や生体由来のタンパク質の分離、分析から、その処理には前記の如く目的に応じた各種の前処理工程を必要とし、複雑、微妙なプロセス及びそれに応じた処理機構が欠かせない。
又、従来のマイクロチップの利用により、タンパク質を分離する研究が為されてきたが、それらの多くは石英やガラスをチップ材として用いているためにファブリケーションに多くのコストと時間を必要とする欠点があると指摘されている。(非特許文献3参照)
これを要するに電気泳動型チップに於いては、電気泳動が基本であり、試料や分析条件が制限され、試料毎に分析条件の設定が必要である。又、HPLCその他に於いて一枚のチップに集積したチップに於いては、対応構造が複雑で極めて製作困難であり、一般製品化されたものは出ていないのが現状である。しかも、チップとして形成する部分、チップの形状、形態により、分析法等が決められてしまい、使用範囲は限定されて実用性が低い。
更に、実際の製品化を考慮すると、一枚のチップ上に多くの構成要素を搭載していると、消耗部や不良部の発見時には全て取替えとなる等問題点が多い。
上記文献に記載されている如く、マイクロチップとして、様々な機材に微少溝・穴を設けたチップデバイスの製作使用が報告されている。
この様に、マイクロ化したデバイスチップが様々に使用され出してきているが、各デバイスには夫々長短があり、問題点を有する。例えば、石英製、ガラス製のマイクロチップは精密な微細加工が可能であり、又溶融させることにより、コンタミ原因にとなる接着剤を使用することなく貼り合わせが可能である。
然し、表面に存在するシラノール基がタンパク質等の成分を吸着させてしまうことが指摘されている。(非特許文献4参照)
シリコン、ステンレス製のマイクロチップは、微細な加工が可能であり、又堅牢なマイクロチップを供することが可能であるが、生体由来試料の代表的な物質であるタンパク質はステンレス表面に吸着を起こすことが指摘されている。(非特許文献5参照)
然し、表面に存在するシラノール基がタンパク質等の成分を吸着させてしまうことが指摘されている。(非特許文献4参照)
シリコン、ステンレス製のマイクロチップは、微細な加工が可能であり、又堅牢なマイクロチップを供することが可能であるが、生体由来試料の代表的な物質であるタンパク質はステンレス表面に吸着を起こすことが指摘されている。(非特許文献5参照)
上記非特許文献3には、PDMSをチップ材質とし、その安価さ、製作プロセスの簡単さ、bondingが容易である等の利点を有するツールとポリジメチルシロキサンの利用が述べられている。ここでは完成したチップにO2プラズマで表面処理を行っている。
ポリジメチルシロキサン(PDMS)は、低価格で透明性に優れた生体適合性の材料であり、ガラスやプラスチック製のチップと異なり、ウエットエッチングや高温接合を必要としないため、PDMSを用いたマイクロチップの作成例が多数報告されている。
然し、耐圧性がないために、高圧を付与することはできない。又、耐溶媒性がないために、通常のHPLC分析条件である溶離液にアセトニトリルやメタノールを使用することは困難である。
このため、HPLCのマイクロチップとして、微小溝、微小穴を精度よく加工可能であり、耐溶媒性を有し、高圧に耐える堅牢性を有し、チップ構築の際にコンタミの原因となる物質を用いることなく、貼り合わせ可能であり、更に分析試料の吸着に配慮されたマイクロチップが求められている。
又、HPLC以外の用途としても、反応・分離精製・分析検出用に有用な精密、堅牢で低吸着性を有したマイクロチップが求められている。
ポリジメチルシロキサン(PDMS)は、低価格で透明性に優れた生体適合性の材料であり、ガラスやプラスチック製のチップと異なり、ウエットエッチングや高温接合を必要としないため、PDMSを用いたマイクロチップの作成例が多数報告されている。
然し、耐圧性がないために、高圧を付与することはできない。又、耐溶媒性がないために、通常のHPLC分析条件である溶離液にアセトニトリルやメタノールを使用することは困難である。
このため、HPLCのマイクロチップとして、微小溝、微小穴を精度よく加工可能であり、耐溶媒性を有し、高圧に耐える堅牢性を有し、チップ構築の際にコンタミの原因となる物質を用いることなく、貼り合わせ可能であり、更に分析試料の吸着に配慮されたマイクロチップが求められている。
又、HPLC以外の用途としても、反応・分離精製・分析検出用に有用な精密、堅牢で低吸着性を有したマイクロチップが求められている。
そこで本発明に於いては、マイクロチップを形成する際に、夫々の材質の有する長所はそのまま残し、使用上に問題のあるマイクロチップ上に形成される接液面をポリマーコーティングすることにより、夫々の欠点を解消するようにしたもので、マイクロチップの表面、内部に溝・穴等を設けたマイクロチップに於いて、溝・穴等の接液面にポリプロピレン、テフロン、ポリエチレン、ポリスチレンより選定したポリマーをコーティングしたことを特徴とする。
上記の如き本発明によれば、マイクロチップの表面、内部に溝・穴等を設けたマイクロチップに於いて、溝・穴等の接液面にポリオレフィン又はフッ素系樹脂をコーティングしたので、マイクロチップの各素材に対応した加工により、微細な加工、堅牢な材質、安価な材質等使用目的に合せて適当な材質の選定が出来ると共に、試料目的物質の吸着を予防し、コンタミの原因を排除し、高圧にも耐え、耐溶媒性が付与される等マイクロチップの使用条件に夫々対応できる微小溝、ウエル等の形成が容易に出来、マイクロチップの使用範囲を拡大できる効果がある。
本発明に於いて、もっとも問題となるのは、マイクロチップの材質に対応したコーティング材としての固着性である。又、もう1つの問題はコーティング材の材質である。
このコーティング材としてガラス、ポリマー、金属(アルミ、銅)、金属酸化物等の材質に対しては、例えば特許文献1に、ポリマーと多官能性エポキシド基含有化合物、有機溶剤、アミノ基含有シランカップリング剤を含んだコーティング組成物が提案されている。
然し、ここにおいて、コーティング剤としては限定されるために例えばタンパクやペプチド系の試料に接液した際の反応は不明である。又、石英、SUS等の基材に対する接着性、固着性については何等触れられていない。
本発明に於いて、コーティング資材として、従来から各種試料に対する耐性の高い、例えばポリプロピレン、テフロンが使用できることは極めて有益である。又、チップ基材たる石英、SUS等に対する固着性が重要である。
このコーティング材としてガラス、ポリマー、金属(アルミ、銅)、金属酸化物等の材質に対しては、例えば特許文献1に、ポリマーと多官能性エポキシド基含有化合物、有機溶剤、アミノ基含有シランカップリング剤を含んだコーティング組成物が提案されている。
然し、ここにおいて、コーティング剤としては限定されるために例えばタンパクやペプチド系の試料に接液した際の反応は不明である。又、石英、SUS等の基材に対する接着性、固着性については何等触れられていない。
本発明に於いて、コーティング資材として、従来から各種試料に対する耐性の高い、例えばポリプロピレン、テフロンが使用できることは極めて有益である。又、チップ基材たる石英、SUS等に対する固着性が重要である。
かかる点より、本発明に於いては、チップ基材の石英に対するコーティングとSUSに対するコーティングについて主として説明する。
先ず、ガラス、SUS、ポリマーをチップ基材とした場合、シランカップリングを利用した下記の処理を行う。
又、ポリプロピレンのコーティングについて説明する。
例えばタンパク質やペプチド系試料を対象としたマイクロチップの場合、その表面又は内部に形成させた流路たる小溝、ウエル等の接液面に対し、1級アミノ基或は2級アミノ基を1分子中に少なくとも1個有するアミノ系カップリング材を下地に使用することで、ポリプロピレンコーティングが可能である。
勿論チップ基材としては、これに限定されることなく、チップ4の材料は他にソーダガラス、感光性ガラス、ほう珪酸ガラス、シリコン等の無機材料が使用できる。
先ず、ガラス、SUS、ポリマーをチップ基材とした場合、シランカップリングを利用した下記の処理を行う。
又、ポリプロピレンのコーティングについて説明する。
例えばタンパク質やペプチド系試料を対象としたマイクロチップの場合、その表面又は内部に形成させた流路たる小溝、ウエル等の接液面に対し、1級アミノ基或は2級アミノ基を1分子中に少なくとも1個有するアミノ系カップリング材を下地に使用することで、ポリプロピレンコーティングが可能である。
勿論チップ基材としては、これに限定されることなく、チップ4の材料は他にソーダガラス、感光性ガラス、ほう珪酸ガラス、シリコン等の無機材料が使用できる。
又、本発明実施に必要なカップリング材としてはアミノ系カップリング材が挙げられる。
下記一般式(I)で表される少なくとも1種類のアミノ基含有シランカップリング剤とを含んでなるコーティング組成物。
一般式(I)
H2N−R1−Si−(OR2)3
(式中R1は非置換のアルキレン基(2級アミノ基を含んでもよい。)、R2は夫々独立に非置換アルキル基である。)
R1及びR2の炭素数が夫々独立に1〜10であり、OR2基の1つ又は2つがアルコキシ基の代わりにアルキル基であっても構わない。
特に、アミノ基含有シランカップリング剤が、3−アミノプロピルトリエトキシシラン又は3−アミノプロピルトリメトキシシランで良好な結果が得られる。
又、テフロンコーティング用のカップリング剤としては、上記アミノ系カップリング剤以外に下記のフッ素系シランカップリング剤も使用できる。
下記一般式(I)で表される少なくとも1種類のアミノ基含有シランカップリング剤とを含んでなるコーティング組成物。
一般式(I)
H2N−R1−Si−(OR2)3
(式中R1は非置換のアルキレン基(2級アミノ基を含んでもよい。)、R2は夫々独立に非置換アルキル基である。)
R1及びR2の炭素数が夫々独立に1〜10であり、OR2基の1つ又は2つがアルコキシ基の代わりにアルキル基であっても構わない。
特に、アミノ基含有シランカップリング剤が、3−アミノプロピルトリエトキシシラン又は3−アミノプロピルトリメトキシシランで良好な結果が得られる。
又、テフロンコーティング用のカップリング剤としては、上記アミノ系カップリング剤以外に下記のフッ素系シランカップリング剤も使用できる。
フッ素含有シランカップリング剤は、下記一般式(II)で示されるフッ素シラン化合物、この化合物単位を有するオリゴマー及びポリマーの少なくとも一種からなることを特徴とする記載のマイクロチップ。
一般式(II)
(R1)a(R2)b−Si−(X)c
式中R1はフッ素を含む、炭素数1〜20のアルキル基、置換アルキル基、アルコキシ基及び置換アルコキシ基から選択される少なくとも一種、R2は水素又は炭素数1〜4のアルキル基、置換アルキル基、アルコキシ基及び置換アルコキシ基から選択される少なくとも一種、Xはハロゲン基、水酸基、アルコキシ基及びこれらの基の一部が置換された基から選択される少なくとも一種の反応基である
一般式(II)
(R1)a(R2)b−Si−(X)c
式中R1はフッ素を含む、炭素数1〜20のアルキル基、置換アルキル基、アルコキシ基及び置換アルコキシ基から選択される少なくとも一種、R2は水素又は炭素数1〜4のアルキル基、置換アルキル基、アルコキシ基及び置換アルコキシ基から選択される少なくとも一種、Xはハロゲン基、水酸基、アルコキシ基及びこれらの基の一部が置換された基から選択される少なくとも一種の反応基である
フッ素シラン化合物としては、1H,1H,2H2H−パーフルオロデシルトリクロロシラン、1H,1H,2H,2H−パーフルオロデシルトリプロモシラン、1H,1H,2H,2H−パーフルオロデシルトリエトキシシラン,1H,1H,2H,2H−パーフルオロデシルトリヒドロキシシラン、パーフルオロヘプタデシルトリメトキシシラン、パーフルオロオクタデシルジメチルクロロシラン、パーフルオロヘキサデシルメチルジクロロシラン及び3,3,3−トリフルオロプロピルトリクロロシランから選択される少なくとも一種であることを特徴とするマイクロチップ。
石英表面へのポリプロピレン/テフロンコーティング
(1)石英材料をpH12〜14のアルカリ性溶液に浸して、表面シラノール基を活性化させる。
(2)該石英基板に1%3−アミノプロピルトリメトキシシラン溶液を塗布する。
(3)高温and/or高圧を付与してカップリング反応を促進させる。
(4)ポリプロピレン処理としては、ポリプロピレン粒子を有機溶媒に溶かしたもの(又はポリプロピレンを融解させたもの)にカップリング反応後の石英基板を浸して、加温and/or加圧させることにより、ポリプロピレン処理を施す。
(5)一方、テフロン(登録商標)処理としては、テフロン(登録商標)AF(アモルファスフルオロポリマー)溶液を用い、加温and/or加圧する。
(1)石英材料をpH12〜14のアルカリ性溶液に浸して、表面シラノール基を活性化させる。
(2)該石英基板に1%3−アミノプロピルトリメトキシシラン溶液を塗布する。
(3)高温and/or高圧を付与してカップリング反応を促進させる。
(4)ポリプロピレン処理としては、ポリプロピレン粒子を有機溶媒に溶かしたもの(又はポリプロピレンを融解させたもの)にカップリング反応後の石英基板を浸して、加温and/or加圧させることにより、ポリプロピレン処理を施す。
(5)一方、テフロン(登録商標)処理としては、テフロン(登録商標)AF(アモルファスフルオロポリマー)溶液を用い、加温and/or加圧する。
ステンレス表面へのポリプロピレン/テフロンコーティング
(1)ステンレス表面をよく洗浄する。
(2)ステンレス材料にポリシラザン溶液を塗布し、加温and/or加圧によりステンレス表面のシリカ効果を促進させる。
(3)ポリプロピレン処理としては、ポリプロピレン粒子を有機溶媒に溶かしたもの(又はポリプロピレンを融解させたもの)にカップリング反応後の石英基板を浸して、加温and/or加圧させることにより、ポリプロピレン処理を施こす。
(4)一方、テフロン(登録商標)処理としては、テフロン(登録商標)AF(アモルファスフルオロポリマー)溶液を用い、加温and/or加圧する。
(1)ステンレス表面をよく洗浄する。
(2)ステンレス材料にポリシラザン溶液を塗布し、加温and/or加圧によりステンレス表面のシリカ効果を促進させる。
(3)ポリプロピレン処理としては、ポリプロピレン粒子を有機溶媒に溶かしたもの(又はポリプロピレンを融解させたもの)にカップリング反応後の石英基板を浸して、加温and/or加圧させることにより、ポリプロピレン処理を施こす。
(4)一方、テフロン(登録商標)処理としては、テフロン(登録商標)AF(アモルファスフルオロポリマー)溶液を用い、加温and/or加圧する。
ガラス表面へのポリプロピレン/テフロンコーティング
(1)26×38mmスライドガラス(厚さ0.8〜1.0mm、アズワン製S1126)をpH12〜14の水酸化ナトリウム水溶液に浸してガラス表面のシラノール基を活性化させる。
(2)当該ガラス基板に1%3−アミノプロピルトリメトキシシラン溶液(ヘキサン溶媒)50μLを塗布する。シランカップリング剤はこれに限らず、例えばフッ素系シランカップリング剤では、(3,3,3−トリフルオプロピル)トリメトキシシラン、トリメチル(ペンダフルオロフェニール)シラン、(1H,1H,2H,2H−パーフルオロデシル)トリエトキシシラン等がテフロン(登録商標)コーティングに対して有効であり、アミノ系シランカップリング剤は3−アミノプロピルトリエトキシシラン等がテフロン(登録商標)、ポリプロピレンコーティングに対して有効である。
(3)SUS容器内に封入し、200度に加熱してカップリング反応を促進させる。
(4)ポリプロピレン処理としては、0.1gのポリプロピレン粒子(住友精化フローブレン(登録商標))をデカン又はその他の有機溶媒に溶かした溶液(又はポリプロピレンを加熱により溶融させた液)にカップリング反応後のガラス基板を浸して、ポリプロピレン処理を施した。
(5)一方、テフロン(登録商標)処理としては、テフロン(登録商標)AF2400(アモルファスフルオロポリマー:テュポン製)溶液(溶媒:3M製フロリナートFC−3255)にカップリング反応後のガラス基板を浸した後に、室温15分間乾燥させる。その後120℃で10分間加熱する。その後245℃で5分間加熱する。必要に応じてその後約330℃まで上昇加熱し、約330℃で10分間保つ。
本実験により得られたコーティングガラスの水に対する接触角を超純水を用いて測定した。その結果を表1に示す。
この結果、コーティングなしの硬質ガラスの場合に接触角20度であったものが、コーティングにより80度弱から100度まで改善され、液体の流れが円滑になり、接液面への付着が著しく小となった。
尚、コーティング処理を施したチップは、2ヵ月後に再測定しても変化が見られなかった。これにより経時変化をしていないことが確認された。
(1)26×38mmスライドガラス(厚さ0.8〜1.0mm、アズワン製S1126)をpH12〜14の水酸化ナトリウム水溶液に浸してガラス表面のシラノール基を活性化させる。
(2)当該ガラス基板に1%3−アミノプロピルトリメトキシシラン溶液(ヘキサン溶媒)50μLを塗布する。シランカップリング剤はこれに限らず、例えばフッ素系シランカップリング剤では、(3,3,3−トリフルオプロピル)トリメトキシシラン、トリメチル(ペンダフルオロフェニール)シラン、(1H,1H,2H,2H−パーフルオロデシル)トリエトキシシラン等がテフロン(登録商標)コーティングに対して有効であり、アミノ系シランカップリング剤は3−アミノプロピルトリエトキシシラン等がテフロン(登録商標)、ポリプロピレンコーティングに対して有効である。
(3)SUS容器内に封入し、200度に加熱してカップリング反応を促進させる。
(4)ポリプロピレン処理としては、0.1gのポリプロピレン粒子(住友精化フローブレン(登録商標))をデカン又はその他の有機溶媒に溶かした溶液(又はポリプロピレンを加熱により溶融させた液)にカップリング反応後のガラス基板を浸して、ポリプロピレン処理を施した。
(5)一方、テフロン(登録商標)処理としては、テフロン(登録商標)AF2400(アモルファスフルオロポリマー:テュポン製)溶液(溶媒:3M製フロリナートFC−3255)にカップリング反応後のガラス基板を浸した後に、室温15分間乾燥させる。その後120℃で10分間加熱する。その後245℃で5分間加熱する。必要に応じてその後約330℃まで上昇加熱し、約330℃で10分間保つ。
本実験により得られたコーティングガラスの水に対する接触角を超純水を用いて測定した。その結果を表1に示す。
この結果、コーティングなしの硬質ガラスの場合に接触角20度であったものが、コーティングにより80度弱から100度まで改善され、液体の流れが円滑になり、接液面への付着が著しく小となった。
尚、コーティング処理を施したチップは、2ヵ月後に再測定しても変化が見られなかった。これにより経時変化をしていないことが確認された。
ステンレス表面へのポリプロピレン/テフロンコーティング
(1)20×20mmステンレス表面(厚み0.5〜1mm)を純水に浸して超音波洗浄にてよく洗う。
(2)窒素雰囲気下でステンレス材料に20%ポリシラザン(クラリアントジャパン製NN110:キシレン溶媒)溶液100μLを塗布し、400℃に加温してステンレス表面のシリカ効果を促進させる。
(3)ポリシラザン処理したステンレスに1%3−アミノプロピルトリメトキシシラン溶液(ヘキサン溶媒)50μLを塗布する。シランカップリング剤はこれに限らず、例えばフッ素系シランカップリング剤では、(3,3,3−トリフルオプロピル)トリメトキシシラン、トリメチル(ペンダフルオロフェニール)シラン、(1H,1H,2H,2H−パーフルオロデシル)トリエトキシシラン等がテフロン(登録商標)コーティングに対して有効であり、アミノ系シランカップリング剤は3−アミノプロピルトリエトキシシラン等がテフロン(登録商標)、ポリプロピレンコーティングに対して有効である。
(4)SUS容器内に封入し、200度に加熱してカップリング反応を促進させる。
(5)ポリプロピレン処理としては、0.1gのポリプロピレン粒子(住友精化製フローブレン(登録商標))をデカンに溶かした溶液(又はポリプロピレンを加熱により溶融させた液)にカップリング反応後のガラス基板を浸して、ポリプロピレン処理を施した。
(6)一方、テフロン(登録商標)処理としては、テフロン(登録商標)AF2400(アモルファスフルオロポリマー:テュポン製)溶液(溶媒:3M製フロリナートFC−3255)にカップリング反応後のガラス基板を浸した後に、室温15分間乾燥させる。その後120℃で10分間加熱する。その後245℃で5分間加熱する。必要に応じてその後約330℃まで上昇加熱し、約330℃で10分間保つ。
本実験により得られたコーティングガラスの接触角を超純水を用いて測定した。その結果を表2に示す。
この結果、コーティングなしのステンレスの場合に接触角約40度であったものが、コーティングにより80度弱から100度となり、液体の流れが円滑になり、接液面への付着が著しく小となった。
尚、コーティング処理を施したチップは、2ヵ月後に再測定しても変化が見られなかった。これにより経時変化をしていないことが確認された。
(1)20×20mmステンレス表面(厚み0.5〜1mm)を純水に浸して超音波洗浄にてよく洗う。
(2)窒素雰囲気下でステンレス材料に20%ポリシラザン(クラリアントジャパン製NN110:キシレン溶媒)溶液100μLを塗布し、400℃に加温してステンレス表面のシリカ効果を促進させる。
(3)ポリシラザン処理したステンレスに1%3−アミノプロピルトリメトキシシラン溶液(ヘキサン溶媒)50μLを塗布する。シランカップリング剤はこれに限らず、例えばフッ素系シランカップリング剤では、(3,3,3−トリフルオプロピル)トリメトキシシラン、トリメチル(ペンダフルオロフェニール)シラン、(1H,1H,2H,2H−パーフルオロデシル)トリエトキシシラン等がテフロン(登録商標)コーティングに対して有効であり、アミノ系シランカップリング剤は3−アミノプロピルトリエトキシシラン等がテフロン(登録商標)、ポリプロピレンコーティングに対して有効である。
(4)SUS容器内に封入し、200度に加熱してカップリング反応を促進させる。
(5)ポリプロピレン処理としては、0.1gのポリプロピレン粒子(住友精化製フローブレン(登録商標))をデカンに溶かした溶液(又はポリプロピレンを加熱により溶融させた液)にカップリング反応後のガラス基板を浸して、ポリプロピレン処理を施した。
(6)一方、テフロン(登録商標)処理としては、テフロン(登録商標)AF2400(アモルファスフルオロポリマー:テュポン製)溶液(溶媒:3M製フロリナートFC−3255)にカップリング反応後のガラス基板を浸した後に、室温15分間乾燥させる。その後120℃で10分間加熱する。その後245℃で5分間加熱する。必要に応じてその後約330℃まで上昇加熱し、約330℃で10分間保つ。
本実験により得られたコーティングガラスの接触角を超純水を用いて測定した。その結果を表2に示す。
この結果、コーティングなしのステンレスの場合に接触角約40度であったものが、コーティングにより80度弱から100度となり、液体の流れが円滑になり、接液面への付着が著しく小となった。
尚、コーティング処理を施したチップは、2ヵ月後に再測定しても変化が見られなかった。これにより経時変化をしていないことが確認された。
マイクロチップ化したデバイスチップが、その基材が本来有する特性、精度よく加工されるとか、高圧に耐える堅牢性を有する等の性質はそのまま残し、その反面の性質例えば分析試料の吸着がなくなるとか、コンタミの原因が排除できるとかの利点を得ることの出来るデバイスチップが形成できることにより、所望の形状、性質を有するデバイスチップが形成できる。
このため、本来基材の有する性質に加えて新たな利点を有する形のデバイスチップが形成され、分析、工業化学のデバイスチップとして多方面の利用が出来る。
又、材質に関係なく、有益な機能を得られるため、各種の機能の集積化が容易であり、目的に応じた対応構造がとり易く、複雑、微妙なプロセスの設定、それに応じた処理機構が形成できる。このため、複雑な化学プロセスを基本単位操作にして、これらを組合わせた集積化が可能となり、各種研究、開発、製造に利用可能である。
このため、本来基材の有する性質に加えて新たな利点を有する形のデバイスチップが形成され、分析、工業化学のデバイスチップとして多方面の利用が出来る。
又、材質に関係なく、有益な機能を得られるため、各種の機能の集積化が容易であり、目的に応じた対応構造がとり易く、複雑、微妙なプロセスの設定、それに応じた処理機構が形成できる。このため、複雑な化学プロセスを基本単位操作にして、これらを組合わせた集積化が可能となり、各種研究、開発、製造に利用可能である。
Claims (9)
- マイクロチップの表面、内部に溝・穴等を設けたマイクロチップに於いて、溝・穴等の接液面にポリオレフィン又はフッ素系樹脂でコーティングしたことを特徴とするマイクロチップ。
- 溝・穴の接液面は、接触角60度以上であることを特徴とする請求項1に記載のマイクロチップ。
- ポリオレフィンがポリエチレン又はポリプロピレンであることを特徴とする請求項1又は2に記載のマイクロチップ。
- 前記フッ素系樹脂が、ポリテトラフルオロエチレン(PTFE)、アモルファスフルオロポリマー(テフロンAF)、ガラス含有ポリテトラフルオロエチレン、ポリクロロトリフルオロエチレン(PCTFE)、テトラフルオロエチレン−ヘキサフルオロプロピレン共重合体(FEP)、ポリフルオロ化ビニリデン(PVDF)、ポリフルオロ化ビニル(PVF)、エチレンテトラフルオロエチレン(ETFE)、ペルフルオロアルコキシ(PFA)、クロロトリフルオロエチレン(CTFE)、エチレンクロロトリフルオロエチレン(ECTFE)からなる群から選択されるフルオロ含有フッ素樹脂であることを特徴とする請求項1又は2に記載のマイクロチップ。
- マイクロチップは、ガラス、石英、ステンレス等の無機材料で作製されていて、ポリオレフィン又はフッ素系樹脂と無機材料の間に於いて、1級アミノ基或は2級アミノ基を1分子中に少なくとも1個を有するアミノ系シランカップリング剤又はフッ素系シランカップリング剤をカップリング材とした請求項1に記載のマイクロチップ。
- アミノ系シランカップリング剤が下記一般式(I)であらわされる少なくとも1種類のアミノ基含有シランカップリング剤を含んでなる組成物であることを特徴とする請求項5に記載のマイクロチップ。
一般式(I)
H2N−R1−Si−(OR2)3
式中、R1は非置換のアルキレン基(2級アミノ基を含んでもよい。)、R2は夫々独立に非置換のアルキル基である。
R1及び3つのR2の炭素数が夫々独立に1〜10であり、OR2基の1つ又は2つがアルコキシ基の代わりにアルキル基であっても構わない。 - アミノ基含有シランカップリング剤が、3−アミノプロピルトリエトキシシラン又は3−アミノプロピルトリメトキシシランであることを特徴とする請求項5又は6に記載のマイクロチップ。
- フッ素含有シランカップリング剤は、下記一般式(II)で示されるフッ素シラン化合物、この化合物単位を有するオリゴマー及びポリマーの少なくとも一種からなることを特徴とする請求項5に記載のマイクロチップ。
一般式(II)
(R1)a(R2)b−Si−(X)c
式中R1はフッ素を含む、炭素数1〜20のアルキル基、置換アルキル基、アルコキシ基及び置換アルコキシ基から選択される少なくとも一種、R2は水素又は炭素数1〜4のアルキル基、置換アルキル基、アルコキシ基及び置換アルコキシ基から選択される少なくとも一種、Xはハロゲン基、水酸基、アルコキシ基及びこれらの基の一部が置換された基から選択される少なくとも一種の反応基である - フッ素シラン化合物としては、1H,1H,2H2H−パーフルオロデシルトリクロロシラン、1H,1H,2H,2H−パーフルオロデシルトリプロモシラン、1H,1H,2H,2H−パーフルオロデシルトリエトキシシラン,1H,1H,2H,2H−パーフルオロデシルトリヒドロキシシラン、パーフルオロヘプタデシルトリメトキシシラン、パーフルオロオクタデシルジメチルクロロシラン、パーフルオロヘキサデシルメチルジクロロシラン及び3,3,3−トリフルオロプロピルトリクロロシランから選択される少なくとも一種であることを特徴とする請求項5又は8記載のマイクロチップ。
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