JP2006192535A - 高分子微粒子を原材料とするマイクロ部品及びその作製方法 - Google Patents

Abstract

【課題】
本発明は、高分子微粒子を用いた新たなマクロ部品の作製方法を検討し、それにより、種々の表面特性や官能基を有すると共に、ミクロパターンの精度が高く、容易に作製できるマイクロ部品の提供を目的とする。
【解決手段】
本発明に係るマイクロ部品は、高分子微粒子を含む成形膜からなり、この成形膜の表面には、凹部、凸部、孔のいずれかを単独又は組み合わせて複数形成してあり、凹部の深さ、凸部の突出高さが０．１μｍ〜２００μｍの範囲であり、凹部の開口幅、凸部突出幅、孔の接円半径が０．１μｍ〜２００μｍの範囲であることを特徴とする。
【選択図】 図１

Description

本発明はマイクロ流路、マイクロ化学反応装置の機能素子、毛細血管モデル、マイクロバイオリアクター、マイクロウェルアレイチップ、その他の化学、生化学、生物工学、生物学の分野におけるマイクロ部品、マイクロチップ、その応用品ならびにこれらの製造技術に関するものである。
本明細書においては、ミクロ又はナノ構造を有する構造体をマイクロ部品と総称し、その中でも基板状又はチップ状に成形したものをマイクロチップと称する。

マイクロリアクター等のマイクロ部品は、現状ではシリコン単結晶、ガラス、樹脂からなるものが一般に用いられている。
これらの中でシリコン単結晶やガラスからなるマイクロ部品は原材料が高価であるうえに、微細な凹凸形状をエッチングで形成させるために工程数が多く加工時間が長いことや、場合によっては加工機が非常に高価であることなどから、製造コストが大きくなり、その結果、シリコン単結晶やガラスからなるマイクロ部品は極めて高価に取引されている。
これによりシリコン単結晶やガラスからなるマイクロ部品を使用する場合、１度の試験ごとにマイクロ部品を廃棄することができず、使用後に洗浄して再使用することが行われているので、試験能率が低下するのみならず、マイクロ部品を利用した有用な試験を医療、生化学分析、化学合成などに適用し広く活用することが進まないのが現状である。

一方、樹脂からなるマイクロ部品は、大量生産や低価格化が期待されるため広範に検討されており、成形法としてはホットエンボスや射出成形などが用いられている。これら成形法においては、金型キャビティ内に微細な凹凸表面を有するスタンパを取り付け、溶融樹脂を流し込んで高い圧力を加え、場合によってはキャビティ内を減圧して、スタンパの微細な凹凸形状を樹脂に転写することを行う。このような成形法ではスタンパの微細形状をエッジの先端まで正確に転写するために、成形条件や用いる樹脂の選択が重要である。成形条件については通常、温度や圧力を極めて高く設定し、樹脂については流動性の良い樹脂を選択することが必要である。
しかしこのようにして樹脂からなるマイクロ部品を作製しても、現状では必ずしも満足できる精度のマイクロ部品は得られていない。それは、スタンパのエッジ先端まで樹脂を高圧で押し込むことにより微細な凹凸形状の転写はできても、そこから形状を保ったままで樹脂を離型することが極めて困難だからである。無理に離型した場合は、マイクロ部品の凹凸形状が変形したり、凹凸形状の一部が削りとられたりして満足できる形状のマイクロ部品が得られないだけでなく、高価なスタンパを破損してしまうことも発生する。これを避けるためには低圧で成形することが考えられるが、市販のアクリル樹脂、ポリカーボネート樹脂、ポリスチレン樹脂などを使用する限りでは、低圧で成形すると凹凸形状のエッジ先端まで十分に樹脂を充填することはできず、この場合も満足なマイクロ部品は得られない。

またこのような成形法では流動性の高い樹脂が好ましいので、高分子量のポリマーや極性基が多く分子間相互作用の強いポリマーなどは使用できず、使用可能な樹脂が限定される。マイクロ部品は用途によっては特定の表面特性が求められる場合があり、親水性、疎水性、細胞親和性、抗血栓性など様々な表面特性が求められる。さらにＤＮＡ、タンパク質、抗体などをマイクロ部品表面に固定することは、バイオチップなどを開発する上で重要な技術であり、固定のための官能基を持った表面が求められることも多い。しかしこのようなニーズに対しては、従来の成形法では前記理由のため、必要な表面特性や官能基を有する樹脂を自由に使用してマイクロ部品を作製することはできず、現状では、プラズマ処理などを利用した後加工による限られた表面改質が行われているのみである。
前記方法以外にも熱や光により硬化する樹脂を用いてマイクロ部品を作製することが行われているが、このような方法においても硬化収縮などの理由から、型からマイクロ部品の離型は困難であり問題となっている。

特表２００３−５０９２２８号公報には、微細造作を有するデバイス（マイクロ部品）に関する技術を開示するが、ミクロパターンを転写する成形物は、エラストマー性の硬化樹脂であり、硬化時に内部歪みを生じ、フイルム状の膜を形成するには実用化上の問題があった。

特表２００３−５０９２２８号公報

樹脂によるマイクロ部品は大量生産、低価格などの期待から検討されてはいるものの、前記のように未だ技術的な課題が多く、現状では満足な樹脂製のマイクロ部品が提供できているとはいえない。
そこで本発明は、高分子微粒子を用いた新たなマイクロ部品の作製方法を検討し、それにより、種々の表面特性や官能基を有すると共に、ミクロパターンの精度が高く、容易に作製できるマイクロ部品の提供を目的とする。

従来の溶融樹脂を使用した成形方法ではマイクロ部品の作製は困難であると考え、鋭意検討した結果、本発明者らは高分子微粒子を原材料とする成形膜であれば、微細な凹凸形状を、高い圧力で加圧することなく成形できるため、微細な凹凸形状を保ったまま容易に離型できることを見いだしたものである。
なお、溶媒に完全に分子状に溶解した高分子溶液を使用することも考えられるが、本発明者らの検討によればこのような方法では、溶媒を除去する過程においてマイクロ部品がひび割れたり変形したりして、目的とするマイクロ部品が得られなかった。
高分子溶液の場合、溶媒除去に伴う高分子鎖の広がりの変化や溶媒除去中に溶液中の高分子鎖同士の絡み合いあいがバルク状態の絡み合いに十分緩和しないことにより、収縮や応力が発生し得られるマイクロ部品がひび割れたり変形したりすると考えられる。これに対し高分子微粒子を用いる本発明の方法では、高分子鎖の絡み合いは極めて低減されるか消滅し高分子鎖の広がりの変化も小さいため、マイクロ部品を容易に作製できることが明らかになった。

本発明に係るマイクロ部品は、高分子微粒子を含む成形膜からなり、この成形膜の表面には、凹部、凸部、孔のいずれかを単独又は組み合わせて複数形成してあり、凹部の深さ、凸部の突出高さが０．１μｍ〜２００μｍの範囲であり、凹部の開口幅、凸部突出幅、孔の接円半径が０．１μｍ〜２００μｍの範囲であることを特徴とする。
このような微細な凹凸、孔を有するマイクロ部品はそのままか、あるいはガラスや樹脂などの基板上に固定して、マイクロ流路、マイクロ化学反応装置の機能素子、毛細血管モデル、マイクロバイオリアクター、マイクロウェルアレイチップ、その他の化学、生化学、生物工学、生物学の分野におけるマイクロ部品として使用することができる。
また複数の孔を有するマイクロ部品は、フィルターとしても使用することができる。
ここで、接円半径としたのは、凹部、凸部、孔の形状は異形状でもよいとの趣旨であり、凹部及び孔の場合は、最大内接円、凸部の場合は最小外接円をいう。

高分子微粒子は、乾燥した状態、水および／または有機溶剤に分散した状態（分散媒に分散した状態）の何れかの状態において、その直径が作製しようとするマイクロ部品の表面に形成する凹部の深さ及び開口幅、凸部の高さ及び突出幅、孔の接円半径の中で最も小さい長さの１／１０以下、好ましくは１／２０以下がよい。
即ち、外接する球の直径が０．００１μｍ〜２０μｍの範囲、好ましくは０．００５μｍ〜１０μｍの範囲にある高分子からなる粒子が良く、該粒子のサイズの分布は単分散であっても多分散であってもよい。
該粒子を構成する高分子は、単体のモノマーからなる重合体でもよく２種類以上のモノマーからなる共重合体でもよい。また該粒子を構成する高分子は、１種類の重合体、共重合体からなっていてもよく、２種類以上の重合体、共重合体が混合されていてもよい。また該粒子を構成する高分子は架橋を形成していてもよい。該粒子の内部構造には特に制限がなく、均一でもよく、例えば２種類以上の各高分子が別々の層を形成しそれが多層に重なり合って構成されるコア・シェル状であってもよい。該粒子は媒体である水および／または有機溶剤に溶解する高分子が表面に化学結合していてもよい。高分子微粒子は、１種類の該粒子からなっていてもよく、２種類上の該粒子を混合して用いてもよい。
高分子微粒子を構成する高分子としては特に制限はないが、ポリエステル、ポリウレタン、ポリイミド、ポリアミド、ポリオレフィン、ポリ酢酸ビニル、ポリ塩化ビニル、アクリル酸エステル重合体、メタクリル酸エステル重合体、ポリスチレン、ポリブタジエン、ポリイソプレン、シロキサン重合体、ポリテトラフルオロエチレンやフッ化ビニリデンなどのフッ素系ビニル重合体などが挙げられ、これらの重合体に、エチレン、スチレン、アクリロニトリル、酢酸ビニル、塩化ビニル、アクリル酸エステル、メタクリル酸エステル、ブタジエン、イソプレン、無水マレイン酸などのモノマーを共重合した重合体も挙げられる。
代表例を下記式(１)〜(２２)に示す［式中、Ｒ、Ｒ_１、Ｒ_２、Ｒ_３はアルキル基を示し、Ｘはハロゲン原子を示す］官能基の少なくとも１種を有する重合体でもよい。

このような官能基は、重合体を合成する際の重合開始剤、重合停止剤、連鎖移動剤が該官能基を有することにより重合体に導入してもよく、また化学構造の一部に該官能基を有するモノマーを共重合することにより重合体に導入してもよい。該モノマーの例としては、アクリル酸、メタクリル酸、クロトン酸、イタコン酸、フマール酸、マレイン酸、ケイ皮酸、アクリルアミド、メタクリルアミド、Ｎ−イソブトキシメチルアクリルアミド、マレインアミド、２−アミノエチルビニルエーテル、ジメチルアミノエチルアクリレート、ジメチルアミノエチルメタクリレート、ジエチルアミノエチルアクリレート、ジエチルアミノエチルメタクリレート、ｔ−ブチルアミノエチルメタクリレート、Ｎ−メチロールアクリルアミド、Ｎ−メチロールメタクリルアミド、ヒドロキシエチル化ダイアセトンアクリルアミド、メトキシメチル化アクリルアミド、メトキシメチル化メタクリルアミド、ブトキシメチル化アクリルアミド、ブトキシメチル化メタクリルアミド、グリシジルアクリレート、グリシジルメタクリレート、アリルグリシジルエーテル、４−ビニルシクロヘキサンモノエポキサイド、２-ヒドロキシエチルアクリレート、２−ヒドロキシエチルメタクリレート、２−ヒドロキシプロピルアクリレート、２−ヒドロキシプロピルメタクリレート、４−ヒドロキシブチルアクリレート、４−ヒドロキシブチルメタクリレート、アリルアルコール、多価アルコールのモノアリルエーテル、アクロレイン、クロトンアルデヒド、ダイアセトンアクリルアミド、ｍ−イソプロペニル−α，α−ジメチルベンジルイソシアネート、３−クロロ２−ヒドロキシプロピルメタクリレート、ビニルトリメトキシシラン、ビニルトリエトキシシラン、ビニルトリスメトキシエトキシシラン、メタクリロキシプロピルトリメトキシシラン、メタクリロキシプロピルメチルじメトキシシラン、ビニルオキサゾリン、２−プロペニル２−オキサゾリン、ジシクロペンテニルアクリレート、ジシクロペンテニルメタクリレート、アセトアセトキシエチルアクリレート、アセトアセトキシエチルメタクリレート、２−アセチルアセテートメタクリレート、アクリルアミドグリコール酸、メタクリルアミド、グリコール酸、アリルカルバメートのＮ−メチロール誘導体、３−メタクリロキシエチル４，５−ジヒドロキシ２−イミダゾリジノンなどが挙げられる。また前記重合体は架橋のためにアクリル酸アリル、アクリル酸メタリル、メタクリル酸アリル、メタクリル酸メタリル、桂皮酸アリル、桂皮酸メタリル、マレイン酸ジアリル、フタル酸ジアリル、テレフタル酸ジアリル、イソフタル酸ジアリル、ジビニルベンゼン、エチレンジ（メタ）アクリレート、ブタンジオールジ（メタ）アクリレート、ヘキサンジオールジ（メタ）アクリレートなどのモノマーを共重合してもよい。

高分子微粒子の製造方法は特に制限されず、乳化重合、シード重合、分散重合、懸濁重合など、通常の重合方法を用いることができ、またコアセルベーションなどの相分離を利用する方法、乳化剤、溶媒などを用いて機械的に攪拌・分散する方法やマイクロ流路を利用する方法など、公知技術から適宜選択して用いることができる。

高分子微粒子は、高分子ミセルであっても良い。
高分子ミセルを形成する高分子としては、ブロック共重合体、グラフト共重合体が好ましい。
ブロック共重合体、グラフト共重合体は、２種類以上のポリマーブロックを含む重合体である。各ポリマーブロックは単一のモノマーからなる重合体でもよく、２種類以上のモノマーからなる共重合体でもよい。ブロック共重合体の場合は、ポリマーブロックの結合の仕方は、各ポリマーブロックがランダムに並んで結合していてもよく、順番に規則正しく並んでその並びを繰り返して結合していてもよい。グラフト共重合体の場合は、幹部分は単一のポリマーブロックであって、枝部分は幹とは異なる１種類以上のポリマーブロックが１つ以上あって幹上に不均一な間隔または均一な間隔で結合する。

高分子微粒子は、デンドリマーであっても良い。
デンドリマーは、通常０．０１μｍ程度以下のサイズを有するので微細な凹凸構造を有するマイクロ部品の製造に適しており、また表面を官能基で覆うことができるので表面の官能基密度を高めたい時に利用するのがよい。
デンドリマーはポリ（アミドアミン）デンドリマーやポリ（トリメチレンイミン）デンドリマーなど公知のデンドリマー［例えば、高分子52巻（２００３年）、６８２〜６８６頁や高分子４７巻（１９８８年）、８１２〜８１５頁に掲載］から適宜選択できる。

高分子微粒子は、乳化重合により製造されたマイクロスフェアであって良い。
通常のマイクロチップ等においては、用いられる細胞のサイズや流量などから穴や溝のサイズとして数μｍ〜数十μｍ程度のものが用いられることがある。このようなサイズの構造を形成させるためには、高分子微粒子のサイズとしては０．１〜１μｍ程度が好ましく、このような大きさの粒子を調製する方法としては乳化重合が好ましい。また乳化重合によれば水中に高分子微粒子を分散させたものを調製できるので、これをそのまま本発明に用いることができる。

乳化重合の方法としては特に限定されず公知の方法を用いることができるが、１例を示すと、窒素雰囲気下、撹拌翼、冷却管を装着した重合器に、蒸留水及び乳化剤を加え加熱して均一に溶解させ、次いで、同温度においてモノマーを加え撹拌した後、重合開始剤を加えて重合を開始し、一定時間後、ガスクロマトグラフィーで各単量体が全て消費されたことを確認し重合を終了する方法が挙げられる。

乳化重合に用いられるモノマーとしては、アクリル酸エステル、メタクリル酸エステルが好ましく、アクリル酸の具体例としては、メチルアクリレート、エチルアクリレート、ｎ−プロピルアクリレート、イソプロピルアクリレート、ｎ−ブチルアクリレート、イソブチルアクリレート、ｓ−ブチルアクリレート、ｔ−ブチルアクリレート、ペンチルアクリレート、ヘキシルアクリレート、オクチルアクリレート、２−エチルヘキシルアクリレート、シクロヘキシルアクリレート、ドデシルアクリレート、オクタデシルアクリレート等のアクリル酸アルキルエステル；フェニルアクリレート等のアクリル酸とフェノール類とのエステル；ベンジルアクリレート等のアクリル酸と芳香族アルコールとのエステルなどが挙げられ、メタクリル酸エステルの具体例としては、メチルメタクリレート、エチルメタクリレート、ｎ−プロピルメタクリレート、イソプロピルメタクリレート、ｎ−ブチルメタクリレート、イソブチルメタクリレート、ペンチルメタクリレート、ヘキシルメタクリレート、オクチルメタクリレート、２−エチルヘキシルメタクリレート、シクロヘキシルメタクリレート、ドデシルメタクリレート、ミリスチルメタクリレート、パルミチルメタクリレート、ステアリルメタクリレート、ベヘニルメタクリレート、オクタデシルメタクリレート、フェニルメタクリレート、ベンジルメタクリレートなどが挙げられる。
またこれらモノマー以外にも共重合モノマーとして、スチレン、α−メチルスチレン、１−ビニルナフタレン、３−メチルスチレン、４−プロピルスチレン、４−シクロヘキシルスチレン、４−ドデシルスチレン、２−エチル−４−ベンジルスチレン、４−（フェニルブチル）スチレン、ハロゲン化スチレン、アクリロニトリル、メタクリロニトリル、ブタジエン、イソプレン、２，３−ジメチルブタジエン、２−メチル−３−エチルブタジエン、１，３−ペンタジエン、３−メチル−１，３−ペンタジエン、２−エチル−１，３−ペンタジエン、１，３−ヘキサジエン、２−メチル−１，３−ヘキサジエン、３，４−ジメチル−１，３−ヘキサジエン、１，３−ヘプタジエン、３−メチル−１，３−ヘプタジエン、１，３−オクタジエン、シクロペンタジエン、クロロプレン、ミルセン、無水マレイン酸なども好ましく用いられる。

また官能基導入のための共重合モノマーとして、アクリル酸、メタクリル酸、クロトン酸、イタコン酸、フマール酸、マレイン酸、ケイ皮酸、アクリルアミド、メタクリルアミド、Ｎ−イソブトキシメチルアクリルアミド、マレインアミド、２−アミノエチルビニルエーテル、ジメチルアミノエチルアクリレート、ジメチルアミノエチルメタクリレート、ジエチルアミノエチルアクリレート、ジエチルアミノエチルメタクリレート、ｔ−ブチルアミノエチルメタクリレート、Ｎ−メチロールアクリルアミド、Ｎ−メチロールメタクリルアミド、ヒドロキシエチル化ダイアセトンアクリルアミド、メトキシメチル化アクリルアミド、メトキシメチル化メタクリルアミド、ブトキシメチル化アクリルアミド、ブトキシメチル化メタクリルアミド、グリシジルアクリレート、グリシジルメタクリレート、アリルグリシジルエーテル、４−ビニルシクロヘキサンモノエポキサイド、２-ヒドロキシエチルアクリレート、２−ヒドロキシエチルメタクリレート、２−ヒドロキシプロピルアクリレート、２−ヒドロキシプロピルメタクリレート、４−ヒドロキシブチルアクリレート、４−ヒドロキシブチルメタクリレート、アリルアルコール、多価アルコールのモノアリルエーテル、アクロレイン、クロトンアルデヒド、ダイアセトンアクリルアミド、ｍ−イソプロペニル−α，α−ジメチルベンジルイソシアネート、３−クロロ２−ヒドロキシプロピルメタクリレート、ビニルトリメトキシシラン、ビニルトリエトキシシラン、ビニルトリスメトキシエトキシシラン、メタクリロキシプロピルトリメトキシシラン、メタクリロキシプロピルメチルじメトキシシラン、ビニルオキサゾリン、２−プロペニル２−オキサゾリン、ジシクロペンテニルアクリレート、ジシクロペンテニルメタクリレート、アセトアセトキシエチルアクリレート、アセトアセトキシエチルメタクリレート、２−アセチルアセテートメタクリレート、アクリルアミドグリコール酸、メタクリルアミド、グリコール酸、アリルカルバメートのＮ−メチロール誘導体、３−メタクリロキシエチル４，５−ジヒドロキシ２−イミダゾリジノンなども好ましく用いられる。
またマイクロスフェアを架橋するための共重合モノマーとして、アクリル酸アリル、アクリル酸メタリル、メタクリル酸アリル、メタクリル酸メタリル、桂皮酸アリル、桂皮酸メタリル、マレイン酸ジアリル、フタル酸ジアリル、テレフタル酸ジアリル、イソフタル酸ジアリル、ジビニルベンゼン、エチレンジ（メタ）アクリレート、ブタンジオールジ（メタ）アクリレート、ヘキサンジオールジ（メタ）アクリレートなども好ましく用いられる。

本発明に係る成形膜は、伸び歪100％における発生応力が１ＭＰａ〜２００ＭＰａの範囲にあるのが好ましい。
本発明においては、マイクロ部品の型からの離型は容易であるが、用いる高分子が硬い場合には離型によるマイクロ部品の僅かな変形が見られ、マイクロ部品やそれを用いたマイクロチップの用途によっては、そのような精度低下が問題になることもある。このような場合、柔軟性を有する高分子微粒子を用いると効果的に離型時の変形が解消される。
従って、用いる成形膜の柔軟性の程度としては、伸び歪100％における発生応力が１ＭＰａ〜２００ＭＰａの範囲にあるのが好ましい。
このような成形膜に用いる高分子微粒子の具体例としては、ウレタン系ラテックス、エチレン・酢酸ビニル系ラテックス、ジエン系ラテックス、アクリレートおよび／またはメタクリレートが主成分でガラス転移温度が室温より低いラテックス、コア・シェル型ラテックスでコアのガラス転移温度が室温以上でシェルのガラス転移温度が室温以下またはコアのガラス転移温度が室温以下でシェルのガラス転移温度が室温以上のラテックス、ブロック共重合体からなるポリマーミセルで少なくとも１つのポリマーブロックのガラス転移温度が室温以上で少なくとも１つのポリマーブロックのガラス転移温度が室温以上であるポリマーミセルなどが挙げられる。

本発明においては、マイクロ部品をマイクロチップ等として用いるには、成形膜の裏面に支持体を備えるのがよい。

本発明における成形膜は、ミクロな凹凸パターンを有し求められる表面特性を有していれば良いので、厚さは２００μｍ以下である。このように厚さを薄くすることにより使用する樹脂量を減らすことができるので、少量の機能性ポリマーからマイクロチップを作製できたり、高価なポリマーを用いるチップをコストダウンできる利点がある。
支持体の樹脂については特に制限がなく、熱可塑性樹脂、熱硬化性樹脂、光硬化性樹脂などから適宜選択できる。
支持体の樹脂は、単一の樹脂を用いてもよく、２種類以上の樹脂を混合してもよい。
支持体の構造は全体が均一でもよく、2種類以上の各樹脂が別々の相を形成し、海島状や層状の構造を形成していてもよい。

熱可塑性樹脂については特に制限がなく、公知の樹脂から適宜選択できる。マイクロチップに透明性が求められる場合は、該熱可塑性樹脂として、アクリル樹脂、ポリスチレン樹脂、ＡＳ樹脂、ＭＳ樹脂、ポリカーボネート樹脂、フェノキシ樹脂、脂環式ポリオレフィン樹脂など公知の透明樹脂を用いるのが好ましい。

支持体は、重合性モノマーを用い、光および／または熱重合により形成させた重合体でも良い。
重合性モノマーとしては特に限定されないが、重合速度や扱いやすさの点から、メタクリル酸エステル、アクリル酸エステルが好ましい。該重合性モノマーは、１種類のモノマーを用いてもよく、2種類以上を混合して用いてもよい。該重合性モノマーには、重合で得られる樹脂の物性向上や重合収縮低減のために、５重量％〜９５重量％の範囲でポリマーを混合してもよい。

支持体は、光硬化性樹脂を用い、光硬化により形成させた樹脂成形体でも良い。
光硬化性樹脂は特に限定されず、公知の光硬化性樹脂を使用することができる。
また、成形膜は一層である必要はなく複数の積層体でもよい。

本発明に係るマイクロ部品の作製方法は、表面に、凹部、凸部、孔成形用柱のいずれかを単独又は組み合わせて複数形成してあり、凹部の深さ、凸部の突出高さが０．１μｍ〜２００μｍの範囲であり、凹部の開口幅、凸部突出幅、孔成形用柱の径の接円半径が０．１μｍ〜２００μｍの範囲である造作物を準備し、開口部を有する枠体で造作物の表面周縁部を縁取りし、造作物及び枠体で形成したキャビティに高分子微粒子を分散媒に分散させた流動物を注入しあるいは塗布し、その後に分散媒を蒸発乾燥し、キャビティから成形膜を分離して作製することを特徴とする。
分散媒にて分散した高分子微粒子を造作物上に薄く均一に塗布したいときには、スピンコートしてもよくスプレーしてもよい。
また、溶媒（分散媒）を除去する方法としては特に制限はないが、そのまま自然蒸発させる方法、減圧蒸発、加熱蒸発等が例として挙げられる。また、これらを組み合わせてもよい。
さらには、溶媒を除去した高分子微粒子をそのまま加熱して個々の微粒子の融着を促進させてもよい。
この場合に、高分子微粒子のガラス転移温度以上の温度で加熱処理するのがよい。

また、支持体を備えた成形膜からなるマイクロ部品は、表面に、凹部、凸部、孔成形用柱のいずれかを単独又は組み合わせて複数形成してあり、凹部の深さ、凸部の突出高さが０．１μｍ〜２００μｍの範囲であり、凹部の開口幅、凸部突出幅、孔成形用柱の径の接円半径が０．１μｍ〜２００μｍの範囲である造作物を準備し、開口部を有する枠体で造作物の表面周縁部を縁取りし、造作物及び枠体で形成したキャビティに高分子微粒子を分散媒に分散させた流動物を注入しあるいは塗布し、その後に分散媒を蒸発乾燥して成形膜を形成し、さらに、キャビティに熱可塑性樹脂又は重合性液状物を注入して硬化させ支持体を形成し、キャビティから、支持体を備えた成形膜を分離して作製することを特徴とする。
ここで、キャビティとはミクロパターンを形成した造作物と、中央部に開口部を有する枠体を重ね合わせることで造作物の表面中央部にできるメス型部分をいう。

上記発明の趣旨の範囲で、支持体の成形方法は特に限定されないが例としては、成形膜の上に、熱可塑性樹脂のシートやペレットを置き、それらのシートやペレットを加熱あるいは加熱プレスしたのちに冷却し、ミクロな凹凸からなる表面パターンを有する型やその他の型を外して、マイクロチップ等のマイクロ部品を得る方法が挙げられる。
また、成形膜の上に光硬化性樹脂を注ぎ、モノマーが揮発しないように透明な蓋などしたのち所定の光を照射し、重合が終了したのちにミクロな凹凸からなる表面パターンを有する型やその他の型を外して、マイクロチップ等のマイクロ部品を得る方法が挙げられる。
さらには、成形膜の上に重合開始剤を添加した重合性モノマーを注ぎ、モノマーが揮発しないよう蓋などしたのち所定の温度で加熱し、重合が終了したのちに冷却し、ミクロな凹凸からなる表面パターンを有する型やその他の型を外して、作製する方法が挙げられる。
ミクロな凹凸からなる表面パターンを有する造作物の材質は、シリコン、ガラス、金属、樹脂、フィラー含有樹脂などから適宜選択できる。ミクロな凹凸からなる表面パターンを有する造作物の製造方法については、エッチングやレーザー加工を用い基板を直接加工する方法、射出成形により作製する方法、光造形により作製する方法、光硬化樹脂により作製する方法、前記方法やレジストにより作製したミクロな凹凸パターンを有するマスターをもとに電鋳で作製する方法、またそれらを組み合わせた方法など、公知技術から適宜選択できる。またこのようにして作製した造作物が脆い場合や剛性が低い場合には、凹凸パターンを有しない面に樹脂、金属、ガラスなどの補強板を接着して用いてもよい。
溶媒には特に制限がなく、その中には、乳化剤、界面活性剤、水溶性モノマー、水溶性高分子など高分子微粒子の分散を安定させるものや、本発明の効果を阻害しない範囲で高分子、低分子有機化合物などが含まれていてもよい。

本発明は、高分子微粒子を原材料とする成形膜にしたことにより、微細な凹凸形状の精度が高いマイクロ部品等を、容易に得ることができ、成形膜の裏打ちとして支持体を一体的に形成することで、平面度が高く、実用上の強度を確保できる。

高分子微粒子が分散媒に分散した流動物として次のａ１〜ａ６を用意した。
ａ１：アクリル系ポリマー微粒子からなるＳＡ−ＮＷ００１（クラレ製、伸び歪100％における発生応力：7ＭＰａ、平均粒子径：約0.1μｍ）をテトラヒドロフランに濃度５％で分散させたもの
ａ２：アクリル系ポリマー微粒子からなるＳＡ−ＮＷ２０１（クラレ製、伸び歪100％における発生応力：11ＭＰａ、平均粒子径：約0.1μｍ）をテトラヒドロフランに濃度５％で分散させたもの
ａ３：水系アクリルエマルジョンであるボンコートＥＤ−８５（大日本インキ化学製、溶媒：水、伸び歪100％における発生応力：12ＭＰａ、平均粒子径： 0.1〜0.25μｍ、不揮発分44〜46％）を蒸留水で希釈し不揮発分を５％としたもの
ａ４：水性ウレタン樹脂であるハイドランＨＷ−９３０（大日本インキ化学製、溶媒：水、歪100％における発生応力：約２ＭＰａ、平均粒子径： 0.1〜0.25μｍ、不揮発分49〜51％）を蒸留水で希釈し不揮発分を５％としたもの
ａ５：窒素雰囲気下、温度計、撹拌翼、冷却管を装着した重合器に、蒸留水４００重量部及び乳化剤としてのステアリン酸ナトリウム６．０重量部を加え、７０℃に加熱して均一に溶解した。次に同温度において、ｎ−ブチルアクリレート９６重量部、メチルメタクリレート６４重量部、及びアリルメタクリレート１．８重量部を加え、３０分間撹拌した後、ペルオキソ二硫酸カリウム０．１６重量部を加えて重合を開始した。３時間後、ガスクロマトグラフィーで各単量体が全て消費されたことを確認して重合を終了し、水に分散した（メタ）アクリル系微粒子を用意した。微粒子の粒子径をレーザー粒径解析装置ＰＡＲ−III（大塚電子製）を用いて動的光散乱法により測定したところ、平均粒子径は９０ｎｍであった。
ａ６：窒素雰囲気下、温度計、攪拌翼、冷却管及び滴下ロートを備えた反応容器に、アニオン系反応性乳化剤「アデカリアソープ SEー10N」１重量部及び水150重量部を仕込み、反応容器内を窒素置換しながら温度を70℃に昇温した。一方、水30重量部に「SE-10N」を４重量部溶解し、これにメチルメタクリレート63重量部、2-エチルヘキシルアクリレート27重量部、グリシジルメタクリレート10重量部、からなる混合単量体を添加、攪拌し乳化さした。次に反応容器内温を70℃に保ちながら、前記乳化物、６重量％過硫酸アンモニウム水溶液7重量部及び5重量％メタ重亜硫酸ナトリウム水溶液７重量部を４時間にわたって均一に逐次添加した。逐次添加終了後、70℃で1.5時間熟成を行ってから室温まで冷却し、水に分散したアクリル微粒子を用意した。微粒子の粒子径をレーザー粒径解析装置ＰＡＲ−III（大塚電子製）を用いて動的光散乱法により測定したところ、平均粒子径は９０ｎｍであった。

（実施例１）
図５、図６に示すように、ミクロな凹凸からなる表面パターンを有する造作物として、１ｍｍ厚のシリコンウエハをエッチングすることにより作製した、表面に直径１０μｍ、高さ１４μｍの円柱が周期２５μｍの正方格子状に並んだ１インチ角の造作物１を用意した。次に１インチ角で厚さ１ｍｍのポリエチレンシートの中央付近を１ｃｍ×２ｃｍの大きさに切り取った開口部２ａを有する枠体２を造作物の上に固定して液だめを設けたキャビティ型を用意した。次にこの型の液だめ部分に前記ａ１を高さ約０．５ｍｍになるように流し込んだのち、溶媒を自然蒸発させた。溶媒がほぼ蒸発したのち、フィルム状固形物が表面に付着した型を熱風乾燥機で８０℃で３０分程度加熱し、その後、冷却した。次に型からフィルム状固形物を剥がして成形膜３を得た。得られた成形膜をデジタルマイクロスコープ（キーエンス製、ＶＨ−７０００）で観察した結果を図１〜２に示す。表面観察結果および断面観察結果から表面に直径１０μｍ、深さ１４μｍの円筒状の穴（マイクロウェル）が周期２５μｍの正方格子状に並んだマイクロ部品が作製されていることを確認した。

（実施例２）
ミクロな凹凸からなる表面パターンを有する造作物として、１ｍｍ厚のシリコンウエハをエッチングすることにより作製した、表面に直径１０μｍ、高さ１４μｍの円柱が周期２０μｍの正方格子状に並んだ１インチ角の造作物を用意した。次に１インチ角で厚さ１ｍｍのフッ素樹脂シートの中央付近を１ｃｍ×２ｃｍの大きさに切り取った枠体を上に固定して液だめを設けたキャビティ型を用意した。図７に示すように、次にこの型の液だめ部分に前記ａ１を高さ約１ｍｍになるように流し込んだのち、溶媒を自然蒸発させた。溶媒がほぼ蒸発したのち、フィルム状固形物（成形膜）が表面に付着した型を熱風乾燥機で８０℃で３０分程度加熱した。その後、２３０℃の熱風乾燥機にフィルム状固形物が表面に付着した型を入れ、その液だめ部分にアクリル樹脂ペレットを入れた。１０分以上放置してアクリル樹脂が十分に溶融した後に、フッ素樹脂シート上にガラス板を載せて荷重を加えアクリル樹脂をシート状に成形し、支持体４を形成した。次に前記の型と成形品が一体になったものを室温で徐冷したのち、型等を外してマイクロチップを得た。得られたマイクロチップは大きさ約１ｃｍ×２ｃｍ、厚さ１ｍｍの形状であった。得られたマイクロチップを前記デジタルマイクロスコープで観察した結果を図３〜４に示す。表面観察結果および断面観察結果から、表面に直径１０μｍ、深さ１４μｍの円筒状の穴（マイクロウェル）が周期２０μｍの正方格子状に並んだ成形膜とその下のアクリル樹脂の支持体４とからなるマイクロチップが作製されていることを確認した。

（実施例３）
高分子微粒子が分散した水および／または有機溶媒として前記ａ２〜ａ６を用い、実施例2と同様にしてマクロチップを作製した。得られたマクロチップを実施例２と同様にして表面および断面を観察したところ、ａ２〜ａ６のいずれを使用した場合においても表面観察結果および断面観察結果は図３、図４と同様であり、問題なくマイクロチップが作製されていることを確認した。

（比較例１）
アクリル樹脂（クラレ製パラペットＡ）をテトラヒドロフランに溶解してポリマーが分子状に溶解した溶液を用意し、実施例１と同様にして成形膜の作製を試みた。しかしこの方法では溶媒を除去する際に高分子ポリマーに収縮が生じ、内部応力による歪みが発生し、それによりフィルム状のアクリル樹脂に割れが発生し、また一部分が型から浮き上がってしまうなどして、正常な成形膜は得られなかった。そのためマイクロチップの作製は不可能であった。

実施例１で得られた成形膜（マイクロチップ）の表面拡大写真を示す。 実施例１で得られた成形膜（マイクロチップ）の断面拡大写真を示す。 実施例２で得られたマイクロチップの表面拡大写真を示す。 実施例２で得られたマイクロチップの断面拡大写真を示す。 本発明におけるキャビティとして使用する型の例を示す。 成形膜を作製する流れを示す。 支持体を備えた成形膜を作製する流れを示す。

Claims (14)

1. 高分子微粒子を含む成形膜からなり、この成形膜の表面には、凹部、凸部、孔のいずれかを単独又は組み合わせて複数形成してあり、凹部の深さ、凸部の突出高さが０．１μｍ〜２００μｍの範囲であり、凹部の開口幅、凸部突出幅、孔の接円半径が０．１μｍ〜２００μｍの範囲であることを特徴とするマイクロ部品。
2. 高分子微粒子が高分子ミセルであることを特徴とする請求項１記載のマイクロ部品。
3. 高分子微粒子がデンドリマーであることを特徴とする請求項１記載のマイクロ部品。
4. 高分子微粒子が乳化重合により製造されたマイクロスフェアであることを特徴とする請求項１記載のマイクロ部品。
5. 成形膜の伸び歪100％における発生応力が１ＭＰａ〜２００ＭＰａの範囲にあることを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載のマイクロ部品。
6. 成形膜の裏面に支持体を備えたことを特徴とする請求項１〜５のいずれかに記載のマイクロ部品。
7. 支持体が熱可塑性樹脂を用いた熱成形体であることを特徴とする請求項６記載のマイクロ部品。
8. 支持体が重合性モノマーを用いた光および／または熱による重合体であることを特徴とする請求項６記載のマイクロ部品。
9. 支持体が光硬化性樹脂を用いた樹脂成形体であることを特徴とする請求項６記載のマイクロ部品。
10. 成形膜が複数の積層体であることを特徴とする請求項１〜９のいずれかに記載のマイクロ部品。
11. 表面に、凹部、凸部、孔成形用柱のいずれかを単独又は組み合わせて複数形成してあり、凹部の深さ、凸部の突出高さが０．１μｍ〜２００μｍの範囲であり、凹部の開口幅、凸部突出幅、孔成形用柱の径の接円半径が０．１μｍ〜２００μｍの範囲である造作物を準備し、 開口部を有する枠体で造作物の表面周縁部を縁取りし、 造作物及び枠体で形成したキャビティに高分子微粒子を分散媒に分散させた流動物を注入しあるいは塗布し、その後に分散媒を蒸発乾燥し、キャビティから成形膜を分離して作製することを特徴とするマイクロ部品の作製方法。
12. 表面に、凹部、凸部、孔成形用柱のいずれかを単独又は組み合わせて複数形成してあり、凹部の深さ、凸部の突出高さが０．１μｍ〜２００μｍの範囲であり、凹部の開口幅、凸部突出幅、孔成形用柱の径の接円半径が０．１μｍ〜２００μｍの範囲である造作物を準備し、 開口部を有する枠体で造作物の表面周縁部を縁取りし、 造作物及び枠体で形成したキャビティに高分子微粒子を分散媒に分散させた流動物を注入しあるいは塗布し、その後に分散媒を蒸発乾燥して成形膜を形成し、 さらに、キャビティに熱可塑性樹脂又は重合性液状物を注入して硬化させ支持体を形成し、キャビティから、支持体を備えた成形膜を分離して作製することを特徴とするマイクロ部品の作製方法。
13. 請求項１〜１０のいずれかに記載のマイクロ部品からなることを特徴とするマイクロチップ。
14. 請求項１１又は１２に記載のマイクロ部品の作製方法を用いて作製することを特徴とするマイクロチップの作製方法。