JP2008297410A - 接着方法並びにそれを用いて作製したバイオケミカルチップ及び光学部品 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】接着方法は、第1の部材21の第1の接合面11上に、第1の官能基を有する第1の膜化合物の被膜13を形成する工程Aと、第2の部材22の第2の接合面12上に、第2の官能基を有する第2の膜化合物の被膜14を形成する工程Bと、
第1及び第2の官能基とのカップリング反応により結合を形成する1又は2以上のカップリング反応基を有するカップリング剤を第1及び第2の官能基と接触させた状態で、第1の接合面11と第2の接合面12とを圧着させ、カップリング反応により結合を形成させる工程Cとを有する。
【選択図】図1
Description
なお、本発明において「バイオケミカルチップ」とは、マイクロメートルオーダーの幅を有する流路中で、化合物の混合、合成、抽出、精製、分析、及び測定等の操作を行うための化学デバイスをいい、その具体例としては、化学実験や、バイオ実験、医療診断等に用いるケミカルチップ、バイオチップ、バイオケミカル電気泳動チップ、バイオケミカルリアクター、バイオケミカル流体システム、DNAチップ等が挙げられる。
なお、本発明において、「光学部品」とは、光学機器に用いられる任意の透光性部材をいい、その具体例としては、レンズやプリズム、光ファイバー、光記録媒体等が挙げられる。
また、接着剤を用いないため、接合面に形成された微細構造や光学特性を損なうことなく接着を行うことができるので、例えば、バイオケミカルチップや光学部品の接着に好適に用いることができる。
請求項5記載の接着方法においては、工程Cにおいて、第1及び第2の部材を同じ温度に加熱することにより、熱ひずみの発生を抑制し、第1及び第2の接合面の接着時の寸法精度を向上させることができる。
工程Aでは、エポキシ基を有する第1の膜化合物を、ガラス製の第1の基材21の第1の接合面11と接触させ、第1の接合面11の表面にエポキシ基を有する第1の膜化合物の単分子膜13を形成する(図2参照)。なお、用いることのできる第1の基材21の大きさ及び形状に特に制限はないが、第1の接合面11は、表面粗さが1μm以下、好ましくは100nm以下の鏡面仕上げにしておくことが好ましい。
用いることのできるエポキシ基を有する第1の膜化合物の具体例としては、下記(1)〜(12)に示したアルコキシシラン化合物が挙げられる。
接合面の表面粗さが大きい場合には、分子鎖長の大きな膜化合物を用いることが好ましい。
(2) (CH2OCH)CH2O(CH2)7Si(OCH3)3
(3) (CH2OCH)CH2O(CH2)11Si(OCH3)3
(4) (CH2CHOCH(CH2)2)CH(CH2)2Si(OCH3)3
(5) (CH2CHOCH(CH2)2)CH(CH2)4Si(OCH3)3
(6) (CH2CHOCH(CH2)2)CH(CH2)6Si(OCH3)3
(7) (CH2OCH)CH2O(CH2)3Si(OC2H5)3
(8) (CH2OCH)CH2O(CH2)7Si(OC2H5)3
(9) (CH2OCH)CH2O(CH2)11Si(OC2H5)3
(10) (CH2CHOCH(CH2)2)CH(CH2)2Si(OC2H5)3
(11) (CH2CHOCH(CH2)2)CH(CH2)4Si(OC2H5)3
(12) (CH2CHOCH(CH2)2)CH(CH2)6Si(OC2H5)3
縮合触媒の添加量は、好ましくはアルコキシシラン化合物の0.2〜5質量%であり、より好ましくは0.5〜1質量%である。
カルボン酸金属塩ポリマーの具体例としては、ジブチルスズマレイン酸塩ポリマー、ジメチルスズメルカプトプロピオン酸塩ポリマーが挙げられる。
カルボン酸金属塩キレートの具体例としては、ジブチルスズビスアセチルアセテート、ジオクチルスズビスアセチルラウレートが挙げられる。
チタン酸エステルキレート類の具体例としては、ビス(アセチルアセトニル)ジ−プロピルチタネートが挙げられる。
縮合触媒として上述の金属塩のいずれかを用いた場合、縮合反応の完了までに要する時間は2時間程度である。
更に、メタノール、エタノール、プロパノール等のアルコール系溶媒、あるいはそれらの混合物を用いることもできる。
用いることのできるアミノ基を有する膜化合物の具体例としては、下記(21)〜(28)に示したアルコキシシラン化合物が挙げられる。
(22) H2N(CH2)5Si(OCH3)3
(23) H2N(CH2)7Si(OCH3)3
(24) H2N(CH2)9Si(OCH3)3
(25) H2N(CH2)5Si(OC2H5)3
(26) H2N(CH2)5Si(OC2H5)3
(27) H2N(CH2)7Si(OC2H5)3
(28) H2N(CH2)9Si(OC2H5)3
したがって、アミノ基を有するアルコキシシラン化合物を用いる場合には、カルボン酸スズ塩、カルボン酸エステルスズ塩、カルボン酸スズ塩ポリマー、カルボン酸スズ塩キレートを除き、エポキシ基を有するアルコキシシラン化合物の場合と同様の化合物を単独で又は2種類以上を混合して縮合触媒として用いることができる。
用いることのできる助触媒の種類及びそれらの組み合わせ、溶媒の種類、アルコキシシラン化合物、縮合触媒、及び助触媒の濃度、反応条件並びに反応時間についてはエポキシ基を有するアルコキシシラン化合物の場合と同様であるので、説明を省略する。
基材材料の表面に水酸基、アミノ基等の活性水素基を有する場合には、ガラスの場合と同様に、膜化合物としてアルコキシシラン化合物を用いることができる。この様な基材の具体例としては、アルミニウム等の金属、セラミックス等が挙げられる。
基材材料として合成樹脂を用いる場合には、プラズマ処理等により活性水素基を有する化合物をグラフトする等の処理を行うことにより、膜化合物としてアルコキシシラン化合物を用いることができる場合がある。
(以上工程A)
(以上工程B)
反応液の製造には、2−メチルイミダゾールが可溶な任意の溶媒を用いることができるが、価格、室温での揮発性、及び毒性等を考慮すると、イソプロピルアルコール、エタノール等の低級アルコール系溶媒が好ましい。
2−メチルイミダゾールの添加量、塗布する溶液の濃度、反応温度及び反応時間は、用いる基材の材質、膜化合物の種類等に応じて適宜調節される。
加熱温度は、50〜150℃が好ましい。加熱温度が50℃未満だと、カップリング反応の進行に長時間を要し、150℃を上回ると、寸法精度が低下する等の問題が発生する。
また、第1の基材21と第2基材22とを同じ温度で加熱しながら接着を行うと、接着後の熱ひずみの発生を抑制し、寸法精度を向上することができる。
(31) 2−メチルイミダゾール(R2=Me、R4=R5=H)
(32) 2−ウンデシルイミダゾール(R2=C11H23、R4=R5=H)
(33) 2−ペンタデシルイミダゾール(R2=C15H31、R4=R5=H)
(34) 2−メチル−4−エチルイミダゾール(R2=Me、R4=Et、R5=H)
(35) 2−フェニルイミダゾール(R2=Ph、R4=R5=H)
(36) 2−フェニル−4−エチルイミダゾール(R2=Ph、R4=Et、R5=H)
(37) 2−フェニル−4−メチル−5−ヒドロキシメチルイミダゾール(R2=Ph、R4=Me、R5=CH2OH)
(38) 2−フェニル−4,5−ビス(ヒドロキシメチル)イミダゾール(R2=Ph、R4=R5=CH2OH)
なお、Me、Et、及びPhは、それぞれメチル基、エチル基、及びフェニル基を表す。
カップリング剤として例えば、エポキシ基及びイソシアネート基を用いた場合、それぞれ下記の化8及び化9に示すようなカップリング反応が起こる。
これらのジイソシアネート化合物の添加量は、2−メチルイミダゾールの場合と同様にして適宜調節される。この場合、反応液の製造に用いることのできる溶媒としては、キシレン等の芳香族有機溶媒が挙げられる。
また、アミノ基を有する膜化合物を用いる場合には、カップリング剤としては、エチレングリコールジグリシジルエーテル等の2又は3以上のエポキシ基を有する化合物を用いることもできる。
(以上工程C)
(1)バイオケミカルチップ基板の接合面上へのエポキシ基を有する膜化合物の単分子膜の形成
1対のガラス製のバイオケミカルチップ基板(一方の基板上には、フォトリソグラフィー及びウェットエッチングにより、チャネル幅10〜100μm、深さ50μm程度の流路が形成されている)を用意し、よく洗浄して乾燥した。
3−グリシジルオキシプロピルトリメトキシシラン(化10、信越化学工業株式会社製)0.99重量部、及びジブチルスズビスアセチルアセトナート(縮合触媒)0.01重量部を秤量し、これを100重量部のヘキサメチルジシロキサンに溶解し、反応液を調製した。
(1)で単分子膜を形成したエポキシ化バイオケミカルチップ基板の一方に、アルコールで溶解した2−メチルイミダゾールを塗布し50〜100℃で加熱反応させた後、エタノールで洗浄すると、膜化合物の単分子膜の表面に、更に2−メチルイミダゾール誘導体の単分子膜が形成された。
(1)でエポキシ基を有する膜化合物の単分子膜を形成したバイオケミカルチップ基板と、(2)で2−メチルイミダゾール誘導体の単分子膜を形成したバイオケミカルチップ基板とを予め150℃で加熱し、両者を接合面側で合わせて圧着後、150℃で加熱すると、バイオケミカルチップが得られた。
接合レンズ用の2枚のレンズを用いて、実施例1と同様の方法によって接合レンズの接着を行った。得られた接合レンズについて、変色、視野の歪み、収差、干渉縞等は観測されなかった。
Claims (11)
- 第1の部材の第1の接合面と第2の部材の第2の接合面とを接着する方法であって、
前記第1の接合面上に、第1の官能基及び第1の表面結合基を分子の両端にそれぞれ有する第1の膜化合物を接触させ、前記第1の表面結合基と前記第1の接合面の表面官能基との間で結合を形成させて、該第1の接合面上に前記第1の膜化合物の被膜を形成する工程Aと、
前記第2の接合面上に、第2の官能基及び第2の表面結合基を分子の両端にそれぞれ有する第2の膜化合物を接触させ、前記第2の表面結合基と前記第2の接合面の表面官能基との間で結合を形成させて、該第2の接合面上に、前記第2の膜化合物の被膜を形成する工程Bと、
前記第1の官能基とのカップリング反応により結合を形成する1又は2以上の第1のカップリング官能基と、前記第2の官能基とのカップリング反応により結合を形成する1又は2以上の第2のカップリング反応基とを有するカップリング剤を前記第1及び第2の官能基と接触させた状態で、前記第1の膜化合物の被膜が形成された前記第1の接合面と前記第2の膜化合物の被膜が形成された前記第2の接合面とを圧着させ、前記第1の官能基と前記第1のカップリング反応基、及び前記第2の官能基と前記第2のカップリング反応基とのカップリング反応により結合を形成させる工程Cとを有することを特徴とする接着方法。 - 請求項1記載の接着方法において、前記工程Cでは、まず、前記カップリング剤を、前記第1の接合面上に形成された前記第1の膜化合物の被膜に接触させ、前記第1の官能基と前記第1のカップリング反応基とのカップリング反応により結合を形成させて、前記第1の膜化合物の被膜の表面に前記カップリング剤の被膜を形成し、次いで、前記カップリング剤の被膜が更に形成された前記第1の接合面と前記第2の膜化合物の被膜が形成された前記第2の接合面とを圧着させ、前記第2の官能基と前記第2のカップリング反応基とのカップリング反応により結合を形成させることを特徴とする接着方法。
- 請求項1及び2のいずれか1項に記載の接着方法において、前記第1及び第2の官能基がエポキシ基を含む官能基であり、前記カップリング剤がイミダゾール基を含む化合物であることを特徴とする接着方法。
- 請求項1〜3のいずれか1項に記載の接着方法において、前記第1及び第2の表面結合基がアルコキシシリル基であることを特徴とする接着方法。
- 請求項1〜4のいずれか1項に記載の接着方法において、前記工程Cでは、前記第1及び第2の部材を同じ温度に加熱することを特徴とする接着方法。
- 第1の部材と第2の部材とを有し、
前記第1の部材の第1の接合面の表面には、分子の一端に第1の官能基を有し、他端で前記第1の接合面に結合した第1の膜化合物の被膜が形成され、
前記第2の部材の第2の接合面の表面には、分子の一端に第2の官能基を有し、他端で前記第2の接合面に結合した第2の膜化合物の被膜が形成され、
前記第1の官能基と前記第2の官能基とは、前記第1の官能基とカップリング反応して結合を形成する少なくとも1の第1のカップリング反応基と、前記第2の官能基とカップリング反応して結合を形成する少なくとも1の第2のカップリング反応基とを有するカップリング剤と、前記第1及び第2の官能基とのカップリング反応により形成された結合を介して互いに結合しており、該形成された結合を介して前記第1の接合面と前記第2の接合面とが接着されていることを特徴とするバイオケミカルチップ。 - 請求項6記載のバイオケミカルチップにおいて、前記第1及び第2の官能基がエポキシ基を含む官能基であり、前記カップリング剤がイミダゾール基を含む化合物であることを特徴とするバイオケミカルチップ。
- 請求項6及び7のいずれか1項に記載のバイオケミカルチップにおいて、前記第1及び第2の膜化合物の被膜がいずれも単分子膜であることを特徴とするバイオケミカルチップ。
- 第1の部材と第2の部材とを有し、
前記第1の部材の第1の接合面の表面には、分子の一端に第1の官能基を有し、他端で前記第1の接合面に結合した第1の膜化合物の被膜が形成され、
前記第2の部材の第2の接合面の表面には、分子の一端に第2の官能基を有し、他端で前記第2の接合面に結合した第2の膜化合物の被膜が形成され、
前記第1の官能基と前記第2の官能基とは、前記第1の官能基とカップリング反応して結合を形成する少なくとも1の第1のカップリング反応基と、前記第2の官能基とカップリング反応して結合を形成する少なくとも1の第2のカップリング反応基とを有するカップリング剤と、前記第1及び第2の官能基とのカップリング反応により形成された結合を介して互いに結合しており、該形成された結合を介して前記第1の接合面と前記第2の接合面とが接着されていることを特徴とする光学部品。 - 請求項9記載の光学部品において、前記第1及び第2の官能基がエポキシ基を含む官能基であり、前記カップリング剤がイミダゾール基を含む化合物であることを特徴とする光学部品。
- 請求項9及び10のいずれか1項に記載の光学部品において、前記第1及び第2の膜化合物の被膜がいずれも単分子膜であることを特徴とする光学部品。
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