JP2012518786A - ゴム材料基板を含むマイクロ流体システム - Google Patents

Abstract

本発明は、マイクロ流体システムに関し、極性側基を持つゴム材料に基づく基板を含み、前記極性側基が前記ゴムポリマー主鎖にスペーサを介して結合される。これにより、血液、唾液などの水系流体の移送がキャリラリ力により生じる結果となる。

Description

本発明はマイクロ流体システムに関し、特に該マイクロ流体システムの、特に体液の流体中の被検物質を検出するための使用に関する。

本発明は、例えばラボ・オン・チップやミクロ全分析システムなどの分子診断応用のためのマイクロ流体装置、該マイクロ流体装置を含む使い捨てカートリッジ及びそれらの使用に関する。本発明によるマイクロ流体装置は好ましくは分子診断分野で使用される。

バイオテクノロジーの分野では、微小化マイクロ流体装置の開発に努力が払われてきた。これは時としてサンプルの処理及び分析においてラボ・オン・チップ（ＬＯＣ）やミクロ全分析システム（ミクロ−ＴＡＳ）と呼ばれることがある。かかるシステムは、例えば核酸及びタンパク質などの特定の分子を検出し分析するために用いられる。

一般的に、ミクロ−システム装置は、流体性、電気的及び機械的機能を有し、ポンプ、バルブ、ミキサ、ヒータ及び例えば光学、磁気及び／又は電電子センサ機能を含む。通常の分子診断アッセイは、例えば細胞壁分解、洗浄、ＰＣＲ増幅及び／又は検出を含む。

一体化マイクロ流体装置はいくつかの機能の組み合わせを必要とする。例えば単一のテンプレート上で、フィルタ、ミキシング、流体駆動、バルブ、ヒーティング、クーリング及び光学、電気的又は磁気的検出などである。モデュールという考えによると、該異なる機能は、例えばシリコン又はガラスなどの、別々の機能的基板に実現される。該機能はマイクロ流体チャネルシステムとして組み立てられる必要がある。通常このシステムはプラスチックでできている。小さいチャネル構造をもつ場合かかる集積化は非常に困難なプロセスとなる。該基板と該チャネルプレートは非常にスムーズにかつ正確であることを必要とされ、該チャネル構造は再現性がなければならない。一方で、該機能性基板はコスト及び材料効率の点からサイズは最小であるべきである。特に、流体が電気的インタフェースを必要とする機能では該ウェットインタフェースの分離が非常に重要である。結合技術は、生化学試薬及び該機能性基板上に存在する表面処理物との整合性が必要である。

参照されて本明細書の一部となるＵＳ−Ａｌ ２００３／００５７３９１には、低電力の集積ポンプ及びバルブアレイが開示されている。ここには、例えば医学的診断用マイクロチップなどの応用のためのマイクロ流体システムにおいて、ポンプ及びバルブ操作の革新的方法が提供されている。この方法は、マイクロシリンジに類似するマイクロチャネル内に被包された、ポリマー、セラミック又は金属性プラグを持つ低電力源、高圧源を集積する。該圧力源が活性化されると、該マイクロチャネル内のポリマープラグがスライドして、該プラグ回りに流体のリークを起こさずに該プラグの反対側の流体をポンプして押し出す。該プラグはまたマイクロバルブとして作用することもできる。

しかし、ＵＳ−Ａｌ ２００３／００５７３９１に開示されたポンプシステムは最適化された迅速な流体移送を提供するものではない。さらに、該プラグはポジティブフィッティングを持ち、サンプル流体がリークしないようにしなければならない。従って、低電力集積ポンプ及びバルブアレイは低垂直範囲製造では提供されることができない。

この１０年で、相当の研究努力が、より多くの機能を一体化しかつサンプル容量を低減できるマイクロ流体システム装置の開発に向けられてきた。

該努力にも拘わらず、上で説明した従来技術の欠点のうち少なくともひとつの欠点を解消し得る、例えばマイクロ流体バイオチップ（しばしばバイオフリップ（ＢｉｏＦｌｉｐ）と呼ばれる）、ＬＯＣ及びマイクロ−ＴＡＳなどのマイクロ流体システム装置の要求が存在する。

本発明の課題は、マイクロ流体システムを提供することであり、該システムは従来技術よりもより簡便にセットアップでき、多くに応用のために製造しかつ適用することが可能である。

該課題は、本発明の請求項１に記載のゴム材料により解決される。従って、マイクロ流体システムであって、表面上に少なくともひとつのマイクロチャネルを持つ表面を有する基板を含み、前記基板の少なくとも一部がゴム材料を含み、前記ゴム材料が極性側基を含み、それによりそれぞれの極性側基が前記ゴム材料のポリマー鎖と少なくとも６原子を含むリンカーを介してリンクされている。

かかるマイクロ流体システムは本発明の範囲内で広い範囲の応用において、以下の利点の少なくともひとつの利点を有することが示される：
− 前記ゴム材料は、バルクスケールで製造及び取り扱いが可能である；
− 前記ゴム材料は射出成型で使用可能である；
− 前記ゴム材料は容易に入手可能な原料から製造でき、通常精巧な製造工程は必要がない；
− 極性側基により、水系流体（例えば血液や唾液）のアクティブ移送は、多くの応用において、僅かの程度必要となるのみであり、例えばバルブは必要とされない。前記ゴム材料のキャピラリ力及び疎水的性質により、サンプル流体はマイクロチャネルを「独立して」流れるようになる。これにより、バルブ、圧力チャンバなどのセットアップが必要なくなることで、より高度な構成のマイクロ流体システムのセットアップを可能とすることから；
− 本発明の利用の多くにおいて、マイクロ流体システムをシーリングするためのコーティングの適用がもはや不要となり；
− 本発明の利用の多くにおいて、接着又は加熱シーリング（例えば超音波又はレーザー溶接など）を用いる接合が、前記ゴム材料基板の弾性特性により、前記マイクロ流体装置の隣接する表面に対して自動的にそれ自体を封止又はシールすることで、もはや不要となる。

本発明において、用語「基板」とは、（マイクロ）流体パターンを持つ平坦部を特に含む及び／又はそれを意味する。

本発明において、用語「マイクロチャネル」とは、幅が１０００〜１ミクロンであるチャネルを含む及び／又はそれを意味する。

留意すべきは、本発明においては、全基板が本発明のゴム材料で形成されていることは必要とせず、むしろこれは当業者の意図及び本発明の好ましい実施態様によるということである。本発明のほとんどの（又は少なくともひとつのいくつかの）利点を得るために、基板の一部のみを該ゴム材料とすることがあり得る。かかる場合、マイクロチャネルを形成する基板の少なくとも一部が本発明のゴム材料であることが好ましい。

本発明において、用語「ゴム材料」とは、弾性材料を含む及び／又はそれを意味する。本発明において使用され得る適切な材料としては次のものが挙げられる。

ブタジエン−アクリロニトリル−コ又はターポリマーでのＮＢＲニトリルゴム、
水素添加ブタジエン−アクリロニトリルーコ又はターポリマーでのＨＮＢＲ部分的又は完全水素添加ニトリルゴム、
カルボン酸化ニトロルゴムＸＮＢＲ、
部分的又は完全水素添加カルボン酸化ニトリルゴムＨＸＮＢＲ、
エチレン−ビニルアセテート−コポリマー、
エチレン−プロピレン−ジエン−コポリマーＥＰＤＭ、
スチレン−ブタジエン−コポリマーＥＳＢＲ、
ポリクロロプレンＣＲ、
ポリブタジエンＢＲ、
アクリル系ゴムＡＣＭ、
フルオロ系ゴムＦＫＭ、
イソブチレン−イソプレン−コポリマーＩＩＲ（通常、イソプレン含有量は０．５〜０重量％）、
臭素化イソブチレン−イソプレン−コポリマーＩＩＲ（通常、イソプレン含有量は０．１〜１０重量％）、
塩素化イソブチレン−イソプレン−コポリマーＩＩＲ（通常、イソプレン含有量は０．１〜１０重量％）、
ブタジエン−Ｃ−４−アルキルアクリレート−コポリマーＡＢＲ、
ポリイソプレンＩＲ、
カルボン酸化スチレン−ブタジエン−コポリマーＸ−ＳＢＲ、
エチレン−アクリレート系−コポリマーＥＡＭ、
ＣＯ及び、
エピクロロヒドリンゴムＥＣＯ、
Ｑシリコーンゴム、
ポリエステルウレタンポリマーＡＵ、
ポリエーテルウレタンポリマーＥＵ、
エポキシ化天然ゴム又はその混合物ＥＮＲ。

本発明の目的のために、ニトリルゴム（また、ＮＢＲと省略語で知られている）は、コ又はターポリマーであり、繰り返し単位として少なくともひとつの共役ジエン、少なくともひとつのα、β不飽和ニトリルとを含み、適切な場合にさらにひとつ又はそれ以上の他の共重合可能なモノマーを含むことができる。

共役ジエンには他のタイプもあり得る。Ｃ４〜Ｃ６の共役ジエンの使用が好ましい。特に好ましくは、１，３−ブタジエン、イソプレン、２，３−ジメチルブタジエン、ピペリレン又はそれらの混合物である。特に好ましくは、１，３−ブタジエン及びイソプレン又はそれらの混合物である。Ｃ４〜Ｃ６共役ジエン、１，３−ブタジエンが特に好ましい。

使用されるα、β不飽和ニトリルには、すべての知られるα、β不飽和ニトリルが含まれる。好ましくはＣ３〜Ｃ５のα、β不飽和ニトリルであり、例えばアクリロニトリル、メタアクリロニトリル、エタアクリロニトリル又はこれらの混合物である。アクリロニトリルが特に好ましい。
特に好ましいニトリルゴムはアクリロニトリル及び１，３−ブタジエンとの共重合により得られる。

水素添加ニトロルゴム（ＨＮＢＲ）
本発明の目的で、水素添加ニトリルゴム（ＨＮＢＲ）は、繰り返し単位が少なくともひとつのジエンと少なくともひとつのα、β不飽和ニトリルを含むコ又はターポリマーであり、適切な場合にはさらにひとつ又はそれ以上の共重合可能なモノマーを含み、該ポリマー中に導入されたジエン単位のＣ＝Ｃ二重結合がある程度水素添加されている。

共役ジエンにはすべてのタイプが含まれる。好ましくはＣ４〜Ｃ６共役ジエンである。特に好ましくは１，３−ブタジエン、イソプレン、２，３−ジメチルブタジエン、ピペリレン又はこれらの混合物である。特に好ましくは１，３−ブタジエン及びイソプレン又はそれらの混合物で製造される。Ｃ４〜Ｃ６共役ジエンである、１，３−ブタジエンが最も好ましい。

使用されるα、β不飽和ニトリルには、すべての知られるα、β不飽和ニトリルが含まれる。好ましくはＣ３〜Ｃ５のα、β不飽和ニトリルであり、例えばアクリロニトリル、メタアクリロニトリル、エタアクリロニトリル又はこれらの混合物である。アクリロニトリルが特に好ましい。

共役ジエン及びα、β不飽和ニトリルの他に、当業者に知られるひとつ又はそれ以上の他のモノマーを用いることも可能である。例えば、α、β不飽和モノ−、又はジ−カルボン酸又はそれらのエステルやアミドなどである。好ましいα、β不飽和モノー又はジーカルボン酸として、フマル酸、マレイン酸、アクリル酸及びメタアクリル酸が挙げられる。α、β不飽和カルボン酸の好ましいエステルとしては、それらのアルキルエステル及びアルコキシアルキルエステルが挙げられる。α、β不飽和カルボン酸の特に好ましいエステルとしては、メチルアクリレート、エチルアクリレート、ブチルアクリレート、ムチルメタクリレート、２−エチルヘキシルアクリレート、２−エチルヘキシルメタクリレート及びオクチルアクリレートが挙げられる。

水素添加ニトロルゴムがカルボキシ基を持つ場合、用語ＨＸＮＢＲがまた使用される。

適切なゴムは、モノマーとしてエチレン及びビニルアセテートに基づくエチレン−ビニルアセテート（ＥＶＭ）コポリマーを含む。

エチレン−ビニルアセテート−コポリマーは、本発明の目的に使用可能であり、市販品として、例えばＬａｎｘｅｓｓ Ｄｅｕｔｓｃｈｌａｎｄ ＧｍｂＨから商品名Ｌｅｖａｐｒｅｎ（Ｒ）及びＬｅｖａｍｅｌｔ（Ｒ）として入手できる。また当業者に知られる方法で製造することができる。

ＥＰＤＭゴム
ＥＰＤＭゴムは、エチレン及び相対的に大きい比率のプロピレン及び数重量％のジエン構造を持つ第三のモノマーから重合させて製造されるターポリマーである。ここでジエンモノマーは全ての続く加硫工程に必要な二重結合を持つ。主に使用されるジエンモノマーには、シス、シス−１，５−シクロオクタジエン（ＣＯＤ）、ｅｘｏ−ジシクロペンタジエン（ＤＣＰ）、ｅｎｄｏ−ジシクロペンタジエン（ＥＤＣＰ）、１，４−ヘキサジエン（ＨＸ）及び又は５−エチリデン−２−ノルボルネン（ＥＮＢ）が挙げられる。

本発明の目的で使用されるＥＰＤＭゴムは、市販品、例えばＬａｎｘｅｓｓ Ｂｕｎａ ＧｍｂＨから商品名Ｂｕｎａ ＥＰ（Ｒ）として入手できる。又は当業者に知られる方法で製造することができる。

スチレン−ブタジネンゴムエマルジョン（ＥＳＢＲ）
該材料はスチレン及びブタジエンモノマーからなる。該材料は、レドックス開始剤を用いて低温度で又は過硫酸塩を用いて比較的高温度で、水中でエマルジョン重合させて製造される。これによりラテックスが得られ、そのままで又は処理して固体ゴムとして使用される。ＥＳＢＲの分子量は、約２５００００〜８０００００ｇ／ｍｏｌの範囲である。

本発明の目的で使用されるエマルジョンスチレン−ブタジエンゴムは、市販品、例えばＬａｎｘｅｓｓ Ｄｅｕｔｓｃｈｌａｎｄ ＧｍｂＨから、商品名Ｋｒｙｎｏｌ（Ｒ）及びＫｒｙｌｅｎｅ（Ｒ）として入手できる。又は当業者に知られる方法で製造することができる。

クロロプレンゴム（ＣＲ）
クロロプレンゴム（ＣＲ）は、クロロプレン（クロロ−１，３−ブタジエン）に基づくポリマーであり、工業的にはエマルジョン重合で製造される。ＣＲの製造はクロロプレンのみならず他のモノマーを用いても可能である。

本発明の目的で使用するクロロプレンゴム（ＣＲ）は市販品、例えばＬａｎｘｅｓｓ Ｄｅｕｔｓｃｈｌａｎｄ ＧｍｂＨから商品名Ｂａｙｐｒｅｎ（Ｒ）として入手することができる。また当業者に知られる方法で製造することができる。

ポリブタジエンゴム（ＢＲ）
これはポリ（１，３−ブタジエン）であり、１，３−ブタジエンに基づくポリマーである。

アクリレート系ゴム（ＡＣＭ）
アクリル系ゴムには、エマルジョン中で遊離基により合成されるコポリマーを含み、エチルアセテートと他のアクリレート系、例えばブチルアクリレート、２−アルコキシエチルアクルレート系又は該ポリマーに取り込まれ、少比率の加硫され得る基を持つ他のアクリレート系が挙げられる。

本発明の目的で使用できるＡＣＭゴムは市販、例えばＺｅｏｎ Ｃｈｅｍｉｃａｌｓから商品名Ｈｙ Ｔｅｍｐ（Ｒ）／Ｎｉｐｏｌ（Ｒ） ＡＲとして入手可能である。また、当業者に知られた方法で製造することができる。

フルオロゴム（ＦＫＭ）
これには、フッ素化エチレンモノマーとフッ素化ビニルモノマーと、又は適切な場合には加硫され得る基を持つ他のモノマーの、エマルジョン中で遊離基により製造されるコポリマーが含まれる。

本発明の目的で使用できるＦＫＭゴムは市販品、例えばＤｕＰｏｎｔ ｄｅｓ Ｎｅｍｏｕｒｓから商品名Ｖｉｔｏｎ（Ｒ）として入手することができる。また当業者に知られる方法で製造することもできる。

ＩＩＲ及びハロＩＩＲ（ＢＩＩＲ及びＣＩＩＲ）
ブチルゴム（ＩＩＲ）はイソブテン及び少量比率のイソプレンからなるコポリマーである。これらはカチオン重合で製造される。ハロブチルゴム（ＢＩＩＲ及びＣＩＩＲ）は、それらのゴムから元素状塩素又は臭素との反応により製造される。

本発明の目的で使用されるブチルゴム及びハロブチルゴムは市販品、例えば Ｌａｎｘｅｓｓ Ｄｅｕｔｓｃｈｌａｎｄ ＧｍｂＨから、商品名Ｌａｎｘｅｓｓ Ｂｕｔｙｌ、Ｌａｎｘｅｓｓ Ｃｈｌｏｒｏｂｕｔｙｌ及びＬａｎｘｅｓｓ Ｂｒｏｍｏｂｕｔｙｌとして入手できる。また当業者に知られる方法で製造することもできる。

ポリシロキサン
本発明において特に好ましいゴム材料にはポリシロキサンが含まれる。特に好ましくは、ポリジアルキルシロキサン、ポリジアリールシロキサン及び／又はポリジアルキル／アリールシロキサン、特にポリジメチルシロキサンの誘導体が挙げられる。好ましい鎖長は１０００〜１００００、好ましくは６０００〜１０００Ｓｉ−Ｏ単位である。

留意すべきは、該ゴム材料は均一な材料又はブロック又はグラフトポリマーであってよいことである。

用語「極性」側基とは特に、δ^＋及びδ⁻を持つ化学基を意味する及び／又はそれを含むことを意味する。極性側基はイオン性であってよい。しかしまた非イオン性側基もまた本発明の範囲内で使用可能である。好ましくは非イオン性側基として、限定されるものではないが、ヒドロキシ、アミド、エステルなどが挙げられる。

用語「イオン性側」基とは特に、前記ゴム材料が、ゴム材料が使用される際に荷電する化学基を含むことを意味するか及び／又は含む。好ましくは該化学基は中性で荷電する。好ましいイオン性側基は、−ＳＯ_３ ⁻、−ＯＰＯ_４ ^２−、−ＰＯ_３ ^２−、−ＯＳＯ_２ ⁻、−ＣＯ_２ ⁻、−ＮＲ_１Ｒ_２Ｒ_３ ^＋、−ＰＲ_１Ｒ_２Ｒ_３ ^＋を含む群から選択される少なくともひとつを含む。好ましい対イオンには、アルカリ金属イオン、アルカリ土類金属イオン、Ｈ^＋、ＮＨ_４ ^＋、又はその混合物（負に荷電される極性側基に対して）、又はハロゲンイオン、ＯＨ⁻、ＢＦ_４ ⁻（正に荷電される極性側基に対して）が挙げられる。

これは本発明の好ましい実施態様であるけれど、該極性側基は「末端」である必要はない。これはまた、例えばアルキル鎖（第２級炭素）で、側基として存在することができる。

用語「少なくとも６原子を含むリンカー」とは特に、該ゴムのポリマー鎖に沿って、鎖（例えば炭素鎖又はポリエトキシド鎖などの置換炭素鎖）を介して配置される極性側基を意味する及び／又は含む。

留意すべきは、該リンカーの長さは該ゴム材料に亘って均一であることは必要ないということである。ただし好ましくは、全リンカーの≧８０％、より好ましくは≧９０％、特に好ましくは≧９５％のリンカーが同一の長さを持つ。

用語「ポリマー鎖」とは、最も広い意味で解釈されるべきであり、該ゴム材料がクロスリンクされている場合も含む。従って用語「ポリマー鎖」とはまた「ポリマーネットワーク」も含む。

好ましくは、前記極性側基のそれぞれが、前記ゴム材料のポリマー鎖と、少なくとも８間原子、より好ましくは少なくとも１０原子、さらに好ましくは１２原子、最も好ましくは少なくともひとつの１４原子を含むリンカーを介して、結合されている。

本発明の好ましい実施態様によれば、前記極性側基の含有量は、前記ゴム材料に対する濡れ角が≦８０°、好ましくは≦７０°、より好ましくは≦５５°となるように設けられる。シリコーンゴムが、１５重量％のナトリウムアルケン（Ｃ１４〜Ｃ１６）スルホネート（ＳＡＳ）で変性される場合、該表面の濡れ角は７０〜７５°となる。さらにシリコーンゴムが、２０重量％のナトリウムアルケン（Ｃ１４〜Ｃ１６）スルホネート（ＳＡＳ）で変性される場合、該表面の濡れ角は５０〜５５°となる。

本発明の好ましい実施態様によれば、該極性側基の含有量は０．０１〜１モル／１００ｇゴム材料である。

この範囲は、本発明の範囲内で多くの応用において有利であることが示される。該極性側基の含有量が余りに低いと、ゴム材料は水移送のみを示し、一方含有量があまりに高いと本発明の利点を損なうこととなる（なぜなら、これは徐々に面活性剤となるからである）。

特に好ましくは、該極性側基の含有量は、好ましくは０．０２５〜０．８、より好ましくは０．０５〜０．３、最も好ましくは０．０７５〜０．２モル／１００ｇゴム材料である。

本発明の好ましい実施態様によれば、該極性側基は該ゴム材料のポリマー鎖と炭素鎖を介して結合されている。

本発明の好ましい実施態様によれば、該ゴム材料は少なくとも次の構造単位を含む：

ここで、ｎ、ｏは独立してそれぞれ６又はそれ以上である。

この構造単位は、ω−アルケニルスルホン酸と該ポリシロキサン鎖に存在するビニル置換シロキサン単位とのラジカル付加により製造され得る。

好ましい実施態様において、該ゴム材料は張力が２〜８ＭＰａ、好ましくは３〜６ＭＰａ及びもっとも好ましくは４〜５ＭＰａである。好ましい実施態様において、該ゴム材料は伸び率が１００％〜８００％、好ましくは３００％〜６００％、最も好ましくは４００％〜５００％である。

本発明の好ましい実施態様によれば、該ゴム材料は、適切なゴム前駆体モノマーとイオン性前駆体材料とのラジカル付加の工程を含むプロセスで製造される。

この方法によることで該ゴム材料が容易に製造できることから実際的であることが分かる。ラジカル付加のステップは、例えばアルケン基のラジカル二量体化により実施できる。又は他の知られる結合技術により実施できる。また、ラジカル開始剤（例えばパーオキサイド、ＡＩＢＮ、スズオルガニルなど）又はＵＶ光を用いて実施することができる。

本発明の好ましい実施態様によれば、該ゴム材料は、適切なゴム前駆体モノマーとイオン性前駆体材料とを≧８０℃でラジカル付加のステップを含むプロセスで製造される。

本発明によるマイクロ流体装置は広い種類の、とりわけ以下のひとつ又はそれ以上のシステム及び／応用に使用される。

分子診断に使用されるバイオセンサ、
例えば血液又は唾液などの複雑な生物的混合物中のタンパク質及び核酸の迅速かる高感度検出、
化学、薬学又は分子生物学のための高スループットスクリーン装置、
例えば犯罪学での核酸、タンパク質について、オンサイト検査（病院での）、集中実験施設又は科学研究施設での診断などのための試験装置、
心臓病、感染病及び腫瘍のため、食品、及び環境診断のための核酸又はタンパク質診断のための装置、
コンビナトリアアル化学用装置、
分析装置、
ナノ及びマイクロ流体装置、
流体ポンプ装置、
医薬放出及び医薬輸送システム（特に、経皮及びインプラント医薬輸送）
上記記載のコンポーネントは、特許請求の範囲に記載のコンポーネント及びここに記載された実施態様において本発明により使用されるコンポーネント同様に、そのサイズ、形状、材料選択及び該技術分野で知られる選択基準などの技術概念に関して、なんら限定されることなく適用され得るものである。

本発明の目的のさらなる詳細、構成、特徴及び利点については従属請求項、図面及び以下の各図面の説明、実施例に開示されている。これらは、本発明によるゴム材料及びマイクロ流体装置のいくつかの実施態様につき例示するものである。
図１は、本発明の第一の実施態様によるゴム材料の構造化のためのモールドの図を示す。 図２は図１の詳細図である。 図３は、ゴム材料を用いるマイクロ構造の詳細図である（図１及び図２のモールドを用いて構造化されている）。 図４は、着色水を注入した後の前記マイクロ構造を示す。 図５は、数秒後の図４と同じマイクロ構造を示す。 図６は、さらに数秒後の、図４及び図５と同じマイクロ構造を示す。 図７は、実施例１の実験結果を示す。製造者の指示により製造した非変性シリコーンゴムと、本発明の変性ゴムとの、引張力及び伸び率の比較を示す。

図１は、本発明の第１の実施態様によるゴム材料の構造化のためのモールドの図が示される。該モールドは、従来技術であり、当技術分野の全ての技術が使用可能である。図２は図１の詳細を示す（本発明のゴム材料の有利な使用を説明するために前記チャンネル構造がよりよく示される）。

図３は、ゴム材料を用いるマイクロ構造の詳細な図を示す（図１及び図２でのモールドを用いて構造化された）。マイクロ構造は本質的に２つの部分を含む。即ち、本発明の第一の実施態様によるゴム材料及びガラスプレートである。

このマイクロ構造で使用されるゴム材料は、市販品として利用できるシリコーン材料（Ｗａｃｋｅｒ Ｓｉｌｉｃｏｎｅｓから入手の商品名Ｅｌａｓｔｏｓｉｌ（ＲＬＲ３００３／６０ＵＳ）の製造方法を変えて製造された。参照番号は、Ｐｒｏｄｕｃｔ ｄａｔａ ｓｈｅｅｔ Ｖｅｒｓｉｏｎ Ｎｏ．４．００により行う。Ｅｌａｓｔｏｓｉｌ（Ｒ）は２つのシリコーンコンポーネント、「コンポーネントＡ及びＢ」を含むことがＷａｃｋｅｒ ＳｉｌｉｃｏｎｅのＴｅｃｈｎｉｃａｌ ｄａｔａ ｓｈｅｅｔ，Ｖｅｒｓｉｏｎ１．１に記載され、またＷａｃｋｅｒ Ｓｉｌｉｃｏｎｅの対応するＭａｔｅｒｉａｌ Ｓａｆｅｔｙ Ｄａｔａ Ｓｈｅｅｔｓには、ＥＬＡＳＴＯＳＩＬ（Ｒ）ＬＲ３００３／６０Ａ及びＥＬＡＳＴＯＳＩＬ（Ｒ）ＬＲ３００３／６０Ｂと記載され、さらにＷａｃｋｅｒ ＳｉｌｉｃｏｎｅｓのＰｒｏｄｕｃｔ ｄａｔａ ｓｈｅｅｔ，Ｖｅｒｓｉｏｎ４．００では「成分Ａ＆Ｂ」と記載され、それらから該ゴム材料を使用の前にその場で調製することが記載されている。簡潔にするためにここでは以下、「コンポーネントＡ」と「コンポーネントＢ」と参照する。

シリコーンコンポーネントＡ（シロキサン鎖にビニル基を持つ）を白金触媒と共にアルケン（Ｃ１４〜Ｃ１６）スルホン酸ナトリウムとを高速混合した。混合後、得られる混合物を１２０℃まで加熱し再び混合した。

室温に冷却後、シリコーンコンポーネントＢを添加した。コンポーネントＢは水素−ケイ素結合を持ち、クロスリンカーとしての機能を持つ。２つのコンポーネントを高速で再び混合した。混合物をカルトーシュ形状に調製し、これを射出成型に供するために使用された。カルトーシュを一定供給のために圧力下で維持した。

射出成型を前記流体装置（又は流体膜）の形状のためのモールド中で、成型温度１８０℃で行った。射出／離型サイクルは２５秒で行った。

本発明のゴム材料の濡れ角は約５５°であった。１００ｇ当たりのスルホン酸基の含有量は約０．１１モルであった。引張り力は４．５ＭＰａであり、伸び率は約４５０％であった。

ガラスプレートを前記ゴム材料に接着させた。これは本発明のゴム材料の粘着性及び接着性により簡単に実施された。いかなる「接着剤」又はいかなるタイプの粘着剤も必要なかった。

図４は、青着色水（「下部」保水部）の注入後のマイクロ構造体を示す。色は説明の目的のみである。全ての水系の流体（液体）が使用可能である。

水が（キャピラリ力により）マイクロ構造を通じて流れることが分かる。図５は、数秒後の同じ構造体を示す。図６はさらに数秒後の構造体を示す。約１０秒後、水は「上部」保水部へ到達した。

図７は、実施例１（以下に示す）の結果を示す。製造者の指示により製造した非変性シリコーンゴムと、本発明の変性ゴムとの、引張力及び伸び率の比較を示す。

該実施例で使用するゴムは、ＥＬＡＳＴＯＳＩＬ（Ｒ）ＬＲ３００３／６０ＵＳであった。非変性シリコーンゴムサンプル及び変性したシリコーンゴムプラスＳＡＳサンプルを射出成形した。２ｘ３サンプルの引張力及び伸び率をツヴィック社（Ｚｗｉｃｋ）ドローベンチタイプ１４７４の方法で測定した。図７でカーブ１，２及び３とラベルされた最初のサンプルセットが非変性シリコーンゴムであり、カーブ４、５及び６とラベルされた第二のサンプルセットが変性シリコーンゴムプラスＳＡＳである。本発明の変性シリコーンゴムを表すカーブ４、５及び６は１５重量％のＳＡＳを含む。ツヴィック社ドローベンチタイプ１４７４に２ｋＮのロードセルを用いて、引張力測定に使用した。ラインクランプを用いて変性及び非変性シリコーンゴムサンプル位置を保持した。結果を図７に示す。最も重要な設定を以下に示す。
ロードセル ２ｋＮ
伸縮計（パス） ８１０６
マシンデータ １４７４
試験タイプ 引張力
Ｅ−モデュラス速度 ０．０３ ｌ／秒
開始Ｅ−モデュラス値 ３Ｎ
停止Ｅ−モデュラス値 ６Ｎ
試験速度 ０．０３ ｌ／秒
試験環境名 ＤｒｕｋＨｙｓｔ２０Ｎ．ＺＰＶ

表中、Ｒはリファレンス、Ｙはヤング率（ｍｏｄｕｌｕｓ）、Ｈは高湿度、０は０週、ＡはＳＡＳを含む変性シリコーンゴムサンプル、ＬＶＤＲはエラストマーのタイプ、Ａｒはゴムの伸び率、ｃａは約、をそれぞれ示す。

上表１には、２つの異なるサンプル設定（試験片Ｎｏ１、２及び３は製造者の指示書に従い製造した非変性シリコーンゴムであり、試験片Ｎｏ４、５及び６は本発明のシリコーンゴムでＳＡＳ１５％を含む）の切断までの引張力の結果を示す。カーブ２及び３は非常によい一致を示すがカーブ１は一致しない。これは、試験片Ｎｏ１を支持するクランプが他の試験片の設定よりも離れていたということによる。試験片Ｎｏ４、５及び６は一致しなかったが、この相違には以下の理由があった。試験片４が支持クランプから滑り不十分な終点を示す結果となった。従って、カーブ４の伸び率の結果はカーブ５及びカーブ６よりも小さくなった。図７で注目すべきは、カーブ５が約４ＭＰａ付近で小さなくぼみを示すことである。これは試験片５が滑ったことが原因である。滑りが生じた際にはクランプを締めたがこれによりそのくぼみと測定中断の結果となった。図７及び表１には、本発明の変性シリコーンゴム＋ＳＡＳが引張力として４．５ＭＰａ程度を持ち伸び率として４５０％程度を持つことが示される。以下の点は留意することが重要でありかつ発明者にとって意外なことである。すなわち、変性シリコーンゴムプラス極性側基の弾性特性は有意には変わらないことであり、弾性特性は非変性シリコーンゴムの特性を維持していたことである。

極性側基を持つこの新規な変性シリコーンゴムの、該弾性特性、５０〜７４°の濡れ角及び接着性は、ガラスと組合せて自動流動挙動を持つ流体装置を形成するために非常に適したものである。さらに、この新規なゴム材料の疎水性が、長時間に亘り空気中に解放した後でも維持されることが見いだされた。

上で詳細に説明された実施態様での要素及び構成についても特定の組合せは例示するだけの目的である。これらの教示を、本明細書及び参照されて本明細書の一部となった特許／特許出願での他の教示と交換及び置換することはまた明示的に意図されている。当業者は、ここでの開示の変形、修正及び他の実施について、請求される本発明の本質的考え及び範囲から離れることなく想到することができるであろう。従って、上記説明は例示目的であり、なんら制限するものではない。特許請求の範囲において、用語「含む」、「持つ」、「有する」は、他の要素やステップを排除するものではなく、また「ひとつの」なる用語は複数を排除するものではない。
特定の手段が相互に異なる従属請求項に記載されているということは、これらの手段の組合せたものが効果を奏しないということを意味するものではあに。本発明の範囲は以下の特許請求の範囲及びそれらと均等の範囲に定義される。さらに、明細書及び特許請求の範囲での参照番号は本発明の請求される範囲をなんら制限するものではない。

Claims (8)

1. マイクロ流体システムであり、前記マイクロ流体システムが：
   表面に少なくともひとつのマイクロチャネル構造を持つ基板を含み、前記基板の少なくとも一部が、極性側基を含むゴム材料を含み、
   前記極性側基のそれぞれが、前記ゴム材料の前記ポリマー鎖と、少なくとも６原子を含むリンカーを介して結合されている、マイクロ流体システム。
2. 請求項１に記載のマイクロ流体システムであり、前記極性側基の含有量が、前記ゴムへの濡れ角が、≦８０°、好ましくは≦７０°、より好ましくは≦５５°となるように設けられる、マイクロ流体システム。
3. 請求項１又は２のいずれかに記載のマイクロ流体システムであり、前記極性側基が、−ＳＯ_３ ⁻、−ＯＰＯ_４ ^２−、−ＰＯ_３ ^２−、−ＯＳＯ_２ ⁻、−ＣＯ_２ ⁻、−ＮＲ_１Ｒ_２Ｒ_３ ^＋を含む群から選択される少なくともひとつの基を含む、マイクロ流体システム。
4. 請求項１乃至３のいずれか一項に記載のマイクロ流体システムであり、前記極性側基が、１００ｇのゴム材料あたり≧０．０１かつ≦１モルである、マイクロ流体システム。
5. 請求項１乃至４のいずれか一項に記載のマイクロ流体システムであり、前記ゴム材料が、次の構造単位を含む少なくともひとつの材料を含む、
   

   

   （ｎ、ｏは、お互いに独立して６以上の数）
   マイクロ流体システム。
6. 請求項１乃至５のいずれか一項に記載のマイクロ流体システムであり、前記ゴム材料の引張力が≧２かつ≦８、好ましくは≧３かつ≦６、最も好ましくは≧４かつ≦５ＭＰａである、マイクロ流体システム。
7. 請求項１乃至６のいずれか一項に記載のマイクロ流体システムであり、前記ゴム材料の伸び率が≧１００％かつ≦８００％、好ましくは≧３００％かつ≦６００％、最も好ましくは≧４００％かつ≦５００％である、マイクロ流体システム。
8. 請求項１乃至７のいずれか一項に記載のマイクロ流体システムの使用であり、
   分子診断に使用されるバイオセンサ、
   例えば血液又は唾液などの複雑な生物的混合物中のタンパク質及び核酸の迅速かつ高感度検出、
   化学、薬学又は分子生物学のための高スループットスクリーン装置、
   例えば犯罪学での核酸、タンパク質について、オンサイト検査（病院での）、集中実験施設又は科学研究施設での診断などのための試験装置、
   心臓病、感染病及び腫瘍のため、食品、及び環境診断のための核酸又はタンパク質診断のための装置、
   コンビナトリアアル化学用装置、
   分析装置、
   ナノ及びマイクロ流体装置、
   流体ポンプ装置、及び
   医薬放出及び医薬輸送システム（特に、経皮及びインプラント医薬輸送）
   としての使用及び／又はと共に用する、使用。

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