JP2015199187A

JP2015199187A - 樹脂製マイクロ流路デバイスの製造方法およびマイクロ流路デバイス

Info

Publication number: JP2015199187A
Application number: JP2015030142A
Authority: JP
Inventors: 康介薬丸; Kosuke Yakumaru
Original assignee: Sumitomo Bakelite Co Ltd
Current assignee: Sumitomo Bakelite Co Ltd
Priority date: 2014-03-31
Filing date: 2015-02-19
Publication date: 2015-11-12

Abstract

【課題】射出成形で得られる樹脂基板と樹脂基板上のマイクロ流路を覆うために樹脂フィルムを接合させてマイクロ流路デバイスとして用いる場合に、熱溶着により発生しうる樹脂フィルムのたわみや白化、微細な傷を低減させ、接合不良を低減させたマイクロ流路デバイスの製造方法を提供する。
【解決手段】樹脂製マイクロ流路デバイスの製造方法は、少なくとも一方の面に流路１を有する第一樹脂基板２と第二樹脂基板３を接合させる接合工程と、熱アニール処理を行う熱アニール工程と、を有する。
【選択図】図１

Description

本発明は、マイクロ流路デバイスの製造方法に関する。

近年、化学工業、特に、医薬品、試薬等の製造に係る医薬品工業では、マイクロミキサーまたはマイクロリアクターと呼ばれる微小容器を用いた新しいマイクロ流路デバイスの開発が進められている。マイクロ流路デバイスには、複数本のマイクロ流路（マイクロチャネル）、マイクロ流路と繋がる微小空間（マイクロキャビティ）が設けられており、マイクロ流路を通して複数の流体を微小空間に合流することで、複数の流体を混合し、又は混合と共に化学反応を生じさせ、少量のサンプルでの化学反応による各種検出などを行うことが可能となる。

このようなマイクロ流路デバイスは、ガラス製のものが主流である。ガラス基板でマイクロ分析チップを作成するためには、たとえば、基板に金属、フォトレジスト樹脂をコートし、マイクロチャネルのパターンを焼いた後にエッチング処理を行う方法がある。しかしガラスは大量生産に向かず非常に高コストであり、樹脂化が望まれている。

樹脂基板を使用したマイクロ流路デバイスは、種々の樹脂を用いて射出成形等の各種の成形方法で製造することが可能であり、効率よく経済的に製造を行うことが可能である（特許文献１参照）。

特開２００６−１８９２９２号公報

基板上に形成されたマイクロ流路を使用するためには、蓋をする必要がある。この目的のため、樹脂基板上にマイクロ流路を形成させた場合、樹脂フィルムを接着や熱溶着によって接合させることで蓋をすることが考えられる。しかし、この処理を行った場合、溶媒や加熱により接合させた樹脂フィルムのたわみ、また白化という現象が生じうる。また、熱溶着に使用するプレス板の表面の微細な傷が樹脂基板に転写してしまうという現象が生じうる。

本発明の目的は、射出成形で得られる樹脂基板と樹脂基板上のマイクロ流路を覆うために樹脂フィルムを接合させてマイクロ流路デバイスとして用いる場合に、熱溶着により発生しうる樹脂フィルムのたわみや白化、微細な傷を低減させ、接合不良を低減させたマイクロ流路デバイスの製造方法を提供することにある。

このような目的は、下記（１）〜（６）に記載の本発明により達成される。
（１）樹脂製マイクロ流路デバイスの製造方法であって、
少なくとも一方の面に流路を有する第一樹脂基板と第二樹脂基板を接合させる接合工程と、熱アニール処理を行う熱アニール工程と、を有する、樹脂製マイクロ流路デバイスの製造方法。
（２）前記第二樹脂基板が、該第一樹脂基板を覆うための樹脂フィルムである、（１）に記載の樹脂製マイクロ流路デバイスの製造方法。
（３）前記接合工程が、前記第一樹脂基板と前記第二樹脂基板を重ね、貼り合せる工程である、（１）または（２）に記載の樹脂製マイクロ流路デバイスの製造方法。
（４）前記熱アニール工程におけるアニール温度が、第二樹脂基板を構成する樹脂フィルムのガラス転移温度の−１５℃以上＋１５℃以下である、（１）ないし（３）に記載の樹脂製マイクロ流路デバイスの製造方法。
（５）前記第一樹脂基板に使用する樹脂が、環状ポリオレフィン系樹脂、ポリアクリレート系樹脂、ポリメタクリレート系樹脂、ポリカーボネート系樹脂、ポリスチレン系樹脂またはポリエチレンテレフタレート系樹脂の中から選ばれる１種以上を含む（１）ないし（４）に記載の樹脂製マイクロ流路デバイスの製造方法。
（６）前記接合工程が、熱溶着によるものである（１）ないし（５）に記載の樹脂製マイクロ流路デバイスの製造方法。
（７）（１）ないし（６）に記載の製造方法により作製された、樹脂性マイクロ流路デバイス。
（８）JIS K7361-1に則り測定した全光線透過率が８０％以上である、（７）に記載の樹脂製マイクロ流路デバイス。

本発明によれば、表面のたわみや白化、微細な傷を低減したマイクロ流路デバイスを提供することができる。

マイクロ流路デバイスを説明する側面図である。熱アニール処理前の表面写真である。熱アニール処理後の表面写真である。

以下、本発明のマイクロ流路デバイスの製造方法について説明する。
本発明のマイクロ流路デバイスの製造方法は、少なくとも一方の面に流路を有する第一樹脂基板と第二樹脂基板を接合させる接合工程と、熱アニール処理を行う熱アニール工程と、を有することを特徴とする（図１）。

本発明のマイクロ流路デバイスの一形態である１００では、一方の面に流路用溝１が形成された樹脂基板２である第一樹脂基板と、第一樹脂基板の流路用溝１が形成された面を覆う樹脂フィルム3である第二樹脂基板とで構成されている（図１）。

第一樹脂基板には、流路用溝１が形成されている。このような流路用溝１が形成された第一樹脂基板を製造する方法としては、例えば射出成形で製造する方法、第一樹脂基板に流路を切削加工する方法等が挙げられる。これらの中でも、射出成形による方法が生産性の点で好ましい。

流路用溝１は、具体的に流路用溝１の幅が１，０００μｍ以下で、かつ深さが１０〜５００μｍであることが好ましい。これにより、微小なサイズでの実験等が可能となる。

この第一樹脂基板を構成する樹脂としては、例えば高密度ポリエチレン系樹脂、低密度ポリエチレン系樹脂、ポリプロピレン系樹脂、ポリスチレン系樹脂、環状ポリオレフィン系樹脂、ポリアクリレート系樹脂、ポリメタクリレート系樹脂、ポリノルボルネン系樹脂、ポリフェニレンオキサイド系樹脂、ポリエチレンテレフタレート系樹脂、ポリエチレンナフタレート系樹脂、ポリカーボネート系樹脂、ポリアミド系樹脂、ポリイミド系樹脂、ポリエステル系樹脂、半硬化状態のフェノール系樹脂、半硬化状態のエポキシ系樹脂、テフロン（登録商標）、ポリ塩化ビニリデン系樹脂、ポリ塩化ビニル系樹脂等が挙げられる。これらのうち、環状ポリオレフィン系樹脂、アクリル樹脂、ポリメタクリレート系樹脂、ポリカーボネート系樹脂、ポリスチレン系樹脂またはポリエチレンテレフタレート系樹脂の中から選ばれる１種以上が好ましい。これにより、第一樹脂基板の透明性を向上することができる。

第一樹脂基板の外形形状は、分析手法、分析装置に合わせれば良く、正方形、長方形、円形などの形状が挙げられる。一例として、１０ｍｍ角〜２００ｍｍ角程度の大きさが挙げられ、その中でも１０ｍｍ角〜１００ｍｍ角の大きさのものがよく使用される。

本発明のマイクロ流路デバイスの製造方法の一形態では、上述した第一樹脂基板面のうち、流路用溝１が形成された側の面を覆うように、第二樹脂基板を接合させる。これにより、流路用溝１が第二樹脂基板で被覆されたマイクロ流路デバイスとなる。

第二樹脂基板を構成する樹脂は、第一樹脂基板と同じものであることが好ましく、具体的には前述の樹脂が挙げられる。

第二樹脂基板の厚さは、使用する用途により適時最適なものを使用可能であるが、一例として前述の樹脂を使用した場合は０．０１〜１ｍｍであることが挙げられる。この例において、第二樹脂基板の厚さが１ｍｍを超えると、第一樹脂基板との接合の際、第二樹脂基板が第一樹脂基板の凹凸に十分に追従せず、密着性が低下してしまう場合がある。また、この例において、第二樹脂基板の厚さが０．０１ｍｍ未満では、微細流路部分に水などの液状物質を流した際、第二樹脂基板自体が破壊される場合があり、また、接合時にプラスチックフィルムに皺が発生しやすく十分に流路を密閉できない場合がある。

マイクロ流路デバイス１００の、第一樹脂基板と第二樹脂基板とを接合させる第一接合工程としては、例えば熱溶着接合、接着剤接合、超音波接合等が挙げられる。これらの中でも流路形状の安定性の面で熱溶着による接合が好ましい。

熱溶着を熱プレス機で行う場合、熱プレス機の圧着部である金属ブロック部の温度は軟化点が低い方の樹脂の軟化点±１５℃以内、好ましくは±１０℃以内で実施することが好ましい。また、プレス時の圧力は５００〜１０，０００Ｎ、時間は１〜１，２００秒の条件で行うことが好ましい。上記条件であれば、流路の変形を伴わない、流路形状を保持した状態で熱溶着が可能となる。

本発明においては、前記接合工程によって第一樹脂基板と第二樹脂基板を接合させたマイクロ流路デバイスをさらに熱アニール処理を施すことにより、たわみ、しわや白化、微細な傷を低減させたマイクロ流路デバイスを作製することができる。（例処理前：図２、処理後：図３参照）

本発明における熱アニール処理の温度条件は、具体的には、第二樹脂基板を構成する樹脂フィルムの素材樹脂のガラス転移温度の−１５℃以上＋１５℃以下、好ましくは−１０℃以上＋１０℃以下、さらに好ましくは−８℃以上＋８℃以下、よりさらに好ましくは−５℃以上＋５℃以下、である。
前記温度範囲を超えた温度では、マイクロ流路デバイスの変形が生じる。また、前記温度未満では、たわみ、しわや白化を改善することができないという不具合が生じる。

また加熱時間は、３０〜５４０分が好ましい。前記時間を超えた場合、マイクロ流路デバイスの変形が生じる結果となり、前記時間未満では、たわみ、しわや白化、微細な傷の低減効果が十分でない結果となる。

加熱方法は適時最適な条件を使用可能であるが、一例として温風乾燥機を用いることが挙げられる。温風乾燥機の場合、マイクロ流路デバイスに加重がかからないため、荷重変形を抑制することができる。また、ホットプレートや赤外線ヒーターなどを用いることも可能である。

マイクロ流路デバイスを構成する樹脂基板、及び樹脂フィルムが透明樹脂である場合、得られたマイクロ流路デバイスには、透明性が必要となる。
例えば流路内反応を検出するため、アニール処理後の樹脂製マイクロ流路デバイスは、ひずみ、白化、細かなキズが改善されるため、JIS K7361-1に則り測定した全光線透過率が８０％以上の性能が確保可能となる。

これにより、マイクロ流路デバイスを光学測定に用いることが可能となる。

１．流路用溝
２．樹脂基板
３．樹脂フィルム
１００．マイクロ流路デバイス

Claims

樹脂製マイクロ流路デバイスの製造方法であって、
少なくとも一方の面に流路を有する第一樹脂基板と第二樹脂基板を接合させる接合工程と、
熱アニール処理を行う熱アニール工程と、
を有する、
樹脂製マイクロ流路デバイスの製造方法。
前記第二樹脂基板が、該第一樹脂基板を覆うための樹脂フィルムである、請求項１に記載の樹脂製マイクロ流路デバイスの製造方法。
前記接合工程が、前記第一樹脂基板と前記第二樹脂基板を重ね、貼り合せる工程である、請求項１または２に記載の樹脂製マイクロ流路デバイスの製造方法。
前記熱アニール工程におけるアニール温度が、第二樹脂基板を構成する樹脂フィルムのガラス転移温度の−１５℃以上＋１５℃以下である、
請求項１ないし３に記載の樹脂製マイクロ流路デバイスの製造方法。
前記第一樹脂基板に使用する樹脂が、環状ポリオレフィン系樹脂、ポリアクリレート系樹脂、ポリメタクリレート系樹脂、ポリカーボネート系樹脂、ポリスチレン系樹脂またはポリエチレンテレフタレート系樹脂から選ばれる１種以上を含む請求項１ないし４に記載の樹脂製マイクロ流路デバイスの製造方法。
前記接合工程が、熱溶着によるものである請求項１ないし５に記載の樹脂製マイクロ流路デバイスの製造方法。
請求項１ないし６に記載の製造方法により作製された、樹脂性マイクロ流路デバイス。
JIS K7361-1に則り測定した全光線透過率が８０％以上である、請求項７に記載の樹脂製マイクロ流路デバイス。