JP2017217617A - 流路デバイス - Google Patents

Abstract

【課題】流路内で気泡が発生しにくい流路デバイスを実現する。
【解決手段】流路デバイス１は、溝２３を有する基材２と、溝２３を覆うように基材２に一体化される被覆材３とを備える。被覆材３における溝２３に対向する部分の純水に対する接触角（θ１）と、基材２の溝部分の純水に対する接触角（θ２）との差（θ１−θ２）が、−３０°以上３０°以下である。
【選択図】図２

Description

本発明は、流路デバイスに関する。

基板上に流路を設け、その流路に流体を流すことによって生化学測定や化学合成を行う技術が知られている。特に、微細加工技術を利用して作製される微小分析デバイスや微小反応デバイス等は、小型化・可搬性・検体少量化・試薬少量化・廃液少量化・迅速性等の観点から、好ましく用いられている。かかる目的のために用いられる流路デバイスは、例えば国際公開第２０１２／０６０１８６号（特許文献１）に開示されているように、溝〔流路用溝３０〕を有する基材〔基板３〕とその溝を覆う被覆材〔フィルム４〕とを接合して作製される場合がある。

しかし、発明者らの検討によれば、上記のようにして作製された流路デバイスを用いる場合、被覆材の性状によっては、流路に検体溶液や試薬溶液等の流体を流した際に、流路内で気泡が発生する場合があることが判明した。流路内で気泡が発生すると、例えば微小分析デバイスにおいて検出精度が低下したり微小反応デバイスにおいて反応性が低下したりする可能性があるため、好ましくない。

国際公開第２０１２／０６０１８６号

流路内で気泡が発生しにくい流路デバイスの実現が望まれている。

発明者らは、鋭意研究の結果、溝を有する基材とその溝を覆う被覆材とを接合して作製される流路デバイスにおいて、被覆材における溝に対向する部分の接触角と基材の溝部分の接触角との差を所定範囲内とすることで、流路内での気泡の発生を抑制できることを見出した。本発明は、かかる知見に基づいてなされたものである。

本発明に係る流路デバイスは、
溝を有する基材と、
前記溝を覆うように前記基材に一体化される被覆材と、を備え、
前記被覆材における前記溝に対向する部分の純水に対する接触角（θ１）と、前記基材の溝部分の純水に対する接触角（θ２）との差（θ１−θ２）が、−３０°以上３０°以下である。

この構成によれば、溝によって区画される流路内で気泡が発生しにくい流路デバイスを提供することができる。

以下、本発明の好適な態様について説明する。但し、以下に記載する好適な態様例によって、本発明の範囲が限定される訳ではない。

一態様として、
前記被覆材が、流体非透過性のフィルム材と当該フィルム材に積層された接着層とを含み、前記基材と前記フィルム材とが前記接着層を介して一体化されていることが挙げられる。

この構成によれば、基材とフィルム材とを接着層を介して貼り合わせて簡単に一体化させることができる。よって、生産性を向上させることができ、低コスト化を図ることができる。また、例えば基材とフィルム材とを熱圧着する場合とは異なり、熱の影響が少なくフィルム材の形状を保持しやすいため、流路の変形が少ない。よって、高い形状精度で流路を形成することができ、流路内での流体の流れを容易に均一化することができる。

一態様として、
前記接着層が粘着性を有することが挙げられる。

この構成によれば、粘着性を有する接着層により、基材とフィルム材との接着強度を十分に確保することができる。また、基材とフィルム材とを例えば常温条件下で短時間に一体化させることができ、生産性をさらに向上させてさらなる低コスト化を図ることができる。

一態様として、
前記接着層が（メタ）アクリル系樹脂を含むことが挙げられる。

この構成によれば、基材とフィルム材とが接着層を介して一体化された構造を採用しつつ、耐熱性に優れた流路デバイスを提供することができる。また、（メタ）アクリル系樹脂を含む接着層であれば、比較的容易かつ安価に入手できるため、この点からも低コスト化を図ることができる。

一態様として、
前記被覆材が、単層の流体非透過性のフィルム材からなり、前記基材と前記フィルム材とが直接一体化されていることが挙げられる。

この構成によれば、例えば基材とフィルム材とを同一又は類似の材質で構成することで、流路全体の内面を同種の材質で構成でき、流路内での流体の流れを容易に均一化することができる。

一態様として、
前記基材が、（メタ）アクリル系樹脂、スチレン系樹脂、ポリカーボネート系樹脂、及びポリオレフィン系樹脂からなる群から選択される１種以上の樹脂を含むことが挙げられる。

この構成によれば、溝を有する基材を、高い形状精度で成型性良く形成することができる。よって、高い形状精度で流路を形成することができ、流路内での流体の流れをさらに容易に均一化することができる。

本発明のさらなる特徴と利点は、図面を参照して記述する以下の例示的かつ非限定的な実施形態の説明によってより明確になるであろう。

実施形態に係る流路デバイスの斜視図 第一態様の流路デバイスの断面図 第二態様の流路デバイスの断面図

流路デバイスの実施形態について、図面を参照して説明する。図１及び図２に示すように、流路デバイス１は、溝２３を有する基材２と、溝２３を覆うように基材２に一体化される被覆材３とを備えている。基材２と被覆材３との間に、流路２８が形成されている。流路２８は、基材２における溝２３の内面と、被覆材３における溝２３に対向する部分の内面とによって区画形成されている。

基材２は、例えば１ｍｍ〜５ｍｍ程度の厚みを有する数ｃｍ角の板状に形成されている。本実施形態では、基材２は、第一貫通孔２１と、第二貫通孔２２と、溝２３と、凹部２４とを含む。第一貫通孔２１及び第二貫通孔２２は、基材２を厚み方向に貫通するように形成されている。溝２３は、第一貫通孔２１と第二貫通孔２２とを接続するように、基材２の少なくとも一方の主面に設けられている。本図の例において、溝２３は、基材２の一方の主面に、互いに対向する一対の側面及び両側面から連なる底面を有する凹溝として形成されている。凹部２４は、溝２３のいずれかの位置（例えば中央部）に、当該溝２３が形成された主面から凹状に窪むように形成されている。

基材２に形成される溝２３は、例えば１μｍ〜１ｍｍの幅に形成されている。溝２３の幅は、５μｍ〜８００μｍであることが好ましく、５μｍ〜５００μｍであることがより好ましい。また、溝２３は、例えば１μｍ〜１ｍｍの深さに形成されている。溝２３の深さは、５μｍ〜８００μｍであることが好ましく、５μｍ〜５００μｍであることがより好ましい。すなわち、本実施形態の流路デバイス１は、ミクロンオーダーの溝２３（流路２８）を有するマイクロ流路デバイスとして構成されている。なお、溝２３の長さは、例えば１ｍｍ〜１００ｍｍとすることができる。基材２は、流体を透過させないように流体非透過性に形成されている。

基材１２は、例えば基材形成用樹脂組成物を用いて作製することができる。基材形成用樹脂組成物に含まれる樹脂としては、特に限定されないが、例えば（メタ）アクリル系樹脂、スチレン系樹脂、ポリカーボネート系樹脂、ポリオレフィン系樹脂、ポリ塩化ビニル、ポリエステル、ポリビニルアセテート、ビニル−アセテート共重合体、ナイロン、ポリメチルペンテン、シリコン樹脂、アミノ樹脂、ポリスルフォン、ポリエーテルスルフォン、ポリエーテルイミド、フッ素樹脂、及びポリイミドからなる群から選択される１種以上の樹脂を例示することができる。中でも、形状精度及び成型性向上の観点から、基材形成用樹脂組成物は、（メタ）アクリル系樹脂、スチレン系樹脂、ポリカーボネート系樹脂、及びポリオレフィン系樹脂からなる群から選択される１種以上の樹脂を含むことが好ましい。

（メタ）アクリル系樹脂としては、例えばポリアクリル酸；ポリメタクリル酸；ポリアクリル酸メチル、ポリアクリル酸エチル、ポリアクリル酸ブチル、ポリアクリル酸−２−エチルヘキシル等のポリアクリル酸エステル；ポリメタクリル酸メチル、ポリメタクリル酸エチル、ポリメタクリル酸ブチル等のポリメタクリル酸エステル；ポリアクリロニトリル；ポリメタクリロニトリル；ポリアクリルアミド等を例示することができる。成型性向上の観点から、（メタ）アクリル系樹脂は、アクリル酸メチルに由来する構造単位及びメタクリル酸メチルに由来する構造単位のうち、少なくとも一方の構造単位を含むことが好ましい。

（メタ）アクリル系樹脂は、モノマーの混合物に重合開始剤を添加して重合して得ることができる。重合開始剤としては、例えば過酸化ベインゾイル、ラウロイルパーオキサイド、ｔ−ブチルパーオキシイソブチレート、ｔ−ブチルパーオキシ−２−エチルヘキサノエート、ｔ−ブチルパーオキシネオデカノエート、ｔ−ヘキシルパーオキシピバレート、ジイソプロピルパーオキシジカーボネート、ビス（４−ｔ−ブチルシクロヘキシル）パーオキシジカーボネート等の有機過酸化物系重合開始剤；２，２'−アゾビスイソブチロニトリル、２，２'−アゾビス（２，４−ジメチルバレロニトリル）及び２，２'−アゾビス（４−メトキシ−２，４−ジメチルバレロニトリル）等のアゾ系重合開始剤を用いることができる。なお、基材形成用樹脂組成物は、構造が異なる２種以上の（メタ）アクリル系樹脂を含有しても良い。

スチレン系樹脂としては、例えばアタクチックポリスチレン、アイソタクチックポリスチレン、高耐衝撃ポリスチレン（ＨＩＰＳ）、アクリロニトリル−ブタジエン−スチレン共重合体（ＡＢＳ）、アクリロニトリル−スチレン共重合体（ＡＳ）、スチレン−アクリル酸共重合体、スチレン−アクリル酸エステル共重合体、スチレン−メタクリル酸共重合体、スチレン−メタクリル酸エステル共重合体、スチレン−マレイン酸共重合体、及びスチレン−フマル酸共重合体等を例示することができる。

ポリカーボネート系樹脂としては、例えばポリエチレンカーボネート、ポリプロピレンカーボネート、ポリブチレンカーボネート、ポリイソブチレンカーボネート、ポリヘキセンカーボネート、ポリシクロブチレンカーボネート、ポリシクロペンテンカーボネート、ポリシクロヘキセンカーボネート、ポリ（メチルシクロヘキセンカーボネート）、ポリ（ビニルシクロヘキセンカーボネート）、ポリジヒドロナフタレンカーボネート、ポリヘキサヒドロスチレンカーボネート、ポリシクロヘキサンプロピレンカーボネート、ポリスチレンカーボネート、ポリ（３−フェニルプロピレンカーボネート）、ポリ（３−トリメチルシリロキシプロピレンカーボネート）、ポリ（３−メタクリロイロキシプロピレンカーボネート）、ポリパーフルオロプロピレンカーボネート、ポリノルボルネンカーボネート、およびポリ（１，３−シクロヘキシレンカーボネート）等を例示することができる。

ポリオレフィン系樹脂としては、例えば直鎖状高密度ポリエチレン、直鎖状低密度ポリエチレン、高圧法低密度ポリエチレン、アイソタクチックポリプロピレン、シンジオタクチックポリプロピレン、ブロックポリプロピレン、ランダムポリプロピレン、ポリブテン、１，２−ポリブタジエン、４−メチルペンテン、環状ポリオレフィン（シクロオレフィン系樹脂）、及びこれらの共重合体（例えばエチレン−メタクリル酸メチル共重合体等）等を例示することができる。

基材形成用樹脂組成物は、上述した樹脂成分以外に、顔料、染料、酸化防止剤、及び難燃剤等の添加物をさらに含有しても良い。また、基材形成用樹脂組成物には、必要に応じて、その他の含有物が混合されても良い。

なお、基材２は、上述した基材形成用樹脂組成物を用いて作製する以外に、市販の板状樹脂材をそのまま又は加工して用いても良い。また、基材１２は、樹脂製に限定されることなく、例えばガラス製又はシリコン製等であっても良い。

図１及び図２に示すように、基材２に一体化される被覆材３は、本実施形態の第一態様によれば、フィルム材３１と当該フィルム材３１に積層された接着層３２とを含む。この第一態様では、基材２とフィルム材３１とが接着層３２を介して一体化されて流路デバイス１が構成されている。

フィルム材３１は、流体非透過性に形成されている。フィルム材３１の厚さは、例えば５０μｍ〜３００μｍとすることができる。このような厚み設定であれば、作業性が良好となり、基材２と高精度に一体化させることができる。フィルム材３１の厚さは、６０μｍ以上であることが好ましい。また、フィルム材３１の厚さは、２００μｍ以下であることが好ましい。このような薄型のフィルム材３１を用いれば、例えばフィルム材３１を介して流路２８内の温度制御が可能となる。或いは、例えば流路デバイス１を微小分析デバイスとして用いる場合に、自家蛍光によるバックグラウンドノイズを低減することが可能となる。

フィルム材３１は、例えばフィルム材形成用樹脂組成物を用いて作製することができる。フィルム材形成用樹脂組成物に含まれる樹脂としては、特に限定されないが、例えば（メタ）アクリル系樹脂、ポリスチレン、ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリ塩化ビニル、ポリカーボネート、ポリエステル、ポリビニルアセテート、ビニル−アセテート共重合体、スチレン−メタクリル酸メチル共重合体、アクリロニトリル−スチレン共重合体、アクリロニトリル−ブタジエン−スチレン共重合体、ナイロン、ポリメチルペンテン、シリコン樹脂、アミノ樹脂、ポリスルフォン、ポリエーテルスルフォン、ポリエーテルイミド、フッ素樹脂、及びポリイミドからなる群から選択される１種以上の樹脂を例示することができる。中でも、成型性向上の観点から、フィルム材形成用樹脂組成物は、（メタ）アクリル系樹脂を含むことが好ましい。

（メタ）アクリル系樹脂は、上述した基材形成用樹脂組成物に含まれる（メタ）アクリル系樹脂と同様のものを用いることができる。フィルム材形成用樹脂組成物に含まれる（メタ）アクリル系樹脂は、アクリル酸Ｃ_３〜Ｃ_６アルキルエステルに由来する構造単位及びメタクリル酸Ｃ_３〜Ｃ_６アルキルエステルに由来する構造単位のうち、少なくとも一方の構造単位を含むことが好ましい。ここで、「Ｃ_３〜Ｃ_６アルキルエステル」は、炭素数が３以上６以下のアルコールに由来するアルキル基を含むエステルを意味する。さらなる成型性向上の観点から、（メタ）アクリル系樹脂は、アクリル酸ブチルに由来する構造単位及びメタクリル酸ブチルに由来する構造単位のうち、少なくとも一方の構造単位を含むことが好ましい。

また、フィルム材形成用樹脂組成物は、構造が異なる２種以上の（メタ）アクリル系樹脂を含有しても良い。例えば、上述したアクリル酸Ｃ_３〜Ｃ_６アルキルエステルに由来する構造単位及びメタクリル酸Ｃ_３〜Ｃ_６アルキルエステルに由来する構造単位のうちの少なくとも一方に加え、アクリル酸メチルに由来する構造単位及びメタクリル酸メチルに由来する構造単位のうち、少なくとも一方の構造単位をさらに含んでも良い。

フィルム材形成用樹脂組成物は、上述した樹脂成分以外に、顔料、染料、酸化防止剤、帯電防止剤、及び難燃剤等の添加物をさらに含有しても良い。また、フィルム材形成用樹脂組成物には、必要に応じて、その他の含有物が混合されても良い。

なお、フィルム材３１は、上述したフィルム材形成用樹脂組成物を用いて作製する以外に、市販の樹脂製フィルム材をそのまま又は加工して用いても良い。

フィルム材３１に積層される接着層３２の厚さは、例えば１μｍ〜２０μｍとすることができる。このような厚み設定であれば、十分な接着強度で基材２とフィルム材３１を接着しつつ、流路２８の形状を適切に保持することができる。接着層３２の厚さは、３μｍ以上であることが好ましい。また、接着層３２の厚さは、１５μｍ以下であることが好ましい。

接着層３２は、粘着性を有することが好ましい。このような接着層３２を用いることで、基材２とフィルム材３１との接着強度を十分に確保することができる。接着層３２のガラス転移温度は、例えば−１００℃〜２５℃であることが好ましい。ガラス転移温度が上記の温度範囲にあれば、粘着性を有するとともに柔軟性にも優れた接着層３２とすることができる。接着層３２のガラス転移温度は、１０℃以下であることが好ましく、０℃以下であることがより好ましく、−１０℃以下であることがさらに好ましい。また、接着層３２のガラス転移温度は、−８０℃以上が好ましく、−６０℃以上がより好ましく、−４０℃以上がさらに好ましい。

接着層３２は、例えば接着層形成用樹脂組成物を用いて作製することができる。接着層形成用樹脂組成物に含まれる樹脂としては、特に限定されないが、例えば（メタ）アクリル系樹脂、シリコーン系樹脂、ポリエステル系樹脂、ポリ酢酸ビニル系樹脂、ポリビニルエーテル系樹脂、及びウレタン系樹脂（粘着剤）を例示することができる。中でも、耐熱性、入手容易性、及び原料コストの観点から、接着層形成用樹脂組成物は、（メタ）アクリル系樹脂を含むことが好ましい。

（メタ）アクリル系樹脂は、上述した基材形成用樹脂組成物に含まれる（メタ）アクリル系樹脂や、フィルム材形成用樹脂組成物に含まれる（メタ）アクリル系樹脂と同様のものを用いることができる。

接着層形成用樹脂組成物は、上述した樹脂成分以外に、顔料、染料、酸化防止剤、帯電防止剤、難燃剤、及び架橋剤等の添加物をさらに含有しても良い。また、接着層形成用樹脂組成物には、必要に応じて、その他の含有物が混合されても良い。また、接着層形成用樹脂組成物は、溶剤をさらに含んでも良く、液状とすることができる。溶剤としては、例えば酢酸エチル等のエステル系溶剤；トルエン等の芳香族系溶剤；キシレン、アセトン、メチルエチルケトン等のケトン系溶剤；メタノール、エタノール、イソプロピルアルコール等のアルコール系溶剤；ヘキサン等の脂肪族系溶剤等を例示することができる。

なお、接着層３２は、上述した接着層形成用樹脂組成物を用いて形成する以外に、市販の粘着剤を用いて形成しても良い。

図３に示すように、基材２に一体化される被覆材３は、本実施形態の第二態様として、単層の流体非透過性のフィルム材３１から構成されても良い。すなわち、被覆材３は、フィルム材３１だけで構成されても良い。この第二態様では、上述した第一態様とは異なり、接着層３２を介することなく、基材２とフィルム材３１とが直接一体化されて流路デバイス１が構成される。

フィルム材３１の厚みや、当該フィルム材３１を作製するためのフィルム材形成用樹脂組成物は、第一態様の被覆材３におけるフィルム材３１と同様であって良い。本態様のように被覆材３が単層のフィルム材３１で構成されて基材２とフィルム材３１とが直接一体化される場合には、フィルム材形成用樹脂組成物は、基材形成用樹脂組成物と同一又は同種であることが好ましい。すなわち、基材２とフィルム材３１とが同一又は類似の材質で構成されることが好ましい。このようにすれば、得られる流路デバイス１において、流路２８全体の内面を実質的に同じ材質で構成することができ、流路２８内での流体の流れを容易に均一化することができる。

さらに、基材２、フィルム材３１、及び接着層３２の構成材料は、それぞれ、上述した各観点に加え、透明性が高いことや、紫外線や可視光線に対する自家蛍光の発生効率が低いこと等をも条件として選択されると良い。

流路デバイス１の製造方法は、基材準備工程と、被覆材準備工程と、一体化工程とを含む。基材準備工程と被覆材準備工程とは、順不同で実行されて良い。一体化工程は、基材準備工程及び被覆材準備工程の両方が完了した後に実行される。また、流路デバイス１の製造方法は、必要に応じて、表面処理工程（後述する第一表面処理工程及び第二表面処理工程の少なくとも一方）をさらに含んでも良い。

基材準備工程は、一方の主面に溝２３を有する基材２を準備する工程である。基材準備工程では、例えば基材形成用樹脂組成物からなる板状母材又は市販の板状樹脂材に対して、切削加工、エッチング加工、フォトリソグラフィー、レーザーアブレーション、及びホットエンボス等の手法で溝２３を形成する。或いは、所定の金型と基材形成用樹脂組成物とを用い、射出成形等の手法により、溝２３が形成された基材２を直接的に作製しても良い。基材準備工程では、溝２３と共に、第一貫通孔２１、第二貫通孔２２、及び凹部２４をも同様にして形成する。

基材準備工程の後、一体化工程の前に、溝２３を有する基材２に対して表面処理を施す表面処理工程（第一表面処理工程）を実行しても良い。表面処理は、基材２の、溝２３が形成された主面に対して施される。表面処理としては、例えばプラズマ処理、コロナ放電処理、エキシマ処理、親水性ポリマーによる表面コート処理等を例示することができる。親水性ポリマーとしては、ポリエチレングリコール（ＰＥＧ）、エバール（ＥＶＯＨ）、ポバール（ＰＶＯＨ）、又はホスホリルコリン基を有するポリマーを成分とするもの等を例示することができる。これらの表面処理を施すことで、流路２８の内面（両側面及び底面）を親水化して、流体の流れを良くすることができる。また、少なくとも、流路２８の内面の濡れ性や帯電性を調整することができる。よって、例えば流路デバイス１を微小電気泳動デバイスとして用いる場合に、電気浸透流（Electroosmotic Flow；ＥＯＦ）の制御を容易に行うことができる。

被覆材準備工程は、被覆材３を準備する工程である。被覆材準備工程では、第一態様においては、フィルム材３１の片面に接着層３２を形成して、フィルム材３１と接着層３２との積層体からなる被覆材３を準備する。この場合、例えばフィルム材形成用樹脂組成物を用いて薄膜状のフィルム材３１を形成し、当該フィルム材３１の一方の主面に、溶剤を含む液状の接着層形成用樹脂組成物をロールコーティングやグラビアコーティング等の手法によって塗布する。その後、温風乾燥して、フィルム材３１と接着層３２との積層体からなる被覆材３を得ることができる。乾燥後、架橋反応を進行させるために数日間静置してエイジングを行っても良い。

第二態様においては、例えばフィルム材形成用樹脂組成物を用いて薄膜状のフィルム材３１を形成して、単層のフィルム材３１からなる被覆材３を準備する。

被覆材準備工程の後、一体化工程の前に、被覆材３に対して表面処理を施す表面処理工程（第二表面処理工程）を実行しても良い。表面処理は、被覆材３の、一方の主面（第一態様においては接着層３２の表面）に対して施される。表面処理としては、上述した各手法を同様に適用することができる。このような表面処理を施すことで、流路２８の内面（天井面）を親水化して、流体の流れを良くすることができる。また、少なくとも、被覆材３における溝２３に対向する部分（第一態様においては接着層３２／第二態様においてはフィルム材３１のうち、平面視で溝２３と重なる部分）の濡れ性を調整することができる。

一体化工程は、溝２３を有する基材２と被覆材３とを重ね合わせて一体化する工程である。一体化工程では、第一態様においては、基材２の一方の主面と被覆材３の接着層３２とを対向させ、接着層３２が溝２３を覆うように、基材２と被覆材３とを重ね合わせて接着する。この場合、ヒーター等の加熱手段を用いることなく、常温条件下（例えば１５℃〜４０℃、好ましくは２０℃〜３０℃の温度条件下）で基材２と被覆材３とを接着することができる。その際、基材２と被覆材３との積層体を、例えば０．３ＭＰａ〜４ＭＰａ、好ましくは０．５ＭＰａ〜２ＭＰａの圧力で加圧して接着しても良い。このような温度条件及び圧力条件であれば、流路形状の変形を抑制できるとともに、製造効率の向上を図ることができる。

第二態様においては、基材２の一方の主面とフィルム材３１からなる被覆材３とを対向させ、フィルム材３１が溝２３を覆うように、基材２と被覆材３とを重ね合わせて熱圧着する。この場合、ヒーター等の加熱手段を用いて例えば５０℃〜２００℃、好ましくは７０℃〜１６０℃に加熱した状態で、例えば１ＭＰａ〜４ＭＰａ、好ましくは１．５ＭＰａ〜２．５ＭＰａの圧力で加圧して、基材２とフィルム材３１とを熱圧着することができる。また、熱圧着以外に、例えば溶剤接着や超音波貼り合わせ等の他の手法で、基材２とフィルム材３１とを一体化させても良い。

流路デバイス１は、例えば微小分析デバイスや微小反応デバイス等として用いることができる。また、流路デバイス１は、微小処理デバイスとして用いることもできる。

微小分析デバイスは、液状試料を検体溶液として当該液状試料に含まれる特定物質の検出又は定量を行うためのデバイスである。液状試料としては、例えば汗、血液、唾液、尿、組織抽出液等の生体由来液を例示することができる。特定物質としては、例えばＤＮＡ、ＲＮＡ、タンパク質、糖、脂質等、各種の病気又は健康状態のバイオマーカーとなり得る生体内分子を例示することができる。具体的には、流路デバイス１は、例えば集積型ＤＮＡ分析デバイス、微小電気泳動デバイス、及び微小液体クロマトグラフィーデバイス等として用いることができる。

微小反応デバイスは、各種の物質を出発原料として化学反応や生化学反応等を行うためのデバイス（マイクロリアクター）である。微小処理デバイスは、液状試料を被処理物として当該液状試料の分離、混合、抽出、膜分離、透析等の各種処理を行うためのデバイスである。

なお、流路デバイス１に微小処理デバイス、微小反応デバイス、及び微小分析デバイスとしての機能を全て備えさせ、例えば液状試料の前処理→反応→分離→精製→検出・定量までを単一の流路デバイス１で行えるようにしても良い。

図１に示す流路デバイス１は微小分析デバイスの一例であり、このデバイスにおいて、基材２に形成された第一貫通孔２１、第二貫通孔２２、溝２３、及び凹部２４は、それぞれ流入口２６、流出口２７、流路２８、及び検出部２９として機能する。すなわち、検体としての液状試料は流入口２６から導入され、流出口２７に向かって流路２８内を流れる。流路２８の途中に設けられた検出部２９には、液状試料中の特定物質と反応又は相互作用して発色する化合物が固定されており、検出部２９での発光強度を光学系検出器で検出することにより、特定物質の定量分析を行うことができる。

ところで、流路デバイス１において、仮に流路２８内で気泡が発生してしまうと、各種処理や反応、分析等に悪影響が及ぶ可能性がある。特に、本実施形態のようなマイクロ流路デバイスでは、システム全体が微小であるため、生じるのが小さな気泡であっても、その影響は大きく現れる。例えば微小処理デバイスにおいて十分な前処理が行えなかったり、微小反応デバイスにおいて反応性が低下したり、微小分析デバイスにおいて検出精度が低下したりする可能性がある。このため、流路デバイス１の製造段階で、意図的に、流路２８内での気泡の発生を極力回避できるような対策を講じておくことが好ましい。

この点に関して、発明者らは、被覆材３における溝２３に対向する部分や、基材２の溝２３の部分の濡れ性が、流路２８内での気泡の発生に大きな影響を及ぼしていることを見出した。そして、流路２８内を流れる液状試料の性状との関係で、被覆材３における溝２３に対向する部分の接触角と、基材２の溝の部分の接触角との差を所定範囲内とすることで、流路２８内での気泡の発生を抑制できるという新知見を見出した。この新知見に基づき、本実施形態の流路デバイス１は、被覆材３における溝２３に対向する部分の純水に対する接触角（θ１）と、基材２の溝部分の純水に対する接触角（θ２）との差（θ１−θ２）が、−３０°以上３０°以下であることを特徴とする。なお、「被覆材３における溝２３に対向する部分」は、フィルム材３１と接着層３２との積層体からなる第一態様の被覆材３においては接着層３２であり、単層のフィルム材３１からなる第二態様の被覆材３においてはフィルム材３１である。

前記接触角の差（θ１−θ２）が−３０°未満となると、基材２の濡れ性に比べて被覆材３の濡れ性が過度に高くなり、基材２の界面への溶液の流れが悪くなって基材２側に気泡が発生する可能性が高くなる。一方、前記接触角の差（θ１−θ２）が３０°超となると、被覆材３の濡れ性に比べて基材２の濡れ性が過度に高くなり、被覆材３の界面への溶液の流れが悪くなって被覆材３側に気泡が発生する可能性が高くなる。これらのことから、気泡の発生を回避可能とするため、被覆材３における溝２３に対向する部分の純水に対する接触角（θ１）と、基材２の溝部分の純水に対する接触角（θ２）との差（θ１−θ２）を、−３０°〜３０°としている。

基材２側での気泡の発生をより効果的に回避する観点からは、前記接触角の差（θ１−θ２）は−２０°以上であることが好ましく、−１０°以上であることがより好ましい。また、被覆材３側での気泡の発生をより効果的に回避する観点からは、前記接触角の差（θ１−θ２）は２０°以下であることが好ましく、１０°以下であることがより好ましい。

前記接触角の差（θ１−θ２）の調整は、被覆材３側の接触角（θ１）及び基材２側の接触角（θ２）の少なくとも一方を調整することによって実施することができる。接触角（θ１，θ２）の調整は、被覆材３側に関しては、例えば被覆材３における溝２３に対向する部分を構成する材料の選択（添加剤の有無及び種類の選択を含む）、又は、被覆材３における溝２３に対向する部分に対する表面処理によって実施することができる。上記の材料選択と表面処理との両方を組み合わせて実施することもできる。基材２側に関しては、基材２を構成する材料の選択（添加剤の有無及び種類の選択を含む）、又は、溝２３の部分に対する表面処理によって実施することができる。上記の材料選択と表面処理との両方を組み合わせて実施することもできる。

本実施形態の流路デバイス１によれば、流路２８内での気泡の発生を有効に抑制することができる。よって、流路デバイス１を例えば微小反応デバイスとして用いる場合に良好な反応性を確保することができ、或いは、例えば微小分析デバイスとして用いる場合に高い検出精度を確保することができる。

以下、本実施形態の流路デバイス１について、複数の試験例を示してより詳細に説明する。但し、以下の試験例によって本発明の範囲が限定される訳ではない。

［実施例１］
以下の手順に従い、流路デバイス１を作製した。まず、アクリル系樹脂（デルペット７０ＮＨ、旭化成株式会社製）を用いて５０ｍｍ×５０ｍｍ×１．５ｍｍ厚のアクリル製基板を作製し、切削機を用いて幅１００μｍ、深さ３０μｍの複数本の溝２３を形成して基材２とした。この基材２に純水を滴下し、自動接触角計（品番ＣＡ−Ｖシリーズ、協和界面科学株式会社製）を用いて接触角を測定したところ、７０°であった。メタクリル酸メチル９９．０重量部とアクリル酸ブチル１．０重量部とを含む樹脂を厚さ１２５μｍのフィルム状に成型して、アクリルフィルムを得た。このアクリルフィルムの一方の主面に粘着剤（６ＬＱ−００２、大成ファインケミカル株式会社製）を塗布し、オーブンで乾燥させた。続いて、２４℃の環境下で１週間静置してエイジングさせ、フィルム材３１と接着層３２との積層体からなる被覆材３を得た。この被覆材３の接着層３２側の面に純水を滴下し、上記自動接触角計を用いて接触角を測定したところ、９６°であった。その後、基材２の溝２３が形成された面と被覆材３の接着層３２の露出面とが対向するように両者を積層し、２５℃、１ＭＰａで３秒間加圧して接着一体化させ、マルチチャンネルの流路デバイス１を得た。

［実施例２］
メタクリル酸メチル９０．０重量部とアクリル酸ブチル１０．０重量部とを含む樹脂からなるアクリルフィルムを用い、粘着剤を除いた被覆材と実施例１記載の基材を７７度、４ＭＰa、４０秒間加圧して一体化させたマルチチャンネルの流路デバイス１を得た。なお、基材２に対する純水の接触角は７０°であり、フィルム材３１に対する純水の接触角は８５°であった。

［実施例３］
アクリルフィルムをメタクリル酸メチル９９．５重量部とアクリル酸ブチル０．５重量部に変更した以外は実施例２と同様にして流路デバイス１を得た。なお、基材２に対する純水の接触角は７０°であり、フィルム材３１に対する純水の接触角は６６°であった。

［実施例４］
粘着剤を変更（５２９６、トーヨーケム株式会社製）し、エイジング後に１２０秒間のエキシマ処理を施した点以外は実施例１と同様にして流路デバイス１を得た。なお、基材２に対する純水の接触角は７０°であり、接着層３２に対する純水の接触角は６９°であった。

［実施例５］
粘着剤を変更（５２９６、トーヨーケム株式会社製）し、粘着剤１００ｗｔ％に対して、親水化剤（１ＳＸ−１０９６Ａ、大成ファインケミカル株式会社製）を２．５ｗｔ％添加した以外は実施例１と同様にして流路デバイス１を得た。なお、基材２に対する純水の接触角は７０°であり、接着層３２に対する純水の接触角は６０°であった。

［実施例６］
粘着剤１００ｗｔ％に対する親水化剤（１ＳＸ−１０９６Ａ、大成ファインケミカル株式会社製）の添加量を３．５ｗｔ％とした以外は実施例５と同様にして流路デバイスを得た。なお、基材２に対する純水の接触角は７０°であり、接着層３２に対する純水の接触角は４１°であった。

［実施例７］
基材をポリカーボネート樹脂(ユーピロンＨ−４０００、三菱エンジニアリングプラスチック株式会社製)に変更した以外は実施例１と同様にして流路デバイスを得た。なお、基材２に対する純水の接触角は８５°であり、接着層３２に対する純水の接触角は９６°であった。

［比較例１］
粘着剤を変更（５２９６、トーヨーケム株式会社製）した以外は実施例１と同様にして流路デバイスを得た。なお、基材２に対する純水の接触角は７０°であり、接着層３２に対する純水の接触角は１０４°であった。

［比較例２］
粘着剤を変更（５２９６、トーヨーケム株式会社製）し、粘着剤１００ｗｔ％に対して、親水化剤（１ＳＸ−１０９６Ａ、大成ファインケミカル株式会社製）を５．０ｗｔ％添加した以外は実施例１と同様にして流路デバイスを得た。なお、基材２に対する純水の接触角は７０°であり、接着層３２に対する純水の接触角は１１°であった。

［評価１（気泡発生評価）］
各試験例において得られた流路デバイス１の各チャンネルについて、毛細管現象によって流路内を純水で満たし、各チャンネルにおける気泡の発生の有無を、光学顕微鏡にて観察した。５０μｍ以上のサイズの気泡の発生がどのチャンネルにおいても確認されなければ「〇」とし、上記サイズの気泡の発生がいずれかのチャンネルにおいて確認されると「×」とした。

［評価２（流路形状評価）］
各実施例及び各比較例において得られた流路デバイスの各流路形状を、レーザー変位計を用いて測定した。流路デバイスの流路高さが２８．５μm以上３０．０μm未満である場合は「◎」、２４．０μｍ以上２８．５μｍ未満である場合は「○」（やや変形しているが、製品として使用可能）とした。これらの結果を以下に示す。

以上の結果から、被覆材３における溝２３に対向する部分の純水に対する接触角（θ１）と、基材２の溝部分の純水に対する接触角（θ２）との差（θ１−θ２）を、−３０°〜３０°とすることで、マイクロ流路内での気泡の発生を有効に抑制できることが確認された。また、前記接触角の差（θ１−θ２）が−３０°〜３０°の範囲内であれば、流路形状にほとんど変形が見られないか、仮に見られたとしても製品として問題なく使用可能な程度に抑えられることが確認された。

本明細書において開示された実施形態は全ての点で例示であって、上述した実施形態で開示された構成に関しては、本開示の趣旨を逸脱しない範囲内で適宜改変することが可能である。

１ 流路デバイス
２ 基材
３ 被覆材
２３ 溝
３１ フィルム材
３２ 接着層

Claims (6)

1. 溝を有する基材と、
   前記溝を覆うように前記基材に一体化される被覆材と、を備え、
   前記被覆材における前記溝に対向する部分の純水に対する接触角（θ１）と、前記基材の溝部分の純水に対する接触角（θ２）との差（θ１−θ２）が、−３０°以上３０°以下である流路デバイス。
2. 前記被覆材が、流体非透過性のフィルム材と当該フィルム材に積層された接着層とを含み、前記基材と前記フィルム材とが前記接着層を介して一体化されている請求項１に記載の流路デバイス。
3. 前記接着層が粘着性を有する請求項２に記載の流路デバイス。
4. 前記接着層が（メタ）アクリル系樹脂を含む請求項２又は３に記載の流路デバイス。
5. 前記被覆材が、単層の流体非透過性のフィルム材からなり、前記基材と前記フィルム材とが直接一体化されている請求項１に記載の流路デバイス。
6. 前記基材が、（メタ）アクリル系樹脂、スチレン系樹脂、ポリカーボネート系樹脂、及びポリオレフィン系樹脂からなる群から選択される１種以上の樹脂を含む請求項１から５のいずれか一項に記載の流路デバイス。
   

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