JP2018171660A - 流体デバイス用シリコーン部材およびその製造方法 - Google Patents
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[流体デバイス用シリコーン部材の構成]
まず、本実施形態のシリコーン部材の構成を説明する。図1に、本実施形態のシリコーン部材を備える流体デバイスの透過上面図を示す。図2に、同流体デバイスのII−II断面図を示す。図3に、同流体デバイスのIII−III断面図を示す。本実施形態において、本発明のシリコーン部材は、流体デバイスの下側部材として具現化されている。
次に、流体デバイス1の製造方法を説明しながら、本実施形態のシリコーン部材の製造方法を説明する。本実施形態のシリコーン部材の製造方法は、本発明の第一の製造方法に対応している。図4に、流体デバイスの下側部材の製造におけるバリア層形成工程を示す。図5に、同下側部材の製造における親水性層形成工程を示す。図6に、上側部材と下側部材との積層工程を示す。
次に、本実施形態のシリコーン部材およびその製造方法の作用効果を説明する。本実施形態の流体デバイス1において、導入孔15から注入された流体は、流路11を流れて排出口16から排出される。例えば、有機溶媒に粒子が分散されている疎水性のサンプル液を流体デバイス1に流した場合、サンプル液と下側基材21との直接的な接触は、バリア層22および親水性層23により回避される。このため、下側基材21にサンプル液が染み込みにくく、下側基材21の膨潤が抑制される。したがって、下側基材21の変形が抑制され、下側凹部24の大きさが変化しにくい。また、下側凹部24は疎水性のバリア層22で被覆され、流路部25の最表層は親水性層23である。さらに、流路11を形成する上側基材12の下面全体にも親水性層13が配置されている。流路11における下側凹部24以外の部分は全て親水性を有しているため、下側凹部24以外の部分に疎水性のサンプル液が付着、残留しにくい。したがって、サンプル液中の所望の粒子を下側凹部24に漏れなく捕捉することができる。
第一実施形態のシリコーン部材と、本実施形態のシリコーン部材と、の相違点は、バリア層と親水性層との配置形態である。よって、ここでは相違点についてのみ説明する。
以上、本発明のシリコーン部材およびその製造方法の実施の形態を示したが、本発明のシリコーン部材を備える流体デバイスの構成は、上記形態に限定されない。例えば、本発明のシリコーン部材に積層される相手部材の材質は、PDMSなどのシリコーンの他、フッ素樹脂、ガラスなどでもよい。相手部材の形状、大きさなども何ら限定されない。本発明のシリコーン部材と相手部材とは、単に積層させるだけでもよいが、接着剤などを用いて接着してもよい。
本発明のシリコーン部材を構成する基材は、シリコーン製の一体物であり、流路を区画する一面は、流体の一部を捕捉するための凹部とそれ以外の流路部とからなる。本明細書において「シリコーン」とは、シリコーン樹脂およびシリコーンゴムの両方を含む概念である。本発明による作用効果を発揮させるためには、流路を流れる流体は、疎水性であることが望ましい。疎水性の流体の一部は凹部に捕捉される。流体の一部は、流体そのものの一部でもよく、流体に含まれている特定の物質のみでもよい。
(1)本発明の第一の製造方法は、バリア層形成工程と、親水性層形成工程と、を有する。以下、各工程を説明する。
本工程は、一面に凹部を有するシリコーン製の基材において、該一面全体に疎水性のバリア層をプラズマCVD法により形成する工程である。
本工程は、凹部以外のバリア層の表面に、親水性層を形成する工程である。本工程により、流路部の最表層として親水性層が形成される。親水性層の形成方法は特に限定されない。例えば、バリア層の表面を改質したり、表面に親水性膜を形成すればよい。改質する場合には、例えばO2を含むガス雰囲気中でプラズマを照射して、バリア層の表面に親水性の官能基を付与すればよい。成膜する場合には、転写法、プラズマCVD法などを用いればよい。前者の場合、バリア層の表面を、成膜材料を含む液を保持する部材に押し当てて、当該液をバリア層の表面に転写させる。後者の場合、例えばTEOSガスなどを含む雰囲気中でマイクロ波プラズマを照射して、有機成分を含むケイ素酸化物膜を形成する。
[実施例1]
シリコーン部材として、上記第一実施形態の下側部材を製造した。下側部材の前後方向長さは50mm、左右方向長さは10mmである。下側凹部の前後方向長さ(幅)は6μm、左右方向長さは5mm、深さは10μm、凹部と凹部との間隔は10μmである(図1参照)。
実施例1と同じPDMS製の下側基材の上面全体(下側凹部および流路部を含む)に、親水性層を形成して下側部材を製造した。まず、真空容器内に下側基材を配置して、内部を0.5Pa以下の減圧状態にした。次に、真空容器内にArガス、O2ガス、およびTEOSガスを供給して、合計圧力6Paの混合ガス雰囲気を形成した。それから、周波数2.45GHz、出力電力0.5kWにてマイクロ波プラズマを発生させて、20秒間成膜処理を行った。このようにして、下側基材の上面全体に、有機成分を含むケイ素酸化物膜からなる親水性層を形成した。親水性層の厚さは30nmであった。製造した下側部材を比較例1のシリコーン部材と称す。
実施例1と同じPDMS製の下側基材の上面全体(下側凹部および流路部を含む)に、疎水性のバリア層を形成して下側部材を製造した。まず、真空容器内に下側基材を配置して、内部を0.5Pa以下の減圧状態にした。次に、真空容器内にArガスおよびC5F8ガスを供給して、合計圧力6Paの混合ガス雰囲気を形成した。それから、周波数2.45GHz、出力電力0.75kWにてマイクロ波プラズマを発生させて、25秒間成膜処理を行った。このようにして、下側基材の上面全体に、フッ化炭素膜からなるバリア層を形成した。バリア層の厚さは75nmであった。製造した下側部材を比較例2のシリコーン部材と称す。
実施例1で使用したPDMS製の下側基材そのものを、比較例3のシリコーン部材とした。
製造したシリコーン部材を用いて、上記第一実施形態の流体デバイスを製造した(前出図1〜図3参照)。上側部材については以下の手順で製造した。まず、PDMSを射出成形して、所定の形状の上側基材を製造した。上側基材において、流路を区画する上側凹部の深さは150μm、導入孔の直径は100μmである。次に、上側基材を真空容器内に配置して、内部を0.5Pa以下の減圧状態にした。続いて、真空容器内にArガス、O2ガス、およびTEOSガスを供給して、合計圧力6Paの混合ガス雰囲気を形成した。それから、周波数2.45GHz、出力電力0.5kWにてマイクロ波プラズマを発生させて、20秒間成膜処理を行った。このようにして、上側基材の下面全体に、有機成分を含むケイ素酸化物膜からなる親水性層を形成した。親水性層の厚さは30nmであった。
[評価方法]
流体デバイスの流路に試液を流し、下側凹部における粒子の捕捉性を評価した。まず、有機溶剤のヘキサンにシリカ粒子(Bangs Laboratories社製「SS06N」、直径5μm)を分散させて、濃度1×107個/mlの試液を調製した。次に、流体デバイスの導入孔より、試液30μlをマイクロピペットを用いて注入した。そのまま3分間静置した後、流体デバイスの前端を持ち上げ、水平から30°傾けた状態で、導入孔より純水100μlを静かに注入して、下側凹部以外の部分に残留している試液を排出口から排出した。それから、下側凹部と流路部とにおける残留物を確認した。残留物の確認は、オリンパス(株)製の倒立顕微鏡「GX−51」を用いて行い、粒子が観察されれば残留物あり、観察されなければ残留物なしとした。そして、下側凹部に残留物があり、かつ流路部に残留物がない場合のみを捕捉性良好(後出表1中、〇印で示す)と評価し、それ以外は捕捉性不良(後出表1中、×印で示す)と評価した。
PDMS製のシート状の基材(縦50mm×横50mm×厚さ5mm)の表面に、実施例および比較例のシリコーン部材に形成したのと同様のバリア層または親水性層を形成して、各々の層の水接触角を測定した。また、比較例3のシリコーン部材に対応させて、基材表面の水接触角も測定した。水接触角については、水接触角計(協和界面科学(株)製「DM500」)を用いて測定した。表2に、水接触角の測定結果を示す。
[評価方法]
水接触角の測定に使用した成膜後のシリコーンシートを用いて、膨潤性を評価した。具体的には、シートの成膜面に、有機溶剤のトルエンを接触させて、シートの変形の有無を観察した。比較例3については、シート(基材)の表面にトルエンを接触させて、変形の有無を観察した。まず、シートの成膜面の中央に、直径10mmの円筒状のステンレス管を配置した。次に、ステンレス管の内側にトルエンを10ml注入した。それから5分間経過した後、残留しているトルエンをスポイトで除去し、ステンレス管を取り外した。そして、成膜面におけるトルエン接触部と非接触部との厚さの差を、デジタルゲージ((株)小野測器製「DG−925」)にて測定した。この際、厚さの差が50μm未満であれば、変形なし(膨潤なし)と判断した。
Claims (8)
- シリコーン製の一体物であり、流路を区画する一面が流体の一部を捕捉するための凹部とそれ以外の流路部とからなる基材と、
該基材の該凹部の少なくとも一部に配置される疎水性のバリア層と、
該基材の該流路部に配置される親水性層と、
を有する流体デバイス用シリコーン部材。 - 前記バリア層は、フッ化炭素膜である請求項1に記載の流体デバイス用シリコーン部材。
- 前記親水性層は、有機成分を含む金属酸化物膜または金属酸化物膜である請求項1または請求項2に記載の流体デバイス用シリコーン部材。
- 前記流路部において、前記親水性層と前記基材との間には疎水性のバリア層が配置されている請求項1ないし請求項3のいずれかに記載の流体デバイス用シリコーン部材。
- 前記凹部において、前記バリア層と前記基材との間には親水性層が配置されている請求項1ないし請求項3のいずれかに記載の流体デバイス用シリコーン部材。
- 請求項1に記載の流体デバイス用シリコーン部材の製造方法であって、
一面に凹部を有するシリコーン製の基材において、該一面全体に疎水性のバリア層をプラズマCVD法により形成するバリア層形成工程と、
該凹部以外の該バリア層の表面に、親水性層を形成する親水性層形成工程と、
を有する流体デバイス用シリコーン部材の製造方法。 - 前記親水性層形成工程は、転写法により金属酸化物膜を形成する工程である請求項6に記載の流体デバイス用シリコーン部材の製造方法。
- 請求項1に記載の流体デバイス用シリコーン部材の製造方法であって、
一面に凹部を有するシリコーン製の基材において、該一面全体に親水性層を形成する親水性層形成工程と、
形成された該親水性層の表面全体に、疎水性のバリア層をプラズマCVD法により形成するバリア層形成工程と、
該凹部以外の該バリア層を除去するバリア層除去工程と、
を有する流体デバイス用シリコーン部材の製造方法。
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