JP2020114620A - マイクロ流路作製用原盤、転写物、およびマイクロ流路作製用原盤の製造方法 - Google Patents
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Abstract
Description
原盤1は、マイクロ流路を作製するための原盤であり、ロールツーロール(roll−to−roll)方式等も含むインプリント転写に用いられる。すなわち、原盤1の表面に設けられた凹凸形状を転写することで、転写物5を製造する。なお、原盤1を用いてインプリント転写により転写物5を得た場合には、転写物5の表面には、原盤1の表面に設けられた凹凸形状を反転させた形状の凹凸が形成されることとなる。転写物5の表面に形成された凹部がマイクロ流路となる。
以下に、本実施形態に係る原盤1を用いてインプリント転写を行って製造した転写物5を説明する。まず、図5を参照して、本発明の一実施形態に係る転写物5について説明する。図5は、本実施形態に係る転写物5を厚み方向に切断した際の断面を模式的に示した図である。
本実施形態に係る転写物5を含む、マイクロリアクター等といったマイクロ流体チップを作製することができる。例えば、上記の転写物5を含むマイクロ流体チップにおいては、転写物5の凹部53が、流体を流すためのマイクロ流路となることができ、もしくは、流体を溜めるためのウェルとなることができる。この場合には、転写物5の凹部53の底面に微細凹凸部54が設けられることにより、凹部53の底面の表面積がより大きくなり、凹部53の底面の親水性を高めることができる。また、凹部53の底面の微細凹凸部54に流体が流れこむと、流体と微細凹凸部54との界面での作用により、流体の流動性が変化する。したがって、微細凹凸部54の形状を変えることにより、凹部53に流れる流体の流れやすさを制御することができる。したがって、凹部53に流れる流体の性質に応じて微細凹凸部54の形状を選択することが可能である。
図6を参照して、本実施形態に係る原盤1の製造方法について説明する。図6は、本実施形態に係る原盤1の製造方法のフローとともに、各工程における原盤1を厚み方向に切断した際の断面を模式的に示した図を示す。
さらに、図10を参照して、本実施形態に係る原盤1の製造方法にて使用されるレーザ加工装置8の構成例について説明する。
本実施形態においては、本実施形態に係る原盤1を用いて、インプリント転写法により転写物5を製造する。このように、インプリント転写法を用いることにより、親水性の高い領域を有する転写物5を容易に大量生産することができる。図11を参照して、本実施形態に係る転写物5の製造方法について説明する。図11は、本実施形態に係る原盤1を用いた転写物5の製造方法のフローとともに、各工程における転写物5を厚み方向に切断した際の断面を模式的に示した図を示す。
以下の方法により、実施例1〜6及び比較例に係る原盤1を製造した。
10mm厚、25mm四方のSUS420(マルテンサイト系ステンレス鋼)の基材10の表面に、厚さ150μmのNiPメッキ処理を施し、NiPからなる表面層16を形成した。
レーザの照射フルエンスを0.28J/cm2とした以外は、実施例1と同様に原盤を作製した。
レーザの照射フルエンスを0.25J/cm2とした以外は、実施例1と同様に原盤を作製した。
レーザの照射フルエンスを0.22J/cm2とした以外は、実施例1と同様に原盤を作製した。
レーザの照射フルエンスを0.19J/cm2とした以外は、実施例1と同様に原盤を作製した。
基材10をSUS304(ステンレス鋼)とし、その表面に、波長515nm、パルス幅3ps、繰り返し周波数50kHz、最大出力7.7W、ビームサイズ約100μm×100μm(トップハット型のビームプロファイル)、走査ピッチ100μm、走査速度31mm/s、レーザの照射フルエンス0.08J/cm2の条件で加工し、原盤1を作成した。
超短パルスレーザ照射を行わなかった点以外は、実施例1と同様に原盤を作製した。
上記の工程により製造した原盤1の評価を行った。具体的には、上記の工程により製造した実施例4に係る原盤1の微細凹凸部14を走査型電子顕微鏡(Scanning Electron Microscope:SEM)を用いて観察した。図12を用いて、実施例4に係る原盤1のSEMの観察結果を説明する。図12は、実施例4に係る原盤1の主凹凸部11の表面を観察したSEM画像である。詳細には、図12(a)は、原盤1の凸部12の上面を観察したSEM画像であり、図12(b)は、原盤1の凹部13の底面を観察したSEM画像である。これらのSEM画像からわかるように、微細凹凸部14は、凸部12の上面及び凹部13の底面に形成されている。さらに、微細凹凸部14は、主凹凸部11の長手方向に沿って延びるように形成されている。
上記の工程により製造した実施例1〜6及び比較例に係る原盤1を用いて、下記に説明する工程により転写物5を作製した。
実施例1〜6に係る原盤1を用いて形成した転写物5の凹部53の底面に形成された微細凹凸部54をAFMにより観察した。図13を用いて、実施例1〜5に係る転写物5の微細凹凸部54のAFMの観察結果を説明する。図13(a)〜(e)は、実施例1〜5に係る原盤1を用いて形成された転写物5の凹部53の底面に形成された微細凹凸部54のAFMデータである。さらに、これらのAFMデータに基づいて、各転写物5の凹部53の底面の算術平均粗さ(Ra)及び比表面積率を算出した。
5 転写物
8 レーザ加工装置
10、50 基材
11、51 主凹凸部
12、52 凸部
13、53 凹部
14、54 微細凹凸部
17、57 微細凸部
18、58 微細凹部
15 被覆層
16 表面層
340 レーザ本体
341 波長板(例えば、λ/2波長板)
343 シリンドリカルレンズ
344 リニアステージ
55 樹脂層
56 硬化型親水性樹脂
Claims (15)
- 基材と、
前記基材の表面に設けられ、前記基材の面方向に延びる主凹凸部と、
前記主凹凸部の表面に設けられ、前記主凹凸部と比べてピッチが狭い微細凹凸部と、
を備え、
前記主凹凸部は、相互に並んで配置される複数の凸部を含み、
前記凸部は台形状の断面形状を有し、
前記微細凹凸部は、10nm〜150nmの算術平均粗さを有し、且つ、1.1〜3.0の比表面積率を有する、マイクロ流路作製用原盤。 - 前記主凹凸部は、前記台形状の断面形状を有する複数の前記凸部と複数の凹部とが交互に並んで配置されており、
前記微細凹凸部は、前記凸部の上面または前記凹部の底面のうち一方若しくは両方に設けられ、前記凸部と前記凹部の間の傾斜面には設けられていない、請求項1に記載のマイクロ流路作製用原盤。 - 前記主凹凸部は、1μm〜2000μmの幅及び深さを有し、
前記微細凹凸部は、30nm〜1000nmの幅及び深さを有する、
請求項1又は2に記載のマイクロ流路作製用原盤。 - 複数の前記微細凹凸部を備え、
前記微細凹凸部の幅及び深さは、前記微細凹凸部が形成される位置ごとに異なる値となる、請求項3に記載のマイクロ流路作製用原盤。 - 前記微細凹凸部は、前記主凹凸部の長手方向に沿って延びるように設けられている、請求項1〜4のいずれか1項に記載のマイクロ流路作製用原盤。
- 請求項1〜5のいずれか1項に記載のマイクロ流路作製用原盤の製造方法であって、
基材の表面に、前記基材の面方向に延びる主凹凸部を形成し、
前記主凹凸部の表面に10ピコ秒以下のパルス幅を有する超短パルスレーザを照射することで、前記主凹凸部の表面に、前記主凹凸部と比べてピッチが狭い微細凹凸部を形成する、
ことを含むマイクロ流路作製用原盤の製造方法。 - 前記超短パルスレーザの照射は、偏光方向が前記主凹凸部の長手方向と直交するようにして行われる、請求項6に記載のマイクロ流路作製用原盤の製造方法。
- 請求項1〜5のいずれか1項に記載のマイクロ流路作製用原盤の表面形状が転写された樹脂層を含む転写物。
- 樹脂層と、
前記樹脂層の表面に設けられ、前記樹脂層の面方向に延びる主凹凸部と、
前記主凹凸部の表面に設けられ、前記主凹凸部と比べてピッチが狭い微細凹凸部と、
を備え、
前記主凹凸部は、相互に並んで配置される複数の凸部を含み、
前記凸部は台形状の断面形状を有し、
前記微細凹凸部は、10nm〜150nmの算術平均粗さを有し、且つ、1.1〜3.0の比表面積率を有する、転写物。 - 前記主凹凸部は、前記台形状の断面形状を有する複数の前記凸部と複数の凹部とが交互に並んで配置されており、
前記微細凹凸部は、前記凸部の上面または前記凹部の底面のうち一方若しくは両方に設けられ、前記凸部と前記凹部の間の傾斜面には設けられていない、請求項9に記載の転写物。 - 前記主凹凸部は、1μm〜2000μmの幅及び深さを有し、
前記微細凹凸部は、30nm〜1000nmの幅及び深さを有する、
請求項9又は10に記載の転写物。 - 複数の前記微細凹凸部を備え、
前記微細凹凸部の幅及び深さは、前記微細凹凸部が形成される位置ごとに異なる値となる、
請求項11に記載の転写物。 - 前記微細凹凸部は、前記主凹凸部の長手方向に沿って延びるように設けられている、請求項9〜12のいずれか1項に記載の転写物。
- 前記樹脂層は硬化型親水性樹脂からなる、請求項8〜13のいずれか1項に記載の転写物。
- 請求項8〜14のいずれか1項に記載の転写物を含むマイクロ流体チップ。
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