JP5162074B2 - ポリマー表面修飾 - Google Patents

Description

（関連する出願への相互参照）
この出願は、２００１年４月６日に出願された、米国特許仮出願番号第６０／２８１，９２９号（その全体が本明細書に参考として援用される）の利益を主張する。

（発明の分野）
本発明は、共有結合された表面修飾化合物を含み、そしてバルクマトリックスに分散する反応性重合可能官能基を含むバルクマトリックスを含む、外面を含有する表面修飾ポリマー、およびそのポリマーを使用するための方法に関する。

（本発明の背景）
ポリマーは、基礎研究および生物医学的用途（例えば、定常期診断、薬剤送達、生体材料など）を含む様々な用途に有用である。運悪く、多くのポリマー材料は、多くの用途の様々な試薬と不適合性である。例えば、タンパク質および他の生分子は、疎水性表面に付着する傾向があり、従って疎水性ポリマーは、タンパク質および他の生体分子が関与するいくつかの用途において、適切ではなくあり得る。すなわち、いくつかのタイプの表面修飾／コーティングが、疎水性ポリマー表面へのこれらの生体分子の非特異的結合（ＮＳＢ）を低減するために必要とされる。

弾性ポリマーを使用する微小流体デバイスを構築する最近の成功はさらに、基礎研究および生物学的用途において、ポリマーの有用性を高める。弾力性ポリマー由来の成功した微小流体デバイスの構築は、小規模なサンプル調製、化学合成、薬剤送達、生物医学デバイス、および微小規模デバイスが必要とされる他の用途において、特に有用である。微小流体の環境での非常に高い体積に対する表面積比のため、微小流体デバイスの表面への試薬の付着は、試薬濃度およびキャリーオバー汚染などにおいて有意な変化をもたらす。従って、微小流体デバイスの表面上への分子のＮＳＢを低減することが、特に重要である。

最近、表面修飾または表面コーティングは、力学的特性のためにコアポリマー材料を選択し、次いで、特定の環境に適合するポリマー表面を修飾またはコーティングすることによって、「新規の」材料を開発するための、ますます人気のある方法となってきている。所望の表面の特性は、生体適合性、化学的耐性、湿潤性、非固着性（ｎｏｎ−ｓｔｉｃｋ）などであり得る。好ましくは、表面修飾工程は、単純であり、共有結合を形成し、そして安価であるべきである。さらに、基質ポリマーを分解させないように温和であるべきである。一般的に使用される表面修飾／コーティング技術として、プラズマ沈着、物理蒸着、化学蒸着、イオンボンバードメント、イオンビームスパッタ堆積、イオンビ−ム補助堆積、スパッタリング、溶射、およびディッピングが挙げられる。各方法は、その利点および不利点を有する。例えば、コーティング材料が、ポリマーと永久的に結合しない場合、ポリマーの試薬に対する不活性を維持するために、頻繁に再適用される必要がある。

永久的コーティングを生成することができないことは、ポリエチレン、ポリ（ジメチルシロキサン）（ＰＤＭＳまたはシリコーンポリマー）、ポリ（テトラフルオロエチレン）（ＰＴＦＥ、Ｔｅｆｌｏｎ（登録商標））のような、低い表面エネルギーを有するポリマーに、特に当てはまる。さらに、微小流体デバイスは、非常に小さい特性（たとえば、１μ程度の小さな幅を有するフローチャンネル）を有する。従って、表面修飾化合物をコーティングすることは、微小流体の設計を破壊するか、もしくは微小流体デバイスを所望でないものにし得る。

有機または無機基質（すなわち、ガラス、シリコン、金属、ポリマーなど）への表面修飾化合物の従来の永久結合（グラフティング）は、基質表面の活性化（すなわち、基質表面上に反応性官能基を導入すること）を必要とする。代表的に、基質表面は、イオン沈着によって活性化される。表面活性化の他の方法は、酸化剤、還元剤または、酸素プラズマまたは水プラズマのようなプラズマで処置をする工程を包含する。反応性の官能基が、基質表面上に導入された後、共有結合を形成する表面修飾化合物と反応する。あるいは、活性化表面は、基質表面と表面修飾化合物の間のリンカーとして役立つ、リンカー化合物と反応する。不運にも、これらの工程に使用される多くのリンカーおよび溶媒は、大量のポリマー材料と適合しない。また、表面活性化工程は、このようなポリマーデバイスを生成するための費用および時間を増大させる。さらに、多くのポリマー表面活性化工程は、ポリマー表面のほんの少しの部分の活性化しかもたらさない。

従って、別のポリマー表面活性工程を必要としない表面修飾ポリマーを生成する工程の必要性がある。共有結合した表面修飾化合物を含む微小流体デバイスの必要性がまたある。

（本発明の要旨）
本発明の１つの局面は、以下を含有する表面修飾ポリマーを提供する：
バルクポリマーマトリックスに分散する内因性官能基を含むバルクポリマーマトリックス；および
内因性官能基に共有結合する表面修飾化合物を含むポリマー表面。

好ましくは、バルクマトリックスは、上記ポリマーの１０，０００モノマー単位当たり少なくとも１つの反応性官能基を含む。

１つの実施形態において、表面修飾ポリマーは、バルクポリマーマトリックスを通ってポリマーの外面から延びるチャンネルを含有し、ここでチャンネルは内面を定義する。好ましくは、内面は、反応性官能基と共有結合した表面修飾化合物を含む。

別の実施形態において、表面修飾ポリマーは、複数の上記バルクポリマーマトリックス層を含み、ここで上記バルクポリマーマトリックスの各層は、ここに分散する相補的な反応性官能基を含む。好ましくは、この特定の実施形態において、２つのバルクポリマーマトリックス層の間の境界面は、好ましくは、上記バルクポリマーマトリックス層の相補的な反応性官能基のポリマー化を介して共有結合される。

１つの特定の実施形態において、表面修飾ポリマーは、偏比（ｏｆｆ−ｒａｔｉｏ）ポリマーから生成される。好ましくは、表面修飾ポリマーはシリコーン偏比ポリマーから生成される。より好ましくは、シリコーン偏比ポリマーは、室温加硫シリコーン（例えば、ＲＴＶ）である。

別の実施形態において、表面修飾ポリマーは、少なくとも２つのＧＥ ＲＴＶ ６１５ポリマー層（ここで、隣接する２つの層の反応性官能基として、１つの層の反応性官能基がシランで、他の層の反応性官能基がオレフィンである）を含む。

なお別の実施形態において、内因性官能基は、シラン、オレフィン、イソシアネート、ヒドロキシル、エポキシおよびアミンからなる群から選択される。

さらに別の実施形態において、表面修飾ポリマーは、少なくとも２つの異なるモノマー成分のポリマー化から誘導される。好ましくは、第一モノマー成分と第二モノマー成分の反応性官能基は、オレフィン、シラン、ヒドロキシル、イソシアネート、エポキシ、アミンおよびその組み合わせからなる群から選択された、お互いに相補的な反応性官能基である。

１つの実施形態において、表面修飾化合物は、生体適合性化合物であり、これによって表面修飾ポリマーを生体適合性にする。好ましくは、生体適合性ポリマーは、ビニル末端化された低分子、アクリレート末端化された低分子、ポリエチレングリコール、ポリ（メチルメタクリレート）、ポリ（エチレンビニルアセテート）、ポリ（２−ヒドロキシエチルメタクリレート）、ポリビニルピロリドン、ＣＨ_２＝ＣＨ−ＰＥＧ（すなわち、アリルＰＥＧ）およびＣＨ_２＝ＣＨ−（ＣＨ_２）_ｎ−Ｔｅｆｌｏｎ（登録商標）からなる群から選択される。

本発明の別の局面は、以下を含むポリマー物品（ａｒｔｉｃｌｅ）を提供する：
外面；
バルクポリマーマトリックスに分散する内因性官能基を含むバルクポリマーマトリックス；および
バルクポリマーマトリックスを通って外面から延びるチャンネル（ここで、このチェンネルは内面を規定する）、
ここで、この外面および内面は、内因性官能基と共有結合する表面修飾化合物を含む。

１つの実施形態において、ポリマー物品は微小流体デバイスである。好ましくは、チャンネルは微小流体デバイスの流体フローチャンネルを規定する。

１つの特定の実施形態において、フローチャンネルの内面と共有結合する表面修飾化合物は、流体サンプルの分析物を分離し得る固定相化合物である。

別の実施形態において、上記外面に共有結合する表面修飾化合物は、生体適合性化合物である。

本発明の別の局面は、以下を包含するポリマー表面の物理的特性を修飾する方法を提供する：
（ａ）バルクポリマーマトリックスに分散する内因性官能基を有するバルクポリマーマトリックスを形成する工程：
（ｂ）ポリマー表面に存在する内因性官能基と表面修飾化合物の相補的な官能基との間に共有結合を形成するために十分な条件下で、相補的な官能基を含む表面修飾化合物とポリマーの表面を接触させることによって、表面修飾ポリマーを生成する工程。

１つの実施形態において、バルクポリマーマトリックスの内因性官能基は、シラン、オレフィン、イソシネート、ヒドロキシル、エポキシ、およびアミンからなる群から選択される。

１つの特定の実施形態において、表面修飾化合物は、ポリマーを溶媒耐性にする。好ましくは、表面修飾化合物は、ＣＨ_２＝ＣＨ−（ＣＨ_２）_ｎ−Ｔｅｆｌｏｎ（登録商標）、ＣＨ_２＝ＣＨ−（ＣＨ_２）_ｎ−フルオロポリマー、アクリレート官能基を含むフルオロポリマー、ＣＨ_２＝ＣＨ−（ＣＨ_２）_ｎ−ＣＨ_３（ここで、ｎは０〜３０、そして好ましくは０〜２０の整数である）からなる群から選択される。

別の実施形態において、バルクマトリックス形成工程は、バルクポリマーマトリックスを生成するために十分な条件下で、第二反応性官能基を含む第二モノマー化合物と、第一反応性官能基を含む第一モノマー化合物を混合すること（ここで、第一反応性官能基と第二反応性官能基は、相補的な官能基である）を含む。好ましくは、第一反応性官能基および第二反応性官能基は、第一反応性官能基と第二反応性官能基が相補的な官能基であるように、シラン、オレフィン、ヒドロキシル、イソシネート、エポキシ、およびアミンからなる群から選択される。

さらに本発明の別の局面は、以下を含む微小流体デバイスを提供する：
（ａ）バルクポリマーマトリックスに分散する内因性官能基を含むバルクポリマーマトリックス；
（ｂ）上記バルクマトリックス内のフローチャンネル（ここで上記フローチャンネルは内面を規定する）；および
（ｃ）内面に存在する内因性官能基に共有結合する、表面修飾化合物。

好ましくは、バルクポリマーマトリックスは、上記バルクポリマーマトリックスを形成するために使用される、１０００モノマー単位当たり少なくとも１つの反応性官能基を含む。

１つの実施形態において、微小流体デバイスは、複数の上記バルクポリマーマトリックス層を含み、ここで上記バルクポリマーマトリックスの各層は、このバルクポリマーマトリックスに分散する反応性官能基を含む。好ましくは、２つの隣接するバルクポリマーマトリックス層は、互いに相補的である反応性官能基によって、互いに共有結合する。

１つの特定の実施形態において、内因性官能基は、シラン、オレフィン、ヒドロキシル、イソシアネート、エポキシおよびアミンからなる群から選択される。

好ましくは、バルクポリマーマトリックスは、少なくとも２つの異なるモノマー成分のポリマー化から生成される。１つの特定の実施形態において、第１モノマー成分の内因性官能基と第二モノマー成分の内因性官能基は、互いに相補的であり、オレフィン、シラン、ヒドロキシル、イソシアネート、エポキシ、アミン、およびそれらの組み合わせからなる群から選択される。

１つの実施形態において、表面修飾化合物は、生体適合性ポリマーである。この様式で、微小流体デバイスは、医療用デバイス、アッセイ用デバイス、サンプル調製デバイスなどを含む、様々な生物物理的な用途で使用され得る。好ましくは、生体適合性のポリマーは、ポリエチレングリコール、ポリ（メチルメタクリレート）、ポリ（エチレンビニルアセテート）、ポリ（２−ヒドロキシエチルメタクリレート）、ポリビニルピロリドン、ＣＨ_２＝ＣＨ−ＰＥＧおよびＣＨ_２＝ＣＨ−（ＣＨ_２）_ｎ−Ｔｅｆｌｏｎ（登録商標）からなる群から選択される。

さらに本発明の別の実施形態は、バルクポリマーマトリックス、上記バルクポリマーマトリックス内のフローチャンネル（ここで、フローチャンネルは内面を規定する）を含む微小流体デバイス、および内面に共有結合した表面修飾化合物を生成する方法を提供し、上記方法は、以下の工程を包含する：
（ａ）内面に分散する内因性官能基を含むバルクポリマーマトリックスを生成するために十分な条件下で、ポリマー先駆体から微小流体デバイスを生成する工程、および
（ｂ）表面修飾化合物を内面に共有結合するために十分な条件下で、内面を表面修飾化合物と接触させる工程。

好ましくは、バルクポリマーマトリックスは、上記ポリマーの１０，０００モノマー単位当たり少なくとも１つの反応性官能基を含む。

１つの実施形態において、ポリマー前駆体は、少なくとも２つの異なるモノマー成分を含む。好ましくは、第１モノマー成分の反応性官能基と第二モノマー成分の反応性官能基は、オレフィン、シラン、ヒドロキシル、イソシアネート、エポキシ、およびアミンからなる群から選択される、互いに相補的な反応性官能基である。

さらに本発明の別の局面は、サンプル流体中の分析物を分離するための微小流体クロマトグラフィー装置を提供する。本発明の微小流体クロマトグラフィー装置は、微小構築化流体送達システムおよびクロマトグラフィーカラムを備える。本発明の微小構築化流体送達システムは、クロマトグラフィーカラムを介して微量の流体をポンピングし得る。好ましくは、微小構築化流体送達システムは、０．０１μＬ／分以下の流速で、クロマトグラフィーカラムを通して流体をポンピング（すなわち、送達または輸送）ことができる。このように、本発明の微小流体クロマトグラフィー装置は、微量のサンプル流体から分析物を分離するときに特に有用である。

好ましくは、本発明の流体送達システムは、エラストマーポリマーを含む材料から生成される。１つの特定の実施形態において、エラストマーポリマーは、ポリ（カルボラン−シロキサン）、ポリ（ビス（フルオロアルコキシ）ホスファゼン）、ポリ（アクリロニトリル−ブタジエン）、ポリ（１−ブテン）、ポリ（クロロトリフルオロエチレン−ビニリデンフルオライド）コポリマー、ポリ（エチルビニルエーテル）、ポリ（ビニリデンフルオライド）、ポリ（ビニリデンフルオライド−ヘキサフルオロプロピレン）コポリマー、エストラマーポリビニルクロリド、ポリスルホン、ポリカーボネート、ポリメチルメタクリレート、ポリテトラフルオロエチレン、ポリジメチルシロキサン、ポリジメチルシロキサンコポリマー、および脂肪族ウレタンジアクリレートからなる群から選択される。

本発明の流体送達システムは、以下を含む：
（ｉ）上記フローチャンネルおよびフローチャンネル排出口に流体を導入するために、フローチャンネル注入口を含む微小フローチャンネル
（ｉｉ）フローコントロールチャンネル、
（ｉｉｉ）上記フローチャンネルを介して流体流れを制御するために上記フローチャンネルと上記コントロールチャンネルとの間に配置された、フローコントロールエストラマー部分から構成されるフローコントロール弁（ここで上記フローコントロール弁は、ここで、上記フローコントロール弁は、フローチャネル内に撓み可能またはフローチャネルから収縮可能であり、この際に上記フローコントロール弁は、フローチャンネルを介して流体流れを制限する上記フローチャンネルに位置するとき、上記フローコントロールチャンネル（上記フローコントロールエストラマー部分）に適用される作動力に応答して作動する）、および
（ｉｖ）上記フローコントロールチャンネルへ作動力を適用するために上記フローコントロールチャンネルに動作可能に相互接続されたフローコントロールチャンネル作動システム。

本発明の流体送達システムはさらに、特定の必要性に応じて他の構成部材を含み得る。例えば、１つの特定の実施形態において、流体送達システムはさらに、１個以上のフローコントロール弁から構成されるぜん動性ポンプを含む。

流体送達システムはまた、上記フローチャンネルに溶出液を導入するためフローチャネル注入口と流体連絡する溶出液注入口を含み得る。１つの特定の実施形態において、溶出液注入口はさらに以下を含む：
溶出液リザバ注入口チャンネルを含む溶出液リザバ；
溶出液リザバ注入口コントロールチャンネル；
上記溶出液リザバと上記流体チャンネルとの間で流体連絡を開閉するための溶出液リザバ注入口コントロール弁（ここで、上記溶出液リザバ注入口コントロール弁は、上記溶出液リザバ注入口チャンネルを介して流体流れを制御するために、上記溶出液リザバ注入口コントロールチャンネルと上記溶出液リザバ注入口コントロールとの間に位置する、上記溶出液リザバ注入口コントロールチャンネルのエラストマー部分を含み、ここで、上記溶出液リザバ注入口コントロール弁は、上記溶出液リザバ注入口チャンネル内に撓み可能または上記溶出液リザバ注入口チャンネルから収縮可能であり、この際に上記溶出液リザバ注入口コントロール弁は、このチャンネルを介して流体流れを制限する上記溶出液リザバ注入口チャンネルに位置するとき、上記溶出液リザバ注入口コントロールチャンネル（上記溶出液リザバ注入口コントロール弁のエラストマー部分）に適用される作動力に応答して作動する；
上記溶出液リザバ注入口コントロールチャンネルへ作動力を適用するために、上記溶出液リザバ注入口コントロールチャンネルに動作可能に相互接続された溶出液リザバ注入口コントロールチャンネル作動システム。

流体送達システムのフローチャンネル注入口はまた、以下を含む：
上記フローチャンネルと流体連絡するサンプルリザバ注入口チャンネルを含むサンプルリザバ；
サンプルリザバ注入口コントロールチャンネル；
上記サンプルリザバと上記フローチャンネルとの間で流体連絡を開閉するためのサンプルリザバ注入口コントロール弁（ここで、上記サンプルリザバ注入コントロール弁は、上記サンプルリザバ注入口チャンネルを介して流体流れを制限するために、上記サンプルリザバコントロールチャンネルと上記サンプルリザバ注入口チャンネルとの間に位置する、上記サンプルリザバ注入口コントロールチャンネルのエラストマー部分を含み、ここで、上記サンプルリザバ注入口コントロール弁は、上記サンプルリザバ注入口チャンネル内へ撓み可能または上記サンプルリザバ注入口チャンネルから収縮可能であり、この際に上記サンプルリザバ注入口コントロールは、このチャンネルを介して流体流れを制限する上記サンプルリザバ注入口チャンネルに位置するとき、上記サンプルリザバ注入口コントロールチャンネル（上記サンプルリザバ注入口コントロールチャンネルのエラストマー部分）に適用される作動力に応答して作動する；ならびに
上記サンプルリザバ注入口コントロールチャンネルへ作動力を適用するために、上記サンプルリザバ注入口コントロールチャンネルに動作可能に相互接続されたサンプルリザバ注入口コントロールチャンネル作動システム。

本発明のクロマトグラフィーカラムは以下を含む：
（ｉ）サンプル流体から少なくとも分析物の一部を分離し得る固定相、
（ｉｉ）上記フローチャンネル排出口と流体連絡するカラム注入口、および
（ｉｉｉ）分離された流体が、クロマトグラフィーカラムを出るカラム排出口。

好ましくは、クロマトグラフィーカラムは、別々に構築された構成要素であり、次いで微小構築化流体送達システムと一体化される。この実施形態の利点として、様々な異なるクロマトグラフィーカラムを有する微小構築化流体送達システムを使用することが可能であること、および必要に応じてクロマトグラフィーカラムを交換することができることが挙げられる。従って、１つの特定の実施形態において、クロマトグラフィーカラムは、内面を有するクロマトグラフィーチャンネルを含む微小流体クロマトグラフィーデバイスである。好ましくは、固定相は、クロマトグラフィーチャンネルの内面に共有結合される。この固定相は、従来から当業者に公知の様々な手段によって、クロマトグラフィーカラムと結合され得る。このような方法は、カラムの内面上でイオンを活性化させるか、もしくは沈着させることを含む。好ましくは、固定相は、いかなる表面活性化工程をも必要とせず、カラムの内面に結合される。この様式で、一体化されら微小流体クロマトグラフィーシステムは、構築され得る。

１つの実施形態において、クロマトグラフィーカラムは、以下を含む微小流体化された回転式チャンネルを含む：
回転式チャンネル注入口；
回転式チャンネル排出口；
回転式コントロールチャンネル；
上記回転式チャンネルへの流体流れを制限するために、上記回転式チャンネル注入口と上記回転式コントロールチャンネルとの間に位置する、上記回転式注入口コントロールチャンネルのエラストマー部分から構成される回転式注入口コントロール弁（ここで、上記回転式注入口コントロール弁は、上記回転式チャンネル注入口内へ撓み可能または上記回転式チャンネル注入口から収縮可能であり、この際に上記回転式注入口コントロール弁は、このチャンネルを介して流体流れを制限する上記回転式チャンネル注入口に位置するとき、上記回転式コントロールチャンネル（上記回転式注入口コントロールチャンネルのエラストマー部分）に適用される作動力に応答して作動する；
上記回転式チャンネルからの流体流れを制限するため、上記回転式チャンネル排出口と上記回転式コントロールチャンネルとの間に位置する、上記回転式排出コントロールチャンネルのエラストマー部分から構成される回転式排出コントロール弁、ここで、上記回転式排出コントロール弁は、上記回転式チャンネル排出口内へ撓み可能または上記回転式チャンネル排出口から収縮可能であり、この際に上記回転式排出コントロール弁は、このチャンネルを介して流体流れを制限する上記回転式チャンネル排出口に位置するとき、上記回転式コントロールチャンネル（上記回転式コントロールチャンネル排出口のエラストマー部分）に適用される作動力に応答して作動する；
上記回転式チャンネルを介して流体流れを制限するため、上記回転式チャンネルと上記回転式ポンプコントロールチャンネルとの間に位置する、上記回転式ポンプのエラストマー部分から構成される回転式ポンプ弁（ここで、上記回転式ポンプ弁は、上記回転式チャンネル内へ撓み可能または上記回転式チャンネルから収縮可能であり、この際に上記回転式ポンプ弁は、このチャンネルを介して流体流れを制限する上記回転式チャンネルに位置するとき、上記回転式ポンプコントロールチャンネル（上記回転式ポンプのエラストマー部分）に適用される作動力に応答して作動する；ならびに
上記回転式コントロールチャンネルに作動力を適用するため、上記回転式コントロールチャンネルに動作可能に相互接続された、回転式コントロールチャンネル作動システム。

１つの特定の実施形態において、クロマトグラフィーカラムは、中空流体クロマトグラフィーカラム、もしくは充填キャピラリー液体カラム、またはこれら２つのカラムの組み合わせである。

カラム排出口はまた、サンプル検出システム注入口と流体連絡し得る。この様式において、クロマトグラフィーカラムを出た流体は、検出装置で直接分析され得る。

さらに、他の成分（例えば、サンプル調製成分およびサンプル検出成分）は、並行処理システムを提供するため、本発明の微小流体クロマトグラフィー装置内で構築され得るか、または組み込まれ得る。

本発明の別の局面は、微小流体クロマトグラフィー装置を製造するための方法を提供する。１つの特定の実施形態において、このような方法は以下を包含する：
（ａ）エラストマーポリマーを含有する材料から、微小構築化流体送達システムを生産する工程であって、ここでこの流体送達システムは以下を含む：
（ｉ）微小流体フローチャンネルへ流体を導入するためのフローチャンネル注入口、およびフローチャンネル排出口を含む微小流体フローチャンネル、
（ｉｉ）フローコントロールチャンネル
（ｉｉｉ）上記フローチャンネルを通る流体流れを調節するための、上記フローチャンネルと上記フローコントロールチャンネルとの間に位置する、フローコントロールエラストマー部分からなるフローコントロール弁（ここで、上記フローコントロール弁は、フローチャネル内に撓み可能またはフローチャネルから収縮可能であり、この際に、上記フローコントロール弁は、上記フローコントロールチャンネルに適用される作動力に応答して作動し、上記フローコントロールエラストマー部分は、上記フローチャンネル内に位置する場合、ここを通る流体流れを制限する）。

（ｉｖ）上記フローコントロールチャンネルに作動力を適用するため、上記フローコントロールチャンネルと作動可能に相互接続された、フローコントロールチャンネル作動システム；および
（ｂ）カラム注入口がフローチャンネル排出口と流体連絡するように、カラム注入口およびカラム排出口を有する、クロマトグラフィーカラムと流体送達システムを接続する工程（ここでクロマトグラフィーカラムは、流体中の分析物の少なくとも一部分を分離し得る固定相を含む）。

さらに、微小流体クロマトグラフィー装置を生産するための方法は、さらに以下を含み得る：
（ａ）官能基を含む内面を有するクロマトグラフィーチャンネルを含むクロマトグラフィーカラムを微小構築する工程；そして
（ｂ）官能基と固定相化合物の間に共有結合を形成するために十分な条件下で、固定相化合物と官能基を反応させることによって、少なくとも内面の一部分に固定相化合物を付着させる工程。

１つの特定の実施形態において、官能基はシランである。

別の実施形態において、固定相化合物は、１−オクタデセンである。

この方法はまた、上記の回転式チャンネルを微小構築することを含み得る。

さらに本発明の別の局面は、以下を包含する、サンプル流体から分析物を分離するための方法を提供する：
（ａ）上記の微小流体クロマトマトグラフィー装置にサンプル流体を導入する工程、および
（ｂ）分析物の少なくとも一部を分離するために、溶出液を用いてクロマトグラフィーカラムを通してサンプル流体を溶離する工程。

１つの特定の実施形態において、クロマトグラフィーカラムを通る流体流れは、１つ以上の流体コントロール弁を動かすことによって作り出される、ぜん動ポンプ作用によって達成される。

クロマトグラフィーカラムが微小構築化回転式チャンネルを含むとき、この方法はさらに以下を含み得る：
回転式チャンネルにサンプル流体の少なくとも一部を導入する工程；
回転式注入口コントロール弁および回転式排出コントロール弁を動かすことによって、回転式注入口コントロール弁および回転式排出コントロール弁を閉じる工程；
分析物の少なくとも一部が固定相に吸着されるまで、１つ以上の回転式ポンプ弁を動かすことによって、回転式チャンネルを通してサンプル流体を輸送する工程；
回転式注入口コントロールチャンネルおよび回転式排出口コントロールチャンネルを開く工程；
回転式注入口チャンネルを通して第一溶出液を導入し、そして回転式排出チャンネルを通して得られる混合物を取り除く工程（これによって、実質的に全てのサンプル流体は、回転式チャンネルから取り除かれ、吸着された分析物の少なくとも約９５％は、固定相上に吸着されたままである）；そして
回転式注入口チャンネルを通し、固定相から分析物を取り除き、そして回転式排出チャンネルを通し得られる混合物を取り除き得る、第二溶出液を導入する工程（これによって吸着された分析物の実質的に全てが回転式チャンネルから取り除かれる）。

このような回転チャンネルクロマトグラフィーカラムは、タンパク質およびオリゴヌクレオチドのような高分子を分離する場合に、特に有用である。１つの特定の実施形態において、分析物は、少なくとも約１０００ｇ／ｍｏｌの分子量を有するタンパク質である。タンパク質およびオリゴヌクレオチドに適切な固定相は、当業者に周知である。例えば、水溶液中のタンパク質は、固定相としてＣ−１８アルキルを用いて分離され得る。この様式で、第一溶出液は、サンプル流体を取り除くが、固相に結合した吸着されたタンパク質は実質的に残す、水および水性緩衝液からなる群から選択される。アルコール、アセトニトリル、ジメチルホルムアミド、およびそれらの混合物からなる群から選択される、有機溶媒を含む第二溶出液を使用することによって、固定相からタンパク質を取り除くことができる。第二溶出液はまた、有機溶媒と水、または有機溶媒と水性緩衝液の混合物であり得る。

（発明の詳細な説明）
（Ｉ．定義）
「ポリマー」は、固体バルクポリマーマトリックスを有する、有機ポリマー（すなわち、炭素原子と水素原子を含むポリマー）をいう。ポリマーはまた、Ｓｉ、Ｏ、Ｎ、ＰおよびＳのような他の原子を含み得る。

用語「内因性官能基」、「内因性反応性官能基」、「反応性重合可能官能基」、「反応性官能基」、および「未反応官能基」は、本明細書にて、交換可能に使用され、ポリマーに存在する未反応官能基をいう。このような官能基は、ポリマーを形成するために反応するポリマーのモノマー単位、もしくはプレポリマー単位、または予め架橋したポリマー単位に存在する。反応性官能基は、ポリマーのいかなるさらなる処理（例えば、活性化）もしないで、ポリマーに内因的に存在する官能基をいうことが理解されるべきである。代表的な反応性官能基として、シラン、アルケン、イソシアネート、エポキシド、ヒドロキシルなどが挙げられるが、これらに限定されない。

「相補的な反応性重合可能官能基」は、相互に反応してポリマーを形成する、各ポリマー成分（すなわち、モノマーもしくは、プレポリマーまたは予め架橋したポリマー）に存在する官能基をいう。

表面修飾化合物の「活性官能基」は、ポリマーの反応性官能基と反応し共有結合を形成する、表面修飾化合物に存在する官能基をいう。代表的な活性官能基として、ヒドロキシ、アルケン、シラン、エポキシド、イソシアネートなどが挙げられるが、これらに限定されない。

「偏比（ｏｆｆ ｒａｔｉｏ）ポリマー」は、少なくとも１つのモノマー成分が、他の成分より多く存在する、２つ以上のモノマー単位、もしくはプレポリマー単位または予め架橋したポリマー単位の組み合わせから生成される、ポリマーをいう。

ポリマーについていう「特性」は、ポリマーの化学的特性、または物理的特性、あるいはその両方を意味する。

「生体適合性ポリマー」は、細胞に曝露したときに、細胞形態、細胞およびタンパク質の活性、および他の細胞機能を著しく変化させないポリマーをいう。

「非特異的結合」（ＮＳＢ）は、受容体以外の部位へのリガンドの結合をいう。ＮＳＢは代表的に、イオン性相互作用、水素結合性相互作用、または他の非共有結合性相互作用によって生じる。ポリマー表面のタンパク質の物理吸着が、ＮＳＢの例である。

「ＲＴＶシリコーン」は、室温加硫シリコーンゴムをいい、時にはポリ（ジメチルシロキサン）（すなわち、ＰＤＭＳ）と称される。

フローチャンネルについていう「回転式」は、流体フローチャンネルの規定された領域または部分で、流体の循環を可能とする、フローチャンネルの構成をいう。このような構成は、多角形（例えば、長方形、六角形、八角形など）、あるいは好ましくは、楕円形または円形であり得る。

用語「微小構築化フローチャンネル」、「フローチャンネル」、「流体チャンネル」および「流体フローチャンネル」は、本明細書中に交換可能に使用され、流体（例えば、気体、または好ましくは液体）が流れ得る、微小流体デバイスのチャンネルをいう。

用語「クマトグラフィーカラム」および「カラム」は、本明細書中で交換可能に使用され、流体中の分析物の少なくとも一部を分離し得る固定相を含む、デバイスまたは装置をいう。

用語「弁」は、他に示されない限り、２つのチャンネルが、他のチャンネルに適用される作動力に応答し、チャンネルの１つへ撓み可能またはチャンネルの１つから収縮可能である、エラストマー部分で隔てられた構造をいう。

（ＩＩ．概要）
有機基質または無機基質に表面修飾化合物を共有結合させる従来の方法は代表的に、基質表面の活性化を必要とする。対照的に、本発明は、表面修飾化合物が、表面活性化工程を必要とせず、ポリマー表面に共有結合し得るように、その表面に内因性の反応性官能基を含むポリマーを提供する。従って、本発明の１つの局面は、バルクポリマーマトリックスに分散する反応性官能基を含むバルクポリマーマトリックス、および表面修飾化合物に共有結合したポリマーの（ｐｏｌｙｍｅｒｉｃ）表面（すなわち、ポリマー（ｐｏｌｙｍｅｒ）表面）を含む表面修飾ポリマーを提供する。

表面修飾化合物は、ポリマー表面の物理的／化学的特徴を改変して、表面修飾ポリマーが様々な用途（例えば、クロマトグラフィーカラム、医療用デバイス、化学アッセイ装置、および／または化学反応装置、診断用デバイスなどが挙げられる）で使用されることを可能にする。適切な表面修飾化合物を選択することによって、表面修飾ポリマーは、生体適合性、より良い溶媒耐性、親水性、疎水性、水和性にされ得る。従って、表面修飾ポリマーは、様々なデバイス（例えば、移植可能医療用デバイスのような微小流体デバイス、化学分離デバイス（例えば、クロマトグラフィーカラム）、化学反応装置および他の微小流体デバイスが挙げられる）を構築するために使用され得る。

上記のように、ポリマー表面は、表面修飾化合物と共有結合する。この共有結合は、表面修飾化合物の官能基とポリマー表面に存在する内因性の反応性官能基との間の反応によって形成される。従って、本発明のポリマーは、別々のポリマー表面活性化工程も、一般的に使用される化学的リンカーおよび有機溶媒をも必要とせず、従って、表面修飾ポリマーの生成に関連する時間および費用を著しく低減する。さらに、表面修飾化合物がポリマー表面に共有結合するため、非共有結合表面修飾化合物に関連する問題（例えば使用中、無傷のままでいることができないこと、および耐磨耗性を欠くこと）が回避される。

ポリマー表面は、十分な量の表面修飾化合物がポリマー表面に共有結合されるために、十分な量の反応性官能基を含む。この様式で、ポリマー表面の反応性官能基と表面修飾化合物との間の反応は、非表面修飾ポリマーとかなり異なる物理的および／または化学的表面特性を有する、表面修飾ポリマーを生じる。好ましくは、平均して、本発明の表面修飾ポリマーを生成するために使用されるポリマーは、ポリマー表面に１０，０００モノマー単位当たり少なくとも１つの反応性官能基を含む。より好ましくは、本発明のポリマーは、ポリマー表面に１，０００モノマー単位当たり少なくとも１つの反応性官能基を含む。そして最も好ましくは、本発明のポリマーは、ポリマー表面に１００モノマー単位あたり少なくとも１つの反応性官能基を含む。一般的に、表面修飾化合物による表面積の被覆範囲を増加するために、所望の官能基を有する巨大分子がしばしば使用される。しかし、適切な官能基を有する低分子もまた、親水性のような任意の特性を達成するために使用され得る。

バルクポリマーマトリックスおよびポリマー表面に反応性官能基を含有するように生成され得るポリマーの図解例は、シリコーンポリマー（例えば、ＧＥ ＲＴＶ ６１５から製造されるポリマー）である。特に、ＧＥ ＲＴＶ ６１５（すなわち、ＲＴＶ）は、２つの成分を含む：ビニル官能基を有する成分Ａおよびシラン官能基を有する成分Ｂ。詳細に、ＲＴＶの成分Ａおよび成分Ｂは、以下の一般的構造を有する：

遷移金属（例えば、白金）によって触媒される、ＲＴＶ ６１５Ａのビニル基とＲＴＶ ６１５Ｂのシラン基との間の反応は、以下の一般反応式に従いポリマーを形成する架橋反応を生じる：

この反応（すなわち、硬化プロセス）は代表的に、ビニル基（Ｃ＝Ｃ）がシラン基（Ｓｉ−Ｈ）に挿入される、白金触媒ヒドロシリル化架橋反応である。

ＧＥ ＲＴＶ ６１５について、１０：１の比の成分Ａ：成分Ｂは代表的に、ヒドロシリル化架橋（すなわち、硬化）反応に使用されるか、あるいは推奨される。従って、得られるポリマーは、微量の未反応のシラン官能基またはビニル官能基しか有さない。図１Ａに概略的に示されるように、ＧＥ ＲＴＶ ６１５について、Ａ：Ｂの割合が、１０：１より大きいとき、得られるシリコーンポリマーは、過剰の未反応ビニル基を含み、Ａ：Ｂの割合が１０：１より小さいとき、得られるシリコーンポリマーは、過剰の未反応シラン基を含む。これらの官能基は、バルクポリマーマトリックスに分散し、ポリマー表面にもまた存在する。

ポリマー表面の官能基の存在は、表面活性化プロセスを必要としないで、表面修飾化合物とのさらなる反応を直接可能にする。例えば、図１Ｂに例証されるように、成分Ａ：成分Ｂの割合が１０：１より少ないポリマーとポリエチレングリコール（ＰＥＧ）との間の反応は、シラン基とＰＥＧの遊離ヒドロキシル基の間の共有結合形成を生じ、Ｓｉ−Ｏ結合を形成する。

本発明の範囲内で可能な多数の他の表面修飾がある。ポリマー表面に存在する官能基に依存し、共有結合を形成するために適切な官能基を有する表面修飾化合物が選択され得る。例えば、図１Ｃは、ポリマーのシラン官能基と表面修飾化合物のヒドロキシ官能基またはビニル官能基との間の２つの表面修飾反応を例証する。

さらに、図１Ｃはまた、シラン官能基を修飾するための２工程プロセスの例を提供する。この実施形態において、シラン基のほんの一部しかビニル化合物と反応しない（ｙ＞ｘのとき、プレポリマーがグラフティングのために使用される際に、反応部位増幅が達成される）。得られるポリマーは、未反応シラン基をさらに含み、この未反応シラン基は、別のビニル基と反応し、ポリマー表面と共有結合する２つの異なる表面修飾化合物を含む、表面修飾ポリマーを生成する。

（ポリマー）
ポリマー表面に未反応官能基を有するポリマーを生じる、任意のモノマーまたはモノマーの組み合わせが、本発明において使用され得る。しかし、一般的に、３つのタイプのポリマー（偏比ポリマー、予め架橋したポリマー、および不完全架橋ポリマー）は、本発明の表面修飾ポリマーを生成するときに有用である。代表的な偏比ポリマーとして、シリコーンＲＴＶ、ポリウレタン、エポキシ、ポリウレア、不飽和ポリエステルなどが挙げられるが、これらに限定されない。代表的な予め架橋したポリマーとして、任意のビニル含有エラストマー系（例えば、ポリ（イソブチレンイソプレン）、ポリ（スチレンブタジエン）、ポリ（イソプレン）、ポリ（ブタジエン）、ポリクロロプレン）、調合され、そして粉末にされ得るビニル含有ラバーガムなどが挙げられるが、これらに限定されない。予め架橋したラバーは、本明細書に記載されるように表面修飾され得、加硫され得る。代表的に、加硫は、比較的高い温度を必要とし；従って、低温反応（例えば、表面修飾）は、加硫反応の前に行なわれ得る。加硫反応は、ポリマー中の反応性官能基を減少または除去することが理解されるべきである。従って、本発明の範囲は、表面修飾ポリマー内の反応性官能基が、表面修飾ポリマーをさらに処理すること（例えば、表面修飾ポリマーを加硫すること）によって減少または除去される、表面修飾ポリマーを含む。代表的な不完全架橋ポリマーとして、任意のビニル含有エラストマー系（例えば、ポリ（イソブチレンイソプレン、ポリ（スチレンブタジエン）、ポリ（イソプレン）、ポリ（ブタジエン）、ポリクロロプレン）、調合され、そして粉末にされ得るビニル含有ラバーガムなどが挙げられる）をも含むが、これらに限定されない。架橋反応は通常完全ではなく、従って、表面修飾は、未反応官能基を用いて行なわれ得る。

１つの実施形態において、本発明のポリマーは、各成分が相補的な反応性官能基を含む、少なくとも２つの異なる成分を組み合わせることによって調製される。バルクポリマーマトリックスおよびポリマー表面内に未反応官能基を提供するため、少なくとも１つの成分が過剰であるように、各成分の割合が選択される。好ましくは、本発明のポリマーは、バルクポリマーマトリックス内に、１０，０００モノマー単位当たり少なくとも１つの反応性官能基を含む。より好ましくは、本発明のポリマーは、バルクポリマーマトリックス内に、１，０００モノマー単位あたり１つの反応基を含む。そして最も好ましくは、本発明のポリマーは、バルクポリマーマトリックス内に、１００モノマー単位当たり１つの反応性官能基を含む。好ましくは、これらのポリマーは、偏比の各成分を用いて生成される。特に有用な偏比ポリマーとして、以下が挙げられるが、これらに限定されない：
シラン反応性重合可能官能基、およびオレフィン反応性重合可能官能基を含むモノマーから生成され得る、シリコーンポリマー（例えば、ＧＥのＲＴＶ ６１５、およびＤｏｗ ＣｏｒｎｉｎｇのＳｙｌｇａｒｄ １８４，１８２ １８６）；
ジイソシアネート反応性重合可能官能基、およびジアルコール反応性重合可能官能基、またはジアミン反応性重合可能官能基を含む、モノマーから生成され得るポリウレタン／ポリウレアポリマー（例えば、Ｓｙｎａｉｒの２６１２０２０、２６１Ｓ１１１および２６１Ｓ３３３、またはＵｎｉｒｏｙａｌのＶｉｂｒａｔｈａｎｅ ５０４）；
ジエンモノマーから重合され、従って重合されるとき、１個のモノマー当たり１つの二重結合を有する、ポリイソプレン、ポリブダジエン、ポリクロロプレン。表面のこの二重結合は、ポリマーへの表面修飾化合物の共有結合を可能にする。次に、ポリマーラバーは、柔らかいエラストマー生成物を形成するために加硫され得る；および
スチレンおよびブタジエンの、それぞれオレフィン反応性官能基およびジエン反応性官能基から生成される、スチレンブタジエンラバー；予め架橋したポリマーおよび不完全架橋ポリマーに存在する二重結合は、ポリマーの表面が、修飾されることを可能にする。

好ましくは、本発明のポリマーは、シラン、オレフィン、ヒドロキシル、イソシアネート、エポキシ、およびアミンからなる群から選択される、相補的に反応性の基を含む、偏比ポリマーを含む。相補的に反応性の基は、相互に反応性であるように選択されることが理解されるべきである。例えば、第一モノマー成分が、シラン官能基を含む場合、第二モノマー成分は、オレフィン官能基、ヒドロキシル官能基、またはアミン官能基を含むように選択される。そして、第一モノマー成分が、イソシアネート官能基を含む場合、第二モノマー成分は、ヒドロキシ官能基またはアミン官能基などを含むように選択される。本発明の１つの特定の実施形態において、ポリマーは、シランおよびオレフィン官能基をそれぞれ含む、少なくとも２つのＰＤＭＳ樹脂から誘導される。

各成分の量は、１つのモノマー単位の反応性官能基の相対モル比が、他よりも過剰で存在するように選択される。この様式において、過剰のモノマーの大量の反応性官能基は、バルクポリマーマットリックス内およびポリマー表面で未反応のままである。好ましくは、過剰のモノマーの反応性官能基の少なくとも約１％は未反応のままであり、より好ましくは、少なくとも約６％、そして、最も好ましくは約３０％である。あるいは、本発明のポリマーは、約１０，０００モノマー単位あたり、好ましくは約１，０００モノマー単位あたり、そしてより好ましくは約１００モノマー単位あたり、１つの未反応官能基を含む。

１つの実施形態において、ポリマーは２つのモノマー／ポリマー成分から誘導される。好ましくは、ポリマーは、１：１０〜約１：３の相対モル化学量論的当量比、より好ましくは１：５〜約１：２の相対モル比、最も好ましくは１：２〜約１：１．１の相対的モル比で、モノマー／プレポリマーを混合することによって生成される。

（他の適切なポリマー材料）
Ａｌｌｃｏｃｋら、Ｃｏｎｔｅｍｐｏｒａｒｙ Ｐｏｌｙｍｅｒ Ｃｈｅｍｉｓｔｒｙ、第二版は、一般的に、ガラス遷移温度とガラス液化温度との間の温度で存在するポリマーとして、エラストマーを開示する。ポリマー鎖が力に応じて骨格鎖を解くねじれの動きを容易に行なうため、エラストマー材料は、弾性な特性を示す（ここで、骨格鎖は確実に、骨格鎖が力がないときの以前の形状に再度ねじれる）。一般的に、エラストマーは力を適用すると変形するが、その後、力を取り除くと元の形に戻る。エラストマー材料によって示される弾性は、ヤング係数によって特徴づけられ得る。約１Ｐａ〜約１ＴＰａの間、より好ましくは約１０Ｐａ〜約１００ＧＰａの間、より好ましくは約２０Ｐａ〜約１ＧＰａの間、より好ましくは約５０Ｐａ〜約１０ＭＰａの間、およびより好ましくは約１００Ｐａ〜約１ＭＰａの間のヤング係数を有するエラストマー材料が、本発明について特に有用である。しかし、これらの範囲外のヤング係数を有するエラストマー材料および非エラストマー材料はまた、特定の用途の必要性に応じて使用され得る。

本発明の表面修飾ポリマーは、様々なエラストマー、好ましくは偏比ポリマーから生成され得る。いくつかの用途において、本発明の表面修飾ポリマーは、ＧＥ ＲＴＶ ６１５（ビニルシラン架橋シリコーンエラストマー）のようなエラストマーポリマーから生成される。表面修飾ポリマーを生成するときに有用である材料のための重要な必要条件は、未反応官能基でポリマーを形成する能力である。

本発明の１つの特定の実施形態において、モノリシックのポリマーは、共に結合し得る複数のエラストマー層から生成される。以下で詳細に記載される、多層の柔らかいリソグラフィーの場合、エラストマー層は別々に硬化され、その次に共に結合される。このスキームは、硬化された層が共に結合するために十分な反応性を有することを必要とする。この２つの結合層は、互いに結合し得る同じタイプであり得るか、もしくは互いに結合し得る２つの異なるタイプであり得る。他の可能性として、層間の接着剤の使用および熱加硫性エラストマーが挙げられる。

ポリマーの化学物質、前駆体、合成方法、反応条件および可能性のある添加剤は非常に多様であるので、莫大な数の可能性のあるポリマー系、好ましくはエラストマー系が以下で議論される、微小流体デバイスのようなモノリシックエラストマー構造を生成するために使用され得る。最も使用され得る材料の差異は、特定の材料性質（例えば、堅さ、気体透過性、または温度安定性）の必要によって生じる。

一般的なエラストマーポリマーとして、ポリイソプレン、ポリブタジエン、ポリクロロプロピレン、ポリイソブチレン、ポリ（スチレン−ブタジエン−スチレン）、ポリウレタンおよびシリコーンが挙げられるが、これら限定されない。以下は、本発明に関連して使用され得る、エラストマー材料の非排他的なリストである：ポリイソプレン、ポリブタジエン、ポリクロロプレン、ポリイソブチレン、ポリ（スチレン−ブダジエン−スチレン）、ポリウレタン、およびシリコーンポリマー；またはポリ（ビス（フルオロアルコキシ）ホスフォゼン）（ＰＮＦ、Ｅｙｐｅｌ−Ｆ）、ポリ（カルボラン−シロキサン）（Ｄｅｘｓｉｌ）、ポリ（アクリロニトリル−ブタジエン）（ニトリルラバー）、ポリ（１−ブテン）、ポリ（クロロトリフルオロエチレン−ビニリデンフロリドコポリマー（Ｋｅｌ−Ｆ），ポリ（エチレンビニルエーテル）、ポリ（ビニリデンフロリド）、ポリ（ビニリデンフロリド−ヘキサフロロプロピレン）コポリマー（Ｖｉｔｏｎ）、ポリビニルクロリド（ＰＶＣ）のエラストマー組成物、ポリスルホン、ポリカーボネート、ポリエチルメタクリレート（ＰＭＭＡ）、およびポリテトラフルオロエチレン（Ｔｅｆｌｏｎ）。

さらに、クロロシラン、またはメチルシラン、エチルシラン、およびフェニルシラン、またはポリジメチルシロキサン（ＰＤＭＳ）ポリーマー（例えば、Ｄｏｗ Ｃｈｅｍｉｃａｌ Ｃｏｒｐ．のＳｙｌｇａｒｄ １８２、１８４もしくは１８６、または脂肪族ウレタンジアクリレート（例えば、ＵＣＢ ＣｈｅｍｉａｌのＥｂｅｃｒｙｌ ２７０またはＩｒｒ ２４５であるが、これに限定されない））のような取り込み材料もまた使用され得る。

いくつかの方法において、エラストマーはまた、同じ分類の非架橋性ポリマー鎖で「ドープ（ｄｏｐｅ）」され得る。例えば、ＲＴＶ ６１５は、ＧＥ ＳＦ９６−５０ シリコーン流体で希釈され得る。これらは、未硬化エラストマーの粘度を低減する役目をし、硬化エストラマーのヤング係数を低減する。基本的に、架橋可能ポリマー鎖は、「不活性な」ポリマー鎖の付加によってさらに離れて分散し、従って、こては「希釈」と呼ばれる。ＲＴＶ ６１５は、９０％希釈まで硬化し、ヤング係数を著しく低減する。

エラストマー材料をドープする他の例として、電気的処理または磁気種の導入を含み得る。所望であるように、エラストマー材料と異なる屈折率を有する微粒子材料（すなわち、シリカ、ダイアモンド、サファイア）でのドープはまた、材料の屈折率を変化させるシステムとして考えられている。強く吸収する粒子または不透明粒子は、入射光に有色であるか、もしくは不透明であるエラストマーを与えるために添加され得る。これは、おそらく、光学的にアドレス可能なシステムで有益であり得る。

エラストマーは、本発明の特定の表面修飾ポリマー物品（例えば、微小流体デバイス）を構築するために好ましい材料であるが、非エラストマーベースのポリマー物品もまた、本発明の範囲内である。

（表面修飾化合物）
幅広い種類の表面修飾化合物は、所望の粒子の特徴に依存してポリマー表面を修飾するために使用され得る。適切な表面修飾化合物を選択することによって、得られる表面修飾ポリマーは、生体適合性、化学的耐性、親水性、疎水性、非固着性、水和性、またはその組み合わせであるように製造され得る。例えば、ポリエチレングリコール（ＰＥＧ）、ｍＰＥＧ、ポリビニルアセテート（ＰＶＡ）、ポリ（メチルメタクリレート）（ＰＭＭＡ）、ポリ（エチレンビニルアセテート）、ポリ（２−ヒドロキシエチルメタクリレート）、ポリビニルピロリドン、ＣＨ_２＝ＣＨ−ＰＥＧ（すなわち、単一ビニル末端化ＰＥＧ）、Ｔｅｆｌｏｎ（登録商標）、ポリカーボネート、ＣＨ_２＝ＣＨ−（ＣＨ_２）_ｎ−Ｔｅｆｌｏｎ（登録商標）（ここで、ｎ＝１〜２０、すなわち、単一または二重ビニル末端化Ｔｅｆｌｏｎ（登録商標））、ＣＨ_２＝ＣＨ−（ＣＨ_２）_ｎ−フルオロポリマーなどが、ポリマーをポリマーで記号性または溶媒耐性にするために使用され得る。そして非粘着性表面を有するポリマーは、Ｔｅｆｌｏｎ（登録商標）、フルオロ含有ポリマーおよびフルオロ含有コポリマー、化学溶媒耐性のためのビニル末端または側鎖基および非粘着性表面を有する同様物のよな、表面修飾化合物を使用することによって生成され得る。さらに、親水性表面を有するポリマーは、ポリビニルピロリドン、ＰＶＡ、ＰＥＧなどのような、表面修飾化合物を有することによって生成され得る。さらに、小さい表面摩擦を有するポリマーは、ポリビニルピロリドン、ＰＶＡ、ＰＥＧ、Ｔｅｆｌｏｎ（登録商標）などのような、表面修飾化合物を使用することによって生成され得る。さらに、クロマトグラフィーに有用なポリマーは、クロマトグラフィーカラムの固定相を形成する表面修飾化合物を使用することにより生成され得る。固定相を形成し得る代表的な表面修飾化合物として、Ｃ_１８グラフティングのため（例えば、Ｃ_１８逆相クロマトグラフィーの固定相のため）の１−オクタデカノール、１−オクタデセン、オクタデシルシラン、オクタデシルトリクロロシラン、オクタデシルイソシアナート、トリオクテデシルシランなど、およびＣ_８、Ｃ_４またはＣ_２グラフティングのための対応する化学物質が挙げられるがこれらに限定されない。

上記のように、内因性官能基を有するポリマーの表面は、表面修飾化合物を化学結合させることによって容易に修飾され得ることが、本発明によって見出されている。このようなポリマーは、別々のポリマー表面活性化工程を必要とする。

本発明の１つの特定の実施形態において、表面修飾化合物は、得られる表面修飾ポリマーを生体適合性にする。好ましくは、生体適合性ポリマーは、ポリエチレングリコール、メチルポリエチレングリコール、ＣＨ_２＝ＣＨ−ＰＥＧ（単一ビニル末端化ＰＥＧ）、およびＣＨ_２＝ＣＨ−（ＣＨ_２）_ｎ−Ｔｅｆｌｏｎ（単一または二重ビニル末端化Ｔｅｆｌｏｎ）からなる群から選択される表面修飾化合物を共有結合することから誘導される。

別の実施形態において、表面修飾ポリマーは、クロマトグラフィーカラムとしての役目を果し、表面修飾ポリマーに存在する、フローチャンネルの内面に適切な固定相化合物を共有結合させることによって、クロマトグラフィーカラムとして使用される。フローチャンネルを含む表面修飾ポリマーは、以下で詳細に議論される。

特定の応用のために適切な固定相化合物は、当事者に周知である。例えば、有用な固定相化合物として、Ｃ_１８グラフティングのため（例えば、Ｃ_１８逆相ＬＣの固定相のため）の１−オクタデカノール、１−オクタデセン、オクタデシルシラン、オクタデシルトリクロロシラン、オクタデシルイソシアナート、トリオクテデシルシランなど、およびＣ_８、Ｃ_４またはＣ_２固定相のための対応する化学物質が挙げられる。

固定相化合物は、共有結合を形成するために十分な条件下で、固定相化合物を内面に接触することによって、クロマトグラフィーカラムの内面に結合され得る。例えば、内因性シラン官能基（例えば、Ｓｉ−Ｈ）を含むポリマーへの１−オクテデセンの結合は、末端オレフィン基を有する１−オクタデセンとポリマーを接触（例えば、浸沈、噴霧、またはコーティング）させることによって達成され得る。シラン基はオレフィン基と反応して、アルキル−シラン結合を形成し、Ｃ−１８固定相カラムを生成する。本発明の１つの特定の実施形態において、固定相化合物は、中空カラム液体クロマトグラフィー（例えば、ＯＴＬＣ）カラム、充填キャピラリー液体クロマトグラフィー（例えば、ＰＣＬＣ）カラム、またはその混合物を形成するのに有用である。

一般的に、表面修飾化合物は、共有結合を形成するために十分な条件下で、表面修飾化合物をポリマー表面に結合させることによって、ポリマー表面に共有結合され得る。例えば、ポリエチレングリコールと内因性シラン官能基（例えば、Ｓｉ−Ｈ）を含むポリマーとの間の共有結合形成は、末端ヒドロキシ基を有するポリエチレングリコールとポリマー表面を接触（例えば、浸沈、噴霧、またはコーティング）させることによって達成され得る。図２は、シラン官能基を含むポリマー表面を修飾するための３つの方法を概略的に図解する。最初の方法において、シランはヒドロキシ基と反応して、シリコン−酸素結合を形成する。そして、図２の第二および第三方法は、シランとオレフィンとの反応によるシリコン−アルキル結合の形成を図解する。

表面修飾化合物は、ポリマーの内因性官能基と共有結合を形成するとき、不活性溶媒中で溶液の形態であり得る。つまり、表面修飾化合物が、反応温度より低い融解温度（例えば、２００℃以下）を有する気体、液体、または固体であるとき、いかなる溶媒もなしで直接使用され得る。表面修飾化合物が溶液中である場合、使用される溶媒は、反応条件下で反応性の官能基に比較的不活性である。特定の反応性官能基に適切な不活性溶媒は、当業者に周知である。例えば、シラン反応性官能基に適切な不活性溶媒として、水、メタノール、エタノール、イソプロパノール（ＩＰＡ）、炭化水素、エチルエーテル、テトラヒドロフラン、ジメトキシエタン（ＤＭＥ）、ジメチルホルムアルデヒド、クロロホルム、ジクロロメタン、トルエン、キシレンなどが挙げられる。

代表的に、少なくとも約１等量、好ましくは約１０等量、そしてより好ましくは約１００等量の表面修飾化合物が使用される。本明細書で使用される場合、表面修飾化合物の等量は、ポリマー表面に存在する内因性官能基の理論的な量に相当する表面修飾化合物の活性官能基の等量をいう。

ポリマーと表面修飾化合物との間の反応温度は、高温でのポリマーの安定性、官能基の濃度および反応性、触媒の濃度、形成される共有結合の安定性などを含む、様々な要因に依存する。例えば、ＰＥＧをシラン反応性官能基を含むポリマーと反応させるとき、反応温度は代表的に、２０℃〜約２００℃、好ましくは約５０℃〜約１２０℃、そしてより好ましくは７０℃〜約９０℃である。

反応時間はまた、表面修飾化合物の濃度、触媒の濃度、反応温度、官能基の反応性などのような様々な要因に依存する。アリルＰＥＧまたはオレフィン（例えば、１−オクタデセン）とシラン基を含むポリマーを反応させるとき、反応時間は代表的に、約１０分〜約２４時間、好ましくは約２０分〜約４時間、そしてより好ましくは約３０分〜約２時間である。

（応用）：
本発明の表面修飾ポリマーは、一般的なポリマーについての従来公知の方法すべてを含む様々な応用において、特に、表面修飾ポリマーが現在使用されている応用において、有用である。例えば、共有結合したＰＥＧを含む本発明の表面修飾ポリマーは、生体適合性であり、タンパク質吸着および細胞付着を低減するか、あるいは防ぐ。これらのタイプの表面修飾ポリマーは、バイオセンサー、コンタクトレンズ、細胞内レンズ、清潔食品容器、心臓弁、血液貯蔵容器、血液接触チュービング、細胞およびタンパク質分離システム、カテーテル、免疫アッセイ、透析膜、酵素反応器、固相核酸またはペプチド合成、ペースメーカーリードなどとして特に有用である。そして化学的安定な表面表面修飾ポリマー（例えば、ポリ（テトラフルオロエチレン）（ＰＴＦＥまたはＴｅｆｌｏｎ（登録商標））を共有結合することによって誘導されたもの）は、化学溶媒耐性が所望である適用（例えば、シール、ガスケット、溶媒容器、機械部品、チュービング、非粘着性表面など）において有用であり得る。さらに、低い表面摩擦を有する表面修飾ポリマーは、このようなポリマーが所望である様々な適用（例えば、カテーテルなど）において有用であり得る。さらに、フローチャンネルの内面に共有結合固定相化合物を含む本発明の表面修飾ポリマーは、クロマトグラフィー処理において有用であり、タンパク質、ペプチド、および他の有機分子を分離するために使用され得る。例えば、表面修飾ポリマーに結合した固定相化合物は、逆相ＬＣ、順相ＬＣ、アフィニティーＬＣ、疎水相互作用ＬＣ、カチオン／アニオン相互作用ＬＣなどに使用され得る。さらに、親水性の表面修飾ポリマーは、親水性ポリマー表面を必要とする、いかなる応用にも使用され得る。このような親水性表面修飾ポリマーは、親水性表面修飾化合物（例えば、ポリ（２−ヒドロキシエチルメタクリレート）、ポリビニルピロリドンなど）で、内因性官能基を含むポリマーを表有結合することによって生成され得る。

（微小流体デバイス）
本発明の１つの特定の局面において、表面修飾ポリマーは、微小流体デバイスを製造するときに使用される。微小流体デバイスの使用は、基礎研究および生物学的適用（小規模サンプル調製、化学合成、薬剤送達、生物医学デバイス）、および微小規模デバイスが所望である他の適用において、最近一般的に増加してきた。これらの微小流体デバイスがしだいに知られてきているが、微小流体デバイスを使用することの制限の１つは、ポリマー表面への生物分子のＮＳＢである。微小流体環境の体積に対する表面積の高い割合のため、デバイス表面の微小流体デバイスにおける試薬の吸着は、試薬濃度の有意な変化およびキャリーオバー混入などを生じる。従って、微小流体デバイスへの生物分子のＮＳＢを低減することが、特に重要である。また、多くのポリマーは生物系で非適合性であり、多くの従来のポリマーは有機溶媒に化学的に耐性ではなく、従って、これらの微小流体デバイスの、生物系に関する適用および有機溶媒に関する適用を不安定にする。

従来のポリマーの表面は、ポリマー表面を活性化し、表面修飾化合物を共有結合することにより修飾され得るが、これらの処理は、別々の表面活性化工程を必要とし、微小流体デバイスを構築する費用および時間を増大させる。さらに、多くの表面活性化処理は、不適切な量の表面活性化を生じ、従って、得られるポリマーは、なおもそれらが使用される環境に不適合性である。

内因性官能基を含むポリマーから構築される微小流体デバイスは、表面修飾化合物を共有結合するために十分な量の内因性官能基が存在するようポリマーを生成することによって、これらの欠点を回避し得る。さらに、内因性官能基を含むポリマーは、別々の表面活性化工程を必要とせず、従って、微小流体デバイスの構築の費用と時間を著しく低減する。

微小流体デバイスは、当業者に公知の任意の従来の方法（２０００年６月２７日に出願された、米国特許出願第０９／６０５，５２０号、ＰＣＴ公開番号ＷＯ ０１／０１０２５、およびＵｎｇｅｒら（２０００）Ｓｃｉｅｎｃｅ ２８８：１１３−１１６（これらは、その全体が本明細書中に参考として援用される）に開示される、単一および複層の軟らかいリソグラフィー（ＭＬＳＬ）技術および／または犠牲層カプセル化方法を含む）によって構成され得る。

本発明の微小流体デバイスは、微小構築化フローチャンネルを含む。さらに、本発明の微小流体デバイスは、必要に応じてさらに、試薬、溶媒、およびサンプルのような流れる流体（すなわち、気体、または好ましくは液体）のための様々な配管部品（例えば、ポンプ、弁および接続チャンネル）を含み得る。微小流体デバイスはまた、反応試薬を保存するためのリザバのアレイを含み得る（例えば、溶媒、サンプル、溶出液、および他の試薬が、それぞれ異なるリザバで保存され得る）。フローチャンネルは、バルクポリマーマトリックス中に位置され得るか、あるいは固体支持体およびバルクポリマーマトリックスの混合体に含まれ得る。従って、フローチャンネルは、内面（バルクポリマーマトリックスによって規定された、少なくとも１部分の内面）を含む。

好ましくは、表面修飾化合物は、バルクポリマーマトリックスの外面および／またはフローチャンネルの内面を含む、表面修飾が所望である任意の表面に共有結合する。微小流体デバイスは、様々な適用に適して相互接続する、複数の微小構築化フローチャンネルを含み得る。フローチャンネルはまた、光学的インタロゲーションを可能にする窓を含む。

微小流体デバイスは、小さいサンプルサイズおよび試薬の量を要求する。それはまた、試薬交換率および、サンプル分析またはサンプル調製の速度を増加させる。さらに、微小流体デバイスは、平行化を提供する：多くのフローチャンネルが同じ基質（例えば、ポリマー）に構築され得る。これは、複数の多様なサンプルの同時の分析、調製、および／または合成を可能にする。これらの利点全ては、高速で高スループットなサンプル調製、分析、および／または合成レジームをもたらす。

（微小流体デバイスの基本的特徴）
本発明の微小デバイスは、基本的「フローチャンネル」構造を含む。用語「フローチャンネル」、「流体チャンネル」、または「微小構築化フローチャンネル」は、気体、または好ましくは液体のような流体流れを含み得る構造の陥凹をいう。好ましくは、表面修飾化合物は、フローチャンネルの内面に共有結合する。

微小流体デバイスはまた、コントロールチャンネルを含み得る。コントロールチャンネルは、１つ以上の弁から構成される微小流体デバイスの配管部品（例えば、弁およびポンプ）として機能する。「弁」は、フローチャンネルとコントロールチャンネルを分離する、バルクポリマーマトリックスの１部分、好ましくは、エラストマー部分をいう。弁は、コントロールチャンネルに適用される作動力に応答して、フローチャネル内に撓み可能またはフローチャネルから収縮可能であり得る。

コントロールチャンネルの内面はまた、表面修飾化合物に共有結合され得る。しかし、コントロールチャンネルは代表的に、不適合性環境条件で接触しないため、コントロールチャンネルの内面に、表面修飾化合物を結合させる必要はない。

いくつかの適用において、微小構築化フローチャンネルは、チップ（たとえば、エラストマーチップ）上に成型される。チャンネルを封鎖する平面基質（例えば、ガラス製カバースリップ、または別のポリマー）にチップを結合することによって、流体チャンネルが形成される。したがって、流体チャンネルの一面が、平面基質によって提供される。代表的に、表面修飾化合物は、流体チャンネルの内面に結合する。しかし、試薬またはサンプル流体に接触し得る、いかなる微小流体デバイス表面もまた、表面修飾化合物と共有結合し得ることが認識されるべきである。例えば、、移植可能な微小流体デバイスにおいて、バルクポリマーマトリックスの流体フロー内面およびバルクポリマーマトリックスの外面を含む、好ましくは、ポリマー表面全体は、生体適合性表面修飾化合物と共有結合し、従って、ホスト（例えば、患者）とデバイスとの間の、いかなる可能な相互作用をも低減または除去し得る。

上記のように、配管部品はまた、微小流体デバイス内に微小構築され得る。従って、微小流体デバイスは、複数の流体チャンネルが存在する一体化フローセルを含み得る。さらに、微小流体デバイスはまた、フローセルへのおよびフローセルからの流体流れを制御するための、流体部品（例えば、マイクロポンプ、マイクロ弁、および接続チャンネル）を含み得る。あるいは、本発明の微小流体デバイスは、他の配管デバイスを利用し得る。例えば、Ｚｄｅｂｌｉｃｋら、Ａ Ｍｉｃｒｏｍｉｎｉａｔｕｒｅ Ｅｌｅｃｔｒｉｃ−ｔｏ−Ｆｌｕｉｄｉｃ Ｖａｌｖｅ、Ｐｒｏｃｅｅｄｉｎｇｓ ｏｆ ｔｈｅ ４ｔｈ Ｉｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌ Ｃｏｎｆｅｒｅｎｃｅ ｏｎ Ｓｏｌｉｄ Ｓｔａｔｅ Ｔｒａｎｓｄｕｃｅｒｓ ａｎｄ Ａｃｔｕａｔｏｒｓ、１９８７；Ｓｈｏｊｉら、Ｓｍａｌｌｅｓｔ Ｄｅａｄ Ｖｏｌｕｍｅ Ｍｉｃｒｏｖａｌｖｅｓ ｆｏｒ Ｉｎｔｅｇｒａｔｅｄ Ｃｈｅｍｉｃａｌ Ａｎａｌｙｚｉｎｇ Ｓｙｓｔｅｍｓ、Ｐｒｏｃｅｅｄｉｎｇｓ ｏｆ Ｔｒａｎｓｄｕｃｅｒｓ ’９１、Ｓａｎ Ｆｒａｎｃｉｓｃｏ、１９９１；およびＶｉｅｉｄｅｒら、Ａ Ｐｎｅｕｍａｔｉｃａｌｌｙ Ａｃｔｕａｔｅｄ Ｍｉｃｒｏ Ｖａｌｖｅ ｗｉｔｈ ａ Ｓｉｌｉｃｏｎ Ｒｕｂｂｅｒ Ｍｅｍｂｒａｎｅ ｆｏｒ Ｉｎｔｅｇｒａｔｉｏｎ ｗｉｔｈ Ｆｌｕｉｄ Ｈａｎｄｌｉｎｇ Ｓｙｓｔｅｍｓ、Ｐｒｏｃｅｅｄｉｎｇｓ ｏｆ Ｔｒａｎｓｄｕｃｅｒｓ ’９５、Ｓｔｏｃｋｈｏｌｍ、１９９５を参照のこと。これら全ては、その全体が本明細書中に参考として援用される。

本発明の微小流体デバイスの少なくともいくつかの部品が、微小構築される。微小構築化流体チャンネルおよび／または微小構築化配管部品の使用は、死空間を著しく減少するか、試薬を交換するために必要な時間を低減し、このことは代わりにスループットを増大する。微小構築とは、１０００μｍより少ない、微小構築化構造の少なくとも１つの寸法を有する、ミクロンレベルの装置の寸法をいう。いくつかの微小流体デバイスにおいて、流体チャンネルのみが微小構築される。いくつかの微小流体デバイスにおいて、流体チャンネルに加え、弁、ポンプ、および接続チャンネルがまた微小構築される。指定されない限り、以下で議論される微小構築は、微小流体デバイス（例えば、流体チャンネル、弁、ポンプ、および接続チャンネル）の全ての微小構築化部品の製造に適用される。

上記のように、様々な材料が、微小流体デバイスを製造するために使用され得る。好ましくは、本発明の微小流体デバイスは、エラストマーポリマーを含む。いくつかの実施形態において、微小流体デバイスは、共に結合したエラストマーの様々な層から作られた、一体化（すなわち、モノリシック）微小構造である。これらの様々なエラストマー層を共に結合させることによって、様々なエラストマー層に沿って拡がる陥凹が、得られるモノリシック（一体化）微小構造を介して、流体チャンネルおよび／またはコントロールチャンネルを形成する。

一般的に、微小構築化構造（例えば、流体チャンネル、ポンプ、弁、および接続チャンネル）は、約０．０１〜１０００ミクロンの幅、および０．１：１〜１００：１の間の幅：深さの割合を有する。好ましくは、幅は、１０〜２００ミクロンの範囲であり、幅：深さの比は、３：１〜１５：１である。
（微小製造（ｍｉｃｒｏｆａｂｒｉｃａｔｉｏｎ）の基本的方法）
種々の方法は、本発明の微小流体デバイスの微小製造要素を生成するために使用され得る。微小チャネル（例えば、流体フローチャネル）、弁およびポンプの製造は、上記で援用する２０００年６月２７日に出願された、米国特許出願第０９／６０５，５２０号、ＰＣＴ公開第ＷＯ ０１／０１０２５号、およびＵｎｇｅｒら（２０００）Ｓｃｉｅｎｃｅ ２８８：１１３−１１６に記載されるように行われ得る。

いくつかの方法において、図３〜図９Ｂに図示されるように、あらかじめ硬化されたエラストマー層が、構築され、そしてフローチャネルを生成するために結合される。図３に図示されるように、第一の微小加工鋳型（ｍｉｃｒｏ−ｍａｃｈｉｎｅｄ ｍｏｌｄ）１０が提供される。微小加工鋳型１０は、フォトリソグラフィー、イオンミリング（ｉｏｎｍｉｌｌｉｎｇ）、および電子ビームリソグラフィーが挙げられるがこれらに限定されない、多くの従来のシリコーン処理方法により製造され得る。微小加工鋳型１０は、これらに沿って延びる隆起線または突出部１１を有する。第一のエラストマー層２０は、鋳型１０の上でキャストされ、その結果、第一の陥没部２１が、示されるように、エラストマー層２０の底面に形成され得る（陥没部２１は、寸法において突出部１１に対応する）。

図４で見られ得るように、第二の微小加工鋳型１２に沿って延びる隆起した突出部１３を有する第二の微小加工鋳型１２もまた、提供される。第二のエラストマー層２２は、示されるように、鋳型１２の上でキャストされ、その結果、陥没部２３は、突出部１３の寸法に対応するこの底面で形成され得る。

図５および図６で図示される引き続く工程において見られ得るように、第二のエラストマー層２２は、次いで鋳型１２から取り出され、そして第一のエラストマー層２０の上に載せられる。見られ得るように、第二のエラストマー層２２の底面に沿って延びる陥没部２３は、フローチャネル３２を形成する。

図７を参照すると、次いで、別個の第一のエラストマー層２０および第二のエラストマー層２２（図６）が一緒になって、一体型の（すなわち、モノリシック）エラストマー構造２４を形成する。

図８および図９Ａの引き続く工程において見られ得るように、エラストマー構造２４は、次いで鋳型１０から取り出され、そして平面基材１４の上に配置される。図９Ａおよび図９Ｂにおいて見られ得るように、エラストマー構造２４がその底面において平面基材１４に封着されている場合、陥没部２１は、フローチャネル３０を形成する。

本発明のエラストマー構造は、殆ど任意の滑らかな平面基材と、可逆的な気密性封着を形成し得る。この様式で封着を形成することに対する利点は、エラストマー構造が剥き上げられ（ｐｅｅｌｅｄ ｕｐ）得、洗浄され得、そして再使用され得ることである。いくつかの微小流体デバイスにおいて、平面基材１４は、ガラスである。ガラスを使用するさらなる利点は、ガラスが透明であり、エラストマーチャネルおよびエラストマーリザーバーの光学的なインタロゲーションを可能にすることである。あるいは、このエラストマー構造は、上記と同様の方法によって平らなエラストマー層の上に結合され得、永久的かつ強力な結合を形成する。より高い背圧が使用される場合、このことは、有利さを証明し得る。

いくつかの方法において、微小製造は、各々のエラストマー層を「その場で（ｉｎ ｐｌａｃｅ）」硬化することを含む（図１０〜図２０）。これらの方法において、流体フローおよびコントロールチャネルは初めにエラストマー層（またはガラスを含み得る他の基材）の表面上の犠牲層をパターン化し、チャネルが所望される犠牲層の隆起線を残すことによって規定される。次に、第二のエラストマー層は、この上に加えられ、そして第二の犠牲層は、チャネルが所望される犠牲層の隆起線を残して、この第二のエラストマー層の上にパターン化される。第三のエラストマー層は、この上に沈着される。最後に、この犠牲層は、適切な溶媒を用いて、エラストマーから犠牲層を溶解することによって除去され、この犠牲層の除去により形成される間隙が、微小流体デバイスを貫通するフローチャネルになる。

図１０を最初に参照すると、平面基材４０が、提供される。第一のエラストマー層４２は次いで、平面基材４０の上で沈着され、そして硬化される。図１１を参照すると、第一の犠牲層４４Ａは次いで、エラストマー層４２の上に沈着される。図１２を参照すると、犠牲層４４Ａの一部分が除去され、その結果、犠牲層の第一のライン４４Ｂのみは、示されるように残る。図１３を参照すると、第二のエラストマー層４６は、示されるように、次いで第一のエラストマー層４２の上に、およびこの犠牲層の第一のライン４４Ｂの上に沈着され、これによって第一のエラストマー層４２と第二のエラストマー層４６との間に犠牲層の第一のライン４４Ｂを入れる。図１４を参照すると、エラストマー層４６は、次いで層４２の上で硬化され、モノリシックなエラストマー基材４５を形成するために互いに層を結合させる。

図１５を参照すると、第二の犠牲層４８Ａは次いで、エラストマー構造４５の上に沈着される。図１６を参照すると、第二の犠牲層４８Ａの一部分は除去され、示されるように、エラストマー構造４５の上の第二の犠牲層４８Ｂのみを残す。図１７を参照すると、第三のエラストマー層５０は次いで、示されるように、エラストマー構造４５（第二のエラストマー層４２および犠牲層の第一のライン４４Ｂからなる）および第二の犠牲層４８Ｂの上に沈着され、これによってエラストマー構造４５と第三のエラストマー層５０との間に犠牲層の第二のライン４８Ｂが入る。

図１８を参照すると、第三のエラストマー層５０およびエラストマー構造４５（互いに結合した第一のエラストマー層４２および第二のエラストマー層４６を含む）は次いで、示されるように、ここを貫通する犠牲層４４Ｂおよび犠牲層４８Ｂを有する、モノリシックなエラストマー構造４７を一緒になって形成する。図１９を参照すると、犠牲層４４Ｂおよび犠牲層４８Ｂは次いで、除去され（例えば、溶媒中で溶解することによって）、その結果、第一のフローチャネル６０および第二のフローチャネル６２は、示されるようにこれらの場で提供され、エラストマー構造４７を貫通する。最後に図２０を参照すると、平面基材４０は、一体型のモノリシック構造の底部から除去され得る。
（多層構成）
穏やかなリソグラフィー結合は、複数の流体フローチャネルを含む一体型のシステムを構築するために使用され得る。異なる層が異なる化学を有する異種結合が、使用され得る。例えば、各々のエラストマー層を互いに結合するために使用される結合プロセスは、ＲＴＶ６１５シリコーンの２つの層を互いに結合することを含み得る。ＲＴＶ６１５シリコーンは、２部の付加硬化シリコーンゴムである。部分Ａは、ビニル基および触媒を含み；部分Ｂは、シラン（Ｓｉ−Ｈ）基を含む。ＲＴＶ６１５の従来の比は、１０Ａ：１Ｂである。結合に関して、一方の層は３０Ａ：１Ｂ（すなわち、ビニル基過剰）で作製され得、そして他方の層は３Ａ：１Ｂ（すなわち、シラン基過剰）で作製され得る。各々の層は、別々に硬化される。これらの２つの層が、接触され、そして高温で加熱される場合、これらは、不可逆的に結合し、モノリシックなエラストマー基材を形成する。

全ての層が同じ化学を有する同種結合もまた、使用され得る。例えば、エラストマー構造は、Ｓｙｌｇａｒｄ１８２、Ｓｙｌｇａｒｄ１８４、もしくはＳｙｌｇａｒｄ１８６、または脂肪族ウレタンジアクリレート（例えば、ＵＣＢ ＣｈｅｍｉｃａｌからのＥｂｅｃｒｙｌ２７０またはＩｒｒ２４５、しかしこれらに限定されない）を利用して、形成される。例えば、２層エラストマー構造を、精製アクリル化ウレタンＥｂｅ２７０から製造した。薄い底層を、８０００ｒｐｍで１５秒間、１７０℃でスピンコートした。これらの上層および底層を、紫外線光下で１０分間、Ｅｌｅｃｔｒｏｌｉｔｅ ｃｏｒｐｏｒａｔｉｏｎによって製造されたＭｏｄｅｌ ＥＬＣ ５００デバイスを利用して、窒素下で、最初に硬化した。この構築層を、次いで、さらに３０分間硬化した。反応は、Ｃｉｂａ−Ｇｅｉｇｙ Ｃｈｅｍｉｃａｌｓによって製造された０．５％容量／容量のＩｒｇａｃｕｒｅ５００の混合物によって触媒された。この結果、生じたエラストマー材料は、中等度の弾性およびガラスに対する接着性を示した。

いくつかの用途において、２層エラストマー構造を、薄い底層について、２５％Ｅｂｅ２７０／５０％Ｉｒｒ２４５／２５％イソプロピルアルコールの組み合わせから、そして上層として精製アクリル化ウレタンＥｂｅ２７０から製造した。この薄い底層を、紫外線光下で、Ｅｌｅｃｔｒｏｌｉｔｅ ｃｏｒｐｏｒａｔｉｏｎによって製造されたＭｏｄｅｌ ＥＬＣ ５００デバイスを利用して、窒素下で、最初に５分間硬化し、そして上層を最初に１０分間硬化した。この構築層を、次いで、さらに３０分間硬化した。反応は、Ｃｉｂａ−Ｇｅｉｇｙ Ｃｈｅｍｉｃａｌｓによって製造された０．５％容量／容量のＩｒｇａｃｕｒｅ５００の混合物によって触媒された。この結果、生じたエラストマー材料は、中等度の弾性およびガラスに対する接着性を示した。

犠牲層のカプセル化が、図１０〜図２０において上記されるように、エラストマー構造を製造するために使用される場合、連続的なエラストマー層の結合は、未硬化エラストマーを以前硬化したエラストマー層およびその上でパターン化された任意の犠牲材料の上に注ぎ入れることによって達成され得る。エラストマー層間の結合は、硬化エラストマー層のポリマー鎖との未硬化エラストマー層のポリマー鎖の相互浸透および反応が原因で生じる。引き続くエラストマー層の硬化は、結合がエラストマー層間で形成される、モノリシックなエラストマー構造を生成する。

図３〜図９Ｂの方法を最初に参照すると、第一のエラストマー層２０は、微小製造鋳型１２上に、２０００ｒｐｍで３０秒間、ＲＴＶ混合物をスピンコートすることによって、生成され得、約４０ミクロンの厚みを生じる。第二のエラストマー層２２は、微小製造鋳型１１におけるＲＴＶ混合物をスピンコートすることによって、生成され得る。層２０および層２２の両方は、別個に約８０℃で１．５時間、焼かれ得るか、または硬化され得る。この第二のエラストマー層２２は、約８０℃で約１．５時間、第一のエラストマー層２０の上に結合され得る。

微小加工鋳型１０および微小加工鋳型１２は、シリコーンウエーハー上のパターン化された犠牲層であり得る。代表的な局面において、Ｓｈｉｐｌｅｙ ＳＪＲ５７４０犠牲層を２０００ｒｐｍでスピンし、マスクとして高解像透明フィルムを用いて、パターン化し、そして次いで、現像して、高さ約１０ミクロンの逆チャネルを得た。約２００℃で約３０分間、焼いた場合、この犠牲層は再流し、そしてこの逆チャネルは円形になる。必要に応じて、これらの鋳型はシリコーンゴムの接着を防ぐために、各使用の前に、トリメチルクロロシラン（ＴＭＣＳ）蒸気を用いて、約１分間で処理され得る。

（微小製造構造の寸法）
いくつかのチャネル（３０、３２、６０および６２）は好ましくは、約１０：１の幅 対 深さの比を有する。本発明に従う幅 対 深さの比の他の範囲の非限定的一覧は０．１：１〜１００：１であり、さらに好ましくは１：１〜５０：１であり、さらに好ましくは２：１〜２０：１であり、そして最も好ましくは３：１〜１５：１である。代表的な局面においては、チャネル３０、チャネル３２、チャネル６０およびチャネル６２は、約１〜約１０００ミクロンの幅を有する。本発明に従うチャネル幅の他の範囲の非限定的一覧は、約０．０１〜約１０００ミクロンであり、さらに好ましくは約０．０５〜約１０００ミクロンであり、さらに好ましくは約０．２〜約５００ミクロンであり、さらに好ましくは約１〜約２５０ミクロンであり、最も好ましくは約１０〜約２００ミクロンである。代表的なチャネルの幅としては、以下のものが挙げられる：０．１μｍ、１μｍ、２μｍ、５μｍ、１０μｍ、２０μｍ、３０μｍ、４０μｍ、５０μｍ、６０μｍ、７０μｍ、８０μｍ、９０μｍ、１００μｍ、１１０μｍ、１２０μｍ、１３０μｍ、１４０μｍ、１５０μｍ、１６０μｍ、１７０μｍ、１８０μｍ、１９０μｍ、２００μｍ、２１０μｍ、２２０μｍ、２３０μｍ、２４０μｍ、および２５０μｍ。

チャネル３０、チャネル３２、チャネル６０、およびチャネル６２は、約１〜約１００ミクロンの深さを有する。本発明に従うチャネルの深さの他の範囲の非限定的一覧は、約０．０１ミクロン〜約１０００ミクロンであり、さらに好ましくは約０．０５ミクロン〜約５００ミクロンであり、さらに好ましくは約０．２ミクロン〜約２５０ミクロンであり、そしてさらに好ましくは約１ミクロン〜約１００ミクロンであり、さらに好ましくは約２ミクロン〜約２０ミクロンであり、そして最も好ましくは５ミクロン〜１０ミクロンである。代表的な深さとしては、以下のものが挙げられる：０．０１μｍ、０．０２μｍ、０．０５μｍ、０．１μｍ、０．２μｍ、０．５μｍ、１μｍ、２μｍ、３μｍ、４μｍ、５μｍ、７．５μｍ、１０μｍ、１２．５μｍ、１５μｍ、１７．５μｍ、２０μｍ、２２．５μｍ、２５μｍ、３０μｍ、４０μｍ、５０μｍ、７５μｍ、１００μｍ、１５０μｍ、２００μｍ、および２５０μｍ。

これらのチャネルは、これらの特定の寸法範囲および上記所定の例に限定されず、そしてエラストマーセグメントを変形するのに必要な力の大きさに影響するために幅が異なり得る。例えば、０．０１μｍ程度の幅を有する極度に狭いチャネルは、種々の用途において有用であり得る。上記よりもさらにより大きい幅のチャネルを有する部分を含むエラストマー構造はまた、本発明によって意図され、そしてこのようなより幅広いチャネルを利用する用途の例としては、流体リザーバー構造および混合チャネル構造が挙げられる。

エラストマー層２２は、機械的安定性のために厚くキャストされ得る。代表的な実施形態において、層２２は，約５０ミクロン〜数センチメートルの厚さであり、そしてさらに好ましくは、約４ｍｍの厚さである。本発明の他の実施形態に従うエラストマー層の厚さの範囲についての非限定的一覧は、約０．１ミクロン〜約１０ｃｍ、１ミクロン〜５ｃｍ、１０ミクロン〜２ｃｍ、そして１００ミクロン〜１０ｍｍの間である。

従って、チャネル３０およびチャネル３２を分離する図９Ｂのエラストマーセグメント２５は、約０．０１ミクロンと約１０００ミクロンとの間の代表的な厚さを有し、さらに好ましくは約０．０５ミクロン〜約５００ミクロン、またさらに好ましくは約０．２ミクロン〜約２５０ミクロン、なおさらに好ましくは約１ミクロン〜約１００ミクロン、またなおさらに好ましくは約２ミクロン〜５０ミクロン、そして最も好ましくは約５ミクロン〜約４０ミクロンである。従って、エラストマー層２２の厚さは、エラストマー層２０の厚さの約１００倍である。代表的なエラストマーセグメントの厚さとしては、以下のものが挙げられる：０．０１μｍ、０．０２μｍ、０．０３μｍ、０．０５μｍ、０．１μｍ、０．２μｍ、０．３μｍ、０．５μｍ、１μｍ、２μｍ、３μｍ、５μｍ、７．５μｍ、１０μｍ、１２．５μｍ、１５μｍ、１７．５μｍ、２０μｍ、２２．５μｍ、２５μｍ、３０μｍ、４０μｍ、５０μｍ、７５μｍ、１００μｍ、１５０μｍ、２００μｍ、２５０μｍ、３００μｍ、４００μｍ、５００μｍ、７５０μｍ、および１０００μｍ。

同様に、第一のエラストマー層４２は、エラストマー層２０またはエラストマー層２２の厚さとほぼ等しい好ましい厚さを有し得；第二のエラストマー層４６は、エラストマー層２０の厚さとほぼ等しい好ましい厚さを有し得；そして第三のエラストマー層５０は、エラストマー層２２の厚さとほぼ等しい好ましい厚さを有し得る。

（微小製造要素の操作）
図９Ｂおよび図９Ｃは共に、コントロールチャネルを加圧することによるフローチャネルの閉鎖を示す。図９Ｂ（対応する図９Ａにおけるフローチャネル３２を切り開く前断面図）は、開放フローチャネル３０を示す。そして、図９Ｃは、コントロールチャネル３２を加圧することによって閉鎖されるフローチャネル３０を示す。

図９Ｂを参照すると、このフローチャネル３０およびこのコントロールチャネル３２が示される。エラストマーセグメント２５はこれらのチャネルを分離して、フローチャネル３０の上部およびコントロールチャネル３２の底部を形成する。見られ得るように、フローチャネル３０は、「開放」される。

図９Ｃで見られ得るように、コントロールチャネル３２を加圧すること（この中に導入される気体または液体のいずれかによって）は、エラストマーセグメント２５を下向きに反らせ、これによってフローチャネル３０を通過するフローＦを減少させる（ｐｉｎｃｈ ｏｆｆ）。従って、コントロールチャネル３２における圧力を変えることによって、直線的に作動可能な弁システムが提供され、その結果、フローチャネル３０が、所望される場合、エラストマーセグメント２５を動かすことによって開放され得るか、または閉鎖され得る（図示目的のみのために、図９Ｃにおけるフローチャネル３０は、「完全に閉鎖された」位置よりもむしろ「ほとんどが閉鎖された」位置で示される）。

正確にこの同じ弁を開放する方法および閉鎖する方法は、チャネル６０およびチャネル６２を用いて達成され得ることが理解される。このような弁は、チャネル自体のルーフを動かすこと（すなわち、エラストマーセグメント２５を動かすこと）によって作動されるので、この技術によって製造される弁およびポンプは、正確にゼロのデッドボリュームを有し、そしてこの技術によって作製される切り替え弁は、この弁のアクティブボリューム（例えば、約１００×１００×１０μｍ＝１００ｐＬ）にほぼ等しいデッドボリュームを有する。エラストマーセグメントの移動によって消費されるこのようなデッドボリュームおよびデッドエリアは、公知の従来の微小弁よりも約２オーダー小さな規模である。切り替え弁より小さな弁、および切り替え弁より大きな弁、および切り替え弁は、本発明において意図され、そしてデッドボリューム範囲の非限定的一覧としては、以下のものが挙げられる：１ａＬ〜１μＬ、１００ａＬ〜１００ｎＬ、１ｆＬ〜１０ｎＬ、１００ｆＬ〜１ｎＬ、および１ｐＬ〜１００ｐＬ。

本発明に従うポンプおよび弁によって送達されることが可能なこの極少量は、実質的な利点を表す。詳細には、手動で計測されることが可能な流体の公知の最少量は、約０．１μｌである。自動化システムによって計測されることが可能な公知の最少量は、約１０倍大きい（１μｌ）。本発明のポンプおよび弁を利用して、１０ｎｌ以下の液体量が、慣用的に計測され得、そして分配され得る。本発明によって可能な流体の極少量を正確に計測することは、多数の生物学的用途（医療用デバイス、診断試験、サンプル調製、サンプル分離、およびサンプル分析（すなわち、アッセイ）を含む）において非常に価値がある。

図２１ａおよび図２１ｂは、１００μｍ幅のフローチャネル３０、および５０μｍ幅のコントロールチャネル３２について、弁開放圧力 対 付与圧力を図示する。このデバイスのエラストマーセグメントを、約３０μｍの厚さおよび約７５０ｋＰａのヤング率を有するＧｅｎｅｒａｌ Ｅｌｅｃｔｒｉｃ Ｓｉｌｉｃｏｎｅｓ ＲＴＶ６１５の層によって形成した。図２１ａおよび図２１ｂは、付与圧力の範囲の殆どにわたって実質的に直線的である弁開放の範囲を示す。

空気圧を付与して、０．０２５インチの外径および０．０１３インチの内径を有する２５ｍｍ片のステンレス鋼の皮下チューブに結合された、０．０２５インチの外径を有する１０ｃｍ長片のプラスチックチューブを介して、このデバイスのエラストマーセグメントを、作動した。このチューブを、コントロールチャネルに対して垂直な方向で、エラストマーブロック中への挿入によって、コントロールチャネルと接触して配置した。空気圧を、Ｌｅｅ Ｃｏ．によって製造される外部ＬＨＤＡ小型ソレノイド弁からこの皮下チューブに付与した。

本発明の弁の応答は、最小のヒステリシスを伴い、この移動範囲の大部分にわたって実質的に直線的である。一方、弁およびポンプは、開放および閉鎖するために直線的作動を必要とせず、直線的応答は、弁が計測デバイスとして、さらに容易に使用されることを可能にする。いくつかの用途において、この弁開放を、既知の閉鎖度まで部分的に作動させることによって流速を制御するために使用する。直線的な弁作動は、弁を所望される閉鎖度まで閉鎖するために必要とされる作動力量を測定することをより容易にする。直線的作動の別の利点は、弁作動のために必要とされる力を、フローチャネルにおける圧力から容易に決定し得ることである。作動が直線的な場合は、このフローチャネルにおける圧力の上昇は、弁作動部分に対して同じ圧力（単位面積あたりの力）を加えることによって対抗され得る。

（コントロールシステムおよびポンプシステム）
図２２Ａおよび図２２Ｂは、上記されるシステム（例えば、図９Ａ）と同一の一つのオン／オフ弁（例えば、フローコントロールシステム）の図を示す。図２３Ａおよび図２１Ｂは、蠕動ポンピングシステム（例えば、物質送達システム）が、図２２Ａおよび図２２Ｂで見られるような複数のシングルアドレス可能オン／オフ弁から構成されるが、一緒にネットワーク化されることを示す。図２４は、実験的に達成されるポンピング速度 対 蠕動ポンピングシステム（図２３Ａおよび図２３Ｂ）の回数を示すグラフである。

最初に図２２Ａおよび図２２Ｂを参照すると、チャネル３０およびチャネル３２の図式が示される。フローチャネル３０は、好ましくはここを通過する流体（または気体）フローＦを有する。フローチャネル３０を横断するコントロールチャネル３２は加圧され、その結果、チャネルを分けるエラストマーセグメント２５は、フローチャネル３０の通路の中へ抑圧され、上記されるように、ここを通るフローＦの流路を遮断する。

図２３Ａおよび図２３Ｂを参照すると、蠕動ポンピングシステムは、以下のとおり提供される。フローチャネル３０は、この上を通過する複数のほぼ平行なコントロールチャネル３２Ａ、３２Ｂ、および３２Ｃを有する。コントロールライン３２Ａを加圧することによって、フローチャネル３０を通るフローＦを、エラストマーセグメント２５Ａの下で、コントロールライン３２Ａとフローチャネル３０との交差において遮断する。同様に、（示されないが）、コントロールライン３２Ｂを加圧することによって、フローチャネル３０を通るフローＦを、エラストマーセグメント２５Ｂの下で、フローチャネル３０などとのコントロールライン３２Ｂの交差において遮断する。各々のコントロールライン３２Ａ、３２Ｂ、および３２Ｃは、別個にアドレス可能である。従って、蠕動は、３２Ａおよび３２Ｃを一緒に、次いで３２Ａ、次いで３２Ａおよび３２Ｂを一緒に、次いで３２Ｂ、次いで３２Ｂおよび３２Ｃを一緒になどを作動するパターンによって作動され得る。これは、連続的な「１０１、１００、１１０、０１０、０１１、００１」のパターンに対応し、ここで「０」が「弁開放」を示し、そして「１」が「弁閉鎖」を示す。この蠕動パターンはまた、１２０°パターンとしても公知である（３弁間の作動位相角を参照のこと）。他の蠕動パターンが、同様に可能であり、６０°パターンおよび９０°パターンを含む。

このプロセスを使用して、２．３５ｎＬ／ｓのポンピング速度が、細い（０．５ｍｍｉ．ｄ．）チューブ中の水柱により、移動した距離を測定することによって測定され；ここで４０ｋＰａの作動圧下で、１００×１００×１０μｍ弁を用いる。図２４に示されるように、このポンピング速度は、およそ約７５Ｈｚまで作動回数と共に上昇し、そして約７５Ｈｚから２００Ｈｚ以上までポンピング速度は殆ど一定であった。これらの弁およびポンプはまた、非常に耐久性であり、そしてエラストマーセグメント、コントロールチャネル、または両方が機能しないことは観察されていない。さらに、本明細書中で記載されている蠕動ポンプにおける弁のいずれも、４００万を超える作動後に、摩耗または疲労のいずれの徴候を示さない。

（バリエーション）
いくつかの用途において、表面改変ポリマーから製造された微小流体デバイス（例えば、微小流体クロマトグラフィー装置）は、従来の微小電気機械システム（ＭＥＭＳ）技術に基づく微小流体工学を利用する。従来のＭＥＭＳ微小流体デバイスの製造方法（例えば、バルク微小加工および表面微小加工による）が記載されている。例えば、Ｔｅｒｒｙら、Ａ Ｇａｓ Ｃｈｒｏｍａｔｏｇｒａｐｈｉｃ Ａｉｒ Ａｎａｌｙｚｅｒ Ｆａｂｒｉｃａｔｅｄ ｏｎ ａ Ｓｉｌｉｃｏｎ Ｗａｆｅｒ，ＩＥＥＥ Ｔｒａｎｓ． ｏｎ Ｅｌｅｃｔｒｏｎ Ｄｅｖｉｃｅｓ，ｖ．２６版，ｐｐ．１８８０−１８８６，１９７９；およびＢｅｒｇら、Ｍｉｃｒｏ Ｔｏｔａｌ Ａｎａｌｙｓｉｓ Ｓｙｓｔｅｍｓ，Ｎｅｗ Ｙｏｒｋ，Ｋｌｕｗｅｒ，１９９４を参照のこと。これらの全ては、その全体が本明細書中で参考として援用される。

バルク微小加工は、サブトラクティブ（ｓｕｂｔｒａｃｔｉｖｅ）製造方法であり、これによって、１つの結晶シリコンがリソグラフでパターン化され、そして次いでエッチング処理し、三次元的構造を形成する。例えば、ガラスウエーハー処理、シリコーンとガラスウエーハーと結合の使用を含むバルク微小加工技術は、個々の微小流体要素を製造するために通常、使用されている。このガラス結合技術もまた、微小流体デバイスを製造するために使用されている。

半導体型材料（例えば、ポリシリコン、窒化ケイ素、二酸化ケイ素、および種々の金属）の層が連続的に添加され、そして三次元構造を作製するためにパターン化される、表面微小加工は、さらなる方法である。表面の微小加工技術は、個々の流体要素およびオンチップ電子機器を有する微小流体システムを製造するために使用され得る。さらに、結合型デバイスと異なり、気密性チャネルは、以下のもので作製されたチャネル壁を使用して、比較的簡単な様式で構築され得る：ポリシリコン（例えば、Ｗｅｂｓｔｅｒら、Ｍｏｎｏｌｉｔｈｉｃ Ｃａｐｉｌｌａｒｙ Ｇｅｌ Ｅｌｅｃｔｒｏｐｈｏｒｅｓｉｓ Ｓｔａｇｅ ｗｉｔｈ Ｏｎ−Ｃｈｉｐ Ｄｅｔｅｃｔｏｒ，ｉｎ Ｉｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌ Ｃｏｎｆｅｒｅｎｃｅ ｏｎ Ｍｉｃｒｏ Ｅｌｅｃｔｒｏｍｅｃｈａｎｉｃａｌ Ｓｙｓｔｅｍｓ，ＭＥＭＳ ９６，ｐｐ．４９１−４９６，１９９６を参照のこと）、窒化ケイ素（例えば、Ｍａｓｔｒａｎｇｅｌｏら、Ｖａｃｃｕｍ−Ｓｅａｌｅｄ Ｓｉｌｉｃｏｎ Ｍｉｃｒｏｍａｃｈｉｎｅｄ Ｉｎｃａｎｄｅｓｃｅｎｔ Ｌｉｇｈｔ Ｓｏｕｒｃｅ，ｉｎ Ｉｎｔｌ．Ｅｌｅｃｔｒｏｎ Ｄｅｖｉｃｅｓ Ｍｅｅｔｉｎｇ，ＩＤＥＭ ８９，ｐｐ．５０３−５０６，１９８９を参照のこと）、および二酸化ケイ素。

いくつかの用途において、動電学的フローに基づく微小流体工学が、使用され得る。手短にいえば、これらのシステムは、相互接続チャネルおよび／またはチャンバを含む構造内の流体フローを、この流体に電場を適用することによって、方向付ける。この動電学的システムは、少なくとも２つの交差チャネルを横断して適用される電圧勾配を同時に調節する。このようなシステムは、例えば、ＷＯ ９６／０４５４７および米国特許第６，１０７，０４４号に記載されている。

動電学的フローに基づく微小流体デバイスは、少なくとも２つの交差チャネル、または流体導管（例えば、チャネルが少なくとも３つの非交差末端を含む、相互接続された密閉チャンバー）を含む本体構造を有し得る。２つのチャネル交差とは、２つ以上のチャネルが互いに流体連絡している点をいい、そして「Ｔ」交差、横断交差、複数チャネルの「ワゴンホイール（ｗａｇｏｎ ｗｈｅｅｌ）」交差、または２つ以上のチャネルがこのように流体連絡している、任意の他チャネル形状を包含する。チャネルの非交差末端とは、チャネルが別チャネルとのチャネル交差（例えば、「Ｔ」交差）の結果としてでなく終結する点である。

動電学的フローに基づく微小流体デバイスにおいては、少なくとも４つの非交差末端を有する少なくとも３つの交差チャネルが存在する。基本的横断チャネル構造において、１つの水平チャネルが１つの垂直チャネルよって交差および横断される場合、制御される動電学的輸送は、この交差における他チャネルからの強制フローを提供することによって、この交差を通る試薬フローを方向付けするために行われる。この交差を横切るこの試薬の単純な動電学的フローは、水平チャネル長を横断する電圧勾配を適用する（すなわち、このチャネルの左末端に第一の電圧を適用し、そしてこのチャネルの右末端に第二のより低い電圧を適用する）こと、または右末端を浮かせる（電圧を適用しない）ことによって達成され得る。

（実施例）
本発明のさらなる目的、利点、および新規の特徴は、これらの次の実施例の試験において当業者に対して明らかになり、これらは限定されることを意図しない。

（実施例１）
３：１（Ａ：Ｂ）のＧＥ ＲＴＶ ６１５シリコーン混合物を、対流式オーブン中で８０℃、３時間硬化した。このシリコーンサンプルを、次いで、溶融ＰＥＧサンプル（分子量１，０００，Ｐｏｌｙｓｃｉｅｎｃｅｓ，Ｉｎｃ．）中に８０℃で、２４時間浸した。この表面処理サンプルを、次いで、高純度の脱イオン（すなわち、ＤＩ）水を用いて、２時間、繰り返し洗浄した。その結果生じたサンプルを、結合体化タンパク質溶液と共に、２時間、室温でインキュベートした。使用されたこのタンパク質溶液は、以下であった：インスリン−ＦＩＴＣ（１ｍｇ／ｍＬ）、ＢＳＡ−ＦＩＴＣ（１ｍｇ／ｍＬ）、ＩｇＧ−ＦＩＴＣ（１ｍｇ／ｍＬ）、およびストレプダビジン（Ｓｔｒｅｐｄａｖｉｄｉｎ）−Ｃｙ３（０．２ｍｇ／ｍＬ）。このＰＥＧグラフトシリコーンサンプルを、次いで、ＤＩ水を用いて、穏やかに３回洗浄した。蛍光顕微鏡を使用して、このサンプルの蛍光強度を記録した。この顕微鏡の設定は、蛍光強度が表面上の残留タンパク質量に対して、直線的に比例するようなものであった。図２５で示されるように、結果は、ＰＥＧで処理された表面が、タンパク質吸収を９５％（インスリン−ＦＩＴＣ）から約７５％（ＢＳＡ−ＦＩＴＣ）まで減少させることを示す。

（実施例２）
４：１のＧＥ ＲＴＶシリコーン混合物を、対流式オーブン中で８０℃、３時間硬化した。この表面上のＲＴＶ６１５Ｂに由来する過剰なヒドロシラン基を、ポリエチレングリコールのグラフト化に利用した。Ｋｏｗａからのアリル誘導ＰＥＧ、ポリオキシエチレンモノアリルエーテルＣＨ_２＝ＣＨＣＨ_２Ｏ（ＣＨ_２ＣＨ_２Ｏ）_１６−Ｈ（ＡＧ−１６０）を、表面のグラフト化のために使用した。塩化白金触媒Ｈ_２ＰｔＣｌ_１６（Ｓｉｇｍａ−Ａｌｄｒｉｃｈ）を、ヒドロシリル化反応を触媒するために使用した。使用した触媒濃度は、１００〜１０００ｐｐｍ（重量％）の範囲内にあって、そして８０℃における反応時間は、数分間から数時間の範囲であり、この触媒濃度に依存した。期待されたように、この触媒濃度が高くなるほど、所望される反応度を達成するために必要とされる反応時間は、短かった。溶融ＡＧ−１６０を、この反応を行うために使用した。このサンプルを、次いで、超音波浴中で、メタノールおよびＤＩ水を用いて徹底的に洗浄した。このサンプルを、次いで、８０℃で２時間乾燥した。清浄および乾燥後、ＰＤＭＳサンプルの上部約１μｍを減衰全反射フーリエ変換赤外線分光法（ＡＴＲ−ＦＴＩＲ）によって研究した。図２６は、反応時間の関数としての、４：１の処理されたＰＤＭＳサンプル表面のＡＴＲ−ＦＴＩＲスペクトルである。２１６０ｃｍ^−１におけるＩＲ吸収ピークは、Ｓｉ−Ｈ官能基の特徴であり、そしてこのピークの強度は、サンプル表面の上部約１μｍ上のＳｉ−Ｈ基濃度に対して直線的に比例する。Ｓｉ−ＨとＣＨ_２＝ＣＨ−基との間のヒドロシリル化反応は、Ｓｉ−Ｈピークの吸収強度の減少を生じる。図２６に図示されるように、このＳｉ−Ｈピークの強度は、反応時間の増加と共に減少し、そして消失する。Ｓｉ−Ｈピークにおけるこの減少が、ＡＧ−１６０のグラフト化が原因であるＳｉ−Ｃ結合へのＳｉ−Ｈ官能基の変換を示す。ＰＥＧのグラフト化に関するさらなる証拠は、−Ｏ−Ｃ−Ｈ吸収帯が原因である１３３０ｃｍ^−１および２８８０ｃｍ^−１におけるピークである。

ＡＴＲ−ＦＴＩＲはまた、ＰＥＧグラフト化ＰＤＭＳ表面のタンパク質吸収挙動を研究するために、使用された。このＰＤＭＳサンプルを、ＰＢＳ（１×）溶液中で２４時間、０．１５ｍｇ／ｍＬのフィブリノーゲンと共に、インキュベートした。このサンプルを次いで、ＤＩ水を用いて洗浄し、そして次いで乾燥した。図２７は、４：１のＰＤＭＳ表面上の、およびＡＧ−１６０グラフト化４：１のＰＤＭＳ表面上のタンパク質（フィブリノーゲン）吸収挙動のＡＴＲ−ＦＴＩＲスペクトルを示す。タンパク質に関する最も特徴的なＩＲピークは、アミドＩ（約１６４５ｃｍ^−１）およびアミドＩＩ（約１５５０ｃｍ^−１）である。ＰＤＭＳか、またはＰＥＧのいずれかが、これらの領域内で吸収ピークを有するために、これらは、この表面上で吸収されるタンパク質の定量的推定のために使用され得る。ＰＥＧ（ＡＧ−１６０）グラフト化表面上で、吸収されるタンパク質がより少ないことは、このスペクトルから明らかである。

（実施例３）
４：１のＧＥ ＲＴＶ ６１５シリコーン混合物を、対流式オーブン中で８０℃、３時間硬化した。この表面上のＲＴＶ ６１５Ｂに由来する過剰なヒドロシラン基を、ポリエチレングリコールのグラフト化のために利用した。Ｋｏｗａからのアリル誘導ＰＥＧ、ポリオキシエチレンモノアリルエーテルＣＨ_２＝ＣＨＣＨ_２Ｏ（ＣＨ_２ＣＨ_２Ｏ）_１６−Ｈ（ＡＧ−１６０）を、表面のグラフト化のために使用した。この触媒濃度は、１００〜１０００ｐｐｍの範囲内にあって（重量％）、そして８０℃におけるこの反応時間は、数分から数時間であった。ＡＧ−１６０水溶液（１０重量％のＡＧ−１６０）を、グラフト化反応を行うために使用した。図２８は、水溶液中で行われたＰＥＧグラフト化反応を伴うＰＤＭＳサンプルのＡＴＲ−ＦＴＩＲスペクトルである。この反応傾向は、実施例１の反応傾向と大変類似しているが、ヒドロキシル基のより強い強度を、約３４００ｃｍ^−１において観察した。このことは、表面のシロキサン基の加水分解を示し得る。

本発明の前記の考察が、図示および記載の目的のために提示されている。前記は、本発明を本明細書中で開示される形態に限定することを意図しない。本発明の記載は１つ以上の実施形態、ならびに特定の変更および改変の記載を含んでいるが、他の変更および改変が、本発明の範囲内にある（例えば、本開示を理解した後、当業者の技術および知識内にあり得るように）。可能な範囲までの代替の実施形態を含む権利（これらに対する代替物、交換可能および／または等価な構造、機能、範囲または工程を含む）をこのような代替物、交換可能および／または等価な構造、機能、範囲、または工程が本明細書中で開示されてもされていなくても、任意の特許可能な対象物を公共の用に供することを意図することなく、得ることを意図する。

図１Ａは、使用される各成分の比に依存し、異なる内因性官能基を表面に有する偏比シリコーンポリマーの概略図である。 図１Ｂは、シラン官能基とポリエチレングリコール（すなわち、ＰＥＧ）との間の表面修飾反応を図解する。 図２は、シリコーンポリマー表面を修飾するための様々な方法を図解する。 図３は、ミクロ機械加工された鋳型の上部に形成された第一エラストマー層の図である。 図４は、ミクロ機械加工された鋳型の上部に形成された第二エラストマー層の図である。 図５は、ミクロ機械加工された鋳型から取り外され、図３のエラストマー層の上部の上方に配置された、図４のエラストマー層の図である。 図６は、図５に対応する図であるが、第一エラストマー層の上部に位置する第二エラストマー層を示す。 図７は、図６に対応する図であるが、互いに接合する第一エラストマー層および第二エラストマー層を示す。 図８は、図７に対応する図であるが、取り外された第一ミクロ機械加工された鋳型および所定の位置に配置された平面基板を示す。 図９Ａは、図８に対応する図であるが、平面基板上に封着されたエラストマー構造体を示す。 図９Ｂは、図９Ａに対応する正面断面図であり、開フローチャンネルを示す。 図９Ｃは、図９Ａに対応するが、第二のフローチャンネルでの加圧によって閉じられた第一フローチャンネルを示す。 図１０は、平面基板に位置する、第一エラストマー層の図である。 図１１は、図１０の第一エラストマー層の上部に位置する、第一犠牲層を示す図である。 図１２は、図１１のシステムを示す図であるが、第一犠牲層の一部分が取り除かれ、犠牲層の第一ラインのみを残した図である。 図１３は、図１２の犠牲層の第一ライン上に第一エラストマー層の上部に当てはめられた、第二エラストマー層（これによって、第一エラストマー層と第二エラストマー層との間に犠牲層を入れる）を示す図である。 図１４は、図１３に対応するが、第一エラストマー層と第二エラストマー層が共に接合した後、産出される一体化されたモノリシック構造体を示す。 図１５は、図１４の一体化エラストマー構造体の上部に配置された、第二犠牲層を示す図である。 図１６は、図１５のシステムを示す図であるが、第二犠牲層の部分が取り除かれ、犠牲層の第二ラインのみを残した図である。 図１７は、図１６の第二エラストマー層の上部に第二犠牲層の第二ラインを覆って適用された、第三エラストマー層（これによって、図１４のエラストマー構造体と第三エラストマー層との間に犠牲層の第二ラインを入れる）を示す図である。 図１８は、図１７に対応するが、予め結合した第一エラストマー層と第二エラストマー層から構成されるモノリシック構造体に結合するように硬化された、第三エラストマー層を示す。 図１９は、図１８に対応するが、２つの垂直に重なり合うが、交差しない、一体化エラストマー構造体を通過する、フローチャンネルを提供するために取り外された、犠牲層の第一ラインおよび第二ラインを示す。 図２０は、図１９のシステムの下の平面基板が取り外された、図１９のシステムを示す図である。 図２１ａおよび図２１ｂは、様々なフローチャンネル寸法についての適用圧力に対する弁の開口を図示する。 図２２Ａは、オン／オフ弁の上面概略図である。 図２２Ｂは、図２２Ａの線２３Ｂ−２３Ｂに沿う断面立面図である。 図２３Ａは、ぜん動ポンプシステムの上面概略図である。 図２３Ｂは、図２３Ａの線２４Ｂ−２４Ｂに沿う断面立面図である。 図２４は、図２３Ａおよび図２３Ｂのぜん動ポンプシステムの実施形態について、実験的に得られた、周波数に対するポンプ速度を示すグラフである。 図２５は、ＰＥＧ結合表面修飾ポリマーが、タンパク質の吸着を有意に低減することを示すグラフである。 図２６は、反応時間に応じた、実施例２の４：１処理ＰＤＭＳサンプルの表面のＡＴＲ−ＦＴＩＲのスペクトルである。 図２７は、実施例２の４：１ＰＤＭＳ表面およびＡＧ−１６０−グラフト化４：１ＰＤＭＳ表面のタンパク質（フィブリノーゲン）吸着挙動のＡＴＲ−ＦＴＩＲスペクトルである。 図２８は、実施例３の水溶液中でＰＥＧグラフティング反応されたＰＤＭＳサンプルのＡＴＲ−ＦＴＩＲスペクトルである。

Claims (14)

1. 表面修飾ポリマー物品であって、該表面修飾ポリマー物品は、
   バルクポリマーマトリクスの複数の層であって、ここで第１の層は、該層中に分散された第１の反応性官能基を有する第１のシリコーン偏比ポリマーを含み、第２の層は、該層中に分散された、該第１の反応性官能基に相補的な第２の反応性官能基を有する第２のシリコーン偏比ポリマーを含み、
   該第１の層が、該第１のポリマーの１０，０００モノマー単位あたり、少なくとも１つの反応性官能基を含み、該第２の層が、該第２のポリマーの１０，０００モノマー単位あたり、少なくとも１つの反応性官能基を含み、
   該第１の反応性官能基および該第２の反応性官能基が、シリル基、オレフィン基、イソシアネート基、ヒドロキシル基、エポキシ基、およびアミノ基からなる群より選択される相補的反応性官能基であり、
   ここで該第１の層と該第２の層とは、互いに相補的な該第１反応性官能基と該第２の反応性官能基との重合を通じて界面において共有結合されている、バルクポリマーマトリクスの複数の層；および
   該第１の反応性官能基または該第２の反応性官能基に共有結合されている表面修飾化合物を含む、ポリマー表面、
   を含む、表面修飾ポリマー物品。
2. 前記表面修飾化合物は、ポリエチレングリコール、ポリ（メチルメタクリレート）、ポリ（エチレンビニルアセテート）、ポリ（２−ヒドロキシエチルメタクリレート）、ポリビニルピロリドン、ＣＨ _２ ＝ＣＨ−ＰＥＧ、およびＣＨ _２ ＝ＣＨ−（ＣＨ _２ ） _ｎ −ポリ（テトラフルオロエチレン）からなる群より選択される、請求項１に記載の表面修飾ポリマー物品。
3. 請求項１に記載の表面修飾ポリマーであって、該ポリマーが、バルクポリマーマトリクスの層の外側表面から該バルクポリマーマトリクスを通って延びるチャネルを含み、該チャネルが、内側表面を規定する、表面修飾ポリマー物品。
4. 前記内側表面が、前記反応性官能基に共有結合されている、表面修飾化合物を含む、請求項３に記載の表面修飾ポリマー物品。
5. 前記バルクポリマーマトリクスが、前記ポリマーの１，０００モノマー単位あたり、少なくとも１つの反応性官能基を含む、請求項１に記載の表面修飾ポリマー物品。
6. 請求項４に記載の表面修飾ポリマー物品であって、該ポリマーが、ポリマーの少なくとも２つの層を含み、２つの隣接する層のそれぞれの反応性官能基は、一方の層の該反応性官能基が、シリル基であり、そして他方の層の該反応性官能基が、ビニル基であるように存在する反応性官能基である、表面修飾ポリマー物品。
7. 前記それぞれの反応性官能基が、シリル基、ビニル基、イソシアネート基、ヒドロキシル基、およびアミノ基からなる群より選択される、請求項１に記載の表面修飾ポリマー物品。
8. 前記それぞれの反応性官能基が、イソシアネート基、ヒドロキシル基、およびアミノ基からなる群より選択される、請求項１に記載の表面修飾ポリマー物品。
9. 前記それぞれの反応性官能基が、シリル基、およびビニル基からなる群より選択される、請求項１に記載の表面修飾ポリマー物品。
10. 前記表面修飾化合物が、生体適合性化合物である、請求項１に記載の表面修飾ポリマー物品。
11. ポリマー物品の表面の物理的性質を修飾するための方法であって、以下の工程：
    （ａ）第１のバルクポリマーマトリクスを形成する工程であって、該第１のバルクポリマーマトリクスが、該第１のバルクポリマーマトリクス中に分散された第１の反応性官能基を有する第１のシリコーン偏比ポリマーを含む、工程；
    （ｂ）第２のバルクポリマーマトリクスを形成する工程であって、該第２のバルクポリマーマトリクスが、該第２のバルクポリマーマトリクス中に分散された第２の反応性官能基を有する第２のシリコーン偏比ポリマーを含み、
    該第１の層が、該第１のポリマーマトリクスの１０，０００モノマー単位あたり、少なくとも１つの反応性官能基を含み、該第２の層が、該第２のポリマーマトリクスの１０，０００モノマー単位あたり、少なくとも１つの反応性官能基を含み、
    ここで該第１の反応性官能基と該第２の反応性官能基とは互いに相補的な官能基であり、該第１の反応性官能基および該第２の反応性官能基が、シリル基、オレフィン基、イソシアネート基、ヒドロキシル基、エポキシ基、およびアミノ基からなる群より選択される相補的反応性官能基である、工程；
    （ｃ）該第１のバルクポリマーマトリクスおよび第２のバルクポリマーマトリクスを、互いに相補的な該第１の反応性官能基と該第２の反応性官能基との重合によって界面において共有結合させるように接触させる工程；
    （ｄ）該第１のバルクポリマーマトリクスの表面を、相補的な官能基を有する表面修飾化合物と、該ポリマーの表面上に存在する該第１の反応性官能基と該表面修飾化合物の該相補的な官能基との間で共有結合を形成するために十分な条件下で接触させる、工程
    を包含する、方法。
12. 前記表面修飾化合物が、ポリエチレングリコール、ポリ（メチルメタクリレート）、ポリ（エチレンビニルアセテート）、ポリ（２−ヒドロキシエチルメタクリレート）、ポリビニルピロリドン、ＣＨ _２ ＝ＣＨ−ＰＥＧ、およびＣＨ _２ ＝ＣＨ−（ＣＨ _２ ） _ｎ −ポリ（テトラフルオロエチレン）からなる群より選択される、請求項１１に記載の方法。
13. 請求項１１に記載の方法であって、前記バルクポリマーマトリクスを形成する工程は、該バルクポリマーマトリクスを生成するために十分な条件下で、第１のモノマー化合物を、第２のモノマー化合物と混合する工程を包含し、該第１のモノマー化合物が、第１の反応性官能基を有し、該第２のモノマー化合物が、第２の反応性官能基を有し、該第１の反応性官能基と該第２の反応性官能基とが、互いに相補的な官能基である、方法。
14. 前記第１のバルクポリマーマトリクスの前記表面が、前記第１のバルクポリマーマトリクス層の外側表面から前記バルクポリマーマトリクスを通って延びるチャネルの内側表面である、請求項１１に記載の方法。

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