JP5315547B2 - 接着方法並びにそれを用いて作製したバイオケミカルチップ及び光学部品 - Google Patents

Description

本発明は、接着方法並びにそれを用いて作製したバイオケミカルチップ及び光学部品に関する。より詳しくは、反応性の官能基を有する膜化合物の被膜を形成することにより両接合面の表面に反応性の官能基を導入し、カップリング剤とそれらの官能基との間に形成される結合を介して両接合面間を化学的に結合させることにより、接着剤を用いることなく接着を行う方法、並びにそれを用いて作製されたバイオケミカルチップ及び光学部品に関する。

一方又は双方の接合面に接着剤を塗布し、接合面同士を圧着させ、接着剤を硬化させることにより２つの部材を接着する技術は一般によく知られている（例えば、特許文献１参照）。しかしながら、バイオケミカルチップの部材等のように、接合面の少なくとも一方に微細構造（例えば、ミクロンレベルの穴や溝等）が形成されている場合、流動した接着剤で微細構造を埋めてしまうことなく、かつ隙間なく接着することは非常に困難である。また、従来の接着剤を用いた方法では、接着面の接着剤等に厚みムラが生じるため、光学特性を劣化させることなく、レンズ等の光学部材を接着することも非常に困難であった。

接着剤を用いない接着方法として、例えば、特許文献２には、有機単分子膜を介して箔状又は膜状の物質同士を接着する方法が開示されている。同文献に記載の方法では、例えば、脂肪族炭化水素基を有する有機単分子膜を表面に結合させたアルミニウム箔同士を、分子間力及び負圧を介して接着している。

特開２００５−２２１４７８号公報 特開２００３−２４６９７１号公報

しかしながら、有機単分子膜に作用する分子間力や、部材同士を圧着する際の負圧を利用して接着を行う特許文献２に記載の方法では、接着力が小さすぎるため、バイオケミカルチップや光学部品等の接着に適用することはできない。

本発明は、かかる課題に鑑みてなされたものであり、接着剤を用いず、接合面の微細構造や光学特性を損なうことなく２つの部材を強固に接着することが可能な接着方法、並びにそれを用いて作製されたバイオケミカルチップ及び光学部品を提供することを目的とする。

前記目的に沿う第１の発明に係る接着方法は、第１の部材の第１の接合面と第２の部材の第２の接合面とを接着する方法であって、前記第１の接合面上に、エポキシ基又はアミノ基を含む第１の官能基及び第１の表面結合基を分子の両端にそれぞれ有する第１の膜化合物を接触させ、前記第１の表面結合基と前記第１の接合面の表面官能基との間で結合を形成させて、該第１の接合面上に前記第１の膜化合物の被膜を形成する工程Ａと、前記第２の接合面上に、エポキシ基又はアミノ基を含む第２の官能基及び第２の表面結合基を分子の両端にそれぞれ有する第２の膜化合物を接触させ、前記第２の表面結合基と前記第２の接合面の表面官能基との間で結合を形成させて、該第２の接合面上に、前記第２の膜化合物の被膜を形成する工程Ｂと、前記第１及び第２の官能基がエポキシ基である場合にはイミダゾール基、前記第１及び第２の官能基がアミノ基である場合には２以上のエポキシ基又はイソシアネート基を含むカップリング剤を前記第１及び第２の官能基と接触させた状態で、前記第１の膜化合物の被膜が形成された前記第１の接合面と前記第２の膜化合物の被膜が形成された前記第２の接合面とを圧着させ、前記第１の官能基と前記第１のカップリング反応基、及び前記第２の官能基と前記第２のカップリング反応基とのカップリング反応により結合を形成させる工程Ｃとを有する。

第１の発明に係る接着方法において、前記工程Ｃでは、まず、前記カップリング剤を、前記第１の接合面上に形成された前記第１の膜化合物の被膜に接触させ、前記第１の官能基と前記第１のカップリング反応基とのカップリング反応により結合を形成させて、前記第１の膜化合物の被膜の表面に前記カップリング剤の被膜を形成し、次いで、前記カップリング剤の被膜が更に形成された前記第１の接合面と前記第２の膜化合物の被膜が形成された前記第２の接合面とを圧着させ、前記第２の官能基と前記第２のカップリング反応基とのカップリング反応により結合を形成させてもよい。

第１の発明に係る接着方法において、前記第1及び第２の表面結合基がアルコキシシリル基であってもよい。

第１の発明に係る接着方法において、前記工程Ｃでは、前記第１及び第２の部材を同じ温度に加熱することが好ましい。

第２の発明に係るバイオケミカルチップは、第１の部材と第２の部材とを有し、前記第１の部材の第１の接合面の表面には、分子の一端にエポキシ基又はアミノ基を含む第１の官能基を有し、他端で前記第１の接合面に結合した第１の膜化合物の被膜が形成され、前記第２の部材の第２の接合面の表面には、分子の一端にエポキシ基又はアミノ基を含む第２の官能基を有し、他端で前記第２の接合面に結合した第２の膜化合物の被膜が形成され、前記第１及び第２の官能基がエポキシ基である場合にはイミダゾール基、前記第１及び第２の官能基がアミノ基である場合には２以上のエポキシ基又はイソシアネート基を含むカップリング剤と、前記第１及び第２の官能基とのカップリング反応により形成された結合を介して互いに結合しており、該形成された結合を介して前記第１の接合面と前記第２の接合面とが接着されている。
なお、本発明において「バイオケミカルチップ」とは、マイクロメートルオーダーの幅を有する流路中で、化合物の混合、合成、抽出、精製、分析、及び測定等の操作を行うための化学デバイスをいい、その具体例としては、化学実験や、バイオ実験、医療診断等に用いるケミカルチップ、バイオチップ、バイオケミカル電気泳動チップ、バイオケミカルリアクター、バイオケミカル流体システム、ＤＮＡチップ等が挙げられる。

第２の発明に係るバイオケミカルチップにおいて、前記第１及び第２の膜化合物の被膜がいずれも単分子膜であることが好ましい。

第３の発明に係る光学部品は、第１の部材と第２の部材とを有し、前記第１の部材の第１の接合面の表面には、分子の一端にエポキシ基又はアミノ基を含む第１の官能基を有し、他端で前記第１の接合面に結合した第１の膜化合物の被膜が形成され、前記第２の部材の第２の接合面の表面には、分子の一端にエポキシ基又はアミノ基を含む第２の官能基を有し、他端で前記第２の接合面に結合した第２の膜化合物の被膜が形成され、前記第１及び第２の官能基がエポキシ基である場合にはイミダゾール基、前記第１及び第２の官能基がアミノ基である場合には２以上のエポキシ基又はイソシアネート基を含むカップリング剤と、前記第１及び第２の官能基とのカップリング反応により形成された結合を介して互いに結合しており、該形成された結合を介して前記第１の接合面と前記第２の接合面とが接着されている。
なお、本発明において、「光学部品」とは、光学機器に用いられる任意の透光性部材をいい、その具体例としては、レンズやプリズム、光ファイバー、光記録媒体等が挙げられる。

第３の発明に係る光学部品において、前記第１及び第２の膜化合物の被膜がいずれも単分子膜であることが好ましい。

請求項１〜４記載の接着方法において、第１及び第２の接合面上をそれぞれ被覆している第１及び第２の膜化合物は、共有結合を介してそれぞれ第１及び第２の接合面の表面に強固に結合され、第１の官能基と第２の官能基とは、カップリング剤との間のカップリング反応によりそれぞれ形成された共有結合を介して強固に結合される。したがって、第１及び第２の接合面を強固に接着することができる。
また、接着剤を用いないため、接合面に形成された微細構造や光学特性を損なうことなく接着を行うことができるので、例えば、バイオケミカルチップや光学部品の接着に好適に用いることができる。

特に、請求項２記載の接着方法においては、まず、カップリング剤を、第１の接合面上に形成された第１の膜化合物の被膜に接触させ、第１の官能基と第１のカップリング反応基とのカップリング反応により結合を形成させて、第１の膜化合物の被膜の表面にカップリング剤の被膜を形成し、次いで、カップリング剤の被膜が更に形成された第１の接合面と第２の膜化合物の被膜が形成された第２の接合面とを圧着させ、第２の官能基と第２のカップリング反応基とのカップリング反応により結合を形成させるので、接着前に余分なカップリング剤を除去することができる。そのため、接着後に余分なカップリング剤が溶出したり、変色を起こして光学特性を劣化させたりするのを抑制することができる。

請求項１記載の接着方法においては、第１及び第２の官能基がエポキシ基又はアミノ基を含む官能基であり、カップリング剤が、第１及び第２の官能基がエポキシ基である場合にはイミダゾール基、第１及び第２の官能基がアミノ基である場合には２以上のエポキシ基又はイソシアネート基を含む化合物であるので、比較的低温で加熱することにより、強固な結合を形成できる。

請求項３記載の接着方法においては、第1及び第２の表面結合基がアルコキシシリル基であるので、表面官能基として、例えば、水酸基等の活性水素基を有する接合面上に、共有結合（シロキサン結合）を介して強固な結合を形成できる。
請求項４記載の接着方法においては、工程Ｃにおいて、第１及び第２の部材を同じ温度に加熱することにより、熱ひずみの発生を抑制し、第１及び第２の接合面の接着時の寸法精度を向上させることができる。

請求項５〜６記載のバイオケミカルチップにおいては、第１及び第２の接合面上をそれぞれ被覆している第１及び第２の膜化合物が、共有結合を介してそれぞれ第１及び第２の接合面の表面に強固に結合しており、第１の官能基と第２の官能基とは、カップリング剤との間のカップリング反応によりそれぞれ形成された共有結合を介して強固に結合される。したがって、第１及び第２の接合面を強固に接着することができる。また、接着剤を用いることなく接着を行っているため、接合面上に形成された、ミクロンスケールの溝状又は孔状の流体流路を閉塞することなく作製することができる。

請求項５記載のバイオケミカルチップにおいては、第１及び第２の官能基がエポキシ基又はアミノ基を含む官能基であり、カップリング剤が、第１及び第２の官能基がエポキシ基である場合にはイミダゾール基、第１及び第２の官能基がアミノ基である場合には２以上のエポキシ基又はイソシアネート基を含む化合物であるので、比較的低温で加熱することにより、強固な結合を形成できる。

請求項６記載のバイオケミカルチップにおいては、第１及び第２の膜化合物の被膜がいずれも単分子膜であるので、接着時の寸法精度を向上できる。

請求項７〜８記載の光学部品においては、第１及び第２の接合面上をそれぞれ被覆している第１及び第２の膜化合物が、共有結合を介してそれぞれ第１及び第２の接合面の表面に強固に結合しており、第１の官能基と第２の官能基とは、カップリング剤との間のカップリング反応によりそれぞれ形成された共有結合を介して強固に結合される。したがって、第１及び第２の接合面を強固に接着することができる。また、接着剤を用いることなく接着を行っているため、接合面の光学特性を損なうことなく作製することができる。

請求項７記載の光学部品においては、第１及び第２の官能基がエポキシ基又はアミノ基を含む官能基であり、カップリング剤が、第１及び第２の官能基がエポキシ基である場合にはイミダゾール基、第１及び第２の官能基がアミノ基である場合には２以上のエポキシ基又はイソシアネート基を含む化合物であるので、比較的低温で加熱することにより、強固な結合を形成できる。

請求項８記載の光学部品においては、第１及び第２の膜化合物の被膜がいずれも単分子膜であるので、接着時の寸法精度を向上できる。

以下、図面を参照しながら、本発明を具体化した実施の形態について説明し、本発明の理解に供する。ここで、図１は本発明の一実施の形態に係るバイオケミカルチップの断面の部分構造を模式的に表した説明図であり、図２は同バイオケミカルチップの製造方法において、第１の接合面上に第１の膜化合物の被膜を形成する工程を説明するために、それぞれ、第１の膜化合物の被膜を形成する前及び形成した後の第１の基材の表面付近を分子レベルまで拡大した概念図であり、図３は同バイオケミカルチップの製造方法において、第１の膜化合物の表面にカップリング剤の被膜を形成する工程を説明するために、それぞれ、カップリング剤の被膜を形成する前及び形成した後の第１の基材の表面付近を分子レベルまで拡大した概念図である。

図１〜図３に示すように、本発明の一実施の形態に係るバイオケミカルチップ１０は、第１の基材（第１の部材の一例）２１と第２の基材２２（第２の部材の一例）２２とを有し、第１の基材２１の第１の接合面１１の表面には、分子の一端にエポキシ基（第１の官能基の一例）を有し、他端で第１の接合面１１に結合した第１の膜化合物の被膜の一例である単分子膜１３が形成され、第２の基材２２の第２の接合面１２の表面には、分子の一端にエポキシ基（第２の官能基の一例）を有し、他端で第２の接合面１２に結合した第２の膜化合物の被膜の一例である単分子膜１４が形成され、第１の膜化合物の単分子膜１３上のエポキシ基と、第２の膜化合物の単分子膜１４上のエポキシ基とは、エポキシ基とカップリング反応して結合を形成するアミノ基及びイミノ基（第１及び第２のカップリング反応基の一例）を１つずつ分子内に有する２−メチルイミダゾール（カップリング剤の一例）と、エポキシ基とのカップリング反応により形成された結合を介して互いに結合しており、このようにして形成された結合を介して第１の接合面１１と第２の接合面１２とが接着されている。

バイオケミカルチップ１０は、第１の基材２１の第１の接合面１１上に、エポキシ基及びアルコキシシリル基（第１の表面結合基の一例）を分子の両端にそれぞれ有する第１の膜化合物を接触させ、アルコキシシリル基と水酸基（第１の接合面１１の表面官能基の一例）２３との間で形成された結合を介して第１の膜化合物の単分子膜１３を形成する工程Ａ（図２参照）と、第２の基材２２の第２の接合面１２上に、工程Ａと同様の方法により、アルコキシシリル基と水酸基（第２の接合面１２の表面官能基の一例）との間で形成された結合を介して第２の膜化合物の単分子膜１４を形成する工程Ｂと、まず、２−メチルイミダゾールを第１の膜化合物の単分子膜１３に接触させ、エポキシ基と２−メチルイミダゾールのアミノ基とのカップリング反応により結合を形成させて、第１の膜化合物の単分子膜１３の表面に２−メチルイミダゾール誘導体の単分子膜（カップリング剤の被膜の一例）１５を形成し、次いで、２−メチルイミダゾール誘導体の単分子膜１５が更に形成された第１の接合面１１と第２の膜化合物の単分子膜１４が形成された第２の接合面１２とを圧着させ、エポキシ基と２−メチルイミダゾールのイミノ基とのカップリング反応により結合を形成させる工程Ｃとを有する接着方法を用いて製造される。

以下、工程Ａ〜Ｃについてより詳細に説明する。
工程Ａでは、エポキシ基を有する第１の膜化合物を、ガラス製の第１の基材２１の第１の接合面１１と接触させ、第１の接合面１１の表面にエポキシ基を有する第１の膜化合物の単分子膜１３を形成する（図２参照）。なお、用いることのできる第１の基材２１の大きさ及び形状に特に制限はないが、第１の接合面１１は、表面粗さが１μｍ以下、好ましくは１００ｎｍ以下の鏡面仕上げにしておくことが好ましい。

エポキシ基を有する第１の膜化合物としては、第１の基材２１の表面に吸着又は結合し、自己組織化により単分子膜を形成することのできる任意の化合物を用いることができるが、直鎖状アルキレン基の一方の末端にエポキシ基（オキシラン環）を含む官能基を、他方の末端にアルコキシシリル基をそれぞれ有し、下記の一般式（化１）で表されるアルコキシシラン化合物が好ましい。

上式において、Ｅはエポキシ基を有する官能基を、ｍは３〜２０の整数を、Ｒは炭素数１〜４のアルキル基をそれぞれ表す。
用いることのできるエポキシ基を有する第１の膜化合物の具体例としては、下記（１）〜（１２）に示したアルコキシシラン化合物が挙げられる。
接合面の表面粗さが大きい場合には、分子鎖長の大きな膜化合物を用いることが好ましい。

(１) （ＣＨ_２ＯＣＨ）ＣＨ₂Ｏ(ＣＨ₂)_３Ｓｉ(ＯＣＨ_３)₃
(２) （ＣＨ_２ＯＣＨ）ＣＨ₂Ｏ(ＣＨ₂)_７Ｓｉ(ＯＣＨ_３)₃
(３) （ＣＨ_２ＯＣＨ）ＣＨ₂Ｏ(ＣＨ₂)_１１Ｓｉ(ＯＣＨ_３)₃
(４) （ＣＨ_２ＣＨＯＣＨ（ＣＨ_２）_２）ＣＨ(ＣＨ₂)_２Ｓｉ(ＯＣＨ_３)₃
(５) （ＣＨ_２ＣＨＯＣＨ（ＣＨ_２）_２）ＣＨ(ＣＨ₂)_４Ｓｉ(ＯＣＨ_３)₃
(６) （ＣＨ_２ＣＨＯＣＨ（ＣＨ_２）_２）ＣＨ(ＣＨ₂)_６Ｓｉ(ＯＣＨ_３)₃
(７) （ＣＨ_２ＯＣＨ）ＣＨ₂Ｏ(ＣＨ₂)_３Ｓｉ(ＯＣ_２Ｈ_５)₃
(８) （ＣＨ_２ＯＣＨ）ＣＨ₂Ｏ(ＣＨ₂)_７Ｓｉ(ＯＣ_２Ｈ_５)₃
(９) （ＣＨ_２ＯＣＨ）ＣＨ₂Ｏ(ＣＨ₂)_１１Ｓｉ(ＯＣ_２Ｈ_５)₃
(１０) （ＣＨ_２ＣＨＯＣＨ（ＣＨ_２）_２）ＣＨ(ＣＨ₂)_２Ｓｉ(ＯＣ_２Ｈ_５)₃
(１１) （ＣＨ_２ＣＨＯＣＨ（ＣＨ_２）_２）ＣＨ(ＣＨ₂)_４Ｓｉ(ＯＣ_２Ｈ_５)₃
(１２) （ＣＨ_２ＣＨＯＣＨ（ＣＨ_２）_２）ＣＨ(ＣＨ₂)_６Ｓｉ(ＯＣ_２Ｈ_５)₃

ここで、（ＣＨ_２ＯＣＨ）ＣＨ_２Ｏ−基は、化２で表される官能基（グリシジルオキシ基）を表し、（ＣＨ_２ＣＨＯＣＨ（ＣＨ_２）_２）ＣＨ−基は、化３で表される官能基（３，４−エポキシシクロヘキシル基）を表す。

第１の膜化合物の単分子膜１３の形成は、エポキシ基を含むアルコキシシラン化合物と、アルコキシシリル基と第１の基材２１の表面の水酸基２３との縮合反応を促進するための縮合触媒と、非水系の有機溶媒とを混合した反応液を第１の基材２１の表面に塗布し、室温の空気中で反応させることにより行われる。塗布は、ドクターブレード法、ディップコート法、スピンコート法、スプレー法、スクリーン印刷法、インクジェット印刷法等の任意の方法により行うことができる。

縮合触媒としては、カルボン酸金属塩、カルボン酸エステル金属塩、カルボン酸金属塩ポリマー、カルボン酸金属塩キレート、チタン酸エステル及びチタン酸エステルキレート等の金属塩が利用可能である。
縮合触媒の添加量は、好ましくはアルコキシシラン化合物の０．２〜５質量％であり、より好ましくは０．５〜１質量％である。

カルボン酸金属塩の具体例としては、酢酸第１スズ、ジブチルスズジラウレート、ジブチルスズジオクテート、ジブチルスズジアセテート、ジオクチルスズジラウレート、ジオクチルスズジオクテート、ジオクチルスズジアセテート、ジオクタン酸第１スズ、ナフテン酸鉛、ナフテン酸コバルト、２−エチルヘキセン酸鉄が挙げられる。

カルボン酸エステル金属塩の具体例としては、ジオクチルスズビスオクチルチオグリコール酸エステル塩、ジオクチルスズマレイン酸エステル塩が挙げられる。
カルボン酸金属塩ポリマーの具体例としては、ジブチルスズマレイン酸塩ポリマー、ジメチルスズメルカプトプロピオン酸塩ポリマーが挙げられる。
カルボン酸金属塩キレートの具体例としては、ジブチルスズビスアセチルアセテート、ジオクチルスズビスアセチルラウレートが挙げられる。

チタン酸エステルの具体例としては、テトラブチルチタネート、テトラノニルチタネートが挙げられる。
チタン酸エステルキレート類の具体例としては、ビス（アセチルアセトニル）ジ−プロピルチタネートが挙げられる。

アルコキシシリル基と第１の基材２１の表面の水酸基２３とが縮合反応を起こし、下記の化４で示されるような構造を有するエポキシ基を有する第１の膜化合物の単分子膜２３を生成する。なお、酸素原子から延びた３本の単結合は第１の基材２１の表面又は隣接するシラン化合物のケイ素（Ｓｉ）原子と結合しており、そのうち少なくとも１本は第１の基材２１の表面のケイ素原子と結合している。

アルコキシシリル基は、水分の存在下で分解するので、反応は相対湿度４５％以下の空気中で行うことが好ましい。なお、縮合反応は、第１の基材２１の表面に付着した油脂分や水分により阻害されるので、第１の基材２１をよく洗浄して乾燥することにより、これらの不純物を予め除去しておくことが好ましい。
縮合触媒として上述の金属塩のいずれかを用いた場合、縮合反応の完了までに要する時間は２時間程度である。

上述の金属塩の代わりに、ケチミン化合物、有機酸、アルジミン化合物、エナミン化合物、オキサゾリジン化合物、アミノアルキルアルコキシシラン化合物からなる群より選択される１又は２以上の化合物を縮合触媒として用いた場合、反応時間を１／２〜２／３程度まで短縮できる。

あるいは、これらの化合物を助触媒として、上述の金属塩と混合（質量比１：９〜９：１の範囲で使用可能だが、１：１前後が好ましい）して用いると、反応時間を更に短縮できる。

例えば、縮合触媒として、カルボン酸金属塩キレートであるジブチルスズビスアセチルアセテートの代わりにケチミン化合物であるジャパンエポキシレジン社のＨ３を用い、その他の条件は同一にして第１の膜化合物の単分子膜１３の形成を行うと、第１の基材２１の品質を損なうことなく反応時間を１時間程度にまで短縮できる。

更に、縮合触媒として、ジャパンエポキシレジン社のＨ３とジブチルスズビスアセチルアセトネートとの混合物（混合比は１：１）を用い、その他の条件は同一にして第１の膜化合物の単分子膜１３の形成を行うと、反応時間を２０分程度に短縮できる。

なお、ここで用いることができるケチミン化合物は特に限定されるものではないが、例えば、２，５，８−トリアザ−１，８−ノナジエン、３，１１−ジメチル−４，７，１０−トリアザ−３，１０−トリデカジエン、２，１０−ジメチル−３，６，９−トリアザ−２，９−ウンデカジエン、２，４，１２，１４−テトラメチル−５，８，１１−トリアザ−４，１１−ペンタデカジエン、２，４，１５，１７−テトラメチル−５，８，１１，１４−テトラアザ−４，１４−オクタデカジエン、２，４，２０，２２−テトラメチル−５，１２，１９−トリアザ−４，１９−トリエイコサジエン等が挙げられる。

また、用いることができる有機酸としても特に限定されるものではないが、例えば、ギ酸、酢酸、プロピオン酸、酪酸、マロン酸等が挙げられる。

反応液の製造には、有機塩素系溶媒、炭化水素系溶媒、フッ化炭素系溶媒、シリコーン系溶媒、及びこれらの混合溶媒を用いることができる。アルコキシシラン化合物の加水分解を防止するために、乾燥剤又は蒸留により使用する溶媒から水分を除去しておくことが好ましい。また、溶媒の沸点は５０〜２５０℃であることが好ましい。

具体的に使用可能な溶媒としては、非水系の石油ナフサ、ソルベントナフサ、石油エーテル、石油ベンジン、イソパラフィン、ノルマルパラフィン、デカリン、工業ガソリン、ノナン、デカン、灯油、ジメチルシリコーン、フェニルシリコーン、アルキル変性シリコーン、ポリエーテルシリコーン、ジメチルホルムアミド等を挙げることができる。
更に、メタノール、エタノール、プロパノール等のアルコール系溶媒、あるいはそれらの混合物を用いることもできる。

また、用いることができるフッ化炭素系溶媒としては、フロン系溶媒、フロリナート（米国３Ｍ社製）、アフルード（旭硝子株式会社製）等がある。なお、これらは１種単独で用いても良いし、良く混ざるものなら２種以上を組み合わせてもよい。更に、ジクロロメタン、クロロホルム等の有機塩素系溶媒を添加してもよい。

反応液におけるアルコキシシラン化合物の好ましい濃度は、０．５〜３質量％である。

反応後、溶媒で洗浄し、未反応物として表面に残った過剰なアルコキシシラン化合物及び縮合触媒を除去すると、第１の接合面１１の表面に第１の膜化合物の単分子膜１３が形成される。このようにして表面に第１の膜化合物の単分子膜１３が形成された第１の接合面１１の表面付近の模式図を図２に示す。

洗浄溶媒としては、アルコキシシラン化合物を溶解できる任意の溶媒を用いることができるが、安価であり、溶解性が高く、風乾により容易に除去することのできるジクロロメタン、クロロホルム、Ｎ−メチルピロリドン等が好ましい。

反応後、溶媒で洗浄せずに空気中に放置すると、表面に残ったアルコキシシラン化合物の一部が空気中の水分により加水分解を受け、生成したシラノール基がアルコキシシリル基と縮合反応を起こす。その結果、第１の接合面１１の表面にポリシロキサンよりなる極薄のポリマー膜が形成される。このポリマー膜は、第１の接合面１１の表面に共有結合により必ずしも完全に固定されているわけではないが、エポキシ基を含んでいるため、第１の膜化合物の単分子膜１３と同様の反応性を有している。そのため、洗浄を行わなくても、以降の製造工程に特に支障をきたすことはない。

なお、本実施の形態においては、エポキシ基を有するアルコキシシラン化合物を用いたが、直鎖状アルキレン基の一方の末端にアミノ基を、他方の末端にアルコキシシリル基をそれぞれ有し、下記の一般式（化５）で表されるアルコキシシラン化合物を用いてもよい。

上式において、ｍは３〜２０の整数を、Ｒは炭素数１〜４のアルキル基をそれぞれ表す。
用いることのできるアミノ基を有する膜化合物の具体例としては、下記（２１）〜（２８）に示したアルコキシシラン化合物が挙げられる。

(２１) Ｈ₂Ｎ(ＣＨ₂)_３Ｓｉ(ＯＣＨ_３)₃
(２２) Ｈ₂Ｎ(ＣＨ₂)_５Ｓｉ(ＯＣＨ_３)₃
(２３) Ｈ₂Ｎ(ＣＨ₂)_７Ｓｉ(ＯＣＨ_３)₃
(２４) Ｈ₂Ｎ(ＣＨ₂)_９Ｓｉ(ＯＣＨ_３)₃
(２５) Ｈ₂Ｎ(ＣＨ₂)_５Ｓｉ(ＯＣ_２Ｈ_５)₃
(２６) Ｈ₂Ｎ(ＣＨ₂)_５Ｓｉ(ＯＣ_２Ｈ_５)₃
(２７) Ｈ₂Ｎ(ＣＨ₂)_７Ｓｉ(ＯＣ_２Ｈ_５)₃
(２８) Ｈ₂Ｎ(ＣＨ₂)_９Ｓｉ(ＯＣ_２Ｈ_５)₃

反応液において用いることのできる縮合触媒のうち、スズ（Ｓｎ）塩を含む化合物は、アミノ基と反応して沈殿を生成するため、アミノ基を有するアルコキシシラン化合物に対しては縮合触媒として用いることができない。
したがって、アミノ基を有するアルコキシシラン化合物を用いる場合には、カルボン酸スズ塩、カルボン酸エステルスズ塩、カルボン酸スズ塩ポリマー、カルボン酸スズ塩キレートを除き、エポキシ基を有するアルコキシシラン化合物の場合と同様の化合物を単独で又は２種類以上を混合して縮合触媒として用いることができる。
用いることのできる助触媒の種類及びそれらの組み合わせ、溶媒の種類、アルコキシシラン化合物、縮合触媒、及び助触媒の濃度、反応条件並びに反応時間についてはエポキシ基を有するアルコキシシラン化合物の場合と同様であるので、説明を省略する。

なお、本実施の形態では、第１の基材の材料としてガラスを用いたが、アルミニウム等の金属、セラミックス、アクリル系樹脂、ポリカーボネート等の合成樹脂を用いることもできる。
基材材料の表面に水酸基、アミノ基等の活性水素基を有する場合には、ガラスの場合と同様に、膜化合物としてアルコキシシラン化合物を用いることができる。この様な基材の具体例としては、アルミニウム等の金属、セラミックス等が挙げられる。
基材材料として合成樹脂を用いる場合には、プラズマ処理等により活性水素基を有する化合物をグラフトする等の処理を行うことにより、膜化合物としてアルコキシシラン化合物を用いることができる場合がある。

図１では、第１の基材の全面にエポキシ基を有する膜化合物の単分子膜が形成されている場合の模式図を示したが、スクリーン印刷法、インクジェット印刷法等を用いて第１の接合面上にのみ選択的に反応液を塗布することもできる。この場合、溶液の流路の部分には単分子膜が形成されないので、単分子膜の有する官能基やカップリング反応基と反応する化合物を用いる場合にも、本発明に係るバイオケミカルチップを好適に使用することができる。
（以上工程Ａ）

工程Ｂでは、エポキシ基を有する第２の膜化合物を、ガラス製の第２の基材２２の第２の接合面１２と接触させ、第２の接合面１２の表面にエポキシ基を有する第２の膜化合物の単分子膜１４を形成する（図２参照）。用いることができる膜化合物、反応条件等については工程Ａと同様であるので、詳しい説明を省略する。
（以上工程Ｂ）

工程Ｃでは、まず、２−メチルイミダゾールを第１の膜化合物の単分子膜１３に接触させ、エポキシ基と２−メチルイミダゾールのアミノ基とのカップリング反応により結合を形成させて、第１の膜化合物の単分子膜１３の表面に２−メチルイミダゾール誘導体の単分子膜１５を形成し（図３参照）、次いで、２−メチルイミダゾール誘導体の単分子膜１５が更に形成された第１の接合面１１と第２の膜化合物の単分子膜１４が形成された第２の接合面１２とを圧着させ、エポキシ基と２−メチルイミダゾールのイミノ基とのカップリング反応により結合を形成させる。

２−メチルイミダゾールはエポキシ基と反応するアミノ基及びイミノ基をそれぞれ１−位及び３−位に有しており、下記の化６に示すようなカップリング反応により結合を形成する。

２−メチルイミダゾール誘導体の単分子膜１５の形成は、２−メチルイミダゾールと溶媒とを混合した反応液を第１の接合面１１に形成された第１の膜化合物の単分子膜１３に塗布し、加熱して反応させることにより行われる。塗布は、ドクターブレード法、ディップコート法、スピンコート法、スプレー法、スクリーン印刷法等の任意の方法により行うことができる。
反応液の製造には、２−メチルイミダゾールが可溶な任意の溶媒を用いることができるが、価格、室温での揮発性、及び毒性等を考慮すると、イソプロピルアルコール、エタノール等の低級アルコール系溶媒が好ましい。
２−メチルイミダゾールの添加量、塗布する溶液の濃度、反応温度及び反応時間は、用いる基材の材質、膜化合物の種類等に応じて適宜調節される。

反応後、溶媒で洗浄し、未反応物として表面に残った余分な２−メチルイミダゾールを除去すると、第１の膜化合物の単分子膜１３の表面に２−メチルイミダゾール誘導体の単分子膜１５が更に形成される（図３参照）。

このようにして得られた、２−メチルイミダゾール誘導体の単分子膜１５が更に形成された第１の接合面１１と第２の膜化合物の単分子膜１４が形成された第２の接合面１２とを圧着し加熱すると、第２の接合面１２上に形成された第２の膜化合物の単分子膜１４上のエポキシ基と、第１の接合面１１を覆う２−メチルイミダゾール誘導対中のイミノ基とのカップリング反応により形成された結合を介して、第１の接合面１１と第２の接合面１２とが接着され、バイオケミカルチップ１０が得られる（図１参照）。
加熱温度は、５０〜１５０℃が好ましい。加熱温度が５０℃未満だと、カップリング反応の進行に長時間を要し、１５０℃を上回ると、寸法精度が低下する等の問題が発生する。
また、第１の基材２１と第２基材２２とを同じ温度で加熱しながら接着を行うと、接着後の熱ひずみの発生を抑制し、寸法精度を向上することができる。

なお、本実施の形態においては、カップリング剤として２−メチルイミダゾールを用いたが、下記化７で表される任意のイミダゾール誘導体を用いることができる。

化７で表されるイミダゾール誘導体の具体例としては、下記（３１）〜（３８）に示すものが挙げられる。
（３１） ２−メチルイミダゾール（Ｒ_２＝Ｍｅ、Ｒ_４＝Ｒ_５＝Ｈ）
（３２） ２−ウンデシルイミダゾール（Ｒ_２＝Ｃ_１１Ｈ_２３、Ｒ_４＝Ｒ_５＝Ｈ）
（３３） ２−ペンタデシルイミダゾール（Ｒ_２＝Ｃ_１５Ｈ_３１、Ｒ_４＝Ｒ_５＝Ｈ）
（３４） ２−メチル−４−エチルイミダゾール（Ｒ_２＝Ｍｅ、Ｒ_４＝Ｅｔ、Ｒ_５＝Ｈ）
（３５） ２−フェニルイミダゾール（Ｒ_２＝Ｐｈ、Ｒ_４＝Ｒ_５＝Ｈ）
（３６） ２−フェニル−４−エチルイミダゾール（Ｒ_２＝Ｐｈ、Ｒ_４＝Ｅｔ、Ｒ_５＝Ｈ）
（３７） ２−フェニル−４−メチル−５−ヒドロキシメチルイミダゾール（Ｒ_２＝Ｐｈ、Ｒ_４＝Ｍｅ、Ｒ_５＝ＣＨ_２ＯＨ）
（３８） ２−フェニル−４，５−ビス（ヒドロキシメチル）イミダゾール（Ｒ_２＝Ｐｈ、Ｒ_４＝Ｒ_５＝ＣＨ_２ＯＨ）
なお、Ｍｅ、Ｅｔ、及びＰｈは、それぞれメチル基、エチル基、及びフェニル基を表す。

また、イミダゾール誘導体以外では、メラミン、イソシアヌル酸、トリアジン、バルビツール酸、パラバン酸、ウラシル、チミン等の２個以上の窒素を含む複素環化合物を用いることができる。更に、イミダゾール−金属錯体を用いてもよい。

また、エポキシ樹脂の硬化剤として用いられる無水フタル酸、無水マレイン酸等の酸無水物、ジシアンジアミド、ノボラック等のフェノール誘導体等の化合物をカップリング剤として用いてもよい。この場合、カップリング反応を促進するためにイミダゾール誘導体を触媒として用いてもよい。

なお、本実施の形態においては官能基としてエポキシ基を有する膜化合物を用いた場合について説明しているが、官能基としてアミノ基又はイミノ基を有する膜化合物を用いる場合には、カップリング反応基として２もしくは３以上のエポキシ基又は２もしくは３以上のイソシアネート基を有するカップリング剤を用いる。
カップリング剤として例えば、エポキシ基及びイソシアネート基を用いた場合、それぞれ下記の化８及び化９に示すようなカップリング反応が起こる。

イソシアネート基を有する化合物の具体例としては、ｐ−フェニレンジイソシアネート、ヘキサメチレン−１，６−ジイソシアネート、トルエン−２，６−ジイソシアネート、トルエン−２，４−ジイソシアネート等が挙げられる。
これらのジイソシアネート化合物の添加量は、２−メチルイミダゾールの場合と同様にして適宜調節される。この場合、反応液の製造に用いることのできる溶媒としては、キシレン等の芳香族有機溶媒が挙げられる。
また、アミノ基を有する膜化合物を用いる場合には、カップリング剤としては、エチレングリコールジグリシジルエーテル等の２又は３以上のエポキシ基を有する化合物を用いることもできる。

なお、本実施の形態では、２−メチルイミダゾールの被膜を予め形成させてから接着を行ったが、第１及び第２の膜化合物の単分子膜の一方又は双方に２−メチルイミダゾールの溶液を塗布後、両者を圧着して接着を行うこともできる。
（以上工程Ｃ）

なお、ここではバイオケミカルチップ及びその製造方法について説明したが、光学部品についても同様の方法を用いて製造することができるので、詳細な説明は省略する。

以下、本発明の効果を確認するために行った実施例について説明するが、本願発明は、これら実施例によって何ら制限されるものではない。本実施例においては、代表例としてガラス製基材を用いたバイオケミカルチップ及びレンズの製造について説明する。

（実施例１：バイオケミカルチップの製造）
（１）バイオケミカルチップ基板の接合面上へのエポキシ基を有する膜化合物の単分子膜の形成
１対のガラス製のバイオケミカルチップ基板（一方の基板上には、フォトリソグラフィー及びウェットエッチングにより、チャネル幅１０〜１００μｍ、深さ５０μｍ程度の流路が形成されている）を用意し、よく洗浄して乾燥した。
３−グリシジルオキシプロピルトリメトキシシラン（化１０、信越化学工業株式会社製）０．９９重量部、及びジブチルスズビスアセチルアセトナート（縮合触媒）０．０１重量部を秤量し、これを１００重量部のヘキサメチルジシロキサンに溶解し、反応液を調製した。

このようにして得られた反応液を双方の基板の接合面に塗布し、空気中（相対湿度４５％）で２時間程度反応させた。その後、クロロホルムで洗浄し、過剰なアルコキシシラン化合物及びジブチルスズビスアセチルアセトナートを除去すると、接合面の全面に亘り、エポキシ基を有する膜化合物の単分子膜（厚さ約１ナノメートル）が形成された。

（２）２−メチルイミダゾール誘導体の単分子膜の形成
（１）で単分子膜を形成したエポキシ化バイオケミカルチップ基板の一方に、アルコールで溶解した２−メチルイミダゾールを塗布し５０〜１００℃で加熱反応させた後、エタノールで洗浄すると、膜化合物の単分子膜の表面に、更に２−メチルイミダゾール誘導体の単分子膜が形成された。

（３）バイオケミカルチップ基板との接着
（１）でエポキシ基を有する膜化合物の単分子膜を形成したバイオケミカルチップ基板と、（２）で２−メチルイミダゾール誘導体の単分子膜を形成したバイオケミカルチップ基板とを予め１５０℃で加熱し、両者を接合面側で合わせて圧着後、１５０℃で加熱すると、バイオケミカルチップが得られた。

（実施例２：接合レンズの製造）
接合レンズ用の２枚のレンズを用いて、実施例１と同様の方法によって接合レンズの接着を行った。得られた接合レンズについて、変色、視野の歪み、収差、干渉縞等は観測されなかった。

本発明の一実施の形態に係るバイオケミカルチップの断面の部分構造を模式的に表した説明図である。 同バイオケミカルチップの製造方法において、第１の接合面上に第１の膜化合物の被膜を形成する工程を説明するために、それぞれ、第１の膜化合物の被膜を形成する前及び形成した後の第１の基材の表面付近を分子レベルまで拡大した概念図である。 同バイオケミカルチップの製造方法において、第１の膜化合物の表面にカップリング剤の被膜を形成する工程を説明するために、それぞれ、カップリング剤の被膜を形成する前及び形成した後の第１の基材の表面付近を分子レベルまで拡大した概念図である。

符号の説明

１０：バイオケミカルチップ、１１：第１の接合面、１２：第２の接合面、１３：第１の膜化合物の単分子膜、１４：第２の膜化合物の単分子膜、１５：２−メチルイミダゾール誘導体の単分子膜、２１：第１の基材、２２：第２の基材、２３：水酸基

Claims (8)

1. 第１の部材の第１の接合面と第２の部材の第２の接合面とを接着する方法であって、
   前記第１の接合面上に、エポキシ基又はアミノ基を含む第１の官能基及び第１の表面結合基を分子の両端にそれぞれ有する第１の膜化合物を接触させ、前記第１の表面結合基と前記第１の接合面の表面官能基との間で結合を形成させて、該第１の接合面上に前記第１の膜化合物の被膜を形成する工程Ａと、
   前記第２の接合面上に、エポキシ基又はアミノ基を含む第２の官能基及び第２の表面結合基を分子の両端にそれぞれ有する第２の膜化合物を接触させ、前記第２の表面結合基と前記第２の接合面の表面官能基との間で結合を形成させて、該第２の接合面上に、前記第２の膜化合物の被膜を形成する工程Ｂと、
   前記第１及び第２の官能基がエポキシ基である場合にはイミダゾール基、前記第１及び第２の官能基がアミノ基である場合には２以上のエポキシ基又はイソシアネート基を含むカップリング剤を前記第１及び第２の官能基と接触させた状態で、前記第１の膜化合物の被膜が形成された前記第１の接合面と前記第２の膜化合物の被膜が形成された前記第２の接合面とを圧着させ、前記第１の官能基と前記第１のカップリング反応基、及び前記第２の官能基と前記第２のカップリング反応基とのカップリング反応により結合を形成させる工程Ｃとを有することを特徴とする接着方法。
2. 請求項１記載の接着方法において、前記工程Ｃでは、まず、前記カップリング剤を、前記第１の接合面上に形成された前記第１の膜化合物の被膜に接触させ、前記第１の官能基と前記第１のカップリング反応基とのカップリング反応により結合を形成させて、前記第１の膜化合物の被膜の表面に前記カップリング剤の被膜を形成し、次いで、前記カップリング剤の被膜が更に形成された前記第１の接合面と前記第２の膜化合物の被膜が形成された前記第２の接合面とを圧着させ、前記第２の官能基と前記第２のカップリング反応基とのカップリング反応により結合を形成させることを特徴とする接着方法。
3. 請求項１又は２に記載の接着方法において、前記第１及び第２の表面結合基がアルコキシシリル基であることを特徴とする接着方法。
4. 請求項１〜３のいずれか1項に記載の接着方法において、前記工程Ｃでは、前記第１及び第２の部材を同じ温度に加熱することを特徴とする接着方法。
5. 第１の部材と第２の部材とを有し、
   前記第１の部材の第１の接合面の表面には、分子の一端にエポキシ基又はアミノ基を含む第１の官能基を有し、他端で前記第１の接合面に結合した第１の膜化合物の被膜が形成され、
   前記第２の部材の第２の接合面の表面には、分子の一端にエポキシ基又はアミノ基を含む第２の官能基を有し、他端で前記第２の接合面に結合した第２の膜化合物の被膜が形成され、
   前記第１及び第２の官能基がエポキシ基である場合にはイミダゾール基、前記第１及び第２の官能基がアミノ基である場合には２以上のエポキシ基又はイソシアネート基を含むカップリング剤と、前記第１及び第２の官能基とのカップリング反応により形成された結合を介して互いに結合しており、該形成された結合を介して前記第１の接合面と前記第２の接合面とが接着されていることを特徴とするバイオケミカルチップ。
6. 請求項５に記載のバイオケミカルチップにおいて、前記第１及び第２の膜化合物の被膜がいずれも単分子膜であることを特徴とするバイオケミカルチップ。
7. 第１の部材と第２の部材とを有し、
   前記第１の部材の第１の接合面の表面には、分子の一端にエポキシ基又はアミノ基を含む第１の官能基を有し、他端で前記第１の接合面に結合した第１の膜化合物の被膜が形成され、
   前記第２の部材の第２の接合面の表面には、分子の一端にエポキシ基又はアミノ基を含む第２の官能基を有し、他端で前記第２の接合面に結合した第２の膜化合物の被膜が形成され、
   前記第１及び第２の官能基がエポキシ基である場合にはイミダゾール基、前記第１及び第２の官能基がアミノ基である場合には２以上のエポキシ基又はイソシアネート基を含むカップリング剤と、前記第１及び第２の官能基とのカップリング反応により形成された結合を介して互いに結合しており、該形成された結合を介して前記第１の接合面と前記第２の接合面とが接着されていることを特徴とする光学部品。
8. 請求項７に記載の光学部品において、前記第１及び第２の膜化合物の被膜がいずれも単分子膜であることを特徴とする光学部品。

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