JP5548925B2 - 液滴保持ツールの製造方法 - Google Patents
液滴保持ツールの製造方法 Download PDFInfo
- Publication number
- JP5548925B2 JP5548925B2 JP2010232628A JP2010232628A JP5548925B2 JP 5548925 B2 JP5548925 B2 JP 5548925B2 JP 2010232628 A JP2010232628 A JP 2010232628A JP 2010232628 A JP2010232628 A JP 2010232628A JP 5548925 B2 JP5548925 B2 JP 5548925B2
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- repellent layer
- water repellent
- layer
- water
- droplet
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Active
Links
Landscapes
- Sampling And Sample Adjustment (AREA)
- Automatic Analysis And Handling Materials Therefor (AREA)
Description
特許文献1に記載のツールは、撥水性を有する面上に複数の親水性領域を形成したものであり、親水性領域では、血液や水溶液等の液体による液滴が形成されるが、撥水性領域では液滴が形成されない。このため、ツール上では、親水性領域の形成パターンに従って、微量の液滴を複数配置することが可能となる。
そして、親水層の一部が撥水層の開口部において露出しているので、開口部から露出した親水層の領域に液滴が捕捉されやすく、これに対して撥水層の表面には液滴が捕捉されない。このため、液滴保持ツール上において、開口部の形成パターンに従って液滴を配置することが可能となる。
しかも、撥水層の開口部で露出している親水層の領域は凹凸微細構造部であるため、当該領域では、親水性をさらに高める(接触角を小さくする)ことができ、親水層と撥水層との間で液滴の接触角の差を大きくし、液滴を保持する能力をさらに高めることができる。
これは、撥水層の表面に形成したマスクを除去すると、撥水層の表面はダメージを受け、撥水性が低下するが、マスクの除去後に、撥水層を加熱処理することで前記ダメージを回復させ、撥水性を高い状態に戻すことができるためである。
なお、本発明では、純水の液滴の接触角90度を境として親水性と撥水性とに区別される。つまり、液滴の接触角が90度を超える場合を撥水性、接触角が90度以下である場合を親水性としている。
撥水層の表面に形成したマスクを除去すると、撥水層の表面はダメージを受ける。つまり、撥水層の表面は、官能基により液体との結合が生じ易い状態になると推測される。しかし、前記加熱処理により、撥水層を、当該撥水層を構成する非晶質材料のガラス転移点以上の温度で加熱することで、前記官能器による液体との結合が生じにくいように撥水層の特性を回復させることができる。
本発明の液滴保持ツールは、撥水性を有する撥水領域と親水性を有する親水領域とを有しており、この液滴保持ツール上において、撥水領域での液滴の接触角と、親水領域での液滴の接触角との差を利用し、液滴を所定のパターンに配置するものである。
この液滴保持ツールは、例えば、血液分析又は水溶液等を液体試料としたオンチップ化学分析を実現することができ、さらに、このために重要となる高精度な分注機能を有することができる。また、この液滴保持ツールは、前記の血液分析又は化学分析のみならず、例えばツール上の所定位置に部品を位置させる自己整合配列(セルフアライメント、セルフアセンブリ)に用いることもできる。
図1は、本発明の液滴保持ツールを、前記血液分析又は化学分析に用いる場合の図である。この場合、板状である液滴保持ツール1(以下、単にツール1ともいう)上に、流路(マイクロ流路)52が形成されている流路基板51が設けられており、これらツール1と流路基板51とにより液滴分析用構造体50が構成されている。図1(a)は、液滴分析用構造体50の組み立て図であり、図1(b)は、ツール1と流路基板51とを分解した図である。
なお、本発明では、撥水層3は、その表面32における純水の液滴の接触角が90度を超える特性を有しており、親水層2は、その表面20における純水の液滴の接触角が90度以下である特性を有している。
なお、この微細構造部21を有する親水層2は、5度以下の接触角を有することができる。
各流路52には入口部52aと出口部52bとが形成されており、入口部52aから出口部52bへと液体を流すと、図8に示すように、開口部31から微少領域として露出している親水層2(微細構造部21)において、当該液体の一部が分裂して残留し、残留した液滴が前記微少領域に捕捉される。
なお、各開口部31の大きさは、変更自在であるが、例えば縦横それぞれが500μmの矩形である。そして、図1の流路基板51の流路52の寸法は、例えば幅が1mmであり、高さが500μmである。
微細構造部21は、図3に示すように、微細な凹凸が面上に広がって形成されており、プラズマCVD装置により、ナノスケールの表面モフォロジーが制御され、微細構造部21の凹凸寸法が18nm〜335nm(最大高さ)程度であり、さらに、251nm〜335nm(最大高さ)と、均一性を保つこともできる。また、微細構造部21のRMS粒状度は2nm〜40nm程度に制御することができ、さらに、35.35nm〜38.532nmと、均一性を保つこともできる。本実施形態では、RMS粒状度が6.3nmである。
なお、前記エリアパーセントの値の上限は高い程好ましいが、おおよそ20%、さらには40%である。
これにより、撥水層3の表面32では、109.3度〜114.2度の接触角を有することができる。そして、親水層2との接触角の差を、少なくとも104.3度〜109.2度と、従来よりも大きくすることができる。
図5(a)〜(g)は、ツール1の製造方法の説明図である。この製造方法を説明すると、ベース部材4の表面4aに親水層2を設けると共に、当該親水層2の表面20に微細構造部21を形成し(図5(a):親水層の形成工程)、この親水層2の表面20上に撥水層3を設け(図5(b):撥水層の形成工程)、所定パターンの窓部6を有するマスク5を前記撥水層3の表面32に被せるようにして形成し(図5(e):マスクの形成工程)、撥水層3の内の前記窓部6に対応する位置に前記微細構造部21を露出させる開口部31を形成し、前記マスク5を除去する(図5(f)〜(g):撥水層の開口部の形成工程)。さらに、マスク5を除去した後、撥水層3の表面32を加熱処理する(加熱処理の工程)。
以下、各工程についてさらに説明する。
シリコン等からなるベース部材4を、図14に示しているプラズマCVD装置の成長室(真空反応室)60内に設置し、プラズマCVD法により、ベース部材4上に、シリコン酸化膜による親水層2を製膜する。このプラズマCVD法では、発生させるプラズマの電力供給パターンを時間変化させることにより、親水層2が形成されると同時に、その表面20に微細構造部21が形成される。特に本実施形態では、図6に示すように、高周波電力をパルス状に供給し、ガスはパルス状に供給するか又は連続供給する。このパルスプラズマによるCVD法によれば、図5(a)に示すように、親水層2が形成されると同時に、その表面20に微細構造部21が形成される。
撥水層3は、アモルファスフッ素樹脂であり、本実施形態では、旭硝子株式会社製の「CYTOP」(登録商標)である。この撥水層3の形成はスピンコートによる。このアモルファスフッ素樹脂を、55℃で15分、85℃で30分、185℃で1時間の順で加熱し硬化(キュア)させる。このスピンコート法によれば、図5(b)に示すように、撥水層3が形成される。
マスク5は、金属製の薄膜からなり、マスク5を形成するために、まず、本実施形態では、図5(c)に示すように、撥水層3の表面32に対して金属蒸着を行い、金属膜8を形成する。さらに、この金属膜8上にフォトレジスト膜をスピンコートにより形成し、露光、現像、乾燥を行い、図5(d)に示すように、金属膜8の上に、開口9bを有するフォトレジストパターン9aを形成する。このようにして得た中間品を、酸溶液に浸漬することで、図5(e)に示すように、前記開口9bにより露出している金属膜8の一部が除去される(ウエットエッチング)。金属膜8の一部が除去されることで、当該除去された部分が、マスク5の窓部6となる。この窓部6は、マスク5を貫通する微少な穴である。前記フォトレジストパターン9aの開口9b及び窓部6は、後の工程で形成される撥水層3の開口部31に対応した位置に設けられる。
図5(f)に示すように、撥水層3の開口部31の形成は、前記窓部6が形成されているマスク5を用いて、酸素プラズマエッチング(ドライエッチング)により行われる。このプラズマエッチングにより、撥水層3の所定位置に開口部31が形成され、この開口部31から、親水層2の微細構造部21を露出させることができる。そして、エッチングマスクとして用いられたマスク5を、酸溶液に浸漬することで、除去する。
図5(g)に示すように、マスク5が除去された中間製品をヒータ等で加熱し、撥水層3の表面32を、再度、加熱処理する。撥水層3は、アモルファスフッ素樹脂(非晶質材料)からなるため、この加熱処理では、撥水層3の表面32を、当該アモルファスフッ素樹脂(非晶質材料)のガラス転移点以上の温度で加熱する。つまり、表面32の温度がガラス転移点以上の温度となるように加熱する。
なお、本実施形態では、撥水層3が「CYTOP」(登録商標)であり、そのガラス転移点は108℃であるため、表面32がこの温度以上となるまで加熱すればよい。しかし、本実施形態では、撥水層3の表面32のみならず中心部まで加熱処理が可能となるように、表面32の温度を230℃まで加熱している。
しかし、加熱処理の工程を行い、撥水層3の表面32をガラス転移点以上の温度で加熱することで、前記官能器による液体との結合が生じにくいように撥水層3の表面32の特性を回復させることができる。
また、前記のとおり、マスク5の材質として、撥水層3(アモルファスフッ素樹脂)へ入り込みにくいもの(銅)を選択することにより、前記ダメージの発生を抑えることが可能となる。
図7中の「○」は、加熱処理を行っていない場合であり、「●」は、110℃の加熱処理を行った場合であり、「□」は230℃の加熱処理を行った場合である。
特にアルミニウムをマスク5として採用した場合、撥水層3の表面32はダメージを受けて接触角が(90度よりも)低くなるが、加熱処理を行うことにより、90度を超える接触角に回復することができ、撥水層としての機能を果たすことができる。さらに、230℃まで加熱する処理を行うことにより、さらに、接触角が大きくなり、撥水層3を回復させることができる。
以上より、マスク5を銅製とし、かつ、このマスク5の除去後は、撥水層3の表面32を、その温度がガラス転移点(108℃)の温度よりも100℃以上高い温度(230℃)となるまで加熱するのが好ましい。この場合、図7の左端の「無し」に相当する「マスク5によるダメージを受けていない場合の撥水層3」と同等の接触角(撥水性)を有することが可能となる。
そして、撥水層3の開口部31において親水層2の一部が露出しているので、開口部31から露出した親水層2の微少領域に液滴が捕捉されやすく、これに対して加熱処理がされ撥水性が高くなった撥水層3の表面31には液滴が捕捉されない。このため、ツール1上において、開口部31の形成パターンに従って液滴を配置することが可能となる。
しかも、撥水層3の開口部31で露出している親水層2の領域は、微少な凹凸を有する微細構造部21であるため、当該領域では、親水性をさらに高めることができ、かつ、撥水層3の表面32は加熱処理されることで撥水性をさらに高めることができるので、親水層2と撥水層3との間で液滴の接触角の差をより一層大きくし、液滴を保持する能力を更に高めることができる。
また、複数の開口部31それぞれの大きさ、微細構造部21の表面粗さ等、親水層2及び撥水層3の各特性を均質化して製造することにより、複数の開口部31(露出している微細構造部21)それぞれにおいて、等量の液滴が捕捉される。
そして、このようなツール1を、図1に示すように、液滴分析用構造体50として用いることで、血液分析又は化学分析を行うために重要となる高精度な分注機能を実現することが可能となる。例えば、微量な血液等の生体標本又は化学物質を含む水溶液等の液体を、図8に示したように、流路(マイクロ流路)52内に流せば、当該流路52内で、容積を精密に規定して液滴として分裂させ、捕捉することができる。
この場合、ツール1の厚さ方向(図9では上下方向)から観察(顕微鏡観察)する際、対のツール1間で繋がっている液滴の位置では、当該ツール1間で空気の層が介在しないため、光の屈折の影響が低減される。そして、ツール1は全体として可視光透過性を有していることにより、内部の液滴を観察(顕微鏡観察)するのに好都合となる。
この場合、図9(b)に示すように、ツール1間の寸法が一定(例えば200μm)であるため、液滴の高さは一定となる。そこで、遠心力を与えながら、当該遠心力により柱状の液滴の一部が離脱して液滴の投影面積(断面積)が段階的に減少することを確認することにより、1滴(14ナノリットル)よりも少ない量(例えば2ナノリットル)の定量分注も可能となる。
本発明ツール1は、前記のような血液分析又は化学分析のみならず、例えば基板(電気基板)上の所定位置に部品(半導体素子)を位置させる自己整合配列(セルフアライメント、セルフアセンブリ)に用いることもできる。
図11(a)は、前記ツール1をセルフアッセンブリに用いる場合の説明図である。ツール1は、前記実施形態とほぼ同一であるが、この場合、撥水層3又は親水層2に導電性を有する配線40が形成されている。配線40は、撥水層3に形成された開口部31と繋がっている。このツール1が電気基板であり、このツール1上の所定位置に、部品として半導体素子41を自己整合配列させる。
以上のように、半導体素子41(部品)を、電気基板(ツール1)上の所定位置に位置決めすることができ、位置決めされた半導体素子41を、電気基板となるツール1に固定することで、半導体素子41に配線40が繋がった基板構造体が得られる。
そこで、各ツール1の露出した微細構造部21に液滴を保持させた状態で、対のツール1を接近させると、前記液滴の表面張力によって、対のツール1の開口部31同士が接近し、対向した状態となり、一方のツール1を他方のツール1に自動的に位置合わせすることができる。
前記製造方法では、単一の開口部31を形成する場合を説明したが、複数の開口部31を形成する場合、当該開口部31を前記製造方法によって同時に形成することができる。
Claims (2)
- 親水層の表面に、親水性を高める凹凸微細構造部を当該表面の全体に広がって形成し、
当該凹凸微細構造部を全体に広がって形成した当該親水層の表面上に、非晶質材料からなる撥水層を設け、
前記撥水層の表面に、窓部を有するマスクを形成し、
前記撥水層の内の前記窓部に対応する位置に前記凹凸微細構造部を露出させる開口部を形成し、
前記マスクを除去した後、前記撥水層を加熱処理し、
前記加熱処理では、前記撥水層を、前記非晶質材料のガラス転移点以上の温度で加熱することを特徴とする液滴保持ツールの製造方法。 - 前記マスクは、銅製である請求項1に記載の液滴保持ツールの製造方法。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2010232628A JP5548925B2 (ja) | 2010-10-15 | 2010-10-15 | 液滴保持ツールの製造方法 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2010232628A JP5548925B2 (ja) | 2010-10-15 | 2010-10-15 | 液滴保持ツールの製造方法 |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JP2012088072A JP2012088072A (ja) | 2012-05-10 |
JP5548925B2 true JP5548925B2 (ja) | 2014-07-16 |
Family
ID=46259851
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP2010232628A Active JP5548925B2 (ja) | 2010-10-15 | 2010-10-15 | 液滴保持ツールの製造方法 |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JP5548925B2 (ja) |
Families Citing this family (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP5757515B2 (ja) * | 2010-10-15 | 2015-07-29 | 学校法人立命館 | 撥水層を有する液滴保持ツールの製造方法 |
JP6066294B2 (ja) * | 2013-01-18 | 2017-01-25 | 大日本印刷株式会社 | マイクロ流路装置 |
CN109985681A (zh) * | 2019-04-30 | 2019-07-09 | 东莞东阳光医疗智能器件研发有限公司 | 一种微液滴产生装置 |
Family Cites Families (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP3647369B2 (ja) * | 1999-10-22 | 2005-05-11 | 日本碍子株式会社 | Dnaチップ及びその製造方法 |
KR100455293B1 (ko) * | 2002-05-15 | 2004-11-06 | 삼성전자주식회사 | 친수성 영역과 소수성 영역으로 구성되는 생물분자용어레이 판의 제조방법 |
JPWO2005123242A1 (ja) * | 2004-06-15 | 2008-07-31 | 日本電気株式会社 | 構造体ならびにこれを用いたチップ、および親/疎液性の制御方法 |
CN101522916B (zh) * | 2006-08-02 | 2012-09-05 | 三星电子株式会社 | 薄膜化学分析设备和使用该设备的分析方法 |
-
2010
- 2010-10-15 JP JP2010232628A patent/JP5548925B2/ja active Active
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
JP2012088072A (ja) | 2012-05-10 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
Yan et al. | Laplace pressure driven single-droplet jumping on structured surfaces | |
US9449787B2 (en) | Liquid flow cells having graphene on nitride for microscopy | |
Hirai et al. | Uphill water transport on a wettability-patterned surface: experimental and theoretical results | |
JP5548925B2 (ja) | 液滴保持ツールの製造方法 | |
KR101039630B1 (ko) | 기판 상에 나노구조체를 선택적으로 위치시키는 방법 및 이에 의해 형성된 나노구조체를 포함하는 나노-분자 소자 | |
JP4096868B2 (ja) | 膜形成方法、デバイス製造方法および電気光学装置 | |
JP5757515B2 (ja) | 撥水層を有する液滴保持ツールの製造方法 | |
WO2022041597A1 (zh) | 一种透射电镜高分辨原位流体扰流加热芯片 | |
WO2008066049A1 (fr) | Dispositif de distribution de liquide en microvolume | |
US20160115470A1 (en) | Cell fusion device and cell fusion method | |
US7288327B2 (en) | Plated structures or components | |
US10379075B2 (en) | Sample collection device and manufacturing method thereof | |
JP2005331410A (ja) | 疎水面を利用した微量液滴輸送デバイス | |
CN112885722A (zh) | 基于微区电化学刻蚀的晶体管沟道及源漏电极的制备方法 | |
KR20100128518A (ko) | 나노유체를 이용한 중합효소 연쇄반응 칩 및 그 제조방법 | |
KR101152642B1 (ko) | 폴리머 기반의 미세유체 장치의 제조방법 | |
US10927005B2 (en) | Method for manufacturing doubly re-entrant microstructures | |
JP4590542B2 (ja) | マイクロ液滴輸送デバイス | |
US6423476B1 (en) | Method of manufacturing a nozzle plate | |
JP4830104B2 (ja) | パターン化ハニカム状多孔質体の製造方法 | |
KR101132127B1 (ko) | 마이크로-나노 복합체를 가지는 친수성과 소수성의 조절이 가능한 소자 및 그 제조방법 | |
Chen et al. | Droplet generation and evaporative cooling using micro piezoelectric actuators with ring-surrounded circular nozzles | |
KR102079317B1 (ko) | 용액 공정 기반의 박막 트랜지스터의 성능을 향상시키는 선택적인 표면 처리를 이용한 패터닝 방법 | |
US20140178598A1 (en) | Method for forming graphene pattern | |
Kobayashi et al. | Investigation of denaturation of hydrophobic perfluoropolymer surfaces and their applications for micropatterns on biochip |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
A621 | Written request for application examination |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621 Effective date: 20130823 |
|
A521 | Request for written amendment filed |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A821 Effective date: 20130823 |
|
A977 | Report on retrieval |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007 Effective date: 20131226 |
|
A131 | Notification of reasons for refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131 Effective date: 20140114 |
|
A521 | Request for written amendment filed |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523 Effective date: 20140311 |
|
TRDD | Decision of grant or rejection written | ||
A01 | Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01 Effective date: 20140415 |
|
A61 | First payment of annual fees (during grant procedure) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61 Effective date: 20140425 |
|
R150 | Certificate of patent or registration of utility model |
Ref document number: 5548925 Country of ref document: JP Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150 |
|
R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |
|
R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |
|
R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |
|
R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |
|
S111 | Request for change of ownership or part of ownership |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R313117 |
|
R350 | Written notification of registration of transfer |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R350 |
|
R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |
|
R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |
|
R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |