JP5870813B2 - Manufacturing method of micro chemical device - Google Patents
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Description
本発明は、各種細胞やタンパク質などをウェルに保持して検査やスクリーニングをするためのマイクロ化学デバイスの製造方法に係わり、更に詳しくはウェルの底面と側壁部での表面状態が異なるマイクロ化学デバイスの製造方法に関するものである。 The present invention relates to a manufacturing method of a microchemical device for holding various cells and proteins in a well for inspection and screening, and more specifically, a microchemical device having different surface states on the bottom and side walls of the well . It relates to a manufacturing method .
タンパク質を基板上に固定化させる場合、一般的な手法ではタンパク質が非特異的に基板上に結合してしまう(非特異的吸着)ため、特定の位置にタンパク質を固定化できない。そこで、非特許文献1には、MEMS技術を用いてシリコーン樹脂(ポリジメチルシロキサン:PDMS)を用い、薄膜のPDMSフィルムに10μm以下の穴を開け、この穴を基板(ガラス基板)にタンパク質を固定化するためのフルイ(篩)として用いている。この非特許文献1に記載の研究では、PDMSフィルムに開ける穴が10μm以下であることと、PDMSフィルムは、基板にタンパク質を固定化した時点で基板から剥がされてしまう。
When a protein is immobilized on a substrate, the protein cannot be immobilized at a specific position because the protein is nonspecifically bound to the substrate (nonspecific adsorption) by a general method. Therefore, in
PDMSを材料にしたウェル形状、流路形状デバイスに関しては、様々な先行特許が出願されている(例えば、特許文献1)。この特許文献1では、PDMSの表面性を改善すべく、ポリエーテル変性界面活性剤をシート内に含有させ、微細構造形成後に酸素プラズマ処理とオルガノシラン溶液処理を施すことで、恒久的に親水化を付与することが可能になり、水との接触角評価で40°以下になるPDMS製のデバイスを製作することができると記載されている。用いたオルガノシランが加水分解を受け、主鎖のシロキサン骨格に水酸基が置換されることで、PDMSが親水化されるというものである。
Various prior patents have been filed for well-shaped and channel-shaped devices using PDMS (for example, Patent Document 1). In
図4に従来の高集積ウェルデバイス10を示している。従来法では、射出成形でプラスチック製の基板11の表面に直径が数十μmから数百μmのウェル12,…を複数形成している。このように作製したウェルデバイス10は、ウェル12の底部及び側壁部を含めてウェル12が存在するデバイス面全域が同じ表面状態になっているため、ウェル12に細胞、タンパク質13を吸着させようとすると、ウェル12,12間表面にも細胞、タンパク質13,…が吸着してしまう。この現象を防ぐために、ウェルデバイス10のウェル12の内面のみを表面処理して、ウェル12とウェル12以外の表面との表面状態(水の水滴接触角で説明すると、例えば一例として、ウェル12の水の水滴接触角が40°以下、ウェル12以外の接触角がポリマー本来の水滴接触角である80°以上)を変えようとしても、ウェル12の直径が数十μmから数百μmであるため、ウェル12の内面のみを親水化処理することは非常に難しいし、強引に表面処理をした場合はその処理費用が高額かつ不均一な表面処理になってしまう可能性が高い。
FIG. 4 shows a conventional highly integrated
そこで、本発明が前述の状況に鑑み、解決しようとするところは、表面に直径が数十μmから数百μmのウェルを高集積させたプラスチック製のプレートで構成されるマイクロ化学デバイスにおいて、ウェル底部とウェル底部以外との表面状態が異なる(親水化の程度が異なる)ものとすることができ、それにより本来好ましくないプレート表面への細胞、タンパク質の付着を防止することが可能なマイクロ化学デバイスの製造方法を提供する点にある。 Therefore, in view of the above-described situation, the present invention intends to solve the problem in a microchemical device including a plastic plate in which wells with a diameter of several tens to several hundreds of μm are highly integrated on the surface. A microchemical device that can have a different surface state (except for the degree of hydrophilicity) at the bottom and other than the bottom of the well, thereby preventing cells and proteins from adhering to the plate surface, which is inherently undesirable. It is in the point of providing a manufacturing method .
本発明は、前述の課題解決のために、直径が数十μmから数百μmの貫通穴を任意の間隔で複数設けたポリジメチルシロキサン(PDMS)製の上部プレートを成形する工程と、平面状の表面を有するPDMS以外のプラスチック製の下部プレートを成形する工程と、前記下部プレートを酸素プラズマ中に曝して表面に酸素含有基を導入する酸素プラズマ処理工程と、前記下部プレートの表面を酸素プラズマ処理して酸素含有基を導入した後、濃度が0.05wt%〜3wt%のシランカップリング剤を塗布して細胞やタンパク質の表面と相互作用可能な官能基を導入する工程と、前記上部プレートと下部プレートを接合する直前に、酸素プラズマ処理し、両プレートを上下に積層し、両プレートを所定圧力で加圧して接合一体化する工程と、よりなり、前記下部プレートの表面で細胞やタンパク質が付着し易い官能基を備えたウェル底部を形成するとともに、前記上部プレートの貫通穴で細胞やタンパク質が付着し難いウェル側壁部を形成してなることを特徴とするマイクロ化学デバイスの製造方法を確立した。 In order to solve the above-mentioned problems, the present invention includes a step of molding an upper plate made of polydimethylsiloxane (PDMS) having a plurality of through holes having a diameter of several tens to several hundreds of μm at arbitrary intervals, and a planar shape. Forming a lower plate made of plastic other than PDMS having a surface, an oxygen plasma treatment step in which the lower plate is exposed to oxygen plasma to introduce oxygen-containing groups on the surface, and the surface of the lower plate is subjected to oxygen plasma A step of introducing a functional group capable of interacting with the surface of a cell or protein by applying a silane coupling agent having a concentration of 0.05 wt% to 3 wt% after introducing an oxygen-containing group by treatment; and the upper plate Immediately before joining the bottom plate and the lower plate, a process of oxygen plasma treatment, laminating both plates up and down, pressurizing both plates with a predetermined pressure, and joining and integrating, And forming a well bottom having a functional group to which cells and proteins easily adhere on the surface of the lower plate, and forming a well side wall to which cells and proteins are difficult to adhere in the through hole of the upper plate. The manufacturing method of the microchemical device characterized by the above was established .
以上にしてなる本発明に係る発明のマイクロ化学デバイスの製造方法は、ウェルとなる貫通穴を任意の間隔で複数設けたポリジメチルシロキサン(PDMS)製の上部プレートと、平面状の表面を有するPDMS以外のプラスチック製の下部プレートとを有し、両プレートを上下に積層し接合一体化する前に、前記下部プレートを酸素プラズマ処理して表面に酸素含有基を導入した後、濃度が0.05wt%〜3wt%のシランカップリング剤を塗布して細胞やタンパク質の表面と相互作用可能な官能基を導入し、その後両プレートを酸素プラズマ処理し、両プレートを所定圧力で加圧して接合一体化することにより、前記下部プレートの表面でウェル底部を形成し、前記上部プレートの貫通穴でウェル側壁部を形成するので、下部プレートの表面を上部プレートの表面と異なる表面状態(親水化の程度が異なる)とすることで、ウェルの底部とそれ以外の部分との表面状態を異ならせ、細胞、タンパク質をウェルの底部に付着(吸着)し易く、その他の上部プレート表面に付着(吸着)し難くすることが容易にでき、その製造も容易である。また、ウェルの大きさは前記上部プレートに形成する貫通穴の直径で決まり、ウェルの深さは上部プレートの厚さで決まり、設計が容易になるとともに、設計の自由度も高い。 The manufacturing method of the microchemical device of the invention according to the present invention as described above is a PDMS having a planar surface and an upper plate made of polydimethylsiloxane (PDMS) provided with a plurality of through holes to be wells at arbitrary intervals. A lower plate made of plastic, and before the two plates are stacked and joined together, the lower plate is subjected to oxygen plasma treatment to introduce oxygen-containing groups on the surface, and then the concentration is 0.05 wt. A functional group capable of interacting with the surface of cells and proteins is introduced by applying a 3 to 3 wt% silane coupling agent, and then both plates are subjected to oxygen plasma treatment, and both plates are pressed at a predetermined pressure to be integrated. As a result, a well bottom is formed on the surface of the lower plate, and a well sidewall is formed in the through hole of the upper plate. By making the surface different from the surface of the upper plate (the degree of hydrophilization is different), the surface state of the well bottom and other parts are made different so that cells and proteins adhere to the bottom of the well (adsorption) ), And it can be easily prevented from adhering (adsorbing) to the surface of the other upper plate, and its manufacture is also easy. In addition, the size of the well is determined by the diameter of the through hole formed in the upper plate, and the depth of the well is determined by the thickness of the upper plate, which facilitates design and increases the degree of freedom in design.
本発明では、プラズマ処理後にシランカップリング剤処理を行うが、この処理の主目的はプレート(上部プレート:PDMS製)の親水化では無く、下部プレート(例えば、ポリスチレン、アクリル樹脂、ポリカーボネートなどに代表されるプラスチック樹脂)との恒久接合と、下部プレートの表面処理面に細胞やタンパク質と相互作用ができる官能基を付与する(従って、ウェル底部の表面にこの官能基が存在する)ことにある。そして、前記上部プレートと下部プレートを接合する直前に、酸素プラズマ処理し、両プレートを上下に積層し、両プレートを所定圧力で加圧することで、安定に接合一体化することができる。更に、濃度が0.05wt%〜3wt%のシランカップリング処理後に、酸素プラズマ処理されたウェル底部となる下部プレートの表面は、官能基の存在によって細胞やタンパク質が付着(吸着)し易くなるとともに、細胞に対する毒性を有意に低減することができる。 In the present invention, the silane coupling agent treatment is performed after the plasma treatment, but the main purpose of this treatment is not the hydrophilization of the plate (upper plate: PDMS), but the lower plate (eg, polystyrene, acrylic resin, polycarbonate, etc.). And a functional group capable of interacting with cells and proteins on the surface-treated surface of the lower plate (therefore, this functional group exists on the surface of the bottom of the well). Immediately before joining the upper plate and the lower plate, oxygen plasma treatment is performed, the plates are stacked one above the other, and both the plates are pressurized at a predetermined pressure, so that they can be stably joined and integrated. Furthermore, after the silane coupling treatment at a concentration of 0.05 wt% to 3 wt%, the surface of the lower plate, which is the bottom of the well subjected to the oxygen plasma treatment, tends to adhere (adsorb) cells and proteins due to the presence of functional groups. , Can significantly reduce toxicity to cells.
次に、添付図面に示した実施形態に基づき、本発明を更に詳細に説明する。本発明のマイクロ化学デバイスは、高集積ウェルデバイスに分類されるものであり、プレートの表面に多数のウェル(有底穴)が形成されたものである。本発明では、ウェル底部の表面状態をウェル底部以外の表面とは異ならせることにより、細胞やタンパク質をウェル底部に吸着させるデバイスを提案する。 Next, the present invention will be described in more detail based on the embodiments shown in the accompanying drawings. The microchemical device of the present invention is classified as a highly integrated well device, in which a large number of wells (bottomed holes) are formed on the surface of a plate. The present invention proposes a device that adsorbs cells and proteins to the well bottom by making the surface state of the well bottom different from the surface other than the well bottom.
図1(a)に示すように、本発明のマイクロ化学デバイス1の構成は、プラスチック製の上部プレート2とプラスチック製の下部プレート3から構成されており、直径が数十μmから数百μmの貫通穴4,…を任意のピッチ間で設けた上部プレート2と平面状の表面を有する下部プレート3とを別々に作成する。この場合、前記上部プレート2、下部プレート3とは表面状態が異なることが重要である。即ち、前記上部プレート2と下部プレート3の表面状態を異ならせるには、前記上部プレート2と下部プレート3とが異種材料の組合せであっても良いし、それぞれのプレートで表面処理プロセスを変えても良く、更に、異種材質かつ表面処理プロセスも変えるという手法でも良い。そして、前記上部プレート2と下部プレート3とを上下に積層し、両プレートを接合一体化することにより、前記上部プレート2の貫通穴4と前記下部プレート3の表面5とでウェル6が形成される。つまり、図1(b)に示すように、前記下部プレート3の表面5でウェル6底部を形成するとともに、前記上部プレート2の貫通穴4でウェル6側壁部を形成する。図中符号7は、細胞、タンパク質である。
As shown in FIG. 1A, the configuration of the
このように、マイクロ化学デバイス1を構成することにより、ウェル6の底部(下部プレート3の表面5)の表面状態をウェル6の底部以外の表面(ウェル側壁部及び上部プレート2の表面)とは異ならせることができる。それにより、各種細胞、タンパク質7などをウェル6の底部にのみ吸着させることが可能となり、更に、細胞、タンパク質7の洗浄工程においてウェル6内に入った細胞、タンパク質7などが流れ出難くなるという特長を発揮できる。尚、上部プレート2に設ける直径が数十μmから数百μmの貫通穴4のプレート厚み方向の断面形状は、特に限定する必要はない。一般的には、ストレートあるいは、ウェル底部に行くほど先細りするコーン形状となる。
Thus, by configuring the
更に詳しく、本発明のマイクロ化学デバイス1の製造方法を図1及び図3に基づいて説明する。前記上部プレート2の材質は特に限定されず、下部プレート3との組合せにより、上部プレート2に設けた貫通穴4が、細胞、タンパク質7を入れるウェル6になり、このウェル6の直径が数十μmから数百μmであるため、厚くても数百μmの厚みのシートを必要とする。そこで、上部プレート2の製作の1例として、PDMSシートが挙げられる。このシートは、射出成形で液状シリコーン樹脂(例えば信越化学工業製KE−1935(A/B)、KE−1950−30(A/B))から成形で製作しても良いし、市販のシリコーンシートを使用しても良い。そして、PDMSシート(上部プレート2)に、貫通穴4を炭酸ガスレーザーで設けた。
In more detail, the manufacturing method of the
具体的には、PDMSシートの厚みは、50μm又は100μmである。PDMSシートの穴開け加工に使用した炭酸ガスレーザーは、パナソニックSUNX製LP−400である。レーザー加工条件の一例として、レーザーパワーが40%で、走査速度が10mm/secである。PDMSシートの1.4×1.4mmエリアにφ100μmの貫通穴4を等間隔に縦横に形成し、この1.4×1.4mmエリアをPDMSシート内に複数エリア製作した。
Specifically, the thickness of the PDMS sheet is 50 μm or 100 μm. The carbon dioxide laser used for punching the PDMS sheet is LP-400 made by Panasonic SUNX. As an example of the laser processing conditions, the laser power is 40% and the scanning speed is 10 mm / sec. Through
尚、上部プレート2の穴加工は炭酸ガスレーザーによる加工に限定されず、貫通穴4の大きさに応じて、UVレーザー、ピコ秒レーザー、ヘムト秒レーザーなどを用いることが可能である。更に、リソグラフィー手法を用いて、直径が数十〜数百μmのUVレジストパターンを作製し、このレジストパターンをマスター型としてニッケル電鋳プレートを製作し、このニッケル電鋳プレートを介して、各種貫通穴4を上部プレート2に設けることも可能である。このようなプレートを介して上部プレート2に貫通穴4を設ける場合は、穴の形状が円形にこだわらず、四角形、六角形などの多角形形状も可能となる。
In addition, the hole processing of the
下部プレート3の材質は特に限定されず、上部プレート2との接合が可能なプラスチック樹脂で、射出成形やその他の成形方法で製作することが可能であれば特に限定されない。更にデバイスの大きさも特に限定されない。
The material of the
上部プレート2と下部プレート3との接合は、図3に示すようにする。先ず、下部プレート3を酸素プラズマ中に曝して表面に酸素含有基を導入し(酸素プラズマ処理)、その後、シランカップリング水溶液に浸漬し(シランカップリング処理)、乾燥炉にて脱水処理することで表面に官能基を導入する。その後、常温まで冷却して洗浄する。そして、前記上部プレート2と下部プレート3を接合する直前に、酸素プラズマ処理し、両プレートを接合し、所定圧力で加圧し、一体化する。この際に、加熱しても良い。
The
このように、本発明は、2種類のプラスチック製の上部プレート2と下部プレート3を正確に位置合わせして接合一体化し、上部プレート2に形成した直径が数十μmから数百μmの貫通穴4でウェル6の側壁部を形成し、下部プレート3の表面5でウェル6の底部を形成する。ここで、上部プレート2と下部プレート3との位置合わせは、一般的に用いられる手法を採用することが可能である。例えば、上部プレート2側の4角にφ500μmの貫通穴を設け、この上部プレート2のφ500μm貫通穴に入る凸形状(円柱:φ500μmより10〜20μm小さい直径)を下部プレート3に設ける。
Thus, in the present invention, two types of plastic
本発明は、各種細胞やタンパク質7が上部プレート2のウェル6以外に付着することを防止するため、ウェル6の底部とそれ以外の部分との表面状態を異ならせる。そのため、上部プレート2と下部プレート3それぞれプレート材料を異種材質にすること、それぞれのプレートにおいて表面状態を変えるための表面処理方法を変える。これらの手法により、高集積デバイスの各ウェル6においては、ウェル底部とウェル底部を除くウェル側壁部との表面状態が異なり(水の水滴接触角で表現すると接触角が異なり)、各種細胞やタンパク質7がウェル部以外に付着することを防止できる。
In the present invention, in order to prevent various cells and
その目的のために、本実施形態では、前記下部プレート3のみをシランカップリング処理を施している。シランカップリング剤の1例として、3−アミノプロピルメトキシシランが挙げられ、その処理によって下部プレートの表面にアミノ基を導入できる。シランカップリング剤の濃度に関しては0.05wt%から10wt%程度が望ましい。このアミノ基がウェル底部の表面に存在することで、細胞やタンパク質との総合作用により、細胞、タンパク質をウェル底部に吸着させることが可能となる。上部プレート2と下部プレート3との接合に関しては、シランカップリング剤の濃度が高い方が接合の安定性に寄与する一方、細胞、タンパク質への毒性も高くなる。
For this purpose, in this embodiment, only the
本実施形態では、上部プレート2にシリコーン樹脂を用いた例を示したが、シリコーン樹脂以外のポリマー材料として、ポリスチレンが挙げられる。ポリスチレンの場合もPDMSの場合と同様に50μmから数百μm厚みのシートにレーザー加工で、直径が数十μmから数百μmの貫通穴4を設けることが可能である。ポリスチレンの場合は下部プレート3に同材料であるポリスチレンを用いた場合、酸素プラズマ処理を経てシランカップリング処理後に、上部プレート2と熱接着させることが可能である。
更に、環状オレフィンポリマーを上部プレート2に用いた場合も同様の加工プロセスが可能であり、下部プレート3に同材料の環状オレフィンポリマーを用いた場合は、酸素プラズマ処理、シランカップリング処理後に、上部プレート2と下部プレート3とを拡散接合で接合することも可能である。オレフィン系樹脂の場合は接合時に常温で加圧のみで拡散接合が可能であるが、アクリル系樹脂(PMMAなど)の場合は加熱加圧する。何れの場合にも、50℃から120℃に接合面を加熱することで、接合時間を短縮することが可能となる。
In this embodiment, although the example which used the silicone resin for the
Further, when the cyclic olefin polymer is used for the
上述したように、本発明で用いるシランカップリング剤は、上部プレートと下部プレートとを接合して形成されるウェル底部の表面に、細胞やタンパク質と相互作用が可能な官能基を導入することが目的である。従って、使用するシランカップリング剤は、3−アミノプロピルメトキシシランに限定されることなく、細胞やタンパク質と相互作用ができる官能基を導入できるシランカップリング剤を適宜選択すれば良い。即ち、シランカップリング剤の化学構造式で説明すると、次のようになる。 As described above, the silane coupling agent used in the present invention can introduce a functional group capable of interacting with cells and proteins into the surface of the well bottom formed by joining the upper plate and the lower plate. Is the purpose. Therefore, the silane coupling agent to be used is not limited to 3-aminopropylmethoxysilane, and a silane coupling agent capable of introducing a functional group capable of interacting with cells and proteins may be appropriately selected. That is, the chemical structural formula of the silane coupling agent is as follows.
そして、各種官能基(Y)として以下のものを用いることができる。
アミノ基(−NH2)の場合は、3−アミノプロピルトリエトキシシラン、3−アミノプロピルトリメトキシシラン、N−(2−アミノエチル)−3−アミノプロピルトリメトキシシラン、N−(2−アミノエチル)−3−アミノプロピルメチルジメトキシシラン、3−(N−フェニル)アミノプロピルトリメトキシシランなどを用いることができる。
イソシアネート基(−N=C=O)の場合は、3−イソシアネートプロピルトリエトキシシラン、3−イソシアネートプロピルトリメトキシシランなどを用いることができる。
ウレイド基(−NHCONH2)の場合は、3−ウレイドプロピルトリエトキシシランなどを用いることができる。
メルカプト基(−SH)の場合は、3−メルカプトプロピルトリメトキシシラン、3−メルカプトプロピルトリエトキシシランなどを用いることができる。
カルボキシル基(−COOH)の場合は、カルボン酸無水物などを用いることができる。
And the following can be used as various functional groups (Y).
In the case of an amino group (—NH 2 ), 3-aminopropyltriethoxysilane, 3-aminopropyltrimethoxysilane, N- (2-aminoethyl) -3-aminopropyltrimethoxysilane, N- (2-amino) Ethyl) -3-aminopropylmethyldimethoxysilane, 3- (N-phenyl) aminopropyltrimethoxysilane, and the like can be used.
In the case of an isocyanate group (—N═C═O), 3-isocyanatepropyltriethoxysilane, 3-isocyanatepropyltrimethoxysilane, or the like can be used.
In the case of a ureido group (—NHCONH 2 ), 3-ureidopropyltriethoxysilane or the like can be used.
In the case of a mercapto group (—SH), 3-mercaptopropyltrimethoxysilane, 3-mercaptopropyltriethoxysilane, or the like can be used.
In the case of a carboxyl group (—COOH), a carboxylic acid anhydride or the like can be used.
このような各種官能基を適宜、細胞、タンパク質の種類に応じて用いることができる。また、使用する溶媒は、シランカップリング剤を溶媒に溶かす必要があることから、デバイスの耐溶剤性を考慮して純水以外にアルコール系(例えば、メタノール、エタノールなど)を用いることが可能であり、必要に応じては、純水とアルコールとの混合溶媒を用いても良い。 Such various functional groups can be appropriately used depending on the type of cell and protein. In addition, since it is necessary to dissolve the silane coupling agent in the solvent, it is possible to use alcohols (for example, methanol, ethanol, etc.) in addition to pure water in consideration of the solvent resistance of the device. Yes, a mixed solvent of pure water and alcohol may be used as necessary.
一方、表面処理するプレート側は、シランカップリング剤溶液中に浸漬される際に、プレート表面が十分に溶液に濡れる必要があることから、プラズマ処理をする必要がある。尚、プラズマ処理に関しては、酸素プラズマ処理に限定はされず、使用するシランカップリング剤溶液にデバイスが十分に濡れる状態(溶剤をデバイス表面に滴下した際の水滴接触角40°以下が好ましい)になるプラズマ照射条件であれば問題ない。また、シランカップリング剤の濃度にも特に限定されず、接合する上部プレート2、下部プレート3との種類、使用する細胞、タンパク質への毒性の種類を考慮して、溶媒に溶ける濃度で調整すればよい。更に、シランカップリング剤に限定させることもなく、チタン系のカップリング剤など加水分解するものであれば良い。一般的に、加水分解性の有機基を備えたものを用いることができ、OH基が生成する必要がある。
On the other hand, the plate surface to be surface-treated needs to be plasma-treated because the plate surface needs to be sufficiently wetted with the solution when immersed in the silane coupling agent solution. The plasma treatment is not limited to oxygen plasma treatment, and the device is sufficiently wetted with the silane coupling agent solution used (preferably a water droplet contact angle of 40 ° or less when the solvent is dropped on the device surface). There is no problem if the plasma irradiation conditions are as follows. Also, the concentration of the silane coupling agent is not particularly limited, and the concentration of the silane coupling agent is adjusted to a concentration that is soluble in the solvent in consideration of the types of the
本発明は、一般的にシリコーン樹脂をポリカーボネート、ポリブチレンテレフタレート、ポリフェニレンオキシド、ポリアミドなどと接合するために用いる接着性シリコーン樹脂(例えば、信越化学工業製のX−34−1625A/B,KE−2090−50A/Bなど)を用いる接合プロセスとは異なる。更に、プラズマ処理をしないで各種プライマーを用いる接合プロセスとも異なる。 The present invention generally relates to an adhesive silicone resin (for example, X-34-1625A / B, KE-2090 manufactured by Shin-Etsu Chemical Co., Ltd.) used for bonding a silicone resin to polycarbonate, polybutylene terephthalate, polyphenylene oxide, polyamide, and the like. -50A / B etc.). Furthermore, it is different from the joining process using various primers without plasma treatment.
上部プレートの材質はPDMSであり、下部プレートの材質はポリスチレンである。そして、ウェル径はφ100μm、ウェル深さは50μmである。 The material of the upper plate is PDMS, and the material of the lower plate is polystyrene. The well diameter is φ100 μm and the well depth is 50 μm.
下部プレート表面処理の具体例を以下に示す。酸素プラズマ処理条件は、下部プレートをプラズマ処理装置(ヤマトマテリアル株式会社製、PDC210)内に設置した後、装置内を窒素ガスでパージし、0.01MPaまで減圧後、酸素を100cc導入、RF出力300Wで5秒から60秒放電する。 Specific examples of the lower plate surface treatment are shown below. Oxygen plasma processing conditions are as follows: the lower plate is placed in a plasma processing apparatus (PDC210, manufactured by Yamato Material Co., Ltd.), the inside of the apparatus is purged with nitrogen gas, the pressure is reduced to 0.01 MPa, 100 cc of oxygen is introduced, RF output Discharge at 300W for 5 to 60 seconds.
シランカップリング剤処理は、3−アミノプロピルトリメトキシシランを純水中に0.05,0.5,1,3,5,7,10,15wt%の各濃度になるように調整した。各濃度のシランカップリング溶液中に、酸素プラズマ処理後の下部プレートを、20秒から300秒の間、浸漬させ、下部プレート表面にシランカップリング剤を反応させる。 The silane coupling agent treatment was adjusted such that 3-aminopropyltrimethoxysilane had a concentration of 0.05, 0.5, 1, 3, 5, 7, 10, 15 wt% in pure water. The lower plate after the oxygen plasma treatment is immersed in the silane coupling solution of each concentration for 20 to 300 seconds, and the surface of the lower plate is reacted with the silane coupling agent.
上部プレートと下部プレートとの接合処理の具体例を以下に示す。上部プレート、下部プレートともに接合面に酸素プラズマ処理を実施。酸素プラズマ処理条件は、それぞれのプレートをプラズマ処理装置内に設置した後、装置内を窒素ガスでパージし、0.01MPaまで減圧後、酸素を100cc導入、RF出力300Wで5秒から30秒放電。その後、酸素プラズマ面を合わせて両プレート間を接合。この場合、この場合、0.01MPaから0.1MPaの圧力で接合面を加圧、その後50℃から120℃まで加熱すると接合が効率よく行うことができる。 A specific example of the joining process between the upper plate and the lower plate is shown below. Oxygen plasma treatment is performed on the joint surface of both the upper and lower plates. Oxygen plasma treatment conditions were as follows: each plate was placed in a plasma treatment apparatus, the inside of the apparatus was purged with nitrogen gas, the pressure was reduced to 0.01 MPa, 100 cc of oxygen was introduced, and an RF output of 300 W was discharged for 5 seconds to 30 seconds. . Then, join the two plates together with the oxygen plasma surface. In this case, in this case, the bonding can be efficiently performed by pressurizing the bonding surface at a pressure of 0.01 MPa to 0.1 MPa and then heating from 50 ° C. to 120 ° C.
このように製造したマイクロ化学デバイスを用いて各種細胞の毒性テスト評価を行った。その手順を以下に示す。 Toxicity test evaluation of various cells was performed using the thus produced microchemical device. The procedure is shown below.
1.Hybridoma
・生細胞50,000個を細胞培養培地(RPMI 1640) 1ml中に懸濁させる。
・テストデバイスに1ml全量を入れる。
・遠心分離器(条件の1例として500rpm、3min)。
・培養培地で2回洗浄。
・約1時間静置。
・トリハンブルー染色を行い、死んでいる細胞を染色。
・セルカウンターで細胞を計測。
1. Hybridoma
• 50,000 viable cells are suspended in 1 ml of cell culture medium (RPMI 1640).
・ Put the total volume of 1ml into the test device.
A centrifuge (500 rpm, 3 min as an example of conditions).
-Wash twice with culture medium.
・ Leave for about 1 hour.
-Trihan blue staining to stain dead cells.
・ Measure cells with cell counter.
2.Mouse ES細胞
・生細胞50,000個を細胞培養培地(GMEM+10%FBS) 1ml中に懸濁させる。
・テストデバイスに1ml全量を入れる。
・遠心分離器(条件の1例として500rpm、3min)。
・培養培地で2回洗浄。
・約1時間静置。
・トリハンブルー染色を行い、死んでいる細胞を染。
・セルカウンターで細胞を計測。
2. 50,000 Mouse ES cells / viable cells are suspended in 1 ml of cell culture medium (GMEM + 10% FBS).
・ Put the total volume of 1ml into the test device.
A centrifuge (500 rpm, 3 min as an example of conditions).
-Wash twice with culture medium.
・ Leave for about 1 hour.
-Trihan blue stain to stain dead cells.
・ Measure cells with cell counter.
シランカップリング剤処理の各濃度における上部プレートと下部プレートの接合性と細胞の毒性評価の結果を併せて表1に示す。
この結果から分かるように、シランカップリング剤処理の濃度が0.05wt%〜10wt%の場合で両プレートの接合性が良好であると同時に、Mouse ES細胞の生存率が75〜100%、Hybridomaの生存率が70〜100%となった。特に、シランカップリング剤処理の濃度が0.05wt%〜3wt%の場合、Mouse ES細胞の生存率が90〜100%、Hybridomaの生存率が80〜100%となった。 As can be seen from this result, when the concentration of the silane coupling agent treatment is 0.05 wt% to 10 wt%, the adhesion of both plates is good, and at the same time, the survival rate of Mouse ES cells is 75 to 100%, Hybridoma The survival rate was 70 to 100%. In particular, when the concentration of the silane coupling agent treatment was 0.05 wt% to 3 wt%, the survival rate of Mouse ES cells was 90 to 100%, and the survival rate of Hybridoma was 80 to 100%.
1 マイクロ化学デバイス
2 上部プレート
3 下部プレート
4 貫通穴
5 下部プレートの表面
6 ウェル
7 細胞、タンパク質
1
Claims (1)
平面状の表面を有するPDMS以外のプラスチック製の下部プレートを成形する工程と、
前記下部プレートを酸素プラズマ中に曝して表面に酸素含有基を導入する酸素プラズマ処理工程と、
前記下部プレートの表面を酸素プラズマ処理して酸素含有基を導入した後、濃度が0.05wt%〜3wt%のシランカップリング剤を塗布して細胞やタンパク質の表面と相互作用可能な官能基を導入する工程と、
前記上部プレートと下部プレートを接合する直前に、酸素プラズマ処理し、両プレートを上下に積層し、両プレートを所定圧力で加圧して接合一体化する工程と、
よりなり、前記下部プレートの表面で細胞やタンパク質が付着し易い官能基を備えたウェル底部を形成するとともに、前記上部プレートの貫通穴で細胞やタンパク質が付着し難いウェル側壁部を形成してなることを特徴とするマイクロ化学デバイスの製造方法。 Forming an upper plate made of polydimethylsiloxane (PDMS) having a plurality of through holes having a diameter of several tens to several hundreds of μm at an arbitrary interval;
Molding a plastic lower plate other than PDMS having a planar surface;
An oxygen plasma treatment step in which the lower plate is exposed to oxygen plasma to introduce oxygen-containing groups on the surface;
After the surface of the lower plate is subjected to oxygen plasma treatment to introduce oxygen-containing groups, a functional group capable of interacting with the surface of cells or proteins is applied by applying a silane coupling agent having a concentration of 0.05 wt% to 3 wt%. Introducing the process;
Immediately before joining the upper plate and the lower plate, a process of oxygen plasma treatment, laminating both plates up and down, pressurizing both plates with a predetermined pressure and integrating them,
And forming a well bottom having a functional group to which cells and proteins easily adhere on the surface of the lower plate, and forming a well side wall portion to which cells and proteins do not easily adhere in the through hole of the upper plate. A method for producing a microchemical device.
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