JP6755009B2 - 多孔フィルム、多孔フィルム製造方法、マイクロレンズアレイ、マイクロリアクターおよびバイオデバイス - Google Patents
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Description
すなわち、上記課題を解決するため、本発明は以下の手段を採用した。
本発明の一態様にかかる多孔フィルムによれば、10μm以上、2000μm以下の直径の空孔部を有する高品質の多孔フィルムを低コストで得ることができる。
まず、図1および図2を参照して第1実施形態の多孔フィルム1について説明する。
図1は、隙間30をあけて平行に配置されたガラス基板(基板)31、32間に多孔フィルム1が形成された断面図である。図2は、図1におけるA−A線視断面図である。
次に、上記構成の多孔フィルム1の製造方法について、図3乃至図7を参照して説明する。上記構成の多孔フィルム1の製造方法は、空孔部10の形成に用いられる第1の液体で形成された球状の液滴と、基体20の形成に用いられる第2の液体とを準備する第1ステップと、ガラス基板31、32間の隙間に球状の液滴と第2の液体とを注入する第2ステップと、ガラス基板31、32を介して光を照射して第2の液体を硬化させて外相となる基体20を形成する第3ステップと、基体20の間の液滴を除去して空孔部10を形成する第4ステップとを含む。
図3は、第1ステップで用いる第1キャピラリー装置40の構成を示す図である。図4は、第1ステップで用いる第2キャピラリー装置50の構成を示す図である。第1キャピラリー装置40と第2キャピラリー装置50とは、第1の液体で形成する液滴の直径の大きさに応じて適宜選択する。なお、本実施形態で説明する直径とは、顕微鏡で観察される液滴の外径で定義されるものである。
次に、第2ステップについて説明する。図6は、第2ステップで用いるデバイスDVの一例を示す外観斜視図である。デバイスDVは、隙間30を挟んで平行に配置されたガラス基板31、32と、ガラス基板31、32間の距離を規定するためのスペーサー33とを有している。スペーサー33は、ガラス基板31、32の両端縁に配置された積層可能な複数のシート材34によって構成されている。
第3ステップでは、ガラス基板31、32の外側からガラス基板31、32のそれぞれを介して硬化光として紫外光を、一例として、30分間照射する。これにより、紫外光UVの照射によって第2の液体L2が硬化し、界面活性剤および安定剤を含んだ硬化物として、外相となるポリアクリルアミドの基体20が形成される。
続いて、第4ステップについて説明する。第4ステップでは、基体20の間に残留する油滴Dを除去して空孔部10を形成する。第3ステップで第2の液体L2が硬化して基体20が形成されたデバイスDVを数時間90℃で乾燥した後、アセトンに浸漬して洗浄する。これにより、図1に示されるように、油滴Dが除去され、図2に示したように、規則性をもって千鳥状に配列された空孔部10が形成される。空孔部10の直径は、上述したように、第1キャピラリー装置40または第2キャピラリー装置50の選択、ノズル42の直径、開口部49の直径および第1の液体L1の流速を適宜選択した結果に応じた大きさとなる。
次に、第2実施形態に係る多孔フィルムについて、図9乃至図14を参照して説明する。上記の多孔フィルム1は、多孔フィルム1の厚さ方向に空孔部10を一層配置する構成を例示したが、第2実施形態では空孔部10が複数層(ここでは二層)に配置された例について説明する。これらの図において、図1乃至図8に示す第1実施形態の多孔フィルム1の構成要素と同一の要素については同一符号を付し、その説明を省略する。
図11は、油滴Dが体心立方構造で配列された状態を示す図である。図12は、油滴Dが最密構造で配列された状態を示す図である。
次に、第3実施形態に係る多孔フィルムについて、図15乃至図18を参照して説明する。上記第2実施形態では、多孔フィルム1の厚さ方向に空孔部10が二層に配置された構成を例示したが、第3実施形態では、三層に配置された構成について説明する。これらの図において、図9乃至図14に示す第2実施形態の多孔フィルム1の構成要素と同一の要素については同一符号を付し、その説明を省略する。
上記実施形態では、油滴Dおよび空孔部10の直径は同一径である場合について説明したが、第1ステップにおいて、直径の異なる複数種の油滴Dを準備することにより、直径の異なる複数種の空孔部10を有する多孔フィルム1(または多孔フィルム1A、1B)を製造することも可能である。直径の異なる複数種の油滴Dとしては、例えば、上述した第1キャピラリー装置40または第2キャピラリー装置50の選択、ノズル42の直径、開口部49の直径および第1の液体L1の流速の少なくとも一つを変更することにより準備可能である。特に、第1の液体L1の流速を変更する方法を選択すれば、直径の異なる複数種の油滴Dを連続的に形成することが可能となる。
次に、上記の多孔フィルムの適用例について説明する。
本実施形態の多孔フィルム1は、マイクロレンズアレイに適用可能である。
マイクロレンズアレイは、微小レンズが規則的に配列されたマイクロレンズアレイは、多数のレンズ体からの光が干渉することで、光束、偏光、波長などの光物性の制御や三次元立体映像の作製への応用が期待される。本実施形態の多孔フィルム1では、空孔部10にレンズ体を配置することにより、マイクロレンズアレイとして機能する。レンズ体としては、例えば、全方位レーザー発振器であるコレステリック液晶マイクロカプセルを選択できる。
本実施形態の多孔フィルム1は、マイクロリアクターに適用可能である。
マイクロリアクターは、微小空間を反応場として利用するものであり、本実施形態の多孔フィルム1は、空孔部10が反応場として機能する。マイクロリアクターは、体積あたりの比表面積が大きいことによって、不均一触媒反応への応用が考えられる。そのため、多孔フィルム1に触媒を担持させることによって、マイクロリアクターとして機能する。
さらに、多孔フィルム1の格子構造や細孔径を制御することにより、反応場における反応を制御することが可能になる。本実施形態では、上述した多孔フィルム1を備えているため、10μm以上、2000μm以下程度の反応場を有するマイクロリアクターを低コストで製造することが可能になる。
本実施形態の多孔フィルム1は、バイオデバイスに適用可能である。
バイオデバイスとしては、セルパターニングの足場となるデバイスおよび細胞等の成長の足場となるデバイスが挙げられる。セルパターニングを、例えば、バイオセンサーとして用いるには、細胞培養を行う位置の制御が必要となる。本実施形態の多孔フィルム1を細胞と接着性のない物質で作製するか、あるいは細胞と接着性のない物質で表面処理し、多孔フィルム1を細胞培養する基板に貼り付け、その基板に細胞を接着し、多孔フィルム1を剥離することによりセルパターングが実現できる。このセルパターニングは、本実施形態の多孔フィルム1を用いているため、トップダウン的な基板へのパターニング工程を減らすことができ、大幅なコストダウンが図れる。
本実施形態の多孔フィルム1は、テンプレートに適用可能である。
多孔フィルム1は、基体20が鋳型となり、空孔部10に配置された材料をテンプレートとして成型することが可能となる。この場合、第2ステップでガラス基板31、32間の隙間30に注入する油滴Dを密ではなく粗となる数としてもよい。この構成により、隣り合う空孔部10が連通せずに独立し、ガラス基板31、32と接触する箇所のみが開口した空孔部10を形成することができる。
1)上記の第1ステップで溶液を1時間脱気後、1時間バブリングして窒素置換し、W/O型エマルションを作製した。その際、油相の組成は、界面活性剤P123 0.92質量%、スチレンモノマー(重合禁止剤除去済) 84.57質量%、ジビニルベンゼン(重合禁止剤除去済)8.66質量%、熱重合開始剤AIBN 5.84質量%であり、水相はイオン交換水であった。
2)上記のW/O型エマルションを利用し、常温における硬化によってポーラスフィルムを作製した。
3)スチレンモノマーの揮発を抑えるため、スチレンモノマーで満たされた中にW/O型エマルションを封入したガラスセルを置き、室温で静置した。
このような方法を採ることにより、熱重合で多孔フィルムを製造することができた。
1)上記と同様に、第1ステップでW/O型エマルションを作製した。その際、油相の組成は、界面活性剤P123 1.40質量%、トルエン 77.74質量%、アクリル系硬化樹脂(ユニソーラー(登録商標)、ユニテック社製)20.85質量%であり、水相はイオン交換水であった。
2)上記のW/O型エマルションを利用し、紫外光UVの照射による硬化によってポーラスフィルムを作製した。
このような方法を採ることにより、光重合で多孔フィルムを製造することができた。
具体的には、pHの変化により硬化する硬化剤として、過硫酸アンモニウム、過酸化水素、ジイソプロピルペルジカーボネートなどのレドックス開始剤を用い、第2の液体LのpHを変化させる材料として、テトラエチレンジアミン、トリエチルアミン、トリエタノールアミンなどを用いることにより第2の液体Lを硬化させることが可能である。
Claims (36)
- 第1の液体により10μm以上、2000μm以下の所定直径で球状に形成された液滴と、エネルギーの付与により硬化する硬化剤またはpHの変化により硬化する硬化剤を含み前記液滴が分散される第2の液体とを準備する第1ステップと、
一対の基板間の隙間に前記液滴および前記第2の液体を注入する第2ステップと、
前記第2の液体を硬化させて基体を形成する第3ステップと、
前記基体の間の前記液滴を除去して空孔部を形成する第4ステップと、
を含み、
前記液滴が、直径の相対誤差が6%以下である液滴であり、かつ、前記空孔部が、直径の相対誤差が6%以下である空孔部であることを特徴とする多孔フィルム製造方法。 - 前記第2の液体は、界面活性剤および安定剤を含むことを特徴とする請求項1に記載の多孔フィルム製造方法。
- 前記エネルギーは、光または熱であることを特徴とする請求項1または2に記載の多孔フィルム製造方法。
- 前記第1の液体の比重は、前記第2の液体の比重よりも大きいことを特徴とする請求項1から3のいずれか一項に記載の多孔フィルム製造方法。
- 第1の液体により10μm以上、2000μm以下の所定直径で球状に形成された液滴と、エネルギーの付与により硬化する硬化剤またはpHの変化により硬化する硬化剤を含み前記液滴が分散される第2の液体とを準備する第1ステップと、
一対の基板間の隙間に前記液滴および前記第2の液体を注入する第2ステップと、
前記第2の液体を硬化させて基体を形成する第3ステップと、
前記基体の間の前記液滴を除去して空孔部を形成する第4ステップと、
を含み、
前記一対の基板間の距離を調整して、前記隙間に前記液滴を一層で配列させることを特徴とする多孔フィルム製造方法。 - 前記液滴が、直径の相対誤差が6%以下である液滴であり、かつ、前記空孔部が、直径の相対誤差が6%以下である空孔部であることを特徴とする請求項5に記載の多孔フィルム製造方法。
- 第1の液体により10μm以上、2000μm以下の所定直径で球状に形成された液滴と、エネルギーの付与により硬化する硬化剤またはpHの変化により硬化する硬化剤を含み前記液滴が分散される第2の液体とを準備する第1ステップと、
一対の基板間の隙間に前記液滴および前記第2の液体を注入する第2ステップと、
前記第2の液体を硬化させて基体を形成する第3ステップと、
前記基体の間の前記液滴を除去して空孔部を形成する第4ステップと、
を含み、
前記一対の基板間の距離を調整して、前記隙間に前記液滴を複数層で配列させることを特徴とする多孔フィルム製造方法。 - 前記液滴が、直径の相対誤差が6%以下である液滴であり、かつ、前記空孔部が、直径の相対誤差が6%以下である空孔部であることを特徴とする請求項7に記載の多孔フィルム製造方法。
- 前記液滴を体心立方構造で配列させることを特徴とする請求項7または8に記載の多孔フィルム製造方法。
- 前記液滴を六方最密構造で配列させることを特徴とする請求項7または8に記載の多孔フィルム製造方法。
- 前記液滴を面心立方構造で配列させることを特徴とする請求項7または8に記載の多孔フィルム製造方法。
- 前記第1ステップでは、直径の異なる複数種の液滴を準備することを特徴とする請求項1から11のいずれか一項に記載の多孔フィルム製造方法。
- 第1の液体により10μm以上、2000μm以下の所定直径で球状に形成された液滴と、エネルギーの付与により硬化する硬化剤またはpHの変化により硬化する硬化剤を含み前記液滴が分散される第2の液体とを準備する第1ステップと、
一対の基板間の隙間に前記液滴および前記第2の液体を注入する第2ステップと、
前記第2の液体を硬化させて基体を形成する第3ステップと、
前記基体の間の前記液滴を除去して空孔部を形成する第4ステップと、
を含み、
前記第1ステップは、第1管体の流路に前記第1の液体を流動させ前記第1管体のノズルから前記第1の液体の液滴を、第2管体の流路を流動する前記第2の液体に流入させるステップを含むことを特徴とする記載の多孔フィルム製造方法。 - 前記液滴が、直径の相対誤差が6%以下である液滴であり、かつ、前記空孔部が、直径の相対誤差が6%以下である空孔部であることを特徴とする請求項13記載の多孔フィルム製造方法。
- 準備する前記液滴の直径に応じて、前記第2管体を流動する前記第2の液体の速度に対する前記第1管体を流動する前記第1の液体の相対速度と、前記ノズル径との少なくとも一方を調整することを特徴とする請求項13または14に記載の多孔フィルム製造方法。
- 前記第1の液体と前記第2の液体とのいずれか一方は油相であり他方は水相であることを特徴とする請求項1から15のいずれか一項に記載の多孔フィルム製造方法。
- 第1の液体により10μm以上、2000μm以下の所定直径で球状に形成された液滴と、エネルギーの付与により硬化する硬化剤またはpHの変化により硬化する硬化剤を含み前記液滴が分散される第2の液体とを準備する第1ステップと、
一対の基板間の隙間に前記液滴および前記第2の液体を注入する第2ステップと、
前記第2の液体を硬化させて基体を形成する第3ステップと、
前記基体の間の前記液滴を除去して空孔部を形成する第4ステップと、
を含み、
前記第1の液体が油相の液体である第1の液体であり、かつ、前記第2の液体が水相の液体である第2の液体であることを特徴とする多孔フィルム製造方法。 - 前記液滴が、直径の相対誤差が6%以下である液滴であり、かつ、前記空孔部が、直径の相対誤差が6%以下である空孔部であることを特徴とする請求項17記載の多孔フィルム製造方法。
- 前記液滴を除去するステップは、前記液滴を洗浄するステップを含むことを特徴とする請求項1から18のいずれか一項に記載の多孔フィルム製造方法。
- 第1の液体により10μm以上、2000μm以下の所定直径で球状に形成された液滴と、エネルギーの付与により硬化する硬化剤またはpHの変化により硬化する硬化剤を含み前記液滴が分散される第2の液体とを準備する第1ステップと、
一対の基板間の隙間に前記液滴および前記第2の液体を注入する第2ステップと、
前記第2の液体を硬化させて基体を形成する第3ステップと、
前記基体の間の前記液滴を除去して空孔部を形成する第4ステップと、
を含み、
前記液滴は、250μm以上、2000μm以下の所定直径で形成されることを特徴とする多孔フィルム製造方法。 - 前記液滴が、直径の相対誤差が6%以下である液滴であり、かつ、前記空孔部が、直径の相対誤差が6%以下である空孔部であることを特徴とする請求項20に記載の多孔フィルム製造方法。
- 10μm以上、2000μm以下の所定直径で球状に形成された複数の空孔部を有するとともに、エネルギーの付与で硬化した硬化剤、またはpHの変化により硬化した硬化剤を含む基体を備え、
前記複数の空孔部は、所定の大きさで配列され、且つ、直径の相対誤差が6%以下であり、
前記基体は、界面活性剤を含むことを特徴とする多孔フィルム。 - 前記基体は、さらに安定剤を含むことを特徴とする請求項22記載の多孔フィルム。
- 隣り合って配列された前記空孔部同士は、連通孔を介して互いに連通していることを特徴とする請求項22または23に記載の多孔フィルム。
- 前記複数の空孔部は、体心立方構造で配列されていることを特徴とする請求項22から24のいずれか一項に記載の多孔フィルム。
- 前記複数の空孔部は、六方最密構造で配列されていることを特徴とする請求項22から24のいずれか一項に記載の多孔フィルム。
- 前記複数の空孔部は、面心立方構造で配列されていることを特徴とする請求項22から24のいずれか一項に記載の多孔フィルム。
- 前記複数の空孔部は、第1の直径で形成された複数の第1空孔部と、前記第1の直径とは異なる第2の直径で形成された複数の第2空孔部とを備え、
前記第1空孔部および前記第2空孔部は、直径の相対誤差が6%以下であることを特徴とする請求項22から27のいずれか一項に記載の多孔フィルム。 - 前記空孔部は、250μm以上、2000μm以下の所定直径で形成されていることを特徴とする請求項22から28のいずれか一項に記載の多孔フィルム。
- 10μm以上、2000μm以下の所定直径で球状に形成された複数の空孔部を有するとともに、エネルギーの付与で硬化した硬化剤、またはpHの変化により硬化した硬化剤を含む基体を備え、前記複数の空孔部は、所定の大きさで配列され、且つ、直径の相対誤差が6%以下である多孔フィルムと、
前記空孔部に配置されたレンズ体とを備えることを特徴とするマイクロレンズアレイ。 - 前記基体は、界面活性剤を含むことを特徴とする請求項30に記載のマイクロレンズアレイ。
- 請求項22から29のいずれか一項に記載の多孔フィルムを備えることを特徴とするマイクロリアクター。
- さらに、前記多孔フィルムの空孔部に担持される触媒を備えることを特徴とする請求項32に記載のマイクロリアクター。
- 10μm以上、2000μm以下の所定直径で球状に形成された複数の空孔部を有するとともに、エネルギーの付与で硬化した硬化剤、またはpHの変化により硬化した硬化剤を含む基体を備え、前記複数の空孔部は、所定の大きさで配列され、且つ、直径の相対誤差が6%以下である多孔フィルムを備えることを特徴とするバイオデバイス。
- 前記基体は、界面活性剤を含むことを特徴とする請求項34に記載のバイオデバイス。
- 前記第2の液体は、界面活性剤を含むことを特徴とする請求項1及び3から21のいずれか一項に記載の多孔フィルム製造方法。
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