JP7063541B2 - Silicone parts for fluid devices and their manufacturing methods - Google Patents
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Description
本発明は、微細な流路を有する流体デバイスに有用なシリコーン部材およびその製造方法に関する。 The present invention relates to a silicone member useful for a fluid device having a fine flow path and a method for manufacturing the same.
微細な流路を有するマイクロ流体デバイスを用いると、反応、抽出、分離、測定などの各種操作を、極めて少量の試料で短時間に行うことができる。マイクロ流体デバイスを構成する基材の材料としては、ガラスが一般的である。しかしながら、ガラス製の基材に微細な凹凸を形成するには、フォトリソグラフィおよびドライエッチングなどの工程が必要である。このため、基材の製造に時間がかかり生産性が低い。また、基材がガラス製の場合、焼却による廃棄ができないという問題もある。そこで、ガラスに代わる材料として、微細加工が容易であり、光透過性、耐薬品性に優れるという理由から、シリコーンが注目されている。 By using a microfluidic device having a fine flow path, various operations such as reaction, extraction, separation, and measurement can be performed in a short time with an extremely small amount of sample. Glass is generally used as the material of the base material constituting the microfluidic device. However, steps such as photolithography and dry etching are required to form fine irregularities on the glass substrate. Therefore, it takes time to manufacture the base material and the productivity is low. Further, when the base material is made of glass, there is a problem that it cannot be disposed of by incineration. Therefore, as an alternative material to glass, silicone is attracting attention because it is easy to microfabricate and has excellent light transmission and chemical resistance.
シリコーン製の基材は、水に対する親和性が低い。このため、マイクロ流体デバイスに親水性の液体を流す場合には、例えば特許文献1に記載されているように、基材の表面に親水化処理が施されてきた。
Silicone substrates have a low affinity for water. Therefore, when a hydrophilic liquid is flowed through a microfluidic device, the surface of the base material has been subjected to a hydrophilic treatment, for example, as described in
一方、マイクロ流体デバイスには、オイル、有機溶剤などの疎水性の液体を流す用途もある。例えば、溶媒が疎水性の液体である液状サンプルに含まれる所望の大きさの粒子数を計測するために、マイクロ流体デバイスを使用することができる。この場合の計測手順は以下の通りである。まず、流体デバイスの流路にサンプル液を導入し、続いて純水などの親水性の液体を導入する(フラッシング)。これにより、凹部以外の流路に残留する粒子を押し流しながら凹部に所望の粒子を捕捉すると共に、凹部における溶媒の揮発を抑制する。次に、凹部に捕捉された粒子を、光学顕微鏡などを用いた光学イメージング解析により計数する。 On the other hand, microfluidic devices also have applications for flowing hydrophobic liquids such as oils and organic solvents. For example, a microfluidic device can be used to count the number of particles of a desired size contained in a liquid sample in which the solvent is a hydrophobic liquid. The measurement procedure in this case is as follows. First, a sample liquid is introduced into the flow path of the fluid device, and then a hydrophilic liquid such as pure water is introduced (flushing). As a result, the desired particles are captured in the recesses while flushing the particles remaining in the flow path other than the recesses, and the volatilization of the solvent in the recesses is suppressed. Next, the particles captured in the recesses are counted by optical imaging analysis using an optical microscope or the like.
また、合成された微細粒子のうち所望の大きさの粒子を回収したい場合にも、マイクロ流体デバイスを使用することができる。この場合の回収手順は以下の通りである。まず、流体デバイスの流路に、微細粒子が含まれているサンプル液(溶媒は疎水性の液体)を導入し、続いて純水などの親水性の液体を導入する(フラッシング)。これにより、先の用途の場合と同様に、凹部以外の流路に残留する粒子を押し流しながら凹部に所望の粒子を捕捉すると共に、凹部における溶媒の揮発を抑制する。次に、凹部に捕捉された粒子を顕微鏡などで検査した後、流路に疎水性の液体のみを導入する。そして、凹部に捕捉した粒子を当該液体に分散させて、液体ごと回収する。 The microfluidic device can also be used when it is desired to recover particles of a desired size among the synthesized fine particles. The collection procedure in this case is as follows. First, a sample liquid containing fine particles (the solvent is a hydrophobic liquid) is introduced into the flow path of the fluid device, and then a hydrophilic liquid such as pure water is introduced (flushing). As a result, as in the case of the previous application, the particles remaining in the flow path other than the recesses are swept away, the desired particles are captured in the recesses, and the volatilization of the solvent in the recesses is suppressed. Next, after inspecting the particles trapped in the recesses with a microscope or the like, only the hydrophobic liquid is introduced into the flow path. Then, the particles captured in the concave portion are dispersed in the liquid, and the liquid is recovered together.
これらの用途においては、所望の大きさの粒子のみを確実に凹部に捕捉することが重要になる。しかしながら、シリコーン製の基材に、オイル、有機溶剤などの疎水性の液体を接触させると、液体が基材に染み込んで、基材が膨潤し変形するおそれがある。基材が変形すると凹部の大きさが変わってしまうため、所望の大きさの粒子を捕捉することができない。疎水性の液体の染み込みを抑制するには、例えば、基材の表面全体に疎水性のバリア層を形成することが考えられる。しかしながら、凹部を含めた流路全体を疎水化処理すると、凹部以外の流路にも粒子が付着し残留しやすくなる。このため、所望の大きさの粒子を漏れなく捕捉することが難しくなり、計測精度や回収率などが低下するおそれがある。 In these applications, it is important to ensure that only particles of the desired size are trapped in the recesses. However, when a hydrophobic liquid such as oil or an organic solvent is brought into contact with the silicone base material, the liquid may permeate the base material, causing the base material to swell and deform. When the base material is deformed, the size of the concave portion changes, so that it is not possible to capture particles of a desired size. In order to suppress the penetration of the hydrophobic liquid, for example, it is conceivable to form a hydrophobic barrier layer on the entire surface of the base material. However, when the entire flow path including the recess is hydrophobized, the particles are likely to adhere to and remain in the flow path other than the recess. Therefore, it becomes difficult to capture particles of a desired size without omission, and the measurement accuracy and recovery rate may decrease.
本発明は、このような実状に鑑みてなされたものであり、疎水性の液体と接触しても液体が染み込みにくく、捕捉対象物が収容される凹部以外に捕捉対象物が付着しにくい流体デバイス用シリコーン部材、およびその製造方法を提供することを課題とする。 The present invention has been made in view of such an actual situation, and is a fluid device in which the liquid does not easily permeate even when it comes into contact with a hydrophobic liquid, and the trapped object does not easily adhere to other than the recess in which the trapped object is housed. An object of the present invention is to provide a silicone member for use and a method for manufacturing the same.
(1)上記課題を解決するため、本発明の流体デバイス用シリコーン部材(以下、単に「本発明のシリコーン部材」と称する場合がある)は、シリコーン製の一体物であり、流路を区画する一面が流体の一部を捕捉するための凹部とそれ以外の流路部とからなる基材と、該基材の該凹部の少なくとも一部に配置される疎水性のバリア層と、該基材の該流路部に配置される親水性層と、を有することを特徴とする。 (1) In order to solve the above problems, the silicone member for a fluid device of the present invention (hereinafter, may be simply referred to as "the silicone member of the present invention") is an integral body made of silicone and partitions a flow path. A base material having a recess on one surface for capturing a part of the fluid and a flow path portion other than the recess, a hydrophobic barrier layer arranged in at least a part of the recess of the base material, and the base material. It is characterized by having a hydrophilic layer arranged in the flow path portion of the above.
(2)上記課題を解決するため、本発明の流体デバイス用シリコーン部材の第一の製造方法(以下、単に「本発明の第一の製造方法」と称する場合がある)は、本発明のシリコーン部材の製造方法の第一例であって、一面に凹部を有するシリコーン製の基材において、該一面全体に疎水性のバリア層をプラズマCVD法により形成するバリア層形成工程と、該凹部以外の該バリア層の表面に、親水性層を形成する親水性層形成工程と、を有することを特徴とする。 (2) In order to solve the above problems, the first manufacturing method of the silicone member for a fluid device of the present invention (hereinafter, may be simply referred to as "the first manufacturing method of the present invention") is the silicone of the present invention. A first example of a method for manufacturing a member, which is a barrier layer forming step of forming a hydrophobic barrier layer on the entire surface of a silicone base material having a recess on one surface by a plasma CVD method, and a step other than the recess. It is characterized by having a hydrophilic layer forming step of forming a hydrophilic layer on the surface of the barrier layer.
(3)上記課題を解決するため、本発明の流体デバイス用シリコーン部材の第二の製造方法(以下、単に「本発明の第二の製造方法」と称する場合がある)は、本発明のシリコーン部材の製造方法の第二例であって、一面に凹部を有するシリコーン製の基材において、該一面全体に親水性層を形成する親水性層形成工程と、形成された該親水性層の表面全体に、疎水性のバリア層をプラズマCVD法により形成するバリア層形成工程と、該凹部以外の該バリア層を除去するバリア層除去工程と、を有することを特徴とする。 (3) In order to solve the above problems, the second manufacturing method of the silicone member for a fluid device of the present invention (hereinafter, may be simply referred to as "the second manufacturing method of the present invention") is the silicone of the present invention. This is a second example of a method for manufacturing a member, which is a step of forming a hydrophilic layer for forming a hydrophilic layer on the entire surface of a silicone base material having a recess on one surface, and a surface of the formed hydrophilic layer. As a whole, it is characterized by having a barrier layer forming step of forming a hydrophobic barrier layer by a plasma CVD method, and a barrier layer removing step of removing the barrier layer other than the recesses.
(1)本発明のシリコーン部材においては、基材の凹部の少なくとも一部に疎水性のバリア層が配置される。このため、オイル、有機溶剤などの疎水性の液体を流しても、当該液体と基材との直接的な接触がバリア層により回避され、当該液体の基材への染み込みが抑制される。これにより、基材の膨潤が抑制され変形が抑制される。よって、凹部の大きさが変化しにくい。また、本発明のシリコーン部材においては、凹部以外の流路部に親水性層が配置される。よって、流路部に疎水性の流体が残留しにくい。これにより、疎水性の流体に含まれる捕捉対象物を流路部に付着させることなく、凹部に漏れなく捕捉することができる。したがって、用途に応じて計測精度や回収率などを向上させることができる。なお、本明細書においては、JIS R3257:1999に準じて測定された水接触角が80°未満の場合を親水性、80°以上の場合を疎水性と定義する。 (1) In the silicone member of the present invention, a hydrophobic barrier layer is arranged in at least a part of the recesses of the base material. Therefore, even if a hydrophobic liquid such as oil or an organic solvent is flown, direct contact between the liquid and the base material is avoided by the barrier layer, and the permeation of the liquid into the base material is suppressed. As a result, the swelling of the base material is suppressed and the deformation is suppressed. Therefore, the size of the recess is unlikely to change. Further, in the silicone member of the present invention, the hydrophilic layer is arranged in the flow path portion other than the recess. Therefore, the hydrophobic fluid is unlikely to remain in the flow path portion. As a result, the trapped object contained in the hydrophobic fluid can be trapped in the recess without leaking without adhering to the flow path portion. Therefore, the measurement accuracy and the recovery rate can be improved according to the application. In this specification, when the water contact angle measured according to JIS R3257: 1999 is less than 80 °, it is defined as hydrophilic, and when it is 80 ° or more, it is defined as hydrophobic.
ちなみに、特許文献2の図2には、疎水性樹脂基材の窪み(凹部)以外の部分に親水性重合体層が配置されている細胞固定用基板が記載されている。しかしながら、特許文献2に記載されている疎水性樹脂基材の凹部には、バリア層が配置されているのではなく、樹脂基材そのものの疎水性表面が露出しているに過ぎない。このため、凹部にオイル、有機溶剤などの疎水性の液体が接触すると、樹脂基材が液体に溶解したり、樹脂基材に液体が染み込んでしまい、基材の変形を回避することはできない。 Incidentally, FIG. 2 of Patent Document 2 describes a cell-fixing substrate in which a hydrophilic polymer layer is arranged in a portion other than the recesses (recesses) of the hydrophobic resin base material. However, the barrier layer is not arranged in the recess of the hydrophobic resin base material described in Patent Document 2, but the hydrophobic surface of the resin base material itself is merely exposed. Therefore, when a hydrophobic liquid such as oil or an organic solvent comes into contact with the concave portion, the resin base material dissolves in the liquid or the liquid permeates into the resin base material, and deformation of the base material cannot be avoided.
(2)本発明の第一の製造方法においては、まず、凹部が形成されている基材の一面をプラズマCVD(化学気相蒸着)法により処理することで、一面全体に疎水性のバリア層を形成する。次に、凹部以外の部分(流路部を含む)のバリア層の表面に親水性層を形成する。こうすることにより、凹部全体がバリア層で被覆され、流路部が親水性層およびバリア層で被覆され、流路部の最表層が親水性層である形態の本発明のシリコーン部材を、容易に製造することができる。 (2) In the first manufacturing method of the present invention, first, one surface of the base material on which the recess is formed is treated by a plasma CVD (chemical vapor deposition) method, so that the entire surface is a hydrophobic barrier layer. To form. Next, a hydrophilic layer is formed on the surface of the barrier layer in a portion other than the recess (including the flow path portion). By doing so, the silicone member of the present invention in the form in which the entire recess is covered with the barrier layer, the flow path portion is covered with the hydrophilic layer and the barrier layer, and the outermost layer of the flow path portion is the hydrophilic layer can be easily obtained. Can be manufactured to.
(3)本発明の第二の製造方法においては、まず、凹部が形成されている基材の一面全体に親水性層を形成する。次に、親水性層の表面全体をプラズマCVD法により処理することで、親水性層の表面全体に疎水性のバリア層を形成する。最後に、凹部以外の部分(流路部を含む)のバリア層を除去する。こうすることにより、凹部全体がバリア層および親水性層で被覆され、凹部全体の最表層がバリア層であり、流路部が親水性層で被覆された形態の本発明のシリコーン部材を、容易に製造することができる。 (3) In the second production method of the present invention, first, a hydrophilic layer is formed on the entire surface of the base material on which the recess is formed. Next, the entire surface of the hydrophilic layer is treated by the plasma CVD method to form a hydrophobic barrier layer on the entire surface of the hydrophilic layer. Finally, the barrier layer in the portion other than the recess (including the flow path portion) is removed. By doing so, the silicone member of the present invention in the form in which the entire recess is covered with the barrier layer and the hydrophilic layer, the outermost layer of the entire recess is the barrier layer, and the flow path portion is coated with the hydrophilic layer can be easily obtained. Can be manufactured to.
以下、本発明の流体デバイス用シリコーン部材およびその製造方法の実施の形態を説明する。 Hereinafter, embodiments of the silicone member for a fluid device of the present invention and the method for manufacturing the same will be described.
<第一実施形態>
[流体デバイス用シリコーン部材の構成]
まず、本実施形態のシリコーン部材の構成を説明する。図1に、本実施形態のシリコーン部材を備える流体デバイスの透過上面図を示す。図2に、同流体デバイスのII-II断面図を示す。図3に、同流体デバイスのIII-III断面図を示す。本実施形態において、本発明のシリコーン部材は、流体デバイスの下側部材として具現化されている。
<First Embodiment>
[Structure of silicone member for fluid device]
First, the configuration of the silicone member of the present embodiment will be described. FIG. 1 shows a transmission top view of a fluid device including the silicone member of the present embodiment. FIG. 2 shows a cross-sectional view of the fluid device II-II. FIG. 3 shows a cross-sectional view of the fluid device III-III. In the present embodiment, the silicone member of the present invention is embodied as a lower member of a fluid device.
図1~図3に示すように、流体デバイス1は、上側部材10と、下側部材20と、を有している。上側部材10と下側部材20とは上下方向に積層されている。上側部材10の下面と、下側部材20の上面と、により流路11が区画されている。
As shown in FIGS. 1 to 3, the
上側部材10は、上側基材12と、親水性層13と、を有している。上側基材12は、ポリジメチルシロキサン(PDMS)製であり、長方形板状を呈している。上側基材12の下面には、上側凹部14が形成されている。上側基材12の前端部中央には、上側基材12を上下方向に貫通する導入孔15が穿設されている。流路11の上流端は、導入孔15と連通している。流路11の下流端には、後面に開口する排出口16が配置されている。親水性層13は、導入孔15の内周面を含めて上側基材12の下面全体に配置されている。親水性層13は、有機成分を含むケイ素酸化物膜である。
The
下側部材20は、下側基材21と、バリア層22と、親水性層23と、を有している。下側基材21は、PDMS製であり、長方形板状を呈している。下側基材21の上面の中央付近には、7本の溝状の下側凹部24が形成されている。下側凹部24は、各々、左右方向に延びる直線状を呈している。下側凹部24は、各々、前後方向に所定の間隔で離間して平行に配置されている。下側凹部24の上下方向断面は矩形状を呈している。流路11を区画する下側基材21の上面は、下側凹部24と、それ以外の流路部25と、からなる。
The
バリア層22は、下側凹部24を含む下側基材21の上面全体に配置されている。バリア層22は、疎水性のフッ化炭素膜である。親水性層23は、下側凹部24を除く領域においてバリア層22の上面を覆うように配置されている。親水性層23は、ケイ素酸化物膜である。これにより、下側凹部24の表面はバリア層22により被覆され、流路部25の表面はバリア層22および親水性層23により被覆されている。流路部25の最表層は、親水性層23である。
The
[流体デバイス用シリコーン部材の製造方法]
次に、流体デバイス1の製造方法を説明しながら、本実施形態のシリコーン部材の製造方法を説明する。本実施形態のシリコーン部材の製造方法は、本発明の第一の製造方法に対応している。図4に、流体デバイスの下側部材の製造におけるバリア層形成工程を示す。図5に、同下側部材の製造における親水性層形成工程を示す。図6に、上側部材と下側部材との積層工程を示す。
[Manufacturing method of silicone member for fluid device]
Next, while explaining the manufacturing method of the
まず、図4に示すように、下側基材21の一面210に、フッ化炭素ガスを含む雰囲気中でマイクロ波プラズマPを照射して、フッ化炭素膜を形成する。これにより、下側凹部24を含む一面210全体にバリア層22が形成される。次に、図5に示すように、下側基材21を反転させて、下側基材21のバリア層22側をスタンプ部材30に押しつける。スタンプ部材30には、予めポリシラザンを含む試薬300が含浸されている。これにより、下側基材21の下側凹部24以外のバリア層22の表面に、ポリシラザン液が付着する。その後、付着したポリシラザン液を乾燥させて、下側凹部24以外のバリア層22の表面に、親水性層23としてのケイ素酸化物膜を形成する。このようにして、図6に示すように、下側基材21にバリア層22と親水性層23とが配置された下側部材20が製造される。これとは別に、上側基材12の下面全体に、テトラエトキシシラン(TEOS)ガスを含む雰囲気中でマイクロ波プラズマを照射して、有機成分を含むケイ素酸化物膜(親水性層13)を形成しておく。そして、図6中、白抜き矢印で示すように、上側部材10と下側部材20とを重ね合わせて、前出図2に示す流体デバイス1が製造される。
First, as shown in FIG. 4, one
[作用効果]
次に、本実施形態のシリコーン部材およびその製造方法の作用効果を説明する。本実施形態の流体デバイス1において、導入孔15から注入された流体は、流路11を流れて排出口16から排出される。例えば、有機溶媒に粒子が分散されている疎水性のサンプル液を流体デバイス1に流した場合、サンプル液と下側基材21との直接的な接触は、バリア層22および親水性層23により回避される。このため、下側基材21にサンプル液が染み込みにくく、下側基材21の膨潤が抑制される。したがって、下側基材21の変形が抑制され、下側凹部24の大きさが変化しにくい。また、下側凹部24は疎水性のバリア層22で被覆され、流路部25の最表層は親水性層23である。さらに、流路11を形成する上側基材12の下面全体にも親水性層13が配置されている。流路11における下側凹部24以外の部分は全て親水性を有しているため、下側凹部24以外の部分に疎水性のサンプル液が付着、残留しにくい。したがって、サンプル液中の所望の粒子を下側凹部24に漏れなく捕捉することができる。
[Action effect]
Next, the action and effect of the silicone member of the present embodiment and the method for manufacturing the same will be described. In the
本実施形態の製造方法においては、下側基材21に親水性層23を形成する際に、ポリシラザン液をバリア層22の表面に転写させる転写法を採用した。これにより、下側凹部24以外の部分に容易に親水性層23を形成することができる。このように、本実施形態の製造方法によると、下側凹部24の全体がバリア層22で被覆され、流路部25が親水性層23およびバリア層22で被覆され、流路部25の最表層が親水性層23である形態の下側部材20を、容易に製造することができる。
In the production method of the present embodiment, a transfer method is adopted in which the polysilazane solution is transferred to the surface of the
<第二実施形態>
第一実施形態のシリコーン部材と、本実施形態のシリコーン部材と、の相違点は、バリア層と親水性層との配置形態である。よって、ここでは相違点についてのみ説明する。
<Second embodiment>
The difference between the silicone member of the first embodiment and the silicone member of the present embodiment is the arrangement form of the barrier layer and the hydrophilic layer. Therefore, only the differences will be described here.
まず、本実施形態のシリコーン部材の構成を説明する。図7に、本実施形態のシリコーン部材を備える流体デバイスの左右方向断面図を示す。図7は、前出図2に対応している。図7中、図2と対応する部位については同じ符号で示す。 First, the configuration of the silicone member of the present embodiment will be described. FIG. 7 shows a left-right cross-sectional view of the fluid device provided with the silicone member of the present embodiment. FIG. 7 corresponds to FIG. 2 above. In FIG. 7, the parts corresponding to those in FIG. 2 are indicated by the same reference numerals.
図7に示すように、下側部材20は、下側基材21と、バリア層22と、親水性層26と、を有している。親水性層26は、下側凹部24を含む下側基材21の上面全体に配置されている。親水性層26は、有機成分を含むケイ素酸化物膜である。バリア層22は、下側凹部24における親水性層26のみを覆うように配置されている。これにより、下側凹部24の表面は親水性層26およびバリア層22により被覆され、流路部25の表面は親水性層26により被覆されている。下側凹部24の最表層は、バリア層22である。
As shown in FIG. 7, the
次に、本実施形態のシリコーン部材の製造方法を説明する。本実施形態のシリコーン部材の製造方法は、本発明の第二の製造方法に対応している。図8に、流体デバイスの下側部材の製造における親水性層形成工程を示す。図9に、同下側部材の製造におけるバリア層形成工程を示す。図10に、同下側部材の製造におけるマスキング工程を示す。図11に、同下側部材の製造におけるバリア層除去工程を示す。 Next, a method for manufacturing the silicone member of the present embodiment will be described. The method for manufacturing a silicone member of the present embodiment corresponds to the second manufacturing method of the present invention. FIG. 8 shows a hydrophilic layer forming step in the manufacture of the lower member of the fluid device. FIG. 9 shows a barrier layer forming step in the manufacture of the lower member. FIG. 10 shows a masking process in the manufacture of the lower member. FIG. 11 shows a barrier layer removing step in the manufacture of the lower member.
まず、図8に示すように、下側基材21の一面210に、TEOSガスを含む雰囲気中でマイクロ波プラズマPを照射して、有機成分を含むケイ素酸化物膜を形成する。これにより、下側凹部24を含む一面210全体に親水性層26が形成される。次に、図9に示すように、下側基材21の親水性層26の表面に、フッ化炭素ガスを含む雰囲気中でマイクロ波プラズマPを照射して、フッ化炭素膜を形成する。これにより、親水性層26の表面全体にバリア層22が形成される。続いて、下側基材21のバリア層22の表面全体にフォトレジスト31を塗布して表面を平坦化した後、酸素(O2)を含むガス雰囲気でプラズマを照射して、下側凹部24以外の部分に塗布されたフォトレジスト31を除去する。この際、同じ厚さだけ下側凹部24に塗布されたフォトレジスト31も除去される。これにより、図10に示すように、下側凹部24のみがマスキングされ、それ以外のバリア層22aが露出する。それから、図11中、白抜き矢印で示すように、下側凹部24以外の部分に形成されたバリア層22aをプラズマドライエッチング法により除去する。最後に、下側凹部24に残っているフォトレジスト31を、洗浄液を用いて、またはO2を含むガス雰囲気でプラズマを照射して除去する。このようにして、下側基材21にバリア層22と親水性層26とが配置された下側部材20が製造される(前出図7参照)。
First, as shown in FIG. 8, one
次に、本実施形態のシリコーン部材およびその製造方法の作用効果を説明する。本実施形態の流体デバイス1に、有機溶媒に粒子が分散されている疎水性のサンプル液を流した場合、サンプル液と下側基材21との直接的な接触は、バリア層22および親水性層26により回避される。このため、下側基材21にサンプル液が染み込みにくく、下側基材21の膨潤が抑制される。したがって、下側基材21の変形が抑制され、下側凹部24の大きさが変化しにくい。また、下側凹部24の最表層は疎水性のバリア層22であり、流路部25は親水性層26で被覆されている。さらに、流路11を形成する上側基材12の下面全体にも親水性層13が配置されている。流路11における下側凹部24以外の部分は全て親水性を有しているため、下側凹部24以外の部分に疎水性のサンプル液が付着、残留しにくい。したがって、サンプル液中の所望の粒子を下側凹部24に漏れなく捕捉することができる。
Next, the action and effect of the silicone member of the present embodiment and the method for manufacturing the same will be described. When a hydrophobic sample liquid in which particles are dispersed in an organic solvent is flowed through the
本実施形態の製造方法においては、親水性層26およびバリア層22の両方を、プラズマCVD法により形成した。これにより、親水性層26およびバリア層22を容易に形成することができる。このように、本実施形態の製造方法によると、下側凹部24の全体がバリア層22および親水性層26で被覆され、下側凹部24の最表層がバリア層22であり、流路部25が親水性層26で被覆された形態の下側部材20を、容易に製造することができる。
In the production method of the present embodiment, both the
<その他の形態>
以上、本発明のシリコーン部材およびその製造方法の実施の形態を示したが、本発明のシリコーン部材を備える流体デバイスの構成は、上記形態に限定されない。例えば、本発明のシリコーン部材に積層される相手部材の材質は、PDMSなどのシリコーンの他、フッ素樹脂、ガラスなどでもよい。相手部材の形状、大きさなども何ら限定されない。本発明のシリコーン部材と相手部材とは、単に積層させるだけでもよいが、接着剤などを用いて接着してもよい。
<Other forms>
Although the embodiment of the silicone member of the present invention and the method for manufacturing the same has been shown above, the configuration of the fluid device provided with the silicone member of the present invention is not limited to the above embodiment. For example, the material of the mating member laminated to the silicone member of the present invention may be fluororesin, glass, or the like, in addition to silicone such as PDMS. The shape and size of the mating member are not limited. The silicone member and the mating member of the present invention may be simply laminated, or may be bonded using an adhesive or the like.
また、本発明のシリコーン部材およびその製造方法は、上記形態に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲において、当業者が行い得る変更、改良等を施した種々の形態にて実施することができる。次に、本発明のシリコーン部材およびその製造方法について詳しく説明する。 Further, the silicone member of the present invention and the method for producing the same are not limited to the above-mentioned embodiments, and may be modified or improved by those skilled in the art within a range not deviating from the gist of the present invention. Can be carried out. Next, the silicone member of the present invention and a method for manufacturing the same will be described in detail.
[流体デバイス用シリコーン部材]
本発明のシリコーン部材を構成する基材は、シリコーン製の一体物であり、流路を区画する一面は、流体の一部を捕捉するための凹部とそれ以外の流路部とからなる。本明細書において「シリコーン」とは、シリコーン樹脂およびシリコーンゴムの両方を含む概念である。本発明による作用効果を発揮させるためには、流路を流れる流体は、疎水性であることが望ましい。疎水性の流体の一部は凹部に捕捉される。流体の一部は、流体そのものの一部でもよく、流体に含まれている特定の物質のみでもよい。
[Silicone member for fluid devices]
The base material constituting the silicone member of the present invention is an integral body made of silicone, and one surface for partitioning the flow path is composed of a recess for capturing a part of the fluid and a other flow path portion. As used herein, the term "silicone" is a concept that includes both silicone resin and silicone rubber. In order to exert the action and effect of the present invention, it is desirable that the fluid flowing through the flow path is hydrophobic. Some of the hydrophobic fluid is trapped in the recesses. The part of the fluid may be a part of the fluid itself, or may be only a specific substance contained in the fluid.
凹部の大きさ、形状、配置形態は、特に限定されない。例えば、凹部は、溝状でも窪み状でもよい。凹部の深さ方向の断面は、正方形、長方形、台形などの矩形状、半円、楕円などの曲面状、V字状などであればよい。 The size, shape, and arrangement of the recesses are not particularly limited. For example, the recess may be groove-shaped or recessed. The cross section of the recess in the depth direction may be a rectangle such as a square, a rectangle, or a trapezoid, a curved surface such as a semicircle or an ellipse, or a V shape.
疎水性のバリア層は、凹部の少なくとも一部に配置される。すなわち、凹部の全体を覆うように配置されてもよく、凹部の形状により底面のみ、側面のみなど凹部の一部を覆うように配置されてもよい。バリア層は、改質により形成されたものでもよく、成膜されたものでもよい。改質の場合、O2を含むガス雰囲気中でのプラズマの照射、エキシマ光の照射、短時間パルス過熱による極表面アニールなどを用いて、基材表面を酸化改質することにより、凹部に親水性の官能基が付与された形態が挙げられる。成膜されたものである場合、上記実施形態のフッ化炭素膜の他、有機成分を含む金属酸化物膜、フッ素樹脂膜などが挙げられる。この場合、膜は単分子膜であってもよい。用途により、バリア層は、疎水性に加えて撥油性などを有してもよい。 The hydrophobic barrier layer is placed in at least a portion of the recess. That is, it may be arranged so as to cover the entire recess, or may be arranged so as to cover a part of the recess such as only the bottom surface or only the side surface depending on the shape of the recess. The barrier layer may be formed by modification or may be formed into a film. In the case of modification, the surface of the base material is oxidatively modified by irradiating plasma in a gas atmosphere containing O 2 , irradiation with excimer light, and polar surface annealing by short-time pulse superheating, thereby making the recesses hydrophilic. Examples thereof include a form to which a sex functional group is imparted. In the case of a film formed, in addition to the fluorocarbon film of the above embodiment, a metal oxide film containing an organic component, a fluororesin film and the like can be mentioned. In this case, the membrane may be a monolayer. Depending on the application, the barrier layer may have oil repellency in addition to hydrophobicity.
親水性層は、凹部以外の流路部に配置される。親水性層は、改質により形成されたものでもよく、成膜されたものでもよい。改質の場合、水酸基、アミノ基、C-N結合、C=O結合、アミド結合(O=C-N)などが付与された形態が挙げられる。成膜されたものである場合、上記実施形態のケイ素酸化物膜、有機成分を含むケイ素酸化物膜の他、チタン酸化物膜、アルミニウム酸化物、亜鉛酸化物などの金属酸化物膜、および有機成分を含むこれらの金属酸化物膜が挙げられる。この場合、膜は単分子膜であってもよい。 The hydrophilic layer is arranged in the flow path portion other than the recess. The hydrophilic layer may be formed by modification or may be formed into a film. In the case of modification, a form in which a hydroxyl group, an amino group, a CN bond, a C = O bond, an amide bond (O = CN) and the like are added can be mentioned. When the film is formed, in addition to the silicon oxide film of the above embodiment and the silicon oxide film containing an organic component, a titanium oxide film, a metal oxide film such as aluminum oxide and zinc oxide, and an organic film are used. Examples thereof include these metal oxide films containing components. In this case, the membrane may be a monolayer.
上記第一実施形態においては、流路部に、バリア層と親水性層とを積層して配置した。上記第二実施形態においては、凹部に、親水性層とバリア層とを積層して配置した。しかしながら、流路部に配置するのは、親水性層の一層でもよい。同様に、凹部に配置するのは、バリア層の一層でもよい。 In the first embodiment, the barrier layer and the hydrophilic layer are laminated and arranged in the flow path portion. In the second embodiment, the hydrophilic layer and the barrier layer are laminated and arranged in the recess. However, one layer of the hydrophilic layer may be arranged in the flow path portion. Similarly, the recess may be arranged in one layer of the barrier layer.
[流体デバイス用シリコーン部材の製造方法]
(1)本発明の第一の製造方法は、バリア層形成工程と、親水性層形成工程と、を有する。以下、各工程を説明する。
[Manufacturing method of silicone member for fluid device]
(1) The first production method of the present invention includes a barrier layer forming step and a hydrophilic layer forming step. Hereinafter, each step will be described.
(1-1)バリア層形成工程
本工程は、一面に凹部を有するシリコーン製の基材において、該一面全体に疎水性のバリア層をプラズマCVD法により形成する工程である。
(1-1) Barrier Layer Forming Step This step is a step of forming a hydrophobic barrier layer on the entire surface of a silicone base material having a recess on one surface by a plasma CVD method.
一面に凹部を有する基材は、シリコーンの射出成形などにより製造すればよい。また、基材を成形した後に一面を加工して凹部を形成してもよい。 The base material having a recess on one surface may be manufactured by injection molding of silicone or the like. Further, after molding the base material, one surface may be processed to form a concave portion.
プラズマCVD法においては、真空容器内に、原料ガスおよびキャリアガスを供給して所定のガス雰囲気を形成した後、プラズマを発生させて成膜を行う。原料ガスは、膜の種類に応じて適宜選択すればよい。例えば、フッ化炭素膜を形成する場合には、CxFy(x、yは任意の整数)ガスを用いればよい。CxFyは、水素原子(H)またはフッ素以外のハロゲン原子を含んでいてもよい。具体的には、CH3F、CH2F2、CHF3、CF4、C2F6、C5F8などのガスを用いればよい。有機成分を含む金属酸化物膜を形成する場合には、ヘキサメチルジシロキサン(HMDSO)、TEOS、オルトチタン酸テトライソプロピル(TTIP)、チタン酸テトラエチル、チタン酸イソプロピルなどのガスを単独、またはO2ガスと混合して用いればよい。キャリガスとしては、アルゴン(Ar)、ヘリウムなどの希ガスや窒素などが挙げられる。成膜する際の圧力は、1~100Pa程度にすればよい。 In the plasma CVD method, a raw material gas and a carrier gas are supplied into a vacuum vessel to form a predetermined gas atmosphere, and then plasma is generated to form a film. The raw material gas may be appropriately selected according to the type of the membrane. For example, when forming a fluorocarbon film, C x F y (x, y are arbitrary integers) gas may be used. C x Fy may contain a hydrogen atom (H) or a halogen atom other than fluorine. Specifically, gases such as CH 3 F, CH 2 F 2 , CHF 3 , CF 4 , C 2 F 6 , and C 5 F 8 may be used. When forming a metal oxide film containing an organic component, a gas such as hexamethyldisiloxane (HMDSO), TEOS, tetraisopropyl orthosilicate (TTIP), tetraethyl titanate, or isopropyl titanate is used alone or O 2 It may be mixed with gas and used. Examples of the carry gas include rare gases such as argon (Ar) and helium, and nitrogen. The pressure for forming the film may be about 1 to 100 Pa.
プラズマの発生方法は、特に限定されない。例えば、高周波(RF)電源を用いたRFプラズマや、マイクロ波電源を用いたマイクロ波プラズマなどを採用すればよい。なかでも、マイクロ波プラズマは、プラズマ密度が大きく成膜速度が大きいため生産性が高い、プラズマダメージが少なく薄膜の形成に適している、などの理由から好適である。マイクロ波の周波数は、特に限定されない。8.35GHz、2.45GHz、1.98GHz、915MHzなどが挙げられる。 The method of generating plasma is not particularly limited. For example, RF plasma using a radio frequency (RF) power supply, microwave plasma using a microwave power supply, or the like may be adopted. Among them, microwave plasma is suitable because it has a high plasma density and a high film forming speed, so that it has high productivity, and it has little plasma damage and is suitable for forming a thin film. The frequency of the microwave is not particularly limited. 8.35 GHz, 2.45 GHz, 1.98 GHz, 915 MHz and the like can be mentioned.
(1-2)親水性層形成工程
本工程は、凹部以外のバリア層の表面に、親水性層を形成する工程である。本工程により、流路部の最表層として親水性層が形成される。親水性層の形成方法は特に限定されない。例えば、バリア層の表面を改質したり、表面に親水性膜を形成すればよい。改質する場合には、例えばO2を含むガス雰囲気中でプラズマを照射して、バリア層の表面に親水性の官能基を付与すればよい。成膜する場合には、転写法、プラズマCVD法などを用いればよい。前者の場合、バリア層の表面を、成膜材料を含む液を保持する部材に押し当てて、当該液をバリア層の表面に転写させる。後者の場合、例えばTEOSガスなどを含む雰囲気中でマイクロ波プラズマを照射して、有機成分を含むケイ素酸化物膜を形成する。
(1-2) Hydrophilic layer forming step This step is a step of forming a hydrophilic layer on the surface of the barrier layer other than the recess. By this step, a hydrophilic layer is formed as the outermost layer of the flow path portion. The method for forming the hydrophilic layer is not particularly limited. For example, the surface of the barrier layer may be modified or a hydrophilic film may be formed on the surface. In the case of modification, for example, plasma may be irradiated in a gas atmosphere containing O 2 to impart a hydrophilic functional group to the surface of the barrier layer. When forming a film, a transfer method, a plasma CVD method, or the like may be used. In the former case, the surface of the barrier layer is pressed against a member holding the liquid containing the film-forming material, and the liquid is transferred to the surface of the barrier layer. In the latter case, microwave plasma is irradiated in an atmosphere containing, for example, TEOS gas to form a silicon oxide film containing an organic component.
(2)本発明の第二の製造方法は、親水性層形成工程と、バリア層形成工程と、バリア層除去工程と、を有する。親水性層形成工程においては、基材の一面全体に親水性層を形成する。バリア層形成工程においては、親水性層の表面全体に疎水性のバリア層をプラズマCVD法により形成する。これらの工程は、第一の製造方法と同じように行えばよい。よって、ここではバリア層除去工程についてのみ説明する。 (2) The second production method of the present invention includes a hydrophilic layer forming step, a barrier layer forming step, and a barrier layer removing step. In the hydrophilic layer forming step, the hydrophilic layer is formed on the entire surface of the base material. In the barrier layer forming step, a hydrophobic barrier layer is formed on the entire surface of the hydrophilic layer by the plasma CVD method. These steps may be performed in the same manner as in the first manufacturing method. Therefore, only the barrier layer removing step will be described here.
バリア層除去工程は、凹部以外のバリア層を除去する工程である。本工程により、流路部に親水性層が表出する。バリア層を除去するには、次の方法が好適である。まず、バリア層の表面全体にフォトレジストを塗布して表面を平坦化する。次に、O2を含むガス雰囲気でプラズマを照射して、凹部以外の部分に塗布されたフォトレジストを除去する。続いて、凹部以外の露出したバリア層を、例えばAr、O2、水素(H2)ガスを単独、または混合した雰囲気中でRFプラズマを照射するドライエッチング法により除去する。最後に、凹部に残っているフォトレジストを、洗浄液を用いて、またはO2を含むガス雰囲気でプラズマを照射して除去する。 The barrier layer removing step is a step of removing the barrier layer other than the concave portion. By this step, a hydrophilic layer is exposed in the flow path portion. The following methods are suitable for removing the barrier layer. First, a photoresist is applied to the entire surface of the barrier layer to flatten the surface. Next, plasma is irradiated in a gas atmosphere containing O 2 to remove the photoresist applied to the portion other than the recess. Subsequently, the exposed barrier layer other than the recess is removed by a dry etching method in which RF plasma is irradiated in an atmosphere containing, for example, Ar, O 2 , hydrogen (H 2 ) gas alone or mixed. Finally, the photoresist remaining in the recess is removed by irradiating plasma with a cleaning solution or in a gas atmosphere containing O 2 .
(3)本発明のシリコーン部材は、上述した本発明の第一の製造方法および第二の製造方法以外の方法でも製造することができる。例えば、バリア層および親水性層は、スパッタ法や真空蒸着などの乾式処理、またはスプレーコーティング、ディップ処理などの湿式処理など、種々の方法により形成することができる。スプレーコーティングなどの湿式処理によると、薄膜化のために、コーティング材料に有機溶剤を加えて希釈することが必要になる。この際、有機溶剤が染み込んで基材が膨潤したり、基材が有機溶剤に溶解して変形するおそれがある。よって、乾式処理による形成が望ましい。なかでも、膜組成の調整が行いやすく、製造が容易であることから、プラズマCVD法がより望ましい。 (3) The silicone member of the present invention can be manufactured by a method other than the first manufacturing method and the second manufacturing method of the present invention described above. For example, the barrier layer and the hydrophilic layer can be formed by various methods such as a dry treatment such as a sputtering method or vacuum vapor deposition, or a wet treatment such as a spray coating or a dip treatment. Wet treatments such as spray coating require the coating material to be diluted with an organic solvent for thinning. At this time, the organic solvent may soak into the base material and the base material may swell, or the base material may dissolve in the organic solvent and be deformed. Therefore, it is desirable to form it by drywall treatment. Among them, the plasma CVD method is more preferable because the film composition can be easily adjusted and the production is easy.
次に、実施例を挙げて本発明をより具体的に説明する。 Next, the present invention will be described in more detail with reference to examples.
<シリコーン部材の製造>
[実施例1]
シリコーン部材として、上記第一実施形態の下側部材を製造した。下側部材の前後方向長さは50mm、左右方向長さは10mmである。下側凹部の前後方向長さ(幅)は6μm、左右方向長さは5mm、深さは10μm、凹部と凹部との間隔は10μmである(図1参照)。
<Manufacturing of silicone parts>
[Example 1]
As the silicone member, the lower member of the first embodiment was manufactured. The length of the lower member in the front-rear direction is 50 mm, and the length in the left-right direction is 10 mm. The length (width) of the lower recess in the front-rear direction is 6 μm, the length in the left-right direction is 5 mm, the depth is 10 μm, and the distance between the recess and the recess is 10 μm (see FIG. 1).
まず、PDMSを射出成形して、上面に所定の下側凹部を有する板状の下側基材を製造した。次に、下側基材を真空容器内に配置して、内部を0.5Pa以下の減圧状態にした。続いて、真空容器内にArガスおよびC5F8ガスを供給して、合計圧力6Paの混合ガス雰囲気を形成した。それから、周波数2.45GHz、出力電力0.75kWにてマイクロ波プラズマを発生させて、25秒間成膜処理を行った。このようにして、下側基材の上面全体に、フッ化炭素膜からなるバリア層を形成した。バリア層の厚さは75nmであった。 First, PDMS was injection molded to produce a plate-shaped lower substrate having a predetermined lower recess on the upper surface. Next, the lower base material was placed in a vacuum vessel, and the inside was brought into a reduced pressure state of 0.5 Pa or less. Subsequently, Ar gas and C5 F8 gas were supplied into the vacuum vessel to form a mixed gas atmosphere having a total pressure of 6 Pa. Then, a microwave plasma was generated at a frequency of 2.45 GHz and an output power of 0.75 kW, and a film forming process was performed for 25 seconds. In this way, a barrier layer made of a fluorocarbon film was formed on the entire upper surface of the lower substrate. The thickness of the barrier layer was 75 nm.
次に、厚さ0.2mmの板状のメラミンフォーム製のスタンプ部材に、ポリシラザン(AZエレクトロニックマテリアルズ(株)製「アクアミカ(登録商標)NAX120-20」)を含む試薬1mlを含浸させた。そして、下側基材の上面をスタンプ部材に押しつけて、下側凹部以外の部分に試薬を転写した。その後、温度65℃にて24時間乾燥させて、下側凹部以外の部分にケイ素酸化物膜からなる親水性層を形成した。親水性層の厚さは1~50nm程度であった。製造した下側部材を実施例1のシリコーン部材と称す。 Next, a 0.2 mm thick plate-shaped melamine foam stamp member was impregnated with 1 ml of a reagent containing polysilazane (“Aquamica® NAX120-20” manufactured by AZ Electronic Materials Co., Ltd.). Then, the upper surface of the lower substrate was pressed against the stamp member, and the reagent was transferred to a portion other than the lower recess. Then, it was dried at a temperature of 65 ° C. for 24 hours to form a hydrophilic layer made of a silicon oxide film in a portion other than the lower recess. The thickness of the hydrophilic layer was about 1 to 50 nm. The manufactured lower member is referred to as the silicone member of Example 1.
[比較例1]
実施例1と同じPDMS製の下側基材の上面全体(下側凹部および流路部を含む)に、親水性層を形成して下側部材を製造した。まず、真空容器内に下側基材を配置して、内部を0.5Pa以下の減圧状態にした。次に、真空容器内にArガス、O2ガス、およびTEOSガスを供給して、合計圧力6Paの混合ガス雰囲気を形成した。それから、周波数2.45GHz、出力電力0.5kWにてマイクロ波プラズマを発生させて、20秒間成膜処理を行った。このようにして、下側基材の上面全体に、有機成分を含むケイ素酸化物膜からなる親水性層を形成した。親水性層の厚さは30nmであった。製造した下側部材を比較例1のシリコーン部材と称す。
[Comparative Example 1]
A hydrophilic layer was formed on the entire upper surface (including the lower recess and the flow path portion) of the lower base material made of PDMS, which was the same as in Example 1, to manufacture a lower member. First, the lower base material was placed in the vacuum vessel, and the inside was depressurized to 0.5 Pa or less. Next, Ar gas, O 2 gas, and TEOS gas were supplied into the vacuum vessel to form a mixed gas atmosphere having a total pressure of 6 Pa. Then, a microwave plasma was generated at a frequency of 2.45 GHz and an output power of 0.5 kW, and a film forming process was performed for 20 seconds. In this way, a hydrophilic layer made of a silicon oxide film containing an organic component was formed on the entire upper surface of the lower substrate. The thickness of the hydrophilic layer was 30 nm. The manufactured lower member is referred to as a silicone member of Comparative Example 1.
[比較例2]
実施例1と同じPDMS製の下側基材の上面全体(下側凹部および流路部を含む)に、疎水性のバリア層を形成して下側部材を製造した。まず、真空容器内に下側基材を配置して、内部を0.5Pa以下の減圧状態にした。次に、真空容器内にArガスおよびC5F8ガスを供給して、合計圧力6Paの混合ガス雰囲気を形成した。それから、周波数2.45GHz、出力電力0.75kWにてマイクロ波プラズマを発生させて、25秒間成膜処理を行った。このようにして、下側基材の上面全体に、フッ化炭素膜からなるバリア層を形成した。バリア層の厚さは75nmであった。製造した下側部材を比較例2のシリコーン部材と称す。
[Comparative Example 2]
A hydrophobic barrier layer was formed on the entire upper surface (including the lower recess and the flow path portion) of the lower base material made of PDMS, which was the same as in Example 1, to manufacture a lower member. First, the lower base material was placed in the vacuum vessel, and the inside was depressurized to 0.5 Pa or less. Next, Ar gas and C5 F8 gas were supplied into the vacuum vessel to form a mixed gas atmosphere having a total pressure of 6 Pa. Then, a microwave plasma was generated at a frequency of 2.45 GHz and an output power of 0.75 kW, and a film forming process was performed for 25 seconds. In this way, a barrier layer made of a fluorocarbon film was formed on the entire upper surface of the lower substrate. The thickness of the barrier layer was 75 nm. The manufactured lower member is referred to as a silicone member of Comparative Example 2.
[比較例3]
実施例1で使用したPDMS製の下側基材そのものを、比較例3のシリコーン部材とした。
[Comparative Example 3]
The lower base material itself made of PDMS used in Example 1 was used as the silicone member of Comparative Example 3.
<流体デバイスの製造>
製造したシリコーン部材を用いて、上記第一実施形態の流体デバイスを製造した(前出図1~図3参照)。上側部材については以下の手順で製造した。まず、PDMSを射出成形して、所定の形状の上側基材を製造した。上側基材において、流路を区画する上側凹部の深さは150μm、導入孔の直径は100μmである。次に、上側基材を真空容器内に配置して、内部を0.5Pa以下の減圧状態にした。続いて、真空容器内にArガス、O2ガス、およびTEOSガスを供給して、合計圧力6Paの混合ガス雰囲気を形成した。それから、周波数2.45GHz、出力電力0.5kWにてマイクロ波プラズマを発生させて、20秒間成膜処理を行った。このようにして、上側基材の下面全体に、有機成分を含むケイ素酸化物膜からなる親水性層を形成した。親水性層の厚さは30nmであった。
<Manufacturing of fluid devices>
The fluid device of the first embodiment was manufactured using the manufactured silicone member (see FIGS. 1 to 3 above). The upper member was manufactured by the following procedure. First, PDMS was injection molded to produce an upper substrate having a predetermined shape. In the upper base material, the depth of the upper concave portion that partitions the flow path is 150 μm, and the diameter of the introduction hole is 100 μm. Next, the upper base material was placed in a vacuum vessel, and the inside was brought into a reduced pressure state of 0.5 Pa or less. Subsequently, Ar gas, O 2 gas, and TEOS gas were supplied into the vacuum vessel to form a mixed gas atmosphere having a total pressure of 6 Pa. Then, a microwave plasma was generated at a frequency of 2.45 GHz and an output power of 0.5 kW, and a film forming process was performed for 20 seconds. In this way, a hydrophilic layer made of a silicon oxide film containing an organic component was formed on the entire lower surface of the upper base material. The thickness of the hydrophilic layer was 30 nm.
製造した上側部材とシリコーン部材(下側部材)とを積層して両者を接合した。このようにして製造された流体デバイスを、シリコーン部材の番号に対応させて、実施例1の流体デバイスなどと称す。 The manufactured upper member and the silicone member (lower member) were laminated and joined to each other. The fluid device manufactured in this way is referred to as the fluid device of Example 1 or the like in correspondence with the number of the silicone member.
<粒子捕捉性の評価>
[評価方法]
流体デバイスの流路に試液を流し、下側凹部における粒子の捕捉性を評価した。まず、有機溶剤のヘキサンにシリカ粒子(Bangs Laboratories社製「SS06N」、直径5μm)を分散させて、濃度1×107個/mlの試液を調製した。次に、流体デバイスの導入孔より、試液30μlをマイクロピペットを用いて注入した。そのまま3分間静置した後、流体デバイスの前端を持ち上げ、水平から30°傾けた状態で、導入孔より純水100μlを静かに注入して、下側凹部以外の部分に残留している試液を排出口から排出した。それから、下側凹部と流路部とにおける残留物を確認した。残留物の確認は、オリンパス(株)製の倒立顕微鏡「GX-51」を用いて行い、粒子が観察されれば残留物あり、観察されなければ残留物なしとした。そして、下側凹部に残留物があり、かつ流路部に残留物がない場合のみを捕捉性良好(後出表1中、〇印で示す)と評価し、それ以外は捕捉性不良(後出表1中、×印で示す)と評価した。
<Evaluation of particle capture>
[Evaluation methods]
The test solution was flowed through the flow path of the fluid device, and the trapping property of particles in the lower recess was evaluated. First, silica particles (“SS06N” manufactured by Bangs Laboratories, diameter 5 μm) were dispersed in hexane as an organic solvent to prepare a test solution having a concentration of 1 × 10 7 cells / ml. Next, 30 μl of the test solution was injected through the introduction hole of the fluid device using a micropipette. After allowing it to stand for 3 minutes, lift the front end of the fluid device, tilt it 30 ° from the horizontal, and gently inject 100 μl of pure water through the introduction hole to remove the test solution remaining in the part other than the lower recess. It was discharged from the discharge port. Then, the residue in the lower recess and the flow path was confirmed. The residue was confirmed using an inverted microscope "GX-51" manufactured by Olympus Corporation. If particles were observed, there was a residue, and if no particles were observed, there was no residue. Then, only when there is a residue in the lower concave portion and there is no residue in the flow path portion, the catchability is evaluated as good (indicated by a circle in Table 1 below), and in other cases, the catchability is poor (after). In Table 1, it was evaluated as (indicated by x).
[評価結果]
表1に、下側凹部における粒子の捕捉性の評価結果を示す。
Table 1 shows the evaluation results of the particle capture property in the lower recess.
表1に示すように、実施例1の流体デバイスにおいては、下側凹部に残留物があり、かつ、流路部に残留物がなかった。すなわち、実施例1の流体デバイスにおいては、捕捉性が良好であることが確認された。これに対して、下側凹部を含む上面全体に親水性層が形成されている比較例1の流体デバイスにおいては、下側凹部に残留物がなかったため、捕捉性は不良と判断した。また、比較例2の流体デバイスにおいては、下側凹部だけでなく流路部にも残留物があった。これは、試液が流路部に付着しやすいことを意味するため、捕捉性は不良と判断した。比較例3の流体デバイスにおいては、試液の染み込みにより下側部材が膨潤し変形したため、評価することができなかった。 As shown in Table 1, in the fluid device of Example 1, there was a residue in the lower concave portion and no residue in the flow path portion. That is, it was confirmed that the fluid device of Example 1 had good catchability. On the other hand, in the fluid device of Comparative Example 1 in which the hydrophilic layer was formed on the entire upper surface including the lower recess, it was judged that the catchability was poor because there was no residue in the lower recess. Further, in the fluid device of Comparative Example 2, there was a residue not only in the lower recess but also in the flow path portion. This means that the test solution easily adheres to the flow path portion, so it was judged that the catchability was poor. In the fluid device of Comparative Example 3, the lower member was swollen and deformed due to the infiltration of the test solution, so that it could not be evaluated.
<水接触角の測定>
PDMS製のシート状の基材(縦50mm×横50mm×厚さ5mm)の表面に、実施例および比較例のシリコーン部材に形成したのと同様のバリア層または親水性層を形成して、各々の層の水接触角を測定した。また、比較例3のシリコーン部材に対応させて、基材表面の水接触角も測定した。水接触角については、水接触角計(協和界面科学(株)製「DM500」)を用いて測定した。表2に、水接触角の測定結果を示す。
A barrier layer or a hydrophilic layer similar to that formed in the silicone members of Examples and Comparative Examples was formed on the surface of a sheet-like base material (length 50 mm × width 50 mm × thickness 5 mm) made of PDMS, and each of them was formed. The water contact angle of the layer was measured. In addition, the water contact angle on the surface of the base material was also measured in correspondence with the silicone member of Comparative Example 3. The water contact angle was measured using a water contact angle meter (“DM500” manufactured by Kyowa Interface Science Co., Ltd.). Table 2 shows the measurement results of the water contact angle.
表2に示すように、実施例1のシリコーン部材におけるバリア層の水接触角は110°であり、親水性層の水接触角は60°であった。これにより、実施例1のシリコーン部材の下側凹部は疎水性を有し、流路部は親水性を有することが確認された。一方、比較例1のシリコーン部材における親水性層の水接触角は10°未満であり、比較例1のシリコーン部材においては、下側凹部を含む上面全体が親水性を有することが確認された。また、比較例2のシリコーン部材におけるバリア層の水接触角は110°であり、比較例2のシリコーン部材においては、下側凹部を含む上面全体が疎水性を有することが確認された。また、基材表面の水接触角は110°であり、比較例3のシリコーン部材は、PDMS由来の疎水性を有することが確認された。 As shown in Table 2, the water contact angle of the barrier layer in the silicone member of Example 1 was 110 °, and the water contact angle of the hydrophilic layer was 60 °. As a result, it was confirmed that the lower concave portion of the silicone member of Example 1 had hydrophobicity and the flow path portion had hydrophilicity. On the other hand, it was confirmed that the water contact angle of the hydrophilic layer in the silicone member of Comparative Example 1 was less than 10 °, and that in the silicone member of Comparative Example 1, the entire upper surface including the lower recess was hydrophilic. Further, it was confirmed that the water contact angle of the barrier layer in the silicone member of Comparative Example 2 was 110 °, and that in the silicone member of Comparative Example 2, the entire upper surface including the lower concave portion had hydrophobicity. Further, the water contact angle on the surface of the base material was 110 °, and it was confirmed that the silicone member of Comparative Example 3 had hydrophobicity derived from PDMS.
<膨潤性の評価>
[評価方法]
水接触角の測定に使用した成膜後のシリコーンシートを用いて、膨潤性を評価した。具体的には、シートの成膜面に、有機溶剤のトルエンを接触させて、シートの変形の有無を観察した。比較例3については、シート(基材)の表面にトルエンを接触させて、変形の有無を観察した。まず、シートの成膜面の中央に、直径10mmの円筒状のステンレス管を配置した。次に、ステンレス管の内側にトルエンを10ml注入した。それから5分間経過した後、残留しているトルエンをスポイトで除去し、ステンレス管を取り外した。そして、成膜面におけるトルエン接触部と非接触部との厚さの差を、デジタルゲージ((株)小野測器製「DG-925」)にて測定した。この際、厚さの差が50μm未満であれば、変形なし(膨潤なし)と判断した。
<Evaluation of swelling>
[Evaluation methods]
The swellability was evaluated using the silicone sheet after the film formation used for measuring the water contact angle. Specifically, toluene, an organic solvent, was brought into contact with the film-forming surface of the sheet, and the presence or absence of deformation of the sheet was observed. For Comparative Example 3, toluene was brought into contact with the surface of the sheet (base material), and the presence or absence of deformation was observed. First, a cylindrical stainless steel tube having a diameter of 10 mm was placed in the center of the film-forming surface of the sheet. Next, 10 ml of toluene was injected into the inside of the stainless steel tube. Then, after 5 minutes had passed, the residual toluene was removed with a dropper, and the stainless steel tube was removed. Then, the difference in thickness between the toluene contact portion and the non-contact portion on the film-forming surface was measured with a digital gauge (“DG-925” manufactured by Ono Sokki Co., Ltd.). At this time, if the difference in thickness was less than 50 μm, it was determined that there was no deformation (no swelling).
[評価結果]
表3に、各シートにおける変形の有無を示す。
Table 3 shows the presence or absence of deformation in each sheet.
表3に示すように、基材のみの比較例3のシートは、トルエンが染み込んで大きく変形した。これに対して、実施例1のバリア層が形成されたシート、および実施例1の親水性層が形成されたシートのいずれにおいても、変形なしという結果になった。すなわち、実施例1のシリコーン部材においては、疎水性の液体が接触しても、下側凹部および流路部のいずれも膨潤しにくいことが確認された。また、比較例1の親水性層が形成されたシート、および比較例2のバリア層が形成されたシートのいずれにおいても、変形なしという結果になった。 As shown in Table 3, the sheet of Comparative Example 3 containing only the base material was greatly deformed by the infiltration of toluene. On the other hand, neither the sheet on which the barrier layer of Example 1 was formed nor the sheet on which the hydrophilic layer of Example 1 was formed resulted in no deformation. That is, it was confirmed that in the silicone member of Example 1, even if the hydrophobic liquid comes into contact with the silicone member, neither the lower recess nor the flow path portion is likely to swell. In addition, neither the sheet on which the hydrophilic layer of Comparative Example 1 was formed nor the sheet on which the barrier layer of Comparative Example 2 was formed resulted in no deformation.
1:流体デバイス、10:上側部材、11:流路、12:上側基材、13:親水性層、14:上側凹部、15:導入孔、16:排出口、20:下側部材(流体デバイス用シリコーン部材)、21:下側基材(基材)、22:バリア層、22a:バリア層、23:親水性層、24:下側凹部(凹部)、25:流路部、26:親水性層、30:スタンプ部材、31:フォトレジスト、210:一面、300:試薬、P:マイクロ波プラズマ。 1: Fluid device, 10: Upper member, 11: Flow path, 12: Upper substrate, 13: Hydrophilic layer, 14: Upper recess, 15: Introduction hole, 16: Discharge port, 20: Lower member (fluid device) Silicone member), 21: lower base material (base material), 22: barrier layer, 22a: barrier layer, 23: hydrophilic layer, 24: lower concave portion (recess), 25: flow path portion, 26: hydrophilic Sex layer, 30: Stamp member, 31: Photoresist, 210: One side, 300: Fluid, P: Microwave plasma.
Claims (8)
シリコーン製の一体物であり、該流路を区画する一面が疎水性の該流体の一部を捕捉するための凹部とそれ以外の流路部とからなる基材と、
該基材の該凹部の全体に配置され、乾式処理により形成され、疎水性の該流体の染み込みを抑制する疎水性のバリア層と、
該基材の該流路部に配置される親水性層と、
を有する流体デバイス用シリコーン部材。 Used for flowing hydrophobic fluids in the flow path,
A base material made of silicone, which is composed of a recess for capturing a part of the fluid whose one surface is hydrophobic and the other flow path portion, which is an integral body of the flow path.
A hydrophobic barrier layer that is disposed throughout the recesses of the substrate , is formed by drywall treatment, and suppresses the infiltration of the hydrophobic fluid.
A hydrophilic layer arranged in the flow path portion of the base material and
Silicone member for fluid devices.
一面に凹部を有するシリコーン製の基材において、該一面全体に疎水性のバリア層をプラズマCVD法により形成するバリア層形成工程と、
該凹部以外の該バリア層の表面に、親水性層を形成する親水性層形成工程と、
を有する流体デバイス用シリコーン部材の製造方法。 The method for manufacturing a silicone member for a fluid device according to claim 1.
A barrier layer forming step of forming a hydrophobic barrier layer on the entire surface of a silicone base material having a recess on one surface by a plasma CVD method.
A hydrophilic layer forming step of forming a hydrophilic layer on the surface of the barrier layer other than the recess,
A method for manufacturing a silicone member for a fluid device having.
一面に凹部を有するシリコーン製の基材において、該一面全体に親水性層を形成する親水性層形成工程と、
形成された該親水性層の表面全体に、疎水性のバリア層をプラズマCVD法により形成するバリア層形成工程と、
該凹部以外の該バリア層を除去するバリア層除去工程と、
を有する流体デバイス用シリコーン部材の製造方法。 The method for manufacturing a silicone member for a fluid device according to claim 1.
In a silicone base material having a recess on one surface, a hydrophilic layer forming step of forming a hydrophilic layer on the entire surface and a hydrophilic layer forming step.
A barrier layer forming step of forming a hydrophobic barrier layer on the entire surface of the formed hydrophilic layer by a plasma CVD method.
A barrier layer removing step of removing the barrier layer other than the recess,
A method for manufacturing a silicone member for a fluid device having.
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