JP7480933B2

JP7480933B2 - 流路デバイス

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Publication number: JP7480933B2
Application number: JP2022173615A
Authority: JP
Inventors: 顕雄江本; 匠木本; 隆史福田
Original assignee: University of Tokushima NUC
Current assignee: University of Tokushima NUC
Priority date: 2018-07-03
Filing date: 2022-10-28
Publication date: 2024-05-10
Anticipated expiration: 2038-07-03
Also published as: JP7201982B2; JP2020008320A; JP2023027781A

Description

特許法第３０条第２項適用１．学会予稿集発行所名：公益社団法人応用物理学会刊行物名：第６５回応用物理学会春季学術講演会講演予稿集発行日：平成３０年３月５日２．学会発表主催者名：公益社団法人応用物理学会学会名：第６５回応用物理学会春季学術講演会ポスター発表公開日：平成３０年３月１７日

本発明は、流路デバイスに関する。

近年、癌治療、ｉＰＳ細胞及び再生医療等の研究にマイクロ流路デバイス等の流路デバイスが用いられている。マイクロ流路デバイスは、微細な流路に試料及び液体等を流通させて、流路内で化学的又は生化学的反応を生じさせることができる。そのため、マイクロ流路デバイスを用いることにより、極微量の試料であっても所望の物質を分析することができる。

マイクロ流路デバイスとして、例えば、特許文献１に記載されているように、流路を備えた樹脂製基板を含むものが挙げられる。

特開２０１７－１４８９７２号公報

このようなマイクロ流路デバイスは、通常、金型を用いた成形加工によりマイクロ流路デバイスを構成する部品を作製し、それらを組み合わせることにより製造される。流路の形状等は、分析試料の種類、マイクロ流路デバイスの使用目的等により変更する必要があるため、それに応じて金型を作製しなければならない。しかし、金型の作製には多くの費用及び時間を要する。そのため、マイクロ流路デバイスを少量多品種で製造することは現実的ではなく、また、流路の形状等の変更に応じて迅速にマイクロ流路デバイスを提供することは難しい。

低価格なマイクロ流路デバイスを少量多品種で迅速に提供することにより、上述のような研究が促進されることが期待される。従って、より簡便に製造することができるマイクロ流路デバイスが求められている。

本発明はこのような状況を鑑みてなされたものであり、その目的は、金型を用いることなく製造できる流路デバイスを提供することである。

上述の課題に鑑み、発明者らが鋭意検討を重ねた結果、所定のパターンの紫外線を光重合性高分子材料層に照射して当該層の露光部に溝を形成し、次いで当該溝と基板とで規定される流路を形成することにより、金型を用いることなく簡便に流路デバイスを製造することができることを見出し、本発明を完成させるに到った。

本発明に係る流路ディバイスは、
第１基板上に形成された光重合性高分子材料層に所定のパターンの紫外線を照射し、光重合性高分子材料層を紫外線で露光することにより、光重合性高分子材料層の露光部と非露光部との境界又はその近傍が隆起してなる溝を形成する工程と、
隆起した部分と第２基板とを接着して、溝と第２基板とで規定される流路を形成する工程とを含む製造方法によって好適に製造することができる。

前記製造方法によって製造可能な本発明に係る流路ディバイスは、
光重合性高分子材料の重合体によって形成された流路を有する流路デバイスであって、
第１基板と、第１基板上に形成された光重合性高分子材料の重合体からなる硬化層と、前記硬化層上に設けられた第２基板とを有し、
硬化層は、所定のパターンの溝を有し、
溝は、その両側にそれぞれ形成された隆起部であって、該溝の外側の面よりも上方にせり上がった隆起部によって挟まれ、
第２基板は、隆起部の頭頂部に接着され、
第２基板と溝の外側の面との間には間隙が形成されており、
溝と第２基板とによって流路が規定された流路デバイスである。

本発明により、金型を用いることなく製造可能な流路デバイスを提供することができる。

光重合性高分子材料層に紫外線を照射する様子を示す模式的部分断面図である。光重合性高分子材料層に溝が形成された様子を示す模式的部分断面図である。本発明の実施形態に係る流路デバイスの模式的断面図である。種々の粘度を有する光重合性高分子材料について、溝の深さと光重合性高分子材料層の厚さとの関係を示すグラフである。光重合性高分子材料層の厚さの変化に対する溝の深さの変化の割合（傾き）と光重合性高分子材料の粘度との関係を示すグラフである。溝の深さと光重合性高分子材料層の厚さとの関係を示すグラフである。ＭＥＭＳミラーを用いて露光する際の露光系の一例を示す概略図である。本発明の実施形態に係る製造方法により製造できる流路デバイスの模式的断面図である。露光マスクを介して光重合性高分子材料層に紫外線を照射する様子を示す模式的部分断面図である。露光マスクを介して紫外線を照射した際に光重合性高分子材料層に溝が形成された様子を示す模式的部分断面図である。光重合性高分子材料層に溝が徐々に形成されていく様子を示すレーザー顕微鏡像である。溝の深さと露光時間との関係を示すグラフである。本発明の他の実施形態に係る流路デバイスの模式的断面図である。本発明の実施形態に係る流路デバイスの流路にローダミンＢの水溶液を流通させた様子を示す光学顕微鏡像である。

以下、本発明の実施形態に係る流路デバイス及びその製造方法について、図面を参照しながら説明する。但し、以下に説明する実施形態は、本発明の技術思想を具体化するための一例であって、本発明はこれに限定されるものではない。尚、以下の説明において参照する図面は、理解を容易にするために本発明の実施形態を概略的に示したものである。

本発明の実施形態に係る流路デバイス９０の製造方法は、以下の工程（１）及び工程（２）を含む。
工程（１）：図１に示すように、第１基板１０上に形成された光重合性高分子材料層３０に所定のパターンの紫外線を上方から矢印で示すように照射し、光重合性高分子材料層３０を紫外線で露光して、光重合性高分子材料を重合する。これにより、光重合性高分子材料層３０における未硬化又は半硬化状態の部分で重合時交差拡散による物質移動が生じ、図２に示すように、光重合性高分子材料層３０の露光部と非露光部との境界又はその近傍が隆起してなる溝３１を形成する。
工程（２）：図３に示すように、光重合性高分子材料層３０の隆起した部分（以下、隆起部と呼ぶことがある）３２と第２基板５０とを接着して、溝３１と第２基板５０とで規定される流路３４を形成する。

本明細書において、「光重合性高分子材料」は、光重合性化合物と光重合開始剤とからなる。光重合性高分子材料層３０は、所望とする重合反応に応じて適切に選択した光重合性高分子材料を含み、必要に応じて、後述のポリマー及び／又は添加剤を含んでもよい。光重合性高分子材料層３０は、光重合性高分子材料を含む塗布液を用いて形成され、当該塗布液は、必要に応じて、光重合性化合物以外のポリマー及び／又は添加剤と、溶媒とを含んでもよい。

光重合性高分子材料の重合反応として、例えば、ラジカル重合反応、カチオン重合反応、アニオン重合反応及びチオール・エン重合反応が挙げられる。ラジカル重合反応、カチオン重合反応及びアニオン重合反応において、ＵＶ塗膜（すなわち、本願でいう光重合性高分子材料層）中で物質移動が起こることは、例えば、市村著の「ＵＶ硬化の基礎と実践」（産業図書株式会社、２０１０年１０月７日、第１３１頁～第１３３頁）に記載されている。
ＣａｒｌｏｓＳａｎｃｈｅｚ等の「Ｐｏｌｙｍｅｒｉｚａｔｉｏｎ－ｉｎｄｕｃｅｄｄｉｆｆｕｓｉｏｎａｓａｔｏｏｌｔｏｇｅｎｅｒａｔｅｐｅｒｉｏｄｉｃｒｅｌｉｅｆｓｔｒｕｃｔｕｒｅｓ：Ａｃｏｍｂｉｎａｔｏｒｉａｌｓｔｕｄｙ」（Ｐｒｏｃ．ｏｆＳＰＩＥ第６１３６巻、２００６年、６１３６０Ｈ－１～１２）には、ラジカル重合反応におけるＵＶ塗膜での物質移動が記載されている。
また、Ｋｅｎ’ｉｃｈｉＡｏｋｉ等の「Ｓｅｌｆ－ＤｅｖｅｌｏｐａｂｌｅＳｕｒｆａｃｅＲｅｌｉｅｆＰｈｏｔｏｉｍａｇｉｎｇＧｅｎｅｔａｔｅｄｂｙＡｎｉｏｎｉｃＵＶ－ＣｕｒｉｎｇｏｆＥｐｏｘｙＲｅｓｉｎｓ」（ＰｏｌｙｍｅｒＪｏｕｒｎａｌ、第４１巻、第１１、２００９年、第９８８頁～第９９２頁）には、ラジカル重合反応におけるＵＶ塗膜での物質移動が記載されている。
ラジカル重合反応、カチオン重合反応、アニオン重合反応及びチオール・エン重合反応の中でもチオール・エン重合反応が好ましい。また、これらの重合反応の２つ以上を組み合わせてもよい。

ラジカル重合の場合、光重合性高分子材料は、不飽和二重結合を有する光重合性化合物と光ラジカル重合開始剤とからなる。不飽和二重結合を有する光重合性化合物として、例えば、ＣａｒｌｏｓＳａｎｃｈｅｚ等の上記文献に記載されているジペンタエリスリトールペンタアクリレート及びジペンタエリスリトールヘキサアクリレート等が挙げられる。光ラジカル重合開始剤は、紫外線によりラジカルを発生するものであれば特に限定されず、例えば、ＣａｒｌｏｓＳａｎｃｈｅｚ等の上記文献に記載されているＢＡＳＦ社製のＩｒｇ３６９等のアルキルフェノン化合物及びオキシムエステル化合物等が挙げられる。

カチオン重合の場合、光重合性高分子材料は、カチオン重合性基を有する光重合性化合物と光酸発生剤とからなる。カチオン重合性基として、例えば、エポキシ基及びオキセタニル基が挙げられ、カチオン重合性基を有する光重合性化合物として、例えば、エポキシノボラック樹脂、多官能エポキシ化合物及びポリグリシジルメタクリレート等が挙げられる。光酸発生剤は、紫外線により酸を発生するものであれば特に限定されず、例えば、ヨードニウム塩等のオニウム塩が挙げられる。

アニオン重合の場合、光重合性高分子材料は、アニオン重合性基を有する光重合性化合物と光塩基発生剤とからなる。アニオン重合性基として、例えば、エポキシ基及びオキセタニル基が挙げられ、アニオン重合性基を有する光重合性化合物として、例えば、Ｋｅｎ’ｉｃｈｉＡｏｋｉ等の上記文献に記載されているエポキシノボラック樹脂、多官能エポキシ化合物及びポリグリシジルメタクリレート等が挙げられる。光塩基発生剤は、紫外線により塩基を発生するものであれば特に限定されず、例えば、Ｋｅｎ’ｉｃｈｉＡｏｋｉ等の上記文献に記載されているカルバミン酸化合物等が挙げられる。また、塩基増殖剤として、例えば、Ｋｅｎ’ｉｃｈｉＡｏｋｉ等の上記文献に記載されているカルバミン酸化合物等を用いてよい。

チオール・エン重合の場合、光重合性高分子材料は、ラジカル重合の場合と同様の不飽和二重結合を有する光重合性化合物と光ラジカル重合開始剤と、更にチオール基含有化合物とからなる。チオール基含有化合物として、例えば、アルカンチオール及びアルケンチオール等が挙げられる。チオール・エン重合反応により重合する光重合性高分子材料として、例えば、Ｎｏｒｌａｎｄ社製のＮＯＡ８１、ＮＯＡ８３Ｈ、ＮＯＡ８５、ＮＯＡ６８及びＮＯＡ６５等が挙げられる。なお、このような市販品は通常、例えば、重合防止剤等の添加剤を微量含み得るが、本願でいう光重合性高分子材料とする。

流路デバイス９０として好ましい流路３４の深さ、例えば、３μｍ程度以上である深さの流路３４の形成をより容易にする観点から、光重合性高分子材料の粘度は、好ましくは１００ｃｐｓ以上、３０００ｃｐｓ以下である。このような粘度を有する光重合性高分子材料を用いると、光重合性高分子材料層３０を厚くすることで、光重合性高分子材料層３０に深い溝３１を容易に形成し得るため、所望の深い流路３４を得ることが容易となり得る。すなわち、光重合性高分子材料の粘度が好ましく１００ｃｐｓ以上、３０００ｃｐｓ以下である場合、溝３１の形成をもたらす重合時交差拡散による物質移動が促進されやすいと考えられる。

光重合性高分子材料の粘度は、より好ましくは２００ｃｐｓ以上、１０００ｃｐｓ以下である。後述の実施例２の結果を示す図４から分かるように、光重合性高分子材料が当該粘度範囲であることにより、３μｍ程度以上である深い溝３１を光重合性高分子材料層３０に更に容易に形成することができる。光重合性高分子材料の粘度を２００ｃｐｓ以上とすることにより、光照射によって形成される隆起部分の流動緩和が抑制されて溝の形状を維持しやすくなり、深い溝３１の形成がより容易となる。また、光重合性高分子材料の粘度を１０００ｃｐｓ以下とすることにより、光重合性高分子材料層３０中での物質移動が促進され、深い溝３１の形成がより容易となると共に、物質移動速度が速くなり、流路デバイス９０の製造において実用的な溝形成速度を達成することがより容易となる。更に、図４の結果から光重合性高分子材料層３０の厚さの変化に対する溝３１の深さの変化の割合を直線近似によりを算出した。近似直線の傾きと光重合性高分子材料の粘度との関係を図５に示す。図５に示すように、光重合性高分子材料の粘度によって当該傾きが異なる。これは、光重合性高分子材料層３０の厚さの調節による流路３４の深さの制御に適切な粘度が存在すること示している。また、光重合性高分子材料の粘度が、より更に好ましく２５０ｃｐｓ以上、８００ｃｐｓ以下であると、光重合性高分子材料層３０の厚さの増加に対する溝３１の深さの増加の割合がより大きくなるため、光重合性高分子材料層３０を厚くすることで、より深い流路３４を得ることが更に容易となり得る。流路３４の深さは、第２基板の下面から流路３４の底部までの垂直方向の高さである。

上述のように、光重合性高分子材料層３０は、光重合性高分子材料に加えて、必要に応じて、ポリマー及び／又は添加剤を含んでもよい。光重合性高分子材料層３０がポリマー及び／又は添加剤を含む場合、光重合性化合物が重合する際の物質移動において、ポリマー及び添加剤が拡散することにより深い溝３１を得ることがより容易となり得るため、深い流路３４を得ることがより容易となり得る。

光重合性高分子材料を含む塗布液は、上述のような深い溝３１の形成の容易性に加えて、第１基板１０上への塗布性及び光重合性高分子材料層３０の成膜性等の観点から、例えば、ポリメチルメタクリレート及びポリベンジルメタクリレート等のポリマーを含んでよい。ポリマーを含む塗布液を用いて光重合性高分子材料層３０を形成した場合、光重合性高分子材料層３０は光重合性高分子材料に加えてポリマーを含むものとなる。

光重合性高分子材料を含む塗布液は、本発明の目的を阻害しない範囲で添加剤を含んでよい。添加剤として、例えば、可塑剤及び安定剤等が挙げられる。更に、添加剤として、例えば、顔料やフィラーが挙げられる。添加剤を含む塗布液を用いて光重合性高分子材料層３０を形成した場合、光重合性高分子材料層３０は光重合性高分子材料に加えてポリマーを含むものとなる。

光重合性高分子材料を含む塗布液は、第１基板１０上への塗布性等の観点から、例えば、クロロホルム等の溶媒を含んでよい。

光重合性高分子材料を含む塗布液を第１基板１０に塗布する方法は特に限定されず、スピンコート法又はスリットコート法等を用いてよい。

溶媒を含有する塗布液を用いて光重合性高分子材料層３０を形成した場合、光重合性高分子材料層３０を露光する前に、通常、例えば、自然乾燥又は減圧乾燥等により、溶媒の一部あるいは全部を除去する。

光重合性高分子材料を含む上述のような塗布液を用いて形成する光重合性高分子材料層３０の厚さは特に限定されず、最終的に得られる流路デバイス９０の流路３４の流通方向に垂直な断面の面積等を考慮して適宜調節してよい。後述の実施例３の結果を示す図６から分かるように、光重合性高分子材料層３０が厚くなるにつれて、光重合性高分子材料に形成される溝３１が深くなり、より深い流路３４が得られる傾向がある。

第１基板１０を構成する材料は特に限定されず、例えば、ガラス又は樹脂であってよい。当該樹脂は特に限定されず、例えば、ポリプロピレン、ポリカーボネート、ポリスチレン、ポリエチレン、ポリエステル、ポリ塩化ビニール及びＡＢＳ（アクリロニトリル－ブタジエン－スチレン）等が挙げられる。第１基板１０を構成する材料が樹脂である場合、第１基板１０は、樹脂製リジッド基板、又は樹脂フィルム等の樹脂製フレキシブル基板であってよい。

図１に示すように、光重合性高分子材料層３０が形成された第１基板１０上に、所定のパターンの紫外線を上方から矢印で示すように照射し、光重合性高分子材料層３０を露光する。これにより、図２に示すように、光重合性高分子材料層３０の露光部と非露光部との境界又はその近傍が隆起してなる溝３１が形成される。所定のパターンの紫外線を照射する方法は特に限定されず、例えば、ＭＥＭＳ（ＭｉｃｒｏＥｌｅｃｔｒｏＭｅｃｈａｎｉｃａｌＳｙｓｔｅｍ、微小電気機械システム）ミラーを用いて、紫外線の照射位置をプログラムで制御して、マスクを使用せずに光重合性高分子材料層３０を露光してよい。図７に示すような露光系を用い、光源からの紫外光をレンズ１及び２を介してＭＥＭＳミラーで反射し、レンズ３及び４を介して光重合性高分子材料層３０上に照射してよい。

光重合性高分子材料層３０に溝３１を形成した後、図３に示すように、光重合性高分子材料層３０の隆起部３２と第２基板５０とを接着して、溝３１と第２基板５０とで規定される流路３４を形成し、流路デバイス９０を得る。

また、第２基板５０を光重合性高分子材料層３０の隆起部３２と接触させた後、第２基板５０を光重合性高分子材料層３０に向かって押し込むことにより、光重合性高分子材料層３０の隆起部３２に加えて、未露光部にも第２基板５０が接着した流路デバイス９０を得てもよい。このようにして得られる流路デバイス９０の一例である図８において、隆起部３２は消失し、隆起部３２であった部分は、未露光部と一体となって平坦な硬化層３０を形成しており、第２基板５０は硬化層３０に接着している。

光重合性高分子材料層３０の露光は、露光マスクで光重合性高分子材料層３０を覆い、マスク上に紫外線を照射することにより行ってもよい。以下、露光マスクを用いて光重合性高分子材料層３０を露光する場合を例に、光重合性高分子材料層３０に溝３１を形成する工程について更に説明する。

図９に示すような紫外線を透過させる透光部７１と紫外線を遮断する遮光部７２とからなる所定のパターンを有する第３基板７０を準備する。以下、第３基板７０を露光マスクと呼ぶことがある。露光マスク７０を構成する材料は、上記透光部７１と遮光部７２とを備えることができる限りは特に限定されず、例えば、紫外線を透過させる透光部材である石英ガラス又はガラスに遮光部７２としてクロム膜を形成することにより露光マスク７０を準備してよい。

図９に示すように、露光マスク７０を、光重合性高分子材料層３０との間に間隙を設けて、光重合性高分子材料層３０上に配置する。その後、図９の上方から矢印で示すように、露光マスク７０上に紫外線を照射し、露光マスク７０の透光部７１を介して光重合性高分子材料層３０を紫外線で露光する。

図１０に示すように、光重合性高分子材料層３０を露光することにより、光重合性高分子材料層３０の露光部と非露光部との境界又はその近傍が隆起してなる溝３１が形成される。露光条件は特に限定されず、重合反応の種類、材料の種類、及び最終的に得られる流路デバイス９０の流路３４の流通方向に垂直な断面の面積等を考慮して適宜調節してよい。

ここで、光重合性高分子材料層３０における溝３１の形成について、その一例を示す図１１を用いて更に詳しく説明する。図１１は、露光部の幅（すなわち、マスク幅）が５００μｍである露光マスク７０を用いて、後述の実施例４で詳細に説明するように、７．３ｍＷ／ｃｍ^２のパワー密度で５～３００秒間、光重合性高分子材料層３０を露光した際の溝３１の形成を示す。図１１において、横軸１２５～６２５μｍ及び縦軸で規定される範囲が露光マスク７０の透光部７１であり、他の範囲が露光マスク７０の遮光部７２である。

図１１に示すように、光重合性高分子材料層３０の重合が進行する、すなわち、露光時間が長くなるにつれて、光重合性高分子材料層３０に溝３１が徐々に形成される。これは、光重合性高分子材料層３０を露光することにより、未露光部から露光部への物質移動が起きるためである。典型的には、露光時間が長くなるにつれて、露光部から非露光部の方向に向かって隆起部３２の頭頂部３３が移動し、また、隆起部３２の頭頂部３３が上方にせり上がる。隆起部３２の頭頂部３３は、露光時間が１５～６０秒までの図に示されるように露光マスク７０の透光部７１に位置してよいが、露光時間３００秒の図の右側の頭頂部３３のように露光マスク７０の遮光部７２に位置してもよい。

後述の実施例４の結果を示す図１２から分かるように、露光時間が長くなるにつれて、光重合性高分子材料層３０に形成される溝３１が深くなるため、深い流路３４が得られる。一方で、露光時間が長くなるにつれて深さの変化は飽和傾向となる。これは、光重合性高分子材料層３０の露光部の光重合性高分子材料が移動すると同時に硬化が徐々に進行し、結果として光重合性高分子材料が移動しにくくなるためであると考えられる。

１つの実施形態において、光重合性高分子材料層３０に溝３１を形成した後、露光マスク７０を取り除き、光重合性高分子材料層３０の隆起部３２と第２基板５０とを接着して、図３に示すように溝３１と第２基板５０とで規定される流路３４を形成し、流路デバイス９０を得る。

第２基板５０を構成する材料は特に限定されず、例えば、ガラス又は樹脂であってよい。当該樹脂は特に限定されず、例えば、ポリプロピレン、ポリカーボネート、ポリスチレン、ポリエチレン、ポリエステル、ポリ塩化ビニール及びＡＢＳ（アクリロニトリル－ブタジエン－スチレン）等が挙げられる。第２基板５０を構成する材料が樹脂である場合、第２基板５０は、樹脂製リジッド基板、又は樹脂フィルム等の樹脂製フレキシブル基板であってよい。第２基板５０上に紫外線を照射する後述する工程を行う場合には、紫外線透過の観点から、ガラス等であることが好ましい。

別の実施形態において、露光マスク、すなわち、第３基板７０を第２基板５０として用いる、すなわち、光重合性高分子材料層３０の隆起部３２を第３基板７０と接着することにより、図１３に示すように溝３１と第３基板７０とで規定される流路３４を形成し、流路デバイス９０を得る。隆起部３２を第３基板７０と接着する１つの方法として、光重合性高分子材料層３０に溝３１を形成した後、光重合性高分子材料層３０と第３基板７０との間の間隙を狭めることが挙げられる。光重合性高分子材料層３０の隆起部３２を第３基板７０と接着する他の方法として、光重合性高分子材料層３０に溝３１を形成する際、光重合性高分子材料層３０の隆起部３２がせり上がって第３基板７０と接着するまで露光を継続することが挙げられる。

隆起部３２と第２基板５０又は第３基板７０との接着をより確実にする観点から、あるいは、光重合性高分子材料の重合をより促進する観点から、例えば、隆起部３２と第２基板５０又は第３基板７０とを接着させた後、光重合性高分子材料層３０を紫外線で更に重合するか、あるいは、熱重合することにより更に硬化させてよい。このようにして光重合性高分子材料層３０を更に硬化させることにより、流路デバイス９０の強度を更に向上させることができる。

１つの好ましい実施形態において、第２基板５０は紫外線を透過させる透光部材であり、光重合性高分子材料層３０の隆起部３２を第２基板５０と接着して流路３４を形成した後、第２基板５０上に紫外線を照射する工程を含む。これにより、とりわけ光重合性高分子材料層３０の未露光部を重合することができ、また、隆起部３２の重合を更に促進し、隆起部３２と第２基板５０とのより良好な接着を得ることができる。

他の好ましい実施形態において、光重合性高分子材料層３０の隆起部３２を第３基板７０と接着して流路３４を形成した後、第３基板７０上に紫外線を照射する工程を含む。これにより、第３基板７０の透光部７１に位置する隆起部３２の重合を更に促進し、隆起部３２と第３基板７０とのより良好な接着を得ることができる。

図３及び１３に示すように、本発明の実施形態に係る流路デバイス９０は、光重合性高分子材料が重合して形成された流路３４を有している。より具体的には、光重合性高分子材料が重合した硬化層３０が第１基板１０上に形成されており、硬化層３０には、当該層の一部が隆起してなる所定のパターンの溝３１が形成され、隆起部３２と第２基板５０又は第３基板７０とが接着して、溝３１と第２基板５０又は第３基板７０とで規定される流路３４が形成されている。

本発明により、費用及び作製時間を多く要する金型を用いることなく、簡便に流路デバイスを製造することができる。本発明は、低価格な流路デバイスを少量多品種で迅速に提供することができため、流路デバイスを用いる癌治療、ｉＰＳ細胞及び再生医療等の研究を促進することができる。
更に、ＭＥＭＳミラーを用い、紫外線の照射位置をプログラムで制御して、光重合性高分子材料層を露光して流路パターンを形成することにより、簡単なプログラム入力で所望の流路パターンを有する流路デバイスを迅速に作製することができる。そのため、本発明は、オンデマンドで流路デバイスを提供することができ、上述のような研究のより一層の促進を可能にする。

以下、実施例を挙げて本発明をより具体的に説明する。本発明は以下の実施例によって制限を受けるものではなく、前述および後述する本発明に合致し得る範囲で、適宜変更を加えて実施することも可能であり、それらはいずれも本発明の技術的範囲に包含される。

（実施例１）
Ｎｏｒｌａｎｄ社製のＮＯＡ８３Ｈとクロロホルムとを混合して塗布液を調製し、スピンコート法によりガラス基板（第１基板１０）上に塗布液を塗布し、自然乾燥によりクロロホルムを除去して、ガラス基板１０上に光重合性高分子材料層３０を形成した。光重合性高分子材料層３０の厚さは１４μｍであった。

所定のパターンを有する露光マスク７０を、光重合性高分子材料層３０との間に間隙を設けて光重合性高分子材料層３０上に配置した。その後、露光マスク７０上に紫外線を照射し、露光マスク７０の透光部７１を介して光重合性高分子材料層３０を紫外線で露光し、光重合性高分子材料層３０に溝３１を形成した。露光部の幅は５００μｍ、パワー密度は７．３ｍＷ／ｃｍ^２、露光時間は８０秒であった。

露光マスク７０を取り除き、光重合性高分子材料層３０の隆起部３２とガラス基板（第２基板５０）とを接着して流路３４を形成した後、更にガラス基板５０上から紫外線を照射し、流路デバイス９０を得た。キーエンス株式会社製のレーザー顕微鏡「ＶＫ－Ｘ２１０」を用いて流路３４の深さを測定した。流路３４の深さは１３．８μｍであった。

図１４に示すように、得られた流路デバイス９０の流路３４にローダミンＢの水溶液を流通させ、流路３４から他の部分に溶液が漏れないことを確認した。すなわち、光重合性高分子材料が重合して形成した溝３１とガラス基板５０とで規定される流路３４を有する流路デバイス９０を作製することができた。

（実施例２）
Ｎｏｒｌａｎｄ社製のＮＯＡ８３Ｈ（粘度２５０ｃｐｓ）、ＮＯＡ８１（粘度３００ｃｐｓ）、ＮＯＡ８５（粘度２００ｃｐｓ）及びＮＯＡ６５（粘度１０００ｃｐｓ）を、それぞれ単独で、そのまま塗布液として用いた。

これらの塗布液を用いて、光重合性高分子材料層３０の厚さを変化させた以外は、実施例１と同様にして、光重合性高分子材料層３０に溝３１を形成した。キーエンス株式会社製のレーザー顕微鏡「ＶＫ－Ｘ２１０」を用いて、光重合性高分子材料層３０に形成した溝３１の深さを測定した。なお、実施例２では、実施例１とは異なり、クロロホルムを使用しなかったため、塗布液をガラス基板１０上に塗布した後の自然乾燥は行わなかった。図４に示すように、いずれの塗布液を用いても、３μｍ程度より深い溝３１を形成することができた。とりわけ、粘度が２５０ｃｐｓであるＮＯＡ８３Ｈを用いた塗布液、及び粘度が３００ｃｐｓであるＮＯＡ８１を用いた塗布液を使用した場合、光重合性高分子材料層３０を厚くすることでより深い溝３１を得ることが更に容易であった。

（実施例３）
光重合性高分子材料層３０の厚さを１１～２７μｍに変化させた以外は、実施例１と同様にして、光重合性高分子材料層３０に溝３１を形成した。実施例２と同様にして、光重合性高分子材料層３０に形成した溝３１の深さを測定した。図６に示すように、光重合性高分子材料層３０が厚くなるにつれて溝３１が深くなった。

（実施例４）
光重合性高分子材料層３０の厚さを１４μｍとし、露光時間を１５～３００秒に変化させた以外は、実施例１と同様にして、光重合性高分子材料層３０に溝３１を形成した。実施例２と同様にして、光重合性高分子材料層３０に形成した溝３１の深さを測定した。図１２に示すように、露光時間が長くなるにつれて溝３１が深くなった。

１０第１基板
３０光重合性高分子材料層、硬化層
３１溝
３２隆起部
３３隆起部の頭頂部
３４流路
５０第２基板
７０第３基板（露光マスク）
７１透光部
７２遮光部
９０流路デバイス

Claims

光重合性高分子材料の重合体によって形成された流路を有する流路デバイスであって、
第１基板と、前記第１基板上に形成された前記光重合性高分子材料の重合体からなる硬化層と、前記硬化層上に設けられた第２基板とを有し、
前記硬化層は、所定のパターンの溝を有し、
前記溝は、その両側にそれぞれ形成された隆起部であって、該溝の外側の面よりも上方にせり上がった前記隆起部によって挟まれ、
前記第２基板は、前記隆起部の頭頂部に接着され、
前記第２基板と前記溝の外側の面との間には間隙が形成されており、
前記溝と前記第２基板とによって前記流路が規定された流路デバイス。
前記溝は、前記硬化層の厚さ方向において、その底面が、該溝の外側の面よりも下方に位置するように形成されている請求項１記載の流路デバイス。
前記第２基板がガラス基板、樹脂製リジッド基板又は樹脂製フレキシブル基板である請求項１または２記載の流路デバイス。