イオン交換性混合物及びその製造方法
【課題】イオン交換性混合物及びその製造方法を提供する。
【解決手段】イオン交換樹脂からなる高分子化合物と、ビス−アクリルアミド及びアクリルアミドをそれぞれ少なくとも１種以上含むアクリルアミド混合物と、高分子化合物及びアクリルアミド混合物を反応させて得た共重合体と、を含むイオン交換性混合物及びその製造方法である。これにより、本発明のイオン交換性混合物を利用して製造したイオン交換性膜は、従来のイオン交換性膜よりはるかに低い電気抵抗を有し、電荷を帯びるために優れた選択透過性を有する。また、本発明のイオン交換性膜は、製造条件が非常にマイルドなので、製造が非常に容易であり、かつ水溶媒下で架橋反応と同時に成膜されるので、所望のサイズ、形状、形態に自由に製造できるという長所がある。
【解決手段】イオン交換樹脂からなる高分子化合物と、ビス−アクリルアミド及びアクリルアミドをそれぞれ少なくとも１種以上含むアクリルアミド混合物と、高分子化合物及びアクリルアミド混合物を反応させて得た共重合体と、を含むイオン交換性混合物及びその製造方法である。これにより、本発明のイオン交換性混合物を利用して製造したイオン交換性膜は、従来のイオン交換性膜よりはるかに低い電気抵抗を有し、電荷を帯びるために優れた選択透過性を有する。また、本発明のイオン交換性膜は、製造条件が非常にマイルドなので、製造が非常に容易であり、かつ水溶媒下で架橋反応と同時に成膜されるので、所望のサイズ、形状、形態に自由に製造できるという長所がある。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、イオン交換性混合物及びその製造方法に係り、より具体的には、電気抵抗が低く、選択透過性があり、かつ製造が容易であるので、膜への成形においてサイズ、形態などに影響されないイオン交換性混合物及びその製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
微細流動装置は、入口、出口及び反応容器などがマイクロチャンネルを介して連通する装置をいう。このような装置は、当業界に公知であり、ＬＯＣ（Ｌａｂ−ｏｎ−ａ−ｃｈｉｐ）などの微細分析装置に広く利用されている。このような微細流動装置には、前記マイクロチャンネルが形成されている以外に、一般的に流体の移送及び混合のためのマイクロポンプ、マイクロミキサ及び移送される流体を濾過するためのマイクロフィルタなどが備えられている。
【０００３】
ＬＯＣのような生物分析装置として使われる微細流動装置は、一般的に細胞またはウイルスを溶解する過程に必要な装備を備えるか、外部で溶解された細胞溶液または既に精製された物質を利用せねばならない。従来の細胞溶解方法として、アルカリ法、酵素を用いる方法、煮沸法などが使われていた。
【０００４】
アルカリ法は、細胞またはウイルスにＮａＯＨなどの化学物質を添加して、高いｐＨに露出させて細胞を溶解する方法である。しかし、アルカリ法のような従来の細胞またはウイルスの溶解法をＬＯＣなどの微細流動装置に用いるには、多くの問題点がある。例えば、ＮａＯＨなそのアルカリ溶液を添加するか、アルカリ溶液を利用して細胞を溶解して得られるアルカリ性である細胞溶解液に、中和溶液を添加して中和する場合には、細胞を溶解させるためのアルカリ溶液の注入段階及びこのための装置が必要であり、アルカリ溶液及び中和溶液の添加によるサンプル溶液が希釈されるという問題が発生する。このような溶液の注入段階及び装置問題は、微細体積を扱う微細流動装置においては、深刻な問題となり、また、その後のＰＣＲのような生物学的分析方法を使用するために、ＮａＯＨなどのアルカリ溶液は、除去されるか、または中和されねばならない。
【０００５】
前記のような問題点を解決するために、別途にアルカリ溶液を注入する必要なく、電気分解によってｐＨを調節することによって、アルカリ溶液に作り、前記のように形成されたｐＨをイオン交換性膜で維持しつつ、これによりインシチュ（ｉｎ ｓｉｔｕ）で細胞を溶血させる方法が必要であるが、形成されたｐＨが一定に維持されるように優れた選択透過性を示すと共に、電気伝導度に優れて電気分解の効率を高めるイオン交換性膜に関しては、まだ知られていない。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
本発明が達成しようとする第１の技術的課題は、電気抵抗が低く、選択透過性があり、膜への成形が容易なイオン交換性混合物を提供することにある。
【０００７】
本発明が達成しようとする第２の技術的課題は、前記イオン交換性混合物の製造方法を提供することにある。
【０００８】
本発明が達成しようとする第３の技術的課題は、前記イオン交換性混合物を利用して製造したイオン交換性膜を提供することにある。
【０００９】
本発明が達成しようとする第４の技術的課題は、前記イオン交換性膜を利用して製造した微細流動装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明は、前記第１の技術的課題を達成するために、（ａ）陰イオン交換樹脂からなる高分子化合物と、（ｂ）ビス−アクリルアミド及びアクリルアミドをそれぞれ少なくとも１種以上含むアクリルアミド混合物と、（ｃ）前記陰イオン交換樹脂からなる高分子化合物と前記アクリルアミド混合物とを反応させて得た共重合体と、を含むイオン交換性混合物を提供する。
【００１１】
また、本発明は、前記第１の技術的課題を達成するために、（ａ）陽イオン交換樹脂からなる高分子化合物と、（ｂ）ビス−アクリルアミド及びアクリルアミドをそれぞれ少なくとも１種以上含むアクリルアミド混合物と、（ｃ）前記陽イオン交換樹脂からなる高分子化合物と前記アクリルアミド混合物とを反応させて得た共重合体と、を含むイオン交換性混合物を提供する。
【００１２】
本発明は、前記第２の技術的課題を達成するために、陰イオン交換樹脂からなる高分子化合物と、ビス−アクリルアミド及びアクリルアミドをそれぞれ少なくとも１種以上含むアクリルアミド混合物と、開始剤と、触媒とを溶媒と混合して反応させる段階を含むイオン交換性混合物の製造方法を提供する。
【００１３】
また、本発明は、前記第２の技術的課題を達成するために、陽イオン交換樹脂からなる高分子化合物と、ビス−アクリルアミド及びアクリルアミドをそれぞれ少なくとも１種以上含むアクリルアミド混合物と、開始剤と、触媒とを溶媒と混合して反応させる段階を含むイオン交換性混合物の製造方法を提供する。
【００１４】
本発明は、前記第３の技術的課題を達成するために、前記イオン交換性混合物を含むイオン交換性膜を提供する。
【００１５】
本発明は、前記第４の技術的課題を達成するために、アノードチャンバ、カソードチャンバ、及び前記アノードチャンバ及びカソードチャンバの間に設置された分割膜を含む細胞融解用の電気分解装置を備える微細流動装置であって、前記分割膜が前記イオン交換性膜である微細流動装置を提供する。
【発明の効果】
【００１６】
本発明のイオン交換性混合物を利用して製造したイオン交換性膜は、従来のイオン交換性膜よりはるかに低い電気抵抗を有し、電荷を帯びるために優れた選択透過性を有する。
また、本発明のイオン交換性膜は、製造条件が非常にマイルドなので、製造が非常に容易であり、かつ水溶媒下で架橋反応と同時に成膜されるため、所望のサイズ、形状、形態に自由に製造可能であるという長所がある。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１７】
以下、本発明をさらに具体的に説明する。
【００１８】
本発明の第１態様によれば、本発明のイオン交換性混合物は、（ａ）陰イオン交換樹脂からなる高分子化合物と、（ｂ）ビス−アクリルアミド及びアクリルアミドをそれぞれ少なくとも１種以上含むアクリルアミド混合物と、（ｃ）前記陰イオン交換樹脂からなる高分子化合物と前記アクリルアミド混合物とを反応させて得た共重合体とを含む。
【００１９】
前記陰イオン交換樹脂は、スチレン系、フェノール系、アミン系、メタクリル系であることが望ましいが、これらに限定されるものではない。特に、前記陰イオン交換樹脂は、下記化学式１のスチレン系であり、トリメチルアミンで置換されたものが望ましい。
【００２０】
【化１】
【００２１】
（ここで、ｎは２ないし１００，０００の整数である。）
前記化学式１の化合物は、下記化学式５の単量体を重合して製造することができる。
【００２２】
【化２】
【００２３】
前記化学式５の単量体を重合して化学式１の化合物を製造するためには、例えば、過硫酸アンモニウム（ａｍｍｏｎｉｕｍ ｐｅｒｓｕｌｆａｔｅ）、過酸化ベンゾイル （ＢＰＯ：ｂｅｚｏｙｌ ｐｅｒｏｘｉｄｅ）、アゾビスイソブチロニトリル（ＡＩＢＮ：ａｚｏｂｉｓｉｓｏｂｕｔｙｒｏｎｉｔｒｉｌｅ）などの開始剤と、ＴＥＭＥＤ（Ｎ，Ｎ，Ｎ’，Ｎ’−ｔｅｔｒａｍｅｔｈｙｌｅｔｈｙｌｅｎｅｄｉａｍｉｎｅ）とを触媒として溶媒内で溶液重合することが望ましい。前記反応は、７０℃ないし９０℃の温度で３０分ないし４時間行われる。
【００２４】
前記溶媒は、前記重合反応に参加しない親水性溶媒であれば特別に限定されないが、水、特に、脱イオン水、メタノール、エタノール、プロパノール、ブタノールなどのアルコール類が望ましい。
【００２５】
前記アクリルアミド混合物は、ビス−アクリルアミドとアクリルアミドをそれぞれ少なくとも１種以上含む。特に、前記ビス−アクリルアミドは、Ｎ，Ｎ’−メチレン−ビス−アクリルアミドであることが望ましいが、これらに限定されるものではない。
【００２６】
前記共重合体は、前記陰イオン交換樹脂からなる高分子化合物と前記アクリルアミド混合物とを反応させて得た共重合体である。前記陰イオン交換樹脂がトリメチルアミンに置換されたスチレン系樹脂である場合の製造されうる共重合体の一例を下記化学式３で示す。
【００２７】
【化３】
【００２８】
前記化学式３から分かるように、前記共重合体は、陰イオン交換樹脂及びポリアクリルアミドの鎖を有し、これらの鎖がビス−アクリルアミドにより架橋されている。
【００２９】
また、前記陰イオン交換樹脂、前記アクリルアミド混合物及び前記共重合体は、互いに相互浸透している。ここで、相互浸透とは、陰イオン交換樹脂の高分子鎖とアクリルアミドからなる高分子鎖が３次元的にランダムに互いにもつれた状態であって、巨視的には均一な状態であり、特定成分の濃度勾配などは形成されていない状態を意味する。
【００３０】
本発明の第２態様によれば、本発明のイオン交換性混合物は、（ａ）陽イオン交換樹脂からなる高分子化合物と、（ｂ）ビス−アクリルアミド及びアクリルアミドをそれぞれ少なくとも１種以上含むアクリルアミド混合物と、（ｃ）前記陽イオン交換樹脂からなる高分子化合物と前記アクリルアミド混合物とを反応させて得た共重合体とを含む。
【００３１】
前記陽イオン交換樹脂は、スチレン系、フェノール系、アミン系、メタクリル系であることが望ましいが、これらに限定されるものではない。特に、前記陽イオン交換樹脂は、下記化学式２に示すようにスチレン系であり、スルホン基で置換されたものが望ましい。
【００３２】
【化４】
【００３３】
（ここで、ｎは２ないし１００，０００の整数である。）
前記化学式２の化合物は、下記化学式６の単量体を重合して製造することができる。
【００３４】
【化５】
【００３５】
但し、前記単量体に置換されたスルホン基が−ＳＯ３Ｈである場合には、その後に発生する水素イオンによって、溶液のｐＨ調節において望ましくない結果をもたらすこともある。このような場合には、前記スルホン基がナトリウムなどの塩、例えば−ＳＯ３Ｎａであることが望ましい。
【００３６】
前記化学式６の単量体を重合して化学式２の化合物を製造するためには、例えば、過硫酸アンモニウム、ＢＰＯ、ＡＩＢＮなどの開始剤とＴＥＭＥＤとを触媒として溶媒内で溶液重合することが望ましい。前記反応の溶媒及び反応条件は、前記化学式１の化合物の製造の場合と同様である。
【００３７】
前記アクリルアミド混合物は、ビス−アクリルアミドとアクリルアミドをそれぞれ少なくとも１種以上含み、前述したように前記ビス−アクリルアミドは、Ｎ，Ｎ’−メチレン−ビス−アクリルアミドであることが望ましいが、これらに限定されるものではない。
【００３８】
前記共重合体は、前記陽イオン交換樹脂からなる高分子化合物と前記アクリルアミド混合物とを反応させて得た共重合体である。前記陽イオン交換樹脂がスルホン基に置換されたスチレン系樹脂の場合の製造されうる共重合体の一例を下記化学式４で示す。
【００３９】
【化６】
【００４０】
前記化学式４から分かるように、前記共重合体は、陽イオン交換樹脂とポリアクリルアミドの鎖を有し、これらの鎖がビス−アクリルアミドにより架橋されている。また、前記陰イオン交換樹脂、前記アクリルアミド混合物、及び前記共重合体は、互いに相互浸透している。
【００４１】
本発明の第３態様によれば、本発明は、陰イオン交換樹脂からなる高分子化合物と、ビス−アクリルアミド及びアクリルアミドをそれぞれ少なくとも１種以上含むアクリルアミド混合物と、開始剤と、触媒とを溶媒と混合して反応させる段階を含むイオン交換性混合物の製造方法を提供する。
【００４２】
前記反応物は、全体反応混合物１００質量部に対して、陰イオン交換樹脂からなる高分子化合物０．１ないし２０質量部と、ビス−アクリルアミド０．１ないし５質量部と、アクリルアミド５ないし４０質量部と、開始剤０．０５ないし１質量部と、触媒０．０５ないし１質量部と、溶媒５５ないし９０質量部であることが望ましい。
【００４３】
陰イオン交換樹脂からなる高分子化合物の含有量が０．１質量部未満であれば、荷電量が小さくなり、２０質量部を超過すれば、製造されるイオン交換性混合物の強度が弱くなる。ビス−アクリルアミドの量が０．１質量部未満であれば、強度が低くなり、５質量部を超過すれば、含水率が減少して電気抵抗が増加するという短所がある。また、アクリルアミドの量が５質量部より低いと、強度が低下し、４０質量部より多いと、含水率が減少して電気抵抗が増加する。開始剤の含有量が０．０５質量部未満であれば、反応速度が遅くなって望ましくなく、１質量部より多ければ、物性が低下しうる。触媒の量が０．０５質量部未満であれば、反応速度が遅くなって望ましくなく、１質量部より多ければ、それ自体が塩基性を帯びて試料を塩基溶液に作ってしまう副作用があり得る。溶媒の量が５５質量部未満であれば、製造されるイオン交換性混合物の電気抵抗が増加し、９０質量部より多ければ、強度が低下する。
【００４４】
前記反応は、常温で行われ、反応時間は、開始剤及び触媒の量によって伸縮的であり、３０秒ないし２０分間行われる。反応時間が３０秒より短ければ、反応が十分でないため、あまり架橋されず、反応時間が２０分より長ければ、反応がほとんど完了するため、それ以上の反応は不要である。
【００４５】
前記開始剤は、高分子のラジカル重合において開始剤として使われるものであれば特に限定されるものではないが、過硫酸アンモニウム、ＢＰＯ、ＡＩＢＮでありうる。また、前記触媒は、ＴＥＭＥＤであることが望ましい。
【００４６】
前記溶媒は、水、特に、脱イオン水、メタノール、エタノール、プロパノール、またはブタノールなどのアルコールが望ましく、脱イオン水がさらに望ましい。
【００４７】
前記反応が完了すれば、固体形態の陰イオン交換性混合物が製造され、前記陰イオン交換性混合物は、多量の水を含水する。
【００４８】
本発明の第４態様によれば、本発明は、陽イオン交換樹脂からなる高分子化合物と、ビス−アクリルアミド及びアクリルアミドをそれぞれ少なくとも１種以上含むアクリルアミド混合物と、開始剤と、触媒とを溶媒と混合して反応させる段階を含むイオン交換性混合物の製造方法を提供する。
【００４９】
前記反応物は、全体反応混合物１００質量部に対して、陽イオン交換樹脂からなる高分子化合物０．１ないし２０質量部と、ビス−アクリルアミド０．１ないし５質量部と、アクリルアミド５ないし４０質量部と、開始剤０．０５ないし１質量部と、触媒０．０５ないし１質量部と、溶媒５５ないし９０質量部であることが望ましい。
【００５０】
陽イオン交換樹脂からなる高分子化合物の含有量が０．１質量部未満であれば、電荷量が小さくなり、２０質量部を超過すれば、製造されるイオン交換性混合物の強度が弱くなる。その他の成分の含有量を数値限定する理由は、前述した陰イオン交換性混合物の場合と同一である。また、反応条件、開始剤、触媒、及び溶媒についても前述したものと同様である。
【００５１】
前記反応が完了すれば、固体形態の陽イオン交換性混合物が製造され、前記陽イオン交換性混合物は、多量の水を含水する。
【００５２】
本発明の第５態様によれば、本発明は、前記イオン交換性混合物からなるイオン交換性膜を提供する。前記イオン交換性膜は、通常のイオン交換膜のように選択透過性があるため、陽イオン交換樹脂からなる高分子化合物を利用して製造した陽イオン交換性膜は、陽イオンは透過させるが、陰イオンは透過させない性質を有し、一方、陰イオン交換樹脂からなる高分子化合物を利用して製造した陰イオン交換性膜は、陰イオンは透過させるが、陽イオンは透過させない性質を有する。
【００５３】
したがって、試料を入れたチャンバの中心を前記のようなイオン交換性膜を利用して隔離した後、前記試料を電気分解すると、電気分解の結果として発生するイオンの移動を制限することが可能であり、その結果、特定イオンの濃度を選択的に高め、試料のｐＨを調節することができる。
【００５４】
本発明の一例として、前記陰イオン交換樹脂を利用して製造したイオン交換性混合物でイオン交換性膜を製造することが可能であり、他の例として、前記陽イオン交換樹脂を利用して製造したイオン交換性混合物でイオン交換性膜を製造することが可能である。また、さらに他の例として、陰イオン交換樹脂を利用して製造したイオン交換性混合物及び陽イオン交換樹脂を利用して製造したイオン交換性混合物でそれぞれイオン交換性膜を製造した後、これらを積層して複数層を有するイオン交換性膜を製造することも可能である。
【００５５】
特に、前記のように複数層を有するイオン交換性膜を製造すれば、陽イオンと陰イオンの両方の動きを制限できるので、多様に応用できる。図１を参照すれば、陰イオン交換性膜１０と陽イオン交換性膜２０とを積層し、これを利用してチャンバをカソードチャンバ５０とアノードチャンバ６０との二区域に隔離し、ここに直流電源を通過させれば、カソードチャンバ５０には陽イオンが発生し、アノードチャンバ６０には陰イオンが発生するが、カソードチャンバ５０で発生した陽イオンは、陰イオン交換性膜１０によってアノードチャンバ６０に移動することが制限され、アノードチャンバ６０で発生した陰イオンは、陽イオン交換性膜２０によってカソードチャンバ５０に移動することが制限される。その結果、カソードチャンバ５０には、陽イオンの濃度が高くなり、アノードチャンバ６０には、陰イオンの濃度が高くなる。
【００５６】
前記イオン交換性混合物を利用して成膜する方法は、特に限定されるものではない。例えば、前記イオン交換性混合物を製造するための反応物を薄いフィルム上に薄く塗布したまま反応させれば、反応の終了後に膜形態をなし、前記フィルムを除去すれば、本発明のイオン交換性膜になる。
【００５７】
特に、前記イオン交換性混合物は、水を溶媒として利用し、常温でよく固化する性質を有するので、成膜するのに便利である。したがって、前記イオン交換性混合物は、膜形態の成形以外に、他の任意の形態にも成形することが可能である。
【００５８】
本発明の第６態様によれば、アノードチャンバ、カソードチャンバ、及び前記アノードチャンバとカソードチャンバとの間に設置された分割膜とを含む細胞融解用の電気分解装置を備える微細流動装置であって、前記分割膜が前記イオン交換性膜の微細流動装置を提供する。
【００５９】
図２Ａは、本発明のイオン交換性膜１００を含む微細流動装置の一例を示す概念図である。カソードチャンバ５０及びアノードチャンバ６０は、本発明のイオン交換性膜１００によって分離されており、各チャンバ５０、６０には、電極３０、４０が設置されていて電極３０、４０を通じて電圧を印加することによって、各チャンバ５０、６０で電気分解反応を起こすことができる。前記各チャンバ５０、６０には、それぞれ流入口と流出口とが設置されており、前記各流出口は、合流してカソード３０及びアノード４０の電気分解溶液が混合するようになっている。
【００６０】
図２Ｂ及び図２Ｃは、それぞれ本発明のイオン交換性膜１００を含む微細流動装置の他の一例を示す概念図である。図２Ｂ及び図２Ｃに示した微細流動装置は、図２Ａに示す微細流動装置にそれぞれ２つ及び１つのマイクロポンプ７０がさらに備えられている。図２Ｃに示すように、一つのマイクロポンプ７０が備えられている微細流動装置は、カソードチャンバ５０及びアノードチャンバ６０の電気分解溶液を同量に流入及び混合させるものであるため、電気分解によってアノードチャンバ６０で生成した陰イオンの当量とカソードチャンバ５０で生成した陽イオンの当量とが互いに類似した場合にのみ適用することが望ましい。
【実施例】
【００６１】
以下、実施例及び比較例をもって本発明の構成及び効果をより詳細に説明するが、これらの実施例は、単に本発明をより明確に理解するためのものであり、本発明の範囲を限定するものではない。
【００６２】
＜実施例１＞
横１５ｍｍ、縦１５ｍｍ、厚さ０．７５ｍｍのサイズを有するモールドに前記化学式１のトリメチルアミンで置換されたスチレン系イオン交換樹脂１ｇ、アクリルアミド（ＣＨ２ＣＨＣＯＮＨ２）３．５ｇ、ビス−アクリルアミド（ＣＨ２（ＣＨ２ＣＨＣＯＮＨ）２）０．５ｇ、過硫酸アンモニウムとＴＥＭＥＤを各０．１ｇ、水６ｇを入れて、常温で２０分間架橋反応を行った。その結果、反応物が固化し、前記モールドを除去し洗浄して固体の陰イオン交換性膜を得た。得られた陰イオン交換性膜の厚さは、０．７５ｍｍであった。
【００６３】
＜実施例２＞
トリメチルアミンで置換されたスチレン系イオン交換樹脂の代わりに、スルホン基のナトリウム塩（−ＳＯ３−Ｎａ＋）で置換されたスチレン系イオン交換樹脂を使用したことを除いては、実施例１と同様に架橋反応を行った。その結果、固体の陽イオン交換性膜を得た。得られた陽イオン交換性膜の厚さは、０．７５ｍｍであった。
【００６４】
＜実施例３＞
実施例１で製造した陰イオン交換性膜をチャンバの中間に固定し、１００ｍＭ濃度のＮａ２ＳＯ４水溶液（初期ｐＨ＝５．８２）を前記陰イオン交換性膜で分けられたチャンバの両側に入れて、直流電源（１０Ｖ）を加えて電気分解を行った。１分間直流電源を加えた後に電源の供給を中断し、２分間隔でｐＨの変化を測定した。その結果を表１に整理する。
【００６５】
＜実施例４＞
陰イオン交換性膜の代わりに実施例２で製造した陽イオン交換性膜を使用した点を除いては、実施例３と同様に電気分解を行ってｐＨの変化を測定した。その結果を表１に整理する。
【００６６】
＜実施例５＞
実施例１で製造した陰イオン交換性膜と、実施例２で製造した陽イオン交換性膜とを密着して積層した膜を使用した点を除いては、実施例３と同様に電気分解を行ってｐＨの変化を測定した。前記積層膜の厚さは、１．５ｍｍであった。前記ｐＨ変化を測定した結果を表１に整理する。
【００６７】
＜比較例１＞
イオン交換樹脂を添加しない点を除いては、実施例１と同じ方法でアクリルアミド膜を製造した後、実施例３と同様に電気分解を行ってｐＨの変化を測定した。その結果を表１に整理する。
【００６８】
【表１】
【００６９】
表１から分かるように、実施例３ないし実施例５で使われた本発明のイオン交換性膜は、１０分間のｐＨ変化が０．３未満に止まる。すなわち、電気分解の結果として発生したイオンの移動の遮断に何れも優れた性能を見せる。しかし、比較例１の場合は、アノードでの１０分間のｐＨ変化は１．８４であって、選択透過性が不十分であることが分かる。
【００７０】
＜比較例２＞
商用イオノマーであるデュポン社のナフィオン（Ｎａｆｉｏｎ：登録商標）膜を利用して電気抵抗を測定した。電気抵抗は５Ｖの直流電圧下で測定した。その結果を表２に整理する。
また、実施例３ないし５の膜についても比較例２と同じ方法で電気抵抗を測定して表２に共に整理する。
【００７１】
【表２】
【００７２】
表２から分かるように、本発明のイオン交換性膜は、従来のナフィオン膜に比べて著しく低い抵抗を有する。したがって、本発明のイオン交換性膜を利用すれば、従来のナフィオン膜を用いるときよりもっと効果的に電気分解を行えることが分かる。
【００７３】
以上、本発明の望ましい実施例を詳細に説明したが、当業者ならば、特許請求の範囲で定義された本発明の思想及び範囲を外れず、これより多様に変形して実施可能である。従って、本発明の実施例の変更は、本発明の技術を逸脱しない。
【産業上の利用可能性】
【００７４】
本発明は、生物分析装置などの、イオン交換性膜関連の技術分野に好適に用いられる。
【図面の簡単な説明】
【００７５】
【図１】本発明のイオン交換性膜を用いた電気分解の一例を示す概念図である。
【図２Ａ】本発明のイオン交換性膜を含む微細流動装置の一例を示す概念図である。
【図２Ｂ】本発明のイオン交換性膜を含む微細流動装置の別の例を示す概念図である。
【図２Ｃ】本発明のイオン交換性膜を含む微細流動装置のその他の例を示す概念図である。
【符号の説明】
【００７６】
１０ 陰イオン交換性膜
２０ 陽イオン交換性膜
３０ カソード
４０ アノード
５０ カソードチャンバ
６０ アノードチャンバ
７０ マイクロポンプ
１００ イオン交換性膜。
【技術分野】
【０００１】
本発明は、イオン交換性混合物及びその製造方法に係り、より具体的には、電気抵抗が低く、選択透過性があり、かつ製造が容易であるので、膜への成形においてサイズ、形態などに影響されないイオン交換性混合物及びその製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
微細流動装置は、入口、出口及び反応容器などがマイクロチャンネルを介して連通する装置をいう。このような装置は、当業界に公知であり、ＬＯＣ（Ｌａｂ−ｏｎ−ａ−ｃｈｉｐ）などの微細分析装置に広く利用されている。このような微細流動装置には、前記マイクロチャンネルが形成されている以外に、一般的に流体の移送及び混合のためのマイクロポンプ、マイクロミキサ及び移送される流体を濾過するためのマイクロフィルタなどが備えられている。
【０００３】
ＬＯＣのような生物分析装置として使われる微細流動装置は、一般的に細胞またはウイルスを溶解する過程に必要な装備を備えるか、外部で溶解された細胞溶液または既に精製された物質を利用せねばならない。従来の細胞溶解方法として、アルカリ法、酵素を用いる方法、煮沸法などが使われていた。
【０００４】
アルカリ法は、細胞またはウイルスにＮａＯＨなどの化学物質を添加して、高いｐＨに露出させて細胞を溶解する方法である。しかし、アルカリ法のような従来の細胞またはウイルスの溶解法をＬＯＣなどの微細流動装置に用いるには、多くの問題点がある。例えば、ＮａＯＨなそのアルカリ溶液を添加するか、アルカリ溶液を利用して細胞を溶解して得られるアルカリ性である細胞溶解液に、中和溶液を添加して中和する場合には、細胞を溶解させるためのアルカリ溶液の注入段階及びこのための装置が必要であり、アルカリ溶液及び中和溶液の添加によるサンプル溶液が希釈されるという問題が発生する。このような溶液の注入段階及び装置問題は、微細体積を扱う微細流動装置においては、深刻な問題となり、また、その後のＰＣＲのような生物学的分析方法を使用するために、ＮａＯＨなどのアルカリ溶液は、除去されるか、または中和されねばならない。
【０００５】
前記のような問題点を解決するために、別途にアルカリ溶液を注入する必要なく、電気分解によってｐＨを調節することによって、アルカリ溶液に作り、前記のように形成されたｐＨをイオン交換性膜で維持しつつ、これによりインシチュ（ｉｎ ｓｉｔｕ）で細胞を溶血させる方法が必要であるが、形成されたｐＨが一定に維持されるように優れた選択透過性を示すと共に、電気伝導度に優れて電気分解の効率を高めるイオン交換性膜に関しては、まだ知られていない。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
本発明が達成しようとする第１の技術的課題は、電気抵抗が低く、選択透過性があり、膜への成形が容易なイオン交換性混合物を提供することにある。
【０００７】
本発明が達成しようとする第２の技術的課題は、前記イオン交換性混合物の製造方法を提供することにある。
【０００８】
本発明が達成しようとする第３の技術的課題は、前記イオン交換性混合物を利用して製造したイオン交換性膜を提供することにある。
【０００９】
本発明が達成しようとする第４の技術的課題は、前記イオン交換性膜を利用して製造した微細流動装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明は、前記第１の技術的課題を達成するために、（ａ）陰イオン交換樹脂からなる高分子化合物と、（ｂ）ビス−アクリルアミド及びアクリルアミドをそれぞれ少なくとも１種以上含むアクリルアミド混合物と、（ｃ）前記陰イオン交換樹脂からなる高分子化合物と前記アクリルアミド混合物とを反応させて得た共重合体と、を含むイオン交換性混合物を提供する。
【００１１】
また、本発明は、前記第１の技術的課題を達成するために、（ａ）陽イオン交換樹脂からなる高分子化合物と、（ｂ）ビス−アクリルアミド及びアクリルアミドをそれぞれ少なくとも１種以上含むアクリルアミド混合物と、（ｃ）前記陽イオン交換樹脂からなる高分子化合物と前記アクリルアミド混合物とを反応させて得た共重合体と、を含むイオン交換性混合物を提供する。
【００１２】
本発明は、前記第２の技術的課題を達成するために、陰イオン交換樹脂からなる高分子化合物と、ビス−アクリルアミド及びアクリルアミドをそれぞれ少なくとも１種以上含むアクリルアミド混合物と、開始剤と、触媒とを溶媒と混合して反応させる段階を含むイオン交換性混合物の製造方法を提供する。
【００１３】
また、本発明は、前記第２の技術的課題を達成するために、陽イオン交換樹脂からなる高分子化合物と、ビス−アクリルアミド及びアクリルアミドをそれぞれ少なくとも１種以上含むアクリルアミド混合物と、開始剤と、触媒とを溶媒と混合して反応させる段階を含むイオン交換性混合物の製造方法を提供する。
【００１４】
本発明は、前記第３の技術的課題を達成するために、前記イオン交換性混合物を含むイオン交換性膜を提供する。
【００１５】
本発明は、前記第４の技術的課題を達成するために、アノードチャンバ、カソードチャンバ、及び前記アノードチャンバ及びカソードチャンバの間に設置された分割膜を含む細胞融解用の電気分解装置を備える微細流動装置であって、前記分割膜が前記イオン交換性膜である微細流動装置を提供する。
【発明の効果】
【００１６】
本発明のイオン交換性混合物を利用して製造したイオン交換性膜は、従来のイオン交換性膜よりはるかに低い電気抵抗を有し、電荷を帯びるために優れた選択透過性を有する。
また、本発明のイオン交換性膜は、製造条件が非常にマイルドなので、製造が非常に容易であり、かつ水溶媒下で架橋反応と同時に成膜されるため、所望のサイズ、形状、形態に自由に製造可能であるという長所がある。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１７】
以下、本発明をさらに具体的に説明する。
【００１８】
本発明の第１態様によれば、本発明のイオン交換性混合物は、（ａ）陰イオン交換樹脂からなる高分子化合物と、（ｂ）ビス−アクリルアミド及びアクリルアミドをそれぞれ少なくとも１種以上含むアクリルアミド混合物と、（ｃ）前記陰イオン交換樹脂からなる高分子化合物と前記アクリルアミド混合物とを反応させて得た共重合体とを含む。
【００１９】
前記陰イオン交換樹脂は、スチレン系、フェノール系、アミン系、メタクリル系であることが望ましいが、これらに限定されるものではない。特に、前記陰イオン交換樹脂は、下記化学式１のスチレン系であり、トリメチルアミンで置換されたものが望ましい。
【００２０】
【化１】
【００２１】
（ここで、ｎは２ないし１００，０００の整数である。）
前記化学式１の化合物は、下記化学式５の単量体を重合して製造することができる。
【００２２】
【化２】
【００２３】
前記化学式５の単量体を重合して化学式１の化合物を製造するためには、例えば、過硫酸アンモニウム（ａｍｍｏｎｉｕｍ ｐｅｒｓｕｌｆａｔｅ）、過酸化ベンゾイル （ＢＰＯ：ｂｅｚｏｙｌ ｐｅｒｏｘｉｄｅ）、アゾビスイソブチロニトリル（ＡＩＢＮ：ａｚｏｂｉｓｉｓｏｂｕｔｙｒｏｎｉｔｒｉｌｅ）などの開始剤と、ＴＥＭＥＤ（Ｎ，Ｎ，Ｎ’，Ｎ’−ｔｅｔｒａｍｅｔｈｙｌｅｔｈｙｌｅｎｅｄｉａｍｉｎｅ）とを触媒として溶媒内で溶液重合することが望ましい。前記反応は、７０℃ないし９０℃の温度で３０分ないし４時間行われる。
【００２４】
前記溶媒は、前記重合反応に参加しない親水性溶媒であれば特別に限定されないが、水、特に、脱イオン水、メタノール、エタノール、プロパノール、ブタノールなどのアルコール類が望ましい。
【００２５】
前記アクリルアミド混合物は、ビス−アクリルアミドとアクリルアミドをそれぞれ少なくとも１種以上含む。特に、前記ビス−アクリルアミドは、Ｎ，Ｎ’−メチレン−ビス−アクリルアミドであることが望ましいが、これらに限定されるものではない。
【００２６】
前記共重合体は、前記陰イオン交換樹脂からなる高分子化合物と前記アクリルアミド混合物とを反応させて得た共重合体である。前記陰イオン交換樹脂がトリメチルアミンに置換されたスチレン系樹脂である場合の製造されうる共重合体の一例を下記化学式３で示す。
【００２７】
【化３】
【００２８】
前記化学式３から分かるように、前記共重合体は、陰イオン交換樹脂及びポリアクリルアミドの鎖を有し、これらの鎖がビス−アクリルアミドにより架橋されている。
【００２９】
また、前記陰イオン交換樹脂、前記アクリルアミド混合物及び前記共重合体は、互いに相互浸透している。ここで、相互浸透とは、陰イオン交換樹脂の高分子鎖とアクリルアミドからなる高分子鎖が３次元的にランダムに互いにもつれた状態であって、巨視的には均一な状態であり、特定成分の濃度勾配などは形成されていない状態を意味する。
【００３０】
本発明の第２態様によれば、本発明のイオン交換性混合物は、（ａ）陽イオン交換樹脂からなる高分子化合物と、（ｂ）ビス−アクリルアミド及びアクリルアミドをそれぞれ少なくとも１種以上含むアクリルアミド混合物と、（ｃ）前記陽イオン交換樹脂からなる高分子化合物と前記アクリルアミド混合物とを反応させて得た共重合体とを含む。
【００３１】
前記陽イオン交換樹脂は、スチレン系、フェノール系、アミン系、メタクリル系であることが望ましいが、これらに限定されるものではない。特に、前記陽イオン交換樹脂は、下記化学式２に示すようにスチレン系であり、スルホン基で置換されたものが望ましい。
【００３２】
【化４】
【００３３】
（ここで、ｎは２ないし１００，０００の整数である。）
前記化学式２の化合物は、下記化学式６の単量体を重合して製造することができる。
【００３４】
【化５】
【００３５】
但し、前記単量体に置換されたスルホン基が−ＳＯ３Ｈである場合には、その後に発生する水素イオンによって、溶液のｐＨ調節において望ましくない結果をもたらすこともある。このような場合には、前記スルホン基がナトリウムなどの塩、例えば−ＳＯ３Ｎａであることが望ましい。
【００３６】
前記化学式６の単量体を重合して化学式２の化合物を製造するためには、例えば、過硫酸アンモニウム、ＢＰＯ、ＡＩＢＮなどの開始剤とＴＥＭＥＤとを触媒として溶媒内で溶液重合することが望ましい。前記反応の溶媒及び反応条件は、前記化学式１の化合物の製造の場合と同様である。
【００３７】
前記アクリルアミド混合物は、ビス−アクリルアミドとアクリルアミドをそれぞれ少なくとも１種以上含み、前述したように前記ビス−アクリルアミドは、Ｎ，Ｎ’−メチレン−ビス−アクリルアミドであることが望ましいが、これらに限定されるものではない。
【００３８】
前記共重合体は、前記陽イオン交換樹脂からなる高分子化合物と前記アクリルアミド混合物とを反応させて得た共重合体である。前記陽イオン交換樹脂がスルホン基に置換されたスチレン系樹脂の場合の製造されうる共重合体の一例を下記化学式４で示す。
【００３９】
【化６】
【００４０】
前記化学式４から分かるように、前記共重合体は、陽イオン交換樹脂とポリアクリルアミドの鎖を有し、これらの鎖がビス−アクリルアミドにより架橋されている。また、前記陰イオン交換樹脂、前記アクリルアミド混合物、及び前記共重合体は、互いに相互浸透している。
【００４１】
本発明の第３態様によれば、本発明は、陰イオン交換樹脂からなる高分子化合物と、ビス−アクリルアミド及びアクリルアミドをそれぞれ少なくとも１種以上含むアクリルアミド混合物と、開始剤と、触媒とを溶媒と混合して反応させる段階を含むイオン交換性混合物の製造方法を提供する。
【００４２】
前記反応物は、全体反応混合物１００質量部に対して、陰イオン交換樹脂からなる高分子化合物０．１ないし２０質量部と、ビス−アクリルアミド０．１ないし５質量部と、アクリルアミド５ないし４０質量部と、開始剤０．０５ないし１質量部と、触媒０．０５ないし１質量部と、溶媒５５ないし９０質量部であることが望ましい。
【００４３】
陰イオン交換樹脂からなる高分子化合物の含有量が０．１質量部未満であれば、荷電量が小さくなり、２０質量部を超過すれば、製造されるイオン交換性混合物の強度が弱くなる。ビス−アクリルアミドの量が０．１質量部未満であれば、強度が低くなり、５質量部を超過すれば、含水率が減少して電気抵抗が増加するという短所がある。また、アクリルアミドの量が５質量部より低いと、強度が低下し、４０質量部より多いと、含水率が減少して電気抵抗が増加する。開始剤の含有量が０．０５質量部未満であれば、反応速度が遅くなって望ましくなく、１質量部より多ければ、物性が低下しうる。触媒の量が０．０５質量部未満であれば、反応速度が遅くなって望ましくなく、１質量部より多ければ、それ自体が塩基性を帯びて試料を塩基溶液に作ってしまう副作用があり得る。溶媒の量が５５質量部未満であれば、製造されるイオン交換性混合物の電気抵抗が増加し、９０質量部より多ければ、強度が低下する。
【００４４】
前記反応は、常温で行われ、反応時間は、開始剤及び触媒の量によって伸縮的であり、３０秒ないし２０分間行われる。反応時間が３０秒より短ければ、反応が十分でないため、あまり架橋されず、反応時間が２０分より長ければ、反応がほとんど完了するため、それ以上の反応は不要である。
【００４５】
前記開始剤は、高分子のラジカル重合において開始剤として使われるものであれば特に限定されるものではないが、過硫酸アンモニウム、ＢＰＯ、ＡＩＢＮでありうる。また、前記触媒は、ＴＥＭＥＤであることが望ましい。
【００４６】
前記溶媒は、水、特に、脱イオン水、メタノール、エタノール、プロパノール、またはブタノールなどのアルコールが望ましく、脱イオン水がさらに望ましい。
【００４７】
前記反応が完了すれば、固体形態の陰イオン交換性混合物が製造され、前記陰イオン交換性混合物は、多量の水を含水する。
【００４８】
本発明の第４態様によれば、本発明は、陽イオン交換樹脂からなる高分子化合物と、ビス−アクリルアミド及びアクリルアミドをそれぞれ少なくとも１種以上含むアクリルアミド混合物と、開始剤と、触媒とを溶媒と混合して反応させる段階を含むイオン交換性混合物の製造方法を提供する。
【００４９】
前記反応物は、全体反応混合物１００質量部に対して、陽イオン交換樹脂からなる高分子化合物０．１ないし２０質量部と、ビス−アクリルアミド０．１ないし５質量部と、アクリルアミド５ないし４０質量部と、開始剤０．０５ないし１質量部と、触媒０．０５ないし１質量部と、溶媒５５ないし９０質量部であることが望ましい。
【００５０】
陽イオン交換樹脂からなる高分子化合物の含有量が０．１質量部未満であれば、電荷量が小さくなり、２０質量部を超過すれば、製造されるイオン交換性混合物の強度が弱くなる。その他の成分の含有量を数値限定する理由は、前述した陰イオン交換性混合物の場合と同一である。また、反応条件、開始剤、触媒、及び溶媒についても前述したものと同様である。
【００５１】
前記反応が完了すれば、固体形態の陽イオン交換性混合物が製造され、前記陽イオン交換性混合物は、多量の水を含水する。
【００５２】
本発明の第５態様によれば、本発明は、前記イオン交換性混合物からなるイオン交換性膜を提供する。前記イオン交換性膜は、通常のイオン交換膜のように選択透過性があるため、陽イオン交換樹脂からなる高分子化合物を利用して製造した陽イオン交換性膜は、陽イオンは透過させるが、陰イオンは透過させない性質を有し、一方、陰イオン交換樹脂からなる高分子化合物を利用して製造した陰イオン交換性膜は、陰イオンは透過させるが、陽イオンは透過させない性質を有する。
【００５３】
したがって、試料を入れたチャンバの中心を前記のようなイオン交換性膜を利用して隔離した後、前記試料を電気分解すると、電気分解の結果として発生するイオンの移動を制限することが可能であり、その結果、特定イオンの濃度を選択的に高め、試料のｐＨを調節することができる。
【００５４】
本発明の一例として、前記陰イオン交換樹脂を利用して製造したイオン交換性混合物でイオン交換性膜を製造することが可能であり、他の例として、前記陽イオン交換樹脂を利用して製造したイオン交換性混合物でイオン交換性膜を製造することが可能である。また、さらに他の例として、陰イオン交換樹脂を利用して製造したイオン交換性混合物及び陽イオン交換樹脂を利用して製造したイオン交換性混合物でそれぞれイオン交換性膜を製造した後、これらを積層して複数層を有するイオン交換性膜を製造することも可能である。
【００５５】
特に、前記のように複数層を有するイオン交換性膜を製造すれば、陽イオンと陰イオンの両方の動きを制限できるので、多様に応用できる。図１を参照すれば、陰イオン交換性膜１０と陽イオン交換性膜２０とを積層し、これを利用してチャンバをカソードチャンバ５０とアノードチャンバ６０との二区域に隔離し、ここに直流電源を通過させれば、カソードチャンバ５０には陽イオンが発生し、アノードチャンバ６０には陰イオンが発生するが、カソードチャンバ５０で発生した陽イオンは、陰イオン交換性膜１０によってアノードチャンバ６０に移動することが制限され、アノードチャンバ６０で発生した陰イオンは、陽イオン交換性膜２０によってカソードチャンバ５０に移動することが制限される。その結果、カソードチャンバ５０には、陽イオンの濃度が高くなり、アノードチャンバ６０には、陰イオンの濃度が高くなる。
【００５６】
前記イオン交換性混合物を利用して成膜する方法は、特に限定されるものではない。例えば、前記イオン交換性混合物を製造するための反応物を薄いフィルム上に薄く塗布したまま反応させれば、反応の終了後に膜形態をなし、前記フィルムを除去すれば、本発明のイオン交換性膜になる。
【００５７】
特に、前記イオン交換性混合物は、水を溶媒として利用し、常温でよく固化する性質を有するので、成膜するのに便利である。したがって、前記イオン交換性混合物は、膜形態の成形以外に、他の任意の形態にも成形することが可能である。
【００５８】
本発明の第６態様によれば、アノードチャンバ、カソードチャンバ、及び前記アノードチャンバとカソードチャンバとの間に設置された分割膜とを含む細胞融解用の電気分解装置を備える微細流動装置であって、前記分割膜が前記イオン交換性膜の微細流動装置を提供する。
【００５９】
図２Ａは、本発明のイオン交換性膜１００を含む微細流動装置の一例を示す概念図である。カソードチャンバ５０及びアノードチャンバ６０は、本発明のイオン交換性膜１００によって分離されており、各チャンバ５０、６０には、電極３０、４０が設置されていて電極３０、４０を通じて電圧を印加することによって、各チャンバ５０、６０で電気分解反応を起こすことができる。前記各チャンバ５０、６０には、それぞれ流入口と流出口とが設置されており、前記各流出口は、合流してカソード３０及びアノード４０の電気分解溶液が混合するようになっている。
【００６０】
図２Ｂ及び図２Ｃは、それぞれ本発明のイオン交換性膜１００を含む微細流動装置の他の一例を示す概念図である。図２Ｂ及び図２Ｃに示した微細流動装置は、図２Ａに示す微細流動装置にそれぞれ２つ及び１つのマイクロポンプ７０がさらに備えられている。図２Ｃに示すように、一つのマイクロポンプ７０が備えられている微細流動装置は、カソードチャンバ５０及びアノードチャンバ６０の電気分解溶液を同量に流入及び混合させるものであるため、電気分解によってアノードチャンバ６０で生成した陰イオンの当量とカソードチャンバ５０で生成した陽イオンの当量とが互いに類似した場合にのみ適用することが望ましい。
【実施例】
【００６１】
以下、実施例及び比較例をもって本発明の構成及び効果をより詳細に説明するが、これらの実施例は、単に本発明をより明確に理解するためのものであり、本発明の範囲を限定するものではない。
【００６２】
＜実施例１＞
横１５ｍｍ、縦１５ｍｍ、厚さ０．７５ｍｍのサイズを有するモールドに前記化学式１のトリメチルアミンで置換されたスチレン系イオン交換樹脂１ｇ、アクリルアミド（ＣＨ２ＣＨＣＯＮＨ２）３．５ｇ、ビス−アクリルアミド（ＣＨ２（ＣＨ２ＣＨＣＯＮＨ）２）０．５ｇ、過硫酸アンモニウムとＴＥＭＥＤを各０．１ｇ、水６ｇを入れて、常温で２０分間架橋反応を行った。その結果、反応物が固化し、前記モールドを除去し洗浄して固体の陰イオン交換性膜を得た。得られた陰イオン交換性膜の厚さは、０．７５ｍｍであった。
【００６３】
＜実施例２＞
トリメチルアミンで置換されたスチレン系イオン交換樹脂の代わりに、スルホン基のナトリウム塩（−ＳＯ３−Ｎａ＋）で置換されたスチレン系イオン交換樹脂を使用したことを除いては、実施例１と同様に架橋反応を行った。その結果、固体の陽イオン交換性膜を得た。得られた陽イオン交換性膜の厚さは、０．７５ｍｍであった。
【００６４】
＜実施例３＞
実施例１で製造した陰イオン交換性膜をチャンバの中間に固定し、１００ｍＭ濃度のＮａ２ＳＯ４水溶液（初期ｐＨ＝５．８２）を前記陰イオン交換性膜で分けられたチャンバの両側に入れて、直流電源（１０Ｖ）を加えて電気分解を行った。１分間直流電源を加えた後に電源の供給を中断し、２分間隔でｐＨの変化を測定した。その結果を表１に整理する。
【００６５】
＜実施例４＞
陰イオン交換性膜の代わりに実施例２で製造した陽イオン交換性膜を使用した点を除いては、実施例３と同様に電気分解を行ってｐＨの変化を測定した。その結果を表１に整理する。
【００６６】
＜実施例５＞
実施例１で製造した陰イオン交換性膜と、実施例２で製造した陽イオン交換性膜とを密着して積層した膜を使用した点を除いては、実施例３と同様に電気分解を行ってｐＨの変化を測定した。前記積層膜の厚さは、１．５ｍｍであった。前記ｐＨ変化を測定した結果を表１に整理する。
【００６７】
＜比較例１＞
イオン交換樹脂を添加しない点を除いては、実施例１と同じ方法でアクリルアミド膜を製造した後、実施例３と同様に電気分解を行ってｐＨの変化を測定した。その結果を表１に整理する。
【００６８】
【表１】
【００６９】
表１から分かるように、実施例３ないし実施例５で使われた本発明のイオン交換性膜は、１０分間のｐＨ変化が０．３未満に止まる。すなわち、電気分解の結果として発生したイオンの移動の遮断に何れも優れた性能を見せる。しかし、比較例１の場合は、アノードでの１０分間のｐＨ変化は１．８４であって、選択透過性が不十分であることが分かる。
【００７０】
＜比較例２＞
商用イオノマーであるデュポン社のナフィオン（Ｎａｆｉｏｎ：登録商標）膜を利用して電気抵抗を測定した。電気抵抗は５Ｖの直流電圧下で測定した。その結果を表２に整理する。
また、実施例３ないし５の膜についても比較例２と同じ方法で電気抵抗を測定して表２に共に整理する。
【００７１】
【表２】
【００７２】
表２から分かるように、本発明のイオン交換性膜は、従来のナフィオン膜に比べて著しく低い抵抗を有する。したがって、本発明のイオン交換性膜を利用すれば、従来のナフィオン膜を用いるときよりもっと効果的に電気分解を行えることが分かる。
【００７３】
以上、本発明の望ましい実施例を詳細に説明したが、当業者ならば、特許請求の範囲で定義された本発明の思想及び範囲を外れず、これより多様に変形して実施可能である。従って、本発明の実施例の変更は、本発明の技術を逸脱しない。
【産業上の利用可能性】
【００７４】
本発明は、生物分析装置などの、イオン交換性膜関連の技術分野に好適に用いられる。
【図面の簡単な説明】
【００７５】
【図１】本発明のイオン交換性膜を用いた電気分解の一例を示す概念図である。
【図２Ａ】本発明のイオン交換性膜を含む微細流動装置の一例を示す概念図である。
【図２Ｂ】本発明のイオン交換性膜を含む微細流動装置の別の例を示す概念図である。
【図２Ｃ】本発明のイオン交換性膜を含む微細流動装置のその他の例を示す概念図である。
【符号の説明】
【００７６】
１０ 陰イオン交換性膜
２０ 陽イオン交換性膜
３０ カソード
４０ アノード
５０ カソードチャンバ
６０ アノードチャンバ
７０ マイクロポンプ
１００ イオン交換性膜。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
（ａ）陰イオン交換樹脂からなる高分子化合物と、
（ｂ）ビス−アクリルアミド及びアクリルアミドをそれぞれ少なくとも１種以上含むアクリルアミド混合物と、
（ｃ）前記陰イオン交換樹脂からなる高分子化合物と前記アクリルアミド混合物とを反応させて得た共重合体と、を含むイオン交換性混合物。
【請求項２】
前記陰イオン交換樹脂はスチレン系、フェノール系、アミン系、またはメタクリル系であることを特徴とする請求項１に記載のイオン交換性混合物。
【請求項３】
前記陰イオン交換樹脂はトリメチルアミンで置換されてなるスチレン系であることを特徴とする請求項１に記載のイオン交換性混合物。
【請求項４】
（ａ）陽イオン交換樹脂からなる高分子化合物と、
（ｂ）ビス−アクリルアミド及びアクリルアミドをそれぞれ少なくとも１種以上含むアクリルアミド混合物と、
（ｃ）前記陽イオン交換樹脂からなる高分子化合物と前記アクリルアミド混合物とを反応させて得た共重合体と、を含むイオン交換性混合物。
【請求項５】
前記陽イオン交換樹脂はスチレン系、フェノール系、アミン系、またはメタクリル系であることを特徴とする請求項４に記載のイオン交換性混合物。
【請求項６】
前記陽イオン交換樹脂はスルホン基で置換されてなるスチレン系であることを特徴とする請求項４に記載のイオン交換性混合物。
【請求項７】
前記ビス−アクリルアミドはＮ，Ｎ’−メチレン−ビス−アクリルアミドであることを特徴とする請求項１または４に記載のイオン交換性混合物。
【請求項８】
（ａ）ないし（ｃ）の化合物が互いに相互浸透していることを特徴とする請求項１または４に記載のイオン交換性混合物。
【請求項９】
陰イオン交換樹脂からなる高分子化合物と、ビス−アクリルアミド及びアクリルアミドをそれぞれ少なくとも１種以上含むアクリルアミド混合物と、開始剤と、触媒とを溶媒と混合して反応させる段階を含むイオン交換性混合物の製造方法。
【請求項１０】
前記陰イオン交換樹脂はスチレン系、フェノール系、アミン系、またはメタクリル系であることを特徴とする請求項９に記載のイオン交換性混合物の製造方法。
【請求項１１】
前記陰イオン交換樹脂はトリメチルアミンで置換されたスチレン系であることを特徴とする請求項９に記載のイオン交換性混合物の製造方法。
【請求項１２】
反応物の含有量が陰イオン交換樹脂からなる高分子化合物０．１ないし２０質量部と、ビス−アクリルアミド０．１ないし５質量部と、アクリルアミド５ないし４０質量部と、開始剤０．０５ないし１質量部と、触媒０．０５ないし１質量部と、溶媒５５ないし９０質量部であることを特徴とする請求項９に記載のイオン交換性混合物の製造方法。
【請求項１３】
陽イオン交換樹脂からなる高分子化合物と、ビス−アクリルアミド及びアクリルアミドをそれぞれ少なくとも１種以上含むアクリルアミド混合物と、開始剤と、触媒とを溶媒と混合して反応させる段階を含むイオン交換性混合物の製造方法。
【請求項１４】
前記陽イオン交換樹脂はスチレン系、フェノール系、アミン系、またはメタクリル系であることを特徴とする請求項１３に記載のイオン交換性混合物の製造方法。
【請求項１５】
前記陽イオン交換樹脂はスルホン基で置換されたスチレン系であることを特徴とする請求項１３に記載のイオン交換性混合物の製造方法。
【請求項１６】
反応物の含有量が陽イオン交換樹脂からなる高分子化合物０．１ないし２０質量部と、ビス−アクリルアミド０．１ないし５質量部と、アクリルアミド５ないし４０質量部と、開始剤０．０５ないし１質量部と、触媒０．０５ないし１質量部と、溶媒５５ないし９０質量部であることを特徴とする請求項１３に記載のイオン交換性混合物の製造方法。
【請求項１７】
前記溶媒は水であることを特徴とする請求項９または１３に記載のイオン交換性混合物の製造方法。
【請求項１８】
前記開始剤は過硫酸アンモニウム、過酸化ベンゾイル、またはアゾビスイソブチロニトリルであることを特徴とする請求項９または１３に記載のイオン交換性混合物の製造方法。
【請求項１９】
請求項１に記載のイオン交換性混合物または請求項４に記載のイオン交換性混合物を含むイオン交換性膜。
【請求項２０】
請求項１に記載のイオン交換性混合物を含む第１層及び請求項４に記載のイオン交換性混合物を含む第２層を少なくとも一つ以上含む請求項１９に記載のイオン交換性膜。
【請求項２１】
アノードチャンバ、カソードチャンバ、及び前記アノードチャンバ及びカソードチャンバの間に設置された分割膜を含む細胞融解用の電気分解装置を備える微細流動装置であって、前記分割膜が請求項２０に記載のイオン交換性膜である微細流動装置。
【請求項１】
（ａ）陰イオン交換樹脂からなる高分子化合物と、
（ｂ）ビス−アクリルアミド及びアクリルアミドをそれぞれ少なくとも１種以上含むアクリルアミド混合物と、
（ｃ）前記陰イオン交換樹脂からなる高分子化合物と前記アクリルアミド混合物とを反応させて得た共重合体と、を含むイオン交換性混合物。
【請求項２】
前記陰イオン交換樹脂はスチレン系、フェノール系、アミン系、またはメタクリル系であることを特徴とする請求項１に記載のイオン交換性混合物。
【請求項３】
前記陰イオン交換樹脂はトリメチルアミンで置換されてなるスチレン系であることを特徴とする請求項１に記載のイオン交換性混合物。
【請求項４】
（ａ）陽イオン交換樹脂からなる高分子化合物と、
（ｂ）ビス−アクリルアミド及びアクリルアミドをそれぞれ少なくとも１種以上含むアクリルアミド混合物と、
（ｃ）前記陽イオン交換樹脂からなる高分子化合物と前記アクリルアミド混合物とを反応させて得た共重合体と、を含むイオン交換性混合物。
【請求項５】
前記陽イオン交換樹脂はスチレン系、フェノール系、アミン系、またはメタクリル系であることを特徴とする請求項４に記載のイオン交換性混合物。
【請求項６】
前記陽イオン交換樹脂はスルホン基で置換されてなるスチレン系であることを特徴とする請求項４に記載のイオン交換性混合物。
【請求項７】
前記ビス−アクリルアミドはＮ，Ｎ’−メチレン−ビス−アクリルアミドであることを特徴とする請求項１または４に記載のイオン交換性混合物。
【請求項８】
（ａ）ないし（ｃ）の化合物が互いに相互浸透していることを特徴とする請求項１または４に記載のイオン交換性混合物。
【請求項９】
陰イオン交換樹脂からなる高分子化合物と、ビス−アクリルアミド及びアクリルアミドをそれぞれ少なくとも１種以上含むアクリルアミド混合物と、開始剤と、触媒とを溶媒と混合して反応させる段階を含むイオン交換性混合物の製造方法。
【請求項１０】
前記陰イオン交換樹脂はスチレン系、フェノール系、アミン系、またはメタクリル系であることを特徴とする請求項９に記載のイオン交換性混合物の製造方法。
【請求項１１】
前記陰イオン交換樹脂はトリメチルアミンで置換されたスチレン系であることを特徴とする請求項９に記載のイオン交換性混合物の製造方法。
【請求項１２】
反応物の含有量が陰イオン交換樹脂からなる高分子化合物０．１ないし２０質量部と、ビス−アクリルアミド０．１ないし５質量部と、アクリルアミド５ないし４０質量部と、開始剤０．０５ないし１質量部と、触媒０．０５ないし１質量部と、溶媒５５ないし９０質量部であることを特徴とする請求項９に記載のイオン交換性混合物の製造方法。
【請求項１３】
陽イオン交換樹脂からなる高分子化合物と、ビス−アクリルアミド及びアクリルアミドをそれぞれ少なくとも１種以上含むアクリルアミド混合物と、開始剤と、触媒とを溶媒と混合して反応させる段階を含むイオン交換性混合物の製造方法。
【請求項１４】
前記陽イオン交換樹脂はスチレン系、フェノール系、アミン系、またはメタクリル系であることを特徴とする請求項１３に記載のイオン交換性混合物の製造方法。
【請求項１５】
前記陽イオン交換樹脂はスルホン基で置換されたスチレン系であることを特徴とする請求項１３に記載のイオン交換性混合物の製造方法。
【請求項１６】
反応物の含有量が陽イオン交換樹脂からなる高分子化合物０．１ないし２０質量部と、ビス−アクリルアミド０．１ないし５質量部と、アクリルアミド５ないし４０質量部と、開始剤０．０５ないし１質量部と、触媒０．０５ないし１質量部と、溶媒５５ないし９０質量部であることを特徴とする請求項１３に記載のイオン交換性混合物の製造方法。
【請求項１７】
前記溶媒は水であることを特徴とする請求項９または１３に記載のイオン交換性混合物の製造方法。
【請求項１８】
前記開始剤は過硫酸アンモニウム、過酸化ベンゾイル、またはアゾビスイソブチロニトリルであることを特徴とする請求項９または１３に記載のイオン交換性混合物の製造方法。
【請求項１９】
請求項１に記載のイオン交換性混合物または請求項４に記載のイオン交換性混合物を含むイオン交換性膜。
【請求項２０】
請求項１に記載のイオン交換性混合物を含む第１層及び請求項４に記載のイオン交換性混合物を含む第２層を少なくとも一つ以上含む請求項１９に記載のイオン交換性膜。
【請求項２１】
アノードチャンバ、カソードチャンバ、及び前記アノードチャンバ及びカソードチャンバの間に設置された分割膜を含む細胞融解用の電気分解装置を備える微細流動装置であって、前記分割膜が請求項２０に記載のイオン交換性膜である微細流動装置。
【図１】
【図２Ａ】
【図２Ｂ】
【図２Ｃ】
【図２Ａ】
【図２Ｂ】
【図２Ｃ】
【公開番号】特開２００６−３４６６７３（Ｐ２００６−３４６６７３Ａ）
【公開日】平成１８年１２月２８日（２００６．１２．２８）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００６−１６２７２７（Ｐ２００６−１６２７２７）
【出願日】平成１８年６月１２日（２００６．６．１２）
【出願人】（３９００１９８３９）三星電子株式会社 (8,520)
【氏名又は名称原語表記】Ｓａｍｓｕｎｇ Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃｓ Ｃｏ．，Ｌｔｄ．
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成１８年１２月２８日（２００６．１２．２８）
【国際特許分類】
【出願日】平成１８年６月１２日（２００６．６．１２）
【出願人】（３９００１９８３９）三星電子株式会社 (8,520)
【氏名又は名称原語表記】Ｓａｍｓｕｎｇ Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃｓ Ｃｏ．，Ｌｔｄ．
【Ｆターム（参考）】
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