ＰＤＭＳ製シート
【課題】 恒久的な親水性を有するＰＤＭＳ製マイクロ流体デバイス又はマイクロタイタープレートを提供すること及びそれらの製造方法を提供する。
【解決手段】 少なくとも一方の表面に凹状ウエル又は凹状チャネルなどの微細構造が配設されており、該微細構造配設面側が恒久的親水性を有することを特徴とするＰＤＭＳ製シート。該ＰＤＭＳ製シートは、(a)上面に所定の微細構造を有するマスターを準備するステップと、(b)前記マスターの微細構造形成面側に、ＰＤＭＳプレポリマーと硬化剤とポリエーテル変性界面活性剤とからなる混合物を注入するステップと、(c)成型されたＰＤＭＳ製シートの微細構造形成面側を酸素プラズマ処理するステップと、(d)前記ＰＤＭＳ製シートの微細構造形成面側にオルガノシラン溶液を塗布するステップとからなる方法により製造される。
【解決手段】 少なくとも一方の表面に凹状ウエル又は凹状チャネルなどの微細構造が配設されており、該微細構造配設面側が恒久的親水性を有することを特徴とするＰＤＭＳ製シート。該ＰＤＭＳ製シートは、(a)上面に所定の微細構造を有するマスターを準備するステップと、(b)前記マスターの微細構造形成面側に、ＰＤＭＳプレポリマーと硬化剤とポリエーテル変性界面活性剤とからなる混合物を注入するステップと、(c)成型されたＰＤＭＳ製シートの微細構造形成面側を酸素プラズマ処理するステップと、(d)前記ＰＤＭＳ製シートの微細構造形成面側にオルガノシラン溶液を塗布するステップとからなる方法により製造される。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明はポリジメチルシロキサン（ＰＤＭＳ）から形成されたマイクロタイタープレートまたはマイクロ流体デバイスに関する。更に詳細には、本発明はＰＤＭＳ製でありながら恒久的な親水性を有するマイクロタイタープレートまたはマイクロ流体デバイスに関する。
【背景技術】
【０００２】
最近、マイクロスケール・トータル・アナリシス・システムズ（μＴＡＳ）又はラブ・オン・チップ(Lab-on-Chip)などの名称で知られるように、基板内に所定の形状の微細な流路を構成するマイクロチャネル及びポートなどの微細構造を設け、該微細構造内で物質の化学反応、合成、精製、抽出、生成及び／又は分析など各種の操作を行うことが提案され、一部実用化されている。このような目的のために製作された、基板内にマイクロチャネル及びポートなどの微細構造を有する構造物は総称して「マイクロ流体デバイス」と呼ばれる。また、上面に微細なウエル（マイクロウエル）が多数個形成されたマイクロタイタープレートなどもμＴＡＳのカテゴリーに含まれる。
【０００３】
マイクロ流体デバイス及びマイクロタイタープレートなどは遺伝子解析、臨床診断、薬物スクリーニング及び環境モニタリングなどの幅広い用途に使用できる。常用サイズの同種の装置に比べて、マイクロ流体デバイス及びマイクロタイタープレートは(1)サンプル及び試薬の使用量が著しく少ない、(2)分析時間が短い、(3)感度が高い、(4)現場に携帯し、その場で分析できる、及び(5)使い捨てできるなどの利点を有する。
【０００４】
従来のマイクロ流体デバイスの材質や構造は例えば、特許文献１などに提案されている。従来のマイクロ流体デバイス１００は、例えば、図６（Ａ）及び（Ｂ）に示されるように、ポリマーシート（例えば、ポリジメチルシロキサン（ＰＤＭＳ））などの基板１０１に少なくとも１本のマイクロチャネル（微細流路）１０２が形成されており、このマイクロチャネル１０２の両端には入出力ポート１０３，１０４が形成されており、基板１０１の下面側に透明又は不透明な素材（例えば、ガラス又は合成樹脂フィルム）からなる対面基板１０５が接着されている。この対面基板１０５の存在により、ポート１０３，１０４及びマイクロチャネル１０２の底部が封止される。
【０００５】
入出力ポート１０３，１０４の主な用途は、(イ)薬液やサンプルの注入（分注）、(ロ)廃液や生成物の取り出し、(ハ)気体圧力の供給（主に、送液のための正圧や負圧の印加）、(ニ)大気開放（送液時に発生する内圧の分散や、反応で生じたガスの解放）、及び(ホ)密閉（液体の蒸発防止や故意に内圧を発生させる目的のため）などである。
【０００６】
ガラスに比べて、ＰＤＭＳは微細構造の加工が容易であるばかりか、化学試薬やＤＮＡ、タンパク質などのサンプル液体に対して極めて安定であるため、マイクロ流体デバイス及びマイクロタイタープレートなどの形成材料として一般的に広く使用されている。
【０００７】
しかし、ガラスと異なり、ＰＤＭＳは一般的に疎水性であるため液体との親和性は低い。そのため、ＰＤＭＳ製基板内のマイクロチャネルやマイクロウエルに液体を注入すると、液体は液滴状のままマイクロチャネル内に滞留してしまうことがあったり、高い表面張力によりマイクロウエル内に入らず液滴状のまま外部に流れ出してしまうことがあった。このため、必要に応じて、ＰＤＭＳを親水性にする処理が行われてきた。
【０００８】
ＰＤＭＳを親水性化させる方法としては例えば、特許文献２に記載されているように、エキシマによる真空紫外光（エキシマＵＶ光）をＰＤＭＳ表面に照射することからなる方法が提案されている。エキシマＵＶ光は放電性ガスの種類により様々な波長のもがあるが、例えば、放電性ガスがキセノン（Ｘｅ２）の場合、中心波長が１７２ｎｍのエキシマＵＶ光が得られる。エキシマＵＶ光を放射する照射ランプは例えばキセノンガスを封入した誘電体バリヤ放電ランプである。この誘電体バリヤ放電ランプは、キセノン原子が励起されたエキシマ状態となり（Ｘｅ２＊）、このエキシマ状態から再びキセノン原子に解離するときに中心波長約１７２ｎｍの光を放射する。この中心波長１７２ｎｍの光を酸素に照射すると、従来の低圧水銀ランプから放射される中心波長１８５ｎｍの光を酸素に照射する場合よりも高濃度のオゾンが得られ、更にまた、この高濃度のオゾンから活性酸化性分解物も得られる。これら高濃度オゾンと活性酸化性分解物との相乗作用によりＰＤＭＳ表面が親水性化される。
【０００９】
エキシマＵＶ光によるＰＤＭＳの親水性化処理の欠点は、効果が一過性であり、時間の経過と共に親水性が失われていくことである。従って、製造直後は親水性であったものが、使用時には元の疎水性に戻ってしまうこともあり、信頼性に欠ける親水化処理方法であった。従って、ＰＤＭＳを恒久的に親水性にする処理方法の開発が強く求められてきたが、未だに満足のいく親水化処理方法は得られていないのが現実である。
【００１０】
【特許文献１】特開２００１−１５７８５５号公報
【特許文献２】特許第２７０５０２３号明細書
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
従って、本発明の目的は恒久的な親水性を有するＰＤＭＳ製マイクロ流体デバイス又はマイクロタイタープレートを提供することである。
本発明の別の目的は恒久的な親水性を有するＰＤＭＳ製マイクロ流体デバイスの製造方法を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
前記課題を解決するための手段として請求項１に係る発明は、少なくとも一方の表面に凹状ウエル又は凹状チャネルなどの微細構造が配設されており、該微細構造配設面側が恒久的親水性を有することを特徴とするＰＤＭＳ製シートである。
【００１３】
従来のエキシマＵＶ光などによる一過性の親水性処理と異なり、本発明のＰＤＭＳ製シートは微細構造配設面側が恒久的親水性を有するので、シート作製から長時間経過した後でも、作製直後と同等の親水性を維持する。
【００１４】
前記課題を解決するための手段として請求項２に係る発明は、前記ＰＤＭＳ製シートはポリエーテル変性界面活性剤を含有しており、前記微細構造形成面側にオルガノシラン被膜が塗布されていることを特徴とする請求項１記載のＰＤＭＳ製シートである。
【００１５】
シート内に含有されたポリエーテル変性界面活性剤と微細構造形成面側のオルガノシラン被膜との相乗効果により恒久的親水性が得られる。
【００１６】
前記課題を解決するための手段として請求項３に係る発明は、前記シートの上面から隆起する複数個の柱状突起を有し、該柱状突起の上面から下方へ向かって凹陥する凹状ウエルを有し、前記柱状突起同士は空隙により互いに隔絶されていることを特徴とする請求項１又は２記載のＰＤＭＳ製シートである。
【００１７】
ウエルが互いに隔絶された柱状突起の上面に形成されているので、ウエル内に注入された液体が他のウエル内に侵入することが無い。そのため、ナノオーダーのような極微量の液滴をウエル内に注入する作業を容易に実施することができる。
【００１８】
前記課題を解決するための手段として請求項４に係る発明は、(a)上面に所定の微細構造を有するマスターを準備するステップと、
(b)前記マスターの微細構造形成面側に、ＰＤＭＳプレポリマーと硬化剤とポリエーテル変性界面活性剤とからなる混合物を注入するステップと、
(c)成型されたＰＤＭＳ製シートの微細構造形成面側を酸素プラズマ又はエキシマＵＶ光で表面改質処理するステップと、
(d)前記ＰＤＭＳ製シートの微細構造形成面側にオルガノシラン溶液を塗布するステップとからなることを特徴とする恒久的親水性を有するＰＤＭＳ製シートの製造方法である。
【００１９】
ＰＤＭＳプレポリマーと硬化剤とからなる混合液にポリエーテル変性界面活性剤を配合して硬化させてＰＤＭＳ製シートを作製した後、シートの微細構造形成面側を酸素プラズマ又はエキシマＵＶ光で表面改質処理してから、該微細構造形成面側にオルガノシラン溶液を塗布することにより、これらポリエーテル変性界面活性剤と表面改質処理とオルガノシラン塗膜とが相乗してＰＤＭＳ製シートに恒久的親水性を付与することができる。
【発明の効果】
【００２０】
親水性のガラスを加工して同様な微細構造を有するシートを作製するよりも、ＰＤＭＳから親水性シートを作製するほうが製造も容易でり、コスト的にも安価である。従来のエキシマＵＶ光によるＰＤＭＳ製シートの親水性化は効果が一過性であるのに対して、本発明によるＰＤＭＳ製シートの親水性は恒久的であり、製造後長期間経過後であっても、製造直後と同じ親水性を維持することができる。しかも、サイズがマイクロレベルの凹部であっても、極めてスムーズに微量液体を凹部内に注入することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２１】
以下、図面を参照しながら本発明について具体的に説明する。図１は本発明による恒久的な親水性を有するＰＤＭＳ製マイクロタイタープレートの製造方法の一例を例証する工程図である。ステップ（Ａ）において、マイクロタイタープレートの形状の反転形を有するマスター（鋳型）１を準備する。このようなマスター１は常用の光リソグラフィー法により容易に成型することができる。例えば、所望のサイズを有するシリコンウエハ（例えば、４インチウエハ）３を準備する。シリコンウエハは予め乾燥させたり、表面処理などの所望の前処理を施すこともできる。その後、適当なレジスト材料（例えば、ネガティブフォトレジストＳＵ−８など）を２０００ｒｐｍ〜５０００ｒｐｍの回転速度で数秒間〜数十秒間にわたってスピン塗布し、オーブン中で乾燥させ、所望の厚さのレジスト膜を形成する。次いで、このレジスト膜上にマスクを載置し、該マスクを通して、適当な露光装置で露光する。マスクは、製造しようとしているマイクロタイタープレートのウエルに対応するレイアウトパターンを有する。その後、適当な現像液（例えば、１−メトキシ−２−プロピル酢酸）中で現像し、上面にマイクロタイタープレートのウエルに対応する微細構造５を有するマスター１を成型する。微細構造５は例えば、直径６００μｍ、高さ１００μｍの円柱状突起である。言うまでもなく、その他の形状の微細構造も使用できる。所望により、このマスター１を有機溶媒（例えば、イソプロピルアルコール）及び蒸留水で洗浄することができる。更に、マスター１の表面をフルオロカーボン（ＣＨＦ３）の存在下で反応性イオンエッチングシステムにより処理することができる。このフルオロカーボン存在下の反応性イオンエッチング処理は、後のステップにおいて、マスター１からＰＤＭＳ製マイクロタイタープレートを離型し易くする効果を有する。
【００２２】
ステップ（Ｂ）において、ＰＤＭＳプレポリマー混合液とポリエーテル変性シリコーン系界面活性剤を適度な割合で均一に混合し、得られた混合物を脱気して気泡を除いてから前記マスター１の上面に流し込む。この際、型枠を使用し、鋳込み型とし、その中に前記混合物を流し込んで型取りすることが好ましい。注型後、常温で十分な時間放置するか、又は、例えばオーブン中で６５℃で４時間加熱するか若しくは１００℃で１時間加熱して硬化させ、ＰＤＭＳ製マイクロタイタープレート７を成形させる。
【００２３】
ＰＤＭＳプレポリマー混合液としては、例えば、米国のダウ・コーニング社製のSYLGARD 184 SILICONE ELASTOMERが好適に使用できる。これは液状のＰＤＭＳプレポリマーと硬化剤を１０対１の割合で混合するものである。言うまでもなく、これ以外のＰＤＭＳプレポリマー混合液及び／又は混合比率も同様に使用することができる。本発明で使用できるポリエーテル変性シリコーン系界面活性剤は例えば、ダウ・コーニング・アジア（株）からDK Q8-8011の製品名で市販されているシリコーン系界面活性剤などである。ＰＤＭＳプレポリマー混合液に対するポリエーテル変性シリコーン系界面活性剤の配合量は、ＰＤＭＳプレポリマー混合液の重量を基準にして、０．００５wt％〜１０wt％の範囲内である。ポリエーテル変性シリコーン系界面活性剤の配合量が０．００５wt％未満では、最終製品であるＰＤＭＳ製マイクロタイタープレートを恒久的親水性にすることはできない。一方、ポリエーテル変性シリコーン系界面活性剤の配合量が１０wt％超では、最終製品であるＰＤＭＳ製マイクロタイタープレートが白濁してしまい、光学検出による測定分析を不可能にする。より好ましくは２wt％〜９wt％の範囲内である。
【００２４】
ステップ（Ｃ）において、マスター１からＰＤＭＳ製マイクロタイタープレート７を剥離し、ウエル９が形成された面側を表面改質処理する。表面改質処理はＯ２プラズマ又はエキシマＵＶ光により行うことが好ましい。その他の表面改質処理法も使用できる。ＰＤＭＳ表面に酸素プラズマ又はエキシマＵＶ光を照射することによりＰＤＭＳ表面が改質される。酸素プラズマ又はエキシマＵＶ光照射によりＰＤＭＳ表面に水酸基が形成され、その水酸基の作用によりマイクロタイタープレート７の恒久的親水性が達成されるものと思われる。
Ｏ２プラズマ処理は、例えば、（株）サムコインターナショナル研究所から市販されているコンパクト・エッチャー・モデルＦＡ−１を用いて行うことができる。この装置の反応器は石英製であり、試料ステージは水冷式のアルミニウム製である。高周波電源は１３．５６ＭＨｚ水晶発振で、最大出力は２００Ｗである。エッチャー内をＮ２パージした後、圧力０．０１ＭＰａ、流量２６ｍＬ／分、酸素濃度９９．９９９９５％以上、ＲＦ出力３０Ｗの条件で、Ｏ２プラズマを１．７秒間放電させて処理する。
エキシマＵＶ光を放射する照射ランプとしては例えば、（株）ウシオ電機から市販されているキセノンガス封入誘電体バリヤ放電ランプなどを使用できる。エキシマＵＶ光の照射強度は一般的に、１ｍＷ／ｃｍ２〜３０ｍＷ／ｃｍ２の範囲内が好ましい。照射強度が１ｍＷ／ｃｍ２未満の場合、所望の表面改質効果が得られないか又は処理時間が長くなり過ぎ作業効率が低下する。一方、照射強度が３０ｍＷ／ｃｍ２超の場合、照射有効面積が小さく、処理対象物の大きさが限られる。また、ランプを複数本密着して並べるため照射強度がバラツキ、その結果、処理の程度の不均一が生じることもある。エキシマＵＶ光の照射時間は一般的に、５秒間〜５分間の範囲内が好ましい。エキシマＵＶ光の照射時間は照射強度と相反関係にあり、照射強度が高い場合、照射時間は短くなる。選択された照射ランプの有する照射強度に対する最適な照射時間は実験を繰り返すことにより当業者が容易に決定することができる。
【００２５】
ステップ（Ｄ）において、表面改質処理されたＰＤＭＳ製マイクロタイタープレート７のウエル９形成面側にオルガノシラン溶液１１を塗布する。本発明で使用できるオルガノシランは例えば、ポリエーテル変性アルコキシシランである。このようなオルガノシランは信越化学工業（株）から市販されており容易に入手することができる。
オルガノシランとしては、主鎖がシロキサン単位で構成され、末端又は側鎖にポリオキシエチレン鎖及びアルコキシ基を含有するものが好適である。分子構造としては直鎖状、環状、一部分岐を有する直鎖状など任意の構造を採り得る。アルコキシ基は、アルキレン鎖又はアルキレンオキシアルキレン鎖を介して主鎖のシリコン原子に結合したアルコキシシリルでもよく、又はアルコキシ基が主鎖のシリコン原子に直接結合したものでもよい。アルキレン鎖又はアルキレンオキシアルキレン鎖を介して主鎖のシリコン原子に結合したアルコキシシリル基としては、トリアルコキシシリル基、メチレンジアルコキシシリル基などが、エチレン鎖、プロピレン鎖、エチレンオキシエチレン鎖、エチレンオキシプロピレン鎖などを介して主鎖のシリコン原子に結合した基などが挙げられる。アルコキシ基は例えば、メトキシ基、エトキシ基、プロポキシ基、イソプロポキシ基、ブトキシ基などである。ポリオキシエチレン鎖は一般的に、アルキレン鎖を介して主鎖のシリコン原子に結合しているが、主鎖のシリコン原子に直接結合することもできる。オルガノシラン中、前記アルコキシ基及びポリオキシエチレン鎖の他に、シリコン原子に結合する基としては、例えば、メチル、エチル、ブチルなどのアルキル基、ビニル、アリル、ブテニルなどのアルケニル基、フェニルなどの芳香族炭化水素基などが挙げられる。
オルガノシラン溶液を生成するための溶媒としては水、アルコール類、ケトン類、エーテル類などの任意の溶媒を適宜使用することができる。オルガノシラン溶液の濃度は１wt％〜１０wt％程度であることが好ましい。オルガノシラン溶液の濃度が１wt％未満の場合、目的とする親水性が得られない。一方、オルガノシラン溶液の濃度が１０wt％超の場合、ＰＤＭＳが白濁してしまい、光学的観察がし難くなるので好ましくない。２wt％程度の濃度が特に好ましい。
【００２６】
オルガノシラン溶液の塗布方法は任意の方法を使用できる。例えば、ブラシコート、ディップコート、スプレーコート、ローラコート、ブレードコート、スピンコートなどの様々な塗布方法を使用できる。オルガノシラン溶液を塗布した後、ＰＤＭＳ製マイクロタイタープレート７を、８０℃〜１００℃の温度で１時間乾燥させる。８０℃未満の温度ではシロキサン結合が生成されず、目的とする親水性が発揮されない。１００℃の温度で乾燥することが好ましい。
【００２７】
図２（Ａ）は従来のＰＤＭＳプレポリマー混合液だけから作製されたＰＤＭＳ製マイクロタイタープレート７Ｂのウエル９Ｂに液体の液滴１３を垂らした状態を示す模式図である。ＰＤＭＳ自体は疎水性なので液体は液滴状のままウエルの上部に止まり、ウエル内部には充満されない。これに対して、図２（Ｂ）は本発明の方法により作製されたＰＤＭＳ製マイクロタイタープレート７のウエル９に液体の液滴１３を垂らした状態を示す模式図である。本発明の方法により製造されたＰＤＭＳ製マイクロタイタープレート７は恒久的な親水性を有するので、ウエル９に液体の液滴１３を垂らすと、液滴は即座にウエル９内に充満される。
【００２８】
図３は本発明による別の形態の恒久的な親水性を有するＰＤＭＳ製マイクロタイタープレートの概要断面図である。この形態のＰＤＭＳ製マイクロタイタープレート１５では、プレート上部表面から隆起する柱状突起１７が複数個（例えば、９６個）存在し、この柱状突起１７の上部表面から凹陥するウエル１９が形成されている。柱状突起１７は円柱状又は角柱状の何れでも良い。従って、ウエル１９の形状も円柱状又は角柱状など任意の形状であることができる。柱状突起１７の外径は、一例として、１ｍｍで、高さは３５０μｍである。言うまでもなく、これ以外のサイズの柱状突起１７も使用できる。ウエル１９の深さは一例として、１００μｍ、内径は６００μｍである。ウエル１９の深さ及び内径はウエル１９内に収容される液滴の容量を考慮して選択することができる。柱状突起１７同士は空隙２０により隔絶されている。空隙２０の間隔は任意の値とすることができる。
【００２９】
図３に示される形状のマイクロタイタープレート１５の特徴は、空隙２０の存在により、ウエル１９同士が相互に完全に独立しており、互いに隔離されていることである。従って、図４に示されるように、ウエル１９内に注入された液滴１３はウエル１９から溢れても、柱状突起１７の外壁面を伝って、マイクロタイタープレート１５の空隙２０に流下してしまい、隣のウエル１９には決して流れ込まない。図２（Ｂ）に示されたマイクロタイタープレート７の場合、ウエル９内に注入された液滴１３の容量がウエル９よりも多い場合、溢れた液滴は隣のウエル９内に流れ込み、不都合な事態を引き起こすこともあり得る。従って、図２（Ｂ）に示されるマイクロタイタープレート７に比べて、図３に示される形状を有するマイクロタイタープレート１５は液滴の注入作業に不必要に細心の注意を払わなくても実施できるという利点がある。この利点は、ウエル内に注入される液滴の容量がナノオーダーのように極微量の場合に特に有効である。
【００３０】
図５は図３に示されるマイクロタイタープレート１５の製造方法の一例を例証する工程図である。ステップ（ａ）において、半製鋳型２１を準備する。一次鋳型２１はその上面に、ウエル９に対応するレジスト突起２３と、柱状突起１７間の空隙２０を形成するための半分のレジスト突起２５を有する。次に、ステップ（ｂ）において、前記半製鋳型２１のレジスト突起２５の上面に更に新たなレジスト層２７を積層形成し、所望の完成鋳型２９を得る。このような半製鋳型及び完成鋳型は前記図１に述べた方法と同じ方法で作製することができる。次に、ステップ（ｃ）において、ＰＤＭＳプレポリマー混合液とポリエーテル変性シリコーン系界面活性剤を適度な割合で均一に混合し、得られた混合物を脱気して気泡を除いてから前記完成鋳型２９の上面に流し込む。この注型混合物は図１のステップ（Ｂ）で使用された注型混合物と同じである。次に、ステップ（ｄ）において、完成鋳型２９からＰＤＭＳ製マイクロタイタープレート１５を剥離し、ウエル１９が形成された面側を表面改質処理する。ここで使用される表面改質処理方法は、図１のステップ（Ｃ）で使用される表面改質処理方法と同じである。その後、ステップ（ｅ）において、表面改質処理されたＰＤＭＳ製マイクロタイタープレート１５のウエル１９形成面側にオルガノシラン溶液１１を塗布し、乾燥させる。ここで使用されるオルガノシラン溶液１１は図１のステップ（Ｄ）で使用されるオルガノシラン溶液１１と同じである。斯くして、カルデラ型ウエルを有する恒久的に親水性なＰＤＭＳ製マイクロタイタープレート１５が得られる。
【００３１】
本発明の方法により得られる親水性は、水との接触角で表現すれば、４０゜以下であることが好ましい。水との接触角が４０゜超では、微細なウエル９内に液滴をスムーズに充満させるのに必要な濡れ性が得られない。所定の濡れ性を達成するには、界面活性剤による一次親水化処理と、表面改質処理と、オルガノシラン溶液による二次親水化処理とを併用することが必要である。何れか一つが欠けても４０゜以下の接触角の親水性は得られない。例えば、一次親水化処理と表面改質処理だけの場合、水との接触角が４０゜以下の恒久的親水性は得られない。一時的に２０゜以下の接触角になるが、時間の経過と共に接触角は５０〜７０゜に戻ってしまう。表面改質処理と二次親水化処理だけの場合、接触角は１００゜〜１１０゜程度でしかない。また、一次親水化処理と二次親水化処理だけの場合、接触角は５０〜７０゜程度でしかない。ウエル９又は１９の容量が小さいほど、恒久的で高度な親水性が必要である。
【実施例１】
【００３２】
先ず、４インチウエハを準備した。プロセスの信頼性を得るために、レジストを使用する前に基板を洗浄・乾燥する必要があり、本実施例では、ピラニア・エッチング／クリーン（Ｈ２ＳＯ４およびＨ２Ｏ２）処理後、蒸留水でリンスした。その後、シリコンの表面酸化膜を除去するため、ＢＨＦ（バッファード弗酸）に１５分間浸し、蒸留水でリンスした。その後、表面の脱水のため、対流式のオーブン中で６０℃、３０分間程度ベークした。この表面処理済ウエハ上にＳＵ−８ネガティブフォトレジストを１０００ｒｐｍの回転速度で約２５秒間塗布し、溶媒を蒸発させ、膜を高密度化するためにソフトベークを６５℃で３０分間（ＳＴＥＰ１）、９５℃で９０分間（ＳＴＥＰ２）処理した。クーリング後、このレジスト膜上に、直径６００μｍ、穴と穴の間隔が１ｍｍの９６穴のパターンを有するマスクを被せ、露光装置（ユニオン光学製 ＰＥＭ−８００）で密着露光した。その後、レジスト膜の露光された部分の架橋を行うため６５℃で１５分間（ＳＴＥＰ１）、９５℃で２５分間（ＳＴＥＰ２）加温し、クーリング後、１−メトキシ−２−プロピル酢酸現像液で現像し、現像後、基板は短時間イソプロピルアルコール(IPA)でリンスした。その後、６５℃で３０分間乾燥後、１５０℃で５分間かけてハードベークし、表面上に直径６００μｍ、高さ１００μｍの円柱状突起を９６個有するマスターを完成させた。
【００３３】
このマスターの表面をフルオロカーボン（ＣＨＦ３）の存在下で反応性イオンエッチングシステムにより処理し、表面にＣＨＦ３剥離膜を形成した。マスターの剥離膜形成面上に、ＰＤＭＳプレポリマー混合液として、米国のダウ・コーニング社製のSYLGARD 184 SILICONE ELASTOMERを使用し、このＰＤＭＳプレポリマー混合液にポリエーテル変性シリコーン系界面活性剤（ダウ・コーニング・アジア（株）から市販されているDK Q8-8011）を、ＰＤＭＳプレポリマー混合液の重量を基準にして８wt％添加して、全ての成分が均一になるまで混合した。その後、得られた混合物を厚さ約２ｍｍになるように流し込み、脱気、加温（６５℃、４時間）した。４時間経過後、オーブンから取り出し、ＰＤＭＳ製マイクロタイタープレートをマスターから剥離した。
【００３４】
その後、ＰＤＭＳ製マイクロタイタープレートをプラズマ処理装置内に収容し、装置を密閉してから、エッチャー内をＮ２パージした後、圧力０．０１ＭＰａ、流量２６ｍＬ／分、酸素濃度９９．９９９９５％以上、ＲＦ周波数１３．５６ＭＨｚ、出力３０Ｗの条件で、Ｏ２プラズマを１．７秒間放電させてＰＤＭＳ製マイクロタイタープレートのウエル形成面側を表面改質処理した。
【００３５】
プラズマ処理の済んだＰＤＭＳ製マイクロタイタープレートをプラズマ処理装置から取り出し、このウエル形成面に２％ポリエーテル変性アルコキシシラン水溶液をディップコートし、余分な水溶液を払い除いた。その後、１００℃のオーブンに入れ、１時間乾燥させた。このようにして、９６穴のＰＤＭＳ製マイクロタイタープレートを作製した。
【比較例１】
【００３６】
ＰＤＭＳプレポリマー混合液にポリエーテル変性シリコーン系界面活性剤を添加しなかったこと以外は実施例１に述べた方法と同じ方法に従って９６穴のＰＤＭＳ製マイクロタイタープレートを作製した。
【比較例２】
【００３７】
Ｏ２プラズマ処理を省いたこと以外は実施例１に述べた方法と同じ方法に従って９６穴のＰＤＭＳ製マイクロタイタープレートを作製した。
【比較例３】
【００３８】
２％ポリエーテル変性アルコキシシラン水溶液を塗布しなかったこと以外は実施例１に述べた方法と同じ方法に従って９６穴のＰＤＭＳ製マイクロタイタープレートを作製した。
【実施例２】
【００３９】
前記実施例１及び比較例１〜３でそれぞれ得られた各ＰＤＭＳ製マイクロタイタープレートのウエルに１μｌ（マイクロリットル）の水滴を滴下した。実施例１のＰＤＭＳ製マイクロタイタープレートではウエル内に水が充満されたが、比較例１〜３のＰＤＭＳ製マイクロタイタープレートの場合、水滴はウエル上部に留まり、ウエル内部に進入することはできなかった。
【実施例３】
【００４０】
前記実施例１及び比較例１〜３でそれぞれ得られた各ＰＤＭＳ製マイクロタイタープレートの表面に水滴を滴下し、水との接触角を接触角計を用いて測定した。実施例１のＰＤＭＳ製マイクロタイタープレートの場合、接触角は４０゜以下であったのに対し、比較例１のＰＤＭＳ製マイクロタイタープレートの場合、接触角は１００〜１１０゜であり、比較例２及び３のＰＤＭＳ製マイクロタイタープレートの場合、接触角は５０〜７０゜であった。
【産業上の利用可能性】
【００４１】
マイクロタイタープレートに限らず、マイクロチャネルなどの微細構造を有するＰＤＭＳ製マイクロ流体デバイスであって、マイクロチャネルなどの微細構造について恒久的親水性を必要とするＰＤＭＳ製マイクロ流体デバイスに対して本発明を適用することができる。また、マイクロ流体デバイス以外のものであって、恒久的親水性を必要とする全てのＰＤＭＳ製デバイスに対しても本発明を適用することができる。
【図面の簡単な説明】
【００４２】
【図１】本発明による恒久的な親水性を有するＰＤＭＳ製マイクロタイタープレートの製造方法の一例を例証する工程図である。
【図２】（Ａ）は従来の疎水性ＰＤＭＳ製マイクロタイタープレートのウエルに液滴を滴下した状態を示す模式図であり、（Ｂ）は本発明の恒久的親水性を有するＰＤＭＳ製マイクロタイタープレートのウエルに液滴を滴下した状態を示す模式図である。
【図３】本発明による恒久的な親水性を有するＰＤＭＳ製マイクロタイタープレートの別の形態の部分概要断面図である。
【図４】図３に示されるマイクロタイタープレートの使用状態を示す部分概要断面図である。
【図５】図３に示されるマイクロタイタープレートの製造方法の一例を例証する工程図である。
【図６】（Ａ）は従来のマイクロ流体デバイスの一例の概要上面図であり、（Ｂ）は、（Ａ）におけるＢ−Ｂ線に沿った概要断面図である。
【符号の説明】
【００４３】
１ マスター
３ シリコンウエハ
５ 微細構造
７ ＰＤＭＳ製マイクロタイタープレート
９ ウエル
１１ オルガノシラン溶液
１３ 液滴
１５ 別の形態のＰＤＭＳ製マイクロタイタープレート
１７ 柱状突起
１９ ウエル
２０ 空隙
２１ 半製鋳型
２３，２５，２７ レジスト層
２９ 完成鋳型
１００ マイクロ流体デバイス
１０１ ポリマーシート基板
１０２ マイクロチャネル
１０３，１０４ ポート
１０５ 対面基板
【技術分野】
【０００１】
本発明はポリジメチルシロキサン（ＰＤＭＳ）から形成されたマイクロタイタープレートまたはマイクロ流体デバイスに関する。更に詳細には、本発明はＰＤＭＳ製でありながら恒久的な親水性を有するマイクロタイタープレートまたはマイクロ流体デバイスに関する。
【背景技術】
【０００２】
最近、マイクロスケール・トータル・アナリシス・システムズ（μＴＡＳ）又はラブ・オン・チップ(Lab-on-Chip)などの名称で知られるように、基板内に所定の形状の微細な流路を構成するマイクロチャネル及びポートなどの微細構造を設け、該微細構造内で物質の化学反応、合成、精製、抽出、生成及び／又は分析など各種の操作を行うことが提案され、一部実用化されている。このような目的のために製作された、基板内にマイクロチャネル及びポートなどの微細構造を有する構造物は総称して「マイクロ流体デバイス」と呼ばれる。また、上面に微細なウエル（マイクロウエル）が多数個形成されたマイクロタイタープレートなどもμＴＡＳのカテゴリーに含まれる。
【０００３】
マイクロ流体デバイス及びマイクロタイタープレートなどは遺伝子解析、臨床診断、薬物スクリーニング及び環境モニタリングなどの幅広い用途に使用できる。常用サイズの同種の装置に比べて、マイクロ流体デバイス及びマイクロタイタープレートは(1)サンプル及び試薬の使用量が著しく少ない、(2)分析時間が短い、(3)感度が高い、(4)現場に携帯し、その場で分析できる、及び(5)使い捨てできるなどの利点を有する。
【０００４】
従来のマイクロ流体デバイスの材質や構造は例えば、特許文献１などに提案されている。従来のマイクロ流体デバイス１００は、例えば、図６（Ａ）及び（Ｂ）に示されるように、ポリマーシート（例えば、ポリジメチルシロキサン（ＰＤＭＳ））などの基板１０１に少なくとも１本のマイクロチャネル（微細流路）１０２が形成されており、このマイクロチャネル１０２の両端には入出力ポート１０３，１０４が形成されており、基板１０１の下面側に透明又は不透明な素材（例えば、ガラス又は合成樹脂フィルム）からなる対面基板１０５が接着されている。この対面基板１０５の存在により、ポート１０３，１０４及びマイクロチャネル１０２の底部が封止される。
【０００５】
入出力ポート１０３，１０４の主な用途は、(イ)薬液やサンプルの注入（分注）、(ロ)廃液や生成物の取り出し、(ハ)気体圧力の供給（主に、送液のための正圧や負圧の印加）、(ニ)大気開放（送液時に発生する内圧の分散や、反応で生じたガスの解放）、及び(ホ)密閉（液体の蒸発防止や故意に内圧を発生させる目的のため）などである。
【０００６】
ガラスに比べて、ＰＤＭＳは微細構造の加工が容易であるばかりか、化学試薬やＤＮＡ、タンパク質などのサンプル液体に対して極めて安定であるため、マイクロ流体デバイス及びマイクロタイタープレートなどの形成材料として一般的に広く使用されている。
【０００７】
しかし、ガラスと異なり、ＰＤＭＳは一般的に疎水性であるため液体との親和性は低い。そのため、ＰＤＭＳ製基板内のマイクロチャネルやマイクロウエルに液体を注入すると、液体は液滴状のままマイクロチャネル内に滞留してしまうことがあったり、高い表面張力によりマイクロウエル内に入らず液滴状のまま外部に流れ出してしまうことがあった。このため、必要に応じて、ＰＤＭＳを親水性にする処理が行われてきた。
【０００８】
ＰＤＭＳを親水性化させる方法としては例えば、特許文献２に記載されているように、エキシマによる真空紫外光（エキシマＵＶ光）をＰＤＭＳ表面に照射することからなる方法が提案されている。エキシマＵＶ光は放電性ガスの種類により様々な波長のもがあるが、例えば、放電性ガスがキセノン（Ｘｅ２）の場合、中心波長が１７２ｎｍのエキシマＵＶ光が得られる。エキシマＵＶ光を放射する照射ランプは例えばキセノンガスを封入した誘電体バリヤ放電ランプである。この誘電体バリヤ放電ランプは、キセノン原子が励起されたエキシマ状態となり（Ｘｅ２＊）、このエキシマ状態から再びキセノン原子に解離するときに中心波長約１７２ｎｍの光を放射する。この中心波長１７２ｎｍの光を酸素に照射すると、従来の低圧水銀ランプから放射される中心波長１８５ｎｍの光を酸素に照射する場合よりも高濃度のオゾンが得られ、更にまた、この高濃度のオゾンから活性酸化性分解物も得られる。これら高濃度オゾンと活性酸化性分解物との相乗作用によりＰＤＭＳ表面が親水性化される。
【０００９】
エキシマＵＶ光によるＰＤＭＳの親水性化処理の欠点は、効果が一過性であり、時間の経過と共に親水性が失われていくことである。従って、製造直後は親水性であったものが、使用時には元の疎水性に戻ってしまうこともあり、信頼性に欠ける親水化処理方法であった。従って、ＰＤＭＳを恒久的に親水性にする処理方法の開発が強く求められてきたが、未だに満足のいく親水化処理方法は得られていないのが現実である。
【００１０】
【特許文献１】特開２００１−１５７８５５号公報
【特許文献２】特許第２７０５０２３号明細書
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
従って、本発明の目的は恒久的な親水性を有するＰＤＭＳ製マイクロ流体デバイス又はマイクロタイタープレートを提供することである。
本発明の別の目的は恒久的な親水性を有するＰＤＭＳ製マイクロ流体デバイスの製造方法を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
前記課題を解決するための手段として請求項１に係る発明は、少なくとも一方の表面に凹状ウエル又は凹状チャネルなどの微細構造が配設されており、該微細構造配設面側が恒久的親水性を有することを特徴とするＰＤＭＳ製シートである。
【００１３】
従来のエキシマＵＶ光などによる一過性の親水性処理と異なり、本発明のＰＤＭＳ製シートは微細構造配設面側が恒久的親水性を有するので、シート作製から長時間経過した後でも、作製直後と同等の親水性を維持する。
【００１４】
前記課題を解決するための手段として請求項２に係る発明は、前記ＰＤＭＳ製シートはポリエーテル変性界面活性剤を含有しており、前記微細構造形成面側にオルガノシラン被膜が塗布されていることを特徴とする請求項１記載のＰＤＭＳ製シートである。
【００１５】
シート内に含有されたポリエーテル変性界面活性剤と微細構造形成面側のオルガノシラン被膜との相乗効果により恒久的親水性が得られる。
【００１６】
前記課題を解決するための手段として請求項３に係る発明は、前記シートの上面から隆起する複数個の柱状突起を有し、該柱状突起の上面から下方へ向かって凹陥する凹状ウエルを有し、前記柱状突起同士は空隙により互いに隔絶されていることを特徴とする請求項１又は２記載のＰＤＭＳ製シートである。
【００１７】
ウエルが互いに隔絶された柱状突起の上面に形成されているので、ウエル内に注入された液体が他のウエル内に侵入することが無い。そのため、ナノオーダーのような極微量の液滴をウエル内に注入する作業を容易に実施することができる。
【００１８】
前記課題を解決するための手段として請求項４に係る発明は、(a)上面に所定の微細構造を有するマスターを準備するステップと、
(b)前記マスターの微細構造形成面側に、ＰＤＭＳプレポリマーと硬化剤とポリエーテル変性界面活性剤とからなる混合物を注入するステップと、
(c)成型されたＰＤＭＳ製シートの微細構造形成面側を酸素プラズマ又はエキシマＵＶ光で表面改質処理するステップと、
(d)前記ＰＤＭＳ製シートの微細構造形成面側にオルガノシラン溶液を塗布するステップとからなることを特徴とする恒久的親水性を有するＰＤＭＳ製シートの製造方法である。
【００１９】
ＰＤＭＳプレポリマーと硬化剤とからなる混合液にポリエーテル変性界面活性剤を配合して硬化させてＰＤＭＳ製シートを作製した後、シートの微細構造形成面側を酸素プラズマ又はエキシマＵＶ光で表面改質処理してから、該微細構造形成面側にオルガノシラン溶液を塗布することにより、これらポリエーテル変性界面活性剤と表面改質処理とオルガノシラン塗膜とが相乗してＰＤＭＳ製シートに恒久的親水性を付与することができる。
【発明の効果】
【００２０】
親水性のガラスを加工して同様な微細構造を有するシートを作製するよりも、ＰＤＭＳから親水性シートを作製するほうが製造も容易でり、コスト的にも安価である。従来のエキシマＵＶ光によるＰＤＭＳ製シートの親水性化は効果が一過性であるのに対して、本発明によるＰＤＭＳ製シートの親水性は恒久的であり、製造後長期間経過後であっても、製造直後と同じ親水性を維持することができる。しかも、サイズがマイクロレベルの凹部であっても、極めてスムーズに微量液体を凹部内に注入することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２１】
以下、図面を参照しながら本発明について具体的に説明する。図１は本発明による恒久的な親水性を有するＰＤＭＳ製マイクロタイタープレートの製造方法の一例を例証する工程図である。ステップ（Ａ）において、マイクロタイタープレートの形状の反転形を有するマスター（鋳型）１を準備する。このようなマスター１は常用の光リソグラフィー法により容易に成型することができる。例えば、所望のサイズを有するシリコンウエハ（例えば、４インチウエハ）３を準備する。シリコンウエハは予め乾燥させたり、表面処理などの所望の前処理を施すこともできる。その後、適当なレジスト材料（例えば、ネガティブフォトレジストＳＵ−８など）を２０００ｒｐｍ〜５０００ｒｐｍの回転速度で数秒間〜数十秒間にわたってスピン塗布し、オーブン中で乾燥させ、所望の厚さのレジスト膜を形成する。次いで、このレジスト膜上にマスクを載置し、該マスクを通して、適当な露光装置で露光する。マスクは、製造しようとしているマイクロタイタープレートのウエルに対応するレイアウトパターンを有する。その後、適当な現像液（例えば、１−メトキシ−２−プロピル酢酸）中で現像し、上面にマイクロタイタープレートのウエルに対応する微細構造５を有するマスター１を成型する。微細構造５は例えば、直径６００μｍ、高さ１００μｍの円柱状突起である。言うまでもなく、その他の形状の微細構造も使用できる。所望により、このマスター１を有機溶媒（例えば、イソプロピルアルコール）及び蒸留水で洗浄することができる。更に、マスター１の表面をフルオロカーボン（ＣＨＦ３）の存在下で反応性イオンエッチングシステムにより処理することができる。このフルオロカーボン存在下の反応性イオンエッチング処理は、後のステップにおいて、マスター１からＰＤＭＳ製マイクロタイタープレートを離型し易くする効果を有する。
【００２２】
ステップ（Ｂ）において、ＰＤＭＳプレポリマー混合液とポリエーテル変性シリコーン系界面活性剤を適度な割合で均一に混合し、得られた混合物を脱気して気泡を除いてから前記マスター１の上面に流し込む。この際、型枠を使用し、鋳込み型とし、その中に前記混合物を流し込んで型取りすることが好ましい。注型後、常温で十分な時間放置するか、又は、例えばオーブン中で６５℃で４時間加熱するか若しくは１００℃で１時間加熱して硬化させ、ＰＤＭＳ製マイクロタイタープレート７を成形させる。
【００２３】
ＰＤＭＳプレポリマー混合液としては、例えば、米国のダウ・コーニング社製のSYLGARD 184 SILICONE ELASTOMERが好適に使用できる。これは液状のＰＤＭＳプレポリマーと硬化剤を１０対１の割合で混合するものである。言うまでもなく、これ以外のＰＤＭＳプレポリマー混合液及び／又は混合比率も同様に使用することができる。本発明で使用できるポリエーテル変性シリコーン系界面活性剤は例えば、ダウ・コーニング・アジア（株）からDK Q8-8011の製品名で市販されているシリコーン系界面活性剤などである。ＰＤＭＳプレポリマー混合液に対するポリエーテル変性シリコーン系界面活性剤の配合量は、ＰＤＭＳプレポリマー混合液の重量を基準にして、０．００５wt％〜１０wt％の範囲内である。ポリエーテル変性シリコーン系界面活性剤の配合量が０．００５wt％未満では、最終製品であるＰＤＭＳ製マイクロタイタープレートを恒久的親水性にすることはできない。一方、ポリエーテル変性シリコーン系界面活性剤の配合量が１０wt％超では、最終製品であるＰＤＭＳ製マイクロタイタープレートが白濁してしまい、光学検出による測定分析を不可能にする。より好ましくは２wt％〜９wt％の範囲内である。
【００２４】
ステップ（Ｃ）において、マスター１からＰＤＭＳ製マイクロタイタープレート７を剥離し、ウエル９が形成された面側を表面改質処理する。表面改質処理はＯ２プラズマ又はエキシマＵＶ光により行うことが好ましい。その他の表面改質処理法も使用できる。ＰＤＭＳ表面に酸素プラズマ又はエキシマＵＶ光を照射することによりＰＤＭＳ表面が改質される。酸素プラズマ又はエキシマＵＶ光照射によりＰＤＭＳ表面に水酸基が形成され、その水酸基の作用によりマイクロタイタープレート７の恒久的親水性が達成されるものと思われる。
Ｏ２プラズマ処理は、例えば、（株）サムコインターナショナル研究所から市販されているコンパクト・エッチャー・モデルＦＡ−１を用いて行うことができる。この装置の反応器は石英製であり、試料ステージは水冷式のアルミニウム製である。高周波電源は１３．５６ＭＨｚ水晶発振で、最大出力は２００Ｗである。エッチャー内をＮ２パージした後、圧力０．０１ＭＰａ、流量２６ｍＬ／分、酸素濃度９９．９９９９５％以上、ＲＦ出力３０Ｗの条件で、Ｏ２プラズマを１．７秒間放電させて処理する。
エキシマＵＶ光を放射する照射ランプとしては例えば、（株）ウシオ電機から市販されているキセノンガス封入誘電体バリヤ放電ランプなどを使用できる。エキシマＵＶ光の照射強度は一般的に、１ｍＷ／ｃｍ２〜３０ｍＷ／ｃｍ２の範囲内が好ましい。照射強度が１ｍＷ／ｃｍ２未満の場合、所望の表面改質効果が得られないか又は処理時間が長くなり過ぎ作業効率が低下する。一方、照射強度が３０ｍＷ／ｃｍ２超の場合、照射有効面積が小さく、処理対象物の大きさが限られる。また、ランプを複数本密着して並べるため照射強度がバラツキ、その結果、処理の程度の不均一が生じることもある。エキシマＵＶ光の照射時間は一般的に、５秒間〜５分間の範囲内が好ましい。エキシマＵＶ光の照射時間は照射強度と相反関係にあり、照射強度が高い場合、照射時間は短くなる。選択された照射ランプの有する照射強度に対する最適な照射時間は実験を繰り返すことにより当業者が容易に決定することができる。
【００２５】
ステップ（Ｄ）において、表面改質処理されたＰＤＭＳ製マイクロタイタープレート７のウエル９形成面側にオルガノシラン溶液１１を塗布する。本発明で使用できるオルガノシランは例えば、ポリエーテル変性アルコキシシランである。このようなオルガノシランは信越化学工業（株）から市販されており容易に入手することができる。
オルガノシランとしては、主鎖がシロキサン単位で構成され、末端又は側鎖にポリオキシエチレン鎖及びアルコキシ基を含有するものが好適である。分子構造としては直鎖状、環状、一部分岐を有する直鎖状など任意の構造を採り得る。アルコキシ基は、アルキレン鎖又はアルキレンオキシアルキレン鎖を介して主鎖のシリコン原子に結合したアルコキシシリルでもよく、又はアルコキシ基が主鎖のシリコン原子に直接結合したものでもよい。アルキレン鎖又はアルキレンオキシアルキレン鎖を介して主鎖のシリコン原子に結合したアルコキシシリル基としては、トリアルコキシシリル基、メチレンジアルコキシシリル基などが、エチレン鎖、プロピレン鎖、エチレンオキシエチレン鎖、エチレンオキシプロピレン鎖などを介して主鎖のシリコン原子に結合した基などが挙げられる。アルコキシ基は例えば、メトキシ基、エトキシ基、プロポキシ基、イソプロポキシ基、ブトキシ基などである。ポリオキシエチレン鎖は一般的に、アルキレン鎖を介して主鎖のシリコン原子に結合しているが、主鎖のシリコン原子に直接結合することもできる。オルガノシラン中、前記アルコキシ基及びポリオキシエチレン鎖の他に、シリコン原子に結合する基としては、例えば、メチル、エチル、ブチルなどのアルキル基、ビニル、アリル、ブテニルなどのアルケニル基、フェニルなどの芳香族炭化水素基などが挙げられる。
オルガノシラン溶液を生成するための溶媒としては水、アルコール類、ケトン類、エーテル類などの任意の溶媒を適宜使用することができる。オルガノシラン溶液の濃度は１wt％〜１０wt％程度であることが好ましい。オルガノシラン溶液の濃度が１wt％未満の場合、目的とする親水性が得られない。一方、オルガノシラン溶液の濃度が１０wt％超の場合、ＰＤＭＳが白濁してしまい、光学的観察がし難くなるので好ましくない。２wt％程度の濃度が特に好ましい。
【００２６】
オルガノシラン溶液の塗布方法は任意の方法を使用できる。例えば、ブラシコート、ディップコート、スプレーコート、ローラコート、ブレードコート、スピンコートなどの様々な塗布方法を使用できる。オルガノシラン溶液を塗布した後、ＰＤＭＳ製マイクロタイタープレート７を、８０℃〜１００℃の温度で１時間乾燥させる。８０℃未満の温度ではシロキサン結合が生成されず、目的とする親水性が発揮されない。１００℃の温度で乾燥することが好ましい。
【００２７】
図２（Ａ）は従来のＰＤＭＳプレポリマー混合液だけから作製されたＰＤＭＳ製マイクロタイタープレート７Ｂのウエル９Ｂに液体の液滴１３を垂らした状態を示す模式図である。ＰＤＭＳ自体は疎水性なので液体は液滴状のままウエルの上部に止まり、ウエル内部には充満されない。これに対して、図２（Ｂ）は本発明の方法により作製されたＰＤＭＳ製マイクロタイタープレート７のウエル９に液体の液滴１３を垂らした状態を示す模式図である。本発明の方法により製造されたＰＤＭＳ製マイクロタイタープレート７は恒久的な親水性を有するので、ウエル９に液体の液滴１３を垂らすと、液滴は即座にウエル９内に充満される。
【００２８】
図３は本発明による別の形態の恒久的な親水性を有するＰＤＭＳ製マイクロタイタープレートの概要断面図である。この形態のＰＤＭＳ製マイクロタイタープレート１５では、プレート上部表面から隆起する柱状突起１７が複数個（例えば、９６個）存在し、この柱状突起１７の上部表面から凹陥するウエル１９が形成されている。柱状突起１７は円柱状又は角柱状の何れでも良い。従って、ウエル１９の形状も円柱状又は角柱状など任意の形状であることができる。柱状突起１７の外径は、一例として、１ｍｍで、高さは３５０μｍである。言うまでもなく、これ以外のサイズの柱状突起１７も使用できる。ウエル１９の深さは一例として、１００μｍ、内径は６００μｍである。ウエル１９の深さ及び内径はウエル１９内に収容される液滴の容量を考慮して選択することができる。柱状突起１７同士は空隙２０により隔絶されている。空隙２０の間隔は任意の値とすることができる。
【００２９】
図３に示される形状のマイクロタイタープレート１５の特徴は、空隙２０の存在により、ウエル１９同士が相互に完全に独立しており、互いに隔離されていることである。従って、図４に示されるように、ウエル１９内に注入された液滴１３はウエル１９から溢れても、柱状突起１７の外壁面を伝って、マイクロタイタープレート１５の空隙２０に流下してしまい、隣のウエル１９には決して流れ込まない。図２（Ｂ）に示されたマイクロタイタープレート７の場合、ウエル９内に注入された液滴１３の容量がウエル９よりも多い場合、溢れた液滴は隣のウエル９内に流れ込み、不都合な事態を引き起こすこともあり得る。従って、図２（Ｂ）に示されるマイクロタイタープレート７に比べて、図３に示される形状を有するマイクロタイタープレート１５は液滴の注入作業に不必要に細心の注意を払わなくても実施できるという利点がある。この利点は、ウエル内に注入される液滴の容量がナノオーダーのように極微量の場合に特に有効である。
【００３０】
図５は図３に示されるマイクロタイタープレート１５の製造方法の一例を例証する工程図である。ステップ（ａ）において、半製鋳型２１を準備する。一次鋳型２１はその上面に、ウエル９に対応するレジスト突起２３と、柱状突起１７間の空隙２０を形成するための半分のレジスト突起２５を有する。次に、ステップ（ｂ）において、前記半製鋳型２１のレジスト突起２５の上面に更に新たなレジスト層２７を積層形成し、所望の完成鋳型２９を得る。このような半製鋳型及び完成鋳型は前記図１に述べた方法と同じ方法で作製することができる。次に、ステップ（ｃ）において、ＰＤＭＳプレポリマー混合液とポリエーテル変性シリコーン系界面活性剤を適度な割合で均一に混合し、得られた混合物を脱気して気泡を除いてから前記完成鋳型２９の上面に流し込む。この注型混合物は図１のステップ（Ｂ）で使用された注型混合物と同じである。次に、ステップ（ｄ）において、完成鋳型２９からＰＤＭＳ製マイクロタイタープレート１５を剥離し、ウエル１９が形成された面側を表面改質処理する。ここで使用される表面改質処理方法は、図１のステップ（Ｃ）で使用される表面改質処理方法と同じである。その後、ステップ（ｅ）において、表面改質処理されたＰＤＭＳ製マイクロタイタープレート１５のウエル１９形成面側にオルガノシラン溶液１１を塗布し、乾燥させる。ここで使用されるオルガノシラン溶液１１は図１のステップ（Ｄ）で使用されるオルガノシラン溶液１１と同じである。斯くして、カルデラ型ウエルを有する恒久的に親水性なＰＤＭＳ製マイクロタイタープレート１５が得られる。
【００３１】
本発明の方法により得られる親水性は、水との接触角で表現すれば、４０゜以下であることが好ましい。水との接触角が４０゜超では、微細なウエル９内に液滴をスムーズに充満させるのに必要な濡れ性が得られない。所定の濡れ性を達成するには、界面活性剤による一次親水化処理と、表面改質処理と、オルガノシラン溶液による二次親水化処理とを併用することが必要である。何れか一つが欠けても４０゜以下の接触角の親水性は得られない。例えば、一次親水化処理と表面改質処理だけの場合、水との接触角が４０゜以下の恒久的親水性は得られない。一時的に２０゜以下の接触角になるが、時間の経過と共に接触角は５０〜７０゜に戻ってしまう。表面改質処理と二次親水化処理だけの場合、接触角は１００゜〜１１０゜程度でしかない。また、一次親水化処理と二次親水化処理だけの場合、接触角は５０〜７０゜程度でしかない。ウエル９又は１９の容量が小さいほど、恒久的で高度な親水性が必要である。
【実施例１】
【００３２】
先ず、４インチウエハを準備した。プロセスの信頼性を得るために、レジストを使用する前に基板を洗浄・乾燥する必要があり、本実施例では、ピラニア・エッチング／クリーン（Ｈ２ＳＯ４およびＨ２Ｏ２）処理後、蒸留水でリンスした。その後、シリコンの表面酸化膜を除去するため、ＢＨＦ（バッファード弗酸）に１５分間浸し、蒸留水でリンスした。その後、表面の脱水のため、対流式のオーブン中で６０℃、３０分間程度ベークした。この表面処理済ウエハ上にＳＵ−８ネガティブフォトレジストを１０００ｒｐｍの回転速度で約２５秒間塗布し、溶媒を蒸発させ、膜を高密度化するためにソフトベークを６５℃で３０分間（ＳＴＥＰ１）、９５℃で９０分間（ＳＴＥＰ２）処理した。クーリング後、このレジスト膜上に、直径６００μｍ、穴と穴の間隔が１ｍｍの９６穴のパターンを有するマスクを被せ、露光装置（ユニオン光学製 ＰＥＭ−８００）で密着露光した。その後、レジスト膜の露光された部分の架橋を行うため６５℃で１５分間（ＳＴＥＰ１）、９５℃で２５分間（ＳＴＥＰ２）加温し、クーリング後、１−メトキシ−２−プロピル酢酸現像液で現像し、現像後、基板は短時間イソプロピルアルコール(IPA)でリンスした。その後、６５℃で３０分間乾燥後、１５０℃で５分間かけてハードベークし、表面上に直径６００μｍ、高さ１００μｍの円柱状突起を９６個有するマスターを完成させた。
【００３３】
このマスターの表面をフルオロカーボン（ＣＨＦ３）の存在下で反応性イオンエッチングシステムにより処理し、表面にＣＨＦ３剥離膜を形成した。マスターの剥離膜形成面上に、ＰＤＭＳプレポリマー混合液として、米国のダウ・コーニング社製のSYLGARD 184 SILICONE ELASTOMERを使用し、このＰＤＭＳプレポリマー混合液にポリエーテル変性シリコーン系界面活性剤（ダウ・コーニング・アジア（株）から市販されているDK Q8-8011）を、ＰＤＭＳプレポリマー混合液の重量を基準にして８wt％添加して、全ての成分が均一になるまで混合した。その後、得られた混合物を厚さ約２ｍｍになるように流し込み、脱気、加温（６５℃、４時間）した。４時間経過後、オーブンから取り出し、ＰＤＭＳ製マイクロタイタープレートをマスターから剥離した。
【００３４】
その後、ＰＤＭＳ製マイクロタイタープレートをプラズマ処理装置内に収容し、装置を密閉してから、エッチャー内をＮ２パージした後、圧力０．０１ＭＰａ、流量２６ｍＬ／分、酸素濃度９９．９９９９５％以上、ＲＦ周波数１３．５６ＭＨｚ、出力３０Ｗの条件で、Ｏ２プラズマを１．７秒間放電させてＰＤＭＳ製マイクロタイタープレートのウエル形成面側を表面改質処理した。
【００３５】
プラズマ処理の済んだＰＤＭＳ製マイクロタイタープレートをプラズマ処理装置から取り出し、このウエル形成面に２％ポリエーテル変性アルコキシシラン水溶液をディップコートし、余分な水溶液を払い除いた。その後、１００℃のオーブンに入れ、１時間乾燥させた。このようにして、９６穴のＰＤＭＳ製マイクロタイタープレートを作製した。
【比較例１】
【００３６】
ＰＤＭＳプレポリマー混合液にポリエーテル変性シリコーン系界面活性剤を添加しなかったこと以外は実施例１に述べた方法と同じ方法に従って９６穴のＰＤＭＳ製マイクロタイタープレートを作製した。
【比較例２】
【００３７】
Ｏ２プラズマ処理を省いたこと以外は実施例１に述べた方法と同じ方法に従って９６穴のＰＤＭＳ製マイクロタイタープレートを作製した。
【比較例３】
【００３８】
２％ポリエーテル変性アルコキシシラン水溶液を塗布しなかったこと以外は実施例１に述べた方法と同じ方法に従って９６穴のＰＤＭＳ製マイクロタイタープレートを作製した。
【実施例２】
【００３９】
前記実施例１及び比較例１〜３でそれぞれ得られた各ＰＤＭＳ製マイクロタイタープレートのウエルに１μｌ（マイクロリットル）の水滴を滴下した。実施例１のＰＤＭＳ製マイクロタイタープレートではウエル内に水が充満されたが、比較例１〜３のＰＤＭＳ製マイクロタイタープレートの場合、水滴はウエル上部に留まり、ウエル内部に進入することはできなかった。
【実施例３】
【００４０】
前記実施例１及び比較例１〜３でそれぞれ得られた各ＰＤＭＳ製マイクロタイタープレートの表面に水滴を滴下し、水との接触角を接触角計を用いて測定した。実施例１のＰＤＭＳ製マイクロタイタープレートの場合、接触角は４０゜以下であったのに対し、比較例１のＰＤＭＳ製マイクロタイタープレートの場合、接触角は１００〜１１０゜であり、比較例２及び３のＰＤＭＳ製マイクロタイタープレートの場合、接触角は５０〜７０゜であった。
【産業上の利用可能性】
【００４１】
マイクロタイタープレートに限らず、マイクロチャネルなどの微細構造を有するＰＤＭＳ製マイクロ流体デバイスであって、マイクロチャネルなどの微細構造について恒久的親水性を必要とするＰＤＭＳ製マイクロ流体デバイスに対して本発明を適用することができる。また、マイクロ流体デバイス以外のものであって、恒久的親水性を必要とする全てのＰＤＭＳ製デバイスに対しても本発明を適用することができる。
【図面の簡単な説明】
【００４２】
【図１】本発明による恒久的な親水性を有するＰＤＭＳ製マイクロタイタープレートの製造方法の一例を例証する工程図である。
【図２】（Ａ）は従来の疎水性ＰＤＭＳ製マイクロタイタープレートのウエルに液滴を滴下した状態を示す模式図であり、（Ｂ）は本発明の恒久的親水性を有するＰＤＭＳ製マイクロタイタープレートのウエルに液滴を滴下した状態を示す模式図である。
【図３】本発明による恒久的な親水性を有するＰＤＭＳ製マイクロタイタープレートの別の形態の部分概要断面図である。
【図４】図３に示されるマイクロタイタープレートの使用状態を示す部分概要断面図である。
【図５】図３に示されるマイクロタイタープレートの製造方法の一例を例証する工程図である。
【図６】（Ａ）は従来のマイクロ流体デバイスの一例の概要上面図であり、（Ｂ）は、（Ａ）におけるＢ−Ｂ線に沿った概要断面図である。
【符号の説明】
【００４３】
１ マスター
３ シリコンウエハ
５ 微細構造
７ ＰＤＭＳ製マイクロタイタープレート
９ ウエル
１１ オルガノシラン溶液
１３ 液滴
１５ 別の形態のＰＤＭＳ製マイクロタイタープレート
１７ 柱状突起
１９ ウエル
２０ 空隙
２１ 半製鋳型
２３，２５，２７ レジスト層
２９ 完成鋳型
１００ マイクロ流体デバイス
１０１ ポリマーシート基板
１０２ マイクロチャネル
１０３，１０４ ポート
１０５ 対面基板
【特許請求の範囲】
【請求項１】
少なくとも一方の表面に凹状ウエル又は凹状チャネルなどの微細構造が配設されており、該微細構造配設面側が恒久的親水性を有することを特徴とするＰＤＭＳ製シート。
【請求項２】
前記ＰＤＭＳ製シートはポリエーテル変性界面活性剤を含有しており、前記微細構造形成面側にオルガノシラン被膜が塗布されていることを特徴とする請求項１記載のＰＤＭＳ製シート。
【請求項３】
前記シートの上面から隆起する複数個の柱状突起を有し、該柱状突起の上面から下方へ向かって凹陥する凹状ウエルを有し、前記柱状突起同士は空隙により互いに隔絶されていることを特徴とする請求項１又は２記載のＰＤＭＳ製シート。
【請求項４】
(a)上面に所定の微細構造を有するマスターを準備するステップと、
(b)前記マスターの微細構造形成面側に、ＰＤＭＳプレポリマーと硬化剤とポリエーテル変性界面活性剤とからなる混合物を注入するステップと、
(c)成型されたＰＤＭＳ製シートの微細構造形成面側を酸素プラズマ処理するステップと、
(d)前記ＰＤＭＳ製シートの微細構造形成面側にオルガノシラン溶液を塗布するステップとからなることを特徴とする恒久的親水性を有するＰＤＭＳ製シートの製造方法。
【請求項１】
少なくとも一方の表面に凹状ウエル又は凹状チャネルなどの微細構造が配設されており、該微細構造配設面側が恒久的親水性を有することを特徴とするＰＤＭＳ製シート。
【請求項２】
前記ＰＤＭＳ製シートはポリエーテル変性界面活性剤を含有しており、前記微細構造形成面側にオルガノシラン被膜が塗布されていることを特徴とする請求項１記載のＰＤＭＳ製シート。
【請求項３】
前記シートの上面から隆起する複数個の柱状突起を有し、該柱状突起の上面から下方へ向かって凹陥する凹状ウエルを有し、前記柱状突起同士は空隙により互いに隔絶されていることを特徴とする請求項１又は２記載のＰＤＭＳ製シート。
【請求項４】
(a)上面に所定の微細構造を有するマスターを準備するステップと、
(b)前記マスターの微細構造形成面側に、ＰＤＭＳプレポリマーと硬化剤とポリエーテル変性界面活性剤とからなる混合物を注入するステップと、
(c)成型されたＰＤＭＳ製シートの微細構造形成面側を酸素プラズマ処理するステップと、
(d)前記ＰＤＭＳ製シートの微細構造形成面側にオルガノシラン溶液を塗布するステップとからなることを特徴とする恒久的親水性を有するＰＤＭＳ製シートの製造方法。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【公開番号】特開２００６−１８１４０７（Ｐ２００６−１８１４０７Ａ）
【公開日】平成１８年７月１３日（２００６．７．１３）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００４−３７５２９８（Ｐ２００４−３７５２９８）
【出願日】平成１６年１２月２７日（２００４．１２．２７）
【出願人】（００００００５２７）ペンタックス株式会社 (1,878)
【出願人】（５０２３３８４５４）フルイドウェアテクノロジーズ株式会社 (11)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成１８年７月１３日（２００６．７．１３）
【国際特許分類】
【出願日】平成１６年１２月２７日（２００４．１２．２７）
【出願人】（００００００５２７）ペンタックス株式会社 (1,878)
【出願人】（５０２３３８４５４）フルイドウェアテクノロジーズ株式会社 (11)
【Ｆターム（参考）】
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