(57)【要約】【課題】マイクロ流体デバイスの流路表面の局所部分に，耐久性があり，かつ作業性良く官能基を導入することにより，マイクロ流路の局所表面を改質すること。【解決手段】種々の機能性官能基を有し粒径が数〜数十μｍの機能性高分子微粒子を，マイクロ流体デバイスの流路表面の凹部に集積させた後，加熱処理することにより，粒子を流路表面に融着させ，マイクロ流路表面の局所に目的の官能基を導入し，表面の改質を実現する。【選択図】図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
種々の機能性官能基を有する高分子微粒子を，マイクロ流体デバイスの流路表面の凹部に集積させた後，加熱処理することにより，これら微粒子を流路表面に融着させ，マイクロ流路表面の局所に目的の官能基を導入し，流路表面を改質する方法。
【請求項２】
請求項１において，種々の機能性官能基を有する微粒子の粒径が０．１μｍ〜数十μｍであり，粒子を集積させるための凹部の大きさが粒子径より大きく数ミリメートル程度までのマイクロ流体デバイスの流路表面の改質方法。
【請求項３】
請求項１において，マイクロ流体デバイスの流路内の限られた部位に微粒子を集積させる際，マイクロ流路の一部に，入り口の径が集積させる粒子より大きく，望ましくは粒子径よりも深い凹部構造を設け，流路に微粒子懸濁液を流し込み，溶媒を流出させることによって微粒子を凹部に集積・残存させることを利用した表面改質方法。
【請求項４】
請求項１において，種々の機能性官能基を有する微粒子の粒径の単分散性が高く，望ましくは変動係数１０％以下の粒子を用いたマイクロ流路表面の改質方法。
【請求項５】
請求項１において，機能性官能基を有する高分子粒子として，例えば，メタクリル酸グリシジル，スチレン，メタクリル酸メチルの分散重合，またはスチレン，メタクリル酸メチル，メタクリル酸グリシジル，メタクリル酸，Ｎ−イソプロピルアクリルアミド，２，２’−アゾビス［Ｎ−（２−プロペニル）−２−メチルプロピオンアミド，２−［ｐ−（１，１，３，３−テトラメチルブチル）フェノキシポリエトキシ］エチルメタクリレート，架橋剤などのビニル基を有する種々のモノマーとの分散共重合，シード共重合により得られる高分子粒子を用いる方法。
【請求項６】
請求項１において，機能性官能基を有する高分子粒子として，メタクリル酸由来のカルボキシル基を有する粒子とＮ−イソプロピルアミン，ジエチルアミン，グアニジノ炭酸塩などのアミンとの縮合反応により得られる高分子粒子を用いる方法。
【請求項７】
請求項１において，機能性官能基を有する高分子粒子として，メタクリル酸グリシジル由来のエポキシ基を有する粒子にＮ−イソプロピルアミン，ジエチルアミン，グアニジノ炭酸塩などのアミンを求核付加反応させた高分子粒子を用いる方法。
【請求項８】
請求項１において，機能性官能基を有する高分子粒子として，１級アミンおよび二級アミンを有する粒子と，塩化アセチル，塩化ブチリル，塩化ヘキサノイル，塩化オクタノイル，塩化デカノイル，塩化ラウリル，塩化ミリストイル，塩化パルミトイル，塩化ステアロイル，塩化メタクリロイル，塩化セバコイル，などの酸塩化物との求電子付加反応により得られる高分子粒子を用いた方法。
【請求項９】
請求項１において，マイクロ流体デバイスに用いる材料として，粒子との相溶性が高く，製作プロセスが容易なシリコーンエラストマーの一種であるポリジメチルシロキサン（以下ＰＤＭＳと略す。）を用いた方法。
【発明の詳細な説明】
【産業上の利用分野】
【０００１】本発明は，マイクロ流体デバイス内の流路局所に官能基を導入し表面局所の性質を改変する方法に関する発明である。マイクロ流体デバイスは，簡易型血液診断，ハイスループットスクリーニングシステムにおいて，反応及び分析装置に用いられている。マイクロ流体デバイスにおいては，流路表面の性質により内部流体の流れや反応が支配されるため，その局所的な修飾が極めて重要である。例えば，マイクロ流路の局所に官能基を導入する，あるいは，局所的に触媒能を付与することにより，流路表面の濡れ性を利用したバルブ機能，油水分離，逐次的な反応などが実現し，実用的で広範囲な応用が期待できる高度に集積したマイクロ化学システムを構築することが可能となる。
【背景技術】
【０００２】これまで，マイクロ流体デバイスのマイクロ流路に特定の官能基を導入する化学修飾として，シランカップリング剤等の薬剤を用い，マイクロ流路における安定な層流流れを利用した修飾法，流れの切り替えを利用した流路分岐部への修飾法，スタンプ法，マスクと光反応を利用した修飾法などが知られている。【０００３】従来行われてきた，流れを利用した流路幅あるいは流路分岐部などマイクロ流路の特異的な部位への修飾が主であり，ある局所部位に対する修飾には不向きである。【０００４】スタンプ法は，簡便な方法であるが，マイクロ流体デバイスを成型する前の開放表面に対する修飾法であり，マイクロ流体デバイス作製後の閉じたマイクロ流路への修飾には，不向きである。また，一時的な官能基の導入には適するが，繰り返し利用等に用いる場合，耐久性に劣る。【０００５】半導体技術に用いられるフォトレジストマスクを用いて紫外線あるいは放射線照射による光反応を利用した修飾法は，操作が面倒な上，マイクロ流路への均一な表面修飾には不向きである。【０００６】これまでにも，粒子を用いて，マイクロ流路に堰き止め構造を作製し，粒子を堰き止めることによる局所的な修飾は行われているが，その場合局所にかかる圧力損失は大きく，ひとつのマイクロ流路に多種類の官能基を導入し，反応を逐次的に行うことには適していない。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】従来のマイクロ流路表面に対する修飾法では，マイクロ流路のある特異的な部分への修飾に限られ，耐久性や操作の簡便さにも劣り，特定の局所部分への修飾には不向きである。また導入される官能基の種類は限られており，表面への修飾も不均一であった。【０００８】本発明は前項の課題を解決するもので，特定の局所部分に対する修飾を可能とすることを第１の目的とする。【０００９】第２の目的は，均一にマイクロ流路表面に官能基を導入することにある。【００１０】第３の目的は，官能基の性質が損なわれることがなく，耐久性の良い表面改質層を形成することにある。【００１１】第４の目的は，放射線や紫外線照射など特殊な装置を用いることなく，簡便な官能基の局所導入法を実現することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１２】本発明のマイクロ流路局所に官能基を導入する手法において，前記した第１の目的を達成するための第１の手段は，種々の官能基を粒子表面に有する高分子粒子を作製し，粒子径より大きな入り口を持ち，望ましくは，粒子径のおよそ１．５倍以上の深さを持つ凹部（図３参照）をマイクロ流路内部に形成し，粒子懸濁液を流すことにより，凹部に粒子を集積させることである。【００１３】また，第２の目的を達成するための第２の手段は，均一に集積させるため，単分散な粒度分布をもつ高分子粒子を作製することである。【００１４】また，第３の目的を達成するための第３の手段は，集積させた微粒子を加熱し，流路表面に融着させることにより，マイクロ流路表面に官能基層を形成することである。【００１５】また，第４の目的を達成するための第４の手段は，粒子を均一に集積させるために，粒子表面にアシル基を導入することである。
【発明の作用】
【００１６】本発明は上記した第１及び第２の手段の構成により，マイクロ流路表面に均一に粒子を集積させることが可能となる。
【００１７】また，第３の手段の構成により，マイクロ流路表面に強固に官能基層を形成することが可能であり，また，官能基の機能が損なわれることなく，耐久性の良い官能基層を形成することができる。
【００１８】また，第４の手段の構成により，例えば，ＰＤＭＳの疎水表面とアシル基との疎水性相互作用により，粒子の自発的な集積を促すことが可能となる。
【発明を実施するための形態例】
【００１９】マイクロ流路の材料としては，例えば，シリコーンエラストマーの一種であるＰＤＭＳを用いることができる。その場合，微細構造の作製には，標準的なレプリカモールディング法を採用できる。まず，超厚膜ネガティブフォトレジスをシリコンウエハ上にスピンコートする。次に，マスクを通してＵＶ照射を行い，現像することで微細構造をもつマスター（鋳型）を作製する。続いてマスターにＰＤＭＳプレポリマーとキュアリング試薬を混合した後，鋳型に流しこみ，硬化させ片側にマイクロチャネルを有するＰＤＭＳプレートを作製する。最後に完成したＰＤＭＳプレートに必要に応じて貫通孔を開け，酸素プラズマで表面処理を行い，マイクロ流体デバイスを作製する。
【００２０】以下に示す単分散高分子粒子作製過程は，請求項５から請求項８に示すうちの一例である。
【００２１】単分散高分子粒子の作製過程を以下に示す。開始剤として２，２’−アゾビスイソブチロニトリルを，分散安定剤としてポリビニルピロリドンＫ−９０を用い，メタクリル酸グリシジルの分散重合を行った。反応は，メタノールを溶媒として６５℃で１６時間行い，エポキシ基を有する単分散高分子粒子を得た。粒子物性としては，乾燥時の平均定方向径は４．２μｍで，変動係数（ＣＶ）４．５６の単分散高分子粒子であった。
【００２２】メタクリル酸グリシジル由来の単分散エポキシ粒子へグアニジノ基を求核的に導入した後，脂肪酸塩化物（塩化ステアロイル）の求電子付加反応によりアシル基を導入することで両親媒性単分散高分子粒子を作製した。以下に，両親媒性単分散高分子粒子の作製過程を示す。粒子にグアニジノ基を導入するため，粒子のエポキシ基に対してグアニジン炭酸塩を求核的に反応させた。グアニジン炭酸塩，エポキシ粒子および蒸留水を入れ，７０℃，８時間反応させ，グアニジノ基を導入した粒子を合成した。その後，合成した粒子を蒸留水で洗浄した後，遠心分離し回収した。
塩化ステアロイルを含むアセトン溶液中にグアニジノ基を有する粒子を加え，常温下において，８時間反応させることにより，粒子ヘステアロイル基を導入した。その後，合成した粒子をメタノールで洗浄した後，遠心分離回収することで両親媒性単分散高分子粒子を得た。
【実施例】
【００２３】以下，本発明の第１実施例について，図１から図５を参照しながら説明する。【００２４】マイクロ流体デバイス内に図１内に示す部位１に単分散高分子粒子径の１．５倍程度の深さからなる凹部を作製した。マイクロ流路入口より，両親媒性単分散高分子粒子懸濁液をシリンジポンプにより流しこみ，懸濁液流量を調整することにより，凹部に粒子を１層から２層に均一に集積させた。（図４参照）【００２５】局所に単分散高分子粒子が集積したマイクロ流路を含むマイクロ流体デバイスを，ＰＤＭＳが変性しない温度（２１０℃以下）で，且つ，集積微粒子が溶融する温度において，加熱処理し，粒子を流路表面に融着させることで，マイクロ流路内局所に官能基を導入した。（図５参照）【００２６】加熱時に，例えばホットプレス法などによって圧力を加えてもよく，その作用効果に差異は生じない。【００２７】粒子融着層を，原子間力顕微鏡（ＡＦＭ）（ＳＰＭ−９５００Ｊ３島津製作所京都）を用いて測定した結果，粒子は均一且つ平滑に融着層を形成していることが確認された。【００２８】また，脂肪酸塩化物として塩化ベンゾイルを用いた場合，融着後の官能基（アシル基）の有無を赤外吸収スペクトル法（ＦＴ−ＩＲ４１０日本分光東京）により測定した。融着前後においても，同様に塩化ベンゾイル由来の芳香環のピーク（６７０ｃｍ−１）が確認されたことから，融着による官能基の消失は無視できるものと考えられる。【００２９】マイクロ流路内に，種々の流速で溶媒を流しても融着層は離脱することなく固定された。【００３０】次に本発明の第２例について述べる。両親媒性単分散高分子粒子をマイクロ流路内の局所部位に集積させた後，局所的に触媒活性を付与させるためにリパーゼを固定化した。用いたリパーゼは，Ｒｈｉｚｏｐｕｓ  ｄｅｌｅｍａｒ由来の精製リパーゼである。マイクロ流路内に蒸留水及び１０ｍＭリン酸緩衝液ｐＨ５．５を流し，融着層に取り込まれた溶媒や未反応モノマーによる酵素の失活を防止するため，融着層表面を十分に洗浄した後，リパーゼを含む１０ｍＭリン酸緩衝液中を流し，４℃下で２４時間静置することによりリパーゼを固定化した。その後，１０ｍＭリン酸緩衝液で十分に洗浄することで，非特異的吸着を取り除いた。【００３１】１Ｌの蒸留水中に１００ｍｇのクマジーブリリアントブルーＧ，５０ｍｌのエタノールおよび１００ｍｌの８５％のリン酸を加えた液（Ｂｒａｄｆｏｒｄ液）を流した。Ｂｒａｄｆｏｒｄ液は，タンパクに結合すると赤から青に呈色するため，融着層にのみ特異的に酵素が吸着されているかを確認した。結果，十分にマイクロ流体デバイス内を洗浄することで，ＰＤＭＳ上への非特異的吸着は，確認されなかった。【００３２】リパーゼによるエステル加水分解反応活性を測定するのにＢＡＬＢ−ＤＴＮＢ法を測定した。ＢＡＬＢ（基質）のチオエステルをリパーゼの加水分解により生成するチオール基をＤＴＮＢ（発色試薬）により比色定量した。融着層に吸着されたリパーゼの加水分解比活性は，遊離リパ−ゼの比活性のそれより高かった。
【発明の効果】
【００３３】以上の実施例から明らかなように，本発明によれば，マイクロ流路の特定の局所部分の表面修飾が可能となる。
【００３４】また，マイクロ流路表面に均一に官能基を導入することが可能であり，官能基の性質が損なわれることがなく，耐久性の良い融着層を形成することが可能である。
【００３５】また，放射線や紫外線照射など特殊な装置を用いることなく，官能基を局所に簡便な方法で導入することが可能にある。
【００３６】実施例の第２例に示したように，マイクロ流体デバイスの流路局所に官能基を導入し，さらに酵素を固定化することが可能となった。マイクロ流路の局所に触媒活性を付与させることが可能となったことから，マイクロ流体デバイスを利用した逐次的な反応，高度なハイスループットスクリーニングシステム，また，実用的で広範囲な応用が可能な高度に集積したマイクロ化学システムを構築することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１実施例におけるマイクロ流路の上面図
【図２】本発明の第１実施例におけるマイクロ流路の断面図
【図３】本発明の第１実施例におけるマイクロ流路への粒子集積過程図
【図４】本発明の第１実施例におけるマイクロ流路への粒子集積図
【図５】本発明の第１実施例におけるマイクロ流路の融着層図
【符号の説明】
１  粒子集積部位
２  粒子懸濁液入口
３  粒子懸濁液出口
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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