(57)【要約】  本発明は、医学的診断およびマイクロ流体の分野にあり、主に生物学的試料の分析のためのマイクロ流体デバイスに関する。本発明のマイクロ流体デバイスは少なくとも１つのマイクロチャネルを含み、その内面は親水性コーティングで少なくとも部分的に被覆されている。この親水性コーティングは、中間層の上に位置し、そして、マイクロチャネルの内面の材料と親水性コーティングとの間に位置する。【特許請求の範囲】
【請求項１】
１つの内面を有する少なくとも１つのマイクロチャネル（２）を含むマイクロ流体デバイス（１）であって、前記マイクロチャネル（２）の内面は、
前記マイクロチャネル（２）の内面の材料（１０）に直接適用される中間層（１１）および
中間層（１１）の上に位置する親水性コーティング（１２）
で少なくとも部分的に被覆され、
ここで、
前記親水性コーティング（１２）は親水性材料からなり、
前記マイクロチャネル（２）の内面の材料（１０）は疎水性材料であり、かつ
前記親水性材料、前記疎水性材料および前記中間層（１１）の材料は実質的に水に不溶である、前記マイクロ流体デバイス（１）。
【請求項２】
親水性材料が、酸化ケイ素、金属酸化物およびそれらの混合物からなる群から選択されるコロイド状粒子を含む、請求項１記載のマイクロ流体デバイス（１）。
【請求項３】
中間層（１１）の材料が、ニトリル基、ヒドロキシル基、第１級カルボン酸アミド基、カルボキシル基、スルホニル基およびシラノール基からなる群から選択される極性基を有する少なくとも１種のポリマーを含む、請求項１または２記載のマイクロ流体デバイス（１）。
【請求項４】
疎水性材料が、シクロオレフィンコポリマー、ポリエチレンテレフタレート、ポリカーボネート、ポリ（アルキル）（メタ）アクリレートまたはそれらの混合物を含む、請求項１から３までのいずれか１項記載のマイクロ流体デバイス（１）。
【請求項５】
マイクロチャネル（２）の平均断面積が１０μｍ２〜４ｍｍ２、好ましくは４０μｍ２〜２ｍｍ２である、請求項１から４までのいずれか１項記載のマイクロ流体デバイス（１）。
【請求項６】
請求項１から５までのいずれか１項記載のマイクロ流体デバイス（１）であって、
少なくとも１つの溝（４）をその表面上に有するモノリシック体（３）および
フィルム（５）と前記溝（４）とが組み合わされることでマイクロチャネル（２）が画定されるように前記表面に付着した前記フィルム（５）
を含み、
中間層（１１）がモノリシック体（３）に隣接したフィルムの表面上に位置し、
親水性コーティング（１２）が前記中間層（１１）の上に位置する、前記マイクロ流体デバイス（１）。
【請求項７】
請求項１から６までのいずれか１項記載のマイクロ流体デバイス（１）であって、
少なくとも１つの溝（４）をその表面上に有する第１のフィルム（６）および
第２のフィルム（５）と前記溝（４）とが組み合わされることでマイクロチャネル（２）が画定されるように前記第１のフィルム（６）の表面に付着した前記第２のフィルム（５）
を含み、
中間層（１１）が前記第１のフィルム（６）に隣接した前記第２のフィルム（５）の表面上に位置し、
親水性コーティング（１２）が前記中間層（１１）の上に位置する、前記マイクロ流体デバイス（１）。
【請求項８】
フィルム（５）および／またはフィルム（６）が０．０５ｍｍ〜１０ｍｍ、好ましくは０．１０ｍｍ〜１ｍｍの厚さを有する、請求項６または７記載のマイクロ流体デバイス（１）。
【請求項９】
中間層（１１）の厚さが０．０５μｍ〜２．０μｍ、好ましくは０．１μｍ〜１．０μｍであり、かつ／または
親水性コーティング（１２）の厚さが０．０１μｍ〜４．０μｍである、請求項１から８までのいずれか１項記載のマイクロ流体デバイス（１）。
【請求項１０】
中間層（１１）が２つのポリマー（Ａ）および（Ｂ）を含み、
ここで、水は、２３±２℃および相対湿度５０±５％で、ポリマー（Ａ）の層上に７３°以下の接触角を形成し、かつ２３±２℃および相対湿度５０±５％で、ポリマー（Ｂ）の層上に７５°以上の接触角を形成する、請求項１から９までのいずれか１項記載のマイクロ流体デバイス（１）。
【請求項１１】
中間層（１１）中のポリマー（Ａ）の含有率は、中間層（１１）の質量を基準として、３０〜９５質量％の範囲にあり；かつ／または
中間層（１１）中のポリマー（Ｂ）の含有率は、中間層（１１）の質量を基準として、５〜７０質量％の範囲にあり、かつ
前記ポリマー（Ａ）は好ましくは極性基を用いて変性されたビニルポリマーであり、かつ前記ポリマー（Ｂ）は好ましくはポリアルキル（メタ）アクリレート、より好ましくはポリメチルメタクリレートである、請求項１０記載のマイクロ流体デバイス（１）。
【請求項１２】
親水性コーティング（１２）が、無機および／または有機金属化合物のコロイド溶液を硬化することによって、および／または縮合可能なシランの含有率を基準として、少なくとも８０質量％のアルキルトリアルコキシシランおよび／またはテトラアルコキシシランを含む組成物を縮合することによって得られる、請求項１から１１までのいずれか１項記載のマイクロ流体デバイス（１）。
【請求項１３】
親水性コーティング（１２）が、５００〜１５００ｇ／モルの範囲にあるモル質量を有する縮合可能なポリシロキサンを含むことを特徴とする、請求項１から１２までのいずれか１項記載のマイクロ流体デバイス（１）。
【請求項１４】
請求項１から１３までのいずれか１項記載のマイクロ流体デバイス（１）を製造するためのフィルム（５）の使用であって、前記フィルム（５）の少なくとも１つの表面は
フィルム材料（１０）に直接適用される中間層（１１）および
前記中間層（１１）の上に位置する親水性コーティング（１２）
で少なくとも部分的に被覆され、
ここで、
前記親水性コーティング（１２）は親水性材料からなり、
前記フィルム（５）の前記材料（１０）は疎水性材料からなり、かつ
前記親水性材料、前記疎水性材料および前記中間層（１１）の材料は実質的に水に不溶である、前記使用。
【請求項１５】
少なくとも１つのマイクロチャネル（２）を含む請求項１から１３までのいずれか１項記載のマイクロ流体デバイス（１）の製造方法であって、前記方法は、
フィルム材料（１０）に直接適用される中間層（１１）および
前記中間層（１１）の上に位置する親水性コーティング（１２）
で少なくとも部分的に被覆された少なくとも１つの表面を有するフィルム（５）を、
少なくとも１つの溝（４）をその表面上に有するモノリシック体（３）に付着させて、前記フィルム（５）と前記溝（４）とを組み合わせて前記マイクロチャネル（２）を画定する工程を含むか、
あるいは前記方法は、
第２のフィルム（５）の材料（１０）に直接適用される中間層（１１）および
前記中間層（１１）の上に位置する親水性コーティング（１２）
で少なくとも部分的に被覆された少なくとも１つの表面を有する第２のフィルム（５）を、少なくとも１つの溝（４）をその表面上に有する第１のフィルム（６）に付着させ、前記第２のフィルム（５）と前記溝（４）とを組み合わせて前記マイクロチャネル（２）を画定する工程を含み、
ここで、
前記親水性コーティング（１２）は親水性材料からなり、
前記第２のフィルム（５）の材料（１０）は疎水性材料からなり、かつ
前記親水性材料、前記疎水性材料および前記中間層（１１）の材料は実質的に水に不溶である、前記方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
発明の属する技術分野
本発明は、医学的診断およびマイクロ流体の分野にあり、主に生物学的試料および環境試料の分析のための、ならびに薬物開発におけるマイクロ流体デバイスに関する。
【０００２】
本発明のマイクロ流体デバイスは、少なくとも１つのマイクロチャネルを含み、その内面は少なくとも部分的に親水性コーティングで被覆されている。この親水性コーティングは、中間層の上に位置し、この中間層は、マイクロチャネルの内面の材料と親水性コーティングとの間に位置する。
【０００３】
特に好ましい実施形態では、本発明のマイクロ流体デバイスは、少なくとも１つの溝をその表面に有するモノリシック体と、前記表面に付着したフィルムとから構成される。この配置では、フィルムは溝の上蓋として機能する。このように、溝とフィルムとの組み合わせによりマイクロチャネルが形成される。この実施形態では、マイクロチャネルは、フィルムの表面によって形成され、溝の全経路に沿って延びる表面部分を有する。
【０００４】
本発明のさらに好ましい実施形態では、マイクロ流体デバイスは、少なくとも２つのフィルムを含み、その際、少なくとも１つのフィルムはその表面に溝を有し、もう１つのフィルムは前記表面に付着し、それによって溝の上蓋として作用する。このように、第１フィルムの表面の溝と第２フィルムの表面とが組み合わされることでマイクロチャネルが形成される。マイクロチャネルの内面全体がフィルムの表面によって形成される。この実施形態では、マイクロチャネルの内面全体が親水性コーティングで被覆されていることが好ましい。
【０００５】
さらに好ましい実施形態では、本発明のマイクロ流体デバイスは、複数のマイクロチャネルを形成する複数の積層フィルムおよび／またはモノリシック体を含む。
【０００６】
従来技術
近年、マイクロ流体デバイスは、とりわけ血液分析、酵素分析、ＤＮＡ分析、プロテオミクス等の様々な生体液の分析にますます応用されている。このような分析中、検出、試料前処理および試料調製などのいくつかのアッセイ操作は、通常、単一のマイクロ流体デバイスで行われている。マイクロ流体デバイスの特に重要な応用分野は、患者の小さな生物学的試料が迅速に分析される疾患の臨床病理学および診断である。マイクロ流体デバイス自体は当業者によく知られており、とりわけ国際公開第２００４／０２９２２１号（WO 2004/029221 A2）およびＬｅｅらによる参考文献（Leeら、Sensors 2014, 14, 17008頁〜17036頁）に記載されており、その全開示が参照により本明細書に組み込まれている。
【０００７】
英国特許出願公開第２４６２３６４号明細書（GB 2462364 A）は、マイクロ流体カートリッジ内の第１の位置からマイクロ流体カートリッジ内の第２の位置に流体を輸送するためのチャネルを含み、前記チャネルはチャネル表面と、チャネル表面上に配置されたポリマーコーティングとを含む、マイクロ流体カートリッジを記載している。ポリマーコーティングまたはフィルムは、チャネル表面に結合する疎水性部分と、チャネル内の表面張力を低下させる親水性部分とを有するポリマーを含み得る。
【０００８】
国際公開第０２／０８５１８５号（WO 02/085185 A2）は、ハウジング、前記ハウジングにおける検定されるべき試料を前記デバイスに導入するための手段、前記ハウジングにおける液体収集のための手段、ならびに離間した第１および第２の端部を有するバッキングストリップを含み、前記バッキングストリップの表面が親水性であるように改善された、横流インビトロ診断デバイスを開示している。
【０００９】
マイクロスケールでの生物学的試料などの流体の挙動は、表面張力、エネルギー散逸および粘度などの要因がシステムを支配し始めるため、流体の一般的な挙動とは異なる。また、生物学的試料の多くの成分は、しばしばマイクロチャネルの表面に望ましくない非特異的吸着を示すことが多い。例えば、生物学的試料、特に血液試料の細胞全体の吸収により、試料中のそのような細胞の定量が不可能になり、マイクロチャネルの閉塞を招くことさえあり得る。
【００１０】
さらに、分析されるべき生物学的試料は、アルコール、グリセリドまたは炭化水素などの有機溶媒を含有することが多く、これらは時にはマイクロチャネルの材料と相互作用し、極端な場合、その膨潤または溶解につながり得る。
【００１１】
毛細血管力は、マイクロチャネルを介して生物学的試料を輸送する際にも重要な役割を果たす。生物学的試料は典型的には水性であり、したがってマイクロチャネルを通るそれらの輸送は、マイクロチャネルの内面が少なくとも部分的に十分に親水性であることを必要とする。
【００１２】
ポリメチルメタクリレート（ＰＭＭＡ）は、近年、マイクロ流体デバイスの分野での広範な使用が見出された。しかしながら、被覆されていないＰＭＭＡは、通常、分析されるべき試料、例えば、生物学的試料のマイクロチャネルを介した信頼できる輸送を可能にするほど十分に親水性ではない。このため、ＰＭＭＡで作られたマイクロ流体デバイスでは、通常、マイクロチャネルにおいて親水性コーティングが使用されている。
【００１３】
親水性コーティングを適用する一般的な方法は、プラズマまたはコロナ処理に依存する。しかしながら、得られたコーティングの長期安定性は、数週間に制限されているか、または最適な保管条件下では数ヶ月に制限されている。したがって、この技術を用いたマイクロ流体デバイスは、広範な実用性を見出すことができなかった。
【００１４】
M. Kitsaraら（Microfluid Nanofluid, 2014, 16: 691〜699頁）（その全内容が参照により本明細書に組み込まれる）は、ポリビニルアルコール（ＰＶＡ）および（ヒドロキシプロピル）メチルセルロース（ＨＭＰＣ）を含む親水性ポリマーフィルムのスピンコーティングを記載している。これらの親水性フィルムは、６０日間を上回るＰＭＭＡ基板上で安定した接触角をもたらすことが報告されている。しかしながら、このような親水性コーティングの硬化は、約６０℃の温度で行われる必要があり、少なくとも２０分かかる。このため、このようなコーティングは、通常、硬化時間の大幅な短縮が必要なロールツーロールプロセスなどの工業的規模の製造プロセスには適していない。
【００１５】
本発明の課題
したがって、本発明が取り組む技術的課題は、特にマイクロ流体デバイスにおける、親水性試料、生物学的試料および環境試料の信頼できる輸送を可能にする、十分に親水性を示す表面を備えた１つまたは複数のマイクロチャネルを有するマイクロ流体デバイスを提供することであった。長期間にわたるデバイスの高い信頼性を確保するために、親水性コーティングは、概して生物学的試料および環境試料に存在するアルコール、グリセリドおよび炭化水素などの水性媒体および有機溶媒に対して高い耐久性および高い抵抗性を有している必要がある。
【００１６】
さらに、本発明のマイクロ流体デバイスにおける親水性コーティングが、細胞、ＤＮＡ、タンパク質または酵素などの生物学的試料の成分との相互作用を実質的に示さず、特に非特異的吸収を示さないことが重要であった。
【００１７】
マイクロ流体デバイスのコスト効率の良い製造を可能にし、その結果、医学的診断および環境分析においてその広範な使用を可能にするためには、親水性コーティングおよび前記コーティングを含む親水性デバイスを、単純で、かつ費用対効果の高い方法で製造できることが重要である。例えば、マイクロ流体デバイスは、押出法、射出成形法またはホットエンボス法などの単純かつ費用対効果の高い方法によって理想的に入手可能であるべきであり、親水性コーティングは、ロールツーロールプロセスなどの大規模プロセスに適切であるべきである。
【００１８】
発明の概要
驚くべきことに本発明者らは、１つの内面を有する少なくとも１つのマイクロチャネルを含むマイクロ流体デバイスであって、前記マイクロチャネルの内面が、前記マイクロチャネルの内面を形成する材料に直接適用される中間層と、前記中間層の上に位置する親水性コーティングとで少なくとも部分的に被覆される、前記マイクロ流体デバイスを提供することによって上記の技術的課題を解決できることを見出した。
【００１９】
本発明のマイクロ流体デバイスは、少なくとも１つのマイクロチャネルを含み、その際、前記マイクロチャネルの内面は、前記マイクロチャネルの内面の材料に直接適用される中間層と、前記中間層の上に位置する親水性コーティングとで少なくとも部分的に被覆され、
前記親水性コーティングは親水性材料からなり、前記マイクロチャネルの内面の材料は疎水性材料および親水性材料であり、前記疎水性材料および前記中間層の材料は実質的に水に不溶である。
【００２０】
本発明によれば、親水性コーティングは親水性材料からなり、マイクロチャネルの内面を形成する材料は疎水性材料からなる。したがって、親水性コーティングの材料は、マイクロチャネルの内面を形成する材料よりも親水性が高い。換言すれば、疎水性材料の表面上の２３±２℃および相対湿度５０±５％の水滴によって形成される接触角は、親水性材料の表面上の水滴によって形成される接触角よりも大きい。このデバイスの設計により、生物学的試料のより単純で、かつより信頼性の高い、チャネルを経由した輸送が可能になる。
【００２１】
本発明によれば、親水性材料、疎水性材料および中間層の材料は実質的に水に不溶である。したがって、これらの材料は、水性の親水性試料、特に生物学的試料の分析に確実に使用することができる。本明細書で使用される「親水性試料」という用語は、水、エタノールなどのアルコールまたはそれらの混合物を含む試料を指す。
【００２２】
本発明のさらなる態様は、上記のようなマイクロ流体デバイスを含む、生物学的試料および環境試料の分析用の装置に関する。
【００２３】
本発明はさらなる態様では、マイクロ流体デバイスを製造するための、フィルム材料に直接適用される中間層と、中間層の上に位置する親水性コーティングとでその表面の少なくとも１つが少なくとも部分的に被覆されたフィルムの使用であって、前記親水性コーティングは親水性材料からなり、前記材料は疎水性材料および親水性材料からなり、前記疎水性材料および前記中間層の材料は実質的に水に不溶である、前記使用に関する。
【００２４】
さらに別の態様では、本発明は、マイクロ流体デバイスの製造方法であって、フィルム材料に直接適用される中間層と、前記中間層の上に位置する親水性コーティングとで少なくとも部分的に被覆された少なくとも１つの表面を有するフィルムを、少なくとも１つの溝をその表面上に有するモノリシック体に付着させ、溝とフィルムとを組み合わせて少なくとも１つのマイクロチャネルを画定する工程を含み、
前記親水性コーティングは親水性材料からなり、前記材料は疎水性材料および前記親水性材料からなり、前記疎水性材料および前記中間層の材料は実質的に水に不溶である、前記製造方法に関する。
【００２５】
好ましい実施形態の詳細な説明
本発明者らは、驚くべきことに、酸化ケイ素、金属酸化物、またはそれらの混合物のコロイドサイズの粒子が、少なくとも１つの極性基を有する非水溶性で、かつ実質的に非膨潤性のポリマー材料の中間層に位置する場合、これらの粒子が、水性の生物学的試料との優れた相容性を有することを見出した。したがって、このようなコーティングは、生物学的試料や環境試料の分析用マイクロ流体デバイスのマイクロチャネルのコーティングに有利に使用され得る。
【００２６】
本発明で使用されるコーティングは、実質的に均一な厚さで適用することができ、したがって、被覆されたマイクロチャネルの内部横断面積の望ましくない変動が回避される。これにより、本発明のマイクロ流体デバイスの信頼性がさらに向上する。
【００２７】
本出願において、マイクロチャネルという用語は、その一般的な意味で使用され、１．０μｍ〜２０ｍｍ、好ましくは１０μｍ〜１０ｍｍの平均直径を有するチャネルを指す。
【００２８】
本明細書で使用される「不溶」という用語は、１．０Ｌの流体（水）中で、材料が１．０ｇ未満の溶解性を有すること、好ましくは１．０Ｌの流体（水）中で、材料が０．００１ｇよりも低い、より好ましくは０．０００００１ｇよりも低い溶解性を有することをいう。本出願における「非膨潤性」という用語は、２０℃の水で飽和した時に２０体積％未満、好ましくは１０体積％未満、より好ましくは２体積％未満、特に好ましくは０．２体積％未満の膨潤を示すことをいう。
【００２９】
マイクロ流体デバイスのマイクロチャネルの断面積は、信頼性の高い試料の流れが確保される限り特に制限されない。好ましくは、マイクロチャネルの平均断面積は、１０μｍ２〜４ｍｍ２、好ましくは４０μｍ２〜２ｍｍ２である。
【００３０】
マイクロチャネルの断面形状は、チャネルを通した試料の確実な流れが可能な限り制限されない。マイクロチャネルは、実質的に円形の断面、長方形の断面、半円形の断面、三角形の断面等を有し得る。
【００３１】
本出願では、疎水性材料および親水性材料という用語は、それらの一般的な意味で使用されている。好ましくは、疎水性材料は、２３±２℃および相対湿度５０±５％で、純粋な疎水性材料の層上の水が５０°より大きい、より好ましくは６０°より大きい、さらにより好ましくは７０°より大きい、特に好ましくは８０°より大きい接触角を形成するように選択される。親水性材料は、２３±２℃および相対湿度５０±５％で、純粋な親水性材料で構成された層上の水が、５０°より小さい、より好ましくは４０°より小さい、さらにより好ましくは３０°より小さい、特に好ましくは２０°より小さい、さらにより好ましくは１０°より小さい接触角を形成するように選択される。
【００３２】
本発明によれば、親水性材料、疎水性材料および中間層の材料は実質的に水に不溶である。したがって、これらの材料の溶解度は、２３±２℃の水１Ｌ中で１ｇ未満、好ましくは水１Ｌ中で１０ｍｇ未満、より好ましくは水１Ｌ中で０．１ｍｇ未満、さらにより好ましくは２３±２℃の水１Ｌ中で１０μｇ未満である。
【００３３】
本発明によれば、本発明のマイクロ流体デバイスにおけるマイクロチャネルは、前記マイクロチャネルの内面の材料に直接適用される中間層と、前記中間層の上に位置する親水性コーティングとで少なくとも部分的に被覆されている。したがって、一実施形態では、マイクロチャネルの表面全体は、中間層と親水性コーティングとの組み合わせで被覆される。
【００３４】
さらに別の実施形態では、マイクロチャネルの内面は部分的にしか被覆されていない。マイクロチャネルの内面が部分的にしか被覆されていない場合、被覆されたセグメントが実質的にマイクロチャネル全体に沿って延びることが好ましい。この設計によって、マイクロチャネルのいずれの位置においても、水性の生物学的試料が疎水性材料で被覆された表面と接触することが保証される。このような配置によって、本発明のマイクロ流体デバイスの特に高い信頼性が保証される。
【００３５】
中間層の材料は、塩基でも塩でもない極性基を有していてよい。湿式研磨試験のストローク数により測定した親水性コーティングの付着強度は、従来技術のコーティングと比較して少なくとも２桁以上高くなる。増加した付着強度の大きさは、本発明のいくつかの実施形態において、従来技術よりも３〜４桁大きい。
【００３６】
本発明者らはさらに、中間層の材料として少なくとも１つの極性基を有する非膨潤性ポリマーを用いることにより、前述の中性または弱アニオン性のケイ素および／または金属酸化物の親水性コーティングを、マイクロチャネルの疎水性材料の表面にしっかりと結合させることが可能であることを見出した。中間層の材料は、２つの異なる成分（疎水性のマイクロチャネルの内面および親水性の親水性コーティング）に結合しなければならない。マイクロチャネルの疎水性内面には様々なポリマー材料が付着するが、親水性コーティングには、より付着しにくい。ここで驚くべきことに、少なくとも１つの極性基を有する非膨潤性ポリマー層が、ケイ素および／または金属酸化物をマイクロチャネルの疎水性内面の表面にしっかりと結合させるこれらの望ましい特性を有することが見出された。
【００３７】
望ましくない材料の膨潤が概して流体の流れ挙動の障害またはさらにチャネルの閉塞を引き起こす従来技術のマイクロ流体デバイスとは対照的に、本発明のマイクロ流体デバイスはこの欠点を有していない。
【００３８】
さらにより一層重要なことに、上記の系は、生物学的試料との、さらにはアルコール、グリセリドおよび炭化水素を含有するものとの優れた相容性を有する。システムの試験時に材料の膨潤は見られなかった。
【００３９】
試験した生物学的試料に由来する細胞、タンパク質および他の成分の望ましくない非特異的な吸着は起こらなかった。結果として、細胞の吸着によって生じるマイクロチャネルの閉塞は避けられる。
【００４０】
親水性コーティング
親水性コーティングに適した材料は、二酸化ケイ素および酸化アルミニウムなどの酸化物、ならびに酸化物混合物または混合酸化物である。有利には、例えば、１：１〜３０：１のＳｉ／Ａｌ比を有するケイ素−アルミニウム混合酸化物である。それらは塩基で部分的に中和されていてよく、したがってアルカリなどのカチオンまたはアンモニウムイオンを含有することになる。これらは、乾燥中に非常に容易に整列する。アニオン変性二酸化ケイ素および非水溶性金属酸化物も有用である。
【００４１】
ケイ素または酸化アルミニウムに加えて、またはその代わりに、親水性コーティングに含有され得る他の金属酸化物は、元素、例えば、亜鉛、チタン、ジルコニウムまたはクロムから誘導され得る。色が要因である場合には無色の金属酸化物が好ましい。酸化物が事実上水に不溶であることが常に求められる。２０℃の水中での酸化物自体またはその水和物の溶解度は、好ましくは２００ｐｐｍ未満である。
【００４２】
親水性コーティングは強い親水性効果を発揮する。これは明らかに酸化物の良好な水濡れ性と酸化物層の超微視的な粗さとの双方の結果である。
【００４３】
金属酸化物は水性コロイド懸濁液から適用することができる。しかしながら、極性液体、例えば、ジメチルホルムアミドまたはイソプロパノール中の、または水溶液媒体、例えば、アセトン、メタノールまたはエタノールと水との混合物中のコロイドも使用することができる。コロイド状態は当然ながら、通常は適切な界面活性剤の使用によって促進される。コロイド粒子は、２００ｎｍ未満、好ましくは１２０ｎｍ未満、特に５〜１００ｎｍのサイズを有する。純粋な酸化物は、通常、多かれ少なかれ水和および中和された形でコロイド中に存在し、その形で本発明で使用することができる。
【００４４】
コロイド状ケイ酸は、様々な使用可能な配合物で市販されている。安定化のためには、アルカリイオンまたはアンモニウムイオンなどのカチオンを含有するアニオンタイプが特に適している。親水性コーティングを形成する製品は、熱硬化性または紫外線硬化性であってもよい。適切な熱硬化性市販品の例はＫｉｅｓｅｌｓｏｌ  Ａ２００（Ｂａｙｅｒ  ＡＧ）である。好ましいＵＶ硬化性製品は、例えばＮａｎｏｃｒｙｌ（登録商標）シリーズ（Ｅｖｏｎｉｋ  Ｉｎｄｕｓｔｒｉｅｓ  ＡＧ）の製品である。
【００４５】
親水性コーティングは、依然として存在し得る潜在的な界面活性剤の含有量を除いて、主として９０質量％を上回る、好ましくは９９質量％を上回る酸化ケイ素、金属酸化物またはそれらの混合物を含む。酸化ケイ素は、例えば二酸化ケイ素であってもよい。水溶性ではない他の成分は存在していないことが好ましい。いずれの場合も、親水性、すなわち、２０°未満、好ましくは１０°未満の親水性コーティング上の水滴との接触角の形成に相当する親水性の性質でなければならない。
【００４６】
親水性コーティングのさらに重要な特徴はその厚みである。厚みと共に層のはく離傾向が大きく増加することが判明した。層の有効性に関して重要なことは、表面が断続的であることのみであり、その厚さは重要ではないので、使用されるコロイドを用いて製造され得る最小限の薄さの層が最高の効果をもたらすことになる。したがって、０．０１〜４μｍ、特に０．１〜１μｍの層厚さが好ましい。
【００４７】
中間層の材料
本発明による中間層の材料は、親水性コーティングとマイクロチャネルの疎水性内面に付着する。必要に応じて、マイクロチャネルの内面の一部にのみ親水性コーティングが施されている。この場合、中間層の材料は、これらの対応領域にのみ適用され得る。
【００４８】
中間層の材料の重要な特徴は、この材料が好ましくは少なくとも１つの極性基を有するポリマー材料であるべきことであり、不溶性かつ非膨潤性でなければならないことである。極性基は、中間層の材料の主成分に化学的に結合している必要はないが、これが好ましい。極性基が第２の成分に化学的に結合されていれば十分である。酸化物の酸素原子またはヒドロキシル基と極性基との間の相互作用により付着が起こると考えられる。水分子も酸化物の酸素原子と強い相互作用を有することが可能であり、極性基を排除することができるので、中間層のポリマー材料が吸収する水は最小限度になるものと考えられる。また、中間層の材料の強度も、繰り返される膨潤および縮小（unswelling）の結果としての形態変化によって低下することになる。このことによって、膨潤性が低下し、かつ極性が限定的であることの重要性について説明がつくが、本発明は所与の理論に限定されるものではない。
【００４９】
中間層の材料は、通常、１０００を上回る、好ましくは１０，０００を上回る重量平均分子量を有する少なくとも１種のポリマー物質または高分子物質からなる。これは、包括的な炭素骨格または酸素原子もしくは窒素原子によって中断される炭素骨格を有する有機材料、または酸素およびケイ素などのヘテロ原子から部分的に構成される包括的な基本骨格を有する混合有機無機材料であってよい。
【００５０】
中間層の材料は、好ましくは、少なくとも１つの極性基、特にヒドロキシル基、カルボキシル基、スルホニル基、カルボン酸アミド基、ニトリル基またはシラノール基を有する。極性基は、好ましくは、アルキル基、アルキレン基、アリール基またはアリーレン基などの非極性基を同時に含む高分子化合物の成分である。極性基と非極性基との比率は、疎水性の表面、すなわちマイクロチャネルの非極性内面への付着と、親水性の表面、すなわち親水性コーティングへの付着との双方が達成されるように選択されなければならない。極性は、中間層の材料自体が水溶性または水膨潤性となるほど高くてはならない。２０℃の水での飽和時の膨潤は、２０体積％、好ましくは１０体積％、より好ましくは２体積％を超えるべきではない。一方で、極性は、材料がベンゼンなどの完全に非極性の溶媒に可溶になるほど低くてはならない。塩素化炭化水素、エステル、ケトン、アルコールもしくはエーテルまたはそれらと芳香族化合物との混合物などの、極性が限定的である有機溶媒に可溶なものが最も適している。中間層の材質自体は、通常、親水性ではない。その表面上の水滴は、概して、２０°を上回る、より具体的には２０°〜７０°の接触角を形成する。
【００５１】
中間層の材料が、それぞれ１００ｇの材料に対して０．４〜１００ミリ当量の極性基を有する場合、２つの界面に対する親和性の必要なバランスが概して達成される。
【００５２】
本発明の好ましい実施形態では、中間層は２つのポリマー（Ａ）および（Ｂ）を含み、ここで水は、２３±２℃および相対湿度５０±５％で、ポリマー（Ａ）の層上に７３°以下の接触角を形成し、かつポリマー（Ｂ）の層上に７５°以上の接触角を形成する。接触角は、ドイツ、ハンブルグのＫｒｕｅｓｓ  ＧｍｂＨからのＤｒｏｐ  Ｓｈａｐｅ  Ａｎａｌｙｚｅｒ  ＤＳＡ１００−標準的な接触角測定システムを使用して、２３±２℃および相対湿度５０±５％で測定することができる。好ましくは、接触角は、以下に詳述するように、２０１１年１２月のＤＩＮ５５６６０規格に従って測定される。
【００５３】
接触角を決定するための層の厚さは本明細書では重要ではないが、水はポリマー（Ａ）またはポリマー（Ｂ）からそれぞれ構成される層にのみ接触している。概して５０μｍ以下の層厚さが十分である。しかしながら、接触角の正確な決定を可能にするために層は滑らかであるべきである。値は実質的に滑らかな表面に適用可能である。このタイプの表面の製造は、当業者に知られている。十分な層厚さの場合、フローコーティング法が用いられると、滑らかな表面が自発的に形成される。
【００５４】
中間層の重要な性質は、前記中間層のマイクロチャネルの内面への付着力と水滴の形成を阻害する層への付着力との双方が、それらのマイクロチャネルの内面への付着力よりも大きいことである。マイクロチャネルの疎水性内面によく付着する有機ポリマー材料は数多くあるが、水滴の形成を阻害する層への十分な付着力には特別な特性が必要である。
【００５５】
これらの特性は、極性基を有し、かつ中間層に位置するポリマー（Ａ）に基づいており、これらのポリマーは水への低い溶解性および低い膨潤性を有する。ポリマー（Ａ）の極性は、ポリマー（Ａ）から形成される層上に水によって形成される低い接触角から明らかである。この層は、ごく少量の添加剤または溶剤残渣を含み得るが、本明細書では、これらの添加剤が接触角に影響しないことが不可欠である。したがって、ポリマー（Ａ）の層は、２３±２℃および相対湿度５０±５％で７３°以下の接触角を形成し、ポリマー（Ａ）の接触角は、好ましくは５０°〜７２°の範囲、特に好ましくは６５°〜７１°の範囲である。
【００５６】
ポリマー（Ａ）の性質は、極性がある限り、特に制限されていない。これはポリマー（Ａ）から構成される表面上の水によって形成される接触角に反映されている。この極性は、概して、主鎖および／または側鎖の構成成分であり得る極性基を介して達成され得る。
【００５７】
したがって、ポリマー（Ａ）は重付加反応または重縮合反応によって得ることができる。その例は、本明細書ではポリエーテル、ポリエステル、ポリカーボネート、ポリウレタン、エポキシ樹脂、ポリアミド、シクロオレフィンコポリマー（ＣＯＣ）およびポリスチレン（ＰＳ）である。
【００５８】
ポリビニル化合物は、ポリマーとして適した化合物の別の群である。これらの例は、ポリオレフィン、例えば、ポリプロピレン、ポリエチレン、ポリアリール化合物、例えば、ポリスチレン；ポリ（アルキル）（メタ）アクリレートおよびポリビニルアセテートである。これらのポリマーを製造するのに適したビニル化合物は上記に記載されている。
【００５９】
これらのポリマー（Ａ）が上記の接触角を有するためには、これらのポリマーは極性基を含み得る。これらの基は、例として適切なコポリマーの選択によって、ポリマー（Ａ）に組み込まれ得る。これらの基も、さらにグラフト共重合によってポリマーにグラフトされ得る。
【００６０】
記載され得る具体的な極性基は、ヒドロキシ基、カルボキシ基、スルホニル基、カルボキサミド基、ニトリル基およびシラノール基である。それらは好ましくはアルキル基、アルキレン基、アリール基またはアリーレン基などの非極性基を含む高分子化合物の構成成分である。
【００６１】
ポリマー（Ａ）中の極性基と非極性基との比は、疎水性、すなわち非極性のマイクロチャネルの内面への付着と、さらには水滴の形成を阻害する、すなわち親水性である層への付着との双方を達成するように選択されなければならない。中間層自体の材料が水溶性または水膨潤性になるほど極性のレベルは高くなくてもよい。２３±２℃の水による飽和時の膨潤度は１０体積％以下、好ましくは２体積％以下である。しかしながら、ポリマー（Ａ）の極性のレベルは、材料がナフサなどの完全に非極性の溶媒に可溶となるほど低くならないようにも意図されている。適切な材料の大部分は、塩素化炭化水素、エステル、ケトン、アルコールもしくはエーテル、またはそれらと芳香族との混合物などの適度な極性の有機溶媒に可溶性である。
【００６２】
中間層の材料が、材料１００ｇにおいて０．４〜１００ミリ当量の極性基を有する場合に、２つの隣接する層との親和性の必要なバランスが総じて達成される。
【００６３】
極性基はそれらの分極作用の点で異なる。これは、ニトリル、ヒドロキシ、第一級カルボキサミド、カルボキシ、スルホニル、シラノールの順に増加する。分極作用が強いほど、ポリマー材料に必要な含有量は少なくなる。低極性基の場合、ポリマー材料１００ｇにおいて４〜１００ミリ当量の極性基が使用されるが、０．４〜２０ミリ当量／高極性基１００ｇで十分である。極性基の選択される含有量が低すぎる場合、水滴の形成を阻害する層は十分な付着性を有しない。一方、極性基の含有量が高すぎる場合、水膨潤性が過度に高くなり、そして付着性が低下する。
【００６４】
重縮合または重付加によって得られ、かつヒドロキシ基を含むポリマーの極性は、とりわけ、ケイ素原子１個あたり、少なくとも２つの加水分解性基、例えば、ハロゲン原子、アルコキシ基および／またはアリールオキシ基を有するシランとの反応により増加し得る。
【００６５】
これらの化合物の例は、テトラアルコキシシラン、例えばテトラメトキシシラン、テトラエトキシシラン、トリアルコキシシラン、例えばメチルトリメトキシシラン、メチルトリエトキシシラン、エチルトリメトキシシラン、ｎ−プロピルトリメトキシシラン、ｎ−プロピルトリエトキシシラン、イソプロピルトリエトキシシラン；ジアルコキシシラン、例えばジメチルジメトキシシラン、ジメチルジエトキシシラン、ジエチルジメトキシシラン、ジエチルジエトキシシラン、ジ−ｎ−プロピルジメトキシシラン、ジ−ｎ−プロピルジエトキシシラン、ジイソプロピルジメトキシシラン、ジイソプロピルジエトキシシランである。
【００６６】
ビニル化合物のフリーラジカル重合によって得られるポリマーは、重縮合または重付加によって得ることができるポリマーのように変性されていてもよい。
【００６７】
これらのポリビニル化合物を変性するには、特に加水分解性ではないビニル基を含むシランが使用され得る。特に好適なビニル系シラン化合物の例は、
ＣＨ２＝ＣＨ−Ｓｉ（ＯＣＨ３）３、ＣＨ２＝ＣＨ−Ｓｉ（ＯＣ２Ｈ５）３、ＣＨ２＝ＣＨ−ＳｉＣｌ３、ＣＨ２＝ＣＨ−Ｓｉ（ＣＨ３）（ＯＣＨ３）２、ＣＨ２＝ＣＨ−ＣＯ２−Ｃ３Ｈ７−Ｓｉ（ＯＣＨ３）３、ＣＨ２＝ＣＨ−ＣＯ２−Ｃ３Ｈ７−Ｓｉ（ＯＣＨ３）３、ＣＨ２＝Ｃ（ＣＨ３）−ＣＯ２−Ｃ３Ｈ７−Ｓｉ（ＯＣＨ３）３、ＣＨ２＝Ｃ（ＣＨ３）−ＣＯ２−Ｃ３Ｈ７−Ｓｉ（ＯＣ２Ｈ５）３およびＣＨ２＝Ｃ（ＣＨ３）ＣＯ２Ｃ３Ｈ７ＳｉＣｌ３である。
【００６８】
中間層の形成中および／または形成後に架橋につながる基を有するポリマー（Ａ）も好ましい。３つの加水分解性基と、さらに１つのビニル基とを有するシランが特にこの目的に適しており、これらのシランの例は上記のとおりである。
【００６９】
極性ポリマー（Ａ）は、中間層に単独でまたは混合物として存在していてよい。
【００７０】
中間層（１１）中のポリマー（Ａ）の量は、広い範囲内にあってよい。これは特にポリマー（Ｂ）の性質および極性に依存している。比率は、概して、中間層の質量を基準として、３０〜９５質量％、好ましくは４０〜９０質量％、特に好ましくは５０〜８５質量％の範囲にあるが、結果として生じる制限は意図されていない。
【００７１】
極性ポリマー（Ａ）に加えて、中間層（１１）は、非極性の性質を有する少なくとも１つのポリマー（Ｂ）を含み得る。この性質は、ポリマー（Ｂ）から構成される表面で水によって形成される接触角に反映される。この層は、ごく少量の添加剤または溶媒残渣を含み得るが、これらの添加剤が接触角に影響を与えないことが不可欠である。ポリマー（Ｂ）の水への溶解度は非常に小さい。これは概して１ｇ／ｌより小さい。
【００７２】
ポリマー（Ｂ）の性質は、ポリマー（Ｂ）から構成される表面上で水が形成する接触角によって、疎水性が高レベルである限り、特に制限されない。したがって、ポリマー（Ｂ）として適したポリマー化合物は、高い割合の非極性基を有する。
【００７３】
ポリマー（Ｂ）の疎水性の性質は、ポリマー（Ｂ）の層上で水が形成する大きな接触角により明らかである。したがってポリマー（Ｂ）の層の場合に見られる接触角は７５°以上であり、ポリマー（Ｂ）の接触角は好ましくは７５°〜９０°の範囲にあり、特に好ましくは７６°〜８０°の範囲にある。
【００７４】
したがってポリマー（Ｂ）は、重付加反応または重縮合反応によって得ることができる。これらの例は、ポリエーテル、ポリエステル、ポリカーボネート、ポリウレタンおよびポリアミドである。
【００７５】
ポリマー（Ｂ）として適した別の群の化合物は、ポリビニル化合物のものである。これらの例は、ポリオレフィン、例えばポリプロピレン、ポリエチレン；ポリアリール化合物、例えばポリスチレン；ポリ（アルキル）（メタ）アクリレートおよびポリビニルアセテートである。これらのポリマーを製造するのに適したビニル化合物は上記に記載されている。
【００７６】
上記ポリマーは、ある程度まで極性基を含む。このことは、ポリマーの極性の結果として、ポリマー（Ｂ）から構成される層と水とによって形成される接触角が所定の範囲外となるというものでない限り、重要ではない。本明細書では、これらのポリマーの極性は、上記の接触角の値が達成されるように、アルキル鎖などの疎水性の側鎖によって低下し得ることが述べられるべきである。
【００７７】
好ましいポリマー（Ｂ）は以下の成分を含む混合物のフリーラジカル重合によって得ることができる：
（メタ）アクリレート  ５０〜１００質量％
メチル（メタ）アクリレート  ０〜６０質量％、好ましくは０〜５０質量％
エチル（メタ）アクリレート  ０〜６０質量％、好ましくは０〜５０質量％
Ｃ３〜Ｃ６（メタ）アクリレート  ０〜１００質量％
Ｃ７（メタ）アクリレート  ０〜５０質量％
多官能価（メタ）アクリレート  ０〜５質量％
コモノマー  ０〜５０質量％
ビニル芳香族  ０〜３０質量％
ビニルエステル  ０〜３０質量％
（ビニル化合物の質量を基準とする）。
【００７８】
非極性ポリマー（Ｂ）は、中間層（１１）に個々に存在し得るか、または混合物として存在し得る。
【００７９】
中間層（１１）中に存在するポリマー（Ｂ）の量は、広い範囲内であってよい。これは、特にポリマー（Ｂ）の性質および極性に依存する。比率は、概して、中間層の質量を基準として５〜７０質量％、好ましくは１０〜６０質量％、特に好ましくは１５〜５０質量％の範囲であり、結果として生じる制限は意図されていない。
【００８０】
中間層はさらに慣用の添加剤を含み得る。これらの特定の例は、界面活性剤および流れ調整剤である。
【００８１】
中間層の製造方法の例では、ポリマー（Ａ）およびポリマー（Ｂ）を適切な溶媒または分散媒で混合して上記の添加剤を含み得るコーティング混合物が製造される。溶媒混合物の使用は、ポリマー（Ａ）および（Ｂ）の極性が異なるために必要な場合があり得る。
【００８２】
上記コーティング混合物は、マイクロチャネルの内面に適用されるか、または後で公知の方法によりマイクロチャネルのセグメントとなるフィルムに適用され得る。これらの例は、浸漬法、スプレー法、ドクター法、フローコーティング法、およびローラーまたはロールによる適用である。
【００８３】
このように適用されたコーティングは、概して、比較的短時間で、例えば１分〜１時間以内、概して約３分〜３０分以内、好ましくは約５分〜２０分以内で、かつ比較的低温、例えば７０℃〜１１０℃、好ましくは約８０℃で硬化または乾燥させることができる。
【００８４】
コーティングは、ロールツーロール加工により、特に簡単で、かつコスト効率の良い方法でフィルム上に適用され得る。ロールツーロール製造技術は当業者に周知であり、かつフィルムが２つの移動ロールの間を連続的に移送される際に、フィルムを連続的に処理することを含む。好ましい実施形態では、中間層を有するフィルムのコーティングは、６０℃〜８０℃の範囲の温度で、１ｍ／分〜７０ｍ／分、より好ましくは１０ｍ／分〜３０ｍ／分の速度で行われる。
【００８５】
典型的には、中間層および親水性コーティングの６０℃〜８０℃の温度での硬化は、１分〜１０分、好ましくは２分〜５分の時間内に実質的に完了する。したがって、中間層および親水性コーティングは、１つのロールツーロールラインでフィルム表面に有利に適用され得る。
【００８６】
中間層の厚さは特に重要ではない。しかしながら、この厚さは、可能であれば、費用対効果の理由から比較的低くなるように選択され、その下限は、全コーティングの安定性によって与えられる。しかしながら、硬化後の中間層の厚さは概して、結果として生じる制限を意図せずに０．０５μｍ〜１０μｍ、好ましくは０．１μｍ〜２μｍ、特に好ましくは０．２μｍ〜１μｍの範囲にある。コーティングの層の厚さは、透過型電子顕微鏡（ＴＥＭ）によって測定され得る。本発明のマイクロ流体デバイスの高信頼性を確保するためには、中間層の厚さをほぼ均一にすることが重要である。
【００８７】
本発明の１つの特定の態様では、２３±２℃および相対湿度５０±５％で中間層上の水によって形成される接触角は、結果として生じる制限を意図せずに６３°〜８０°の範囲、特に６５°〜７８°の範囲、特に好ましくは６８°〜７７°の範囲にある。
【００８８】
中間層の乾燥後、親水性コーティングがそこに適用される。
【００８９】
中間層のポリマー材料を三次元架橋（熱硬化）することも有利である。中間層の材料がポリマー材料の溶液から作られる場合、中間層の材料が形成されてはじめて、この種の架橋が誘導され得る。架橋は膨潤性をさらに低下させ、したがってマイクロ流体デバイスの信頼性を向上させる。この架橋は、ポリマー材料が完全に硬くかつ脆くなるほど強く行うべきではない。架橋ポリマーの特定の弾力性が有利である。
【００９０】
前記ポリマー材料の適切なクラスは、ビニルモノマーのポリマーまたは混合ポリマーを含む。ビニルモノマー単位の少なくとも一部には、上記のタイプの極性基が含まれなければならない。これは元のモノマーに由来し得るか、またはその後の移動によってポリマー中に導入され得る。ビニルモノマーの一部は、アルキル基、アルキレン基、アリール基またはアリーレン基などの非極性基を含む。
【００９１】
極性基は分極作用が異なり、次の順で増加する：ニトリル、ヒドロキシル、第一級カルボン酸アミド、カルボキシル、スルホニル、およびシラノール。分極作用が強いほど、必要なポリマー材料の含有率が低くなる。低極性基の場合、各ポリマー材料１００ｇあたり４〜１００ミリ当量の極性基が使用されるが、高極性基の場合、０．４〜２０ミリ当量／１００ｇで十分である。選択される極性基含有率が低すぎると、親水性コーティングの付着性が満たされないことになる。対照的に、極性基の含有率が高すぎる場合、水膨潤度が上がりすぎて、付着性は再び低下する。
【００９２】
上記の基を有するビニルモノマーの中でも、例えば、アクリル酸およびメタクリル酸ニトリル、不飽和重合性カルボン酸のヒドロキシアルキルエステル、特にヒドロキシアルキル残基に２〜６個の炭素原子を有するもの、グリシジルアクリレート、およびメタクリレート、または加水分解を通してそれから製造されるジヒドロキシアルキルエステル、上記酸のアミド、特にアクリルアミドおよびメタクリルアミド、アクリル酸、メタクリル酸、マレイン酸、フマル酸、またはイタコン酸、ならびにビニルスルホン酸、スチレンスルホン酸、アクリルおよびメタクリルアミドアルカンスルホン酸、アクリルオキシおよびメタクリルオキシアルキル−トリアルキルシランおよびそれらの加水分解の生成物が挙げられる。塩基でも塩でもない極性基が好ましく、特にヒドロキシル基、カルボキシル基、炭素アミド基およびシラノール基が好ましい。
【００９３】
非極性基を有する適切なビニルモノマーは、不飽和重合性酸のアルキルエステル、例えば、アクリル酸、メタクリル酸、マレイン酸、フマル酸またはイタコン酸である。アルキル残基は、概して、１〜１８個の炭素原子、好ましくは１〜８個の炭素原子を含む。また、適切なモノマーは、スチレン、ビニルトルエン、酢酸ビニル、プロピオン酸ビニルおよび他の脂肪酸のビニルエステル、塩化ビニル、および塩化ビニリデンである。
【００９４】
極性および非極性ビニルモノマーの混合ポリマーまたはコポリマーは、フリーラジカル重合の既知の方法に従って、例えば溶液重合または乳化重合により製造され得る。得られた溶液または分散液は、必要に応じて、最初に薄層化した後に直接使用して、中間層の材料を製造することができる。
【００９５】
中間層の材料に適した他の種類のポリマー材料は、極性基を有するポリエステル、ポリエーテル、ポリカーボネート、ポリウレタンまたはエポキシ樹脂である。極性基は利用される元の材料の成分であり得るか、またはそれらは後でポリマー材料中に導入され得る。ヒドロキシル基を有するポリマー材料は、例えば、少なくとも２個のケイ素原子に結合したハロゲン原子、アルコキシ基またはアリールオキシ基を有するシランで変換することができる。適切な例は、テトラクロロシラン、テトラエトキシシラン、テトラフェノキシシラン、メチルトリメトキシシランまたはメチルトリクロロシランである。このように導入された基の加水分解により、おそらく中間層の材料を最初に形成した後に、極性シロキサン基が形成される。それらは他の極性基に比べ、ケイ素および酸化アルミニウムへの結合が非常に強く、中間層の材料の水膨潤能にほとんど影響しないという利点がある。したがって、中間層の材料としてのＳｉ−ＯＨ基を有するポリマー材料は、本発明の好ましい実施形態を表す。中間層の材料の効果は、双方の境界面（一方はマイクロチャネルの疎水性内面および他方は親水性コーティング）で達成される。これを実現するには、可能な限り薄い層が望ましい。したがって、層厚は０．０１〜２０μｍ、好ましくはわずか０．０１〜２μｍであってもよい。薄い層は、完全な被覆で製造するのが困難である。厚い層はあまり経済的ではないが、技術的には十分に有効である。
【００９６】
接触角の測定
接触角は、Ｋｒｕｅｓｓ  ＧｍｂＨ、ハンブルグ、ドイツからのＤｒｏｐ  Ｓｈａｐｅ  Ａｎａｌｙｚｅｒ  ＤＳＡ１００−標準接触角測定システムを用いて、２３±２℃および相対湿度５０±５％で測定することができる。Ｋｒｕｅｓｓ  ＧｍｂＨから入手可能なＮＥ６２などのステンレス針が使用され得る。
【００９７】
好ましくは、接触角は、以下の手順を使用して、２０１１年１２月のＤＩＮ  ５５６６０規格に従って測定される：
分析されるべき試料を平面支持体上に水平に置く。機器のプリズムシステムを使用する際、カメラは試料の表面に対して垂直に置かれる。カメラの視野角は、予想される接触角に応じて調整される。
【００９８】
その後、静的接触角が測定される。
【００９９】
針先と試料台とを合わせた後、針を上にして、針の先端に水滴を形成する。針を下げると、液滴は試料の表面につく。液滴の直径は一連の測定を通して一定に保たれ、理想的には２ｍｍである。液滴の適用と接触角の測定の間に、１０秒の待ち時間が維持される。
【０１００】
各接触角の測定は、新しい液滴を用いて行われる。接触角は５回の測定値の平均として計算される。
【０１０１】
表面自由エネルギーを測定するにはＯｗｅｎｓ−Ｗｅｎｄｔ法が使用できる。
【０１０２】
コーティングプロセス
一実施形態では、本発明によるコーティングプロセスは、マイクロチャネル要素の製造直後に実施され得る。しかしながら、場合により、例えばポリオレフィンプラスチックのコーティング中に、被覆されるべき表面のコロナ放電処理は、中間層の材料を適用する前に有用である。
【０１０３】
好ましい実施形態では、本発明のマイクロ流体デバイスは、フィルムを含み、その少なくとも１つの面は、親水性層で覆われた中間層で被覆されている。この実施形態では、フィルムは下記のように被覆され、続いてマイクロ流体デバイスの製造に用いられる。この実施形態により、特に単純で、かつコスト効率の良い方法でマイクロ流体デバイスを製造することが可能になる。
【０１０４】
中間層の材料は、コーティング剤の水性分散液または有機溶液として適用することができる。層が非常に薄い場合、分散液または溶液は非常に薄くした形で適用され得る。０．１〜４０質量％、好ましくは１〜１０質量％の濃度が有効である。液体コーティング剤は、アニロックスロールによって、塗装、流し込み、ローリング、吹き付けまたは他の公知の方法によって適用することができる。好ましくは、コーティングは、ロールツーロールプロセスまたはアニロックスロールを用いて適用される。適用されたコーティング液は、必要に応じて、ドクター、例えば、ワイヤードクター、歯状ドクター（toothed doctor）、ゴムまたはエアードクターで均一に分散させることができる。適用直後に、液体成分は、例えば温風乾燥機で蒸発させる。その後、酸化物層が同様に適用される。酸化物のコロイド液、水溶液または分散液が適用されることが好ましい。しかしながら、ケイ素または他の金属の化合物を適用することも可能であり、これは次に表面上で加水分解される。例えば、オルトケイ酸エステルの溶液は、弱酸性のアルコールで塗布され得る。エステルは、コーティングの乾燥中または乾燥後に加水分解される。
【０１０５】
フィルムが使用される場合、コーティング液が処理された表面を完全に覆うことが重要である。これは、必要に応じて、好ましくは非イオン性界面活性剤を添加することによって容易になり得る。適切な界面活性剤は、例えば、酸化物含有率に対して２〜２０質量％、好ましくは３〜５質量％の界面活性剤の濃度でオキシエチル化脂肪アルコールを含む。均一な湿潤に対して必要以上に界面活性剤を使用しないことが好ましい。その後、水は、好ましくは温風乾燥機で再び蒸発される。乾燥プロセスの間、コーティングの温度は概して５０℃〜６０℃を超えない。乾燥したコーティングが、所定の時間、例えば、少なくとも３分、好ましくは５〜１０分にわたり、８０℃を上回る温度でさらに加熱される場合、付着性およびこすり落としに対する耐性は再び顕著に改善される。マイクロチャネルの内面の種類または使用されるフィルムの種類に応じて、１００℃を上回る温度、場合により１５０℃までの温度が使用され得る。
【０１０６】
被覆されるべき材料
好ましい一実施形態では、マイクロ流体デバイス１は、
少なくとも１つの溝４をその表面上に有するモノリシック体３と、
フィルム５と溝４とが組み合わされることでマイクロチャネル２が画定されるように前記表面に付着した前記フィルム５と、
から構成され、
中間層１１は、前記モノリシック体３に隣接するフィルム５の表面上に位置し、
親水性コーティング１２は中間層１１の上に位置する。
【０１０７】
この実施形態では、コーティング１１および１２がフィルム５に最初に適用される。良好なコーティングの候補は、厚さ１０ｍｍ未満から約０．０１ｍｍまで、好ましくは厚さ０．０５〜２ｍｍのフィルムで得られる。特に良好な結果は、厚さ０．１ｍｍから約１ｍｍまで、好ましくは厚さ０．２〜０．６ｍｍのフィルムで得られる。
【０１０８】
被覆されるべき材料は、透明、半透明または光透過性であってよく；好ましくは透明で、かつ無色または半透明の白色であってよい。
【０１０９】
概して、上記のコーティングは主に、それ自体構造中に極性基をほとんど含まないか、またはごくわずかしか含まないプラスチックなどの、固有に疎水性の表面を有するすべてのプラスチックに適している。これらの中でも、例えば、ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリスチレンおよびその変性耐衝撃性誘導体、ポリ塩化ビニルおよびポリエステルが挙げられる。このようなプラスチックは、その上にある水滴の接触角が７０°を上回る場合、疎水性である。好ましいプラスチックは、ポリメチル（メタ）アクリレート（アクリルガラス）、例えば、ＰＭＭＡおよびポリカーボネート、特にビスフェノールＡのものである。
【０１１０】
親水性コーティングの評価
ＰＭＭＡやポリカーボネートなどのプラスチックは、固体の表面張力が低いため、水で濡れにくい。これらのプラスチック製の、水平で被覆されていない板の上側の水滴の接触角は約７５°である。接触角は、濡れた表面と、表面との接触点における水滴の表面上の接線との間の角度を意味する。好ましくは、接触角は２０１１年１２月のＤＩＮ  ５５６６０規格に従って測定される。
【０１１１】
接触角が７５°の液滴は完全な半球を形成する。
【０１１２】
様々な被覆された材料の親水性効果を評価するために、欧州特許第０１４９１８２号明細書（EP 0 149 182 B1）に記載されているような箱型装置が使用され得る（欧州特許第０１４９１８２号明細書（EP 0 149 182 B1）の図１を参照）。深さは一様に２３０ｍｍであり；断面の前後にある側面は閉じられている。装置の床は、加熱要素２によって４０℃で一定に保たれた深さ１５０ｍｍの水の層で覆われている。
【０１１３】
試験されるべきコーティング材料は、中空室４の下面を形成し、この中空室４に１３℃の水が供給ライン５および排出ライン６を通って流れる。
【０１１４】
グレージング材料３は２３°の角度に配置されている。親水性のコーティングを施した場合、これは下側にある。流出した凝縮水はチャネル７に集められ、ライン８を介して測定容器９に導かれる。
【０１１５】
評価のため、２４時間以内に集められた水の量を測定した。凝縮水の量はすべての試験において実質的に等しくなければならないので、最適に拡散しているグレージング材料から集められる水の量よりも不十分に拡散しているグレージング材料から集められる水の量が少ないのは、水の量が減少したことを表す。徹底的に洗浄・脱脂したガラス表面にはほとんど液滴が発生せず、最適な基準として使用することができる。
【０１１６】
凝縮水試験の結果は、次の第１表の試験されたグレージング材料についてまとめられている。
【表１】
2019516073.tif 000002
【０１１７】
説明：
＊  水拡散層は初めに非常に効果的であったが、１２時間後には分離した
Ｎ  ブチルメタクリレート、メチルメタクリレート、アルキル化メチロールメタクリルアミド、ヒドロキシエチルアクリレートのコポリマーから製造された接着層
Ｍ  メチルメタクリレートとメタクリロキシプロピルトリメトキシシランとのコポリマーから作られる接着層
Ａ  ケイ酸塩ガラスまたはプラスチック用の商業用水拡散コーティング（Ｓｕｎｃｌｅａｒ  Ｇ．  Ｓｏｌａｒ  Ｓｕｎｓｔｉｌｌ、ＵＳＡ）
Ｂ  Ａと同様であるが、８０℃で５分間乾燥させた後
Ｃ  市販の水性コロイド状のわずかにアニオン性のケイ酸（Ｋｉｅｓｅｌｓｏｌ  Ａ２００、Ｂａｙｅｒ  ＡＧ）
Ｄ  酸化アルミニウム（Ｌｕｄｏｘ  ＡＭ、ＤｕＰｏｎｔ）またはナノアクリル（Ｅｖｏｎｉｋ  Ｉｎｄｕｓｔｒｉｅｓ  ＡＧ）で表面改質された市販の水性コロイド状のわずかにアニオン性の二酸化ケイ素
【０１１８】
本発明のマイクロ流体デバイス
上記のように、マイクロチャネルの内面全体を形成する材料またはマイクロチャネルの内面の少なくとも１つのセグメントをコーティングした後、本発明のマイクロ流体デバイスを組み立てることができる。
【０１１９】
好ましい実施形態では、本発明のマイクロ流体デバイスは、少なくとも１つの溝をその表面に有するモノリシック体３と、フィルムと溝とが組み合わされることでマイクロチャネルが画定されるように前記表面に付着したフィルムとから構成されている。モノリシック体３に隣接し、マイクロチャネルのセグメントを形成するフィルムの表面は、フィルムの表面上に位置する中間層で被覆されており、そして、疎水性コーティングによって被覆されている。
【０１２０】
マイクロ流体デバイス１のマイクロチャネル２の断面積は、確実な試料の流れが確保されている限り特に制限されない。好ましくは、マイクロチャネル２の平均断面積は、１０μｍ２〜４ｍｍ２、好ましくは４０μｍ２〜２ｍｍ２である。
【０１２１】
マイクロチャネルの断面の形状は、チャネルを通した試料の確実な流れを可能にする限り特に制限されない。一実施形態では、マイクロチャネルは実質的に円形の断面を有する。しかしながら、当業者によって容易に理解されるように、フィルムと溝とが組み合わされることでマイクロチャネルが画定される本発明の好ましい実施形態では、少なくともフィルム表面によって規定されるセグメントは実質的に平面である。この実施形態では、マイクロチャネルは、長方形の断面、半円形の断面、三角形の断面等を有していていよい。
【０１２２】
したがって、一旦フィルムが中間層１１および親水性コーティング１２で被覆されると、これはモノリシック体３に付着し、少なくとも１つのマイクロチャネル２が形成される。
【０１２３】
モノリシック体３の作製には様々な技術を用いることができ、使用される技術は部分的に材料の選択に基づいて選択される。モノリシック体を製造するための代表的な材料としては、ガラス、シリコン、スチール、ニッケル、ＰＭＭＡ、ポリカーボネート、ポリスチレン、ポリエチレン、ポリオレフィン、シリコーン（例えば、ポリ（ジメチルシロキサン））、およびこれらの組み合わせが挙げられる。他の材料は当業界において知られている。これらの材料にチャネルを作製するための方法は、当該技術分野において知られている。これらの方法としては、フォトリソグラフィ（例えば、ステレオリソグラフィまたはＸ線写真）、成形、エンボス加工、シリコンマイクロマシニング、湿式または乾式化学エッチング、ミリング、ダイアモンドカット、リソグラフィ電鋳成形（Lithographie Galvanoformung and Abformung）（ＬＩＧＡ）、ならびに電気めっきが挙げられる。
【０１２４】
例えば、ガラスの場合、従来のフォトリソグラフィのシリコン作製技術とそれに続くウェット（ＫＯＨ）エッチングまたはドライエッチング（フッ素または他の反応性ガスによる反応性イオンエッチング）が利用され得る。光子吸収効率の高いプラスチック材料に対してレーザー微細加工などの技術が採用され得る。この技術はプロセスの連続性のためにスループットの低い製造に適している。モノリシック体を特に低コストで生産するためには、熱可塑性射出成形および圧縮成形が好ましい。マイクロ流体デバイスのモノリシック体の製造には、コンパクトディスクの大量生産に使用される従来の熱可塑性射出成形品（サブミクロンのフィーチャの忠実度を維持する）も利用され得る。
【０１２５】
例えば、モノリシック体３の形状は、従来のフォトリソグラフィによってガラスマスターに複製される。ガラスマスターを電鋳し、優れた耐熱衝撃性で、熱伝導性の硬いモールドにする。このモールドは、フィーチャをモノリシック体３に射出成形または圧縮成形するためのマスターテンプレートとして機能する。モノリシック体を作製するために使用される材料および完成したマイクロ流体デバイスの光学品質やスループットへの要求に応じて、圧縮成形または射出成形が製造方法として選択され得る。圧縮成形（ホットエンボスまたはレリーフインプリンティングとも呼ばれる）には、小さな構造には優れているが、高アスペクト比の構造を複製するのに使いにくく、サイクルタイムが長くなる高分子量ポリマーに適合するという利点がある。射出成形は高アスペクト比構造の場合にうまくいくが、最も適しているのは低分子量ポリマーの場合である。
【０１２６】
一実施形態では、モノリシック体３はＰＭＭＡで作られる。フィーチャは、標準的なフォトリソグラフィとそれに続く電気めっきを用いて電鋳型に転写される。モールドは、圧力（５〜２０トン）下でガラス転移温度（１０５℃）付近の温度でフィーチャをＰＭＭＡにホットエンボス加工するために使用される（圧力および温度は、デバイスの最も深い特徴の高精度複製を考慮して調整されることになる）。次にモールドを冷却してモノリシック体を取り除くことができる。
【０１２７】
その後、被覆されたフィルムがモノリシック体に適用され、少なくとも１つのマイクロチャネルが形成される。被覆されたフィルムは、真空アシスト熱接着を用いてモノリシック体の表面上に結合され得る。真空は接合部の空隙の形成を防ぐ。
【０１２８】
本発明のマイクロ流体デバイスは、複数の被覆されたフィルムおよびモノリシック体を組み合わせて作製され得る。一実施形態では、マイクロ流体デバイスの別個のフィルムおよびモノリシック体は、１つの流体のためのチャネルを含む。モノリシック体の層は、クランプ、接着剤、熱、陽極接合、または表面基の間の反応（例えば、ウェハボンディング）によってフィルムと一緒に結合され得る。
【０１２９】
別の実施形態では、本発明のマイクロ流体デバイスは、２つ以上の平面において、１つの部品として、例えば、ステレオリソグラフィまたは他の３次元加工技術を用いて製造され得る。コーティングは別のステップでマイクロチャネルに適用される。
【０１３０】
さらに好ましい実施形態では、マイクロ流体デバイス１は、少なくとも
少なくとも１つの溝４をその表面に有する第１のフィルム６および
第２のフィルム５と溝４とが組み合わされることでマイクロチャネル２が画定されるように第１のフィルム６の前記表面に付着した第２のフィルム５
を含み、
中間層１１は、第１のフィルム６に隣接したフィルムの表面上に位置し、かつ
親水性コーティング１２は中間層１１の上に位置する。
【０１３１】
この実施形態では、マイクロ流体デバイス１は、典型的には、
第２のフィルムの材料１０に直接適用される中間層１１および
前記中間層１１の上に位置する親水性コーティング１２
で少なくとも部分的に被覆された少なくとも１つの表面を有する第２のフィルム５を、
少なくとも１つの溝４をその表面上に有する第１のフィルム６に付着させて、第２のフィルム５と溝４とを組み合わせてマイクロチャネル２を画定する工程
を含む方法によって製造される。
【０１３２】
第１のフィルム６の表面の溝は、モノリシック体３の文脈で上述した方法の１つによって形成され得る。あるいは生産性およびコスト効率をさらに向上させるために、第１のフィルム６の表面上の溝４がホットエンボス加工により形成され得る。溝４を作るためのさらに有利な可能性はレーザーエッチングである。この方法は、マイクロ流体デバイス１が複数の積層フィルムを含む場合に特に好ましい。
【０１３３】
当業者には容易に理解されるように、本発明のマイクロ流体デバイスは、２つを上回る積層フィルムおよび／またはモノリシック体を含み得る。この実施形態は、マイクロチャネルの三次元配置を可能にするので、マイクロチャネルの数が多い複雑なマイクロ流体デバイスを構築する上で非常に有利である。このような配置では、両面に親水性コーティングを施したフィルムを使用すると、フィルムの両面にマイクロチャネルを形成できるので、特に有利である。
【０１３４】
さらに別の実施形態では、第１のフィルム６と第２のフィルム５の双方が、その表面に少なくとも１つの溝４を有する。この実施形態では、マイクロチャネル２は、第１のフィルム６および第２のフィルム５の表面上に位置する２つの溝の組み合わせによって規定され得る。この配置により、特に単純な方法で、親水性コーティングで完全に被覆されたマイクロチャネルを得ることができる。
【０１３５】
本発明は、本発明の実施例および比較例によってさらに詳細に説明されるが、本発明はこれらの本発明の実施例に限定されるものではない。
【０１３６】
実施例１
中間層の作製
メチルメタクリレート８８％およびγ−メタクリロイルオキシプロピルトリメトキシシラン１２％から構成される第１のコポリマーならびにメチルメタクリレート２０％およびブチルメタクリレート８０％から構成される第２のコポリマーを、酢酸ブチルに１：１の割合で溶解し、薄層としてＰＭＭＡフィルムに適用した。流出後、被覆されたフィルムを８０℃のオーブンで２０分間乾燥した。
【０１３７】
乾燥した中間層と水との接触角を測定すると、約２３℃および相対湿度５０％で７６．５°であった。これに対して、第１のコポリマーから作製した中間層の接触角は、２３℃および相対湿度５０％で約６６°であり、γ−メタクリロイルオキシプロピルトリメトキシシランのメトキシ基をある程度まで加水分解した。第２のコポリマーから構成される中間層の接触角は７７．５°であった。
【０１３８】
親水性コーティングの調製
アニオン性シリカゾル（固形分３０％）２５％を、Ｏ−エチルジチオ炭酸の３−スルホプロピルエステルのカリウム塩０．１％およびエトキシル化脂肪アルコール０．４％と共に脱イオン水で１００部にし、中間層が設けられたフィルム上に薄層にコーティングした。
【０１３９】
空気乾燥後、中間層および親水性コーティングが設けられたフィルムを、対流式オーブン内で８０℃で２０分間乾燥させる。
【０１４０】
曲げ半径４７．５ｍｍで成形した後、実施例１と同様にして作製したフィルムは、コーティングに曇りまたは亀裂を示さず、かつ低接触角で、水滴形成の十分な抑制力を示した。
【０１４１】
得られたフィルムを本発明のマイクロ流体デバイスの製造に直接使用した。
【０１４２】
実施例２
中間層の作製
Ｅｖｏｎｉｋ  Ｉｎｄｕｓｔｒｉｅｓ  ＡＧ製のポリメチルメタクリレートの無色フィルム１７５μｍを、２２℃および相対湿度３５±２％で市販の製品Ａｃｒｉｆｉｘ（登録商標）１２０でコーティングした。得られた被覆されたフィルムを、室温で１０分間乾燥させ、続いて８０℃で１０分間加熱し、５分間かけて室温に冷却した。
【０１４３】
親水性コーティングの作製
その後、市販の製品Ａｃｒｉｆｉｘ（登録商標）１２２を中間層の上に室温で適用した。被覆されたフィルムを室温で１０分間乾燥させ、続いて８０℃で１０分間加熱し、５分間かけて室温に冷却した。
【０１４４】
得られたフィルムを本発明のマイクロ流体デバイスに用いた。
【０１４５】
実施例３
押出されたポリメチルメタクリレートのフィルムの１つの表面を、ワイヤードクターによって、イソプロピルアルコールおよびトルエンの混合物中に４７質量％のブチルメタクリレート、４７質量％のメチルメタクリレート、３質量％のアルキル化Ｎ−メチロールメタクリルアミドおよび３質量％のヒドロキシエチルアクリレートを含む混合ポリマーの溶液２．５％の厚さ４μｍのフィルムで覆った。混合ポリマーは２６ミリ等量／１００ｇの極性基を含む。乾燥後、ポリマー層の厚さは０．１μｍである。これを８０℃で５分間加熱し、冷却した後、表面が酸化アルミニウムで変性された３％のわずかにアニオン性の水性ケイ酸ゾル（市販品Ｌｕｄｏｘ  ＡＭ、ＤｕＰｏｎｔ）の厚さ１２μｍの層で覆い、このゾルは０．０１質量％の８×オキシエチル化イソトリデシルアルコールを非イオン性乳化剤として含有する。まだ湿ったコーティングを周囲空気で８０℃の温蔵庫で５分間乾燥させる。得られたＳｉＯ２層の厚さは０．１５μｍである。
【０１４６】
平らなコーティング上の水滴は、１０°未満の接触角になるまで広がる。
【０１４７】
被覆されたフィルムをマイクロ流体デバイスの製造に使用し、このデバイスを、様々な生物学的試料で試験した。
【０１４８】
実施例４
ブチルメタクリレート４７質量％、メチルメタクリレート４７質量％、グリシジルメタクリレート３質量％、およびメタクリル酸３質量％の混合ポリマーから中間層を作製した以外は、実施例３による方法を繰り返した。グリシジル基とメタクリル酸のカルボキシル基とが完全に交換されることを仮定すると、この層は、各ポリマー１００ｇについて２１ミリ当量のヒドロキシル基および１４ミリ当量のカルボキシル基を含み、これは極性基について合計３５ミリ当量／１００ｇに相当する。親水性コーティングを実施例３のように適用した。
【０１４９】
層上に置かれた水滴の接触角は１０°未満であった。
【０１５０】
被覆されたフィルムをマイクロ流体デバイスの製造に使用し、このデバイスを様々な生物学的試料で試験した。
【０１５１】
実施例５
メチルメタクリレート８７．６質量％およびγ−メチルメタクリルオキシプロピル−トリメトキシシラン１２．４質量％の混合ポリマーから中間層を作製した以外は、実施例３による方法を繰り返した。シロキサン基の加水分解後、これは５０ミリ当量／１００ｇの極性シラノール基を含む。
【０１５２】
コーティング上に置かれた水滴の接触角は１０°未満であった。
【０１５３】
実施例６
メチルメタクリレート８５．６質量％、γ−メタクリルオキシプロピル−トリメトキシシラン１２．４質量％およびＮ−ブトキシメチルメタクリルアミド２質量％の混合ポリマーから中間層を作製した以外は、実施例３による方法を繰り返した。シロキサン基の加水分解後、これは５０ミリ当量／１００ｇの極性シラノール基を含む。
【０１５４】
コーティング上に置かれた水滴の接触角は１０°未満であった。
【０１５５】
実施例７〜１０
わずかにアニオン性の別の水性ケイ酸ゾル（市販品Ｋｉｅｓｅｌｓｏｌ  Ａ２００、Ｂａｙｅｒ  ＡＧ）を同じ濃度で用いた以外は、実施例３〜６によるコーティング方法を繰り返した。
【国際調査報告】
2019516073.tif 000003
2019516073.tif 000004
2019516073.tif 000005