(57)【要約】【課題】撥水加工された基材表面上に置かれた微小粒子を、移動操作する方法を提供する。【解決手段】本発明の微小粒子の移動方法は、撥水処理された基材１０１上に置かれた微小粒子１０２上へ揮発性成分を含む微小液滴１０２を滴下し、乾燥過程において、所定の方向にのみ微小液滴１０４を連続して追加していくことで、乾燥が進む側の液膜の界面移動に伴い微小粒子の移動を制御する。微小液滴を供給する方法として、インクジェット方式を用いることを特徴とする微小粒子の移動方法である。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
撥水処理された基材上に置かれた微小粒子上へ揮発性成分を含む微小液滴を滴下し、乾燥過程において、所定の方向にのみ微小液滴を連続して追加していくことで、乾燥が進む側の液膜の界面移動に伴い微小粒子を連続的に移動させることを特徴とする微小粒子の移動方法。
【請求項２】
請求項１に記載の微小粒子の移動方法において、微小粒子や微小粒子を含む微小液滴へ連続的に微小液滴を供給する方法として、インクジェット方式を用いることを特徴とする微小粒子の移動方法。
【請求項３】
請求項１または２に記載の微小粒子の移動方法において、撥水処理された基材表面の一部に形成された凹凸構造により、微粒子の移動の規制や移動経路の補正を行うことを特徴とする微小粒子の移動方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、液滴を用いた微小粒子の移動方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、微細加工技術を生体分野へ応用したバイオチップ等の生体デバイスが注目され発展を遂げている。これら生体デバイスは、ＤＮＡ、タンパク質などの生体材料や細胞を支持基板上に配置固定したもので、固定化された生体材料や細胞とその他の生体材料や化合物との相互作用により誘発される光や電気反応を検出したり、または相互作用の結果生ずる表面の変化を、迅速に取得して処理することで特定の情報を得ることを目的としている。
【０００３】
このような生体デバイスの一つとして、複数種類の生体材料を微小粒子（マイクロビーズ）表面に固定させ、さらにこれらの微小粒子をデバイス上に配列したマイクロビーズアレイと呼ばれる生体デバイスが考案されている(特許文献１)。
【０００４】
通常、このような生体デバイスでは、複数種類の生体材料が固定化された微小粒子（マイクロビーズ）が整列配置されたり、マイクロリアクター内の送液流路内に配置されるが、これら直径数μｍの微小粒子（マイクロビーズ）を機械的に配置することは困難である。
【０００５】
これまで、このような微小粒子（マイクロビーズ）の配置には、インクジェト方式（特許文献２、３）やマイクロコンタクトプリント方式（非特許文献１）等、微小粒子（マイクロビーズ）のパターニングを行う方法と、光ピンセットを用いて微小粒子（マイクロビーズ）の補足と移動を行う方法（特許文献４，５）が考案されてきた。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２０００−３４６８４２号公報
【特許文献２】特開２００２−３５５０２６号公報
【特許文献３】特開２００６−２２７５９０号公報
【特許文献４】特開平２−９１５４５号公報
【特許文献５】特開２００３−１５５３００号公報
【非特許文献】
【０００７】
【非特許文献１】アンドレ・バーナード外４名、アドバンスドマテリアルズ(Advanced Materials)、２０００年７月、１２巻、１４号、ページ1067-1070。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
しかしながら、インクジェット方式によるパターニングを用いる場合、例えば直径５μｍのマイクロビーズを吐出するためには、少なくとも直径３０μｍのノズル径が必要で、吐出される液滴も大きくなることから、マイクロビーズの固定位置を正確に定めることができない。
【０００９】
また、インクジェト方式やマイクロコンタクトプリント方式では、一度に多くの微小粒子（マイクロビーズ）を扱うことができるが、例えばインクジェット方式の場合１種類の微量粒子に対して１つのインクジェットヘッドを準備する必要があり、生体デバイスの製
造に対しては実用的では無い。また、マイクロコンタクトプリント方式では、微小粒子の微細なパターニングや配列を行うことが可能だが、印刷１工程に対して１種類の微小粒子を扱うのが基本であり、やはり多種の微小粒子（マイクロビーズ）を扱うことが困難である。
【００１０】
一方、光ピンセット（レーザートラップ方式）を用いると、個々の微小粒子（マイクロビーズ）を捕捉し、ステージを移動させることで自由に移動を行うことができるが、光学系やステージ稼動機構を有する機械が高価であることや、微小粒子（マイクロビーズ）の重さや透過度、屈折率に制限を伴うことも課題とされた。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
上記の課題を解決するための請求項１に記載の発明は、撥水処理された基材上に置かれた微小粒子上へ揮発性成分を含む微小液滴を滴下し、乾燥過程において、所定の方向にのみ微小液滴を連続して追加していくことで、乾燥が進む側の液膜の界面移動に伴い微小粒子を連続的に移動させることを特徴とする微小粒子の移動方法としたものである。
【００１２】
また、請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の微小粒子の移動方法において、微小粒子や微小粒子を含む微小液滴へ連続的に微小液滴を供給する方法として、インクジェット方式を用いることを特徴とする微小粒子の移動方法としたものである。
【００１３】
さらに、請求項３に記載の発明は、請求項１または２に記載の微小粒子の移動方法において、撥水処理された基材表面の一部に形成された凹凸構造により、微粒子の移動の規制や移動経路の補正を行うことを特徴とする微小粒子の移動方法としたものである。
【発明の効果】
【００１４】
本発明は以上の特徴を持つことから、下記に示す効果がある。
【００１５】
本発明の微小粒子の移動方法では、撥水処理された基材上に置かれた微小粒子上へ揮発性成分を含む微小液滴を滴下すると、その乾燥過程において液滴の範囲が中心に向かって徐々に狭くなり微小粒子を中央へ移動させていく現象を利用し、微小液滴の乾燥過程において、微小粒子を移動させる方向へ連続的に液滴を加える事により、液滴が豊富な領域と乾燥が進む領域をつくりだし、乾燥する側の液滴界面が未乾燥側に向かって連続的に移動するため、液滴中の微小粒子の移動を誘発できる。
【００１６】
本発明の微小粒子の移動方法において、微小粒子や微小粒子を含む微小液滴へ連続的に微小液滴を供給する方法として、インクジェット方式を用いることで基材上の微小液滴への連続的な液滴供給を可能とし、安価な微小粒子の移動方法を得ることができる。
【００１７】
さらに本発明の微小粒子の移動方法において、撥水処理された基材表面の一部に凹凸構造を形成することにより、微粒子の移動の規制や移動経路の補正を行うことを可能とした。たとえば、凹部に向かって連続的に液滴を供給することで、液滴中の微小粒子を凹部に閉じ込めることが可能となる。また、連続的に液滴を供給する経路に凸部を設けることで、凸部に沿って液滴が流れることから、微小粒子の移動領域を凸部に沿って制限する事が可能となり、これら性質を用いて微小粒子を最終固定位置に導く事を可能とした。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】連続吐出による微小粒子移動の概略工程を説明する図  １-ａ  インクジェットまたはディスペンサーによって微小粒子が基材上に設けられた状態  １-ｂ  溶剤蒸発過程での微小液滴の追加  １-ｃ  微小液滴の連続追加  １-ｄ  微小液滴の乾燥に伴う微小粒子の移動（初期）  １-ｅ  微小液滴の連続追加による微小粒子の移動  １-ｆ  微小液滴の連続追加による微小粒子の凹部への誘導（初期）  １-ｇ  微小液滴の連続追加による微小粒子の凹部への誘導（過程）  １-ｈ  微小液滴の連続追加による微小粒子の凹部への誘導（完了）
【図２】微小液滴の連続追加による微小粒子の基材構造物への誘導を模式的に説明する図  ２−ａ  インクジェットまたはディスペンサーによって微小粒子が基材上に設けられた状態  ２−ｂ  微小液滴の連続追加  ２−ｃ  微小液滴の連続追加による微小粒子の移動  ２−ｄ  微小液滴乾燥による微小粒子の基材構造物への誘導
【発明を実施するための形態】
【００１９】
本発明に用いる基材１０１には、ソーダガラスや無アルカリガラス等のガラス基材や、ポリカーボネート、ポリエーテルサルフォン、ポリメチルメタクリレート等のプラスチック基材を加工し用いることも可能であるが、耐熱性や寸法安定性の点からガラス基材が好ましい。
【００２０】
本発明において基材１０１表面に形成する凹部１０４または凸部１０５は、基材表面に感光性樹脂を塗布し、フォトリソ法により円形や矩形等のレジストパターンを形成した後、ドライエッチング処理やウェットエッチング処理もしくはサンドブラスト処理を用いて、またプラスチック基材の場合は掘削などを行い、微小粒子１０２の大きさに応じて、０．３μｍから１０μｍの深さに設ける。また、凸部１０５は既存の印刷法やフォトリソ法を用いて硬化性樹脂により形成することもできる。
【００２１】
本発明における基材１０１の表面は、インクジェットヘッドから吐出され着弾した微小液滴１０３が、乾燥過程で着弾中央付近に集まるように、表面を低分子の有機オイルやフッ素系の表面改質剤をコーティングあるいは、プラズマ処理を行い撥水加工をすることが好ましい。
【００２２】
本発明に用いる微小粒子１０２としては、粒子径３〜６μｍのマイクロビーズを用いることができる。
【００２３】
微小粒子１０２の材質としては特に限定されず、例えば、樹脂、有機物、無機物、これらの化合物や混合物等が挙げられる。上記樹脂としては特に限定されず、例えば、ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリメチルペンテン、ポリ塩化ビニル、ポリテトラフルオロエチレン、ポリスチレン、ポリメチルメタクリレート、ポリエチレンテレフタレート、ポリブチレンテレフタレート、ポリアミド、ポリイミド、ポリスルフォン、ポリフェニレンオキサイド、ポリアセタール等の線状又は架橋高分子重合体；エポキシ樹脂、フェノール樹脂、メラミン樹脂、ベンゾグアナミン樹脂、不飽和ポリエステル樹脂、ジビニルベンゼン重合体、ジビニルベンゼン−スチレン共重合体、ジビニルベンゼン−アクリル酸エステル共重合体、ジアリルフタレート重合体、トリアリルイソシアヌレート重合体等の架橋構造を有する樹脂等が挙げられる。また、無機物としてはシリカ等が挙げられる。
【００２４】
微小粒子１０２を生体デバイスとして用いる場合、表面へ固定化されるプローブには、被検物質と特異的に結合する物質として、ＤＮＡ等の核酸分子及びオリゴヌクレオチドやそれら断片、抗原抗体等のタンパク質類及びペプチド類、脂質及び糖類、また各種薬剤を
選択する事ができる。
【００２５】
本発明に用いる微小液滴１０３としては、インクジェット方式にて吐出可能で、ある程度の揮発性を有するものであれば使用できるが、水に対し水溶性有機溶剤を１種または２種以上を混合して用いることが好ましい。
【００２６】
本発明に用いられる水溶性有機溶剤としては、グリセリン、エチレングリコール、ジエチレングリコール、トリエチレングリコール、プロピレングリコール、ジプロピレングリコール、ヘキシレングリコール、１，４−ブタンジオール、１，５−ペンタンジオール、１，２，４−ブタントリオール、２，２‘−チオジエタノール、ポリエチレングリコール、ポリプロピレングリコール等の高沸点低揮発性の多価アルコール類が用いられ、その他にＮ−メチル−２−ピロリドン、１，３−ジメチルイミダゾリジノン、モノエタノールアミン、Ｎ，Ｎ−ジメチルエタノールアミン、Ｎ，Ｎ−ジエチルエタノールアミン、ジエタノールアミン、Ｎ−ｎ−ブチルジエタノールアミン、トリイソプロパノールアミン、トリエタノールアミン等の水溶性有機溶剤を添加することが出来る。
【００２７】
また、本発明における沸点１５０℃以上の水溶性有機溶剤の添加量は４０〜７０％であることが好ましい。添加量が４０％以下であると微小液滴の揮発性が高くなり、乾燥による吐出安定性を低下させ、また７０％以上であると溶液の粘度が上昇し、インクジェット方式による吐出不良の原因となるため好ましくない。 
【００２８】
また必要に応じ、濡れ性や乾燥性を制御する目的でアルコール類や界面活性剤を用いられ、１種または２種以上を混合して用いることができる。
【００２９】
アルコール類としてはメチルアルコール、エチルアルコール、ｎ−プロピルアルコール、ｉ−プロピルアルコール等が使用でき、界面活性剤としては、水溶性のアニオン性、カチオン性、両性、ノニオン性の界面活性剤を一種類または複数種を添加できる。
【００３０】
また、最初に微小粒子１０２を基材１０１上に乗せる為に、微小粒子１０２を含む分散液を調整し、インクジェット方式やディスペンサー方式を用いて液滴ごと配置することもできる。
【００３１】
その際、分散液における微小粒子１０２の固形分濃度は、特に限定されないが、例えば分散液全体の０．２〜３％であることが好ましい。
【００３２】
微小粒子１０２を含む分散液における微小粒子１０２の固形分濃度が０．２％未満であると、吐出された液滴中に微小粒子１０２が含まれにくく、基材上への微小粒子１０２の設置に支障があり、また３％を超えると、微小粒子同士が凝集し、インクジェットヘッドやディスペンサーのノズルが詰まりったり、また、吐出された液滴中の微小球体の含有量が過剰となる傾向があるため好ましくない。
【００３３】
本発明では、微小液滴１０３をインクジェット方式で基材１０１上の微小粒子１０２近傍に、徐々に着弾位置を変化させながら連続的に配置する。
【００３４】
インクジェット方式は、インク滴の生成原理により、連続ジェット方式とドロップ・オン・デマンド方式の２方式に分類される。本発明では、いずれの方式も好ましく採用できる。
【００３５】
連続ジェット方式は、インク滴を連続して生成させ、記録信号に応じてインク滴を選択して記録を行う方式であり、Ｓｗｅｅｔ型、マイクロドット型、Ｈｅｒｚ型、ＩＲＩＳ型
などがある。また、ドロップ・オン・デマンド方式は、記録信号に応じて液を噴出させる方式であり、圧力パルス方式、サーマルジェット方式、ＥＲＦ方式などがある。
【００３６】
基材１０１上の微小粒子１０２または微小粒子１０２を含む微小液滴１０３へ追加する吐出液滴１０４は、微小粒子１０２の重量に対して少なくとも３０倍から５００倍の重量となるように追加する。追加する吐出液滴１０４の重量が３０倍以下だと、インクジェットの吐出性能から微小粒子１０２または、微小粒子１０２を含む微小液滴１０３と接しない領域に着弾する可能性があり、２００倍以上だと微小液滴１０３の内部で微小粒子１０２が運動して移動の軌跡がずれたり、微小液滴１０３の乾燥挙動にバラツキができてしまい、意図した移動が困難になる。
【００３７】
また、吐出液滴１０４は、基材上の微小液滴１０３の液滴直径の１／４から１/８程度にかかる程度の近傍に着弾する必要がある。基材上の液滴の中心近くに着弾すると、液滴が均等に大きくなり、微小粒子１０２の移動がほとんどなく、吐出液滴１０４が基材上の微小液滴１０３に接しないと、液滴がつながらず微小粒子１０２の移動を行う事ができない。
【００３８】
つぎに、図を用いて本発明の移動方法の説明を行う。
【００３９】
図１は、連続吐出による微小粒子１０２の移動方法の概略であり、基材１０１表面で行われる移動の様子を断面図として表している。
【００４０】
１−ａは微小粒子が基材１０１上に設けられた状態であり、１-ｂは溶剤蒸発過程での微小液滴の追加を行う様子である。１-ｃでは微小液滴１０３の乾燥にともない、微小液滴１０３の界面が微小粒子１０２に接近し、さらに界面が乾燥に伴い微小粒子１０２を押しながら移動していく。１-ｅ及び１-ｆでは基材１０１表面に設けられた凹部１０５を含むように吐出液滴１０４を追加している。
【００４１】
本発明では、このように微小液滴１０３が、凹部パターンを含むように着弾した場合、その乾燥過程において、微小粒子１０２が自己的に凹部パターンに集まってくる自己配置現象を用いている。
【００４２】
この自己配置現象は、微小液滴１０３の界面が、乾燥により液滴中央へ移動する際に微小粒子１０２を液滴中央へ集めようとする現象と、凹部１０５に微小粒子１０２を含む微小液滴が着弾すると、凹部１０５内の溶剤膜厚が厚く周囲に比べて乾燥が遅くなりさらに周辺の溶剤を牽きつけるため微小粒子１０２が凹部１０５に集まり易くなることを利用している。一度凹部１０５に落ちた微小粒子１０２は、そのまま凹部１０５内に滞在することなどの理由で発現する。
【００４３】
図２は、本発明による微小粒子の基材構造物への誘導の様子を、基材上方から見て表したものである。図１と同様に吐出液滴１０４の連続吐出により粒子を移動し、凸状構造物１０６近傍を含むように吐出を行うと、微小液滴１０３中の溶剤が凸状構造物１０６の周辺を流れるように流出し、結果２−ｃに示すように微小粒子１０２が凸状構造物に集まるように乾燥を終える現象を表している。
【実施例１】
【００４４】
以下、本発明を更に詳しく説明するため以下に実施例を挙げるが、本発明はこれらの実施例のみに限定されるものではない。
【００４５】
〜吐出用溶液の調整〜
エチレングリコール／ブチルセルソルブ／水＝６５／５／３０（重量比）を混合し吐出用溶液を得た。
【００４６】
〜微小粒子分散液の調製〜
スペーサー粒子（積水化学製、ミクロパールＥＸ００４、粒子径４．０μｍ）、エチレングリコール／ブチルセルソルブ／水＝６５／５／３０（重量比）の混合溶媒を、微小球体／混合溶媒＝０．２／９４．８（重量比）となるように混合、超音波分散させ、目開き１０μｍのステンレスメッシュで濾過し、微小粒子分散液を得た。得られた分散液の粘度は１３．４ｍＰａ・ｓ（２３℃）であった。
【００４７】
〜基材の準備〜
無アルカリガラス（コーニング社、１７３７ガラス、１００ｍｍ角、１．１ｍｍ厚）にポジ型レジスト（シプレイ製、Ｓ１８１３）をスピンコート法で塗布し、直径１０μｍの円形の開口部と、５ｍｍ□開口パターン中に１５μｍ幅の遮光長方形パターンを間隔を変更しながら配置したパターンを有するマスクを介して露光し、アルカリ現像液（シプレイ製、ＭＦＣＤ−２６）で現像処理を行うことでパターンを形成した。このパターンの開口部分をフッ酸により、版深０．５μｍとなるようにエッチング処理をし、レジスト剥膜剤（シプレイ製、リムーバ１１６５）により、レジストを剥膜してガラス凹板を得た。このガラス凹板上にフッ素系撥水処理剤（３Ｍ製、ＥＧＣ−１７２０）をディップコーティング、８０℃で３０分間乾燥処理することにより表面処理層を設け、基材を得た。
【００４８】
次に、インクジェットヘッド（コニカミノルタＩＪ社、５１２ＬＮ）を用いて上記基材の円形凹部パターンから１ｍｍ程度はなれた箇所に吐出し、スペーサー粒子を含む液滴を得た。
【００４９】
次に画像センサ（キーエンス社、ＣＶ３５００）にて上記液滴と凹部パターン双方を認識し、カメラ上での座標を得た。
【００５０】
これら座標情報と、あらかじめ測定しておいた追加する液滴大きさ、乾燥の時間から、粒子の移動経路、インクジェットによる液滴の吐出位置と吐出タイミングを算出した。
【００５１】
さらに、溶液連続追加用のインクジェットヘッドとインクジェットヘッドをマウントしたＸ−Ｙステージ（シグマ光機、ステッピングモーター用自動ステージ）を用いて、微小粒子の初期位置から凹部を含む箇所まで、３５μｍごと、２秒間隔で追加吐出を行った。
【００５２】
追加吐出した液滴によるラインが、初期位置から徐々に乾燥していき、最後に微小粒子が凹部パターン中へ落ち込んで乾燥が終了した。
【実施例２】
【００５３】
実施例１と同様に、５ｍｍ□の凹部パターン中に基材上にスペーサー粒子を含む液滴を配置し、液滴と長方形の凸パターンの座標を認識させた。
【００５４】
次に、追加吐出用のインクジェトヘッドを用いて、スペーサー粒子を長方形パターンへ導くように液滴を連続で追加吐出した。
【００５５】
追加吐出した液滴によるラインが、初期位置から徐々に乾燥していき、最後にスペーサー粒子が凸状の長方形パターンに挟まれた位置で乾燥が終了し、スペーサー粒子の移動が完了した。
【産業上の利用可能性】
【００５６】
本発明の微小粒子の移動方法は、マイクロリアクター内へのマイクロビーズ配置やバイオチップなどの生体デバイス上への微小粒子の移動や配置に使用可能であるが、それ以外に、例えばガラス板や樹脂基材上へビーズ状スペーサーを配置するなどの用途でディスプレイ部材への使用、また将来的に半導体チップ端子の接続に数マイクロ径のハンダボールを使用することになった場合、所定の位置へ微小のはんだボールを配置する手段としても利用できる。
【符号の説明】
【００５７】
１０１・・・基材
１０２・・・微小粒子
１０３・・・微小液滴
１０４・・・吐出液滴
１０５・・・凹部
１０６・・・凸状構造物
【図１】
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【図２】
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