(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
（１）オーバーハングマイクロ・ナノ構造を有するテンプレートに対しフッ素化修飾を行い、硬化性弾性材料を流し込むステップ、
（２）硬化した後に、前記硬化性弾性材料をオリジナルテンプレートから剥離し、前記オーバーハングマイクロ・ナノ構造に対応するマイクロ・ナノ構造を有する中間体を得るステップ、
（３）前記中間体の前記オーバーハングマイクロ・ナノ構造に対応するマイクロ・ナノ構造を有する層の表面にプラスチックエマルジョンをスピンコートするステップ、
（４）スピンコートされたプラスチックエマルジョンを硬化させ、フィルムを形成するステップ、及び
（５）硬化した前記フィルムを剥離し、フッ素化修飾を行い、引張り可能な可撓超疎液性フィルムを得るステップ、
を含み、
前記ステップ（３）において、前記プラスチックエマルジョンが、ＥＶＡエマルジョンである、
引張り可能な可撓超疎液性フィルムの製造方法。
【請求項２】
前記オーバーハングマイクロ・ナノ構造が、Ｔ形、逆台形、球状、釘状、傘状又はキノコ状である、請求項１に記載の製造方法。
【請求項３】
ステップ（１）において、前記フッ素化修飾は、
前記オリジナルテンプレートのオーバーハングマイクロ・ナノ構造の表面を化学気相蒸着プロセスによって加熱処理して、プラズマ状態のフッ化炭素化合物ガス源でオーバーハングマイクロ・ナノ構造の各々の方向に蒸着を行い、前記オーバーハングマイクロ・ナノ構造の表面に疎水性のフッ化炭素化合物コーティングを生成するステップ、或いは
単分子自己組織化プロセスによって前記オリジナルテンプレートのオーバーハングマイクロ・ナノ構造の表面において化学反応を起こさせ、前記オーバーハングマイクロ・ナノ構造の表面に疎水性のフッ化炭素化合物コーティングを生成するステップを含む、
請求項１に記載の製造方法。
【請求項４】
前記フッ素化修飾に用いられた試薬は、トリメチルクロロシラン、ヘキサメチルジシラザン、及びパーフルオロデシルトリクロロシランの１種又は複数種の組み合わせを含む、請求項３に記載の製造方法。
【請求項５】
ステップ（１）において、前記硬化性弾性材料が、ポリジメチルシロキサン、エチレン−プロピレン−ジエン三元共重合ゴム、ニトリル・ブタジエン・ゴム、シスポリブタジエンゴム、及びクロロプレン・ゴムの１種又は複数種の組み合わせを含む、請求項１に記載の製造方法。
【請求項６】
ステップ（３）において、前記スピンコートの回転数を５０ｒｐｍ〜２０００ｒｐｍとなるように制御する、請求項１に記載の製造方法。
【請求項７】
ステップ（５）において、前記フッ素化修飾は、
前記オリジナルテンプレートのオーバーハングマイクロ・ナノ構造の表面を化学気相蒸着プロセスによって加熱処理して、プラズマ状態のフッ化炭素化合物ガス源でオーバーハングマイクロ・ナノ構造の各々の方向に蒸着を行い、前記オーバーハングマイクロ・ナノ構造の表面に疎水性のフッ化炭素化合物コーティングを生成するステップ、或いは
単分子自己組織化プロセスによって前記オリジナルテンプレートのオーバーハングマイクロ・ナノ構造の表面において化学反応を起こさせ、前記オーバーハングマイクロ・ナノ構造の表面に疎水性のフッ化炭素化合物コーティングを生成するステップを含む、
請求項１に記載の製造方法。
【請求項８】
前記フッ素化修飾に用いられた試薬は、トリメチルクロロシラン、ヘキサメチルジシラザン、及びパーフルオロデシルトリクロロシランの１種又は複数種の組み合わせを含む、請求項７に記載の製造方法。
【請求項９】
液滴を請求項１−８のいずれか１項に記載の引張り可能な可撓超疎液性フィルムの製造方法により得られた引張り可能な可撓超疎液性フィルムの表面に置くステップ１、
もう一枚の請求項１−８のいずれか１項に記載の引張り可能な可撓超疎液性フィルムの製造方法により得られた引張り可能な可撓超疎液性フィルムの表面を前記液滴に接触させることで、前記液滴を捕獲して移動させるステップ２、及び
マイクロ・ナノ構造のピッチを増加させ、固液接触面積を減らして、前記液滴を前記引張り可能な可撓超疎液性フィルムの表面から落下させ、移動を終了するステップ３を含む、
液滴の非破壊性移動方法。
【請求項１０】
前記ステップ３において、前記引張り可能な可撓超疎液性フィルムを引っ張る又は湾曲することによってマイクロ・ナノ構造のピッチを増加させる、請求項９に記載の方法。
【請求項１１】
前記液滴は、種類及び特性の異なる液滴、異なる液滴の混合物若しくは液滴と固体粒子との混合物を含む、請求項９に記載の方法。
【請求項１２】
前記液滴は、水溶液、牛乳、血液、血漿、及び生化学試薬の１種又は複数種の組み合わせを含む、請求項１１に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、引張り可能な可撓超疎液性フィルム、その製造方法及び液滴の非破壊性移動方法に関し、微小液滴操作制御の技術分野に属する。
【背景技術】
【０００２】
近年、表面上で液滴を操作する平面マイクロ流体チップは、大きな関心を集めている。平面マイクロ流体チップは、従来のチャネルマイクロ流体チップに比べ、チャネルマイクロ流体チップのような小型化、集積化、試薬消費量が少ない、及び分析速度が速いなどの利点に加えて、例えば、液滴に直接な接触が容易であること、固体サンプルの取り扱い及び液滴アレイの生成に便利であること、固体粒子及び気泡によるマイクロチャネルの目詰まりの恐れがないことなどの、チャネルマイクロ流体チップの備えていない利点を多く持っている。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
しかしながら、従来の連続流体により駆動されるチャネルマイクロ流体チップに比べ、現在の表面マイクロ流体チップは、効果的な液滴操作方法がまだ不十分である。近年、一部の光制御、電磁場制御、機械的振動制御及び音場励起制御などの表面微小液滴操作技術の開発により、チャネルマイクロ流体技術の欠点の一部が克服されたが、これらの液滴操作技術は、液滴の成分、マイクロ流体液滴サンプルの伝送経路及び方向などが大きく制限される。現在、主流となっている平面液滴操作方法は、エレクトロウェッティングによって液滴の運動を駆動させ、基板に電極アレイを埋め込み、異なる電極に交互に電圧を印加し、液滴を駆動するものである。電極アレイの埋め込み及び高い駆動電圧が要求されるため、システム集積が困難である。
【課題を解決するための手段】
【０００４】
本発明は、上記のような技術的課題を解決するために、引張り可能な可撓超疎液性フィルム及びその製造方法を提供することを目的とするものである。当該フィルムを利用することによって、液滴の非破壊性移動を実現することができる。
【０００５】
また、本発明は、前記引張り可能な可撓超疎液性フィルムを使用した液滴の非破壊性移動方法を提供することを目的とするものでもある。当該方法を利用することによって、任意の成分及び大きさの微小液滴の伝送を実現でき、微小液滴に対する処理を一切することなく、従来の微小液滴操作制御技術にある欠点を克服でき、微小液滴操作制御技術の適用範囲を広げることができる。
【０００６】
上記の目的を達成するためには、本発明は、引張り可能な可撓超疎液性フィルムの製造方法を提供する。該製造方法のプロセスは、図１に示されたように、具体的には、
（１）オーバーハングマイクロ・ナノ構造を有するテンプレートに対しフッ素化修飾を行い、硬化性弾性材料を流れ込むステップ、
（２）硬化した後に、前記硬化性弾性材料をオリジナルテンプレートから剥離し、オーバーハングマイクロ・ナノ構造に対応するマイクロ・ナノ構造を有する中間体を得るステップ、
（３）前記中間体のオーバーハングマイクロ・ナノ構造に対応するマイクロ・ナノ構造を有する層の表面にプラスチックエマルジョンをスピンコートするステップ、
（４）スピンコートされたプラスチックエマルジョンを硬化させ、フィルムを形成するステップ、及び
（５）硬化したフィルムを剥離し、フッ素化修飾を行い、前記引張り可能な可撓超疎液性フィルムを得るステップ
を含む。
【０００７】
前記製造方法において、オーバーハングマイクロ・ナノ構造を有する超疎液性表面テンプレートは、ドライエッチングにより作製されてもよく、又はウェットエッチングによりシリコン基板上に作製されてもよい。好ましくは、前記オーバーハングマイクロ・ナノ構造は、Ｔ形、逆台形、球状、釘状、傘状又はキノコ状などである。
【０００８】
前記製造方法において、好ましくは、ステップ（１）において、前記フッ素化修飾は、
オリジナルテンプレートのオーバーハングマイクロ・ナノ構造の表面を化学気相蒸着プロセスによって加熱処理して、プラズマ状態のフッ化炭素化合物ガス源でオーバーハングマイクロ・ナノ構造の各々の方向に蒸着を行い、オーバーハングマイクロ・ナノ構造の表面に疎水性のフッ化炭素化合物コーティングを生成するステップ、或いは
単分子自己組織化プロセスによってオリジナルテンプレートのオーバーハングマイクロ・ナノ構造の表面において化学反応を起こさせ、オーバーハングマイクロ・ナノ構造の表面に疎水性のフッ化炭素化合物コーティングを生成するステップを含み、
より好ましくは、前記疎水処理に用いられた試薬（即ち、フッ化炭素化合物）は、トリメチルクロロシラン（ＴＭＣＳ）、ヘキサメチルジシラザン（ＨＭＤＳ）、及びパーフルオロデシルトリクロロシラン（ＰＦＴＳ）などの低表面エネルギーのフッ素含有試薬の１種又は複数種の組み合わせを含む。
【０００９】
前記製造方法において、好ましくは、ステップ（１）において、前記硬化性弾性材料は、ポリジメチルシロキサン、エチレン−プロピレン−ジエン三元共重合ゴム、ニトリル・ブタジエン・ゴム、シスポリブタジエンゴム、及びクロロプレン・ゴムの１種又は複数種の組み合わせを含む。
【００１０】
前記製造方法において、ステップ（２）と（４）において、成膜方法は、低温硬化であってもよく、硬化温度は、典型的に５℃未満である。
【００１１】
前記製造方法において、好ましくは、プラスチックエマルジョンをスピンコートする際にスピンコーターの回転数を制御し、異なる回転数で厚さの異なる超疎液性フィルムを得ることとなる。ステップ（３）において、前記スピンコートの回転数を５０ｒｐｍ〜２０００ｒｐｍとなるように制御する。
【００１２】
前記製造方法において、好ましくは、ステップ（３）において、前記プラスチックエマルジョンがＥＶＡエマルジョン又はポリプロピレンエマルジョンなどである。
【００１３】
前記製造方法において、好ましくは、ステップ（５）において、前記フッ素化修飾は、
オリジナルテンプレートのオーバーハングマイクロ・ナノ構造の表面を化学気相蒸着プロセスによって加熱処理して、プラズマ状態のフッ化炭素化合物ガス源でオーバーハングマイクロ・ナノ構造の各々の方向に蒸着を行い、オーバーハングマイクロ・ナノ構造の表面に疎水性のフッ化炭素化合物コーティングを生成するステップ、或いは
単分子自己組織化プロセスによってオリジナルテンプレートのオーバーハングマイクロ・ナノ構造の表面において化学反応を起こさせ、オーバーハングマイクロ・ナノ構造の表面に疎水性のフッ化炭素化合物コーティングを生成するステップを含み、
より好ましくは、前記フッ素化修飾に用いられた試薬（即ち、フッ化炭素化合物）は、トリメチルクロロシラン（ＴＭＣＳ）、ヘキサメチルジシラザン（ＨＭＤＳ）、及びパーフルオロデシルトリクロロシラン（ＰＦＴＳ）などの低表面エネルギーのフッ素含有試薬の１種又は複数種の組み合わせを含む。
【００１４】
また、本発明は、前記製造方法により製造された引張り可能な可撓超疎液性フィルムを提供する。該引張り可能な可撓超疎液性フィルムは、優れた可撓性及び引張り性を有し、大きく湾曲する又は引っ張ることができる。
【００１５】
また、本発明は、
液滴を前記引張り可能な可撓超疎液性フィルムの表面に置くステップ１、
もう一枚の引張り可能な可撓超疎液性フィルムの表面を前記液滴に接触させることで、前記液滴を捕獲して移動させるステップ２、及び
マイクロ・ナノ構造のピッチを増加させ、固液接触面積を減らし、前記液滴を前記引張り可能な可撓超疎液性フィルムの表面から落下させ、移動を終了するステップ３を含む液滴の非破壊性移動方法を提供する。
【００１６】
該方法は、外部からの、例えば光、電磁場、機械的振動及び音場励起などのエネルギーをインプットすることなく、液滴の非破壊性移動を実現できる。更に、液滴の成分、マイクロ流体液滴サンプルの伝送経路及び方向などについても特に限定することなく、どの液滴に対しても有効である。
【００１７】
本発明により提供される液滴の非破壊性移動は、各種異なる種類及び特性の液滴又はそれらの混合物に適用される。好ましくは、前記液滴は、種類及び特性が異なる液滴、異なる液滴の混合物若しくは液滴と固体粒子との混合物を含む。より好ましくは、前記液体は、水溶液、牛乳、血液、血漿、及び生化学試薬のうちの１種又は複数種の組み合わせを含む。
【００１８】
前記移動方法において、移動の過程には、超疎液性フィルムが良好な柔軟性と良好な引張り性とを有する特徴を利用して、引っ張ることによって液滴と表面との接触面積及び粘着力を変化させ、液滴の非破壊性移動を実現することができる。また、湾曲することによって表面の曲率を減少させ、液滴と表面との接触面積及び粘着力を低減させて、液滴の非破壊性移動を実現することもできる。即ち、好ましくは、ステップ３において、前記引張り可能な可撓超疎液性フィルムを引っ張る又は湾曲することによってマイクロ・ナノ構造のピッチの増加を実現することができる。
【００１９】
いかなる液体に対しても低ぬれ性、低粘着特性を示す超疎液性表面は、表面マイクロ流体液滴操作に理想的である。本発明は、微小電気機械システム（ＭＥＭＳ）加工技術に基づき、特殊なオーバーハング微小構造による超疎液性表面材料を開発した。該表面は、概ねいかなる液体に対しても良好な低ぬれ特性を示すだけでなく、良好な柔軟性と引張り可能な特性とを有するため、表面の引張り、湾曲などの操作によって局所の固液接触面積と曲率とを変化させることができ、表面の液滴に対する粘着力を調節して液滴の非破壊性伝送を実現できる。
【００２０】
本発明の技術内容は、ダブルソフトコピープロセスと低表面エネルギー処理とを組み合わせることにより、表面のマイクロ・ナノ構造が制御可能であり、低ぬれ特性に優れた超疎液性表面を得た。該超疎液性表面の良好な柔軟性及び引張り性を利用し、表面の引張り、湾曲などの操作によって局所の固液接触面積と曲率とを変化させることができ、表面の液滴に対する粘着力を調節して液滴の非破壊性移動及び伝送を実現できる。本発明の技術内容は、従来の微小液滴操作制御技術の欠点を克服し、微小液滴に対する処理を一切することなく、任意の成分及び大きさの微小液滴の伝送を実現でき、微小液滴操作制御技術の適用範囲を広げることができる。
【図面の簡単な説明】
【００２１】
【図１】本発明にかかる引張り可能な可撓超疎液性表面の製造プロセスの概略図である。
【図２】本発明にかかる引張り可能な可撓超疎液性表面による液滴操作の概略図である。
【図３】本発明にかかる引張り可能な可撓超疎液性表面による実際の液滴操作の過程を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００２２】
本発明の構成要件、目的及び有益な効果をより明確に把握するためには、本発明の技術内容を以下に詳細に説明するが、本発明の実施可能な範囲を限定するものであると理解されるべきではない。
＜実施例１＞
【００２３】
本実施例は、引張り可能な可撓超疎液性フィルムの製造方法を提供するものであり、以下のステップを含む。
（１）Ｔ型マイクロ・ナノ構造を有するオリジナルテンプレートを洗浄し、干燥させた後に、ホットプレート上に置いた。ホットプレートの温度は、１５０℃に設定した。テンプレートの隣に清潔なスライドガラスを一枚置いておき、３分間予熱した。パーフルオロデシルトリクロロシラン（ＰＦＴＳ）を取り出し、使い捨てピペットを用いてホットプレート上のスライドに２滴を滴下し、ガラスディッシュでホットプレート上のオリジナルテンプレートの表面を被せた。最も高い疎水効果を得るために、ホットプレートで４分間加熱した。
（２）被せたガラスディッシュを外し、予め調製した硬化性弾性材料であるポリジメチルシロキサン（ＰＤＭＳ）を培養皿に注ぎ、８０℃の真空乾燥器に入れて、真空雰囲気で２時間焼成し、硬化性弾性材料ＰＤＭＳを硬化させた。硬化性弾性材料ＰＤＭＳを剥離した後に、表面にＴ型マイクロ・ナノ構造を有する中間体が得られた。
（３）表面にＴ型マイクロ・ナノ構造を有するＰＤＭＳ中間体を、微小構造面を上にするようにスピンコーターにセットして、液状ＥＶＡエマルジョンを中間体の表面に流れ込み、回転数を５０ｒｐｍ〜２０００ｒｐｍの範囲とし、所望の厚さに応じて異なるスピンコート速度を設定することができ、例えば１００ｒｐｍの場合、厚さが約１６０μｍであり、３００ｒｐｍの場合、厚さが約８０μｍである。
（４）スピンコートした後のＥＶＡエマルジョンをＰＤＭＳ中間体とともに取り出し、−４℃以下の低温雰囲気に置いて硬化させた。硬化時間はＥＶＡエマルジョンの厚さに従って増加する。硬化後、Ｔ型マイクロ・ナノ構造を持つＰＤＭＳ中間体から剥離し、表面にＴ型マイクロ・ナノ構造を有するＥＶＡフィルムが得られた。
（５）Ｔ型マイクロ・ナノ構造を有するＥＶＡフィルムを、その両端が支えられて吊るすようにホットプレートにセットした。ホットプレートの温度は、７０℃に設定した。フィルムの隣に清潔なスライドガラスを一枚置いておき、３分間予熱した。使い捨てピペットを用いてパーフルオロデシルトリクロロシラン（ＰＦＴＳ）をホットプレート上のスライドガラスに数滴を滴下し、ガラスディッシュでホットプレートを上から被せた。最も高い疎水効果を得るために、ホットプレートで３０分間加熱し、引張り可能な可撓超疎液性フィルムが得られた。
＜実施例２＞
【００２４】
本実施例は液滴の非破壊性移動方法を提供する。図２に示される過程のように、本実施例において、実施例１で作製された超疎液性表面の良好な柔軟性と良好な引張り性とを有する特徴を利用して液滴操作及び非破壊性移動を行うことができる。具体的には、該方法は、以下のステップを含む。
まず、液滴２２を超疎液性フィルム２３に置くこと。
つぎに、実施例１で作製された可撓透明超疎液性フィルム２１を操作し、超疎液性フィルム２３から液滴を捕獲すること。
最後に、超疎液性フィルム２１を引っ張ってフィルムの液滴に対する粘着力を低減させ、液滴２２をフィルムから落下させ、非破壊的に他の任意の表面に移動させること。
＜実施例３＞
【００２５】
本実施例は他の液滴の非破壊性移送方法を提供する。本実施例において、実施例１で作製された超疎液性表面の良好な柔軟性と良好な引張り性とを有する特徴を利用して液滴操作及び非破壊性移動を行うことができる。具体的には、該方法は、以下のステップを含む。
まず、液滴２２を超疎液性フィルム２３に置くこと。
つぎに、実施例１で作製された可撓透明超疎液性フィルム２１を操作し、超疎液性フィルム２３から液滴を捕獲すること。
最後に、超疎液性フィルム２１を湾曲させることにより、フィルムと液滴との接触部の局所の曲率を変化させ、フィルムの液滴に対する粘着力を低減させ、液滴２２をフィルムから落下させ、非破壊的に他の任意の表面に移動させること。
【００２６】
図３は、本発明にかかる引張り可能な可撓超疎液性表面によって実際に液滴を操作し、液滴の非破壊性移動を実現する操作過程を示す図である。図３から、本発明により提供される技術を採用することによって、液滴の非破壊性伝送を効果的に実現できることが分かる。
【図１】
0006619873.tif 000002
【図２】
0006619873.tif 000003
【図３】
0006619873.tif 000004