(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
樹脂部材と、
前記樹脂部材の表面に配置されたＳｉＯ２膜と、
を有し、
前記ＳｉＯ２膜の表面形状は、
歪度が０超である場合には、算術平均粗さが２ｎｍ超であり、尖度が３．１未満であり、ラフネスファクターが１．１超であり、
歪度が０以下である場合には、算術平均粗さが１０ｎｍ超であり、尖度が３．１未満であり、ラフネスファクターが１．１超である、
樹脂製品。
【請求項２】
樹脂部材の表面に凹凸を形成する工程と、
凹凸が形成された前記樹脂部材の表面にＳｉＯ２膜を形成する工程と、
有し、
前記ＳｉＯ２膜の表面形状は、
歪度が０超である場合には、算術平均粗さが２ｎｍ超であり、尖度が３．１未満であり、ラフネスファクターが１．１超であり、
歪度が０以下である場合には、算術平均粗さが１０ｎｍ超であり、尖度が３．１未満であり、ラフネスファクターが１．１超である、
樹脂製品の製造方法。
【請求項３】
前記樹脂部材の表面に凹凸を形成する工程では、酸素およびアルゴンの少なくとも一方を用いてプラズマ処理を行う、請求項２に記載の樹脂製品の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、樹脂製品および当該樹脂製品の製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、軽量化や低コスト化などの観点から、多くの樹脂製品が使用されるようになってきている。このような樹脂製品は、用途に応じて、様々な機能が付加されて使用される。樹脂製品に付加される機能の例には、その表面に付与される親水性や疎水性などが含まれる。
【０００３】
たとえば、樹脂製品の表面を親水化する方法として、樹脂製品の表面にＳｉＯ２膜を形成する方法が知られている（例えば、特許文献１参照）。特許文献１に記載のマイクロチップ（樹脂製品）の表面を親水化する方法では、ＳｉＯ２を主成分とした塗布溶液をマイクロチップ基板表面に塗布した後、その塗布溶液の溶媒を揮発させて、マイクロチップ基板表面にＳｉＯ２膜を形成する。以上の工程により、マイクロチップに親水性を付与することができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】国際公開第２００８／０６５８８０号
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、特許文献１に記載の方法で親水化されたマイクロチップでは、マイクロチップ基板表面の親水性が様々な理由により経時的に低下してしまうという問題があった。
【０００６】
そこで、本発明の目的は、従来の親水化処理と比較して、親水性の効果を維持することができる樹脂製品および当該樹脂製品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】
【０００７】
本発明に係る樹脂製品は、樹脂部材と、前記樹脂部材の表面に配置されたＳｉＯ２膜と、を有し、前記ＳｉＯ２膜の表面形状は、歪度が０超である場合には、算術平均粗さが２ｎｍ超であり、尖度が３．１未満であり、ラフネスファクターが１．１超であり、歪度が０以下である場合には、算術平均粗さが１０ｎｍ超であり、尖度が３．１未満であり、ラフネスファクターが１．１超である。
【０００８】
本発明に係る樹脂製品の製造方法は、樹脂部材の表面に凹凸を形成する工程と、凹凸が形成された前記樹脂部材の表面にＳｉＯ２膜を形成する工程と、有し、前記ＳｉＯ２膜の表面形状は、歪度が０超である場合には、算術平均粗さが２ｎｍ超であり、尖度が３．１未満であり、ラフネスファクターが１．１超であり、歪度が０以下である場合には、算術平均粗さが１０ｎｍ超であり、尖度が３．１未満であり、ラフネスファクターが１．１超である。
【発明の効果】
【０００９】
本発明によれば、従来の親水化処理を施した樹脂製品と比較して、親水性の効果を維持することができる樹脂製品を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】図１Ａ、Ｂは、各樹脂製品の経過日数と、接触角の関係を示すグラフである。
【図２】図２Ａ〜Ｃは、Ｎｏ．４の樹脂製品の表面像であり、図２Ｄは、Ｎｏ．４の樹脂製品の経過日数と、接触角の関係を示すグラフである。
【図３】図３Ａ〜Ｃは、Ｎｏ．１１の樹脂製品の表面像であり、図３Ｄは、Ｎｏ．１１の樹脂製品の経過日数と、接触角の関係を示すグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
以下、本発明の実施の形態について、詳細に説明する。
【００１２】
（樹脂製品の構成）
本発明に係る樹脂製品は、樹脂部材およびＳｉＯ２膜を有する。本発明に係る樹脂製品は、樹脂部材の表面の少なくとも一部に親水性を有する領域を有している。そして、後述する所定の表面形状を有するＳｉＯ２膜を、親水化させたい領域に形成することで、樹脂部材の表面に優れた親水性を付与している。樹脂製品は、ＳｉＯ２膜を有する樹脂部材のみからなるものであってもよいし、ＳｉＯ２膜を有する樹脂部材と他の部材（例えば金属部材）とを組み合わせたものであってもよい。
【００１３】
樹脂部材の形状は、特に限定されず適宜設計されうる。たとえば、樹脂部材は、ウェルを有するマイクロチップやマイクロ流路を有するマイクロ流路チップなどである。樹脂部材を構成する樹脂の種類も特に限定されず、公知の樹脂から適宜選択されうる。樹脂部材を構成する樹脂の例には、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、ポリカーボネート、ポリメタクリル酸メチル、塩化ビニール、ポリプロピレン、ポリエーテル、ポリエチレン、ポリスチレン、シリコーン樹脂、エラストマーなどが含まれる。
【００１４】
ＳｉＯ２膜を配置する領域における樹脂部材の表面形状は、ＳｉＯ２膜の表面形状を後述する所定の凹凸形状とすることができれば特に限定されない。ここで「樹脂部材の表面形状」とは、前述のウェルやマイクロ流路などのマクロな形状を意味するのではなく、樹脂部材の表面の粗さ（ミクロな形状）を意味する。たとえば、ＳｉＯ２膜を配置する領域における樹脂部材の表面形状は、歪度が０超の場合には、算出平均粗さが２ｎｍ超であり、尖度が３．１未満であり、ラフネスファクターが１．１超程度である。また、ＳｉＯ２膜を配置する領域における樹脂部材の表面形状は、歪度が０以下の場合には、算出平均粗さが１０ｎｍ超であり、尖度が３．１未満であり、ラフネスファクターが１．１超程度である。なお、ＳｉＯ２膜の表面形状を後述する所定の凹凸形状とすることができれば、ＳｉＯ２膜を配置する領域における樹脂部材の表面形状は、平坦であってもよい。
【００１５】
ＳｉＯ２膜は、樹脂部材の表面のうち、少なくとも親水性を付与したい領域に配置されている。たとえば、樹脂部材が前述したマイクロチップの場合には、ＳｉＯ２はウェルの内面に配置されており、樹脂部材が前述したマイクロ流路チップの場合には、ＳｉＯ２はマイクロ流路およびリザーバーの内面に配置されている。ＳｉＯ２膜を構成する材料は、ＳｉＯ２を主成分として含んでいれば特に限定されない。
【００１６】
ＳｉＯ２膜の表面には、所定の凹凸形状が形成されている。本実施の形態に係る樹脂製品は、ＳｉＯ２膜の表面に形成された凹凸の間に水が入り込むことによって親水性を発揮する。このように、凹凸の間に水が入り込むためには、ＳｉＯ２膜の表面形状は、歪度が０超の場合には、算出平均粗さが２ｎｍ超であり、尖度が３．１未満であり、ラフネスファクターが１．１超であることが必要である。または、ＳｉＯ２膜の表面形状は、歪度が０以下の場合には、算出平均粗さが１０ｎｍ超であり、尖度が３．１未満であり、ラフネスファクターが１．１超であることが必要である。
【００１７】
歪度（スキューネス：Ｒｓｋ）は、粗さ曲線における平均線に対する山部および谷部の対称性を示す指標である。歪度が０未満の場合は、高さ分布が平均線に対して下側（谷部側）に偏っていることを示しており、歪度が０超の場合は、高さ分布が平均線に対して上側（山部側）に偏っていることを示しており、歪度が０の場合は、高さ分布が平均線に対して対称であることを示している。また、算術平均粗さ（Ｒａ）は、ＪＩＳ Ｂ ２００１に規定されている算術平均粗さであり、粗さ曲線におけるＺ（ｘ）（高さ分布）の絶対値の平均を示している。
【００１８】
また、尖度（クルトシス：Ｒｋｕ）は、粗さ曲線における高さ分布の尖り具合を示す指標である。尖度が３．１超の場合は、高さ分布が尖っていることを示しており、尖度が３未満の場合は、高さ分布がつぶれた形状であることを示しており、尖度が３の場合は、高さ分布が正規分布であることを示している。また、ラフネスファクター（Ｒｆ）は、ＳｉＯ２膜表面の投影面積に対する実際の表面積の割合を示している。
【００１９】
本発明に係る樹脂製品の製造方法は、特に限定されない。たとえば、本発明に係る樹脂製品は、次に説明する本発明に係る樹脂製品の製造方法により製造されうる。
【００２０】
（樹脂製品の製造方法）
本発明に係る樹脂製品の製造方法は、樹脂部材の表面に凹凸を形成する工程と、凹凸が形成された前記樹脂部材の表面にＳｉＯ２膜を形成する工程とを有する。
【００２１】
まず、樹脂部材を準備する。樹脂部材は、作製してもよいし購入してもよい。たとえば、樹脂部材は、前述した樹脂を用いて射出成型法によって成形してもよいし、切削加工によって作製してもよい。
【００２２】
次いで、樹脂部材の表面の親水化させる領域に、ＳｉＯ２膜の表面形状を所定の凹凸形状とするための凹凸を形成する。たとえば、歪度が０超であり、算術平均粗さが２ｎｍ超であり、尖度が３．１未満であり、ラフネスファクターが１．１超の凹凸形状を形成する。または、歪度が０以下であり、算術平均粗さが１０ｎｍ超であり、尖度が３．１未満であり、ラフネスファクターが１．１超の凹凸形状を形成する。樹脂部材の表面に凹凸を形成する方法は、特に限定されない。樹脂部材の表面に凹凸を形成する方法の例には、プラズマ処理、切削処理、酸を用いたエッチング処理、表面に所定の凹凸形状が形成された型を樹脂部材に押圧することによる処理などが含まれる。なお、プラズマ処理により凹凸を形成する場合、ガス種として酸素を使用すると、前述した歪度が「＋（プラス）」となる。一方、ガス種としてアルゴンを使用すると、前述した歪度が「−（マイナス）」となる。また、プラズマ処理の処理時間を長くすると、前述した算術平均粗さおよびラフネスファクターが大きくなり、前述した尖度が小さくなる。
【００２３】
最後に、少なくとも凹凸を形成した領域（親水化する領域）を覆うようにＳｉＯ２膜を形成する。たとえば、ＡＬＤやＣＶＤ、蒸着などを行うことにより、ＳｉＯ２膜を形成すればよい。また、ＳｉＯ２膜の膜厚は、例えば２〜１００ｎｍ程度である。
【００２４】
以上の工程により、本発明に係る樹脂製品を製造することができる。
【００２５】
（効果）
以上のように、本実施の形態に係る樹脂製品では、ＳｉＯ２膜の表面形状が、歪度が０超の場合は、算術平均粗さが２ｎｍ超であり、尖度が３．１未満であり、ラフネスファクターが１．１超であり、歪度が０以下の場合は、算術平均粗さが１０ｎｍ超であり、尖度が３．１未満であり、ラフネスファクターが１．１超である。後述する実施例に示されるように、ＳｉＯ２膜の表面に所定の凹凸形状を形成することで、長期間に親水性を維持することができた。なお、長期間親水性を維持することがメカニズムの一つとして、ＳｉＯ２膜の表面の凹凸に水が入りこむことにより、その効果を発揮することが推測される。
【００２６】
以下、本発明について実施例を参照して詳細に説明するが、本発明はこれらの実施例により限定されない。
【実施例】
【００２７】
前述した歪度、算術平均粗さ、尖度、ラフネスファクターが樹脂製品の親水性に及ぼす影響について調べた。
【００２８】
１．樹脂製品の作製
（１）プラズマ処理
樹脂部材として、アクリル樹脂板を用意した。アクリル樹脂板の一方の面に対してプラズマ処理を行い、表面に凹凸形状を付与した（Ｎｏ．２〜１４）。プラズマ処理に使用したガス種は、酸素またはアルゴンである。また、ガスの流量は、５０ｍＬ／ｍｉｎとし、印加した電圧は、１００Ｖとした。Ｒａ、尖度およびラフネスファクターは、プラズマ処理の処理時間を変化させることにより調整した。また、プラズマ処理を行わないアクリル樹脂板も準備した（Ｎｏ．１）。
【００２９】
（２）ＳｉＯ２膜の形成
アクリル樹脂板のプラズマ処理した表面に、ＡＬＤ法によって膜厚５ｎｍのＳｉＯ２膜を形成して、Ｎｏ．１〜１４の樹脂製品を得た。各樹脂製品について、ＳｉＯ２膜表面の凹凸形状を原子間力顕微鏡（ＡＦＭ）で測定した。得られた１４種類の樹脂製品に施したプラズマ処理の条件およびＳｉＯ２膜の凹凸形状の各パラメータを表１に示す。
【００３０】
【表１】
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【００３１】
２．親水性の評価
Ｎｏ．１〜Ｎｏ．１４の各樹脂製品について、親水性を評価した。親水性の評価は、樹脂製品を作製してから所定期間が経過した後に、ＳｉＯ２膜に対して水を滴下し、接触角測定器を用いてＳｉＯ２膜の表面と水との静的接触角を測定することにより行った。樹脂製品を作製してから３０日経過した後に接触角が２０°以下であった場合、親水性が良好であると判断した。
【００３２】
図１は、各樹脂製品の経過日数と、接触角の関係を示すグラフである。図１Ａは、歪度が０超の場合（プラズマ処理のガス種が酸素の場合）における、経過日数と接触角の関係を示すグラフであり、図１Ｂは、歪度が０以下の場合（プラズマ処理のガス種がアルゴンの場合）における、経過日数と接触角の関係を示すグラフである。
【００３３】
図１Ａにおける黒丸シンボルの実線は、Ｎｏ．１の樹脂製品の結果を示しており、白抜き丸シンボルの実線は、Ｎｏ．２の樹脂製品の結果を示しており、黒丸シンボルの破線は、Ｎｏ．３の樹脂製品の結果を示しており、白抜き丸シンボルの破線は、Ｎｏ．４の樹脂製品の結果を示しており、黒丸シンボルの一点鎖線は、Ｎｏ．５の樹脂製品の結果を示しており、白抜き丸シンボルの一点鎖線は、Ｎｏ．６の樹脂製品の結果を示している。図１Ｂにおける白抜き丸シンボルの実線は、Ｎｏ．７の樹脂製品の結果を示しており、黒丸シンボルの破線は、Ｎｏ．８の樹脂製品の結果を示しており、白抜き丸シンボルの破線は、Ｎｏ．９の樹脂製品の結果を示しており、黒丸シンボルの二点鎖線は、Ｎｏ．１０の樹脂製品の結果を示しており、白抜き丸シンボルの二点鎖線は、Ｎｏ．１１の樹脂製品の結果を示しており、黒三角シンボルの実線は、Ｎｏ．１２の樹脂製品の結果を示しており、白抜き三角シンボルの実線は、Ｎｏ．１３の樹脂製品の結果を示している。黒三角シンボルの破線は、Ｎｏ．１４の樹脂製品の結果を示している。
【００３４】
図２Ａ〜Ｃは、Ｎｏ．４の樹脂製品におけるＳｉＯ２膜の表面のＡＦＭ像である。図２Ａは、作製直後の表面像であり、図２Ｂは、３０日経過後の表面像であり、図２Ｃは、作製直後の３次元像である。図２Ｄは、Ｎｏ．４の樹脂製品における経過日数と接触角の関係を示すグラフである。図３Ａ〜Ｃは、Ｎｏ．１１の樹脂製品におけるＳｉＯ２膜の表面のＡＦＭ像である。図３Ａは、作製直後の表面像であり、図３Ｂは、３０日経過後の表面像であり、図３Ｃは、作製直後の３次元像である。図３Ｄは、Ｎｏ．１１の樹脂製品における経過日数と接触角の関係を示すグラフである。
【００３５】
図１Ａに示されるように、Ｎｏ．１の樹脂製品は、プラズマ処理を行っておらず、ＳｉＯ２膜の表面に凹凸形状が形成されていないため、経時的に接触角が上昇した。すなわち、Ｎｏ．１の樹脂製品は、経時的に親水性が低下した。また、算術平均粗さが２以下であり、ラフネスファクターが１．１以下であったＮｏ．２の樹脂製品も経時的に接触角が上昇した。
【００３６】
一方、図１Ａおよび図２に示されるように、Ｎｏ．３〜６の樹脂製品は、歪度が０超であり、算術平均粗さが２ｎｍ超であり、尖度が３．１未満であり、ラフネスファクターが１．１超であったため、樹脂製品を作製してから３０日経過後の接触角が２０°以下と良好であった。
【００３７】
図１Ｂに示されるように、尖度が３．１以上であり、ラフネスファクターが１．１以下であるＮｏ．７〜９の樹脂製品では、経時的に接触角が上昇した。一方、図１Ｂおよび図３に示されるように、歪度が０以下であり、算術平均粗さが１０ｎｍ超であり、尖度が３未満であり、ラフネスファクターが１．１超である、Ｎｏ．１０〜Ｎｏ．１４の樹脂製品では、樹脂製品を作製してから３０日経過後の接触角が２０°以下と良好であった。
【産業上の利用可能性】
【００３８】
本発明に係る樹脂製品は、例えば、科学分野や医学分野などにおいて使用されるマイクロ流路チップや基板など、プラスチック素材に耐久性の高い親水機能を必要とする様々な装置、機器において有用である。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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