(57)【要約】接着剤を用いずに２つのポリマーシート（２，３）を接着する低温方法であって、前記ポリマーシートの少なくとも一方が微小構造（１）または微小構造のネットワークを含み、前記低温方法が、前記ポリマーシートの一方の一表面の少なくとも一部分を冷プラズマまたはレーザービームを使用することにより処理して、前記部分を低温で物理的に活性化する工程、前記一方のシートの活性化された部分を他方のシートと接触させて、該２つのポリマーシートを接触させる工程、および前記シートを前記ポリマーシートの何れか一方の融解温度および／またはガラス転移温度よりも低い温度および圧力の下におき、それにより前記シートを接着し、シールされた微小構造または微小構造のネットワークを形成する工程を含む方法。当該方法は、生物学的および／または化学的用途に使用するための微小分析デバイスを加工するために使用される。
2004536168.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
接着剤を用いずに２つのポリマーシートを接着する低温方法であって、前記ポリマーシートの少なくとも一方が微小構造または微小構造のネットワークを含み、前記低温方法が以下の工程：
（ａ）前記ポリマーシートの一方の一表面の少なくとも一部分を冷プラズマまたはレーザービームを使用することにより処理して、前記部分を低温で物理的に活性化する工程；
（ｂ）前記一方のシートの活性化された部分を他方のシートと接触させて、該２つのポリマーシートを接触させる工程；および
（ｃ）前記シートを前記ポリマーシートの何れかの融解温度および／またはガラス転移温度よりも低い温度および圧力の下におき、それにより前記シートを接着し、シールされた微小構造または微小構造のネットワークを形成する工程
を含む方法。
【請求項２】
前記他方のシートの少なくとも一部分を冷プラズマまたはレーザービームを使用することにより処理して、前記部分を低温で物理的に活性化する工程も含み；工程（ｂ）において該２つの活性化された部分を接触させる、請求項１に記載の方法。
【請求項３】
前記微小構造および／または前記微小構造のネットワークが窪み、突出、穴、流路および／またはこれらの組合せを含む、請求項１または請求項２に記載の方法。
【請求項４】
前記ポリマーシートの少なくとも一方の一表面の少なくとも一部分を化学的に修飾して、前記部分の表面特性を変化させる工程を更に含む、請求項１、請求項２または請求項３に記載の方法。
【請求項５】
一表面の少なくとも一部分を化学的に修飾する前記工程が酸化性溶液の使用を含む、請求項４に記載の方法。
【請求項６】
前記ポリマーシートの少なくとも一方の少なくとも一部分に生物学的化合物を物理吸着もしくは化学吸着または共有結合により固定化する工程を更に含む、請求項１〜５のいずれか一項に記載の方法。
【請求項７】
前記生物学的化合物がタンパク質、抗原、抗体、酵素、オリゴヌクレオチドまたはＤＮＡを含む、請求項６に記載の方法。
【請求項８】
前記生物学的化合物の失活を防止するように、前記ポリマーシートを１０秒未満の間、温度および圧力の下におく、請求項５または請求項６に記載の方法。
【請求項９】
前記２つのポリマーシートを接触させる工程ならびに温度および圧力の下におく工程がロール間での貼合せによって達成される、請求項１〜８のいずれか一項に記載の方法。
【請求項１０】
前記ローラーが２００℃よりも低い温度を有する、請求項９に記載の方法。
【請求項１１】
前記２つのポリマーシートが同一材料のものである、請求項１〜１０のいずれか一項に記載の方法。
【請求項１２】
前記２つのポリマーシートが非常に低い吸光性の材料でできたものである、請求項１〜１１のいずれか一項に記載の方法。
【請求項１３】
多層デバイスを構築するように２つよりも多くのポリマーシートを一緒に接着する、請求項１〜１２のいずれか一項に記載の方法。
【請求項１４】
前記ポリマーシートの少なくとも一方が少なくとも１つの非ポリマー構成を含む、請求項１〜１３のいずれか一項に記載の方法。
【請求項１５】
非ポリマー構成が、伝導性トラック、光導波路、絞りおよびナノ構造より選択される、請求項１４に記載の方法。
【請求項１６】
シールされた微小構造および／または微小構造のネットワークを仕切るように配置されたポリマーシートの少なくとも当該部分が有機溶媒に耐性である、請求項１〜１５のいずれか一項に記載の方法。
【請求項１７】
生物学的および／または化学的用途に使用するための微小流体デバイスを加工することを含む、請求項１〜１６のいずれか一項に記載の方法。
【請求項１８】
接着剤を用いないで一緒に接着された２つのポリマーシートを含み、前記シートの少なくとも一方が窪んだ微小構造を含み、他方の接着されたシートが該微小構造に突き出ないように該微小構造が他方の接着されたシートによってシールされた、微小流体デバイス。
【請求項１９】
反応、分離、検出または試料の取込みもしくは分配のために専用の少なくとも一部分を備えた、請求項１８に記載のデバイス。
【請求項２０】
前記少なくとも一部分が、タンパク質、抗体、カチオン交換材料、逆相、酵素またはＤＮＡより選択される１以上の官能性をもったマイクロビーズ用の空間を備えた、請求項１９に記載のデバイス。
【請求項２１】
有機溶媒に耐性である、請求項１８、請求項１９または請求項２０に記載のデバイス。
【請求項２２】
電気泳動、アフィニティアッセイ、イムノアッセイ、電気化学、化学的もしくは生物学的合成、エレクトロスプレーおよびこれらの組合せの少なくとも１つを含む分析的または診断的技法における請求項１８〜請求項２１のいずれか一項に記載のデバイスの使用。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は接着剤または過度の温度を必要としないポリマー材料の接着方法、および本発明の接着方法を用いて製造された微小流体デバイス（micro-fluidic device）に関する。
【背景技術】
【０００２】
２つのポリマーシートを一緒にシール（封止）することは、低温での貼合せ（ラミネーション）を可能とするためポリエチレン等の接着剤層を加えることにより、低温融解ポリマー（ポリ（メチルメタクリレート）、ポリスチレン）の熱接着のような様々な手段によって既に達成されている。例えば、ウエノら(Uesno, K, et al. Chemistry Letters 2000, p858）は、２つの構造化されたポリスチレンプレートを、このポリマーのガラス転移温度よりも遥かに高い１０８℃で２５分間加熱することにより、これらのプレートを接着することができた。他の場合には、その融解温度より大幅に低い温度で又はそのガラス転移温度よりも低い温度でさえもポリマー接着を実現することができる。その原理は、接触される他のポリマー層と反応でき更に場合によって架橋できる化学種を生成するために、ポリマーの表面を修飾することである。このような表面処理はポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）上でコロナ放電を使用し、次に１３０℃、すなわち、その融解温度よりも遥かに低い温度で接着することによって成功することが実証されている。［Briggs Din, Practical Surface Analysis, p388］。この方法は、繊維産業または医療装置産業において産業用途[USH0000688, US5051586］にも使用されている。他方、表面の同様な活性化を、繊維の表面接着特性を高めるために先述の著者[US5108780］により示されるような酸素プラズマによって実現することができる。プラズマおよびイオンめっきにより繊維の表面上で接着剤層を付着（deposit）させるために、プラズマのより広範な適用が用いられる。低温での２つのポリマーシートの接着を可能とするポリマーシート材料の貼合せ方法も開発されている[US4756925］。しかし、接着手順がポリマーの表面状態に留意するものであることを示す証拠が、先の研究では何ら与えられていない。特に、接着境界面での浅い２次元（２−Ｄ）または３次元（３−Ｄ）微小構造を完全に維持しながら同一ポリマー材料の２つのシートを接着し得るシステムが、何ら示されていない。
【０００３】
ガラスまたは石英等の無機材料を接着することが、長期にわたり研究されており十分に理解されている。実際には、この場合に接着の原理は、互いに接触されるシラノール基の縮合によりＳｉ−Ｏ−Ｓｉ共有結合を形成することにある。同様に、シロキサンポリマーをガラスまたは他のシロキサンポリマーに接着させることができるが、シラノール基がプレートの表面に存在することを条件とする。このような場合に、シロキサンとガラス間またはシロキサンプレート間での接着は、十分に理解されているガラスの接着とは機構的に異なる。シロキサンポリマーのプラズマ処理はシラノール基を生じさせ、これがガラス分子層を実際に形成する。有機ポリマー（以下、炭素系ポリマーと称する）の処理は、さらに曖昧であり、シラン系材料と比較できない。実際に、プラズマ処理後に、アルコールまたは酸等の幾つかの官能基が表面上で生じ得るが、それらの濃度および反応性はシラノールの場合とは比較にならない［F. Bianchi. H.H. Girault, Anal. Chem., 2001, 73, p.829; A. Ros. V. Devaud, H.H. Girault, Chemical Characterisation of Dynamically Photoablated PET Surface for Microanalytical Applications, 提出済]。それ故に、プラズマ処理に依存して、疎水的、静電的相互作用および／または共有結合がポリマー層間の接着の改善に寄与し得る。
【０００４】
先に引用した有機ポリマーの処理は、微小構造もしくは薄いパターンの存在のような表面の微視的性質も又は結晶性、光学的性質、弾性、形状、伝導性、誘電性などのポリマー特性をも考慮することなく、ポリマーシート同士の接着を改善するために開発されたものである。本発明では、表面の微視的性質を歪めることなくポリマー層の接着を可能とするために穏やかなプラズマ活性化手順が用いられる。
【０００５】
さらに、微小分析(microanalytical）システムは、当初、マイクロエレクトロニクスに用いられる従来技術により加工されていた。それ故に、材料の選択肢はシリコン、ガラスまたは石英であり、構成をパターン形成するためには光化学が用いられており、流路（チャネル）のネットワークを加工するためには化学的エッチングが用いられていた。これらの材料のうち、ガラスおよび石英は、化学反応で用いられる攻撃性の強い溶媒に対するその不活性な挙動のために及びＵＶ範囲におけるその光透過性のために、依然として第一の選択肢である。この後者の特性は蛍光測定に基づく非常に感度および性能の良い検出システムの実現にとって決定的に重要となっている。しかし、これらの技術を用いた加工プロセスに不可欠の構成は、パターン形成された微小構造をシールするためにプレート間で接着することである。２つの異なる技術、すなわち熱接着または陽極接着が用いられる。両方とも材料層が分子的に平坦な表面であることを必要とし、いかなる欠陥または塵に対しても非常に許容性が低い。これらの接着上の制約は、特にＤＮＡ配列決定に用いられる構造のような大きな構造を指定しなければならない場合に、全体の加工プロセスの魅力を減少させる。
【０００６】
それ故に、ますます多大の労力が他の材料（その中でもプラスチック基体が好ましい）を用いた微小分析装置の加工に注がれている。レーザーフォトアブレーション、射出成形、エンボス加工および比較的最近ではプラズマエッチングにより、幾つかの有望な加工方法がプラスチックにおいて示されているが、光学的性質の点のみならず電気浸透流(electroosmotic flow：ＥＯＦ）の質の点でもガラスと有効に匹敵し得るプラスチック材料は無い。実際に、基体内の微小流路（マイクロチャネル）が均一である場合、すなわち、全ての壁が同一材料で作製される場合に、安定なＥＯＦを生じることができる。マイクロチップは１種のポリマーで加工される場合が多いが、微小構造をシールするためにその上に複合材料が貼り合わされる。他の場合に、用いられるポリマーが低いガラス転移温度を有し、表面を融解させることによる接着が可能である。この場合に、流路が同一材料から構成されるが、接着時のアニーリングのために、その表面特性が変化を受けている場合がある。さらに、この方法はある特定のポリマーに限られるため、全て種類の用途に対して採用することができない。実際に、電気化学的、ＮＭＲ（核磁気共鳴）または質量分析等のような非光学式検出方法が開発中である。用途によっては、質量分光分析におけるアセトニトリルまたはメタノール等のような異なる溶媒を使用しなければならない。それ故に、光学的性質よりも溶媒耐性材料に対する必要性のほうが決定的となる。この点に関して、接着剤、シリコーンゴム、接着剤層のようなポリエチレンの使用を避けなければならず、均一な流路（単一種類のポリマーでできた流路をいう）が好ましい。
【０００７】
したがって、ある特定の用途では、特に微小構造がポリマーシートの一つに存在する場合に、高温または攻撃性溶媒による処理に耐えるような、ある特定の所望される特性を有するポリマー層の使用が必要となる。このような場合に、適当なポリマーの選択を、低温で融解することにより接着し得る少なくとも１つの層という特性に限ることはできない。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
本発明の目的は、溶媒との接触に耐えるために及びポリマーシートの表面特性を維持するために充分に強いシール力を２つのポリマーシート間で達成するとともに、接着剤を用いることなく、２つのポリマーシート（以下、ポリマー層、プレートまたは箔とも称する）をその融解温度またはガラス転移温度よりも低い温度において接着する方法を提供することである。また、本発明の目的は、この接着方法を使用して、ポリマー材料でできたシールされた微小システムを製造することである。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明は、請求項１の記載によるポリマーシートの低温接着方法および請求項１８の記載による微小流体デバイスを提供する。本発明の好ましい又は任意的な構成は、その従属請求項で規定される。
【００１０】
本発明の方法は、ポリマーシートの少なくとも一方の少なくとも一部分の表面活性化、次に圧力下での貼合せ手順、および該ポリマーシートの融解温度よりも低い温度での穏やかな加熱に基づくものである。表面活性化は、プラズマおよび／またはレーザービームへの曝露により達成され、これが処理された表面の活性領域を生じさせ、この領域が圧力下でポリマーシート同士を更に接触させた時に該ポリマーシートの融解温度またはガラス転移温度よりも低い温度で加熱することにより該ポリマーシート間で接着力をもたらす。この方法を使用すれば、表面をシールする時に微細な２次元および３次元パターンが維持され、接着される表面に近いバルクポリマー特性が保持される。
【００１１】
本発明の方法はポリマーに基づく微小構造または微小構造のネットワークの再現可能なシールのために使用される。ポリマーシートの少なくとも一方が、大きさ又は形状において制限されないがミリメーター、ミクロメーターまたは更に小さな尺度にある２次元または３次元の構成を含む。これらの微小構造は、窪み、突出、穴、流路またはこれらの何れかの組合せを含む。このようにして、このような微小構造または微小構造のネットワークでできた低温接着された微小システムは、流体で充填され、それにより分離、分析、検出、合成等を可能とするように設計される。適用例として、微小構造を含む２つのポリマー層（例えば、２つのポリエチレンテレフタレートシート、またはポリエチレン層と共にポリイミド箔）を接着剤無しで低温において接着するために、本発明を使用し得る。このようにして、微小構造を組み立てることができ、次に攻撃性の強い溶媒と共に使用することができ、接着剤または他の接着剤層が溶出する危険性がない。それ故に、水性または非水性の分析システムとして機能し得る。さらに、本発明の方法は、非常に一定した非テーラー分散型電気浸透流を生じさせるために又は分子をグラフトするために用い得る表面特性を制御することができる。
【００１２】
本発明の一つの実施態様では、ポリマーシートの少なくとも一方の表面が、更に反応し得る表面上の官能基を生成するように化学的処理を用いて修飾される。これらの官能基は、反応性部位の数を増やすことにより２つのポリマーシートの接着を有利にするように又は接着前に所定の化合物の固定化を可能にするように生成し得る。最大の接着効率を与えるためには、この化学的活性化工程は、通常、プラズマおよび／またはレーザー処理によるポリマー表面の一方の一部分を活性化する工程の後であって前記ポリマーシートのガラス転移温度および／または融解温度よりも低い温度および最適化された圧力の下で２つのポリマーシートを接触させる工程の前に行う。場合によっては、一方のポリマーシートをプラズマおよび／またはレーザー活性化により処理し、他方のポリマーシートを化学的処理により処理することが有利となり得る。多くの適用において、所望のポリマー表面を化学的に修飾するために酸化性溶液を使用し得る。実際に、多くのポリマー材料の場合に、そのような酸化的処理により、例えばカルボキシル基またはアルコール基のような、接着を有利にするために更に反応し得る酸素官能の形成が可能となる。一例として、酸化性溶液により化学的に修飾されたポリマー表面を、酸素の存在下でプラズマまたはレーザービームにより物理的に処理された第２のポリマーシートと接触させることにより、共有結合および／または水素結合を形成し得る。他の例では、これらの酸素官能を用いて、例えばスクシンイミド部分とアミド結合を生成すること等により、ポリマー表面上に化合物を共有結合により固定化し得る。
【００１３】
他の実施態様において、本発明の方法は、接着されるポリマーシートの一方の少なくとも一部分に生物学的化合物を固定化する工程を含む。実際に、本発明の方法は低温プロセスであるため、微小構造のシールに先立って生物学的化合物を固定化するのに有利となり得る。生物学的化合物は、タンパク質、抗原、抗体、酵素、オリゴヌクレオチドまたはＤＮＡを含むことができ、物理吸着もしくは化学吸着により又は共有結合により固定化することができる。
【００１４】
更なる実施態様では、ポリマーシートを接触させる工程が、ローラー間での貼合せ（ラミネーション）を含み、該ローラーは好ましくは２００℃よりも低い温度に加熱される。この貼合せ工程は、好ましくは、プラズマおよび／またはレーザー処理領域から分離された貼合せ領域において行われる。貼合せローラーの制御された圧力および温度により、活性化された表面部分が第２のポリマーシートに強い接着力をもって結合することが確実化される。本発明の一態様において、ポリマーシートはローラーと接触する前に加熱されず、そのため、この貼合せ工程の間に何れのポリマーシートもそのガラス転移温度および／または融解温度に到達しない。幾つかの適用において、ポリマーシートは加熱されたローラー間で短時間の間だけ押圧され、そのため、ローラー温度がこのガラス転移温度および／または融解温度よりも高く設定される場合であっても、ポリマーシートの表面はそのガラス転移温度および／または融解温度に到達しない。
【００１５】
前記ポリマーシートの一方の少なくとも一部分に固定化される前記生物学的化合物の失活を防止するように、ポリマーシートを最適化された圧力および温度の下で１０秒未満の間接触させることができる。
【００１６】
一例として、微小構造または微小構造のネットワークを含むポリマーシートを、その微小構造をシールするために第２のポリマーシートと貼り合せる前に、所定の生物学的化合物、例えば抗体等、を含む溶液中に浸漬することができる。接着工程は比較的低い温度で通常は短時間で行われるので、固定化された化合物はその生物活性を維持する。従って、次に、これらの固定化された生物学的化合物を用いて、ＤＮＡ試験、アフィニティ試験もしくは免疫学的試験でよく見られるように、他の生物学的化合物との複合体を形成させることができ又は基質と反応させることができる。
【００１７】
他の実施態様において、本発明の方法は、同一材料でできた２つのポリマーシートを結合するために使用し得る。これは、例えば、微小構造を支持する基体および該微小構造をシールするために用いられる蓋が同じ表面特性を有し、それによりシステムに例えば非常に低いテーラー分散を与える微小システムの作製を可能とし得る。これはまた、ポリマーエレクトロスプレーインターフェースの製造に有利となり得る。
【００１８】
本発明の方法は、非常に低い吸光性の材料でできた２つのポリマーシートを接着するために使用し得る。このように、本発明の方法を使用して、接着剤無しで微小システムをシールし、例えば蛍光を検出技術として採用し得るようにすることができる。本発明の方法は、低温での熱接着能力を有しない、例えばポリプロピレンシートを接着するために有利に使用し得る。なお、このようなポリマーの特定の光学的性質を維持するためには、接着剤または接着剤層を一切導入すべきでない。ポリマーと接着剤または接着剤層との境界面で光が吸収され、検出システムの性能を低下し得るからである。
【００１９】
本発明の方法は、２つのポリマーシートを、接着後のそれらの物理化学的性質をそれらの表面に近く維持しながら、接着するために使用することができ、前記性質は結晶性、光学的性質、弾性、形状、伝導性および誘電率である。例えば、パターンを一方のポリマーシートの表面上にプリントする場合に、プリントされるパターンの歪みが少ない効率的な接着を可能とするために本発明の方法を使用することができる。本発明の方法を使用すれば、接着プロセス全体の低温により、微小構造または他の３次元構成の微細な幾何学的特徴も２つのポリマーシートのシール時に維持され、そして接着される表面に近いバルクポリマー特性も維持される。本発明の方法は、ポリマー特性を表面に近く均一にしなければならないときにも有利に使用し得る。実際に、強い加熱または局部的レーザー処理がポリマーの結晶性を変化させ、従ってその諸特性に影響を及ぼすことが既に実証されている。（例えば材料を接着するための）過度の加熱が、ガラス転移温度を超え得るために、結晶性、光学的性質または表面張力のような表面特性に対して劇的な効果を及ぼし得ることがよく知られている。本発明において、その接着技術は、穏やかで均一な処理が行われることにより接着後の所望の表面特性を維持することを目的とする。このことは接着前に柔軟であったポリマー材料が本発明の接着後に脆弱になるのを回避する。他の適用は、接着手順によりポリマーの諸特性が破壊されるべきでない、マイクロエレクトロニクス産業である。実際に、何らかの過度の処理は与えられたポリマーの誘電特性の変化を誘起し得るので避けるべきである。この場合にも、本発明の方法を有利に使用し得る。
【００２０】
他の実施態様において、本発明の方法は更に、２つよりも多くのポリマーシートを接着することにより多層デバイスを製造するために使用し得る。従って、この方法は、２以上のポリマー層間で相互接続される微小構造をも有し得る３次元微小システムを加工するために有利に使用し得る。
【００２１】
ポリマーシートの少なくとも一方が伝導性トラック（導電路）、光導波路および／または他の何れかの非ポリマー材料のような構成を含み得る。更なる実施態様において、ポリマーシートの少なくとも一方が絞り(drawing）、金属性トラック、他の伝導性材料、ナノ構造等を含み得る。多くの用途に対し、本発明の方法は（微小構造またはシール用ポリマー箔でできた）集積化電極を有する微小システムをシールするために実際に使用し得る。例えば電気めっきにより金で被覆される銅トラックの加工が、プリント回路基板の加工のためにエレクトロニクス産業においてよく知られている。このような導電性の構成も電気化学的微小システムを形成するために使用し得る。この場合に、このようなシステムの本発明の方法による接着も有利である。本発明は低温プロセスであってシール時に銅および金層間での相互拡散が起こらないからである。このことは、相互拡散が電極表面で銅を生じさせ、銅が電位の印加により容易に酸化され得ることにより、所定の信号を遮蔽する電流を生じることから、電気化学的センサーに非常に有利である。
【００２２】
他の実施態様において、ポリマー表面の少なくとも一方の一部分を活性化する工程は、２つのポリマーシートをこれらのポリマーシートのガラス転移温度および／または融解温度よりも低い温度および最適化された圧力の下で接触させる工程と同調して行うことができる。実際に、プラズマおよび／またはレーザー処理により活性化される部分は非常に反応性の化学官能性を含む。従って、上記２工程の間の時間を制限し、従ってこの活性化された表面の空気または他の何れかの雰囲気への曝露を制限し並びに接着される第２ポリマーシート以外の何れかの材料との接触をも制限することによって、この表面の不活性化を防止することが有利となり得る。
【００２３】
本発明の他の目的は、生物学的および／または化学的用途、限定されないが例えば、電気泳動、アフィニティアッセイ、イムノアッセイ、電気化学、化学的もしくは生物学的合成、エレクトロスプレーおよび／またはこれらの組合せ等に用いられるデバイスを加工することである。他の実施態様において、本発明のデバイスは、分析的および／または診断的用途、例えば、何らかの部分が反応、分離、検出のために専用であって、タンパク質、抗体、カチオン交換材料、逆相、酵素、ＤＮＡ等のような異なる官能性をもったマイクロビーズ用の空間を備えた又は備えない、上述の方法により接着される構造などに使用し得る。他の態様において、本発明のデバイスは有機溶媒に対して耐性である。このことは、ポリマーシートが与えられた溶媒に耐性であるように選択されること、および活性化されたポリマー表面の接着がこのような溶媒に耐性であるために充分に強く、それにより溶媒の漏出を防止することを意味する。
【００２４】
本発明の実施態様を、添付図面を参照して、単に例示することにより以下に更に詳しく説明する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２５】
本発明に係る方法を実証するために、２つのポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）プレートの接着が達成される。約３０℃の温度において２００〜５００Ｗの出力の下で、通常１５秒間、酸素プラズマストリッパ内に２つのプレートを置く。これら２つのプレートを次に１３０℃のラミネータ（貼合せ機）の下で接触させ、圧延する。従って、融解温度よりも遥かに低い温度でシールが達成される。このことは、実施例１に示されるそのような３次元パターンの形状を何ら損なうことなく、微小構造を備えたポリマープレートを接着することを容易にする。
【００２６】
実施例１：図１は、ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）シート２（１００μｍ厚、 Melinex）のレーザーフォトアブレーションにより加工された、４０×６０μｍ2 と測定されるマイクロチャネル（微小流路）１の接着前のＳＥＭ画像を示す。このシートと、他の構造化されていないＰＥＴプレートを１５秒間プラズマにより活性化する。次に、従来のラミネーション機（Morane）を用いて、両方のシートを一緒に貼り合せる。図２は、本発明に係る方法に従って微小構造化されたＰＥＴシート２を第２のＰＥＴシート３と接着させることにより生じたシール化マイクロチャネル１のＳＥＭ画像を示す。注目すべきことに、両ポリマーシート間の境界面は接着後に見ることができず、接着が完全に達成されていることを示す。当該微小構造を圧力に曝すことによっても漏出が全く現われないことが試験されているので、このような接着方法はポリマーでパターン形成された微小構造のシールに完全に適している。
【００２７】
小型化システムの加工において鍵となる問題の一つが非常に再現性の高い微小構造を得ることである点に、この段階で留意されるべきである。実際に、多数の反応および分析がそれらの行われる容量に強く依存する。蛍光検出に基づくアッセイにおいて、得られるシグナル（信号）は、光路長および従って該システムの幾何形状に直接的に依存する。（一般に２つのタンパク質の間または抗原と抗体の間）の特異的複合体の形成に基づくアフィニティアッセイにおいて、この複合体形成反応は、一般に、反応室の壁に固定化された一部分で起こる。それ故に、この反応室の容量の変動は、固定化された分子の数および従って形成される複合体の数を変化させ、それ故に最終的に検出し得るシグナルに影響を与える。それ故に、反応容量の変化は、有意な再現不能性を生じさせる場合があり、これは例えば診断用途に要求される信頼性のある試験にとって許容できないものである。
【００２８】
ポリマー微小構造をシールするために用いられる手順は、測定の質に対して非常に大きな影響を及ぼす。実際に、微小構造は、非常に多くの場合、該微小構造を支持するポリマーシート上にプラスチック層で被覆することによってシールされる。この方法では、一般に、例えばラミネーション機を用いた圧力および加熱の下で、２つのポリマーシートを接触させる。このような方法の利点は、それが試料中に溶解して反応および分析をかき乱し得る接着剤の使用を防止することである。しかしながら、主な不利点は、この方法が比較的低融点のポリマーシートの融解し始める温度に到達することを必要とすることに基づく。充分に強い接着を確保するために２つのポリマーシートに対し圧力を適用する必要があるので、ポリマーシートの融解部分が変形する。
【００２９】
本発明者らは、例えば、従来法により貼り合わされたポリマーによりマイクロチャネルの重要な部分が部分的に妨害され得ることを観察している。図３で模式的に示されるように、ラミネーション層３’がその融解温度付近または融解温度を超える温度で加熱される時に、適用される圧力６がこのラミネーションを（層３’内の矢印によって示されるように）変形させ、これが微小構造化された溝またはマイクロチャネル４に貫入する傾向にあり、それによりシールされたマイクロチャネル４の妨害部５を生じる。その場合に、この妨害部および従ってシールされたマイクロチャネルの容量を制御することは非常に困難である。図４は、作製されたマイクロチャネルの断面の例を示し、ここでポリマー基体はポリイミド箔２’であり、また接着されたＰＥ／ＰＥＴ層３’は、該ポリイミド箔と接触することにより該マイクロチャネル４の深さを変更する妨害部５を生じさせる該ポリエチレン層の融解温度でのラミネーションによって接着されている。この点で強調されるべきこととして、本発明者らはこの接着が全チャネル長にわたって規則的でないこと、および１つのチャネルから他のチャネルを再現可能でないことも観察している。このことはポリマーシート全体において温度が一様でないため、該シートの幾つかの部分が他の部分よりも多く融解することに起因して起こる可能性が非常に高い。多くの尽力の後に、本発明者らは貼り合わされた微小構造により生じる測定のある種の再現不能性が上述のような変形に起因することを発見した。
【００３０】
こうして、本発明の目的の１つは高い再現性をもって微小構造をシールする方法を見出すことにあった。本発明のレーザーおよび／またはプラズマ処理はポリマーシートの接着を有利にする官能基がポリマーシートの表面上に生成することを可能とするので、次にこれを低温に曝すことが可能であり、それにより従来の貼合せ方法で観察されるような同様の変形を防止する。実際に、本発明の１つの鍵となる特徴は、レーザーまたはプラズマ処理による表面の活性化が２つのポリマーシートをそれらの融解温度よりも低い温度で接着することを可能とする点である。
【００３１】
図２は、貼り合わされた層３がマイクロチャネルと接着せず、従ってマイクロチャネルを部分的にも妨害しない構造の例を示す。このようなシステムにおいて、貼り合わされた接着層は何ら変形を示さず、そのために反応室の容量が微細加工プロセスの精密さだけに依存する。それ故に、本発明の方法を用いてシールされる微小システムは、従来のシール方法よりも幾何形状制御が良好であるという利点を示す。
【００３２】
さらに、このようなレーザーまたはプラズマ処理により接着強さが改善されることが留意された。実際に、微小構造に高圧を適用することができ、このことは高い流量を可能とする。また、このような接着は攻撃性の強い溶媒に対して耐性であり、このことは従来の貼合せ技術と比べて微小システムの新規な適用を可能とする（例えば、質量分析装置と連係するエレクトロスプレー用のアセトニトリルまたは非常に酸性の高い溶液の使用）。
【００３３】
プラズマおよび／またはレーザー活性化がポリマーの全種類に適当ではないことを指摘する必要がある。レーザーおよびプラズマオーブンを用いて、本実験で選択される条件の下で、ポリイミド微小構造をポリエチレン／ポリエチレンテレフタレートシートと接着することが、強度、変形不存在および溶媒に対する耐性の点で最適の効率のものであること実証された。他方、２つのポリイミドシートの接着は、酸素プラズマの下での活性化により有意には改善されなかった。このことはプラズマのガス混合物も処理時間およびエネルギーも最適化されていない実験条件に起因して起こる可能性が非常に高い。産業用途の場合には、シールされる微小システムの再現性および幾何形状精密度を維持しながら、ポリマーの各種類について活性化パラメータおよび最適な接着を可能とする条件を設定することが必要となる。
【００３４】
実施例２：本実施例では、微小分析システムを製造すべく、１つのポリマーシートでパターン形成された微小構造をシールするために、本発明に係る接着方法を使用した。この目的のために、図１および図２に示されるものに類似のマイクロチャネルをＰＥＴシートでレーザーフォトアブレーションにより作製した。上述の方法に従って接着後に、シールされたマイクロチャネルを用いて電気浸透流がこのようなマイクロチャネルに生じ得ることを実証する。２ｃｍ長のマイクロチャネルの長さを移動するために要する時間を一連の６つの試験について表１に示す。同様に、図５は、時間の関数として、様々な種類のマイクロチャネルで得られる電気浸透流の値を示し、プラズマ処理および非処理ＰＥＴシートで得られる値を比較するものである。
【００３５】
注目すべきことに、測定中に漏出が全く観察されず、このことは良好な接着特性が開発されたことを、それが達成される低温にもかかわらず示す。
【００３６】
【表１】
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表１：本発明の方法（１３０℃での貼合せ前に３５０Ｗの酸素プラズマへ１５秒間曝露）によりシールされる均一ＰＥＴマイクロチャネルにおける電気浸透流の再現性。この表はｐＨ７の１３．４ｍＭリン酸緩衝液が２ｃｍ長マイクロチャネルに沿って流れるために要する時間（秒）を示す。
【００３７】
上記の接着は、圧力に対する良好な耐性も示した。実際に、このようにシールされたマイクロチャネル中で漏出無しに流体を容易にポンプで押し出すことができることが実証されたが、これは下の実施例３の対象である。
【００３８】
実施例３：本発明の方法に従って作製したＰＥＴマイクロチャネルを更に用いて、二重Ｔ注入パターンをもった電気泳動装置を設計した。フルオレセインの動電的注入（electrokinetic injection）の蛍光画像である図６は、フルオレセインの痕跡が全く見られないため、漏出が全く起こらないことを示す。フルオレセインプラグの注入および検出により電気泳動分離が明らかにされ、図７のエレクトロフェログラムで報告される。得られたピークはフルオレセインの蛍光検出によるものである。
【００３９】
図４：質量分析によるタンパク質溶液の分析を可能とするために、メタノール、アセトニトリルおよび強酸のような溶媒および／または酸性溶液を用いることができる。ナノエレクトロスプレーチップのようなマイクロチップの使用を可能とするために、該チップの加工用に使用する材料は強酸性スプレー溶液と相容性でなければならない。それ故に、複合チャネルまたは接着剤を使用することは、溶媒に何らかの不相容性を与え、ナノエレクトロスプレーにより得られるスペクトルを汚染する場合がある。それ故に、フィニガンＬＣＱデュオ（Finnigan LCQ duo）質量分析装置を用いて質量分析スペクトルを得るために、図２に示されるＰＥＴで構成されるチップを使用する。このチップを質量分析装置にさらし、５０％メタノール、４９％水および１％酢酸で充填されたマイクロチップ内に作製されたリザーバーと質量分析装置の入口との間に１〜２ｋＶの電圧を印加する。
【００４０】
図８Ａは、時間とともにミオグロビンのピークの全存在量の発生を示し、図８Ｂは、ミオグロビンの質量スペクトルを示す。このスペクトルの精度ならびに経時的安定性は、本発明の方法の汚染を防止するための実現可能性を実証する。
【００４１】
実施例５：本発明の接着手順の良好なシール特性の証拠として、２つの接着されたＰＥＴ層を分離するために必要な引張力を評価するために剥離（delamination）について試験した。図９は、このプロセスが構造全体を破壊するので、２つの接着された層を分離できないことを示す。更に圧力をかけると、プラスチックは、剥離される代わりに引き裂かれることになる。
【図面の簡単な説明】
【００４２】
【図１】接着前のポリマーシートの断面の走査電子顕微鏡（ＳＥＭ）写真である。
【図２】本発明の方法を用いて第２のシートと接着した後の図１のシート２の断面のＳＥＭ写真である。
【図３】従来の方法により貼り合わされたマイクロチャネルの断面の模式図である。
【図４】従来の方法により貼り合わされたマイクロチャネルの断面のＳＥＭ写真である。
【図５】本発明の方法または他の方法を用いて接着された様々な種類の微小構造における電気浸透流量の発生を示すグラフである。
【図６】本発明の方法を用いてシールされた微小構造におけるフルオレセインの動電的注入の蛍光画像である。
【図７】本発明に従って接着されたＰＥＴシートでできたマイクロチップを用いて得られたエレクトロフェログラムである。
【図８Ａ】図２のマイクロチャネルに類似するマイクロチャネルを、４μＭのミオグロビン試料をスプレーするための質量分析装置にさらすことによって得られた時間の関数としての全質量シグナルの強度を示す図である。
【図８Ｂ】得られたミオグロビンの質量スペクトル全体を示す図である。
【図９】引張強さ剥離実験後の引き裂かれたポリマー層を示す写真である。
【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図７】
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【図８Ａ】
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【図８Ｂ】
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【国際公開パンフレット】
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【手続補正書】
【提出日】平成14年10月22日(2002.10.22)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
接着剤を用いずに２つの炭素系ポリマーシートを接着する低温方法であって、前記ポリマーシートの少なくとも一方が微小構造または微小構造のネットワークを含み、前記低温方法が薄いポリマー箔を接着するために適したものであって以下の工程：
（ａ）前記ポリマーシートの一方の一表面の少なくとも一部分を冷プラズマまたはレーザービームを使用することにより処理して、前記部分を低温で物理的に活性化する工程；
（ｂ）前記一方のシートの活性化された部分を他方のシートと接触させて、該２つのポリマーシートを接触させる工程；および
（ｃ）前記シートを前記ポリマーシートの何れかの融解温度および／またはガラス転移温度よりも低い温度および１〜１０バールの圧力の下におき、それにより前記シートを接着し、シールされた微小構造または微小構造のネットワークを形成する工程
を含む方法。
【請求項２】
前記他方のシートの少なくとも一部分を冷プラズマまたはレーザービームを使用することにより処理して、前記部分を低温で物理的に活性化する工程も含み；工程（ｂ）において該２つの活性化された部分を接触させる、請求項１に記載の方法。
【請求項３】
前記微小構造および／または前記微小構造のネットワークが窪み、突出、穴、流路および／またはこれらの組合せを含む、請求項１または請求項２に記載の方法。
【請求項４】
前記ポリマーシートの少なくとも一方の一表面の少なくとも一部分を化学的に修飾して、前記部分の表面特性を変化させる工程を更に含む、請求項１、請求項２または請求項３に記載の方法。
【請求項５】
一表面の少なくとも一部分を化学的に修飾する前記工程が酸化性溶液の使用を含む、請求項４に記載の方法。
【請求項６】
前記ポリマーシートの少なくとも一方の少なくとも一部分に生物学的化合物を物理吸着もしくは化学吸着または共有結合により固定化する工程を更に含む、請求項１〜５のいずれか一項に記載の方法。
【請求項７】
前記生物学的化合物がタンパク質、抗原、抗体、酵素、オリゴヌクレオチドまたはＤＮＡを含む、請求項６に記載の方法。
【請求項８】
前記生物学的化合物の失活を防止するように、前記ポリマーシートを１０秒未満の間、温度および圧力の下におく、請求項５または請求項６に記載の方法。
【請求項９】
前記２つのポリマーシートを接触させる工程ならびに温度および圧力の下におく工程がロール間での貼合せによって達成される、請求項１〜８のいずれか一項に記載の方法。
【請求項１０】
前記ローラーが２００℃よりも低い温度を有する、請求項９に記載の方法。
【請求項１１】
前記２つのポリマーシートが同一材料のものである、請求項１〜１０のいずれか一項に記載の方法。
【請求項１２】
前記２つのポリマーシートが非常に低い吸光性の材料でできたものである、請求項１〜１１のいずれか一項に記載の方法。
【請求項１３】
多層デバイスを構築するように２つよりも多くのポリマーシートを一緒に接着する、請求項１〜１２のいずれか一項に記載の方法。
【請求項１４】
前記ポリマーシートの少なくとも一方が少なくとも１つの非ポリマー構成を含む、請求項１〜１３のいずれか一項に記載の方法。
【請求項１５】
非ポリマー構成が、伝導性トラック、光導波路、絞りおよびナノ構造より選択される、請求項１４に記載の方法。
【請求項１６】
シールされた微小構造および／または微小構造のネットワークを仕切るように配置されたポリマーシートの少なくとも当該部分が有機溶媒に耐性である、請求項１〜１５のいずれか一項に記載の方法。
【請求項１７】
生物学的および／または化学的用途に使用するための微小流体デバイスを加工することを含む、請求項１〜１６のいずれか一項に記載の方法。
【請求項１８】
接着剤を用いないで一緒に接着された２つのポリマーシートを含み、前記シートの少なくとも一方が窪んだ微小構造を含み、他方の接着されたシートが該微小構造に突き出ないように該微小構造が他方の接着されたシートによってシールされた、微小流体デバイス。
【請求項１９】
反応、分離、検出または試料の取込みもしくは分配のために専用の少なくとも一部分を備えた、請求項１８に記載のデバイス。
【請求項２０】
前記少なくとも一部分が、タンパク質、抗体、カチオン交換材料、逆相、酵素またはＤＮＡより選択される１以上の官能性をもったマイクロビーズ用の空間を備えた、請求項１９に記載のデバイス。
【請求項２１】
有機溶媒に耐性である、請求項１８、請求項１９または請求項２０に記載のデバイス。
【請求項２２】
電気泳動、アフィニティアッセイ、イムノアッセイ、電気化学、化学的もしくは生物学的合成、エレクトロスプレーおよびこれらの組合せの少なくとも１つを含む分析的または診断的技法における請求項１８〜請求項２１のいずれか一項に記載のデバイスの使用。
【国際調査報告】
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