(57)【要約】【課題】簡便な手法でマイクロ流路の断面積を制御することができるマイクロ流路デバイスを提供すること。【解決手段】マイクロ流路の内壁の少なくとも一部に刺激応答性ゲルを化学結合により結合したマイクロ流路、又は、刺激応答性ゲルよりなるマイクロ流路を有し、マイクロ流路の断面積を前記刺激応答性ゲルへの刺激により調節することを特徴とするマイクロ流路デバイス。また、前記刺激応答性ゲルの刺激種が、光、電気、任意の化学種、温度変化よりなる群から選ばれるものであることが好ましい。【選択図】  図１
2007319942.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
マイクロ流路の内壁の少なくとも一部に刺激応答性ゲルを化学結合により結合したマイクロ流路、又は、刺激応答性ゲルよりなるマイクロ流路を有し、
マイクロ流路の断面積を前記刺激応答性ゲルへの刺激により調節することを特徴とする
マイクロ流路デバイス。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、マイクロ流路デバイスに関する。
【背景技術】
【０００２】
一般的に「微細加工を利用して作られ、等価直径が５００μｍ以下の微小な流路で反応を行う装置」と定義されているマイクロリアクターに代表される微小な素子や装置は、例えば、物質の分析、合成、抽出、分離を行う技術に応用した場合、少量多品種、高効率、低環境負荷などの多くの利点が得られるため、近年、様々な分野への応用が期待されている。
上記のようなマイクロリアクターなどの微小流路に、バルブなどの流れを制御する役割を果たすものを組み込むことで、より高次の機能を付加することができる。この微小バルブは可動部を持ち、高い精度と耐久性が求められる。しかしながら、このような微小バルブを微小流路に加工する手法は困難であり、実用的なものは得られていない。
従来の微小流路の流れを制御する方法としては、例えば、特許文献１〜４に記載の方法が挙げられる。
【０００３】
【特許文献１】特開２００２−１６３０２２号公報
【特許文献２】特開２００４−２７７５９０号公報
【特許文献３】特開２００４−２４９３８１号公報
【特許文献４】特表２００３−５０５２６０号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
本発明は、簡便な手法でマイクロ流路の断面積を制御することができるマイクロ流路デバイスを提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本発明の上記課題は、手段＜１＞によって解決された。好ましい実施態様である＜２＞〜＜５＞と共に以下に示す。
＜１＞  マイクロ流路の内壁の少なくとも一部に刺激応答性ゲルを化学結合により結合したマイクロ流路、又は、刺激応答性ゲルよりなるマイクロ流路を有し、マイクロ流路の断面積を前記刺激応答性ゲルへの刺激により調節することを特徴とするマイクロ流路デバイス、
＜２＞  刺激応答性ゲルの刺激種が光である上記＜１＞に記載のマイクロ流路デバイス、
＜３＞  刺激応答性ゲルの刺激種が電気である上記＜１＞又は＜２＞に記載のマイクロ流路デバイス、
＜４＞  刺激応答性ゲルの刺激種が任意の化学種である上記＜１＞〜＜３＞のいずれか１つに記載のマイクロ流路デバイス、
＜５＞  刺激応答性ゲルの刺激種が温度変化である上記＜１＞〜＜４＞のいずれか１つに記載のマイクロ流路デバイス。
【発明の効果】
【０００６】
本発明によれば、簡便な手法でマイクロ流路の断面積を制御することができるマイクロ流路デバイスを提供することができた。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００７】
本発明のマイクロ流路デバイスは、内壁の少なくとも一部に刺激応答性ゲルを化学結合により結合したマイクロ流路、又は、刺激応答性ゲルよりなるマイクロ流路を有し、マイクロ流路の断面積を前記刺激応答性ゲルへの刺激により調節することを特徴とする。
本発明のマイクロ流路デバイスは、簡便な手法でマイクロ流路の断面積を制御することができる。
また、本発明のマイクロ流路デバイスの一実施態様により、例えば、マイクロ流路を可逆的に開閉又は任意の流量に調節できるバルブ機能を有するマイクロ流路デバイスを提供することができたり、所望の任意の位置でバルブを形成できるマイクロ流路デバイスを提供することができたり、複数の位置で同時にバルブを形成できるマイクロ流路デバイスを提供することができたり、非接触で流量に調節することができるマイクロ流路デバイスを提供することができるため好ましい。
以下、図面等を参照し、本発明を詳細に説明する。
【０００８】
（マイクロ流路デバイス）
本発明のマイクロ流路デバイスの一実施態様は、内壁の少なくとも一部に刺激応答性ゲルを化学結合により結合したマイクロ流路を有するマイクロ流路デバイスである。
図１は、内壁の少なくとも一部に刺激応答性ゲルを化学結合により結合したマイクロ流路を有するマイクロ流路の一例を示す模式断面図である。
図１に示す本発明のマイクロ流路デバイスは、壁部１２及び流路部１４よりなるマイクロ流路１０を有し、前記マイクロ流路１０の内壁１８には、刺激応答性ゲル１６が化学結合により結合している（図１Ａ）。
刺激応答性ゲル１６として光の吸収によって膨潤する刺激応答性ゲルを用いた場合、図１Ｂ〜図１Ｄに示すように、液体で満たされたマイクロ流路１０の一部に光を照射することにより、光を照射した部分の刺激応答性ゲル１６が液体を吸収して膨潤し、マイクロ流路１４の断面積を減少、又は、マイクロ流路１４を閉塞する。
【０００９】
また、本発明のマイクロ流路デバイスの他の一実施態様は、刺激応答性ゲルよりなるマイクロ流路を有するマイクロ流路デバイスである。
図２は、刺激応答性ゲルよりなるマイクロ流路を有する本発明のマイクロ流路デバイスの一例を示す模式断面図である。
図２に示す本発明のマイクロ流路デバイス１０は、マイクロ流路の基材として刺激応答性ゲル１６を用いてマイクロ流路１０が形成されている。
例えば、図１と同様に、刺激応答性ゲルとして光の吸収によって膨潤する刺激応答性ゲルを用いた場合、液体で満たされたマイクロ流路の一部に光を照射することにより、光を照射した部分の刺激応答性ゲルが液体を吸収して膨潤し、マイクロ流路を閉塞することが可能である。
【００１０】
本発明のマイクロ流路デバイスが、内壁の少なくとも一部に刺激応答性ゲルを化学結合により修飾したマイクロ流路を有するものであると、刺激応答性ゲルの使用量を必要に応じた量に容易に調整することができ、コストの面で優れるため好ましい。
また、ゲルを内壁に化学結合により修飾することでゲルの膨潤・収縮の繰り返しによる壁面からのゲルの脱落を防ぐことができる。
また、本発明のマイクロ流路デバイスが、刺激応答性ゲルよりなるマイクロ流路を有するものであると、マイクロ流路デバイスの製造工程を簡略化できるため好ましい。
本発明のマイクロ流路デバイスは、一つのデバイスに刺激応答性ゲルを一種のみ用いても、複数種用いてもよい。
【００１１】
本発明に用いることができる刺激応答性ゲルは、ｐＨの変化、イオン濃度の変化、化学物質の吸脱着、溶媒組成の変化、又は、磁場、光、熱（温度変化）、電流若しくは電界の付与等の刺激の付与によって、液体を吸脱（吸収・放出）して体積変化（膨潤・収縮）するものである。
刺激応答性ゲルの刺激種としては、前述のもののうち、光、電気（電流若しくは電界）任意の化学種、温度変化（熱）よりなる群から選ばれるものであることが、刺激付与手段が簡便であるため好ましい。
本発明において、刺激応答性ゲルの体積変化は一方的なものでも可逆的なものであってもよいが、可逆的であるものが好ましい。また、刺激応答性ゲルは、刺激応答性を有する高分子ゲルであることが好ましい。
【００１２】
イオン濃度の変化によって刺激応答する刺激応答性ゲルとしては、前記したｐＨ変化による刺激応答性ゲルと同様なイオン性の高分子材料（高分子ゲル）が使用できる。また、前記イオン濃度の変化は、塩等の添加、イオン交換性樹脂の使用などによるものが好ましい。
【００１３】
化学物質の吸脱着によって刺激応答する刺激応答性ゲルとしては、強イオン性高分子ゲルが好ましく、その例として、ポリビニルスルホン酸の架橋物やビニルスルホン酸と（メタ）アクリルアミド、ヒドロキシエチル（メタ）アクリレート、（メタ）アクリル酸アルキルエステルなどとの共重合体の架橋物、ポリビニルベンゼンスルホン酸の架橋物やビニルベンゼンスルホン酸と（メタ）アクリルアミド、ヒドロキシエチル（メタ）アクリレート、（メタ）アクリル酸アルキルエステルなどとの共重合体の架橋物、ポリ（メタ）アクリルアミドアルキルスルホン酸の架橋物や（メタ）アクリルアミドアルキルスルホン酸と（メタ）アクリルアミド、ヒドロキシエチル（メタ）アクリレート、（メタ）アクリル酸アルキルエステルなどとの共重合体の架橋物などが挙げられ、特に、ポリアクリルアミドアルキルスルホン酸系高分子が好ましく使用される。
【００１４】
また、この場合の化学物質としては、界面活性剤、例えば、ｎ−ドデシルピリジニウムクロライドなどのアルキルピリジン塩、アルキルアンモニウム塩、フェニルアンモニウム塩、テトラフェニルホスフォニウムクロライドなどのホスホニウム塩などのカチオン性界面活性剤を好ましく使用することができる。
【００１５】
また、化学物質の吸脱着によって刺激応答する刺激応答性ゲルとしては、ジオール化合物、糖、又は、ヌクレオチド等の多価アルコール化合物の吸脱着によって刺激応答する刺激応答性ゲルである、フェニルボロン酸単量体とエチレン性不飽和単量体との共重合体の架橋物が挙げられる。また、このような刺激応答性ゲルとしては、特開平７−３０４９７１号公報、特開平１１−３２２７６１号公報、特開２０００−３０９６１４号公報に記載の刺激応答性ゲルが例示できる。
【００１６】
前記フェニルボロン酸単量体としては、４−（ジヒドロキシボロノ）スチレン、３−（メタ）アクリルアミドフェニルボロン酸、Ｎ−（４’−ビニルベンジル）−４−フェニルボロン酸カルボキサミド３−（（メタ）アクリルアミジルグリシルアミド）フェニルボロン酸、３−（メタ）アクリルアミド−２−トリフルオロメチルフェニルボロン酸、３−（メタ）アクリルアミド−４−ペンタフルオロエチルフェニルボロン酸、３−（メタ）アクリルアミド−６−ヘプタフルオロプロピルフェニルボロン酸、３−（（メタ）アクリルアミジルグリシルアミド）−６−ヘプタフルオロプロピルフェニルボロン酸、３−（メタ）アクリルアミド−４、６−ビス（ヘプタフルオロプロピル）フェニルボロン酸、３−（メタ）アクリルアミド−２−（１，１，２，２，３，３−ヘキサフルオロプロピル）フェニルボロン酸、３−（メタ）アクリルアミド−４−（１−クロロ−１，１，２，２，３，３−ヘキサフルオロプロピル）フェニルボロン酸、３−（メタ）アクリルアミド−６−（ペルフルオロ−１，４−ジメチル−２，５−ジオキサオクチル）フェニルボロン酸等が好ましく例示できる。
前記エチレン性不飽和単量体としては、Ｎ−アルキル置換（メタ）アクリルアミド、（メタ）アクリルアミド、ヒドロキシエチル（メタ）アクリレート、（メタ）アクリル酸アルキルエステル、（メタ）アクリル酸等が好ましく挙げられる。
【００１７】
溶媒組成の変化によって刺激応答する刺激応答性ゲルとしては、ほとんどの高分子ゲルが挙げられ、その高分子ゲルの良溶媒と貧溶媒とを利用することで膨潤、収縮を引き起こすことが可能である。
【００１８】
磁場の付与によって刺激応答する刺激応答性ゲルとしては、強磁性体粒子や磁性流体を含有するポリビニルアルコールの架橋物等が挙げられるが、磁場の刺激に応答するゲルであれば、ゲル自体は特に限定されるものではなく、ゲルの範疇に含まれるものであればよい。
【００１９】
電流又は電界の付与によって刺激応答する刺激応答性ゲルとしては、カチオン性高分子ゲルと電子受容性化合物とのＣＴ錯体（電荷移動錯体）が好ましく、ジメチルアミノプロピル（メタ）アクリルアミドなどアミノ置換（メタ）アクリルアミドの架橋物；ジメチルアミノエチル（メタ）アクリレート、ジエチルアミノエチル（メタ）アクリレートやジメチルアミノプロピルアクリレートなどの（メタ）アクリル酸アミノ置換アルキルエステルの架橋物；ポリスチレンの架橋物；ポリビニルピリジンの架橋物；ポリビニルカルバゾールの架橋物；ポリジメチルアミノスチレンの架橋物などが挙げられ、特に、ジメチルアミノエチル（メタ）アクリレート、ジエチルアミノエチル（メタ）アクリレート、ジメチルアミノプロピル（メタ）アクリレート、ジエチルアミノプロピル（メタ）アクリレートなどのジアルキルアミノアルキル（メタ）アクリレート系高分子が好ましい。これらは、ベンゾキノン、７，７，８，８−テトラシアノキノジメタン（ＴＣＮＱ）、テトラシアノエチレン、クロラニル、トリニトロベンゼン、無水マレイン酸やヨウ素などの電子受容性化合物とを組み合わせて使用することができる。
【００２０】
光の付与によって刺激応答する刺激応答性ゲルとしては、トリアリールメタン誘導体やスピロベンゾピラン誘導体などの光によってイオン解離する基を有する親水性高分子化合物の架橋物が好ましく、その例として、ビニル置換トリアリールメタンロイコ誘導体と（メタ）アクリルアミドとの共重合体の架橋物などが挙げられる。
また、光の付与によって刺激応答する刺激応答性ゲルとしては、アゾ基（特にアゾベンゼン構造）を有する化合物などの光によってシス−トランス異性化を生じる基を有する高分子化合物の架橋物が好ましい。その例としては、（メタ）アクリロイル基含有アゾベンゼンと（メタ）アクリルアミドとの共重合体の架橋物などが挙げられる。
【００２１】
熱（温度変化）によって刺激応答する刺激応答性ゲルとしては、ある温度以上で疎水性相互作用によって凝集し水溶液中から析出してくる性質を持つＬＣＳＴ（下限臨界共融温度）をもつ高分子の架橋体、及びＵＣＳＴ（上限臨界共融温度）をもつ高分子の架橋体や、互いに水素結合する高分子鎖を持つ高分子ゲル、または互いに水素結合する２成分の高分子のＩＰＮ体（相互侵入網目構造体）、結晶性などの凝集性の側鎖を持つ高分子ゲルなどが好ましい。これらの中でも疎水性相互作用を利用したＬＣＳＴゲルは特に好ましい。ＬＣＳＴゲルは高温において収縮し、ＵＣＳＴゲルやＩＰＮゲル、結晶性ゲルでは、逆に高温で膨潤する特性をもっている。
【００２２】
高温において収縮するゲルの具体的な化合物としては、ポリＮ−イソプロピルアクリルアミドなどのＮ−アルキル置換（メタ）アクリルアミドの架橋体やＮ−アルキル置換（メタ）アクリルアミドと（メタ）アクリル酸及びその塩、又は（メタ）アクリルアミド、又は（メタ）アクリル酸アルキルエステルなどの２成分以上の共重合体の架橋体、ポリビニルメチルエーテルの架橋物、メチルセルロース、エチルセルロース、ヒドロキシプロピルセルロースなどのアルキル置換セルロース誘導体の架橋体などが挙げられる。これらの中でも、ポリＮ−イソプロピル（メタ）アクリルアミドは好ましい。
一方、高温において膨潤するゲルの具体的な化合物としては、ポリ（メタ）アクリルアミドの架橋体とポリ（メタ）アクリル酸の架橋体からなるＩＰＮ体およびその部分中和体（アクリル酸単位を部分的に塩化したもの）、ポリ（メタ）アクリルアミドを主成分とする共重合体の架橋体とポリ（メタ）アクリル酸の架橋体からなるＩＰＮ体およびその部分中和体などが挙げられる。より好ましくは、ポリＮ−アルキル置換アルキルアミドの架橋体、ポリ（メタ）アクリルアミドの架橋体とポリ（メタ）アクリル酸の架橋体とのＩＰＮ体及びその部分中和体などが挙げられる。
【００２３】
また、前記結晶性ゲルとしては、オクチル基、デシル基、ラウリル基、ステアリル基等の長鎖アルキル基を有する（メタ）アクリル酸エステルと（メタ）アクリル酸との共重合体の架橋体やその塩があげられる。この熱応答性高分子ゲルの体積変化を示す温度（相転移温度）は、高分子ゲルの構造、組成により種々の設計が可能である。なお、好ましい相転移温度は溶媒の沸点や凝固点内であることが好ましく、より好ましくは−３０〜３００℃の範囲であり、さらに好ましくは−１０〜１５０℃の範囲であり、特に好ましくは０〜６０℃の範囲である。
【００２４】
熱によって刺激応答する刺激応答性ゲルとしては前記例示した具体例の他に、温度変化に応じて複数の相転移点を示すゲルも好適に使用することができる。具体的に例示すると、ポリＮ−イソプロピル（メタ）アクリルアミドなどのポリアルキル置換（メタ）アクリルアミドの架橋体とポリ（メタ）アクリル酸の架橋体とのＩＰＮ体などがあげられる。これらのゲルは、温度上昇に伴い膨潤−収縮−膨潤という２つの相転移点を示すことが知られている。
【００２５】
また、熱によって刺激応答する刺激応答性ゲルの体積変化量を増大させる目的でイオン性官能基を高分子ゲル中に含有させることも好ましい。イオン性官能基としてはカルボン酸、スルホン酸、アンモニウム基、りん酸基などが挙げられる。イオン性官能基はゲルを調製する際にこれら官能基をもつモノマーを共重合する、合成後の刺激応答性ゲルにモノマーを含浸させて重合しＩＰＮ（相互侵入網目構造体）体とする、前記刺激応答性ゲル中の官能基を部分的に加水分解や酸化反応などの化学反応によって変換するなどの方法で含有させることができる。
【００２６】
これらの中でも、刺激応答性ゲルとしては、光応答性ゲルとしてはアゾ基（特にアゾベンゼン構造）を有する高分子化合物の架橋物、ジオール類応答性ゲルとしてはフェニルボロン酸単量体とエチレン性不飽和単量体との共重合体の架橋物、並びに、電気、任意の化学種及び温度変化応答性ゲルとしてはＮ−アルキル置換（メタ）アクリルアミド共重合体の架橋体がより好ましく例示できる。
【００２７】
本発明のマイクロ流路デバイスが、内壁の少なくとも一部に刺激応答性ゲルを化学結合により修飾したマイクロ流路を有するものである場合、刺激応答性ゲルに使用する架橋剤の使用量は、全単量体の重量に対し、０．０１％〜１０％であることが好ましく、０．１％〜１．０％であることがより好ましい。上記範囲であると、自己支持性に優れるだけでなく十分な体積変化量が得られ、さらにマイクロ流路内壁面への刺激応答性ゲルの修飾が容易にできるため好ましい。
【００２８】
刺激応答性ゲルの最大体積変化量は特に限定されないが、高いほど好ましく、最大膨潤時及び最小収縮時の体積比が３以上であることが好ましく、特に５以上であることが好ましい。
また、刺激応答性ゲルの体積変化は、一方的であるものでも可逆的であるものでもよいが、任意の流量制御やデバイスの再利用の点から可逆的なものであることが好ましい。
【００２９】
更に、刺激応答性ゲルの最大膨潤時の液体の吸収量は（刺激応答性ゲルが吸収した液体の質量／乾燥時の刺激応答性ゲルの質量）＝５〜５００の間が好ましい。５以上であれば刺激応答性ゲルの体積変化を十分取ることができ、５００以下であればゲルの強度を十分確保できるため好ましい。
【００３０】
刺激応答性ゲル中にはその特性を損なわない範囲で紫外線吸収剤、光安定剤等、種々の安定剤を共重合あるいは結合させることが可能である。例えば、ヒンダードアミン系やヒンダードフェノール系の化合物や光安定化機能を持つ化合物などを共重合あるいは結合することが好ましく実施できる。これらの化合物の共重合量あるいは結合量は、刺激応答性ゲルに対して０．０１〜５重量％の範囲が好ましい。
【００３１】
マイクロ流路の内壁へ修飾された刺激応答性ゲルは、マイクロ流路の内壁と刺激応答性ゲルとが化学結合により結合して修飾されており、前記化学結合が共有結合であることが好ましい。また、マイクロ流路の基材として刺激応答性ゲルを用いる場合は、その内壁表面部分と内壁の内部とは、一様な刺激応答性ゲルで形成されており、化学結合により結合していることは言うまでもない。
【００３２】
マイクロ流路デバイスの内壁の少なくとも一部に刺激応答性ゲルを化学結合により修飾する場合、刺激応答性ゲルの厚さは、必要に応じて適度な厚さで形成すればよいが、０．０１〜５，０００μｍであることが好ましく、０．１〜１，０００μｍであることがより好ましく、１０〜３００μｍであることがさらに好ましい。
【００３３】
本発明のマイクロ流路デバイスに流すことができる流体は、完全な液体でなくともよく、使用用途に応じ、固体や気体を含むものであってもよく、その組成や濃度等も必要に応じ選択することができる。
【００３４】
本発明に用いることができるマイクロ流路デバイスの材質としては、刺激応答性ゲル以外に、金属、セラミック、ガラス、シリコーン、樹脂などの材料が例示でき、刺激応答性ゲル、ガラス、樹脂などが好ましく挙げられる。刺激応答性ゲルをマイクロ流路の内壁に修飾する場合、材質がガラスや樹脂であると内壁への修飾が容易であるため好ましい。
また、前記材質は、安価、透明性及び加工性などの観点からはガラスを用いることが好ましく、成型性、耐衝撃性及び安価などの観点からは樹脂を用いることが好ましい。
【００３５】
前記ガラスとしては、例えば、ソーダガラス、石英ガラス、ホウ珪酸ガラス、クリスタルガラスなど一般的なものが使用できる。また、ガラスのガラス転移点としては、５００〜６００℃であることがより好ましい。
前記樹脂としては、耐衝撃性、耐熱性、耐薬品性、透明性などが、行う反応や単位操作に適した樹脂が好ましく、具体的には、ポリエステル樹脂、スチレン樹脂、アクリル樹脂、スチレン・アクリル樹脂、シリコーン樹脂、エポキシ樹脂、ジエン系樹脂、フェノール樹脂、テルペン樹脂、クマリン樹脂、アミド樹脂、アミドイミド樹脂、ブチラール樹脂、ウレタン樹脂、エチレン・酢酸ビニル樹脂等が好ましく例示できるが、より好ましくは、メチルメタクリレート樹脂などのアクリル樹脂、スチレン樹脂である。また、前記樹脂としては、ガラス転移点を有する樹脂であることが好ましく、前記樹脂のガラス転移点は、９０〜１５０℃の範囲であることが好ましく、１００〜１４０℃の範囲であることがより好ましい。
【００３６】
前記マイクロ流路は、マイクロスケールの流路である。すなわち、流路の幅（流路径）は、５，０００μｍ以下であり、好ましくは１０〜１，０００μｍの範囲であり、より好ましくは３０〜５００μｍの範囲である。また、流路の深さは１０〜５００μｍの範囲程度である。さらに、流路の長さは、形成される流路の形状にもよるが、好ましくは５〜４００ｍｍの範囲であり、より好ましくは１０〜２００ｍｍの範囲である。
また、マイクロ流路の形状については特に制限はなく、例えば、流れ方向に対し垂直な方向での断面形状が円形、楕円形、多角形など所望の形状とすることができる。
【００３７】
マイクロ流路デバイスの大きさは、使用目的に応じ適宜設定することができるが、１〜１００ｃｍ2の範囲が好ましく、１０〜４０ｃｍ2の範囲がより好ましい。またマイクロ流路デバイスの厚さは、２〜３０ｍｍの範囲が好ましく、３〜１５ｍｍの範囲がより好ましい。
【００３８】
本発明のマイクロ流路デバイスは、必要に応じて、マイクロ流路の少なくとも内壁に刺激応答性ゲルを備えたマイクロ流路を１つ有していても、２つ以上有していてもよく、流路の分岐、合流部分、刺激応答性ゲルのないマイクロ流路等を有していてもよい。さらに、本発明のマイクロ流路デバイス、特に刺激応答性ゲルよりなる本発明のマイクロ流路デバイスは、十分な装置の強度等を得るため、他の材質で形成された補強部分を有していてもよい。
また、本発明のマイクロ流路デバイスは、その用途に応じて、上述した刺激付与部以外にも、反応、混合、分離、精製、分析、洗浄等の機能を有する部位を有していてもよい。
【００３９】
本発明のマイクロ流路デバイスには、必要に応じて、例えば、マイクロ流路デバイスに流体を送液するための送液口や、マイクロ流路デバイスから流体を回収するための回収口などを設けてもよい。
【００４０】
また、本発明のマイクロ流路デバイスは、その用途に応じて、複数を組み合わせたり、反応、混合、分離、精製、分析、洗浄等の機能を有する装置や、送液装置、回収装置、他のマイクロ流路デバイス等を組み合わせ、マイクロ化学システムを好適に構築することができる。
【００４１】
本発明のマイクロ流路デバイスの製造方法は、特に制限されないが、以下の方法が好ましく挙げられる。
【００４２】
マイクロ流路の内壁に刺激応答性ゲルを修飾したマイクロ流路デバイスの製造方法としては、マイクロ流路を形成したデバイスを作製する工程（以下、「流路作製工程」ともいう。）、前記マイクロ流路の内壁に反応性基を修飾する工程（以下、「内壁修飾工程」ともいう。）、及び、前記反応性基に刺激応答性ゲル前駆組成物を反応させ、前記マイクロ流路の内壁に刺激応答性ゲルを形成する工程（以下、「ゲル形成工程」ともいう。）を含む製造方法が好ましく例示できる。
【００４３】
前記流路作製工程におけるマイクロ流路の形成方法としては、特に制限はなく、例えば、公知の方法を用いることができる。マイクロ流路は、例えば、微細加工技術により作製することができる。微細加工方法としては、例えば、Ｘ線を用いたＬＩＧＡ技術を用いる方法、フォトリソグラフィー法によりレジスト部を構造体として使用する方法、レジスト開口部をエッチング処理する方法、マイクロ放電加工法、レーザー加工法、ダイアモンドのような硬い材料で作られたマイクロ工具を用いる機械的マイクロ切削加工法がある。これらの技術は単独で用いてもよく、組み合わせて用いてもよい。
これらの中で、樹脂を用いる場合には、機械的マイクロ切削加工法を用いることが好ましい。
【００４４】
前記内壁修飾工程における内壁に反応性基を修飾する方法としては、特に制限はないが、マイクロ流路デバイスの基材がガラスである場合は、例えば、反応性基を有するシラン化合物を内壁表面に反応させる方法が挙げられ、また、基材が樹脂である場合は、例えば、樹脂中の官能基と反応可能な基及び反応性基を少なくとも有する化合物を内壁表面に反応させる方法が挙げられる。
【００４５】
前記ゲル形成工程は、刺激応答性ゲル前駆組成物と前記反応性基とを反応させ、内壁と刺激応答性ゲルとが共有結合により結合したマイクロ流路を形成する工程である。
前記刺激応答性ゲル前駆組成物は、所望の刺激応答性ゲルに応じて、刺激応答性ゲルを形成するための単量体、架橋剤、反応開始剤、溶媒等を含むことができるものである。
前記反応性基は、所望の刺激応答性ゲルに応じて適宜選択することができる。例えば、刺激応答性ゲルをラジカル重合反応により形成する場合は、前記反応性基はラジカル重合性基であることが好ましく、刺激応答性ゲルをカチオン重合反応により形成する場合は、前記反応性基はカチオン重合性基であることが好ましい。
前記反応性基としては、ラジカル重合性基であるエチレン性不飽和基やカチオン重合性基である環状エーテル基等が好ましく挙げられ、反応性などの面から、ビニル基、エポキシ基、オキセタニル基等がより好ましく挙げられる。
【００４６】
マイクロ流路を刺激応答性ゲルで形成したマイクロ流路デバイスの製造方法としては、特に制限はないが、刺激応答性ゲル製基板の少なくとも一方の面にマイクロ流路を形成する工程、及び、刺激応答性ゲル製基板のマイクロ流路を形成した面を刺激応答性ゲルにより閉塞する工程を含む方法や、刺激応答性ゲルの内部にマイクロ流路を形成する工程を含む方法等が挙げられる。
刺激応答性ゲルの表面や内部にマイクロ流路を形成する方法としては、特に制限はないが、前述したようなフォトリソグラフィー法及びエッチング法や、マイクロ流路の型を作製し、その型に刺激応答性ゲルを形成し、マイクロ流路が表面又は内部に形成された刺激応答性ゲルを得る方法等が挙げられる。
刺激応答性ゲル製基板のマイクロ流路を形成した面を刺激応答性ゲルにより閉塞する方法としては、特に制限はないが、刺激応答性ゲルを形成する単量体成分や接着剤等により他の刺激応答性ゲル基板と接着する方法や、マイクロ流路を容易に除去可能な物質で埋めておき、その上に刺激応答性ゲルを形成又は他の刺激応答性ゲル基板と接着し、その後マイクロ流路を埋めていた物質を除去する方法等が挙げられる。
【実施例】
【００４７】
以下、本発明を実施例で詳しく説明するが、本発明を何ら限定するものではない。
【００４８】
（実施例１（光刺激））
ガラス製のマイクロ流路（マイクロ化学技研社製スタンダードチップ、ＩＣＣ−ＩＲ０１、溝幅２００μｍ、溝深さ９０μｍ、流路長さ６０ｍｍ）内に０．１Ｍクロロジメチルビニルシランのイソオクタン溶液を充填し密封状態で１０時間静置しガラス表面にビニル基を修飾した。溶液を排出後、ヘキサン、メタノールで洗浄した。
アクリルアミド１２重量部、４−アクロイルアミノアゾベンゼン２重量部、架橋剤Ｎ，Ｎ’−メチレンビスアクリルアミド（ＢＩＳ）（和光純薬工業（株）製）０．０２重量部、開始剤アセトアミノフェノン（和光純薬工業（株）製）０．２ｇをジオキサン５１．７重量部に溶解し、十分に窒素置換した。この溶液をビニル基を修飾したマイクロ流路内壁にコートしＵＶ光を照射し光重合を行うと、内壁が高分子ゲルで覆われたマイクロ流路が得られた。
得られたマイクロ流路に水を充填するとコートゲルは収縮状態であった。高圧水銀ランプとカラーフィルターを用いて３６６ｎｍの光をスポット照射したところ、アゾベンゼン基がトランス→シス転移することでゲルが膨潤し、光を照射した部位で流路を閉塞した（図１）。この光照射による流路の閉塞は任意の部位で可能であった。また、可視光照射環境条件あるいは熱緩和によりゲルは収縮状態に戻り、この膨潤収縮挙動は完全に可逆であった。
【００４９】
また、図３Ａに示すようなマイクロ流路（マイクロ化学技研社製スタンダードチップ、ＩＣＣ−ＳＹ０５））を用い、一つの流路（流路１（Ａ））から二方に分岐（流路２（Ｂ）及び流路３（Ｃ））するＹ字型マイクロ流路１０に上述の処理を行い、水系溶液を流した。通常の状態では流量は（流路１）＝（流路２）＋（流路３）である。ここで流路２に３６６ｎｍの光をスポット照射すると照射部位のゲルが膨潤し、溶液は流路３のみに流れた（図３Ｂ）。また、同様に流路３に同様の光を照射すると溶液は流路２にのみ流れた（図３Ｃ）。さらに、流路１に照射した場合（図３Ｄ）、あるいは流路２と流路３に照射した場合（図３Ｅ）には溶液は全く流れなくなった。また、光照射時間を短縮するとゲルは半膨潤状態になり、流量を抑制することができた（不図示）。また、全ての場合において可視光照射環境条件あるいは熱緩和によりゲルは収縮状態に戻り、この膨潤収縮挙動は完全に可逆であった。
このように本手法によるとマイクロ流路の任意の部位で刺激を与えることで流れを任意に制御できる。
【００５０】
（実施例２（電気刺激））
流路壁面に微小電極（作用極）を配列したガラス製マイクロ流路内（溝幅１，０００μｍ、溝深さ１，０００μｍ、流路長さ５０ｍｍ）に０．５Ｍ硫酸水溶液を充填し電極に１．９Ｖ（対ＳＣＥ）を印加し陽極酸化した（５分間）。その後−０．１〜１．１Ｖ（対ＳＣＥ）の範囲でサイクリックリクボルタモグラムが定常になるまで掃引を繰り返したのちに１．１Ｖに保持し電流値が一定になるまで放置した。以上の操作で電極上に水酸基を導入することができた。流路を洗浄して、０．１Ｍクロロジメチルビニルシランのイソオクタン溶液を充填し密封状態で１０時間静置しガラス表面および電極表面にビニル基を修飾した。溶液を排出後、ヘキサン、メタノールで洗浄した。
Ｎ−イソプロピルアクリルアミド１２重量部、アクリル酸２重量部と１．５倍モル量トリエチルアミン、架橋剤Ｎ，Ｎ’−メチレンビスアクリルアミド（ＢＩＳ）（和光純薬工業（株）製）０．０２重量部、開始剤アセトアミノフェノン（和光純薬工業（株）製）０．２重量部を水５０重量部に溶解し、十分に窒素置換した。この溶液をビニル基を修飾したマイクロ流路内壁に充填しＵＶ光を照射し光重合を行い、洗い流すと内壁が高分子ゲルで覆われたマイクロ流路が得られた。
得られたマイクロ流路にＮ，Ｎ−ジメチルホルムアミド（ＤＭＦ）を充填し全ての作用極を−２０Ｖに保持するとコートゲルは収縮状態であった。任意の位置の電極電位を＋２０Ｖにするとゲルが膨潤し流路を閉塞した。この電気刺激による流路の閉塞は任意の部位で可能であった。また、この膨潤収縮挙動は完全に可逆であった。
【００５１】
（実施例３（任意の化学種、グルコース応答））
ガラス製のマイクロ流路（マイクロ化学技研社製スタンダードチップ、ＩＣＣ−ＩＲ０１、溝幅２００μｍ、溝深さ９０μｍ、流路長さ６０ｍｍ）内に０．１Ｍクロロジメチルビニルシランのイソオクタン溶液を充填し密封状態で１０時間静置しガラス表面にビニル基を修飾した。溶液を排出後、ヘキサン、メタノールで洗浄した。
Ｎ−イソプロピルアクリルアミド１２重量部、３−アクリルアミドフェニルボロン酸２重量部、架橋剤Ｎ，Ｎ’−メチレンビスアクリルアミド（ＢＩＳ）（和光純薬工業（株）製）０．０２重量部、開始剤アセトアミノフェノン（和光純薬工業（株）製）０．２重量部をジメチルスルホキシド（ＤＭＳＯ）５５重量部に溶解し、十分に窒素置換した。この溶液をビニル基を修飾したマイクロ流路内壁に充填しＵＶ光を照射し光重合を行い洗い流すと、内壁が高分子ゲルで覆われたマイクロ流路が得られた。
得られたマイクロ流路に２８℃で０．１ＭのＮ−シクロヘキシル−２−アミノエタンスルホン酸（ＣＨＥＳ）バッファーを充填するとコートゲルは収縮状態であった。ここにグルコースの水溶液をグルコース濃度を徐々に上昇させながら流した。グルコース濃度が３ｍＭ付近からゲルは膨潤しはじめ、濃度上昇に伴い徐々に流量は低下し、約２０ｍＭになったときにほぼ流路を閉塞した。ここで温度を上昇させるとゲルは収縮するため低グルコース濃度の溶液を流すと初期状態へと戻り、この膨潤収縮挙動は完全に可逆であることが確認された。
【００５２】
（実施例４（任意の化学種、分子インプリント法））
ガラス製のマイクロ流路（マイクロ化学技研社製スタンダードチップ、ＩＣＣ−ＩＲ０１、溝幅２００μｍ、溝深さ９０μｍ、流路長さ６０ｍｍ）内に０．１Ｍクロロジメチルビニルシランのイソオクタン溶液を充填し密封状態で１０時間静置しガラス表面にビニル基を修飾した。溶液を排出後、ヘキサン、メタノールで洗浄した。
Ｎ−イソプロピルアクリルアミド１２重量部、アクリル酸２重量部、塩酸ノルエフェドリン２重量部、架橋剤Ｎ，Ｎ’−メチレンビスアクリルアミド（ＢＩＳ）（和光純薬工業（株）製）０．０２重量部、開始剤アセトアミノフェノン（和光純薬工業（株）製）０．２重量部をジオキサン５１．７重量部に溶解し、十分に窒素置換した。この溶液をビニル基を修飾したマイクロ流路内壁にコートしＵＶ光を照射し光重合を行い洗い流すと、内壁が高分子ゲルで覆われたマイクロ流路が得られた。１０％酢酸水溶液で塩酸ノルエフェドリンを抽出した後に純水で洗浄した。得られたゲルは重合時に存在したゲスト分子（この場合は塩酸ノルエファドリン）をインプリントされ、その構造を記憶し特異的配向を有したホストゲルである。
得られたマイクロ流路に水を充填し５０℃に保持するとゲルは収縮状態であり、通常通りの流量を流すことができた。ここに塩酸ノルエフェドリンの水溶液を塩酸ノルエフェドリン濃度を徐々に上昇させながら流した。塩酸ノルエフェドリン濃度が５０ｍＭ付近からゲルは膨潤しはじめ、濃度上昇に伴い徐々に流量は低下し、約１００ｍＭになったときにほぼ流路を閉塞した。また、塩酸ノルエフェドリンの類似物質である塩酸アドレナリンや塩酸ノルエピネフリンなどの水溶液を流してもゲルは膨潤せず、重合時に添加した物質のみに応答することが確認できた。さらに、重合時に他の物質を添加してもその物質に特異的に応答した。また、この膨潤収縮挙動は完全に可逆であることが確認された。
【００５３】
（実施例５（温度刺激））
ガラス製のマイクロ流路（マイクロ化学技研社製スタンダードチップ、ＩＣＣ−ＩＲ０１、溝幅２００μｍ、溝深さ９０μｍ、流路長さ６０ｍｍ）内に０．１Ｍクロロジメチルビニルシランのイソオクタン溶液を充填し密封状態で１０時間静置しガラス表面にビニル基を修飾した。溶液を排出後、ヘキサン、メタノールで洗浄した。
アクリルアミド１２重量部、架橋剤Ｎ，Ｎ’−メチレンビスアクリルアミド（ＢＩＳ）（和光純薬工業（株）製）０．０２重量部、開始剤アセトアミノフェノン（和光純薬工業（株）製）０．２重量部をジオキサン５１．７重量部に溶解し、十分に窒素置換した。この溶液をビニル基を修飾したマイクロ流路内壁にコートしＵＶ光を照射し光重合を行い、洗い流すと内壁がアクリルアミドゲルで覆われたマイクロ流路が得られた。この流路に開始剤および促進剤を添加した３重量％のアクリル酸水溶液を充填し２時間重合反応を行った。重合後、余分なポリアクリル酸および未反応物を純水で洗い流した。以上の操作でマイクロ流路壁面にポリアクリルアミド／ポリアクリル酸セミＩＰＮ（interpenetrating networks）ゲルがコートされた。このゲルは高温で膨潤し低温で収縮する。
得られたマイクロ流路に水を充填するとコートゲルは室温で収縮状態であった。レーザーを用いて局所的に加熱すると直ちに照射した部位のみでゲルが膨潤し流路を閉塞した。この光照射による流路の閉塞は任意の部位で可能であった。レーザー照射をやめると直ちにゲルは収縮状態に戻り、この膨潤収縮挙動は完全に可逆であった。
【図面の簡単な説明】
【００５４】
【図１】マイクロ流路の内壁に刺激応答性ゲルを修飾した本発明のマイクロ流路デバイスの一例を示す模式断面図である。
【図２】マイクロ流路を刺激応答性ゲルで形成した本発明のマイクロ流路デバイスの一例を示す模式断面図である。
【図３】Ｙ字型のマイクロ流路の内壁に刺激応答性ゲルを修飾した本発明のマイクロ流路デバイスの一例を示す模式断面図である。
【符号の説明】
【００５５】
１０    マイクロ流路
１２    壁部
１４    流路部
１６    刺激応答性ゲル
１８    マイクロ流路内壁
Ａ      流路１
Ｂ      流路２
Ｃ      流路３
【図１】
2007319942.tif 000003
【図２】
2007319942.tif 000004
【図３】
2007319942.tif 000005