(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
高分子樹脂製流路チップの流路内に、ポリエチレングリコール及び／又はポリビニルアルコールとシランカップリング剤とを含む塗布溶液を導入し、流路の接液部に塗布膜を形成させ、該塗布膜を湿度７０％以上、１００℃以下の条件で乾燥する工程を含むことを特徴とする高分子樹脂製流路チップ接液部の表面改質方法。
【請求項２】
前記乾燥を、５０〜１００℃の熱処理により行う、請求項１に記載の高分子樹脂製流路チップ接液部の表面改質方法。
【請求項３】
前記塗布溶液（１００質量％）中の前記親水性高分子の含有量が、１〜２０質量％である、請求項１又は２に記載の高分子樹脂製流路チップ接液部の表面改質方法。
【請求項４】
前記塗布溶液（１００質量％）中の前記シランカップリング剤の含有量が、５〜３０質量％である、請求項１〜３のいずれかに記載の高分子樹脂製流路チップ接液部の表面改質方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、高分子樹脂製流路チップ接液部の表面改質方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
たとえば、核酸やタンパク質等の生体分子の分析においては、例えば、μ−ＴＡＳ（Micro Total Analysis System）のような、ポンプ、バルブ、センサ、流路等を有する高分子樹脂製流路チップを用いた分析を行うことにより、様々な種類の試料を分析することが広く行われている。このような分析法は、低コスト、かつ短時間で大量の分析を行えるという利点がある。また、分析に必要な作業を自動化することにより、煩雑な作業や熟練した技術等を必要とせず、簡便に分析を行うことができる。そのため、特に医療や環境測定の分野において好適に用いられる。
【０００３】
このような分析においては、試料溶液が高分子樹脂製流路チップの流路を通過する際、試料溶液内の核酸やタンパク質、また標識化合物として用いられる蛍光性有機化合物等が流路の接液部（内壁面）に吸着すると、分析の定量性及び精度が低くなり、信頼性が低下する。特に検量線を必要とするようなμ−ＴＡＳの場合にはその影響は大きくなる。高分子樹脂製流路チップの材質としては、一般に環状オレフィン、ポリメチルメタアクリレート、ポリイミド、シリコンゴム等の疎水性の高分子樹脂が用いられる。そのため、高分子樹脂製流路チップの接液部に、核酸、タンパク質、蛍光性有機化合物等の試料が吸着することを抑えることが求められている。
【０００４】
核酸等の生体分子が高分子樹脂製流路チップの接液部に吸着するのを抑える方法としては、接液部の親水性を向上させ、接液部と、試料溶液中の核酸等の生体分子との相互作用を弱める方法が知られている。
具体的には、たとえば、生体分子との相互作用が弱いことが知られている血清アルブミン、生体膜を構成するリン脂質成分を接液部に吸着により保持させる方法がある（特許文献１）。
【特許文献１】特開２００６−２９２４７２号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかし、特許文献１の方法では、高分子樹脂材料の種類によっては血清アルブミンやリン脂質成分が接液部に吸着し難く、保持効率が悪いため、試料中の生体分子等の吸着を抑える効果が充分に得られないことがある。また、接液部に吸着させた血清アルブミンやリン脂質成分が、試料溶液中に脱離してきてしまうという問題もあった。
そのため、高分子樹脂製流路チップの接液部の親水性を向上させることができ、かつ付与した親水性の持続力が高い表面改質方法が望まれている。
【０００６】
そこで本発明は、接液部の親水性を向上させることができ、かつ付与した親水性の持続力が高い、高分子樹脂製流路チップ接液部の表面改質方法を目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明の高分子樹脂製流路チップ接液部の表面改質方法は、高分子樹脂製流路チップの流路内に、ポリエチレングリコール及び／又はポリビニルアルコールとシランカップリング剤とを含む塗布溶液を導入し、流路の接液部に塗布膜を形成させ、該塗布膜を湿度７０％以上、１００℃以下の条件で乾燥する工程を含むことを特徴とする方法である。これにより、前記流路の接液部に、シランカップリング剤と親水性高分子とを含有する改質膜を形成することができる。
【０００８】
また、本発明の高分子樹脂製流路チップ接液部の表面改質方法は、前記乾燥を、５０〜１００℃の熱処理により行うことが好ましい。これにより、塗布膜中の溶媒の蒸発が早く、改質膜が短時間で形成される。
また、前記塗布溶液（１００質量％）中の前記親水性高分子の含有量が、１〜２０質量％であることが好ましい。親水性高分子の含有量を前記範囲内とすることにより、低コストで成形体表面の親水性が向上する。
前記塗布溶液（１００質量％）中の前記シランカップリング剤の含有量が、５〜３０質量％であることが好ましい。シランカップリング剤の含有量を前記範囲内とすることにより、改質膜の膜厚を厚くしすぎずに親水性高分子を固定することが容易になる。
【発明の効果】
【０００９】
本発明の方法によれば、高分子樹脂製流路チップの接液部の親水性を向上させることができ、また付与した親水性が長期間持続する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１０】
本発明の高分子樹脂製流路チップ接液部の表面改質方法は、高分子樹脂製流路チップの流路に塗布溶液を導入し、接液部に塗布膜を形成させ、該塗布膜を乾燥する工程を含む方法である。
本発明の表面改質方法の一実施形態例として、図１〜３に例示する高分子樹脂製流路チップ１（以下、流路チップ１という）の接液部の親水性を向上させる方法について説明する。
【００１１】
［高分子樹脂製流路チップ］
流路チップ１は、図３に示すように、長尺の上側基板２と、該上側基板２と同様の形状の下側基板３とが接合されている。また、上側基板２には、該上側基板２の長手方向に沿って凹条２ａ（３つ）が形成されており、上側基板２と下側基板３とが接合されることにより、流路１２が形成されている。
また、流路チップ１は、図１及び図２に示すように、試料溶液２０を投入する開口１１と、試料溶液２０を排出する開口１３とを有している。そのため、開口１１より投入された試料溶液２０が流路１２内を通過し、開口１３から排出されることにより、例えば、流路１２の途中にセンサ等を配置することで様々な試料を連続的に測定できる。
【００１２】
流路チップ１の上側基板２及び下側基板３の材質としては、たとえば、環状オレフィン、ポリメチルメタアクリレート、ポリイミド、シリコンゴム等の疎水性高分子からなる高分子樹脂材料が挙げられる。このような高分子樹脂材料からなる流路チップ１の接液部１２ａ（流路１２の内壁面）は疎水性である。上側基板２及び下側基板３の材質は、同じであっても異なっていてもよい。
【００１３】
［塗布溶液］
流路チップ１の接液部１２ａに塗布膜を形成するのに用いる塗布溶液は、溶媒中に親水性高分子及びシランカップリング剤を含有する。
溶媒としては、エタノール、ｎ−ヘキサノール、１，４−ジオキサン等の有機溶媒が挙げられ、前記有機溶媒と水との混合溶媒であってもよい。また、これら溶媒には、酢酸、塩酸、硫酸等の酸が添加されていることが好ましい。
【００１４】
（親水性高分子）
親水性高分子は、流路チップ１の接液部１２ａに固定されることにより表面の親水性を向上させる役割を果たす。
親水性高分子としては、ポリビニルアルコール及び／又はポリエチレングリコールが使用できる。
親水性高分子として酸性度定数（ｐＫａ）の値が小さいポリビニル硫酸塩等を用いると、流路１２内においてポリビニル硫酸塩が解離した状態で存在するため、静電的な相互作用により接液部１２ａに核酸やタンパク質等の試料が吸着してしまう。本発明の表面改質方法では、ポリビニルアルコールやポリエチレングリコールを用いることにより、そのような静電的な相互作用による試料の吸着を避けることができる。
【００１５】
ポリエチレングリコールの平均分子量は、４００〜８０００であることが好ましく、６００〜６０００であることがより好ましく、６００〜４０００であることがさらに好ましい。平均分子量が６００以上であれば、ポリエチレングリコールの膜表面密度が高まりやすい。平均分子量が６０００以下であれば、コーティング液への溶解性を確保しやすい。
ポリビニルアルコールの重合度は、１０００〜３０００であることが好ましく、１５００〜２０００であることがより好ましい。重合度が１５００以上であれば、ポリビニルアルコールの膜表面密度が高めやすい。重合度が２０００以下であれば、コーティング液への溶解性を確保しやすい。
【００１６】
塗布溶液（１００質量％）中の親水性高分子の含有量は、１〜２０質量％であることが好ましく、３〜１５質量％であることがより好ましく、５〜１０質量％であることがさらに好ましい。
親水性高分子の含有量が１質量％以上であれば、高分子樹脂材料表面の親水性を向上させやすい。また、親水性高分子の含有量が２０質量％を超えると親水性を向上させる効果はほとんど変化しなくなる。
親水性高分子としてポリビニルアルコール及びポリエチレングリコールを併用する場合には、それらの合計量が前記範囲を満たすようにすることが好ましい。
【００１７】
（シランカップリング剤）
シランカップリング剤は、塗布溶液を導入して形成した塗布膜を乾燥することにより接液部１２ａに改質膜を形成させ、該改質膜に親水性高分子を固定する役割を果たす。
シランカップリング剤としては、たとえば、メチルトリメトキシシラン、メチルトリエトキシシラン、テトラエトキシシラン、ビニルトリメトキシシラン、３−アミノプロピルトリエトキシシラン、Ｎ−（２−アミノメチル）−３−アミノプロピルトリメトキシシラン、Ｎ−（２−アミノメチル）−３−アミノプロピルミチルジメチキシシラン、３−グリシドキシプロピルトリメトキシシラン、３−グリシドキシプロピルメチルジメトキシシラン、３−メタクリルオキシプロピルトリメトキシシラン、３−メタクリルオキシプロピルメチルジメトキシシラン、３−メルカプトプロピルトリメトキシシラン、ヘキサメチルシラザン、１，３−ビス（３−グリシドキシプロピル）−１，１，３，３−テトラメチルジシロキサン、フェニルトリエトキシシラン等が挙げられる。
シランカップリング剤は、１種のみを単独で使用してもよく、２種以上を併用してもよい。
【００１８】
塗布溶液（１００質量％）中のシランカップリング剤の含有量は、５〜３０質量％であることが好ましく、１０〜２０質量％であることがより好ましく、１２〜１６質量％であることがさらに好ましい。
シランカップリング剤の含有量が１０質量％以上であれば、高分子樹脂材料表面に親水性高分子を固定しやすい。また、シランカップリング剤の含有量が２０質量％以下であれば、乾燥後の改質膜の膜厚が厚くなりすぎるのを防ぎやすい。
シランカップリング剤を２種以上併用する場合には、それらの合計量が前記範囲を満たすようにすることが好ましい。
【００１９】
［表面改質方法］
本発明の表面改質方法は、流路チップ１の流路１２内に塗布溶液を導入し、接液部１２ａに塗布膜を形成し、該塗布膜を湿度７０％以上、１００℃以下の条件で乾燥する工程を含む。
接液部１２ａに塗布膜を形成する方法としては、特に制限はなく、例えば、シリンジ等を用いて開口１１から前記塗布溶液を押し込んで流路１２に導入し、一定期間馴染ませた後に空気を導入することにより余分な塗布溶液を除去して塗布膜を形成する方法が挙げられる。また、開口１３側から減圧することにより、開口１１から塗布溶液を流路１２内に引き込んで馴染ませた後、前記と同様にして余分な塗布溶液を除去する方法であってもよい。また、流路１２内に塗布溶液を導入するのは開口１３側からであってもよい。
【００２０】
本発明の方法では、塗布膜を乾燥後に親水性高分子とシランカップリング剤により形成される改質膜と、接液部１２ａとの結合強度を向上させるために、流路１２内に塗布溶液を導入する前に接液部１２ａの表面処理を施していてもよい。
たとえば、流路チップ１がポリイミド樹脂材料からなる場合には、流路１２内に水酸化ナトリウム水溶液等を導入することによりアルカリ加水分解を行い、接液部１２ａにカルボキシ基及びアミノ基を露出させる必要がある。
【００２１】
接液部１２ａに形成した塗布膜は、乾燥時の湿度が７０％以上である工程を含むことにより、流路チップ１の接液部１２ａの親水性を充分に向上させることができる。また、湿度７０％以上の条件における乾燥後、さらに湿度７０％未満の条件における乾燥を行ってもよい。この場合、湿度５０〜８０％で乾燥することが好ましい。
湿度は、流路１２内に前記湿度の空気を導入することにより調節することができ、流路１２内の塗布溶液の除去を兼ねることが好ましい。
【００２２】
また、本発明の方法では、乾燥は１００℃以下で行う。乾燥は、５０〜１００℃での熱処理により行うことが好ましく、８５〜９５℃の熱処理により行うことがより好ましい。
乾燥温度を５０℃以上とすれば、塗布膜の乾燥をより短時間で行うことができるため、親水性の高い接液部１２ａを有する流路チップ１の製造効率が向上する。また、乾燥温度を９５℃以下とすれば、乾燥時に溶媒が急激に蒸発することにより、形成される改質膜にクラックが入ってしまうのを防止しやすい。
【００２３】
また、前記湿度条件における乾燥後、さらに湿度７０％以下の条件における乾燥を行う場合、乾燥温度は前記乾燥温度と同様に１００℃以下とする。また、好ましい温度条件も同じである。
【００２４】
接液部１２ａに形成される改質膜の膜厚は、０．０１〜２μｍであることが好ましい。膜厚を０．０１μｍ以上とすれば、接液部１２ａの親水性を向上させやすい。また、膜厚を２μｍ以下とすれば、試料溶液２０の通液を阻害して分析性能を低下させるおそれが少ない。
【００２５】
以上説明した本発明の方法によれば、低コストで高分子樹脂製流路チップの接液部を改質し、親水性を向上させることができる。また、得られた高分子樹脂製流路チップ接液部の親水性表面は、従来の方法によるものと比較して持続力が優れている。そのため、試料溶液２０中の核酸、タンパク質、標識化合物である蛍光性有機化合物等の試料が接液部に吸着するのを抑えることができるため、分析の定量性及び精度が向上し、信頼性が高くなる。
該理由は、シランカップリング剤により形成される膜に親水性高分子を含有させることにより、親水性高分子を接液部に強固に固定できるためであると考えられる。
【００２６】
また、本発明では乾燥時の湿度を７０％以上とする工程を含むため、接液部に高い親水性を付与することができる。該理由としては、高い湿度条件で乾燥を行うことにより、乾燥時に気相に存在する水分子と、塗布膜中のシランカップリング剤が有するヒドロキシ基との間で相互作用（水素結合等）が生じ、乾燥後に形成された改質膜表面近傍のシランカップリング剤のヒドロキシ基の密度が高くなるためであると考えられる。
【実施例】
【００２７】
以下、実施例及び比較例を示して本発明を詳細に説明する。ただし、本発明は以下の記載によって限定されるものではない。
［実施例１］
図４に示すような高分子樹脂製流路チップ４（以下、流路チップ４）を用意した。流路チップ４は、長尺の上側基板５と、該上側基板５と同様の形状の下側基板６とが接合されている。また、上側基板５には、該上側基板５の長手方向に沿って凹条５ａ（１つ）が形成されており、上側基板５と下側基板６とが接合されて、流路３２が形成されている（図６）。
また、流路チップ４は、図４及び図５に示すように、試料溶液を投入する開口３１と、試料溶液を排出する開口３３とを有している。上側基板５及び下側基板６は環状オレフィン樹脂（ＣＯＣ樹脂）からなる。
また、エタノール（２０ｍＬ）、ｎ−ヘキサノール（２ｍＬ）、酢酸（０．９ｍＬ）、及び０．０１Ｎ塩酸（４．３ｍＬ）からなる溶媒に、フェニルトリエトキシシラン（１ｍＬ）、メチルトリエトキシシラン（１ｍＬ）、及びアミノプロピルトリエトキシシラン（０．５ｍＬ）を順次加え、よく混和させた。ついで、室温下で一定期間放置した後、平均分子量３０００のポリエチレングリコール（２ｇ）を含むエタノール―水混合溶液（１０ｍＬ）を添加し、よく混和して塗布溶液とした。
ついで、前記塗布溶液を開口３１から流路３２内に１ｍＬ容量の樹脂製シリンジを用いて導入することにより充填した。その後、室温（２５℃）下で５分間放置して、塗布溶液を流路３２の接液部３２ａに馴染ませ、５０ｍＬシリンジポンプを用いて５分間、湿度８０％の空気を流路３２内に導入して余分な塗布溶液を除去し、接液部３２ａに塗布膜を形成した。
ついで、加湿調整機能付き加熱装置（TEMP. & HUMID. CHAMBER SH-240、ESPEC社製）により、湿度８０％、温度９５℃で１２時間連続加熱後、さらに無加湿状態（乾燥開始時の湿度は８０％であり、時間経過と共に乾燥状態となる）、温度９５℃で１２時間連続乾燥した後、約３時間かけて室温に戻すことにより、接液部３２ａにポリエチレングリコールを固定化した流路チップ４Ａを得た。
なお、流路チップ４Ａの流路の切断断面の電子顕微鏡写真から、改質膜の膜厚は０．１６μｍと推測できた。
【００２８】
［実施例２〜３］
加湿調整機能付き加熱装置による乾燥条件を表１に示す通りに変更した以外は、実施例１と同様にして流路チップ４Ｂ及び４Ｃを得た。
【００２９】
［実施例４］
流路チップとして、ポリイミド樹脂からなる流路チップ４を用い、流路３２内に１Ｎ水酸化ナトリウム水溶液を導入して１５分間アルカリ加水分解し、イオン交換水で水洗して、接液部３２ａにカルボキシ基及びアミノ基を露出させた。
また、エタノール（２０ｍＬ）、ｎ−ヘキサノール（２ｍＬ）、酢酸（０．９ｍＬ）、及び０．０１Ｎ塩酸（４．３ｍＬ）からなる溶媒に、フェニルトリエトキシシラン（１ｍＬ）、メチルトリエトキシシラン（１ｍＬ）、及びアミノプロピルトリエトキシシラン（０．５ｍＬ）を順次加え、よく混和させた。ついで、室温下で一定期間放置した後、重合度１７００、ケン化度９９．５モル％のポリビニルアルコール（２ｇ）を含む水溶液（１０ｍＬ）を添加し、よく混和して塗布溶液とした。
前記塗布溶液を用いた、流路チップ４の接液部３２ａへの塗布膜の形成、該塗布膜の乾燥は、実施例１と同様の方法で行い、流路チップ４Ｄを得た。
【００３０】
［比較例１］
本発明の表面改質方法を施していない高分子樹脂製流路チップを流路チップ４Ｅとした。
【００３１】
［比較例２〜３］
接液部に塗布膜を形成後、乾燥条件を表１に示す通りに変更した以外は、実施例１と同様にして流路チップ４Ｆ及び４Ｇを得た。
【００３２】
本実施例で得られた高分子樹脂製流路チップ接液部の親水性の評価は、以下に示す接触角の測定、及び吸着性の測定により行った。
［接触角の測定］
実施例及び比較例で得られた流路チップ４Ａ〜４Ｇについて、流路チップを切断した後、接液部に１００μＬのイオン交換水を滴下し、その液滴の接触角を測定した。接触角の測定は、接触角計ＣＡ−Ｘ型（協和界面科学社製）を用い、２５℃の条件下で行った。
【００３３】
［吸着性の測定］
ニワトリ卵白アルブミン（２×１０−７Ｍ）を１０倍モル量の４−ニトロ−７−クロロベンゾトリアゾールで蛍光修飾したタンパク質を含む試料溶液を調製し、実施例及び比較例で得られた流路チップ４Ａ〜４Ｇ内に前記試料溶液を５０μＬ／分の流速で１０分間連続して流し、その前後における試料溶液中のタンパク質濃度変化を蛍光スペクトル強度から評価した。蛍光スペクトル測定は、蛍光分光器６５０（日立製作所社製）を用いて行った。
実施例及び比較例で得られた流路チップ４Ａ〜４Ｇにおける、接触角の測定結果及び吸着性の測定結果を表１に示す。ただし、吸着性の測定結果は、流路チップ内に流した後の試料溶液の蛍光スペクトル強度であり、流路チップ内に流す前の試料溶液の蛍光スペクトル強度を基準（１００）とした値である。
【００３４】
【表１】
0005039894.tif 000002
【００３５】
ＣＯＣ樹脂からなる流路チップの接液部を本発明の方法により改質した実施例１〜３では、乾燥後の接触角が非常に小さな値となり、高い親水性を有していた。また、１０日後もその接触角が維持されており、付与した親水性の持続力が高かった。また、吸着性の測定では、流路チップ内に流した試料溶液の蛍光スペクトル強度が通液前と全く変化しておらず、優れた低吸着性を示した。
また、ポリイミド樹脂からなる流路チップの接液部を本発明の方法により改質した実施例４では、実施例１〜３と同様に、乾燥後の接触角が非常に小さな値となり、高い親水性を有していた。また、１０日後もその接触角が維持されており、付与した親水性の持続力が高かった。また、吸着性の測定では、流路チップ内に流した試料溶液の蛍光スペクトル強度が通液前と全く変化しておらず、優れた低吸着性を示した。
【００３６】
一方、ＣＯＣ樹脂からなる流路チップの接液部を改質していない比較例１では、接触角は６５度であり、親水性が低い。また、流路チップ内に流した試料溶液の蛍光スペクトル強度が通液前の７５％となり、流路チップの接液部への試料の吸着が見られた。
また、接液部に形成させた塗布膜の熱処理を乾燥状態で行った比較例２では、実施例に比べて親水性が劣っていた。
また、接液部に形成させた塗布膜の熱処理を湿度６０％で行った比較例３でも、実施例に比べて親水性が劣っていた。
【産業上の利用可能性】
【００３７】
本発明の表面改質法は、高分子樹脂製流路チップの接液部を改質し、高い親水性を付与することができ、かつその親水性が長期間維持できる。そのため、核酸、タンパク質等の生体分子や、標識化合物である蛍光性有機化合物等の接液部への吸着を抑えることができ、分析の定量性、精度を向上させ、信頼性を高めることができる。したがって、医療や環境測定等の分野において好適に使用できる。
【図面の簡単な説明】
【００３８】
【図１】高分子樹脂製流路チップの一例を示した斜視図である。
【図２】図１の高分子樹脂製流路チップをＡ−Ａ’線で切断した断面図である。
【図３】図１の高分子樹脂製流路チップをＢ−Ｂ’線で切断した断面図である。
【図４】本実施例で用いた高分子樹脂製流路チップを示した斜視図である。
【図５】図４の高分子樹脂製流路チップをＣ−Ｃ’線で切断した断面図である。
【図６】図４の高分子樹脂製流路チップをＤ−Ｄ’線で切断した断面図である。
【符号の説明】
【００３９】
１  高分子樹脂製流路チップ  １２  流路  １２ａ  接液部
【図１】
0005039894.tif 000003
【図２】
0005039894.tif 000004
【図３】
0005039894.tif 000005
【図４】
0005039894.tif 000006
【図５】
0005039894.tif 000007
【図６】
0005039894.tif 000008