(57)【要約】機能性高分子膜の原料ＡおよびＢをそれぞれ原料Ａ水溶液および原料Ｂ有機溶液とし、これらの溶液をそれぞれ２本の微小通液路（２０ａ）（２０ｂ）に流してマイクロチャネル（３０）内で合流させ、液液界面重合により機能性高分子膜（６０）を作製し、マイクロチャネル内において機能性高分子膜を有するマイクロチャネル構造体とその作製方法を提供する。
2002075324.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
マイクロチップ上の微小通液路の合流域にあるマイクロチャネル内に、機能性高分子膜が隔膜として配設されていることを特徴とするマイクロチャネル構造体。
【請求項２】
多層流が形成されている合流域において複数個所の層間に機能性高分子膜が隔膜として配設されていることを特徴とする請求項１のマイクロチャネル構造体。
【請求項３】
機能性高分子膜が選択分離膜であることを特徴とする請求項１または２のマイクロチャネル構造体。
【請求項４】
機能性高分子膜には表面修飾が施されていることを特徴とする請求項１ないし３のいずれかのマイクロチャネル構造体。
【請求項５】
表面修飾によって酵素反応機能が付与されていることを特徴とする請求項１ないし４のいずれかのマイクロチャネル構造体。
【請求項６】
マイクロチップ上の微小通液路の合流域にあるマイクロチャネルに、機能性高分子膜を作製する方法であって、機能性高分子膜の原料物質水溶液と他の原料物質有機溶液とをそれぞれ別の微小通液路に供給してマイクロチャネル内で合流させ、液液界面反応により機能性高分子膜を合流域マイクロチャネル内の隔膜として形成することを特徴とするマイクロチャネルにおける機能性高分子膜の作製方法。
【請求項７】
請求項６の方法によって隔膜として形成した機能性高分子膜に対し、微小通液路より導入した修飾剤により表面修飾することを特徴とするマイクロチャネルにおける機能性高分子膜の作製方法。
【発明の詳細な説明】
技術分野
この出願の発明は、マイクロチャネル構造体と機能性高分子膜の作製方法に関するものである。さらに詳しくは、この出願の発明は、微小空間において微量物質を分離することなどを可能とする機能性高分子膜を有するマイクロチャネルを備え、微量物質の高速分離や高速分析が可能とされるマイクロ構造体と、機能性高分子膜の作製方法に関するものである。
背景技術
化学反応を微小空間で行うための集積化技術が、化学反応の高速性や微少量での反応、オンサイト分析等の観点から注目され、世界的に精力的な研究が進められている。
この出願の発明者らによっても、微小空間における化学反応の集積化技術についての検討が進められてきており、マイクロチャネル（微小反応空間）を備えたデバイス（マイクロチップ）において、チャネル内の液中試料の光吸収により発生する熱レンズ効果を利用した光熱変換吸光分析法が確立され、実用化の道が開かれている。
微小空間における化学反応は、前記のとおり様々は可能性を秘めており、今後その利用分野や、あるいは反応デバイスのなお一層の集積化や小型化、多様化が図られるものと期待されている。
この出願の発明は、微小空間における化学反応の利用範囲を大幅に拡大することのできる新しい反応デバイス（マイクロチップ）を実現するたに必要な新規技術として、マイクロチャネル内において選択分離膜等として微小空間で特異的な機能を発現することのできる機能性高分子膜を備えた新しい構造体と、これを作製することのできる新しい方法を提供することを課題としている。
発明の開示
この出願の発明は、前記の課題を解決するための発明として、第１には、マイクロチップ上の微小通液路が合流域にあるマイクロチャネル内に、機能性高分子膜が隔膜として配設されていることを特徴とするマイクロチャネル構造体を提供し、第２には、多層流が形成されている合流域において複数個所の層間に機能性高分子膜が隔膜として配設されていることを特徴とするマイクロチャネル構造体を提供する。また、第３には、この機能性高分子膜が選択分離膜であることを特徴とするマイクロチャネル構造体を提供する。第４には、機能性高分子膜には表面修飾が施されていることを特徴とする請求項１ないし３のいずれかのマイクロチャネル構造体を提供し、第５には、表面修飾によって酵素反応機能が付与されていることを特徴とする請求項１ないし４のいずれかのマイクロチャネル構造体を提供する。
そして、この出願の発明は、第６には、マイクロチップ上の微小通液路が合流域にあるマイクロチャネルに機能性高分子膜を作製する方法であって、機能性高分子膜の原料物質水溶液と他の原料物質有機溶液とをそれぞれ別の微小通液路に供給してマイクロチャネル内で合流させ、液液界面反応により機能性高分子膜を合流域マイクロチャネル内の隔膜として形成することを特徴とするマイクロチャネルにおける機能性高分子膜の作製方法を提供する。さらに、この出願の発明は、第７には、以上の方法によって隔膜として形成した機能性高分子膜に対し、微小通液路より導入した修飾剤により表面修飾することを特徴とするマイクロチャネルにおける機能性高分子膜の作製方法を提供する。
以下、この発明の実施形態についてさらに詳しく説明する。
発明を実施するための最良の形態
この出願の発明は、例えば図１に平面図を示したようなマイクロチップ（１０）において実施される。
この図１に例示したマイクロチップ（１０）は、例えばガラス、シリコン、プラスチック等の透明性のセル基板からなっており、基板の表面は同じく透明性のカバーによって被覆されている。またチップのサイズは縦横の長さが数センチの範囲内に小型化されている。
このマイクロチップ（１０）の基板表面には、２本の微小通液路（２０ａ）（２０ｂ）が形成されており、これらの一部分が合流してマイクロチャネル（３０）を形成している。微小通液路（２０ａ）（２０ｂ）に滴下された溶液は、それぞれ図中矢印方向に流れ、マイクロチャネル（３０）内で合流する。なお、微小通液路（２０ａ）（２０ｂ）およびマイクロチャネル（３０）には、液体だけでなく、気体を通過させることもできる。
また、この図１に示したマイクロチップ（１０）は、微小通液路（２０ａ）（２０ｂ）のそれぞれに２箇所の入液部（２１ａ）（２２ａ）および（２１ｂ）（２２ｂ）を有しており、異なる種類の溶液をそれぞれの組み合わせて通液することができるようになっている。あるいは、例えば入液部（２１ａ）（２２ａ）および／または（２１ｂ）（２２ｂ）にそれぞれ異なる溶液を導入し、それらを混合して微小通液路（２０ａ）および／または（２０ｂ）に流すようにしてもよい。１つの微小通液路に対する入液部の数は３以上であってもよい。なお、微小通液路（２０ａ）（２０ｂ）やマイクロチャネル（３０）等はエッチングやその他の微細加工手段により形成され、その幅および深さは１〜５００μｍ程度である。また、マイクロチャネル（３０）の長さは３００ｍｍ程度まで自在に調節することができる。
この出願の発明の方法では、例えば前記のとおりの構成を有するマイクロチップの微小通液路（２０ａ）に原料Ａの水溶液を供給し、微小通液路（２０ｂ）に原料Ｂの有機溶液を供給する。原料ＡおよびＢは、重合反応によって高分子膜を合成することのできる化合物である。
そして、原料Ａの水溶液と原料Ｂの有機溶液とは非相溶性もしくは難相溶性で、液液界面を形成できるものとする。重合反応は、この液液界面において生起するものとする。例えば、実施例に示したような１，６−ジアミノヘキサンとアジピン酸クロリドの組合せによって６，６ナイロン膜が合成される。
このような組合わせによる重合膜の形成は、各種のものであってよい。つまり、原料ＡおよびＢは、これらの化合物の他、特徴のある機能を有する高分子膜を合成することができるものであればどのようなものであってもよい。
原料Ａ水溶液は原料Ａを水に混合させ、また原料Ｂ有機溶液は原料Ｂを有機溶媒に混合させてそれぞれ調製する。また、原料ＡおよびＢの濃度や使用する有機溶媒の種類、反応強度等は、それらの種類や合成する高分子膜に期待される機能等に応じて適宜に設定することができる。
このようにして調製した原料Ａ水溶液と原料Ｂ有機溶液とを、それぞれ微小通液路（２０ａ）（２０ｂ）に流すと、これらはマイクロチャネル（３０）において合流し、図２（Ａ）に示したように有機溶液（４０Ｂ）と水溶液（４０Ａ）との間に液液界面（５０）が形成され、それぞれの原料ＡおよびＢが液液界面（５０）において界面重合し、図２（Ｂ）に示したように、高分子膜（６０）が合成される。図３（Ａ）は、マイクロチャネル（３０）において合成された高分子膜（６０）の状態を、また図３（Ｂ）は原料ＡおよびＢの重合の様子を模式的に示したものである。
そして、このようにして機能性の高分子膜（６０）を形成したのち、溶液を全て排出すれば、マイクロチャネル（３０）内に機能性の高分子膜（６０）を備えたマイクロチャネル構造体が得られる。
図３（Ａ）においては、機能性の高分子膜（６０）は、合流域のマイクロチャネル（３０）について、流れ方向の全域にわたる隔膜として形成した例を示しているが、この隔膜は、目的とする機能によっては、部分的に配設されたものであってもよい。
形成された隔膜としての機能性の高分子膜（６０）は、様々な機能と目的を持つものとしてよい。例えば、微小通液路（２０ａ）および／または（２０ｂ）に流した溶液もしくは気体の含有成分を機能性高分子膜（６０）によって分離し、あるいは分離した成分をマイクロチャネル（３０）内で分析するなどの、様々な用途に用いることができる。
例えば、図４に例示したように、５００μｍ程度までの幅を有するマイクロチャネル内に高分子膜（６０）を隔膜として配設し、液中のイオン成分やガス成分の選択的分離膜として機能させることや、あるいは図５に例示したように、特定の分子の認識部位を持たせた高分子膜（６０）を形成することで、たとえば有害イオンのみを除去し、無害イオンを透過させるような機能を持たせてもよい。
以上の説明では、たとえば有機相と水相との場合のように、二層流の界面での隔膜としての高分子膜の作製とその機能について説明したが、この出願の発明はこのような二層流の場合に限られることはない。多層流であってもよく、多層流において形成される複数個の界面の各々において、あるいはそのうちのいくつかの界面において同様に隔膜としての高分子膜を形成して配設してもよい。たとえば、有機相／水相／有機相という三層流の二つの界面で隔膜としての機能性高分子膜が形成されてよいのである。
もしまた、この出願の発明では、隔膜として形成された高分子膜には表面修飾を施し、化学的、あるいは酵素活性のような生物的活性を付与してもよい。
そこで、以下、実施例を示してこの出願の発明についてさらに詳細かつ具体的に説明するが、この出願の発明は以下の例によって限定されるものではない。
実  施  例
（実施例１）
図１に模式図を示したマイクロチップ（１０）をガラス基板とガラス製のカバーを用いて作製した。ガラス基板の表面に、ウエットエッチングを用いて微小通液路（２０ａ）（２０ｂ）、マイクロチャネル（３０）を形成した。マイクロチャネル（３０）は幅２５０μｍ、深さ１００μｍ、長さ１．０ｍｍとした。マイクロチャネル（３０）の内壁は、３−アミノプロピルトリエトキシシランにより表面修飾を施した。
１，６−ジアミノヘキサン−ＮａＯＨ水溶液（０．０１Ｍ）を微小通液路（２０ａ）に、またアジピン酸クロリド−ジクロロエタン溶液（０．０１Ｍ）を微小通液路（２０ｂ）に流して、マイクロチャネル（３０）内で合流させた。各々の原料溶液を１０μｌ／ｍｉｎで流した。
その結果、図４に示したように、マイクロチャネル（３０）内を分断するように厚さ約３０μｍの６，６ナイロン膜（６１）が形成された。
次いで、このようにしてマイクロチャネル（３０）内にナイロン膜（６１）が形成されたマイクロチップ（１０）の微小通液路（２０ａ）に気泡（７０）を注入し、マイクロチャネル（３０）内に導入した。結果は図５（Ａ）〜（Ｄ）に示したとおりであり、気泡（７０）は、ナイロン膜（６１）で遮断されたマイクロチャネル（３０）の一方の通路のみを移動した。
また、気泡の代わりに溶液を流した場合にも、同様の結果が得られた。
（実施例２）
三分岐した導入口部を有する微小通液路の中央の導入口からは水相（ヘキサメチレンジアミン−ＮａＯＨ水溶液（０．０１Ｍ）を、両サイドのチャネルからは有機相（アジピン酸クロリド−ジクロロエタン溶液（０．０１Ｍ）を合流域に導入して三層流を形成し、一定流速下で、二つの界面の各々で実施例１と同様にして、界面重合を行った。
合流域チャネル内に形成した２つの液液界面に沿ってナイロン膜が生成し、多重の６，６−ナイロン膜の作製に成功した。
（実施例３）
ウエットエッチングにより合流域としての幅２４０μｍ、深さ１１５μｍのマイクロチャネルをガラスチップ上に作製し、実施例１と同様にして、界面重合法によって６，６−ナイロン膜を作製した。この膜で仕切られた片方のチャネルに酵素（ペルオキシダーゼ）水溶液を導入し、グルタルアルデヒド法によって酵素を膜表面に固定化した。次に、過酸化水素との酵素反応によって色素を生成する基質（４−ＡＡ，ＴＯＯＳ）を酵素修飾側チャネルに、過酸化水素水溶液をもう一方のチャネルに導入し、過酸化水素の膜透過に基づく酵素修飾側チャネルでの酵素反応を、熱レンズ顕微鏡によって検出した。
酵素修飾側チャネル及び、ナイロン膜を介して反対側のチャネルの２点において熱レンズ顕微鏡検出を試みたところ、酵素修飾側チャネルでは色素生成に基づく熱レンズ信号が確認されたのに対し、反対側のチャネルでは熱レンズ信号強度の増加が見られなかった。これは、イオン性の４−ＡＡ、ＴＯＯＳ、生成する色素は膜を透過できないのに対し、電気的に中性な過酸化水素はナイロン膜を透過することができるために、膜を介する過酸化水素透過によって、膜で仕切られた片方のチャネルのみで酵素反応が進行したためである。
産業上の利用可能性
以上詳しく説明したとおり、この出願の発明によって、マイクロチャネル内に機能性高分子膜を有するマイクロチャネル構造体が提供される。これによって、微小空間における化学反応を利用した各種分析技術の発展や、あるいは反応デバイス等のなお一層の集積化や小型化、多様化が可能となる。
【図面の簡単な説明】
図１は、この発明の高分子膜作製方法を実施するためのマイクロチップを例示した平面図である。
図２は、（Ａ）（Ｂ）は、マイクロチャネル内における原料Ａ水溶液と原料Ｂ有機溶液との合流による機能性高分子膜の合成の過程を示した模式図である。
図３は、（Ａ）は、マイクロチャネル内に形成された機能性高分子膜の模式図であり、（Ｂ）は原料Ａと原料Ｂの重合により形成された高分子膜の模式図である。
図４は、液中のイオン成分とガス成分の選択的分離膜の例を示した模式図である。
図５は、分子認識部位を持たせた高分子膜による選択的分離について例示した図である。
図６は、１，６−ジアミノヘキサンとアジピン酸クロリドとを原料として、６，６ナイロン膜をマイクロチャネル内に形成した例を示す写真である。
図７は、（Ａ）〜（Ｄ）は、図４に示したナイロン膜形成のマイクロチャネルに気泡を通過させた際の連続写真である。
なお、図中の符号は次のものを示している。
１０  マイクロチップ
２０ａ、２０ｂ  微小通液路
２１ａ、２２ａ、２１ｂ、２２ｂ  入液部
３０  マイクロチャネル
４０Ａ  原料Ａ水溶液
４０Ｂ  原料Ｂ有機溶液
５０  液液界面
６０  機能性高分子膜
６１  ６，６ナイロン膜
７０  気泡
【図１】
2002075324.tif 000003
【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
2002075324.tif 000009
【国際調査報告】
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