JP2000246092A - マイクロケミカルデバイスの製造方法 - Google Patents
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Abstract
体化させることにより、流路などとなる空間が形成され
たマイクロケミカルデバイスを製造するに当たり、表面
に凹部を有する部材と他の部材とをの間を完全に密着さ
せた状態で接着し、しかも接着剤が微小な空間を閉塞す
ることなく接着一体化させる方法を提供すること。 【解決手段】 部材(A)の凹部が形成された面と部材
(B)をエネルギー線硬化性化合物を含有する組成物
(C)を介して接触させ、部材(A)に形成された凹部
を除く部分にエネルギー線を照射して組成物(C)を硬
化させた後、部材(A)の凹部と部材(B)との間に形
成された空間中に存在する未硬化の組成物(C)を除去
することからなるマイクロケミカルデバイスの製造方
法。
Description
バイス、即ち、部材中に微小な流路、反応管、反応槽、
電気泳動カラム、クロマトカラム、膜分離機構などの構
造が形成された、化学、生化学、物理化学用などの微小
反応デバイス(マイクロ・リアクター)や、集積型DN
A分析デバイス、微小電気泳動デバイス、微小クロマト
グラフィーデバイス、微小膜分離デバイス、微小濃縮デ
バイスなどの微小分析デバイスの製造方法に関し、更に
詳しくは、表面に溝状その他の形状の凹部を有する部材
と他の部材をエネルギー線硬化性樹脂を用いて接着一体
化することにより形成された、キャピラリー状その他の
形状の空間を有する微小なケミカルデバイスの製造方法
に関する。
の基板に、エッチング法などにより凹部を形成して、液
体流路や分離用ゲルチャンネルとするマイクロケミカル
デバイスが知られており(例えば、アール・エム・マコ
ーミック等、「アナリティカル・ケミストリー」、第2
626頁、第69巻、1997年)、操作中の液体の蒸
発防止、加圧による液体の輸送などを目的として、ガラ
ス板などのカバーをネジ止めなどにより表面に密着させ
て使用することが知られている。
カバーとの間を完全に密着させることはかなり困難であ
り、流路から基板とカバーとの間への液体の漏洩が生じ
がちであった。
接着すると、基板に形成された凹部とカバーとで形成さ
れる空間に接着剤が入り込み、該空間を閉塞しがちであ
り、微小な空間を形成することが困難であった。空間が
細いキャピラリー状である場合には、その形成が特に困
難であった。
上の部材の間に微小な空間を形成する方法であって、そ
のような微小な空間を閉塞することなく、二つ以上の部
材を接着一体化させる方法を提供することにある。
を解決する方法について鋭意検討した結果、接着剤とし
てエネルギー線硬化性化合物を含有するエネルギー線硬
化性組成物を使用し、表面に凹部を有する部材と他の部
材を、エネルギー線硬化性組成物を挟んで接触させ、凹
部を除く部分にエネルギー線照射して照射部分のエネル
ギー線硬化性組成物を硬化させた後、凹部と他の部材と
で形成され空間内の未硬化のエネルギー線硬化性組成物
を除去する方法により、あるいは、表面に凹部を有する
部材とこれに接着する他の部材をエネルギー線硬化性組
成物を狭持して接触させた状態で、該凹部以外の部分の
一部にエネルギー線を照射するか、又は照射せずに、該
凹部と他の部材とで形成された空間中のエネルギー線硬
化性組成物を除去した後、エネルギー線を照射して硬化
させる方法により、凹部と他の部材とで形成された微小
な空間を閉塞することなく接着できること、を見出し、
本発明を完成するに至った。
に、(I)表面に深さ1〜3000μmの凹部を有する
部材(A)と、他の部材(B)とを接着することにより
部材(A)の凹部と部材(B)との間に形成された空間
を有するマイクロケミカルデバイスの製造方法であっ
て、部材(A)の凹部が形成された面と部材(B)をエ
ネルギー線硬化性化合物を含有する組成物(C)を介し
て接触させ、部材(A)に形成された凹部を除く部分に
エネルギー線を照射して組成物(C)を硬化させた後、
部材(A)の凹部と部材(B)との間に形成された空間
中に存在する未硬化の組成物(C)を除去することから
なるマイクロケミカルデバイスの製造方法(以下、本発
明の第1の製造方法という。)を提供する。
に、(II)表面に深さ1〜3000μmの凹部を有する
部材(A)と、他の部材(B)を接着することにより部
材(A)の凹部と部材(B)とで形成された空間を有す
るマイクロケミカルデバイスの製造方法であって、部材
(A)の凹部が形成された面と部材(B)をエネルギー
線硬化性化合物を含有する組成物(C)を介して接触さ
せ、部材(A)に形成された凹部を除く部分の一部にエ
ネルギー線を照射して、組成物(C)を硬化させ、部材
(A)の凹部と部材(B)との間に形成された空間中に
存在する未硬化のエネルギー線硬化性組成物(C)を除
去した後、凹部の周囲の未硬化部分にエネルギー線を照
射して硬化させることからなるマイクロケミカルデバイ
スの製造方法(以下、本発明の第2の製造方法とい
う。)を提供する。
に、 (III)表面に深さ1〜3000μmの凹部を有す
る部材(A)と、他の部材(B)を接着することにより
部材(A)の凹部と部材(B)とで形成された空間を有
するマイクロケミカルデバイスの製造方法であって、部
材(A)の凹部が形成された面と部材(B)をエネルギ
ー線硬化性化合物を含有する組成物(C)を介して接触
させた後、凹部の組成物(C)を除去した後、エネルギ
ー線を照射して、組成物(C)を硬化させることからな
るマイクロケミカルデバイスの製造方法(以下、本発明
の第2の製造方法という。)を提供する。
材(A)は、本発明で得られるマイクロケミカルデバイ
スに使用する液体に対して不透過性であって、表面に、
微小ケミカルデバイスの空間となる凹部を有するもので
ある。凹部は、それ自体が部材(A)の端、即ち作製さ
れるマイクロケミカルデバイス外へ連絡していても良い
が、マイクロケミカルデバイス外へ連絡していなくても
良い。凹部の深さは1μm以上であり、5μm以上が好
ましく、10μm以上であることがさらに好ましい。こ
れより浅い凹部を有するマイクロケミカルデバイスは製
造が困難となる。凹部の深さは3000μm以下であ
り、500μm以下が好ましく、100μm以下である
ことがさらに好ましい。これより深いと本発明の効果が
減じる。
が、最も狭い部分の幅(あるいは直径)が1μm以上で
あることが好ましく、5μm以上がさらに好ましく、1
0μm以上であることがさらに好ましい。これより狭い
と、製造が困難となる。凹部の最も狭い部分の幅(ある
いは直径)は3000μm以下であることが好ましく、
500μm以下が好ましく、100μm以下であること
がさらに好ましい。これより幅が広いと、本発明の効果
が減じる。凹部の平面形状が溝状である場合に、特に本
発明の効果が発揮できる。溝の幅については、凹部の最
も狭い部分の幅についての記述と同様であり、溝の深さ
については、凹部の深さに関する記述と同様である。ま
た、凹部(溝を含む)の断面形状も、方形、台形、半円
形など任意である。
接続して他の構造、例えば、部材外部との接続口、反応
槽、流速計測部、弁、バルブ、ゲルが充填された溝、分
離膜、などが形成されていても良い。
く、用途目的に応じた形状を採りうる。例えば、シート
状(フィルム、リボンを含む)、板状、塗膜状、棒状、
チューブ状、その他複雑な形状の成型物などであり得る
が、成形し易く、エネルギー線を照射し易いといった面
から、接着すべき面が平面状の形状であること、特にシ
ート状又は板状であることが好ましい。部材(A)は支
持体上に形成されたものであってもよい。この場合の支
持体の素材は任意であり、例えば、ポリマー、ガラス、
セラミック、金属、半導体などであって良い。支持体の
形状も任意であり、例えば、板状物、シート状物、塗
膜、棒状物、紙、布、不織布、多孔質体、射出成型品等
であって良い。複数のマイクロケミカルデバイスを1つ
の部材(A)上に形成することも可能であるし、製造
後、これらを切断して複数のマイクロケミカルデバイス
とすることも可能である。
ネルギー線硬化性化合物を含有する組成物(C)で接着
可能なものであれば特に制約はないが、後述の部材
(B)が本発明で使用するエネルギー線を透過させない
ものである場合には、本発明で使用するエネルギー線を
透過させるものである必要がある。部材(A)の素材と
して使用可能なものとして、例えば、ポリマー、ガラ
ス、石英の如き結晶、セラミック、シリコンの如き半導
体、金属などが挙げられるが、これらの中でも、易成形
性、高生産性、低価格などの点からポリマーが特に好ま
しい。
は、例えば、ポリスチレン、ポリ−α−メチルスチレ
ン、ポリスチレン/マレイン酸共重合体、ポリスチレン
/アクリロニトリル共重合体の如きスチレン系ポリマ
ー;ポルスルホン、ポリエーテルスルホンの如きポリス
ルホン系ポリマー;ポリメチルメタクリレート、ポリア
クリロニトリルの如き(メタ)アクリル系ポリマー;ポ
リマレイミド系ポリマー;ビスフェノールA系ポリカー
ボネート、ビスフェノールF系ポリカーボネート、ビス
フェノールZ系ポリカーボネートの如きポリカーボネー
ト系ポリマー;ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリ−
4−メチルペンテン−1の如きポリオレフィン系ポリマ
ー;塩化ビニル、塩化ビニリデンの如き塩素含有ポリマ
ー;酢酸セルロース、メチルセルロースの如きセルロー
ス系ポリマー;ポリウレタン系ポリマー;ポリアミド系
ポリマー;ポリイミド系ポリマー;ポリ−2,6−ジメ
チルフェニレンオキサイド、ポリフェニレンサルファイ
ドの如きポリエーテル系又はポリチオエーテル系ポリマ
ー;ポリエーテルエーテルケトンの如きポリエーテルケ
トン系ポリマー;ポリエチレンテレフタレート、ポリア
リレートの如きポリエステル系ポリマー;エポキシ樹
脂;ウレア樹脂;フェノール樹脂等を挙げられる。これ
らの中でも、接着性が良好な点などから、スチレン系ポ
リマー、(メタ)アクリル系ポリマー、ポリカーボネー
ト系ポリマー、ポリスルホン系ポリマー、ポリエステル
系ポリマーが好ましい。
合体であっても、共重合体であっても良く、また、熱可
塑性ポリマーであっても、熱硬化性ポリマーであっても
良い。生産性の面から、部材(A)に使用するポリマー
は、熱可塑性ポリマー又はエネルギー線硬化性の架橋重
合体であることが好ましい。また、部材(A)は、ポリ
マーブレンドやポリマーアロイで構成されていても良い
し、積層体その他の複合体であっても良い。さらに、部
材(A)は、改質剤、着色剤、充填材、強化材などの添
加物を含有しても良い。
剤としては、例えば、シリコンオイルやフッ素置換炭化
水素などの疎水化剤(撥水剤);水溶性ポリマー、界面
活性剤、シリカゲルなどの無機粉末、などの親水化剤が
挙げられる。
剤としては、任意の染料や顔料、蛍光性の染料や顔料、
紫外線吸収剤が挙げられる。
材としては、例えば、クレイなどの無機粉末、有機や無
機の繊維が挙げられる。
ポリオレフィン、フッ素系ポリマー、ポリフェニレンサ
ルファイド、ポリエーテルエーテルケトン等の場合に
は、部材(A)の接着面の表面処理やプライマーの使用
により、接着性を向上させることが好ましい。
の使用に当たって、接着性を向上させる目的や、タンパ
ク質などの溶質のデバイス表面への吸着を抑制する目的
で、部材(A)の溝の表面を親水化することも好まし
い。親水化処理は溝の表面に限定されず、その他の部分
も処理されてよい。
液体に対して不透過性であって、部材(A)の溝が形成
された面に接着し、部材(A)の凹部と部材(B)でも
って空間を形成可能なものであれば、その形状、素材、
構造、表面状態などは任意である。これらについては、
その表面に凹部が形成されている必要が無いこと以外
は、部材(A)の場合と同様である。部材(B)は表面
に凹部が形成されている必要はないが、凹部や凹部以外
の構造が形成されていても良い。部材(B)は、部材
(A)が本発明で使用するエネルギー線を透過させない
ものである場合には、本発明で使用するエネルギー線を
透過させるものである必要がある。
物は、硬化して部材(A)と部材(B)を接着できるも
のであれば、ラジカル重合性、アニオン重合性、カチオ
ン重合性等任意のものであってよい。エネルギー線硬化
性化合物は、重合開始剤の非存在下で重合するものに限
らず、重合開始剤の存在下でのみエネルギー線により重
合するものも使用することができる。
ては、重合性の炭素−炭素二重結合を有する物が好まし
く、中でも、反応性の高い(メタ)アクリル系化合物や
ビニルエーテル類、また光重合開始剤の不存在下でも硬
化するマレイミド系化合物が好ましい。エネルギー線硬
化性化合物としては、十分に硬化し接着可能なものであ
れば、単官能のモノマー及び/又はオリゴマーであって
も良いが、高い接着強度を得るためには架橋重合性化合
物、例えば、多官能のモノマー及び/又はオリゴマーで
あることが好ましい。
る(メタ)アクリル系モノマーとしては、例えば、ジエ
チレングリコールジ(メタ)アクリレート、ネオペンチ
ルグリコールジ(メタ)アクリレート、1,6−ヘキサ
ンジオールジ(メタ)アクリレート、2,2’−ビス
(4−(メタ)アクリロイルオキシポリエチレンオキシ
フェニル)プロパン、2,2’−ビス(4−(メタ)ア
クリロイルオキシポリプロピレンオキシフェニル)プロ
パン、ヒドロキシジピバリン酸ネオペンチルグリコール
ジ(メタ)アクリレート、ジシクロペンタニルジアクリ
レート、ビス(アクロキシエチル)ヒドロキシエチルイ
ソシアヌレート、N−メチレンビスアクリルアミドの如
き2官能モノマー;トリメチロールプロパントリ(メ
タ)アクリレート、トリメチロールエタントリ(メタ)
アクリレート、トリス(アクロキシエチル)イソシアヌ
レート、カプロラクトン変性トリス(アクロキシエチ
ル)イソシアヌレート、の如き3官能モノマー;ペンタ
エリスリトールテトラ(メタ)アクリレートの如き4官
能モノマー;ジペンタエリスリトールヘキサ(メタ)ア
クリレートの如き6官能モノマー;2−イソシアネート
エチルメタクリレートの如き他の架橋性官能基を有する
単官能モノマー、などが挙げられる。
重合性オリゴマー(プレポリマーとも呼ばれる)を用い
ることもでき、例えば、重量平均分子量が500〜50
000のものが挙げられる。そのような重合性オリゴマ
ーしては、例えば、エポキシ樹脂の(メタ)アクリル酸
エステル、ポリエーテル樹脂の(メタ)アクリル酸エス
テル、ポリブタジエン樹脂の(メタ)アクリル酸エステ
ル、分子末端に(メタ)アクリロイル基を有するポリウ
レタン樹脂などが挙げられる。
としては、例えば、4,4’−メチレンビス(N−フェ
ニルマレイミド)、2,3−ビス(2,4,5−トリメ
チル−3−チエニル)マレイミド、1,2−ビスマレイ
ミドエタン、1,6−ビスマレイミドヘキサン、トリエ
チレングリコールビスマレイミド、N,N’−m−フェ
ニレンジマレイミド、m−トリレンジマレイミド、N,
N’−1,4−フェニレンジマレイミド、N,N’−ジ
フェニルメタンジマレイミド、N,N’−ジフェニルエ
ーテルジマレイミド、N,N’−ジフェニルスルホンジ
マレイミド、1,4−ビス(マレイミドエチル)−1,
4−ジアゾニアビシクロ−[2,2,2]オクタンジク
ロリド、4,4’−イソプロピリデンジフェニル=ジシ
アナート・N,N’−(メチレンジ−p−フェニレン)
ジマレイミドの如き2官能マレイミド;N−(9−アク
リジニル)マレイミドの如きマレイミド基とマレイミド
基以外の重合性官能基とを有するマレイミド、などが挙
げられる。マレイミド系のモノマーは、ビニルモノマ
ー、ビニルエーテル類、アクリル系モノマー等の重合性
炭素・炭素二重結合を有する化合物と共重合させること
もできる。
物を必須成分として含有するものであり、単独のエネル
ギー線硬化性化合物で構成されいてもよいが、複数種の
エネルギー線硬化性化合物の混合物であり得る。例え
ば、エネルギー線硬化性化合物の硬化物に十分な硬度を
付与するためには、組成物(C)は多官能のモノマー及
び/又はオリゴマーを含有することが好ましいが、その
他に、組成物(C)の粘度調節、接着性の向上、硬化物
の柔軟性の付与などの目的で、単官能のモノマー及び/
又はオリゴマーを混合することも可能である。
タ)アクリル系モノマーとしては、例えば、メチルメタ
クリレート、アルキル(メタ)アクリレート、イソボル
ニル(メタ)アクリレート、アルコキシポリエチレング
リコール(メタ)アクリレート、フェノキシジアルキル
(メタ)アクリレート、フェノキシポリエチレングリコ
ール(メタ)アクリレート、アルキルフェノキシポリエ
チレングリコール(メタ)アクリレート、ノニルフェノ
キシポリプロピレングリコール(メタ)アクリレート、
ヒドロキシアルキル(メタ)アクリレート、グリセロー
ルアクリレートメタクリレート、ブタンジオールモノ
(メタ)アクリレート、2−ヒドロキシ−3−フェノキ
シプロピルアクリレート、2−アクリロイルオキシエチ
ル−2−ヒドロキシプロピルアクリレート、エチレノキ
サイド変性フタル酸アクリレート、w−カルゴキシアプ
ロラクトンモノアクリレート、2−アクリロイルオキシ
プロピルハイドロジェンフタレート、2−アクリロイル
オキシエチルコハク酸、アクリル酸ダイマー、2−アク
リロイスオキシプロピリヘキサヒドロハイドロジェンフ
タレート、フッ素置換アルキル(メタ)アクリレート、
塩素置換アルキル(メタ)アクリレート、スルホン酸ソ
ーダエトキシ(メタ)アクリレート、スルホン酸−2−
メチルプロパン−2−アクリルアミド、燐酸エステル基
含有(メタ)アクリレート、スルホン酸エステル基含有
(メタ)アクリレート、シラン基含有(メタ)アクリレ
ート、((ジ)アルキル)アミノ基含有(メタ)アクリ
レート、4級((ジ)アルキル)アンモニウム基含有
(メタ)アクリレート、(N−アルキル)アクリルアミ
ド、(N、N−ジアルキル)アクリルアミド、アクロロ
イルモリホリン、などが挙げられる。
イミド系モノマーとしては、例えば、N−メチルマレイ
ミド、N−エチルマレイミド、N−ブチルマレイミド、
N−ドデシルマレイミドの如きN−アルキルマレイミ
ド;N−シクロヘキシルマレイミドの如きN−脂環族マ
レイミド;N−ベンジルマレイミド;N−フェニルマレ
イミド、N−(アルキルフェニル)マレイミド、N−ジ
アルコキシフェニルマレイミド、N−(2−クロロフェ
ニル)マレイミド、2,3−ジクロロ−N−(2,6−
ジエチルフェニル)マレイミド、2,3−ジクロロ−N
−(2−エチル−6−メチルフェニル)マレイミドの如
きN−(置換又は非置換フェニル)マレイミド;N−ベ
ンジル−2,3−ジクロロマレイミド、N−(4’−フ
ルオロフェニル)−2,3−ジクロロマレイミドの如き
ハロゲンを有するマレイミド;ヒドロキシフェニルマレ
イミドの如き水酸基を有するマレイミド;N−(4−カ
ルボキシ−3−ヒドロキシフェニル)マレイミドの如き
カルボキシ基を有するマレイミド;N−メトキシフェニ
ルマレイミドの如きアルコキシ基を有するマレイミド;
N−[3−(ジエチルアミノ)プロピル]マレイミドの
如きアミノ基を有するマレイミド;N−(1−ピレニ
ル)マレイミドの如き多環芳香族マレイミド;N−(ジ
メチルアミノ−4−メチル−3−クマリニル)マレイミ
ド、N−(4−アニリノ−1−ナフチル)マレイミドの
如き複素環を有するマレイミド、などが挙げられる。
る空間の大きさに依存し、空間が微小である場合ほど低
粘度とすることが好ましい。例えば、10μmオーダー
以下の幅(あるいは直径)の空間を形成する場合には約
1000mPa・s以下であることが好ましい。そのた
めに、上記単官能モノマーを混合することが好ましい。
組成物(C)の粘度が過大であると、未硬化の該組成物
の除去に時間を要する傾向にあるので、好ましくない。
開始剤、溶剤、増粘剤、改質剤、着色剤、などのその他
の成分を混合して使用することができる。
ができる光重合開始剤は、本発明で使用するエネルギー
線に対して活性であり、エネルギー線硬化性化合物を重
合させることが可能なものであれば、特に制限はなく、
例えば、ラジカル重合開始剤、アニオン重合開始剤、カ
チオン重合開始剤であって良い。そのような光重合開始
剤としては、例えば、p−tert−ブチルトリクロロアセ
トフェノン、2,2′−ジエトキシアセトフェノン、2
−ヒドロキシ−2−メチル−1−フェニルプロパン−1
−オンの如きアセトフェノン類;ベンゾフェノン、4、
4′−ビスジメチルアミノベンゾフェノン、2−クロロ
チオキサントン、2−メチルチオキサントン、2−エチ
ルチオキサントン、2−イソプロピルチオキサントンの
如きケトン類;ベンゾイン、ベンゾインメチルエーテ
ル、ベンゾインイソプロピルエーテル、ベンゾインイソ
ブチルエーテルの如きベンゾインエーテル類;ベンジル
ジメチルケタール、ヒドロキシシクロヘキシルフェニル
ケトンの如きベンジルケタール類;N−アジドスルフォ
ニルフェニルマレイミドの如きアジドなどが挙げられ
る。また、マレイミド系化合物の如き重合性光重合開始
剤を挙げることができる。
ー線硬化性化合物として例示した多官能マレイミドの如
き多官能モノマーの他、組成物(C)に混合使用できる
単官能マレイミド系モノマーとして例示したような単官
能モノマーであっても良い。
る場合の使用量は、非重合性光重合開始剤の場合、0.
005〜20重量%の範囲が好ましく、0.01〜2重
量%の範囲が特に好ましい。
ことができる増粘剤としては、例えば、エネルギー線硬
化性化合物に可溶でゲルに不溶なリニアポリマーが挙げ
られる。
ことができる改質剤としては、例えば、撥水剤として機
能するシリコンオイルやフッ素置換炭化水素などが挙げ
られる。
ことができる着色剤としては、任意の染料や顔料、蛍光
色素が挙げられる。
凹部が形成された面と部材(B)を組成物(C)を介し
て接触させ、部材(A)に形成された凹部を除く部分に
エネルギー線を照射してエネルギー線硬化性化合物を硬
化させた後、部材(A)の凹部と部材(B)との間に形
成された空間中に存在する未硬化の組成物(C)を除去
することによって、部材(A)と部材(B)とを接着さ
せるとともに、2つの部材の間に空間を形成する方法で
ある。
(B)とを組成物(C)を介して接触させる方法は任意
である。例えば、部材(A)及び/又は部材(B)に組
成物(C)を塗布して重ねる方法や、部材(A)又は部
材(B)上に組成物(C)を置いて重ねることにより、
組成物(C)を部材(A)と部材(B)の間に押し広げ
る方法、両面に組成物(C)を塗布したシート状部材を
部材(A)と部材(B)の間に狭んで重ねる方法、など
を採用することができる。
ギー線硬化性化合物を塗布する場合には、該部材の上に
塗布できる任意の塗布方法を用いることができ、例え
ば、スピンコート法、ローラーコート法、流延法、ディ
ッピング法、スプレー法、バーコーターを用いる方法、
X−Yアプリケータによる方法、スクリーン印刷法、凸
版印刷法、グラビア印刷法、などの方法を採用すること
ができる。塗布部位は、任意であり、部材(A)と部材
(B)とが接触する面全体であっても、部分的であって
も良いが、接着後形成されるキャピラリーの周囲を囲む
部位であることが好ましい。この時、部材(A)の凹部
や、各部材が接触する面以外の面に塗布されてもかまわ
ない。塗布厚みも任意である。部分的に塗布する場合、
例えば、部材(A)の凹部に対面する位置を避けて部材
(B)に塗布する場合には、X−Yアプリケーターを用
いる方法や各種印刷法などにより実施することができ
る。
を狭持した状態で接触させる。組成物(C)が狭持され
る部位は、部材(A)と部材(B)とが接触する面全体
であっても、該接触面中の一部分であっても良いが、接
着後に形成されるキャピラリーの周囲を囲む部位である
ことが好ましい。部材(A)と部材(B)を組成物
(C)を狭持した状態で接触させるにあたり、エネルギ
ー線硬化性化合物が部材(A)の凹部に入り込んでも良
い。部材(A)と部材(B)との間に狭持される組成物
(C)の厚みは任意であるが、接着後に部材(A)の凹
部と部材(B)とで形成される空間の寸法を一定にする
点から、300μm以下であることが好ましく、100
μm以下であることが更に好ましい。勿論、部材(A)
と部材(B)を組成物(C)を狭持した状態で接触させ
るにあたり、第3の部材も同時に組成物(C)を狭持し
た状態で接触させても良い。
(B)は、部材(A)及び/又は部材(B)の外部か
ら、凹部以外の部分にエネルギー線を照射して、組成物
(C)を硬化させる。硬化に用いるエネルギー線として
は、エネルギー線硬化性化合物を硬化させることが可能
なものであり、かつ、部材(A)及び/又は部材(B)
を透過するものである。このようなエネルギー線として
は、紫外線、可視光線、赤外線などの光線;エックス
線、ガンマ線等の電離放射線;電子線、イオンビーム、
ベータ線、重粒子線等の粒子線が挙げられるが、取り扱
い性や硬化速度の面から紫外線及び可視光が好ましく、
紫外線が特に好ましい。
方は任意であり、例えば、凹部をフォトマスキングして
エネルギー線を照射する方法や、レーザー光線ビームな
どを走査する方法を採ることができる。フォトマスキン
グ法の場合、部分的な複数回の照射に分けることも可能
である。
で、エネルギー線の照射を低酸素濃度雰囲気で行なうこ
とが好ましい。低酸素濃度雰囲気としては、窒素気流
中、二酸化炭素気流中、アルゴン気流中、真空又は減圧
雰囲気が好ましい。
化させた後、部材(A)の凹部と部材(B)とで形成さ
れた空間中の未硬化の組成物(C)を、該空間の外部へ
の開口部から除去する。該空間が部材(A)の端、即ち
マイクロケミカルデバイス外に開口していていない場合
には、部材(A)及び/又は部材(B)の、空間に連絡
する位置に孔を穿つなどの方法により、開口部を形成す
ることができる。開口部は空間の両端であることが好ま
しい。未硬化の組成物(C)を除去する方法は任意であ
り、例えば、吸引、流体による押し出し、栓状物による
押し出し、組成物(C)を溶解する溶剤による洗浄、超
音波洗浄などが適用できる。押し出しに使用できる流体
は、気体、液体、超臨界流体などであり得る。押し出し
に使用できる液体は、未硬化の組成物(C)を溶解させ
ないものであって良い。溶剤洗浄は溶剤の流通、溶剤存
在下での振とうや超音波照射が利用できる。上記の方法
を同時又は逐次行っても良い。例えば、吸引と押し出し
を同時に行っても良いし、溶剤で押し出すことで、押し
出しと洗浄を兼ねても良い。これらの中で、吸引及び/
又は気体による押し出しの後、溶剤による洗浄を行うこ
とが好ましい。
エネルギー線を照射して、組成物(C)の硬化部と未硬
化部の境界部の硬化を完全にすることも好ましい。
凹部が形成された面と部材(B)をエネルギー線硬化性
化合物を含有する組成物(C)を介して接触させ、部材
(A)に形成された凹部を除く部分の一部にエネルギー
線を照射して、エネルギー線硬化性化合物を硬化させ、
部材(A)の凹部と部材(B)との間に形成された空間
中に存在する未硬化の組成物(C)を除去した後、凹部
の周囲の未硬化部分にエネルギー線を照射して硬化させ
ることによって、部材(A)と部材(B)とを接着させ
るとともに、2つの部材の間に空間を形成する方法であ
る。
(A)と部材(B)をまず部分的に接着して各部材の相
互位置を固定し、部材(A)の凹部と部材(B)との間
に形成された空間に存在する未硬化の組成物(C)を除
去した後、部材(A)の凹部以外の表面と部材(B)と
の間に狭持された未硬化部分にエネルギー線を照射して
硬化させる方法である。
る組成物(C)の厚みは、薄いことが好ましい。この厚
みを凹部の深さに比べて十分に薄くすることで、狭持さ
れた組成物(C)を残し、部材(A)の凹部と部材
(B)との間に形成された空間中に存在する組成物
(C)のみを選択的に除去することができる。狭持され
る組成物(C)の厚みは100μm以下であることが好
ましく、10μm以下であることが更に好ましい。この
厚みがこれよりも厚いと、部材(A)の凹部と部材
(B)との間に形成された空間中に存在する未硬化の組
成物(C)を除去する際に、該空間以外の部分の未硬化
の組成物(C)も除去されがちとなるので、好ましくな
い。
一部に対するエネルギー線照射は、部材(A)と部材
(B)を部分的に接着して各部材の相互位置を固定する
ことにある。従って、この目的を達成できるものであれ
ば、照射部位、形状、面積などは任意であり、例えば、
スポットであり得る。
の製造方法と同様の方法が使用できるが、例えば、洗浄
時間などを最適化することにより、狭持された組成物
(C)を残し、部材(A)の凹部と部材(B)との間に
形成された空間中に存在する組成物(C)のみを選択的
に除去することができる。洗浄時間などの最適条件は、
用いる系での簡単な実験によって求めることができる。
ルギー線の照射は未硬化部分のみの照射である必要はな
く、部材全体への照射であって良い。
部材(B)、組成物(C)、エネルギー線、塗布方法、
などに関しては、本発明の第1の製造方法の場合と同様
である。
の製造方法と比べて、エネルギー線照射のパターニング
精度が低くても良いため、製造が容易となる利点があ
る。
凹部が形成された面と部材(B)を組成物(C)を介し
て接触させた状態で、凹部の組成物(C)を除去し、エ
ネルギー線を照射して組成物(C)を硬化させることに
よって、部材(A)と部材(B)とを接着させるととも
に、2つの部材の間に空間を形成する方法である。
(A)と部材(B)間に組成物(C)を介して接触さ
せ、クランプなどで部材間の相互位置を固定した状態
で、部材(A)の凹部と部材(B)との間に形成された
空間に存在する組成物(C)を除去し、その後、部材
(A)の凹部以外の表面と部材(B)との間に狭持され
た未硬化の組成物(C)にエネルギー線を照射して硬化
させる方法である。
る組成物(C)の厚みについては、本発明の第2の製造
方法の場合と同様である。
明の第2の製造方法と同様である。
の照射は、組成物(C)が存在する部分のみの照射であ
る必要はなく、部材全体への照射であって良いこと以外
は、本発明の第1の製造方法と同様である。
部材(B)、組成物(C)、エネルギー線、塗布方法、
などに関しては、本発明の第1の製造方法の場合と同様
である。
の製造方法と比べて、エネルギー線照射がパターニング
照射の必要がなく、全面照射でよいため、製造が容易で
あるという利点を有する。
更に詳細に説明するが、本発明はこれらの実施例の範囲
に限定されるものではない。なお、以下の実施例におい
て、「部」及び「%」は、特に断りがない限り、各々
「重量部」及び「重量%」を表わす。
社製の「デルペット670N」)製の厚さ3mmの平板の
表面上に、1,6−ヘキサンジオールジアクリレート
(日本化薬株式会社製の「カヤラッドHDDA」)10
0部及び紫外線重合開始剤1−ヒドロキシシクロヘキシ
ルフェニルケトン(チバガイギー社製の「イルガキュア
ー184」)0.02部からなる混合物を25μmのバ
ーコーターを用いて塗布し、次いで、図1に示した形状
の凹部(2)となる部分に照射される紫外線を遮断する
フォトマスクを介して、ウシオ電機株式会社製のマルチ
ライト200型露光装置用光源ユニットを用いて、窒素
雰囲気中で10mW/cm2 の紫外線を10秒間照射し
た。紫外線照射後、エタノールにて未硬化物を洗浄除去
した後、アクリル樹脂板を2.5cm×2.5cmに切断し
て、図1に示した形状の幅25μm×深さ26μmの溝
状の凹部(2)が形成された部材(A)[A−1]
(1)を作製した。
たと同じアクリル樹脂の平板を切断して、2.5cm×
2.5cm×3mmの板状の部材(B)[B−1]を得た。
リレートメタクリレート(新中村化学株式会社製の「N
Kエステル701A」)100部及び紫外線重合開始剤
1−ヒドロキシシクロヘキシルフェニルケトン(チバガ
イギー社製「イルガキュアー 184」)0.02部か
らなる組成物(C)[C−1]を調製した。
部(2)が形成された面に、窒素ガス雰囲気中にて、ピ
ペットにて組成物(C)[C−1]約0.1cm3 を置
き、その上に、部材(B)[B−1](3)を接触させ
て、凹部(2)の上を避けてクランプにて約100kN
の力で挟み、周囲へ押し出された組成物(C)[C−
1]を濾紙にてぬぐい取った。クランプで挟んだ時点か
ら約30秒後から10秒間、ウシオ電機株式会社製のマ
ルチライト200型露光装置用光源ユニットを用い、図
1の凹部(2)の部分をフォトマスキングして、10m
W/cm2 の紫外線を照射し、凹部(2)以外の部分の組
成物(C)[C−1]を硬化させて、部材(A)[A−
1](1)と部材(B)[B−1](3)を接着した。
した空間の開口部(4)から常圧のエタノールを導入し
つつ、他方の開口部(図示せず)から吸引することによ
り、部材(A)[A−1](1)の凹部(2)と部材
(B)[B−1](3)との間に形成された空間に充填
されている未硬化の組成物(C)を排除すると同時に、
エタノールにて該空間に残存している組成物(C)を洗
浄除去して、図2に示した形状のマイクロケミカルデバ
イス[D−1]を得た。
バイス[D−1]の開口部(4)からマラカイトグリー
ン(和光純薬株式会社製)にて着色した水を0.1MP
aの水圧で導入し、他方の開口部(図示せず)を閉じた
状態で、1時間静置する試験を行った結果、キャピラリ
ー部から部材(A)[A−1](1)と部材(B)[B
−1](3)の間隙への水の漏洩や、部材(A)[A−
1](1)と部材(B)[B−1](3)の剥離は認め
られなかった。
[D−1]を液体窒素温度で破断し、接着部の組成物
(C)の硬化物の厚みを測定したところ、約7μmであ
った。
て、凹部(2)の部分をフォトマスキングして紫外線
を照射する方法に代えて、部材(A)の四隅から中心に
向かって3mm内側に入った位置を中心にして、直径5m
mの4つの点の部分(図示ぜず)にのみ紫外線照射した
こと、紫外線照射後、クランプをはずし、実施例1と
同様にして部材(A)[A−1](1)の凹部と部材
(B)[B−1](3)との間に形成された空間に充填
されている未硬化の組成物(C)を除去したこと、及
び、該除去後に積層された部材の全体に、窒素雰囲気
中で同じ強度の紫外線を20秒間照射したこと、以外
は、実施例1と同様にして、図2に示した形状のマイク
ロケミカルデバイス[D−2]を作製した。
カルデバイス[D−2]について、実施例1と同様の漏
洩試験を行なって評価したところ、実施例1と同様の結
果を得た。
カルデバイス[D−2]について、実施例1と同様の断
面観察を行なって評価したところ、実施例1と同様の結
果を得た。
て、紫外線を照射する前に、クランプで固定した状態
で、実施例1と同様にして部材(A)[A−1](1)
の凹部(2)と部材(B)[B−1](3)との間に形
成された空間に充填されている未硬化の組成物(C)を
除去したこと、及び該除去後に、窒素雰囲気中で、3
kwメタルハライドランプ2本を用いて、クランプで固
定された部材の表裏両側からそれぞれ60mw/cm2 の
紫外線を10秒間同時に照射したこと、以外は実施例1
と同様にして、図2に示した形状のマイクロケミカルデ
バイス[D−3]を作製した。
カルデバイス[D−3]について、実施例1と同様の漏
洩試験を行なって評価したところ、実施例1と同様の結
果を得た。
カルデバイス[D−3]について、実施例1と同様の断
面観察を行なって評価したところ、実施例1と同様の結
果を得た。
て、組成物(C)[C−1]に代えて、グリセロールア
クリレートメタクリレート(新中村化学株式会社製の
「NKエステル701A」)50部及びN−シクロヘキ
シルマレイミド(東京化成株式会社製)50部からなる
組成物(C)[C−4]を用いた以外は、実施例1と同
様にして、図2に示した形状のマイクロケミカルデバイ
ス[D−5]を作製した。
カルデバイス[D−4]について、実施例1と同様の漏
洩試験を行なって評価したところ、実施例1と同様の結
果を得た。
カルデバイス[D−4]について、実施例1と同様の断
面観察を行なって評価したところ、実施例1と同様の結
果を得た。
て、組成物(C)[C−1]に代えて、実施例4で用い
た組成物(C)[C−4]を用いた以外は、実施例2と
同様にして、図2に示した形状のマイクロケミカルデバ
イス[D−5]を作製した。
カルデバイス[D−5]について、実施例1と同様の漏
洩試験を行なって評価したところ、実施例1と同様の結
果を得た。
カルデバイス[D−5]について、実施例1と同様の断
面観察を行なって評価したところ、実施例1と同様の結
果を得た。
て、組成物(C)[C−1]に代えて、実施例4で用い
た組成物(C)[C−4]を用いた以外は、実施例3と
同様にして、図2に示した形状のマイクロケミカルデバ
イス[D−6]を作製した。
カルデバイス[D−6]について、実施例1と同様の漏
洩試験を行なって評価したところ、実施例1と同様の結
果を得た。
カルデバイス[D−6]について、実施例1と同様の断
面観察を行なって評価したところ、実施例1と同様の結
果を得た。
て、部材(B)の素材として、アクリル樹脂に代えて、
ポリスチレン(大日本インキ化学工業株式会社製の「デ
ィックスチレン XC−520」)を使用した以外は、
実施例1と同様にして、図2に示した形状のマイクロケ
ミカルデバイス[D−7]を作製した。
カルデバイス[D−7]について、実施例1と同様の漏
洩試験を行なって評価したところ、実施例1と同様の結
果を得た。
カルデバイス[D−7]について、実施例1と同様の断
面観察を行なって評価したところ、実施例1と同様の結
果を得た。
された部材と他の部材との間を完全に密着させることが
可能なため、両部材間に形成された空間から両部材間へ
の液体の漏洩が生じないマイクロケミカルデバイスを製
造することができる。また、本発明の製造方法によれ
ば、凹部が形成された部材と他の部材との間に形成され
た空間が接着剤で閉塞されること無く、部材間に微小
な、あるいは細い空間を有するマイクロケミカルデバイ
スを製造することができる。
向から見た平面図である。
俯瞰図である。
Claims (9)
- 【請求項1】 表面に深さ1〜3000μmの凹部を有
する部材(A)と、他の部材(B)とを接着することに
より部材(A)の凹部と部材(B)との間に形成された
空間を有するマイクロケミカルデバイスの製造方法であ
って、 部材(A)の凹部が形成された面と部材(B)をエネル
ギー線硬化性化合物を含有する組成物(C)を介して接
触させ、部材(A)に形成された凹部を除く部分にエネ
ルギー線を照射して組成物(C)を硬化させた後、部材
(A)の凹部と部材(B)との間に形成された空間中に
存在する未硬化の組成物(C)を除去することを特徴と
するマイクロケミカルデバイスの製造方法。 - 【請求項2】 凹部が、幅1〜3000μmの溝状であ
る請求項1記載のマイクロケミカルデバイスの製造方
法。 - 【請求項3】 エネルギー線硬化性化合物が、アクリロ
イル基又はマレイミド基を有するエネルギー線硬化性化
合物である請求項1記載のマイクロケミカルデバイスの
製造方法。 - 【請求項4】 表面に深さ1〜3000μmの凹部を有
する部材(A)と、他の部材(B)を接着することによ
り部材(A)の凹部と部材(B)とで形成された空間を
有するマイクロケミカルデバイスの製造方法であって、 部材(A)の凹部が形成された面と部材(B)をエネル
ギー線硬化性化合物を含有する組成物(C)を介して接
触させ、部材(A)に形成された凹部を除く部分の一部
にエネルギー線を照射して、組成物(C)を硬化させ、
部材(A)の凹部と部材(B)との間に形成された空間
中に存在する未硬化のエネルギー線硬化性組成物(C)
を除去した後、凹部の周囲の未硬化部分にエネルギー線
を照射して硬化させることを特徴とするマイクロケミカ
ルデバイスの製造方法。 - 【請求項5】 凹部が、幅1〜3000μmの溝状であ
る請求項4記載のマイクロケミカルデバイスの製造方
法。 - 【請求項6】 エネルギー線硬化性化合物が、アクリロ
イル基又はマレイミド基を有するエネルギー線硬化性化
合物である請求項4記載のマイクロケミカルデバイスの
製造方法。 - 【請求項7】 表面に深さ1〜3000μmの凹部を有
する部材(A)と、他の部材(B)を接着することによ
り部材(A)の凹部と部材(B)とで形成された空間を
有するマイクロケミカルデバイスの製造方法であって、 部材(A)の凹部が形成された面と部材(B)をエネル
ギー線硬化性化合物を含有する組成物(C)を介して接
触させた後、凹部の組成物(C)を除去した後、エネル
ギー線を照射して、組成物(C)を硬化させることを特
徴とするマイクロケミカルデバイスの製造方法。 - 【請求項8】 凹部が、幅1〜3000μmの溝状であ
る請求項7記載のマイクロケミカルデバイスの製造方
法。 - 【請求項9】 エネルギー線硬化性化合物が、アクリロ
イル基又はマレイミド基を有するエネルギー線硬化性化
合物である請求項7記載のマイクロケミカルデバイスの
製造方法。
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