JP2017154036A - Silicone member for fluid device, and method of manufacturing the same - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、微細な流路を有する流体デバイスに有用なシリコーン部材およびその製造方法に関する。 The present invention relates to a silicone member useful for a fluid device having a fine flow path and a method for producing the same.
基板内に微細な流路が形成されているマイクロ流体デバイスを用いると、反応、抽出、分離、測定などの各種操作を、極めて少量の試料で短時間に行うことができる。基板の材料としては、ガラスが一般的である。しかしながら、ガラス製の基板に微細な流路を形成するには、フォトリソグラフィおよびドライエッチングなどの工程が必要である。このため、基板の製造に時間がかかり生産性が低い。また、基板がガラス製の場合、焼却による廃棄ができないという問題もある。そこで、ガラスに代わる材料として、微細加工が容易であり、光透過性、耐薬品性に優れるという理由から、シリコーンが注目されている。 When a microfluidic device in which a fine flow path is formed in a substrate, various operations such as reaction, extraction, separation, and measurement can be performed in a short time with a very small amount of sample. As a material for the substrate, glass is generally used. However, processes such as photolithography and dry etching are required to form a fine channel on a glass substrate. For this reason, it takes time to manufacture the substrate and the productivity is low. Moreover, when a board | substrate is glass, there also exists a problem that the disposal by incineration cannot be performed. Therefore, silicone is attracting attention as a material that can replace glass, because it is easy to process finely and has excellent light transmission and chemical resistance.
ガラス製の基板と比較して、シリコーン製の基板は、水に対する親和性が低い。このため、流路に親水性溶液を流した場合、流れ性の悪さから、所望の操作を正確に行えないおそれがあった。また、基板上に形成された凹部に、捕捉したい成分が入りにくいという問題があった。したがって、シリコーン製の基板を用いる場合には、表面に親水性を付与する処理が施される(例えば、特許文献1、2参照)。 Compared to a glass substrate, a silicone substrate has a lower affinity for water. For this reason, when a hydrophilic solution is caused to flow through the flow path, there is a possibility that a desired operation cannot be performed accurately due to poor flowability. In addition, there is a problem that a component to be trapped is difficult to enter into the recess formed on the substrate. Therefore, when a silicone substrate is used, a treatment for imparting hydrophilicity to the surface is performed (see, for example, Patent Documents 1 and 2).
しかしながら、従来の方法においては、凹部を含む基材表面全体を親水化する。この場合、流れ性は改善されるが、捕捉したい成分が凹部以外にも付着しやすくなる。このため、試料のロスが大きく、分析精度が低下するおそれがある。 However, in the conventional method, the entire substrate surface including the recesses is hydrophilized. In this case, the flowability is improved, but the component to be captured easily adheres to other than the recesses. For this reason, there is a possibility that the loss of the sample is large and the analysis accuracy is lowered.
例えば、特許文献3には、貫通孔を有する上部プレートと平板状の下部プレートとが上下方向に積層して接合されてなるマイクロ化学デバイスが記載されている。特許文献3のデバイスにおいては、上部プレートの貫通孔と下部プレートの表面とで凹部が形成されている。そして、上部プレートの材質をシリコーンにし、下部プレートの材質をシリコーン以外の樹脂にすることにより、凹部の底面と側面との表面状態を異ならせている。しかしながら、特許文献3に記載のデバイスを製造するためには、二種類のプレートを製造する必要があり、さらにはそれを接合する工程が必要である。接合するには、位置合わせや、種々の処理が必要である。このため、製造工程が煩雑であり、コスト高になる。 For example, Patent Document 3 describes a microchemical device in which an upper plate having a through hole and a flat plate-like lower plate are stacked and joined in the vertical direction. In the device of Patent Document 3, a recess is formed by the through hole of the upper plate and the surface of the lower plate. Then, the surface state of the bottom surface and the side surface of the recess is made different by using silicone as the material of the upper plate and resin other than silicone as the material of the lower plate. However, in order to manufacture the device described in Patent Document 3, it is necessary to manufacture two types of plates, and further, a step of joining them is necessary. For joining, alignment and various treatments are required. For this reason, a manufacturing process is complicated and cost becomes high.
本発明は、このような実状に鑑みてなされたものであり、凹部の少なくとも一部のみが親水性を有する流体デバイス用シリコーン部材、およびその容易な製造方法を提供することを課題とする。 This invention is made | formed in view of such an actual condition, and makes it a subject to provide the silicone member for fluid devices in which only at least one part of a recessed part has hydrophilic property, and its easy manufacturing method.
(1)上記課題を解決するため、本発明の流体デバイス用シリコーン部材(以下、単に「本発明のシリコーン部材」と称する場合がある)は、シリコーン製の一体物であり、流体と接触する一面は、該流体の一部を捕捉するための凹部と、それ以外の流路部とからなり、該凹部の少なくとも一部は親水性であり、該一部以外の該凹部および該流路部は疎水性であることを特徴とする。 (1) In order to solve the above-mentioned problem, the silicone member for a fluid device of the present invention (hereinafter sometimes simply referred to as “the silicone member of the present invention”) is an integral one made of silicone, and is in contact with the fluid. Consists of a recess for capturing a part of the fluid and a channel part other than that, and at least a part of the recess is hydrophilic, and the recess and the channel part other than the part are It is characterized by being hydrophobic.
本発明のシリコーン部材は、シリコーン製の一体物である。すなわち、複数の部材が積層または接合されて形成されるのではなく、シリコーンから一体的に形成される。このため、複数の部材を組み合わせる場合と比較して、製造が容易である。また、目的に応じて、大きさや形状が異なる様々な凹部のパターンを、容易に形成することができる。 The silicone member of the present invention is an integral body made of silicone. That is, a plurality of members are not formed by being laminated or bonded, but are integrally formed from silicone. For this reason, manufacture is easy compared with the case where a several member is combined. In addition, various recess patterns having different sizes and shapes can be easily formed according to the purpose.
本発明のシリコーン部材は、流体と接触する一面を有し、当該一面は、該流体の一部を捕捉するための凹部と、それ以外の流路部とからなる。ここで、凹部の少なくとも一部は親水性であり、それ以外の一面(当該一部以外の凹部および流路部)は疎水性である。凹部の全部が親水性である場合には、流路部のみが疎水性になる。よって、捕捉したい成分を、凹部以外に付着させることなく確実に捕捉することができる。これにより、試料のロスを少なくし、分析精度を向上させることができる。なお、本明細書においては、JIS R3257:1999に準じて測定された水接触角が80°未満の場合を親水性、80°以上の場合を疎水性と定義する。 The silicone member of the present invention has one surface that comes into contact with a fluid, and the one surface includes a recess for capturing a part of the fluid and a channel portion other than the recess. Here, at least a part of the recess is hydrophilic, and the other surface (the recess and the channel part other than the part) is hydrophobic. When all of the recesses are hydrophilic, only the flow path part becomes hydrophobic. Therefore, it is possible to reliably capture the component to be captured without adhering to any part other than the recess. Thereby, the loss of a sample can be reduced and analysis accuracy can be improved. In this specification, the case where the water contact angle measured according to JIS R3257: 1999 is less than 80 ° is defined as hydrophilic, and the case where the water contact angle is 80 ° or more is defined as hydrophobic.
(2)本発明のシリコーン部材の製造方法の一例として、本発明の流体デバイス用シリコーン部材の製造方法(以下、単に「本発明の製造方法」と称する場合がある)は、一面に凹部を有するシリコーン製の基材に対して、該一面をプラズマCVD法およびプラズマ照射の少なくとも一方により処理することにより、該一面全体に親水層を形成する親水化工程と、該一面のうち該凹部以外の該親水層の表面に疎水層を形成する疎水化工程と、を有することを特徴とする。 (2) As an example of the method for producing a silicone member of the present invention, the method for producing a silicone member for a fluid device of the present invention (hereinafter sometimes simply referred to as “the production method of the present invention”) has a recess on one side. With respect to the silicone base material, the one surface is treated by at least one of a plasma CVD method and plasma irradiation to form a hydrophilic layer on the entire surface, and the one surface of the one surface other than the concave portion. And a hydrophobizing step of forming a hydrophobic layer on the surface of the hydrophilic layer.
親水化工程において、基材の一面をプラズマCVD(化学気相蒸着)法およびプラズマ照射の少なくとも一方により処理することにより、一面が改質され、あるいは一面に薄膜が形成されて、あるいはその両方により、一面に親水層を形成することができる。その後、疎水化工程において、凹部以外の親水層の表面に疎水層を形成することにより、凹部以外の表面、すなわち流路部を疎水性にすることができる。このように、本発明の製造方法によると、凹部のみが親水性を有する形態の本発明のシリコーン部材を、容易かつ短時間に製造することができる。 In the hydrophilization step, one surface is modified by plasma CVD (chemical vapor deposition) method and / or plasma irradiation to modify one surface, or a thin film is formed on one surface, or both. A hydrophilic layer can be formed on one surface. Thereafter, in the hydrophobizing step, by forming a hydrophobic layer on the surface of the hydrophilic layer other than the concave portion, the surface other than the concave portion, that is, the flow path portion can be made hydrophobic. Thus, according to the manufacturing method of this invention, the silicone member of this invention of the form which only a recessed part has hydrophilic property can be manufactured easily and for a short time.
まず、本発明のシリコーン部材およびその製造方法の一実施形態を示す。図1に、本発明のシリコーン部材を備える流体デバイスの透過上面図を示す。図2に、同流体デバイスのII−II断面図を示す。図3に、同流体デバイスのIII−III断面図を示す。本実施形態において、本発明のシリコーン部材は、流体デバイスの下側部材として具現化されている。 First, an embodiment of the silicone member and the method for producing the same according to the present invention will be described. In FIG. 1, the permeation | transmission top view of a fluid device provided with the silicone member of this invention is shown. FIG. 2 shows a II-II sectional view of the fluidic device. FIG. 3 shows a III-III cross-sectional view of the fluidic device. In this embodiment, the silicone member of the present invention is embodied as the lower member of the fluidic device.
図1〜図3に示すように、流体デバイス1は、上側部材10と、下側部材20と、を有している。上側部材10と下側部材20とは上下方向に積層されている。上側部材10は、ポリジメチルシロキサン(PDMS)製であり、長方形板状を呈している。上側部材10の下面には、上側凹部11が形成されている。上側部材10の前端部には、導入孔12が穿設されている。導入孔12は、上側部材10を上下方向に貫通している。
As shown in FIGS. 1 to 3, the fluidic device 1 includes an
下側部材20は、PDMS製であり、長方形板状を呈している。上側部材10の下面と、下側部材20の上面と、により流路14が区画されている。流路14の上流端は、導入孔12と連通している。流路14の下流端には、後面に開口する排出口13が配置されている。
The
下側部材20の上面の中央付近には、7本の溝状の下側凹部21が形成されている。下側凹部21は、各々、左右方向に延びる直線状を呈している。下側凹部21は、各々、前後方向に所定の間隔で離間して平行に配置されている。下側凹部21の上下方向断面は矩形状を呈している。流路14を区画する下側部材20の上面は、下側凹部21と、それ以外の流路部22と、からなる。
Near the center of the upper surface of the
下側凹部21の表面には、親水層210が配置されている。親水層210は、有機成分を含むケイ素酸化物膜である。これにより、下側凹部21は、側面および底面の全てにおいて親水性を有している。なお、親水層210は、下側凹部21を含む下側部材20の上面全体に配置されている。
A
流路部22の表面には、疎水層220が配置されている。疎水層220は、フッ素樹脂膜である。疎水層220は、親水層210の上面を覆うように配置されている。これにより、流路部22は疎水性を有している。本実施形態において、流路14を区画する下側部材20の上面は、親水性の下側凹部21と、疎水性の流路部22と、から構成されている。
A
導入孔12から注入された流体は、流路14を流れて排出口13から排出される。例えば、試料として親水性溶液を流した場合、下側凹部21が親水性を有しているため、当該溶液の一部を確実に下側凹部21に捕捉することができる。一方、流路部22は疎水性を有している。このため、当該溶液が流路部22に付着しにくい。したがって、試料のロスが低減され、分析精度が向上する。
The fluid injected from the
流体デバイス1の製造方法は、以下の通りである。図4に、流体デバイスの下側部材の製造における親水化工程を示す。図5に、流体デバイスの下側部材の製造における疎水化工程を示す。図6に、上側部材と下側部材との積層工程を示す。 The manufacturing method of the fluid device 1 is as follows. FIG. 4 shows a hydrophilization process in manufacturing the lower member of the fluidic device. FIG. 5 shows a hydrophobization step in manufacturing the lower member of the fluidic device. FIG. 6 shows a lamination process of the upper member and the lower member.
まず、図4に示すように、下側部材20となる基材20Aの一面200Aに、シラン系ガスを含む雰囲気中でマイクロ波プラズマPを照射して、一面200Aに、有機成分を含むケイ素酸化物膜を形成する。これにより、凹部21Aを含む一面200A全体に親水層210が形成される。次に、図5に示すように、基材20Aを反転させて、親水層210が形成された一面200Aをスタンプ部材30に押しつける。スタンプ部材30には、フッ素樹脂液300が含浸されている。これにより、基材20Aの凹部21A以外の親水層210の表面に、フッ素樹脂液が付着する。その後、付着したフッ素樹脂液を乾燥させて、凹部21A以外の親水層210の表面に、疎水層としてのフッ素樹脂膜を形成する。このようにして、図6に示すように、親水層210と疎水層220とを有する下側部材20が製造される。それから、図6中、白抜き矢印で示すように、上側部材10と下側部材20とを重ね合わせて、前出図2に示す流体デバイス1が製造される。
First, as shown in FIG. 4, one surface 200A of the
以上、本発明のシリコーン部材を備える流体デバイスの一実施形態を示したが、流体デバイスの構成は、上記形態に限定されない。例えば、本発明のシリコーン部材に積層される相手部材の材質は、PDMSの他、フッ素樹脂、ガラスなどでもよい。相手部材の形状、大きさなども何ら限定されない。本発明のシリコーン部材と相手部材とは、単に積層させるだけでもよいが、接着剤などを用いて接着してもよい。 As mentioned above, although one Embodiment of the fluid device provided with the silicone member of this invention was shown, the structure of a fluid device is not limited to the said form. For example, the material of the mating member laminated on the silicone member of the present invention may be fluororesin or glass in addition to PDMS. The shape and size of the mating member are not limited at all. The silicone member and the mating member of the present invention may be simply laminated, but may be bonded using an adhesive or the like.
また、本発明の流体デバイス用シリコーン部材およびその製造方法は、上記形態に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲において、当業者が行い得る変更、改良等を施した種々の形態にて実施することができる。次に、本発明のシリコーン部材およびその製造方法について詳しく説明する。 Further, the silicone member for a fluid device and the method for producing the same according to the present invention are not limited to the above-described embodiments, and various modifications and improvements that can be made by those skilled in the art are possible without departing from the gist of the present invention. It can be implemented in the form. Next, the silicone member of the present invention and the manufacturing method thereof will be described in detail.
<流体デバイス用シリコーン部材>
本発明のシリコーン部材は、シリコーン製の一体物であり、流体と接触する一面は、該流体の一部を捕捉するための凹部と、それ以外の流路部とからなる。流体の種類は、特に限定されない。流体は、親水性でも疎水性でもよい。例えば、一面上に親水性の流体が流れると、当該流体の一部は凹部に捕捉される。流体の一部は、流体そのものの一部でもよく、流体に含まれている特定の物質のみでもよい。
<Silicone for fluid devices>
The silicone member of the present invention is an integral body made of silicone, and one surface that comes into contact with a fluid is composed of a recess for capturing a part of the fluid and a channel portion other than that. The type of fluid is not particularly limited. The fluid may be hydrophilic or hydrophobic. For example, when a hydrophilic fluid flows on one surface, a part of the fluid is trapped in the recess. A part of the fluid may be a part of the fluid itself, or may be only a specific substance contained in the fluid.
凹部の大きさ、形状、配置形態は、特に限定されない。例えば、凹部は、溝状でも窪み状でもよい。凹部の深さ方向の断面は、正方形、長方形、台形などの矩形状、半円、楕円などの曲面状、V字状などであればよい。凹部の少なくとも一部は親水性を有する。すなわち、凹部の全体が親水性でもよく、凹部の形状により底面のみが親水性でもよく、側面の一部が親水性でもよい。なお、凹部の全部が親水性である場合には、流路部のみが疎水性になる。 The size, shape, and arrangement of the recesses are not particularly limited. For example, the recess may be a groove or a depression. The cross section in the depth direction of the concave portion may be a rectangular shape such as a square, a rectangle or a trapezoid, a curved shape such as a semicircle or an ellipse, or a V shape. At least a part of the recess has hydrophilicity. That is, the entire concave portion may be hydrophilic, or only the bottom surface may be hydrophilic depending on the shape of the concave portion, and a part of the side surface may be hydrophilic. In addition, when the whole recessed part is hydrophilic, only a flow-path part becomes hydrophobic.
親水性を有する凹部の表面には、親水層が配置される。親水層は、表面の改質により形成されたものでもよく、表面に成膜して形成されたものでもよい。例えば、表面を改質して、水酸基、アミノ基、C−N結合、C=O結合、アミド結合(O=C−N)などが付与された形態が挙げられる。また、表面に、有機成分を含むケイ素酸化物膜、チタン酸化物などの親水性の薄膜が形成された形態が挙げられる。親水性の薄膜は単分子膜であってもよい。なお、表面の改質のみにより形成された親水層は、有機溶剤と長時間接触すると膨潤するおそれがある。よって、親水層としては、親水性の薄膜が望ましい。 A hydrophilic layer is disposed on the surface of the recess having hydrophilicity. The hydrophilic layer may be formed by surface modification or may be formed by forming a film on the surface. For example, the surface is modified so that a hydroxyl group, an amino group, a C—N bond, a C═O bond, an amide bond (O═C—N), or the like is added. Moreover, the form by which hydrophilic thin films, such as the silicon oxide film and titanium oxide containing an organic component, were formed in the surface is mentioned. The hydrophilic thin film may be a monomolecular film. In addition, the hydrophilic layer formed only by surface modification may swell when contacted with an organic solvent for a long time. Therefore, a hydrophilic thin film is desirable as the hydrophilic layer.
凹部のうち親水性を有しない部分と流路部とは、疎水性を有する。疎水性は、シリコーン自体が有する疎水性でもよく、表面の改質や、表面への成膜により付与されたものでもよい。後者の場合、表面には疎水層が配置される。疎水層は、流路部の表面に配置されることが望ましい。疎水層としては、フッ素樹脂膜、シリコーン膜などの疎水性の薄膜が好適である。 The part which does not have hydrophilicity among a recessed part, and a flow-path part have hydrophobicity. The hydrophobicity may be the hydrophobicity of silicone itself, or may be imparted by surface modification or film formation on the surface. In the latter case, a hydrophobic layer is disposed on the surface. The hydrophobic layer is desirably disposed on the surface of the flow path portion. As the hydrophobic layer, a hydrophobic thin film such as a fluororesin film or a silicone film is suitable.
<流体デバイス用シリコーン部材の製造方法>
本発明の流体デバイス用シリコーン部材の製造方法は、親水化工程と、疎水化工程と、を有する。以下、各工程を説明する。
<Method for producing silicone member for fluidic device>
The manufacturing method of the silicone member for fluid devices of this invention has a hydrophilization process and a hydrophobization process. Hereinafter, each process will be described.
[親水化工程]
本工程は、一面に凹部を有するシリコーン製の基材に対して、該一面をプラズマCVD法およびプラズマ照射の少なくとも一方により処理することにより、該一面全体に親水層を形成する工程である。
[Hydrophilization process]
This step is a step of forming a hydrophilic layer on the entire surface of the silicone substrate having a recess on one surface by treating the one surface with at least one of plasma CVD and plasma irradiation.
一面に凹部を有する基材は、シリコーンの射出成形などにより製造すればよい。また、基材を成形した後に一面を加工して凹部を形成してもよい。 A substrate having a recess on one side may be manufactured by injection molding of silicone or the like. Further, after forming the base material, one surface may be processed to form a recess.
一面全体に親水性を付与する親水化処理は、プラズマCVD法およびプラズマ照射の少なくとも一方により行う。いずれの方法においても、所定のガス雰囲気中でプラズマを発生させる。プラズマの発生方法は、特に限定されない。例えば、高周波(RF)電源を用いたRFプラズマや、マイクロ波電源を用いたマイクロ波プラズマなどを採用すればよい。処理圧力は、1〜100Pa程度にすればよい。 The hydrophilic treatment for imparting hydrophilicity to the entire surface is performed by at least one of a plasma CVD method and plasma irradiation. In either method, plasma is generated in a predetermined gas atmosphere. The method for generating plasma is not particularly limited. For example, RF plasma using a high frequency (RF) power source or microwave plasma using a microwave power source may be employed. The treatment pressure may be about 1 to 100 Pa.
例えば、テトラエトキシシラン(TEOS)ガスおよびアルゴンガスの雰囲気中で、マイクロ波プラズマを照射して、有機成分を含む親水性のケイ素酸化物膜を形成するとよい(プラズマCVD法)。また、エチレンジアミン、ジエチルアミン、アンモニアなどのアミンガスと、アルゴン、窒素などのキャリアガスとの雰囲気中でマイクロ波プラズマを照射して、基材の一面に親水性の官能基を付与してもよい。 For example, a hydrophilic silicon oxide film containing an organic component may be formed by irradiation with microwave plasma in an atmosphere of tetraethoxysilane (TEOS) gas and argon gas (plasma CVD method). Alternatively, hydrophilic functional groups may be imparted to one surface of the substrate by irradiation with microwave plasma in an atmosphere of an amine gas such as ethylenediamine, diethylamine, or ammonia and a carrier gas such as argon or nitrogen.
[疎水化工程]
本工程は、親水化処理した一面のうち該凹部以外の該親水層の表面に疎水層を形成する工程である。本工程により、凹部以外の一面、すなわち流路部に、疎水性が付与される。疎水層の形成方法は特に限定されない。例えば、親水層の表面を改質したり、表面に疎水性樹脂膜を形成すればよい。疎水性樹脂膜としては、例えば、フッ素樹脂膜、シリコーン膜などが挙げられる。疎水性樹脂膜の形成方法としては、親水層が形成された基材の表面を、疎水性樹脂液を有する部材に押し当てて、疎水性樹脂液を親水層の表面に転写させる転写法が好適である。
[Hydrophobicization process]
This step is a step of forming a hydrophobic layer on the surface of the hydrophilic layer other than the concave portion in one surface subjected to the hydrophilic treatment. By this step, hydrophobicity is imparted to one surface other than the concave portion, that is, the flow path portion. The method for forming the hydrophobic layer is not particularly limited. For example, the surface of the hydrophilic layer may be modified or a hydrophobic resin film may be formed on the surface. Examples of the hydrophobic resin film include a fluororesin film and a silicone film. As a method for forming the hydrophobic resin film, a transfer method in which the surface of the substrate on which the hydrophilic layer is formed is pressed against a member having the hydrophobic resin liquid to transfer the hydrophobic resin liquid to the surface of the hydrophilic layer is preferable. It is.
次に、実施例を挙げて本発明をより具体的に説明する。 Next, the present invention will be described more specifically with reference to examples.
<シリコーン部材の製造>
[実施例1]
前出図1〜図3に示した下側部材と同じ形状のシリコーン部材を製造した。凹部の前後方向長さ(幅)は6μm、左右方向長さは5mm、深さは10μm、凹部と凹部との間隔は10μmである(図1参照)。
<Manufacture of silicone members>
[Example 1]
A silicone member having the same shape as the lower member shown in FIGS. 1 to 3 was manufactured. The length (width) in the front-rear direction of the recess is 6 μm, the length in the left-right direction is 5 mm, the depth is 10 μm, and the distance between the recess and the recess is 10 μm (see FIG. 1).
まず、PDMSを射出成形して、上面に所定の凹部を有する板状の基材を製造した。次に、基材の上面全体に有機成分を含むケイ素酸化物膜をマイクロ波プラズマCVD法により形成した。成膜は、アルゴンガス10PaおよびTEOSガス1.0Paの雰囲気で、マイクロ波の周波数を2.45GHz、出力電力を1kWとして行った。成膜時間は60秒間とした。形成された有機成分を含むケイ素酸化物膜(親水層)の厚さは75nmであった。続いて、厚さ0.2mmの板状のメラミンフォーム製のスタンプ部材に、フッ素樹脂液(旭硝子(株)製「CYTOP(登録商標)」)を1mL含浸させた。そして、基材の上面をスタンプ部材に押しつけて、凹部以外の部分にフッ素樹脂液を転写した。その後、室温下にて30分間乾燥させて、凹部以外の部分にフッ素樹脂膜(疎水層)を形成した。得られたシリコーン部材を実施例1のシリコーン部材と称す。 First, PDMS was injection-molded to produce a plate-like substrate having a predetermined recess on the upper surface. Next, a silicon oxide film containing an organic component was formed on the entire upper surface of the substrate by a microwave plasma CVD method. Film formation was performed in an atmosphere of 10 Pa of argon gas and 1.0 Pa of TEOS gas with a microwave frequency of 2.45 GHz and an output power of 1 kW. The film formation time was 60 seconds. The formed silicon oxide film (hydrophilic layer) containing an organic component had a thickness of 75 nm. Subsequently, 1 mL of a fluororesin liquid (“CYTOP (registered trademark)” manufactured by Asahi Glass Co., Ltd.) was impregnated into a plate-shaped melamine foam stamp member having a thickness of 0.2 mm. Then, the upper surface of the base material was pressed against the stamp member, and the fluororesin liquid was transferred to a portion other than the concave portion. Then, it was made to dry for 30 minutes at room temperature, and the fluororesin film | membrane (hydrophobic layer) was formed in parts other than a recessed part. The resulting silicone member is referred to as the silicone member of Example 1.
[実施例2]
実施例1で使用したのと同じ基材の上面に、マイクロ波プラズマ処理によりアミノ基を付与した。アミノ基が付与された上面は親水層になる。マイクロ波プラズマ処理は、アルゴンガス10Paおよびエチレンジアミンガス1.0Paの雰囲気で、マイクロ波の周波数を2.45GHz、出力電力を1kWとして行った。処理時間は60秒とした。続いて、基材の上面を、実施例1で使用したスタンプ部材に押しつけて、凹部以外の部分にフッ素樹脂液を転写した。その後、室温下にて30分間乾燥させて、凹部以外の部分にフッ素樹脂膜(疎水層)を形成した。得られたシリコーン部材を実施例2のシリコーン部材と称す。
[Example 2]
An amino group was imparted to the upper surface of the same substrate used in Example 1 by microwave plasma treatment. The upper surface to which the amino group is added becomes a hydrophilic layer. The microwave plasma treatment was performed in an atmosphere of argon gas of 10 Pa and ethylenediamine gas of 1.0 Pa with a microwave frequency of 2.45 GHz and an output power of 1 kW. The processing time was 60 seconds. Subsequently, the upper surface of the substrate was pressed against the stamp member used in Example 1, and the fluororesin liquid was transferred to portions other than the recesses. Then, it was made to dry for 30 minutes at room temperature, and the fluororesin film | membrane (hydrophobic layer) was formed in parts other than a recessed part. The resulting silicone member is referred to as the silicone member of Example 2.
[比較例1]
凹部以外の部分にフッ素樹脂膜を形成しない点以外は、実施例1と同様にしてシリコーン部材を製造した。得られたシリコーン部材を比較例1のシリコーン部材と称す。比較例1のシリコーン部材においては、上面全体(凹部を含む)に有機成分を含むケイ素酸化物膜(親水層)が形成されている。
[Comparative Example 1]
A silicone member was produced in the same manner as in Example 1 except that the fluororesin film was not formed on the portion other than the recess. The obtained silicone member is referred to as the silicone member of Comparative Example 1. In the silicone member of Comparative Example 1, a silicon oxide film (hydrophilic layer) containing an organic component is formed on the entire upper surface (including the recesses).
[比較例2]
実施例1で使用した基材そのものを、比較例2のシリコーン部材とした。
[Comparative Example 2]
The base material itself used in Example 1 was used as the silicone member of Comparative Example 2.
<水接触角の測定>
製造したシリコーン部材の上面の水接触角を測定した。水接触角は、凹部とそれ以外の平坦部との二箇所について測定した。平坦部には、後述する流体デバイスにおける流路部が含まれる。水接触角の測定は、JIS R3257:1999に準じて行った。本実施例においては、測定対象の表面に水を2μl滴下して、水が接触してから1分以内の水接触角を測定した。表1に、水接触角の測定結果を示す。
The water contact angle of the upper surface of the manufactured silicone member was measured. The water contact angle was measured at two locations of the concave portion and the other flat portion. The flat portion includes a flow path portion in the fluid device described later. The water contact angle was measured according to JIS R3257: 1999. In this example, 2 μl of water was dropped on the surface of the measurement object, and the water contact angle within 1 minute after the water contacted was measured. Table 1 shows the measurement results of the water contact angle.
表1に示すように、実施例1のシリコーン部材においては、凹部の水接触角は60°であり、平坦部の水接触角は110°であった。これにより、実施例1のシリコーン部材の凹部は親水性を有し、平坦部は疎水性を有することが確認された。実施例2のシリコーン部材においては、凹部の水接触角は10°未満であり、平坦部の水接触角は110°であった。これにより、実施例2のシリコーン部材の凹部は親水性を有し、平坦部は疎水性を有することが確認された。一方、比較例1のシリコーン部材においては、凹部および平坦分の両方の水接触角が60°であり、上面全体が親水性を有することが確認された。また、比較例2のシリコーン部材においては、凹部および平坦部の両方の水接触角が110°であり、上面全体がPDMS由来の疎水性を有することが確認された。 As shown in Table 1, in the silicone member of Example 1, the water contact angle of the concave portion was 60 °, and the water contact angle of the flat portion was 110 °. Thereby, it was confirmed that the recessed part of the silicone member of Example 1 has hydrophilicity, and the flat part has hydrophobicity. In the silicone member of Example 2, the water contact angle of the recess was less than 10 °, and the water contact angle of the flat portion was 110 °. Thereby, it was confirmed that the recessed part of the silicone member of Example 2 has hydrophilicity, and the flat part has hydrophobicity. On the other hand, in the silicone member of Comparative Example 1, the water contact angle of both the concave portion and the flat portion was 60 °, and it was confirmed that the entire upper surface was hydrophilic. Moreover, in the silicone member of the comparative example 2, the water contact angle of both the recessed part and the flat part was 110 degrees, and it was confirmed that the whole upper surface has hydrophobicity derived from PDMS.
<流体デバイスの製造>
製造したシリコーン部材を用いて、前出図1〜図3に示した形態の流体デバイスを製造した。製造した流体デバイスの前後方向長さは50mm、左右方向長さは10mmである(図1参照)。上側部材については、別途PDMSを射出成形して製造した。流路を区画する上側凹部の深さは150μmである。製造したシリコーン部材(下側部材)の上面に上側部材を積層して両者を接合した。このようにして製造された流体デバイスを、シリコーン部材の番号に対応させて、実施例1の流体デバイスなどと称す。
<Manufacture of fluid devices>
Using the manufactured silicone member, a fluid device having the form shown in FIGS. 1 to 3 was manufactured. The manufactured fluid device has a longitudinal length of 50 mm and a lateral length of 10 mm (see FIG. 1). The upper member was separately manufactured by injection molding PDMS. The depth of the upper concave portion defining the flow path is 150 μm. The upper member was laminated on the upper surface of the manufactured silicone member (lower member), and both were joined. The fluid device manufactured in this manner is referred to as a fluid device of Example 1 corresponding to the number of the silicone member.
<性能評価>
[評価方法]
流体デバイスの流路に試液を流し、凹部における捕捉性を評価した。まず、水性染料(シャチハタ(株)製「スタンプインキS−1」)10mLと、純水5mLと、エタノール5mLと、を混合して試液を調製した。次に、流体デバイスの導入孔より、試液4μLをマイクロピペットを用いて注入した。それから、流体デバイスの前端を持ち上げ、水平から30°傾けて、流路の試液を排出口から排出した。その後、下側部材(シリコーン部材)の凹部と流路部とにおける残留物を確認した。残留物の確認は、(株)キーエンス製のデジタルマイクロスコープ「VHX−100」を用いて行い、染料成分残渣が観察されれば残留物あり、観察されなければ残留物なしとした。そして、凹部に残留物があり、かつ流路部に残留物がない場合のみを捕捉性良好と評価し、それ以外は捕捉性不良と評価した。なお、湿度50%環境下における水蒸発速度は0.07μL/分である。このため、試液中の水は蒸発するため残留しない。
<Performance evaluation>
[Evaluation method]
The test solution was poured into the flow path of the fluid device, and the trapping property in the recess was evaluated. First, 10 mL of an aqueous dye ("Stamp Ink S-1" manufactured by Shachihata Co., Ltd.), 5 mL of pure water, and 5 mL of ethanol were mixed to prepare a test solution. Next, 4 μL of the test solution was injected from the introduction hole of the fluid device using a micropipette. Then, the front end of the fluid device was lifted and tilted by 30 ° from the horizontal to discharge the flow path reagent from the outlet. Then, the residue in the recessed part and flow path part of a lower side member (silicone member) was confirmed. The residue was confirmed using a digital microscope “VHX-100” manufactured by Keyence Co., Ltd. When the dye component residue was observed, the residue was present. And it was evaluated that the trapping property was good only when there was a residue in the recess and there was no residue in the flow path portion, and the trapping property was evaluated otherwise. The water evaporation rate in a 50% humidity environment is 0.07 μL / min. For this reason, the water in the test solution does not remain because it evaporates.
[評価結果]
先の表1に、凹部の捕捉性の評価結果をまとめて示す。表1に示すように、実施例1、2の流体デバイスにおいては、凹部に残留物があり、かつ、流路部に残留物がなかった。すなわち、実施例1、2の流体デバイスにおいては、いずれも捕捉性が良好(表1中、〇印で示す)であることが確認された。これに対して、比較例1の流体デバイスにおいては、凹部だけでなく流路部にも残留物があった。これは、試料が流路部に付着しやすいことを意味するため、捕捉性は不良(表1中、×印で示す)と判断した。また、比較例2の流体デバイスにおいては、凹部に残留物がなかった。この場合、試料の一部を捕捉することができないため、捕捉性は不良と判断した。
[Evaluation results]
Table 1 summarizes the evaluation results of the trapping property of the recesses. As shown in Table 1, in the fluid devices of Examples 1 and 2, there was a residue in the recess and no residue in the flow path. That is, in the fluid devices of Examples 1 and 2, it was confirmed that the trapping property was good (indicated by a circle in Table 1). On the other hand, in the fluid device of Comparative Example 1, there was a residue not only in the recess but also in the flow path. This means that the sample is likely to adhere to the flow path portion, so that the capturing property was judged to be poor (indicated by x in Table 1). Moreover, in the fluid device of Comparative Example 2, there was no residue in the recess. In this case, since a part of the sample could not be captured, it was determined that the capture performance was poor.
1:流体デバイス、10:上側部材、11:上側凹部、12:導入孔、13:排出口、14:流路、20:下側部材(流体デバイス用シリコーン部材)、20A:基材、21:下側凹部、21A:凹部、22:流路部、200A:一面、210:親水層、220:疎水層、30:スタンプ部材、300:フッ素樹脂液、P:マイクロ波プラズマ。 1: fluid device, 10: upper member, 11: upper recess, 12: introduction hole, 13: discharge port, 14: flow path, 20: lower member (silicone member for fluid device), 20A: base material, 21: Lower concave part, 21A: concave part, 22: flow path part, 200A: one side, 210: hydrophilic layer, 220: hydrophobic layer, 30: stamp member, 300: fluororesin liquid, P: microwave plasma.
Claims (9)
該凹部の少なくとも一部は親水性であり、該一部以外の該凹部および該流路部は疎水性であることを特徴とする流体デバイス用シリコーン部材。 One surface made of silicone and in contact with the fluid is composed of a recess for capturing a part of the fluid and a channel portion other than that.
A silicone member for a fluid device, wherein at least a part of the concave part is hydrophilic, and the concave part and the flow path part other than the part are hydrophobic.
一面に凹部を有するシリコーン製の基材に対して、該一面をプラズマCVD法およびプラズマ照射の少なくとも一方により処理することにより、該一面全体に親水層を形成する親水化工程と、
該一面のうち該凹部以外の該親水層の表面に疎水層を形成する疎水化工程と、
を有することを特徴とする流体デバイス用シリコーン部材の製造方法。 It is a manufacturing method of the silicone member for fluid devices according to claim 1,
A hydrophilization step of forming a hydrophilic layer on the entire surface by treating the one surface with at least one of a plasma CVD method and plasma irradiation on a silicone substrate having a recess on the one surface;
A hydrophobizing step of forming a hydrophobic layer on the surface of the hydrophilic layer other than the concave portion of the one surface;
The manufacturing method of the silicone member for fluid devices characterized by having.
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