JP7479980B2 - Microfluidic Device - Google Patents
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Description
本発明は、多孔質基材内部にマイクロ流路を形成したマイクロ流路デバイスに関するものである。 The present invention relates to a microchannel device in which a microchannel is formed inside a porous substrate.
近年、マイクロサイズの微細流路を利用して、生化学における分析を1つのチップ内で効率的(微量、迅速、簡便)に行うことができるマイクロ流路デバイスの開発が、幅広い分野で注目されている。具体的には、生化学の研究はもとより医療、創薬、ヘルスケア、環境、食品などの各分野において注目されている。その中でも、紙をベースとしたペーパーマイクロ分析チップは、従来のデバイスと比べて軽量かつ低コストであり、又、電源も使う必要がなく、更には廃棄性も高いという利点を有する。このため、医療設備の整っていない途上国や僻地ならびに災害現場での医療活動や、感染症の広がりを水際で食い止めなければならない空港等での検査デバイスとして期待されている。又、安価でかつ取り扱いが容易なことから、自身の健康状態を管理・モニタリングできるヘルスケアデバイスとしても注目を集めている。 In recent years, the development of microchannel devices that utilize micro-sized fine channels to perform biochemical analysis efficiently (micro-amount, rapid, simple) within a single chip has attracted attention in a wide range of fields. Specifically, they have attracted attention in various fields, including biochemical research, medicine, drug discovery, healthcare, the environment, and food. Among them, paper-based paper microanalysis chips have the advantages of being lighter and less expensive than conventional devices, not requiring a power source, and being easily disposable. For this reason, they are expected to be used in medical activities in developing countries and remote areas where medical facilities are not well-equipped, as well as at disaster sites, and as testing devices at airports and other locations where the spread of infectious diseases must be stopped at the border. In addition, because they are inexpensive and easy to use, they are also attracting attention as healthcare devices that can manage and monitor one's own health condition.
1990年代前半にフォトリソグラフィ法や金型等を用いてガラスやシリコン上にミクロンサイズの微細流路を形成し、サンプルの前処理、攪拌、混合、反応、検出を1チップ上で行うマイクロ分析チップが開発された。その結果、検査システムの小型化や迅速分析、ならびに検体や試薬や廃液の低減を実現した。しかし、これらフォトリソグラフィの技術を使って作製されたマイクロ流路は非常に高い精度を持つ一方、その製造コストは非常に高くなり、又、焼却も難しいため、廃棄性が低いものとなっていた。又、検査液を流路内に送る際、シリンジポンプ等の付帯装置が必要であるため、設備が整った環境での使用に限られており、主に生化学系の研究機関にて使用されてきた。 In the early 1990s, photolithography and molds were used to form micron-sized fine flow channels on glass or silicon, and microanalysis chips were developed that could perform sample pretreatment, stirring, mixing, reaction, and detection on a single chip. As a result, it was possible to miniaturize testing systems, perform rapid analysis, and reduce specimens, reagents, and waste liquids. However, while the microchannels created using these photolithography techniques have extremely high precision, their manufacturing costs are very high and they are difficult to incinerate, making them difficult to dispose of. In addition, because additional equipment such as syringe pumps is required to send the test liquid into the channel, their use is limited to well-equipped environments and they have been used mainly in biochemistry research institutions.
これらの課題に対しペーパーマイクロ分析チップは、基材として紙や布のような安価な材料を用いてかつ、材料自体の毛細血管現象を利用することで、検体や検査液を駆動させることができるため、低コストでかつ無電環境での使用が可能となる。又、持ち運び(流通)が容易で、廃棄性も高い(燃やすだけで廃棄完了)。更に装置のメンテナンスも不要であるため、誰でも(知識がない老人や子供でも)、何処でも(電源が無い場所でも場所を問わず)、簡単にPOC(point of care)による診断を低コストで実現することが可能となる。よって現在、様々な感染症や特定疾病ならびにヘルスケア(持病管理、健康管理)を対象としたペーパーマイクロ流路デバイスの研究・開発が、世界中の研究機関で進められている。 In response to these issues, paper microanalysis chips use inexpensive materials such as paper and cloth as a base material, and by utilizing the capillary phenomenon of the material itself, they can drive samples and test solutions, making them low-cost and usable in non-electrical environments. They are also easy to carry (distribute) and dispose of (just burn it). Furthermore, since no maintenance is required for the device, anyone (even ignorant elderly people or children) can easily perform POC (point of care) diagnosis at low cost, anywhere (regardless of location, even in places without power). Therefore, research and development of paper microchannel devices for various infectious diseases, specific diseases, and healthcare (chronic disease management, health management) is currently being conducted at research institutes around the world.
マイクロ流路デバイスは検体や検査液として液体を使用するため、液体の流路壁への染み出し防止や高湿度環境下でのデバイス使用時の吸水による流路壁の膨潤防止のために流路を形成する材料には高い疎水性が求められる。「流路壁」とは、液体が流れる流路を規定する壁を意味する。
その他に流路材料の特性としては検体や検査液の分析を阻害しないために高い耐溶剤性を持つことが好ましく、また高機械的強度、人体安全性なども同時に求められる。
Since microfluidic devices use liquids as specimens or test solutions, the materials that form the channels are required to be highly hydrophobic to prevent the liquid from seeping into the channel walls and to prevent the channel walls from swelling due to water absorption when the device is used in a high humidity environment. "Channel walls" refers to the walls that define the channel through which the liquid flows.
Other properties of the flow path material are preferably high solvent resistance so as not to impede the analysis of specimens or test solutions, and at the same time, high mechanical strength and safety for the human body are also required.
特許文献1ではポリスチレンを流路材料として利用したマイクロ流路デバイスが提案されている。また特許文献2ではUV硬化性インク、特許文献3、特許文献4ではワックスインクを流路として利用した例が提案されている。ポリスチレンやUV硬化性インク、ワックスインクといった材料は高い疎水性を示し、十分な機械的強度、人体安全性を有する。しかし有機溶剤に対する耐溶剤性が低く、アルコール類、ケトン類、エステル類といった溶剤に対して容易に相溶してしまう。その結果、有機溶剤を含む検体、検査液を使用すると流路壁の膨潤や溶解により、流路の閉塞や決壊が発生してしまう課題があった。
これらのことから本発明は高疎水性、高機械的強度、人体安全性を備えかつ、耐溶剤性も高くより幅広い検体、検査液を使用可能な応用性の広いマイクロ流路デバイスを提案するものである。
Patent Document 1 proposes a microchannel device using polystyrene as a channel material. Patent Document 2 proposes an example of using UV-curable ink as a channel, and Patent Documents 3 and 4 propose an example of using wax ink as a channel. Materials such as polystyrene, UV-curable ink, and wax ink exhibit high hydrophobicity, and have sufficient mechanical strength and human safety. However, they have low resistance to organic solvents and are easily compatible with solvents such as alcohols, ketones, and esters. As a result, when a specimen or test solution containing an organic solvent is used, there is a problem that the channel wall swells or dissolves, causing blockage or collapse of the channel.
Based on these considerations, the present invention proposes a microchannel device that has high hydrophobicity, high mechanical strength, and safety for the human body, as well as high solvent resistance, and is therefore versatile enough to be used with a wide range of specimens and test solutions.
本発明は、高疎水性、高機械的強度、人体安全性を備えかつ、耐溶剤性も高くより応用性の広いマイクロ流路デバイスを提供することを目的とする。 The present invention aims to provide a microchannel device that is highly hydrophobic, has high mechanical strength, is safe for the human body, and has high solvent resistance, making it suitable for a wide range of applications.
本発明の一態様によれば、
多孔質基材内に、流路と流路壁とを有するマイクロ流路デバイスであって、
該流路が、該流路壁に挟まれた多孔質基材領域であって、
該流路壁が、アルケンと環状オレフィンとの共重合体である環状オレフィンコポリマーを含むマイクロ流路デバイスが提供される。
According to one aspect of the present invention,
A microchannel device having a channel and a channel wall in a porous substrate,
The flow channel is a porous substrate region sandwiched between the flow channel walls,
A microfluidic device is provided in which the channel walls comprise a cyclic olefin copolymer, which is a copolymer of an alkene and a cyclic olefin.
本発明によれば、高疎水性、高機械的強度、人体安全性のみならず有機溶剤などに対する耐溶剤性も備えた応用性の広いマイクロ流路デバイスを提供することができる。 The present invention can provide a microchannel device with wide applicability that is highly hydrophobic, has high mechanical strength, is safe for the human body, and is resistant to organic solvents.
以下、本発明の例示的な実施形態について図面を参照して説明する。なお、以下の実施形態は例示であり、本発明を実施形態の内容に限定するものではない。また、以下の各図においては、実施形態の説明に必要ではない構成要素については図から省略する。
本発明においては、多孔質基材内に、環状オレフィンを共重合した環状オレフィンコポリマーを含む材料を浸透させることにより流路壁を形成する。
多孔質基材については後述する。
Hereinafter, exemplary embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. Note that the following embodiments are merely examples, and the present invention is not limited to the contents of the embodiments. In addition, in each of the following drawings, components that are not necessary for the description of the embodiments are omitted from the drawings.
In the present invention, the flow path walls are formed by infiltrating a material containing a cyclic olefin copolymer in which a cyclic olefin is copolymerized into the porous substrate.
The porous substrate will be described later.
<環状オレフィンコポリマー>
本発明に係る環状オレフィンコポリマー(Cyclic Olefin Copolymer:COC)は、アルケン(非環状オレフィン)と、環状化合物(環状オレフィン)との共重合体である。
アルケンとしては、炭素数が2~12であるものが好ましくは、2~6の低級アルケン(α-オレフィン、広義には非環式オレフィン)であるものがより好ましい。
アルケンとしては、例えばエチレン、プロピレン、ブチレンなどが挙げられ、エチレンが好ましい。
アルケンは、1種を単独で使用することも又は2種以上を併用することもできる。
<Cyclic Olefin Copolymer>
The cyclic olefin copolymer (COC) according to the present invention is a copolymer of an alkene (acyclic olefin) and a cyclic compound (cyclic olefin).
The alkene is preferably one having 2 to 12 carbon atoms, more preferably a lower alkene having 2 to 6 carbon atoms (α-olefin, acyclic olefin in a broad sense).
Examples of the alkene include ethylene, propylene, butylene, and the like, with ethylene being preferred.
The alkenes can be used alone or in combination of two or more kinds.
環状オレフィンとしては、炭素数が3~17であるものが好ましく、5~12であるものがより好ましく、単環式化合物であってもよく、多環式化合物であってもよい。
環状オレフィンは、架橋構造を有することが好ましい。例えば、ノルボルネン、ノルボルナジエン、テトラシクロドデセン、ジシクロペンタジエン、シクロヘキセンなどが挙げられ、ノルボルネンが好ましい。
環状オレフィンは、1又は2つ以上の置換基を有していてもよい。置換基としては、メチル基、エチル基等のアルキル基などが挙げられる。
環状オレフィンは、1種を単独で使用することも又は2種以上を併用することもできる。
The cyclic olefin preferably has 3 to 17 carbon atoms, more preferably 5 to 12 carbon atoms, and may be either a monocyclic compound or a polycyclic compound.
The cyclic olefin preferably has a crosslinked structure, and examples thereof include norbornene, norbornadiene, tetracyclododecene, dicyclopentadiene, and cyclohexene, with norbornene being preferred.
The cyclic olefin may have one or more substituents, such as alkyl groups such as methyl and ethyl groups.
The cyclic olefins may be used alone or in combination of two or more kinds.
環状オレフィンコポリマーに含まれるアルケン及び環状オレフィンの構造は、NMRで特定することができる。 The structures of the alkenes and cyclic olefins contained in cyclic olefin copolymers can be identified by NMR.
アルケンと環状オレフィンの含有割合は、アルケン/環状オレフィン=20/1~1/20であることが好ましい。
アルケンと環状オレフィンの含有割合は、NMRで特定することができる。
The content ratio of the alkene to the cyclic olefin is preferably alkene/cyclic olefin=20/1 to 1/20.
The content ratio of the alkene and the cyclic olefin can be determined by NMR.
<流路パターン形成ユニット>
図2、図3および図4を参照して、流路パターン画像形成ユニット全体の構成について説明する。図2は流路パターン形成ユニット100の概略構成を示す断面図であり、各構成について簡略的に示している。図3はプロセスカートリッジPの模式的断面図である。図4は本実施例における流路パターン形成ユニット100の要部の概略制御態様を示すブロック図である。
<Flow path pattern forming unit>
The overall configuration of the flow path pattern image forming unit will be described with reference to Figures 2, 3 and 4. Figure 2 is a cross-sectional view showing the schematic configuration of the flow path pattern forming unit 100, and each component is shown in a simplified manner. Figure 3 is a schematic cross-sectional view of a process cartridge P. Figure 4 is a block diagram showing the schematic control mode of the main parts of the flow path pattern forming unit 100 in this embodiment.
はじめに、流路パターン形成ユニットの構成、流路パターン形成プロセスと各部材について説明する。図2、図3を用いて、流路パターン画像形成プロセスに係わる各部材に関して流路パターン画像形成プロセスの順番に沿って説明する。
流路パターン画像形成ユニット100には、プロセスカートリッジPが収容できる。プロセスカートリッジPは像担持体として感光ドラム11を備えている。感光ドラム11の周囲には、帯電ローラ12、現像装置20、クリーニング部材14が設けられている。帯電ローラ12は、感光ドラム11の表面を帯電させるためのローラ形状の帯電部材である。現像装置20は、感光ドラム11の表面に形成された静電潜像を現像剤としての樹脂粒子により現像する。クリーニング部材14は、感光ドラム11の表面をクリーニングする。流路パターン画像形成に際して必要となる電圧は、帯電高圧電源71、現像高圧電源72、転写高圧電源74によって印加することができ、制御部202(図4)によって制御されている。また、流路パターン画像形成ユニット100は、モータM1(不図示)によってプロセスカートリッジPの感光ドラム11を駆動し、モータM2(不図示)により、プロセスカートリッジPの現像装置20を駆動できる。
First, the configuration of the flow path pattern forming unit, the flow path pattern forming process, and each member will be described. Each member involved in the flow path pattern image forming process will be described in the order of the flow path pattern image forming process with reference to Figs.
The flow path pattern image forming unit 100 can accommodate a process cartridge P. The process cartridge P has a photosensitive drum 11 as an image carrier. Around the photosensitive drum 11, a charging roller 12, a developing device 20, and a cleaning member 14 are provided. The charging roller 12 is a roller-shaped charging member for charging the surface of the photosensitive drum 11. The developing device 20 develops the electrostatic latent image formed on the surface of the photosensitive drum 11 with resin particles as a developer. The cleaning member 14 cleans the surface of the photosensitive drum 11. Voltages required for forming the flow path pattern image can be applied by a charging high
流路パターン画像形成が始まると、感光ドラム11はモータM1の駆動により図3中の矢印A方向に回転し、帯電ローラ12は感光ドラム11の回転に従動して図3中の矢印B方向に回転する。後述の実施例では、感光ドラム11のプロセススピードを150mm/secとした。
感光ドラム11は、OPC、アモルファスセレン、アモルファスシリコン等の感光材料を、アルミニウムやニッケルなどで形成されたシリンダ上のドラム基体上に設けて構成したものである。後述の実施例では、外径20mm、感光材料の厚さは13μmとした。
When the flow path pattern image formation starts, the photosensitive drum 11 is rotated in the direction of the arrow A in Fig. 3 by the drive of the motor M1, and the charging roller 12 is rotated in the direction of the arrow B in Fig. 3 following the rotation of the photosensitive drum 11. In the embodiment described later, the process speed of the photosensitive drum 11 is set to 150 mm/sec.
The photosensitive drum 11 is constructed by providing a photosensitive material such as OPC, amorphous selenium, amorphous silicon, etc., on a cylindrical drum base made of aluminum, nickel, etc. In the embodiment described later, the outer diameter is 20 mm, and the thickness of the photosensitive material is 13 μm.
帯電部材たる帯電ローラ12は、導電性の軸芯体(導電性芯金)と導電性ゴム層とからなる単層ローラを用いることができる。そして、電圧印加部である帯電高圧電源71によって、帯電ローラ12には電圧が印加される。次いで、電圧が印加された帯電ローラを感光ドラム11に当接させて、感光ドラム11の表面を一様に帯電する。帯電ローラ12にはDC(直流)電圧が印加されており、放電によって感光ドラム11上を帯電電位Vdで一様に帯電する。尚、後述の実施例では、帯電ローラ12として、外径7.5mm、体積抵抗103~106Ω・cmの単層ローラを用い、直流電圧を印加した。また、感光ドラム表面を-460V(Vd:暗部電位)に一様に帯電した。
The charging roller 12, which is a charging member, can be a single-layer roller made of a conductive shaft body (conductive core metal) and a conductive rubber layer. A voltage is applied to the charging roller 12 by a charging high-
帯電ローラ12によって感光ドラム11の表面を帯電した後、感光ドラム11の表面には露光ユニット73からレーザ光9が照射される。レーザ光9が照射された感光ドラム11の表面は明部電位であるVlへと表面電位が変化し、静電潜像が形成される。尚、後述の実施例では、Vlを-100Vとした。図4に示したように、露光ユニット73には、コントローラ200からインターフェース201を介して制御部202に入力され、流路パターン画像処理された流路パターン画像情報の時系列電気デジタル画素信号が入力される。露光ユニット73は、入力する時系列電気デジタル画素信号に対応して変調したレーザ光9を出力するレーザ出力部、回転多面鏡(ポリゴンミラー)、fθレンズ、反射鏡等を有しており、レーザ光9で感光ドラム11の表面を主走査露光する。この主走査露光と、感光ドラム11の回転による副走査とにより、流路パターン画像情報に対応した静電潜像が形成される。
After the surface of the photosensitive drum 11 is charged by the charging roller 12, the surface of the photosensitive drum 11 is irradiated with laser light 9 from the
<流路パターン画像形成プロセス>
流路パターン画像形成ユニット100は、現像装置20の位置を制御する接離ユニット75を有しており、流路パターン画像形成時と非流路パターン画像形成時で現像装置20の位置を異なる位置に制御することができる。接離ユニット75は、図4に示した制御部202によって動作を制御される。
現像装置20は感光ドラム11の回転開始後に、感光ドラム11から離間していた現像剤担持体としての現像ローラ23を、感光ドラム11と当接するように接離ユニット75によって移動させる。
<Flow Channel Pattern Image Forming Process>
The flow path pattern image forming unit 100 has a contact/
After the photosensitive drum 11 starts to rotate, the developing device 20 moves the developing roller 23 serving as a developer carrier, which has been spaced apart from the photosensitive drum 11 , by the contact/
続いて、現像ローラ23は図3中の矢印C方向に、供給部材としての供給ローラ24は図3中の矢印D方向に、それぞれ接続されているモータM2の駆動によって回転を始める。そして、現像ローラ23用の現像高圧電源72から現像ローラ23へ、現像電圧として-300Vの電圧が印加される。そして、感光ドラム11上に形成された静電潜像、すなわち、上記のVl部に対して現像ローラ23によって現像剤(COCを含有する粒子)が供給されて現像される。なお、このときの感光ドラム11表面の移動速度と現像ローラ23表面の移動速度との比(現像ローラ23の表面の移動速度/感光ドラム11表面の移動速度)を現像周速比と呼ぶ。この現像周速比を制御することで、感光ドラム11上に現像される現像剤の量を制御することができる。例えば現像周速比が2.5であれば、現像ローラ23上の現像剤が全て感光ドラム11へ現像した場合、感光ドラム11表面の単位面積当たりの現像剤量は、現像ローラ23表面の単位面積当たりの現像剤量に比べて2.5倍になる。本実施例では多孔質基材S1内部にマイクロ流路壁を形成するのに適した現像剤量を現像できるように現像周速比をモータM2の速度で制御している。
Next, the developing roller 23 starts to rotate in the direction of the arrow C in FIG. 3, and the supply roller 24 as a supply member starts to rotate in the direction of the arrow D in FIG. 3 by the driving of the motor M2 connected to each. Then, a voltage of -300V is applied to the developing roller 23 from the high-voltage
現像された現像剤像は、転写高圧電源74によって転写電圧が印加された転写ローラ4との電位差により、記録媒体としての多孔質基材S1に転写される。多孔質基材S1は後述するが、多孔質からなるシート上媒体である。
後述の実施例においては、転写ローラ4として、導電性芯金上に、弾性体であるNBRヒドリンゴムを主成分とし、イオン導電材を用いて抵抗調整を行った半導電性スポンジの弾性層を有するローラを用いた。転写ローラ4の外径は12.5mmで、導電性芯金の外径は6mmとした。また、実施例で用いた転写ローラの抵抗値は、+2000V印加時、下記のとおりであった。
温度23℃/相対湿度50%の常温常湿環境下:1.0×108Ω~3.0×108Ω
温度32℃/相対湿度80%の高温高湿環境下:0.5×108Ω
温度15℃/相対湿度10%の低温低湿環境下:8.0×108Ω
The developed developer image is transferred to a porous substrate S1 as a recording medium by a potential difference with a transfer roller 4 to which a transfer voltage is applied by a transfer high-
In the examples described later, a roller having an elastic layer of semiconductive sponge, the main component of which is an elastic body, NBR hydrin rubber, and resistance adjusted using an ionic conductive material, on a conductive core metal was used as the transfer roller 4. The outer diameter of the transfer roller 4 was 12.5 mm, and the outer diameter of the conductive core metal was 6 mm. The resistance value of the transfer roller used in the examples was as follows when +2000 V was applied.
Under normal temperature and humidity conditions of 23°C and 50% relative humidity: 1.0 x 10 8 Ω to 3.0 x 10 8 Ω
Under high temperature and humidity environment of 32°C and 80% relative humidity: 0.5 x 10 8 Ω
Under low temperature and low humidity environment of
現像剤像を転写された多孔質基材S1は、現像剤像を重力方向上側としたまま流路パターン画像形成ユニット外部に排出される。なお、転写ローラ4を通過した後の感光ドラム11は、当接しているクリーニング部材14によって、転写されなかった現像剤を掻き取られる。その後、帯電ローラ12による帯電からのプロセスを再度繰り返すことで、連続的に像形成が行われる。 The porous substrate S1 onto which the developer image has been transferred is discharged to the outside of the flow path pattern image forming unit with the developer image facing upward in the direction of gravity. After passing through the transfer roller 4, the photosensitive drum 11 has the untransferred developer scraped off by the cleaning member 14 that is in contact with it. After that, the process from charging by the charging roller 12 is repeated again, thereby continuously forming images.
流路パターン画像形成終了後に、現像ローラ23を感光ドラム11から接離手段75によって離間し、後回転動作を行うことで流路パターン画像形成ユニット100内の状態をリセットし、次に流路パターン画像形成を行う際に迅速に印刷できるよう備える。接離手段75によって感光ドラム11から離間した後はモータM2の駆動をOFFすることで現像剤の劣化を抑制することができる。 After the flow path pattern image formation is completed, the developing roller 23 is separated from the photosensitive drum 11 by the contact/separation means 75, and a post-rotation operation is performed to reset the state inside the flow path pattern image forming unit 100, so that the next time flow path pattern image formation is performed, printing can be performed quickly. After the developing roller 23 is separated from the photosensitive drum 11 by the contact/separation means 75, the drive of the motor M2 is turned off to suppress deterioration of the developer.
次に、図4を用いて流路パターン画像形成ユニット100の動作制御を説明する。制御部202は流路パターン画像形成ユニット100の動作を制御する手段であり、各種の電気的情報信号の授受をする。また、各種のプロセス機器やセンサから入力する電気的情報信号の処理、各種のプロセス機器への指令信号の処理を行う。コントローラ200は、ホスト装置との間で各種の電気的な情報の授受をする。また、コントローラ200は、流路パターン画像形成ユニット100の流路パターン画像形成動作を所定の制御プログラムや参照テーブルに従って、インターフェース201を介して制御部202で統括的に制御する。制御部202は、様々な演算処理を行う中心的素子であるCPU155、記憶素子であるROM、RAMなどのメモリ15などを有して構成される。RAMには、センサの検知結果、カウンタのカウント結果、演算結果などが格納され、ROMには制御プログラム、予め実験などにより得られたデータテーブルなどが格納されている。制御部202には、流路パターン画像形成ユニット100における各制御対象、センサ、カウンタなどが接続されている。制御部202は、各種の電気的情報信号の授受や、各部の駆動のタイミングなどを制御して、所定の流路パターン画像形成シーケンスの制御などを行う。例えば、帯電高圧電源71、現像高圧電源72、露光ユニット73、転写高圧電源74、現像周速変更手段76などを制御し、印加される電圧や露光量などを調整している。
Next, the operation control of the flow path pattern image forming unit 100 will be described with reference to FIG. 4. The
図2の流路パターン画像形成ユニット100では、制御部202から帯電高圧電源71、現像高圧電源72、露光ユニット73、および転写高圧電源74への接続は記載されていない。しかし、実際には帯電高圧電源71、現像高圧電源72、露光ユニット73、および転写高圧電源74と、制御部202とは接続され、制御部202は各々を制御している。そして、この流路パターン画像形成ユニット100は、ホスト装置からコントローラ200に入力される電気的画像信号に基づいて、多孔質基材S1に流路パターン画像形成を行う。なお、ホスト装置としては、イメージリーダー、パーソナルコンピュータ(以下、パソコンとも記載する。)、ファクシミリ、スマートフォン等が挙げられる。
In the flow path pattern image forming unit 100 in FIG. 2, the connection from the
<現像装置>
次に、現像装置の一例として、現像装置20の現像プロセスに係わる部分の構成について図3を用いて詳細に説明する。
現像装置20は、感光ドラム11との対向位置に開口部を有する現像容器21を備えている。この現像容器21には、通常の電子写真装置で用いられるトナーの代わりに樹脂粒子が収納されている。
<Developing device>
Next, as an example of the developing device, the configuration of the portion related to the developing process of the developing device 20 will be described in detail with reference to FIG.
The developing device 20 includes a developer container 21 having an opening facing the photosensitive drum 11. The developer container 21 contains resin particles instead of toner used in normal electrophotographic devices.
現像装置20は、現像ローラ23と樹脂粒子供給ローラ24と、を備えている。現像ローラ23は、感光ドラム11上の静電潜像までCOC粒子を担持しながら搬送する役割を担っている。現像ローラ23としては、弾性層の表面に、粗し粒子を分散させた表層を設けたローラを用いることができる。樹脂粒子の搬送性は現像ローラ23の表面粗さによって調整することができる。後述の実施例においては、シリコーンゴムからなる弾性層の表面に、ウレタンゴムをバインダーとして直径10μmの粒子を含有した表層を設けたローラを用いた。表面粗さRaは3.5μmとした。 The developing device 20 includes a developing roller 23 and a resin particle supply roller 24. The developing roller 23 carries and transports the COC particles to the electrostatic latent image on the photosensitive drum 11. The developing roller 23 may be a roller having a surface layer with roughening particles dispersed on the surface of an elastic layer. The transportability of the resin particles can be adjusted by the surface roughness of the developing roller 23. In the examples described below, a roller having a surface layer containing 10 μm diameter particles with urethane rubber as a binder on the surface of an elastic layer made of silicone rubber was used. The surface roughness Ra was 3.5 μm.
供給ローラ24は、現像ローラ23の表面を摺擦する発泡層を有しており、現像ローラ23に現像容器21内のCOC粒子を供給する役割を担っている。なお、供給ローラ24は現像ローラ23と導通しており電位を等しくしている。また、現像装置20は、現像ローラ23に供給したCOC粒子Aを規制する現像剤規制部材たる現像ブレード25を備えている。
現像ブレード25は、例えば、薄いステンレス鋼(SUS)板を支持板金に支持させたものを用いることができる。現像ブレード25も現像ローラ23と導通しており、電位を等しくしている。後述の実施例においては、現像ブレード25として、厚さ80μmのステンレス鋼(SUS)板が厚さ1mmの支持板金に支持されたものを用いた。現像ブレード25のSUS板の先端を、25~35g/cmの圧力で現像ローラ23と当接させた。当接の方向は、当接部に対して自由端側の先端が現像ローラ23の回転方向上流側に位置するカウンタ方向とした。以上の構成として、現像ブレード25を通過後の現像ローラ23表面に、0.50mg/cm2程度の現像剤がコートされるように制御した。
The supply roller 24 has a foam layer that rubs against the surface of the developing roller 23, and serves to supply the COC particles in the developer container 21 to the developing roller 23. The supply roller 24 is electrically connected to the developing roller 23 to equalize the potential. The developing device 20 also includes a developing blade 25 that is a developer regulating member that regulates the COC particles A supplied to the developing roller 23.
The developing blade 25 may be, for example, a thin stainless steel (SUS) plate supported by a supporting plate. The developing blade 25 is also electrically connected to the developing roller 23, and has the same potential. In the examples described below, a developing blade 25 made of a stainless steel (SUS) plate having a thickness of 80 μm supported by a supporting plate having a thickness of 1 mm was used. The tip of the SUS plate of the developing blade 25 was brought into contact with the developing roller 23 with a pressure of 25 to 35 g/cm. The direction of contact was the counter direction, with the tip of the free end side relative to the contact portion being located upstream in the rotation direction of the developing roller 23. With the above configuration, the surface of the developing roller 23 after passing the developing blade 25 was controlled so that about 0.50 mg/ cm2 of developer was coated.
<実施例1>
本実施例では、現像剤として、エチレンと環状オレフィンとを共重合した環状オレフィンコポリマー(ポリプラスチックス(株)製、TMグレード、以下、「COC-A」とも記載する。)から作製した樹脂粒子(以下、「COC粒子A」とも記載する。)を用いた。
この環状オレフィンコポリマーは下記式(1-1)で示される2種類のユニット(エチレンユニットとノルボルネンユニット)を有する。式中x、yの含有割合はモル比で85:15である。尚、式(1-1)は、2種類のユニットが所定の比率で結合していることを表すものであって、ポリエチレン部とポリノルボルネン部とが結合したブロックポリマー状の構成を有することを意味するものではない。
Example 1
In this embodiment, resin particles (hereinafter also referred to as "COC particles A") made from a cyclic olefin copolymer (manufactured by Polyplastics Co., Ltd., TM grade, hereinafter also referred to as "COC-A") obtained by copolymerizing ethylene and a cyclic olefin were used as the developer.
This cyclic olefin copolymer has two types of units (ethylene unit and norbornene unit) represented by the following formula (1-1). In the formula, the molar ratio of x and y is 85:15. Note that formula (1-1) indicates that two types of units are bonded in a predetermined ratio, but does not mean that the copolymer has a block polymer structure in which a polyethylene portion and a polynorbornene portion are bonded.
<流路パターン>
本実施例においては、流路パターン画像形成ユニット100を用いて、多孔質基材S1上にCOC粒子Aを載せてCOC粒子A像を形成することで、図5(a)に示す流路パターン80を形成した。図5(a)における各符号は以下のとおりである。COC粒子A像81、試薬を付着させる試薬部83、検査液を付着させる検査液部84、試薬部83と検査液部84を結ぶ流路82。流路82を挟むCOC粒子A像81の幅L1は4mm、流路82の幅L2は1.5mmである。但し、流路パターンの形状やサイズ等はもちろんこれに限るものではなく、直線や曲線の組み合わせ、分岐を用いた形状であっても良く、流路の幅を変えても良い。
<Flow path pattern>
In this embodiment, the flow path pattern 80 shown in FIG. 5(a) was formed by placing COC particles A on the porous substrate S1 using the flow path pattern image forming unit 100 to form a COC particle A image. The symbols in FIG. 5(a) are as follows. COC particle A image 81, reagent portion 83 to which a reagent is attached, test liquid portion 84 to which a test liquid is attached, and flow path 82 connecting the reagent portion 83 and the test liquid portion 84. The width L1 of the COC particle A image 81 sandwiching the flow path 82 is 4 mm, and the width L2 of the flow path 82 is 1.5 mm. However, the shape and size of the flow path pattern are not limited to these, and may be a combination of straight lines and curves, or a shape using branches, and the width of the flow path may be changed.
曲線や分岐を有する流路パターンの例を図5(b)に示す。この例においては、試薬を付着させる試薬部85b、85c、85dと検査液を付着させる検査液部85aが流路85eによって接続されている。 An example of a flow path pattern having curves and branches is shown in FIG. 5(b). In this example, reagent sections 85b, 85c, and 85d for applying reagents and test liquid section 85a for applying test liquid are connected by flow path 85e.
<加熱プロセス>
流路パターン80が形成された多孔質基材S1は、加熱ユニットによる加熱プロセスを経る。加熱プロセスを経ることによってCOC粒子Aが溶融し、多孔質基材S1へと浸透し、疎水性の壁に囲まれた流路を有するマイクロ流路デバイスが形成される。
加熱温度としては、COC粒子Aが溶融し、多孔質基材S1に対して浸透する温度にする必要がある。本実施例の構成においては140℃以上においてCOC粒子Aは多孔質材S1へ浸透した。
<Heating process>
The porous substrate S1 on which the flow path pattern 80 is formed undergoes a heating process by a heating unit. Through the heating process, the COC particles A melt and permeate into the porous substrate S1, forming a microchannel device having a flow path surrounded by a hydrophobic wall.
The heating temperature must be a temperature at which the COC particles A melt and permeate into the porous substrate S1. In the configuration of this embodiment, the COC particles A permeated into the porous substrate S1 at 140° C. or higher.
加熱時間としては、溶融したCOC粒子Aが多孔質基材S1の厚さ方向に完全に浸透しきる時間が必要であるが、長すぎると必要以上に拡散してしまい、形成した流路パターンに比べ、加熱プロセス後の流路82が細くなってしまう可能性がある。本実施例の構成においては、加熱時間を1~10分とすることによって適度な流路壁が形成できた。
以上を鑑みて、本実施例における加熱条件としては200℃環境において2分間とした。加熱ユニットとしては、オーブン(ヤマト科学(株) 送風定温恒温器 DN610H)を用いた。但し、加熱方式はこれに限らず、遠赤外線ヒータやホットプレート等を用いても良いし、加熱条件もCOC粒子Aや多孔質基材S1の物性に合わせて選択するべきものである。
The heating time is required to be long enough for the molten COC particles A to completely penetrate the porous substrate S1 in the thickness direction, but if the heating time is too long, the particles may diffuse more than necessary, and the flow paths 82 after the heating process may become narrower than the flow path pattern formed. In the configuration of this embodiment, a heating time of 1 to 10 minutes was used to form an appropriate flow path wall.
In view of the above, the heating conditions in this embodiment were set to 2 minutes in an environment of 200° C. As the heating unit, an oven (Yamato Scientific Co., Ltd. constant temperature incubator DN610H) was used. However, the heating method is not limited to this, and a far-infrared heater or a hot plate may be used, and the heating conditions should be selected according to the physical properties of the COC particles A and the porous substrate S1.
上記の条件における加熱プロセスを図1(a)、図1(b)を用いて説明する。
加熱前後のCOC粒子Aを表す図として、図5中の破線80aの位置における断面概略図を図1に示す。図1(a)は加熱前の断面図、図1(b)は加熱後の断面図である。
流路パターン形成時のCOC粒子Aは、図1(a)に示す様に、多孔質基材S1の表面に付着しただけの状態であり、流路82となる領域92には樹脂粒子Tが付着していない。この後の加熱によって樹脂粒子T(COC粒子A)が溶融し、溶融した樹脂粒子Tが毛細管現象によって多孔質基材S1内部に浸透する。
200℃、2分間の加熱後には図1(b)に示す様に、疎水性のCOC粒子Aが多孔質基材S1の厚さ方向に浸透し、溶融後の浸透した樹脂T’に挟まれた流路82が多孔質基材S1内に形成される。
以上の様に、流路パターン画像形成ユニット100と、加熱ユニットとを用いることで、多孔質基材S1内に疎水壁に囲まれた流路を有した、マイクロ流路デバイスを製造できる。
The heating process under the above conditions will be described with reference to FIGS.
As a diagram showing COC particle A before and after heating, a schematic cross-sectional view taken along the broken line 80a in Fig. 5 is shown in Fig. 1. Fig. 1(a) is the cross-sectional view before heating, and Fig. 1(b) is the cross-sectional view after heating.
1(a), the COC particles A at the time of forming the flow path pattern are merely attached to the surface of the porous substrate S1, and no resin particles T are attached to the region 92 that will become the flow path 82. The resin particles T (COC particles A) are melted by subsequent heating, and the melted resin particles T penetrate into the porous substrate S1 by capillary action.
After heating at 200°C for 2 minutes, as shown in Figure 1 (b), the hydrophobic COC particles A penetrate into the porous substrate S1 in the thickness direction, and a flow path 82 sandwiched between the molten and penetrated resin T' is formed in the porous substrate S1.
As described above, by using the flow path pattern image forming unit 100 and the heating unit, a micro flow path device having a flow path surrounded by a hydrophobic wall in the porous substrate S1 can be manufactured.
図5(a)の流路パターンに基づき作成したマイクロ流路デバイスを用いる場合、例えば試薬部83へ呈色反応を示す薬品を付着させておき、その後に検査液部84へ検査液を付着させる。付着させた検査液は流路82を通って試薬部83まで拡散する。検査装置や検査者においては、その際に生じる呈色反応などを確認すればよい。例えば、血糖値の検査の場合、検査液を血液とし、試薬として、オキシターゼとペルオキシターゼとヨウ化カリウムの混合液を用いることができ、尿酸値の検査の場合、検査液を血液とし、試薬として、ウリカーゼとペルオキシターゼと4-アミノアンチピリンの混合液を用いることができる。
図5(b)の流路パターンに基づき作成したマイクロ流路デバイスの使用例について説明する。試薬部85bに試薬bを付着させ、試薬部85cに試薬cを付着させ、試薬部85dに試薬dを付着させた後、検査液部85aに検査液を付着させる。すると検査液部85aに付着させた検査液は流路85eに浸透していくが、途中で分岐することで、試薬部85bでは試薬bのみと反応し、試薬部85cでは試薬cのみと反応し、試薬部85dでは試薬dのみと反応する。分岐した流路を用いることで複数の試薬に対する反応を同時に検査することができる。また、試薬部85dに向かう部分の流路のように、流路を曲線にすることにより、エッジ部への検査液の溜まりをなくす、或いは低減することができる。
When using a microfluidic device created based on the flow channel pattern of FIG. 5(a), for example, a chemical that exhibits a color reaction is applied to the reagent section 83, and then the test liquid is applied to the test liquid section 84. The applied test liquid diffuses to the reagent section 83 through the flow channel 82. The test device or the tester can confirm the color reaction that occurs at that time. For example, in the case of a blood glucose test, the test liquid can be blood, and the reagent can be a mixture of oxidase, peroxidase, and potassium iodide, and in the case of a uric acid test, the test liquid can be blood, and the reagent can be a mixture of uricase, peroxidase, and 4-aminoantipyrine.
An example of use of the microchannel device created based on the flow channel pattern of FIG. 5B will be described. After attaching reagent b to reagent portion 85b, reagent c to reagent portion 85c, and reagent d to reagent portion 85d, the test liquid is attached to the test liquid portion 85a. The test liquid attached to the test liquid portion 85a then permeates the flow channel 85e, but by branching on the way, it reacts only with reagent b in reagent portion 85b, only with reagent c in reagent portion 85c, and only with reagent d in reagent portion 85d. By using the branched flow channel, it is possible to simultaneously test the reaction to multiple reagents. In addition, by making the flow channel curved, like the flow channel toward reagent portion 85d, it is possible to eliminate or reduce the accumulation of the test liquid at the edge portion.
<COC粒子A>
本実施例で樹脂粒子の材料として用いたCOC-Aは非常に低い吸水性を示すため、検体や検査液の流路外への染み出し、また高湿度環境下での使用での流路の膨潤といった問題が発生しにくい。また機械的強度が高いため、例えば濾紙のようなデバイス使用時に容易に変形する多孔質基材内に流路を形成しても変形による流路壁の割れなどが起こりにくい。
さらには溶融させて流路壁形状を形成する際に人体に有害な物質も発生しないため人体安全性も高い。
<COC Particles A>
Since COC-A used as the resin particle material in this embodiment has very low water absorption, it is unlikely to cause problems such as leakage of specimens or test liquids out of the flow path, or swelling of the flow path when used in a high humidity environment. In addition, since it has high mechanical strength, even if a flow path is formed in a porous substrate such as filter paper that is easily deformed when the device is used, cracks in the flow path wall due to deformation are unlikely to occur.
Furthermore, since no substances harmful to the human body are generated when melting the material to form the flow path wall shape, the material is also highly safe for the human body.
<耐溶剤性>
次にCOC-Aの耐溶剤性について説明する。マイクロ流路デバイスは様々な検体や検査液を流路内に毛細管現象で浸透させて利用される。もしも流路壁が検体、もしくは検査液と相溶して膨潤したり、化学変化を起こしたりすると、流路構造が崩れることによって適切な毛細管現象が阻害されたり、検体や検査液の特性が変化してしまったりするため、正しい検査結果を得ることが困難になる。
例えば医療検査での血糖値検査では検査薬として酸性の過酸化水素水が利用される。また食品添加物検査では発色剤としてアルカリ性を示す亜硝酸ナトリウムや乳化剤としての利用されるエステル系化合物を検体とすることがある。このようにペーパーマイクロ分析デバイスは酸性、アルカリ性、エステル系を含め様々な溶剤を検体、検査液として使用することが求められるため、これらの溶剤に対して耐溶剤性を持つことが幅広い応用性を持つ分析デバイスのために重要である。
<Solvent resistance>
Next, we will explain the solvent resistance of COC-A. Microchannel devices are used by allowing various specimens and test liquids to permeate the channels through capillary action. If the channel walls become miscible with the specimen or test liquid and swell or undergo a chemical change, the channel structure will collapse, preventing proper capillary action and changing the properties of the specimen or test liquid, making it difficult to obtain correct test results.
For example, in medical testing, blood glucose level tests use acidic hydrogen peroxide as a test agent. In food additive testing, sodium nitrite, which shows alkaline properties as a coloring agent, and ester compounds, which are used as emulsifiers, may be used as samples. As such, paper microanalytical devices are required to use a variety of solvents, including acidic, alkaline, and ester-based solvents, as samples and test solutions, so for analytical devices with a wide range of applications, it is important that they are resistant to these solvents.
表1に、COC-A及びその他の樹脂材料の耐溶剤性の結果を示す。
温度23℃、相対湿度50%の条件下において、各樹脂ペレット(直径3.5インチ、厚さ1mm)を各溶剤に完全に浸漬させて1時間浸し、ペレットが溶解または明らかな膨張が見られた場合をNGとした。
Table 1 shows the results of the solvent resistance of COC-A and other resin materials.
Each resin pellet (diameter 3.5 inches, thickness 1 mm) was completely immersed in each solvent for 1 hour under conditions of a temperature of 23° C. and a relative humidity of 50%, and if the pellet dissolved or obvious expansion was observed, it was judged to be NG.
UV硬化インクはアクリル樹脂系のUV硬化インクであり、より具体的には下記のとおりである。
光ラジカル重合性モノマーであるアクリル酸オクタデシルと、光ラジカル重合性オリゴマーである1,10-ビス(アクリロイルオキシ)デカンの混合物からなるものである。
The UV curable ink is an acrylic resin-based UV curable ink, and more specifically, is as follows.
It is made of a mixture of octadecyl acrylate, which is a photoradical polymerizable monomer, and 1,10-bis(acryloyloxy)decane, which is a photoradical polymerizable oligomer.
COC-Aは、酸やアルカリのみならず、アルコール、ケトン、エステルなど幅広い溶剤に対して耐性を有しており、多様な検体、検査液に対応した応用性の高いマイクロ流路デバイスとして利用可能である。 COC-A is resistant to a wide range of solvents, including not only acids and alkalis but also alcohols, ketones, and esters, making it suitable for use as a highly versatile microfluidic device that can be used with a variety of specimens and test solutions.
<疎水性>
各樹脂のペレット(直径3.5インチ、厚さ1mm)を作成し、温度23℃の蒸留水に24時間浸したときの各樹脂の質量の変化を吸水率として表2に示す。
<Hydrophobicity>
Pellets (diameter 3.5 inches, thickness 1 mm) of each resin were prepared and immersed in distilled water at 23° C. for 24 hours. The change in mass of each resin when immersed is shown in Table 2 as the water absorption rate.
以上の特徴を有したCOC-Aを用いてCOC粒子Aを作製する方法について記載する。COC粒子AはCOC-Aの樹脂ペレットを粉砕し、体積平均粒径が6μmとなるように分級した後に熱球形化した粒子である。表面には外添剤として粒径10nmの疎水性シリカ微粒子を1.6質量%外添している。COC粒子A表面を外添剤で被膜することで、負帯電性能を向上し、かつCOC粒子A間に微小な間隙を設けることができ、流動性を向上させることで安定した流路パターン画像形成を達成している。なお、外添剤に用いるシリカ微粒子は疎水化処理をしていることと、外添量が微量であることより、最終的にマイクロ流路デバイスとして使用する際の流路には影響しない。但し、外添量や外添する物質はこれに限るものではなく、用いる現像剤担持体や現像剤規制部材等の現像装置構成に応じて適宜選択して良い。 A method for producing COC particles A using COC-A having the above characteristics will be described. COC particles A are particles obtained by crushing resin pellets of COC-A, classifying them so that the volume average particle size is 6 μm, and then thermally spheroidizing them. 1.6 mass% of hydrophobic silica fine particles with a particle size of 10 nm are added to the surface as an external additive. By coating the surface of the COC particles A with the external additive, negative charging performance is improved, and minute gaps can be provided between the COC particles A, improving fluidity and achieving stable flow path pattern image formation. Note that the silica fine particles used as the external additive have been hydrophobized and the amount of external addition is small, so that they do not affect the flow path when finally used as a micro-flow path device. However, the amount of external addition and the substance to be externally added are not limited to these, and may be selected appropriately depending on the configuration of the developing device, such as the developer carrier and developer regulating member used.
<多孔質基材>
多孔質基材S1としては、適度な空隙率と親水性を示すものが好適である。多孔質構造としては、連泡並びに網目(ナノファイバー等)状の構造等のものが良く、濾紙、普通紙、上質紙、水彩紙、ケント紙、合成紙、合成樹脂多孔質フィルム、布地、繊維製品、などが挙げられる。これらの中でも、高い空隙率と良好な親水性を有する点から、濾紙が好ましい。
空隙率は、目的に応じて適宜選択することができるが、20%~90%が好ましい。空隙率が、上記範囲である場合、基材としての強度と試料液の浸透性との両立が良好となる。
<Porous substrate>
The porous substrate S1 is preferably one that exhibits moderate porosity and hydrophilicity. The porous structure is preferably one that has an open cell or mesh (nanofiber, etc.) structure, and examples thereof include filter paper, plain paper, high-quality paper, watercolor paper, Kent paper, synthetic paper, synthetic resin porous film, fabric, and textile products. Among these, filter paper is preferred because it has high porosity and good hydrophilicity.
The porosity can be appropriately selected depending on the purpose, but is preferably 20% to 90%. When the porosity is in the above range, a good balance between the strength as a base material and the permeability of a sample liquid is achieved.
親水性は、試料液として血液、尿、唾液のような、水を含む生体液が、基材内に拡散することを可能にするために必要な性質である。
多孔質基材の平均厚さは、0.01mm~0.3mmのものが一般的に用いられる。平均厚さが、0.01mm以上あれば、基材としての強度が適当である。平均厚さが0.3mm以下であれば、COCの浸透が容易であり、流路壁の形成が容易となる。但し、平均厚さは用途に応じて選択すればよく、0.6mm程度の厚いものを使用する場合がある。
Hydrophilicity is a necessary property for allowing a biological fluid containing water, such as blood, urine, or saliva, as a sample liquid, to diffuse into the substrate.
The average thickness of the porous substrate is generally 0.01 mm to 0.3 mm. If the average thickness is 0.01 mm or more, the substrate has adequate strength. If the average thickness is 0.3 mm or less, the COC can easily penetrate and the flow path wall can be easily formed. However, the average thickness may be selected according to the application, and a thicker thickness of about 0.6 mm may be used.
多孔質基材の空孔に樹脂を浸透させて、空孔を樹脂で埋めることで流路壁(疎水壁)が形成されるため、漏れや染み出しが抑制された流路とするためには、多孔質基材の空孔が樹脂で十分に埋められていることが好ましい。
本実施例においては多孔質基材S1として、太さ20μmのセルロース繊維からなる坪量が異なる3種類の多孔質基材S1-1、S1-2、S1-3の濾紙を用いた。詳細を表3に示す。
見掛け密度(g/cm3)は、(坪量/厚さ×1000)、空隙率(%)は、((真密度-見掛け密度)/真密度×100)として計算した。
Since flow path walls (hydrophobic walls) are formed by infiltrating resin into the pores of the porous substrate and filling the pores with resin, it is preferable that the pores of the porous substrate are sufficiently filled with resin in order to create a flow path in which leakage and seepage are suppressed.
In this example, three types of filter paper made of cellulose fibers having a thickness of 20 μm and different basis weights, S1-1, S1-2, and S1-3, were used as the porous substrate S1. Details are shown in Table 3.
The apparent density (g/cm 3 ) was calculated as (basis weight/thickness×1000), and the porosity (%) was calculated as ((true density−apparent density)/true density×100).
<耐折り曲げ性評価>
上記多孔質基材S1-1~S1-3に、COC粒子Aを用いて、図5(a)の流路パターンで、流路壁部におけるCOC量が2.0mg/cm2となるように形成したマイクロ流路デバイスを用いて耐折り曲げ性評価を行った。
図5(a)の破線80aの位置でマイクロ流路デバイスを2つ折りに曲げて、上から500g(荷重面積24mm×24mm)の重りをおき、折り曲げた部分において重りを10往復させた。折り曲げ部分を開いて、流路部の破損の有無を裸眼で確認した後、水を流路に浸透させて染み出しを評価した。COC粒子Aで形成したマイクロ流路デバイスは、破損、染み出しとも確認されなかった。
<Evaluation of bending resistance>
The porous substrates S1-1 to S1-3 were used with COC particles A to form a microchannel device with the flow channel pattern of FIG. 5(a) so that the amount of COC in the flow channel wall was 2.0 mg/cm 2. Bending resistance evaluation was performed.
The microchannel device was folded in half at the position of the dashed line 80a in Fig. 5(a), a weight of 500 g (load area 24 mm x 24 mm) was placed on top, and the weight was moved back and forth 10 times on the folded part. The folded part was opened, and the presence or absence of damage to the flow channel was confirmed with the naked eye, and then water was allowed to penetrate into the flow channel to evaluate seepage. Neither damage nor seepage was confirmed for the microchannel device formed with COC particles A.
<COCの粘弾性特性>
流路を形成する際に用いるCOCは、所定の粘弾性特性(貯蔵弾性率G’、損失弾性率G’’)を有することが好ましい。
貯蔵弾性率G’は、物体の弾性を表しており、低い程一定荷重に対する変形が大きいことを表す。つまり、貯蔵弾性率G’が低いということは、多孔質基材S1に対して毛細管現象による浸透力が働いた時に、より浸透しやすいことを表している。
<Viscoelastic properties of COC>
The COC used to form the flow passage preferably has predetermined viscoelastic properties (storage modulus G', loss modulus G'').
The storage modulus G' represents the elasticity of an object, and the lower the storage modulus G', the greater the deformation for a certain load. In other words, a low storage modulus G' means that the porous substrate S1 is more susceptible to penetration when a permeation force due to capillary action acts on the porous substrate S1.
損失弾性率G’’は、物体の粘度を表しており、高い程粘性が高いこと(粘り気が強い状態)を表している。粘性が高いとは、流体の速度が流れの中の各点で異なるとき、速度をならして一様にしようとする性質が強いことを表している。つまり、損失弾性率G’’が高いということは、COCが多孔質基材S1に浸透する際に周囲の樹脂と同じ速度で移動しようとするため、多孔質S内での浸透ムラが少ない、即ち、滲みにくいことを表している。多孔質基材の温度ムラや多孔質の孔のサイズムラ等によって、毛管力にもムラができ、流路パターンが滲んでしまう場合がある。そのため、定着プロセスの温度において、高い粘性を有しており、滲みにくい状態であることが好ましい。 The loss modulus G'' represents the viscosity of an object, and the higher the loss modulus, the higher the viscosity (the more viscous the object). High viscosity means that when the speed of the fluid differs at each point in the flow, there is a strong tendency to smooth out the speed to make it uniform. In other words, a high loss modulus G'' means that when the COC penetrates the porous substrate S1, it tries to move at the same speed as the surrounding resin, so there is little uneven penetration within the porous substrate S, i.e., it is less likely to bleed. Uneven temperatures in the porous substrate and uneven sizes of the pores in the porous substrate can cause uneven capillary forces, which can cause the flow path pattern to bleed. For this reason, it is preferable for the COC to have high viscosity and be in a state where it is less likely to bleed at the temperature of the fixing process.
つまり、流路壁形成用の樹脂としては、定着プロセスの温度領域において、多孔質基材S1へ浸透する貯蔵弾性率G’でありながら、滲みが抑制される損失弾性率G’’であるような溶融状態となる樹脂が好ましい。しかしながら、一般的な樹脂材料においては、浸透可能な貯蔵弾性率G’を示す温度においては、損失弾性率G”が低くなりすぎてしまい、逆に、滲みが抑制される損失弾性率G”を示す温度においては、貯蔵弾性率G’が高くなりすぎてしまう。この点において、COCは優れており、貯蔵弾性率G’と損失弾性率G’’とが共に好適な値となるような温度領域を有する。詳細な物性に関しては後述するが、COC-Aは、200℃において、貯蔵弾性率G’が0.4Paと低く、損失弾性率G’’が10Paと高く、好適な溶融特性を有している。 In other words, the resin for forming the flow path walls is preferably one that is in a molten state in the temperature range of the fixing process, with a storage modulus G' that allows penetration into the porous substrate S1, and a loss modulus G'' that suppresses bleeding. However, in general resin materials, at the temperature at which the storage modulus G' allows penetration, the loss modulus G'' becomes too low, and conversely, at the temperature at which the loss modulus G'' suppresses bleeding, the storage modulus G' becomes too high. In this respect, COC is superior, and has a temperature range in which both the storage modulus G' and the loss modulus G'' are suitable values. Detailed physical properties will be described later, but COC-A has suitable melting properties, with a low storage modulus G' of 0.4 Pa and a high loss modulus G'' of 10 Pa at 200°C.
次に、加熱プロセスで、溶融した樹脂が多孔質基材S1へ速やかに滲みなく浸透できるために必要な粘弾性特性を、図6を用いて説明する。
図6(a)の実線は温度を変化させた時のCOC粒子Aの貯蔵弾性率G’であり、図6(a)の点線は温度を変化させた時のCOC粒子Aの損失弾性率G’’の値である。
弾性率の測定にあたっては、まずCOC粒子Aを外径20mmのペレット成形用ダイスにセットし、加圧器で15tonの荷重を加え、加圧後のペレット厚さが1mmになる様にCOC粒子A量を調整してペレットを作製した。次に作製したペレット(直径20mm、厚さ1mm)を回転型粘弾性測定装置 AR-G2(TA Instruments社製)の下部プレートと上部プレートの間に固定する。上部プレートから1Hzの周期で10Paのせん断応力を印加し、その際の応答としてのせん断応力との位相差から貯蔵弾性率G’、損失弾性率G’’、を算出した。以上の測定をプレート間の温度を2℃/minの速度で変化させながら70℃~200℃の間で測定した。
Next, the viscoelastic properties required for the molten resin to quickly permeate the porous substrate S1 without seeping in during the heating process will be described with reference to FIG.
The solid line in FIG. 6( a ) represents the storage modulus G′ of COC particle A when the temperature is changed, and the dotted line in FIG. 6( a ) represents the loss modulus G″ of COC particle A when the temperature is changed.
In measuring the elastic modulus, first, COC particles A were set in a pellet molding die with an outer diameter of 20 mm, a load of 15 tons was applied with a pressurizer, and the amount of COC particles A was adjusted so that the pellet thickness after pressing was 1 mm to prepare a pellet. Next, the prepared pellet (diameter 20 mm, thickness 1 mm) was fixed between the lower plate and the upper plate of a rotational viscoelasticity measuring device AR-G2 (manufactured by TA Instruments). A shear stress of 10 Pa was applied from the upper plate at a cycle of 1 Hz, and the storage elastic modulus G' and loss elastic modulus G'' were calculated from the phase difference with the shear stress as a response at that time. The above measurements were performed between 70°C and 200°C while changing the temperature between the plates at a rate of 2°C/min.
まず図6(a)の実線に示す貯蔵弾性率G’を見ると、COC粒子Aは温度上昇と共にガラス転移点Tgを超えて溶融し、貯蔵弾性率G’が急速に小さくなり、130℃において14Paを下回り、200℃において0.4Paとなる。貯蔵弾性率G’が小さくなると、前述したように多孔質基材S1による毛細管現象によって多孔質基材S1の内部へと浸透するようになる。本実施例の構成においては貯蔵弾性率G’が14Pa以下となる130℃以上においてCOCが多孔質基材S1へ浸透したため、加熱プロセスにおける温度は130℃以上で行うことが好ましい。 First, looking at the storage modulus G' shown by the solid line in Figure 6 (a), as the temperature rises, COC particles A melt above the glass transition point Tg, and the storage modulus G' rapidly decreases, falling below 14 Pa at 130°C and reaching 0.4 Pa at 200°C. When the storage modulus G' decreases, as described above, the COC penetrates into the porous substrate S1 due to the capillary phenomenon caused by the porous substrate S1. In the configuration of this embodiment, the COC penetrates into the porous substrate S1 at 130°C or higher, at which the storage modulus G' becomes 14 Pa or less, so it is preferable to perform the heating process at a temperature of 130°C or higher.
一方、図6(a)の点線に示す損失弾性率G’’も温度の上昇と共に値は小さくなるが、200℃において凡そ10Paと粘性が高い状態である。損失弾性率G’’は10Pa以上であれば十分に滲みを小さく抑えられるため、損失弾性率G’’の観点では加熱プロセスにおける温度は200℃以下が好ましい。 On the other hand, the loss modulus G'' shown by the dotted line in Figure 6(a) also decreases with increasing temperature, but is still highly viscous at approximately 10 Pa at 200°C. If the loss modulus G'' is 10 Pa or higher, bleeding can be sufficiently suppressed, so from the viewpoint of the loss modulus G'', it is preferable that the temperature in the heating process be 200°C or lower.
つまり、この場合、加熱プロセスにおける加熱温度は、130℃から200℃の範囲内であることが好ましい。多孔質基材に樹脂が浸透し始める温度や滲みにくくなる温度は、多孔質基材の材料や空隙の状態、樹脂の材料や物性、更に、多孔質基材と樹脂との組み合わせによって変わるため、実際に使用する構成に合わせて適宜調整すべきである。加熱温度を変更して流路形成をした試験の結果を表4に示す。 In other words, in this case, the heating temperature in the heating process is preferably within the range of 130°C to 200°C. The temperature at which the resin begins to permeate the porous substrate and the temperature at which it becomes difficult to permeate vary depending on the material of the porous substrate, the state of the pores, the material and physical properties of the resin, and the combination of the porous substrate and the resin, and should therefore be adjusted appropriately to suit the configuration actually used. The results of tests in which flow paths were formed by changing the heating temperature are shown in Table 4.
表4に示されるように、COC粒子Aを用いた場合、加熱温度130℃、200℃で良好な流路が形成されが、加熱温度120℃では、貯蔵弾性率G’が高いので、多孔質基材への浸透が不十分であり、流路の形成は困難であった。 As shown in Table 4, when COC particles A were used, good flow paths were formed at heating temperatures of 130°C and 200°C, but at a heating temperature of 120°C, the storage modulus G' was high, so penetration into the porous substrate was insufficient and it was difficult to form flow paths.
<まとめ>
以上説明した様に、本発明によれば、COC-Aによって作製されたマイクロ流路は高疎水性、高機械的強度、人体安定性、高耐溶剤性を示し、幅広い検体、検査薬を使用可能な応用性の広いマイクロ流路デバイスを実現できる。
なお、COCは本実施例において用いられたものに限定されない。
また、基材として、紙や布等の材料を用いることによって、低コストでかつ無電環境での使用が可能であり、持ち運びや廃棄が容易で、メンテナンスも不要なマイクロ流路デバイスを実現できる。
<Summary>
As described above, according to the present invention, a microchannel made of COC-A exhibits high hydrophobicity, high mechanical strength, stability in the human body, and high solvent resistance, and can realize a microchannel device with wide applicability that can be used with a wide range of specimens and test agents.
The COC is not limited to that used in this embodiment.
Furthermore, by using materials such as paper or cloth as the base material, it is possible to realize a microchannel device that is low cost, can be used in a non-electrical environment, is easy to carry and dispose of, and requires no maintenance.
なお、本実施例においては電子写真方式によって多孔質基材S1上にCOC粒子像を形成したが、流路パターン画像の形成方式はこれに限る物ではない。電子写真方式に比べると生産性は劣るが、例えば熱転写方式によって多孔質基材S1上にCOC粒子像を作製しても良い。その場合においても、下記の条件を満たす加熱プロセスを経ることで、COCに囲まれた流路が形成されたマイクロ流路デバイスを得ることができる。
条件:毛細管現象により溶融した樹脂が浸透する程度に貯蔵弾性率G’が低く、滲みが発生しない程度に損失弾性率G’’が高い。
In this embodiment, the COC particle image is formed on the porous substrate S1 by electrophotography, but the method of forming the flow path pattern image is not limited to this. Although the productivity is inferior to that of the electrophotography method, for example, the COC particle image may be formed on the porous substrate S1 by thermal transfer. Even in this case, a microchannel device in which a flow path surrounded by COC is formed can be obtained by going through a heating process that satisfies the following conditions.
Conditions: The storage modulus G' is low enough to allow the molten resin to penetrate by capillary action, and the loss modulus G'' is high enough to prevent bleeding.
<実施例2>
実施例1で用いたCOC-Aの代わりに、COC-B(ポリプラスチックス(株)製のCOC:8007F-600グレード)を用いた。
多孔質基材内の流路壁が、可塑成分を更に含有することが好ましい。可塑成分は、結晶性樹脂、ワックス及びオイルからなる群から選択される少なくとも1つの成分であることが好ましい。可塑成分の貯蔵弾性率が、環状オレフィンコポリマーの貯蔵弾性率よりも低いことが好ましい。
実施例2では、COC-B:100質量部当たり、50質量部の可塑成分(パラフィンワックスHNP-51(日本精蝋(株)))を混錬し、混錬樹脂を得た。この混錬樹脂を用いて、実施例1と同様にして、樹脂粒子(COC粒子B)を得た。
Example 2
Instead of COC-A used in Example 1, COC-B (COC: 8007F-600 grade, manufactured by Polyplastics Co., Ltd.) was used.
The flow channel walls in the porous substrate preferably further contain a plastic component. The plastic component is preferably at least one component selected from the group consisting of crystalline resins, waxes, and oils. The storage modulus of the plastic component is preferably lower than the storage modulus of the cyclic olefin copolymer.
In Example 2, 50 parts by mass of a plastic component (paraffin wax HNP-51 (Nippon Seiro Co., Ltd.)) was kneaded per 100 parts by mass of COC-B to obtain a kneaded resin. Using this kneaded resin, resin particles (COC particles B) were obtained in the same manner as in Example 1.
COC-B単独では、貯蔵弾性率G’が14Pa以下となる温度領域が300℃までには存在しないが、可塑成分としてパラフィンワックスを混合することで、貯蔵弾性率G’が14Pa以下となる温度領域が存在するようになる。具体的には、図6(b)に示す粘弾性を有した樹脂粒子となった。この場合、195℃から300℃の範囲で、貯蔵弾性率が14Pa以下、かつ損失弾性率が10Pa以上を満たす状態になる。 With COC-B alone, there is no temperature range up to 300°C where the storage modulus G' is 14 Pa or less, but by mixing paraffin wax as a plastic component, a temperature range where the storage modulus G' is 14 Pa or less comes into existence. Specifically, the resin particles have the viscoelasticity shown in Figure 6 (b). In this case, in the range from 195°C to 300°C, the storage modulus is 14 Pa or less and the loss modulus is 10 Pa or more.
一般的に、溶解度パラメータ(以下、SP値)の近い材料同士は、親和性が高く、よく混ざり合う。COCのSP値と可塑成分のSP値との差の絶対値が3.5以下であることが好ましい。COCに対するSP値の差が3.5以下であるような可塑成分を用いることによって、好適に粘弾性を制御することができる。SP値は、Fedors法で求めることができる。尚、本実施例の組み合わせにおいては、SP値の差の絶対値は、1.56である。 In general, materials with similar solubility parameters (hereinafter referred to as SP values) have high affinity and mix well. It is preferable that the absolute value of the difference between the SP value of the COC and the SP value of the plastic component is 3.5 or less. By using a plastic component whose SP value difference with respect to the COC is 3.5 or less, the viscoelasticity can be suitably controlled. The SP value can be determined by the Fedors method. In the combination of this embodiment, the absolute value of the difference in SP value is 1.56.
COC粒子Bを用いて、加熱プロセスにおける加熱温度を230℃として、実施例1と同様にして、多孔質基材上に図5(a)の流路パターンとなる流路壁の形成を行った。表5に示されるように、COC粒子Bを用いた場合も、多孔質基材S1に滲みなく浸透し、良好な流路壁が形成された。 COC particles B were used, and the heating temperature in the heating process was set to 230°C, and flow path walls were formed on the porous substrate in the same manner as in Example 1, forming the flow path pattern shown in Figure 5(a). As shown in Table 5, even when COC particles B were used, they penetrated the porous substrate S1 without bleeding, and good flow path walls were formed.
また、COCと可塑成分とを併用した場合には、割れにくい特性が発揮されるようになる。そのため、COC粒子Bを用いて形成した流路壁は、変形時においても割れが生じにくくなる。可塑成分と併用する場合に用いるCOCとしては、COC単独で用いる場合に比べて、相対的に高温で軟化するCOCが用いられる。このようなCOCは、一般的に破断するまでの変形率(破断伸び率)が大きいため、COCと可塑成分とを併用して形成した流路壁は割れが生じにくくなると考えられる。 In addition, when COC is used in combination with a plastic component, it exhibits crack-resistant properties. Therefore, the flow path wall formed using COC particles B is less likely to crack even when deformed. When used in combination with a plastic component, COC that softens at relatively high temperatures is used compared to when COC is used alone. Such COC generally has a large deformation rate (breaking elongation) until breakage, so it is thought that the flow path wall formed by using COC in combination with a plastic component is less likely to crack.
<耐久性評価>
マイクロ流路デバイスとしての耐久性を、耐ひび割れ性に着目して評価した。
所定の直径を有する金属製の円筒に、作成した流路パターンを巻き付けた後、巻き付けた状態を維持したまま流路パターンの両端の各々を4.9Nの力で引っ張り、流路パターンにひび割れ(クラック)が発生したかを裸眼で観察する。円筒の直径を徐々に小さくしていき、流路パターンにひび割れがみられるまで繰り返し評価をする。
<Durability evaluation>
The durability of the microfluidic device was evaluated with a focus on crack resistance.
The created flow path pattern is wound around a metal cylinder having a specified diameter, and then while maintaining the wound state, each end of the flow path pattern is pulled with a force of 4.9 N, and the flow path pattern is observed with the naked eye to see if cracks have occurred. The diameter of the cylinder is gradually reduced, and the evaluation is repeated until cracks are observed in the flow path pattern.
実施例2で作成した厚み0.08mmのマイクロ流路デバイスにおいては、直径4mmの円筒に対する巻き付けまではひび割れがみられず、直径3mmの円筒に対する巻き付けにおいて、初めてひび割れが確認された。また、実施例1で用いたCOC粒子Aを用いて同様に製造した厚み0.08mmのマイクロ流路デバイスでは、直径13mmの円筒に対する巻き付けまではひび割れがみられず、直径12mmの円筒に対する巻き付けにおいて、初めてひび割れが観察された。尚、COC-Aの破断伸び率は1.3、COC-Bの破断伸び率は4.5である。 In the 0.08 mm thick microchannel device produced in Example 2, no cracks were observed until it was wrapped around a 4 mm diameter cylinder, and cracks were first observed when it was wrapped around a 3 mm diameter cylinder. In the 0.08 mm thick microchannel device produced in the same manner using the COC particles A used in Example 1, no cracks were observed until it was wrapped around a 13 mm diameter cylinder, and cracks were first observed when it was wrapped around a 12 mm diameter cylinder. The breaking elongation of COC-A is 1.3, and that of COC-B is 4.5.
<実施例3>
実施例3では、COCを用いて形成された流路を覆う保護層を設けたマイクロ流路デバイスを製造する。保護層とは、流路壁の間にある流路部分を覆うためのカバーである。これにより、流路を閉じた系にすることができ、試料液の乾燥を防ぐことや、試料液が手に付着するのを防止でき、安全性の向上が期待できる。
Example 3
In Example 3, a microchannel device is manufactured with a protective layer that covers the channel formed using COC. The protective layer is a cover for covering the channel portion between the channel walls. This allows the channel to be a closed system, prevents the sample liquid from drying out, and prevents the sample liquid from sticking to hands, which is expected to improve safety.
本実施例では、保護層は、アルケンと環状オレフィンとの共重合体である環状オレフィンコポリマーを含む。そして、流路壁を形成する材料と保護層を形成する材料とを同一材料とした。つまり、流路壁に含まれる環状オレフィンコポリマーと保護層に含まれる環状オレフィンコポリマーとは、同じ環状オレフィンコポリマーである。
流路壁を形成する材料と保護層を形成する材料とが同一材料である場合、流路壁と保護層との密着性が向上し、密閉度の高い流路デバイスとなる。同一の材料において、流路壁と保護層とをもつマイクロ流路デバイス作る場合は、保護層と流路壁とを形成するプロセスを分けて行う。
実施例3では、支持基材として片面にカバーフィルム(ポリエチレンテレフタレート(PET)フィルム;東レ株式会社製、ルミラーS10、厚み50μm)を接着した多孔質基材を用いた。カバーフィルムを接着することにより、接着した側における、乾燥や汚染などを抑制することができる。カバーフィルムの平均厚みは、強度とフレキシブル性の両立の観点から、0.01mm以上0.5mm以下が好ましい。
In this embodiment, the protective layer contains a cyclic olefin copolymer, which is a copolymer of an alkene and a cyclic olefin. The material forming the flow path wall and the material forming the protective layer are the same material. In other words, the cyclic olefin copolymer contained in the flow path wall and the cyclic olefin copolymer contained in the protective layer are the same cyclic olefin copolymer.
When the material forming the flow channel wall and the material forming the protective layer are the same, the adhesion between the flow channel wall and the protective layer is improved, resulting in a flow channel device with high airtightness. When making a micro flow channel device having the flow channel wall and the protective layer out of the same material, the process of forming the protective layer and the flow channel wall are performed separately.
In Example 3, a porous substrate having a cover film (polyethylene terephthalate (PET) film; Toray Industries, Inc., Lumirror S10, thickness 50 μm) adhered to one side was used as the supporting substrate. By adhering the cover film, drying and contamination on the adhered side can be suppressed. From the viewpoint of achieving both strength and flexibility, the average thickness of the cover film is preferably 0.01 mm or more and 0.5 mm or less.
カバーフィルムの材質としては、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができ、例えば以下のものが挙げられる。ポリエチレンテレフタレート(PET)、ポリエチレンナフタレート(PEN)等のポリエステル、ポリカーボネート、ポリイミド樹脂(PI)、ポリアミド、ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリ塩化ビニル、ポリ塩化ビニリデン、ポリスチレン、スチレン-アクリロニトリル共重合体、セルロースアセテートなど。これらは、1種単独で使用してもよいし、2種以上を併用してもよい。これらの中でも、ポリエチレンテレフタレート(PET)、ポリエチレンナフタレート(PEN)が特に好ましい。 There are no particular restrictions on the material of the cover film and it can be appropriately selected depending on the purpose. Examples include the following: polyesters such as polyethylene terephthalate (PET) and polyethylene naphthalate (PEN), polycarbonate, polyimide resin (PI), polyamide, polyethylene, polypropylene, polyvinyl chloride, polyvinylidene chloride, polystyrene, styrene-acrylonitrile copolymer, cellulose acetate, etc. These may be used alone or in combination of two or more types. Among these, polyethylene terephthalate (PET) and polyethylene naphthalate (PEN) are particularly preferred.
先ず、多孔質基材S1のカバーフィルム(PETフィルム)Fを接着していない面に、実施例1と同様にして、樹脂粒子T(COC粒子A)を載せて、溶融・浸透させ、図5(a)の流路パターンとなるように流路壁を形成した(図7(a)~(b))。
次いで、図5(a)における流路82を覆う位置に、流路パターン画像形成プロセスを経させてCOC粒子Aを載せた(図7(c))。次いで、120℃で2分間の加熱を行った。この温度では、COC-Aが十分には溶融しないため、多孔質基材内の流路は維持される。一方、多孔質基材表面に載せられたCOC粒子Aは基材内に浸透することなく、表面で溶融する。その結果、流路をカバーするように保護層701が形成される(図7(d))。
First, in the same manner as in Example 1, resin particles T (COC particles A) were placed on the surface of the porous substrate S1 to which the cover film (PET film) F was not attached, and melted and penetrated to form flow path walls so as to form the flow path pattern of Figure 5(a) (Figures 7(a) to (b)).
Next, COC particles A were placed at a position covering the flow path 82 in FIG. 5(a) through a flow path pattern image formation process (FIG. 7(c)). Next, heating was performed at 120° C. for 2 minutes. At this temperature, COC-A does not melt sufficiently, so the flow path in the porous substrate is maintained. On the other hand, COC particles A placed on the surface of the porous substrate melt on the surface without penetrating into the substrate. As a result, a protective layer 701 is formed to cover the flow path (FIG. 7(d)).
図7(a)~(d)に示す例では、多孔質基材の一方の面に支持基体としてカバーフィルムFを接着し、他方の面に保護層701を形成した。このようにして、流路壁で挟まれて形成される流路の一方の表面側部分に保護層が形成されており、他方の表面が支持基体で覆われているマイクロ流路デバイスを得ることができる。
なお、多孔質基材のいずれの面にもカバーフィルムFを接着せず、図7(c)に示す第二の形成プロセス及び図7(d)に示す第二の加熱プロセスと同様のプロセスを経て、両面ともにCOCを用いて保護層701を形成してもよい(図7(e))。
また、本実施例では、流路壁を形成する樹脂と保護層を形成する樹脂とを同じ樹脂としたが、異なる樹脂であってもよい。異なる樹脂とする場合、水の影響を防ぐため、第二の疎水性の樹脂を用いることが好ましい。
疎水性の樹脂としては、ポリスチレン、ポリカーボネートなどが挙げられる。
7(a) to (d), a cover film F is adhered as a support base to one surface of the porous substrate, and a protective layer 701 is formed on the other surface. In this manner, a microchannel device can be obtained in which a protective layer is formed on one surface side of the channel formed by being sandwiched between the channel walls, and the other surface is covered with a support base.
Alternatively, a cover film F may not be adhered to either side of the porous substrate, and a protective layer 701 may be formed on both sides using COC through a process similar to the second formation process shown in FIG. 7(c) and the second heating process shown in FIG. 7(d) (FIG. 7(e)).
In the present embodiment, the resin forming the flow path wall and the resin forming the protective layer are the same resin, but they may be different resins. In the case where different resins are used, it is preferable to use a second hydrophobic resin to prevent the influence of water.
Examples of hydrophobic resins include polystyrene and polycarbonate.
<実施例4>
実施例3においては、多孔質基材の表面に保護層を形成したが、流路の上部に天井を設けるようにして保護層を形成することもできる。実施例4では、そのようなマイクロ流路デバイスを製造する。
先ず、実施例1と同様にして、多孔質基材S1にCOC粒子Aを載せて、溶融・浸透させ、図5(a)の流路パターンとなるように流路壁801を形成した(図8(a)~(b))。
Example 4
In Example 3, a protective layer is formed on the surface of the porous substrate, but the protective layer can also be formed so as to provide a ceiling above the flow channel. In Example 4, such a microchannel device is manufactured.
First, in the same manner as in Example 1, COC particles A were placed on the porous substrate S1 and melted and infiltrated to form flow path walls 801 so as to have the flow path pattern shown in FIG. 5(a) (FIGS. 8(a) to (b)).
次いで、図5(a)における流路部802の上に、流路パターン画像形成プロセスを経させてCOC粒子Aを載せた(図8(c))。次いで、120℃で30秒間の加熱を行った。この加熱時間では、COC粒子Aは溶融するが、十分な浸透が起こらないため、流路部802の上部にのみ保護層803が形成される(図8(d))。加熱時間は、用いる材料や形成する保護層の厚さに合わせて、適宜調整することができる。
実施例4では、保護層803の厚さに応じて加熱時間を変更したが、流路部に載せるCOC粒子の載り量を少なくして、浸透量を減らすことで、保護層を形成することもできる(図9)。例えば、図9(a)に示すように、流路を形成する部分に載せるCOC粒子の載り量を、流路壁を形成する部分に載せるCOC粒子の載り量の(1/4)~(1/3)程度とし、十分に加熱する。そのようにすることによって図9(b)に示すように、流路壁801と保護層803とが形成される。保護層803は流路壁801の厚さの(1/4)程度の厚さを有し、保護層803の下方が流路部802となる。
Next, COC particles A were placed on the flow path portion 802 in Fig. 5(a) through a flow path pattern image forming process (Fig. 8(c)). Next, heating was performed at 120°C for 30 seconds. During this heating time, the COC particles A melt, but do not penetrate sufficiently, so that a protective layer 803 is formed only on the upper part of the flow path portion 802 (Fig. 8(d)). The heating time can be appropriately adjusted according to the material used and the thickness of the protective layer to be formed.
In the fourth embodiment, the heating time was changed according to the thickness of the protective layer 803, but the protective layer can also be formed by reducing the amount of COC particles placed on the flow path portion to reduce the amount of penetration (FIG. 9). For example, as shown in FIG. 9(a), the amount of COC particles placed on the portion forming the flow path is set to about 1/4 to 1/3 of the amount of COC particles placed on the portion forming the flow path wall, and heated sufficiently. By doing so, the flow path wall 801 and the protective layer 803 are formed, as shown in FIG. 9(b). The protective layer 803 has a thickness of about 1/4 of the thickness of the flow path wall 801, and the lower part of the protective layer 803 becomes the flow path portion 802.
<実施例5>
本実施例では、検査液部の表面に、印字率を下げたカバー層を設けたマイクロ流路デバイスを製造する。上記の実施例における保護層は印字率100%のベタ画像として形成したが、検査液部の表面にカバー層を設ける場合には、印字率10~90%の範囲で適宜調整する。検査液部の表面にカバー層を設けることによって、検査液が検査液部に流入する量を制御することができる。検査液の流入量を大きく下げたい場合には、カバー層の印字率を高くし、わずかに下げたい場合には、カバー層の印字率を低くすればよい。
検査液部にカバー層を設けたマイクロ流路デバイスの具体例を以下に記載する。
Example 5
In this embodiment, a microfluidic device is manufactured in which a cover layer with a reduced printing rate is provided on the surface of the test liquid section. The protective layer in the above embodiment is formed as a solid image with a printing rate of 100%, but when a cover layer is provided on the surface of the test liquid section, the printing rate is appropriately adjusted within the range of 10 to 90%. By providing a cover layer on the surface of the test liquid section, the amount of test liquid flowing into the test liquid section can be controlled. To significantly reduce the amount of test liquid flowing in, the printing rate of the cover layer should be increased, and to slightly reduce the amount, the printing rate of the cover layer should be decreased.
A specific example of a microchannel device in which a cover layer is provided in the test liquid section will be described below.
先ず、実施例1と同様の条件で、図5(b)の流路パターンのマイクロ流路デバイスを製造した。
次いで、実施例3において保護層を形成する工程と同様にして、
流路を覆うように印字率100%で保護層320を形成するために必要な量のCOC粒子を載せ、
検査液部310cを覆うように、印字率50%のカバー層311cを形成するために必要な量のCOC粒子を載せ、
検査液部310bを覆うように、印字率80%のカバー層311bを形成するために必要な量のCOC粒子を載せた。
その後、120℃で2分間の加熱を行い、多孔質基材の表面に保護層320及びカバー層311b~311cを形成し、マイクロ流路デバイスを完成させた。
First, under the same conditions as in Example 1, a microchannel device having the channel pattern of FIG.
Next, in the same manner as in the step of forming the protective layer in Example 3,
A necessary amount of COC particles is placed to form a protective layer 320 with a printing rate of 100% so as to cover the flow path.
A necessary amount of COC particles is placed on the test liquid portion 310c to form a cover layer 311c with a printing rate of 50%.
A necessary amount of COC particles was placed on the test liquid portion 310b to form a cover layer 311b with a printing rate of 80%.
Thereafter, heating was performed at 120° C. for 2 minutes to form a protective layer 320 and cover layers 311b to 311c on the surface of the porous substrate, completing the microchannel device.
このマイクロ流路デバイスは、検査液が多量に必要な場合には、検査液部310dから検査液を付着させ、それに対して少ない量、例えば、半分程度の検査液の流入量にしたい場合は、検査液部310cから付着させるといった使い方ができる。
検査液部310cに印字したカバー層311cのパターンが印字率50%のパターンなら、検査液部310cに流入する検査液の量は滴下した検査液の量の半分となる。
また、検査液部310bに印字したカバー層311bのパターンが印字率80%のパターンなら、検査液部310bに流入する検査液の量は滴下した検査液の量の20%程度となる。
This microchannel device can be used in such a way that when a large amount of test liquid is required, the test liquid is applied from test liquid section 310d, and when a smaller amount, for example, about half the amount of test liquid, is required to flow in, the test liquid is applied from test liquid section 310c.
If the pattern of the cover layer 311c printed on the test liquid portion 310c has a printing rate of 50%, the amount of test liquid flowing into the test liquid portion 310c will be half the amount of the test liquid dropped.
Furthermore, if the pattern of the cover layer 311b printed on the test liquid portion 310b has a printing rate of 80%, the amount of test liquid flowing into the test liquid portion 310b will be about 20% of the amount of test liquid dropped.
4‥転写ローラ
P ‥プロセスカートリッジ
11‥感光ドラム
12‥帯電ローラ
14‥クリーニングブレード
15‥メモリ
20‥現像装置
21‥現像容器
23‥現像ローラ
24‥樹脂粒子供給ローラ
25‥現像ブレード
71‥帯電高圧電源
72‥現像高圧電源
73‥露光ユニット
74‥転写高圧電源
75‥接離手段
80‥流路パターン
81‥COC樹脂粒子A像
82‥流路
83‥試薬部
84‥検査液部
100‥流路パターン画像形成ユニット
4. Transfer roller P. Process cartridge 11. Photosensitive drum 12. Charging roller 14.
Claims (14)
該流路が、該流路壁に挟まれた多孔質基材領域であって、
該流路壁が、アルケンと環状オレフィンとの共重合体である環状オレフィンコポリマーを含むことを特徴とするマイクロ流路デバイス。 A microchannel device having a channel and a channel wall in a porous substrate,
The flow channel is a porous substrate region sandwiched between the flow channel walls,
The microchannel device is characterized in that the channel wall contains a cyclic olefin copolymer, which is a copolymer of an alkene and a cyclic olefin.
前記環状オレフィンが、ノルボルネンである請求項2に記載のマイクロ流路デバイス。 the alkene is ethylene;
The microchannel device according to claim 2 , wherein the cyclic olefin is norbornene.
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