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JP7810364B2 - Bonded body and bonding method thereof, microfluidic device and manufacturing method thereof - Google Patents
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JP7810364B2 - Bonded body and bonding method thereof, microfluidic device and manufacturing method thereof - Google Patents

Bonded body and bonding method thereof, microfluidic device and manufacturing method thereof

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Description

本発明は、電離放射線を照射し、ポリオルガノシロキサン(以下、シリコーンともいう)の成形体とシリコーン若しくはガラスの成形体間が接合した接合体の接合方法と、シリコーンの成形シートとシリコーン若しくはガラスの成形シートとが積層された、その間にマイクロ流路を形成した状態で電離放射線により接合されたマイクロ流体デバイスとその製造方法に関する。 The present invention relates to a method for bonding a polyorganosiloxane (hereinafter also referred to as silicone) molded body and a silicone or glass molded body by irradiating them with ionizing radiation, and to a microfluidic device in which a silicone molded sheet and a silicone or glass molded sheet are laminated and bonded together by ionizing radiation with a microchannel formed between them, and a method for manufacturing the same.

ポリオルガノシロキサンを主成分とするシリコーンは、耐熱性・絶縁性・耐候性・低毒性・透明性などを持つ加工性に優れた材料で、電機・電子部品、輸送機械、建築部材、生活用品、医用品など様々な分野で使用される樹脂材料であることから、シリコーンの成形体(以下、説明の便宜上単にシリコーンという)の加工技術やシリコーン間若しくはシリコーンとガラスを接合する技術の開発が求められている。 Silicone, whose main component is polyorganosiloxane, is a highly processable material with heat resistance, insulating properties, weather resistance, low toxicity, transparency, and other properties. It is a resin material used in a variety of fields, including electrical and electronic components, transportation machinery, building materials, household goods, and medical products. Therefore, there is a demand for the development of processing techniques for silicone molded products (hereafter simply referred to as silicone for the sake of convenience) and techniques for bonding silicone to other silicones or silicone to glass.

シリコーン自体にはある程度の自己吸着性があるが、より強固に接合する方法として、接合するシリコーンの表面に、大気圧プラズマ若しくはエキシマUVを照射して表面を活性化し、その後、活性化させた表面間を貼り合わせて接合する接合方法が特許文献1、特許文献2等で知られている。しかしながら、大気圧プラズマ等の照射による表面改質は、一過性で持続性に欠けることから、表面改質後、直ちにシリコーン間を貼り合わせなければならないという制約があった。 Silicone itself has a certain degree of self-adhesiveness, but a method for achieving stronger bonding is known, as disclosed in Patent Documents 1 and 2, for example, in which the surfaces of the silicone to be bonded are activated by irradiating them with atmospheric pressure plasma or excimer UV, and then the activated surfaces are bonded together. However, because surface modification by irradiation with atmospheric pressure plasma or the like is temporary and not sustainable, there is a restriction that the silicone must be bonded together immediately after surface modification.

表面改質が一過性であるという問題について、本願の発明者は、シリコーンの表面に、吸収線量が2MGy以上の電子線を照射して凹状部を形成し、凹状部の1μm以上の表層厚さで、上記表面改質に比べて親水性が長期間安定した新たなシリコーンの加工方法を開発した(非特許文献1)。 To address the issue of surface modification being temporary, the inventors of this application have developed a new silicone processing method in which the surface of the silicone is irradiated with an electron beam with an absorbed dose of 2 MGy or more to form depressions, resulting in a surface layer of 1 μm or more that remains hydrophilic for a long period of time, compared to the above-mentioned surface modification (Non-Patent Document 1).

また、近年は再生医療・創薬・診断分野において、試料を混合、反応、合成、抽出、分析する等の用途で用いるマイクロ流体デバイスの需要が高まり、シリコーンは、生体適合性、耐薬性、低自家蛍光性、光学的透明性、離型性に優れ、ガラスに比べ安価で使い捨て可能であるため、マイクロ流体デバイスの基材として一般的に用いられている。代表的な構造のマイクロ流体デバイスは、表面に幅500nm乃至1mm程度の微細なマイクロ流路が凹設されたシリコーンからなる基材シートに、マイクロ流路を覆うシリコーン若しくはガラスからなるカバーシートを積層し、積層して対向する基材シートとカバーシートの積層面間を接合して、積層する両者を一体化して形成している。 In recent years, there has been growing demand in the fields of regenerative medicine, drug discovery, and diagnostics for microfluidic devices used in applications such as mixing, reacting, synthesizing, extracting, and analyzing samples. Silicone is commonly used as the base material for microfluidic devices because it is biocompatible, chemical-resistant, low intrinsic autofluorescence, optically transparent, and easy to release, and is less expensive and disposable than glass. A typical microfluidic device has a base sheet made of silicone with fine microchannels approximately 500 nm to 1 mm wide recessed into its surface, on which a cover sheet made of silicone or glass that covers the microchannels is laminated. The opposing surfaces of the base sheet and cover sheet are then bonded together to form an integrated structure.

基材シートとカバーシートの接合に接着剤を使用する既存の接合方法を用いると、接合面からマイクロ流路内に接着剤の成分(例えば有機溶剤)が漏れ出し、マイクロ流路に注入される試料への影響が懸念されることから、従来は、特許文献1や特許文献2に示すように、基材シートとカバーシートの積層の際に対向する積層面に大気圧プラズマ若しくはエキシマUVを照射して、積層面を表面改質し、その後、両積層面を密着して重ね合わせ、一定時間放置することにより接合している。このシリコーンからなる基材シートとカバーシートの積層面に電子線を照射し、積層面を表面改質して接合することも、特許文献3で知られている。 When using existing bonding methods that use adhesive to bond the base sheet and cover sheet, there is a concern that adhesive components (e.g., organic solvents) may leak from the bonding surface into the microchannel and affect the sample being injected into the microchannel. Therefore, as shown in Patent Documents 1 and 2, when laminating the base sheet and cover sheet, atmospheric pressure plasma or excimer UV is irradiated onto the opposing lamination surfaces to modify the surface of the lamination surfaces, and then the two lamination surfaces are closely attached and left for a certain period of time to bond them together. Patent Document 3 also discloses a method in which the laminated surfaces of the silicone base sheet and cover sheet are irradiated with electron beams to modify the surface of the lamination surfaces before bonding them together.

また、シリコーンの基台上にガラス基板を重ねておき、ガラス基板の表面から真空紫外光を照射し、ガラス基板に対向するシリコーンの基台の積層面に10nm以下の酸化膜を形成し、酸化膜を介してシリコーンの基台とガラス基板を接合した光接着方法が特許文献4に記載されている。 Patent document 4 also describes a photo-bonding method in which a glass substrate is placed on a silicone base, vacuum ultraviolet light is irradiated from the surface of the glass substrate, and an oxide film of 10 nm or less is formed on the laminated surface of the silicone base facing the glass substrate, bonding the silicone base and glass substrate via the oxide film.

特開2004-154898号公報Japanese Patent Application Laid-Open No. 2004-154898 特許第3714338号公報Patent No. 3714338 特開2014-21081号公報JP 2014-21081 A 特開2004-331731号公報Japanese Patent Application Laid-Open No. 2004-331731 T.G.Oyama et al.,Applied Physics Letters,112,213704(2018)T. G. Oyama et al. , Applied Physics Letters, 112, 213704 (2018)

特許文献1乃至特許文献3に開示された接合方法は、シリコーンの表面から深さ数10nmの範囲を表面改質して、シリコーン間を接合する技術であり、シリコーン深部を改質することは困難であった。 The bonding methods disclosed in Patent Documents 1 to 3 involve modifying the surface of the silicone within a range of several tens of nanometers from the surface to bond silicone to silicone, but modifying the deeper portions of the silicone is difficult.

また、上記表面改質処理による接合では、接合するシリコーンの接合面に予め大気圧プラズマ若しくはエキシマUVを照射するので、接合するシリコーン間を分離させる必要があり、更に、表面改質は一過性であるので、表面改質処理後素早く接合面間を密着させるという接合工程上の制約があった。 In addition, when bonding using the above-mentioned surface modification treatment, atmospheric pressure plasma or excimer UV is irradiated onto the bonding surfaces of the silicone to be bonded beforehand, so it is necessary to separate the silicone to be bonded.Furthermore, because the surface modification is temporary, there is a constraint in the bonding process that requires the surfaces to be quickly brought into close contact after the surface modification treatment.

シリコーンの基材シートとカバーシートの積層面を表面改質し、基材シートとカバーシートを接合し、基材シートとカバーシートが一体に積層されたマイクロ流体デバイスとする特許文献1乃至特許文献3に記載の製造方法においても、プラズマ照射や真空紫外線照射によって積層面を表面改質した後、基材シートとカバーシート間を相対位置決め(アライメント)して、表面改質した積層面間を密着し、密着させた状態を所定時間保持するという煩雑な製造工程を要していた。また、このマイクロ流路が凹設された基材シートとマイクロ流路を覆うカバーシートとのアライメント作業には、高精度が要求され、しかも一度積層面間を密着させると、張り直しができないため、製造歩留まりが低いという問題があった。 Even in the manufacturing methods described in Patent Documents 1 to 3, which involve modifying the surface of the laminated silicone base sheet and cover sheet, bonding the base sheet and cover sheet together, and creating a microfluidic device in which the base sheet and cover sheet are laminated together, these methods require a complex manufacturing process of modifying the surface of the laminated surface by plasma irradiation or vacuum ultraviolet light irradiation, then positioning (aligning) the base sheet and cover sheet relative to each other, bringing the surface-modified laminated surfaces into close contact, and maintaining this close contact for a predetermined period of time. Furthermore, the alignment process between the base sheet with recessed microchannels and the cover sheet that covers the microchannels requires high precision, and once the laminated surfaces are brought into close contact, they cannot be reattached, resulting in low manufacturing yields.

特許文献4に記載の光接着方法によれば、シリコーンの基材シート上にガラスのカバーシートを積層させた状態のまま、ガラスのカバーシートの表面から真空紫外光を照射し、基材シートとカバーシートを接合できるが、カバーシートを真空紫外光が透過するガラスで形成する必要があり、また、真空紫外光の照射によりシリコーンの基材シートの表面に形成される酸化膜を介して基材シートとカバーシートを接合するので、接合むらや十分な接合強度で接合できないという問題がある。 The optical bonding method described in Patent Document 4 allows a silicone base sheet to be laminated with a glass cover sheet and then irradiated with vacuum ultraviolet light from the surface of the glass cover sheet to bond the base sheet and cover sheet together. However, the cover sheet must be made of glass that transmits vacuum ultraviolet light, and the base sheet and cover sheet are bonded together via an oxide film that forms on the surface of the silicone base sheet when irradiated with vacuum ultraviolet light, which can result in uneven bonding and insufficient bonding strength.

また、それぞれマイクロ流路が凹設された複数の基材シートを多段に積層し、多段の各積層面の間に形成される複数のマイクロ流路へそれぞれ試料を注入して、高速並列処理を可能とするマイクロ流体デバイスや、多段に積層される各基材シートに、その両面に形成されるマイクロ流路間に連通する連通孔を穿設し、三次元の経路のマイクロ流路を形成するマイクロ流体デバイスが望まれているが、積層する基材シートとカバーシート毎に高精度に位置決めして密着させる必要がある特許文献1乃至特許文献3に記載の接合方法や、真空紫外光を照射する特許文献4に記載の光接着方法では、これらの多段のマイクロ流体デバイスを製造するのは極めて困難である。 In addition, there is a demand for microfluidic devices that enable high-speed parallel processing by stacking multiple base sheets, each with a recessed microchannel, and injecting samples into the multiple microchannels formed between the layers of each layer, as well as microfluidic devices in which holes are drilled through each base sheet to connect the microchannels formed on both sides, forming a three-dimensional microchannel. However, it is extremely difficult to manufacture these multi-stage microfluidic devices using the bonding methods described in Patent Documents 1 to 3, which require highly accurate positioning and adhesion of each base sheet and cover sheet to be stacked, or the optical bonding method described in Patent Document 4, which uses irradiation with vacuum ultraviolet light.

更に、シリコーンは、上述の通り、マイクロ流体デバイスの材料として好適であるが、2-3μm程度の無数の微細孔を有する多孔質の構造であるので、ガスバリア性に欠け、低分子化合物を収着(sorption,固体状のポリマー内に吸収)する。そのため、シリコーンで囲われたマイクロ流路内に試料の水溶液を注入するとその濃度が著しく低下し、水溶性の試料を培養、分析するマイクロ流体デバイスの材料としては適さないと考えられていた。 Furthermore, as mentioned above, silicone is suitable as a material for microfluidic devices, but because it has a porous structure with countless micropores of about 2-3 μm in size, it lacks gas barrier properties and sorbs low-molecular-weight compounds (sorption, absorption into solid polymers). As a result, when an aqueous solution of a sample is injected into a microchannel surrounded by silicone, its concentration drops significantly, and it has been thought to be unsuitable as a material for microfluidic devices used to culture and analyze water-soluble samples.

更に、代表的なシリコーンであるポリジメチルシロキサン(以下、PDMSという)は、接触角が105度と疎水性であるので、マイクロ流体デバイスの微細なマイクロ流路内では表面張力によって液状の試料が滞るおそれがあった。 Furthermore, polydimethylsiloxane (hereinafter referred to as PDMS), a typical silicone, is hydrophobic with a contact angle of 105 degrees, so there is a risk that liquid samples will stagnate due to surface tension within the tiny microchannels of microfluidic devices.

本発明は、このような従来の問題点を考慮してなされたものであり、シリコーンの成形体と他のシリコーン若しくはガラスの成形体間の複数の接触点で、これらの成形体間を同時に強固に接合する接合体(シリコーン接合体)の接合方法を提供することを目的とする。 The present invention was made in consideration of these conventional problems, and aims to provide a method for joining a bonded body (a silicone bonded body) that simultaneously and firmly bonds a silicone molded body to another silicone or glass molded body at multiple contact points between the two bodies.

また、シリコーンの成形体の一定範囲の物性を変化させるシリコーン接合体の接合方法を提供することを他の目的とする。 Another object is to provide a method for joining silicone joined bodies that changes the physical properties of silicone molded bodies within a certain range.

また、積層面間にマイクロ流路が形成されるシリコーンの一組の成形シート間をアライメント後に、積層面間を強固に接合し、一組の成形シートを一体に積層することができるマイクロ流体デバイスとその製造方法を提供することを目的とする。 Another objective of the present invention is to provide a microfluidic device and a method for manufacturing the same that can firmly bond a set of molded silicone sheets, each having a microchannel formed between the laminated surfaces, after aligning the surfaces together, thereby laminating the set of molded sheets together.

また、各積層面間にマイクロ流路が形成され、多段に積層された複数のシリコーンの成形シートを一括してアライメントした後、各積層面間を強固に接合し、複数の成形シートを多段に一体に積層することができるマイクロ流体デバイスとその製造方法を提供することを目的とする。 Another objective of the present invention is to provide a microfluidic device and a method for manufacturing the same, in which multiple molded silicone sheets, each with a microchannel formed between each layer, can be aligned together and then firmly bonded together to form multiple layers of molded sheets.

また、マイクロ流路を形成するシリコーンの成形シートにガスバリア性を加え、マイクロ流路に注入する試料の収着を抑制するマイクロ流体デバイスとその製造方法を提供することを目的とする。 Another objective is to provide a microfluidic device and a method for manufacturing the same that adds gas barrier properties to the silicone molded sheet that forms the microchannel, thereby suppressing sorption of samples injected into the microchannel.

また、マイクロ流路を形成するシリコーンの成形シートを疎水性から親水性に変化させ、マイクロ流路内での試料の流動を妨げないマイクロ流体デバイスとその製造方法を提供することを目的とする。 Another objective is to provide a microfluidic device and a manufacturing method for the same, in which the silicone molded sheet that forms the microchannel is changed from hydrophobic to hydrophilic, so that the flow of samples within the microchannel is not impeded.

上述の目的を達成するため、請求項1に記載の接合体の接合方法は、ポリオルガノシロキサンを主成分とする1又は2以上の第1成形体と、ポリオルガノシロキサン若しくはガラスを主成分とする1又は2以上の第2成形体とを複数同時に接合する接合体の接合方法であって、
前記第1成形体および前記第2成形体が接触した状態で、これらが接触する1又は2以上の接触点に、電子線、ガンマ線、エックス線のうちのいずれか1つからなる電離放射線を照射し、前記接触点の界面において、前記第1成形体のシロキサン主鎖と前記第2成形体のシロキサン主鎖とを前記電離放射線による電離放射線架橋で共有結合することを特徴とする。
In order to achieve the above-mentioned object, the bonding method for a bonded body according to claim 1 is a method for simultaneously bonding one or more first molded bodies mainly composed of polyorganosiloxane and one or more second molded bodies mainly composed of polyorganosiloxane or glass,
While the first molded body and the second molded body are in contact with each other, one or more contact points where they are in contact are irradiated with ionizing radiation consisting of any one of electron beams, gamma rays, and X-rays, and the siloxane main chains of the first molded body and the siloxane main chains of the second molded body are covalently bonded at the interface of the contact points by ionizing radiation crosslinking caused by the ionizing radiation.

電離放射線が透過する範囲に存在する接触点では、接触点の界面での第1成形体と第2成形体のシロキサン主鎖間が電離放射線架橋により共有結合し、強固に接合される。 At contact points within the range penetrated by ionizing radiation, the siloxane main chains of the first and second molded bodies at the interface of the contact points are covalently bonded together by ionizing radiation crosslinking, resulting in a strong bond.

請求項2に記載の接合体の接合方法は、前記電離放射線が、電子線またはガンマ線のいずれかであり、前記接触点における前記電離放射線の吸収線量が860kGy以上であることを特徴とする。 The method for joining a bonded body described in claim 2 is characterized in that the ionizing radiation is either an electron beam or a gamma ray, and the absorbed dose of the ionizing radiation at the contact point is 860 kGy or more.

第1成形体と第2成形体の接触点での接合強度は、接触点での電離放射線の吸収線量に依存し、電離放射線の吸収線量が860kGy以上であると、接触点で強固に接合する。 The bond strength at the contact point between the first and second molded bodies depends on the absorbed dose of ionizing radiation at the contact point, and when the absorbed dose of ionizing radiation is 860 kGy or more, a strong bond is formed at the contact point.

請求項3に記載の接合体の接合方法は、前記電離放射線が、電子線であり、前記電子線の加速電圧が500keV以上であることを特徴とする The method for bonding a bonded body described in claim 3 is characterized in that the ionizing radiation is an electron beam, and the acceleration voltage of the electron beam is 500 keV or more.

加速電圧が大きいほど、電離放射線の入射方向に沿った深部まで、第1成形体および第2成形体を電離放射線が透過することができる。加速電圧が500keV以上の電子線を用いることで、シリコーン接合体を構成する第1成形体または第2成形体として厚みのある材料を用いることができる。 The higher the acceleration voltage, the deeper the ionizing radiation can penetrate through the first and second molded bodies along the direction of incidence of the ionizing radiation. By using an electron beam with an acceleration voltage of 500 keV or higher, a thick material can be used as the first or second molded body that constitutes the silicone bonded body.

請求項4に記載のマイクロ流体デバイスは、第1成形シートと、前記第1成形シートに積層される第2成形シートとを備え、積層方向で接する前記第1成形シートの第1積層面と前記第2成形シートの第2積層面が、その間にマイクロ流路を形成した状態で接合され、前記第1成形シートと前記第2成形シートが一体に積層されたマイクロ流体デバイスであって、前記第1成形シートは、ポリオルガノシロキサンから形成されるとともに、前記第2成形シートは、ポリオルガノシロキサン、ガラス若しくは前記第2積層面にシロキサンの皮膜が形成された有機樹脂から形成され、積層方向で接する前記第1積層面と前記第2積層面が、前記第1積層面と前記第2積層面を透過する、電子線、ガンマ線、エックス線のうちのいずれか1つからなる電離放射線によって、前記第1積層面のシロキサン主鎖と前記第2積層面のシロキサン主鎖とが前記電離放射線による電離放射線架橋で共有結合し、前記第1成形シートと前記第2成形シートが一体に積層されることを特徴とする。 The microfluidic device described in claim 4 comprises a first molded sheet and a second molded sheet laminated on the first molded sheet. The first and second laminated surfaces of the first and second molded sheets, which are in contact in the stacking direction, are joined together with a microchannel formed therebetween, and the first molded sheet and the second molded sheet are laminated together. The first molded sheet is formed from polyorganosiloxane, and the second molded sheet is formed from polyorganosiloxane, glass, or an organic resin with a siloxane coating formed on the second laminated surface. The first and second laminated surfaces, which are in contact in the stacking direction, are exposed to ionizing radiation, consisting of one of electron beams, gamma rays, and X-rays, which penetrates the first and second laminated surfaces, and the siloxane main chains on the first and second laminated surfaces are covalently bonded to each other through ionizing radiation crosslinking caused by the ionizing radiation, thereby laminating the first and second molded sheets together.

積層方向で対向するポリオルガノシロキサンから形成された第1積層面とポリオルガノシロキサン、ガラス若しくはシロキサンの皮膜が形成された第2積層面の界面では、第1積層面と第2積層面のシロキサン主鎖間が電離放射線架橋により共有結合し、強固に接合されている。 At the interface between the first laminated surface formed from polyorganosiloxane and the second laminated surface formed with a polyorganosiloxane, glass, or siloxane coating, which are opposed in the lamination direction, the siloxane main chains of the first and second laminated surfaces are covalently bonded by ionizing radiation crosslinking, resulting in a strong bond.

第1積層面と第2積層面間にマイクロ流路が形成された第1成形シートは、電離放射線が透過することにより、結合エネルギーの低い疎水性のCH(メチル基)等の側鎖が電離放射線を受けて消失し、結合エネルギーの高い親水性のシロキサン主鎖が表れる。その結果、マイクロ流路は、疎水性から親水性に変化した第1成形シートに形成される。 When ionizing radiation penetrates the first molded sheet having the microchannel formed between the first and second laminated surfaces, hydrophobic side chains such as CH3 (methyl group) with low binding energy are removed by the ionizing radiation, and hydrophilic siloxane main chains with high binding energy are revealed. As a result, the microchannel is formed in the first molded sheet that has changed from hydrophobic to hydrophilic.

同様に、第1積層面と第2積層面間にマイクロ流路が形成された第1成形シートは、電離放射線が透過することにより、不規則な柔構造のシロキサン主鎖が多数の箇所で隣接するシロキサン主鎖と共有結合して拘束され、ガスバリア性を有するように変化する。その結果、マイクロ流路は、ガスバリア性を有する第1成形シートに形成される。 Similarly, when ionizing radiation penetrates the first molded sheet, which has microchannels formed between the first and second laminated surfaces, the irregularly flexible siloxane main chains are covalently bonded to adjacent siloxane main chains at numerous locations and are constrained, resulting in the sheet being modified to have gas barrier properties. As a result, the microchannels are formed in the first molded sheet, which has gas barrier properties.

請求項5に記載のマイクロ流体デバイスは、 マイクロ流路の形成部位を除く前記第1積層面と前記第2積層面の少なくともいずれかの積層面に、一体に積層される前記第1成形シートと前記第2成形シートの側面に連通する凹溝若しくはスリットからなる応力緩和部が形成されていることを特徴とする。 The microfluidic device described in claim 5 is characterized in that a stress relief portion consisting of a recessed groove or slit communicating with the side surfaces of the integrally laminated first molded sheet and the second molded sheet is formed on at least one of the first and second laminated surfaces, excluding the area where the microchannel is formed.

第1積層面と第2積層面の少なくともいずれかの積層面に形成された応力緩和部で、第1成形シート又は第2成形シートに電離放射線が透過することにより発生する歪みが吸収され、第1積層面と第2積層面が接合されても、一体に積層された第1成形シートと第2成形シートとが歪みむらによって撓むことがない。 The stress relief section formed on at least one of the first and second lamination surfaces absorbs distortion caused by ionizing radiation penetrating the first or second molded sheet, so that even when the first and second lamination surfaces are joined, the integrally laminated first and second molded sheets do not flex due to uneven distortion.

第1積層面と第2積層面を電離放射線が透過することにより、第1積層面と第2積層面の界面に発生するガスは、応力緩和部を通して、一体に積層される第1成形シートと第2成形シートの側面から外部に放出される。 When ionizing radiation passes through the first and second laminated surfaces, gas is generated at the interface between the first and second laminated surfaces and is released to the outside from the side of the first and second molded sheets, which are laminated together, through the stress relief section.

請求項6に記載のマイクロ流体デバイスは、電離放射線が、電子線であることを特徴とする。 The microfluidic device described in claim 6 is characterized in that the ionizing radiation is an electron beam.

第1積層面と第2積層面は、高い指向性を有し、照射タイミングの制御が容易である電子線で接合される。 The first and second stacking surfaces are bonded using an electron beam, which has high directionality and makes it easy to control the irradiation timing.

請求項7に記載のマイクロ流体デバイスの製造方法は、第1成形シートと第2成形シートを積層し、積層方向で対向する前記第1成形シートの第1積層面と前記第2成形シートの第2積層面との間にマイクロ流路が形成された状態で、前記マイクロ流路の形成部位を除く前記第1積層面と前記第2積層面間を接合するマイクロ流体デバイスの製造方法であって、ポリオルガノシロキサンからなる前記第1成形シートと、ポリオルガノシロキサン、ガラス若しくは前記第2積層面にシロキサンの皮膜が形成された有機樹脂からなる前記第2成形シートとを積層し、積層した前記第1成形シートと前記第2成形シートを相対位置決めし、相対位置決めして積層した前記第1成形シート及び/又は前記第2成形シートに電子線、ガンマ線、エックス線のうちのいずれか1つからなる電離放射線を照射し、前記第1積層面と前記第2積層面とが接触する接触面において、前記第1積層面のシロキサン主鎖と前記第2積層面のシロキサン主鎖とを前記電離放射線による電離放射線架橋で共有結合し、前記マイクロ流路の形成部位を除く前記第1積層面と前記第2積層面とを接合することを特徴とする。 The method for manufacturing a microfluidic device described in claim 7 includes laminating a first molded sheet and a second molded sheet, forming a microchannel between a first laminated surface of the first molded sheet and a second laminated surface of the second molded sheet, and bonding the first laminated surface and the second laminated surface except for the portion where the microchannel is formed. The method further includes bonding the first molded sheet made of polyorganosiloxane and the second molded sheet made of polyorganosiloxane, glass, or an organic resin having a siloxane coating formed on the second laminated surface. The method is characterized in that the first and second molded sheets are laminated together, the laminated first and second molded sheets are positioned relative to each other, and the first and/or second molded sheets that have been positioned relative to each other are irradiated with ionizing radiation consisting of one of electron beams, gamma rays, and X-rays, so that at the contact surface where the first and second laminated surfaces come into contact, the siloxane main chains of the first and second laminated surfaces are covalently bonded to each other by ionizing radiation crosslinking caused by the ionizing radiation, thereby joining the first and second laminated surfaces excluding the area where the microchannel is formed.

相対位置決めして積層した第1成形シート及び/又は第2成形シートに電離放射線を照射することにより、積層方向で対向するポリオルガノシロキサンから形成された第1積層面とポリオルガノシロキサン、ガラス若しくはシロキサンの皮膜が形成された第2積層面の界面では、第1積層面と第2積層面のシロキサン主鎖間が電離放射線架橋により共有結合し、強固に接合される。 By irradiating the first and/or second molded sheets, which have been positioned relative to one another and stacked, with ionizing radiation, the siloxane main chains of the first and second laminated surfaces, which face each other in the stacking direction and are formed from polyorganosiloxane, and the second laminated surface, which is formed with a coating of polyorganosiloxane, glass, or siloxane, are covalently bonded by ionizing radiation crosslinking at the interface between the surfaces, resulting in a strong bond.

ポリオルガノシロキサンから形成された第1成形シート及び/又は第2成形シートに電離放射線を照射することにより、結合エネルギーの低い疎水性のCH(メチル基)等の側鎖が電離放射線を受けて消失し、結合エネルギーの高い親水性のシロキサン主鎖が表れる。その結果、マイクロ流路は、疎水性から親水性に変化した第1成形シート及び/又は第2成形シートに形成される。 By irradiating the first molded sheet and/or the second molded sheet formed from polyorganosiloxane with ionizing radiation, hydrophobic side chains such as CH 3 (methyl group) with low bond energy are removed by the ionizing radiation, and hydrophilic siloxane main chains with high bond energy are revealed. As a result, the microchannel is formed in the first molded sheet and/or the second molded sheet that has changed from hydrophobic to hydrophilic.

同様に、ポリオルガノシロキサンから形成された第1成形シート及び/又は第2成形シートに電離放射線を照射することにより、不規則な柔構造のシロキサン主鎖が多数の箇所で隣接するシロキサン主鎖と共有結合して拘束され、ガスバリア性を有するように変化する。その結果、マイクロ流路は、ガスバリア性を有する第1成形シート及び/又は第2成形シートに形成される。 Similarly, by irradiating the first molded sheet and/or the second molded sheet formed from polyorganosiloxane with ionizing radiation, the irregularly flexible siloxane main chains are covalently bonded to adjacent siloxane main chains at numerous locations and are constrained, thereby changing the structure to have gas barrier properties. As a result, microchannels are formed in the first molded sheet and/or the second molded sheet, which have gas barrier properties.

請求項8に記載のマイクロ流体デバイスの製造方法は、1又は2以上の前記第1成形シートと1又は2以上の前記第2成形シートを交互に多段に積層し、積層方向で隣り合う全ての前記第1成形シートと前記第2成形シートを相対位置決めし、相対位置決めして多段に積層した前記第1成形シート及び/又は前記第2成形シートに前記電離放射線を照射し、マイクロ流路の形成部位を除く全ての前記第1積層面と前記第2積層面を同時に接合することを特徴とする。 The method for manufacturing a microfluidic device described in claim 8 is characterized in that one or more of the first molded sheets and one or more of the second molded sheets are alternately stacked in multiple layers, all of the first molded sheets and all of the second molded sheets adjacent in the stacking direction are positioned relative to each other, the first molded sheets and/or the second molded sheets stacked in multiple layers after being positioned relative to each other are irradiated with the ionizing radiation, and all of the first stacked surfaces and the second stacked surfaces except for the portions where the microchannels are formed are simultaneously bonded.

交互に多段に積層した第1成形シートと第2成形シートを相対位置決めした後、多段に積層した第1成形シートと第2成形シート間が同時に強固に接合される。 After the first and second molded sheets, which are stacked alternately in multiple layers, are positioned relative to each other, the first and second molded sheets are simultaneously and firmly bonded together.

ポリオルガノシロキサンから形成された全ての第1成形シート及び/又は第2成形シートは、電離放射線を照射する一工程で同時に疎水性から親水性に変化し、ガスバリア性が付与される。 All first and/or second molded sheets formed from polyorganosiloxane are simultaneously transformed from hydrophobic to hydrophilic in a single process of exposure to ionizing radiation, thereby imparting gas barrier properties.

請求項9に記載のマイクロ流体デバイスの製造方法は、前記第1成形シート及び/又は前記第2成形シートを積層方向に貫通する貫通孔が、前記第1積層面と前記第2積層面との間に形成されるマイクロ流路に連通するように、前記積層方向で隣り合う全ての前記第1成形シートと前記第2成形シートを相対位置決めすることを特徴とする。 The method for manufacturing a microfluidic device described in claim 9 is characterized in that all of the first molded sheets and the second molded sheets adjacent in the stacking direction are positioned relative to each other so that through holes penetrating the first molded sheet and/or the second molded sheet in the stacking direction communicate with a microchannel formed between the first stacking surface and the second stacking surface.

第1成形シート及び/又は第2成形シートを積層方向に貫通する貫通孔が、マイクロ流路に連通するように、積層方向で隣り合う全ての第1成形シートと第2成形シートを相対位置決めした後、多段に積層した第1成形シートと第2成形シート間が同時に強固に接合される。 All adjacent first and second molded sheets in the stacking direction are positioned relative to one another so that the through-holes that penetrate the first and/or second molded sheets in the stacking direction are connected to the microchannel, and then the multi-layered first and second molded sheets are firmly bonded together at the same time.

請求項10に記載のマイクロ流体デバイスの製造方法は、前記マイクロ流路の形成部位を除く前記第1積層面と前記第2積層面の少なくともいずれかの積層面に、前記第1積層面と前記第2積層面を接合して一体化される前記第1成形シートと前記第2成形シートの側面に連通する凹溝若しくはスリットからなる応力緩和部が形成されていることを特徴とする。 The method for manufacturing a microfluidic device described in claim 10 is characterized in that a stress relief portion consisting of a recessed groove or slit communicating with the side surfaces of the first molded sheet and the second molded sheet that are integrated by bonding the first molded sheet and the second molded sheet is formed on at least one of the first and second molded sheets, excluding the area where the microchannel is formed.

第1積層面と第2積層面の少なくともいずれかの積層面に形成された応力緩和部で、第1成形シート又は第2成形シートに電離放射線が透過することにより発生する歪みが吸収されるので、第1成形シートと第2成形シートを多段に積層して、湾曲する変位が累積されても、多段に積層した全体で大きく湾曲したり、撓むことがない。 The stress relief section formed on at least one of the first and second lamination surfaces absorbs the strain caused by ionizing radiation penetrating the first or second molded sheet. Therefore, even if the first and second molded sheets are stacked in multiple layers and bending displacement accumulates, the entire stack will not bend or warp significantly.

ポリオルガノシロキサンから形成された第1成形シート及び/又は第2成形シートに電離放射線を照射して、第1成形シート及び/又は第2成形シートの内部に発生するガスは、凹溝若しくはスリットからなる応力緩和部を介して、接合して一体化される第1成形シートと第2成形シートの側面から外部に放出される。 When a first molded sheet and/or a second molded sheet formed from polyorganosiloxane is irradiated with ionizing radiation, gas generated inside the first molded sheet and/or the second molded sheet is released to the outside from the side of the first molded sheet and the second molded sheet that are joined together via a stress relief portion consisting of a groove or slit.

請求項11に記載のマイクロ流体デバイスの製造方法は、前記マイクロ流路と前記凹溝の前記第1積層面と前記第2積層面からの深さが同一であることを特徴とする。 The method for manufacturing a microfluidic device described in claim 11 is characterized in that the microchannel and the recessed groove have the same depth from the first stacking surface and the second stacking surface.

フォトリソグラフィー技術によるレジストエッチングあるいは電鋳工法により、マイクロ流路と凹溝を形成する同一高さの突部を有する型が容易に得られる。 By using resist etching with photolithography technology or electroforming, a mold with protrusions of the same height that form the microchannels and recessed grooves can be easily obtained.

請求項12に記載のマイクロ流体デバイスの製造方法は、前記マイクロ流路の形成部位を含む前記第1成形シート及び/又は前記第2成形シートの全面に、積層方向に沿って電離放射線を照射することを特徴とする。 The method for manufacturing a microfluidic device described in claim 12 is characterized in that the entire surface of the first molded sheet and/or the second molded sheet, including the portion where the microchannel is formed, is irradiated with ionizing radiation along the stacking direction.

マイクロ流路の形成部位を含む第1成形シート及び/又は第2成形シートの全面に電離放射線を照射するので、ポリオルガノシロキサンから形成されるマイクロ流路の内面が、親水性に変化し、ガスバリア性を有する。 By irradiating the entire surface of the first molded sheet and/or the second molded sheet, including the area where the microchannel is formed, with ionizing radiation, the inner surface of the microchannel formed from polyorganosiloxane becomes hydrophilic and has gas barrier properties.

請求項13に記載のマイクロ流体デバイスの製造方法は、前記電離放射線が、電子線であることを特徴とする。 The method for manufacturing a microfluidic device described in claim 13 is characterized in that the ionizing radiation is an electron beam.

全ての第1積層面と第2積層面間は、高い指向性を有し、照射タイミングの制御が容易である電子線で接合される。 All first and second stacking surfaces are bonded using an electron beam, which has high directionality and makes it easy to control the irradiation timing.

請求項1の発明によれば、第1成形体又は第2成形体が接触する1又は2以上の接触点を同時に強固に接合できる。 According to the invention of claim 1, one or more contact points where the first molded body or the second molded body come into contact can be firmly joined simultaneously.

また、ポリオルガノシロキサンを主成分とする第1成形体又は第2成形体の表面から接触点までの範囲で水接触角を低下させることができる。 In addition, the water contact angle can be reduced in the range from the surface of the first or second molded body, which is primarily composed of polyorganosiloxane, to the contact point.

請求項4の発明によれば、第1成形シートと第2成形シートは、積層した状態で電離放射線の照射により接合されているので、接合工程前に、第1成形シートと第2成形シートのアライメントを行うことができる。 According to the invention of claim 4, the first molded sheet and the second molded sheet are bonded in a stacked state by irradiation with ionizing radiation, so that the first molded sheet and the second molded sheet can be aligned before the bonding process.

積層面の間にマイクロ流路が形成された第1成形シートと第2成形シートを、疎水性から親水性に変化させることができるので、マイクロ流路に注入された水溶液試料が表面張力によってマイクロ流路内で滞ることがない。 The first and second molded sheets, which have microchannels formed between their laminated surfaces, can be changed from hydrophobic to hydrophilic, so that aqueous solution samples injected into the microchannels do not become stagnant within the microchannels due to surface tension.

また、積層面の間にマイクロ流路が形成された第1成形シートと第2成形シートがガスバリア性を有し、シリコーンをマイクロ流体デバイスの材料として用いても、マイクロ流路に注入された低分子化合物等の試料の収着を抑制できる。 In addition, the first and second molded sheets, which have microchannels formed between their laminated surfaces, have gas barrier properties, and even when silicone is used as a material for the microfluidic device, sorption of samples such as low-molecular-weight compounds injected into the microchannels can be suppressed.

請求項5の発明によれば、第1積層面と第2積層面を透過する電離放射線により接合されても、一体に積層された第1成形シートと第2成形シートは、歪みむらによって撓むことがなく平面を維持する。 According to the invention of claim 5, even when bonded by ionizing radiation that penetrates the first and second laminated surfaces, the integrally laminated first and second molded sheets maintain their flatness without warping due to uneven distortion.

また、第1積層面と第2積層面を電離放射線が透過しても、第1積層面と第2積層面の界面にガスが滞留することがなく、残留ガスによる界面のボイドの発生を抑制できる。 In addition, even if ionizing radiation passes through the first and second stacking surfaces, gas does not remain at the interface between the first and second stacking surfaces, preventing the generation of voids at the interface due to residual gas.

請求項6の発明によれば、第1積層面と第2積層面が、高い指向性を有し、照射タイミングの制御が容易である電子線で接合されるので、第1成形シートと第2成形シートが一体に積層されたマイクロ流体デバイスの量産が容易となる。 According to the invention of claim 6, the first and second stacking surfaces are bonded using an electron beam, which has high directionality and allows easy control of irradiation timing, facilitating mass production of microfluidic devices in which the first and second molded sheets are integrally stacked.

請求項7の発明によれば、積層した第1成形シートと第2成形シートを相対位置決めした後に、第1成形シート及び/又は第2成形シートに電離放射線を照射し、相互を接合するので、接合前に第1成形シートと第2成形シートの相対位置決めを繰り返して行うことができる。 According to the invention of claim 7, after the stacked first and second molded sheets are positioned relative to each other, the first and/or second molded sheets are irradiated with ionizing radiation and bonded together, so that the relative positioning of the first and second molded sheets can be repeatedly performed before bonding.

積層面の間にマイクロ流路が形成された第1成形シート及び/又は第2成形シートを、疎水性から親水性に変化させることができるので、マイクロ流路に注入された液状の試料が表面張力によってマイクロ流路内で滞ることがない。 The first molded sheet and/or the second molded sheet, which have microchannels formed between their laminated surfaces, can be changed from hydrophobic to hydrophilic, so that liquid samples injected into the microchannels do not stagnate within the microchannels due to surface tension.

また、積層面の間にマイクロ流路が形成された第1成形シート及び/又は第2成形シートにガスバリア性を付与することができるので、シリコーンをマイクロ流体デバイスの材料として用いても、マイクロ流路に注入された低分子化合物等の試料の収着を抑制できる。 In addition, gas barrier properties can be imparted to the first molded sheet and/or the second molded sheet, which have microchannels formed between their laminated surfaces, so even when silicone is used as a material for a microfluidic device, sorption of samples such as low-molecular-weight compounds injected into the microchannels can be suppressed.

請求項8の発明によれば、交互に多段に積層した全ての第1成形シートと第2成形シートを、その間にマイクロ流路を形成した状態で相対位置決めした後に、積層方向で隣り合う全ての第1成形シートと第2成形シート間を同時に強固に接合できるので、多数のマイクロ流路を並列に形成し、若しくはマイクロ流路を立体形状に形成したマイクロ流体デバイスを容易に製造できる。 According to the invention of claim 8, all of the first and second molded sheets stacked alternately in multiple layers can be positioned relative to one another with microchannels formed therebetween, and then all of the first and second molded sheets adjacent in the stacking direction can be firmly bonded simultaneously. This makes it possible to easily manufacture microfluidic devices in which multiple microchannels are formed in parallel or in which microchannels are formed in a three-dimensional shape.

全ての第1積層面と第2積層面の間に形成された各マイクロ流路を、ポリオルガノシロキサンから形成され、親水性に変化した第1成形シート及び/又は第2成形シートに形成できる。 All microchannels formed between the first and second laminated surfaces can be formed in the first molded sheet and/or the second molded sheet, which are made from polyorganosiloxane and have been made hydrophilic.

また、積層面間にマイクロ流路が形成される第1成形シート及び/又は第2成形シートがポリオルガノシロキサンから形成される成形シートであっても、その成形シートにガスバリア性を付与することができる。 Furthermore, even if the first molded sheet and/or the second molded sheet in which a microchannel is formed between the laminated surfaces is a molded sheet formed from polyorganosiloxane, gas barrier properties can be imparted to the molded sheet.

請求項9の発明によれば、第1成形シート及び/又は第2成形シートを積層方向に貫通する貫通孔がマイクロ流路に連通するように、交互に多段に積層した全ての第1成形シートと第2成形シートを相対位置決めした後に、積層方向で隣り合う全ての第1成形シートと第2成形シート間を同時に強固に接合できるので、マイクロ流路が立体形状に形成されるマイクロ流体デバイスを容易に製造できる。 According to the invention of claim 9, all of the first and second molded sheets stacked alternately in multiple layers are positioned relative to one another so that the through-holes that penetrate the first and/or second molded sheets in the stacking direction communicate with the microchannel. Then, all of the first and second molded sheets that are adjacent in the stacking direction can be firmly bonded together simultaneously, thereby facilitating the manufacture of a microfluidic device in which a microchannel is formed in a three-dimensional shape.

請求項10の発明によれば、多段に積層した第1成形シート及び/又は第2成形シートに電離放射線を照射し、第1積層面と第2積層面を接合する工程において、接合面の一部に歪みが発生しても、接合面に形成する応力緩和部を越えて歪みが拡大することがなく、接合される各第1成形シートと第2成形シートを平坦に維持できる。従って、第1成形シートと第2成形シートを交互に多段に一体に積層しても、第1積層面と第2積層面の間に形成されるマイクロ流路の一部が傾斜したり、内径が変化することがなく、多段に積層した全体で大きく湾曲したり、撓むこともない。 According to the invention of claim 10, in the process of irradiating ionizing radiation to first and/or second molded sheets stacked in multiple layers and bonding the first and second laminated surfaces, even if distortion occurs in a portion of the bonding surface, the distortion does not extend beyond the stress relief portion formed on the bonding surface, and each of the bonded first and second molded sheets can be maintained flat. Therefore, even if the first and second molded sheets are alternately stacked together in multiple layers, the microchannels formed between the first and second laminated surfaces do not tilt in part or change in inner diameter, and the entire multi-layer stack does not bend or warp significantly.

多段に積層した第1成形シート及び/又は第2成形シートに電離放射線を照射し、ポリオルガノシロキサンから形成された第1成形シート及び/又は第2成形シートの内部にガスが発生しても、ポリオルガノシロキサンの微細孔と接合面に形成される応力緩和部を介して外部に放出されるので、残留ガスにより第1成形シートや第2成形シートに発生するボイドを抑制できる。 When ionizing radiation is applied to the first and/or second molded sheets stacked in multiple layers, even if gas is generated inside the first and/or second molded sheets formed from polyorganosiloxane, the gas is released to the outside through the micropores in the polyorganosiloxane and the stress relief portions formed on the bonding surfaces, thereby preventing voids from forming in the first and second molded sheets due to residual gas.

請求項11の発明によれば、マイクロ流路と応力緩和部の凹溝を、高精度の成形が可能な電鋳の金型あるいはフォトリソグラフィー技術によるレジストエッチング型で成形することができる。 According to the invention of claim 11, the microchannel and the grooves of the stress relief section can be formed using an electroforming mold or a resist etching mold using photolithography technology, which allows for high-precision molding.

請求項12の発明によれば、マイクロ流路の内面が親水性に変化し、マイクロ流路に注入された水溶液試料がマイクロ流路内で滞ることがなく、マイクロ流路に注入された低分子化合物等の試料の収着を抑制できる。 According to the invention of claim 12, the inner surface of the microchannel becomes hydrophilic, preventing aqueous solution samples injected into the microchannel from stagnating within the microchannel and suppressing sorption of samples such as low-molecular-weight compounds injected into the microchannel.

又、全てのマイクロ流路に電離放射線が透過するので、マイクロ流路内が滅菌される。 In addition, ionizing radiation penetrates all microchannels, sterilizing the inside of the microchannels.

請求項13の発明によれば、全ての第1積層面と第2積層面が、高い指向性を有し、照射タイミングの制御が容易である電子線で接合されるので、第1成形シートと第2成形シートが一体に積層されたマイクロ流体デバイスの量産が容易となる。 According to the invention of claim 13, all first and second stacking surfaces are bonded using an electron beam, which has high directionality and allows easy control of irradiation timing, facilitating mass production of microfluidic devices in which first and second molded sheets are integrally stacked.

本発明の第1実施の形態に係るシリコーン接合体1の製造過程を示し、(a)は、仮止め体1’を、(b)は、仮止め体1’に電離放射線を照射する工程を、(c)は、電離放射線を照射して第1成形体2と第2成形体3間が接合されたシリコーン接合体1を、それぞれ示す側面図である。1A and 1B are side views showing a manufacturing process of a silicone bonded body 1 according to a first embodiment of the present invention, in which FIG. 1A is a temporarily bonded body 1′, FIG. 1B is a step of irradiating the temporarily bonded body 1′ with ionizing radiation, and FIG. 1C is a side view showing the silicone bonded body 1 in which a first molded body 2 and a second molded body 3 are bonded together by irradiating the first molded body 2 with ionizing radiation. ガンマ線を照射して接合された2枚のPDMSフィルム5A、5Bの接合強度を比較する方法を説明する説明図である。FIG. 10 is an explanatory diagram illustrating a method for comparing the bonding strength of two PDMS films 5A and 5B bonded together by irradiating them with gamma rays. 加速電圧が異なる電子線をPDMSに照射して接合体を得る場合の接合可能範囲を示すグラフである。10 is a graph showing a bondable range when a bonded body is obtained by irradiating PDMS with electron beams having different acceleration voltages. 電子線を照射して、10枚のPDMSフィルム間を接合したシリコーン接合体の平面側から撮影した写真である。This is a photograph taken from the flat side of a silicone bonded body in which ten PDMS films were bonded together by irradiation with an electron beam. 図4のシリコーン接合体を側面側から撮影した写真である。5 is a photograph of the silicone bonded body of FIG. 4 taken from the side. 第2実施の形態に係るマイクロ流体デバイス10の分解斜視図である。FIG. 10 is an exploded perspective view of a microfluidic device 10 according to a second embodiment. マイクロ流体デバイス10の縦断面図である。FIG. 1 is a longitudinal cross-sectional view of a microfluidic device 10.

以下、本発明の第1実施の形態にかかるシリコーン接合体1と、そのシリコーン接合体1の製造方法を、図1を用いて説明する。図1において、接合体1は、3個の第1成形体2(2a、2b、2c)と、3個の第2成形体3(3a、3b、3c)とから構成され、相互が接触する接触領域4a~4hで後述する共有結合により結合されている。 The following describes a silicone bonded body 1 according to a first embodiment of the present invention and a method for manufacturing the silicone bonded body 1, using Figure 1. In Figure 1, the bonded body 1 is composed of three first molded bodies 2 (2a, 2b, 2c) and three second molded bodies 3 (3a, 3b, 3c), which are bonded to each other at contact regions 4a to 4h by covalent bonds, as described below.

〈シリコーン接合体の製造方法〉
シリコーン接合体1の製造方法は、1又は2以上の第1成形体2と1又は2以上の第2成形体3とが接触する接触点に電離放射線を照射する工程を含む。かかる電離放射線照射工程は、前記第1成形体2と第2成形体3とが接触した状態で電離放射線を照射する。換言すると、第1成形体2と第2成形体3とを接触させた仮止め体に対して、電離放射線を照射する工程を含む。かかる電離放射線照射により、第1成形体2と第2成形体3とが接触する接触点でこれら成形体を接合する。
<Method for producing silicone bonded body>
The method for producing the silicone bonded body 1 includes a step of irradiating ionizing radiation to contact points between one or more first molded bodies 2 and one or more second molded bodies 3. The ionizing radiation irradiation step involves irradiating the first molded body 2 and the second molded body 3 in a state where they are in contact with each other. In other words, the method includes a step of irradiating ionizing radiation to a temporarily joined body in which the first molded body 2 and the second molded body 3 are in contact with each other. The irradiation of ionizing radiation bonds the first molded body 2 and the second molded body 3 at their contact points.

図1(a)に、電離放射線を照射する前の仮止め体を示す。図示するように、第1成形体2と第2成形体3は、相互が接触する全ての接触領域4a~4hで接触を維持するように仮保持された仮止め体1’となっている。かかる仮止め体1’は、図示しない冶具等で各成形体の接触状態を保持してもよいし、シリコーンが有する自己吸着性を利用して各成形体の接触状態を保持してもよい。 Figure 1(a) shows the temporarily joined body before irradiation with ionizing radiation. As shown, the first molded body 2 and the second molded body 3 are temporarily held together to maintain contact at all contact areas 4a-4h where they come into contact, forming a temporarily joined body 1'. The contact state of the individual molded bodies in this temporarily joined body 1' may be maintained using a jig (not shown), or the self-adhesive properties of silicone may be utilized to maintain the contact state of the individual molded bodies.

第1成形体2は、ポリオルガノシロキサンを主成分とするものであれば、他の物質を含有していてもよい。ここで、主成分とは、ポリオルガノシロキサン含有量が50質量%以上のものをいう。好ましくは80質量%以上、より好ましくは90質量%以上、さらに好ましくは98質量%以上のポリオルガノシロキサンを含む。例えば、他の成形体との積層面にシロキサン皮膜が形成されたシクロオレフィンポリマー(COP)等の有機樹脂で形成してもよい。また、ポリオルガノシロキサンを主成分とするとは、実質的にポリオルガノシロキサンからなるものを含む。 The first molded body 2 may contain other substances as long as it is primarily composed of polyorganosiloxane. Here, "primary component" refers to a component with a polyorganosiloxane content of 50% by mass or more. Preferably, it contains 80% by mass or more, more preferably 90% by mass or more, and even more preferably 98% by mass or more of polyorganosiloxane. For example, it may be formed from an organic resin such as cycloolefin polymer (COP) with a siloxane coating formed on the lamination surface with another molded body. Furthermore, "composed primarily of polyorganosiloxane" includes a component that is essentially made of polyorganosiloxane.

また、第2成形体3は、ポリオルガノシロキサンを主成分とするもの、あるいは、SiO(ガラス)を主成分とするガラスで形成するものである。ここでSiO(ガラス)を主成分とするとは、SiO含有量が50質量%以上のものをいい、好ましくは80質量%以上、より好ましくは90質量%以上、さらに好ましくは98質量%以上のSiOを含む。 The second molded body 3 is formed of a material mainly composed of polyorganosiloxane or glass mainly composed of SiO 2 (glass). Here, "mainly composed of SiO 2 (glass)" means a material having an SiO 2 content of 50% by mass or more, preferably 80% by mass or more, more preferably 90% by mass or more, and even more preferably 98% by mass or more of SiO 2 .

ここで、ポリオルガノシロキサンは、ポリジメチルシロキサン(PDMS)を含む。以下、ポリオルガノシロキサンがPDMSの場合を例として、接合体および接合体の製造方法について説明する。
図1(a)に示す実施の形態において、第1成形体2と第2成形体3は、いずれもポリオルガノシロキサンからなり、それぞれ所望の形状に形成されている。
Here, the polyorganosiloxane includes polydimethylsiloxane (PDMS). Hereinafter, the bonded body and the method for manufacturing the bonded body will be described using an example in which the polyorganosiloxane is PDMS.
In the embodiment shown in FIG. 1(a), a first molded body 2 and a second molded body 3 are both made of polyorganosiloxane and are each formed into a desired shape.

この第1実施の形態において、第1成形体2a、2b、2cと、第2成形体3a、3b、3cの各形状は、フィルム状、球状など任意の形状とすることができ、各接触領域4a~4hや各内部に中空の箇所があってもよく、凹部や凸部が形成されていてもよい。また、上記第1成形体2と上記第2成形体3は、所望の位置で接触を容易とするための位置決め機構を有していてもよい。 In this first embodiment, the first molded bodies 2a, 2b, and 2c and the second molded bodies 3a, 3b, and 3c can each have any shape, such as a film or a sphere. Each contact area 4a-4h or each interior area may have a hollow, recessed, or protruding portion. Furthermore, the first molded body 2 and the second molded body 3 may have a positioning mechanism to facilitate contact at the desired position.

次に、上記仮止め体1’に電離放射線を照射する。かかる電離放射線の照射により、該電離放射線が透過する深さDの範囲内に存在する接触点もしくは接触領域で上記第1成形体2と第2成形体3を接合する。図1(b)に示す実施の形態では、鉛直方向に沿った上方から下方に向かって電離放射線を照射しており、仮止め体1’の接触領域4a~4hを接合している。 Next, the temporary fastener 1' is irradiated with ionizing radiation. This irradiation of ionizing radiation bonds the first molded body 2 and the second molded body 3 at contact points or contact areas within the range of the depth D through which the ionizing radiation penetrates. In the embodiment shown in Figure 1(b), ionizing radiation is irradiated vertically from above to below, bonding contact areas 4a-4h of the temporary fastener 1'.

本実施の形態において、電離放射線は従来公知のものを使用可能であり、例えば電子線、ガンマ線、エックス線が挙げられる。かかる電離放射線を1種または複数種、組み合わせて照射を行ってもよい。 In this embodiment, conventionally known ionizing radiation can be used, such as electron beams, gamma rays, and X-rays. Irradiation may be carried out using one or a combination of multiple types of such ionizing radiation.

電離放射線が電子線である場合に、仮止め体1’に電子線が透過する深さDは、電子線の加速電圧により変化し、加速電圧が高いほどDは長くなる。例えば、密度0.965g/cm3のPDMSに500keVの電子線を一方向から照射する場合、Dは約1.5mmであり、その間に中空の領域が存在する場合には、Dは更に長くなる。従って、PDMSからなる仮止め体1’の第1成形体2aの表面から接触領域4dまでの電離放射線の入射方向に沿った長さが1.5mmである場合には、加速電圧が500keVの電子線を照射する。 When the ionizing radiation is an electron beam, the depth D to which the electron beam penetrates the temporary fastener 1' varies depending on the acceleration voltage of the electron beam; the higher the acceleration voltage, the longer D. For example, when PDMS with a density of 0.965 g/cm3 is irradiated from one direction with a 500 keV electron beam, D is approximately 1.5 mm, and if there is a hollow area in between, D becomes even longer. Therefore, if the length along the direction of incidence of the ionizing radiation from the surface of the first molded body 2a of the temporary fastener 1' made of PDMS to the contact area 4d is 1.5 mm, an electron beam with an acceleration voltage of 500 keV is irradiated.

電離放射線がコバルト60からのガンマ線である場合に、PDMSからなる仮止め体1’にガンマ線が透過する深さDは、約300mmであり、その間に中空の領域が存在する場合には、Dは更に長くなる。 When the ionizing radiation is gamma rays from cobalt-60, the depth D to which the gamma rays penetrate into the temporary fixing body 1' made of PDMS is approximately 300 mm, and if there is a hollow area between them, D will be even longer.

電離放射線の照射により一度に接合できる接触点若しくは接触領域4は、電離放射線が透過するDの範囲であればいくつ存在してもよい。例えば、100μm厚のフィルム状のシリコーン成形体またはガラス成形体が5枚積層されている場合には、表面から500μm以上の深さまで透過する電離放射線を照射して、全ての成形体間を一度に接合できる。 Any number of contact points or contact areas 4 can be bonded at one time by irradiation with ionizing radiation, as long as they are within the range D through which ionizing radiation penetrates. For example, if five 100 μm-thick film-like silicone molded bodies or glass molded bodies are stacked, all of the molded bodies can be bonded at once by irradiating them with ionizing radiation that penetrates to a depth of 500 μm or more from the surface.

電離放射線の照射条件は特に限定されないが、例えば、電子線を用いる場合、10keV以上が好ましく、30keV以上がより好ましく、500keV以上がさらに好ましい。かかる加速電圧は、接合対象の厚みに応じて適宜設定すればよい。前述したとおり、電子線の加速電圧が大きいほど、電子線が透過する深さDが大きくなる。電子線の加速電圧の上限は特に限定されないが、例えば10MeV以下で設定すればよく、例えば5MeV以下とすればよい。 The irradiation conditions for the ionizing radiation are not particularly limited, but for example, when using an electron beam, 10 keV or higher is preferable, 30 keV or higher is more preferable, and 500 keV or higher is even more preferable. The acceleration voltage can be set appropriately depending on the thickness of the objects to be joined. As mentioned above, the higher the acceleration voltage of the electron beam, the greater the penetration depth D of the electron beam. The upper limit of the acceleration voltage of the electron beam is not particularly limited, but it can be set to, for example, 10 MeV or lower, e.g., 5 MeV or lower.

また、各接触領域4a~4hにおける電離放射線(例えば、電子線またはガンマ線)の吸収線量は、各接触領域4a~4hにおいて強固に接合するように200kGy以上とすることが好ましく、500kGy以上とするのがより好ましく、860kGy以上とすることがさらに好ましい。吸収線量が大きいほど、後述する共有結合が多く形成される。ただし、吸収線量が大きすぎると、第1成形体または第2成形体の機械的強度が低下するため、例えば40MGy以下とすることが好ましく、20MGy以下とするのがより好ましい。 Furthermore, the absorbed dose of ionizing radiation (e.g., electron beams or gamma rays) in each contact region 4a-4h is preferably 200 kGy or more to ensure strong bonding in each contact region 4a-4h, more preferably 500 kGy or more, and even more preferably 860 kGy or more. The greater the absorbed dose, the more covalent bonds, as described below, are formed. However, if the absorbed dose is too high, the mechanical strength of the first molded body or the second molded body will decrease, so it is preferably 40 MGy or less, and more preferably 20 MGy or less, for example.

また、電離放射線の照射スポットサイズは、接合する接触点若しくは接触領域4が電離放射線が透過する範囲に含まれている限り任意であり、照射スポットを動かさない固定照射であっても、照射スポットを移動させるスキャン照射のいずれであってもよい。 Furthermore, the size of the ionizing radiation irradiation spot can be any size as long as the joining contact point or contact area 4 is included in the range through which the ionizing radiation passes, and it can be either fixed irradiation in which the irradiation spot does not move, or scanning irradiation in which the irradiation spot moves.

なお、上記電離放射線の照射は、1回または複数回数の工程で組み合わせて照射を行ってもよく、また、接合体(仮止め体)に対して一方向から電離放射線を照射してもよいし、照射方向を変更してもよい。更に、各接触領域4a~4hの接合は、上記電離放射線の照射に加えて、プラズマ処理等による接触面の表面改質や接着剤などを用いた既存の接合方法を、組み合わせてもよい。 The above-mentioned irradiation with ionizing radiation may be performed in a single step or in a combination of multiple steps. Furthermore, the bonded body (temporarily bonded body) may be irradiated with ionizing radiation from one direction, or the irradiation direction may be changed. Furthermore, bonding of each contact region 4a-4h may be achieved by combining the above-mentioned irradiation with ionizing radiation with existing bonding methods such as surface modification of the contact surface by plasma treatment or the use of adhesives.

仮止め体1’に電離放射線を照射すると、図1(b)に破線で示すように、ポリオルガノシロキサン(例えばPDMS)からなる第1成形体2a、2b、2cと、第2成形体3a、3b、3cに電離放射線が透過する。ポリオルガノシロキサン(例えばPDMS)は、電離放射線を受けて、CH(メチル基)等の側鎖が切り離されて、ガスなどとなって飛散する。そのため、シロキサン主鎖間は、
(1式)
(2式)
(3式)
(1式、2式、3式において、Rは有機基を示し、互いに同一若しくは異なっていてもよい)のいずれかの構造式に示す (-Si-O-Si-)のシロキサン結合による共有結合で結合する。
When the temporary fixing body 1' is irradiated with ionizing radiation, the ionizing radiation penetrates the first molded bodies 2a, 2b, and 2c made of polyorganosiloxane (e.g., PDMS) and the second molded bodies 3a, 3b, and 3c, as shown by the dashed lines in Fig. 1(b). When polyorganosiloxane (e.g., PDMS) is exposed to ionizing radiation, side chains such as CH3 (methyl group) are cleaved and scattered as gas or the like. Therefore, the siloxane main chains are
(1 set)
(2 sets)
(3 types)
(In formula 1, formula 2, and formula 3, R represents an organic group, and may be the same or different from each other) and are bonded by a covalent bond based on a siloxane bond (—Si—O—Si—).

上記1式、2式、3式において、Rは有機基であれば特に限定されない。例えば、アルキル基(メチル基、エチル基、プロピル基、ブチル基など)、アリール基(フェニル基、ナフチル基など)、または水素原子などが挙げられ、好ましくはメチル基である。 In the above formulas 1, 2, and 3, R is not particularly limited as long as it is an organic group. Examples include alkyl groups (methyl, ethyl, propyl, butyl, etc.), aryl groups (phenyl, naphthyl, etc.), and hydrogen atoms, with a methyl group being preferred.

電離放射線は、第1成形体2a、2b、2cと第2成形体3a、3b、3cが接触する各接触領域4a~4h(即ち接触点)も透過する。これらの接触領域4a~4hに臨むポリオルガノシロキサン(例えばPDMS)は、同様に電離放射線を受けて、CH(メチル基)等の側鎖が切り離され、各接触領域4a~4hの界面において、(-Si-O-)基を有するPDMSとPDMS若しくはガラスが、(1)式乃至(3)式に示す構造の(-Si-O-Si-)からなるシロキサン結合で共有結合する。 The ionizing radiation also penetrates each of the contact regions 4a to 4h (i.e., contact points) where the first molded bodies 2a, 2b, and 2c come into contact with the second molded bodies 3a, 3b, and 3c. The polyorganosiloxane (e.g., PDMS) facing these contact regions 4a to 4h is similarly exposed to the ionizing radiation, and side chains such as CH3 (methyl groups) are cleaved. At the interfaces of each of the contact regions 4a to 4h, the PDMS having (-Si-O-) groups and the PDMS or glass are covalently bonded by siloxane bonds consisting of (-Si-O-Si-) structures shown in formulas (1) to (3).

すなわち、電離放射線の入射方向(鉛直方向)に沿って、仮止め体1’の表面(第1成形体2aの表面または第2成形体3aの表面)から電離放射線が透過する深さDの範囲にある全ての接触領域4a~4h(即ち接触点)において接触する第1成形体2a、2b、2cと第2成形体3a、3b、3c間が同時に強固に接合され、全体が一体の図1(c)に示すシリコーン接合体1が得られる。 In other words, along the incident direction (vertical direction) of the ionizing radiation, the first molded bodies 2a, 2b, 2c and the second molded bodies 3a, 3b, 3c are simultaneously and firmly bonded together at all contact areas 4a-4h (i.e., contact points) within the range of depth D that the ionizing radiation penetrates from the surface of the temporary bonded body 1' (the surface of the first molded body 2a or the surface of the second molded body 3a), resulting in the integral silicone bonded body 1 shown in Figure 1(c).

また、第1成形体2a、2b、2cまたは第2成形体3a、3b、3cがポリオルガノシロキサン(例えばPDMS)を主体とするものである場合、上記電離放射線の入射方向に沿って電離放射線が透過する範囲内(電離放射線照射面から深さDまでの範囲)の第1成形体と第2成形体中を構成するポリオルガノシロキサン(例えばPDMS)は、電離放射線を受けて、シロキサン主鎖間が(1)式乃至(3)式に示す構造の(-Si-O-Si-)からなるシロキサン結合で共有結合する。即ち、上記電離放射線が透過する範囲内に存在する第1成形体と第2成形体の接合点および第1成形体または第2成形体の接合点から500nm以上離れた領域で、上記(1)式乃至(3)式に示す構造の共有結合が形成される。 Furthermore, when the first molded bodies 2a, 2b, 2c or the second molded bodies 3a, 3b, 3c are primarily composed of polyorganosiloxane (e.g., PDMS), the polyorganosiloxane (e.g., PDMS) constituting the first molded body and the second molded body within the range through which the ionizing radiation penetrates along the direction of incidence of the ionizing radiation (the range from the ionizing radiation irradiated surface to depth D) is exposed to ionizing radiation and covalently bonds between the siloxane main chains through siloxane bonds (-Si-O-Si-) having the structures shown in formulas (1) to (3). In other words, covalent bonds having the structures shown in formulas (1) to (3) are formed at the junction between the first molded body and the second molded body within the range through which the ionizing radiation penetrates, and in areas 500 nm or more away from the junction of the first molded body or the second molded body.

ポリオルガノシロキサン(例えばPDMS)を主体とする第1成形体または第2成形体に上記電離放射線が照射されると、疎水性のCH(メチル基)等の側鎖が電離放射線を受けて消失し、親水性のシロキサンの主鎖が表れる。その結果、ポリオルガノシロキサンを主成分とする成形体の表面(電離放射線照射面)から接触点までの範囲で、成形体の水に対する接触角が低下する。即ち、ポリオルガノシロキサンを主成分とする第1成形体又は第2成形体の表面から電離放射線が透過するまでの範囲で水接触角を低下させることができる。例えば、第1成形体または第2成形体がPDMSを主体とするものである場合、電離放射線照射前の水接触角は約105度程度であるが、電離放射線照射後は当該水接触角を100度以下、好ましくは90度以下、より好ましくは80度以下に低減することができる。 When the first or second molded body mainly composed of polyorganosiloxane (e.g., PDMS) is irradiated with the ionizing radiation, hydrophobic side chains such as CH 3 (methyl groups) are exposed to the ionizing radiation and disappear, revealing the hydrophilic siloxane main chain. As a result, the contact angle of the molded body with water decreases in the range from the surface (ionizing radiation irradiated surface) of the molded body mainly composed of polyorganosiloxane to the contact point. That is, the water contact angle can be reduced in the range from the surface of the first or second molded body mainly composed of polyorganosiloxane to the point where the ionizing radiation penetrates. For example, when the first or second molded body is mainly composed of PDMS, the water contact angle before irradiation with ionizing radiation is about 105 degrees, but after irradiation with ionizing radiation, the water contact angle can be reduced to 100 degrees or less, preferably 90 degrees or less, and more preferably 80 degrees or less.

また、ポリオルガノシロキサン(例えばPDMS)を主体とする第1成形体または第2成形体に上記電離放射線が照射されると、当該成形体の電離放射線透過範囲において上記(1)式乃至(3)式に示す構造の共有結合が形成される。即ち、ポリオルガノシロキサンを主成分とする成形体の表面(電離放射線照射面)から電離放射線が透過するまでの範囲で、不規則な柔構造のシロキサン主鎖が多数の箇所で隣接するシロキサン主鎖と共有結合して拘束され、ガスバリア性を有するように変化する。例えば、電離放射線照射前のガスバリア性と比較して、ガス透過性が90%以下、好ましくは80%以下、より好ましくは70%以下に低減する。換言すると、接合体の電離放射線透過領域は、電離放射線非透過領域と比較して、ガス透過性が低下しており、電離放射線領域透過領域のガス透過性は電離放射線非透過領域の90%以下が好ましく、80%以下がより好ましく、70%以下がより好ましい。 Furthermore, when the first or second molded body primarily composed of polyorganosiloxane (e.g., PDMS) is irradiated with the ionizing radiation, covalent bonds having the structures shown in formulas (1) to (3) are formed in the ionizing radiation transmission area of the molded body. That is, in the area from the surface (the ionizing radiation-irradiated surface) of the polyorganosiloxane-based molded body to the area through which the ionizing radiation passes, the irregularly flexible siloxane main chains are covalently bonded to adjacent siloxane main chains at numerous locations and are constrained, thereby imparting gas barrier properties. For example, compared to the gas barrier property before ionizing radiation irradiation, the gas permeability is reduced to 90% or less, preferably 80% or less, and more preferably 70% or less. In other words, the ionizing radiation-transmitting area of the bonded body has reduced gas permeability compared to the ionizing radiation-non-transmitting area, and the gas permeability of the ionizing radiation-transmitting area is preferably 90% or less, more preferably 80% or less, and even more preferably 70% or less, of the ionizing radiation-non-transmitting area.

なお、接合体のガスバリア性(ガス透過性)は、酸素透過性および/または水蒸気透過性を指標として評価し得る。酸素透過性はJIS K7126-1 付属書2に、水蒸気透過性はJIS K7129-1 A法に準拠して評価することができる。 The gas barrier properties (gas permeability) of the bonded structure can be evaluated using oxygen permeability and/or water vapor permeability as indicators. Oxygen permeability can be evaluated in accordance with JIS K7126-1 Appendix 2, and water vapor permeability can be evaluated in accordance with JIS K7129-1 Method A.

第1成形体2a、2b、2cと第2成形体3a、3b、3cの構造が、上記構造に変化しているかどうかは、電離放射線を照射する前に比べて3%以上、炭素もしくは炭素を含む構造(メチル基など)が減少するのでエックス線光電子分光装置やフーリエ変換赤外分光法で、上記構造変化を確認することができる。 Whether the structures of the first compacts 2a, 2b, 2c and the second compacts 3a, 3b, 3c have changed to the above structures can be confirmed using an X-ray photoelectron spectrometer or Fourier transform infrared spectroscopy, as the amount of carbon or carbon-containing structures (such as methyl groups) will decrease by 3% or more compared to before irradiation with ionizing radiation.

〈シリコーン接合体〉
本明細書で開示するシリコーン接合体1は、ポリオルガノシロキサンを主成分とする1又は2以上の第1成形体と、ポリオルガノシロキサン若しくはガラスを主成分とする1又は2以上の第2成形体とが接合された接合体であって、第1成形体と第2成形体とが1以上の接合点で接合したものである。第1成形体と第2成形体については、上記シリコーン接合体1の製造方法で説明したものと同等のものを適宜選択して用いればよい。ここでの詳細な説明は割愛する。
<Silicone bonded body>
The silicone bonded body 1 disclosed in this specification is a bonded body in which one or more first molded bodies, each having a polyorganosiloxane as the main component, are bonded to one or more second molded bodies, each having a polyorganosiloxane or glass as the main component, and the first molded bodies and the second molded bodies are bonded at one or more bonding points. The first molded body and the second molded body may be appropriately selected from those described in the manufacturing method of the silicone bonded body 1 above. A detailed description thereof will be omitted here.

シリコーン接合体1は、第1成形体と第2成形体の接合点の界面において、(1)式乃至(3)式に示す構造の(-Si-O-Si-)からなるシロキサン結合で、これらの成形体が結合している。 The silicone bonded body 1 is formed by bonding the first and second molded bodies at the interface where they are joined together via siloxane bonds (-Si-O-Si-) with structures shown in formulas (1) to (3).

シリコーン接合体1は、ポリオルガノシロキサンを主成分とする成形体のうち、接合体を製造する過程で電離放射線が透過した領域において、該ポリオルガノシロキサンのシロキサン主鎖が上記(1)式乃至(3)式に示す構造の(-Si-O-Si-)からなるシロキサン結合で結合されている。換言すると、第1成形体または第2成形体の少なくとも一方が、上記接合点から500nm以上の深さにおいて、(1)式乃至(3)式に示す構造の(-Si-O-Si-)からなるシロキサン結合でシロキサン主鎖間が結合している。かかる第1成形体または第2成形体の内部に形成されるシロキサン結合が確認される深さは、当該成形体の厚みにもよるが、少なくとも接合点から500nm以上であり、好ましくは800nm以上であり、より好ましくは1000nm以上離れた領域で確認することができる。 The silicone bonded body 1 is a molded body primarily composed of polyorganosiloxane, in which the siloxane main chains of the polyorganosiloxane are bonded by siloxane bonds having the (-Si-O-Si-) structure shown in formulas (1) to (3) in the region where ionizing radiation penetrated during the manufacturing process of the bonded body. In other words, in at least one of the first molded body or the second molded body, the siloxane main chains are bonded by siloxane bonds having the (-Si-O-Si-) structure shown in formulas (1) to (3) at a depth of 500 nm or more from the bonded point. The depth at which siloxane bonds formed within the first molded body or the second molded body can be confirmed depends on the thickness of the molded body, but can be confirmed in a region at least 500 nm or more, preferably 800 nm or more, and more preferably 1000 nm or more away from the bonded point.

(1)式乃至(3)式に示す構造の(-Si-O-Si-)からなるシロキサン結合の存在は、エックス線光電子分光装置やフーリエ変換赤外分光法で、上記構造変化を確認することができる。 The presence of siloxane bonds consisting of (-Si-O-Si-) in the structures shown in formulas (1) to (3) can be confirmed by the above structural changes using an X-ray photoelectron spectrometer or Fourier transform infrared spectroscopy.

また、上記構造では、疎水性のCH(メチル基)等の側鎖が電離放射線を受けて飛散し、親水性のシロキサン主鎖が表れるので、電離放射線が透過した第1成形体2a、2b、2cと第2成形体3a、3b、3cも、水に対する接触角が低下する。 Furthermore, in the above structure, hydrophobic side chains such as CH3 (methyl group) are scattered by exposure to ionizing radiation, and the hydrophilic siloxane main chain is revealed, so that the contact angle with water of the first molded bodies 2a, 2b, 2c and the second molded bodies 3a, 3b, 3c, which have been penetrated by ionizing radiation, also decreases.

また、第1成形体2a、2b、2cと第2成形体3a、3b、3cのPDMSの不規則な柔構造のシロキサンの主鎖が多数の箇所で隣接するシロキサンの主鎖と共有結合して拘束され、ガスバリア性を有するように変化し、電離放射線の照射前に比べてガス透過性が3%以上抑制される。ガス透過性の変化は、圧力センサやガスクロマトグラフなどで酸素または水蒸気が試験片を透過する量を測定することで評価することができる。 In addition, the irregularly flexible siloxane main chains of the PDMS in the first molded bodies 2a, 2b, and 2c and the second molded bodies 3a, 3b, and 3c are bound by covalent bonds with adjacent siloxane main chains at numerous locations, changing the material to have gas barrier properties, and reducing gas permeability by 3% or more compared to before irradiation with ionizing radiation. The change in gas permeability can be evaluated by measuring the amount of oxygen or water vapor that passes through the test piece using a pressure sensor or gas chromatograph.

更に、電離放射線が透過した第1成形体2a、2b、2cと第2成形体3a、3b、3cは、電離放射線の吸収線量に依存して収縮し、圧縮弾性率は電離放射線の照射前に比べて5%以上上昇する。例えば、電離放射線の吸収線量を適宜設定することで、電離放射線照射前の弾性率と比較して、好ましくは8%以上、より好ましくは10%以上、弾性率が上昇した接合体を得ることができる。換言すると、接合体の電離放射線透過領域は、電離放射線非透過領域と比較して、弾性率が5%以上上昇しており、好ましくは電離放射線透過領域の弾性率が電離放射線非透過領域の8%以上、より好ましくは10%以上上昇した接合体を得ることができる。なお、弾性率の上限は特に限定されないが、弾性率が高すぎると機械強度が低下しがちである。このため、例えば弾性率は50MPa以下とするのが好ましい。弾性率の変化は、走査型プローブ顕微鏡や圧縮試験で確認できる。 Furthermore, the first molded bodies 2a, 2b, and 2c and the second molded bodies 3a, 3b, and 3c, which have been penetrated by ionizing radiation, shrink in accordance with the absorbed dose of ionizing radiation, and the compressive modulus increases by 5% or more compared to the modulus before irradiation with ionizing radiation. For example, by appropriately setting the absorbed dose of ionizing radiation, a bonded body can be obtained whose modulus of elasticity is increased by preferably 8% or more, and more preferably 10% or more, compared to the modulus before irradiation with ionizing radiation. In other words, the ionizing radiation-transmitting region of the bonded body has a modulus of elasticity increased by 5% or more compared to the ionizing radiation-non-transmitting region, and a bonded body can be obtained whose modulus of elasticity is increased by preferably 8% or more, and more preferably 10% or more, compared to the ionizing radiation-non-transmitting region. Note that there is no particular upper limit to the modulus of elasticity, but if the modulus is too high, mechanical strength tends to decrease. For this reason, it is preferable that the modulus of elasticity be 50 MPa or less. Changes in the modulus of elasticity can be confirmed using a scanning probe microscope or compression testing.

(実施例1)
(ガンマ線によるPDMSフィルム間の接合)
厚さ1mm、幅1.5cm、長さ2cmの2枚のPDMSフィルム5A、5Bを1cm重ねて水平に配置し、ガンマ線(コバルト60)を、700kGy、860kGy、1000kGy、1640kGyの4種類の吸収線量にかえて照射し、その後、図2に示すように、2枚のPDMSフィルム5A、5Bを矢印で図示する長手方向の逆方向に引っ張り、PDMSフィルム5A、5B間の接合強度を比較した。
Example 1
(Bonding between PDMS films by gamma rays)
Two PDMS films 5A and 5B, each 1 mm thick, 1.5 cm wide, and 2 cm long, were placed horizontally, overlapping by 1 cm, and irradiated with gamma rays (cobalt 60) at four different absorbed doses of 700 kGy, 860 kGy, 1000 kGy, and 1640 kGy. Thereafter, as shown in FIG. 2, the two PDMS films 5A and 5B were pulled in opposite longitudinal directions, as indicated by the arrows, and the bonding strength between the PDMS films 5A and 5B was compared.

その結果、表1に示すように、吸収線量が700kGy以下では、材料破壊が生じる前に剥離した。また、吸収線量が860kGy以上で剥離前に材料破壊が生じる程度にPDMSフィルム5A、5B間は強固に接合する。 As a result, as shown in Table 1, when the absorbed dose was 700 kGy or less, peeling occurred before material failure occurred. Furthermore, when the absorbed dose was 860 kGy or more, the PDMS films 5A and 5B were firmly bonded together to the extent that material failure occurred before peeling occurred.

(実施例2)
(電子線による多段マイクロ流体デバイスを構成する成形シート間の接合)
各積層面間にマイクロ流路が形成された状態で積層される11枚のPDMSからなる成形シートに、積層方向に沿って電子線を照射し、11枚の成形シート間の接合状態を確認した。
Example 2
(Electron beam bonding between molded sheets constituting a multi-stage microfluidic device)
Eleven molded sheets made of PDMS, each stacked with a microchannel formed between each laminated surface, were irradiated with an electron beam along the stacking direction, and the bonding state between the eleven molded sheets was confirmed.

成形シートは、積層面にマイクロ流路が微細加工された厚さ0.5mmのPDMSからなる成形シートであり、11枚の成形シートを積層して仮止めした全体の厚さは、5.5mmとなっている。11枚の成形シート間をまとめて接合するための電子線の加速電圧や照射エネルギー(吸収線量)は、シミュレーション結果から選択する。例えば、図3は、PDMSに加速電圧が異なる電子線を照射したときに電子線が透過する深さ、すなわち接合可能範囲(D)を、モンテカルロシミュレーションコードで計算したものである。加速電圧に応じ、接合可能範囲Dが拡大することを示している。 The molded sheets are 0.5 mm thick PDMS sheets with microchannels microfabricated on the lamination surface, and the total thickness of 11 molded sheets stacked and temporarily fixed is 5.5 mm. The acceleration voltage and irradiation energy (absorbed dose) of the electron beam used to bond the 11 molded sheets together are selected from simulation results. For example, Figure 3 shows the penetration depth of the electron beam when PDMS is irradiated with electron beams of different acceleration voltages, i.e., the bondable range (D), calculated using a Monte Carlo simulation code. It shows that the bondable range D expands depending on the acceleration voltage.

そこで、このシミュレーション結果をもとに、厚さ0.5mmのPDMSの成形シートを11枚積層して仮止めした積層体に対して、加速電圧2MeVの電子線を積層体の平均の吸収線量が2.2MGyとなるまで照射したところ、11枚のPDMSの成形シート間が完全に接合されたマイクロ流体デバイスが得られた。 Based on these simulation results, a stack of 11 0.5 mm thick PDMS molded sheets was temporarily bonded together and irradiated with an electron beam at an acceleration voltage of 2 MeV until the average absorbed dose of the stack reached 2.2 MGy. This resulted in a microfluidic device in which the 11 PDMS molded sheets were completely bonded together.

(実施例3)
(電子線によるPDMSフィルム間の接合)
厚さ0.5mm、1辺の長さが20mmの正方形PDMSフィルムを10枚積層した状態で仮止めし、加速電圧2MeVの電子線を積層体の平均の吸収線量が2MGyとなるまで照射した。
Example 3
(Bonding between PDMS films by electron beam)
Ten square PDMS films, each 0.5 mm thick and 20 mm long on a side, were temporarily stacked and irradiated with an electron beam at an acceleration voltage of 2 MeV until the average absorbed dose of the stack reached 2 MGy.

その結果、図4、図5に示すように、10枚のPDMSフィルムが各積層面間で完全に接合されたシリコーン接合体が得られた。このシリコーン接合体は、図4に示すように、高い透明性を保っている。 As a result, a silicone bonded structure was obtained in which ten PDMS films were completely bonded between their respective laminated surfaces, as shown in Figures 4 and 5. This silicone bonded structure maintained high transparency, as shown in Figure 4.

(実施例4)
(ガス透過性の評価)
厚さ1mm、15cm角のPDMSシートに1MeVの電子線を約2.2MGy照射し、未照射のPDMSシートと酸素透過性と水蒸気透過性を比較した。酸素透過性はJIS K7126-1 付属書2に、水蒸気透過性はJIS K7129-1 A法に準拠して評価した。結果を以下の表2に示すように、PDMSの酸素透過性、水蒸気透過性ともに照射後に減少しており、本発明によりガス透過性が低下し、ガスバリア性が向上することがわかる。
Example 4
(Evaluation of gas permeability)
A 1 mm thick, 15 cm square PDMS sheet was irradiated with approximately 2.2 MGy of 1 MeV electron beams, and the oxygen permeability and water vapor permeability were compared with those of an unirradiated PDMS sheet. Oxygen permeability was evaluated in accordance with JIS K7126-1 Appendix 2, and water vapor permeability was evaluated in accordance with JIS K7129-1 Method A. As shown in Table 2 below, both the oxygen permeability and water vapor permeability of PDMS decreased after irradiation, demonstrating that the present invention reduces gas permeability and improves gas barrier properties.

(実施例5)
(硬さの評価)
厚さ500μm、10mm×20mmのPDMSフィルムを3枚重ねたサンプルにガンマ線(コバルト60)を1.6MGy照射して接合した。照射前後、すなわち接合前後のサンプルの圧縮弾性率を、クリープメーター(RE2-3305B、山電)を用い、加重20Nで評価したところ、照射前は約3MPaであったヤング率が、照射後は約5.5MPaに上昇することがわかった。この結果から、本発明によりPDMSの圧縮弾性率が上昇することがわかる。
Example 5
(Hardness evaluation)
A sample consisting of three 500 μm-thick, 10 mm x 20 mm PDMS films was irradiated with 1.6 MGy of gamma rays (cobalt-60) and bonded. The compressive modulus of the sample before and after irradiation, i.e., before and after bonding, was evaluated using a creep meter (RE2-3305B, Yamaden) under a load of 20 N. It was found that the Young's modulus, which was approximately 3 MPa before irradiation, increased to approximately 5.5 MPa after irradiation. This result demonstrates that the compressive modulus of PDMS is increased by the present invention.

次に、本発明の第2実施の形態に係るマイクロ流体デバイス10とその製造方法を、図6、図7を用いて説明する。このマイクロ流体デバイス10は、2枚のカバーシート11a、11bと2枚のベースシート12a、12bを交互に4段に積層して構成され、積層方向で対向するカバーシート11の積層面13とベースシート12の積層面14の間に形成されるマイクロ流路15に有機化合物、生体試料などの微量の試料を注入し、マイクロ流路15内に注入される試料を混合、反応、合成、抽出、分離、若しくは分析する用途で使用される。 Next, a microfluidic device 10 according to a second embodiment of the present invention and a method for manufacturing the same will be described with reference to Figures 6 and 7. This microfluidic device 10 is constructed by alternately stacking two cover sheets 11a, 11b and two base sheets 12a, 12b in four layers. A minute amount of sample, such as an organic compound or a biological sample, is injected into a microchannel 15 formed between the stacking surface 13 of the cover sheet 11 and the stacking surface 14 of the base sheet 12, which face each other in the stacking direction. The device is used for mixing, reacting, synthesizing, extracting, separating, or analyzing the sample injected into the microchannel 15.

図7に示すように、上方から3段目のカバーシート11bは、その上方のベースシート12aに対向する上積層面13aにマイクロ流路15を形成する凹部15aが凹設されたベースシートを兼ね、また、上方から2段目のベースシート12aは、カバーシート11bの上積層面13aに凹設された凹部15aを覆うカバーシートを兼ねている。これにより、カバーシート11とベースシート12を4段に重ねた各積層面13、14の間に3段に分かれたマイクロ流路15が並列に形成される。 As shown in Figure 7, the third cover sheet 11b from the top doubles as a base sheet with recesses 15a that form microchannels 15 recessed into its upper stacking surface 13a facing the base sheet 12a above it, and the second base sheet 12a from the top doubles as a cover sheet that covers the recesses 15a recessed into its upper stacking surface 13a. As a result, three tiers of microchannels 15 are formed in parallel between the stacking surfaces 13, 14 of the four stacked cover sheets 11 and base sheets 12.

マイクロ流体デバイス10の素材として、シリコーン(PDMS)は、生体適合性、耐薬性、低自家蛍光性、光学的透明性、離型性に優れ、ガラスに比べ安価で使い捨て可能であることから、ここでは、カバーシート11とベースシート12のいずれもポリオルガノシロキサンの一種であるPDMSから形成されるが、積層面13、14にシロキサンの皮膜が形成されたシクロオレフィンポリマー(COP)等の有機樹脂で形成してもよい。また、積層方向で積層面13、14が対向するカバーシート11とベースシート12がいずれもガラスで形成されるものでなければ、カバーシート11とベースシート12のいずれか一方をSiO2を主成分とするガラスで形成してもよい。 As a material for the microfluidic device 10, silicone (PDMS) has excellent biocompatibility, chemical resistance, low autofluorescence, optical transparency, and mold releasability. It is also less expensive and disposable than glass. Therefore, here, both the cover sheet 11 and the base sheet 12 are formed from PDMS, a type of polyorganosiloxane. However, they may also be formed from an organic resin such as cycloolefin polymer (COP) with a siloxane coating formed on the lamination surfaces 13 and 14. Furthermore, if the cover sheet 11 and the base sheet 12, whose lamination surfaces 13 and 14 face each other in the lamination direction, are not both formed from glass, then either the cover sheet 11 or the base sheet 12 may be formed from glass whose main component is SiO2.

カバーシート11とベースシート12は、それぞれPDMSを成形材料として、電鋳の金型を用いたインジェクション成形で厚さが1.5mmの平板状に形成され、2段目から4段目のカバーシート11b、ベースシート12a、12bの表面(上積層面13a、14a)に、幅及び深さが500nm乃至1mmのマイクロ流路15を形成する凹部15aと、凹部15aと同一深さの応力緩和部となる多数の凹溝16が形成されている。 The cover sheet 11 and base sheet 12 are each formed from PDMS using an electroformed mold by injection molding into a flat plate with a thickness of 1.5 mm. The surfaces (upper layer surfaces 13a, 14a) of the second to fourth cover sheets 11b and base sheets 12a, 12b are provided with recesses 15a that form microchannels 15 with widths and depths of 500 nm to 1 mm, and numerous grooves 16 that serve as stress relief sections with the same depth as the recesses 15a.

マイクロ流路15を形成する凹部15aは、マイクロ流体デバイス10の用途に応じて、その長さや形状、本数が任意に設計され、凹部15aの一端は、後述する注入孔18や排出孔19にマイクロ流路15に連通させるために、図6に示すように、凹部15aの幅より長い内径の円筒形となっている。カバーシート11とベースシート12の各積層面13、14の間に3段に並列に形成されたマイクロ流路15の間は、2段目から4段目のカバーシート11b、ベースシート12a、12bにそれぞれ貫通する貫通孔17を介して連通している。 The recesses 15a that form the microchannels 15 can be designed in any length, shape, and number depending on the application of the microfluidic device 10. One end of the recesses 15a is cylindrical with an inner diameter longer than its width, as shown in Figure 6, to connect the microchannels 15 to the injection holes 18 and discharge holes 19 described below. The microchannels 15, formed in three parallel rows between the lamination surfaces 13, 14 of the cover sheet 11 and base sheet 12, are connected via through-holes 17 that penetrate the second to fourth cover sheets 11b and base sheets 12a, 12b, respectively.

また、応力緩和部となる多数の凹溝16は、直交する2方向に沿った多数の凹溝16が、マイクロ流路15を形成する凹部15aの形成部位を除くカバーシート11bの上積層面13aとベースシート12a、12bの上積層面14aの全域に、それぞれ交差して格子状にむらなく形成される。凹溝16は、カバーシート11bとベースシート12a、12bの端面まで連続して形成されるので、カバーシート11a、11bとベースシート12a、12bを交互に4段に積層したマイクロ流体デバイス10の側面で外部に連通する。 The numerous grooves 16 that serve as stress relief sections are formed in two perpendicular directions, intersecting and evenly in a grid pattern across the entire upper layer surface 13a of the cover sheet 11b and the upper layer surfaces 14a of the base sheets 12a and 12b, excluding the areas where the recesses 15a that form the microchannels 15 are formed. Because the grooves 16 are formed continuously to the end faces of the cover sheet 11b and the base sheets 12a and 12b, they communicate with the outside at the side of the microfluidic device 10, in which the cover sheets 11a and 11b and the base sheets 12a and 12b are alternately stacked in four layers.

本実施の形態によれば、カバーシート11bとベースシート12a、12bの表面(上積層面13a、14a)に凹設するマイクロ流路15を形成する凹部15aや応力緩和部となる凹溝16を同一の深さとするので、微細なマイクロ流路15を形成する凹部15aや凹溝16を高精度に成形可能な電鋳の金型を用いてインジェクション成形により形成することができる。 In this embodiment, the recesses 15a that form the microchannels 15 recessed into the surfaces (upper layer surfaces 13a, 14a) of the cover sheet 11b and base sheets 12a, 12b, and the grooves 16 that serve as stress relief sections, are made to the same depth. This allows the recesses 15a and grooves 16 that form the fine microchannels 15 to be formed by injection molding using an electroformed mold that can be molded with high precision.

最上段のカバーシート11aには、2段目のベースシート12aとの間に形成されるマイクロ流路15に連通する位置に、マイクロ流路15へ試料を注入する注入孔18とマイクロ流路15から試料を排出する排出孔19が穿設されている。 The top cover sheet 11a is provided with an injection hole 18 for injecting a sample into the microchannel 15 and a discharge hole 19 for discharging the sample from the microchannel 15, at positions that connect to the microchannel 15 formed between it and the second base sheet 12a.

尚、上述のように、ベースシート12とカバーシート11は、いずれもインジェクション成形で成形しているが、金型を用いて量産可能に成形できれば、流動数、PDMSの種類、ベースシート12やカバーシート11の形状に合わせて、適宜トランスファー成形、コンプレッション成形等の種々の成形法で成形することができる。 As mentioned above, both the base sheet 12 and the cover sheet 11 are formed by injection molding, but as long as they can be mass-produced using a mold, they can be formed using various molding methods such as transfer molding and compression molding, depending on the flow rate, type of PDMS, and shape of the base sheet 12 and cover sheet 11.

上述のように構成された2枚のカバーシート11a、11bと2枚のベースシート12a、12bは、図7に示すように、積層方向で対向する各積層面13、14間に電子線を照射することにより一体に接合され、各積層面13、14の間にマイクロ流路15が3段に並列に形成されたマイクロ流体デバイス10となっている。 As shown in Figure 7, the two cover sheets 11a, 11b and two base sheets 12a, 12b configured as described above are bonded together by irradiating the stacking surfaces 13, 14 facing each other in the stacking direction with an electron beam, resulting in a microfluidic device 10 in which microchannels 15 are formed in parallel in three tiers between the stacking surfaces 13, 14.

以下、このマイクロ流体デバイス10を製造する方法を説明する。始めに、上述したようにインジェクション成形で成形した2枚のカバーシート11a、11bと2枚のベースシート12a、12bを、最下段のベースシート12bから最上段のカバーシート11aまで順に下段側のシートに上段側のシートを相対位置決めしながら重ねていく。すなわち、4段目のベースシート12bの上積層面14aに凹設されたマイクロ流路を形成する凹部15aに3段目のカバーシート11bに穿設された貫通孔17が一致するように、ベースシート12bの上積層面14aにカバーシート11bの下積層面13bを貼り合わせ、その後、カバーシート11bの上積層面13aに凹設されたマイクロ流路を形成する凹部15aに2段目のベースシート12aに穿設された貫通孔17が一致するように、カバーシート11bの上積層面13aにベースシート12aの下積層面14bを貼り合わせ、更にその後、2段目のベースシート12aの上積層面14aに凹設されたマイクロ流路を形成する円筒形となった凹部15aの各一端に、1段目のカバーシート11aに穿設された注入孔18と排出孔19が一致するように、ベースシート12aの上積層面14aにカバーシート11aの下積層面13bを貼り合わせる。 The method for manufacturing this microfluidic device 10 is described below. First, two cover sheets 11a, 11b and two base sheets 12a, 12b, which have been formed by injection molding as described above, are stacked in order from the bottom base sheet 12b to the top cover sheet 11a, with the top sheets positioned relative to the bottom sheets. That is, the lower layer surface 13b of the cover sheet 11b is bonded to the upper layer surface 14a of the base sheet 12b so that the through-holes 17 formed in the third layer of cover sheet 11b are aligned with the recesses 15a forming the microchannels recessed in the upper layer surface 14a of the fourth layer of base sheet 12b; then, the lower layer surface 14b of the base sheet 12a is bonded to the upper layer surface 13a of the cover sheet 11b so that the through-holes 17 formed in the second layer of base sheet 12a are aligned with the recesses 15a forming the microchannels recessed in the upper layer surface 13a of the cover sheet 11b; and then, the lower layer surface 13b of the cover sheet 11a is bonded to the upper layer surface 14a of the base sheet 12a so that the injection hole 18 and discharge hole 19 formed in the first layer of cover sheet 11a are aligned with each end of the cylindrical recesses 15a forming the microchannels recessed in the upper layer surface 14a of the second layer of base sheet 12a.

カバーシート11とベースシート12間を相対位置決めしながら積層方向で対向する上下の積層面13、14を貼り合わせる上記アライメント工程では、積層面13、14間が接合されるものではないので、正確に位置決めされるまで何度も剥離させて張り直すことができる。また、PDMSには、ある程度の自己吸着性があるので、所定の治具などを用いずに、相対位置決めして交互に重ねた2枚のカバーシート11a、11bと、2枚のベースシート12a、12bを積層状態で仮保持できる。 In the above alignment process, which involves bonding the upper and lower stacking surfaces 13, 14 that face each other in the stacking direction while positioning the cover sheet 11 and base sheet 12 relative to each other, the stacking surfaces 13, 14 are not bonded together, so they can be peeled off and reattached multiple times until they are accurately positioned. Furthermore, because PDMS has a certain degree of self-adhesiveness, the two cover sheets 11a, 11b and the two base sheets 12a, 12b that have been positioned relative to each other and stacked alternately can be temporarily held in a stacked state without the use of a specific jig or the like.

続いて、4枚のシート11a、11b、12a、12bを積層させた積層体に、電離放射線を照射して、積層方向で対向する全てのカバーシート11の積層面13とベースシート12の積層面14間を同時に接合するが、PDMSのシートを4段重ねた積層体の厚さが6mmであることから、図3に示すシミュレーション結果を参照し、加速電圧2MeVの電子線を照射する。 Next, the laminate consisting of four sheets 11a, 11b, 12a, and 12b is irradiated with ionizing radiation to simultaneously bond the laminate surface 13 of all cover sheets 11 and the laminate surface 14 of all base sheets 12 that face each other in the stacking direction. However, since the thickness of the laminate consisting of four layers of PDMS sheets is 6 mm, the simulation results shown in Figure 3 are referenced and an electron beam with an acceleration voltage of 2 MeV is irradiated.

電子線は、積層体の積層方向(鉛直方向)に沿って、最上段のカバーシート11aの平面全体にむらなく照射し、これにより、積層方向で対向する全てのカバーシート11の積層面13とベースシート12の積層面14間が同時に強固に接合され、2枚のカバーシート11a、11bと2枚のベースシート12a、12bが交互に一体に積層されたマイクロ流体デバイス10が製造される。 The electron beam is irradiated evenly across the entire plane of the top cover sheet 11a along the stacking direction (vertical direction) of the laminate, thereby simultaneously and firmly bonding the stacking surfaces 13 of all cover sheets 11 and the stacking surfaces 14 of all base sheets 12 that face each other in the stacking direction, producing a microfluidic device 10 in which two cover sheets 11a, 11b and two base sheets 12a, 12b are alternately stacked together.

このマイクロ流体デバイス10は図7の破線で示すように、上下のマイクロ流路15間を貫通孔17を介して連通させているので、所望のマイクロ流路15を立体形状で設計できる。 As shown by the dashed lines in Figure 7, this microfluidic device 10 connects the upper and lower microchannels 15 via through-holes 17, allowing the desired microchannels 15 to be designed in a three-dimensional shape.

電子線を照射する工程では、マイクロ流路15の形成部位を含む2枚のカバーシート11a、11bと2枚のベースシート12a、12bの全域に電子線が透過する。従って、マイクロ流路15の内壁面の水に対する接触角は低下し、マイクロ流路15に注入される水溶液が表面張力によってマイクロ流路15内に滞ることがない。 During the electron beam irradiation process, the electron beam penetrates the entire area of the two cover sheets 11a, 11b and the two base sheets 12a, 12b, including the area where the microchannel 15 is formed. Therefore, the contact angle of the inner wall surface of the microchannel 15 with water decreases, and the aqueous solution injected into the microchannel 15 does not stagnate within the microchannel 15 due to surface tension.

同様に、電子線を照射する工程では、マイクロ流路15の形成部位を含む2枚のカバーシート11a、11bと2枚のベースシート12a、12bの全域に電子線が透過するので、PDMSからなるカバーシート11a、11bと2枚のベースシート12a、12bのガス透過率が低下する。その結果マイクロ流路15に注入された試料のカバーシート11a、11b、ベースシート12a、12b内への収着を抑制できる。 Similarly, during the electron beam irradiation process, the electron beam penetrates the entire area of the two cover sheets 11a, 11b and the two base sheets 12a, 12b, including the area where the microchannel 15 is formed, thereby reducing the gas permeability of the PDMS cover sheets 11a, 11b and the two base sheets 12a, 12b. As a result, sorption of the sample injected into the microchannel 15 into the cover sheets 11a, 11b and base sheets 12a, 12b can be suppressed.

更に、マイクロ流路15には、積層面13、14の間に外部と遮断された状態で電子線が透過することで、試料を注入する前のマイクロ流路15内が滅菌される。 Furthermore, electron beams pass through the microchannel 15 between the stacking surfaces 13 and 14 while being shielded from the outside, thereby sterilizing the inside of the microchannel 15 before the sample is injected.

更に、カバーシート11a、11bと2枚のベースシート12a、12bに電子線か透過することにより収縮するが、応力緩和部である凹溝16において収縮歪みが吸収されるので、カバーシート11a、11bと2枚のベースシート12a、12bの平坦に維持できる。その結果、カバーシート11とベースシート12を多段に重ねても、マイクロ流体デバイス10の全体が大きく湾曲したり、撓むこともない。 Furthermore, the cover sheets 11a, 11b and the two base sheets 12a, 12b shrink when electron beams penetrate them, but the shrinkage strain is absorbed by the stress relief grooves 16, allowing the cover sheets 11a, 11b and the two base sheets 12a, 12b to remain flat. As a result, even when the cover sheets 11 and base sheets 12 are stacked in multiple layers, the entire microfluidic device 10 does not bend or flex significantly.

更に、PDMSからなるカバーシート11やベースシート12に電子線か透過することにより、CH(メチル基)等の側鎖がガスとなってカバーシート11やベースシート12内に発生するが、PDMSの微細孔と応力緩和部である凹溝16を介して外部に放出されるので、カバーシート11やベースシート12内、若しくはその積層面13、14にボイドが発生する恐れがない。 Furthermore, when an electron beam penetrates the cover sheet 11 or base sheet 12 made of PDMS, side chains such as CH3 (methyl group) turn into gas and are generated within the cover sheet 11 or base sheet 12. However, this gas is released to the outside through the micropores in the PDMS and the grooves 16, which are stress relief sections, so there is no risk of voids being generated within the cover sheet 11 or base sheet 12 or on their laminated surfaces 13 and 14.

この第2実施の形態では、電子線を照射して、交互に積層されるカバーシート11とベースシート12間を接合しているが、ガンマ線、エックス線などの他の電離放射線を照射して接合してもよい。 In this second embodiment, the alternately stacked cover sheets 11 and base sheets 12 are bonded together by irradiating them with electron beams, but they may also be bonded together by irradiating them with other ionizing radiation such as gamma rays or X-rays.

また、上実施の形態では、4段に積層したカバーシート11とベースシート12間を電離放射線を照射して接合したが、仮止めされた積層体の全ての接合する積層面間に電離放射線が到達する限り、カバーシート11とベースシート12を多段に積層したマイクロ流体デバイス10にも適用できる。 In addition, in the above embodiment, the cover sheet 11 and base sheet 12, which are stacked in four layers, are bonded by irradiating them with ionizing radiation. However, this can also be applied to a microfluidic device 10 in which cover sheets 11 and base sheets 12 are stacked in multiple layers, as long as ionizing radiation reaches between all of the bonded layers of the temporarily bonded laminate.

また、電離放射線を照射する照射方向は、上記鉛直方向に限らず、また、カバーシート11の積層面13とベースシート12の積層面14の全面を接合する必要がなければ、仮保持した積層体の表面の一部に電子線を照射してもよい。 Furthermore, the direction of irradiation with ionizing radiation is not limited to the vertical direction described above. Furthermore, if it is not necessary to bond the entire surface of the laminated surface 13 of the cover sheet 11 and the entire surface of the laminated surface 14 of the base sheet 12, the electron beam may be irradiated onto only a portion of the surface of the temporarily held laminate.

本発明は、複数の箇所でシリコーンの成形体間を接合して製造されるシリコーン接合体に適している。 The present invention is suitable for silicone bonded bodies manufactured by bonding silicone molded bodies together at multiple locations.

1 シリコーン接合体
2(2a、2b、2c) 第1成形体
3(3a、3b、3c) 第2成形体
4a~4h 接触領域
10 マイクロ流体デバイス
11a、11b カバーシート(第1成形シート)
12a、12b ベースシート(第2成形シート)
13 積層面(第1成形面)
14 積層面(第2積層面)
15 マイクロ流路
16 凹溝(応力緩和部)
REFERENCE SIGNS LIST 1 Silicone bonded body 2 (2a, 2b, 2c) First molded body 3 (3a, 3b, 3c) Second molded body 4a to 4h Contact area 10 Microfluidic device 11a, 11b Cover sheet (first molded sheet)
12a, 12b: base sheet (second molding sheet)
13 Lamination surface (first molding surface)
14 Laminated surface (second laminated surface)
15 Microchannel 16 Groove (stress relaxation portion)

Claims (13)

ポリオルガノシロキサンを主成分とする1又は2以上の第1成形体と、ポリオルガノシロキサン若しくはガラスを主成分とする1又は2以上の第2成形体とを複数同時に接合する接合体の接合方法であって、
前記第1成形体および前記第2成形体が接触した状態で、これらが接触する1又は2以上の接触点に、電子線、ガンマ線、エックス線のうちのいずれか1つからなる電離放射線を照射し、前記接触点の界面において、前記第1成形体のシロキサン主鎖と前記第2成形体のシロキサン主鎖とを前記電離放射線による電離放射線架橋で共有結合することを特徴とする接合方法。
A method for joining a plurality of joined bodies, in which one or more first molded bodies mainly composed of polyorganosiloxane and one or more second molded bodies mainly composed of polyorganosiloxane or glass are simultaneously joined,
A bonding method characterized by irradiating one or more contact points where the first molded body and the second molded body are in contact with each other with ionizing radiation consisting of any one of electron beams, gamma rays, and X-rays, and covalently bonding the siloxane main chains of the first molded body and the siloxane main chains of the second molded body at the interface of the contact points by ionizing radiation crosslinking caused by the ionizing radiation.
前記電離放射線は、電子線またはガンマ線のいずれかであり、前記接触点における前記電離放射線の吸収線量が860kGy以上であることを特徴とする請求項1に記載の接合方法。 The joining method described in claim 1, characterized in that the ionizing radiation is either an electron beam or a gamma ray, and the absorbed dose of the ionizing radiation at the contact point is 860 kGy or more. 前記電離放射線は、電子線であり、前記電子線の加速電圧が500keV以上であることを特徴とする請求項1に記載の接合方法。 The bonding method described in claim 1, characterized in that the ionizing radiation is an electron beam, and the acceleration voltage of the electron beam is 500 keV or more. 第1成形シートと、
前記第1成形シートに積層される第2成形シートとを備え、
積層方向で接する前記第1成形シートの第1積層面と前記第2成形シートの第2積層面が、その間にマイクロ流路を形成した状態で接合され、前記第1成形シートと前記第2成形シートが一体に積層されたマイクロ流体デバイスであって、
前記第1成形シートは、ポリオルガノシロキサンから形成されるとともに、
前記第2成形シートは、ポリオルガノシロキサン、ガラス若しくは前記第2積層面にシロキサンの皮膜が形成された有機樹脂から形成され、
積層方向で接する前記第1積層面と前記第2積層面が、前記第1積層面と前記第2積層面を透過する、電子線、ガンマ線、エックス線のうちのいずれか1つからなる電離放射線によって、前記第1積層面のシロキサン主鎖と前記第2積層面のシロキサン主鎖とが前記電離放射線による電離放射線架橋で共有結合し、前記第1成形シートと前記第2成形シートが一体に積層されることを特徴とするマイクロ流体デバイス。
A first molded sheet;
a second molded sheet laminated on the first molded sheet,
a microfluidic device in which a first lamination surface of the first molded sheet and a second lamination surface of the second molded sheet that are in contact with each other in a lamination direction are joined together with a microchannel formed therebetween, and the first molded sheet and the second molded sheet are laminated together,
The first molded sheet is formed from polyorganosiloxane,
The second molded sheet is formed from polyorganosiloxane, glass, or an organic resin having a siloxane coating formed on the second lamination surface,
A microfluidic device characterized in that the first and second stacking surfaces, which are in contact in the stacking direction, are exposed to ionizing radiation consisting of any one of electron beams, gamma rays, and X-rays that passes through the first and second stacking surfaces, causing the siloxane main chains of the first and second stacking surfaces to be covalently bonded by ionizing radiation crosslinking caused by the ionizing radiation, thereby stacking the first and second molded sheets together.
前記マイクロ流路の形成部位を除く前記第1積層面と前記第2積層面の少なくともいずれかの積層面に、一体に積層される前記第1成形シートと前記第2成形シートの側面に連通する凹溝若しくはスリットからなる応力緩和部が形成されていることを特徴とする請求項4に記載のマイクロ流体デバイス。 The microfluidic device described in claim 4, characterized in that a stress relief portion consisting of a recessed groove or slit communicating with the side surfaces of the first molded sheet and the second molded sheet, which are laminated together, is formed on at least one of the first and second laminated surfaces, excluding the area where the microchannel is formed. 前記電離放射線は、電子線であることを特徴とする請求項4又は請求項5のいずれか1項に記載のマイクロ流体デバイス。 A microfluidic device according to any one of claims 4 and 5, characterized in that the ionizing radiation is an electron beam. 第1成形シートと第2成形シートを積層し、
積層方向で対向する前記第1成形シートの第1積層面と前記第2成形シートの第2積層面との間にマイクロ流路が形成された状態で、前記マイクロ流路の形成部位を除く前記第1積層面と前記第2積層面間を接合するマイクロ流体デバイスの製造方法であって、
ポリオルガノシロキサンからなる前記第1成形シートと、ポリオルガノシロキサン、ガラス若しくは前記第2積層面にシロキサンの皮膜が形成された有機樹脂からなる前記第2成形シートとを積層し、
積層した前記第1成形シートと前記第2成形シートを相対位置決めし、
相対位置決めして積層した前記第1成形シート及び/又は前記第2成形シートに電子線、ガンマ線、エックス線のうちのいずれか1つからなる電離放射線を照射し、前記第1積層面と前記第2積層面とが接触する接触面において、前記第1積層面のシロキサン主鎖と前記第2積層面のシロキサン主鎖とを前記電離放射線による電離放射線架橋で共有結合し、
前記マイクロ流路の形成部位を除く前記第1積層面と前記第2積層面とを接合することを特徴とするマイクロ流体デバイスの製造方法。
The first molded sheet and the second molded sheet are laminated together,
A method for manufacturing a microfluidic device, comprising bonding a first lamination surface of the first molded sheet and a second lamination surface of the second molded sheet, the first lamination surface and the second lamination surface being opposed to each other in a lamination direction, excluding a portion where the microchannel is formed, the method comprising:
The first molded sheet made of polyorganosiloxane and the second molded sheet made of polyorganosiloxane, glass, or an organic resin having a siloxane coating formed on the second lamination surface are laminated together,
The stacked first molded sheet and the second molded sheet are positioned relative to each other,
the first molded sheet and/or the second molded sheet, which are positioned relative to one another and stacked, are irradiated with ionizing radiation consisting of any one of electron beams, gamma rays, and X-rays, and at the contact surface where the first stacking surface and the second stacking surface come into contact, the siloxane main chains of the first stacking surface and the siloxane main chains of the second stacking surface are covalently bonded by ionizing radiation crosslinking caused by the ionizing radiation;
A method for manufacturing a microfluidic device, comprising bonding the first and second stacking surfaces together except for a portion where the microchannel is to be formed.
1又は2以上の前記第1成形シートと1又は2以上の前記第2成形シートを交互に多段に積層し、
積層方向で隣り合う全ての前記第1成形シートと前記第2成形シートを相対位置決めし、
相対位置決めして多段に積層した前記第1成形シート及び/又は前記第2成形シートに前記電離放射線を照射し、
前記マイクロ流路の形成部位を除く全ての前記第1積層面と前記第2積層面を同時に接合することを特徴とする請求項7に記載のマイクロ流体デバイスの製造方法。
One or more of the first molded sheets and one or more of the second molded sheets are alternately stacked in multiple layers,
All of the first molded sheets and the second molded sheets adjacent to each other in the stacking direction are positioned relative to each other,
Irradiating the first molded sheet and/or the second molded sheet, which are positioned relative to each other and stacked in multiple layers, with the ionizing radiation;
8. The method for manufacturing a microfluidic device according to claim 7, wherein the first and second stacking surfaces are simultaneously bonded to each other in their entirety except for the portion where the microchannel is formed.
前記第1成形シート及び/又は前記第2成形シートを前記積層方向に貫通する貫通孔が、前記第1積層面と前記第2積層面との間に形成される前記マイクロ流路に連通するように、前記積層方向で隣り合う全ての前記第1成形シートと前記第2成形シートを相対位置決めすることを特徴とする請求項8に記載のマイクロ流体デバイスの製造方法。 A method for manufacturing a microfluidic device as described in claim 8, characterized in that all of the first molded sheets and the second molded sheets adjacent in the stacking direction are positioned relative to each other so that through holes penetrating the first molded sheet and/or the second molded sheet in the stacking direction communicate with the microchannel formed between the first stacking surface and the second stacking surface. 前記マイクロ流路の形成部位を除く前記第1積層面と前記第2積層面の少なくともいずれかの積層面に、前記第1積層面と前記第2積層面を接合して一体化される前記第1成形シートと前記第2成形シートの側面に連通する凹溝若しくはスリットからなる応力緩和部が形成されていることを特徴とする請求項7乃至請求項9のいずれか1項に記載のマイクロ流体デバイスの製造方法。 A method for manufacturing a microfluidic device according to any one of claims 7 to 9, characterized in that a stress relief portion consisting of a recessed groove or slit communicating with the side surfaces of the first molded sheet and the second molded sheet that are integrated by bonding the first molded sheet and the second molded sheet is formed on at least one of the first and second molded sheet surfaces, excluding the area where the microchannel is formed. 前記マイクロ流路と前記凹溝の前記第1積層面と前記第2積層面からの深さが同一であることを特徴とする請求項10に記載のマイクロ流体デバイスの製造方法。 The method for manufacturing a microfluidic device described in claim 10, characterized in that the microchannel and the recessed groove have the same depth from the first stacking surface and the second stacking surface. 前記マイクロ流路の形成部位を含む前記第1成形シート及び/又は前記第2成形シートの全面に、前記積層方向に沿って前記電離放射線を照射することを特徴とする請求項7乃至請求項9のいずれか1項に記載のマイクロ流体デバイスの製造方法。 A method for manufacturing a microfluidic device according to any one of claims 7 to 9, characterized in that the ionizing radiation is irradiated along the stacking direction onto the entire surface of the first molded sheet and/or the second molded sheet, including the portion where the microchannel is formed. 前記電離放射線は、電子線であることを特徴とする請求項7乃至請求項9のいずれか1項に記載のマイクロ流体デバイスの製造方法。 A method for manufacturing a microfluidic device according to any one of claims 7 to 9, wherein the ionizing radiation is an electron beam.
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