專利名稱：微流體器件及其制造方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種微流體器件以及該器件的制造方法，該器件在通道內(nèi)表面上具有采用三維網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)的多孔樹(shù)脂層。
背景技術(shù)：
近年來(lái)在各種領(lǐng)域中，包括在醫(yī)學(xué)診斷和生化試驗(yàn)中，開(kāi)始嘗試使用微流體器件來(lái)分析包含痕量DNA、生物物質(zhì)等的流體的組分。
微流體器件也稱作微觀流體器件、微制造器件、芯片上的實(shí)驗(yàn)室(lab-on-a-chip)和微量全分析系統(tǒng)(μ-TAS)，并且通過(guò)在器件內(nèi)部包含的細(xì)小毛細(xì)管中進(jìn)行反應(yīng)和分析，能夠加速反應(yīng)和分析，減少所需試劑的量和減少?gòu)U品。
在使用這種微流體器件，以通過(guò)將酶、催化劑和官能團(tuán)等固定在通道內(nèi)表面上，與流體狀態(tài)的樣品反應(yīng)的情況下，或者在通過(guò)固定探針，例如特定序列的DNA片斷，來(lái)檢測(cè)樣品中的DNA等的情況下，為了提高反應(yīng)速度和分析靈敏度，固定更大量的酶、催化劑或DNA片斷或其他探針是很重要的。
優(yōu)選使通道內(nèi)部成為多孔狀，以增加通道中如上所述的官能團(tuán)、(生物)化學(xué)物質(zhì)或生物物質(zhì)的固定量。內(nèi)部形成多孔體的通道的一個(gè)已知實(shí)例是整個(gè)通道內(nèi)部都是多孔體并且是用如下方法形成的通道將硅或鋁板在從板表面到固定深度范圍內(nèi)通過(guò)蝕刻和加熱處理使其成為多孔狀，接著將覆蓋物粘附在多孔表面上(參見(jiàn)日本未審查專利申請(qǐng)，第一次公開(kāi)H6-169756)。但是，由于這種通道的整個(gè)內(nèi)部都是多孔狀的，流經(jīng)該通道的流體流經(jīng)多孔體的孔隙，流體以合適的流速通過(guò)通道需要幾百Kpa的高壓。因此，要求微流體器件和引入流體的連接端口具有能夠承受高壓的堅(jiān)固結(jié)構(gòu)。另外，由于這些無(wú)機(jī)材料除了引入到表面上的官能團(tuán)的種類受限制外，其固定密度小，因而即使采用多孔體，它們最終(ended up)仍然是不合適的。而且，由于硅和金屬是不透光的，從而妨礙了從外面觀察固定到多孔體內(nèi)部的顏料和熒光顏料，它們無(wú)助于光吸收或熒光檢測(cè)靈敏度的改善。由于這些材料是不透光的，所以在熒光測(cè)量過(guò)程中有大量的激發(fā)光散射，而且由于激發(fā)光不能被濾光器完全截除而最終進(jìn)入接收側(cè)，所以所測(cè)熒光強(qiáng)度的基線變得更高，從而引起S/N比的下降和可靠度的降低。而且，由于硅和金屬具有高導(dǎo)熱性，所以難以在通道里提供溫度梯度，從而限制了微流體器件的用途。
另一方面，由于樹(shù)脂(有機(jī)聚合物)有多種可以引入到它們表面上的官能團(tuán)，而且那些官能團(tuán)的固定密度高，所以優(yōu)選將它們用作微流體器件的通道內(nèi)表面的構(gòu)成材料(參見(jiàn)日本未審查專利申請(qǐng)，第一次公開(kāi)2000-2705)。但是，在如已知的樹(shù)脂微流體器件制造方法(例如，參見(jiàn)日本未審查專利申請(qǐng)，第一次公開(kāi)2000-46797)那樣，涉及形成有槽通道的方法中，盡管據(jù)描述了這樣一種方法，其中通過(guò)采用如下方法在基材表面上形成微小的表面不規(guī)則性來(lái)形成在底部具有微小表面不規(guī)則性的有槽通道采用電子蝕刻方法，在基材表面上涂布活化能束固化性化合物，將能束輻照到通道以外的那些部分以固化活化能束固化性化合物，并且除去非輻照部分的未固化的活化能束固化性化合物，由于這種方法只涉及提供表面不規(guī)則性使所述微流體器件的通道底部具有親水性，所以沒(méi)有形成三維網(wǎng)狀多孔層。盡管不知道這種含有具有表面不規(guī)則性的內(nèi)表面的微流體器件所固定的探針是否比未處理內(nèi)表面的微流體器件多，但是根據(jù)本發(fā)明的發(fā)明人進(jìn)行的驗(yàn)證實(shí)驗(yàn)，增加程度小而不認(rèn)為是合適的。
另一方面，公開(kāi)了一種取代通道表面而增加酶或催化劑在板表面等上固定量的方法，其中在所述板表面上形成薄多孔層，接著在其上固定酶或催化劑(參見(jiàn)日本未審查專利申請(qǐng)，第一次公開(kāi)2000-2705)。但是，迄今仍不知道在微流體器件微小通道內(nèi)表面的一側(cè)上提供這樣的多孔層的方法。
另外，公開(kāi)了一種制造親水多孔膜的方法，其中將能束固化性樹(shù)脂、線性聚合物和溶劑的混合溶液涂布在基材上并用能量輻照，接著與線性聚合物的非溶劑接觸，引起相分離(參見(jiàn)日本未審查專利申請(qǐng)，第一次公開(kāi)10-007,835)。但是，同樣關(guān)于這種方法，至今仍不知道在微流體器件微小通道內(nèi)表面上以均勻厚度提供這種樹(shù)脂的方法。
本發(fā)明所要解決的目標(biāo)有如下方面組成提供一種微流體器件，其中在通道表面上形成均勻厚度的具有三維網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)的多孔樹(shù)脂層，該多孔樹(shù)脂層能夠最優(yōu)化地在微流體器件微小通道內(nèi)表面上固定大量酶、抗原或其他蛋白或催化劑，而不阻塞微流體器件的通道；提供一種微流體器件，其中在通道流動(dòng)方向的任意位置上形成所述的多孔樹(shù)脂層；提供一種微流體器件，其中在通道的截面部分上形成所述的多孔樹(shù)脂層，以及提供一種所述微流體器件的制造方法。

發(fā)明內(nèi)容
作為為達(dá)到上述目的而進(jìn)行的詳盡研究的結(jié)果，本發(fā)明的發(fā)明人發(fā)現(xiàn)可以通過(guò)如下方法達(dá)到上述目的在襯底表面上預(yù)先形成具有三維網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)的多孔樹(shù)脂層，并使用活化能束固化性組合物在多孔樹(shù)脂層中形成凹部，該凹部在其底表面上有具有三維網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)的多孔樹(shù)脂層，接著通過(guò)將充當(dāng)覆蓋物的構(gòu)件粘附到所述凹部上，形成通道，從而導(dǎo)致了本發(fā)明的完成。
即，本發(fā)明提供一種微流體器件，該微流體器件包含襯底、具有三維網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)的多孔樹(shù)脂層、通道和覆蓋物；其中，所述微流體器件(I)在襯底的上部有所述多孔樹(shù)脂層，(II)所述多孔樹(shù)脂層除通道部分外，被浸漬的活化能束固化性樹(shù)脂組合物(X)的可固化樹(shù)脂所填充，且未被活化能束固化性樹(shù)脂組合物(X)所填充的(III)通道具有由以下組成的壁表面具有三維網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)的多孔樹(shù)脂層，活化能束固化性樹(shù)脂組合物(X)的可固化樹(shù)脂層以及覆蓋物，該可固化樹(shù)脂層形成于填充有活化能束固化性樹(shù)脂組合物(X)可固化樹(shù)脂的三維網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)的多孔樹(shù)脂層上部，并形成為空腔形狀。
另外，本發(fā)明提供一種微流體器件的制造方法，該方法包括以下步驟(1)一個(gè)步驟，其中在襯底表面上形成含有大量孔隙的具有三維網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)的多孔樹(shù)脂層；(2)一個(gè)步驟，其中將含有活化能束聚合性化合物(a)的活化能束固化性樹(shù)脂組合物(X)涂布在所述多孔樹(shù)脂層上，形成所述組合物(X)的未固化涂層，用活化能束輻照除充當(dāng)通道部分外的未固化涂層，形成組合物(X)的固化或半固化涂層，除去非輻照部分的未固化組合物(X)，并形成凹部，其中在底表面上暴露具有三維網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)的多孔樹(shù)脂層；和(3)一個(gè)步驟，其中將充當(dāng)覆蓋物的另一構(gòu)件粘附到含有凹部的構(gòu)件的凹部上，使凹部以空腔形狀起通道作用；其中，更優(yōu)選在襯底表面上形成具有三維網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)的多孔樹(shù)脂層的步驟由如下工序組成將活化能束固化性膜沉積液(J)涂布到襯底上，該膜沉積液(J)含有活化能束聚合性化合物(b)和不良溶劑(R)，所述的不良溶劑(R)和化合物(b)相容，但和化合物(b)形成的聚合物不相容，接著用活化能束輻照膜沉積液(J)，并在襯底表面上形成具有三維網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)的多孔樹(shù)脂層。
在使用本發(fā)明的微流體器件作為液相色譜構(gòu)件的情況下，由于即使使展開(kāi)劑在低壓下流動(dòng)，也可以進(jìn)行高速分析，因而沒(méi)有必要使分離柱或含有展開(kāi)劑的供給管線間的連接具有耐高壓性，而且由于容易結(jié)合到μ-TAS中而整個(gè)μ-TAS器件不要求堅(jiān)固結(jié)構(gòu)，所以分離目標(biāo)即使在極少樣品體積的情況下也可以被優(yōu)先分離。另外，由于與現(xiàn)有技術(shù)相比，可以使含有官能團(tuán)或具有分子識(shí)別功能的(生物)化學(xué)物質(zhì)的固定量變得非常大，所以可以增加可允許的樣品進(jìn)樣體積，導(dǎo)致定量和精度提高，靈敏度也得到提高。而且，由于該器件具有高產(chǎn)率，并且可以低成本制造，這樣的器件也可以用作一次性產(chǎn)品。
另外，由于能夠只在通道底表面上形成具有三維網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)的多孔樹(shù)脂層，所以可以通過(guò)通道用光學(xué)方法觀察所述多孔樹(shù)脂層的表面，從而可以進(jìn)行高靈敏的和高定量化的測(cè)量。
另外，在使用本發(fā)明的微流體器件作為親合電泳的構(gòu)件的情況下，可以通過(guò)使用微流體器件作為電泳介質(zhì)而不使用溶膠或凝膠進(jìn)行分析，從而消除了使用前的復(fù)雜制備程序的必要，減小市場(chǎng)流通過(guò)程中性能劣化，并且能夠以干燥狀態(tài)儲(chǔ)存，便于儲(chǔ)存和市場(chǎng)流通。另外，由于與現(xiàn)有技術(shù)相比，可以使含有官能團(tuán)或具有分子識(shí)別功能的(生物)化學(xué)物質(zhì)的固定量變得非常大，因而可以增加可允許的樣品進(jìn)樣體積，導(dǎo)致定量和精度提高，靈敏度也得到提高。而且，由于可以只在通道底表面上形成具有三維網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)的多孔樹(shù)脂層，可以通過(guò)通道用光學(xué)方法觀察多孔樹(shù)脂層的表面，從而可以進(jìn)行高靈敏的和高定量化的測(cè)量。
在使用本發(fā)明的微流體器件作為DNA分析或免疫診斷等的微陣列構(gòu)件時(shí)，由于與現(xiàn)有技術(shù)相比，可以使探針的固定量變得非常大，從而導(dǎo)致檢測(cè)靈敏度提高，定量提高且分析更快。另外，由于具有三維網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)的多孔樹(shù)脂層是作為一個(gè)斑點(diǎn)形成于通道內(nèi)部，并且在每個(gè)斑點(diǎn)上可以固定不同的探針，所以可以用單個(gè)通道分析多個(gè)參數(shù)。而且，由于能夠只在通道底表面上形成具有三維網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)的多孔樹(shù)脂層，所以可以通過(guò)通道用光學(xué)方法觀察多孔樹(shù)脂層的表面，從而可以進(jìn)行高靈敏的和高定量化的測(cè)量。
在使用本發(fā)明的微流體器件作為微型反應(yīng)器的反應(yīng)槽或反應(yīng)管時(shí)，由于可以增加催化劑、酶等的固定量，所以反應(yīng)速度和產(chǎn)率得以改善。另外，由于可以在通道內(nèi)部任意區(qū)域形成具有三維網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)的多孔樹(shù)脂層，并且可以在每個(gè)區(qū)域固定不同的催化劑等，所以用單個(gè)通道可以進(jìn)行多級(jí)反應(yīng)。
由于本發(fā)明制造方法的使用排除了必須隨后在狹窄通道中形成多孔樹(shù)脂層的困難和限制，所以可以容易地制造微流體器件，該微流體器件在通道表面上含有均勻厚度的具有三維網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)的多孔樹(shù)脂層，而不阻塞微流體器件微小通道內(nèi)表面上的通道。另外，可以容易地將所述多孔樹(shù)脂層的厚度、孔隙形狀和孔徑調(diào)節(jié)到所用目的的最優(yōu)值。而且，在流動(dòng)方向上的通道部分中，容易提供任意長(zhǎng)度的具有三維網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)的多孔樹(shù)脂層形成部分，例如斑點(diǎn)狀多孔樹(shù)脂層部分。另外，通道內(nèi)部的流體通過(guò)通道底部上的多孔樹(shù)脂層以外的多孔樹(shù)脂層部分沒(méi)有泄漏的現(xiàn)象。
根據(jù)本發(fā)明的制造方法，由于可以容易地將形成在微小通道內(nèi)表面上的具有三維網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)的多孔樹(shù)脂層的孔徑和厚度調(diào)節(jié)到所用目的的最優(yōu)值，所以可以提高比表面積，可以固定大量物質(zhì)，并且可以使用最小量的試劑在短時(shí)間內(nèi)高靈敏度和高精度地進(jìn)行(生物)化學(xué)分析和檢測(cè)。另外，由于可以只在通道底表面上形成具有三維網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)的多孔樹(shù)脂層，所以可以通過(guò)通道用光學(xué)方法觀察多孔樹(shù)脂層的表面，從而能夠在用于分析時(shí)進(jìn)行高靈敏的測(cè)量。而且，在流動(dòng)方向上的通道部分中，容易提供任意長(zhǎng)度的多孔樹(shù)脂層形成部分，例如斑點(diǎn)狀多孔樹(shù)脂層部分。
另外，通過(guò)在形成多孔樹(shù)脂層的步驟之后，提供將具有三維網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)的多孔樹(shù)脂層表面進(jìn)行表面處理或改性的步驟，可以將活性官能團(tuán)引入到多孔樹(shù)脂層的表面上，并且可以將多種(生物)化學(xué)物質(zhì)和生物物質(zhì)通過(guò)和這些官能團(tuán)反應(yīng)形成而共價(jià)結(jié)合，而固定到多孔樹(shù)脂層表面上。當(dāng)然，可以通過(guò)離子性結(jié)合或疏水性結(jié)合產(chǎn)生的吸附作用來(lái)固定這些物質(zhì)。此時(shí)，如先前所述，可以形成多個(gè)多孔樹(shù)脂層斑點(diǎn)，可以在所述多個(gè)多孔斑點(diǎn)的每一個(gè)斑點(diǎn)處引入不同種類和濃度的官能團(tuán)，或者可以容易地固定不同種類的物質(zhì)。
而且，作為使組合物(X)的粘度在25℃下為30～3000mPa·s的結(jié)果，當(dāng)將組合物(X)涂布到多孔樹(shù)脂層上時(shí)，組合物(X)快速滲透具有三維網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)的多孔樹(shù)脂層，從而可以在通道中的流體通過(guò)通道底部上的多孔樹(shù)脂層以外的多孔樹(shù)脂層部分沒(méi)有泄漏的情況下，很容易地制造微流體器件。另外，作為使粘度處于上述范圍的結(jié)果，當(dāng)在用活化能束輻照后除去非輻照部分的未固化組合物(X)時(shí)，組合物(X)被完全清除出多孔樹(shù)脂層。


圖1是實(shí)施例1中制造的具有三維網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)的多孔樹(shù)脂層的掃描電子顯微照片。
具體實(shí)施例方式
本發(fā)明微流體器件的制造方法，所述微流體器件在通道內(nèi)表面上具有三維網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)的多孔樹(shù)脂層，至少包括由如下步驟(1)～(3)(1)一個(gè)步驟，其中在襯底表面上形成含有大量孔隙的具有三維網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)的多孔樹(shù)脂層；(2)一個(gè)步驟，其中將含有活化能束聚合性化合物(a)的活化能束固化性樹(shù)脂組合物(X)涂布在多孔樹(shù)脂層上，用活化能束輻照除充當(dāng)通道部分外的未固化涂層，形成組合物(X)的固化或半固化涂層，除去非輻照部分的未固化組合物(X)，并形成凹部，其中在底表面上暴露具有三維網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)的多孔樹(shù)脂層；和(3)一個(gè)步驟，其中將充當(dāng)覆蓋物的另一構(gòu)件粘附到含有凹部的構(gòu)件的凹部上，使凹部以空腔形狀起通道作用。
步驟(1)中形成含有大量孔隙的具有三維網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)的多孔樹(shù)脂層的方法可以是任意方法，前提條件是可以形成所述多孔樹(shù)脂層，例如，可以使用下述四種方法種的任何一種。此處提到的三維網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)是指這樣一種結(jié)構(gòu)，其中孔隙(空隙)和充當(dāng)它們的基體的樹(shù)脂是分別在三維方向上連接的，并且所述孔隙開(kāi)口于多孔樹(shù)脂層的表面上。其實(shí)例包括其中氣泡狀空腔相互連接的結(jié)構(gòu)(也稱作海綿狀結(jié)構(gòu))，其中相互粘附的樹(shù)脂粒子之間的空隙連接形成孔隙的結(jié)構(gòu)(也稱作聚集粒子狀結(jié)構(gòu)或燒結(jié)體狀結(jié)構(gòu))，介于這兩種結(jié)構(gòu)之間的結(jié)構(gòu)，其中孔隙和樹(shù)脂具有接近相等的結(jié)構(gòu)，并且它們各自的層是相互連接的(也稱作調(diào)制結(jié)構(gòu)或倒轉(zhuǎn)軸(gyroid)結(jié)構(gòu))，以及無(wú)紡織物狀結(jié)構(gòu)(也稱作無(wú)光澤(matte)狀結(jié)構(gòu))。
形成具有三維網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)的多孔樹(shù)脂層的第一種方法由如下步驟組成通過(guò)涂布活化能束固化性膜沉積液(J)(以下稱作膜沉積液(J))，該膜沉積液(J)含有活化能束聚合性化合物(b)(以下稱作可聚合化合物(b))和不良溶劑(R)，所述的不良溶劑(R)和上述化合物(b)相容，但和化合物(b)形成的聚合物不相容，使上述化合物(b)聚合并引起相分離而形成具有三維網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)的多孔樹(shù)脂層(這種方法以下稱作反應(yīng)誘導(dǎo)型相分離方法)。在這種方法中，作為化合物(b)聚合的結(jié)果，不良溶劑(R)變得不再與所形成的聚合物相容，在聚合物和不良溶劑(R)之間發(fā)生相分離，且不良溶劑(R)被結(jié)合到沉積聚合物內(nèi)部和之間。然后通過(guò)除去該不良溶劑(R)，被不良溶劑(R)占據(jù)的區(qū)域變成孔隙，從而能夠形成具有三維網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)的多孔樹(shù)脂層。
可聚合化合物(b)是在聚合引發(fā)劑存在或不存在的情況下，被活化能束所聚合的，并且優(yōu)選可聚合化合物(b)是可加聚的化合物或含有可聚合碳-碳雙鍵作為活化能束聚合性官能團(tuán)的化合物，特別優(yōu)選即使不存在光聚合引發(fā)劑也固化的高度活潑的(甲基)丙烯酸類化合物、乙烯基醚類和馬來(lái)酰亞胺化合物。而且，更優(yōu)選可聚合化合物(b)是聚合時(shí)形成交聯(lián)化合物的化合物，因?yàn)樗軌蛱岣咴诎牍袒癄顟B(tài)下的形狀保持力并提高固化后的強(qiáng)度。因此，還更優(yōu)選在單個(gè)分子中含有兩個(gè)或多個(gè)可聚合碳-碳雙鍵的化合物(單個(gè)分子中含有兩個(gè)或多個(gè)可加聚官能團(tuán)以下稱作“多官能的”)。
可用于這種可聚合化合物(b)的化合物實(shí)例包括(甲基)丙烯酸類單體，馬來(lái)酰亞胺-基單體，以及在其分子鏈中含有(甲基)丙烯酰基或馬來(lái)酰亞胺基的可聚合低聚物。
上述(甲基)丙烯酸類單體的實(shí)例包括雙官能的單體，例如二(甲基)丙烯酸二乙二醇酯，二(甲基)丙烯酸新戊二醇酯，二(甲基)丙烯酸1，6-己二醇酯，2，2’-雙(4-(甲基)丙烯酰氧基聚乙烯氧基苯基)丙烷，2，2’-雙(4-(甲基)丙烯酰氧基聚丙烯氧基苯基)丙烷，羥基二新戊酸新戊二醇二(甲基)丙烯酸酯，二丙烯酸二環(huán)戊烷酯(dicyclopentanyl diacrylate)，雙(丙烯酰氧乙基)羥基乙基異氰脲酸酯和N-亞甲雙丙烯酰胺；三官能的單體，例如三羥甲基丙烷三(甲基)丙烯酸酯，三羥甲基乙烷三(甲基)丙烯酸酯，三(丙烯酰氧乙基)異氰脲酸酯和己內(nèi)酯改性的三(丙烯酰氧乙基)異氰脲酸酯；四官能的單體，例如四(甲基)丙烯酸季戊四醇酯；以及六官能的單體，例如二季戊四醇六(甲基)丙烯酸酯。
馬來(lái)酰亞胺-基單體的實(shí)例包括雙官能的單體，例如4，4’-亞甲基雙(N-苯基馬來(lái)酰亞胺)，2，3-雙(2，4，5-三甲基-3-噻吩基)馬來(lái)酰亞胺，1，2-雙馬來(lái)酰亞胺乙烷，1，6-雙馬來(lái)酰亞胺己烷，三甘醇雙馬來(lái)酰亞胺，N，N’-間-亞苯基雙馬來(lái)酰亞胺，間-亞芐基二馬來(lái)酰亞胺，N，N’-1，4-亞苯基雙馬來(lái)酰亞胺，N，N’-二苯基甲烷二馬來(lái)酰亞胺，N，N’-二苯醚二馬來(lái)酰亞胺，N，N’-二苯砜二馬來(lái)酰亞胺，1，4-雙(馬來(lái)亞氨基乙基)-1，4-重氮鎓(diazonia)雙環(huán)-[2，2，2]辛烷二氯化物和4，4’-亞異丙基二苯基＝二氰酸酯·N，N’-(亞甲基二-對(duì)-亞苯基)二馬來(lái)酰亞胺；以及含有馬來(lái)酰亞胺基，例如N-(9-吖啶基)馬來(lái)酰亞胺，和馬來(lái)酰亞胺基以外的其他可聚合物官能團(tuán)的馬來(lái)酰亞胺。這些馬來(lái)酰亞胺-基單體還可以和含有可聚合碳-碳雙鍵的化合物共聚，例如和乙烯基單體、乙烯基醚及丙烯酸類單體共聚。
在其分子鏈中含有(甲基)丙烯酰基或馬來(lái)酰亞胺基的可聚合低聚物實(shí)例包括重均分子量為500～50000的那些，其具體實(shí)例包括環(huán)氧樹(shù)脂的(甲基)丙烯酸酯，聚醚樹(shù)脂的(甲基)丙烯酸酯，聚丁二烯樹(shù)脂的(甲基)丙烯酸酯，以及在其分子末端含有(甲基)丙烯?；木郯滨?shù)脂。
這些可聚合化合物(b)的實(shí)例可以單獨(dú)使用或者以兩種或多種的混合物形式使用。另外，還可以通過(guò)和單官能的單體混合來(lái)使用它們，單官能團(tuán)單體如單官能的(甲基)丙烯酸類單體和單官能的馬來(lái)酰亞胺-基單體，目的是調(diào)節(jié)粘度，調(diào)節(jié)半固化狀態(tài)下的附著力和粘性，或者使其具有例如反應(yīng)性或親水性的功能。例如，可以加入稍后描述的兩親性化合物(c)。
單官能的(甲基)丙烯酸類單體實(shí)例包括甲基丙烯酸甲酯，(甲基)丙烯酸烷基酯，(甲基)丙烯酸異冰片酯，烷氧基聚乙二醇(甲基)丙烯酸酯，苯氧基二烷基(甲基)丙烯酸酯，苯氧基聚乙二醇(甲基)丙烯酸酯，烷基苯氧基聚乙二醇(甲基)丙烯酸酯，壬基苯氧基聚乙二醇(甲基)丙烯酸酯，羥基烷基(甲基)丙烯酸酯，甘油丙烯酸酯甲基丙烯酸酯，丁二醇一(甲基)丙烯酸酯，2-羥基-3-苯氧基丙基丙烯酸酯，2-丙烯酰氧乙基-2-羥基丙基丙烯酸酯，環(huán)氧乙烷改性的鄰苯二甲酸丙烯酸酯，ω-羧基已內(nèi)酯一丙烯酸酯，2-丙烯酰氧丙基氫二烯(propylhydrodiene)鄰苯二甲酸酯，2-丙烯酰氧乙基琥珀酸酯，，丙烯酸二聚體，2-丙烯酰氧丙基六氫氫二烯(propylyhexahydrohydrodiene)鄰苯二甲酸酯，氟-取代的(甲基)丙烯酸烷基酯，氯-取代的(甲基)丙烯酸烷基酯，磺酸鈉乙氧(甲基)丙烯酸酯，磺酸-2-甲基丙烷-2-丙烯酰胺，含磷酸酯基的(甲基)丙烯酸酯，(甲基)丙烯酸甘油酯，2-異氰酸根合乙基(甲基)丙烯酸酯，(甲基)丙烯酰氯，(甲基)丙烯醛，含磺酸酯基的(甲基)丙烯酸酯，含硅烷醇(silano)基的(甲基)丙烯酸酯，含((二)烷基)氨基的(甲基)丙烯酸酯，含季((二)烷基)銨基的(甲基)丙烯酸酯，(N-烷基)丙烯酰胺，(N，N-二烷基)丙烯酰胺和丙烯?；鶈徇?br> 單官能的馬來(lái)酰亞胺-基單體實(shí)例包括N-烷基馬來(lái)酰亞胺，例如N-甲基馬來(lái)酰亞胺，N-乙基馬來(lái)酰亞胺，N-丁基馬來(lái)酰亞胺和N-十二烷基馬來(lái)酰亞胺；N-脂環(huán)族馬來(lái)酰亞胺，例如N-環(huán)己基馬來(lái)酰亞胺；N-芐基馬來(lái)酰亞胺；N-(取代或未取代苯基)馬來(lái)酰亞胺，例如N-苯基馬來(lái)酰亞胺，N-(烷基苯基)馬來(lái)酰亞胺，N-二烷氧苯基馬來(lái)酰亞胺，N-(2-氯苯基)馬來(lái)酰亞胺，2，3-二氯-N-(2，6-二乙基苯基)馬來(lái)酰亞胺和2，3-二氯-N-(2-乙基-6-甲基苯基)馬來(lái)酰亞胺；含有鹵素的馬來(lái)酰亞胺，例如N-芐基-2，3-二氯馬來(lái)酰亞胺和N-(4’-氟苯基)-2，3-二氯馬來(lái)酰亞胺；含有羥基的馬來(lái)酰亞胺，例如羥基苯基馬來(lái)酰亞胺；含有羧基的馬來(lái)酰亞胺，例如N-(4-羧基-3-羥基苯基)馬來(lái)酰亞胺；含有烷氧基的馬來(lái)酰亞胺，例如N-甲氧苯基馬來(lái)酰亞胺；含有氨基的馬來(lái)酰亞胺，例如N-[3-(二乙氨基)丙基]馬來(lái)酰亞胺；含有多環(huán)芳香基的馬來(lái)酰亞胺，例如N-(1-芘基)馬來(lái)酰亞胺；含有多環(huán)芳族聚合化合物的馬來(lái)酰亞胺，例如N-(二甲基氨基-4-甲基-3-香豆素基)馬來(lái)酰亞胺和N-(4-苯胺基-1-萘基)馬來(lái)酰亞胺。
優(yōu)選用于這些單官能的單體是含有官能團(tuán)和離子性官能團(tuán)的單體，所述的官能團(tuán)能夠充當(dāng)用于固定(生物)化學(xué)物質(zhì)和生物物質(zhì)的錨，例如優(yōu)選使用作為官能團(tuán)實(shí)例列出的官能團(tuán)，所述的官能團(tuán)可優(yōu)選插入到稍后描述的具有三維網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)的多孔樹(shù)脂層中。
使用與可聚合化合物(b)相容但與可聚合化合物(b)形成的聚合物不相容(不互溶)的不良溶劑作為反應(yīng)誘導(dǎo)型相分離方法中使用的不良溶劑(R)。不良溶劑(R)和可聚合化合物(b)間的相容度應(yīng)當(dāng)能夠允許獲得均勻的膜沉積液(J)。不良溶劑(R)可以是一種溶劑，也可以是混合溶劑，而在混合溶劑的情況下，其單獨(dú)的混合組分可以是與可聚合化合物(b)不相容的，或者可以是溶解可聚合化合物(b)的聚合物的組分。不良溶劑(R)的實(shí)例包括脂肪酸烷基酯，例如癸酸甲酯，辛酸甲酯和己二酸二異丁酯；酮類，例如二異丁基酮；醇類，例如癸醇；醇和水的混合物，例如2-丙醇或乙醇和水的混合物。
在反應(yīng)誘導(dǎo)型相分離方法中，所得到的具有三維網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)的多孔樹(shù)脂層的孔徑和強(qiáng)度根據(jù)膜沉積液(J)中所含的化合物(b)含量而變化。盡管更大含量的化合物(b)使多孔樹(shù)脂層的強(qiáng)度得以改善，但是孔徑卻趨于更小?；衔?b)的含量?jī)?yōu)選在15～50重量％范圍內(nèi)，更優(yōu)選為25～40重量％。如果化合物(b)的含量小于15重量％，所述多孔樹(shù)脂層的強(qiáng)度下降，而如果化合物(b)的含量超過(guò)50重量％，則調(diào)節(jié)多孔樹(shù)脂層孔徑的難度逐漸提高。
為了調(diào)節(jié)聚合速度、聚合度或孔徑分布等，可以向膜沉積液(J)中加入多種添加劑，例如聚合引發(fā)劑，溶劑，表面活性劑，聚合抑制劑或聚合延遲劑。
對(duì)聚合引發(fā)劑沒(méi)有特別限制，條件是它對(duì)于活化能束和可聚合化合物(b)聚合是有活性的，并且可以使用自由基聚合引發(fā)劑，陰離子聚合引發(fā)劑或陽(yáng)離子聚合引發(fā)劑，其實(shí)例包括乙酰苯類，例如對(duì)-叔丁基三氯乙酰苯，2，2’-二乙氧基乙酰苯和2-羥基-2-甲基-1-苯基丙-1-酮；酮類，例如二苯甲酮，4，4’-雙二甲基氨基二苯甲酮，2-氯噻噸酮，2-甲基噻噸酮，2-乙基噻噸酮和2-異丙基噻噸酮；苯偶姻醚類，例如苯偶姻，苯偶姻甲醚，苯偶姻異丙醚和苯偶姻異丁醚；芐基縮酮類，如例如芐基二甲基縮酮和羥基環(huán)己基苯基酮；以及疊氮化物，例如N-疊氮基磺?；交R來(lái)酰亞胺。另外，還可以使用可聚合的光聚合引發(fā)劑，例如馬來(lái)酰亞胺-基化合物。
聚合延遲劑和聚合抑制劑的實(shí)例包括α-甲基苯乙烯，2，4-二苯基-4-甲基-1-戊烯，和其他活化能束聚合性化合物，例如具有低聚合速度的乙烯基單體；以及受阻酚類，例如叔丁基苯酚。
另外，對(duì)加入的溶劑沒(méi)有特別限制，其實(shí)例包括醇類，例如乙醇；酮類，例如丙酮；酰胺-基溶劑，例如N，N-二甲基甲酰胺；以及氯-基溶劑，例如二氯甲烷。
另外，還可以加入已知的通常使用的表面活性劑，疏水化合物，增稠劑，改性劑，著色劑，熒光染料，紫外吸收劑，酶，蛋白質(zhì)，細(xì)胞或催化劑等，以賦予例如涂布性和平滑度的功能，或者在平版圖案形成過(guò)程中調(diào)節(jié)圖案分辨率或親水度。
可用于反應(yīng)誘導(dǎo)型相分離方法的襯底應(yīng)當(dāng)是基本上不受所用的膜沉積液(J)或活化能束攻擊，例如不溶解或分解的襯底。
這種襯底的實(shí)例包括聚合物；晶體，例如玻璃或石英；陶瓷；半導(dǎo)體，例如硅；以及金屬，其中特別優(yōu)選聚合物。用作襯底的聚合物可以是均聚物或共聚物，或者熱塑性聚合物或熱固性聚合物。另外，襯底可以由聚合物共混物或聚合物合金組成，并且可以是層壓材料或其他復(fù)合材料。而且，襯底還可以包含添加劑，例如改性劑，著色劑，填料或強(qiáng)化劑。
如果使用反應(yīng)誘導(dǎo)型相分離方法，具有三維網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)的多孔樹(shù)脂層可以以聚集粒子結(jié)構(gòu)或海綿狀結(jié)構(gòu)方式形成的，其中聚集粒子結(jié)構(gòu)中直徑約0.1～1μm的粒狀聚合物是相互聚集的，而在海綿狀結(jié)構(gòu)中直徑為0.1～1μm的氣泡是相互連接的。另外，在所述的反應(yīng)誘導(dǎo)型相分離方法中，盡管通常形成的是所謂的各向同性膜，其中孔隙的孔徑在膜厚度方向上是均勻的，也可以通過(guò)向膜沉積液(J)中加入揮發(fā)性溶劑，涂布該液體，然后在用活化能束輻照前揮發(fā)并除去其部分，形成所謂的非均相膜(也稱作不對(duì)稱膜)，其中孔徑在膜厚度方向上是散布的。此時(shí)，通過(guò)加入揮發(fā)性良好溶劑，可以在與涂布了膜沉積液(J)的襯底接觸的表面上形成具有小孔徑的層(也稱作致密層)，而通過(guò)加入揮發(fā)性不良溶劑或非溶劑，可以在襯底的相反側(cè)形成致密層。根據(jù)所述的反應(yīng)誘導(dǎo)型相分離方法，可以形成孔徑為例如0.05～5μm的具有三維網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)的多孔樹(shù)脂層。
在本發(fā)明反應(yīng)誘導(dǎo)型相分離方法中，在形成具有三維網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)的多孔樹(shù)脂層限制的一個(gè)或多個(gè)區(qū)域的情況下，可以用如下方法在部分襯底上形成多孔樹(shù)脂層，例如，方法(a)，其中用絲網(wǎng)印制法等將活化能束固化性樹(shù)脂組合物(X)涂布在部分襯底上，接著進(jìn)行曝光，或者方法(b)，其中將活化能束固化性樹(shù)脂組合物(X)涂布在整個(gè)襯底上，隨后進(jìn)行圖案曝光。第一種方法可以通過(guò)使用含有官能團(tuán)的化合物(b)，將官能團(tuán)很容易地引入到多孔樹(shù)脂層中。
形成具有三維網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)的多孔樹(shù)脂層的第二種方法是這樣一種方法，其中在使襯底和能夠溶解或溶脹該襯底的溶劑(S)接觸后，用與溶劑(S)相容但不溶解或溶脹該襯底的溶劑(T)洗滌去溶劑(S)，形成所述多孔樹(shù)脂層(該方法以下稱作“表面溶脹法”)。在該方法中，使用被溶劑溶解或溶脹的聚合物作為襯底，溶劑與該聚合物表面接觸，在溶解或溶脹部分襯底后，通過(guò)使用與該聚合物不相容的溶劑洗滌，該聚合物以網(wǎng)狀形式聚集，導(dǎo)致相互具有三維網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)的多孔樹(shù)脂層的形成。
用于表面溶脹法的襯底的實(shí)例包括苯乙烯-基聚合物，例如聚苯乙烯，聚-α-甲基苯乙烯，聚苯乙烯/馬來(lái)酸共聚物和聚苯乙烯/丙烯腈共聚物；聚砜-基聚合物，例如聚砜和聚醚砜；(甲基)丙烯酸類聚合物，例如聚甲基丙烯酸甲酯和聚丙烯腈；聚馬來(lái)酰亞胺-基聚合物；聚碳酸酯-基聚合物，例如雙酚A-基聚碳酸酯，雙酚F-基聚碳酸酯和雙酚Z-基聚碳酸酯；纖維素-基聚合物，例如乙酸纖維素和甲基纖維素；聚氨酯-基聚合物；聚酰胺-基聚合物；以及聚酰亞胺-基聚合物。
對(duì)表面溶脹法酯的溶劑(S)沒(méi)有特別限制，前提條件是它能夠溶解或溶脹上述襯底，其實(shí)例包括酰胺-基溶劑，例如N，N-二甲基甲酰胺和N，N-二甲基乙酰胺，二甲亞砜，以及氯-基溶劑，例如二氯甲烷。另外，這些溶劑可以通過(guò)混合以混合溶劑形式使用。
溶劑(T)是與溶劑(S)混溶的并且不溶解襯底的溶劑。溶劑(T)的實(shí)例包括水，醇類例如丙醇，以及水和醇的混合物。
襯底與溶劑(S)接觸的方法實(shí)例包括將襯底浸漬在溶劑(S)中，或者將溶劑(S)噴淋或散布在襯底表面上。
盡管用溶劑(T)洗滌去溶劑(S)的實(shí)例包括通過(guò)浸漬在溶劑(T)中洗滌去溶劑(S)的方法，以及通過(guò)噴淋溶劑(T)洗滌去溶劑(S)的方法，但是優(yōu)選將襯底整個(gè)浸漬在溶劑(T)中的方法。
用表面溶脹法制造的具有三維網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)的多孔樹(shù)脂層是與襯底結(jié)合在一起的，并且能夠形成海綿狀或聚集粒子結(jié)構(gòu)?？梢愿鶕?jù)襯底和溶劑(S)接觸的持續(xù)時(shí)間來(lái)控制多孔樹(shù)脂層的厚度，接觸的持續(xù)時(shí)間越短，多孔樹(shù)脂層的厚度越小。必須根據(jù)所用材料和襯底的厚度、溶劑種類等適當(dāng)?shù)卣{(diào)整襯底和溶劑(S)之間接觸的持續(xù)時(shí)間。如果接觸持續(xù)時(shí)間太短，襯底溶解進(jìn)行不充分而不能充分形成孔隙。另外，如果接觸的持續(xù)時(shí)間太長(zhǎng)，則襯底的強(qiáng)度降低。
在本發(fā)明的表面溶脹方法中，在限制性的一個(gè)區(qū)域或多個(gè)區(qū)域中形成具有三維網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)的多孔樹(shù)脂層的情況下，可以使用例如用膠紙帶覆蓋除將要形成多孔樹(shù)脂層以外的部分的方法，在部分襯底上形成具有三維網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)的多孔樹(shù)脂層。
形成具有三維網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)的多孔樹(shù)脂層的第三種方法由如下步驟組成通過(guò)涂布膜沉積液(K)而在襯底表面上形成具有三維網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)的多孔樹(shù)脂層，包括將線性聚合物(P)溶解在溶劑(U)中，并通過(guò)用溶劑(V)接觸襯底將線性聚合物(P)以多孔形式聚集，所述溶劑(V)不溶解線性聚合物(P)或引起其溶脹，并且與溶劑(U)相容(將要稱作濕法)。
可以使用通過(guò)溶解在溶劑(U)中形成具有三維網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)的多孔樹(shù)脂層的線性聚合物作為可用于濕法中的線性聚合物(P)。線性聚合物(P)，例如苯乙烯-基聚合物，砜-基聚合物，乙烯-基聚合物，酰胺-基聚合物，酰亞胺-基聚合物，纖維素-基聚合物，聚碳酸酯，丙烯酸類聚合物等是優(yōu)選的，因?yàn)樗鼈兛梢越档统杀厩胰菀滋幚怼?br> 可以使用類似于可用于上述表面溶脹法中的溶劑(S)的溶劑作為濕法中的溶劑(U)，而可以使用類似于上述表面溶脹法中溶劑(T)的溶劑作為濕法中的溶劑(V)。
另外，根據(jù)需要可以將多種添加劑，例如能夠用于先前所述的反應(yīng)誘導(dǎo)型相分離方法的添加劑，加入到膜沉積液(K)中。
可以使用任意的襯底作為濕法中使用的襯底，并且盡管優(yōu)選被膜沉積液(K)充分攻擊的襯底，在膜沉積液(K)中將線性聚合物(P)溶解在溶劑(U)中，如果使用在上述膜沉積液(K)中溶解或溶脹的襯底，可以通過(guò)上述表面溶脹法和該濕法相加的機(jī)理形成具有三維網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)的多孔樹(shù)脂層。這種襯底的實(shí)例包括聚合物；晶體，例如玻璃和石英；陶瓷；半導(dǎo)體，例如硅；以及金屬。特別優(yōu)選聚合物。
根據(jù)濕法獲得的多孔結(jié)構(gòu)可以是海綿狀結(jié)構(gòu)，聚集粒子狀結(jié)構(gòu)，倒轉(zhuǎn)軸結(jié)構(gòu)或者具有大孔的其他復(fù)雜形狀。
在使用濕法的情況下，盡管通常在涂層的襯底的相反側(cè)形成含有致密層的非均相膜(不對(duì)稱膜)，但是還可以通過(guò)加入鹽或其他小分子量化合物(成孔劑)，或者調(diào)節(jié)不良溶劑或良好溶劑的沸點(diǎn)等，來(lái)形成各向同性膜。另外，通過(guò)調(diào)節(jié)線性聚合物(P)的濃度、加入的溶劑量等，可以形成具有三維網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)且孔徑為0.005～2μm的多孔樹(shù)脂層。
該濕法中，在限制的一個(gè)區(qū)域或多個(gè)區(qū)域中形成具有三維網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)的多孔樹(shù)脂層的情況下，可以用如下方法在部分襯底上形成具有三維網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)的多孔樹(shù)脂層，例如將膜沉積液(K)只涂布在通過(guò)絲網(wǎng)印刷等形成多孔樹(shù)脂層的部分的方法，或者將形成多孔樹(shù)脂層以外的部分用膠紙帶覆蓋的方法。
形成具有三維網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)的多孔樹(shù)脂層的第四種方法由如下方法組成一種具有三維網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)的多孔樹(shù)脂層的形成方法，該方法包括，將膜沉積液(L)，其中活化能束聚合性化合物(d)、線性聚合物(Q)和溶解它們兩個(gè)的溶劑(W)是均勻混合的，涂布到襯底上，通過(guò)用活化能束輻照使溶液中的可聚合化合物(d)聚合，并通過(guò)襯底和溶劑(N)的接觸使線性聚合物以多孔形式聚集，其中溶劑(N)不溶解線性聚合物(Q)并且與溶劑(W)相容(以下稱作能束-濕法)。
本方法中，通過(guò)以與活化能束聚合性化合物(b)部分所述的相同的方式，使用含有羥基、氨基、羧基、醛基、環(huán)氧基或其他任意官能團(tuán)的活化能束聚合性化合物作為活化能束聚合性化合物(d)，可以比上述反應(yīng)誘導(dǎo)型相分離方法更有效地將這些官能團(tuán)引入到具有三維網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)的多孔樹(shù)脂層的表面上。
優(yōu)選活化能束聚合性化合物(d)是交聯(lián)性可聚合化合物，并且可以從作為上述活化能束聚合性化合物(b)實(shí)例而列出的化合物中適宜地選擇使用。盡管活化能束聚合性化合物(d)的固化產(chǎn)物在溶劑(W)中可以是可溶性的或不溶性的，為了在孔隙表面上有效地安置所述化合物(d)擁有的官能團(tuán)，優(yōu)選該固化產(chǎn)物可溶于溶劑(W)。此外，當(dāng)所述化合物(d)的固化產(chǎn)物是交聯(lián)的聚合物時(shí)，術(shù)語(yǔ)“可溶性的”應(yīng)當(dāng)理解為“膠凝的”，而術(shù)語(yǔ)“不溶性的”應(yīng)當(dāng)理解為“不膠凝的”(以下類似)。
另外，盡管化合物(d)可以溶于或不溶于溶劑(N)，但是為了在孔隙表面上有效地安置化合物(d)擁有的官能團(tuán)，當(dāng)所述化合物(d)的固化產(chǎn)物是交聯(lián)的聚合物時(shí)，優(yōu)選固化產(chǎn)物是凝膠，而在化合物(d)的固化產(chǎn)物是非交聯(lián)的聚合物的情況下，優(yōu)選不溶性的，以避免流失。
線性聚合物(Q)也是任意的，例如可以使用作為上述線性聚合物(P)的實(shí)例而列出的聚合物。優(yōu)選使用兩種或多種線性聚合物(Q)的混合物，因?yàn)榫哂腥S網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)的多孔樹(shù)脂層表面的孔徑不會(huì)變得過(guò)小，而且在具有三維網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)的多孔樹(shù)脂層內(nèi)部難以形成大孔。
盡管溶劑(W)可以溶解或不溶解或者溶脹或不溶脹活化能束聚合性化合物(d)形成的聚合物，但是優(yōu)選能夠溶解或溶脹該聚合物，因?yàn)榭梢栽诳紫侗砻嫔细呙芏鹊毓潭ü倌軋F(tuán)?？梢詮淖鳛樯鲜鋈軇?S)的實(shí)例而列出的溶劑中適當(dāng)選擇溶劑，用作溶劑(W)。
盡管在活化能束聚合性化合物(d)形成的聚合物是交聯(lián)聚合物的情況下，優(yōu)選溶劑(N)不溶解該聚合物，但是該溶劑可以溶脹或不溶脹該聚合物?？梢詮淖鳛樯鲜鋈軇?T)的實(shí)例而列出的溶劑中適當(dāng)選擇溶劑，用作溶劑(N)。
第四種方法中，在限制的一個(gè)區(qū)域或多個(gè)區(qū)域中形成具有三維網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)的多孔樹(shù)脂層的情況下，可以用如下方法在部分襯底上多孔樹(shù)脂層，例如，這樣一種方法，其中將膜沉積液(L)通過(guò)絲網(wǎng)印刷等只涂布在形成多孔樹(shù)脂層的部分，或者將形成多孔樹(shù)脂層以外的部分用膠紙帶覆蓋的方法。
第四種方法可以通過(guò)使用含有官能團(tuán)的活化能束聚合性化合物(d)，在三維網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)多孔樹(shù)脂的多孔表面上容易地高密度引入官能團(tuán)。
可以將能夠通過(guò)上述方法實(shí)例形成的具有三維網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)的多孔樹(shù)脂層形成在襯底的整個(gè)一側(cè)上或者形成在部分襯底上。在后一種情況下，可以形成同時(shí)經(jīng)過(guò)形成多孔樹(shù)脂層的部分和沒(méi)有形成多孔樹(shù)脂層的部分的通道。結(jié)果，可以形成這樣的微流體器件，該微流體器件在通道底部上有具有三維網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)的多孔樹(shù)脂層，而其他部分沒(méi)有所述的多孔樹(shù)脂層。此時(shí)，通過(guò)使形成在部分襯底上的具有三維網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)的多孔樹(shù)脂層的平面尺寸大于通道的平面尺寸，則不必精確地定位多孔樹(shù)脂層和通道的位置，從而簡(jiǎn)化制造方法。在通道部分以外的位置上的具有三維網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)的多孔樹(shù)脂層被活化能束固化性樹(shù)脂組合物(X)所填充。例如，通過(guò)在襯底上以n條平行線(n為正整數(shù))形式形成多孔樹(shù)脂層，并且形成垂直于它們?nèi)∠虻耐ǖ?，可以在通道?nèi)的n個(gè)位置處形成具有三維網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)的多孔樹(shù)脂層的點(diǎn)，而不需要精確定位。
對(duì)上述方法實(shí)例中使用的襯底形狀沒(méi)有特別限制，可以根據(jù)使用目的使用具有任意形狀的襯底。盡管這種形狀的實(shí)例包括片(包括薄膜，條板和帶)，板，卷和球，但是從便于在其上涂布組合物(X)和便于用活化能束輻照考慮，優(yōu)選涂層表面是平面或者具有二維曲率。
在襯底是聚合物或其他材料的情況下，還可以進(jìn)行表面處理。表面處理目的的實(shí)例包括在反應(yīng)誘導(dǎo)型相分離方法或濕法中防止被膜沉積液溶解，改善膜沉積液的可濕性，以及改善具有三維網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)的多孔樹(shù)脂層的粘附力。
襯底表面處理方法是任意的，其實(shí)例包括這樣的處理，其中將包含選自作為可聚合化合物(a)的實(shí)例而列出的化合物中的化合物的組合物涂布在襯底表面上，然后通過(guò)活化能束輻照固化；電暈處理；等離子體處理；火焰處理；酸或堿處理；磺化處理；氟化處理；用硅烷偶合劑等底涂處理；表面接枝聚合；用表面活性劑或脫模劑涂布；以及物理處理，例如摩擦或噴砂。
根據(jù)上述方法實(shí)例，可以在襯底表面上形成具有海綿狀結(jié)構(gòu)、聚集粒子狀結(jié)構(gòu)、含有大孔的結(jié)構(gòu)或者由這些形狀的混合形狀組成的結(jié)構(gòu)的多孔樹(shù)脂層。另外，由于所得到的具有三維網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)的多孔樹(shù)脂層具有大量孔隙表面形式的大表面積，可以固定大量的催化劑、酶、DNA、糖鏈、細(xì)胞或蛋白質(zhì)。
如果使具有三維網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)的多孔樹(shù)脂層的表面為疏水性的，可以通過(guò)疏水相互作用，而不必引入官能團(tuán)到多孔表面上，將酶、抗原和其他蛋白質(zhì)固定到具有三維網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)的多孔樹(shù)脂層的表面上。另一方面，在固定蛋白質(zhì)、DNA或糖鏈等的情況下，通過(guò)預(yù)先將活性官能團(tuán)(例如氨基，羧基，羥基，環(huán)氧基，醛基，異氰酸基或-COCl基)引入到具有三維網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)的多孔樹(shù)脂層的多孔表面上，然后直接反應(yīng)或者以另一官能團(tuán)為媒介反應(yīng)上述蛋白質(zhì)、DNA或糖鏈的氨基、羥基、磷酸基或羧基，可以通過(guò)共價(jià)結(jié)合將蛋白質(zhì)、DNA或糖鏈等固定在具有三維網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)的多孔樹(shù)脂層的表面上。
應(yīng)當(dāng)根據(jù)使用目的適當(dāng)選擇具有三維網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)的多孔樹(shù)脂層的厚度。例如，在用于親合色譜的情況下，多孔樹(shù)脂層的厚度優(yōu)選為3～100μm，更優(yōu)選為5～50μm。
對(duì)應(yīng)于其應(yīng)用，可以使用先前作為襯底表面處理實(shí)例所列的方法對(duì)所得到的具有三維網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)的多孔樹(shù)脂層表面進(jìn)行表面處理。例如，為了將親水性基團(tuán)、疏水性基團(tuán)和其他官能團(tuán)引入到多孔樹(shù)脂層表面上，以抑制例如蛋白質(zhì)或DNA的溶質(zhì)在多孔樹(shù)脂層表面上的非特異性吸附，可以用例如將組合物涂布到多孔樹(shù)脂層表面上的方法對(duì)多孔樹(shù)脂層表面進(jìn)行處理，所述組合物含有一種或多種選自作為可聚合化合物(a)實(shí)例而列出的化合物中的化合物(特別是親水性和兩親性可聚合化合物)。
步驟(2)中，通過(guò)將組合物(X)涂布到具有三維網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)的多孔樹(shù)脂層上，使組合物(X)滲透到多孔樹(shù)脂層內(nèi)部，在多孔樹(shù)脂層內(nèi)部和多孔樹(shù)脂層上形成組合物(X)的未固化涂層。接著，用活化能束輻照將要形成通道位置以外的那些位置上的未固化涂層，以除去非輻照部分上的未固化組合物。結(jié)果獲得凹部，其中底表面由多孔樹(shù)脂層組成，而壁表面由固化的或半固化的組合物(X)涂層組成，而位于充當(dāng)通道的部分以外的位置上的多孔樹(shù)脂層的孔隙被滲透的組合物(X)的固化或半固化產(chǎn)物所阻塞。
步驟(2)中使用的活化能束聚合性化合物(a)(將稱作可聚合化合物(a))是能夠在存在或不存在聚合引發(fā)劑的情況下被活化能束聚合的化合物，并且優(yōu)選是可加聚的化合物或者含有可聚合碳-碳雙鍵作為活化能束聚合性官能團(tuán)。特別優(yōu)選即使在沒(méi)有光聚合引發(fā)劑的情況下也固化的高反應(yīng)性的(甲基)丙烯酸類化合物、乙烯基醚類和馬來(lái)酰亞胺-基化合物。
另外，如果可聚合化合物(a)是多官能團(tuán)化合物，由于聚合形成交聯(lián)結(jié)構(gòu)，固化后的強(qiáng)度也得以提高。
例如，可以使用類似于能夠在上述反應(yīng)誘導(dǎo)型相分離方法中使用的可聚合化合物(b)的化合物作為這種可聚合化合物(a)。
可聚合化合物(a)可以單獨(dú)使用或以兩種或多種混合物形式使用。另外，還可以在和單官能團(tuán)化合物混合后使用，以調(diào)節(jié)粘度或者賦予例如粘附性、粘性或親水性的功能。
例如，可以使用類似于能夠在上述反應(yīng)誘導(dǎo)型相分離方法中使用的單官能團(tuán)單體的化合物作為可混合的單官能團(tuán)單體。
組合物(X)至少含有上述的可聚合化合物(a)。除了可聚合化合物(a)外，優(yōu)選組合物(X)還包含能夠和可聚合化合物(a)共聚的兩親性可聚合化合物(該兩親性可聚合化合物以下稱作兩親性化合物(c))。作為組合物(X)包含兩親性化合物(c)的結(jié)果，可以使所得到的固化產(chǎn)物具有對(duì)在水中溶脹的抗性，并且可以使固化產(chǎn)物表面具有親水性且對(duì)生物組分具有低吸附性。
可以使用分子中既含親水性基團(tuán)又含疏水性基團(tuán)，并且含有能夠通過(guò)活化能束輻照和組合物(X)包含的活化能束聚合性化合物(a)共聚的可聚合化合物的化合物作為兩親性化合物(c)。盡管沒(méi)有必要使兩親性化合物(c)成為交聯(lián)的聚合物，但是可以使用成為交聯(lián)聚合物的化合物。另外，兩親性化合物(c)應(yīng)當(dāng)是與可聚合化合物(a)均勻相容的化合物。此處，相容是指不造成宏觀相分離，包括形成膠束并穩(wěn)定分散的狀態(tài)。
在可聚合化合物(a)是在其分子中含有兩個(gè)或多個(gè)可聚合碳-碳不飽和鍵的化合物的情況下，優(yōu)選兩親性化合物(c)是在其分子中含有一個(gè)或多個(gè)可聚合碳-碳不飽和鍵的化合物。
兩親性化合物(c)是在其分子中含有親水性基團(tuán)和疏水性基團(tuán)的并且分別和水或疏水溶劑相容的化合物。在這種情況下，相容是指不造成宏觀相分離，并且包括形成膠束并穩(wěn)定分散的狀態(tài)。
優(yōu)選兩親性化合物(c)在0℃下在水中的溶解度為0.5重量％或以上，并且在25℃下在環(huán)己烷和甲苯混合溶劑(5∶1，重量比)中的溶解度為25重量％或以上。此處提到的溶解度表示，例如在溶解度為0.5重量％或以上的情況下，至少0.5重量％的化合物能夠被溶解。如果使用在水的溶解度或在環(huán)己烷和甲苯(5∶1，重量比)中的溶解度至少之一小于這些數(shù)值的化合物，難以獲得具有既有表面親水性又有疏水性的優(yōu)良特性的固化產(chǎn)物。
在兩親性化合物(c)含有非離子親水性基團(tuán)，特別是聚醚-基親水性基團(tuán)的情況下，親水性和疏水性之間的平衡，以格里芬HLB值計(jì)，優(yōu)選在11～16范圍內(nèi)，更優(yōu)選在11～15范圍內(nèi)。如果超出此范圍，則變得難以獲得具有高親水性和優(yōu)良耐濕性的模制產(chǎn)物，或者擁有獲得這種產(chǎn)物的化合物的組合或混合比率受限制。
兩親性化合物(c)擁有的親水性基團(tuán)是任意的，其實(shí)例包括陽(yáng)離子基團(tuán)，例如氨基，季銨基或鏻基；陰離子基團(tuán)，例如砜基，磷酸基或羰基；非離子基團(tuán)，例如羥基，聚乙二醇鏈或酰胺基；以及兩性基團(tuán)，例如氨基酸殘基。優(yōu)選兩親性化合物(c)是以聚醚基作為親水性基團(tuán)的化合物，特別優(yōu)選是含有6～20個(gè)重復(fù)聚乙二醇鏈的化合物。
兩親性化合物(c)疏水性基團(tuán)的實(shí)例包括烷基，亞烷基，烷基苯基，長(zhǎng)鏈烷氧基，氟-取代的烷基和硅氧烷基。優(yōu)選兩親性化合物(c)是以含有6～20個(gè)碳原子的烷基或亞烷基作為疏水性基團(tuán)的化合物。所包含的含有6～20個(gè)碳原子的烷基或亞烷基的形式可以是，例如烷基苯基，烷基苯氧基，烷氧基或苯基烷基。
優(yōu)選兩親性化合物(c)是以6～20個(gè)重復(fù)聚乙二醇鏈作為親水性基團(tuán)并且以含有6～20個(gè)碳原子的烷基或亞烷基作為疏水性基團(tuán)的化合物。這些兩親性化合物(c)中，特別優(yōu)選壬基苯氧基聚乙二醇(n＝8～17)(甲基)丙烯酸酯和壬基苯氧基聚丙二醇(n＝8～17)(甲基)丙烯酸酯。
盡管根據(jù)可聚合化合物(a)和兩親性化合物(c)的種類及其組合而不同，但是組合物(X)中所含的可聚合化合物(a)和兩親性化合物(c)的優(yōu)選比率優(yōu)選為0.1～5重量份，更優(yōu)選0.2～3重量份的兩親性化合物(c)/1重量份的可聚合化合物(a)。如果對(duì)應(yīng)于1重量份的可聚合化合物(a)的兩親性化合物(c)量小于0.1重量份，則變得難以形成高親水性表面，而如果兩親性化合物(c)量超過(guò)5重量份，則組合物(X)在水中溶脹，并且組合物(X)的聚合物有膠凝的危險(xiǎn)。
通過(guò)適當(dāng)選擇可聚合化合物(a)和兩親性化合物(c)的混合比率，可以制造顯示出高親水性和低吸附性的在溶脹狀態(tài)不膠凝的固化產(chǎn)物。兩親性化合物(c)的親水性程度越強(qiáng)，或者例如，格里芬HLB值越大，優(yōu)選兩親性化合物(c)的加入量越少。
優(yōu)選將含有將要引入到具有三維網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)的多孔樹(shù)脂層表面上的官能團(tuán)的可聚合化合物(b)混合到組合物(X)中。具體而言，在將特定的官能團(tuán)引入到具有三維網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)的多孔樹(shù)脂層表面上的情況下，優(yōu)選使用含有該官能團(tuán)的樹(shù)脂作為形成具有三維網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)的多孔樹(shù)脂層的樹(shù)脂，并且優(yōu)選將含有該官能團(tuán)的可聚合化合物(b)混合到組合物(X)中。結(jié)果，在稍后描述的除去非輻照部分處的未固化組合物(X)的步驟中，即使組合物(X)清除不完全，也可以防止出現(xiàn)多孔表面被該組合物的沉淀物覆蓋而使所述官能團(tuán)不被暴露的問(wèn)題。
另外，可以將光聚合引發(fā)劑，聚合延遲劑，聚合抑制劑，溶劑，增稠劑，改性劑或著色劑等混合到組合物(X)中。
可以優(yōu)選使用類似于上述反應(yīng)誘導(dǎo)型相分離方法中光聚合引發(fā)劑，聚合延遲劑和聚合抑制劑的化合物作為能夠加入到組合物(X)中的光聚合引發(fā)劑，聚合延遲劑和聚合抑制劑。
盡管對(duì)溶劑沒(méi)有特別限制，但是必須根據(jù)加入到所用可聚合化合物(a)和組合物(X)中的添加劑或者根據(jù)所需的粘度等適當(dāng)?shù)卣{(diào)整所加入的溶劑的種類和數(shù)量。這種溶劑的實(shí)例包括醇類，例如乙醇；酮類，例如丙酮；酰胺-劑溶劑，例如N，N-二甲基甲酰胺；以及氯-基溶劑，例如二氯甲烷。
盡管可以根據(jù)具有三維網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)的多孔樹(shù)脂層的孔徑來(lái)改變組合物(X)的粘度，但是考慮到能夠在將組合物(X)涂布在具有三維網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)的多孔樹(shù)脂層上時(shí)使組合物(X)快速滲透到具有三維網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)的多孔樹(shù)脂層中，以及在除去非輻照部分處的未固化組合物(X)過(guò)程將組合物(X)從具有三維網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)的多孔樹(shù)脂層中完全除去，優(yōu)選組合物(X)的粘度在25℃下在30～3000mPa·s范圍內(nèi)，更優(yōu)選在100～1000mPa·s范圍內(nèi)。如果組合物(X)的粘度小于30mPa·s，則變得難以控制凹部的深度，而如果粘度超過(guò)3000mPa·s，則變得難以使組合物(X)滲透到具有三維網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)的多孔樹(shù)脂層內(nèi)部，而且非輻照部分處未固化組合物(X)的清除也變得困難。
步驟(2)中，可以使用任意的涂布方法將組合物(X)涂布到具有三維網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)的多孔樹(shù)脂層上，其實(shí)例包括旋涂，輥涂，刮膠，浸漬，噴淋，使用繞線棒刮涂器，使用X-Y涂敷器，絲網(wǎng)印刷，凸版印刷，凹版印刷，從噴嘴擠出和模具澆注。另外，在組合物(X)具有高粘度或者被特別薄地涂布的情況下，可以采用將溶劑包含在組合物(X)中并在涂布后將該溶劑揮發(fā)的方法來(lái)涂布組合物(X)。
盡管對(duì)組合物(X)涂布的厚度沒(méi)有特別限制，前提條件是在用活化能束輻照后在具有三維網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)的多孔樹(shù)脂層表面的上部獲得固化或半固化的涂層，在將多孔樹(shù)脂層上特定物質(zhì)固定在底表面上和用于親合色譜的情況下，用活化能束輻照后形成在多孔樹(shù)脂層上部的固化或半固化涂層的厚度，即凹部的壁高，優(yōu)選在3～150μm范圍內(nèi)，更優(yōu)選在5～50μm范圍內(nèi)。如果厚度小于3μm，當(dāng)將充當(dāng)覆蓋物的另一構(gòu)件粘附到凹部上以使該凹部起空腔型通道作用的時(shí)候，有通道被阻塞的危險(xiǎn)。另一方面，如果厚度大于150μm，則在水溶液通過(guò)通道的同時(shí)，使水溶液中的物質(zhì)吸附到通道底表面上的具有三維網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)的多孔樹(shù)脂層上和從其上釋放(相互作用)變得困難，從而不適合用于親合色譜。
在將溶劑加入到活化能束固化型樹(shù)脂組合物(X)中的情況下，在涂布后，通過(guò)揮發(fā)除去該溶劑。清除方法是任意的，可以使用的方法實(shí)例包括空氣干燥，熱風(fēng)干燥，紅外線干燥，真空干燥和微波干燥。盡管可以在用活化能束輻照后除去溶劑，但是為了精確控制通道的尺寸和形狀，優(yōu)選在用活化能束輻照之前除去溶劑。
輻照的活化能束實(shí)例包括光線，例如紫外線，可見(jiàn)光線，紅外線，激光射線和輻射光射線；電離輻射，例如X-射線，γ射線和輻射光射線；以及粒子束，例如電子束，離子束，β射線和重粒子束。這些能束中，考慮到處理容易度和固化速度，優(yōu)選紫外線或可見(jiàn)光，而特別優(yōu)選紫外線。為了加快固化速度并確保固化完全，優(yōu)選在低氧氣濃度氣氛中進(jìn)行活化能束的輻照。低氧氣濃度氣氛的優(yōu)選實(shí)例包括真空或在流動(dòng)氮?dú)猓鲃?dòng)二氧化碳或流動(dòng)氬氣存在下的減壓氣氛。
為了形成在其全部或部分底表面上形成具有三維網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)的多孔樹(shù)脂層的凹部，當(dāng)輻照活化能束時(shí)，上述活化能束是以圖案形式輻照的。形成圖案輻照所采用的方法是任意的，可以使用的方法實(shí)例包括在掩蔽不用活化能束輻照的部分后輻照活化能束，以及包括用激光或其他活化能束掃描的光刻法。在使用光掩模的情況下，光掩?？梢允呛屯繉臃墙佑|型的，也可以是接觸型的。
不使用粘合劑而通過(guò)固化或半固化未固化的組合物(X)，與充當(dāng)覆蓋物的另一構(gòu)件的粘附是可能的，或者在使用粘合劑情況下，粘附強(qiáng)度得以改善。在組合物(X)處于半固化狀態(tài)的情況下，盡管優(yōu)選在獲得最終微流體器件之前的任一步驟中通過(guò)進(jìn)行后固化使組合物(X)完全固化，但是只要不削弱本發(fā)明微流體器件的功能，不要求組合物(X)是完全固化的。在使用活化能束進(jìn)行固化的情況下，后固化可以使用與用于半固化的相同或不同的活化能束。除了通過(guò)活化能束固化外，還可以通過(guò)加熱固化，來(lái)進(jìn)行后固化。
步驟(3)中，將充當(dāng)覆蓋物的另一構(gòu)件粘附到含有步驟(2)中所形成凹部的構(gòu)件的凹部上，以使上述凹部起空腔型通道作用。
可以根據(jù)使用目的適當(dāng)?shù)剡x擇充當(dāng)覆蓋物的構(gòu)件，應(yīng)當(dāng)使用不受流經(jīng)通道的液體攻擊的構(gòu)件，并且該構(gòu)件可以是具有粘性的帶、片或板形式的。
應(yīng)當(dāng)將覆蓋構(gòu)件和含有凹部的構(gòu)件層壓，以用充當(dāng)覆蓋物的構(gòu)件覆蓋凹部。如先前所述，如果含有凹部的構(gòu)件是半固化的涂層并且與覆蓋構(gòu)件具有令人滿意的粘附力，可以將該構(gòu)件原樣層壓。另外，在含有凹部的構(gòu)件的粘附力低或者是固化的涂膜的情況下，應(yīng)當(dāng)使用粘合劑等將兩個(gè)構(gòu)件層壓。
另外，還可以采用這樣一種方法，其中將包含活化能束聚合性化合物的組合物涂布到例如聚合物薄膜或片的襯底上，用活化能束輻照襯底以半固化所述組合物的涂層，并將襯底層壓到含有上述凹部的構(gòu)件的凹部上，接著再次用活化能束輻照，以完全固化所述組合物的涂膜。此處使用的活化能束聚合性化合物及其組合物可以和上述步驟(2)中使用的可聚合化合物(a)及組合物(X)相同，并且可以是選自作為可用作可聚合化合物(a)的化合物實(shí)例而列出的化合物中的一種或多種化合物。可聚合化合物的涂布也應(yīng)當(dāng)遵照步驟(2)進(jìn)行。
當(dāng)層壓覆蓋構(gòu)件和含有凹部的構(gòu)件時(shí)，可以用作粘合劑的粘合劑實(shí)例包括環(huán)氧樹(shù)脂-基粘合劑，苯乙烯丁二烯樹(shù)脂-基粘合劑和(甲基)丙烯酸類粘合劑。
使用本發(fā)明制造方法可以容易地獲得微流體器件，所述微流體器件在微小通道內(nèi)表面上含有具有三維網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)的多孔樹(shù)脂層而不阻塞該通道。另外，根據(jù)所述制造方法，由于可以在單個(gè)襯底(暴露的展開(kāi)板)上容易地制造多個(gè)微流體器件而不需要定位，可以以令人滿意的再現(xiàn)性和優(yōu)良的尺寸穩(wěn)定性一次制造大量的微流體器件。
在根據(jù)上述方法獲得的微流體器件中，特別優(yōu)選通過(guò)下面的方法形成空腔的微流體器件用作由襯底、多孔樹(shù)脂層、通道和覆蓋物組成的微流體器件(I)在襯底上部有具有三維網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)的多孔樹(shù)脂層，(II)除通道部分外，用浸漬的活化能束固化性組合物(X)的固化樹(shù)脂填充所述的多孔樹(shù)脂層，和(III)具有其中通道沒(méi)有被活化能束固化性組合物(X)固化樹(shù)脂填充的、具有三維網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)的多孔樹(shù)脂層，在填充有活化能束固化性組合物(X)固化樹(shù)脂的、具有三維網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)的多孔樹(shù)脂層的上部中形成的活化能束固化性組合物(X)的固化樹(shù)脂層，以及覆蓋物，充當(dāng)壁表面。
上述通道截面的大小應(yīng)當(dāng)是使流經(jīng)通道的流體中所含分離目標(biāo)物質(zhì)和具有三維網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)的多孔樹(shù)脂層相互作用的大小，并且在通道截面位于含有具有三維網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)的多孔樹(shù)脂層的通道部分的情況下，如果將所述截面中的任意點(diǎn)指定為x，將具有三維網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)的多孔樹(shù)脂層在直線距離上接近該點(diǎn)的部分指定為y，x和y之間的直線距離指定為r，并將該所述截面中r能夠具有的最大距離指定為rmax，則應(yīng)當(dāng)將微流體器件設(shè)計(jì)成使所述rmax在1～50μm范圍內(nèi)。如果此處定義的rmax值為50μm或以下，流經(jīng)通道的流體中所含分離目標(biāo)物質(zhì)能夠和通道內(nèi)壁上的具有三維網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)的多孔樹(shù)脂層發(fā)生令人滿意的相互作用。另外，如果rmax值為1μm或以上，則使液體流動(dòng)所需的壓力不會(huì)變得過(guò)大。
應(yīng)當(dāng)根據(jù)具有三維網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)的多孔樹(shù)脂層的安置情況和通道的截面形狀適當(dāng)?shù)卦O(shè)計(jì)微流體器件，使得通道截面中的rmax值處于上述范圍內(nèi)。例如，在通道在其內(nèi)壁的底部和頂部含有具有三維網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)的多孔樹(shù)脂層并且具有矩形或梯形截面的情況下，通道截面的高度應(yīng)當(dāng)為100μm或以下，而在通道只有一個(gè)內(nèi)壁表面含有具有三維網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)的多孔樹(shù)脂層并且具有矩形或梯形截面的情況下，所述多孔樹(shù)脂層與和所述多孔樹(shù)脂層相對(duì)邊之間的距離應(yīng)當(dāng)為1～50μm。在通道具有圓形或三角形截面的情況下，應(yīng)當(dāng)類似地根據(jù)內(nèi)壁的具有三維網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)的多孔樹(shù)脂層適當(dāng)?shù)卦O(shè)計(jì)微流體器件。此外，在本發(fā)明中，矩形或梯形截面包括具有圓角的形狀。
另一方面，考慮到用光學(xué)方法讀取流經(jīng)通道的分析目標(biāo)物質(zhì)的點(diǎn)的容易度，控制流速、溫度等的容易度，以及制造的容易度，通道截面最大寬度和最大高度之間的比率，以最大寬度與最大高度的比率形式表示(最大寬度/最大高度)，優(yōu)選在1/20～20/1范圍內(nèi)，特別優(yōu)選在1/10～10/1范圍內(nèi)。
通道長(zhǎng)度是任意的，盡管可以根據(jù)使用目的而采用合適的長(zhǎng)度，但是優(yōu)選為1～500mm，更優(yōu)選為5～200mm。如果通道長(zhǎng)度大于或等于上述下限，可以獲得合適的分離性能，而且如果通道長(zhǎng)度小于或等于上述的上限，可以降低所需的液體泵送速度，可以縮短分離時(shí)間，并且可以減小通道的尺寸。
另外，和流經(jīng)通道的液體方向平行的方向的形式是任意的，可以是線形，曲線或它們的組合，或者是分支的。也不要求通道寬度是恒定的。另外，通道開(kāi)口的位置和數(shù)量也是任意的，并且單個(gè)通道可以有多個(gè)開(kāi)口。此外，單個(gè)構(gòu)件中存在的獨(dú)立通道的數(shù)量也是任意的。
本發(fā)明微流體器件的通道在其內(nèi)壁表面的一個(gè)表面上或者在兩個(gè)相對(duì)的表面上含有具有三維網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)的多孔樹(shù)脂層。
可以使用非多孔的構(gòu)件作為用于在通道內(nèi)的一個(gè)表面上形成具有三維網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)的多孔樹(shù)脂層的覆蓋物。例如，可以使用如前所述地在襯底上形成具有三維網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)的多孔樹(shù)脂層的構(gòu)件，或者在所述多孔樹(shù)脂層上含有凹槽的構(gòu)件作為覆蓋物，用以在通道內(nèi)壁的兩個(gè)相對(duì)表面上形成具有三維網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)的多孔樹(shù)脂層。
上述的具有三維網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)的多孔樹(shù)脂層形成于通道壁的一個(gè)表面上或者相對(duì)的兩個(gè)表面上，并且作為移動(dòng)通過(guò)通道同時(shí)和所述多孔樹(shù)脂層相互作用的結(jié)果，將流經(jīng)通道的分析目標(biāo)物質(zhì)分離。另外，在將探針固定在所述多孔樹(shù)脂層上的情況下，目標(biāo)分析物質(zhì)是作為移動(dòng)通過(guò)通道同時(shí)與所述探針相互作用的結(jié)果而被分離的。
具有三維網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)的多孔樹(shù)脂層在和通過(guò)通道的液體移動(dòng)方向平行的方向上的形成位點(diǎn)可以是整個(gè)通道或者在通過(guò)通道的途中。在例如本發(fā)明微流體器件是色譜器件或電泳分析器件的情況下，優(yōu)選在通道中連續(xù)不間斷地形成所述的多孔樹(shù)脂層以改善分離性能。
上述具有三維網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)的多孔樹(shù)脂層的厚度優(yōu)選為0.5～30μm，更優(yōu)選1～20μm，最優(yōu)選2～10μm。通過(guò)使其厚度等于或大于這個(gè)下限，與分析目標(biāo)物質(zhì)相互作用的表面積足夠大，并且分離性能得以提高。另一方面，使其厚度小于或等于所述上限，防止了溶液中的分離目標(biāo)物質(zhì)滲透到內(nèi)部深孔中造成遷移速度下降，從而可以羧酸分離和分析時(shí)間。
盡管上述具有三維網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)的多孔樹(shù)脂層的孔徑是任意的，但是優(yōu)選為0.05～3μm，更優(yōu)選0.1～1μm。通過(guò)使孔徑等于或大于該下限，可以固定合適數(shù)量的探針。另外，通過(guò)使孔徑小于或等于所述上限，由于還可以固定類似蛋白質(zhì)的大分子作為探針，提高了具有三維網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)的多孔樹(shù)脂層深部和表面之間的物質(zhì)遷移速度，從而能夠進(jìn)行快速分離。此外，上述孔徑是大量孔隙的孔徑，不是必須指平均直徑。優(yōu)選上述孔徑分布窄，因?yàn)檫@導(dǎo)致更高的分離效率。
盡管上述具有三維網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)的多孔樹(shù)脂層的孔隙率是任意的，優(yōu)選其為30～90％，更優(yōu)選為40～70％。如果使孔隙率處于該范圍，可以適宜地增加表面積而不造成機(jī)械強(qiáng)度的下降。
可以使用先前所述的有機(jī)聚合物作為上述具有三維網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)的多孔樹(shù)脂層的材料，并且更優(yōu)選材料是活化能束固化性樹(shù)脂，因?yàn)槠淙菀啄Ｖ?。在固定探針的情況下，盡管可以任意選擇便于探針固定的材料，但是優(yōu)選有機(jī)聚合物，因?yàn)槿菀字圃欤⑶腋鼉?yōu)選是活化能束固化性樹(shù)脂，因?yàn)槠淙菀啄Ｖ啤?br> 另外，可以將任意官能團(tuán)引入到上述具有三維網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)的多孔樹(shù)脂層中。親水性官能團(tuán)的實(shí)例包括非離子官能團(tuán)，例如羥基，聚乙二醇基，酰胺基和硝基；陰離子官能團(tuán)，例如羧基，砜基，磷酸基，亞磷酸基，(取代的)羥苯基和硅烷醇基；以及陽(yáng)離子官能團(tuán)，例如(N-取代的)氨基，季銨基，鏻基和锍基。疏水性官能團(tuán)的實(shí)例包括氟，氯基，硅氧烷結(jié)構(gòu)，烷基和苯基。兩性官能團(tuán)的實(shí)例包括氨基酸殘基。官能團(tuán)的其他實(shí)例包括兩親性官能團(tuán)。其他實(shí)例還包括光反應(yīng)性基團(tuán)，例如疊氮化物。此外，還可以使這些官能團(tuán)作用于它們自己，例如通過(guò)賦予其選擇吸附性，可以通過(guò)化學(xué)反應(yīng)將它們轉(zhuǎn)化成活性官能團(tuán)，或者可以使用它們作為用于固定(生物)化學(xué)物質(zhì)或生物物質(zhì)等的錨。
還優(yōu)選將其他物質(zhì)固定到上述具有三維網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)的多孔樹(shù)脂層上。其他物質(zhì)的實(shí)例包括各種催化劑，酶，抗體，抗原和其他蛋白質(zhì)，低聚核苷酸如DNA和RNA，含糖物質(zhì)如糖鏈和糖脂類，生物組織如細(xì)胞膜，細(xì)胞器和細(xì)胞，以及活生物體如細(xì)菌。這些物質(zhì)可以是天然的，也可以是經(jīng)過(guò)化學(xué)改性的。具體而言，在使用低聚核苷酸作為固定探針的情況下，可以分離和檢測(cè)基因，從而使這些物質(zhì)有效地用于檢測(cè)單堿基基因突變體。
在使用低聚核苷酸作為探針的情況下，低聚核苷酸的長(zhǎng)度優(yōu)選為5～30個(gè)核苷酸，更優(yōu)選5～20個(gè)核苷酸，最優(yōu)選5～10個(gè)核苷酸。通過(guò)使低聚核苷酸的長(zhǎng)度處于該范圍，在可以容易地實(shí)施本發(fā)明的溫度下，即從室溫到60℃的溫度下，可以獲得足夠可靠的高分離速度。另外，還優(yōu)選出于相同目的使用由核苷酸序列組成的低聚核苷酸，所述的低聚核苷酸有意相對(duì)于分析探針低聚核苷酸對(duì)象的多聚核苷酸或低聚核苷酸具有失配性。
在使用本發(fā)明的微流體器件作為液相色譜柱的情況下，優(yōu)選固定在通道表面上的探針(包括官能團(tuán))的量對(duì)于和探針有親合性的分離目標(biāo)物質(zhì)的量是過(guò)量的。在探針量過(guò)量的情況下，與只使用不足量的探針相比，參與和探針相互作用的分析目標(biāo)物質(zhì)的量增加了，并且由于目標(biāo)分析物質(zhì)的局部濃度變高，可以高靈敏度地檢測(cè)目標(biāo)分析物質(zhì)。出于諸如此類的原因，固定在具有三維網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)的多孔樹(shù)脂層上探針量越大越好。
另外，在使用本發(fā)明的微流體器件作為親合電泳的構(gòu)件情況下，優(yōu)選固定的探針量和上述液相色譜情況中的一樣大。
實(shí)施例盡管下面使用本發(fā)明的實(shí)施例對(duì)本發(fā)明進(jìn)行了更詳細(xì)的解釋，但是本發(fā)明不受這些實(shí)施例的范圍的限制。此外，在如下實(shí)施例中，除非另外指出，術(shù)語(yǔ)“份”和“％”分別是指“重量份”和“重量％”。
實(shí)施例中粘度測(cè)量和用紫外燈輻照是用下述方法進(jìn)行的。
使用Shibaura Systems Co.，Ltd.制造的VDH-K型粘度計(jì)測(cè)量組合物在25℃下的粘度。
使用Eyegraphics Co.，Ltd.制造的UE031-353CHC型UV輻照裝置，該裝置使用3000W的金屬鹵化物燈作為光源，除非另外指出，在氮?dú)鈿夥罩惺覝叵螺椪?65nm處的紫外線強(qiáng)度為40 mW/cm2的紫外線。
使用Ushio Inc.制造的Multilight Model 200 UV曝光裝置，該裝置使用200W的金屬鹵化物燈作為光源，除非另外指出，在氮?dú)鈿夥罩惺覝叵螺椪?65nm處的紫外線強(qiáng)度為100mW/cm2的紫外線。
實(shí)施例1實(shí)施例1是根據(jù)“反應(yīng)誘導(dǎo)型相分離方法”制造具有三維網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)的多孔樹(shù)脂層的實(shí)施例。
將72份平均分子量為2000的三官能團(tuán)氨基甲酸酯丙烯酸酯低聚物(Unidic V-4263，Dainippon Ink and Chemicals)、18份二丙烯酸二環(huán)戊酯(dicyclopentanyl diacrylate)(R-684，Nippon Kayaku)、10份甲基丙烯酸甘油酯(Wako Pure Chemical Industries)、150份癸酸甲酯(Wako Pure ChemicalIndustries)、10份丙酮形式的揮發(fā)性良好溶劑以及3份1-羥基環(huán)己基苯基酮(Irgacure 184，Ciba-Geigy)形式的紫外聚合引發(fā)劑均勻混合，制備出膜沉積液(J1)。
將50份平均分子量為2000的三官能團(tuán)氨基甲酸酯丙烯酸酯低聚物(Unidic V-4263，Dainippon Ink and Chemicals)、40份二丙烯酸己二醇酯(New Frontier HDDA，Daiichi Pharmaceutical)、10份甲基丙烯酸甘油酯(Wako Pure Chemical Industries)、5份1-羥基環(huán)己基苯基酮(Irgacure 184，Ciba-Geigy)形式的紫外聚合引發(fā)劑和0.5份2，4-二苯基-4-甲基-1-戊烯(Kanto Chemical)形式的聚合延遲劑混合，制備出組合物(X1)。組合物(X1)的粘度為192mPa·s。
使用旋涂機(jī)(Mikasa)以600rpm的旋轉(zhuǎn)速度將膜沉積液(J1)涂布在厚度為1mm用作襯底的聚丙烯酸酯板上，用來(lái)自紫外燈1的紫外光輻照所述沉積液(J1)40秒以固化沉積液(J1)，接著用正-己烷洗滌除去不良溶劑(R)，形成具有三維網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)的多孔樹(shù)脂層(1)。
使用旋涂機(jī)(Mikasa)以800rpm的旋轉(zhuǎn)速度將組合物(X1)涂布到上述具有三維網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)的多孔樹(shù)脂層(1)上，形成所述組合物(X1)的未固化涂層，將所述的未固化涂層用來(lái)自紫外燈2的紫外光通過(guò)位于將要形成通道區(qū)域以外的位置上的光掩模輻照120秒，形成組合物(X1)的半固化涂層，并且用乙醇除去非輻照部分的未固化組合物(X1)部分，在襯底上形成凹部(通道1)，其中在其表面上暴露具有三維網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)的多孔樹(shù)脂層。
(氨基的引入)將5重量％的聚烯丙胺(分子量15000，Nitto Boseki)水溶液和上述步驟2中制備的凹部(通道1)接觸，并使它們?cè)?0℃下反應(yīng)2小時(shí)(聚烯丙胺中的部分氨基與具有三維網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)的多孔樹(shù)脂層中的環(huán)氧基反應(yīng))，接著在流動(dòng)水下沖洗15分鐘，將氨基引入到所述多孔樹(shù)脂層中。
(醛基的引入)將具有上述的其中引入了氨基的凹部(通道1)的襯底放入5重量％的戊二醛水溶液(Wako Pure Chemical Industries)中，使它們?cè)?0℃下反應(yīng)2小時(shí)(聚烯丙胺中幾乎全部氨基都和戊二醛的醛基之一反應(yīng))，接著在流動(dòng)水下沖洗10分鐘，將醛基引入到具有三維網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)的多孔樹(shù)脂層中。
(DNA固定)將1μL具有氨基-改性的5’末端和熒光素異硫氰酸酯異構(gòu)體I(FICT-I)-改性的3’末端的DNA(長(zhǎng)度25個(gè)核苷酸，Espec Oligo Service)水溶液(濃度50μM)滴加到上述的其中引入了醛基的凹部(通道1)中，在50℃和100％濕度下反應(yīng)15分鐘(DNA的氨基端基都可以與具有三維網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)的多孔樹(shù)脂層的醛基反應(yīng))，將該凹部放入0.2重量％的四氫硼酸鈉水溶液中，使其進(jìn)行還原反應(yīng)5分鐘。接著，將該凹部用0.2×SSC/0.1％SDS溶液漂洗，再用0.2×SSC漂洗，隨后另外用蒸餾水漂洗，并進(jìn)行空氣干燥，以將DNA固定到凹部(通道1)底表面上的具有三維網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)的多孔樹(shù)脂層上。(此處，0.2×SSC是指0.03M NaCl和3mM檸檬酸鈉的水溶液，而0.1％SDS是指0.1重量％的十二烷基硫酸鈉水溶液)。
將72份平均分子量為2000的三官能團(tuán)氨基甲酸酯丙烯酸酯低聚物(Unidic V-4263，Dainippon Ink and Chemicals)、18份二丙烯酸己二醇酯(New Frontier HDDA，Daiichi Pharmaceutical)、10份甲基丙烯酸甘油酯(Wako Pure Chemical Industries)和2份1-羥基環(huán)己基苯基酮(Irgacure 184，Ciba-Geigy)形式的光聚合引發(fā)劑均勻混合形成的組合物，用旋涂機(jī)(Mikasa)以800rpm的旋轉(zhuǎn)速度涂布到厚度為30μm的雙軸取向的聚丙烯薄膜上，該薄膜的一側(cè)經(jīng)過(guò)了電暈放電處理(Futamura Chemical)。將所述的未固化涂層用來(lái)自紫外燈1的紫外光輻照1秒鐘，形成上述組合物的半固化薄膜。將該薄膜層壓在上述步驟2中制造的凹部(通道1)上，并再次用來(lái)自紫外燈1的紫外光輻照40秒鐘使其完全固化，制造出具有毛細(xì)管狀通道(通道1)的微流體器件(1)，其中具有三維網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)的多孔樹(shù)脂層暴露于底表面上。
當(dāng)用掃描電子顯微鏡觀察步驟1中制造的上述具有三維網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)的多孔樹(shù)脂層的表面時(shí)，觀察到以直徑約0.5μm的聚集粒子之間的空腔形式存在的孔徑為約0.4μm的孔隙。另外，當(dāng)觀察具有三維網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)的多孔樹(shù)脂層的截面時(shí)，所述具有三維網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)的多孔樹(shù)脂層的厚度為約10μm。該具有三維網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)的多孔樹(shù)脂層的掃描電子顯微照片顯示于圖1中。
當(dāng)用掃描電子顯微鏡觀察上述步驟2中制造的凹部(通道1)的截面時(shí)，該凹部的截面形狀是寬度為約250μm且深度為約30μm的矩形，所述的深度不包括除具有三維網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)的多孔樹(shù)脂層。
作為用Fluoro Imaging Scanner(FLA-3000G，F(xiàn)uji Photo Film)測(cè)量固定有上述DNA的位于底表面上的具有三維網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)的多孔樹(shù)脂層中FITC-I發(fā)出的熒光強(qiáng)度的結(jié)果，熒光強(qiáng)度值為1069 LAU(上述儀器上顯示的熒光強(qiáng)度單位)/mm2。
實(shí)施例2實(shí)施例2是根據(jù)“表面溶脹方法”制造具有三維網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)的多孔樹(shù)脂層的實(shí)施例。
采用和實(shí)施例1組合物(X1)的制備方法相同的方法制備組合物(X2)，不同之處在于混合40份1，6-己二醇乙氧基化二丙烯酸酯(Photomer 4361，Cognis Japan)代替40份二丙烯酸己二醇酯(New Frontier HDDA，DaiichiPharmaceutical)，以及混合10份壬基苯氧基聚乙二醇(n＝17)丙烯酸酯(N-177E，Daiichi Pharmaceutical)代替10份甲基丙烯酸甘油酯(Wako PureChemical Industries)。該組合物的粘度為220mPa·s。
(具有三維網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)的形成)
在室溫下將厚度為150μm用作襯底的聚苯乙烯板(Dainippon Ink andChemicals)在N，N-二甲基乙酰胺(Wako Pure Chemical Industries)中浸漬5秒后，將該板放入水中，并另外在流水下沖洗約5分鐘，獲得其中將具有三維網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)的多孔樹(shù)脂層和襯底集成為單個(gè)單元的聚苯乙烯板。
(環(huán)氧基的引入)此外，將其中混合了2.5份平均分子量為2000的三官能團(tuán)氨基甲酸酯丙烯酸酯低聚物(Unidic V-4263，Dainippon Ink and Chemicals)、2份1，6-己二醇乙氧基化二丙烯酸酯(Photomer 4361，Cognis Japan)、0.5份甲基丙烯酸甘油酯(Wako Pure Chemical Industries)、0.25份1-羥基環(huán)己基苯基酮(Irgacure 184，Ciba-Geigy)形式的光聚合引發(fā)劑和95份乙醇形式的溶劑的組合物，用旋涂機(jī)(Mikasa)以1500rpm的旋轉(zhuǎn)速度涂布到具有三維網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)的多孔樹(shù)脂層上，隨后用來(lái)自紫外燈1的紫外光輻照40秒，形成其中將環(huán)氧基引入到多孔表面上的具有三維網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)的多孔樹(shù)脂層(2)。[步驟2底表面上暴露多孔樹(shù)脂層的凹部(通道)的形成]使用和實(shí)施例1相同的方法形成底表面上暴露具有三維網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)的多孔樹(shù)脂層的凹部(通道2)，不同之處在于使用組合物(X2)代替組合物(X1)。
采用和實(shí)施例1相同的方法進(jìn)行氨基和醛基的引入以及DNA的固定。
使用和實(shí)施例1相同的組合物和方法將覆蓋物粘附到凹部(通道2)上，制造出具有毛細(xì)管狀通道(通道2)的微流體器件(2)，其中具有三維網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)的多孔樹(shù)脂層暴露于底表面上。
當(dāng)用掃描電子顯微鏡觀察步驟1中制造的上述具有三維網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)的多孔樹(shù)脂層(2)的表面時(shí)，觀察到孔徑為約0.8μm的海綿狀孔隙。另外，當(dāng)觀察該多孔樹(shù)脂層的截面時(shí)，所述多孔樹(shù)脂層的厚度為約2μm。
當(dāng)用掃描電子顯微鏡觀察上述步驟2中制造的凹部(通道2)的截面時(shí)，該凹部的截面形狀是寬度為約250μm且深度為約30μm的矩形，所述的深度不包括具有三維網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)的多孔樹(shù)脂層。
采用上述實(shí)施例1中所示DNA固定方法相同的方法，將DNA固定到上述步驟2中形成的凹部(通道2)上。作為用和實(shí)施例1DNA定量方法相同的方法測(cè)量的固定在凹部(通道2)上的FITC-I發(fā)出的熒光強(qiáng)度的結(jié)果，熒光強(qiáng)度值為954LAU/mm2。
實(shí)施例3實(shí)施例3是根據(jù)“濕法”制造具有三維網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)的多孔樹(shù)脂層的實(shí)施例。
將5份芳香族聚酰胺(Conex，Teijin)形式的線性聚合物、90份N，N-二甲基乙酰胺(Wako Pure Chemical Industries)形式的溶劑(U)以及5份乙二醇形式的添加劑均勻混合，獲得膜沉積液(K)。
將50份三(四甘醇)雙馬來(lái)酰亞胺(Lumicure MIA200，Dainippon Ink andChemicals)、40份1，6-己二醇乙氧基化二丙烯酸酯(Photomer 4361，CognisJapan)、10份N，N-二甲基丙烯酰胺(DMAA，Kohjin)和0.5份2，4-二苯基-4-甲基-1-戊烯(Kanto Chemical)形式的聚合延遲劑混合，制備出組合物(X3)。組合物(X3)的粘度為100mPa·s。

(三維網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)的形成)使用50μm繞線棒刮涂器，將膜沉積液(K)涂布在厚度為1mm用作襯底的聚丙烯酸酯板上，并將該襯底浸漬在水中，獲得乳白色凝結(jié)涂層。將所得到的凝結(jié)涂層另外在流水下沖洗10分鐘，再在真空中40℃下干燥1小時(shí)，獲得具有三維網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)的多孔樹(shù)脂層。
使用和實(shí)施例1相同的方法形成底表面上暴露具有三維網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)的多孔樹(shù)脂層(3)的凹部(通道3)，不同之處在于使用組合物(X3)代替組合物(X1)。
采用和實(shí)施例1相同的方法進(jìn)行氨基和醛基的引入以及DNA的固定。
使用和實(shí)施例1相同的組合物和方法將覆蓋物粘附到凹部(通道3)上，制造出具有毛細(xì)管狀通道(通道3)的微流體器件(3)，其中具有三維網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)的多孔樹(shù)脂層暴露于底表面上。
當(dāng)用掃描電子顯微鏡觀察步驟1中制造的上述具有三維網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)的多孔樹(shù)脂層(3)的表面時(shí)，觀察到孔徑為約0.6μm的海綿狀孔隙。另外，當(dāng)觀察該多孔樹(shù)脂層的截面時(shí)，所述多孔樹(shù)脂層的厚度為約35μm。
當(dāng)用掃描電子顯微鏡觀察上述步驟2中制造的凹部(通道3)的截面時(shí)，該凹部的截面形狀是寬度為約250μm且深度為約30μm的矩形，所述的深度不包括具有三維網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)的多孔樹(shù)脂層。
比較例1該比較例涉及這樣一種微流體器件，該器件使用已知的氨基固定玻璃襯底表面作為通道底表面，并且顯示DNA固定密度低。
使用旋涂機(jī)(Mikasa)以800rpm的旋轉(zhuǎn)速度將實(shí)施例1中制造的組合物(X1)涂布到其中將氨基引入到表面上的載片(Amine Silane，MatsunamiGlass Industries)上，形成所述組合物(X1)的未固化涂層，將該未固化涂層用來(lái)自紫外燈2的紫外光通過(guò)位于將要形成通道區(qū)域以外的位置上的光掩模輻照120秒，形成組合物(X1)的半固化涂層，并且用乙醇除去非輻照部分的未固化組合物(X1)部分，在襯底上形成凹部(通道4)，其中玻璃暴露于底表面上。
使用和實(shí)施例1相同的方法對(duì)上述底表面上含有氨基的凹部(通道4)進(jìn)行戊二醛處理，將醛基引入到底表面上。
接著，采用和實(shí)施例1相同的方法處理上述的其中引入了醛基的凹部(通道4)，進(jìn)行DNA固定。
作為采用和實(shí)施例1相同的方法測(cè)量上述其中將DNA固定到底表面玻璃上的凹部(通道4)的結(jié)果，熒光強(qiáng)度值為73LAU/mm2。
比較例2該比較例顯示固定到硅襯底表面上的DNA量低。但是，測(cè)量是在沒(méi)有形成凹部的情況下進(jìn)行的。
通過(guò)真空中紫外光(Sen Koki)輻照對(duì)硅晶片進(jìn)行預(yù)處理后，將該晶片在25℃的含有3-氨基丙基三乙氧基硅烷(LS-3150，Shin-Etsu Silicones)形式的硅烷偶合劑的1mM異丙醇溶液中浸漬3小時(shí)，隨后用乙醇洗滌，在80℃下熱風(fēng)干燥30分鐘，將氨基引入到硅晶片表面上。
采用和實(shí)施例1相同的方法，在上述已經(jīng)引入氨基的硅晶片表面上進(jìn)行戊二醛處理和氨基改性DNA處理，以將DNA固定到硅晶片表面上。
作為采用和實(shí)施例1相同的方法測(cè)量上述已經(jīng)固定了DNA的硅晶片表面的結(jié)果，熒光強(qiáng)度值為約78LAU/mm2。
比較例3該比較例顯示固定到硅多孔層上的DNA量低。但是，測(cè)量是在沒(méi)有形成通道的情況下進(jìn)行的。
使用硅晶片依照日本未審查專利申請(qǐng)，第一次公開(kāi)H6-169756中所述的方法，形成寬度為250μm且距硅晶片表面深度為約30μm的多孔層。
采用和比較例2相同的方法將氨基引入到該多孔層中。
采用和比較例2相同的方法將DNA固定到該多孔層上。
作為采用和實(shí)施例1相同的方法測(cè)量已經(jīng)將DNA固定到底表面多孔硅上的上述多孔層的表面的結(jié)果，熒光強(qiáng)度值為約114LAU/mm2。即，熒光強(qiáng)度與光滑硅晶片表面相比，只增加了約1.46倍。
比較例4該比較例顯示固定在具有通過(guò)電子束蝕刻形成的表面不規(guī)則性的表面上的DNA量低。
使用E1030型Ion Sputtering System(Hitachi)，在15mA下用電子束蝕刻聚丙烯酸酯板5分鐘，在表面中提供深度為約0.4μm的表面不規(guī)則性。
采用與實(shí)施例2相同的方法，不同之處在于使用以上述方法形成表面不規(guī)則性的聚丙烯酸酯板代替其上形成具有三維網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)的多孔樹(shù)脂層的聚丙烯酸酯板，通過(guò)進(jìn)行環(huán)氧基引入、通道形成、氨基引入、醛基引入、DNA固定和覆蓋物粘附，形成微流體器件。
作為采用和實(shí)施例2相同方法測(cè)量的結(jié)果，熒光強(qiáng)度值為約288LAU/mm2。
根據(jù)上述實(shí)施例1～3和比較例1～4的DNA定量結(jié)果，與比較例1的不含多孔樹(shù)脂層的通道，含有由硅制成的多孔底表面的通道，或者以簡(jiǎn)單不規(guī)則表面代替具有三維網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)的多孔通道的通道相比，實(shí)施例的提供了具有三維網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)的多孔樹(shù)脂層的通道的比表面積非常大，很顯然能夠固定許多物質(zhì)。
工業(yè)適用性由于本發(fā)明的微流體器件含有粘附在通道內(nèi)表面上的薄多孔樹(shù)脂層，因而即使在微小的區(qū)域也可以固定大量官能團(tuán)、(生物)化學(xué)物質(zhì)或生物物質(zhì)而不阻塞通道。另外，由于多孔樹(shù)脂層具有三維網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，所以所述多孔樹(shù)脂層具有非常大的表面積，使其能夠固定大量探針。而且，在上述矩形或梯形通道的一個(gè)或兩個(gè)內(nèi)表面上提供有具有三維網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)的多孔樹(shù)脂層的微流體器件，特別是其中從多孔樹(shù)脂層到相對(duì)的內(nèi)壁的平均距離在1～50μm范圍內(nèi)的微流體器件，能夠產(chǎn)生在所述多孔部分上移動(dòng)的分析目標(biāo)物質(zhì)和固定探針之間的足夠的親和力。因此，當(dāng)使用本發(fā)明的微流體器件時(shí)，可以精確快速地進(jìn)行處理例如合成、分離或分析。特別地，通過(guò)使用低聚核苷酸作為固定探針，可以優(yōu)選將本發(fā)明的微流體器件用于DNA分析。
權(quán)利要求
1.一種微流體器件，該微流體器件包含襯底、具有三維網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)的多孔樹(shù)脂層、通道和覆蓋物；其中，所述微流體器件(I)在襯底的上部有所述多孔樹(shù)脂層，(II)所述多孔樹(shù)脂層除通道部分外，被浸漬的活化能束固化性樹(shù)脂組合物(X)的可固化樹(shù)脂所填充，且(III)通道具有由以下組成的壁表面未被活化能束固化性樹(shù)脂組合物(X)所填充的、具有三維網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)的多孔樹(shù)脂層，在被活化能束固化性樹(shù)脂組合物(X)的可固化樹(shù)脂所填充的、具有三維網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)的多孔樹(shù)脂層上部形成的活化能束固化性樹(shù)脂組合物(X)的可固化樹(shù)脂層，以及覆蓋物，并且所述的通道形成為空腔形狀。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的微流體器件，其中所述的具有三維網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)的多孔樹(shù)脂層由活化能束固化性樹(shù)脂組合物(X)組成。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的微流體器件，其中在含有具有三維網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)的多孔樹(shù)脂層的通道部分中，在垂直于流體流動(dòng)方向的方向上的截面中，如果將所述截面中的任意點(diǎn)指定為x，將具有三維網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)的多孔樹(shù)脂層在直線距離上接近該點(diǎn)的部分指定為y，將x和y之間的直線距離指定為r，并將該所述截面中r能夠具有的最大距離指定為rmax，則所述rmax在1～50μm范圍內(nèi)。
4.根據(jù)權(quán)利要求1～3任何一項(xiàng)所述的微流體器件，其中垂直于所述流體流動(dòng)方向的方向上的通道的截面形狀是矩形或梯形。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的微流體器件，其中只在所述通道的一個(gè)內(nèi)壁上形成具有三維網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)的多孔樹(shù)脂層，并且從所述多孔樹(shù)脂層到相對(duì)的內(nèi)壁的平均距離在1～50μm范圍內(nèi)。
6.根據(jù)權(quán)利要求1～5任何一項(xiàng)所述的微流體器件，其中所述具有三維網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)的多孔樹(shù)脂層的厚度在0.5～30μm范圍內(nèi)。
7.根據(jù)權(quán)利要求1～6任何一項(xiàng)所述的微流體器件，其中所述具有三維網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)的多孔樹(shù)脂層的平均孔徑在0.05～3μm范圍內(nèi)。
8.根據(jù)權(quán)利要求1～7任何一項(xiàng)所述的微流體器件，其中所述具有三維網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)的多孔樹(shù)脂層是固定對(duì)分析目標(biāo)物質(zhì)具有親合力的探針的多孔樹(shù)脂層。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的微流體器件，其中所述探針是低聚核苷酸。
10.一種液相色譜構(gòu)件，該構(gòu)件包含權(quán)利要求1～9任何一項(xiàng)所述的微流體器件。
11.一種電泳構(gòu)件，該構(gòu)件包含權(quán)利要求1～9任何一項(xiàng)所述的微流體器件。
12.一種微流體器件的制造方法，該方法包括以下步驟(1)一個(gè)步驟，其中在襯底表面上形成含有大量孔隙的具有三維網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)的多孔樹(shù)脂層；(2)一個(gè)步驟，其中將含有活化能束聚合性化合物(a)的活化能束固化性樹(shù)脂組合物(X)涂布在所述多孔樹(shù)脂層上，形成所述組合物(X)的未固化涂層，用活化能束輻照除充當(dāng)通道的部分外的未固化涂層，形成組合物(X)的固化或半固化涂層，除去非輻照部分的未固化組合物(X)，并形成凹部，其中在底表面上暴露具有三維網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)的多孔樹(shù)脂層；和(3)一個(gè)步驟，其中將充當(dāng)覆蓋物的另一構(gòu)件粘附到含有凹部的構(gòu)件的凹部上，使凹部以空腔形狀起通道作用。
13.根據(jù)權(quán)利要求12所述的微流體器件制造方法，其中處理所述樹(shù)脂層表面的步驟在將具有三維網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)的多孔樹(shù)脂層形成在襯底表面上的步驟之后。
14.根據(jù)權(quán)利要求12或13所述的微流體器件制造方法，其中所述活化能束固化性樹(shù)脂組合物(X)是含有活化能束聚合性化合物(a)以及能夠與所述活化能束聚合性化合物(a)聚合的兩親性可聚合化合物的組合物。
15.根據(jù)權(quán)利要求12～14任何一項(xiàng)所述的微流體器件制造方法，其中組合物(X)的粘度在25℃下為30～3000mPa·s。
16.根據(jù)權(quán)利要求12或13所述的微流體器件制造方法，其中在襯底表面上形成具有三維網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)的多孔樹(shù)脂層的步驟由如下工序組成將活化能束固化性膜沉積液(J)涂布到襯底上，該膜沉積液(J)含有活化能束聚合性化合物(b)和不良溶劑(R)，所述的不良溶劑(R)和化合物(b)相容，但和化合物(b)形成的聚合物不相容，接著用活化能束輻照膜沉積液(J)，并在襯底表面上形成具有三維網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)的多孔樹(shù)脂層。
全文摘要
一種用于制造微流體器件的方法，其中在通道表面上以均勻的厚度提供位于微流體器件微小通道內(nèi)表面上的多孔樹(shù)脂層而不阻塞通道，所述的多孔樹(shù)脂層能夠固定大多數(shù)接近大量的蛋白質(zhì)，例如酶和抗原，催化劑等?？梢酝ㄟ^(guò)如下方法容易地實(shí)現(xiàn)在通道表面上提供具有均勻厚度的多樹(shù)脂層，該方法包括預(yù)先在載體上形成表面上含有多個(gè)孔隙的多孔樹(shù)脂層，將活化能輻照硬化性組合物涂布到多孔樹(shù)脂層上，在其底部形成具有孔樹(shù)脂層的凹陷部分，然后將覆蓋構(gòu)件緊固到凹陷部分以形成通道。
文檔編號(hào)G01N27/447GK1759314SQ20048000636
公開(kāi)日2006年4月12日 申請(qǐng)日期2004年3月10日 優(yōu)先權(quán)日2003年3月11日
發(fā)明者高田哲生, 穴澤孝典, 寺前敦司 申請(qǐng)人:財(cái)團(tuán)法人川村理化學(xué)研究所