JP5588281B2 - ガス発生剤及びマイクロポンプ - Google Patents

Description

本発明は、ガス発生剤及びマイクロポンプに関し、特に、マイクロ流体デバイスに用いられるマイクロポンプ用のガス発生剤及びそれを用いたマイクロポンプに関する。

近年、小型であり、かつ携帯性に優れている分析装置として、マイクロ流体デバイスを用いた分析装置が用いられるようになってきている。このマイクロ流体デバイスを用いた分析装置では、マイクロ流路内においてサンプルの送液、希釈、分析などを行うことができる。このため、マイクロ流体デバイスを用いた分析装置によれば、非常に少量のサンプルであっても分析を行うことができるという効果も得られる。

上述のように、マイクロ流体デバイスでは、マイクロ流路内をサンプルや希釈液などを送液する必要がある。従って、マイクロ流体デバイスには、ポンプが必須となる。ポンプとしては、従来、シリンジポンプなどが用いられていた。しかしながら、シリンジポンプは大型であり、かつ、マイクロ流体デバイスに外部接続する必要がある。従って、シリンジポンプを用いたのでは、マイクロ流体デバイスを用いた分析装置が大型化し、かつ分析装置の携帯性が悪化してしまうという問題が生じる。

このような問題に鑑み、例えば、下記の特許文献１には、マイクロ流路に接続されたガス発生室が区画形成された基板を有し、ガス発生室に、アゾ化合物と、バインダー樹脂とを含むガス発生剤が収納されたマイクロポンプが提案されている。このマイクロポンプでは、ガス発生剤に熱エネルギーを供給することにより、ガス発生剤からガスが発生し、そのガスがマイクロ流路に供給されることにより、ポンプ機能が発現する。

上記特許文献１に記載のマイクロポンプであれば、シリンジポンプとは異なり、アクチュエータを要さないため小型化が可能である。また、このマイクロポンプは、マイクロ流体デバイスと一体に形成することができるため、マイクロ流体デバイスを用いた分析装置の携帯性を損なうことがない。

特開２００９−８４１２８号公報

近年、マイクロ流体デバイスに、より高度な機能、より多くの機能を付与したいという要望が高まってきている。具体的には、例えば、マイクロ流体デバイスに多段の希釈系列を形成したいという要望や、ひとつのマイクロ流体デバイスで複数のサンプルの測定を行いたいという要望などが高まってきている。このような要望を満足させるために、マイクロ流体デバイスの構造が益々複雑化してきている。それに伴い、マイクロポンプの駆動時間を長くしたいという要望が高まってきている。

本発明は、かかる点に鑑みてなされたものであり、その目的は、マイクロポンプの駆動時間を長くし得るガス発生剤及び長い駆動時間を有するマイクロポンプを提供することにある。

本発明者らは、鋭意研究の結果、種々のアゾ化合物及びアジド化合物のうち、ジメチル―２，２’―アゾビス（２−メチルプロピオネート）は、バインダーとの相溶性が高く、含有量を多くできることを見出した。その結果、本発明者らは、本発明を成すに至った。

すなわち、本発明に係るガス発生剤は、マイクロ流体デバイスのマイクロ流路にガスを供給するためのマイクロポンプに使用されるガス発生剤に関する。本発明に係るマイクロポンプ用ガス発生剤は、ジメチル―２，２’―アゾビス（２−メチルプロピオネート）とバインダー樹脂とを含有する。

なお、本発明において、「マイクロ流体デバイス」とは、マイクロ流路を有するデバイスをいう。「マイクロ流路」とは、マイクロ流路を流れる液体に所謂マイクロ効果が発現する形状寸法に形成されている流路をいう。具体的には、「マイクロ流路」とは、マイクロ流路を流れる液体が、表面張力と毛細管現象との影響を強く受け、通常の寸法の流路を流れる液体とは異なる挙動を示す形状寸法に形成されている流路をいう。

本発明に係るガス発生剤のある特定の局面では、ジメチル―２，２’―アゾビス（２−メチルプロピオネート）は、バインダー樹脂１００重量部に対して１００重量部〜２０００重量部の範囲で含有されている。

本発明に係るガス発生剤の他の特定の局面では、バインダー樹脂は、アクリル樹脂、ポリウレタン樹脂、ポリエステル樹脂、ポリエチレン樹脂、ポリプロピレン樹脂、ポリスチレン樹脂、ポリエーテル樹脂、ポリカーボネート樹脂、ポリアミド樹脂及びポリイミド樹脂からなる群から選ばれた一種以上の樹脂である。この構成によれば、ジメチル―２，２’―アゾビス（２−メチルプロピオネート）をより多く含有させることができる。従って、マイクロポンプの駆動時間をより長くすることができる。

本発明に係るマイクロポンプは、基材と、ガス発生材とを備えている。基材には、マイクロ流路が形成されている。ガス発生材は、マイクロ流路にガスを供給する。ガス発生材は、ジメチル―２，２’―アゾビス（２−メチルプロピオネート）とバインダー樹脂とを含有するガス発生剤を含む。すなわち、本発明に係るマイクロポンプでは、ガス発生材が、上記本発明に係るガス発生剤を含む。従って、本発明に係るマイクロポンプは、長い駆動時間を有する。

本発明に係るマイクロポンプのある特定の局面では、マイクロ流路は、基材の表面に開口している。ガス発生材は、マイクロ流路の開口を覆うように、基材の表面の上に設けられている。この場合、基材内にガス発生室を設ける必要がなくなる。従って、基材を小型化できると共に、基材の作製が容易となる。

本発明に係るマイクロポンプの他の特定の局面では、基材には、マイクロ流路が開口しているガス発生室がさらに形成されている。ガス発生材は、ガス発生室内に配置されている。この構成によれば、ガス発生材から発生したガスを効率的にマイクロ流路に導くことができる。

本発明に係るガス発生剤では、ガス発生成分として、バインダー樹脂に対する相溶性が高いジメチル―２，２’―アゾビス（２−メチルプロピオネート）が用いられている。このため、このマイクロポンプ用ガス発生剤を用いることにより、マイクロポンプの駆動時間を長くすることができる。

第１の実施形態に係るマイクロポンプの略図的断面図である。 第２の実施形態に係るマイクロポンプの略図的断面図である。 実施例及び比較例においてマイクロポンプの出力特性を評価するために用いたマイクロポンプの略図的断面図である。

以下、本発明を実施した好ましい形態について、図１及び図２に示すマイクロポンプ１，２を例に挙げて説明する。但し、マイクロポンプ１，２は、単なる例示である。本発明は、マイクロポンプ１，２に何ら限定されない。

（第１の実施形態）
図１は、第１の実施形態に係るマイクロポンプの略図的断面図である。

図１に示すマイクロポンプ１は、マイクロ流体デバイスのマイクロ流路にガスを供給するためのポンプである。マイクロポンプ１は、マイクロポンプ１のマイクロ流路１１が、マイクロ流体デバイスのマイクロ流路に接続された状態で使用される。マイクロポンプ１は、マイクロ流体デバイスと一体に形成されていてもよい。

マイクロポンプ１は、基材１０を備えている。基材１０は、マイクロ流路１１を流れる液体や気体との反応性が低く、かつ、液体がマイクロ流路１１を流れる際にかかる圧力に対して十分な機械的耐久性を有するものである限りにおいて特に限定されない。基材１０は、例えば、樹脂、ガラス、セラミックなどにより形成することができる。基材１０の形成に好ましく用いられる樹脂としては、有機シロキサン化合物などが挙げられる。有機シロキサン化合物の具体例としては、例えば、ポリジメチルシロキサン（ＰＤＭＳ）や、ポリメチル水素シロキサンなどが挙げられる。

基材１０には、マイクロ流路１１が形成されている。マイクロ流路１１は、基材１０の表面１０ａに開口している。

表面１０ａの上には、ガス発生材としてのガス発生層１２が形成されている。このガス発生層１２によって、マイクロ流路１１の開口１１ａが覆われている。このため、ガス発生層１２において発生したガスは、開口１１ａからマイクロ流路１１内に供給される。

ガス発生層１２は、ガス発生層１２において発生したガスがマイクロ流路１１に好適に供給されるように設けられていることが好ましい。従って、ガス発生層１２は、基材１０に粘着または接着していることが好ましい。この場合において、ガス発生層１２と基材１０とを、粘着剤や接着剤を用いて粘着または接着させてもよいし、ガス発生層１２及び基材１０の少なくとも一方の表面に粘着能または接着能を持たせることにより、ガス発生層１２と基材１０とを直接粘着または接着してもよい。

なお、ガス発生層１２の厚みは、特に限定されない。ガス発生層１２の厚みは、例えば、１０μｍ〜２００μｍ程度とすることができる。

ガス発生層１２の基材１０とは反対側の表面は、ガスバリア層１３により覆われている。このガスバリア層１３は、ガス発生層１２において発生したガスが、基材１０とは反対側に流出することを抑制し、マイクロ流路１１側に効率的に供給されるようにする層である。このため、ガスバリア層１３は、ガス発生層１２において発生したガスの透過性が低いものであることが好ましい。

具体的には、ガスバリア層１３は、例えば、ポリアクリル、ポリオレフィン、ポリカーボネート、塩化ビニル樹脂、ＡＢＳ樹脂、ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）樹脂、ナイロン樹脂、ウレタン樹脂、ポリイミド樹脂及びガラスなどからなるものであることが好ましい。

なお、ガスバリア層１３の厚みは、例えば、２５μｍ〜１００μｍであることが好ましく、５０μｍ〜１００μｍであることがさらに好ましい。

本実施形態では、ガス発生材としてのガス発生層１２は、バインダー樹脂とジメチル―２，２’―アゾビス（２−メチルプロピオネート）とを含有しているガス発生剤を含む。ジメチル―２，２’―アゾビス（２−メチルプロピオネート）は、バインダー樹脂との相溶性が高い。このため、バインダー樹脂に対するジメチル―２，２’―アゾビス（２−メチルプロピオネート）の含有量を多くすることができる。具体的には、ジメチル―２，２’―アゾビス（２−メチルプロピオネート）を、バインダー樹脂１００重量部に対して１００重量部以上含有させることができる。よって、ガス発生層１２におけるジメチル―２，２’―アゾビス（２−メチルプロピオネート）の含有量を多くすることができる。よって、ガス発生層１２から発生し得るガスの量を多くすることができる。従って、マイクロポンプ１の駆動期間を長くすることができる。

マイクロポンプ１の駆動時間をより長くする観点からは、ジメチル―２，２’―アゾビス（２−メチルプロピオネート）のバインダー樹脂に対する含有量がさらに多いことが好ましい。従って、ジメチル―２，２’―アゾビス（２−メチルプロピオネート）は、バインダー樹脂１００重量部に対して１００重量部以上含有されていることがより好ましく、２００重量部以上含有されていることがより好ましく、４００重量部以上含有されていることがさらに好ましい。ただし、ジメチル―２，２’―アゾビス（２−メチルプロピオネート）のバインダー樹脂に対する含有量が多すぎると、バインダー樹脂中に溶解できなくなる場合がある。従って、ジメチル―２，２’―アゾビス（２−メチルプロピオネート）は、バインダー樹脂１００重量部に対して２０００重量部以下の割合で含有されていることが好ましく、１０００重量部以下の割合で含有されていることがより好ましく、８００重量部以下の割合で含有されていることがさらに好ましい。

また、バインダー樹脂としては、アクリル樹脂、ポリウレタン樹脂、ポリエステル樹脂、ポリエチレン樹脂、ポリプロピレン樹脂、ポリスチレン樹脂、ポリエーテル樹脂、ポリカーボネート樹脂ポリアミド樹脂及びポリイミド樹脂からなる群から選ばれた一種以上の樹脂が好ましく用いられる。このような樹脂は、ジメチル―２，２’―アゾビス（２−メチルプロピオネート）との相溶性がより高い。従って、ジメチル―２，２’―アゾビス（２−メチルプロピオネート）のバインダー樹脂に対する含有量をより多くすることができる。その結果、マイクロポンプ１の駆動時間をより効果的に長くすることができる。マイクロポンプ１の駆動時間をさらに効果的に長くする観点からさらに好ましく用いられるバインダー樹脂としては。例えば、アクリル樹脂などがあげられる。

（第２の実施形態）
図２は、第２の実施形態に係るマイクロポンプの略図的断面図である。

上記第１の実施形態では、ガス発生材として、基材１０の表面１０ａの上にガス発生層１２を設ける例について説明した。但し、本発明は、この構成に限定されない。

例えば、図２に示すマイクロポンプ２のように、基材１０の内部に、マイクロ流路１１が開口しているガス発生室１４を形成し、そのガス発生室１４内に、例えばタブレット状のガス発生材タブレット１２ａを配置してもよい。

（実施例１）
２−エチルへキシルアクリレート９６．５重量部と、アクリル酸３重量部と、２−ヒドロキシエチルアクリレート０．５重量部とのアクリル系共重合体（重量平均分子量７０万）を作製した。次に、そのアクリル系共重合体１００重量部と、酢酸エチル２００重量部と、イソシアネート系化合物（日本ポリウレタン社製、商品名コロネートＬ４５）３重量部と、ジメチル―２，２’―アゾビス（２−メチルプロピオネート）（和光純薬社製、Ｖ−６０１）１００重量部と、ジエチルチオキサントン（チバスペシャルティケミカルズ社製、ＤＥＴＸ−Ｓ）３．５重量部とを混合することによりガス発生剤を得た。

次に、ガス発生剤をアンカー処理が施された厚さ５０μｍのポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）フィルム上にキャストにより塗布し、乾燥させることにより、ＰＥＴフィルムと、ガス発生層１２とからなるガス発生フィルムを作製した。なお、乾燥後のガス発生層の厚みは約１００μｍであった。また、この実施例では、ＰＥＴフィルムがガスバリア層１３を構成している。

次に、図３に示すように、ガス発生フィルム１７は粘着能を有しているため、両主面１０ａ、１０ｂのそれぞれに開口しているマイクロ流路１１が形成されている基材１０の表面１０ａの上に貼り付けることにより、マイクロポンプを作製した。

なお、本実施例においては、基材１０は、アクリル板から形成した。マイクロ流路１１の断面形状は、０．５ｍｍ角の矩形状とした。マイクロ流路１１の長さは、８００ｍｍとした。マイクロ流路１１の先端は大気に開放した状態とした。

（実施例２）
ジメチル―２，２’―アゾビス（２−メチルプロピオネート）の配合量を、４００重量部とした以外は、上記実施例１と同様にしてガス発生フィルムを作製し、マイクロポンプを作製した。

（実施例３）
ジメチル―２，２’―アゾビス（２−メチルプロピオネート）の配合量を、８００重量部とした以外は、上記実施例１と同様にしてガス発生フィルムを作製し、マイクロポンプを作製した。

（実施例４）
ジメチル―２，２’―アゾビス（２−メチルプロピオネート）の配合量を、２０００重量部とした以外は、上記実施例１と同様にしてガス発生フィルムを作製し、マイクロポンプを作製した。

（比較例１）
ジメチル―２，２’―アゾビス（２−メチルプロピオネート）４００重量部に替えて、２，２’−アゾビス（Ｎ−ブチル−２−メチルプロピオンアミド）４０重量部を用いた以外は、上記実施例１と同様にしてガス発生フィルムを作製し、マイクロポンプを作製した。

（比較例２）
２，２’−アゾビス（Ｎ−ブチル−２−メチルプロピオンアミド）１００重量部を、実施例１と同様にして作製したアクリル系共重合体１００重量部と、酢酸エチル２００重量部と、イソシアネート系化合物（日本ポリウレタン社製、商品名コロネートＬ４５）３重量部と、ジエチルチオキサントン（チバスペシャルティケミカルズ社製、ＤＥＴＸ−Ｓ）３．５重量部とを混合しようとした。しかしながら、２，２’−アゾビス（Ｎ−ブチル−２−メチルプロピオンアミド）は、アクリル系共重合体に溶解せず、ガス発生フィルムを得ることができなかった。

（マイクロポンプの出力特性評価）
上記実施例１及び比較例１において作製したマイクロポンプの出力特性を以下の要領で評価した。まず、開口１１ｂから１μｌの水をマイクロ流路１１内に注入し、その後、開口１１ｂを、厚さ３０μｍのアクリル系粘着剤層と厚さ３０μｍのポリエチレンテレフタレート基材とからなる片面テープ１６により封鎖した。その状態で、ＬＥＤを用いて波長３８０ｎｍの紫外線を照射し、水滴１５の移動時間と移動距離を１０秒ごとに測定した。その結果から、水滴１５の移動速度を算出した。また、移動速度の最大値の９０％を維持できる移動時間を安定時間、６０％を維持できる移動時間を持続時間として算出した。結果を下記の表１に示す。

上記表１に示す結果から、ジメチル―２，２’―アゾビス（２−メチルプロピオネート）をガス発生成分として使用することにより、ガス発生量を多くでき、かつマイクロポンプの駆動時間を長くすることができることが分かる。マイクロポンプの駆動時間をより長くする観点からは、ジメチル―２，２’―アゾビス（２−メチルプロピオネート）をバインダー樹脂１００重量部に対して４００重量部以上含有させることが好ましく、８００重量部以上含有させることがより好ましいことが分かる。

１，２…マイクロポンプ
１０…基材
１０ａ、１０ｂ…基材の主面
１１…マイクロ流路
１１ａ、１１ｂ…開口
１２…ガス発生層
１２ａ…ガス発生材タブレット
１３…ガスバリア層
１４…ガス発生室
１５…水滴
１６…シール
１７…ガス発生フィルム

Claims (6)

1. マイクロ流体デバイスのマイクロ流路にガスを供給するためのマイクロポンプに使用されるガス発生剤であって、
   ジメチル―２，２’―アゾビス（２−メチルプロピオネート）とバインダー樹脂とを含有する、マイクロポンプ用ガス発生剤。
2. 前記ジメチル―２，２’―アゾビス（２−メチルプロピオネート）は、前記バインダー樹脂１００重量部に対して、１００重量部〜２０００重量部の範囲で含有されている、請求項１に記載のマイクロポンプ用ガス発生剤。
3. 前記バインダー樹脂は、アクリル樹脂、ポリウレタン樹脂、ポリエステル樹脂、ポリエチレン樹脂、ポリプロピレン樹脂、ポリスチレン樹脂、ポリエーテル樹脂、ポリカーボネート樹脂、ポリアミド樹脂及びポリイミド樹脂からなる群から選ばれた一種以上の樹脂である、請求項１または２に記載のマイクロポンプ用ガス発生剤。
4. マイクロ流路が形成されている基材と、
   前記マイクロ流路にガスを供給するガス発生材と、
   を備え、
   前記ガス発生材は、ジメチル―２，２’―アゾビス（２−メチルプロピオネート）とバインダー樹脂とを含有するガス発生剤を含む、マイクロポンプ。
5. 前記マイクロ流路は、前記基材の表面に開口しており、
   前記ガス発生材は、前記マイクロ流路の開口を覆うように、前記基材の表面の上に設けられている、請求項４に記載のマイクロポンプ。
6. 前記基材には、前記マイクロ流路が開口しているガス発生室がさらに形成されており、
   前記ガス発生材は、前記ガス発生室内に配置されている、請求項４に記載のマイクロポンプ。

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