コーティングレス！プラズマ&コロナ前処理不要！ 成形のみで親水性表面を実現 ： Zelas™親水グレード
血液検査機器のキャピラリーやマイクロ流路チップでは、樹脂表面の“濡れ”が測定精度や作業性を左右するため、親水性コーティングやプラズマ処理が必要でした。一方で、親水性コーティングやプラズマ処理などの後加工は、設備投資や工程増によるコスト・工数の負担が大きな課題になってきました。三菱ケミカルが開発中の Zelas™親水グレードは、後加工なしで製品表面に親水性を付与できる熱可塑性ポリマーコンパウンドです。本記事では、キャピラリーチューブとマイクロ流路でのキャピラリー効果を動画で紹介しながら、２つの代表グレードの物性や滅菌対応、単回使用を前提とした評価の考え方をご紹介します。
樹脂表面はなぜ「濡れにくい」のか
樹脂表面の“濡れ性”は、血液検査機器やマイクロ流路デバイスの測定精度や作業性を左右する重要な要素です。一般的な樹脂は、水や血液のような水系液体をはじきやすい疎水性を示すため、そのままでは液だまりや気泡、流れの不安定さといった問題がられます。
そのため、液体試料を正確かつ再現性良く吸い上げるためのデバイスでは、表面を親水化する後処理が欠かせません。従来は親水性コーティングや大気圧プラズマ、コロナ処理などの表面後処理により、表面を「濡れやすくする」手法が広く行われてきました。
しかし、親水性表面を得るための後加工には、常にコストと工数のトレードオフがつきまといます。専用のコーティング装置やプラズマ処理装置の導入には初期投資が必要であり、薬液や処理条件の管理、前処理・塗工・乾燥・検査といった工程が製造ラインに積み重なっていきます。工程が増えるほど生産リードタイムは伸び、担当者の工数も増加し、最終的な製品コストに大きく影響します。
また、成膜ムラや処理ムラ、経時変化による性能変動といった点は、従来プロセス・新材料いずれにおいても慎重な設計と評価が求められる共通のテーマであり、開発・量産の現場にとって常に気になる懸念ポイントとなっています。
成形だけで親水性を付与する Zelas™親水グレード
こうした背景から、三菱ケミカルが開発を進めているのが、成形だけで表面親水性を発現できる Zelas™親水グレードです。
Zelas™親水グレードは、親水化に伴う各種処理なしで押出成形や射出成形といった一般的な樹脂加工プロセスだけで、表面に親水性が現れるよう設計された材料です。
従来は、成形した後に表面処理ラインへ流し、コーティング・乾燥・検査といったステップを踏む必要がありましたが、Zelas™親水グレードでは成形工程の中で親水性が付与されるため、前処理工程や親水性コーティングの塗布、乾燥工程を削減できる可能性があります。
液体との相互作用や長期安定性などは個別の用途・条件に応じた評価が必要ですが、「親水性のための専用工程」を前提としなくてよいという発想は、設備・人員・スペースの観点からも魅力的な選択肢になり得ます。
開発材：Zelas™CP親水グレード
特徴
✓高い透明性を有し、後加工なしで親水性表面が得られます。
✓内容物の種類によっては添加剤が溶出する場合があるため、単回使用を推奨します。
✓配合設計で硬度や物性調整が可能です。現在、非晶性オレフィンタイプ（Zelas™CP）での開発材の提供が可能です。
✓ Zelas™CPはγ線照射後も溶出物が少なく、日本薬局方試験7.02(溶出試験)をクリアすることを確認しています。
✓ TPS、TPOタイプについては目下開発中です。また一般、工業用途へも展開可能です。
🎦キャピラリーチューブ内を液体がスムーズに充填していく様子を撮影した動画です。
血液検査用キャピラリーを想定し、液が入口から先端へとスーッと立ち上がるように進んでいく挙動を確認できます。
🎦マイクロ流路チップ内を液体が自発的に流れていく様子を示した動画です。
幅・深さが非常に小さい流路でも、親水性によって液が安定して前進していくイメージをつかんでいただけます。
備考：これらの動画は旧グレードのものですが、同様の効果が得られます。
グレード紹介
・異なる親水性（接触角度50度、15度）を示す2種のグレードを準備しています。
・医療・分析デバイスで重要となる滅菌プロセスへの対応については、CPタイプはEOG 滅菌に加え、γ線滅菌にも対応可能です。
・TPSやTPOでも開発中のものでご紹介可能ですので詳しくはお問い合わせください。
単回使用推奨と評価で押さえるべき点
Zelas™親水グレードは現在「開発材」という位置づけであり、いくつかの注意点があります。
＊内容物の種類によっては、配合された添加剤が溶出する場合があるため、現時点では単回使用を推奨しています。
＊血液や試薬など、実際の内容物との相互作用は用途ごとに異なるため、溶出性・機能安定性・安全性については、お客様の想定条件に応じた個別評価が不可欠です。
＊規制・認証の観点からも、デバイス全体としてどのような試験が必要になるかを早期に検討し、材料評価と並行して進めていくことをおすすめします。
共創パートナーとしての Zelas™親水グレード
Zelas™親水グレードは、血液検査用キャピラリーやマイクロ流路チップ、親水性チューブといったデバイスに対し、「親水化処理なしで親水性を実現」「液体制御性の向上」「後加工工程の削減によるコスト・工数低減」という 3 つの価値を提供しうる材料です。
一方で、性能の最適化や長期安定性、規制対応などは、個々のデバイス仕様に合わせた検討が欠かせません。
今回ご紹介した ２つのCPタイプ グレードの物性表や動画の評価事例を出発点として、キャピラリーやマイクロ流路の設計条件、滅菌条件、実液での評価計画などについて、ぜひ具体的な課題をお聞かせください。
開発材だからこそ、配合設計や評価プロトコルも含めた共創が可能ですので、詳細情報やサンプルのご相談はお気軽にお問い合わせください。
