CN102207511B - 微通道芯片及微分析系统 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了能够涂覆出均匀且薄的无机氧化膜，而且防止离子性的疏水物质吸附于无机氧化膜的表面的微通道芯片。在该微通道芯片(10)中，下侧平板部件(12)的通道(12a)以及上侧平板部件(14)的各个贯穿孔(14a)、(14b)的内壁面都涂覆了SiO2膜(16)。SiO2膜(16)包括：在与树脂基板相接的部分C原子的含量多的最底层(16a)和在露出到通道表面的部分C原子几乎不存在的表层(16b)两层。
Description
技术领域
本发明涉及在内部形成了微通道的树脂基板的微通道芯片及具有该微通道芯片的微分析系统。
背景技术
近年来，在生物化学和分析化学等的科学领域或医学领域中，为了高精度地高速进行蛋白质和核酸（例如，DNA）等微量物质的检查分析，使用了微分析系统。
微分析系统为，在微通道芯片的内部形成具有通道、反应部、分离部、提取部、检测部等功能的微空间，将试样和泳动液（缓冲溶液）一起注入通道并进行分析，所述通道具有数10～200μm左右的宽度和深度。
最初，微通道芯片中使用了玻璃基板，但由于玻璃基板成本高，所以最近，可量产且价廉的树脂制的微通道芯片成为主流。
然而，在树脂制的微通道芯片中产生下述问题，即由于荧光色素和蛋白质等的疏水部分吸附于通道表面，所以背景流量（background）上升和产生电渗流动(electro-osmotic flow)等。用于蛋白质的电泳的SDS（sodium dodecylsulphate：十二烷基硫酸钠）也具有疏水部分，由于该疏水部分吸附于树脂制微通道芯片的通道表面，从而发生电渗流动，电泳的精度变差。
因此，公开了下述技术，即通过在树脂制的微通道芯片的通道表面涂覆形成SiO2（二氧化硅）膜等无机氧化膜，能够防止疏水物质吸附于通道表面，并且抑制电渗流动。另外，SiO2膜涂层具有下述特征，即作为材料稳定、赋予通道表面亲水性的性质以及具有高透明度等。
专利文献1记载了下述发明，即通过蒸镀、溅镀、CVD（Chemical vapordeposition：化学气相沉积）法或涂覆，对树脂制的微芯片基板的通道部分及粘接面涂覆SiO2膜，其后，将微芯片基板彼此进行超音波熔接。
在专利文献2中记载了下述发明，即通过使用过饱和地含有SiO2的溶剂来浸渍塑料制的微芯片基板，对通道部分涂覆SiO2膜。
在专利文献3中记载了下述发明，即通过等离子CVD法在塑料制的微芯片基板的通道表面蒸镀氮化硅等。
在非专利文献1中记载了通过催化剂CVD法涂覆SiO2膜的发明。
专利文献1：（日本）特开2008－232885号公报
专利文献2：（日本）特开2002－139419号公报
专利文献3：（日本）特开2006－153823号公报
非专利文献1：SiO2Ifilm growth at low temperatures by catalyzed atomiclayer deposition in a viscous flow reactor(Thin Solid Films491(2005)43-53)
然而，专利文献1的方法中，在粘接面也被涂覆后，通过超音波熔接，将粘接面熔化来进行粘合，所以通道的剖面形状发生变形，无法获得尺寸精度。
另外，专利文献2的方法中，SiO2膜的厚度变厚而为数μm，通道的剖面积发生变化。另外，专利文献2的方法中，由于使用溶剂，所以溶剂的管理负担大，成本增加。
另外，在专利文献3记载的等离子CVD法中，无法对等离子没有撞击的面进行涂覆。
另外，非专利文献1的方法中，由于催化剂成分（吡啶（pyridine）等有机成分）残留在表面，所以在该催化剂部分吸附了离子性的疏水物质。
发明内容
本发明的目的在于，提供能够将通道剖面形状的变形限制到最小限度并在通道内涂覆出薄且均匀的SiO2膜等无机氧化膜，而且防止在无机氧化膜的表面吸附疏水物质的微通道芯片及微分析系统。
本发明的微通道芯片是对通道的内壁面涂覆了无机氧化膜的树脂基板的微通道芯片，其采用的结构为，所述无机氧化膜至少由三层构成，越接近露出到所述通道的表面的表层，碳原子的含量越比与所述树脂基板相接的最底层的碳原子的含量少。
另外，本发明的微通道芯片是对通道的内壁面涂覆了无机氧化膜的树脂基板的微通道芯片，其采用的结构为，所述无机氧化膜至少由三层构成，越接近露出到所述通道的表面的表层，氮原子的含量越比与所述树脂基板相接的最底层的氮原子的含量少，位于所述表层和所述最底层之间的中间层和所述最底层这两者包含氮原子，所述中间层的氮原子的含量比所述最底层的氮原子的含量少。本发明的微系统采用具备上述微通道芯片的结构。
根据本发明，通过在与树脂基板相接的部分形成C原子或N原子的含量多的最底层，在露出到通道表面的部分形成C原子或N原子几乎不存在的表层，由此能够涂覆出均匀且薄的无机氧化膜，而且防止疏水物质吸附在无机氧化膜的表面。
附图说明
图1是表示本发明一实施方式的微通道芯片的形状的立体图。
图2是图1的微通道芯片的俯视图。
图3是图1的微通道芯片的下侧平板部件的俯视图。
图4是图2的A-A线剖面图。
图5是图2的B-B线剖面图。
图6A、6B是表示在形成SiO2膜时使用的气体与压力之间的关系的图。
图7是图4的C部的放大剖面图。
图8是本发明一实施方式的微通道芯片的变形例的放大剖面图。
附图标号说明
10微通道芯片
12下侧平板部件
12a通道
14上侧平板部件
14a、14b贯穿孔
16SiO2膜
16a最底层
16b表层
具体实施方式
以下，参照附图详细说明本发明的实施方式。另外，在以下的实施方式中，说明形成SiO2膜作为无机氧化膜的情况。
[微通道芯片的结构]
图1是表示本发明一实施方式的微通道芯片的形状的立体图。另外，图2是图1的微通道芯片的俯视图。
如图1及图2所示，微通道芯片10由透明的大致矩形的平面形状的下侧平板部件（基板部件）12和上侧平板部件（盖部件）14构成。
下侧平板部件12的厚度为1mm左右，上侧平板部件14的厚度从数10μm至1mm左右。另外，下侧平板部件12及上侧平板部件14的外形尺寸通常相互相同，长边为50mm左右，短边为20mm左右。
下侧平板部件12及上侧平板部件14例如由聚对苯二甲酸乙二醇酯（polyethylene terephthalate）、聚碳酸酯（polycarbonate）、聚甲基丙烯酸甲酯（polymethylmethacrylate）、氯乙烯（vinyl chloride）、丙烯酸（acryl）、聚丙烯（polypropylene）、聚醚（polyether）、聚乙烯（polyethylene）等的树脂材料形成。另外，对下侧平板部件12和上侧平板部件14也可以使用相互不同的材料。另外，在使用本发明的微通道芯片的分析中进行荧光测量或吸光度测量等时，需要下侧平板部件12及上侧平板部件14的测量光的路径的部分由透明材料形成，但测量光的路径以外也可以由黑色等具有遮光性而不会对测量光造成影响的带色材料形成。另外，一般地，通过树脂材料形成的下侧平板部件12及上侧平板部件14由于其表面具有疏水性，所以具有在其表面上难以形成膜的性质。因此，优选的是，在形成后述的SiO2膜的步骤之前，通过已知的基于等离子、UV（Ultraviolet：紫外线）、臭氧等的表面处理方法，进行用于使平板部件表面亲水化的预处理。
下侧平板部件12和上侧平板部件14通过基于透明有机粘接剂的粘接或热压接等而被粘合。
图3是下侧平板部件的俯视图，图4是图2的A-A线剖面图，图5是图2的B-B线剖面图。
如从图3至图5所示，在下侧平板部件12上，在其与上侧平板部件14相向的面（上表面）的大致中央部处，形成沿长度方向延伸的细长直线状的通道12a。该通道12a具有一边的长度（宽度及深度）为数十μm左右的大致矩形的剖面，并具有数厘米左右的长度。
在上侧平板部件14上，形成剖面大致呈圆形的贯穿孔（注入口）14a，以使其相向地对通道12a的一端开口并且向外部开口。另外，在上侧平板部件14上，形成剖面大致呈圆形的贯穿孔（注入口）14b，以使其相向地对通道12a的另一端开口并且向外部开口。各个贯穿孔14a、14b的直径为数100μm～数mm，并具有作为有机溶剂及分析对象溶液的注入口或排出口发挥功能的充分的大小。
为了防止离子性的疏水物质吸附在通道表面，对通道12a、各个贯穿孔14a、14b的内壁面全部涂覆SiO2膜16。本发明的特征在于该SiO2膜16的部分。
[SiO2膜的形成步骤]
以下，使用图6A、6B说明本实施方式的微通道芯片10的SiO2膜的形成步骤。图6A、6B是表示在形成SiO2膜时使用的气体（横轴）与压力（纵轴）之间的关系的图。
首先，在将涂覆SiO2膜16之前的微通道芯片10设置于CVD（ChemicalVapor Deposition：化学气相沉积）装置的腔（chamber）内的状态下，将腔内的空气和气体排出，而使腔内为真空（ST101）。
接着，向腔内注入作为硅前驱气体（silicon precursor gas）的SiCl4（四氯化硅）以及作为催化剂的吡啶（ST102）。另外，与前驱气体一起，向腔内注入吹扫气体（purge gas）及运载气体（carrier gas）。
接着，将腔内的气体排出，而使腔内为真空（ST103）。
接着，向腔内注入作为用于形成SiO2的氧化剂的水以及作为催化剂的吡啶（ST104）。在将水作为氧化剂的情况下，与不存在催化剂时相比，通过提供吡啶作为催化剂，能够使成膜速度高速且在低温下进行。
接着，将腔内的气体排出，而使腔内为真空（ST105）。
然后，反复上述从ST101至ST105的步骤，直到SiO2层达到规定的厚度。以下，将通过上述从ST101至ST105的步骤形成的、与树脂基板（下侧平板部件12、上侧平板部件14）相接的SiO2层称为“最底层”。
该最底层由于使用有机成分的吡啶作为催化剂，所以成为C（碳）原子的含量多的层。
在形成最底层之后，通过下述的从ST201至ST205的步骤，形成露出到通道表面的SiO2层（以下称为“表层”）。
首先，将腔内的空气和气体排出，而使腔内为真空（ST201）。
接着，向腔内注入作为硅前驱气体的SiCl4（ST202）。另外，与前驱气体一起，向腔内注入吹扫气体（purge gas）及运载气体（carrier gas）。
接着，将腔内的气体排出，而使腔内为真空（ST203）。
接着，向腔内注入作为用于形成SiO2的氧化剂的水（ST204）。
接着，将腔内的气体排出，而使腔内为真空（ST205）。
另外，反复上述从ST201至ST205的步骤，直到SiO2层（表层）达到规定的厚度。
该表层由于不使用催化剂（吡啶），所以变成C原子的含量几乎不存在的层。
这样，如图7所示，通过上述的步骤而形成的微通道芯片10的SiO2膜16有两层，即与树脂基板相接的最底层16a和露出到通道表面的表层16b。另外，图7是图4的C部的放大剖面图。
[基于微通道芯片的电泳]
在微通道芯片10中，将试样输入贯穿孔（注入口）14a并施加电压，试样朝向贯穿孔（排出口）14b在通道12a内电泳。然后，在通道12a内，由于每个分子量的电泳速度不同，试样被分离。由此，试验员若检测荧光强度，则能够获得电泳的结果。
此时，由于在通道12a、贯穿孔14a、14b的内壁面的表面（表层16b）上，C原子的含量都几乎不存在，所以离子性的疏水物质不会吸附于其表面。因此，试验员能够获得精度良好的电泳的结果。
[本实施方式的效果]
如上所述，根据本实施方式，通过在与树脂基板相接的部分形成C原子的含量多的最底层，并在露出到通道表面的部分形成C原子几乎不存在的表层，由此能够涂覆出均匀且薄的SiO2膜，而且防止离子性的疏水物质吸附在SiO2膜的表面。
另外，若不使用催化剂则无法在树脂基板上沉积SiO2膜，所以无法在树脂基板上直接形成不含有C原子的表层。
[变形例]
在本实施方式中说明了：为了形成最底层，在步骤S102中注入SiCl4和吡啶，在ST104中注入水和吡啶的情况，但本发明并不限于此，也可以使用其他的前驱物（precursor）、氧化剂、催化剂。
例如，也能够在ST102中注入三甲基铝（trimethylaluminum），在ST104中注入水。作为参考例，也能够在ST102注入TiCl4（四氯化钛），在ST104中注入水。此时，不需要作为催化剂的吡啶。
另外，在本实施方式中，说明了形成SiO2膜的情况，但本发明并不限于此，也可以形成SiO2膜以外的无机氧化膜。
另外，在本实施方式中，说明了在表层C原子的含量几乎不存在的情况，但本发明并不限于此，若至少使表层的碳原子的含量少于最底层的碳原子的含量，则与现有技术相比，能够获得有效的效果。
另外，在本实施方式中，说明了将SiO2膜（无机氧化膜）设为最底层和表层两层的情况，但本发明并不限于此，如图8所示，也可以设为最底层和表层之间其他的层存在三层以上的多层，越接近表层，C原子的含量越少。
另外，在本实施方式中，说明了将无机氧化膜设为多层，并使表层的C原子的含量少于最底层的C原子的含量的情况，但本发明也可以将C原子置换为N（氮）原子，并使表层的N原子的含量少于最底层的N原子的含量。
例如，也可以在ST102中注入TiCl4和氨，在ST104中注入水和氨。
2010年3月31日提交的第2010-083304号的日本专利申请所包含的说明书、附图以及说明书摘要的公开内容，全部引用于本申请。
工业实用性
本发明的微通道芯片及微分析系统能够用于在生物化学和分析化学等的科学领域或医学领域中高精度且高速地进行微量物质的检查分析的装置。
Claims (6)
1.一种微通道芯片，是具有对通道的内壁面涂覆了无机氧化膜的树脂基板的微通道芯片，其特征在于，
所述无机氧化膜至少由三层构成，
越接近露出到所述通道的表面的表层，碳原子的含量越比与所述树脂基板相接的最底层的碳原子的含量少。
2.一种微通道芯片，是具有对通道的内壁面涂覆了无机氧化膜的树脂基板的微通道芯片，其特征在于，
所述无机氧化膜至少由三层构成，
越接近露出到所述通道的表面的表层，氮原子的含量越比与所述树脂基板相接的最底层的氮原子的含量少，
位于所述表层和所述最底层之间的中间层和所述最底层这两者包含氮原子，
所述中间层的氮原子的含量比所述最底层的氮原子的含量少。
3.如权利要求1或权利要求2所述的微通道芯片，
所述表层是二氧化硅膜。
4.如权利要求1或权利要求2所述的微通道芯片，
使用有机成分的催化剂形成所述最底层，不使用有机成分的催化剂形成所述表层。
5.如权利要求1或权利要求2所述的微通道芯片，
通过化学气相沉积法形成所述最底层及所述表层。
6.一种微分析系统，具备权利要求1或权利要求2所述的微通道芯片。
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