JP2003279537A

JP2003279537A - 化学分析装置

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Publication number: JP2003279537A
Application number: JP2002084218A
Authority: JP
Inventors: Hajime Sudo; 肇須藤; Koichiro Kawano; 浩一郎川野; Masahiro Kuwata; 正弘桑田; Masayuki Sekimura; 雅之関村; Kaname Miyazaki; 要宮崎; Yasushi Fukuda; 靖福田
Original assignee: Toshiba Corp
Current assignee: Toshiba Corp
Priority date: 2002-03-25
Filing date: 2002-03-25
Publication date: 2003-10-02
Anticipated expiration: 2022-03-25
Also published as: JP3842681B2

Abstract

(57)【要約】【課題】微細流路内の試料を流れ方向以外の四方向から
計測及び環境調整することができ、加工性と量産性に優
れた化学分析装置を提供する。【解決手段】化学分析装置は、微細流路４を形成するよ
うに対向配置され、微細流路４の方向に沿って伸延する
１対の堤防形状の凸部２ａ、２ｂを一方の主面に有する
平面部材１と、微細流路４の上部を覆う封止部材１１と
を備える。平面部材１と封止部材１１の間には、微細流
路４以外の空隙６ａ、６ｂがあり、この部分に充填材を
注入し、接着強度の強化を実現しても構わない。又、空
隙６ａ、６ｂに、微細流路４内の計測要素部品や環境調
整部品を装着しても良い。平面部材１及び封止部材１１
の材質は石英等を用い、プレス加工により成形を行う。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明はＤＮＡ等の微細構造
体をその電荷の違いで分離する電気泳動装置、あるいは
微量な化学物質の反応や合成分析を行なうμ−ＴＡＳ等
の微細流路を有する化学分析装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】様々な長さに切断されたＤＮＡ断片を分
離したり、あるいは化学反応を効率的に行なうために、
これらを開口断面の代表寸法が数十μｍ〜数百μｍの微
細流路を有する化学分析装置を用いる事がある。

【０００３】図１５（ａ）は、キャピラリ（微細直管流
路）電気泳動装置の斜視図であり、図１５（ｂ）は、図
１５（ａ）の透明絶縁基板６１ａを外した図である。透
明絶縁基板６１ｂ上には十字形に交差する直線状の２本
の微細流路４（定量用流路５５及び検出用流路５４）が
凹設され、これらの微細流路４は透明絶縁基板６１ａを
上部に設置することで封止されている。透明絶縁基板６
１ａには試料６０を注入・抽出するための注入出口１２
が設けられている。又、微細流路４の内部にはナノメー
トルスケールの移動用のゲル等が封入されている。凹設
された微小流路４の両端には電極が設けられ、一方を接
地電位に、他方をプラス電位に所定の電圧を印加する
と、マイナスに帯電しているサンプル（ＤＮＡ等）はプ
ラス電極側に移動する。この例では、試料６０は、緩衝
液と共に定量用流路５５の接地側からプラス側に流さ
れ、交差点でこの部分の容積に相当する量だけ分注さ
れ、今度は検出用流路５４をプラス側に向かって流れ
る。この時、ＤＮＡはその長さによって帯電量が異な
り、封止されたゲルの網目構造との相互作用も異なるの
で、短い長さのものほど速く進み、ＤＮＡの長さによる
分離が可能となる。分離されたＤＮＡの観測には紫外線
吸収を利用するかＤＮＡに修飾した蛍光の光量測定を用
いるが、このとき光学特性に優れた石英を使用すると都
合がよい。よって、透明絶縁基板６１ａ、６１ｂの材質
として、石英が使用されることが多い。

【０００４】図１６はμ−ＴＡＳの従来例の一つを示し
ている。図１６に示すように、μ−ＴＡＳは、透明絶縁
基板６１内に微細流路４が形成され、微細流路４内で試
料（試薬）の混合、反応、検出等を行うことにより、創
薬や医療診断の予備実験等を行う。試料注入部７０より
試料を注入すると、試料は微細流路４を通り混合部７１
ａで混合される。そして、反応部７１ｂで試料の化学反
応が起こり、分離部７１ｃで反応後の試料の分離が行わ
れる。反応後の試料は検出部７１ｄで検出され、不要な
試料は廃液部７２で回収される。μ−ＴＡＳは、これま
での分析統合システムに比べてサンプルや試料の量を大
幅に減らすことができるため、スループットの時間短縮
や廃液の減少が期待される。このμ−ＴＡＳにおいて
も、透明絶縁基板６１上に、主にエッチングにより、様
々な試薬の注入口とこれに続けて設けられた微細流路４
が加工されている。電気泳動装置と同様に、μ−ＴＡＳ
の透明絶縁基板６１としても、耐薬品性と計測の為の光
学特性に優れた石英が使用されることが多い。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、石英は
加工が困難であり、通常はエッチング加工により溝を掘
り進んで行くが、この速度は１分間に１μｍ以下の事も
稀ではなく、量産には困難であった。又、ＤＮＡを抽入
する注入出口１２等も一般的に平面的な基板部材に開口
部とコネクタを取着する方式がとられ、こちらも加工性
と量産性の問題があった。

【０００６】又、これらの微細流路をエッチングではな
く、プレス成形で作る場合、微細流路のネガとなる金型
が必要となる。この金型は、溝となる微細流路に対応す
る部分を突出させ、他の部分を広い面積にわたり、機械
的あるいはエッチングにより削り込む必要がある。プレ
ス成形では金型の表面が素材に正確に転写されるので、
この削り込みは如何なる加工法によろうとも、精度を確
保するにはかなりの時間を要するものであった。

【０００７】更に、微細流路中の試料を電子的に計測す
る手段の一つとして、機能性薄膜やチップ状のシリコン
回路をこの微細流路近傍に配設する場合がある。従来
は、これらの計測要素部品を流路の上面あるいは下面の
二方向にしか配設できず、微細流路の周囲部位を必ずし
も最適な状況で使用しているとは言い難かった。計測だ
けでなく、微細流路周囲の温度等の物理環境を調整する
場合も同様で、これらの環境調整部品も微細流路の上下
にしか配設できなかった。又、光学的機能の構造的な作
り込みは殆どなく、あったとしても後加工となり時間的
・量産的に優れたものではなかった。上記の問題を鑑
み、本発明は、微細流路内の試料を流れ方向以外の四方
向から計測及び環境調整することができ、加工性と量産
性に優れた化学分析装置を提供することを目的とする。

【０００８】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するた
め、本発明の第１の特徴は、（イ）微細流路を形成する
ように対向配置され、微細流路の方向に沿って伸延する
１対の堤防形状の凸部を一方の主面に有する平面部材を
備える化学分析装置であることを要旨とする。ここで、
「化学分析装置」とは、様々な化学分析に関する機能を
集積化したマイクロリアクタを指す。この化学分析装置
は、電気泳動装置やμ−ＴＡＳの機能も有する。

【０００９】第１の特徴に係る化学分析装置は、（ロ）
微細流路の上部を覆う封止部材を更に備えていてもよ
い。又、平面部材の材質が石英であってもよい。更に、
第１の特徴に係る化学分析装置は、（ハ）平面部材と封
止部材の間の空隙に、計測要素部品や環境調整部品を更
に備えていてもよい。ここで「計測要素部品」とは、試
料の光学的性質や電磁気的性質および物理化学的な変化
を測定する部品を指し、具体的には、発光部や受光部、
磁石（ソレノイド）、電極、機能膜等が挙げられる。
又、「環境調整部品」とは、試料の物理的な環境を調節
する部品を指し、具体的には、加熱源、冷却源、加圧
源、加湿源等が挙げられる。

【００１０】第１の特徴に係る化学分析装置によると、
微細流路は、プレス成形された部品を組み立てる事で構
築され、特に石英用のプレス金型など加工性が極端に悪
い素材でも、平面状ではなく線状の最小限の溝を研削や
エッチングで掘り込むことで実現することができる。
又、組み立て後の構造では、流路以外の部分にも多くの
空隙がある構造となるが、これらの間には断熱性や導電
性に優れた充填材を後から注入可能なので、強度の確保
と共に、機能的な新規性の追加も可能となる。又、微細
流路の流れの入出力方向以外の四方向に測定等に関する
要素部品の装着が可能となる。光学的な機能をプレス成
形の段階から新たに造りこむ事もできる。又、基本的に
微細流路は組み立てによって形成されるので、この構造
部材の一部を回路パターン等が造り込まれたシリコン部
材とする事も可能である。又、試薬やサンプルの注入口
や連結口は従来は流れと直交方向に形成されていたが、
本発明では流れの入出力方向の断面をプレス成形部品の
組立で正確に規定できるので、この方向での連結や注入
部品の装着が非常に容易となる。

【００１１】本発明の第２の特徴は、（イ）一方の主面
に堤防形状の第１の凸部を有する平面部材と、（ロ）一
方の主面に第１の凸部に対向する第２の凸部を有する封
止部材とを備え、（ハ）第１の凸部を封止部材の主面
に、第２の凸部を平面部材の主面に付けることにより、
第１及び第２の凸部に囲まれた微細流路を形成する化学
分析装置であることを要旨とする。又、平面部材及び封
止部材の材質は石英であってもよい。又、第２の特徴に
係る化学分析装置は、（ニ）平面部材と封止部材の間の
空隙に、計測要素部品や環境調整部品を更に備えていて
もよい。

【００１２】第２の特徴に係る化学分析装置によると、
平面部材と封止部材の形状は同じであるので、成形する
部品の種類を低減できる。又、組み立て時に、流路幅の
調整を任意に行うことができる。

【００１３】本発明の第３の特徴は、（イ）一方の主面
に１対の堤防形状の凸部を有する平面部材と、（ロ）一
方の主面に他の１対の堤防形状の凸部を有する封止部材
とを備え、（ハ）１対の堤防形状の凸部と他の１対の堤
防形状の凸部の側面を付けることにより、１対の堤防形
状の凸部と他の１対の堤防形状の凸部に囲まれた微細流
路を形成する化学分析装置であることを特徴とする。
又、平面部材及び封止部材の材質は石英であってもよ
い。又、第３の特徴に係る化学分析装置は、（ニ）平面
部材と封止部材の間の空隙に、計測要素部品や環境調整
部品を更に備えていてもよい。

【００１４】第３の特徴に係る化学分析装置によると、
接着面積を大きく取れるので空間部に充填材を注入しな
くても、接着強度が強化できる。又、平面部材と封止部
材の形状は同じであるので、成形する部品の種類を低減
できる。

【００１５】

【発明の実施の形態】次に、図面を参照して、本発明の
第１〜第３の実施の形態を説明する。以下の図面の記載
において、同一又は類似の部分には同一又は類似の符号
を付している。但し、図面は模式的なものであることに
留意すべきである。

【００１６】（第１の実施の形態）第１の実施の形態に
係る化学分析装置は、図１に示すように、微細流路４を
形成するように対向配置され、微細流路４の方向に沿っ
て伸延する１対の堤防形状の凸部２ａ、２ｂを一方の主
面に有する平面部材１と、微細流路４の上部を覆う封止
部材１１とを備える。

【００１７】図１（ａ）は、第１の実施の形態に係る化
学分析装置の平面部材１及び封止部材１１の斜視図であ
り、図１（ｂ）は、図１（ａ）の平面部材１上に封止部
材１１を付けた状態における、Ａ−Ａに沿った断面図を
示している。図１（ｂ）に示すように、凸部２ａ、２ｂ
は、断面が台形あるいは三角形状である。凸部２ａ、２
ｂの高さＬ１、即ち微細流路４の深さは、例えば５０μ
ｍ〜１ｍｍが好ましい。凸部２ａ、２ｂ間の距離Ｌ２、
即ち微細流路４の幅は、例えば５０μｍ〜１ｍｍが好ま
しい。５ｍｍ以上の高さＬ１、距離Ｌ２としても良い
が、集積密度が低下し、マイクロリアクタとしての機能
が薄くなる。加工技術が許せば、１μｍ以下の高さ及び
距離も可能であるが、混合、反応、分析を行う上での操
作性や分析感度の点から現実的ではない。従って、マイ
クロリアクタとしての集積密度、分析感度や製造の容易
性を考慮すれば、凸部２ａ、２ｂの高さＬ１及び距離Ｌ
２を２０μｍ〜２ｍｍ程度にすれば良い。より好ましく
は０．１〜１ｍｍ程度とすれば集積密度を高く保ち、か
つ操作性も良い。微細流路４は、流れの方向に開口して
いる構造なので、垂直方向ではなく、流れの断面方向
で、試料の注入・抽出を行うことができる。又、同様の
化学分析装置の微細流路を連結することにより、微細流
路の延長などを行うことができる。

【００１８】封止部材１１は、凸部２ａ、２ｂの上部の
接着層５ａ、５ｂにより、平面部材１の上部に付けられ
る。ここでは、接着剤を用いて、平面部材１と封止部材
１１を付けている、機械的な押圧力を用いて付けても構
わない。平面部材１及び封止部材１１の材質は、石英等
を用いる。

【００１９】微細流路４は、平面部材１の壁部材５ａ、
５ｂで両側を挟まれた形で形成され、封止部材１１で上
部を覆われている。微細流路４は、電極１３ａ及び電極
１３ｂをつなぐ試料の流路である。試料は、注入出口１
２ａ、１２ｂより注入、抽出される。平面部材１と封止
部材１１の間には、微細流路４以外の空隙６ａ、６ｂが
あり、この部分に充填材を注入し、接着強度の強化を実
現しても構わない。又、空隙６ａ、６ｂに、微細流路４
内の計測要素部品や環境調整部品を装着しても良い。計
測要素部品や環境調整部品については、後に詳述する。

【００２０】図２は、平面部材１を成形する方法を示し
ている。図２（ａ）に示すように、金型は、上部金型２
０と下部金型２１で構成される。上部金型２３には、平
面部材１の凸部２ａ、２ｂの形状に合った溝部２３が備
えられている。図２（ｂ）は、上部金型２０と下部金型
２１の間に平面部材１の材料となる石英素材２２を挟ん
だ状態の断面図である。この状態で、加熱環境下で加圧
成形が行われる。微細流路４では、耐薬品性や光学特性
の点から石英が用いられるが、石英の場合、真空・高温
での加工環境を要求され、金属性の金型の適用は難しく
ガラス状カーボンが好適材料である。しかしながら、ガ
ラス状カーボンは加工が困難であり、現状では溝の掘り
込み加工しか施す事ができない。即ち、この金型による
転写品は、基本的に、平面部材１から凸部２ａ、２ｂが
凸設した形状を成形することは可能であるが、図１４や
図１５の様な凹設型の従来の微細流路の構築は極めて困
難であると言える。成形後の成型品２４を図２（ｃ）に
示す。金型が円型であるので、成型品２４も円型とな
る。成型品２４は、切断ライン２５ａ〜２５ｄに沿っ
て、切断され、平面部材１となる。又、成形時の温度に
耐えられる接着剤がある場合は、図３（ａ）に示す様
に、溝のない平面金型２０ａに溝部金型２０ｂ、２０
ｃ、２０ｄを接着剤により張り付けて、図３（ｂ）に示
す上部金型２０を形成しても良い。

【００２１】石英素材２２の成形技術については、例え
ば、「超精密・大口径光学素子の連続成形技術の開発」
（ＮＥＤＯ平成１０年度即効型提案公募事業成果報
告http://www.teian.nedo.go.jp/prj/fy10-3/10-12/yok
ou/98y15005/98y15005s.html）に記載された技術等を用
いればよい。

【００２２】微細流路４内の計測要素部品として、発光
部及び受光部を化学分析装置に配設し、試料の計測を行
う例を図４〜７を参照して説明する。

【００２３】図４は、封止部材１１の内部に計測要素部
品を配設し、凸部２ａ、２ｂを反射光学系に利用した例
である。封止部材１１の内部には、ＬＥＤ等の発光部３
１とＰＤ等の受光部３２を有するセンサ筐体部３０を平
面部材１の屈折率を配慮して配設している。発光部３１
から出された光は、凸部２ａで反射され、微細流路４を
横切り、反対側の凸部２ｂで反射され、受光部３２へと
続く光路３４を構築する。凸部２ａ、２ｂを反射光学系
に利用するため、凸部２ａ、２ｂの表面に薄膜処理を施
したり、全反射を利用したりしても良い。

【００２４】図５は、平面部材１の下部に発光部３１と
受光部３２を配設し、凸部２ａ、２ｂの内部反射と屈折
を利用して、矢印で示す光路を構築している。図５で
は、凸部２ａ、２ｂの表面に反射膜３５ａ、３５ｂを形
成しているが、全反射を利用しても構わない。発光部３
１から出された光は、凸部２ａの反射膜３５ａで反射さ
れ、微細流路４を横切り、反対側の凸部２ｂの反射膜３
５ｂで反射され、受光部３２へと進む。

【００２５】図６は、凸部２ａ、２ｂの空隙６ａ、６ｂ
側に発光部３１と受光部３２を配設し、矢印で示す光路
を構築している。凸部２ａ、２ｂ上に直接、成膜処理に
より発光部３１及び受光部３２を形成しても良いし、平
面部材１と封止部材１１の間の空隙６ａ、６ｂに、発光
部３１及び受光部３２を後から組み立てても良い。この
空隙６ａ、６ｂ内に充填する素材を、これらデバイスの
モールド材として兼用することも可能である。発光部３
１から出された光は、凸部２ａで内部反射（屈折）さ
れ、微細流路４を横切り、反対側の凸部２ｂで内部反射
（屈折）され、受光部３２へと進む。

【００２６】図７は、封止部材として、シリコン基板３
６を用いた例である。シリコン基板３６により、各種セ
ンサデバイスや処理用の電子回路を微細流路４上に直接
構築することが可能となる。図７では、発光部３１と受
光部３２をシリコン基板３６上に作りこみ、微細流路４
底面に設けた反射膜３５に反射させることにより、矢印
で示す光路を形成している。又、凸部２ａ、２ｂの頂角
θをシリコン結晶を異方性エッチングする際に結晶面の
方位により規定される角度より狭く定める事により、容
易に位置決めを行うことができる。ここでは、シリコン
基板３６について説明したが、シリコン基板３６に限ら
ず、素材に応じて位置決め用の溝加工や頂角θの設定を
すれば良いことは勿論である。

【００２７】上記のように、発光部３１や受光部３２等
の観測要素部品を配設することにより、試料の速度計測
や分光計測が可能となる。図４〜図７は光学デバイスを
例に示したが、温度デバイスや電磁気的なデバイスを配
設しても構わない。このとき、特性に応じた成膜処理等
を微細流路４近傍の領域に施しても良い。又、第１の実
施の形態では、観測要素部品を微細流路４を横断して計
測するように配設してあるが、微細流路４を縦断するよ
うに配設しても構わない。特に光学手段で計測する場合
には、適正な屈折率の石英素材を選択する事により光フ
ァイバと同様、流路内を導光路として利用する事が可能
である。流路内部あるいは外部に金属膜などで反射加工
をしておけば素材の選択は不要である。

【００２８】微細流路４内の環境調整部品として、加熱
源及び冷却源を化学分析装置に配設し、試料の物理環境
を調整する例を図８〜１０を参照して説明する。

【００２９】図８は、微細流路４内の温度制御を図るた
めに、封止部材１１上に加熱源４１を、平面部材１の下
に冷却源４２を配設している。これらの加熱源４１及び
冷却源４２は必要に応じて微細流路４に沿って配設して
も構わない。加熱源４１としては、例えば、適正な寸法
に絞ったレーザや赤外線等を用いることが考えられる。
又、冷却源４２としては、ペルチェ素子やヒートシン
ク、あるいはファン等を用いることが考えられる。加熱
源４１により加熱されると、その加熱源４１の寸法に応
じた領域で温度が上昇し、加熱を止めると冷却源４２に
よって温度が下降する。この領域の温度を計測する温度
計測部４０を配設することにより、温度計測部４０と接
続された制御機器（図示せず）を用いた温度制御が可能
となる。

【００３０】図９は、微細流路４に沿って、封止部材１
１に加熱源４１及び冷却用流路４２を配設した例を示
す。複数台の加熱源４１（ヒータ等）がそれぞれ異なる
温度で、微細流路４の一部を加熱することができるた
め、微細流路４を部分毎に異なる温度で制御することが
できる。冷却用流路４２は、低温の流体を加熱源４１の
下部に流すことにより冷却を行う。

【００３１】図１０は、微細流路４近傍に、外部から加
熱管４５と冷却管４４を連結した例である。図１０
（ｂ）は、図１０（ａ）のＣ−Ｃに沿った断面図であ
る。加熱管２１は、高温の液体を流すことにより、微細
流路４の温度を上昇させる。冷却管２０は、低温の流体
を流すことにより、微細流路４の温度を下降させる。封
止部材１１に配設された温度計測部４０は、微細流路４
内の温度を計測する。温度計測部４０と接続された制御
機器（図示せず）が、温度計測部４０の計測結果に基づ
き、加熱管４５及び冷却管４４を流れる流体を制御する
ことで、微細流路４内の温度制御が可能となる。

【００３２】図８〜図１０において説明した加熱源４
１、冷却源４２、温度計測部４０及び微細流路４の形状
は、任意の形が可能である。温度制御する領域の範囲も
任意である。又、温度だけでなく電磁気や光学的な線源
を利用する場合も同様の配設手法が可能である。

【００３３】第１の実施の形態に係る化学分析装置によ
ると、微細流路４は、プレス成形された部品を組み立て
る事で構築され、特に石英用のプレス金型など加工性が
極端に悪い素材でも、平面状ではなく線状の最小限の溝
を研削やエッチングで掘り込むことで実現することがで
きる。これまで直接加工する際に時間と費用を要してい
た石英等の素材に対しても、量産性の大幅な向上が期待
できる。例えば、石英に深さ１００μｍ程度の溝を形成
する場合、これまでは数時間の加工時間を要していた
が、第１の実施の形態に係る化学分析装置の構成によれ
ば、数分で微細流路の形成が終了する。

【００３４】又、組み立て後の構造では、流路以外の部
分にも多くの空隙がある構造となるが、これらの間には
断熱性や導電性に優れた充填材を後から注入可能なの
で、強度の確保と共に、機能的な新規性の追加も可能と
なる。又、微細流路４の流れの入出力方向以外の四方向
に測定等に関する要素部品の装着が可能となる。光学的
な機能をプレス成形の段階から新たに造りこむ事もでき
る。

【００３５】又、基本的に微細流路４は組み立てによっ
て形成されるので、この構造部材の一部を回路パターン
等が造り込まれたシリコン部材とする事も可能である。

【００３６】又、試薬やサンプルの注入口や連結口は従
来は流れと直交方向に形成されていたが、本発明では流
れの入出力方向の断面をプレス成形部品の組立で正確に
規定できるので、この方向での連結や注入部品の装着が
非常に容易となる。

【００３７】（第１の実施の形態の変形例）図１１は、
第１の実施の形態に係る化学分析装置をキャピラリ（微
細直管流路）電気泳動装置に使用した一例を示す図であ
る。平面部材１上には、十字形に交差する直線状の交差
型微細流路５１（定量用流路５５及び検出用流路５４）
が形成されている。交差型微細流路５１の両側面は、断
面が三角形状又は台形状の凸部で構成されている。平面
部材１と封止部材１１の間には、空隙があり、第１の実
施の形態で説明した計測要素部品や環境調整部品を配設
することができる。又、外接型コネクタ５２は、微細流
路の外側を挟むように取り付けられたコネクタである。
内接型コネクタ５３は、微細流路の内側にはめ込むよう
に取り付けられたコネクタである。外接型コネクタ５２
及び内接型コネクタ５３により、異なる化学分析装置を
取り付け、微細流路の延長を行ったり、微細流路の流れ
の向きを変更することができる。

【００３８】第１の実施の形態の変形例に係る化学分析
装置によると、平面部材１及び封止部材１１を組み立て
ることにより、キャピラリ（微細直管流路）電気泳動を
行うことができる。

【００３９】（第２の実施の形態）第１の実施の形態に
係る化学分析装置は、平面部材１側のみが凸部を備えて
いるが、第２の実施の形態に係る化学分析装置では、平
面部材１に第１の凸部２が、封止部材１１に第２の凸部
９が備えられている。第２の実施の形態に係る化学分析
装置は、図１２に示すように、一方の主面に堤防形状の
第１の凸部２を有する平面部材１と、一方の主面に第１
の凸部２に対向する第２の凸部９を有する封止部材１１
とを備え、第１の凸部２を封止部材１１の主面に、第２
の凸部９を平面部材１の主面に付けることにより、第１
及び第２の凸部２、９に囲まれた微細流路４を形成す
る。

【００４０】図１２（ａ）は、第２の実施の形態に係る
化学分析装置の平面部材１及び封止部材１１の斜視図で
あり、図１２（ｂ）は、図１２（ａ）の平面部材１上に
封止部材１１を付け、Ｂ−Ｂに沿った断面図を示してい
る。平面部材１には断面が台形あるいは三角形状の第１
の凸部２が凸設している。同様に、封止部材１１には断
面が台形あるいは三角形状の第２の凸部９が凸設してい
る。第１の凸部２の上、第２の凸部９の下には接着層５
ａ、５ｂがある。接着層５ａ、５ｂによって、平面部材
１と封止部材１１は接着され、第１の凸部２と第２の凸
部９の間に微細流路４を形成している。平面部材１と封
止部材１１の間には、微細流路４以外の空隙６ａ、６ｂ
があり、この部分に充填材を注入し、接着層５ａ、５ｂ
を用いず、接着を実現しても構わない。空隙６ａ、６ｂ
は充填材だけでなく、微細流路４内の観測要素部品や環
境調整部品を装着しても良い。観測要素部品や環境調整
部品については、第１の実施の形態と同様であるので、
ここでは説明を省略する。

【００４１】第１の凸部２（第２の凸部９も同様）の高
さＬ１、即ち微細流路４の深さは、例えば５０μｍ〜１
ｍｍが好ましい。第１の凸部２と第２の凸部９の間の距
離Ｌ２、即ち微細流路４の幅は、例えば５０μｍ〜１ｍ
ｍが好ましい。５ｍｍ以上の高さＬ１、距離Ｌ２として
も良いが、集積密度が低下し、マイクロリアクタとして
の機能が薄くなる。加工技術が許せば、１μｍ以下の高
さ及び距離も可能であるが、混合、反応、分析を行う上
での操作性や分析感度の点から現実的ではない。従っ
て、マイクロリアクタとしての集積密度、分析感度や製
造の容易性を考慮すれば、凸部２ａ、２ｂの高さＬ１及
び距離Ｌ２を２０μｍ〜２ｍｍ程度にすれば良い。より
好ましくは０．１〜１ｍｍ程度とすれば集積密度を高く
保ち、かつ操作性も良い。

【００４２】又、平面部材１及び封止部材１１は、図２
に示すように、第１の実施の形態で説明したものと同様
の方法で成型することができる。更に、第１の実施の形
態の変形例において説明した交差型微細流路５１を、第
２の実施の形態に係る化学分析装置の平面部材１及び封
止部材１１を用いて実現することも可能である。

【００４３】第２の実施の形態に係る化学分析装置によ
ると、平面部材１と封止部材１１の形状は同じであるの
で、成形する部品の種類を低減できる。又、組み立て時
に、流路幅の調整を任意に行うことができる。

【００４４】（第３の実施の形態）第３の実施の形態に
係る化学分析装置は、図１３に示すように、一方の主面
に１対の堤防形状の凸部２ａ、２ｂを有する平面部材１
と、一方の主面に他の１対の堤防形状の凸部９ａ、９ｂ
を有する封止部材１１とを備え、１対の堤防形状の凸部
２ａ、２ｂと他の１対の堤防形状の凸部９ａ、９ｂの側
面を付けることにより、１対の堤防形状の凸部２ａ、２
ｂと他の１対の堤防形状の凸部９ａ、９ｂに囲まれた微
細流路４を形成する。

【００４５】平面部材１には、断面が台形あるいは三角
形状の凸部２ａ、２ｂが凸設している。同様に、封止部
材１１には、断面が台形あるいは三角形状の凸部９ａ、
９ｂが凸設している。凸部２ａ、２ｂと凸部９ａ、９ｂ
の側面に接着層５ａ、５ｂがある。接着層５ａ、５ｂに
よって、平面部材１と封止部材１１は接着され、凸部２
ａ、２ｂと凸部９ａ、９ｂの間に微細流路４を形成して
いる。平面部材１と封止部材１１の間には、微細流路４
以外の空隙６ａ、６ｂがあり、この部分に充填材を注入
し、接着層５ａ、５ｂを用いず、接着を実現しても構わ
ない。空隙６ａ、６ｂは充填材だけでなく、微細流路４
内の観測要素部品や環境調整部品を装着しても良い。観
測要素部品や環境調整部品については、第１の実施の形
態と同様であるので、ここでは説明を省略する。

【００４６】凸部２ａ、２ｂ（凸部９ａ、９ｂも同様）
の高さＬ１、即ち微細流路４の深さは、例えば５０μｍ
〜１ｍｍが好ましい。凸部２ａ、２ｂ（凸部９ａ、９ｂ
も同様）間の距離Ｌ２、即ち微細流路４の幅は、例えば
５０μｍ〜１ｍｍが好ましい。５ｍｍ以上の高さＬ１、
距離Ｌ２としても良いが、集積密度が低下し、マイクロ
リアクタとしての機能が薄くなる。加工技術が許せば、
１μｍ以下の高さ及び距離も可能であるが、混合、反
応、分析を行う上での操作性や分析感度の点から現実的
ではない。従って、マイクロリアクタとしての集積密
度、分析感度や製造の容易性を考慮すれば、凸部２ａ、
２ｂの高さＬ１及び距離Ｌ２を２０μｍ〜２ｍｍ程度に
すれば良い。より好ましくは０．１〜１ｍｍ程度とすれ
ば集積密度を高く保ち、かつ操作性も良い。

【００４７】又、平面部材１及び封止部材１１は、図２
に示すように、第１の実施の形態で説明したものと同様
の方法で成型することができる。更に、第１の実施の形
態の変形例において説明した交差型微細流路５１を、第
３の実施の形態に係る化学分析装置の平面部材１及び封
止部材１１を用いて実現することも可能である。

【００４８】第３の実施の形態によると、接着面積を大
きく取れるので空間部に充填材を注入しなくても、接着
強度が強化できる。又、平面部材１と封止部材１１の形
状は同じであるので、成形する部品の種類を低減でき
る。

【００４９】（その他の実施の形態）本発明は上記の実
施の形態によって記載したが、この開示の一部をなす論
述及び図面はこの発明を限定するものであると理解すべ
きではない。この開示から当業者には様々な代替実施の
形態、実施例及び運用技術が明らかとなろう。

【００５０】例えば、本発明の第１〜第３の実施の形態
において、微細流路４は直線状の流路で図示したが、図
１４に示すように、曲線型の曲線型微細流路５０を用い
ることも可能である。

【００５１】又、本発明の第１〜第３の実施の形態に係
る化学分析装置は、金型によるプレス（加圧）により成
形された部品を用いると説明したが、例えば、平面部材
１等の空隙６ａ、６ｂを形成する部分をプレスで、微細
流路４を形成する部分をエッチングによって成形しても
構わない。プレスとエッチングを組み合わせることによ
り、様々な形状の空隙６ａ、６ｂ及び微細流路４を形成
することができる。

【００５２】又、本発明の第１〜第３の実施の形態に係
る化学分析装置は、平面部材１上に封止部材１１を付け
ているが、この封止部材１１は脱着可能にしてもよい。
このとき、接着的に封止部材１１を付けている場合は剥
離材などを使用し、機械的（押圧的）に付けている場合
は圧力の解放によって、実現することができる。封止部
材１１を外すことにより、微細流路４内の洗浄が容易に
なる。

【００５３】又、本発明の第１〜第３の実施の形態に係
る化学分析装置は、平面部材１及び封止部材１１が平面
であり、壁部材はその断面が三角形あるいは台形等の矩
形としてあるが、加工が可能であればこれに限るもので
はない。例えば、基板には起伏があっても良いし、微細
流路４を形成する壁部材は、同じ高さにある必要はな
い。

【００５４】このように、本発明はここでは記載してい
ない様々な実施の形態等を含むことは勿論である。従っ
て、本発明の技術的範囲は上記の説明から妥当な特許請
求の範囲に係る発明特定事項によってのみ定められるも
のである。

【００５５】

【発明の効果】本発明によれば、微細流路内の試料を流
れ方向以外の四方向から計測及び環境調整することがで
き、加工性と量産性に優れた化学分析装置を提供するこ
とができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】（ａ）は、第１の実施に形態に係る化学分析装
置の斜視図、（ｂ）は、（ａ）のＡ−Ａに沿った断面図
である。

【図２】第１の実施の形態に係る化学分析装置の製造方
法を示す図である。

【図３】第１の実施の形態に係る化学分析装置の製造に
使用する金型の例を示す図である。

【図４】第１の実施の形態に係る化学分析装置の封止部
材に計測要素部品を配設した例である。

【図５】第１の実施の形態に係る化学分析装置の平面部
材に計測要素部品を配設した例である。

【図６】第１の実施の形態に係る化学分析装置の空隙に
計測要素部品を配設した例である。

【図７】第１の実施の形態に係る化学分析装置の封止部
材をシリコン基板とした例である。

【図８】第１の実施の形態に係る化学分析装置の封止部
材及び平面部材に環境調整部品を配設した例である。

【図９】第１の実施の形態に係る化学分析装置の微細流
路に沿って環境調整部品を配設した例である。

【図１０】（ａ）は、第１の実施の形態に係る化学分析
装置の空隙を利用して環境調整部品を配設した斜視図、
（ｂ）は、（ａ）のＣ−Ｃに沿った断面図である。

【図１１】第１の実施に形態の変形例に係る化学分析装
置の斜視図である。

【図１２】（ａ）は、第２の実施に形態に係る化学分析
装置の斜視図、（ｂ）は、（ａ）のＢ−Ｂに沿った断面
図である。

【図１３】第３の実施に形態に係る化学分析装置の断面
図である。

【図１４】その他の実施に形態に係る化学分析装置の斜
視図である。

【図１５】従来のキャピラリ電気泳動装置の斜視図であ
る。

【図１６】従来のμ−ＴＡＳの斜視図である。

【符号の説明】

１平面部材２第１の凸部２ａ、２ｂ凸部４微細流路５ａ、５ｂ接着層６ａ、６ｂ空隙９第２の凸部９ａ、９ｂ凸部１１封止部材１２、１２ａ、１２ｂ注入出口１３ａ、１３ｂ電極２０上部金型２０ａ平面金型２０ｂ、２０ｃ、２０ｄ溝部金型２１下部金型２２石英素材２３溝部２４成型品２５ａ、２５ｂ、２５ｃ、２５ｄ切断ライン３０センサ筺体部３１発光部３２受光部３５ａ、２５ｂ反射膜３６シリコン基板４０温度計測部４１加熱源４２冷却源４３冷却用流路４４冷却管４５加熱管５０曲線型微細流路５１交差型微細流路５２外接型コネクタ５３内接型コネクタ５４検出用流路５５定量用流路６０試料６１、６１ａ、６１ｂ透明絶縁基板７０試料注入部７１ａ混合部７１ｂ反応部７１ｃ分離部７１ｄ検出部７２廃液部

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁷ 識別記号ＦＩテーマコート゛(参考） // Ｇ０１Ｎ 37/00 １０１Ｇ０１Ｎ 27/26 ３３１Ｅ３１５Ｋ (72)発明者桑田正弘神奈川県川崎市幸区小向東芝町１番地株式会社東芝研究開発センター内 (72)発明者関村雅之神奈川県川崎市幸区小向東芝町１番地株式会社東芝研究開発センター内 (72)発明者宮崎要神奈川県川崎市幸区小向東芝町１番地株式会社東芝研究開発センター内 (72)発明者福田靖神奈川県川崎市幸区小向東芝町１番地株式会社東芝研究開発センター内Ｆターム(参考） 4B029 AA07 AA23 BB20 FA15 4D054 FA10 FB09 FB20

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】微細流路を形成するように対向配置され、
微細流路の方向に沿って伸延する１対の堤防形状の凸部
を一方の主面に有する平面部材を備えることを特徴とす
る化学分析装置。
【請求項２】前記微細流路の上部を覆う封止部材を更に
備えることを特徴とする請求項１に記載の化学分析装
置。
【請求項３】前記平面部材の材質が石英であることを特
徴とする請求項１又は２に記載の化学分析装置。
【請求項４】一方の主面に堤防形状の第１の凸部を有す
る平面部材と、一方の主面に前記第１の凸部に対向する第２の凸部を有
する封止部材とを備え、前記第１の凸部を前記封止部材の主面に、前記第２の凸
部を前記平面部材の主面に付けることにより、前記第１
及び第２の凸部に囲まれた微細流路を形成することを特
徴とする化学分析装置。
【請求項５】一方の主面に１対の堤防形状の凸部を有す
る平面部材と、一方の主面に他の１対の堤防形状の凸部を有する封止部
材とを備え、前記１対の堤防形状の凸部と前記他の１対の堤防形状の
凸部の側面を付けることにより、前記１対の堤防形状の
凸部と前記他の１対の堤防形状の凸部に囲まれた微細流
路を形成することを特徴とする化学分析装置。
【請求項６】前記平面部材及び前記封止部材の材質が石
英であることを特徴とする請求項４又は５に記載の化学
分析装置。
【請求項７】前記平面部材と前記封止部材の間の空隙
に、計測要素部品を更に備えることを特徴とする請求項
２、４〜５のいずれか１項に記載の化学分析装置。
【請求項８】前記平面部材と前記封止部材の間の空隙
に、環境調整部品を更に備えることを特徴とする請求項
２、４〜５のいずれか１項に記載の化学分析装置。