JP2004117279A

JP2004117279A - Chip for microchemistry system and the microchemistry system

Info

Publication number: JP2004117279A
Application number: JP2002283591A
Authority: JP
Inventors: Takao Miwa; 三輪　隆雄
Original assignee: Nippon Sheet Glass Co Ltd
Current assignee: Nippon Sheet Glass Co Ltd
Priority date: 2002-09-27
Filing date: 2002-09-27
Publication date: 2004-04-15

Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a chip for a microchemistry system and the microchemistry system, for accurate and stable measurement. <P>SOLUTION: The chip 20 for the microchemistry system comprises glass substrates 201, 202, 203 bonded sequentially into three layers. A flow path 204 is formed into a slit shape within the glass substrate 202 by sand blast process. The depth of the flow path 204 is 90-150 μm. The aspect ratio of the flow path 204 is 0.7 or larger. <P>COPYRIGHT: (C)2004,JPO

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、マイクロ化学システム用チップ及びマイクロ化学システムに関し、特に、光熱変換分光分析法を実行するマイクロ化学システム用チップ及びマイクロ化学システムに関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来から、化学反応を微小空間で行うための集積化技術が、化学反応の高速性や微少量での反応、オンサイト分析等の観点から注目されており、そのための研究が、世界的に精力的に進められている。
【０００３】
化学反応の集積化技術の１つとして微細な流路の中で試料溶液の混合、反応、分離、抽出、検出等を行う所謂マイクロ化学システムがある。このマイクロ化学システムで行われるものとしては反応の例として、ジアゾ化反応、ニトロ化反応、抗原抗体反応などがあり、抽出、分離の例として溶媒抽出、電気泳動分離、カラム分離などがある。マイクロ化学システムは、分離だけを目的としたような単一の機能のみで用いられても良く、また複合的に用いられても良い。
【０００４】
上記の機能のうち、分離のみを目的としたものとして、極微量のタンパクや核酸等を分析する電気泳動装置が提案されている（例えば、特許文献１参照）。これは互いに接合された２つのガラス基板からなるマイクロ化学システム用チップを備えている。この部材は板状であるので、断面が円形又は角形のガラスキャピラリーチューブに比べて破損しにくく、取り扱いが容易である。
【０００５】
これらのマイクロ化学システムでは試料溶液が極微量であるので、高感度な検出方法が必須である。このような方法として、微細な流路内の試料溶液に励起光を照射する前後の検出光の信号強度の差（以下「ＴＬＭ出力」という。）を検出する光熱変換分光分析法が確立され、これによりマイクロ化学システムの実用化の道が開かれている。
【０００６】
光熱変換分光分析法は、具体的には、励起光の照射により熱レンズが形成される前後で試料溶液に検出光を照射し、そのときの信号強度の差であるＴＬＭ出力を検出するものであり、極微量の試料溶液の濃度を検出するのに適している。
【０００７】
従来のマイクロ化学システムにおいては、マイクロ化学システム用チップが顕微鏡の対物レンズの下方に配置されており、励起光源から出力された所定波長の励起光が顕微鏡に入射して、この顕微鏡の対物レンズによりマイクロ化学システム用チップの流路内の試料溶液に集光照射される。これにより、集光照射位置を中心として試料溶液に熱レンズが形成される。
【０００８】
また、マイクロ化学システム用チップとしては、加工性がよいことからガラスや熱可塑性樹脂が多く用いられており、流路は、部材にガラスを用いる場合はエキシマレーザによる加工やウェットエッチングによる加工等によって形成され（例えば、特許文献２参照）、部材に熱可塑性樹脂を用いる場合は射出成形等によって形成される（例えば、特許文献３参照）。
【０００９】
【特許文献１】
特開平８−１７８８９７号公報
【特許文献２】
特開平１２−２９８１０９号公報
【特許文献３】
特開平１３−１６５９３９号公報
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、ＴＬＭ出力は検出光の信号強度が小さいと精度よく検出できない一方、樹脂の光線透過率は一般に悪いため、熱可塑性樹脂を部材として使用して高精度な測定を行うのは困難であるという問題がある。
【００１１】
一方、ガラスの光線透過率は一般によいため上記問題は生じないが、エキシマレーザによる加工でガラス部材に流路を形成すると加工速度が非常に遅く、さらに加工装置が高価であるという問題がある。また、ウェットエッチング加工でガラス部材に流路を形成すると、集光照射される光の焦点位置や、流路の幅方向に対する集光照射される光の位置がわずかにずれるだけでＴＬＭ出力が大きく変動し、再現性のある安定した測定を行うのは困難であるという問題がある。
【００１２】
本発明の目的は、測定を高精度で且つ安定的に行うことができるマイクロ化学システム用チップ及びマイクロ化学システムを提供することにある。
【００１３】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、請求項１記載のマイクロ化学システム用チップは、内部に試料溶液を流す流路を有する透明基板を備え、前記試料溶液に熱レンズを生成するための励起光が照射されるマイクロ化学システム用チップにおいて、前記流路は、流路断面のアスペクト比が０．７以上であることを特徴とする。
【００１４】
請求項１記載のマイクロ化学システム用チップによれば、内部に試料溶液を流す流路は、流路断面のアスペクト比が０．７以上であるので、測定を高精度で且つ安定的に行うことができる。
【００１５】
請求項２記載のマイクロ化学システム用チップは、請求項１記載のマイクロ化学システム用チップにおいて、前記アスペクト比は１．１以上であることを特徴とする。
【００１６】
請求項２記載のマイクロ化学システム用チップによれば、流路のアスペクト比は１．１以上であるので、測定をより高精度で且つ安定的に行うことができる。
【００１７】
請求項３記載のマイクロ化学システム用チップは、請求項１又は２記載のマイクロ化学システム用チップにおいて、前記流路の底面は、前記励起光の光軸方向と垂直な平面部分を有することを特徴とする。
【００１８】
請求項３記載のマイクロ化学システム用チップによれば、流路の底面は、励起光の光軸方向と垂直な平面部分を有するので、励起光の照射位置が流路の幅方向に関してずれたとしてもＴＬＭ出力が変動するのを防止することができる。
【００１９】
請求項４記載のマイクロ化学システム用チップは、請求項１乃至３のいずれか１項に記載のマイクロ化学システム用チップにおいて、前記流路の深さは９０μｍ以上であることを特徴とする。
【００２０】
請求項４記載のマイクロ化学システム用チップによれば、流路の深さは９０μｍ以上であるので、励起光の焦点位置が流路の深さ方向に関してわずかにずれたとしてもＴＬＭ出力が変動するのを防止することができる。
【００２１】
請求項５記載のマイクロ化学システム用チップは、請求項４記載のマイクロ化学システム用チップにおいて、前記流路の深さは１５０μｍ以上であることを特徴とする。
【００２２】
請求項５記載のマイクロ化学システム用チップによれば、流路の深さは１５０μｍ以上であるので、励起光の焦点位置が流路の深さ方向に関してわずかにずれたとしてもＴＬＭ出力が変動するのを確実に防止することができる。
【００２３】
請求項６記載のマイクロ化学システム用チップは、請求項１乃至５のいずれか１項に記載のマイクロ化学システム用チップにおいて、前記透明基板は、前記流路を構成するスリットを有し、当該透明基板は、２つの他の透明基板で挟着されていることを特徴とする。
【００２４】
請求項６記載のマイクロ化学システム用チップによれば、流路が形成された透明基板は、その流路を構成するスリットを有し、この透明基板は２つの他の透明基板で挟着されているので、流路の底面に励起光の光軸方向と垂直な部分を確実に含ませることができる。
【００２５】
請求項７記載のマイクロ化学システム用チップは、請求項６記載のマイクロ化学システム用チップにおいて、前記スリットはサンドブラストによる加工で形成されることを特徴とする。
【００２６】
請求項７記載のマイクロ化学システム用チップによれば、流路を構成するスリットはサンドブラストによる加工で形成されるので、流路の深さが９０μｍ〜１５０μｍであって、アスペクト比が０．７以上、好ましくは１．１以上の流路を確実に形成することができる。
【００２７】
請求項８記載のマイクロ化学システム用チップは、請求項６又は７記載のマイクロ化学システム用チップにおいて、前記一の透明基板は、多段に重ねられた複数の透明基板から成ることを特徴とする。
【００２８】
請求項８記載のマイクロ化学システム用チップによれば、流路が形成された透明基板は、多段に重ねられた複数の透明基板から成るので、高アスペクト比の流路を形成することができる。
【００２９】
請求項９記載のマイクロ化学システム用チップは、請求項１乃至８のいずれか１項に記載のマイクロ化学システム用チップにおいて、前記マイクロ化学システム用チップは、前記試料溶液が注入される注入部と、前記励起光及び検出光が照射される照射部と、前記試料溶液が排出される排出部とを有し、前記流路は、複数の流路から成り、前記複数の流路間のピッチが前記注入部より前記照射部の方が狭くなるように形成されることを特徴とする。
【００３０】
請求項９記載のマイクロ化学システム用チップによれば、複数の流路間のピッチが、マイクロ化学システム用チップの注入部より照射部の方が狭くなるように形成されるので、試料溶液の注入を容易とすると共に、励起光及び検出光のスキャン距離を短くすることができ、以て測定時間を短縮化し、測定を高精度で且つ安定的に行うことができる。
【００３１】
上記目的を達成するために、請求項１０記載のマイクロ化学システムは、請求項１乃至９のいずれか１項に記載のマイクロ化学システム用チップを用いて光熱変換分光分析法を実行することを特徴とする。
【００３２】
請求項１０記載のマイクロ化学システムによれば、上記マイクロ化学システム用チップを用いて光熱変換分光分析法を実行するので、測定を高精度で且つ安定的に行うことができる。
【００３３】
請求項１１記載のマイクロ化学システムは、請求項１０記載のマイクロ化学システムにおいて、前記励起光は、前記試料溶液へ対物レンズを介して照射され、前記対物レンズの開口角（ＮＡ値）は０．１〜０．３５であることを特徴とする。
【００３４】
請求項１１記載のマイクロ化学システムによれば、励起光を試料溶液に照射する対物レンズの開口角（ＮＡ値）は０．１〜０．３５であるので、流路の深さ方向寸法と励起光の光軸方向についての熱レンズの長さとがマッチングするので、再現性よく測定することができる。
【００３５】
請求項１２記載のマイクロ化学システムは、請求項１１記載のマイクロ化学システムにおいて、前記対物レンズは屈折率分布型のロッドレンズであることを特徴とする。
【００３６】
請求項１２記載のマイクロ化学システムによれば、対物レンズは屈折率分布型のロッドレンズであるので、流路の深さ方向寸法と励起光の光軸方向についての熱レンズの長さとが確実にマッチングするので、より再現性よく測定することができる。
【００３７】
【発明の実施の形態】
本発明者は、内部に試料溶液を流す流路を有する透明基板を備え、試料溶液に熱レンズを生成するための励起光が照射されるマイクロ化学システム用チップにおいて、流路は、流路断面のアスペクト比が０．７以上、好ましくは１．１以上であると、測定を高精度で且つ安定的に行うことができることを見出し、さらに、流路の深さは９０μｍ以上、好ましくは１５０μｍ以上であると、励起光の焦点位置が流路の深さ方向に関してわずかにずれたとしてもＴＬＭ出力が大きく変動するのを防止することができることを見出した。アスペクト比が大きいと生成する熱レンズの光軸方向で余裕をもって流路内におさめることができるとともに断面積を小さくできるので分析対象試料を少量で済ませることができる。
【００３８】
また、本発明者は、流路の底面は、励起光の光軸方向と垂直な平面部分を有すると、励起光の照射位置が流路の幅方向に関してずれたとしてもＴＬＭ出力が大きく変動するのを防止することができることを見出した。
【００３９】
本発明は、上記研究の結果に基づいてなされたものである。
【００４０】
以下、本発明の実施の形態に係るマイクロ化学システムを図面を参照しながら詳細に説明する。
【００４１】
図１は、本発明の実施の形態に係るマイクロ化学システムの概略構成を示す図である。
【００４２】
図１において、マイクロ化学システム１は、後述するマイクロ化学システム用チップ２０内に形成された流路２０４中の試料溶液に励起光及び検出光を照射する照射部１ａと共に、マイクロ化学システム用チップ２０を通過した励起光及び検出光を受光する受光部１ｂとから成る。
【００４３】
照射部１ａは、波長５３２ｎｍの励起光を出力する励起光用光源１０６と、波長６３５ｎｍの検出光を出力する検出光用光源１０７と、励起光用光源１０６が出力する励起光を変調する変調器１０８と、励起光用光源１０６及び検出光用光源１０７に夫々光ファイバを介して接続され、励起光用光源１０６からの励起光と検出光用光源１０７からの検出光を合波する２波長合波素子１０９と、合波された光をフェルール１０４を介して受光すると共に、内部に流路２０４が形成されるマイクロ化学システム用チップ２０に合波された光を先端のロッドレンズ１０１から照射するレンズ付き光ファイバ１０と、レンズ付き光ファイバ１０の位置をマイクロ化学システム用チップ２０の流路２０４に面するように調整・保持する治具１０２とから成る。
【００４４】
レンズ付き光ファイバ１０の先端にあるロッドレンズ１０１は、合波された光を約２０度の集光角度で集光する。また、フェルール１０４は、光ファイバ１０３の外径をロッドレンズ１０１の外径と等しくするものであり、ロッドレンズ１０１とは密着していてもよいし、隙間があっても良い。
【００４５】
このように照射部１ａを構成することにより、励起光と検出光とが合波された光をマイクロ化学システム用チップ２０に照射でき、且つ、励起光及び検出光の焦点が流路２０４の中に位置するように調整できる。
【００４６】
マイクロ化学システム用チップ２０は、３層に順に接着されたガラス基板２０１，２０２，２０３から成り、また、ガラス基板２０２はその内部に流路２０４を構成するスリットを有し、流路２０４は、試料溶液の混合、攪拌、合成、分離、抽出、検出等に用いられる。
【００４７】
マイクロ化学システム用チップ２０の材料としては、耐久性、耐薬品性、光透過性の面からガラスが望ましく、細胞等の生体試料、例えばＤＮＡ解析用としての用途を考慮すると、耐酸性、耐アルカリ性の高いガラス、具体的には、硼珪酸ガラス、ソーダライムガラス、アルミノ硼珪酸ガラス、石英ガラス等が好ましい。
【００４８】
ガラス基板２０１，２０２，２０３同士を接着させる接着剤には、例えば、紫外線硬化型、熱硬化型、２液硬化型のアクリル系、エポキシ系の有機接着剤、及び無機接着剤等がある。また、熱融着によってガラス基板２０１，２０２，２０３同士を融着させてもよい。
【００４９】
受光部１ｂは、マイクロ化学システム用チップ２０を通過した励起光及び検出光を受光すると共に、検出光のみを選択的に濾波する波長フィルタ４０２と、濾波された検出光の信号強度を検出する光電変換器４０１と、光電変換器４０１から検出光の信号強度を変調器１０８と同期させるロックインアンプ４０３と、この信号を解析するコンピュータ４０４とから成る。
【００５０】
図１のマイクロ化学システム１により、励起光を流路２０４内の試料溶液に照射する前後の検出光の信号強度の差（以下「ＴＬＭ出力」という。）を測定する。即ち、試料溶液に熱レンズが形成される前後における検出光の信号強度を光電変換器４０１で検出することで光熱変換分光分析が行われる。
【００５１】
次に、図１のマイクロ化学システム１の励起光を流路２０４に照射したときに形成される熱レンズについて説明する。
【００５２】
まず、図１におけるロッドレンズ１０１の焦点位置とＴＬＭ出力の関係について説明する。
【００５３】
図２は、図１におけるロッドレンズ１０１の焦点位置とＴＬＭ出力の関係を示す図である。
【００５４】
図２において、流路２０４には光軸方向に２００μｍの深さを有するものを用いる。
【００５５】
また、マイクロ化学システム１による測定方法は、まず、検出光の光軸が流路２０４の幅方向に関して中央に位置するようにロッドレンズ１０１の位置を調整し、その後、図２のグラフに示すように、ロッドレンズ１０１をＴＬＭ出力が０となる位置から検出光の焦点位置が流路２０４内を通過する方向に移動させ、再度ＴＬＭ出力が０となった位置で停止させるという方法を用いる。例えば、検出光の焦点位置が「Ｙ１」となるようにロッドレンズ１０１の位置を調整したとき、ＴＬＭ出力は「Ｉ１」となる。
【００５６】
このとき、ＴＬＭ出力がピーク値となる焦点位置の範囲をＡとし、流路２０４の深さ２００μｍからＡの値を引いた値を流路２０４内に形成された熱レンズの光軸方向の長さをＬとして求める。
【００５７】
上記方法により、流路２０４に異なる濃度の試料溶液を用いて、図３に示すように、熱レンズの光軸方向の長さＬを測定した結果、濃度が濃い試料溶液であるほど熱レンズの光軸方向の長さＬの値は大きくなるものの、９０μｍ〜１５０μｍの範囲となることがわかる。
【００５８】
よって、流路２０４の深さが熱レンズの光軸方向の長さＬ以上、具体的には、流路２０４の深さが９０μｍ以上、好ましくは１５０μｍ以上であると、ロッドレンズ１０１の焦点位置が流路２０４の深さ方向に関してわずかにずれたとしてもＴＬＭ出力が変動するのを防止することができる。
【００５９】
次に、流路２０４の幅方向に関するロッドレンズ１０１から集光照射される検出光の照射位置とＴＬＭ出力の関係について説明する。
【００６０】
図４は、図１におけるロッドレンズ１０１から集光照射される励起光の焦点位置とＴＬＭ出力の関係を示す図である。
【００６１】
図４において、（ａ）は、流路２０４がウェットエッチングによる加工で形成されたマイクロ化学システム用チップの場合を示し、（ｂ）は、流路２０４がサンドブラストによる加工で形成されたマイクロ化学システム用チップの場合を示す。
【００６２】
図４（ａ）のマイクロ化学システム用チップの流路２０４の流路断面は、図５（ａ）に示すように、幅１００μｍで深さ５０μｍの半円状である。また、図４（ｂ）のマイクロ化学システム用チップの流路２０４の流路断面は、図５（ｂ）に示すように、幅２００μｍで深さ２００μｍの矩形状である。
【００６３】
他の測定条件、即ち、試料溶液の種類（サンセットイエロー：５×１０^−６ｍｏｌ／ｌ）やマイクロ化学システム１による測定方法は同一とする。
【００６４】
マイクロ化学システム１による測定方法は、まず、検出光の光軸が流路２０４の幅方向に関して中央に位置したときに、検出光の焦点位置が試料溶液中に位置するようにロッドレンズ１０１の位置を調整し、その後、ロッドレンズ１０１をＴＬＭ出力が０となる位置から検出光の焦点位置が流路２０４内を通過する方向に移動させ、再度ＴＬＭ出力が０となった位置で停止させるという方法を用いる。
【００６５】
上記測定の結果、流路２０４の流路断面が半円状であるときはロッドレンズ１０１の位置が変化して励起光の照射位置が流路２０４の幅方向に関してずれることによりＴＬＭ出力は常に変動するが、流路２０４の流路断面が矩形状であるときは、流路２０４の底面は励起光の光軸方向と垂直な平面部分を有するので、ロッドレンズ１０１の位置が変化して励起光の照射位置が流路２０４の幅方向に関してずれたとしてもＴＬＭ出力が変動するのを防止することができる。これは、図３で上述したように、熱レンズの光軸方向の長さＬは９０μｍ〜１５０μｍ程度あるため、図５に示すように励起光が照射されることにより試料溶液中に形成される熱レンズの大きさは、励起光の照射位置に対する流路２０４の深さ、即ち流路２０４の底面の形状に依存するからである。
【００６６】
尚、流路２０４が、深さ１５０μｍ以上となる部分が一定範囲あれば、底面が半円状の流路２０４を用いた場合であっても検出光の照射位置が変化してもＴＬＭ出力が変動しない一定の範囲ができる。しかし、ウェットエッチングによる加工で流路２０４を形成すると、流路２０４の幅方向の長さに対する深さ方向の長さの比率、即ち、（深さ／幅）の値（以下「アスペクト比」という。）は０．５以下となるため、深さ１５０μｍ以上の流路２０４を形成しようとするとその幅は３００μｍ以上とする必要があり、流路２０４の断面積が非常に大きくなってしまう。通常、マイクロ化学システム１で測定を行なう試料溶液の量は極微量であり、流路２０４の断面積が大きく試料溶液の量を多く要するものでは測定を高精度で且つ安定的に行うことができないため、マイクロ化学システム用チップ２０として用いることはできない。
【００６７】
ガラス基板２０２にこのような流路２０４が形成されたマイクロ化学システム用チップ２０の製造方法について以下に説明する。
【００６８】
図６は、図１のマイクロ化学システム用チップ２０の製造処理のフローチャートである。
【００６９】
図６において、まず、ガラス基板２０１，２０２，２０３を同一の形状の板状部材となるよう成形した後（ステップＳ６０１）、ガラス基板２０１，２０２にドリル等により、同一の位置に夫々貫通孔２０５，２０５’を形成する（ステップＳ６０２）。
【００７０】
次に、ガラス基板２０２にサンドブラストによる加工でスリット状の流路２０４を形成する（ステップＳ６０３）（図７）。
【００７１】
その後、流路２０４が形成されたガラス基板２０２の加工面に、加熱融着又は接着剤によりガラス基板２０１を接合する（ステップＳ６０４）。このとき、貫通孔２０５と貫通孔２０５’の位置が一致するようにする。
【００７２】
次に、ガラス基板２０２の加工面と反対側の面に、加熱融着又は接着剤によりガラス基板２０１を接合し（ステップＳ６０５）、本処理を終了する。
【００７３】
上記流路２０４の流路断面は、図７に示すように、加工面の幅が２００μｍ、深さが２２０μｍ、加工面と反対側の面の幅が１３０μｍ程度となる台形状となる。また、この本実施の形態に係るアスペクト比は１．１（深さ／加工面）であるが、２．０までアスペクト比を高めることが可能である。この場合、測定をより高精度で且つ安定的に行うことができる。また、流路２０４の流路形状は、端部に貫通孔２０５’が位置するものとなる。
【００７４】
本処理によれば、ガラス基板２０２にサンドブラストによる加工でスリット状の流路２０４を形成する（ステップＳ６０３）ので、流路２０４の深さが９０μｍ〜１５０μｍであって、そのアスペクト比が０．７以上とすることができる。また、ガラス基板２０２は、ガラス基板２０１，２０３で加熱融着又は接着剤により挟着されているので（ステップＳ６０２，Ｓ６０３）、流路２０４の底面に励起光の光軸方向と垂直な部分を確実に含ませることができ、以て、励起光の照射位置が流路２０４の幅方向に関してずれたとしてもＴＬＭ出力が変動するのを防止することができる。
【００７５】
また、本実施の形態では、ガラス基板２０２は１つのガラス基板から成るものであったが、多段に重ねられた複数の透明基板から成るものであってもよい。
【００７６】
次に、図６の処理により製造されたマイクロ化学システム用チップ２０の流路形状について説明する。
【００７７】
図８は、図６の処理により製造されたマイクロ化学システム用チップ２０の流路形状の例を示す図である。
【００７８】
図８において、マイクロ化学システム用チップ２０は、マイクロ化学システム１に設置したときに、励起光及び検出光が照射される照射部２０６と、試料溶液を貫通孔２０５，２０５’から注入する試料注入部２０７と、励起光及び検出光が照射された後の試料溶液を貫通孔２０５，２０５’から排出する試料排出部２０８とを備える。
【００７９】
照射部２０６に位置する流路２０４間のピッチは、試料注入部２０７に位置する流路２０４間のピッチより狭くなっている。このような形状に流路２０４が形成されることにより、試料溶液の注入が容易とすることができ、また励起光のスキャン距離を短くすることができ、以て測定時間を短く、測定を高精度で且つ安定的に行うことができる。
【００８０】
また、流路２０４の流路断面が逆台形（流路２０４の幅方向について、励起光の入射側が出射側より若干大きい）であると、流路２０４を近接平行配置としても、流路２０４間の壁２０９部分の強度が確保され、図９に示すように、ガラス基板２０１，２０３でガラス基板２０２を挟着する際に流路２０４に力がかかっても、その力によって流路２０４がゆがむことを防止することができる。
【００８１】
【実施例】
以下、本発明の実施例を説明する。
【００８２】
流路を以下の実施例１、比較例１〜４の方法により形成したガラス基板をサンプルとして作成した。作成されたサンプルのうち流路形態がスリット状のものはサンプルの両面を２つのガラス基板で挟着する３層構造のマイクロ化学システム用チップ用のサンプルとし、流路形態が溝状のものはサンプルに形成された溝状の流路の開口部を１つのガラス基板で塞ぐ２層構造のマイクロ化学システム用チップ用のサンプルとした。
【００８３】
実施例１
流路をサンドブラストにより加工した。具体的には、まず、流路を形成するガラス基板に感光性フィルムを張り、加工パターンを露光して形成した。その後、粒度＃１０００（φ１０〜２０μｍ）のホワイトアルミナからなる加工用研磨粉を加工パターンの上から吹き付けてスリット状の流路を形成することにより行った。
【００８４】
比較例１
流路をエキシマレーザにより加工した。具体的には、エキシマレーザをステンレス型のマスクパターンを用いて照射し、溝状の流路を形成した。
【００８５】
比較例２
流路を形成するガラス基板に感光性レジストを塗布し、加工パターンを露光して形成した。感光性レジストにチャネルパターンを作成する際、流路間の堰き止め部はチャネルパターンを作成せずに間隙としておき、その後、このパターンを転写したガラス基板をフッ化水素酸溶液によるウェットエッチングを行った。この際、等方性エッチングによって間隙部分がわずかにつながり堰き止め部が形成された。本実施の形態においては、感光性レジストに作成したチャネルパターンの幅は１２μｍ、チャネルピッチの間隙は１２０μｍ、溝深さ５０μｍであった。
【００８６】
比較例３
流路をＣＯ_２レーザにより加工した。具体的には、ＣＯ_２レーザを流路を形成するガラス基板にステンレス製のマスクパターンを用いて照射し、スリット状の流路を形成した。
【００８７】
比較例４
流路を形成するガラス基板に感光性レジストを塗布し、フォトリソグラフィー技術により感光性フィルムに流路をパターンニングした。その後、バッファ−ドフッ酸でガラス基板をエッチングして溝状の流路を形成した。
【００８８】
このようにして作製した実施例１、比較例１〜４までのサンプルの流路形成時の加工スピード、及び形成された流路断面を夫々評価した結果を表１に示す。
【００８９】
【表１】

【００９０】
流路形成時の加工スピードの評価は、比較例２より加工スピードが早い場合を「○」、遅い場合を「×」とした。
【００９１】
また、流路のアスペクト比については、０．７未満の場合を「×」、０．７以上の場合を「○」、１．１以上の場合を「◎」とした。さらに、流路の底面の形状が曲面である場合を「×」、フラットな場合を「○」とした。
【００９２】
表１に示す実施例１及び比較例１〜４の結果から、流路形成時の加工スピード、流路断面の評価のすべてにおいて良好な結果が得られるのは、サンドブラストにより加工された実施例１のみであることがわかった。
【００９３】
【発明の効果】
以上詳細に説明したように、請求項１記載のマイクロ化学システム用チップによれば、内部に試料溶液を流す流路は、流路断面のアスペクト比が０．７以上であるので、測定を高精度で且つ安定的に行うことができる。
【００９４】
請求項２記載のマイクロ化学システム用チップによれば、流路のアスペクト比は１．１以上であるので、測定をより高精度で且つ安定的に行うことができる。
【００９５】
請求項３記載のマイクロ化学システム用チップによれば、流路の底面は、励起光の光軸方向と垂直な平面部分を有するので、励起光の照射位置が流路の幅方向に関してずれたとしてもＴＬＭ出力が変動するのを防止することができる。
【００９６】
請求項４記載のマイクロ化学システム用チップによれば、流路の深さは９０μｍ以上であるので、励起光の焦点位置が流路の深さ方向に関してわずかにずれたとしてもＴＬＭ出力が変動するのを防止することができる。
【００９７】
請求項５記載のマイクロ化学システム用チップによれば、流路の深さは１５０μｍ以上であるので、励起光の焦点位置が流路の深さ方向に関してわずかにずれたとしてもＴＬＭ出力が変動するのを確実に防止することができる。
【００９８】
請求項６記載のマイクロ化学システム用チップによれば、流路が形成された透明基板は、その流路を構成するスリットを有し、この透明基板は２つの他の透明基板で挟着されているので、流路の底面に励起光の光軸方向と垂直な部分を確実に含ませることができる。
【００９９】
請求項７記載のマイクロ化学システム用チップによれば、流路を構成するスリットはサンドブラストによる加工で形成されるので、流路の深さが９０μｍ〜１５０μｍであって、アスペクト比が０．７以上、好ましくは１．１以上の流路を確実に形成することができる。
【０１００】
請求項８記載のマイクロ化学システム用チップによれば、流路が形成された透明基板は、多段に重ねられた複数の透明基板から成るので、高アスペクト比の流路を形成することができる。
【０１０１】
請求項９記載のマイクロ化学システム用チップによれば、複数の流路間のピッチが、マイクロ化学システム用チップの注入部より照射部の方が狭くなるように形成されるので、試料溶液の注入を容易とすると共に、励起光及び検出光のスキャン距離を短くすることができ、以て測定時間を短縮化し、測定を高精度で且つ安定的に行うことができる。
【０１０２】
請求項１０記載のマイクロ化学システムによれば、上記マイクロ化学システム用チップを用いて光熱変換分光分析法を実行するので、測定を高精度で且つ安定的に行うことができる。
【０１０３】
請求項１１記載のマイクロ化学システムによれば、励起光を試料溶液に照射する対物レンズの開口角（ＮＡ値）は０．１〜０．３５であるので、流路の深さ方向寸法と励起光の光軸方向についての熱レンズの長さとがマッチングするので、再現性よく測定することができる。
【０１０４】
請求項１２記載のマイクロ化学システムによれば、対物レンズは屈折率分布型のロッドレンズであるので、流路の深さ方向寸法と励起光の光軸方向についての熱レンズの長さとが確実にマッチングするので、より再現性よく測定することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態に係るマイクロ化学システムの概略構成を示す図である。
【図２】図１におけるロッドレンズ１０１の焦点位置とＴＬＭ出力の関係を示す図である。
【図３】図１における流路２０４中の試料溶液に形成された熱レンズの光軸方向の長さと試料溶液濃度との関係を示すグラフである。
【図４】図１におけるロッドレンズ１０１から集光照射される励起光の焦点位置とＴＬＭ出力の関係を示す図であり、（ａ）は、流路２０４がウェットエッチングによる加工で形成されたマイクロ化学システム用チップの場合を示し、（ｂ）は、流路２０４がサンドブラストによる加工で形成されたマイクロ化学システム用チップの場合を示す。
【図５】図１におけるロッドレンズ１０１の焦点位置と試料溶液中に形成された熱レンズとを示す図であり、（ａ）は、流路２０４がウェットエッチングによる加工で形成された場合を示し、（ｂ）は、流路２０４がサンドブラストによる加工で形成された場合を示す。
【図６】図１のマイクロ化学システム用チップ２０の製造処理のフローチャートである。
【図７】図６の処理によって流路２０４が形成されたマイクロ化学システム用チップ２０の断面図である。
【図８】図６の処理により製造されたマイクロ化学システム用チップ２０の流路形状の例を示す図である。
【図９】図１のガラス基板２０２に逆台形の流路断面を有する流路２０４が形成されたマイクロ化学システム用チップ２０の断面図である。
【符号の説明】
１　マイクロ化学システム
１ａ　照射部
１ｂ　受光部
１０　レンズ付き光ファイバ
１０１　ロッドレンズ
１０６　励起光用光源
１０７　検出光用光源
２０　マイクロ化学システム用チップ
２０１，２０２，２０３　基板
２０４　流路
２０５，２０５’　貫通孔
２０６　照射部
２０７　試料注入部
２０８　試料排出部
２０９　壁
４０１　光電変換器[0001]
TECHNICAL FIELD OF THE INVENTION
The present invention relates to a chip for a microchemical system and a microchemical system, and more particularly to a chip for a microchemical system and a microchemical system for performing photothermal conversion spectroscopy.
[0002]
[Prior art]
In the past, integrated technologies for performing chemical reactions in a minute space have attracted attention from the viewpoints of high-speed chemical reactions, reactions in minute amounts, and on-site analysis. It is being advanced.
[0003]
As one of the techniques for integrating chemical reactions, there is a so-called microchemical system that performs mixing, reaction, separation, extraction, detection, and the like of a sample solution in a fine channel. Examples of reactions performed in this microchemical system include diazotization reactions, nitration reactions, antigen-antibody reactions, and the like. Examples of extraction and separation include solvent extraction, electrophoretic separation, and column separation. Microchemical systems may be used with only a single function, such as for separation only, or may be used in combination.
[0004]
Among the above functions, an electrophoresis apparatus for analyzing a trace amount of a protein, a nucleic acid, or the like has been proposed for the purpose of separation only (for example, see Patent Document 1). It comprises a chip for a microchemical system consisting of two glass substrates bonded together. Since this member is plate-shaped, it is less likely to be damaged than a glass capillary tube having a circular or square cross section, and is easy to handle.
[0005]
In these microchemical systems, since the amount of the sample solution is extremely small, a highly sensitive detection method is essential. As such a method, a photothermal conversion spectroscopic method for detecting a difference in signal intensity of detection light (hereinafter, referred to as “TLM output”) before and after irradiating a sample solution in a fine channel with excitation light has been established, This paves the way for the practical use of microchemical systems.
[0006]
Specifically, photothermal conversion spectroscopy irradiates a sample solution with detection light before and after a thermal lens is formed by irradiation with excitation light, and detects a TLM output, which is a difference in signal intensity at that time. Yes, it is suitable for detecting the concentration of a trace amount of sample solution.
[0007]
In a conventional microchemical system, a chip for a microchemical system is arranged below an objective lens of a microscope, and excitation light of a predetermined wavelength output from an excitation light source is incident on the microscope, and the objective lens of the microscope is used. The sample solution in the flow path of the microchemical system chip is irradiated with light. Thereby, a thermal lens is formed in the sample solution centering on the focused irradiation position.
[0008]
Glass and thermoplastic resin are often used for microchemical system chips because of their good workability.When glass is used for the member, the flow path is formed by excimer laser processing or wet etching. It is formed (for example, see Patent Document 2), and when a thermoplastic resin is used for the member, it is formed by injection molding or the like (for example, see Patent Document 3).
[0009]
[Patent Document 1]
JP-A-8-178897
[Patent Document 2]
JP-A-12-298109
[Patent Document 3]
JP-A-13-165939
[0010]
[Problems to be solved by the invention]
However, while the TLM output cannot be accurately detected when the signal intensity of the detection light is small, the light transmittance of the resin is generally poor, so that it is difficult to perform high-precision measurement using a thermoplastic resin as a member. There's a problem.
[0011]
On the other hand, since the light transmittance of glass is generally good, the above problem does not occur. However, if a flow path is formed in a glass member by processing with an excimer laser, there is a problem that the processing speed is extremely slow and the processing apparatus is expensive. In addition, when a flow path is formed in a glass member by wet etching, the TLM output increases due to a slight shift of the focal position of the light to be condensed and irradiated and the position of the light to be condensed and irradiated in the width direction of the flow path. There is a problem that it is difficult to perform stable measurement with fluctuation and reproducibility.
[0012]
An object of the present invention is to provide a microchemical system chip and a microchemical system that can perform measurement with high accuracy and stability.
[0013]
[Means for Solving the Problems]
In order to achieve the above object, the chip for a microchemical system according to claim 1, further comprising a transparent substrate having a flow path for flowing a sample solution therein, wherein the sample solution is irradiated with excitation light for generating a thermal lens. In the microchemical system chip to be manufactured, the flow channel has a flow channel cross-sectional aspect ratio of 0.7 or more.
[0014]
According to the chip for a microchemical system according to the first aspect, the flow path through which the sample solution flows has an aspect ratio of the cross section of the flow path of 0.7 or more, so that the measurement can be performed with high accuracy and stability. Can be.
[0015]
The chip for a microchemical system according to claim 2 is the chip for a microchemical system according to claim 1, wherein the aspect ratio is 1.1 or more.
[0016]
According to the chip for a microchemical system according to the second aspect, the aspect ratio of the flow channel is 1.1 or more, so that the measurement can be performed with higher accuracy and stability.
[0017]
The chip for a microchemical system according to claim 3 is the chip for a microchemical system according to

claim

1 or 2, wherein the bottom surface of the flow path has a plane portion perpendicular to the optical axis direction of the excitation light. And
[0018]
According to the microchemical system chip of the third aspect, since the bottom surface of the flow path has a plane portion perpendicular to the optical axis direction of the excitation light, the irradiation position of the excitation light is shifted with respect to the width direction of the flow path. Can also prevent the TLM output from fluctuating.
[0019]
A chip for a microchemical system according to a fourth aspect is the chip for a microchemical system according to any one of the first to third aspects, wherein the depth of the flow path is 90 μm or more.
[0020]
According to the chip for a microchemical system according to the fourth aspect, since the depth of the flow path is 90 μm or more, the TLM output fluctuates even if the focal position of the excitation light slightly shifts in the depth direction of the flow path. Can be prevented.
[0021]
According to a fifth aspect of the present invention, there is provided a chip for a microchemical system according to the fourth aspect, wherein a depth of the flow path is 150 μm or more.
[0022]
According to the chip for a microchemical system according to the fifth aspect, since the depth of the flow path is 150 μm or more, the TLM output fluctuates even if the focal position of the excitation light slightly shifts in the depth direction of the flow path. Can be reliably prevented.
[0023]
The chip for a microchemical system according to claim 6 is the chip for a microchemical system according to any one of claims 1 to 5, wherein the transparent substrate has a slit constituting the flow path, and The substrate is sandwiched between two other transparent substrates.
[0024]
According to the chip for a microchemical system according to claim 6, the transparent substrate in which the flow path is formed has a slit constituting the flow path, and the transparent substrate is sandwiched between two other transparent substrates. Therefore, a portion perpendicular to the optical axis direction of the excitation light can be reliably included in the bottom surface of the flow path.
[0025]
A chip for a microchemical system according to a seventh aspect is the chip for a microchemical system according to the sixth aspect, wherein the slit is formed by sandblasting.
[0026]
According to the chip for a microchemical system according to claim 7, since the slit constituting the flow channel is formed by sandblasting, the depth of the flow channel is 90 μm to 150 μm, and the aspect ratio is 0.7 or more. Preferably, a flow path of 1.1 or more can be reliably formed.
[0027]
The chip for a microchemical system according to claim 8 is the chip for a microchemical system according to claim 6 or 7, wherein the one transparent substrate comprises a plurality of transparent substrates stacked in multiple stages.
[0028]
According to the chip for a microchemical system according to the eighth aspect, since the transparent substrate in which the flow path is formed is composed of a plurality of transparent substrates stacked in multiple stages, a flow path with a high aspect ratio can be formed.
[0029]
The chip for a microchemical system according to claim 9 is the chip for a microchemical system according to any one of claims 1 to 8, wherein the chip for a microchemical system has an injection part into which the sample solution is injected. An irradiation unit to which the excitation light and the detection light are irradiated, and a discharge unit from which the sample solution is discharged, wherein the flow path includes a plurality of flow paths, and a pitch between the plurality of flow paths is The irradiation part is formed to be narrower than the injection part.
[0030]
According to the chip for a microchemical system according to the ninth aspect, the pitch between the plurality of flow paths is formed so that the irradiation part is narrower than the injection part of the chip for the microchemical system. And the scan distance of the excitation light and the detection light can be shortened, so that the measurement time can be shortened and the measurement can be performed with high accuracy and stability.
[0031]
In order to achieve the above object, a microchemical system according to a tenth aspect performs a photothermal conversion spectroscopy using the microchemical system chip according to any one of the first to ninth aspects. And
[0032]
According to the microchemical system according to the tenth aspect, since the photothermal conversion spectroscopy is performed using the microchemical system chip, the measurement can be performed with high accuracy and stability.
[0033]
The microchemical system according to claim 11, wherein the excitation light is applied to the sample solution via an objective lens, and the aperture angle (NA value) of the objective lens is 0.1. 1 to 0.35.
[0034]
According to the eleventh aspect, the aperture angle (NA value) of the objective lens for irradiating the sample solution with the excitation light is 0.1 to 0.35. Since the length of the thermal lens in the optical axis direction of the light matches, the measurement can be performed with good reproducibility.
[0035]
A microchemical system according to a twelfth aspect is the microchemical system according to the eleventh aspect, wherein the objective lens is a rod lens of a refractive index distribution type.
[0036]
According to the microchemical system according to the twelfth aspect, since the objective lens is a refractive index distribution type rod lens, the depth dimension of the flow path and the length of the thermal lens in the optical axis direction of the excitation light are ensured. Since matching is performed, measurement can be performed with higher reproducibility.
[0037]
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
The inventor of the present invention has provided a transparent substrate having a channel through which a sample solution flows, and a microchemical system chip in which the sample solution is irradiated with excitation light for generating a thermal lens. When the aspect ratio is 0.7 or more, preferably 1.1 or more, it is found that the measurement can be performed with high accuracy and stably, and further, the depth of the flow path is 90 μm or more, preferably 150 μm or more. , It has been found that even if the focal position of the excitation light slightly shifts in the depth direction of the flow path, it is possible to prevent the TLM output from greatly changing. If the aspect ratio is large, the thermal lens to be generated can be accommodated in the flow path with a margin in the optical axis direction and the cross-sectional area can be reduced, so that a small amount of the sample to be analyzed can be used.
[0038]
Further, the present inventor has found that, when the bottom surface of the flow path has a plane portion perpendicular to the optical axis direction of the excitation light, the TLM output greatly fluctuates even if the irradiation position of the excitation light is shifted with respect to the width direction of the flow path. Can be prevented.
[0039]
The present invention has been made based on the results of the above research.
[0040]
Hereinafter, a microchemical system according to an embodiment of the present invention will be described in detail with reference to the drawings.
[0041]
FIG. 1 is a diagram showing a schematic configuration of a microchemical system according to an embodiment of the present invention.
[0042]
In FIG. 1, the microchemical system 1 includes a microchemical system chip 20 together with an irradiation unit 1a for irradiating excitation light and detection light to a sample solution in a channel 204 formed in the microchemical system chip 20 described later. And a light receiving section 1b that receives the excitation light and the detection light that have passed.
[0043]
The irradiating unit 1a includes an excitation light source 106 that outputs excitation light having a wavelength of 532 nm, a detection light source 107 that outputs detection light having a wavelength of 635 nm, and a modulator that modulates the excitation light output by the excitation light source 106. And a light source 108 for excitation light and a light source 107 for detection light, which are connected via optical fibers, respectively, to combine the excitation light from the light source 106 for excitation light and the detection light from the light source 107 for detection light. The wave element 109 and the combined light are received via the ferrule 104, and the light combined with the microchemical system chip 20 in which the flow path 204 is formed is emitted from the rod lens 101 at the tip. From the optical fiber with lens 10 and the jig 102 for adjusting and holding the position of the optical fiber with lens 10 so as to face the flow path 204 of the microchemical system chip 20. That.
[0044]
The rod lens 101 at the tip of the lensed optical fiber 10 condenses the combined light at a converging angle of about 20 degrees. Further, the ferrule 104 makes the outer diameter of the optical fiber 103 equal to the outer diameter of the rod lens 101, and may be in close contact with the rod lens 101 or may have a gap.
[0045]
By configuring the irradiating section 1a in this manner, it is possible to irradiate the microchemical system chip 20 with light in which the excitation light and the detection light are combined, and to focus the excitation light and the detection light in the flow path 204. Can be adjusted to be located at
[0046]
The microchemical system chip 20 is composed of

glass substrates

201, 202, and 203 bonded in order to three layers, and the glass substrate 202 has a slit constituting a flow path 204 therein, and the flow path 204 It is used for mixing, stirring, synthesizing, separating, extracting, detecting, etc. a sample solution.
[0047]
The material of the microchemical system chip 20 is desirably glass from the viewpoints of durability, chemical resistance, and light transmittance. Considering the use for analysis of biological samples such as cells, for example, DNA, acid resistance and alkali resistance are considered. Glass, specifically, borosilicate glass, soda lime glass, aluminoborosilicate glass, quartz glass, and the like are preferable.
[0048]
Examples of the adhesive for bonding the

glass substrates

201, 202, and 203 to each other include an ultraviolet-curing type, a thermosetting type, a two-part curing type acrylic-based, epoxy-based organic adhesive, and an inorganic adhesive. Further, the

glass substrates

201, 202, and 203 may be fused together by heat fusion.
[0049]
The light receiving unit 1b receives the excitation light and the detection light that have passed through the microchemical system chip 20, and selectively filters only the detection light, and a photoelectric filter that detects the signal intensity of the filtered detection light. It comprises a converter 401, a lock-in amplifier 403 for synchronizing the signal intensity of the detection light from the photoelectric converter 401 with the modulator 108, and a computer 404 for analyzing the signal.
[0050]
The difference between the signal intensities of the detection light before and after the sample solution in the flow path 204 is irradiated with the excitation light (hereinafter referred to as “TLM output”) is measured by the microchemical system 1 of FIG. That is, photothermal conversion spectroscopy is performed by detecting the signal intensity of the detection light before and after the thermal lens is formed in the sample solution by the photoelectric converter 401.
[0051]
Next, the thermal lens formed when the flow path 204 is irradiated with the excitation light of the microchemical system 1 of FIG. 1 will be described.
[0052]
First, the relationship between the focal position of the rod lens 101 and the TLM output in FIG. 1 will be described.
[0053]
FIG. 2 is a diagram showing the relationship between the focal position of the rod lens 101 and the TLM output in FIG.
[0054]
In FIG. 2, a flow channel having a depth of 200 μm in the optical axis direction is used.
[0055]
In the measurement method using the microchemical system 1, first, the position of the rod lens 101 is adjusted so that the optical axis of the detection light is located at the center in the width direction of the flow path 204, and then, as shown in the graph of FIG. Then, a method is used in which the focus position of the detection light is moved from the position where the TLM output becomes 0 to the direction in which the focus position of the detection light passes through the flow path 204, and stopped again at the position where the TLM output becomes 0. For example, when the position of the rod lens 101 is adjusted so that the focal position of the detection light becomes “Y1”, the TLM output becomes “I1”.
[0056]
At this time, the range of the focal position where the TLM output has a peak value is A, and the value obtained by subtracting the value of A from the depth of 200 μm of the flow path 204 is the length of the thermal lens formed in the flow path 204 in the optical axis direction. Is determined as L.
[0057]
As shown in FIG. 3, the length L of the thermal lens in the optical axis direction was measured by using the sample solutions having different concentrations in the flow path 204 by the above-described method. It can be seen that although the value of the length L in the optical axis direction increases, it is in the range of 90 μm to 150 μm.
[0058]
Therefore, if the depth of the flow path 204 is not less than the length L of the thermal lens in the optical axis direction, specifically, if the depth of the flow path 204 is not less than 90 μm, preferably not less than 150 μm, the focal position of the rod lens 101 Can be prevented from fluctuating even when the TLM output slightly deviates in the depth direction of the flow path 204.
[0059]
Next, the relationship between the irradiation position of the detection light collected and irradiated from the rod lens 101 in the width direction of the flow path 204 and the TLM output will be described.
[0060]
FIG. 4 is a diagram showing the relationship between the focal position of the excitation light focused and irradiated from the rod lens 101 in FIG. 1 and the TLM output.
[0061]
4A shows a case of a microchemical system chip in which the flow path 204 is formed by processing by wet etching, and FIG. 4B shows a microchemical system in which the flow path 204 is formed by processing by sandblasting. The case of a chip for use is shown.
[0062]
As shown in FIG. 5A, the cross section of the flow channel 204 of the microchemical system chip of FIG. 4A is a semicircle having a width of 100 μm and a depth of 50 μm. Further, as shown in FIG. 5B, the cross section of the flow channel 204 of the microchemical system chip of FIG. 4B is a rectangular shape having a width of 200 μm and a depth of 200 μm.
[0063]
Other measurement conditions, ie, the type of sample solution (Sunset Yellow: 5 × 10^-6mol / l) and the measurement method using the microchemical system 1 are the same.
[0064]
The measurement method by the microchemical system 1 is as follows. First, when the optical axis of the detection light is located at the center in the width direction of the flow path 204, the position of the rod lens 101 is set so that the focal position of the detection light is located in the sample solution. After that, the rod lens 101 is moved from the position where the TLM output becomes zero in the direction in which the focal position of the detection light passes through the inside of the flow path 204, and stopped again at the position where the TLM output becomes zero. Is used.
[0065]
As a result of the above measurement, when the cross section of the flow path 204 is semicircular, the position of the rod lens 101 changes and the irradiation position of the excitation light shifts in the width direction of the flow path 204, so that the TLM output always fluctuates. However, when the cross-section of the flow path 204 is rectangular, the bottom surface of the flow path 204 has a plane portion perpendicular to the optical axis direction of the excitation light, so that the position of the rod lens 101 changes and the excitation light It is possible to prevent the TLM output from fluctuating even if the irradiation position is shifted in the width direction of the flow path 204. Since the length L of the thermal lens in the optical axis direction is about 90 μm to 150 μm as described above with reference to FIG. 3, the thermal lens is formed in the sample solution by being irradiated with the excitation light as shown in FIG. This is because the size of the thermal lens depends on the depth of the flow path 204 with respect to the irradiation position of the excitation light, that is, the shape of the bottom surface of the flow path 204.
[0066]
Note that if the flow channel 204 has a portion having a depth of 150 μm or more in a certain range, the TLM output will not change even if the irradiation position of the detection light changes even when the flow channel 204 has a semicircular bottom surface. There is a constant range that does not fluctuate. However, when the flow path 204 is formed by processing by wet etching, the ratio of the length in the depth direction to the length in the width direction of the flow path 204, that is, a value of (depth / width) (hereinafter referred to as “aspect ratio”) ) Is less than or equal to 0.5, the width of the flow path 204 must be 300 μm or more to form the flow path 204 having a depth of 150 μm or more, and the cross-sectional area of the flow path 204 becomes very large. Usually, the amount of the sample solution to be measured by the microchemical system 1 is extremely small, and the measurement cannot be performed with high accuracy and stability if the flow path 204 has a large cross-sectional area and requires a large amount of the sample solution. Therefore, it cannot be used as the microchemical system chip 20.
[0067]
A method for manufacturing the microchemical system chip 20 having the flow path 204 formed in the glass substrate 202 will be described below.
[0068]
FIG. 6 is a flowchart of the manufacturing process of the microchemical system chip 20 of FIG.
[0069]
In FIG. 6, first, the

glass substrates

201, 202, and 203 are formed into plate members having the same shape (step S601), and the through holes 205 are respectively formed at the same positions on the

glass substrates

201, 202 by a drill or the like. , 205 '(step S602).
[0070]
Next, a slit-shaped flow path 204 is formed in the glass substrate 202 by processing by sandblasting (step S603) (FIG. 7).
[0071]
Thereafter, the glass substrate 201 is bonded to the processed surface of the glass substrate 202 on which the flow path 204 has been formed by heat fusion or an adhesive (step S604). At this time, the positions of the through-hole 205 and the through-hole 205 'are matched.
[0072]
Next, the glass substrate 201 is bonded to the surface opposite to the processed surface of the glass substrate 202 by heat fusion or an adhesive (step S605), and this processing ends.
[0073]
As shown in FIG. 7, the cross section of the flow path 204 has a trapezoidal shape in which the width of the processing surface is 200 μm, the depth is 220 μm, and the width of the surface opposite to the processing surface is about 130 μm. The aspect ratio according to the present embodiment is 1.1 (depth / processed surface), but the aspect ratio can be increased to 2.0. In this case, the measurement can be performed with higher accuracy and stability. The shape of the flow path 204 is such that the through hole 205 'is located at the end.
[0074]
According to this process, since the slit-shaped flow path 204 is formed on the glass substrate 202 by sandblasting (step S603), the flow path 204 has a depth of 90 μm to 150 μm and an aspect ratio of 0.7 μm. The above can be considered. Also, since the glass substrate 202 is sandwiched between the

glass substrates

201 and 203 by heat fusion or an adhesive (steps S602 and S603), a portion perpendicular to the optical axis direction of the excitation light is formed on the bottom surface of the flow path 204. Thus, even if the irradiation position of the excitation light is shifted in the width direction of the flow path 204, it is possible to prevent the TLM output from fluctuating.
[0075]
Further, in the present embodiment, the glass substrate 202 is formed of one glass substrate, but may be formed of a plurality of transparent substrates stacked in multiple stages.
[0076]
Next, the flow channel shape of the microchemical system chip 20 manufactured by the process of FIG. 6 will be described.
[0077]
FIG. 8 is a diagram showing an example of the flow channel shape of the microchemical system chip 20 manufactured by the process of FIG.
[0078]
In FIG. 8, the microchemical system chip 20 includes an irradiation section 206 to which the excitation light and the detection light are irradiated when installed in the microchemical system 1, and a sample injection for injecting the sample solution from the through holes 205 and 205 ′. A sample discharging unit 208 that discharges the sample solution after being irradiated with the excitation light and the detection light from the through holes 205 and 205 ′.
[0079]
The pitch between the flow channels 204 located in the irradiation unit 206 is smaller than the pitch between the flow channels 204 located in the sample injection unit 207. By forming the flow path 204 in such a shape, the injection of the sample solution can be facilitated, and the scanning distance of the excitation light can be shortened, thereby shortening the measurement time and improving the measurement. It can be performed accurately and stably.
[0080]
When the cross section of the flow path 204 is an inverted trapezoid (in the width direction of the flow path 204, the incident side of the excitation light is slightly larger than the emission side), even if the flow path 204 is arranged in close proximity and parallel, 9, the strength of the wall 209 is ensured. As shown in FIG. 9, even when a force is applied to the flow path 204 when the glass substrates 202 are sandwiched between the

glass substrates

201 and 203, the flow path 204 is distorted by the force. Can be prevented.
[0081]
【Example】
Hereinafter, examples of the present invention will be described.
[0082]
A glass substrate having a channel formed by the method of Example 1 and Comparative Examples 1 to 4 described below was prepared as a sample. Among the prepared samples, those with a slit-shaped flow path are samples for microchemical system chips with a three-layer structure in which both surfaces of the sample are sandwiched between two glass substrates. This was a sample for a chip for a microchemical system having a two-layer structure in which the opening of the groove-shaped flow channel formed in the sample was closed with one glass substrate.
[0083]
Example 1
The channel was processed by sandblasting. Specifically, first, a photosensitive film was attached to a glass substrate on which a flow path was to be formed, and a processing pattern was formed by exposure. Thereafter, a polishing powder for processing composed of white alumina having a particle size of # 1000 (φ10 to 20 μm) was sprayed from above the processing pattern to form a slit-shaped flow path.
[0084]
Comparative Example 1
The channel was processed by an excimer laser. Specifically, an excimer laser was irradiated using a stainless-type mask pattern to form a groove-like flow path.
[0085]
Comparative Example 2
A photosensitive resist was applied to a glass substrate for forming a flow path, and a processing pattern was exposed to light to form the glass substrate. When creating a channel pattern in the photosensitive resist, the dam between the flow paths is left as a gap without creating a channel pattern, and then the glass substrate on which this pattern has been transferred is subjected to wet etching with a hydrofluoric acid solution. Was. At this time, the gap portion was slightly connected by isotropic etching to form a damming portion. In the present embodiment, the width of the channel pattern formed on the photosensitive resist was 12 μm, the gap between the channel pitches was 120 μm, and the groove depth was 50 μm.
[0086]
Comparative Example 3
Flow path is CO₂Processed by laser. Specifically, CO₂The glass substrate forming the flow path was irradiated with laser using a stainless steel mask pattern to form a slit-shaped flow path.
[0087]
Comparative Example 4
A photosensitive resist was applied to a glass substrate forming a flow path, and the flow path was patterned on the photosensitive film by a photolithography technique. Thereafter, the glass substrate was etched with buffered hydrofluoric acid to form a groove-like flow path.
[0088]
Table 1 shows the evaluation results of the processing speed when forming the flow paths and the cross sections of the formed flow paths of the samples of Example 1 and Comparative Examples 1 to 4 thus manufactured.
[0089]
[Table 1]

[0090]
In the evaluation of the processing speed at the time of forming the flow path, the case where the processing speed was faster than that of Comparative Example 2 was “○”, and the case where the processing speed was slower was “X”.
[0091]
Regarding the aspect ratio of the flow channel, the case where the ratio was less than 0.7 was “x”, the case where the ratio was 0.7 or more was “○”, and the case where the ratio was 1.1 or more was “◎”. Furthermore, the case where the shape of the bottom surface of the flow path was a curved surface was “x”, and the case where the flow path was flat was “o”.
[0092]
From the results of Example 1 and Comparative Examples 1 to 4 shown in Table 1, good results are obtained in all of the processing speed in forming the flow path and the evaluation of the cross section of the flow path. Only found out.
[0093]
【The invention's effect】
As described above in detail, according to the chip for a microchemical system according to the first aspect, since the flow path for flowing the sample solution therein has an aspect ratio of the flow path cross section of 0.7 or more, the measurement can be performed with high accuracy. It can be performed accurately and stably.
[0094]
According to the chip for a microchemical system according to the second aspect, the aspect ratio of the flow channel is 1.1 or more, so that the measurement can be performed with higher accuracy and stability.
[0095]
According to the microchemical system chip of the third aspect, since the bottom surface of the flow path has a plane portion perpendicular to the optical axis direction of the excitation light, the irradiation position of the excitation light is shifted with respect to the width direction of the flow path. Can also prevent the TLM output from fluctuating.
[0096]
According to the chip for a microchemical system according to the fourth aspect, since the depth of the flow path is 90 μm or more, the TLM output fluctuates even if the focal position of the excitation light slightly shifts in the depth direction of the flow path. Can be prevented.
[0097]
According to the chip for a microchemical system according to the fifth aspect, since the depth of the flow path is 150 μm or more, the TLM output fluctuates even if the focal position of the excitation light slightly shifts in the depth direction of the flow path. Can be reliably prevented.
[0098]
According to the chip for a microchemical system according to claim 6, the transparent substrate in which the flow path is formed has a slit constituting the flow path, and the transparent substrate is sandwiched between two other transparent substrates. Therefore, a portion perpendicular to the optical axis direction of the excitation light can be reliably included in the bottom surface of the flow path.
[0099]
According to the chip for a microchemical system according to claim 7, since the slit constituting the flow channel is formed by sandblasting, the depth of the flow channel is 90 μm to 150 μm, and the aspect ratio is 0.7 or more. Preferably, a flow path of 1.1 or more can be reliably formed.
[0100]
According to the chip for a microchemical system according to the eighth aspect, since the transparent substrate in which the flow path is formed is composed of a plurality of transparent substrates stacked in multiple stages, a flow path with a high aspect ratio can be formed.
[0101]
According to the chip for a microchemical system according to the ninth aspect, the pitch between the plurality of flow paths is formed so that the irradiation part is narrower than the injection part of the chip for the microchemical system. And the scan distance of the excitation light and the detection light can be shortened, so that the measurement time can be shortened and the measurement can be performed with high accuracy and stability.
[0102]
According to the microchemical system according to the tenth aspect, since the photothermal conversion spectroscopy is performed using the microchemical system chip, the measurement can be performed with high accuracy and stability.
[0103]
According to the eleventh aspect, the aperture angle (NA value) of the objective lens for irradiating the sample solution with the excitation light is 0.1 to 0.35. Since the length of the thermal lens in the optical axis direction of the light matches, the measurement can be performed with good reproducibility.
[0104]
According to the microchemical system according to the twelfth aspect, since the objective lens is a refractive index distribution type rod lens, the depth dimension of the flow path and the length of the thermal lens in the optical axis direction of the excitation light are ensured. Since matching is performed, measurement can be performed with higher reproducibility.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a diagram showing a schematic configuration of a microchemical system according to an embodiment of the present invention.
FIG. 2 is a diagram showing a relationship between a focal position of a rod lens 101 and a TLM output in FIG.
FIG. 3 is a graph showing a relationship between a length of a thermal lens formed in a sample solution in a flow channel 204 in FIG. 1 in an optical axis direction and a sample solution concentration.
4A and 4B are diagrams illustrating a relationship between a focal position of excitation light condensed and irradiated from a rod lens 101 and a TLM output in FIG. 1, and FIG. 4A illustrates a microstructure in which a flow path 204 is formed by wet etching. (B) shows a case of a microchemical system chip in which the flow path 204 is formed by sandblasting.
5A and 5B are diagrams showing a focal position of a rod lens 101 in FIG. 1 and a thermal lens formed in a sample solution, and FIG. 5A shows a case where a channel 204 is formed by wet etching. And (b) show the case where the flow path 204 is formed by sandblasting.
FIG. 6 is a flowchart of a manufacturing process of the microchemical system chip 20 of FIG. 1;
7 is a cross-sectional view of the microchemical system chip 20 in which a flow channel 204 is formed by the process of FIG.
8 is a diagram showing an example of the flow channel shape of the microchemical system chip 20 manufactured by the process of FIG.
9 is a cross-sectional view of the microchemical system chip 20 in which a flow path 204 having an inverted trapezoidal flow path cross section is formed on the glass substrate 202 of FIG.
[Explanation of symbols]
1. Micro chemical system
1a Irradiation unit
1b light receiving section
Optical fiber with 10mm lens
101 rod lens
Light source for 106 ° excitation light
Light source for 107 ° detection light
20mm chip for micro chemical system
201, 202, 203 substrate
204 ° flow path
205, 205 '@ through hole
206 ° irradiation unit
207 Sample injection unit
208 Sample discharge section
209 wall
401 photoelectric converter

Claims

A microchemical system chip, which is provided with a transparent substrate having a flow path for flowing a sample solution therein, and which is irradiated with excitation light for generating a thermal lens in the sample solution,
The chip for a microchemical system, wherein the channel has an aspect ratio of a channel cross section of 0.7 or more.

The chip for a microchemical system according to claim 1, wherein the aspect ratio is 1.1 or more.

The chip for a microchemical system according to claim 1, wherein a bottom surface of the flow path has a plane portion perpendicular to an optical axis direction of the excitation light.

The chip for a microchemical system according to any one of claims 1 to 3, wherein a depth of the flow path is 90 µm or more.

The chip for a microchemical system according to claim 4, wherein the depth of the flow channel is 150 µm or more.

The said transparent substrate has a slit which comprises the said flow path, The said transparent substrate is pinched by two other transparent substrates, The Claims 1 to 5 characterized by the above-mentioned. For microchemical systems.

7. The microchemical system chip according to claim 6, wherein the slit is formed by sandblasting.

8. The microchemical system chip according to claim 6, wherein the transparent substrate includes a plurality of transparent substrates stacked in multiple stages.

The microchemical system chip has an injection section into which the sample solution is injected, an irradiation section to which the excitation light and the detection light are irradiated, and an ejection section from which the sample solution is discharged,
The flow path is composed of a plurality of flow paths,
The microchemical system chip according to any one of claims 1 to 8, wherein a pitch between the plurality of flow paths is formed so that the irradiation part is narrower than the injection part.

A microchemical system for performing photothermal conversion spectroscopy using the microchemical system chip according to any one of claims 1 to 9.

The excitation light is applied to the sample solution via an objective lens,
The microchemical system according to claim 10, wherein an aperture angle (NA value) of the objective lens is 0.1 to 0.35.

The microchemical system according to claim 11, wherein the objective lens is a gradient index rod lens.