JP2005134341A - マイクロプレート - Google Patents

Abstract

【課題】 プラスチック樹脂の硬化収縮に起因して生じる樹脂プレートの板面の平面度の低下を抑制する。
【解決手段】 樹脂プレート５には金属プレート４が挟み込まれている。この樹脂プレート５の一方の板面に光透過板を貼付してマイクロプレートを形成する。この樹脂プレート５において、ウェル２を連接している連接部３にプラスチック樹脂の厚みの厚い厚肉部１１と厚肉部１１よりもプラスチック樹脂の薄い薄肉部１２とを設けるようにする。この薄肉部１２を境界として樹脂プレート５に第一領域１３と第二領域１４とが形成される。
【選択図】 図１

Description

本発明は容器の構造及びその製造方法に関し、特に、生物学、医学、化学等の分野において観察の対象とする試料を収容するウェルを複数有するマイクロプレートに関する。

従来のマイクロプレートにおいて、金属プレートが挟み込まれているプラスチック樹脂プレートの一方の面に光透過性を有する板が接着されて形成されているものがある。このようなマイクロプレートは金属プレートが良好な熱伝導性を呈するので、試料をマイクロプレートに収容した状態で加熱・冷却することや、同一マイクロプレート上の各試料に温度勾配を与えることが容易であり、例えばＰＣＲ法（Polymerase Chain Reaction ：ポリメラーゼ連鎖反応法）による試料観察等において好適である。

このようなマイクロプレートの構造の一例を図６に示す。
図６において、（ａ）はこのようなマイクロプレート１の斜視図を示しており、（ｂ）は、マイクロプレート１において縦または横に隣接して配置されているウェル２の中心をいずれも通る直線でこのマイクロプレート１を切断したときの断面図を示している。

図６に示されているように、このマイクロプレート１は、縦横に方形状に一定の間隔で並べられた円筒状の複数（同図においては１０×１０）のウェル２が平板状の連接部３によって連接されて構成されている。連接部３にはアルミ板等の金属プレート４が挟み込まれている。ここで、ウェル２の内面に金属プレート４が露出して試料と直接接触することがないようにするため、金属プレート４にはウェル２の内径よりも大きな径の丸い貫通穴がそのウェル２の配列に応じた間隔で設けられている。

ウェル２と連接部３とからなる樹脂プレート５はプラスチック樹脂である。この樹脂プレート５の板面の一方には光透過性を有するカバーガラス等の光透過板６が接着剤を用いて接着されており、光透過板６によってウェル２を形成している円筒の開口部の一方が封止されているので、ウェル２では観察対象である試料をその円筒内に収容して保持しておくことができる。

なお、１枚のマイクロプレートが有するウェルの個数とウェルピッチ（縦横に隣接する２つのウェルの中心の間隔）との関係に関し、ＳＢＳ（Society for Biomolecular Screening）規格が知られている。この規格によれば、例えばウェル数が９６（１２×８）個の場合には９ｍｍピッチ、ウェル数が３８４（２４×１６）個の場合には４．５ｍｍピッチ、ウェル数が１５３６（４８×３２）個の場合には２．２５ｍｍピッチとすること等が求められている。

次に、マイクロプレートの使用例について図７を参照しながら説明する。
図７において、試料の混入されている試料混入液７がマイクロプレート１のウェル２の内部に注入されている。例えば倒立型の蛍光顕微鏡を用いてこの試料の蛍光観察を行う場合には、光透過板６の下側に対物レンズ８が配置され、光透過板６を介して試料の観察が行われる。なお、純水９は対物レンズ８が液浸レンズである場合に対物レンズ８と光透過板６との間に注入される。

なお、金属プレートがプラスチック樹脂に挟み込まれて形成されているマイクロプレートについては、例えば特許文献１に開示されている。
このような金属プレート４の挟み込まれているマイクロプレート１は、前述したように、マイクロプレート１は、樹脂プレート５の板面の一方に光透過板６を接着することによって形成される。ここで、樹脂プレート５は、例えば成形型の成形室内に金属プレート４を配置しておき、溶融させたプラスチック樹脂をその成形室内に射出して成形することによって形成することができる。

ここで、成形型の成形室内にプラスチック樹脂を射出するゲート１０の配置例について、図８を用いて説明する。同図は１６×１０のウェル２を有している長方形状の樹脂プレート５を形成するために使用される成形型におけるゲート１０の配置の一例を示すものである。この例では、２つのゲート１０が設けられ、これらが樹脂プレート５の板面をその長辺の中点で短辺方向に二等分割した長方形における中心となる位置に配置されている。このように、複数のゲートを設けてこのような位置に配置するのは、プラスチック樹脂が成形室内でなるべく均等に充填されていくことを意図したものである。
国際公開第０１／９４０１８号パンフレット

前述したようなマイクロプレート１では、光透過板６として例えばガラス板が使用される。一般的な大きさのマイクロプレート１（例えば樹脂プレート５が１１０ｍｍ×７４ｍｍ程度のもの）では、このガラス板は例えば０．１〜０．２ｍｍ程度といった非常に薄い板厚のものが使用されるため、変形させると破損してしまう。従って、樹脂プレート５における光透過板６が接着される側の板面（以下、単に「貼付面」と称することとする）は良好な平面度が要求される。

この樹脂プレート５を前述したような射出成形によって形成する場合、樹脂プレート５の成形時に生じる硬化収縮（溶融していたプラスチック樹脂が成形室内に充填された後に硬化する際に発生する収縮）に起因する圧縮応力が金属プレート４を含む樹脂プレート５全体を変形させることにより、貼付面の平面度は低下してしまう。この圧縮応力は樹脂プレート５（プラスチック樹脂）の体積に比例するため、その体積が大きくなればそれだけ樹脂プレート５全体の変形量も大きくなって貼付面の平面度は更に低下してしまう。また、金属プレート４の良好な熱伝導性によってプラスチック樹脂の冷却速度が加速されるため、このような硬化収縮に起因する貼付面の平面度が、樹脂プレート５と金属プレート４との接触面積が大きいほど低下することが分かっている。

しかしながら、図６に示したようなマイクロプレート１では、樹脂プレート５と金属プレート４との接触面積が大きいため、樹脂プレート５に大きなソリが発生してしまい（上述した程度のサイズの樹脂プレート５において貼付面の平面度が例えば０．２〜０．３ｍｍ程度）、光透過板６の破損や樹脂プレート５との接着不良（接着後の光透過板６の平面度低下）などといった現象を引き起こすことがある。そのため、場合によっては樹脂プレート５の形成後に貼付面を加熱して平面度を矯正することによって貼付面のソリを改善させる工程を追加しなければならなくなり、マイクロプレート１の製造コストを上昇させてしまうこととなる。

この問題に関し、樹脂プレート５における連接部３全体のプラスチック樹脂の肉厚を一律に薄くするという手法が考えられる。この肉厚を薄くするためには成形型の成形室内における連接部３の形成部分を狭くする必要がある。しかし、この形成部分を狭くしてしまうと、溶融したプラスチック樹脂が成形時に成形室内を流動する際の流動性が悪化するためにプラスチック樹脂の成形室内への充填不足が発生し、特にウェル２の成形不良が生じるおそれがある。

本発明は上述した問題に鑑みてなされたものであり、その解決しようとする課題は、プラスチック樹脂の硬化収縮に起因して生じる樹脂プレートの板面の平面度の低下を抑制することである。

本発明の態様のひとつであるマイクロプレートは、プラスチック樹脂からなり、観察対象である試料を収容する複数のウェルと、貫通穴が複数設けられている金属板を挟み込んでおりプラスチック樹脂からなる平板状の連接部であって当該貫通穴の位置で当該ウェルを連接している当該連接部と、からなる樹脂プレートを有するものであって、当該連接部は厚肉部と当該厚肉部よりもプラスチック樹脂の薄い薄肉部とを有しており、当該樹脂プレートの板面には当該薄肉部を境界とする複数の領域が形成されている、ことを特徴としている。

ここで本発明の原理について図１を参照しながら説明する。
図１（ａ）に示す従来のマイクロプレートに用いられていた樹脂プレート５では、上述したように、プラスチック樹脂の硬化収縮に起因して圧縮応力が生じ、その結果として金属プレート４と一緒に樹脂プレート５にソリが発生することを示している。

一方、図１（ｂ）に示す本発明に係るマイクロプレートで用いられる樹脂プレート５は、連接部３にプラスチック樹脂の厚みの厚い厚肉部１１と厚肉部１１よりもプラスチック樹脂の薄い薄肉部１２とを設けるようにし、この薄肉部１２を境界として樹脂プレート５に第一領域１３と第二領域１４とが形成されている。樹脂プレート５をこのように形成することによって、樹脂プレート５の射出成形による形成時における成形室内でのプラスチック樹脂の流動性を阻害することなく硬化収縮に起因する圧縮応力が緩和されるので、樹脂プレート５の板面の平面度の低下が抑制される。

なお、上述した本発明に係るマイクロプレートにおいて、前述した樹脂プレートは、当該金属板を成形室内に配置した成形型に設けられている複数のゲートからプラスチック樹脂を当該成形室内へ充填させることよって形成され、当該樹脂プレートの板面には当該ゲートの個数と同数の前述した領域が形成されており、当該ゲートの各々は当該成形型における当該領域の各々の形成部分に１つずつ配置されている、ようにしてもよい。

こうすることにより、樹脂プレートの射出成形による形成時におけるプラスチック樹脂の成形室内への充填の進行が領域間で均等化される。
また、前述した本発明に係るマイクロプレートにおいて、前述した連接部における前述した薄肉部のプラスチック樹脂の厚みは、当該連接部の前述した厚肉部のプラスチック樹脂の厚みの５０％以下であるようようにすることができる。

このようにすることによって、本発明による樹脂プレートの板面の平面度の低下の抑制効果が顕著なものとなる。
また、前述した本発明に係るマイクロプレートにおいて、樹脂プレートの板面における前述した領域の各々に含まれる前述したウェルの個数が同一であるようにしてもよい。

前述したように、マイクロプレートにおいてウェルは一定の間隔で配置されるので、このようにすることにより、樹脂プレートの板面における前述した領域の各々はほぼ同一の面積となるので、金属板との接触面積が各領域でほぼ同一となるとともに各領域を形成しているプラスチック樹脂の体積もほぼ同一となるので、樹脂プレートの各領域間の平面度が均等化される。

また、前述した本発明に係るマイクロプレートにおいて、前述した連接部における前述した薄肉部のプラスチック樹脂を無くしてもよい。
このようにすることによって、本発明による樹脂プレートの板面の平面度の低下の抑制効果が特に顕著なものとなる。また、薄肉部のプラスチック樹脂を無くすことでこの薄肉部の部分で金属板が露出するので、樹脂プレートの射出成形を行う際に金属板をこの薄肉部の位置で成形型に挟み込ませて保持することが可能となるので、このようにすることにより、プラスチック樹脂を成形室内に充填するときの充填の圧力による金属板の変形を抑制することができる。

また、前述した本発明に係るマイクロプレートにおいて、金属板の一方の板面側における前述した連接部の薄肉部と当該金属板の他方の板面側における前述した連接部の薄肉部とは、当該金属板を挟んで対向していない位置に配置されているようにしてもよい。
連接部に薄肉部を形成すると、樹脂プレートの射出成形による形成時における成形室内でのプラスチック樹脂の流動性はその薄肉部の成形部分で阻害されてしまうが、上述したようにすれば、金属板の少なくともいずれか一方の板面側では、樹脂プレートにおける隣接した領域のプラスチック樹脂による接続が必ず連接部の厚肉部でなされるので、薄肉部の形成に伴う成形室内でのプラスチック樹脂の流動性の低下が抑制される。

以上のように、本発明によれば、プラスチック樹脂の硬化収縮に起因して生じる樹脂プレートの板面の平面度の低下が抑制される効果を奏する。

以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。
図２は本発明を実施するマイクロプレートに用いられる樹脂プレートの構造を示している。図２において、（ａ）は樹脂プレート５の板面に領域を２つ形成した例を、また（ｂ）は樹脂プレート５の板面に領域を４つ形成した例を各々示している。また、（ｃ）は、（ｂ）にＡ−Ａで示した直線に沿って樹脂プレート５を切断したときの断面図を示している。

プラスチック樹脂製である樹脂プレート５は、縦横に一定の間隔で配置されている複数のウェル２と、ウェル２を連接する平板状の連接部とからなり、（ａ）、（ｂ）のいずれの樹脂プレート５においてもウェル２を１９２個（横１２×縦１６）有している。
（ａ）では、樹脂プレート５の縦１／２の位置に横方向に直線に設けられている帯状の薄肉部１２を境界として樹脂プレート５に２つの領域が形成されている。従って、樹脂プレート５の板面におけるこの２つの領域の面積はほぼ同一であり、そのどちらにもウェル２が同一個数（９６個）含まれている。また、この長方形状である２つの領域の各々の中心部の形成位置にはゲート痕１５が認められる。つまり、この樹脂プレート５の射出成形による形成に使用する成形型には、プラスチック樹脂を成形型の成形室内に射出するゲートがそのゲート痕１５に対応する位置に配置されている。

（ｂ）では、樹脂プレート５の縦１／２の位置に横方向に、更に、横１／２の位置に縦方向に、各々直線に設けられている帯状の薄肉部１２を境界として樹脂プレート５に４つの領域が形成されている。従って、樹脂プレート５の板面におけるこの４つの領域の面積はほぼ同一であり、そのいずれにもウェル２が同一個数（４８個）含まれている。また、この長方形状である４つの領域の各々の中心部の形成位置にはゲート痕１５が認められる。つまり、この樹脂プレート５の射出成形による形成に使用する成形型におけるこのゲート痕１５に対応する位置にも、プラスチック樹脂を成形型の成形室内に射出するゲートが配置されている。

ここで、（ｃ）に示すように、（ｂ）の樹脂プレート５において複数のウェル２を連接している連接部は、厚肉部１１と、プラスチック樹脂の厚みが厚肉部１１の厚みよりも薄い薄肉部１２とを有している。また、この連接部は、板面に一定の間隔で縦横に貫通穴が複数設けられている金属プレート４を挟み込んでおり、その貫通穴の位置でウェル２を連接している。なお、同図においては、金属プレート４の両面に接している薄肉部１２のプラスチック樹脂の厚みを同一としているが、この厚みは同一でなくてもよい。

なお、図２（ｃ）は（ｂ）に示した樹脂プレート５の断面図であるが、（ａ）に示す２つの領域が形成されている樹脂プレート５を、ウェル２の中心を通る同図における縦方向の直線で薄肉部１２をまたぐように切断しても、その断面は（ｃ）に示したものと同様の形状となる。

以上のように、薄肉部１２を境界とする領域が形成されるように樹脂プレート５を形成することにより、樹脂プレート５の射出成形による形成時における成形室内でのプラスチック樹脂の流動性を阻害することなく硬化収縮に起因する圧縮応力が緩和されるので、樹脂プレート５の板面の平面度の低下が抑制される。

また、樹脂プレート５の射出成形のために使用する成形型に設けられるゲート、すなわちプラスチック樹脂の成形室内への流入口であるゲートの個数と同数の領域を樹脂プレート５に形成し、このゲートの各々を成形型における当該領域の各々の形成部分に１つずつ配置することにより樹脂プレート５の形成時におけるプラスチック樹脂の成形室内への充填の進行が領域間で均等化される。

また、樹脂プレート５の板面における領域の各々に含まれるウェル２の個数が同一となるように樹脂プレート５を形成したことにより、各領域がほぼ同一の面積になるので、金属プレート４との接触面積が各領域でほぼ同一になるとともに各領域を形成しているプラスチック樹脂の体積もほぼ同一になる結果、樹脂プレート５の各領域間の平面度が均等化される。

以下、図２に示した樹脂プレート５の構造の変形例について、図３に沿って説明する。
図３（１）は、図２に示した樹脂プレート５における薄肉部１２のプラスチック樹脂の厚みをゼロとした例、すなわち薄肉部１２のプラスチック樹脂を無くした例を示している。

（ａ）はこのような樹脂プレート５の部分拡大図であり、薄肉部１２のプラスチック樹脂を無くしたことにより金属プレート４が露出している。また、（ｂ）は、（ａ）におけるＢ−Ｂで示した直線に沿って樹脂プレート５を切断したときの断面図を示している。
このように、連接部における薄肉部１２のプラスチック樹脂を無くすことにより、本発明による樹脂プレートの板面の平面度の低下の抑制効果が特に顕著なものとなる。また、この薄肉部１２の部分で金属プレート４が露出するので、樹脂プレート５の射出成形を行う際に金属プレート４をこの位置で成形型に挟み込ませて保持することができるで、このようにすることにより、プラスチック樹脂を成形室内に充填するときの充填の圧力による金属プレート４の変形を抑制することができる。

なお、（ｂ）においては、この薄肉部１２を無くした部分に隣接しているウェル２の外周である円筒の側面と露出している金属プレート４とが直交しているが、（ｃ）に示すように、この部分に傾斜を持たせるようにしてもよい。このような構造とするには、成形型においては凸となる転写面でのこの転写部分の形状に勾配を持たせることとなるので、成形型からの離型の際に樹脂プレート５に生じ得る変形（離型変形）が起こり難くなる。

図３（２）は、帯状である薄肉部１２の幅を広げた例を示している。
（ａ）はこのような樹脂プレート５の部分拡大図であり、（ｂ）は（ａ）におけるＣ−Ｃで示した直線に沿って樹脂プレート５を切断したときの断面図を示している。これらの図に示す樹脂プレートでは、薄肉部１２のプラスチック樹脂を図３（１）と同様に無くしたことにより金属プレート４が露出しており、帯状であるこの金属プレート４の露出部分の幅をそこに隣接しているウェル２の各々の外縁間の距離よりも広げて、隣接するウェル２の各々の中心位置の間隔（ウェルピッチ）としている。

このように、帯状である薄肉部１２の幅を広げることにより、成形型においては凸となる転写面でのこの転写部分の帯の幅を広くすることとなるので、それだけ成形型の強度が増加する。
図３（３）は、金属プレート４の一方の板面側における薄肉部１２と金属プレート４の他方の板面側における薄肉部１２とを、金属プレート４を挟んで対向していない位置に配置した例を示している。

（ａ）はこのような樹脂プレート５の部分拡大図であり、（ｂ）は（ａ）におけるＤ−Ｄで示した直線に沿って樹脂プレート５を切断したときの断面図を示している。これらの図に示す樹脂プレートでも、薄肉部１２のプラスチック樹脂を（１）と同様に無くしたことにより金属プレート４が露出しており、この金属プレート４の露出部分が、金属プレート４における一方の板面側と他方の板面側とで金属プレート４を挟んで対向していない位置に配置されている。

樹脂プレート５の射出成形での形成において薄肉部１２を連接部に設けると、プラスチック樹脂の流路はその形成部分で狭くなるため成形室内でのプラスチック樹脂の流動性がそこで低下するが、このように、金属プレート４の一方の板面側と他方の板面側とで金属プレート４を挟んで対向していない位置に薄肉部１２を配置するようにすることにより、樹脂プレート５における隣接した領域間のプラスチック樹脂による接続が、金属プレート４の少なくともいずれか一方の板面側には存在する厚肉部１１でなされるようになるので、その厚肉部１１の形成部分でプラスチック樹脂の流路が確保される結果、薄肉部１２の形成に伴う成形室内でのプラスチック樹脂の流動性の低下が抑制される。

次に、本発明を実施するマイクロプレートに用いられる樹脂プレートの試作結果について述べる。
試作した樹脂プレート５は、寸法を１１０ｍｍ×７４ｍｍとし、そこにウェル２を３８４個（２４×１６）設けた。なお、ウェルピッチは４．５ｍｍとし、ウェルの高さは４．８ｍｍとした。また、金属プレート４としては厚さ１．０ｍｍのアルミ板を使用し、ウェル２を連接する連接部のうちの厚肉部のプラスチック樹脂の厚さを０．７ｍｍとした。その他の主な寸法を図４に示す。

このような樹脂プレートにおける連接部のうちの薄肉部のプラスチック樹脂の厚さを違えて試作した結果を図５にグラフで示す。同図は、厚肉部の厚さ（＝０．７ｍｍ）を１００％としたときの薄肉部のプラスチック樹脂の厚さを横軸に取り、薄肉部のプラスチック樹脂の厚さをそのようにしたときに形成された樹脂プレートの平面度を縦軸に取ってグラフ化したものである。

ここで、図５（ａ）は、図２（ａ）のように、面積のほぼ等しい２つの領域を樹脂プレートの板面に形成した場合を示しており、図５（ｂ）は、図２（ｂ）のように、面積のほぼ等しい４つの領域を樹脂プレートの板面に形成した場合を示している。なお、図２と同様、樹脂プレートの射出成形のために使用する成形型に設けられるゲートは、成形型における当該領域の各々の形成部分の中心部に１つずつ配置した。

以下、図５について解説する。
図５の（ａ）及び（ｂ）のどちらにおいても、横軸が「１００％」の位置は、薄肉部のプラスチック樹脂の厚さが厚肉部と同一である場合における樹脂プレートの平面度、すなわち従来の樹脂プレートの平面度を示している。ここから薄肉部のプラスチック樹脂の厚さを薄くしていくと樹脂プレートの平面度は向上し、その変化は薄肉部を薄くしていく変化に対して単調である。また、横軸が「０％」の位置は、薄肉部のプラスチック樹脂を無くした場合における樹脂プレートの平面度を示しており、このときに樹脂プレートの平面度は最も良好となる。

次に、図５の（ａ）と（ｂ）とを比較すると、樹脂プレートに形成した領域の数が多い（ｂ）の方が樹脂プレートの平面度が良好であることがわかる。
なお、光透過板の貼付面として、樹脂プレートには０．２ｍｍ以下の平面度を少なくとも必要としているのが現状であるので、この平面度を達成するためには薄肉部のプラスチック樹脂の厚さを厚肉部の５０％以下とすればよいことが図５の（ａ）から判明した。なお、この値は３０％以下とすることが好ましい。

その他、本発明は、上述した実施形態に限定されることなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内で種々の改良・変更が可能である。

本発明の原理を説明する図である。 本発明を実施するマイクロプレートに用いられる樹脂プレートの構造を示す図である。 本発明を実施するマイクロプレートに用いられる樹脂プレートの構造の変形例を示す図である。 試作した樹脂プレートの寸法を示す図である。 樹脂プレートの試作結果をグラフで示した図である。 マイクロプレートの構造の一例を示す図である。 マイクロプレートの使用例を示す図である。 ゲートの配置例を示す図である。

符号の説明

１ マイクロプレート
２ ウェル
３ 連接部
４ 金属プレート
５ 樹脂プレート
６ 光透過板
７ 試料混入液
８ 対物レンズ
９ 純水
１０ ゲート
１１ 厚肉部
１２ 薄肉部
１３ 第一領域
１４ 第二領域
１５ ゲート痕

Claims (6)

1. プラスチック樹脂からなり観察対象である試料を収容する複数のウェルと、
   貫通穴が複数設けられている金属板を挟み込んでおりプラスチック樹脂からなる平板状の連接部であって当該貫通穴の位置で前記ウェルを連接している当該連接部と、
   からなる樹脂プレートを有するマイクロプレートであって、
   前記連接部は厚肉部と当該厚肉部よりもプラスチック樹脂の薄い薄肉部とを有しており、
   前記樹脂プレートの板面には前記薄肉部を境界とする複数の領域が形成されている、
   ことを特徴とするマイクロプレート。
2. 前記樹脂プレートは、前記金属板を成形室内に配置した成形型に設けられている複数のゲートからプラスチック樹脂を当該成形室内へ充填させることよって形成され、
   前記樹脂プレートの板面には前記ゲートの個数と同数の前記領域が形成されており、
   前記ゲートの各々は前記成形型における前記領域の各々の形成部分に１つずつ配置されている、
   ことを特徴とする請求項１に記載のマイクロプレート。
3. 前記連接部における前記薄肉部のプラスチック樹脂の厚みは、当該連接部の前記厚肉部のプラスチック樹脂の厚みの５０％以下であることを特徴とする請求項１に記載のマイクロプレート。
4. 前記樹脂プレートの板面における前記領域の各々に含まれる前記ウェルの個数が同一であることを特徴とする請求項１に記載のマイクロプレート。
5. 前記連接部における前記薄肉部のプラスチック樹脂を無くしたことを特徴とする請求項１に記載のマイクロプレート。
6. 前記金属板の一方の板面側における前記連接部の薄肉部と当該金属板の他方の板面側における前記連接部の薄肉部とは、当該金属板を挟んで対向していない位置に配置されていることを特徴とする請求項１に記載のマイクロプレート。
   
   

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