JP2006003145A - マイクロチップ及びその製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】 マイクロチップ内に微量の液体を長期間保存可能で且つ安価なマイクロチップ及びその製造方法を提供する。
【解決手段】 凹部を有するプラスチック製の基材と、該凹部を密閉するように基材に取り付けられる蓋とを備え、凹部の容積が１ｍｌ以下であるマイクロチップにおいて、蓋の凹部と対向する表面部分と、凹部の内壁とに、水蒸気バリアフィルムが設けられており、真空圧空成形法等で水蒸気バリアフィルムを凹部表面に設けることにより上記課題を解決する。
【選択図】 図１

Description

本発明は、微量の試料を一時的若しくは長期的に容器内に保持するためのマイクロチップに関する。

従来、化学反応や生化学反応をより少ない反応液や検体でより効率良く実施するために、反応容器を微小にするコンセプトが提案されており、大学、企業などの研究機関で研究及び開発が進められている。μ−ＴＡＳ（Micro Total Analysis System）と呼ばれる数ｃｍ角程度のガラスやシリコン等の材料で作製されたチップ上に送液、混合、反応、分析等の機能部を集積化した化学・生化学分析統合システムも該コンセプトから発明された形態の一つである。μ−ＴＡＳでは、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。

近年のμ−ＴＡＳ技術の発展形態として、μ−ＴＡＳ用のマイクロチップの材料に、ガラスやシリコンに比べてコスト面や加工性で優れる熱可塑性プラスチック樹脂を用いたマイクロチップが提案されている（例えば、特許文献１参照）。

しかしながら、特許文献１で提案されているようなプラスチック製のマイクロチップではウェル（以下、セルともいう）等で構成される貯蔵部に予め試薬や洗浄液となる溶液を長期間保持することが難しいという課題がある。それゆえ、従来、試料を乾燥した状態で長期間維持するμ−ＴＡＳ用のマイクロチップが提案されているが（例えば、特許文献２参照）、本発明者らの知るところでは、現在、試薬や洗浄液を液体で長期間に封入することのできるマイクロチップは存在しない。これは、現在提案されている分析統合システムでは、マイクロチップを使用する際に初めて全ての溶液をマイクロチップ内に注入することを前提としているためである。このような従来の分析統合システムに用いる測定装置では、上記のプロセスを実行するための複雑な機構が必要となり、装置設計の際に大きな負担となった。また、測定を行う際に用いるマイクロチップとは別に測定時に必要な全ての溶液を予め別の容器で用意しておく必要があった。

このような問題を解決するために、予め微量、例えば１ｍｌ以下の溶液を長期間保存できるようなプラスチック製のマイクロチップが要望されている。しかしながら、現在知られている全てのプラスチック樹脂は少なからず透水性を有しており、溶液の長期保存が困難である。また、核酸抽出等の処理では、マイクロチップ内の溶液が収容されるセル等の貯蔵部の表面特性によっては、封入した試薬や洗浄液だけでなく検体中の所望の物質が使用時に貯蔵部表面に吸着したり、あるいは、化学反応を起こす可能性があり、目的物質を抽出することが難しくなる恐れがある。

このような問題を解決する方法の一つとして、例えば、無機物をプラスチック製容器の内部表面に蒸着し、容器内部にガスバリア性能を持たせる方法が考えられる（例えば、特許文献３及び４参照）。

特開２００２−３４０９１１号公報（第３−４頁、第１−３図） 特開平５−１７２８０４号公報（第４頁、第１図） 特開２００３−９５２７３号公報（第３−７頁、第１−２図） 実開平５−３５６６０号公報（第４−８頁、第１図）

μ−ＴＡＳで用いられるような微細で複雑な内部構造（溶液の貯蔵するセルや流路等）を有するプラスチック製のマイクロチップにおいて、マイクロチップ内部に微量（例えば１ｍｌ以下）の溶液を長期保存可能にするために、特許文献３及び４で開示されているプラズマＣＶＤ法やＩＢＳ法といった方法で無機物の膜をセルや流路等の表面に設けた場合、セル等の表面に形成された無機物の膜に蒸着斑が起こり易くなるという問題が生じる。そのような不均一な膜では、セル等の表面全体に渡ってガスバリア性能が不均一になるだけでなく、膜の応力により膜の一部が破けてしまい、ガスバリア性能を劣化させる恐れもある。また、プラズマＣＶＤ法やＩＢＳ法で無機物の膜を形成した場合には、製造コストが高くなるという問題も生じる。このような観点から、チップサイズが小さくて且つ内部に微細な構造が形成されているマイクロチップのセル等の表面に無機物の膜を形成する方法として、上述のような蒸着方法やスパッタ方法は不向きであると考えられる。

本発明は、上記課題を解決するためになされたものであり、本発明の目的は、マイクロチップ内に微量の液体を長期間封入でき、且つ安価に製造可能なマイクロチップを提供することである。

本発明の第１の態様に従えば、凹部を有するプラスチック製の基材と、該凹部を密閉するように該基材に取り付けられる蓋とを備え、該凹部の容積が１ｍｌ以下であるマイクロチップにおいて、該蓋の該凹部と対向する表面部分と、該凹部の表面とに、水蒸気バリアフィルムが設けられていることを特徴とするマイクロチップが提供される。

本発明のマイクロチップは、微小量の溶液、具体的には１ｍｌ以下の溶液、より好ましくは１００μｌ以下の溶液を長期間密封するための熱可塑性プラスチック製のマイクロチップである。本発明のマイクロチップは、溶液を収容するためのセル等により構成された容積が１ｍｌ以下の凹部を有する基材上に蓋を被せて基材の凹部を密閉することにより微少量の溶液をマイクロチップ内に密封するものであり、蓋の凹部と対向する表面部分と凹部の内壁とに無機材料を含有した水蒸気バリア性プラスチックフィルム（以下では、水蒸気バリアフィルムという）を設けることを特徴とする。なお、本発明のマイクロチップでは、蓋の表面に設けられる水蒸気バリアフィルムの領域は、少なくとも蓋の凹部と対向するの表面部分に設けられていれば良く、蓋の凹部と対向する側の表面全体に水蒸気バリアフィルムを設けても良いし、蓋を水蒸気バリアフィルムで作製しても良い。また、基材の凹部に設けられる水蒸気バリアフィルムの領域は、少なくとも基材の凹部表面（底面及び側面）に設けられていれば良く、基材の凹部側の表面全体に水蒸気バリアフィルムを設けても良い。

上述のような構造を有するマイクロチップでは、マイクロチップの密封性能が一層向上する。例えば、温度４０℃、湿度８０％以下の雰囲気下で３０日間放置してもマイクロチップ内の溶液の変動量を非常に小さく（例えば、初期封入量に対して１％以下の変動量）することができる。本発明者らの検討によれば、上記溶液の保存能力を有するプラスチック製マイクロチップでは、微小量の溶液を封入した状態において、例えば常温で１年以上放置した場合でも、封入された溶液の濃度等の変動が小さくすることができ、長期に渡って製品の信頼性を得ることができると考えられる。

本発明のマイクロチップの水蒸気バリアフィルムとしては、例えば、ポリプロピレン、ナイロン、ポリエチレンテレフタレート等の有機高分子材料と、アルミやセラミックス等の無機材料との複合材料からなるフィルムが好ましい。水蒸気バリアフィルムを構成する有機高分子材料は透明性を有し、無機材料は水蒸気バリア性を有するので、このような水蒸気バリアフィルムを用いることにより、溶液の長期保存が可能となるとともに、マイクロチップ内の溶液の保存状態を目視で確認することも可能になる。また、これらの材料は、食品や医薬品のプラスチック容器に広く使われており、また安価でもある。

また、本発明のマイクロチップに用いる水蒸気バリアフィルムの水蒸気バリア性能としては、水蒸気バリアフィルムを単層もしくは複数層を重ねて用いた際に、１，０００μｌ／ｍ^２・ｄａｙ（温度４０℃湿度８０％の加速試験環境下）以下のバリア性能を有することが好ましい。このような性能を有するフィルムとしては、例えば、ポリプロピレンやＰＥＴ等と無機材料とからなる複合材料で形成された３，０００μｌ／ｍ^２・ｄａｙのバリア性能を有するエコラップ（日本エコラップ株式会社製）や、ＰＥＴフィルムとアルミニウムとからなる複合材料で形成された１００μｌ／ｍ^２・ｄａｙのバリア性能を有するＧＸフィルム（凸版印刷株式会社製）などが挙げられる。

また、水蒸気バリアフィルムは、その少なくとも片側にシーラントと呼ばれる熱可塑性プラスチック材料からなる接着層を有することが好ましい。水蒸気バリアフィルムと熱可塑性プラスチックからなる基材の凹部表面とをシーラント層を介して熱溶着することにより、水蒸気バリアフィルムを基材の凹部表面に一体化して設けることができる。なお、水蒸気バリアフィルムと基材の凹部表面との接着性を向上させるため、基材に用いるプラスチック材料とシーラント層に用いる材料とは同一であることが好ましい。

また、両面にシーラント層を有する水蒸気バリアフィルムを用いても良い。このような水蒸気バリアフィルムを用いた場合には、水蒸気バリアフィルムを多層化することができ、マイクロチップのバリア性能をより一層向上させることができる。水蒸気バリアフィルムを多層化することにより、例えば、１０μｌ以下の超微少量の溶液を長期保存することが可能になる。

本発明の第２の態様に従えば、凹部を有するプラスチック製の基材と、該凹部を密閉するように該基材に取り付けられる蓋とを備え、該凹部の容積が１ｍｌ以下であり、該凹部の表面に水蒸気バリアフィルムが設けられているマイクロチップの製造方法であって、第１金型及び第２金型で画成される空間を所定の温度に加熱することと、該基材を第１金型に取り付けることと、該水蒸気バリアフィルムを第２金型の第１金型側の表面に取り付けることと、第１及び第２金型を閉じて該水蒸気バリアフィルムを該基材と第２金型との間で挟み込むことと、該基材と該水蒸気バリアフィルムとの間の空間を減圧することと、第２金型と該水蒸気バリアフィルムとの間に空気を供給して該水蒸気バリアフィルムを該基材の凹部表面に密着させることと、該水蒸気バリアフィルム及び該基材を冷却して該水蒸気バリアフィルムを該基材の凹部表面に接着することとを含むマイクロチップの製造方法が提供される。

本発明の第２の態様に従うマイクロチップの製造方法では、第２金型の第１金型側表面に上記基材の凹部の形状とは反転した形状の凸部が形成されていることが好ましい。

本発明のマイクロチップは、例えば、図１に示すように、プラスチック製の基材２と蓋１とから構成され、基材２にはセル４及び５、並びに流路６で構成された凹部３が形成されている。図１の例では、マイクロチップの凹部３の表面に水蒸気バリアフィルム７が設けられ、さらに蓋１が水蒸気バリアフィルム７で形成されている。図１の例では、基材２の凹部３上から蓋１を接着することにより、凹部３が密閉される。

図１に示すようなマイクロチップを作製する際、基材２に形成された微細な構造の凹部３の表面に水蒸気バリアフィルムを一体化させる方法は任意であるが、本発明では、基材２の凹部３表面に、真空圧空成形法により水蒸気バリアフィルム７を設けることが好ましい。その成形方法の一例を図２に示す。図２を用いて本発明の第２の態様に従うマイクロチップの製造方法を簡単に説明する。

まず、図１に示すような、溶液を収容するためのセル４及び５、並びに流路６等（図１中の凹部３）が形成されたプラスチック製基材２を射出成形法等で作製する。次いで、図２に示すような一対の金型（第１金型２１及び第２金型２３）を有する成形機を用意し、金型内部（第１金型２１及び第２金型２３で画成される空間）が、基材２の形成材料および水蒸気バリアフィルム７のシーラント材料のガラス転移以上の温度になるように温調する（加熱する）。次いで、図２（ａ）に示すように、基材２のセル４及び５の開口部側が第２金型２３と対向するようにして、基材２を第１金型２１に設置する。なお、図２（ａ）に示した基材２は、図１中のＡ−Ａ断面図である。次いで、図２（ａ）に示すように、基材２の凹部の形状とは反転した形状の凸部２７が表面に微細加工されている第２金型２３の表面に、真空吸引等により水蒸気バリアフィルム７を貼り付ける。次いで、図２（ｂ）に示すように、水蒸気バリアフィルム７を貼り付けた第２金型２３を基材２の凹部表面側からプレスして、水蒸気バリアフィルム７を第２金型２３と基材２との間で挟み込む。次いで、図２（ｂ）に示すように、水蒸気バリアフィルム７と基材２との間の空間を真空吸引して減圧する。次いで、図２（ｃ）に示すように、水蒸気バリアフィルム７と第２金型２３との間に空気を供給し、その空気圧により水蒸気バリアフィルム７を基材２の凹部表面に密着させて成形する。次いで、金型内部を冷却し水蒸気バリアフィルム７及び基材２を所定の温度以下に冷却することにより、水蒸気バリアフィルム７のシーラントを固化させて水蒸気バリアフィルム７を基材２の凹部表面に接着する。

上述のような方法で水蒸気バリアフィルム７を基材２の凹部表面に設けた場合、第２金型２３の表面には基材２の凹部の形状とは反転した形状の凸部が形成されているので、水蒸気バリアフィルム７が、図２（ｄ）に示すように、基材２の凹部表面に沿ってトレースするように成形され、基材２の凹部内のコーナー部分の形状もよりシャープな形状で成形することができる。なお、基材２に形成された凹部の形状（セル等の構造）が単純な場合には、第２金型２３の表面に基材２の凹部の形状とは反転した形状の凸部を形成しなくても、図２（ｄ）に示すように、水蒸気バリアフィルム７を基材２の凹部表面に沿ってトレースするように成形することは可能である。

上述のような方法で水蒸気バリアフィルム７を基材２の凹部表面に設けた場合には、水蒸気バリアフィルム７を基材２の凹部表面全体に渡ってより均一な厚さで形成することができるので、基材２の凹部表面全体に渡ってより均一なガスバリア性能を有するマイクロチップを作製することができる。また、上述のような方法を用いることにより、水蒸気バリアフィルム７を基材２の凹部表面に沿って過度に延伸することなく一体化させることができる。従って、微細で複雑な構造を有する凹部を基材に形成した場合でも、水蒸気バリアフィルムを破断させることなく凹部表面に設けることができる。また、この成形方法では、水蒸気バリアフィルム７を基材２の凹部表面に接着する際、水蒸気バリアフィルム７と基材２との間を真空吸引するので、水蒸気バリアフィルム７と基材２との間に気泡が発生し難く、高品質な水蒸気バリアフィルムを有するマイクロチップを作製することができる。

なお、図２に示すような金型で基材の凹部表面に水蒸気バリアフィルムを成形する場合、第２金型２３表面の凸部のサイズ（幅や深さ）は、基材２の凹部のサイズより、所望の水蒸気バリアフィルムの厚み程度は小さくすることが好ましい。具体的には、図２に示すように、基材２のセル５に対応する第２金型２３表面の凸部２７の幅や高さを、対応する基材２のセル５の幅や深さより、所望の水蒸気バリアフィルムの厚さ分だけ小さくすることが好ましい。基材の凹部のサイズと、それに対応する第２金型表面の凸部のサイズを完全に一致させた場合には、基材と第２金型との間でプレスされる水蒸気バリアフィルムに過度の応力がかかり、水蒸気バリアフィルムが破断する恐れがある。

また、プラスチック製基材に形成された凹部表面に上述した方法で水蒸気バリアフィルムを一体化させることにより、マイクロチップの基材の凹部の表面全体に均一なガスバリア性能が得られるだけでなく、マイクロチップを安価に製造することもできる。さらに、本発明の第２の態様に従うマイクロチップの製造方法で作製されたマイクロチップでは、外部から基材の凹部に検体を注入出する際に、外部から適当な中空針や注射器、あるいはカッター等の刃物を用いることにより、水蒸気バリアフィルムを取り外すことができる。

さらに、本発明の第２の態様に従うマイクロチップの製造方法では、第２金型表面に耐熱性の高いポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）等のプラスチック材料を加工して用いることが好ましい。これにより、水蒸気バリアフィルムを基材の凹部表面に設ける際、基材や水蒸気バリアフィルムに対するダメージを抑制することができる。

本発明の第３の態様に従えば、第２の態様に従うマイクロチップの製造方法により作製されたマイクロチップが提供される。

本発明の第４の態様に従えば、凹部を有するプラスチック製の基材と、該凹部を密閉するように該基材に取り付けられる蓋とを備え、該凹部の容積が１ｍｌ以下であり、該蓋の該凹部と対向する表面部分と、該凹部の表面とに、水蒸気バリアフィルムが設けられている第１容器と、第２容器と、第１容器の凹部に収容する溶液を第１容器から第２容器に移動させるための移動装置とを備えたマイクロチップが提供される。

本発明の第４の態様に従うマイクロチップは、第１及び第２容器を移動装置を介して結合させることにより、第１容器に収容された溶液を第２容器に移動させて、第２容器内で第１容器に収容された溶液に対して反応、精製、抽出、合成、分析、攪拌等の操作を行うためのマイクロチップである。本発明の第４の態様に従うマイクロチップでは、微細で複雑な内部構造を有し、上述した様々な操作を行うための容器（第２容器）と、比較的単純な内部構造を有する溶液保存用の容器（第１容器）とを別々に作製することができるので、各容器の形状や作製が簡便になり製品の信頼性が向上する。

また、第１容器に封入された溶液を第２容器に移動させる方法としては、用途等に応じて適宜、任意の方法を用い得る。例えば、ニードルを介して毛細管現象により溶液を移動させる方法、磁性体に試薬や検体などを吸着させて磁力によって溶液を移動させる方法、第１容器及び／又は第２容器、並びに外部に設置したポンプ手段を用いて溶液を移動させる方法などが考えられる。

ニードルを介して毛細管現象により溶液を第１容器から第２容器に移動させる方法の一例を図３に示す。図３に示したマイクロチップの例では、図３（ａ）に示すように、試薬や洗浄液等の溶液を収容する２つのセル３８及び３９（凹部）を有する第１容器３５と、第１容器３５の２つのセルに収容された溶液４０及び４１に対して反応、精製、抽出、合成、分析、攪拌等の操作を行うセル３２を有する第２容器３１とから構成される。第２容器３１の下面には、図３（ａ）に示すように、第１容器３５の２つのセル３８及び３９に収容された溶液４０及び４１を個別に第２容器３１内のセル３２に移動させるための２つニードル３３及び３４（移動装置）が設けられおり、ニードル３３及び３４の内孔は、図３（ａ）に示すように、第２容器３１内のセル３２と通じている。

図３のマイクロチップの例では、図３（ｂ）に示すように、第２容器３１の２つのニードル３３及び３４を、第１容器３５のセル３８及び３９の上部から突き刺すことにより、第１容器３５と第２容器３１を合体させる。このように第１容器３５と第２容器３１とを合体させることにより、第１容器３５のセル３８及び３９にそれぞれ収容されている溶液４０及び４１が、毛細管現象によりそれぞれニードル３３及び３４を介して第２容器３１のセル３２内に移動する。そして、第２容器３１のセル３２内で溶液４０及び４１を混合させることにより所望の操作を行う。

また、第１容器等にポンプ手段を設けて溶液を移動させる例としては、次のようなものが考えられる。溶液が収容される第１容器の外壁の少なくも一部にゴム等の弾力性を有する材料で形成された押圧部材を設け、第１容器と第２容器を合体させて第１容器内のセル（凹部）と第２容器内のセルとが通じている状態にし、第１容器の押圧部材を外部から加圧して第１容器内のセルの容積を減少させる（第１容器内のセルを加圧する）ことにより、第１容器のセルに収容されている溶液を第２容器内に押し出して移動させても良い。このような方法によっても、第１容器内の溶液を円滑に第２容器内に移動させることができる。

本発明の第１、第３及び第４の態様に従うマイクロチップでは、上記凹部が複数のセルから構成されることが好ましい。基材の凹部を複数のセルから構成することにより、試料の反応・分析等を行う時に使用する種々の微量（例えば、１ｍｌ以下の容量）の試料を別々のセルに封入することができる。

また、本発明の第１、第３及び第４の態様に従うマイクロチップでは、所定の上記セルがシール部材により他のセル及び／又は外部から遮断されていることが好ましい。さらに、本発明の第１、第３及び第４の態様に従うマイクロチップでは、上記シール部材が上記所定のセルから取り外し可能であることが好ましい。マイクロチップを搬送する際にマイクロチップ内部に封入された溶液が漏洩したり、あるいは、基材の凹部が複数のセルで構成されている場合には、マイクロチップを搬送する際に各セルに収容された各液体が混交したりする恐れがあるので、セル間及びセルの検体の出入口（外部からの注入出口）は、水蒸気バリア性を有するシール部材を設けることが好ましい。シール部材としては、アルミ箔、エコラップ（日本エコラップ株式会社製）、ＧＸフィルム（凸版印刷株式会社製）等が用い得る。

また、マイクロチップの使用時には作業が迅速に行えるように、シール部材はセルから容易に取り外し可能であることが好ましい。例えば、セル（凹部）の検体の出入口（開口部）にシール部材を設けた場合、ニードルやカッター等によりシール部材の一部を切断することにより、容易に外部からセル内に溶液を注入またはセルから溶液を抽出することができる。また、セルの外部からの注入出口にシール部材を設けた場合、さらにシール部材の外側にシリコンゴム等の弾性部材を保護材として設けも良い。このような構造にすると、ニードル等で、弾性部材とシール部材の両方を突き破って溶液を注入出しても、ニードル等を引き抜いた後、弾性部材にできたニードルの刺し跡は弾性部材の弾性作用により塞がる。それゆえ、このような構造のマイクロチップでは、マイクロチップのバリア性能と溶液の注入出の簡便性とを両立させることができる。

また、本発明のマイクロチップは、磁性ビーズを用いた核酸の精製、抽出に用いても良い。核酸の精製時にはグアニジン、アルコール等の水溶液を用いるので本発明のような水蒸気バリア性能を有するマイクロチップは好適である。

本発明の第１及び第３の態様に従うマイクロチップによれば、蓋の凹部と対向する表面部分と、凹部の表面とに、無機材料を含む水蒸気バリアフィルムが設けられているので、マイクロチップ内に微量の溶液を長期間保存することができる。

本発明の第２の態様に従うマイクロチップの製造方法によれば、真空圧空成形法によりマイクロチップの基材の凹部内壁に水蒸気バリアフィルムを形成するので、凹部の内壁に水蒸気バリアフィルムをほぼ均一の厚みで一体化させることができる。それゆえ、基材の凹部壁面全体に渡って均一なガスバリア性能を有するマイクロチップが得られる。また、本発明の第２の態様に従うマイクロチップの製造方法によれば、水蒸気バリアフィルムをマイクロチップの基材の凹部表面に沿って過度に延伸することなく一体化させることができる。それゆえ、より微細で複雑な形状を有する凹部を基材に形成した場合であっても、水蒸気バリアフィルムを破断させることなく凹部表面に設けることができる。さらに、本発明の第２の態様に従うマイクロチップの製造方法によれば、真空圧空成形法によりマイクロチップの基材の凹部表面に水蒸気バリアフィルムを形成するので、マイクロチップを安価に製造することができる。

本発明の第４の態様に従うマイクロチップによれば、微細で複雑な内部形状を有し様々な操作を行う容器（第２容器）と比較的単純な構造を有する溶液保存用の容器（第１容器）とを分割した構造であるので、各容器の形状及び作製がより簡便になり製品の信頼性が向上する。また、本発明の第４の態様に従うマイクロチップによれば、第１の容器内に収容される溶液を第２容器へ移動させるための移動装置を備えており、第１容器内の溶液を円滑に第２容器内に移動させることができるので、第１容器に収容される溶液に対して反応、精製、抽出、合成、分析、攪拌等の操作を容易に行うことができる。

以下に、本発明のマイクロチップ及びその製造方法の実施例について図面を参照しながら具体的に説明するが、本発明はこれに限定されるものではない。

［マイクロチップ］
実施例１で作製したマイクロチップの概略構成図を図１に示した。この例で作製したマイクロチップ１０は、図１に示すように、蓋１（シール部材）と容器２（基材）とから構成される。マイクロチップの外形は幅６０ｍｍ、長さ３５ｍｍ及び厚さ１．０ｍｍとした。

容器２には、溶液を収容するための凹部３が形成され、凹部３は、図１に示すように、開口部が四角形状の２つのセル４及び５と、セル４及び５を繋ぐ流路６とから構成される。そして、容器２の内面、すなわち凹部３の表面には、図１に示すように、水蒸気バリアフィルム７が設けられている（図１中の斜線部）。

この例では、凹部３内のセル４及び５は同じ形状で形成し、底面積８０ｍｍ^２（８ｍｍ×１０ｍｍ）、深さ０．５ｍｍとした。流路６のサイズは、幅１．６ｍｍ、長さ２．９ｍｍ及び深さ０．５ｍｍとした。なお、容器２はポリプロピレン（ＰＰ）製であり、公知の射出成形法を用いて成形した。

凹部３の表面に設けた水蒸気バリアフィルム７としては、ＰＥＴフィルムとアルミニウムとからなる複合材料により形成され、バリア性能が０．０１μｌ／ｃｍ^２・ｄａｙであり、片面にＰＰのシーラントを有するＧＸフィルム（凸版印刷株式会社製、膜厚４２μｍ）単層を用いた。

一方、蓋１は、容器２の凹部３表面に設けた水蒸気バリアフィルム７と同様の材料で形成し、蓋１の厚さを０．０４ｍｍとした。なお、この例のマイクロチップでは、基材２の凹部３を蓋１で閉じることにより、凹部３を密閉して溶液を長期保存可能とする。

［水蒸気バリアフィルムの成形金型］
この例のマイクロチップの作製過程において、容器２の凹部３の表面に水蒸気バリアフィルム７を設ける際に用いた金型の概略図を図２に示した。この金型は、図２（ａ）に示すように、固定金型２１（第１金型）とプレス金型２３（第２金型）とから構成される。固定金型２１には、図２（ａ）に示すように、金型の内部空間２５を真空排気するための通気孔２２が形成されている。固定金型２１のプレス金型２３側の表面には、図２（ａ）に示すように、容器２が真空吸引されて保持されており、容器２の凹部３表面がプレス金型２３と対向するように設置されている。

プレス金型２３はＰＴＦＥ製であり、プレス金型２３の固定金型２１側の表面には、図２（ａ）に示すように、容器２に形成された凹部（セル４及び５等）の形状とは反転した形状の凸部が形成されている。なお、プレス金型２３表面の凸部のサイズ（幅や高さ）は、水蒸気バリアフィルムの厚みを考慮して、容器２の凹部のサイズ（幅や深さ）より小さくした。具体的には、プレス金型２３表面の凸部２７の幅を容器２のセル５の幅よりも０．０８ｍｍ狭くし、プレス金型２３表面の凸部２７の高さを容器２のセル５の深さより０．０４ｍｍ小さくした。

また、プレス金型２３には、図２（ａ）に示すように、通気孔２４が形成されており、通気孔２４を介して真空吸引することによりプレス金型２３の表面に水蒸気バリアフィルム７を貼り付ける。なお、この例では、水蒸気バリアフィルム７のシーラント面が容器２側に向くようにして、水蒸気バリアフィルム７をプレス金型２３の表面に貼り付けた。

［マイクロチップの製造方法］
次に、この例のマイクロチップ１０の製造方法を図２を用いて説明する。まず、上述したように公知の射出成形法を用いて、所望の構造の凹部３を有する容器２を成形した。次いで、容器２を、図２（ａ）に示すように、１００℃に温調された金型内部に設置した。具体的には、容器２を、図２（ａ）に示すように、固定金型２１のプレス金型２３に対向する面に真空吸引して保持した。ただし、プレス金型２３で容器２をプレスした際にプレス金型２３の表面の凸部が、それに対応する容器２の凹部に嵌合するような位置に容器２を設置した。また、プレス金型２３の表面には、図２（ａ）に示すように、水蒸気バリアフィルム７を真空吸引して貼り付けた。

次いで、図２（ｂ）に示すように、プレス金型２３を上昇させて（容器２に向かう方向へ移動させて）、水蒸気バリアフィルム７を容器２とプレス金型２３との間に挟み込み、容器２と水蒸気バリアフィルム７との間を通気孔２２を介して真空吸引して減圧した。次いで、図２（ｃ）に示すように、プレス金型２３と水蒸気バリアフィルム７との間に通気孔２４を介して大気を供給し、その空気圧により水蒸気バリアフィルム７を容器２の表面に密着させて水蒸気バリアフィルム７を成形した。

水蒸気バリアフィルム７を容器２の凹部３の表面に成形した後、金型内部を３０℃に冷却し、水蒸気バリアフィルム７のシーラントを固化させて水蒸気バリアフィルム７を容器２の凹部３表面に固定した。次いで、図２（ｄ）に示すように、プレス金型２３を元の位置に戻し、容器２を固定金型２１から取り出した。ただし、容器２を固定金型２１から取り出す際、容器２の外部に形成された不要な水蒸気バリアフィルム７を容器２から切断して取り出した。このようにして、この例のマイクロチップの容器２を作製した。

一方、蓋１は水蒸気バリアフィルムをマイクロチップのサイズ（幅６０ｍｍ、長さ３５ｍｍ）に切断して作製した。次いで、蓋１を超音波融着法により容器２の凹部３側の表面に接着した。このようにしてこの例のマイクロチップを作製した。

上述のような成形方法（真空圧空成形法）で水蒸気バリアフィルム７を容器２の凹部の表面に成形すると、水蒸気バリアフィルム７が、図２（ｄ）に示すように、容器２の凹部の表面に沿ってトレースするように成形され、凹部内部のコーナー部の形状もよりシャープな形状で成形することができる。それゆえ、この例の成形方法を用いることにより、容器２の凹部表面全体に渡って水蒸気バリアフィルム７をより均一の厚さで設けることができるので、凹部の表面全体に渡ってより均一なガスバリア性能を有するマイクロチップが得られる。

また、上述の成形方法を用いることにより、水蒸気バリアフィルムを容器の凹部表面に沿って過度に延伸することなく一体化させることができる。従って、より微細で複雑な凹部を有するマイクロチップの容器に対しても、水蒸気バリアフィルムを破断させることなくより均一な厚さで凹部表面に設けることができる。さらに、上述の成形方法では、水蒸気バリアフィルムを容器の凹部表面に密着させる際、水蒸気バリアフィルムと容器との間を真空吸引するので、水蒸気バリアフィルムと容器との間に気泡が発生し難く、高品質の水蒸気バリアフィルムを有するマイクロチップを作製することができる。

次に、上述のような製造方法で作製したマイクロチップにメタノールを封入し、マイクロチップのバリア性能を測定した。なお、メタノールの封入方法は次の通りである。まず、容器２の凹部３（セル４及び５）にメタノール溶液を約２００μｌ注入した。次いで、蓋１（水蒸気バリアフィルム）を容器２の凹部３上から接着し、メタノール溶液をマイクロチップ内に密封した。この際、容器２と蓋１とは超音波融着法を用いて融着した。

上述のような方法で作製したメタノール封入マイクロチップに対して、温度４０℃、湿度８０％の恒温槽に３０日間保管して、水蒸気バリア性能を測定したところ、水溶液の重量変化は０．２５％となり、マイクロチップに封入したメタノール溶液がほとんど蒸発せず、長期保存可能であることが分かった。

実施例２では、図１に示したマイクロチップの容器２の凹部３表面に、実施例１で用いた水蒸気バリアフィルムを３層重ね合わせて設けた。また、蓋１も同様に水蒸気バリアフィルムを３層重ね合わせて作製した。実施例１で用いた水蒸気バリアフィルムを３枚重ね合わせたこと以外は、実施例１と同様の装置及び方法でマイクロチップを作製した。また、マイクロチップの構造及びサイズも実施例１と同様にした。ただし、この例では、水蒸気バリアフィルムの総厚は１２８μｍとなるので、製造時に用いる成形機のプレス金型表面の凸部の幅を実施例１で用いたプレス金型の凸部より０．２ｍｍ狭くした。

この例で作製したマイクロチップに対しても実施例１と同様の方法で水蒸気バリア性能を評価した。なお、この例では、マイクロチップの基材の凹部に１０μｌのメタノールを封入した。その結果、水溶液の重量変化は０．８３％であった。この例で作製したマイクロチップにおいても、マイクロチップに封入したメタノール溶液がほとんど蒸発せず長期保存可能であることが分かった。

実施例３で作製したマイクロチップの概略構成図を図３に示した。この例のマイクロチップは、図３（ａ）に示すように、試薬や洗浄液等の溶液を封入するための保存容器３５（第１容器）と、保存容器３５に封入された溶液に対して反応、精製、抽出、合成、分析、攪拌等の操作を行うための操作容器３１（第２容器）とから構成される。この例のマイクロチップでは、保存容器３５の外形を幅６０ｍｍ、長さ２０ｍｍ及び厚さ１．０ｍｍとし、操作容器３１の外形を幅６０ｍｍ、長さ１５ｍｍ及び厚さ１．０ｍｍとした。

保存容器３５は、図３（ａ）に示すように、蓋３６とプラスチック製の容器３７とから構成される。また、容器３７には２つのセル３８及び３９（凹部）が形成されており、セル３８及び３９のサイズは共に底面積４５０ｍｍ^２（１８ｍｍ×２５ｍｍ）、深さ０．５ｍｍとした。また、この保存容器３５では、２つのセル３８及び３９を蓋３６で閉じることにより、図３（ａ）に示すように、溶液４０及び４１をそれぞれセル３８及び３９に密閉する。保存容器３５のセル３８及び３９の表面には、水蒸気バリアフィルム（不図示）が設けられており、蓋３６もまたセル３８及び３９の表面に設けた水蒸気バリアフィルムと同じ材料のフィルムで形成した。なお、この例の水蒸気バリアフィルムには実施例１で用いた水蒸気バリアフィルムと同じ材料のフィルムを用い、保存容器３５は実施例１と同様の方法で作製した。

操作容器３１は、ポリカーボネート製であり、図３（ａ）に示すように、操作容器３１の内部には１つのセル３２が形成されている。また、操作容器３１の両側面近傍の下面には、図３（ａ）に示すように、２つのニードル３３及び３４（移動装置）が取り付けられている。ニードル３３及び３４の内径φは０．２ｍｍであり、ニードル３３及び３４内の孔は操作容器３１内のセル３２と通じている。この２つのニードル３３及び３４は、図３（ｂ）に示すように、保存容器３５と操作容器３１とを合体させた際に、ニードル３３及び３４がそれぞれ保存容器３５内のセル３８及び３９内に突き刺さるような位置に取り付けられている。

この例で作製したマイクロチップでは、図３（ｂ）に示すように、操作容器３１の下面に取り付けられた２つのニードル３３及び３４を、保存容器３５の蓋３６上から突き刺すことにより、保存容器３５と操作容器３１とを合体させる。この際、図３（ｂ）に示すように、ニードル３３及び３４がそれぞれ保存容器３５のセル３８及び３９内に突き刺さり、保存容器３５のセル３８及び３９内に収容されている溶液４０及び４１が、毛細管現象により、それぞれニードル３３及び３４を介して操作容器３１のセル３２内に移動する。そして、操作容器３１のセル３２内で溶液４０及び４１が混ざり合い、所望の操作（反応、精製、抽出、合成、分析、攪拌等）が行われる。それゆえ、この例で作製したマイクロチップでは、保存容器３５内の溶液を円滑に操作容器３１内に移動させて、溶液に対して所望の操作を容易に行うことができる。

上記実施例では、マイクロチップの基材の凹部の開口部側の表面全体に渡って水蒸気バリアフィルムを設けた例を説明したが、本発明はこれに限定されない。水蒸気バリアフィルムは少なくとも基材の凹部の表面に形成されていれば良く、そのような構造のマイクロチップにおいても上記実施例と同様の効果が得られる。

本発明のマイクロチップによれば、蓋で基材の凹部を密閉した際に凹部の開口部を覆う蓋の表面部分と、凹部の表面とに、無機材料を含む水蒸気バリアフィルムが設けられているので、マイクロチップ内に微量の溶液を長期間保存することができる。また、例えば、実施例３で作製したようなマイクロチップでは、微細で複雑な内部形状を有し様々な操作を行う容器と比較的単純な構造を有する溶液保存用の容器とを分けて製造することができるので、容器の形状及び作製が簡便になり製品の信頼性が向上する。

本発明のマイクロチップの製造方法によれば、真空圧空成形法によりマイクロチップの基材の凹部表面に水蒸気バリアフィルムを設けるので、基材の凹部表面全体に渡って水蒸気バリアフィルムをより均一の厚さで設けることができ、凹部の表面全体に渡ってより均一なガスバリア性能を有するマイクロチップを作製することができる。また、本発明のマイクロチップの製造方法によれば、真空圧空成形法によりマイクロチップの基材の凹部表面に水蒸気バリアフィルムを設けるので、安価なマイクロチップを作製することができる。

以上のことから、本発明のマイクロチップ及びその製造方法は、μ−ＴＡＳ用のマイクロチップ及びその製造方法として好適である。特に、本発明のマイクロチップ及びその製造方法は核酸抽出用のマイクロチップ及びその製造方法として好適である。

図１は、実施例１で作製したマイクロチップの概略構成図である。 図２（ａ）〜（ｄ）は、実施例１のマイクロチップの容器の凹部表面に水蒸気バリアフィルムを成形する方法の手順を示した図である。 図３は、実施例３で作製したマイクロチップの概略断面図であり、図３（ａ）は、マイクロチップの構成部品の概略構成図であり、図３（ｂ）は、マイクロチップの各構成部品を合体させた際の概略断面図である。

符号の説明

１，３６ 蓋
２，３７ プラスチック製容器（基材）
３ 凹部
４，５，３２，３８，３９ セル
６ 流路
７ 水蒸気バリアフィルム
１０ マイクロチップ
２１ 固定金型
２３ プレス金型
２７ 凸部
３１ 操作容器
３３ ニードル
３５ 保存容器
４０，４１ 溶液

Claims (8)

1. 凹部を有するプラスチック製の基材と、該凹部を密閉するように該基材に取り付けられる蓋とを備え、該凹部の容積が１ｍｌ以下であるマイクロチップにおいて、
   該蓋の該凹部と対向する表面部分と、該凹部の表面とに、水蒸気バリアフィルムが設けられていることを特徴とするマイクロチップ。
2. 凹部を有するプラスチック製の基材と、該凹部を密閉するように該基材に取り付けられる蓋とを備え、該凹部の容積が１ｍｌ以下であり、該凹部の表面に水蒸気バリアフィルムが設けられているマイクロチップの製造方法であって、
   第１金型及び第２金型で画成される空間を所定の温度に加熱することと、
   該基材を第１金型に取り付けることと、
   該水蒸気バリアフィルムを第２金型の第１金型側の表面に取り付けることと、
   第１及び第２金型を閉じて該水蒸気バリアフィルムを該基材と第２金型との間で挟み込むことと、
   該基材と該水蒸気バリアフィルムとの間の空間を減圧することと、
   第２金型と該水蒸気バリアフィルムとの間に空気を供給して該水蒸気バリアフィルムを該基材の凹部表面に密着させることと、
   該水蒸気バリアフィルム及び該基材を冷却して該水蒸気バリアフィルムを該基材の凹部表面に接着することとを含むマイクロチップの製造方法。
3. 第２金型の第１金型側表面に上記基材の凹部の形状とは反転した形状の凸部が形成されていることを特徴とする請求項２に記載のマイクロチップの製造方法。
4. 請求項２または３に記載のマイクロチップの製造方法により作製されたマイクロチップ。
5. 凹部を有するプラスチック製の基材と、該凹部を密閉するように該基材に取り付けられる蓋とを備え、該凹部の容積が１ｍｌ以下であり、該蓋の該凹部と対向する表面部分と、該凹部の表面とに、水蒸気バリアフィルムが設けられている第１容器と、
   第２容器と、
   第１容器の凹部に収容する溶液を第１容器から第２容器に移動させるための移動装置とを備えたマイクロチップ。
6. 上記凹部が複数のセルから構成されることを特徴とする請求項１、４及び５のいずれか一項に記載のマイクロチップ。
7. 所定の上記セルがシール部材により他のセル及び／又は外部から遮断されていることを特徴とする請求項６に記載のマイクロチップ。
8. 上記シール部材が上記所定のセルから取り外し可能であることを特徴とする請求項７に記載のマイクロチップ。

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