JP2006006287A - Method for producing microchip and microchip produced by the method - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、マイクロチップの製造方法及び当該製造方法によって製造されたマイクロチップに関するものである。 The present invention relates to a microchip manufacturing method and a microchip manufactured by the manufacturing method.
従来より液体検体、例えば薬品や生体物質に対してミキシングや分析を行う技術が種々提案され、また実用化されている。例えば血液粘度計測や細胞状態観察の評価であり、細胞の走化性観察である。走化性とは、走化性因子と呼ばれる化学物質の濃度勾配に応じて細胞が移動する性質のことである。この細胞の走化性を利用して治療薬の開発に応用しようとする動きがある。特に、この走化性を利用することによって、各種の炎症やアレルギー、ガンに対する治療薬の開発に新しいアプローチが見出せるのではないかと考えられており、走化性研究の重要性は増している。このような液体検体に対するミキシングや分析を行う技術として、流通型のマイクロチップが注目されている(例えば特許文献1、非特許文献1を参照)。
Various techniques for mixing and analyzing liquid specimens such as medicines and biological substances have been proposed and put into practical use. For example, blood viscosity measurement and cell state observation are evaluated, and cell chemotaxis is observed. Chemotaxis is the property that cells move in response to a concentration gradient of chemical substances called chemotaxis factors. There is a movement to apply this cell chemotaxis to the development of therapeutic drugs. In particular, it is thought that by using this chemotaxis, a new approach can be found in the development of therapeutic agents for various inflammations, allergies, and cancers, and the importance of chemotaxis research is increasing. As a technique for mixing and analyzing such a liquid specimen, a flow-type microchip has attracted attention (see, for example,
ここではマイクロチップの例として、走化性を観察するためのチップについて説明する。走化性を観察するためのマイクロチップは、少なくとも走化性因子を充填するウエルと、走化性を有する細胞等を充填するウエルを有する。そして、これらのウエル間は流路によって連通されており、当該流路内には障壁によって隔てられた微細な通路を多数設けている。この隔てられた微細な通路を細胞が移動する。 Here, a chip for observing chemotaxis will be described as an example of a microchip. A microchip for observing chemotaxis has at least a well that is filled with a chemotactic factor and a well that is filled with a chemotactic cell or the like. These wells communicate with each other through a flow path, and a number of fine passages separated by barriers are provided in the flow path. A cell moves through the separated minute passage.
図5は、従来のマイクロチップ1を含むユニット100の全体構成を説明するための断面図である。図において、マイクロチップ1には、細胞又は走化性因子を充填する領域であるウエル31、ウエル32が設けられている。それらウエル31、32には、チューブ21、チューブ22がそれぞれ接続されている。チューブ21、チューブ22は特に限定されないが、例えばシリコン材料から成る。
FIG. 5 is a cross-sectional view for explaining the overall configuration of a
チューブ21、チューブ22は、試料を注入・採取するために設けられた、微小な貫通孔を有する筒状体である。またウエル31とウエル32の間には、それらの間を連通する流路部4が設けられている。流路部4には、障壁によって隔てられた微細な通路が形成されている。かかる通路の大きさは細胞の通常の大きさより多少小さく作られており、走化性因子の濃度勾配ができると細胞は通路を通って濃度の高い方へ移動するため、走化性の観察ができる。
The
このマイクロチップ1は、透明性を有する基板10と密着させて用いられる。かかる基板10側から流路部4の微細通路を通過する細胞を観察する。従来のマイクロチップ1は、主にシリコンウエハ(単結晶シリコン)を異方性ドライエッチング等のマイクロマシニング技術を用いて加工する方法や、シリコンゴムの一種であるPDMS(Polydimethylsiloxane:ポリジメチルシロキサン)を成形する方法によって製作されている。また、チューブ21、チューブ22はマイクロチップ1を成形した後に後加工でマイクロチップ1に取り付けていた。
The
図6にPDMSによりマイクロチップ1を製造する場合の様子を示す。この場合には、少なくとも第1の型11と第2の型12によって囲まれた領域P部分に攪拌脱泡、真空脱泡されたPDMSを注型し、ベークして硬化させる。その後離型し、場合によってはランナーからチップを切り離し、目的の形状になっているかどうか検査される。
FIG. 6 shows a state in which the
次に、図7にPDMSによって成形されたマイクロチップ1に、チューブ21、22を取り付ける場合の様子を示す。ここでは図5に示すマイクロチップ1の左半分だけを示すが、右半分についても線対称に行われているものとする。まず、図7(a)、(b)、(c)に示すように、穴あけ器200を用いてマイクロチップ1に穴21'を開ける。次に図7(d)に示すようにチューブ21を穴21'に差込む。最後に図7(e)に示す通り、チューブ21を接着剤201で接着してチューブ21が固定される。
マイクロチップ1はPDMSで成形されているため弾性があり、図7(b)のQ部分に示す通り穴あけ時に表面が歪んでしまう。すると穴21'は図7(c)のR部分に示す通り、凹面になってしまう。この状態で図7(d)に示す通り穴21'にチューブ21を差し込んで固定すると、チューブとの接続面が平らではないのでシール性に疑問が残る。また、図7(e)に示される接着剤201による接着について、接着剤201がウエル31やチューブ21内に流れ出してしまうと細胞の通り道を塞ぐことも起こり、走化性の観察に使用できないものになってしまうことも考えられる。
Since the
上記のチューブ21をマイクロチップ1へ取り付ける作業は手作業によるものである。穴21'を開ける位置のコントロール、チューブ21の差込、接着剤201の塗布等、非常に精密な作業であるために作業者の熟練が必要になってくる他、生産のスピードにも限界がある。
The operation of attaching the
本発明はこのような問題を解決するためになされたものであり、細胞あるいは走化性因子などの試料を注入・採取するためのチューブを後加工で取り付けることを必要としない、マイクロチップを提供することを目的とする。 The present invention has been made to solve such a problem, and provides a microchip that does not require post-processing attachment of a tube for injecting and collecting a sample such as a cell or a chemotactic factor. The purpose is to do.
本発明にかかるマイクロチップの製造方法は、マイクロチップに試料を注入もしくは採取するためのチューブを、前期マイクロチップ成形用の型に差し込むステップと、前記マイクロチップ成形用の材料を前記マイクロチップ成形用の型に注型するステップと、注型された前記材料をベークし、硬化させるステップと、硬化させた成形品を離型するステップとを有するものである。このような構成により、前記チューブを後加工で取り付けることを必要としない、マイクロチップを提供することができる。 The method for manufacturing a microchip according to the present invention includes a step of inserting a tube for injecting or collecting a sample into the microchip into a mold for microchip molding, and using the microchip molding material as the microchip molding material. A step of casting into the mold, a step of baking and curing the cast material, and a step of releasing the cured molded product. With such a configuration, it is possible to provide a microchip that does not require the tube to be attached by post-processing.
また、本発明にかかるマイクロチップの製造方法は、少なくとも第1、第2の二つ以上の領域と、前記領域間を連通する微細通路を有する流路部と、少なくとも前記領域のうち一つに試料を注入もしくは採取するためのチューブとを備えた熱硬化シリコン製のマイクロチップの製造方法であって、少なくとも前記マイクロチップ成形用の型に前記チューブを差し込むステップと、前記マイクロチップ成形用のシリコン材料を前記マイクロチップ成形用の型に注型するステップと、注型された前記材料をベークし、硬化させるステップと、硬化した成形品を離型するステップとを有するものである。このような構成により、前記チューブを後加工で取り付けることを必要としない、マイクロチップを提供することができる。 The microchip manufacturing method according to the present invention includes at least one of the first and second regions, a flow path having a fine passage communicating between the regions, and at least one of the regions. A method for producing a microchip made of thermosetting silicon comprising a tube for injecting or collecting a sample, the step of inserting the tube into at least the microchip molding die, and the silicon for microchip molding The method includes a step of casting a material into the mold for microchip molding, a step of baking and curing the cast material, and a step of releasing the cured molded product. With such a configuration, it is possible to provide a microchip that does not require the tube to be attached by post-processing.
ここで、前記マイクロチップ成形用の型には、前記チューブの内径よりも大きな直径を有する突起が設けられており、前記マイクロチップ成形用の型に前記チューブを差し込むステップにおいて、前記チューブを前記突起にはめ込むようにしてもよい。これにより、チューブ内にシリコン材料が流れ出すのを防止することができ、バリの発生を抑えることができる。 Here, the microchip molding die is provided with a projection having a diameter larger than the inner diameter of the tube. In the step of inserting the tube into the microchip molding die, the tube is inserted into the projection. You may make it fit. As a result, the silicon material can be prevented from flowing into the tube, and the generation of burrs can be suppressed.
詳細には、前記突起の直径は前記チューブの内径の1.1倍〜1.2倍であり、前記チューブを前記突起にはめ込む際は1.1倍〜1.2倍に拡管されてはめ込まれることが好ましい。 Specifically, the diameter of the protrusion is 1.1 to 1.2 times the inner diameter of the tube, and when the tube is fitted into the protrusion, the diameter is expanded to be 1.1 to 1.2 times. It is preferable.
また、前期マイクロチップ成形用の型に設けられた突起は、当該型に打ち込まれたピンであってもよい。 Further, the protrusion provided on the microchip mold for the previous period may be a pin driven into the mold.
他方、本発明にかかるマイクロチップは少なくとも第1、第2の二つ以上の領域と、前記領域間を連通する微細通路を有する流路部と、少なくとも前記領域のうち一つに試料を注入もしくは採取するためのチューブとを備えた熱硬化樹脂製のマイクロチップであって、前記チューブは前記マイクロチップを成形する際に前記マイクロチップ成形用の型に差し込まれ、前記マイクロチップと一体に成形されたものである。このような構成により、前記チューブを後加工で取り付けることを必要としない、マイクロチップを提供することができる。 On the other hand, the microchip according to the present invention is configured to inject a sample into at least one of the first and second regions, a flow path having a fine passage communicating between the regions, A microchip made of thermosetting resin having a tube for sampling, and the tube is inserted into the microchip mold when the microchip is molded, and is molded integrally with the microchip. It is a thing. With such a configuration, it is possible to provide a microchip that does not require the tube to be attached by post-processing.
また、本発明にかかるマイクロチップ成形用の型は、少なくとも第1、第2の二つ以上の領域と、前記領域間を連通する微細通路を有する流路部と、少なくとも前記領域のうち一つに試料を注入もしくは採取するためのチューブとを備えた熱硬化樹脂製のマイクロチップ成形用の型であって、前記チューブを前記成形型内部へ差し込む穴と、前記成形型内部において前記チューブをはめ込む突起と、 The mold for forming a microchip according to the present invention includes at least one of the first and second regions, a flow path portion having a fine passage communicating between the regions, and at least one of the regions. A thermosetting resin microchip molding die provided with a tube for injecting or collecting a sample into the hole, and a hole for inserting the tube into the molding die, and fitting the tube inside the molding die Protrusions,
を有することを特徴とするものである。このような構成により、前記チューブを後加工で取り付けることを必要としない、マイクロチップを提供することができる。 It is characterized by having. With such a configuration, it is possible to provide a microchip that does not require the tube to be attached by post-processing.
本発明により、試料を注入・採取するためのチューブを後加工で取り付けることを必要としないマイクロチップを提供することができる。 According to the present invention, it is possible to provide a microchip that does not require attaching a tube for injecting and collecting a sample by post-processing.
以下に、本発明を適用可能な実施の形態が説明される。以下の説明は、本発明の実施形態を説明するものであり、本発明が以下の実施形態に限定されるものではない。また、説明の明確化のため、以下の記載は、適宜、省略及び簡略化がなされている。又、当業者であれば、以下の実施形態の各要素を、本発明の範囲において容易に変更、追加、変換することが可能である。また、以下の各実施形態では、具体化のために細胞の走化性観察用にチップを使用する場合について説明するが、液体検体としてはこれに限定されず、例えば、たんぱく質、核酸、DNA、RNA、ペプチド、ホルモン、抗原、抗体、リガンド、レセプタ、酵素、基質、低分子有機化合物、細胞、イオン等の測定対象物を含む液体であり、サスペンション、コロイド等の分散系も含む。すなわち本発明にかかるマイクロチップは上記のような液体検体のミキシング及び分析についても使用可能なものである。 Hereinafter, embodiments to which the present invention can be applied will be described. The following description is to describe the embodiment of the present invention, and the present invention is not limited to the following embodiment. For the sake of clarity, the following description is omitted and simplified as appropriate. Moreover, those skilled in the art can easily change, add, and convert each element of the following embodiments within the scope of the present invention. Further, in each of the following embodiments, a case where a chip is used for observing the chemotaxis of cells will be described for concreteness, but the liquid specimen is not limited to this, for example, protein, nucleic acid, DNA, It is a liquid containing a measurement object such as RNA, peptide, hormone, antigen, antibody, ligand, receptor, enzyme, substrate, low molecular organic compound, cell, ion, etc., and also includes a dispersion system such as a suspension or a colloid. That is, the microchip according to the present invention can also be used for mixing and analysis of liquid specimens as described above.
実施の形態1
図1は、少なくともチューブ21、チューブ22と一体になったマイクロチップ1および透明性を有する基板10を有するユニット100の断面図である。マイクロチップ1には、ウエル31、ウエル32が設けられている。簡略化のため、ウエルはウエル31、ウエル32の二つで説明するが、複数設けられていてもよい。また、チューブはすべてのウエルに備えられていなくともよく、少なくとも一つのウエルが有していればよいものとする。
FIG. 1 is a cross-sectional view of a
ウエル31、32は当該マイクロチップ1と透明性を有する基板10とが密着された状態においてそれぞれ空間を形成し、当該空間に細胞又は走化性因子が充填される。この例にかかるウエル31、32は、マイクロチップ1の一方の面から約100μm窪んで形成されている。尚、ウエル31、32の容積に特別な制限は無く、細胞、走化性因子等の試料を充填する際の必要最小限の容積を持てばよい。例えば深さは100μm程度、幅・奥行きはそれぞれ1〜2.5mm程度で良い。
The
ウエル31、32にはチューブ21、22が接続されており、チューブ21、22は細胞あるいは走化性因子等の試料を注入・採取するために微小な貫通孔が設けられた筒状体である。このチューブ21、22の口径は特に限定されるものではなく、例えば直径0.5mmのマイクロシリンジを用いて試料の注入が可能であれば良い。このため本実施例でのチューブ21、22の内径は1mm程度、外径は2mm程度である。また、チューブ21、22は円筒状である必要はなく、角筒状であってもよい。
ウエル31とウエル32との間には両者を連通する流路部4が設けられている。流路部4には障壁によって隔てられた微細な通路が形成されており、走化性因子の濃度勾配ができると細胞は通路を通って濃度の高い方へ移動するため、走化性の観察ができる。
Between the well 31 and the well 32, the
流路部4の通路を移動する細胞の像を、透明性を有する基板10を介して外側の観察面から検出することにより、走化性の観察が可能となる。具体的には、観察面に設置した図示しない顕微鏡や図示しないビデオカメラ等の図示しない検出器によって移動する細胞を検出することになるが、この際には細胞の像が十分に確認できる程度の明るさが必要となる。このため、観察面側に図示しない光源を設置して照明光を流路部4付近に照射している。
Chemotactic observation is possible by detecting an image of a cell moving in the passage of the
本実施の形態ではマイクロチップ1を成形する際にチューブ21、22を型にあらかじめ差し込んで成形する。するとマイクロチップ1成形完了時にはマイクロチップ1とチューブ21、22が一体となっており、成形後に穴あけや接着等の後加工する手間を省き、量産性の向上を図ることができる。
In the present embodiment, when the
図2は本実施の形態にかかるマイクロチップ1とシリコン製チューブ21、22の一体成形の様子を表す断面図である。図2において、11、12はマイクロチップ1を成形するための型であり、ここでは上型11と下型12の二つに別れているが、これに限定されず、3つ以上に分割されていてもよい。上型11、下型12内部のキャビティであるP部分にはマイクロチップ1の材料であるシリコン材料が充填される。ここで使用されるシリコン材料は例えばPDMS(Polydimethylsiloxane:シリコーン系二混合熱硬化樹脂)である。
FIG. 2 is a cross-sectional view showing a state in which the
チューブ21、22の材料はとくに限定されないがシリコンであることが好ましい。なぜならチューブ21、22は上型11、下型12に注型されたPDMSをベークする間も、成形型に差し込まれていなければならないので、熱変形しない材料であることが好ましいからである。また、チューブ21、22がシリコン製であればPDMSで成形されるマイクロチップ1と相性良く密着する。
The material of the
シリコン製のチューブ21、22はその弾性によりねじれを生じる場合がある。成形時にチューブ21、22のねじれによる不具合を解消するためにチューブ21、22内部に矯正ピン211、221を差し込む。チューブ21、22は矯正ピン211、221によって伸ばされ、S部分に押し当てられる。こうすることにより、チューブ内にシリコン材料が流れ込むのを防止する。
The
図3はマイクロチップ1を製造する工程を表したフローチャートである。まず、成形に必要なPDMSを計量する(S101)。次にPDMSを攪拌することによって脱泡する(S102)。更にPDMSを真空引きすることによって完全に脱泡する(S103)。また、PDMSを成形するための上型11、下型12を組み立て、組み立てた型にシリコン製チューブ21、22を差し込む(S104)。差し込まれたチューブ21、22には矯正ピン211、221が差し込まれている。こうして材料と型の準備が整ったところで、PDMSを上型11、下型12の組み合わされた型へ注型する(S105)。型内がPDMSで満たされたら、ベークして硬化させる(S106)。硬化して成形品として取り出せる状態になったら離型する(S107)。
FIG. 3 is a flowchart showing a process for manufacturing the
ここで、S101〜103の後にS104を配置したが、S104をS101〜S103よりも先におこなってもよく、また同時におこなってもよい。上記のような手順で、チューブ21、22を型内部へ差し込んでマイクロチップ1を成形することにより、チップ成形後の後加工を必要としない、量産性に優れたマイクロチップを提供することができる。
Here, S104 is arranged after S101 to 103, but S104 may be performed before S101 to S103 or may be performed simultaneously. By forming the
実施の形態2 Embodiment 2
次に、図4を用いて本発明の実施の形態2について説明する。本実施の形態の基本的な内容は実施の形態1と同様であり、説明を省略する。また、同じ番号を付したものについては実施の形態1と同様である。図4は本実施の形態にかかるマイクロチップ1とシリコン製チューブ21、22の一体成形の様子を表す断面図である。図4(a)において、上型11、下型12内へチューブ21、22を差し込む際にS部分にチューブを押し当てる際、型12に打ち込まれた打ち込みピン210、220にチューブ21、22を差し込むようにする。打ち込みピン210、220の直径は特に限定されないが、例えばチューブ21、22の内径の1.1〜1.2倍である。それに伴い、チューブ21、22を打ち込みピン210、220に差し込むとチューブ21、22は1.1〜1.2倍に拡管される。
Next, Embodiment 2 of the present invention will be described with reference to FIG. The basic contents of the present embodiment are the same as those of the first embodiment, and a description thereof will be omitted. The same reference numerals are the same as those in the first embodiment. FIG. 4 is a cross-sectional view showing a state in which the
図4(b)はS部分を拡大した断面図である。図4(b)にはチューブ21側のS部分のみ拡大して表すが、チューブ22側についても同様である。図4(b)には弾性体であるチューブ21がその内径の1.1〜1.2倍の外直径を持った円筒状の打ち込みピン210に、その弾性体としての性質により拡管されてはめ込まれている様子を表している。T部分について、打ち込みピン210の側面とチューブ21の内面はチューブ21が弾性的に拡管されるほどに押し付けられているので、十分なシール性を有している。このため、PDMSがチューブ21内部に下方から流れ込むことをより効果的に防ぐことができる。また、ただ押し付けるよりも打ち込みピン210にチューブ21をはめ込むことによって確実に固定されるので、チューブ21の位置ズレや傾きによる成形不良を防止することができる。
FIG. 4B is an enlarged cross-sectional view of the S portion. In FIG. 4B, only the S portion on the
1 マイクロチップ、100 ユニット、
21、22、 チューブ、21' 穴、
200 穴あけ器、201 接着剤、211、221 矯正ピン、
210、220 打ち込みピン
31、32 ウエル、4 流路部、
10 基板、11 上型、12 下型、
P キャビティ、Q 歪み部、R 穴あけ歪み部、S 押し当て面、
T 拡管部
1 microchip, 100 units,
21, 22, tube, 21 'hole,
200 hole punch, 201 adhesive, 211, 221 straightening pin,
210, 220 Driving pins 31, 32 wells, 4 channels,
10 substrate, 11 upper mold, 12 lower mold,
P cavity, Q strained part, R drilling strained part, S pressing surface,
T expansion section
Claims (10)
前記マイクロチップ成形用の材料を前記マイクロチップ成形用の型に注型するステップと、
注型された前記材料をベークし、硬化させるステップと、
硬化させた成形品を離型するステップと、
を有する、マイクロチップの製造方法。 Inserting a tube for injecting or collecting a sample into a microchip into a mold for forming a microchip in the previous period;
Casting the microchip molding material into the microchip molding die;
Baking and curing the cast material;
Releasing the cured molded product; and
A method for producing a microchip, comprising:
少なくとも前記マイクロチップ成形用の型に前記チューブを差し込むステップと、
前記マイクロチップ成形用のシリコン材料を前記マイクロチップ成形用の型に注型するステップと、
注型された前記材料をベークし、硬化させるステップと、
硬化した成形品を離型するステップと、
を有するマイクロチップの製造方法。 At least a first and a second two or more regions, a flow path portion having a fine passage communicating between the regions, and a tube for injecting or collecting a sample into at least one of the regions. A method of manufacturing a thermochip made of thermosetting silicon,
Inserting the tube into at least the microchip mold;
Casting the microchip molding silicon material into the microchip molding die; and
Baking and curing the cast material;
Releasing the cured molded product; and
A method of manufacturing a microchip having
前記チューブは前記マイクロチップを成形する際に前記マイクロチップ成形用の型に差し込まれ、前記マイクロチップと一体に成形されたマイクロチップ。 At least a first and a second two or more regions, a flow path portion having a fine passage communicating between the regions, and a tube for injecting or collecting a sample into at least one of the regions. A microchip made of thermosetting resin,
The tube is inserted into the mold for forming the microchip when the microchip is formed, and is formed integrally with the microchip.
前記チューブを前記成形型内部へ差し込む穴部を有し、前記マイクロチップ成形時には前記穴部に前記チューブを差し込むことによって、前記チューブと前記マイクロチップの一体成形を可能とする、マイクロチップ成形用の型。 At least a first and a second two or more regions, a flow path portion having a fine passage communicating between the regions, and a tube for injecting or collecting a sample into at least one of the regions. A mold for thermochip molding made of thermosetting resin,
A hole for inserting the tube into the mold, and the tube and the microchip can be integrally formed by inserting the tube into the hole during the microchip molding. Type.
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