JP2006224011A - マイクロバルブ - Google Patents
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Abstract
【解決手段】 第1の基板と、該第1の基板の一方の面側に接着される第2の基板とからなり、前記第1の基板又は第2の基板の少なくも何れか一方にマイクロチャネルが形成されているマイクロ化学チップにおいて、
前記第1の基板は、前記マイクロチャネルに連通する、上部が大気に開口した吐出室を有し、
前記第1の基板上面には、型枠と弁膜とからなるマイクロバルブが配設されており、
前記弁膜は前記吐出室を覆うように前記第1の基板上面に配設されており、
前記型枠は前記弁膜の外周縁に該弁膜と一体化されて配設されており、
前記弁膜は、前記吐出室の位置に対応する以外の位置に貫通孔を有し、
前記貫通孔の下部は前記第1の基板面により遮蔽されていて、貫通孔の上部には送入チューブが固着されていることを特徴とするマイクロ化学チップ。
【選択図】 図3
Description
前記第1の基板は、前記マイクロチャネルに連通する、上部が大気に開口した吐出室を有し、
前記第1の基板上面には、型枠と弁膜とからなるマイクロバルブが配設されており、
前記弁膜は前記吐出室を覆うように前記第1の基板上面に配設されており、
前記型枠は前記弁膜の外周縁に該弁膜と一体化されて配設されており、
前記弁膜は、前記吐出室の位置に対応する以外の位置に貫通孔を有し、
前記貫通孔の下部は前記第1の基板面により遮蔽されていて、貫通孔の上部には送入チューブが固着されていることを特徴とするマイクロ化学チップである。
マイクロバルブ20−1、20−2及び20−3をそれぞれ開状態又は閉状態で様々に組み合わせて動作させることにより逆止弁機能や秤量機能などの各種の操作を実施することができる。
先ず、4インチウエハ基板を準備した。プロセスの信頼性を得るために、レジストを使用する前にウエハ基板を洗浄・乾燥する必要があり、本実施例では、ピラニア・エッチング/クリーン(H2SO4およびH2O2)処理後、蒸留水でリンスした。その後、シリコンの表面酸化膜を除去するため、BHF(バッファード弗酸)に15分間浸し、蒸留水でリンスした。その後、表面の脱水のため、対流式のオーブン中で60℃、30分間程度ベークした。この表面処理済ウエハ上にSU−8ネガティブフォトレジストを1000rpmの回転速度で約25秒間塗布し、溶媒を蒸発させ、膜を高密度化するためにソフトベークを65℃で30分間(STEP1)、95℃で90分間(STEP2)処理した。クーリング後、このレジスト膜上に、所定のパターンを有するマスクを被せ、露光装置(ユニオン光学製 PEM−800)で密着露光した。その後、レジスト膜の露光された部分の架橋を行うため65℃で15分間(STEP1)、95℃で25分間(STEP2)加温し、クーリング後、1−メトキシ−2−プロピル酢酸現像液で現像し、現像後、基板は短時間イソプロピルアルコール(IPA)でリンスした。その後、65℃で30分間乾燥後、150℃で5分間かけてハードベークし、マスターを完成させた。
このマスターの表面をフルオロカーボン(CHF3)の存在下で反応性イオンエッチングシステムにより処理し、表面にCHF3剥離膜を形成した。マスターの剥離膜形成面上に、PDMSプレポリマー混合液として、米国のダウ・コーニング社製のSYLGARD 184 SILICONE ELASTOMERを流し込み、脱気、加温(65℃、4時間)した。4時間経過後、オーブンから取り出し、図2に示されるようなPDMS製の第1の基板3をマスターから剥離した。得られた第1の基板3の厚さは2mmであり、ポート9の内径は何れも2mmであり、マイクロチャネル15の幅は200μm、高さは200μm、長さは30mmであり、吐出室19は内径2mmの円柱状であった。
(2)型枠及び弁膜の製造
先ず、4インチウエハ基板を準備した。プロセスの信頼性を得るために、レジストを使用する前にウエハ基板を洗浄・乾燥する必要があり、本実施例では、ピラニア・エッチング/クリーン(H2SO4およびH2O2)処理後、蒸留水でリンスした。その後、シリコンの表面酸化膜を除去するため、BHF(バッファード弗酸)に15分間浸し、蒸留水でリンスした。その後、表面の脱水のため、対流式のオーブン中で60℃、30分間程度ベークした。この表面処理済ウエハ上にSU−8ネガティブフォトレジストを1000rpmの回転速度で約25秒間塗布し、溶媒を蒸発させ、膜を高密度化するためにソフトベークを65℃で30分間(STEP1)、95℃で90分間(STEP2)処理した。クーリング後、このレジスト膜上に、所定のパターンを有するマスクを被せ、露光装置(ユニオン光学製 PEM−800)で密着露光した。その後、レジスト膜の露光された部分の架橋を行うため65℃で15分間(STEP1)、95℃で25分間(STEP2)加温し、クーリング後、1−メトキシ−2−プロピル酢酸現像液で現像し、現像後、基板は短時間イソプロピルアルコール(IPA)でリンスした。その後、65℃で30分間乾燥後、150℃で5分間かけてハードベークし、マスターを完成させた。
このマスターの表面をフルオロカーボン(CHF3)の存在下で反応性イオンエッチングシステムにより処理し、表面にCHF3剥離膜を形成した。マスターの剥離膜形成面上に、PDMSプレポリマー混合液として、米国のダウ・コーニング社製のSYLGARD 184 SILICONE ELASTOMERを流し込み、脱気、加温(65℃、4時間)した。4時間経過後、オーブンから取り出し、型枠23及び弁膜21をマスターから剥離した。型枠23の幅は2mm、高さは4mm、枠の内側の横は34mm、縦は24mmであった。弁膜21の高さは4mm、横30mm、縦20mmであった。弁膜21の所定箇所に内径2mmの穴を機械的に穿設した。
(3)マイクロ化学チップの製造
前記第1の基板3よりも若干大きいサイズのガラス板を準備した。ガラス板の接着面をエチルアルコールで洗浄し、蒸留水でリンスした。その後、エキシマUV光を照射し、ガラス板接着面の表面酸化物を除去した。このガラス板に前記PDMS製の第1の基板を恒久接着させた。PDMS製の第1の基板にマスクを被せてエキシマUV光を照射して所定箇所を表面改質処理し、同時に、型枠の接着面をエキシマUV光を照射して表面改質処理した。次いで、第1の基板の上面の所定箇所に型枠を載置し、恒久接着させ、次いで、型枠23の内側に弁膜21を配置し、第1の基板に自己吸着させた。型枠23と弁膜21との隙間に、PDMSプレポリマー混合液として、米国のダウ・コーニング社製のSYLGARD 184 SILICONE ELASTOMERを流し込み、脱気、加温(65℃、4時間)した。4時間経過後、オーブンから取り出し、型枠23及び弁膜21を一体化させた。弁膜21の穴に外径2mmのテフロン製送入チューブ7を、接着剤セメダインPPX(セメダイン(株)製)で固着させた。
(4)送液テスト
送入チューブ7から赤色に着色された水を圧力50kPaで送入したところ、弁膜21が膨隆して赤色水が吐出室19からマイクロチャネル15を経てポート9に出てくるのが確認された。
本発明のマイクロバルブを有するマイクロ化学チップは、液体の他に、気体、懸濁液、分散液、微粒子粉体なども移動物体として移動させることができる。
3 第1の基板
5 第2の基板
7 送入チューブ
9 出力ポート
11 接着剤
15 マイクロチャネル
17 弁座
19 吐出室
20,20A マイクロバルブ
21,21A 弁膜
23 型枠
27 弁膜と弁座との間に生じる隙間
30 弁膜の膜厚の厚い部分
32 弁膜の膜厚の薄い部分
34 空気抜き穴
40 マスク
47 PDMSプレポリマー混合液
49 注入器
51 マスク
100 従来のマイクロ化学チップ
101 シリコン基板
102 マイクロチャネル
103,104 入出力ポート
105 対面基板
Claims (5)
- 第1の基板と、該第1の基板の一方の面側に接着される第2の基板とからなり、前記第1の基板又は第2の基板の少なくも何れか一方にマイクロチャネルが形成されているマイクロ化学チップにおいて、
前記第1の基板は、前記マイクロチャネルに連通する、上部が大気に開口した吐出室を有し、
前記第1の基板上面には、型枠と弁膜とからなるマイクロバルブが配設されており、
前記弁膜は前記吐出室を覆うように前記第1の基板上面に配設されており、
前記型枠は前記弁膜の外周縁に該弁膜と一体化されて配設されており、
前記弁膜は、前記吐出室の位置に対応する以外の位置に貫通孔を有し、
前記貫通孔の下部は前記第1の基板面により遮蔽されていて、貫通孔の上部には送入チューブが固着されていることを特徴とするマイクロ化学チップ。 - 前記第1の基板がポリジメチルシロキサン(PDMS)又はガラスから形成されており、前記型枠及び弁膜がPDMSから形成されており、前記型枠が第1の基板と恒久接着しており、前記弁膜が前記第1の基板と自己吸着していることを特徴とする請求項1記載のマイクロ化学チップ。
- 前記弁膜は均一な厚さを有し、かつ、前記吐出室部分及び前記貫通孔配設部分以外の箇所に少なくとも1個の空気抜き穴が配設されていることを特徴とする請求項1又は2記載のマイクロ化学チップ。
- 前記弁膜は厚さの厚い部分と厚さの薄い部分に2分されており、前記貫通孔及び送入チューブは前記厚さの厚い部分に配設され、前記吐出室は前記厚さの薄い部分により覆われており、前記厚さの薄い部分の前記吐出室部分以外の箇所に少なくとも1個の空気抜き穴が配設されているいることを特徴とする請求項1又は2記載のマイクロ化学チップ。
- 前記マイクロバルブを2個以上有することを特徴とする請求項1〜4の何れかに記載のマイクロ化学チップ。
Priority Applications (1)
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2005
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