JP2007178338A - Detection cell and its manufacturing method - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、透明な基板に流路を形成し、その流路中を流れる液体試料の吸光度等を測定する検出セルとその製造方法に関するものである。 The present invention relates to a detection cell for forming a flow path on a transparent substrate and measuring the absorbance and the like of a liquid sample flowing in the flow path, and a method for manufacturing the same.
可視域または紫外域の光線を用いて液体試料の吸光度を測定し、液体試料中の成分分析を行うために用いられる検出セルがある。近年、検出セルに導入する液体試料の微量化を図るため、検出セルの微細化が行われている。検出セルはキャピラリー電気泳動、液体クロマトグラフィ等の分析装置の一部に設置され、微量な液体試料に光線をあて吸光度の測定を行うものとなっている。検出セルを用いた一般的な分析装置を図5に示す。 There is a detection cell used for measuring the absorbance of a liquid sample using light in the visible region or ultraviolet region and analyzing the components in the liquid sample. In recent years, detection cells have been miniaturized in order to reduce the amount of liquid sample introduced into the detection cells. The detection cell is installed in a part of an analyzer such as capillary electrophoresis or liquid chromatography, and measures the absorbance by irradiating a small amount of liquid sample with light. A general analyzer using a detection cell is shown in FIG.
図5に示すように、分析装置50は、検出セル51と、検出セル51に光を出射する光源52と、検出セル51を透過した光を受光する受光素子53とを備える。検出セル51は、透明な基板(或いはブロック)54に、液体試料が流れると共にその液体試料に光を透過させる検出流路55と、検出流路55に試料を導入、排出するための試料入出路56とが形成されたものである。分析装置50では、光源52から発せられた光が検出セル51中の液体試料を透過し、受光素子53で受光され、液体試料の吸光度が測定される。
As shown in FIG. 5, the
他に、検出流路の代わりに検出室が形成された検出セルを用い、検出室にマイクロピペット等を用いて液体試料を導入し、静的に液体試料の吸光度を測定する分析装置もある。 In addition, there is an analyzer that uses a detection cell in which a detection chamber is formed instead of a detection channel, introduces a liquid sample into the detection chamber using a micropipette or the like, and statically measures the absorbance of the liquid sample.
近年、検出セルの微細化がすすみ、検出セルの検出流路(或いは検出室)を機械加工に代わって、半導体微細加工プロセスを用いて作製する動きがある。半導体微細加工プロセスを用いれば、検出流路(検出室)を数ミクロンから数十ミクロンのサイズで作製することが可能である。 In recent years, miniaturization of detection cells has progressed, and there is a movement to manufacture a detection flow path (or detection chamber) of a detection cell using a semiconductor microfabrication process instead of machining. If a semiconductor microfabrication process is used, a detection channel (detection chamber) can be produced with a size of several microns to several tens of microns.
これらの検出セルでは受光素子53に導かれる光のほぼ全てが液体試料中を通ることが望ましい。液体試料中を通らずに受光素子53で受光される光線は、液体試料の種類によらず一定の値をとり、バックグラウンドノイズとして検出感度を弱める原因となるためである。検出感度を高めるには、このような余分な光線を遮光しなくてはならない。
In these detection cells, it is desirable that almost all of the light guided to the
例えば、特許文献1に示される検出計セルでは、分析流路の流れる方向に対して垂直な方向に入射させた光の吸光度を測定するために、分析流路と平行で、かつ光線と垂直な一面に遮光膜を設け、検出感度を高める手法が提案されている。 For example, in the detector cell shown in Patent Document 1, in order to measure the absorbance of light incident in a direction perpendicular to the flow direction of the analysis flow path, it is parallel to the analysis flow path and perpendicular to the light beam. A method has been proposed in which a light shielding film is provided on one surface to increase detection sensitivity.
しかしながら、このような検出セルとは別に、図6に示すように、流路方向(液体試料の流れる方向)と平行に光線を入射させ、液体試料中を通る経路(作用長)を長くすることにより検出セルの検出感度を高くする検出セル60が要求されている。このような構造の検出セル60では、遮光膜の光を通すピンホールと検出流路55との位置合わせを高精度に行うことは容易ではない。
However, apart from such a detection cell, as shown in FIG. 6, the light beam is incident in parallel with the flow path direction (the direction in which the liquid sample flows), and the path (action length) passing through the liquid sample is lengthened. Therefore, a
そこで、本発明の目的は、上記課題を解決し、液体試料中を光が透過する作用長を長くし、かつ、検出に必要のない余分な光線を遮光せしめる検出セルと、その検出セルを高精度に作製する検出セルの製造方法とを提供することにある。 In view of the above, an object of the present invention is to solve the above-mentioned problems, to increase the working length of light passing through a liquid sample, and to block an extra light beam unnecessary for detection, and to increase the detection cell. An object of the present invention is to provide a manufacturing method of a detection cell manufactured with high accuracy.
上記目的を達成するために、請求項1の発明は、透明な基板に形成した検出流路に液体試料を導入し、その液体試料に紫外域や可視域の光線を透過させて、その吸光度を測定して液体試料の成分分析をするための検出セルにおいて、上記基板と、その基板に形成される略直線状の検出流路と、上記検出流路の一端に接続して上記検出流路の直線方向以外の位置に形成され液体試料を検出流路に導入する試料導入流路と、上記検出流路の他端に接続して上記検出流路の直線方向以外の位置に形成され上記検出流路の液体試料を排出する試料排出流路と、上記検出流路の直線方向の基板側面に形成される上記光線の入出射用のピンホール形成溝と、上記基板上面に接合する上板と、上記ピンホール形成溝が形成された基板側面を上記ピンホール形成溝を除いて覆う遮光膜とを備える検出セルである。 In order to achieve the above object, the invention of claim 1 introduces a liquid sample into a detection channel formed on a transparent substrate, transmits light in the ultraviolet region and visible region, and absorbs the absorbance. In a detection cell for measuring and analyzing a component of a liquid sample, the substrate, a substantially linear detection channel formed on the substrate, and one end of the detection channel are connected to the detection channel. A sample introduction channel that introduces a liquid sample into the detection channel formed at a position other than the linear direction, and a detection flow that is connected to the other end of the detection channel and formed at a position other than the linear direction of the detection channel. A sample discharge channel for discharging a liquid sample in the path, a pinhole forming groove for entering and exiting the light beam formed on the side surface of the substrate in the linear direction of the detection channel, an upper plate joined to the upper surface of the substrate, The side surface of the substrate on which the pinhole forming groove is formed is A detection cell and a light shielding film covering except groove.
請求項2の発明は、上記検出流路の深さが100μm以下である請求項1記載の検出セルである。
The invention according to
請求項3の発明は、上記基板が石英ガラスで形成されている請求項1または2記載の検出セルである。
The invention according to claim 3 is the detection cell according to
請求項4の発明は、上記遮光膜がSi,Ta,Cr,AlまたはWで形成されている請求項1〜3いずれかに記載の検出セルである。 A fourth aspect of the present invention is the detection cell according to any one of the first to third aspects, wherein the light shielding film is formed of Si, Ta, Cr, Al, or W.
請求項5の発明は、透明な基板に形成した検出流路に液体試料を導入し、その液体試料に紫外域や可視域の光線を当て、その吸光度を測定することで液体試料の成分分析をするための検出セルの製造方法において、上記基板に、略直線状の検出流路と、その検出流路の一端に接続され液体試料を導入する試料導入流路と、他端に接続され液体試料を排出する試料排出流路と、上記検出流路の直線方向に位置し上記光線の入出射用のピンホール形成溝とを、半導体微細加工プロセスを用いて同時に形成し、上記基板上面に上板を接合し、その接合された基板と上板をピンホール形成溝が基板側面に露出するように切断し、上記上板の上方から遮光膜を成膜して、上記ピンホール形成溝が露出した上記基板側面を上記ピンホール形成溝を除いて遮光膜で覆うことを特徴とする検出セルの製造方法である。 The invention of claim 5 introduces a liquid sample into a detection channel formed on a transparent substrate, irradiates the liquid sample with light in the ultraviolet region or visible region, and measures the absorbance to analyze the component of the liquid sample. In the method of manufacturing a detection cell, a substantially linear detection channel, a sample introduction channel connected to one end of the detection channel, and a liquid sample connected to the other end are connected to the substrate. A sample discharge channel for discharging the light and a pinhole forming groove for entering and exiting the light beam located in a linear direction of the detection channel are simultaneously formed using a semiconductor micromachining process, and an upper plate is formed on the upper surface of the substrate. Were cut so that the pinhole forming groove was exposed on the side surface of the substrate, a light shielding film was formed from above the upper plate, and the pinhole forming groove was exposed. The substrate side is shielded except for the pinhole groove. It is a manufacturing method for detecting cells, wherein the covering with film.
請求項6の発明は、上記遮光膜をスパッタリング法を用いて成膜する請求項5記載の検出セルの製造方法である。 The invention according to claim 6 is the method for manufacturing a detection cell according to claim 5, wherein the light shielding film is formed by sputtering.
請求項7の発明は、上記半導体微細加工プロセスは、フォトリソグラフィ法及び反応性イオンエッチングを用いる加工プロセスである請求項5または6記載の検出セルの製造方法である。 A seventh aspect of the present invention is the detection cell manufacturing method according to the fifth or sixth aspect, wherein the semiconductor microfabrication process is a process using a photolithography method and reactive ion etching.
請求項8の発明は、上記基板を石英ガラスで形成した請求項5〜7いずれかに記載の検出セルの製造方法である。 The invention according to claim 8 is the method of manufacturing a detection cell according to any one of claims 5 to 7, wherein the substrate is formed of quartz glass.
請求項9の発明は、上記遮光膜をSi,Ta,Cr,AlまたはWで形成した請求項5〜8いずれかに記載の検出セルの製造方法である。 The invention of claim 9 is the method of manufacturing a detection cell according to any one of claims 5 to 8, wherein the light shielding film is formed of Si, Ta, Cr, Al or W.
本発明によれば、作用長を長くし、かつ、検出に必要のない余分な光線を遮光して検出感度を高くすることができるという優れた効果を発揮する。 According to the present invention, it is possible to increase the detection sensitivity by increasing the working length and shielding extra light rays that are not necessary for detection.
以下、本発明の好適な一実施形態を添付図面に基づいて詳述する。 Hereinafter, a preferred embodiment of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.
図1は本発明に係る検出セルの好適な実施の形態を示し、図1(a)は平面図、図1(b)は図1(a)の1B−1B線矢視図である。
FIG. 1 shows a preferred embodiment of a detection cell according to the present invention, FIG. 1 (a) is a plan view, and FIG. 1 (b) is a view taken along
図1(a)、図1(b)に示すように、本実施の形態の検出セル10は、基板11に、略直線状の検出流路12が形成され、その検出流路12の一端に液体試料を導入する試料導入流路13が、他端に液体試料を排出する試料排出流路14が、検出流路12の直線方向以外の位置にそれぞれ形成されている。検出流路12の直線方向の基板側面15には光線の入出射用のピンホール形成溝16が形成され、基板11上面に上板17を接合させてピンホール20が形成されている。さらに、ピンホール形成溝16が形成された基板側面15がピンホール形成溝16を除き遮光膜18で覆われている。
As shown in FIGS. 1 (a) and 1 (b), the
本実施の形態の検出セル10では、試料導入流路13及び試料排出流路14は、直線形状の検出流路12の両端に、検出流路12に直角にそれぞれ接続され、試料導入流路13と試料排出流路14とは同じ基板側面19に臨んで形成されている。図示しないが、試料導入流路13と試料排出流路14には、液体試料を導入、排出するためのキャピラリ等がそれぞれ接続されている。
In the
基板11は、成分分析に用いる紫外域や可視域の光線を透過する透明な材料からなり、本実施の形態では、光線の透過性や化学的安定性において優れた特性を有する石英ガラスを用いて形成した。基板11を石英ガラスで形成することで、検出流路12を透過させる光の基板11内での損失を低減することができる。本実施の形態では、基板11を石英ガラスで形成すると共に、基板11に接合させる上板17も石英ガラスで形成した。
The
検出流路12は、その深さを100μm以下にして形成し、試料導入流路13、試料排出流路14、及びピンホール形成溝16の深さも検出流路12と等しくした。検出流路12、試料導入流路13、試料排出流路14及びピンホール形成溝16の幅は100μm以下とした。検出流路12の長さは3mmとし、ピンホール形成溝16の長さは300μmとした。ただし、ピンホール形成溝16の長さは基板側面15からの距離である。検出流路12とピンホール形成溝16の間の長さは100μmとした。
The
また、検出セル10では、ピンホール形成溝16が形成された基板側面15の他に、上板17の上面とピンホール形成溝16が形成されていない側の側面も遮光膜18で覆われていてもよい。本実施の形態では、遮光膜はSiを用いて形成したが、遮光膜18を形成する材料としては、遮光性を有しかつスパッタリングによる成膜が可能な材料であればよく、例えばTa、Cr、Al、W等が挙げられる。
Further, in the
次に、検出セル10の製造方法を図2〜図4に基づいて説明する。
Next, the manufacturing method of the
図2(a)に示すように、基板11に検出流路12、試料導入流路13、試料排出流路14及びピンホール形成溝16を同時形成する。これらの流路及び溝は、半導体微細加工プロセスを用いて形成され、具体的には、フォトリソグラフィ及び反応性イオンエッチングを用いて形成される。ピンホール形成溝16と検出流路12とがフォトリソグラフィにより同時形成されるため、ピンホール形成溝16と検出流路12間の位置合わせ精度は、フォトマスクの描画精度レベルとなり、サブミクロンオーダでの高精度な位置合わせが可能となる。なお、図2(a)は、検出セルの製造工程の一工程をわかりやすく斜視図で示したものであるが、この段階では、まだ基板11は切断されてなく(側面15、19が形成されていない)、図2(b)に示す上面図のように切断されていない基板11aに流路等が形成されている。
As shown in FIG. 2A, the
図3(a)に示すように、流路等が形成された基板11に上板17を熱接合により接合する。接合した基板11と上板17(接合体21)をダイシングによりピンホール形成溝16が露出するように切断して側面15を形成する。図2の場合と同様に、実際にはダイシング後の接合体21は、図3(b)に示される側面15が形成された接合体21aのようになっている。
As shown in FIG. 3A, the
次に、ピンホール形成溝16が露出した接合体21をスパッタリング装置内に配置する。このとき、上板17の上面にSiが堆積するように(上板17の上面がSiターゲットに向かって)接合体21を配置する。図4(a)、図4(b)に示すように、スパッタリングにて接合体21にSiを成膜し遮光膜18を形成する。このとき、スパッタリングの回り込みにより、上板17の上面だけでなく上板17の側面及び基板側面15,19にも遮光膜18が形成される。スパッタリングの回り込みは、回り込む距離に制限があり、ピンホール形成溝16の長さを所定長以上にすれば、ピンホール形成溝16の最深部(側面15から最も遠い面)には遮光膜が成膜されない。好ましくは、ピンホール形成溝16の長さを300μm以上にするとよい。これにより、側面15は、検出流路15の直線上に形成されるピンホールでのみ光を透過するように遮光膜18が形成される。最後に遮光膜18が形成された接合体を所望サイズにダイシングして検出セル10が得られる。
Next, the joined
次に、本実施の形態の作用について説明する。 Next, the operation of the present embodiment will be described.
液体試料は、試料導入流路13から導入されて検出流路12を通り、試料排出流路14から排出される。図示されない光源からの光は、検出セル10の側面15に形成されたピンホール20から入射される。一方のピンホール20から入射した光は、検出流路12を透過し、他方のピンホール20から出射する。検出セル10を透過した光は、図示されない受光素子で検出され、その光の吸光度(減衰)から液体試料の成分や濃度を測定する。
The liquid sample is introduced from the
検出セル10では、検出流路12の流路方向に光を入射させているので、光が液体試料中を通る作用長を長くとることができる。作用長が長い程、液体試料を要因とする光の減衰は大きくなり、検出感度を高くすることができる。
In the
また、ピンホール形成溝16が形成された基板側面15をピンホール形成溝16を除いて遮光膜18で覆っているので、検出される光線に付与されるノイズ光を遮断することができ、検出感度を高くすることができる。
Further, since the
本実施の形態の検出セル10の製造方法によれば、検出流路12の直線方向の基板側面15に、ピンホール形成溝16を検出流路12と共に半導体微細加工プロセスにより形成しているので、検出流路12に光線を入射させるピンホール20を高精度に位置合わせして形成することができる。
According to the manufacturing method of the
本実施の形態では、試料導入流路13及び試料排出流路14を同じ側面19に臨んで形成したが、試料導入流路13と試料排出流路14とは互いに対向する基板側面に臨むよう形成してもよく、他に、ピンホール形成溝16が形成された基板側面15に臨んで形成してもよい。ただし、基板側面15に臨んで形成した場合、試料導入流路13及び試料排流路14内に一部(基板側面近傍の流路内壁)遮光膜が形成されるので、液体試料に応じて影響のない遮光膜材料を適宜選択する必要がある。また、試料導入流路13及び試料排出流路14は、検出流路12に直角に接続されなくてもよく、検出流路12の流路延長方向(直線方向)にピンホール形成溝16が形成できれば、検出流路12にどのように接続してもよい。
In the present embodiment, the sample
10 検出セル
11 基板
12 検出流路
13 試料導入流路
14 試料排出流路
16 ピンホール形成溝
17 上板
18 遮光膜
DESCRIPTION OF
Claims (9)
上記基板と、その基板に形成される略直線状の検出流路と、上記検出流路の一端に接続して上記検出流路の直線方向以外の位置に形成され液体試料を検出流路に導入する試料導入流路と、上記検出流路の他端に接続して上記検出流路の直線方向以外の位置に形成され上記検出流路の液体試料を排出する試料排出流路と、上記検出流路の直線方向の基板側面に形成される上記光線の入出射用のピンホール形成溝と、上記基板上面に接合する上板と、上記ピンホール形成溝が形成された基板側面を上記ピンホール形成溝を除いて覆う遮光膜とを備えることを特徴とする検出セル。 In a detection cell for analyzing the components of a liquid sample by introducing a liquid sample into a detection channel formed on a transparent substrate, transmitting light in the ultraviolet or visible range to the liquid sample, and measuring the absorbance ,
The substrate, a substantially linear detection channel formed on the substrate, and one end of the detection channel connected to one end of the detection channel, formed at a position other than the linear direction of the detection channel, and introducing a liquid sample into the detection channel A sample introduction channel, a sample discharge channel connected to the other end of the detection channel and formed at a position other than the linear direction of the detection channel and discharging the liquid sample in the detection channel, and the detection flow Pinhole forming grooves for entering and exiting the light beam formed on the side surface of the substrate in the linear direction of the path, an upper plate joined to the top surface of the substrate, and forming the pinhole on the side surface of the substrate on which the pinhole forming groove is formed A detection cell comprising a light-shielding film covering except for the groove.
上記基板に、略直線状の検出流路と、その検出流路の一端に接続され液体試料を導入する試料導入流路と、他端に接続され液体試料を排出する試料排出流路と、上記検出流路の直線方向に位置し上記光線の入出射用のピンホール形成溝とを、半導体微細加工プロセスを用いて同時形成し、上記基板上面に上板を接合し、その接合された基板と上板をピンホール形成溝が上記基板側面に露出するように切断し、上記上板の上方から遮光膜を成膜して、上記ピンホール形成溝が露出した基板側面を上記ピンホール形成溝を除いて遮光膜で覆うことを特徴とする検出セルの製造方法。 Manufacture of a detection cell for component analysis of a liquid sample by introducing a liquid sample into a detection channel formed on a transparent substrate, irradiating the liquid sample with ultraviolet or visible light, and measuring the absorbance In the method
A substantially linear detection channel on the substrate; a sample introduction channel connected to one end of the detection channel to introduce a liquid sample; a sample discharge channel connected to the other end to discharge the liquid sample; A pinhole forming groove for entering and exiting the light beam located in the linear direction of the detection flow path is simultaneously formed using a semiconductor micromachining process, and an upper plate is joined to the upper surface of the substrate, and the joined substrate and The upper plate is cut so that the pinhole forming groove is exposed on the side surface of the substrate, and a light shielding film is formed from above the upper plate. A method for manufacturing a detection cell, wherein the detection cell is covered with a light shielding film.
The method of manufacturing a detection cell according to claim 5, wherein the light shielding film is formed of Si, Ta, Cr, Al, or W.
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