JP2008006725A - マイクロ流管チップの製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】流管の閉塞や実際の流路断面積の変化を防止できるとともに、流管が優れた気密性を有し、かつ流管を形成する部材同士を簡易に一体化させることができるマイクロ流管チップの製造方法を提供する。
【解決手段】平らな表面に流管となる細長状の溝（１１）が形成された基体（１）に、少なくとも溝周りを覆うように、シート材（２）を載置するとともに、このシート材上に基体に向けて少なくとも溝周りを覆うキャビティ（３０）が形成された金型（３）を配設した。次いで、この金型のキャビティ内に溶融樹脂（４）を加圧充填させることにより、溶融樹脂によってシート材を当該溶融樹脂及び基体に熱溶着させた。次いで、溶融樹脂を硬化させた後に、この硬化した溶融樹脂から金型を離間させることにより、溶融樹脂によって成形された成形体をシート材を介して基体に一体成形するとともに、両者間に溝による流管を形成した。
【選択図】図１

Description

本発明は、マイクロ化学工場や医薬品・食品などの研究施設、あるいは緊急治療その他の医療現場で用いられるマイクロリアクターの基本ユニットとなるマイクロ流管チップを製造する方法に関するものである。

上記マイクロ流管チップは、ミクロン単位の空間を利用した化学反応や物品生産のため部品であり、例えば、表面に細長状の溝を形成した第１の平板部材と、この第１の平板部材の表面に対向配置される第２の平板部材とを一体化させることにより、上記溝による管径１００ミクロン以下の流管が形成されている（例えば、特許文献１）。

これらの平板部材の一体化は、接着剤等を用いて、溝の外周を接着することによりなされており、接着剤の使用量や貼付圧力などの条件によって接着層の厚さが変動し、その変動量が上記流管の管径に対して無視できないほど大きいため、実際の流路断面積が大幅に変化するといった問題がある。
特に、接着剤の使用量が多い場合には、接着剤が溝内に流れ込んで閉塞してしまう恐れがある。逆に、接着剤の使用量が少ない場合には、接着むらが発生し、接着剤が少ない部分で気密性が低下して、流管内を流通する流体の漏れに繋がる危険性がある。
このため、こうした不具合を回避するために、接着剤の使用量や貼付圧力が規定値からずれないように平板部材の貼付作業を慎重に行うことが要求される。

特開２０００−２４６０９２号公報

本発明は、かかる事情に鑑みてなされたもので、流管の閉塞や実際の流路断面積の変化を防止できるとともに、流管が優れた気密性を有し、かつ流管を形成する部材同士を簡易に一体化させることができるマイクロ流管チップの製造方法の提供を課題とする。

すなわち、請求項１に記載の本発明に係るマイクロ流管チップの製造方法は、平らな表面に流管となる細長状の溝が形成された基体に、少なくとも上記溝周りを覆うように、シート材を載置するとともに、このシート材上に上記基体に向けて少なくとも上記溝周りを覆うキャビティが形成された金型を配設し、次いで、この金型のキャビティ内に溶融樹脂を加圧充填させることにより、上記溶融樹脂によって上記シート材を当該溶融樹脂及び上記基体に熱溶着させ、次いで、上記溶融樹脂を硬化させた後に、この硬化した溶融樹脂から上記金型を離間させることにより、上記溶融樹脂によって成形された成形体を上記シート材を介して上記基体に一体成形するとともに、両者間に上記溝による流管を形成することを特徴としている。

請求項２に記載の発明は、請求項１に記載のマイクロ流管チップの製造方法において、上記シート材に、テンションを作用させた状態において、上記キャビティ内に上記樹脂を加圧充填させることを特徴としている。

請求項３に記載の発明は、請求項１又は２に記載のマイクロ流管チップの製造方法において、上記基体、上記シート材及び上記溶融樹脂を、同一の樹脂素材によって構成したことを特徴としている。

請求項１ないし３のいずれか一項に記載のマイクロ流管チップの製造方法によれば、基体上に載置されたシート材上に、少なくとも溝周りを覆うキャビティを有する金型を配設し、この金型のキャビティ内に溶融樹脂を加圧充填させる。
これにより、上記溶融樹脂が上記金型のキャビティにおいて上記シート材上に行き渡り、上記キャビティ内に充満することにより、上記溶融樹脂によって上記シート材を少なくとも上記溝周りにおいて当該溶融樹脂及び上記基体に熱溶着させ、上記基体に当該溶融樹脂を一体化させることができる。
その際に、シート材が少なくとも溝周りを覆うように載置されているため、シート材によって上記溝内に溶融樹脂が入り込むことを防ぎ、溝の断面積が縮小することを防止できる。

次いで、溶融樹脂を硬化させた後に、この硬化した溶融樹脂から上記金型を離間させることにより、上記溶融樹脂による成形体を上記シート材を介して上記基体に一体成形するとともに、上記溝による流管を形成することができる。
その際、成形体が少なくとも溝周りを覆うように上記シート材を介して形成されているため、気密性の高い流管を形成することができる。

以上のように、成形体を構成する溶融樹脂によって基体と成形体との間に介装されたシート材を熱溶着させることにより、基体及び成形体を簡易な方法で一体に形成することができる。このため、成形体を一体成形する金型形状を変えることのみによって、使用用途に応じたあらゆる立体形状のマイクロ流管チップを製造することができる。
また、複数の溝を密に形成した際にも、溝と溝との間に接着剤等を塗布して基体及び成形体を一体化させる場合と異なり、基体に成形体を容易に一体成形することができるため、互いの間隔が詰めて配設された多数本の流管を有するマイクロ流管チップを製造することができる。

特に、請求項２に記載の発明によれば、上記シート材に、テンションを作用させた状態において、上記キャビティ内に上記溶融樹脂を加圧充填させたため、上記溶融樹脂が上記シート材上に行き渡り、上記キャビティ内に上記充満する際に、上記溶融樹脂が溝上のシート材を基体に向けて押圧し、シート材が溝内に一部押し込まれた状態のまま硬化することを防止できる。
その結果、得られたマイクロ流管チップにおける流管の実際の流路断面積が縮小することを確実に阻止することができる。

また、請求項３に記載の発明によれば、上記基体、上記シート材及び上記溶融樹脂を、同一の樹脂素材によって構成したため、シート材を溶融樹脂及び基体に熱溶着させる際に、基体、シート材及び溶融樹脂の密着性を著しく高めることができる。
このため、得られたマイクロ流管チップは、流管が優れた気密性を有するとともに、板厚方向や板面方向の応力に対する強度を著しく高めることができる。また、経時変化による基体、シート材及び成形体の密着性の低下を著しく減少させることができる。

以下、本発明のマイクロ流管チップの製造方法に係る実施の形態について、図１を用いて説明する。

本実施形態のマイクロ流管チップの製造方法は、図１（ａ）に示すように、表面が平らな矩形平板状の透明樹脂からなる基体１と、この基体１よりも外法寸法の大きいシート材２と、この基体１の表面と同一形状の開口部（キャビティ）３０を有する金型３を用意する。

この基体１は、溶融樹脂を射出後、圧縮成形することにより形成されており、その表面に深さ０．１〜０．３ｍｍ、幅０．１〜０．３ｍｍの溝１１が細長状に形成され、この溝１１が等間隔に複数本形成されている。
シート材２は、基体１を形成する溶融樹脂と同一の透明樹脂により構成されている。

金型３は、その外法が基体１よりも一回り大きい矩形状に形成された平板に、その平板表面より一段低い底部を有する開口部３０が表面中央部に大きく形成された凹形状に構成されている。そして、この開口部３０が基体１の溝１１の底部から基体１の裏面までの肉厚よりもシート材２の肉厚分だけ浅く形成され、かつ開口部３０を構成する内法が基体１の外法と同一寸法になるように形成されている。

次いで、この基体１上に、基体１の表面全体を覆うようにしてシート材２を載置し、固定装置（図示を略す）によってシート材２にテンションを作用させる。
この固定装置によるテンションは、シート材２に少なくとも溝１の長手方向に直交する平面１方向において、基体１の外方に向けて引っ張り応力を作用させるようになっており、好ましくは、上述の平面１方向に直交する方向を加えた平面２方向において、基体１の外方に向けて引っ張り応力を作用させるようになっている。
そして、金型３を、開口部３０を基体１の表面に向けてテンションが作用しているシート材２上に配設し、上記固定装置によって、基体１、シート材２及び金型３のポジションを固定させる。

次に、上記固定装置によってシート材２にテンションを作用させたままの状態において、金型３の開口部３０内のエアを抜きつつ、図１（ｂ）に示すように、金型３に装着されている樹脂注入装置３１によって、金型３の開口部３０内に基体１及びシート材２と同一の透明樹脂からなる溶融樹脂４を加圧充填させる。これにより、溶融樹脂４が金型３の開口部３０内においてシート材２上に行き渡り、開口部３０内に充満することにより、溶融樹脂４によってシート材２を当該溶融樹脂４及び上記基体１に熱溶着させる。

次いで、溶融樹脂４を冷却させることにより、硬化させた後に、上記固定装置によって、金型３を硬化した溶融樹脂４から取り外し（離間させる）、基体１に溶融樹脂４による平板状の成形体を一体成形し、両者間に溝１１による流管を形成する。
その後、成形体及び基体１の外回りにはみ出ているシート材２の外周部を切断することにより、マイクロ流管チップを得ることができる。

これにより、得られたマイクロ流管チップは、図２に示すように、矩形平板状の基体１にシート材５２を介して、矩形平板状の成形体５が一体成形されている。そして、板厚方向中央部に、０．１〜０．３ｍｍの外周辺を有する断面正方形状の流管５１が細長状に形成されており、この流管５１が板幅方向に向けて等間隔に複数形成されている。

上述のマイクロ流管チップの製造方法によれば、基体１上に載置されたシート材２上に、開口部３０を基体１の表面に向けて金型３を配設した後に、この金型３の開口部３０内に溶融樹脂４を加圧充填させたため、溶融樹脂４が金型の開口部３０においてシート材２上に行き渡り、開口部３０内に充満することにより、溶融樹脂４によってシート材２を当該溶融樹脂４及び基体１に熱溶着させ、容易に基体１に当該溶融樹脂４を一体化させることができる。

その際に、シート材２にテンションを作用させた状態において、金型３を配置したため、基体１、シート材２及び金型３のポジションを安定した状態で固定させることができるとともに、開口部３０内に溶融樹脂４が充満して、溝１１上のシート材２を基体１に向けて押圧し、シート材２が溝１１内に一部押し込まれた状態のまま硬化することを防止できる。
また、基体１を形成する溶融樹脂、シート材２及び溶融樹脂４を、同一樹脂によって構成したため、基体１、シート材２及び溶融樹脂４の密着性を著しく高めることができる。

そして、溶融樹脂４を硬化させた後に、金型３を取り外し、成形体を基体１に一体成形することにより得られたマイクロ流管チップは、流管の実際の流路断面積が縮小することを確実に阻止することがでるとともに、流管が優れた気密性を有し、かつ板厚方向や板面方向の応力に対する強度を著しく高めることができるとともに、経時変化による密着性の低下を著しく減少させることができる。

以上のように、成形体を構成する溶融樹脂４によって基体１との間に介装されたシート材２を熱溶着させることにより、成形体を基体１に一体成形することができ、簡易な方法で基体１及び成形体を一体に形成することができる。
このため、基体１に複数の溝１１を密に形成することにより、互いの間隔が詰めて配設された多数本の流管５１を有するマイクロ流管チップをも製造することができる。

具体的には、このような多数本の流管を有するマイクロ流管チップとして、例えば、図３に示すように、流入口６０に連通するとともに、上流部において二股に分岐し、さらに分岐した各流管が中流部において二股に分枝する分枝管６１と、これらの分枝管６１の各下流端部にそれぞれ連通する多数のマイクロ流管６２とを有するものを容易に製造することができる。このマイクロ流管チップは、各マイクロ流管６２が細長状に形成されるとともに、長手方向に直交する方向に間隔を詰めて多数配設され、かつ各マイクロ流管６２に連通する接合流管６３の先端部がそれぞれマイクロ流管６２の上方に突出して形成されている。

また、流入口６０は、流入口６０と同径であって、かつ開口部３０の深さよりもシート材２の肉厚分だけ長く形成された針状部材を金型３の開口部３０にシート材２に向けて配設することによって、上述のように金型３をシート材２上に配設し、溶融樹脂４を加圧充填することにより、蓋体４の一体成形と同時に形成することができる。また、予め基体１に溝１１の底部から裏面に向けて形成された貫通口によって形成することも可能である。
そして、例えば、流入口６０に血液を注入するとともに、この接合流管６３の先端部に形成された各開口６３ａにそれぞれ異なる検査液を注入し、マイクロ流管６２の接合流管６３との接合部より下流側における反応を調べることにより、血液検査に用いることができる。

本発明のマイクロ流管チップの製造方法の一実施形態を示す側面模式図であって、（ａ）は、金型３を基体１の表面に載置されたシート材２上に配設する際の説明模式図であり（ｂ）は、樹脂注入装置３１によって、金型３に溶融樹脂４を加圧充填する際の説明模式図である。 本発明のマイクロ流管チップの製造方法により得られたマイクロ流管チップを示すための側面模式図である。 本発明のマイクロ流管チップの製造方法によって得られるマイクロ流管チップの具体例の説明図であって、正面模式図である。

符号の説明

１ 基体
２ シート材
３ 金型
４ 溶融樹脂
５ 成形体
１１ 溝
３０ 開口部（キャビティ）
５１ 流管

Claims (3)

1. 平らな表面に流管となる細長状の溝が形成された基体に、少なくとも上記溝周りを覆うように、シート材を載置するとともに、このシート材上に上記基体に向けて少なくとも上記溝周りを覆うキャビティが形成された金型を配設し、
   次いで、この金型のキャビティ内に溶融樹脂を加圧充填させることにより、上記溶融樹脂によって上記シート材を当該溶融樹脂及び上記基体に熱溶着させ、
   次いで、上記溶融樹脂を硬化させた後に、この硬化した溶融樹脂から上記金型を離間させることにより、上記溶融樹脂によって成形された成形体を上記シート材を介して上記基体に一体成形するとともに、両者間に上記溝による流管を形成することを特徴とするマイクロ流管チップの製造方法。
2. 上記シート材に、テンションを作用させた状態において、上記キャビティ内に上記溶融樹脂を加圧充填させることを特徴とする請求項２に記載のマイクロ流管チップの製造方法。
3. 上記基体、上記シート材及び上記溶融樹脂を、同一の樹脂素材によって構成したことを特徴とする請求項１又は２に記載のマイクロ流管チップの製造方法。

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