JP2008026078A - Method of manufacturing recessed chip - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、チップ上に微細な流路、反応液槽等の凹部を形成した凹部形成チップの製造方法に関するものである。 The present invention relates to a method for manufacturing a recess-formed chip in which recesses such as fine flow paths and reaction liquid tanks are formed on a chip.
近年、細胞、DNA(deoxyribonucleic acid)やRNA(ribonucleic acid)などの生化学的な分析において、数百μm以下の幅の微細な流路を形成したチップが用いられることがある(特許文献1参照)。この流路の延在方向両端部に電極を形成し、両電極に電圧を印加することで、流路に導入した試料溶液中のDNAや細胞などを電気浸透流又は電気泳動によって移動させ、これにより当該DNAや細胞などの混合や分離などの操作を行うことができる。また、その流路を覆うようにしてカバー部材を積層することで、試料溶液の乾燥や試料溶液の流路からの漏出を防止できる。このような流路を形成する方法としては、機械加工(射出成形や切削加工等)によるほか、特許文献1に示すようにリソグラフィ技術を用いる方法が挙げられる。リソグラフィ技術を用いれば、極微細な流路も高精度にでき、かつ、量産が可能である。
In recent years, in biochemical analysis of cells, DNA (deoxyribonucleic acid), RNA (ribonucleic acid), and the like, a chip formed with a fine channel having a width of several hundred μm or less may be used (see Patent Document 1). ). Electrodes are formed at both ends of the flow channel in the extending direction, and a voltage is applied to both electrodes to move DNA or cells in the sample solution introduced into the flow channel by electroosmotic flow or electrophoresis. Thus, operations such as mixing and separation of the DNA and cells can be performed. Further, by laminating the cover member so as to cover the flow path, it is possible to prevent the sample solution from drying and the sample solution from leaking out from the flow path. As a method for forming such a flow path, there is a method using a lithography technique as shown in
リソグラフィ技術を用いて製造する場合、まず、ガラスなどの基板上に感光性材料をスピンコータなどで塗布し、所定温度で加熱して有機成分を揮発させ(ソフトベーク)、感光性材料層を基板に定着させる。そして、流路パターンをプリントしたパターンマスクを感光性材料層に露光することで、感光性材料層に流路パターンを転写する。その後、現像により流路形成領域の感光性材料層を除去することで、流路が完成する。 When manufacturing using a lithography technique, first, a photosensitive material is applied onto a substrate such as glass with a spin coater, etc., and heated at a predetermined temperature to volatilize organic components (soft bake), and the photosensitive material layer is applied to the substrate. Let it settle. Then, the flow pattern is transferred to the photosensitive material layer by exposing the photosensitive material layer with a pattern mask on which the flow pattern is printed. Thereafter, the photosensitive material layer in the flow path forming region is removed by development to complete the flow path.
ここで、カバー部材を設ける場合には、流路が完成した後に感光性樹脂材料層にカバー部材を固定する。この場合、試料溶液の漏出等を防ぐべく、カバー部材と感光性材料層とを密着させる必要があり、このためには感光性材料層の表面を平坦にする必要がある。しかし、スピンコータで感光性材料を塗布した場合には、表面に凹凸が生じたり、感光性材料層の端部に盛り上がりが生じたりして、必要な平坦度を確保するのは難しい。 Here, when the cover member is provided, the cover member is fixed to the photosensitive resin material layer after the flow path is completed. In this case, in order to prevent leakage of the sample solution and the like, it is necessary to bring the cover member and the photosensitive material layer into close contact. For this purpose, the surface of the photosensitive material layer needs to be flattened. However, when the photosensitive material is applied by a spin coater, unevenness is generated on the surface, and the end of the photosensitive material layer is raised, so that it is difficult to ensure the required flatness.
これに対し、特許文献1では、感光性樹脂フィルムを基板に貼り付けることで感光性材料層を形成することで、平坦な表面を得ている。また、特許文献2では、スピンコート法により感光性材料を塗布する場合に、回転数を段階的に制御することで表面を均一にする技術が開示されている。
しかしながら、特許文献1のように感光性樹脂フィルムを用いる場合には、表面を平坦にできるものの、感光性樹脂材料の組成に制限がある他、感光性樹脂フィルムと基板との密着性が劣ると言う問題がある。
また、特許文献2の方法は、感光性材料層が薄い用途ではある程度の効果を得られる。しかし、流路を形成する用途では、感光性材料層を比較的厚くする必要があり、この場合には粘度の高い感光性材料を用いることが多いため、回転数を制御するのみでは均一な感光性材料層を形成することは難しい。これに対し、感光性材料層の硬化後に盛り上がった端部を切削除去したり、有機溶剤で溶解して除去したりすることも考えられるが、基板サイズが小さいと硬化後に端部だけを除去することは難しい。また、例えば、密着のために、カバー部材を感光性材料層に圧着すると、流路が潰れ、形状を維持できなくなる。
However, when a photosensitive resin film is used as in
In addition, the method of Patent Document 2 can achieve a certain degree of effect in applications where the photosensitive material layer is thin. However, in applications where flow paths are formed, it is necessary to make the photosensitive material layer relatively thick. In this case, a photosensitive material having a high viscosity is often used. It is difficult to form a conductive material layer. On the other hand, it is possible to cut and remove the raised edge after curing of the photosensitive material layer or to dissolve and remove it with an organic solvent. However, if the substrate size is small, only the edge is removed after curing. It ’s difficult. For example, when the cover member is pressure-bonded to the photosensitive material layer for close contact, the flow path is crushed and the shape cannot be maintained.
本発明は上述の問題点に鑑みてなされたものであり、カバー部材が密着、固定され、試料溶液の漏出等を有効に防止できる凹部形成チップを提供することを目的とする。 The present invention has been made in view of the above-described problems, and an object of the present invention is to provide a recess-forming chip in which a cover member is closely attached and fixed to effectively prevent leakage of a sample solution.
上記課題を解決するために、本発明の請求項1による凹部形成チップの製造方法は、基板に感光性材料層を積層し、当該感光性材料層を部分的に未形成とすることで表面に凹部を形成すると共に、前記感光性材料層に前記凹部の少なくとも一部を塞ぐようにしてカバー部材を積層してなる凹部形成チップの製造方法であって、前記基板に感光性材料を塗布し、前記感光性材料層を形成する工程と、透光性材料からなる前記カバー部材を前記感光性材料層に積層し、密着させる工程と、前記カバー部材を介して前記感光性樹脂層を露光し、露光後の感光性樹脂層を現像することで、前記凹部を形成する工程と、を備えることを特徴とする。
In order to solve the above-described problem, a method for manufacturing a recess-forming chip according to
本発明の請求項2による凹部形成チップの製造方法は、請求項1において、前記感光性材料層のベーク処理前に、前記カバー部材を積層することを特徴とする。
ここで、ベーク処理は、露光処理前に行なうプリベーク処理を含む意味である。
本発明の請求項3による凹部形成チップの製造方法は、請求項1又は2において、前記凹部形成チップを板面に沿う方向に揺動させながら、前記現像処理を施すことを特徴とする。
The manufacturing method of the recessed part formation chip | tip by Claim 2 of this invention is characterized by laminating | stacking the said cover member before baking processing of the said photosensitive material layer in
Here, the baking process includes a pre-bake process performed before the exposure process.
According to a third aspect of the present invention, there is provided a method for manufacturing a recess forming chip according to the first or second aspect, wherein the developing process is performed while the recess forming chip is swung in a direction along the plate surface.
本発明の製造方法によれば、カバー部材と感光性材料層とが密着し、試料溶液の漏出等を有効に防止可能な凹部形成チップを製造できる。 According to the manufacturing method of the present invention, it is possible to manufacture a recessed portion-forming chip that allows the cover member and the photosensitive material layer to be in close contact to effectively prevent leakage of the sample solution.
次に、図面を参照して本発明の実施の形態について説明する。
(凹部形成チップの構成)
図1は本実施形態に係る凹部形成チップ1の平面図、図2は図1のI−I線断面図、図3はII−II線断面図を示す。
凹部形成チップ1は、ガラス製の基板11と、基板11に部分的に積層する膜状電極14,14と、基板11又は膜状電極14,14に積層する感光性材料層12と、感光性材料層12に部分的に積層するカバーガラス13と、を備えて構成される。
Next, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.
(Configuration of recessed portion forming chip)
1 is a plan view of a
The
そして、感光性材料層12を部分的に除去することで、試料投入槽21、廃液槽22、流路23及びシリカ槽25が形成されている。これら試料投入槽21、廃液槽22、流路23及びシリカ槽25は、本発明の凹部に相当する。図1では、試料投入槽21及び廃液槽22は略同一の形状であり、平面視で左右両側に矩形状にそれぞれ形成され、これらを連通する流路23が直線的に延在形成されている。また、その流路23の延在方向中央に流路23よりも幅の広いシリカ槽25が配されている。
Then, by partially removing the
試料投入槽21及び廃液槽22は、試料溶液を投入又は回収するために用いられ、外部から試料溶液を投入又は廃棄できるように外部に露出している。また、試料投入槽21及び廃液槽22の形成領域には、膜状電極14,14がそれぞれ積層しており、試料投入槽21及び廃液槽22の底面を構成している。膜状電極14,14は、試料溶液を駆動するための電界を試料投入槽21及び廃液槽22間に形成する。本実施形態では、試料投入槽21側の膜状電極14を正極とし、廃液槽22側の膜状電極14を負極として直流電圧を印加させることで、試料溶液に電気浸透流を発生させ、試料投入槽21から廃液槽22に向かって流路23を介し移動させる。流路23は、試料溶液に含まれる検出対象物質が通過できるように、流路幅を検出対象物質の径よりも大きく設定する。例えば、試料溶液に含まれる直径20μm程度の細胞を検出するような場合には流路幅は少なくともこれよりも大きく設定する必要があるが、細胞破砕液からDNAや生体分子を検出するような場合にはこれよりも小さく設定できる。
The
シリカ槽25は、内部に検出対象物質吸着用のシリカ粒子(図示せず)が配置されており、流路23を通って移動する試料溶液に含まれる検出対象物質(細胞、DNA、RNA、タンパク分子等)をトラップする。例えば、シリカ粒子表面に固相法によって検出対象DNAの一部に相補的な塩基配列のオリゴヌクレオチドを合成すれば、試料溶液から目的のDNAをトラップすることができる。この際、例えば、試料溶液中の全DNAを蛍光標識しておけば、流路に試料溶液を流し終わった後にシリカ粒子の蛍光強度を測定することで、試料溶液中における目的のDNA濃度を測定することができる。シリカ槽25形成領域及びその周辺の領域には、感光性材料層12にカバーガラス13が積層している。このように、カバーガラス13によってシリカ槽25とその周辺に形成された流路23を覆うことで、シリカ槽25内の試料溶液の蒸発、不純物の混入、槽外への試料溶液の漏出等を防止できる。
In the
なお、本発明は、流路23等が図1のように配置される凹部形成チップ1への適用に限定されず、感光性材料に凹部を形成し、カバー部材を積層するものであれば適用可能である。例えば、2以上の流路が交差するように形成されたもの、シリカ槽を形成していないもの、ポンプ等で試料溶液を流動させるもの、電気泳動により試料溶液中の物質のみを流動させる構成のものなどであっても本発明を適用できる。
Note that the present invention is not limited to the application to the
次に、上記各構成部材の材料等について説明する。
基板11は、感光性材料層12を支持する支持体であり、支持体として必要な強度を有する材料を用いることができ、ガラス(硼珪酸ガラス、石英ガラス等)の他、例えば、プラスチック(ポリスチレン、ポリメチルメタクリレート、ポリスルホン、ポリエステル等)やガラス繊維とプラスチックの複合材も用いることができる。これらのうち、ガラスや透光性プラスチックを用いると、露光時の反射を抑えることができる他、凹部形成チップ1を顕微鏡で観察しながら実験操作を行ったり、上記蛍光強度の測定等の光学的解析を行ったりする場合にも好適である。
Next, materials for the above-described constituent members will be described.
The
また、膜状電極14には、一般的に膜状電極の形成に用いられる電極材料を用いることができるが、本実施形態の用途では試料溶液にさらすため電解腐食等を防止する観点から、Pt、Au、Ag等の比較的標準電極電位の高い(正の値を持つような)材料を選択することが好ましい。また、ITO(Indium Tin Oxide)等の透明電極を用いると、凹部形成チップ1の透明性が維持できるので、上述のように凹部形成チップ1の光学的解析等を行う場合に好適である。また、必ずしも膜状電極として凹部形成チップ1に一体形成する必要はなく、別体形成された電極棒を試料溶液に浸すことで、駆動用の電極を形成してもよい。
In addition, an electrode material generally used for forming a film electrode can be used for the
感光性材料は、主成分として感光性樹脂と、感光性樹脂に感光反応(架橋反応、主鎖切断、脱保護反応等)を行わせるための副成分(感光剤や酸発生剤等)と、を含有する。感光性材料としては、一般に用いられているものを用いることができ、ポジ型及びネガ型のいずれも用いることができる。
カバーガラス13は、本発明のカバー部材に相当するものである。本発明においては、後述するようにカバー部材を介して下部に積層する感光性材料層12の露光を行うので、カバー部材は、露光処理の際の照射光を透過する透光性を有するものである必要がある。このような性質を持つものでれば、ガラスの他、上記基板11に用いる材料として列挙したプラスチック等も用いることができる。また、透光性の材料を用いることで、上述のように、凹部形成チップ1の光学的解析が可能になる。
The photosensitive material includes a photosensitive resin as a main component, and subcomponents (photosensitive agent, acid generator, etc.) for causing the photosensitive resin to undergo a photosensitive reaction (crosslinking reaction, main chain cleavage, deprotection reaction, etc.) Containing. As the photosensitive material, a commonly used material can be used, and either a positive type or a negative type can be used.
The
以上の観点から、本実施形態では、基板11に市販の硼珪酸ガラス(商品名:パイレックス(登録商標))を用いる。耐熱性に優れた硬質の硼珪酸ガラスを用いることで、凹部形成チップ1の作製工程における破損等を防止できる。また、感光性材料に化薬マイクロケム社製のネガ型フォトレジスト(商品名:SU−8)を用いる。また、膜状電極14は、Tiを下地として表面をPtの反応保護膜で覆った二層構造としている。Tiを下地とすることで基板11との密着性を向上させることができ、Ptを覆うことで電極反応を抑制できる。また、カバーガラス13は市販のものを用いる。なお、図1の例では、凹部形成チップ1のサイズは、長さ20mm、幅10mmであり、基板11の厚さは1mmである。カバーガラス13は、サイズが長さ10mm、幅5mm、厚さ0.15mmであり、その長手方向を基板11の短手方向に合わせてシリカ槽25上に配置されている。
From the above viewpoint, in this embodiment, a commercially available borosilicate glass (trade name: Pyrex (registered trademark)) is used for the
(凹部形成チップの製造方法)
次に、上記本実施形態に係る構成の凹部形成チップ1の製造方法について図4を用いて説明する。図4は、図1のIII−III線断面図である。
まず、アセトンで基板11表面を洗浄する(図4(a))。
次に、上記基板11に膜状電極14,14を所定位置に形成する(図4(b))。膜状電極14は、物理蒸着(電子ビーム蒸着、イオンプレーティング、スパッタリングなど)や化学蒸着により形成することができる。
(Manufacturing method of recessed part forming chip)
Next, a manufacturing method of the
First, the surface of the
Next, the
次に、基板11表面全体に感光性材料を塗布し、感光性材料層12を形成する(図4(c))。具体的には、本実施形態では、基板11をスピンコータに取り付け、所定回転数で回転させることで、所定厚さの感光性材料層12を形成する。なお、スピンコートによらずスプレーコートにより塗布してもよいが、本発明の用途では層厚を比較的厚くするので、スピンコートによることが好ましい。
Next, a photosensitive material is applied to the entire surface of the
次に、未硬化状態の感光性材料層12にカバーガラス13を載せ、互いの表面を密着させる(図4(d))。その後、所定温度でソフトベークを行ない、感光性材料層12中の溶剤を揮発させる。これにより、感光性材料層12は、カバーガラス13が密着した状態のまま硬化し、カバーガラス13は、感光性材料層12に固着する。
Next, the
次に、上記基板11を露光し、感光性材料層12に流路パターンを焼き付ける(図4(e))。ここで、本実施形態における流路パターンは、流路23形成領域のみならず除去部分全体(試料投入槽21及び廃液槽22、流路23及びシリカ槽25の形成領域)と、それ以外の部分と、を表すパターンである。図4(e)ではパターンマスク4を用いて近接露光を行っており、上記のようにネガ型の感光性材料を用いているため、パターンマスク4は、感光性材料層12の除去部分に対応する領域が遮光領域となり、それ以外の部分が透光領域となっている。透光領域を透過した照射光によって、感光性材料層12は部分的に不溶化される。このとき、シリカ槽25形成領域にカバーガラス13が積層しているが、上述のように透光性のカバーガラス13を用いているので、照射光はこのカバーガラス13を透過し、当該積層部分の感光性材料にも流路パターンが焼き付けられる。
なお、カバーガラス13を積層する領域とその他の領域の段差を考慮し、より精度が要求される場合には、例えば、カバーガラス13が積層する部分とそれ以外の部分とを2ステップに分けて露光してもよい。また、上記のようにパターンマスク4を用いて光露光する場合に限定されず、電子ビームなどによって直描してもよい。
Next, the
In addition, in consideration of the level difference between the region where the
次に、上記基板11を現像する(図4(f))。これにより、感光性材料層12のうち、露光過程で照射光を受けた領域は溶解することなくそのまま残り、遮光された領域は溶解、除去され、凹状の試料投入槽21及び廃液槽22、流路23及びシリカ槽25が形成される。このとき、基板11を流路23の延在方向に揺動させながら現像を行うと、現像液や溶解物が流路23を流れ、カバーガラス13が積層している領域の現像を促進できるので好ましい。
Next, the
なお、図示しないが、現像後、流路23にシリカ粒子を流し込むことで、シリカ槽25内部にシリカ粒子を配置する。
以上のように、透光性のカバーガラス13を硬化前の感光性材料層12に密着させ、その状態で感光性材料層12の露光、現像を行うことで、カバーガラス13の積層領域にも流路23を形成する。これにより、感光性材料層12を平坦にするためにカバーガラス13を圧着することで流路23を押し潰したりすることなく、カバーガラス13を密着、固定することができ、試料溶液の流路23からの漏出等を防止できる。
Although not shown, the silica particles are arranged inside the
As described above, the
1 凹部形成チップ、11 基板、12 感光性材料層、13 カバーガラス、14 膜状電極、21試料投入槽、22 廃液槽、23 流路、25 シリカ槽、4 パターンマスク
DESCRIPTION OF
Claims (3)
前記基板に感光性材料を塗布し、前記感光性材料層を形成する工程と、
透光性材料からなる前記カバー部材を前記感光性材料層に積層し、密着させる工程と、
前記カバー部材を介して前記感光性樹脂層を露光し、露光後の感光性樹脂層を現像することで、前記凹部を形成する工程と、
を備えることを特徴とする凹部形成チップの製造方法。 A photosensitive material layer is laminated on the substrate, and a concave portion is formed on the surface by partially forming the photosensitive material layer, and at least a part of the concave portion is blocked by the photosensitive material layer. A method for manufacturing a recess-forming chip formed by laminating cover members,
Applying a photosensitive material to the substrate to form the photosensitive material layer;
Laminating the cover member made of a light-transmitting material on the photosensitive material layer and bringing it into close contact;
Exposing the photosensitive resin layer through the cover member, and developing the exposed photosensitive resin layer to form the concave portion; and
The manufacturing method of the recessed part formation chip | tip characterized by the above-mentioned.
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