JP2009025196A - 微細流路構造体及び微細流路構造体の製造方法 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】薄膜からなる電極2a,2b,2cが形成された基板1a,1b,1cが順次積層された積層体に、所定の断面形状の微細流路3が形成された微細流路構造体10であって、前記微細流路3が前記積層体の積層方向αに対して垂直な垂直方向βに形成されると共に、前記微細流路3の内表面3a、3bは、前記積層体の積層方向αに対して鋭角の角度θを有し、前記電極2a,2b,2cが前記微細流路3の内表面3a、3bの積層方向αに複数露出して形成されている。
【選択図】図1
Description
例えば、特許文献1には、図8に示すように、第1の基板(ガラス基板)101の一面に周縁部に隙間を有することなく埋め込み形成されこの第1の基板101の一面と同一平面をなす電極部103と、この第1の基板101の前記一面に一面が接して設けられた第2の基板102と、前記第1の基板101と第2の基板(ガラス基板)102によって形成された流路104を具備した微細流路構造体100が提案されている。
この種の微細流路構造体100にあっては、流路104中に電極部103が形成されているために、流れる微量の液体の濃度、あるいはまた液体中の目的物質の濃度等を検出することができる。
このように、電極が前記微細流路の内表面の積層方向に複数露出して形成されているため、流路内を流れる液体の濃度、あるいはまた液体中の目的物質の濃度等を正確に検出することができる。
更に、前記内表面は、基板と前記基板上に設けられた電極とが順次積層された積層体の積層方向に対して鋭角の角度を備えているため、前記内表面に露出する電極の露出面積を広く形成することができるため、各々の電極の感度を高めることができ、より、流路内を流れる液体の濃度、あるいはまた液体中の目的物質の濃度等を正確に検出することができる。
また、前記角度は、30°以上60°以下であることが好ましい。前記角度が、上記範囲内にある場合には、前記内表面を比較的容易に形成することが可能となる。
このような構成を備えることで、前記内表面を比較的容易に形成することが可能となる。
このような製造方法によれば、微細流路の内表面の積層方向、あるいは前記積層方向及び微細流路の流路方向に電極を、容易に複数形成することができる。尚、前記溝の断面形状はV字形状であることが望ましい。溝形状がV字形状の場合、容易に溝を形成することができる。
図1に示すように、この微細流路構造体10は薄膜(例えば、厚さ0.1〜10μm)からなる電極2a,2b,2cが形成された基板1a,1b,1cが順次積層され、更に、前記電極2cが形成された基板1c上に電極が形成されない基板1d、1eが積層されている。
すなわち、微細流路3は、前記積層体の積層方向αに対して垂直な垂直方向βに形成されるように、積層体内に形成されている。
また、微細流路3の内表面3a、3bは、前記積層体の積層方向αに対して鋭角の角度θを備えている。
更に、各電極2a,2b,2cは、微細流路3の内表面3a、3bの一部の積層方向αに所定間隔をもって複数露出して形成されている。
このように、電極2a,2b,2cが微細流路3の内表面3a、3bの積層方向αに複数露出して形成されているため、流路内を流れる液体の濃度、あるいはまた液体中の目的物質の濃度等を正確に検出することができる。
更に、内表面3a、3bは、積層方向αに対して鋭角の角度θを備えている。なお、前記角度θが0°(内表面3a、3bが積層方向αに対して平行な場合、すなわち、微細流路3の形状が四角の場合)は、内表面3a、3bに露出する電極2a,2b,2cの露出面積は、電極2a,2b,2cの膜厚に相当するものとなる。この場合、電極2a,2b,2cの膜厚が薄く、電極2a,2b,2cの露出面積が小さい場合には、流路内を流れる液体の濃度、あるいはまた液体中の目的物質の濃度の検出感度が低下してしまう。このため、電極2a,2b,2cの膜厚はある程度の厚さを有している必要がある。
しかしながら、本実施形態に示すように、内表面3a、3bを、積層方向αに対して鋭角の角度θを備える構成とすることで、積層方向αに平行な場合(θ=0°)よりも、電極2a,2b,2cの膜厚相当分以上の露出面積を得ることができる。これによって、内表面3a、3bに露出する各々の電極の感度を高めることができ、より流路内を流れる液体の濃度、あるいはまた液体中の目的物質の濃度等を正確に検出することができる。
前記角度θは、30°以上60°以下であることが好ましい。前記角度が、上記範囲内にある場合には、製造上、比較的、容易に前記内表面3a、3bを形成することが可能となる。
但し、前記微細流路3の内表面3a、3bの一部に、電極2a,2b,2cが積層方向に所定間隔をもって形成するために、前記微細流路3は、電極2a,2b,2cを横切る(切断する)ように形成されている必要がある。
本実施形態では電極2a,2b,2cは、各基板1a,1b,1cの一部に矩形形状に形成されており、前記基板1a,1b,1cを積層した状態において、積層方向に重なるように形成されている。また、各基板1a,1b,1cは一定の厚さに形成されており、電極2a,2b,2cは、積層方向に一定の間隔をもって配置される。
なお、電極2a,2b,2cの形状は、一端が微細流路3の内表面3a、3bに露出し、かつ、他端が積層体の外周近傍又は外周に露出していれば、矩形形状に限定されるものではなく、その他、多種多様の形状を採用することができる。但し、矩形形状は形状的にシンプルであるため、比較的容易に基板1a,1b,1c上に形成することができる。
尚、この電極2a,2b,2cを基板1a,1b,1cに形成する方法も、剥がれや断線を生じない方法であれば特に限定されず、例えば、電子ビーム加熱蒸着法や熱フィラメント蒸着法といった蒸着法、スパッタリング法、イオンプレーティング法、レーザアブレーション法といった各種のP V D 法; 各種のC V D 法; スクリーン印刷法; リフトオフ法; ゾル・ゲル法等を挙げることができる。即ち、リソグラフィ技術及びエッチング技術に基づき、電極2a,2b,2cを基板1a,1b,1cに形成することができる。
先ず、図2(a)に示すように、3枚の基板1a,1b,1c上にそれぞれ電極2a,2b,2cを形成する。ここでは、基板1a,1b,1cとしてガラス基板を用い、例えば、モリブデンで構成された電極2a,2b,2cを、リソグラフィ技術及びエッチング技術に基づき、矩形形状にパターニングして、各々厚さ0.5μm形成する。
そして、積層された基板1a,1b,1c、1dを加熱し、基板1a,1b,1c、1dを融着し、一体化する。尚、各基板を一体化する方法は、融着以外にも、各基板1a,1b,1c、1d間に接着剤を介して貼り合せても良い。
尚、この溝加工は基板1a,1b,1c、1dの材質に合った加工方法が任意に選択できるが、電極2a,2b,2cと基板1a,1b,1c、1dとが異なる性質を持つことから、エッチングなどの化学的な除去方法よりはドリルやエンドミル、バイトなどを用いた機械加工が好適である。その際、溝の変形や電極の剥がれに注意して加工条件を決定する必要がある。
本実施形態に関る微細流路構造体20は、前記した図2(c)に示した基板1a,1b,1c,1dを積層し、V溝3cが形成された積層体(第1の積層体)20aを用意し、更に前記第1の積層体20aと同様に、基板11a,11b,11c,11dを積層し、V溝3dが形成された積層体(第2の積層体)20bを用意する。この基板11a,11b,11cにも、前記基板1a,1b,1cと同様に電極12a,12b,12cが形成されている。
そして、前記第1の積層体20aに形成された溝3cと、前記第2の積層体20bに形成された溝3dが対峙するように、前記第1の積層体20aと前記第2の積層体20bとを貼り合せ、微細流路13を形成する。
その他の構成、製法は第1の実施形態と同様であるため、説明を省略する。
本実施形態に関る微細流路構造体30は、各基板1a,1b,1c,1dに形成される電極2a1〜2a4,2b1〜2b4、2c1〜2c4を複数形成した点に特徴がある。
本第3の実施形態にあっては、図6に示すように、基板1a、1b、1c、1dの積層方向αのみならず、微細流路3の流れ方向(流路方向、前述した垂直方向βと同じ方向)γにも複数の電極2a1〜2a4,2b1〜2b4、2c1〜2c4が形成されている。
このように、電極が微細流路の内表面の積層方向のみならず、微細流路の流路方向にも複数露出して形成されているため、流路方向における液体の濃度変化、あるいはまた液体中の目的物質の濃度変化等をも正確に検出することができる。
その他の構成、製法は第1の実施形態と同様であるため、説明を省略する。
また、図7に示すように、微細流路3の頂点が電極2aに位置するように溝3を形成しても良い。
更に、前述した第3の実施形態の微細流路構造体の構成、即ち微細流路3の流れ方向に複数の電極を形成する構成を、第2の実施形態の微細流路構造体の構成に取り入れても同様な効果を奏するには言うまでもない。
一辺が20mmの正方形形状で、厚さが0.2mmのホウ珪酸塩ガラス基板の表面に、膜厚500nm、矩形形状のMo電極パターンを、リソグラフィ技術及びエッチング技術により形成した。そして、このMo電極パターンが形成されたホウ珪酸塩ガラス基板を2枚製作した。更に、一の基板の電極面側に、他の基板の非電極面側が位置するように積層した。
その後、Mo電極パターンが形成されていない二つの前記ホウ珪酸塩ガラス基板で、前記Mo電極パターンを有するホウ珪酸塩ガラス基板を挟み込みながら650℃の真空中で加圧して熱融着した。
これによって、微細流路内表面の積層方向に、4対、計8個の電極が形成できた。
1b…基板
1c…基板
1d…基板
1e…基板
2a…電極
2a1,2a2,2a3,2a4…電極
2b…電極
2b1,2b2,2b3,2b4…電極
2c…電極
2c1,2c2,2c3,2c4…電極
3…微細流路
3a,3b…内表面
3c,3d…溝
11a…基板
11b…基板
11c…基板
11d…基板
12a…電極
12b…電極
12c…電極
13…微細流路
10…微細流路構造体
20…微細流路構造体
20a…第1の積層体
20b…第2の積層体
30…微細流路構造体
Claims (9)
- 基板と前記基板上に設けられた電極とが順次積層された積層体に、微細流路が形成された微細流路構造体であって、
前記微細流路は、前記積層体の積層方向に対して鋭角の角度を備える内表面を有し、前記電極が前記内表面の前記積層方向に複数露出して形成されていることを特徴とする微細流路構造体。 - 前記電極が、前記微細流路の内表面の前記積層方向及び前記微細流路の流路方向に、複数露出して形成されていることを特徴とする請求項1記載の微細流路構造体。
- 前記角度は、30°以上60°以下であることを特徴とする請求項1または2記載の微細流路構造体。
- 前記微細流路の内表面の形状が三角形状に形成されていることを特徴とする請求項1乃至請求項3いずれか記載の微細流路構造体。
- 前記電極は前記基板上の一部に矩形形状に形成され、かつ前記微細流路の内表面の一部に、線状の電極が前記積層方向に所定間隔をもって露出していることを特徴とする請求項1乃至請求項4いずれか記載の微細流路構造体。
- 前記基板上の一部に複数の矩形形状の電極が形成され、かつ前記微細流路の内表面の一部に、線状の電極が前記積層方向及び前記微細流路の流路方向に所定間隔をもって露出していることを特徴とする請求項2記載の微細流路構造体。
- 薄膜からなる電極が形成された基板を順次積層し、積層体を形成する工程と、
前記積層体の上面から前記積層体の積層方向に対して鋭角の角度を備える内表面を有する溝を形成し、前記溝の内表面に前記電極を前記積層方向、あるいは前記積層方向及び前記溝の延設方向に複数露出させる工程と、
前記積層体の上面に形成された溝の開口部を塞ぎ、前記溝を微細流路として形成する工程とを含むことを特徴とする微細流路構造体の製造方法。 - 薄膜からなる電極が形成された基板を順次積層し、第1の積層体を形成する工程と、
前記第1の積層体の上面から前記第1の積層体の第1の積層方向に対して鋭角の角度を備える内表面を有する第1の溝を形成し、前記第1の溝の内表面に前記電極を前記第1の積層方向、あるいは前記第1の積層方向及び前記第1の溝の延設方向に複数露出させる工程とを含む第1の基体を形成する工程と、
薄膜からなる電極が形成された基板を順次積層し、第2の積層体を形成する工程と、
前記第2の積層体の上面から前記第2の積層体の第2の積層方向に対して鋭角の角度を備える内表面を有する第2の溝を形成し、前記第2の溝の内表面に前記電極を前記第2の積層方向、あるいは前記第2の積層方向及び前記第2の溝の延設方向に複数露出させる工程とを含む第2の基体を形成する工程と、
前記第1の基体に形成された第1の溝と、前記第2の基体に形成された第2の溝が対峙するように、前記第1の基体と前記第2の基体とを貼り合せ、前記第1の溝及び第2の溝からなる微細流路を形成する工程を含むことを特徴とする微細流路構造体の製造方法。 - 前記溝の断面形状がV字形状であることを特徴とする請求項7または請求項8に記載の微細流路構造体の製造方法。
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