JP2009274369A - マイクロチップ基板の接合方法および汎用マイクロチップ - Google Patents

Abstract

【課題】マイクロチャンネルを覆うマスクを必要とせずにレーザ光による接合の可能なマイクロチップの接合方法を提供する。
【解決手段】表面側にマイクロチャンネル１１Ａが形成された樹脂基板１１のマイクロチャンネル１１Ａが形成された側の面と、樹脂基板１２の平坦な面とを接触させて被接合面１１２とし、レーザ光ＬＡを、樹脂基板１２を介して被接合面１１２に、接合幅ＳＨ以上の長さのライン状に、長手方向に略均一な光強度で集光させ、ライン状の集光部ＬＰにより、被接合面１１２を集光部ＬＰの長手方向に交わる向きに走査して、レーザ光ＬＡの光エネルギによる光融着により被接合面１１２において樹脂基板１１、１２の表面同志を接合し、ライン状に集光するレーザ光ＬＡのエネルギが、マイクロチャンネル１１Ａ内部においては熱ストレスを生じない程度に分散するように、レーザ光ＬＡのライン状の集光態様を設定する。
【選択図】図４

Description

この発明は、マイクロチップ基板の接合方法および汎用マイクロチップに関する。

近来、マイクロチップが種々提案されつつある。
マイクロチップは１対の基板を密着させた構造を有し、少なくとも１つの基板の表面に「マイクロチャンネルと呼ばれる微細な流路」が形成されたものであり、遺伝子解析、臨床診断、薬物スクリーニングなどの化学、生化学、薬学、医学、獣医学等、種々の分野における分析、化合物の合成、環境計測などに使用されつつある。

これらの用途にマイクロチップを用いることにより、同様の用途に従来の分析装置等を用いる場合に比して、分析等に必要なサンプル・試薬等の量を低減でき、分析等の作業時間を短縮できる。

マイクロチップには「マイクロチャンネル部分に予め、用途に応じた試薬が固定的に塗布固定されており、分析等の対象となる液状のサンプル液をマイクロチャンネルに流通させ、マイクロチャンネル内に塗布された試薬と反応させて分析等を行うタイプ」のように特定の分析等の用途に応じて作製されたタイプのものや、「マイクロチャンネル内には試薬等が塗布されておらず、分析や合成に用いられる複数種のサンプル液等をマイクロチャンネルに流通させ、マイクロチャンネル内で反応させ反応物等を採取したり、反応の様子等を外部から光学的に観察したりするタイプのもの」がある。

後のタイプのマイクロチップは、マイクロチャンネル内に予め試薬等が固定されていないので、同一種類のマイクロチップに対して「サンプルや試薬を替えて種々の作業」を行うことができる。この明細書においては、このようなタイプのマイクロチップを「汎用マイクロチップ」と呼ぶ。

従来、マイクロチップは「１対の基板としてガラス基板を用いるもの」が一般的であった。ガラス基板を用いたマイクロチップは、外部からの衝撃により破損し易く、重量も大きいため、輸送や廃棄の作業が面倒である。また、単価も然程安くないため、同一のマイクロチップが繰り返し使用されることも多く、使用のたびにマイクロチャンネルの洗浄等を行う煩わしさがあった。
ガラス製マイクロチップのこのような問題を解消し、軽量かつ安価で「使い捨て」に適したマイクロチップとして「樹脂基板を用いるマイクロチップ」が実用化されつつある。

樹脂基板を用いるマイクロチップは、１対の樹脂基板の一方にマイクロチャンネルが形成され、他方の樹脂基板と密着させて接合一体化して構成される。

マイクロチップを構成する１対の樹脂基板を一体化するための接合方法としては、従来から、接着剤を用いる方法（特許文献１）や、超音波融着を用いる方法（特許文献２）、樹脂基板の「接合面となる表面」に紫外光を照射し、紫外光照射後に、接合面を接触させた状態で昇温させる方法（特許文献３）、レーザ光による光融着を用いる方法（特許文献４）等が提案されている。

特開２００４―２０５２２５号公報 特開２００５― ７７２３９号公報 特開２００８− １９３４８号公報 特開２００５− ７４７９６号公報

上記各種接合方法のうち特許文献４記載の「レーザ光による光融着を用いる方法」は、特許文献１記載の方法と異なり「接着剤が不要である」ことや、特許文献２記載の「超音波振動子を基板に対して接触させる方法」と異なり「非接触」で接合できること、特許文献３記載のような「紫外線照射工程と昇温工程」という作用の異なる複数の工程を必要としないことにおいて優れている。

しかしながら、特許文献４に提示された「レーザ光による光融着を用いる接合方法」は、マイクロチャンネル内に固定された試料等への「レーザ光による熱ストレス」を避けるため、レーザ光を「マイクロチャンネル以外の部分に照射」する方法（特許文献４段落「００１４」）であり、具体的方法として「一方の樹脂基板に形成されているマイクロチャンネルと同形状にパターニングしたマスク」でマイクロチャンネルを覆った状態でレーザ光による光融着を行うもの（同段落「００１６」以下）が開示されている。

一方、汎用マイクロチップを接合により作製する場合、「マイクロチャンネル内に試薬等が固定されていない」ので、接合の際の試薬等への熱ストレスの影響は問題として存在しない。
しかしながら、熱ストレスの問題はマイクロチャンネルに関連しても存在する。
接合される樹脂基板の一方に形成されるマイクロチャンネルの、チャンネル長手方向に直交する断面内での断面形状は一般に「矩形形状や台形形状」であり、底面はマイクロチャンネルが形成される側の面と平行な平面になっている。

レーザ光による光融着で接合を行う場合、レーザ光による熱ストレスが強いと、マイクロチャンネルの内壁が強く加熱されて流動性を帯び、表面張力の作用により「マイクロチャンネルの断面形状」を変形させることがある。このような「断面形状の変化」は、マイクロチャンネルの流路方向に不規則に生じ、流路が凹凸状態となり断面積の均一性も損なわれる。

このため、このようにマイクロチャンネルの断面形状が不規則に変形した汎用マイクロチップに対して「サンプル液や試薬液」を流通させた場合に、サンプル液や試薬液がマイクロチャンネル内を流れにくくなり、これらの液が溢れたりして分析作業等に支障を来たす虞がある。また、マイクロチャンネルにおける反応の様子等を外部から光学的に観察したりする場合、マイクロチャンネルの底面が不規則な凹凸面になると、光学的な観察の際に観察用の照明光を散乱させて観察精度を損なう虞もある。

この発明は上述した事情に鑑みてなされたものであり、マイクロチャンネルへの熱ストレスの影響なしに「レーザ光による接合の可能なマイクロチップの接合方法」の提供、およびこの接合方法による接合により形成される汎用マイクロチップの提供を課題とする。

この発明のマイクロチップ基板の接合方法は「マイクロチップを構成する１対の樹脂基板を接合する方法」であって、以下の特徴を有する（請求項１）。

即ち、１対の樹脂基板の一方は、表面側に「底面が上記表面に平行な平面状であるマイクロチャンネル」が形成されている。マイクロチャンネルの断面形状は「矩形形状や台形形状」等である。マイクロチャンネルに試薬等の塗布固定はなされていない。

この樹脂基板の「マイクロチャンネルが形成された側の面」と、他方の樹脂基板の「平坦な面」とを接触させて被接合面とする。即ち、１対の樹脂基板は「被接合面」により相互に接合される。
接合は「レーザ光による光融着」により行われる。

光融着に用いるレーザ光は、１対の樹脂基板の一方を介して被接合面に「接合幅以上の長さのライン状に、長手方向に略均一な光強度」で集光される。接合が行われる被接合面は、面の両側が樹脂基板であるから、これら１対の樹脂基板の一方を介してレーザ光を照射する。このときライン状の集光部は、その長さが「接合幅以上」となるように集光状態を調整される。

光融着に用いられるレーザ光はまた「ライン状に集光するレーザ光の光エネルギが、マイクロチャンネル内部においては熱ストレスを生じない程度に分散する」ように、ライン状の集光態様を設定される。

ライン状の集光部により、被接合面を「集光部の長手方向に交わる向き」に走査し、レーザ光の光エネルギによる光融着により、被接合面において各樹脂基板の表面同志を接合する。レーザ光の集光部はライン状であり、このライン状の集光部により被接合面が「集光部の長手方向に交わる向き」に走査されるので、走査された領域は平面領域となる。なお、走査方向は「ライン状の集光部の長手方向と斜めに交わるように設定」してもよい。

例えば、被接合面が長方形形状で、その１辺に平行な方向にレーザ光をライン状に集光させ、ライン状の集光部に直交する方向に走査を行う場合であれば、接合幅は上記長方形形状の１辺の長さであり、ライン状の集光部は、この１辺の長さ以上の長さを有する。

ライン状の集光部による被接合面の走査は、ライン状の集光部と被接合面との「走査方向における相対的な変位」により行われる。従って、走査に際しては、レーザ光をライン状の集光部に集光させる「ライン照明装置」を被接合面に対して変位させてもよいし、ライン照明装置を固定して被接合面をなす１対の樹脂基板を変位させてもよく、ライン照明装置と「被接合面をなす１対の樹脂基板」の双方を変位させてもよい。

これらライン照明装置および／または「被接合面をなす１対の樹脂基板」の変位は、ステッピングモータやサーボモータによる駆動、エアシリンダによるステージ移動等により行うことができる。
上記の如く、レーザ光は「被接合面上にライン状に集光する」ので、被接合面上におけるライン状の集光部に光エネルギが集中し、樹脂基板を被接合面において効率的に加熱し溶融状態を生成して１対の樹脂基板を光融着させる。「ライン状の集光部による走査」により被接合面の全体が走査されて、被接合面全体において樹脂基板が接合される。このとき、一方の樹脂基板に形成されているマイクロチャンネルは他方の樹脂基板と接触していないのでマイクロチャンネル部分での光融着は生じない。

光融着に用いられるレーザ光は被接合面上に「ライン状に集光」するので、被接合面から離れるに従って発散し、その光エネルギ密度は急速に低下する。この発明の接合方法では特に「レーザ光の光エネルギが、マイクロチャンネル内部においては熱ストレスを生じない程度に分散する」ようにライン状の集光態様が設定されているので、接合の際にマイクロチャンネル内部での熱ストレスが有効に軽減され、マイクロチャンネルの断面形状の変形が有効に防止される。

即ち「熱ストレスを生じない程度」は、マイクロチャンネルに前記「断面形状の不規則な変形」が生じない程度である。この「程度」は、必ずしも一定ではない。例えば、ライン状の集光部における光エネルギが十分に大きければ、集光部における樹脂基板の溶融も短時間で生じるので「走査速度を大きくしても光接合は十分可能」である。このような場合であれば、マイクロチャンネル内を照射するレーザ光の光エネルギがある程度大きくても、走査速度が大きいことにより「マイクロチャンネル内がレーザ光により走査される時間」が短くなるので、走査の際にマイクロチャンネル壁面への光エネルギの蓄積を小さくでき、マイクロチャンネルに熱ストレスによるダメージ（断面形状の不規則な変形）を与えないようにできる。

逆に、ライン状の集光部に光エネルギが十分に集中していない場合は、集光部における樹脂基板の溶融に時間がかかるため走査速度を小さくしなければならない。このような場合には、マイクロチャンネル内を照射するレーザ光の光エネルギがある程度小さくても走査速度が小さいことによりマイクロチャンネル内がレーザ光により走査される時間が長くなるので、マイクロチャンネルに熱ストレスによるダメージを与えないようするためには、マイクロチャンネル内でレーザ光が十分に分散され、照射される単位面積あたりの光エネルギが小さくなるようにする必要がある。

請求項１記載のマイクロチップ基板の接合方法においては「１対の樹脂基板のうち、レーザ光を入射させる側でない樹脂基板に、レーザ光を吸収する材料を添加する」ことができる（請求項２）。このようにすると、レーザ光を吸収する材料を添加した樹脂基板において、光エネルギの吸収が促進され、集光部において「樹脂基板の溶融の生じる時間」が短縮されるため、走査速度を大きくでき、マイクロチャンネル内における熱ストレスを有効に軽減できる。

この発明の汎用マイクロチップは、上記請求項１又は２記載のマイクロチップ基板の接合方法により１対の樹脂基板を接合一体化されてなる汎用マイクロチップである（請求項３）。

なお、接合される樹脂基板の一方もしくは双方の、被接合面と逆の側の面には「屈折面やマイクロレンズアレイ、回折面等、光学機能を有する面形状」を形成しても良い。

上述の如く、この発明によれば新規なマイクロチップ基板の接合方法および新規な汎用マイクロチップを実現できる。この発明の接合方法では、マイクロチャンネル以外の部分では１対の基板が良好に光融着で接合され、また、レーザ光がマイクロチャンネル内では「熱ストレスを生じない程度に分散」されるので、マイクロチャンネルへの熱ストレスによるダメージを有効に防止することができる。また、この発明の汎用マイクロチップは、従来のガラス製のものの製造単価：数万円に対し、数百円程度の単価で極めて安価に製造できる。

図１はマイクロチップを、説明のために簡単化して示している。
図１（ｂ）は、１対の樹脂基板のうちで表面にマイクロチャンネル１１Ａを形成された樹脂基板１１を示している。以下、この樹脂基板１１を「マイクロチャンネル基板１１」と呼ぶ。マイクロチャンネル１１Ａは、実際には複雑な形状であることもあり得るが、簡単化した形状（Ｙ字形状）で示している。図１（ａ）に示すように、マイクロチャンネル１１Ａの断面形状は「矩形形状」である。

図１（ｃ）は、マイクロチャンネル基板１１の上に他方の樹脂基板１２を重ねた状態を示している。以下、この樹脂基板１２を「蓋基板１２」と呼ぶ。図１（ｃ）において符号１２Ａ１、１２Ａ２、１２Ｂは、蓋基板１２に穿設された微小な孔を示す。これらの孔１２Ａ１、１２Ａ２、１２Ｂは、蓋部材１２をマイクロチャンネル基板１１に位置合わせして重ねたときに、マイクロチャンネル１１Ａの起点・終点に合致するように蓋基板１２を貫通して穿設され、マイクロチップが分析や化学合成に使用されるときに「分析液や反応液をマイクロチャンネル１１Ａに流通させる」ために用いられる。蓋基板１２の両面は平坦な面である。

例えば、化学合成を行う場合であれば、２種の反応液を、孔１２Ａ１、１２Ａ２からマイクロチャンネル１１Ａ内に注入し、分岐したマイクロチャンネル内を流通させ、合流部で合流させて反応を行わせ、反応後の液状反応物を孔１２Ｂから採取する。このとき、反応の様子を光学的に観察することができる。

図１（ａ）は、マイクロチャンネル基板１１と蓋基板１２とを接合させたマイクロチップ１０の断端面図を示している。符号１１２は被接合面を示す。マイクロチャンネル１１Ａは、試薬等を固定されていない。
即ち、図１に示すマイクロチップは、表面側にマイクロチャンネル１１Ａが形成された一方の樹脂基板（マイクロチャンネル基板１１）の「マイクロチャンネル１１Ａが形成された側の面」と、他方の樹脂基板（蓋基板１２）の平坦な面とを接触させて被接合面１１２とし、この被接合面１１２を「レーザ光の光エネルギによる光融着で接合」して構成される。マイクロチャンネル１１Ａの断面形状は「矩形形状」であり、「底面は被接合面に平行な平面状」である。

なお、マイクロチャンネル基板１１と蓋基板１２とは、接合が行われるときに互いに位置合わせして接触されるが、この位置合わせとしては、これら基板の一部に「アライメントマーク」を形成しておき、顕微鏡を用いて目視で位置合わせする方法や、基板相互に位置決め用の穴を穿設して位置決めピンを貫通させて行う方法、外形寸法のみで位置決めする方法等、従来から知られた種々の位置決め方法を利用できる。

マイクロチャンネル基板１１も蓋基板１２も共に樹脂基板であるが、基板材料樹脂としては種々のものを用いることができる。
例えば、ポリスチレン、ポリエチレン、ポリ塩化ビニル、ポリプロピレン、ポリカーボネート、ポリエステル、ポリメチルメタクリレート、ポリビニルアセテート、ビニル−アセテート共重合体、スチレン−メチルメタアクリレート共重合体、アクリルニトリル−スチレン共重合体、アクリルニトリル−ブタジエン−スチレン共重合体、ナイロン、ポリメチルペンテン、シリコン樹脂、アミノ樹脂、ポリスルフォン、ポリエーテルスルフォン、ポリエーテルイミド、フッ素樹脂、飽和環状ポリオレフィン、ポリイミド等を挙げることができる。

中でも、加工性に優れ、経済性も良く、現在最も用いられている蛍光検出に適した「自己蛍光の少ない環状ポリオレフィン」が好ましい。また、これらのプラスチック材料に、レーザ光を吸収しやすい顔料、染料等を添加して良いことは勿論、酸化防止剤、難燃剤等を適宜混合添加してもよい。これら基板のサイズは、例えば、２５ｍｍ×７５ｍｍ程度、厚さ：０．５〜１．５ｍｍ程度である。

図２は、被接合面１１２に対してレーザ光をライン状に集光させるライン照明装置の１例を説明するための図である。
図２において、符号１はレーザ光が放射される部分、符号２は共軸レンズ、符号３はシリンドリカルレンズアレイを示している。
図の如く、共軸レンズ２の光軸方向に平行にＺ方向を定め、図２（ａ）の上下方向をＸ方向、図２（ｂ）の上下方向をＹ方向として、直交３方向を設定する。レーザ光が放射される部分を示す符号１は「単一光ファイバ（１本の光ファイバ）の出力端面」である。レーザ光源から放射された「接合用のレーザ光」は光ファイバ内を伝送され、上記出力端面１から放射される。

レーザ光源としては単一の半導体レーザあるいは固体レーザやガスレーザ、ファイバレーザを用いることができるが、複数の半導体レーザからのレーザ光を適当な合成手段で合成して光ファイバにカップリングさせる方式のものでも良い。

図２の（ａ）は、上下方向であるＸ方向が、シリンドリカルレンズアレイ３におけるシリンドリカルレンズ３−１、３−２、・・３−ｉ、・・の配列方向（シリンドリカルレンズ３−ｉの母線と光軸とに直交するパワー方向）であり、（ｂ）は、上記シリンドリカルレンズの母線方向に平行なＹ方向の様子を示している。

シリンドリカルレンズ３を構成する各シリンドリカルレンズ３−ｉ（ｉ＝１、２、・・・・）は、母線方向にはパワーを持たないので、図２（ｂ）に示すように、出力端面１からの発散性のレーザ光はＹ方向においては「共軸レンズ２のみの結像作用」により、結像位置Ｐに結像する。

一方、シリンドリカルレンズ３−ｉの配列方向であるＸ方向においては、出力端面１からのレーザ光は共軸レンズ２により集光光束に変換されてシリンドリカルレンズアレイ３に入射するが、シリンドリカルレンズ３−ｉに入射する光束部分は、共軸レンズ２の光学作用とシリンドリカルレンズ３−ｉの光学作用とを受け、図２（ａ）のＸ方向に「光束断面」を伸ばされる。そして、Ｙ方向の結像位置Ｐにおいて、Ｘ方向に長いライン状の像Ｌ１ｉ（その長手方向の中心は共軸レンズ２の光軸位置である。）として結像する。

図２（ａ）に符号ＬＩで示す「ライン像」は、共軸レンズ２と個々のシリンドリカルレンズ３−ｉの結像作用による「ライン状の像Ｌ１ｉ」が重畳されたものである。

このようにして得られるライン像ＬＩは「像の長さ方向（Ｘ方向）の光強度の分布」が均一に近いものとなる。この光強度均一化の作用を、図２（ｃ）を参照して説明する。
図２（ｃ）の最上の図は、共軸レンズ２を透過してシリンドリカルレンズアレイ３に入射するときのレーザ光の光強度分布（ガウス型の分布）を示している。

図２（ｃ）ような光強度分布を持つレーザ光がシリンドリカルレンズアレイ３に入射すると、シリンドリカルレンズ３−ｉの作用を個別に受けるが、シリンドリカルレンズ３−ｉ（ｉ＝１、２、・・）は、入射する光束部分をＸ方向（図の左右方向）に引き伸ばし、ライン状の像Ｌ１１、・・Ｌ１ｉ、・・を結像する。図２（ｃ）に図示されているライン状の像はＬ１１、Ｌ１ｉの２つのみであるが、シリンドリカルレンズ３−ｉごとに「ライン状の像」が形成される。

図２（ｃ）の中段において、符号Ｌ１ｉ（ｉ＝１、２、・・）で示すのは「ライン状の像Ｌ１ｉの光強度の分布」であり上下方向が光強度に対応する。
これらのライン状の像Ｌ１ｉ（ｉ＝１、２、・・）が互いに重畳して、図２（ａ）に示すライン像ＬＩを構成する。このとき、個々のライン状の像Ｌ１ｉ（ｉ＝１、２、・・）の光強度は「像長手方向（Ｘ方向）に均一ではない」が、シリンドリカルレンズアレイ上の光強度分布が「Ｘ方向に対称な分布」であるので、ある「ライン状の像Ｌ１ｉ」に対して「長手方向の光強度分布が逆になるライン状の像」が存在することになり、従って、ライン状の像Ｌ１ｉの全てが重畳して形成されるライン像ＬＩの光強度分布は、図２（ｃ）の最下段に示すように長手方向（Ｘ方向）に均一化される。

このようにして「各シリンドリカルレンズ３−ｉによるライン状の像Ｌ１ｉ」は、互いに光強度は異なるが、これらを重畳させることにより「長手方向に均一な光強度を持つライン像ＬＩ」を実現できる。

この発明の接合方法では、図２に即して説明した如きライン照明装置により結像されるライン像ＬＩを、被接合面１１２に結像させるのである。

図３には、この発明の接合方法の実施に用いうるライン照明装置の別の例を示す。

図３（ａ）、（ｂ）において、符号１Ａは「光源部の一部」をなす光ファイバ、符号４は拡散板、符号５はモータ、符号６は第１結像光学系、符号７はレーザラインジェネレータレンズ、符号８は第２結像光学系、符号Ｓは「平面状の照明領域」を示している。この平面状の照明領域Ｓは実体的には前述の「被接合面（図１で符号１１２で示す部分）」である。

光ファイバ１Ａは図示されない「１以上のレーザ光源」からのレーザ光（接合用のレーザ光）をカップリングされて導光し、その一端部１から「発散性のレーザ光束」として放射させる。

拡散板４はフロスト型拡散板（所謂「摺りガラス」）で円板状であり、その中心部をモータ５に軸支されて回転駆動される。拡散板４は射出端１に面する側が拡散面であり、この拡散面を射出端１に極く近接させ、拡散面が射出端１から放射される発散性のレーザ光束の主光線に直交するように配置される。

図３において図示の如くＸ、Ｙ、Ｚ方向を定める。Ｚ方向について、射出端１から放射される発散性のレーザ光束の主光線に合致させてＺ軸を定める。Ｘ方向は「照明領域（被接合面）に結像するライン像の長手方向」、Ｙ方向は「この長手方向に直交する方向」である。

第１結像光学系６は「共軸レンズ系」で、光軸をＺ軸に合致させ、図１（ａ）、（ｂ）に示すように「射出端１から放射されて、拡散板１２によりコヒーレント性を低減された発散性のレーザ光束」を点像として結像させる。
レーザラインジェネレータレンズ７は、図１（ａ）、（ｂ）に示すように射出側が「ＸＹ面に平行な平面」であり、入射側は「２つの平面による屋根形」をなしている。この屋根形の稜線部はＹ方向に平行である。
図３（ｃ）は、レーザラインジェネレータレンズ７を説明図的に示している。入射側の「屋根形の稜線」の近傍部分（図３（ｃ）の符号７Ａで示す部分）は、ＸＺ面内で非円弧形状をなしているが、この非円弧形状は「Ｙ方向には一様」である。

図３（ｃ）は、レーザラインジェネレータレンズ７の稜線の近傍部分７Ａに、ＸＺ面内において平行な光束がＺ方向に入射したとき、入射光線が非円弧形状により屈折されて大きな発散角を与えられて射出する状態を示している。この図では、説明の簡単のために入射光束を平行光束としたが、図３（ａ）、（ｂ）に示すような集束性の光束を入射される場合にも作用は同様であり、射出光の発散角が「入射光束の集束角」に対して拡張される。なお、市販されているレーザラインジェネレータレンズでは「ＸＺ面内で平行な光束を入射させたときの発散角」を種々の値に設定されている。レーザラインジェネレータレンズ７はＹ方向にはパワーを持たない。

第２結像光学系８は「Ｙ方向に正のパワーを有するシリンダレンズ」である。

図３（ａ）、（ｂ）に示すように、第１結像光学系６による「点像」は、レーザラインジェネレータレンズ７の稜線の近傍部分に結像する。そして、結像光束は、ＸＹ面内における発散角を拡張されて第２結像光学系８に入射し、ＸＺ面内では「拡張された発散角」を保って進行し、ＹＺ面内においては第２結像光学系２０の「Ｙ方向の正のパワー」により集束し、照明領域Ｓ上に「Ｘ方向に長いライン像」を形成し、照明領域Ｓをライン照明する。レーザラインジェネレータレンズ７の「屋根形の稜線近傍部分の非円弧形状」は、上記Ｘ方向に長いライン像の光強度がＸ方向に均一化されるように設計される。

図４は、接合が行われる状態を説明するための図である。
図４（ａ）において符号２０は「ライン照明装置」を示す。ライン照明装置２０は、例えば、図２あるいは図３に即して説明した如きものである。図４（ｂ）は図４（ａ）の状態を上方から見た図である。

これらの図に示すように、表面側に、底面が上記表面に平行な平面状であるマイクロチャンネル１１Ａ（矩形形状の断面形状を有する。）が形成された一方の樹脂基板であるマイクロチャンネル基板１１のマイクロチャンネル１１Ａが形成された側の面と、他方の樹脂基板である蓋基板１２の平坦な面とを接触させて被接合面１１２とし、ライン照明装置２０によりレーザ光ＬＡを、樹脂基板の一方である蓋基板１２を介して被接合面１１２に、接合幅ＳＨ（被接合面１１２の幅に等しい。）以上の長さのライン状に集光させる。符号ＬＰで示すライン状の集光部は、図２に即して説明した「ライン像ＬＩ」である。

このライン状の集光部ＬＰにより、被接合面１１２を集光部ＬＰの長手方向に交わる向き（この例では直交する向き。矢印で示す。）に走査して、レーザ光ＬＡの光エネルギによる光融着により被接合面１１２において各樹脂基板１１、１２の表面同志を接合してマイクロチップ１０とする。

図４（ｃ）は、レーザ光ＬＡの集光部ＬＰの近傍での状態を示している。集光部ＬＰは「図面に直交する方法に長いライン状」である。レーザ光ＬＡは、被接合面１１２にライン状に集光（結像）することにより図の如くビームウエストを形成する。そしてこのビームウエストの位置では光エネルギ密度が最も高くなるのでマイクロチャンネル基板１１、蓋基板１２とも被接合面の部分が昇温して融解し、相互に光融着する。

図４（ｃ）に示す状態では、ライン状の集光部ＬＰはマイクロチャンネル１１Ａの位置に集光しているが、レーザ光ＬＡは、マイクロチャンネル１１Ａ内に伝搬する際に発散状態となるので光エネルギが分散される。

ライン照明装置２０として、図２に即して説明したものを用いる場合には、図４（ｃ）の図面に直交する方向に於いては、集光部ＬＰは前記「ライン状の像Ｌ１ｉ（ｉ＝１、２、・・）が互いに重畳した状態」であり、ライン状の像ＬＩｉは「相互に結像光線の向きが異なっている」から、集光部ＬＰの長手方向においても光エネルギは分散する。

このようなレーザ光の分散により、マイクロチャンネル１１Ａ内部を照射するレーザ光ＬＡは「集光部ＬＰの位置におけるよりも光エネルギの密度が有効に低下」しており、マイクロチャンネル１１Ａに熱ストレスによるダメージ（断面形状の不規則な変形）を与えない。

このようにして１対の樹脂基板１１、１２を接合一体化した汎用マイクロチップ１０を得ることができる。

マイクロチャネル１１Ａは、サンプルや試薬の使用量あるいは廃液の排出量や熱移動・物質移動の高速化の観点から、幅：１μｍ以上４ｍｍ以下、より好ましくは１０μｍ以上３ｍｍ以下、深さ：１μｍ以上５００μｍ以下、より好ましくは１０μｍ以上３００μｍ以下がよく、射出成形で形成するのが大量生産には好ましいが、ドリル等の機械加工、ホットエンボスによる加工、レーザによる加工、ドライエッチングパターン加工、ウェットエッチングパターン加工等で形成しても良い。

接合に用いるレーザ光ＬＡの波長、パワー、走査速度等は、マイクロチャンネル基板１１、蓋基板１２の材質により適宜、最適化して決定できる。

汎用マイクロチップを説明するための図である。 接合方法を実施するための、レーザ光のライン状の集光部を形成するためのライン照明装置の１例を説明するための図である。 接合方法を実施するための、レーザ光のライン状の集光部を形成するためのライン照明装置の別例を説明するための図である。 １対の樹脂基板の接合を説明するための図である。

符号の説明

１０ マイクロチップ
１１ マイクロチャンネル基板（マイクロチャンネルが形成された樹脂基板）
１２ 蓋基板（マイクロチャンネル基板と接合される樹脂基板）
１１２ 被接合面
１１Ａ マイクロチャンネル
ＬＡ レーザ光
ＬＰ ライン状の集光部

Claims (3)

1. マイクロチップを構成する１対の樹脂基板を接合する方法であって、
   表面側に、底面が上記表面に平行な平面状であるマイクロチャンネルが形成された一方の樹脂基板の上記マイクロチャンネルが形成された側の面と、他方の樹脂基板の平坦な面とを接触させて被接合面とし、
   レーザ光を、上記樹脂基板の一方を介して上記被接合面に、接合幅以上の長さのライン状に、長手方向に略均一な光強度で集光させ、このライン状の集光部により、上記被接合面を上記集光部の長手方向に交わる向きに走査して、上記レーザ光の光エネルギによる光融着により上記被接合面において各樹脂基板の表面同志を接合し、
   上記ライン状に集光するレーザ光の光エネルギが、上記マイクロチャンネル内部においては熱ストレスを生じない程度に分散するように、上記レーザ光のライン状の集光態様を設定したことを特徴とするマイクロチップ基板の接合方法。
2. 請求項１記載のマイクロチップ基板の接合方法において、
   １対の樹脂基板のうち、レーザ光を入射させる側でない樹脂基板に、上記レーザ光を吸収する材料を添加することを特徴とするマイクロチップ基板の接合方法。
3. 請求項１又は２記載のマイクロチップ基板の接合方法により１対の樹脂基板を接合一体化されてなる汎用マイクロチップ。

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