JP2011147852A - 樹脂製マイクロ流路構造及びそれを含むマイクロ流路デバイス並びにそれらの製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】マイクロ流路構造及びそれを備えたマイクロ流路デバイス並びにそれらの製造方法において、その製造が容易且つ安価にできるようにすることを目的とし、又、溝が埋まらず、且つ漏れのないようにしながら、その製造が容易且つ安価にできるようにする。
【解決手段】静電印刷方式又はインクジェット印刷方式で作製された原版が使用されて形成された多孔質表面を有し、樹脂製である樹脂製マイクロ流路構造であり、又、そのマイクロ流路構造を構成する溝部２ａを有する溝側プレート２と溝部２ａを覆う蓋部３ａを有する蓋側プレート３からなり、溝部２ａを形成する凹部の側面２ｂ，２ｃと、蓋部３ａを形成する凸部の側面３ｂ，３ｃとが傾斜面であり、その凹部に凸部が圧入されて、溝側プレート２に蓋側プレート３が組み付けられているマイクロ流路デバイス１である。
【選択図】図１

Description

この発明は、マイクロ流路構造及びそれを備えたマイクロ流路デバイス並びにそれらの製造方法に関する。

近年、基板表面に形成された微細なチャンネル（溝）を流路として有し、その微細流路内で、化学反応、遺伝子反応、分離、混合、分析等の各種操作が可能な構造を備えたデバイス（一般に「マイクロ流路デバイス」又は「マイクロ流路チップ」等といわれている。）が提案されている（例えば、特許文献１参照）。

この種のデバイスにおいて、そのマイクロ流路構造の形成には、半導体の製造等で用いられているフォトマスクを利用した技術が用いられており、従来のマイクロ流路構造を備えたデバイス（チップ）の製造方法は概ね次の工程によるものであった。

（１）ＣＡＤにより目的とするマイクロ流路パターンの設計をする工程。
（２）ＣＡＤのデータからガラスや石英等のガラス基板上にフォトマスクの作製をする工程。
（３）フォトリソグラフィによりフォトレジストの感光をする工程。
（４）現像をする工程。
（５）エッチングをする工程。
（６）マイクロ流路（溝）を形成する工程。
（７）マイクロ流路を形成した基板にもう一枚のガラス基板（蓋側）を貼り付けてチップとしてパッケージングする工程。

特開２００４−２１０５９２号公報

前記従来の製造方法の場合、例えば、幅１００μｍ、深さ５０μｍ、長さ５０ｍｍの溝のパターンを形成すると、大変高価なものになってしまう。

前記従来の製造方法において、溝側のガラス基板と蓋側のガラス基板のパッケージングはガラス基板同士を熱圧着や水ガラスによる接着等により行われている。又、フォトマスク法で形成したマイクロ流路を電鋳法で転写して金属製流路とし、その流路をＰＭＭＡ樹脂等に熱転写法でマイクロ流路を形成する方法もあるが、蓋側の基板をレーザー接合や熱圧着等でパッケージングしている。それら方法によって製造されたデバイス（チップ）は、何れも研究用のものであり、高価なものである。

前記従来のマイクロ流路及びそのデバイスは、ガラス基板によるものであり、高価なものである。

更に、溝側の基板に蓋側の基板を溝が詰まらないようにしながら貼り付けるのは困難であり、又安価にそれをするのも困難である。例えば、接着剤を使用すれば、溝が埋まってしまうおそれがあるし、熱溶着の場合も、変形や詰まりのおそれはあるし、面同士を長時間かけて溶着させたり、レーザービームで封じたりするのは製造コストが高くなる。尚、超音波で溶融接着する方法もあるが、歩留まりが悪く、又漏れ防止の信頼性が低い。

この発明は、マイクロ流路構造及びそれを備えたマイクロ流路デバイス並びにそれらの製造方法において、その製造が容易且つ安価にできるようにすることを目的とし、又、溝が埋まらず、且つ漏れのないようにしながら、その製造が容易且つ安価にできるようにすることを目的とする。

この発明は、静電印刷方式又はインクジェット印刷方式で作製された原版が使用されて形成された多孔質表面を有するマイクロ流路構造であって、樹脂製であることを特徴とする樹脂製マイクロ流路構造である。

又、この発明は、前記多孔質表面に、触媒、酵素、ＤＮＡ又は蛋白質を担持させたことを特徴とする前記樹脂製マイクロ流路構造である。

又、この発明は、前記マイクロ流路構造を構成する溝部を有する溝側プレートと前記溝部を覆う蓋部を有する蓋側プレートからなるマイクロ流路デバイスであって、前記溝部を形成する凹部の側面と、前記蓋部を形成する凸部の側面とが傾斜面であり、前記凹部に前記凸部が圧入されて、前記溝側プレートに前記蓋側プレートが組み付けられていることを特徴とするマイクロ流路デバイスである。

又、この発明は、前記溝側プレートと前記蓋側プレートとがそれぞれの当接平面部が当接されつつ、組み付けられるものであり、前記それぞれの当接平面部に嵌合凸部と嵌合凹部が設けられていることを特徴とする前記マイクロ流路デバイスである。

又、この発明は、マイクロ流路構造を備えたマイクロ流路デバイスの製造方法であって、（１）マイクロ流路パターンデータを設計する工程と、（２）マイク流路パターンを静電印刷方式又はインクジェット印刷方式で印刷する工程と、（３）前記マイクロ流路パターンを写真撮影し、そのネガを得る工程と、（４）前記ネガを原版として利用し、フォトレジストに写真の焼付け方法によって焼き付け、現像して、凹凸を含むパターンを有するフォトマスクを作製する工程と、（５）フォトリソグラフィにより、フォトレジストを感光する工程と、（６）エッチングして、多孔質表面を形成する凹凸表面を有するマイクロ流路を得る工程と、（７）電鋳法により、前記マイクロ流路を転写して金型を得る工程と、（８）前記金型から前記マイクロ流路を形成する溝部を有する溝側プレートと前記溝部を覆う蓋部を有する蓋側プレートの２パーツを作製する工程と、（９）前記溝側プレートと前記蓋側プレートとを前記溝部を形成する凹部に前記蓋部を形成する凸部を圧入して組み付けて一体化し、マイクロ流路デバイスを得る工程とを含むことを特徴とするマイクロ流路構造を備えたマイクロ流路デバイスの製造方法である。

又、この発明は、前記（８）の工程と前記（９）の工程との間に、（８’）前記溝側プレートの前記マイク流路を形成する溝部の多孔質表面に触媒、酵素、ＤＮＡ、タンパク質等を担持させる工程を更に含むことを特徴とする前記マイクロ流路構造を備えたマイクロ流路デバイスの製造方法である。

この発明によれば、マイクロ流路構造が、静電印刷方式又はインクジェット印刷方式で作製された原版が使用されて形成された多孔質表面を有し、樹脂製であるであるので、容易且つ安価にその作製をすることができ、そのマイクロ流路構造を備えたマイクロ流路デバイスを容易に且つ安価に製造することができる。

又、この発明によれば、前記多孔質表面に触媒、酵素、ＤＮＡ又はタンパク質等を担持させることで、機能性を有する表面を含む前記マイクロ流路構造を得ることができる。ここで、光を透過する透明な材料を使用すれば、光触媒の使用が可能となる。

又、この発明によれば、前記マイクロ流路構造を構成する溝部を有する溝側プレートと前記溝部を覆う蓋部を有する蓋側プレートとからマイクロ流路デバイスを構成し、前記溝部を形成する凹部の側面と、前記蓋部を形成する凸部の側面とを傾斜面とし、前記凹部に前記凸部を圧入して、前記溝側プレートに前記蓋側プレートを組み付けてなるマイクロ流路デバイスとすることで、溝が埋まらず、且つ漏れがないようにしつつ、容易且つ安価にマイクロ流路デバイスを製造することができる。

又、この発明によれば、前記溝側プレートと前記蓋側プレートとがそれぞれの当接平面部が当接されつつ、組み付けられるものとし、前記それぞれの当接平面部に嵌合凸部と嵌合凹部が設けられているものとすることで、前記溝側プレートと前記蓋側プレートとを機械的に離れ難い構造で組み付けることができ、耐圧性の点で、信頼性の高いマイクロ流路デバイスを製造することができる。

（ａ）がマイクロ流路（溝）を備えた溝側プレートの斜視図であり、（ｂ）が蓋側プレートの斜視図である。 溝側プレートに蓋側プレートを圧入して組み付け、一体化したマイクロ流路デバイスの斜視図である。 溝側プレートの溝部（凹部）に蓋側プレートの蓋部（凸部）が圧入される際の状態を示した要部拡大斜視図である。 溝側プレートの溝部（凹部）に蓋側プレートの蓋部（凸部）が圧入された状態を示した要部拡大断面図である。 他の実施の形態に係る溝側プレートと蓋側プレートとを示した分解斜視図である。 原版として使用されるネガフィルムの拡大写真である。

この発明の実施形態を図１乃至６に基づき説明する。

マイクロ流路デバイス１（図２）は、マイクロ流路を構成する溝部２ａが形成された溝側プレート２（図１ａ）とその溝側プレート２にその溝部２ａを覆いつつ組みつけられる蓋側プレート３（図１ｂ）とからなる。このマイクロ流路デバイス２において、溝側プレート２と蓋側プレート３は何れも樹脂製のものである。

マイクロ流路を構成する溝部２ａ構造は、コンピュータでＣＡＤの技術を利用してマイクロ流路パターンデータを作成し、それを静電印刷方式又はインクジェット印刷方式で印刷したものをアナログ写真撮影することで得たネガフィルムを原版として利用して形成したものである。

尚、一般に、マイクロ化学反応、遺伝子反応等に必要なマイクロ流路の幅は０．３ｍｍ以下である。例えば、コンピュータで幅１００μｍの線の三次元デジタルデータを作成し、それをインクジェット方式でプリントし、その画面を寸法サイズにアナログ写真撮影して得たネガフィルムを原版として利用することができる。図６はそのネガフィルムの拡大写真であるが、線の表面に無数の微細な凹凸が認められる。その微細な凹凸が多孔質表面を形成するのに利用できる。

マイクロ流路デバイス１は、例えば、（１）コンピュータによりＣＡＤの技術を利用して、マイクロ流路パターンデータを設計する工程と、（２）マイク流路パターンを静電印刷方式又はインクジェット印刷方式で印刷する工程と、（３）前記マイクロ流路パターンをアナログ写真撮影し、そのネガフィルムを得る工程と、（４）前記ネガフィルムを原版として利用し、フォトレジストに写真の焼付け方法によって焼き付け、現像して、凹凸を含むパターンを有するフォトマスクを作製する工程と、（５）フォトリソグラフィにより、フォトレジストを感光する工程と、（６）エッチングして、多孔質表面を形成する凹凸表面を有するマイクロ流路を得る工程と、（７）電鋳法により、前記マイクロ流路を転写して金型を得る工程と、（８）前記金型からマイクロ流路を形成する溝部２ａを有する溝側プレート２と溝部２ａを覆う蓋部３ａを有する蓋側プレート３の２パーツを作製する工程と、（９）溝側プレート２と蓋側プレート３とを溝部２ａを形成する凹部に蓋部３ａを形成する凸部を圧入して組み付けて一体化し、マイクロ流路デバイス１を得る工程とにより製造することができる。尚、前記（８）の工程において、溝側プレート２の溝部２ａと入出口４に通じる細管部（図示省略）とを一体成形により作製することができる。

ここで、前記（８）の工程と前記（９）の工程との間に、又は適宜の段階に、（８’）前記溝側プレート２の多孔質表面における凹部に触媒、酵素、ＤＮＡ、タンパク質等を担持させる工程を含めてもよく、そのようにすれば、機能性を有する表面を含む前記マイクロ流路構造を得ることができる。又、光を透過する透明な材料を使用すれば、光触媒の使用が可能となり、酸化チタン粒子を付着させれば、光触媒として機能させることができる。

マイクロ流路デバイス１において、マイクロ流路構造は、静電印刷方式又はインクジェット印刷方式で作製された原版が使用されて形成された多孔質表面を有し、樹脂製であるので、容易且つ安価にその作製をすることができるものとなっており、そのマイクロ流路構造を備えたマイクロ流路デバイス１も容易に且つ安価に製造することができるものとなっている。尚、このマイクロ流路デバイス１は、前記の通り、安価に製造可能なものであることから、多数個使用の用途に使用することができるということができ、又、使い捨てで使用することができるということができる。

更に、マイクロ流路デバイス１は、溝側プレート２における溝部２ａを形成する凹部の両側面２ｂ，２ｃと、蓋側プレート３における蓋部３ａを形成する凸部の両側面３ｂ，３ｃとがテーパー状の傾斜面となっており、凹部２ａに凸部３ａが圧入されて、両者が線あたりで接触しながら、溝側プレート２に蓋側プレート３組み付けられて、一体化されたものとなっている（図３及び４参照）。これにより、マイクロ流路デバイス１は、溝部２ａが埋まらず、且つ漏れがないように、溝側プレート２と蓋側プレート３の組み付けができるものとなっている。尚、例えば、凹部２ａの両側面２ｂ，２ｃは、それぞれ０．５度−２度の勾配とすることができ、凸部３ａの両側面３ｂ，３ｃも、それぞれ同様の勾配とすることができる。又、凹部２ａと凸部３ａとは均一に接触する必要があることから、互いに当接する溝側プレート２の当接平面部２ｅと蓋側プレート３の当接平面部３ｅの平面度は、例えば０．０２以下であることが好ましい。

ここで、マイクロ流路デバイス１は、射出成型部品だけで組み立てて製造したものであり、マイクロ流路構造が、例えば、幅０．３ｍｍ以下、深さ０．１ｍｍ以下の断面積で複雑な流路構造を有するものでも製造が可能であり、又、そのような複雑な流路構造のものであっても、溝側プレート２に蓋側プレート３がその凹部２ａに凸部３ａが圧入されて組み付けられているものとなっているので、溝部２ａが埋まらず、且つ漏れがないようにしながら、その製造が可能なものとなっている。

マイクロ流路デバイス１は、溝部２ａが埋まらず、且つ漏れがないように、溝側プレート２と蓋側プレート３の組み付けができるものとなっているが、両プレートの一体化の程度をより高めるために、図６に示したように、溝側プレート２の当接平面部２ｅと蓋側プレート３の当接平面部３ｅに互いに嵌合される嵌合凸部２ｄと嵌合凹部３ｄを有するものとして、両者間を嵌合して結合させるリブ構造を含むものとし、機械的に離れ難くしてもよい。

[実験例１]
この発明の方法で作製したマイクロ流路を２酸化チタン懸濁液に投げ込み、取り出して水洗した後、窒素ガス中４０℃で２時間乾燥し、減圧デシケータで冷却した。０．０１０ｇの重量増があった。又、チャンネルは白色化していた。

[実験例２]
この発明の方法で作製したマイクロ流路デバイスに臭化エチジュウム色素を結合したＤＮＡ溶液を流し、エタノールを流した後、窒素ガスを流して乾燥した。紫外線を照射すると蛍光を発した。ＤＮＡが付着していることが示された。

[実験例３]
この発明の方法で作製したマイクロ流路デバイスの溝部に蓋部が圧入された流路に窒素ガスを流入させ、漏れのテストを行った。圧力は０．２５メガパスカルとし、チップを水中に入れて、漏れを確かめたが、漏れはなかった。

[実験例４]
金型で作製したプレートの平面度を三次元測定器（ミツトヨ社製Ｃ−９１０６）で測定した。当接平面部２ｅの平面度は０．０１７であった。

１ マイクロ流路デバイス
２ 溝側プレート
２ａ 溝部・凹部（マイクロ流路）
２ｂ 側面
２ｃ 側面
２ｄ 嵌合凸部（リブ構造部）
２ｅ 当接平面部
３ 蓋側プレート
３ａ 蓋部・凸部
３ｂ 側面
３ｃ 側面
３ｄ 嵌合凹部（リブ構造部）
３ｅ 当接平面部

Claims (6)

1. 静電印刷方式又はインクジェット印刷方式で作製された原版が使用されて形成された多孔質表面を有するマイクロ流路構造であって、樹脂製であることを特徴とする樹脂製マイクロ流路構造。
2. 前記多孔質表面に、触媒、酵素、ＤＮＡ又は蛋白質を担持させたことを特徴とする請求項１に記載のマイクロ流路構造。
3. 前記請求項１又は２に記載のマイクロ流路構造を構成する溝部を有する溝側プレートと前記溝部を覆う蓋部を有する蓋側プレートからなるマイクロ流路デバイスであって、前記溝部を形成する凹部の側面と、前記蓋部を形成する凸部の側面とが傾斜面であり、前記凹部に前記凸部が圧入されて、前記溝側プレートに前記蓋側プレートが組み付けられていることを特徴とするマイクロ流路デバイス。
4. 前記溝側プレートと前記蓋側プレートとがそれぞれの当接平面部が当接されつつ、組み付けられるものであり、前記それぞれの当接平面部に嵌合凸部と嵌合凹部が設けられていることを特徴とする請求項３に記載のマイクロ流路デバイス。
5. マイクロ流路構造を備えたマイクロ流路デバイスの製造方法であって、（１）マイクロ流路パターンデータを設計する工程と、（２）マイク流路パターンを静電印刷方式又はインクジェット印刷方式で印刷する工程と、（３）前記マイクロ流路パターンを写真撮影し、そのネガを得る工程と、（４）前記ネガを原版として利用し、フォトレジストに写真の焼付け方法によって焼き付け、現像して、凹凸を含むパターンを有するフォトマスクを作製する工程と、（５）フォトリソグラフィにより、フォトレジストを感光する工程と、（６）エッチングして、多孔質表面を形成する凹凸表面を有するマイクロ流路を得る工程と、（７）電鋳法により、前記マイクロ流路を転写して金型を得る工程と、（８）前記金型から前記マイクロ流路を形成する溝部を有する溝側プレートと前記溝部を覆う蓋部を有する蓋側プレートの２パーツを作製する工程と、（９）前記溝側プレートと前記蓋側プレートとを前記溝部を形成する凹部に前記蓋部を形成する凸部を圧入して組み付けて一体化し、マイクロ流路デバイスを得る工程とを含むことを特徴とするマイクロ流路構造を備えたマイクロ流路デバイスの製造方法。
6. 前記（８）の工程と前記（９）の工程との間に、（８’）前記溝側プレートの前記マイク流路を形成する溝部の多孔質表面に触媒、酵素、ＤＮＡ、タンパク質等を担持させる工程を更に含むことを特徴とする請求項５に記載のマイクロ流路構造を備えたマイクロ流路デバイスの製造方法。