JP2012206026A

JP2012206026A - マイクロ流路デバイスおよびマイクロ流路デバイスの製造方法

Info

Publication number: JP2012206026A
Application number: JP2011073919A
Authority: JP
Inventors: Shin Saito; 晋齋藤
Original assignee: Sumitomo Bakelite Co Ltd
Current assignee: Sumitomo Bakelite Co Ltd
Priority date: 2011-03-30
Filing date: 2011-03-30
Publication date: 2012-10-25

Abstract

【課題】本発明の目的は、射出成形で得られる樹脂基板をマイクロ流路デバイスとして用いる場合であってもウェルドラインの発生が問題とならないようなマイクロ流路デバイスの製造方法を提供することにある。
【解決手段】本発明のマイクロ流路デバイスの製造方法は、一方の面に流路用溝が形成された樹脂基板と、前記流路用溝が形成された面を覆うように配置される樹脂フィルムとを、貼り合わせて接合体を得る貼着工程と、前記接合体を加熱処理する加熱工程とを有することを特徴とする。
【選択図】なし

Description

本発明は、マイクロ流路とその製造方法に関する。

近年、化学工業（特に、医薬品、試薬等の製造に係る医薬品工業）では、マイクロミキサーまたはマイクロリアクターと呼ばれる微小容器を用いた新しいマイクロ流路デバイスの開発が進められている。マイクロ流路デバイスには、複数本のマイクロチャネル（マイクロ流路と繋がる微小空間（マイクロキャビティ）が設けられており、マイクロチャネルを通して複数の流体を微小空間に合流することで、複数の流体を混合し、又は混合と共に化学反応を生じさせる。

このようなマイクロ流路デバイスは、ガラス製のものが主流である。ガラス基板でマイクロ分析チップを作成するためには、たとえば、基板に金属、フォトレジスト樹脂をコートし、マイクロチャネルのパターンを焼いた後にエッチング処理を行う方法がある。しかしガラスは大量生産に向かず非常に高コストであり、樹脂化が望まれている。

樹脂製のバイオチップやマイクロ分析チップは、種々の樹脂を用いて射出成形等の各種の成形方法で製造することが可能であり、効率よく経済的なチップ製造が可能となっていた（特許文献１参照）。

特開２００６−１８９２９２号公報

しかし、上述したような樹脂基板に、射出成形により流路用溝を形成する場合、従来の成形品を成形するよりもより高度なレベルでウェルドラインが発生し、基板表面に微細な凹形状が形成される。熱溶着貼り合わせ時に、この凹形状によって接合不良（具体的には浮きが生じる）となる。その結果、流路からの液漏れを起こすことになる。
本発明の目的は、射出成形で得られる樹脂基板をマイクロ流路デバイスとして用いる場合であっても、接合不良を生じさせないマイクロ流路デバイスの製造方法を提供することにある。

このような目的は、下記（１）〜（１１）に記載の本発明により達成される。
（１）少なくとも一方の面に流路用溝が形成された樹脂基板と、
前記流路用溝が形成された面に、積層された樹脂フィルムとで構成されるマイクロ流路用デバイスであって、
前記樹脂フィルムの表面が洗浄処理されていることを特徴とするマイクロ流路用デバイス。
（２）前記洗浄処理は、前記樹脂フィルムを、該樹脂フィルムに対する貧溶媒に浸漬するものである（１）に記載のマイクロ流路デバイス。
（３）前記浸漬が、３０℃〜８０℃で、１５〜６０分、前記貧溶媒に浸漬する（２）に記載のマイクロ流路デバイス。
（４）前記貧溶媒がヘキサン、シクロヘキサン、ｎ−ヘプタン、２−プロパノールである（１）ないし（３）いずれか１項に記載のマイクロ流路デバイス。
（５）前記樹脂フィルムの厚さは、０．０１〜１ｍｍである（１）ないし（４）のいずれか１項に記載のマイクロ流路デバイス。
（６）前記樹脂フィルムの洗浄後の引っ張り強度の最大応力が、洗浄前の８５〜９５％である（１）ないし（５）のいずれか１項に記載のマイクロ流路デバイス。
（７）前記流路溝の深さは、０．０１〜０．５ｍｍである（１）ないし（６）のいずれかに記載のマイクロ流路デバイス。
（８）前記樹脂フィルムがポリメチルメタクロイルアセテートであり、前記貧溶媒がヘキサンである（１）ないし（７）いずれか１項に記載のマイクロ流路デバイス。
（９）（８）記載のポリメチルメタクロイルアセテートフィルムの洗浄後の引っ張り強度の最大応力が、２８〜３３ＭＰａであるマイクロ流路デバイス。
（１０）前記樹脂フィルムがポリカーボネートであり、前記貧溶媒が２−プロパノ−ルである（１）ないし（７）いずれか１項に記載のマイクロ流路デバイス。
（１１）（１０）記載のポリカーボネートフィルムの洗浄後の引っ張り強度の最大応力が、５３〜６０ＭＰａであるマイクロ流路デバイス。
（１２）前記樹脂基板は、射出成形により形成されたものである（１）ないし（１１）のいずれか１項に記載のマイクロ流路デバイス。
（１３）（１）〜（１３）のいずれか１項に記載のマイクロ流路デバイスの製造方法であって、前記樹脂基板と、前記フィルムを熱溶着させるマイクロ流路デバイスの製造方法。

本発明によれば、射出成形で得られる樹脂基板をマイクロ流路デバイスとして用いる場合であっても接合不良を生じないマイクロ流路デバイスを提供することができる。

マイクロ流路デバイスを説明する側面図である。樹脂基板を説明する上面図である。マイクロ流路デバイスの製造方法説明するための側面図である。

以下、本発明のマイクロ流路デバイスの製造方法について説明する。
本発明のマイクロ流路デバイスの製造方法は、一方の面に流路用溝が形成された樹脂基板と、前記流路用溝が形成された面を覆うように配置される樹脂フィルムであって、あらかじめ貧溶媒で洗浄された樹脂フィルムとを、貼り合わせて接合体を得る貼着工程を有することを特徴とする。

以下、本発明のマイクロ流路デバイスの製造方法について詳細に説明する。
なお、本発明で記載する貧溶媒とは、樹脂材料に対して、溶解、膨潤、軟化を生じさせない溶媒を示しており、特に有機溶媒を示す。

本発明のマイクロ流路デバイス１００では、一方の面に流路用溝１が形成された樹脂基板２と、樹脂基板２の流路用溝１が形成された面を覆う樹脂フィルムとで構成されている（図１）。

図２に示すように、樹脂基板２には、流路用溝１が形成されている。このような流路用溝１が形成された樹脂基板２を製造する方法としては、例えば射出成形で製造する方法、樹脂基板に流路を切削加工する方法等が挙げられる。これらの中でも射出成形により流路用溝１が形成された樹脂基板２を用いることが生産性の点で好ましい。

流路用溝１とは、具体的に流路用溝１の幅が１，０００μｍ以下で、かつ深さが０．０１〜０．５ｍｍであることが好ましい。これにより、微小なサイズでの実験等が可能となる。

この樹脂基板２を構成する樹脂としては、例えば高密度ポリエチレン、低密度ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリスチレン、各種環状ポリオレフィン、ポリメチルメタクリレート、ポリノルボルネン、ポリフェニレンオキサイド、ポリエチレンテレフタレート、ポリエチレンナフタレート、ポリカーボネート、ポリアミド、ポリイミド、ポリエステル、半硬化状態のフェノール樹脂、半硬化状態のエポキシ樹脂、テフロン（登録商標）、ポリ塩化ビニリデン、ポリ塩化ビニル等が挙げられる。これらの内、アクリル樹脂、飽和環状ポリオレフィン、ポリメチルメタクリレート、ポリカーボネート、ポリスチレンおよびポリエチレンテレフタレートの中から選ばれる１種以上が好ましい。これにより、樹脂基板２の透明性を向上することができる。

樹脂基板２の外形形状は、ハンドリング、分析しやすい形状であればどのような形状であってもよい。例えば、１０ｍｍ角〜２００ｍｍ角程度の大きさが好ましく、１０ｍｍ角〜１００ｍｍ角がより好ましい。樹脂基板２の外形形状は、分析手法、分析装置に合わせれば良く、正方形、長方形、円形などの形状が挙げられる。

本発明のマイクロ流路デバイスの製造方法では、上述した流路用溝１を有する樹脂基板２の流路用溝１が形成された側の面を覆うように、樹脂フィルム３を貼り合わせる（図３）。これにより、流路用溝１が樹脂フィルム３で蓋をされて、マイクロ流路となる。

このマイクロ流路デバイス１００では、上述した様な流路用溝１が形成された樹脂基板２に蓋をしてマイクロ流路を形成する必要がある。しかし、この蓋を方法について安価・簡便・確実な方式がいまだ見つかっていない。これに対して、本願発明のマイクロ流路デバイスの製造方法では、後述するような加熱処理工程を設けることにより、これまでの問題であった蓋の接合を容易に、かつ得られるマイクロ流路デバイスの性能にも優れることができるマイクロ流路デバイスの製造方法を提供するものである。

樹脂フィルム３を構成する樹脂は、樹脂基板２と同じものであることが好ましく、具体的には高密度ポリエチレン、低密度ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリスチレン、各種環状ポリオレフィン、ポリメチルメタクリレート、ポリノルボルネン、ポリフェニレンオキサイド、ポリエチレンテレフタレート、ポリエチレンナフタレート、ポリカーボネート、ポリアミド、ポリイミド、ポリエステル、半硬化状態のフェノール樹脂、半硬化状態のエポキシ樹脂、テフロン（登録商標）、ポリ塩化ビニリデン、ポリ塩化ビニル等を挙げることができる。これらの中でもアクリル樹脂、飽和環状ポリオレフィン、ポリメチルメタクリレート、ポリカーボネート、ポリスチレンおよびポリエチレンテレフタレートの中から選ばれる１種以上が好ましい。特に好ましくは、ポリメチルメタクロイルアセテートと、ポリカーボネートである。

樹脂フィルム３の厚さは、特に限定しないが、０．０１〜１ｍｍであることが好ましい。樹脂フィルム３の厚さが１ｍｍを超えると、樹脂基板２と貼り合わせの際、樹脂フィルム３が樹脂基板２の凹凸に十分に追従せず、密着性が低下してしまう場合がある。また、樹脂フィルム３の厚さが０．０１ｍｍ未満では、微細流路部分に水などの液状物質を流した際、樹脂フィルム３自体が破壊される場合があり、また、貼り合わせ時にプラスチックフィルムに皺が発生しやすく十分に流路を密閉できない場合がある。

樹脂フィルム３の曲げ弾性率は、特に限定しないが、５００〜１５，０００ＭＰａであることが好ましい。樹脂フィルム３の曲げ弾性率が１５，０００ＭＰａを超えると、樹脂基板２との貼り合わせの際、樹脂フィルム３が樹脂基板３の凹凸に十分に追従せず、樹脂フィルム３の密着性が低下する場合がある。また、曲げ弾性率が５００ＭＰａ未満では貼り合わせ時に樹脂フィルム３に皺が発生しやすく十分に流路を密閉できない場合がある。
樹脂フィルム３の曲げ弾性率は、例えば試験法ＡＳＴＭＤ７９０により測定することができる。

前記樹脂フィルム３は、
本発明のマイクロ流路デバイスの製造方法では、樹脂基板２と樹脂フィルム３とを貼り合わせて得られるが、該樹脂フィルム３をあらかじめ洗浄処理することにより、貼り合わせ特性を改善することができる。

前記洗浄処理とは、使用する樹脂フィルム３を、溶媒を用いて洗浄する処理である。用いる溶媒は、前記樹脂フィルムを、溶解、膨潤、軟化を生じさせない貧溶媒であり、特に有機溶媒を用いることが好適である。
これにより、樹脂基板２と樹脂フィルム３の溶着性を向上させることが可能となり、溶着不良の発生を抑制することができる。

前記貧溶媒は、例えば、ヘキサン、シクロヘキサン、ｎ−ヘプタン、２−プロパノールの中から選ばれる１以上が好ましい。

前記洗浄とは、貧溶媒中に樹脂フィルムを浸漬することである。浸漬の条件は、溶媒温度は沸点以下の温度で、好ましくは３０〜８０℃で、より好ましくは３５〜５０℃で、最も好ましくは３８〜４８℃である。また、浸漬時間は、１５〜６０分間が好ましく、より好ましくは２０〜４５分間である。樹脂フィルム３全体が溶媒に浸るようにすることが必要である。
これにより、ウェルドラインの発生により生じる問題を、抑制することができる。

前記洗浄により、樹脂フィルム３には以下の変化が生じる。
すなわち、樹脂フィルム３の洗浄前後で引っ張り強度の最大応力を測定した場合、洗浄後の測定値が、洗浄前に比べ減少する。その減少の値が、洗浄前を１００％とした時に、洗浄後の測定値の割合が、８５〜９５％である場合に、特に溶着不良の発生を抑制することができる。
８５％以下の場合は、樹脂フィルム３のフィルムの歪みが生じ、また、９５％以上では洗浄無しとの差が見られない。
ここで述べた引っ張り強度の測定は、ＪＩＳＫ７１２７に準じて行うものとする。試験速度を１０ｍｍ／ｍｉｎとした。

樹脂基板２と樹脂フィルム３とを接合する方法としては、例えば熱圧着接合、接着剤接合、超音波接合等が挙げられる。これらの中でも流路形状の安定性の面で熱溶着する方法が好ましい。
このようにして、本発明の製造方法により、性能に優れたマイクロ流路デバイス１００を得ることができる。
具体的には微細流路部分に設計外の閉塞が無く、かつ微細流路部分に３００ｋＰａの圧力の水を流しても接合部が破損しない。バイオチップもしくはマイクロ分析チップとして用いる場合には、微細流路部分に液体や気体を流すが、それらの流体がチップの接合のときに設計した意図とは異なる微細流路の閉塞が生じることなく、かつ微細流路部分から液体や気体成分が漏れたりしないように実用上十分にシールされている。さらに、プランジャポンプ等でバイオチップもしくはマイクロ化学チップの流路に３００ｋＰａの水を流し、微細流路部分に設計どおり水が通るか、また微細流路部分が破損して水が漏れないかを顕微鏡観察で観測することにより確認できる。

本発明の方法で得られるマイクロ流路デバイス１００は、例えば核酸チップ、プロテインチップ、抗体チップ、アプタマーチップ、及び糖タンパクチップから選ばれる少なくとも１つであるバイオチップ、または各種の化学分析用のマイクロ分析チップに好適に用いることができる。

本発明の方法で得られるマイクロ流路デバイス１００を構成する樹脂フィルム３について、最も好適なものは、透明性、溶着性から、ポリメタクロイルアセテートまたはポリカーボネートであり、ポリメタクロイルアセテートはヘキサンを、ポリカーボネートは２−プロパノールを貧溶媒として用いるものである。

ポリメタクロイルアセテートをヘキサンで洗浄後の引っ張り強度の最大応力は、２８〜３３ＭＰａであることが望ましい。２８ＭＰａ未満であればフィルムの歪みが生じ、また、３３Ｍｐａを超える場合は、洗浄無との差が表れない。

ポリカーボネートを２−プロパノールで洗浄した場合は、洗浄後の引っ張り強度の最大応力が、５３〜６０ＭＰａの範囲のものが好ましい。ポリメタクロイルアセテートと同様に、５３ＭＰａを下回る場合はフィルムの歪みが生じ、また、３３Ｍｐａを超える場合は、洗浄無との差が表れないからである。

なお、本発明のマイクロ流路デバイスの製造方法の説明については、上述した流路用溝１について説明したが、本発明のマイクロ流路デバイスの製造方法は、これに限定されず、例えばＹ字状のような分岐を有する溝等を有する樹脂基板にも適用することができる。

１流路用溝
２樹脂基板
３樹脂フィルム
１００マイクロ流路デバイス

Claims

少なくとも一方の面に流路用溝が形成された樹脂基板と、
前記流路用溝が形成された面に、積層された樹脂フィルムとで構成されるマイクロ流路用デバイスであって、
前記樹脂フィルムの表面が洗浄処理されていることを特徴とするマイクロ流路用デバイス。
前記洗浄処理は、前記樹脂フィルムを、該樹脂フィルムに対する貧溶媒に浸漬するものである請求項１に記載のマイクロ流路デバイス。
前記浸漬が、３０℃〜８０℃で、１５〜６０分、前記貧溶媒に浸漬する請求項２に記載のマイクロ流路デバイス。
前記貧溶媒がヘキサン、シクロヘキサン、ｎ−ヘプタン、２−プロパノールである請求項１ないし３いずれか１項に記載のマイクロ流路デバイス。
前記樹脂フィルムの厚さは、０．０１〜１ｍｍである請求項１ないし４のいずれか１項に記載のマイクロ流路デバイス。
前記樹脂フィルムの洗浄後の引っ張り強度の最大応力が、洗浄前の８５〜９５％である請求項１ないし５のいずれか１項に記載のマイクロ流路デバイス。
前記流路溝の深さは、０．０１〜０．５ｍｍである請求項１ないし６のいずれかに記載のマイクロ流路デバイス。
前記樹脂フィルムがポリメチルメタクロイルアセテートであり、前記貧溶媒がヘキサンである請求項１ないし７いずれか１項に記載のマイクロ流路デバイス。
請求項８記載のポリメチルメタクロイルアセテートフィルムの洗浄後の引っ張り強度の最大応力が、２８〜３３ＭＰａであるマイクロ流路デバイス。
前記樹脂フィルムがポリカーボネートであり、前記貧溶媒が２−プロパノ−ルである請求項１ないし７いずれか１項に記載のマイクロ流路デバイス。
請求項１０記載のポリカーボネートフィルムの洗浄後の引っ張り強度の最大応力が、５３〜６０ＭＰａであるマイクロ流路デバイス。
前記樹脂基板は、射出成形により形成されたものである請求項１ないし１１のいずれか１項に記載のマイクロ流路デバイス。
請求項１〜１２のいずれか１項に記載のマイクロ流路デバイスの製造方法であって、前記樹脂基板と、前記フィルムを熱溶着させるマイクロ流路デバイスの製造方法。