JP2012225849A - マイクロチップおよびその製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】内部の流体回路の変形が抑制されており、もって高精度で検査・分析を行なうことができるマイクロチップを提供する。
【解決手段】内部に形成された空間からなる流体回路を備えるマイクロチップであって、光吸収性の第１の基板１０と、第１の基板１０上に貼合される光透過性の第２の基板２０とを含み、第２の基板２０における第１の基板１０とは反対側の表面上であって、流体回路の少なくとも一部の直上の位置に、流体回路と平行に延びる断面がＶ字形状の溝４０を有するマイクロチップおよびその製造方法である。
【選択図】図２

Description

本発明は、マイクロチップおよびその製造方法に関する。

近年、医療や健康、食品、創薬などの分野で、ＤＮＡ（Ｄｅｏｘｙｒｉｂｏ Ｎｕｃｌｅｉｃ Ａｃｉｄ）や酵素、抗原、抗体、タンパク質、ウィルスおよび細胞などの生体物質、ならびに化学物質を検知、検出あるいは定量する重要性が増してきており、それらを簡便に測定できる様々なバイオチップおよびマイクロ化学チップ（以下、これらを総称してマイクロチップと称する。）が提案されている。

マイクロチップは、実験室で行なっている一連の分析または実験操作を、数ｃｍ角で厚さ数ｍｍ〜１ｃｍ程度のチップ内で行なえることから、検体および試薬が微量で済み、コストが安く、反応速度が速く、ハイスループットな検査ができ、検体を採取した現場で直ちに検査結果を得ることができるなど多くの利点を有している。このようなマイクロチップは、たとえば血液検査等の生化学検査用として好適に用いられている。

マイクロチップとしては、流体回路（あるいはマイクロ流体回路）と呼ばれる、該回路内に存在する検体、試薬等の液体に対して特定の処理を行なうための複数種類の部位（室）とこれらの部位を適切に接続する微細な流路とから構成される流路網をその内部に備えたものが従来公知である。このような流体回路を内部に備えるマイクロチップを用いた検体の検査または分析などにおいては、その流体回路を利用して、流体回路内に導入された検体やこれと混合される試薬の計量（すなわち、計量を行なうための部位である計量部への移動）、検体と試薬との混合（すなわち、これらを混合するための部位である混合部への移動）、ある部位から他の部位への移動などの種々の処理が行なわれる。なお、マイクロチップ内でなされる、各種液体（検体、検体中の特定成分、液体試薬、またはこれらのうちの２種以上の混合物など）に対してなされる処理を以下では「流体処理」ともいう。これら種々の流体処理は、マイクロチップに対して、適切な方向の遠心力を印加することにより行なうことができる。

上記のような、遠心力を利用して流体回路内の液体を流体回路内の所望の位置（部位）に移動させて流体処理を行なうマイクロチップは、流体回路を構成する溝（凹部）が形成された基板と、平坦な基板とを貼り合わせることにより作製することができる。従来、マイクロチップを構成する、熱可塑性樹脂からなる２枚の基板の貼り合わせには、光（たとえばレーザー光）照射による溶着が用いられている（たとえば、特許文献１）。この光照射による溶着においては、２枚の熱可塑性樹脂基板のうち、一方を光透過性基板とし、他方を光吸収性基板として、この両者を重ね合わせて、光透過性基板側から光を照射する。光照射により、貼り合わせ面の温度が融点を超えると、基板が融解して両基板が接合される。

特開２００６−３１０８２８号公報

特許文献１に記載されるような光照射による溶着には以下のような課題があった。すなわち、通常、光透過性基板と光吸収性基板とを貼り合わせる場合には、光透過性基板の全面に光を照射するが、光透過性基板と光吸収性基板との貼り合わせ部（接触部）への光の照射光量が十分でないと接合不良が生じる。一方、すべての貼り合わせ部に接合不良が生じない程度まで照射光量を大きくすると、貼り合わせ部以外へのダメージが大きくなってしまう。たとえば、照射光量を大きくすると、計量部の変形によりその容量が変化したり、各部を接続する微細な流路が閉塞したり、該流路の内壁面が荒れたりするなど、流体回路の変形が生じ得る。流体回路の変形は、マイクロチップを用いた検査・分析の精度を大きく低下させる要因となる。

本発明の目的は、内部の流体回路の変形が抑制されており、もって高精度で検査・分析を行なうことができるマイクロチップを提供することにある。また本発明の他の目的は、内部に形成される流体回路の変形を抑えることができるマイクロチップの製造方法を提供することにある。

本発明は、内部に形成された空間からなる流体回路を備えており、流体回路内に存在する液体を流体回路内の所望の位置に移動させるマイクロチップであって、光吸収性の第１の基板と、該第１の基板上に貼合される光透過性の第２の基板とを含み、第２の基板における第１の基板とは反対側の表面上であって、流体回路の少なくとも一部の直上の位置に、流体回路と平行に延びる断面がＶ字形状の溝を有するマイクロチップを提供する。

上記Ｖ字形状の溝における幅方向の両端部は、第１の基板と第２の基板とが接触している貼り合わせ部の直上に位置することが好ましい。

上記Ｖ字形状の溝は、その断面形状が二等辺三角形であり、かつ下記式（１）：
ｌ＝〔ａ・ｔａｎ（θ−θ’）〕／〔１＋ｔａｎθ・ｔａｎ（θ−θ’）〕 （１）
を満たすことが好ましい。

ここで、式（１）中、ｌはＶ字形状の溝の幅方向両端部間の距離の１／２であり、ａは第２の基板におけるＶ字形状の溝が形成される側の表面から流体回路までの距離であり、θはＶ字形状の溝の幅方向両端部間を結ぶ直線と該溝を構成する傾斜面とがなす角度である。θ’は、下記式（２）：
ｓｉｎθ／ｓｉｎθ’＝ｎ／１ （２）
を満たす角度であり、式（２）中のｎは第２の基板の屈折率である。

また本発明は、内部に形成された空間からなる流体回路を備えており、流体回路内に存在する液体を流体回路内の所望の位置に移動させるマイクロチップであって、光吸収性の第１の基板と、該第１の基板上に貼合される光透過性の第２の基板とを含み、流体回路は、第２の基板における第１の基板側表面上に設けられる溝と第１の基板とによって形成される空間からなり、該溝の底面に、断面形状が二等辺三角形であり、かつその頂角が９０度である突起を含むテーパー構造部を備えるマイクロチップを提供する。当該マイクロチップは、第２の基板における第１の基板とは反対側の表面上であって、流体回路の少なくとも一部の直上の位置に、流体回路と平行に延びる断面がＶ字形状の溝をさらに有していてもよい。

テーパー構造部は、たとえば、断面形状が二等辺三角形であり、かつその頂角が９０度である三角柱状の突起の複数を平行に配列したものや、断面形状が二等辺三角形であり、かつその頂角が９０度である四角錘状の突起の複数を隣接して配列したものであることができる。

さらに本発明は、第１の基板上に第２の基板を配置する工程と、第２の基板側であって、第２の基板における第１の基板とは反対側の表面に対して垂直な方向から光を照射することにより、第１の基板と第２の基板とを溶着させる工程とを備える上記マイクロチップの製造方法を提供する。

本発明によれば、光照射による溶着によって基板同士を貼り合わせるマイクロチップにおいて、内部の流体回路の変形が抑制されたマイクロチップを提供することができる。

本発明の第１の実施形態に係るマイクロチップを概念的に示す斜視図である。 本発明の第１の実施形態に係るマイクロチップの一例を示す概略断面図である。 本発明の第１の実施形態に係るマイクロチップの他の一例を示す概略断面図である。 断面がＶ字形状の溝が、その溝形状に関して満足することが好ましい要件を説明するための概略断面図である。 実際に作製された、本発明の第１の実施形態に係るマイクロチップを示す写真である。 断面がＶ字形状の溝を設けることの効果を検証する実験のために作製した、第１の基板に流体回路を構成する溝が設けられ、第２の基板の外表面に断面がＶ字形状の溝が設けられた基板積層体の一例の断面を示す写真である。 断面がＶ字形状の溝を設けることの効果を検証する実験の実験結果を示す写真である（Ｖ字形状の溝あり）。 断面がＶ字形状の溝を設けることの効果を検証する実験の実験結果を示す写真である（Ｖ字形状の溝なし）。 断面がＶ字形状の溝を設けることの効果を検証する実験の実験結果を示す写真である（Ｖ字形状の溝あり）。 断面がＶ字形状の溝を設けることの効果を検証する実験の実験結果を示す写真である（Ｖ字形状の溝なし）。 本発明の第２の実施形態に係るマイクロチップの一例を示す概略断面図である。

本発明のマイクロチップは、各種化学合成、検査または分析等を、それが内部に有する流体回路（内部に形成された空間）を用いて行なうチップであり、流体回路内の液体（検体、検体中の特定成分、液体試薬、および、これらのうちの２種以上の混合物など）を遠心力の印加により流体回路内の所定の位置（部位）に移動させることにより、該液体に対して適切な流体処理を行なうことができるものである。このために流体回路は、適切な位置に配置された種々の部位（室）を備えており、これらの部位は微細な流路を介して適切に接続されている。

流体回路は、上記部位（室）として、たとえば、検査または分析などの対象となる検体と混合（または反応）させるための試薬を保持するための試薬保持部；流体回路内に導入された検体から特定成分を取り出すための分離部；検体（検体中の特定成分を含む。以下同じ。）を計量するための検体計量部；試薬を計量するための試薬計量部；検体と試薬とを混合するための混合部；得られた混合液についての検査または分析（たとえば、混合液中の特定成分の検出または定量）を行なうための検出部（光学測定用キュベット）などを含むことができる。検査または分析の方法は特に制限されず、たとえば、混合液を収容する検出部に光を照射して透過する光の強度（透過率）を検出する方法、検出部に保持された混合液についての吸収スペクトルを測定する方法等の光学測定を挙げることができる。本発明のマイクロチップは、上述の例示された部位のすべてを有していてもよく、いずれか１以上を有していなくてもよい。また、これら例示された部位以外の部位を有していてもよい。

検体からの特定成分の抽出（不要成分の分離）、検体および／または試薬の計量、検体と試薬との混合、得られた混合液の検出部への導入などのような流体回路内における種々の流体処理は、マイクロチップに対して、適切な方向の遠心力を順次印加することにより行なうことができる。マイクロチップへの遠心力の印加は、マイクロチップを、遠心力を印加可能な装置（遠心装置）に載置して行なうことができる。遠心装置は、回転自在なローター（回転子）と、該ローター上に配置された回転自在なステージとを備えることができる。該ステージ上にマイクロチップを載置し、該ステージを回転させてローターに対するマイクロチップの角度を任意に設定することにより、マイクロチップに対して任意の方向の遠心力を印加することができる。

以下、実施の形態を示して本発明を詳細に説明する。
＜第１の実施形態＞
図１は、本実施形態に係るマイクロチップを概念的に示す斜視図である。図１に示されるように、本実施形態のマイクロチップは、光吸収性の第１の基板１０と、第１の基板１０上に貼合される光透過性の第２の基板２０とを含んで構成される。第１の基板１０と第２の基板２０とは、第２の基板２０側から照射される光（レーザー光、ランプ光等）による溶着によって接合される。すなわち、第２の基板２０を透過し、基板界面に達した光によって光吸収性の第１の基板の貼り合わせ面を融解させ、基板同士の接合がなされる。

図１の例においては、第１の基板１０における第２の基板２０側表面上に、流体回路を構成する溝（凹部）３０が設けられており、この溝３０と第２の基板２０とによって流体回路（内部空間）が形成されている。そして、第２の基板２０における第１の基板１０とは反対側の表面（外側表面）上であって、流体回路の直上の位置に、流体回路と平行に延びる、断面がＶ字形状の溝４０が設けられている。このような溝４０を第２の基板表面に有する本実施形態のマイクロチップは、以下の点で極めて有利である。

（Ｉ）溝４０は、第１の基板１０と第２の基板２０とを光溶着する際に照射する光が、溝４０の直下の位置する流体回路を構成する溝３０に照射されることを防止する遮光手段として効果的に機能する。これにより、流体回路の変形（たとえば、各部位の変形、部位間を接続する流路の変形または閉塞、各部位や流路の内壁面の荒れなど）を抑制できるため、高精度の検査・分析を行なうことが可能になる。また、このような遮光効果は、検査や分析の種類によって必要に応じて流体回路内に担持される固定化抗体等の担持物の失活を防止するうえでも極めて有効である。

（ＩＩ）溝４０に照射された溶着のための光は、溝４０によって屈折され、第１の基板１０と第２の基板２０とが接触する貼り合わせ部に集光される。これにより、光源の照射強度や照射時間を増加させることなく、第１の基板１０と第２の基板２０との貼り合わせ部（接触部）に到達する光の照射光量を増加させることができるため、基板間の接着性を向上させることができる。また、照射時間を増加させる必要がないことから、生産性を向上させることができる。

このように、第２の基板全体にわたって一律に光を照射した場合においても、光照射が不要な領域（流体回路を構成する溝が存在する領域）へ向けて照射された光を第１の基板と第２の基板との貼り合わせ部に振り向けることが可能になるため、流体回路の変形防止と基板間の接着性の向上とを同時に達成することが可能となる。

図２および図３は、本実施形態に係るマイクロチップをより具体的に示す概略断面図である。図２に示されるマイクロチップは、上記図１と同様、光吸収性基板である第１の基板１０における第２の基板２０側表面上に、流体回路を構成する溝（凹部）３０が設けられている。一方、図３に示されるマイクロチップは、光透過性基板である第２の基板２０における第１の基板１０側表面上に、流体回路を構成する溝３０が設けられている。このように流体回路を構成する溝３０はいずれの基板に形成されてもよい。

図２および図３を参照して、第２の基板２０側であって、第２の基板２０における第１の基板１０とは反対側の表面（溝４０を有する表面）に対して垂直な方向から照射される基板の溶着のための光は、上述のように、溝４０によって屈折され、溝４０の直下の位置する流体回路を構成する溝３０に照射されることを防止するとともに、当該屈折された光は、第１の基板１０と第２の基板２０とが接触する貼り合わせ部５０に集光される。これにより上記効果が得られる。

図２および図３を参照して、断面がＶ字形状の溝４０における幅方向の端部４１はともに、第１の基板１０と第２の基板２０とが接触する貼り合わせ部５０の直上に位置することが好ましい。これにより、流体回路全体にわたって溝４０の直下に位置する溝３０の変形を防止することができる。

断面がＶ字形状の溝４０は、その断面形状が三角形であるが、２つの傾斜面によって等方的に光を屈折させることができることから、二等辺三角形であることが好ましい。また、断面形状が二等辺三角形である場合において溝４０は、図４を参照して、その形状に関し、下記式（１）：
ｌ＝〔ａ・ｔａｎ（θ−θ’）〕／〔１＋ｔａｎθ・ｔａｎ（θ−θ’）〕 （１）
を満たすことが好ましい。

上記式（１）中、ｌは、Ｖ字形状の溝４０の幅方向端部４１，４１間の距離の１／２である。ａは、第２の基板２０におけるＶ字形状の溝４０が形成される側の表面から流体回路（溝３０）までの距離であり、図４の例のように、第１の基板１０に流体回路を構成する溝３０が設けられる場合には、第２の基板２０の厚みに相当する。θは、Ｖ字形状の溝４０の幅方向端部４１，４１間を結ぶ直線と溝４０を構成する傾斜面とがなす角度である。θ’は、下記式（２）：
ｓｉｎθ／ｓｉｎθ’＝ｎ／１ （２）
を満たす角度である。上記式（２）中のｎは、第２の基板２０の屈折率である。

Ｖ字形状の溝４０の形状が上記式（１）を満足することが好ましい理由は次のとおりである。遮光手段であるＶ字形状の溝４０によって遮光される領域（遮光領域）は、最大限の遮光効果を得るためにできるだけ広いことが好ましい。遮光領域は、図４を参照して、溝４０の頂点（Ｖ字の頂点）近くに照射された光が仮にそのまま直進したときに到達する第１の基板１０／第２の基板２０の界面における位置と、溝４０の傾斜面により屈折されることによって実際に到達する第１の基板１０／第２の基板２０の界面における位置との距離をｗとすると、ｍｉｎ（ｗ，ｌ）と表すことができる。つまり、遮光領域はｗとｌの小さい方で決定され、距離ｗとｌが両方とも大きいほど遮光効果が高く好ましい。

第２の基板２０の表面（溝４０が形成される表面）に対して垂直な方向から、溝４０の頂点近くに照射される照射光について考えたとき、溝４０の傾斜面へのその照射光の入射角は、溝４０の幅方向端部４１，４１間を結ぶ直線と溝４０の傾斜面とがなす角度と同じθであり、傾斜面によって屈折された光の屈折角θ’とは、下記式〔ａ〕：
ｓｉｎθ／ｓｉｎθ’＝ｎ／１ 〔ａ〕
の関係を満たす。この式〔ａ〕は上記式（２）と同一である。

また、溝４０の幅方向端部４１，４１間を結ぶ直線から、照射光と溝４０の傾斜面との接点までの距離をｄとすると、図４から、下記式〔ｂ〕および〔ｃ〕：
ｔａｎθ＝ｄ／ｌ 〔ｂ〕
ｔａｎ（θ−θ’）＝ｗ／（ａ−ｄ） 〔ｃ〕
の関係式が導かれる。

一方、遮光領域を代表するｍｉｎ（ｗ，ｌ）が最大になるのは、下記式〔ｄ〕：
ｗ＝ｌ 〔ｄ〕
の関係を満たす場合であるから、上記〔ｂ〕〜〔ｄ〕より、遮光領域ｍｉｎ（ｗ，ｌ）が最大になるのは、上記式（１）を満たす場合となる。

たとえば、図４に示されるマイクロチップにおいて第２の基板２０として、ポリスチレン（屈折率ｎ＝１．５９）からなる厚み１．５ｍｍ（すなわち、ａ＝１．５ｍｍ）の光透過性基板を用いた場合、上記式（１）より、距離ｗは、θ＝５６．８度のとき最大値０．４１ｍｍを示す。

図５は、実際に作製された本実施形態に係るマイクロチップを示す写真である。図５に示されるマイクロチップにおいては、流体回路のうち、全血から分離された血漿成分を計量するための検体計量部、および、該血漿成分に混合される試薬を保持する試薬保持部と試薬を計量するための試薬計量部とを接続する流路の直上に、断面がＶ字形状の溝４０が設けられている。このように溝４０は、流体回路のうち、特に遮光が望ましい箇所など、流体回路の少なくとも一部の直上に設けられればよい。特に遮光が望ましい箇所とは、たとえば、検体（検体中の特定成分を含む。）を計量するための検体計量部、試薬を計量するための試薬計量部、幅が狭い流路、固定化抗体等の担持物が存在する箇所などである。

図６は、断面がＶ字形状の溝４０を設けることの効果を検証する実験のために作製した、第１の基板１０に流体回路を構成する溝が設けられ、第２の基板２０の表面（外表面）に溝４０が設けられた基板積層体の一例の断面を示す写真である。また、図７〜図１０は、断面がＶ字形状の溝４０を設けることの効果を検証する実験の実験結果を示す写真であり、上記基板積層体の断面を示したものである。図６に示される基板積層体は、一方の表面に、断面が四角形状の溝（幅２５０μｍ、深さ１０００μｍ）を形成した厚み５ｍｍの黒色の第１の基板１０（カーボンブラックを分散したポリスチレンからなる）上に、厚み１．６ｍｍの透明な第２の基板２０（ポリスチレンからなる）を積層したものであり、第２の基板２０はその外表面であって、第１の基板１０が有する溝の直上に断面がＶ字形状の溝４０（溝４０の幅方向両端部間の距離５３４μｍ、最大深さ８００μｍ、頂角６７．４度）を有している。

上記のような図６に示される基板積層体に、図６に示されるような方向、すなわち、第２の基板２０側であって、第２の基板２０外表面（溝４０を有する表面）に対して垂直な方向から、波長９４０μｍ、パワー３０Ｗのレーザー光をスキャンスピード２０ｍｍ／秒で照射した。その結果が図７である。図７に示されるように、四角形状の溝に変形および閉塞は全く見られなかった。これに対して、溝４０を有しないこと以外は図６の基板積層体と同じ構成の基板積層体について同様のレーザー光照射実験を行なったところ、図８に示すように、第１の基板１０と第２の基板２０との界面付近において、四角形状の溝に大きな変形が生じた。

さらに、四角形状の溝の幅および深さをそれぞれ１８０μｍ、４８０μｍに変更したこと以外は図６の基板積層体と同じ構成の基板積層体（断面がＶ字形状の溝４０あり）について同様のレーザー光照射実験を行なったところ、図９に示されるように、四角形状の溝に変形および閉塞は全く見られなかった。これに対して、四角形状の溝の幅および深さをそれぞれ１８０μｍ、４８０μｍに変更するとともに、溝４０を有しないこと以外は図６の基板積層体と同じ構成の基板積層体について同様のレーザー光照射実験を行なったところ、図１０に示すように、四角形状の溝に閉塞が生じた。

このように、光透過性基板の外表面であって、流体回路を構成する溝の直上の位置に断面がＶ字形状の溝を設けることにより、流体回路の変形および閉塞を効果的に防止できることが確認された。

次に、本実施形態に係るマイクロチップの製造方法およびマイクロチップに用いる基板について説明する。本実施形態に係るマイクロチップは、以下の工程：
（Ａ）光吸収性の第１の基板１０上に、光透過性の第２の基板を配置する工程、および
（Ｂ）第２の基板２０側であって、第２の基板２０における第１の基板１０とは反対側の表面に対して垂直な方向から光を照射することにより、第１の基板と第２の基板とを溶着させる工程を含む方法によって好適に製造することができる。

上記方法によれば、断面がＶ字形状の溝４０によって、第１の基板１０と第２の基板２０とを光溶着する際に照射する光が、溝４０の直下の位置する流体回路を構成する溝３０に照射されることを防止できるため、流体回路の変形を効果的に抑制することができる。また、溝４０に照射された溶着のための光は、溝４０によって屈折され、第１の基板１０と第２の基板２０とが接触する貼り合わせ部に集光されるため、光源の照射強度や照射時間を増加させることなく、第１の基板１０と第２の基板２０との貼り合わせ部（接触部）に到達する光の照射光量を増加させることができ、基板間の接着性を向上させることができる。また、照射時間を増加させる必要がないことから、生産性を向上させることができる。

第１の基板１０は光吸収性の基板であり、たとえば、光を吸収して発熱する光吸収物質が分散された熱可塑性樹脂から構成することができる。光吸収物質としては、たとえば色素を挙げることができ、その中でもカーボンブラックを好適に用いることができる。光吸収物質は、少なくとも第１の基板１０の貼り合わせ面上に分散されていればよい。たとえば、基板の貼り合わせ面側に光吸収物質が分散された層が形成された構成としてもよく、あるいは第１の基板１０全体に光吸収物質が分散されていてもよい。

第２の基板２０は、光透過性の熱可塑性樹脂からなる。第１の基板１０および第２の基板２０に用いられる熱可塑性樹脂としては、たとえば、ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）、ポリエチレンナフタレート（ＰＥＮ）、ポリブチレンテレフタレート（ＰＢＴ）、ポリメチルメタクリレート（ＰＭＭＡ）、ポリカーボネート（ＰＣ）、ポリスチレン（ＰＳ）、ポリプロピレン（ＰＰ）、ポリエチレン（ＰＥ）、ポリアリレート樹脂（ＰＡＲ）、アクリロニトリル・ブタジエン・スチレン樹脂（ＡＢＳ）、塩化ビニル樹脂（ＰＶＣ）、ポリメチルペンテン樹脂（ＰＭＰ）、ポリブタジエン樹脂（ＰＢＤ）、スチレン・ブタジエン樹脂（スチレン−ブタジエン共重合体）、生分解性ポリマー（ＢＰ）、シクロオレフィンポリマー（ＣＯＰ）、ポリジメチルシロキサン（ＰＤＭＳ）、ポリアセタール（ＰＯＭ）、ポリアミド（ＰＡ）などを挙げることができる。

第１の基板１０と第２の基板２０とは、異種の熱可塑性樹脂から構成する場合もあるが、同種の熱可塑性樹脂から構成することが好ましい。両基板を同種の樹脂から構成することにより、光照射によって両基板の貼り合わせ面が同時に融解するため、接着強度をより高くすることができる。

第１の基板１０および第２の基板２０のサイズは特に限定されず、たとえば縦横数ｃｍ程度、厚さ数ｍｍ〜１ｃｍ程度とすることができる。

図２および図３に示されるように、流体回路を構成する溝（凹部）３０は、第１の基板１０の表面に設けられてもよく、第２の基板２０の表面に設けられてもよい。場合によっては、両基板に設けることもできる。

基板表面に、流体回路を構成する溝を形成する方法としては、特に制限されず、転写構造を有する金型を用いた射出成形法、インプリント法などを挙げることができる。マイクロチップの流体回路は、第１の基板表面に設けられた凹部と第２の基板における第１の基板に対向する側の表面とから構成される空洞部からなる。溝（凹部）の形状（パターン）は、所望される適切な流体回路構造となるように決定される。第２の基板２０の表面に設ける断面がＶ字形状の溝４０についても同様の方法で形成することができる。

上記工程（Ａ）においては、第１の基板１０上に、第２の基板２０を配置する。ついで、上記工程（Ｂ）において、ガラス板等を第２の基板上に配置し、このガラス板等を介して第１の基板１０および第２の基板２０に圧力を印加した状態で、第２の基板側（ガラス板側）であって、該基板表面に対して垂直な方向から光（たとえば、レーザー光、ランプ光）を照射し、第２の基板全体にわたってスキャンすることにより、基板の溶着を行なう。圧力を印加することにより、第１の基板１０と第２の基板２０とを隙間無く密着させた状態で溶着を行なうことができる。光照射により、光吸収物質が発熱し、この熱によって第１の基板１０の貼り合わせ部、場合によってはさらに第２の基板２０の貼り合わせ部が溶融し、基板同士が溶着される。

照射する光は、カーボンブラック等の光吸収物質が光を吸収して、比較的効率よく貼り合わせ部を加熱できるものであれば特に限定されず、たとえば、波長０．８〜１．１μｍ程度、パワー１０〜１０００Ｗ程度のレーザー光を用いることができる。

以上、本実施形態のマイクロチップについて、主に、第１の基板１０と第２の基板２０の２枚の基板からなるマイクロチップを例に挙げて説明したが、これに限定されるものではなく、たとえば、基板の両表面に流体回路を構成する溝（凹部）を備える光吸収性の第１の基板と、これを挟持するように積層される光透過性の第２および第３の基板との積層構造を有するものであってもよい。この場合、流体回路は、第２の基板および第１の基板における第２の基板側表面に設けられた溝から構成される第１の流体回路と、第３の基板および第１の基板における第３の基板側表面に設けられた溝から構成される第２の流体回路との２層構造を有することができる。「２層」とは、マイクロチップの厚み方向に関して異なる２つの位置に流体回路が設けられていることを意味する。かかる２層の流体回路は、第１の基板を厚み方向に貫通する貫通穴によって接続することができる。なお、図５に示されるマイクロチップは、このような３枚の基板からなるものである。

＜第２の実施形態＞
図１１は、本実施形態に係るマイクロチップの一例を示す概略断面図である。図１１に示されるように、本実施形態のマイクロチップは、光吸収性の第１の基板１０と、第１の基板１０上に貼合される光透過性の第２の基板２０とを含んで構成される。第１の基板１０と第２の基板２０とは、上記第１の実施形態と同様、第２の基板２０側から照射される光（レーザー光、ランプ光等）による溶着によって接合される。

本実施形態においては、光透過性の第２の基板２０における第１の基板１０側表面上に、流体回路を構成する溝（凹部）３０が設けられ、この溝３０と第１の基板１０とによって流体回路（内部空間）が形成される。そして、溝３０の底面に、断面形状が二等辺三角形であり、かつその頂角が９０度である突起（すなわち、断面形状が、基板面に対して４５度のテーパーを有する先細の突起）を含むテーパー構造部６０が設けられている。ここでいう溝３０の底面とは、およそ四角形状である溝３０における第２の基板２０の外表面（第１の基板１０とは反対側の主面）側の内壁面であり、この内壁面は通常、第２の基板２０の外表面と略平行である。

このようなテーパー構造部６０を溝３０の底面に設けることにより、第２の基板２０側であって、第２の基板２０における第１の基板１０とは反対側の表面に対して垂直な方向から照射される基板の溶着のための光は、テーパー構造部６０によって全反射されるため、流体回路の変形、とりわけ、テーパー構造部６０に対向する内壁面（光吸収性基板からなる内壁面である）の変形を効果的に抑制することができ、これにより高精度の検査・分析を行なうことが可能になる。このような遮光効果は、検査や分析の種類によって必要に応じて流体回路内に担持される固定化抗体等の担持物の失活を防止するうえでも極めて有効である。

テーパー構造部６０は、たとえば、断面形状が二等辺三角形であり、かつその頂角が９０度である三角柱状の突起の複数を平行に配列したものや、断面形状が二等辺三角形であり、かつその頂角が９０度である四角錘状（ピラミッド形状）の突起の複数を隣接して（たとえば縦横に）配列したものであることができる。

テーパー構造部６０は、上記第１の実施形態における断面がＶ字形状の溝４０と同様、流体回路のうち、特に遮光が望ましい箇所など、流体回路の少なくとも一部の直上に設けられればよい。特に遮光が望ましい箇所とは、たとえば、検体（検体中の特定成分を含む。）を計量するための検体計量部、試薬を計量するための試薬計量部、幅が狭い流路、固定化抗体等の担持物が存在する箇所などである。

第１の基板１０と第２の基板２０とからなる基板積層体を作製し、テーパー構造部６０を設けることの効果を検証する実験を行なった。実験概要は次のとおりである。厚み１．５ｍｍの黒色の第１の基板１０（カーボンブラックを分散したポリスチレンからなる）上に、流体回路を構成する、断面がおよそ四角形状の溝（幅５０００μｍ、深さ３０００μｍ）を一方の表面に形成した厚み５ｍｍの透明な第２の基板２０（ポリスチレンからなる）を、溝形成面側が第１の基板１０に対向するように積層して基板積層体を得た。第２の基板２０が有する溝の底面の一部には、幅１ｍｍ、長さ３ｍｍの底面を有し、頂角が９０度である三角柱状のライン状突起を３本隣接して平行に配列したテーパー構造部６０を設けた。この基板積層体に、第２の基板２０側であって、第２の基板２０外表面に対して垂直な方向から、波長９４０μｍ、パワー３０Ｗのレーザー光をスキャンスピード２０ｍｍ／秒で照射した。第２の基板２０が有する溝の底面に対向する流体回路内壁面（第１の基板１０からなる内壁面）の荒れの程度を、レーザー顕微鏡を用いて測定したところ、テーパー構造部６０が設けられた領域の直下の内壁面における表面粗さＲａ（算術平均粗さ）は３．７μｍであったのに対し、テーパー構造部６０が設けられていない領域の直下の内壁面における表面粗さＲａは１３０．８μｍであった。

このように、流体回路を構成する溝の底面にテーパー構造部を設けることにより、流体回路の変形、とりわけ、テーパー構造部に対向する内壁面の変形を効果的に抑制できることが確認された。

本実施形態のマイクロチップは、図１１に示されるように、上記第１の実施形態と同様の断面がＶ字形状の溝４０を、第２の基板２０の外表面であって、流体回路を構成する溝３０の直上の位置に有していてもよい。これにより上述の効果（Ｉ）および（ＩＩ）をさらに得ることができる。

また、本実施形態のマイクロチップは、第２の基板２０の外表面であって、第１の基板１０と第２の基板２０とが接触する貼り合わせ部の上部に設けられる集光部７０を備えていてもよい。集光部７０は、第２の基板２０の外表面から傾斜した傾斜面を備えるものである。このような集光部７０を設けることにより、光照射が不要な領域（流体回路を構成する溝が存在する領域）へ向けて照射された光を第１の基板と第２の基板との貼り合わせ部に振り向けることが可能になるため、基板間の接着性の向上を図ることができるとともに、流体回路の変形防止を図ることもできる。

本実施形態に係るマイクロチップの製造方法は、上記第１の実施形態と同様であり、上記工程（Ａ）および（Ｂ）を含む方法によって好適に製造することができる。また、マイクロチップに用いる基板の構成および材質等も、テーパー構造部６０が設けられること、および、光透過性の第２の基板２０に流体回路を構成する溝３０が設けられることが必須になることを除いては上記第１の実施形態と同様である。テーパー構造部６０は、転写構造を有する金型を用いた射出成形法、インプリント法などにより形成することができる。

なお、本実施形態においても、マイクロチップを構成する基板の数は２枚に限定されるものではなく、たとえば、基板の両表面に流体回路を構成する溝（凹部）を備える光吸収性の第１の基板と、これを挟持するように積層される光透過性の第２および第３の基板との積層構造を有するものであってもよい。

１０ 第１の基板、２０ 第２の基板、３０ 流体回路を構成する溝、４０ 断面がＶ字形状の溝、４１ 断面がＶ字形状の溝の幅方向端部、５０ 基板の貼り合わせ部、６０テーパー構造部、７０ 集光部。

Claims (8)

1. 内部に形成された空間からなる流体回路を備えており、前記流体回路内に存在する液体を前記流体回路内の所望の位置に移動させるマイクロチップであって、
   光吸収性の第１の基板と、前記第１の基板上に貼合される光透過性の第２の基板とを含み、
   前記第２の基板における前記第１の基板とは反対側の表面上であって、前記流体回路の少なくとも一部の直上の位置に、前記流体回路と平行に延びる断面がＶ字形状の溝を有するマイクロチップ。
2. 前記溝の幅方向両端部は、前記第１の基板と前記第２の基板とが接触している貼り合わせ部の直上に位置する請求項１に記載のマイクロチップ。
3. 前記溝は、その断面形状が二等辺三角形であり、かつ下記式（１）：
   ｌ＝〔ａ・ｔａｎ（θ−θ’）〕／〔１＋ｔａｎθ・ｔａｎ（θ−θ’）〕 （１）
   ［上記式（１）中、ｌは前記溝の幅方向両端部間の距離の１／２であり、ａは前記第２の基板における前記溝が形成される側の表面から前記流体回路までの距離であり、θは前記溝の幅方向両端部間を結ぶ直線と前記溝を構成する傾斜面とがなす角度である。また、θ’は、下記式（２）：
   ｓｉｎθ／ｓｉｎθ’＝ｎ／１ （２）
   を満たす角度であり、上記式（２）中のｎは前記第２の基板の屈折率である。］
   を満たす請求項１に記載のマイクロチップ。
4. 内部に形成された空間からなる流体回路を備えており、前記流体回路内に存在する液体を前記流体回路内の所望の位置に移動させるマイクロチップであって、
   光吸収性の第１の基板と、前記第１の基板上に貼合される光透過性の第２の基板とを含み、
   前記流体回路は、前記第２の基板における前記第１の基板側表面上に設けられる溝と前記第１の基板とによって形成される空間からなり、
   前記溝の底面に、断面形状が二等辺三角形であり、かつその頂角が９０度である突起を含むテーパー構造部を備えるマイクロチップ。
5. 前記テーパー構造部は、断面形状が二等辺三角形であり、かつその頂角が９０度である三角柱状の突起の複数を平行に配列したものである請求項４に記載のマイクロチップ。
6. 前記テーパー構造部は、断面形状が二等辺三角形であり、かつその頂角が９０度である四角錘状の突起の複数を隣接して配列したものである請求項４に記載のマイクロチップ。
7. 前記第２の基板における前記第１の基板とは反対側の表面上であって、前記流体回路の少なくとも一部の直上の位置に、前記流体回路と平行に延びる断面がＶ字形状の溝をさらに有する請求項４に記載のマイクロチップ。
8. 前記第１の基板上に前記第２の基板を配置する工程と、
   前記第２の基板側であって、前記第２の基板における前記第１の基板とは反対側の表面に対して垂直な方向から光を照射することにより、前記第１の基板と前記第２の基板とを溶着させる工程と、
   を備える請求項１〜７のいずれかに記載のマイクロチップの製造方法。