JP2013044528A - Microchannel device - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、マイクロ流路デバイス、及びその製造方法に関する。 The present invention relates to a microchannel device and a manufacturing method thereof.
最近はマイクロリアクターやマイクロアナリシスシステムと呼ばれる微細加工技術を利用した化学反応や分離システムの微小化の研究が盛んになっており、マイクロ流路を持つマイクロ流路チップ上で行う核酸、タンパク質、糖鎖などの分析や合成、微量化学物質の迅速分析、医薬品・薬物のハイスループットスクリーニングへの応用が期待されている。このようなシステムの微小化の利点としては、検体量が微量あるいは廃液の排出量が軽減され、省スペースで持ち運び可能な安価なシステムの実現が考えられている。また、体積に対する表面積の比率が向上することにより、熱移動・物質移動の高速化が実現でき、その結果、反応や分離の精密な制御、高速・高効率化、副反応の抑制が期待される。 Recently, research on the miniaturization of chemical reactions and separation systems using microfabrication technology called microreactors and microanalysis systems has become active, and nucleic acids, proteins and sugars performed on microchannel chips with microchannels. Applications such as analysis and synthesis of chains, rapid analysis of trace chemicals, and high-throughput screening of pharmaceuticals and drugs are expected. As an advantage of miniaturization of such a system, it is considered to realize an inexpensive system that can be carried in a small space with a small amount of specimen or a reduced discharge amount of waste liquid. In addition, by improving the surface area to volume ratio, heat transfer and mass transfer can be speeded up. As a result, precise control of reaction and separation, high speed and high efficiency, and suppression of side reactions are expected. .
一般的にマイクロチャンネルは少なくとも一方の部材に微細加工を有するマイクロ流路チップ基板の部材の2つを貼り合わせることにより製造されている。これまではマイクロチップの基板材料として、主にガラスが用いられてきた。ガラス基板でマイクロチャンネルを作るためには、例として、基板に金属、フォトレジスト樹脂をコーティングし、マイクロチャンネルのパターンを露光、そして現像した後にエッチング処理を行う方法がある。その後、陽極接合などによりガラス基板を接合する(非特許文献1参照)。しかし、ガラスのエッチング処理にはフッ酸などの非常に危険な薬品を用いたり、1枚ごとに露光、現像、そしてエッチング処理を行うため非常に効率が悪く、高コストである。 In general, a microchannel is manufactured by bonding two members of a microchannel chip substrate having fine processing to at least one member. Until now, glass has been mainly used as a substrate material for microchips. In order to make a microchannel with a glass substrate, for example, there is a method in which a metal or a photoresist resin is coated on the substrate, a microchannel pattern is exposed, and an etching process is performed after developing. Thereafter, the glass substrate is bonded by anodic bonding or the like (see Non-Patent Document 1). However, since extremely dangerous chemicals such as hydrofluoric acid are used for the etching process of glass, and exposure, development, and etching processes are performed for each sheet, the efficiency is very low and the cost is high.
これらのマイクロチップは、種々の樹脂原料を使用することができ、射出成形により製造することが可能である。射出成形では、型キャビティ内へ溶融させた熱硬化性樹脂原料を導入し、型キャビティを冷却させて樹脂を硬化させることで、効率良く経済的にマイクロ流路チップを製造することが可能であり、大量生産に適している。一方の面にマイクロ流路を設けた基板と平坦基板や、一方の面に突起部を有する基板の接合方法として、熱プレス機を用いて貼り合わせる熱圧着が、主に行なわれている(例えば特許文献1)。 These microchips can use various resin raw materials, and can be manufactured by injection molding. In injection molding, it is possible to efficiently and economically manufacture a micro-channel chip by introducing a thermosetting resin raw material melted into a mold cavity and cooling the mold cavity to cure the resin. Suitable for mass production. As a method for joining a substrate having a microchannel on one surface and a flat substrate, or a substrate having a protrusion on one surface, thermocompression bonding using a hot press is mainly performed (for example, Patent Document 1).
しかしながら、この接合方法で一方の面にマイクロ流路を設けた基板と樹脂フィルムを接合しようとすると、圧着熱により、樹脂フィルムが流路側にたわみ、マイクロ流路の潰れや閉塞が生じる場合があり、貼り合わせが困難であった。 However, when trying to join a resin film and a substrate provided with a microchannel on one side by this joining method, the resin film may bend to the channel side due to heat generated by crimping, and the microchannel may be crushed or blocked. , Pasting was difficult.
本発明は、マイクロ流路を設けた基板と樹脂フィルムを接合する時に、圧着熱により、樹脂フィルムが流路側にたわみ、マイクロ流路の潰れや閉塞が生じることを防止することにある。 It is an object of the present invention to prevent the resin film from being bent toward the flow channel side by the heat of pressure bonding when the substrate provided with the micro flow channel is bonded to the resin film, thereby causing the micro flow channel to be crushed or blocked.
本発明は以下の(1)〜(6)によってなる。
(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、樹脂
フィルムのマイクロ流路側の面が平坦であることを特徴とするマイクロ流路用デバイス。(2)前記樹脂フィルムの厚みが0.1mm以上0.5mm以下である(1)記載のマイクロ流路用デバイス。
(3)前記樹脂フィルムと前記樹脂基板の平坦部との積層が、熱圧着で接着されている(1)または(2)に記載のマイクロ流路デバイス。
(4)前記熱圧着時、流路溝中に空気圧0.05〜0.20MPaの空気圧を加える(3)記載のマイクロ流路デバイス。
(5)前記樹脂基板および前記樹脂フィルムが、プラスチック樹脂製である(1)ないし(4)いずれか1項に記載のマイクロ流路デバイス。
(6)前記プラスチック樹脂が、ポリカーボネート、ポリメチルペンテン、ポリスチレン、ポリメチルメタアクリレート、シクロオレフィンコポリマー、シクロオレフィンポリマー、ポリエチレンテレフタレートのいずれかから選択される(1)ないし(5)いずれか1項に記載マイクロ流路デバイス。
This invention consists of the following (1)-(6).
(1) A microchannel device comprising a resin substrate having a channel groove formed on at least one surface, and a resin film laminated on the surface where the channel groove is formed. A microchannel device characterized in that the surface of the resin film on the microchannel side is flat. (2) The microchannel device according to (1), wherein the resin film has a thickness of 0.1 mm to 0.5 mm.
(3) The microchannel device according to (1) or (2), wherein the laminate of the resin film and the flat portion of the resin substrate is bonded by thermocompression bonding.
(4) The microchannel device according to (3), wherein an air pressure of 0.05 to 0.20 MPa is applied to the channel groove during the thermocompression bonding.
(5) The microchannel device according to any one of (1) to (4), wherein the resin substrate and the resin film are made of plastic resin.
(6) In any one of (1) to (5), the plastic resin is selected from any of polycarbonate, polymethylpentene, polystyrene, polymethyl methacrylate, cycloolefin copolymer, cycloolefin polymer, and polyethylene terephthalate. Description Microchannel device.
本発明によると、樹脂フィルムの流路側へのたわみを防ぎ、流路形状の安定に優れたマイクロ流路デバイスを得ることができる。 According to the present invention, it is possible to obtain a micro flow channel device that prevents the resin film from being bent toward the flow channel and has excellent flow channel shape stability.
以下、本発明のマイクロ流路デバイスについて説明する。
本発明のマイクロ流路デバイスは、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、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。
Hereinafter, the microchannel device of the present invention will be described.
The microchannel device of the present invention is a resin substrate having a channel groove formed on one surface thereof, and a resin film disposed so as to cover the surface on which the channel groove is formed. And a sticking step for obtaining a joined body.
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)。
The
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。
As shown in FIG. 2, a
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。
Specifically, the
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、ポリメチルペンテン、シクロオレフィンコポリマー、シクロオレフィンポリマー、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、テトラフルオロエチレン、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、ポリカーボネート、ポリメチルペンテン、ポリスチレン、ポリメチルメタアクリレート、シクロオレフィンコポリマー、
シクロオレフィンポリマー、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。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。
Examples of the resin constituting the
One or more selected from cycloolefin polymers and polyethylene terephthalate are preferred. Particularly preferred are polymethylmethacryloyl acetate and polycarbonate. Thereby, the transparency of the
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。
The outer shape of the
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。
In the manufacturing method of the microchannel device of the present invention, the
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、ポリメチルペンテン、シクロオレフィンコポリマー、シクロオレフィンポリマー、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、テトラフルオロエチレン、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、ポリカーボネート、ポリメチルペンテン、ポリスチレン、ポリメチルメタアクリレート、シクロオレフィンコポリマー、シクロオレフィンポリマー、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。
The resin constituting the
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の凹凸に追従してしまい、光透過性が悪化する、熱伝導性が低くなるなどの問題がある。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。
The thickness of the
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ASTM D790により測定することができる。
Although the bending elastic modulus of the
The bending elastic modulus of the
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、貼り合わせ時に流路内に気体を充填し圧をかけることにより貼り合わせ特性を改善することができる。
In the manufacturing method of the microchannel device of the present invention, the
流路内に充填する気体は特に限定するものではないが、例えば、空気、窒素、あるいはアルゴンなどの不活性ガスを用いることが好ましく、最も好ましくは空気である。 The gas filled in the flow path is not particularly limited, but for example, an inert gas such as air, nitrogen, or argon is preferably used, and most preferably air.
前記気体の加圧は、0.05〜0.20MPaが好ましく、さらに最も好ましくは0.08〜0.12MPaである。0.20MPaを超える圧では、貼り合わせる樹脂基板2と
樹脂フィルム3が圧によって離れる、貼り合わせ箇所の一部から圧が漏れ、流路の漏れの原因となることがある。また、圧が0.05MPaより低いと、樹脂フィルムが加熱によりたわみ流路断面積が小さくなる問題が発生する。
The gas pressure is preferably 0.05 to 0.20 MPa, and most preferably 0.08 to 0.12 MPa. When the pressure exceeds 0.20 MPa, the
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。
Examples of a method for bonding the
このようにして、本発明の製造方法により、流路形状の安定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。
In this manner, the
Specifically, there is no undesignated blockage in the fine channel portion, and even if water of 300 kPa pressure is passed through the fine channel portion, the joint portion is not damaged. When used as a biochip or a microanalysis chip, liquid or gas is allowed to flow through the microchannel part, but the fluid does not clog the microchannel, which is different from the intention designed when the chip is joined, In addition, it is sufficiently sealed for practical use so that liquid and gas components do not leak from the fine channel portion. Furthermore, use a plunger pump or the like to pour 300 kPa of water into the flow path of the biochip or microchemical chip. This can be confirmed by observation.
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。
The
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。
In addition, about the description of the manufacturing method of the microchannel device of this invention, although the groove |
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
DESCRIPTION OF
Claims (6)
樹脂フィルムのマイクロ流路側の面が平坦である
ことを特徴とするマイクロ流路用デバイス。 A microchannel device comprising a resin substrate having a channel groove formed on at least one surface, and a resin film laminated on the surface on which the channel groove is formed,
A microchannel device, wherein a surface of a resin film on a microchannel side is flat.
The microchannel according to any one of claims 1 to 5, wherein the plastic resin is selected from polycarbonate, polymethylpentene, polystyrene, polymethyl methacrylate, cycloolefin copolymer, cycloolefin polymer, and polyethylene terephthalate. device.
Priority Applications (1)
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JP2011180090A JP2013044528A (en) | 2011-08-22 | 2011-08-22 | Microchannel device |
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Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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WO2023008398A1 (en) * | 2021-07-27 | 2023-02-02 | 凸版印刷株式会社 | Microfluidic chip and method for manufacturing microfluidic microchip |
Citations (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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WO2010016370A1 (en) * | 2008-08-08 | 2010-02-11 | コニカミノルタオプト株式会社 | Microchip, microchip manufacturing method and microchip manufacturing device |
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2011
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