JP2014001940A - フローセルおよびその製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】ポリジメチルシロキサンを材料としたフローセルにおいて、流路からの液漏れが抑制できるようにする。
【解決手段】流路基板１１１の支持基板１１２との接着面は、疎水性ＰＤＭＳから形成した接着面形成部１０５から構成され、疎水性とされおり、流路１０６は親水性ＰＤＭＳから形成した溝形成部１０４より構成され、親水性とされている。
【選択図】 図１Ｄ

Description

本発明は、試料溶液を移送する流路を備えたフローセルおよびその製造方法に関するものである。

抗原抗体反応やＤＮＡ断片（ＤＮＡプローブ）とＤＮＡとの結合などの高度な生体分子の識別機能を利用した測定は、臨床検査および生化学分野での測定および環境汚染物質の測定で重要な技術となっている。この測定の適用先としては、例えば、マイクロＴＡＳ（Total analysis systems），マイクロコンビナトリアルケミストリ，化学ＩＣ，化学センサ，バイオセンサ，微量分析，電気化学分析，ＱＣＭ測定，ＳＰＲ測定，ＡＴＲ測定などがある。このような測定の分野では、測定対象の試料溶液は微量な場合が多い。

上述したような測定においては、試料溶液を保持可能な試料セルが用いられている。この試料セルに微量の試料溶液を供給し、当該試料セルの測定を行う検出部まで移送する。これにより、試料溶液に溶解または分散しているＤＮＡや抗体などの検体の濃度を低下させることなく、より高感度・高効率に測定を行う。このように試料溶液を測定部分に流す試料セルは、フローセルと呼ばれる。

フローセルで微量な試料溶液の移送を実現する技術としては、例えば、以下のような方法がある。例えば、フローセルの検出部に対面する流路を設けるとともに、シリンジポンプなどによる外部からの圧力で試料溶液を移送させる方法，静電気力で移送させる方法，エレクトロウエッティング法，加熱による体積変化や気泡の生成により溶液を移送させる方法，および電気浸透流を利用する方法などがある。

しかしながら、これらの方法で微量な試料溶液を移送させるためには、例えば、基板（チップ）の上に微細な溝を流路や検出部として形成するとともに、同じ基板の上に電極や加熱器などの構成部品が設けられている状態とする必要があり、作製が容易ではない。また、外部からの圧力で試料溶液を移送する場合、検出部を構成するチップ以外に、ポンプや配管などの部品が必要となり、加えて、移送経路に大きな無駄が発生することになり、試料溶液の微量化には限界がある。

上述した試料移送の技術の他に、毛細管力を利用した溶液の移送技術がある。毛細管力を利用した送液は、非常に簡便な方法である。この毛細管力を利用した移送技術として、フローセル中に、試料溶液に対して毛細管現象が発現可能な流路またはポンプとなる領域を形成する技術が提案されている（特許文献１、２参照）。この技術によるフローセルは、試料溶液が導入される導入口（供給部）と、導入された試料溶液を吸引する毛細管ポンプ（移送部）と、これら導入口と毛細管ポンプとの間に設けられた測定のための流路とが板状のセルの平面方向に沿って直線状に並んで形成されている。このフローセルでは、導入口に試料溶液を供給すると、供給された試料溶液は導入口から流路を通って毛細管ポンプへと達し、毛細管ポンプに吸引されて連続的に流路を流れる。

また、他の試料移送の手段として、流路の両端に半径の異なる液滴を形成し、液滴に生じる表面張力の大きさの違いにより、液体を移送する方法も提案されている（非特許文献１参照）。

上述した毛細管力や表面張力を利用した送液方法は、外部からの駆動力を必要とせず、パッシブポンプと呼ばれている。パッシブポンプを内蔵するフローセルは、送液のための周辺装置を必要としないため、オンサイトでの測定が容易であり、また、一度に多数の測定を行う場合に有利となる。

このようなフローセルを作製する材料としては、リソグラフィによる製造方法を利用するため、一般に、シリコン，石英，ガラスウエハなどが用いられてきた。フローセルの形成では、流路となる溝を形成した基板と、溝を閉じて流路とする基板とを接着している。この２つの基板を接着する方法として、高温にして融着する方法，陽極接合，フッ酸による接合などがある。

ところで、バイオセンサとして機能させるために、バイオ材料をフローセル内に固定化する方法が多く採用されている。しかしながら、バイオ材料は高温，強酸，強アルカリ，有機溶剤などに対して耐性が低い。このため、一般には、バイオ材料を固定化した後、上記の様な接合方法でフローセルを作製してもバイオセンサとして機能させることは困難である。

近年、ポリジメチルシロキサン（ＰＤＭＳ）を材料とするフローセルが多く研究されている。これは、ＰＤＭＳが、ガラスやシリコン基板に対する自己接着力が強く、接着のプロセスを必要せずに両者を接着できるためである。ＰＤＭＳを用いて流路となる溝を備える流路基板を作製すれば、これを平坦な支持基板に搭載するだけで、これら２つの基板を接着せることができ、簡便にフローセルを作製することができる。また、これらの接着では、高温処理，強酸，強アルカリ，有機溶剤などを用いないため、バイオ材料の固定化が容易である。

ここで、ＰＤＭＳは、水溶液に対する接触角が９０度以上あり、疎水性である。液滴の表面張力による送液に関しては、液滴を形成するために、疎水性であることは好都合であるが、予め呼び水となる溶液を導入するにはピペットなどによる強制的な送液が前準備として必要となる。これは、支持基板が親水性であっても、ＰＤＭＳで構成する流路基板に形成されている流路の面が疎水性であるため、外部から加圧しなければ水溶液は入っていかないためである。

このことからも、毛細管力を駆動力とするパッシブポンプを備えるフローセルの流路基板をＰＤＭＳだけで実現することは難しいことは明らかである。このため、ＰＤＭＳ表面に試薬を塗布し親水性にすることが行われるが、時間と共に親水性が失われていくといった問題点があった。このため、ＰＤＭＳ自体に改質剤を添加し、ＰＤＭＳ自体を親水性にしてフローセルを作製した研究が行われている（非特許文献２参照）。

ＷＯ ２００９／０８８０２１ ＷＯ ２００９／１４５１７２

Glenn M. Walker and David J. Beebe, "A passive pumping method for microfluidic devices", Lab Chip ,vol.2 ,pp.131-134, 2002. YuChang Kima, Seung-Hoon Kimb, Duckjong Kima, Sang-Jin Parka, Je-Kyun Parkb, "Plasma extraction in a capillary-driven microfluidic device using surfactant-added poly (dimethylsiloxane)", Sens. Actuators B, vol.145, pp.861-868, 2010.

しかしながら、ＰＤＭＳ自体を親水化すると、流路の近傍において、支持基板と流路基板との間に微細な不純物粒子などを原因とする僅かな隙間があると、この隙間に流路から水溶液が漏れだしてしまうといった問題点があった。これは、支持基板の表面および流路基板の表面の両方が親水性のため、微小な間隙を水溶液が侵入しやすいためである。このような状態では、隣接する流路間で溶液が混合する可能性がある。このため、上述した技術では、１つのフローセル内に多数の微細な流路を集積して配置することができず、例えば、高度な溶液処理を必要とする分析や多重測定への応用が困難であるという問題がある。

本発明は、以上のような問題点を解消するためになされたものであり、ポリジメチルシロキサンを材料としたフローセルにおいて、流路からの液漏れが抑制できるようにすることを目的とする。

本発明に係るフローセルは、ポリジメチルシロキサンから構成された流路基板と、ポリジメチルシロキサンの自己接着力により流路基板に接着された支持基板と、流路基板の支持基板との接着面の側に形成された溝からなる流路とを少なくとも備え、流路基板の支持基板との接着面は疎水性とされ、流路は親水性とされている。

上記フローセルにおいて、流路に沿って流路の脇の流路基板の支持基板との接着面側に形成された流路より小さな側溝を備えるようにしてもよい。

また、本発明に係るフローセルの製造方法は、親水性のポリジメチルシロキサンから構成されて流路となる溝を備える溝形成部を形成する溝形成部形成工程と、疎水性のポリジメチルシロキサンから構成されて接着面を有する接着面形成部を形成する接着面形成工程と、溝形成部および接着面形成部が一体とされた流路基板の接着面をポリジメチルシロキサンの自己接着力により支持基板に接着して溝による流路を形成する接着工程とを少なくとも備える。

例えば、溝形成部を形成した後で、溝形成部を覆う状態に接着面形成部を形成し、溝形成部および接着面形成部が一体とされた流路基板とすればよい。また、接着面形成部を形成した後で、接着面形成部以外に溝形成部が配置されて接着面形成部を覆う状態に溝形成部を形成し、溝形成部および接着面形成部が一体とされた流路基板としてもよい。

上記フローセルの製造方法において、ポリジメチルシロキサンから構成されて溝形成部の脇に形成された溝形成部より小さな側溝を形成する側溝形成工程を備え、接着工程では、溝形成部，側溝，および接着面形成部が一体とされた流路基板の接着面をポリジメチルシロキサンの自己接着力により支持基板に接着してもよい。

以上説明したことにより、本発明によれば、ポリジメチルシロキサンを材料としたフローセルにおいて、流路からの液漏れが抑制できるようになるという優れた効果が得られる。

図１Ａは、本発明の実施の形態１におけるフローセルの製造方法を説明するための各工程における状態を模式的に示す断面図である。 図１Ｂは、本発明の実施の形態１におけるフローセルの製造方法を説明するための各工程における状態を模式的に示す断面図である。 図１Ｃは、本発明の実施の形態１におけるフローセルの製造方法を説明するための各工程における状態を模式的に示す断面図である。 図１Ｄは、本発明の実施の形態１におけるフローセルの製造方法を説明するための各工程における状態を模式的に示す断面図である。 図２は、本発明の実施の形態１におけるフローセルの概略的な構成を示す斜視図である。 図３は、本発明の実施の形態１におけるフローセルによる液漏れ防止について説明する説明図である。 図４Ａは、本発明の実施の形態２におけるフローセルの製造方法を説明するための各工程における状態を模式的に示す断面図である。 図４Ｂは、本発明の実施の形態２におけるフローセルの製造方法を説明するための各工程における状態を模式的に示す断面図である。 図４Ｃは、本発明の実施の形態２におけるフローセルの製造方法を説明するための各工程における状態を模式的に示す断面図である。 図４Ｄは、本発明の実施の形態２におけるフローセルの製造方法を説明するための各工程における状態を模式的に示す断面図である。 図５Ａは、本発明の実施の形態３におけるフローセルの製造方法を説明するための各工程における状態を模式的に示す断面図である。 図５Ｂは、本発明の実施の形態３におけるフローセルの製造方法を説明するための各工程における状態を模式的に示す断面図である。 図５Ｃは、本発明の実施の形態３におけるフローセルの製造方法を説明するための各工程における状態を模式的に示す断面図である。 図５Ｄは、本発明の実施の形態３におけるフローセルの製造方法を説明するための各工程における状態を模式的に示す断面図である。 図６Ａは、本発明の実施の形態４におけるフローセルの製造方法を説明するための各工程における状態を模式的に示す断面図である。 図６Ｂは、本発明の実施の形態４におけるフローセルの製造方法を説明するための各工程における状態を模式的に示す断面図である。 図６Ｃは、本発明の実施の形態４におけるフローセルの製造方法を説明するための各工程における状態を模式的に示す断面図である。 図６Ｄは、本発明の実施の形態４におけるフローセルの製造方法を説明するための各工程における状態を模式的に示す断面図である。 図７Ａは、本発明の実施の形態５におけるフローセルの製造方法を説明するための各工程における状態を模式的に示す断面図である。 図７Ｂは、本発明の実施の形態５におけるフローセルの製造方法を説明するための各工程における状態を模式的に示す断面図である。 図７Ｃは、本発明の実施の形態５におけるフローセルの製造方法を説明するための各工程における状態を模式的に示す断面図である。 図７Ｄは、本発明の実施の形態５におけるフローセルの製造方法を説明するための各工程における状態を模式的に示す断面図である。 図７Ｅは、本発明の実施の形態５におけるフローセルの製造方法を説明するための各工程における状態を模式的に示す断面図である。 図７Ｆは、本発明の実施の形態５におけるフローセルの製造方法を説明するための各工程における状態を模式的に示す断面図である。 図７Ｇは、本発明の実施の形態５におけるフローセルの一部構成を示す斜視図である。

以下、本発明の実施の形態について図を参照して説明する。

［実施の形態１］
はじめに、本発明の実施の形態１について、図１Ａ〜図１Ｄを用いて説明する。図１Ａ〜図１Ｄは、本発明の実施の形態１におけるフローセルの製造方法を説明するための各工程における状態を模式的に示す断面図である。

まず、図１Ａに示すように、型基板１０１および型枠１０２からなる型を用意し、型基板１０１の型枠１０２内に流路型１０３を形成する。型基板１０１は、例えば、シリコンウエハである。また、流路型１０３は、公知のフォトリソグラフィ技術により形成したレジストパターンであればよい。

例えば、まず、濃硫酸（濃度約９８ｗｔ％）と過酸化水素水（濃度３０ｗｔ％）とを混合した洗浄液にシリコンウエハである型基板１０１を３０分程度浸漬することなどにより洗浄し、水洗の後、２００℃・２０分の加熱乾燥処理をする。次いで、型基板１０１の上に、ネガ型のフォトレジストを塗布する。フォトレジストは、例えば、化薬マイクロケム株式会社製の「ＳＵ−８」であればよい。このフォトレジストをスピンコート法により塗布し、６５℃・３０分、引き続き、９５℃・２７０分の条件でプリベークをした後、流路となる溝形成部形成のためのパターンを露光する。この後、９０℃・９０分の加熱処理をした後、現像液を用いて現像し、イソプロピルアルコール・アセトンでリンスを行い、流路型１０３を形成する。このようにして流路型１０３を形成した後、型枠１０２を形成する。

次に、図１Ｂに示すように、流路型１０３の上面および側面を覆う状態に親水性のポリジメチルシロキサン（ＰＤＭＳ）の膜を形成（塗布）して溝形成部１０４を形成する。親水性ＰＤＭＳは固化前の疎水性ＰＤＭＳにポリエーテル変性シリコーンであるトリシロキサンエトキシレート（ＳＩＬＷＥＴ Ｌ−７７）を重量比で１パーセント添加し、減圧脱泡したものである。固化前の疎水性ＰＤＭＳは、ＰＤＭＳのベース（ＳＹＬＧＡＲＤ １８４）と重合開始剤とを１０：１で混合し減圧脱泡したものである。

溝形成部１０４の形成は、例えば、上記親水性ＰＤＭＳをマイクロディスペンサで流路型１０３を覆うように塗布することで形成すればよい。また、刷毛などを用い流路型１０３を覆うように上記親水性ＰＤＭＳを塗布することで、溝形成部１０４を形成してもよい。また、凹版印刷，凸版印刷，平版印刷，孔版印刷技術により、流路型１０３の箇所に選択的に親水性ＰＤＭＳのパターンを形成することで、溝形成部１０４を形成してもよい。親水性ＰＤＭＳを塗布した後、８０℃・１２０分の加熱条件で加熱して硬化（固化）する。

次に、図１Ｃに示すように、型枠１０２の内側に疎水性ＰＤＭＳを充填して硬化し、接着面形成部１０５を形成する。疎水性ＰＤＭＳは、ＰＤＭＳのベース（ＳＹＬＧＡＲＤ １８４）と重合開始剤とを１０：１で混合し減圧脱泡したものである。充填した後、８０℃・１２０分の加熱条件により熱硬化すればよい。これらのことにより、溝形成部１０４と接着面形成部１０５とが一体に成型された状態となる。

次に、一体に成型された溝形成部１０４および接着面形成部１０５からなる流路基板を型基板１０１および型枠１０２からなる型より離型し、図１Ｄに示すように、離型した流路基板１１１の接着面を支持基板１１２に接着する。流路基板１１１の溝形成部１０４が形成されて溝形成部１０４の開口領域が配置されている側の面が、接着面である。この接着面を支持基板１１２の上に載置すれば、ＰＤＭＳの自己接着力により接着する。このように両者を接着することで、溝形成部１０４の開口領域が支持基板１１２により閉じられ、図２の斜視図にも示すように、溝形成部１０４の溝による流路１０６が形成される。なお、支持基板１１２は、ＰＤＭＳの自己接着力により接着可能な材料から構成されていればよい。

実施の形態１により製造されたフローセルは、ＰＤＭＳから構成された流路基板１１１と、ＰＤＭＳの自己接着力により流路基板１１１に接着された支持基板１１２と、流路基板１１１の支持基板１１２との接着面の側に形成された溝からなる流路１０６とを少なくとも備えたものとなる。また、このフローセルは、流路基板１１１の支持基板１１２との接着面は、疎水性ＰＤＭＳから形成した接着面形成部１０５から構成され、疎水性とされており、流路１０６は親水性ＰＤＭＳから形成した溝形成部１０４より構成され、親水性とされていることになる。

このフローセルは、例えば、予め、支持基板１１２の流路１０６となる箇所にバイオ材料を固定しておけば、バイオセンサとして用いることができる。流路１０６の内側面は親水性ＰＤＭＳであるため、流路１０６の一端に供給される水溶液は、毛細管力により自発的に流路１０６を流れるようになる。

一方、支持基板１１２に密着する接着面は、疎水性のＰＤＭＳから形成した接着面形成部１０５であるため、流路１０６からの液漏れが抑制できるようになる。この点について説明すると、まず、図３の（ａ）の断面図に示すように、親水性ＰＤＭＳから形成した流路基板３０５を支持基板３１２に貼り合わせている場合について説明する。この状態では、微粒子の混入や、製造プロセスの不具合などで生じた微小間隙が形成されると、拡大した図３の（ａ’）にも示すように、微小間隙の両面が親水性のため、流路３０６内の水溶液は通常の毛細管力により、微小間隙内を進行する。これが流路３０６からの液漏れの原因となり、複数の流路が接近している場合、液体が混合してしまう。

次に、図３の（ｂ）の断面図に示すように、親水性ＰＤＭＳから形成した流路基板１１１を支持基板１１２に貼り合わせている実施の形態１の場合について説明する。上述同様に、微粒子の混入や、製造プロセスの不具合などで生じた微小間隙が形成されると、拡大した図３の（ｂ’）にも示すように、微小間隙の流路基板１１１（接着面形成部１０５）の面は、疎水性であるため、メニスカスの接触角は鈍角となる。十分大きな鈍角の接触角が得られれば、微小間隔の中に水溶液が進行することがない。この結果、上述したように微小間隔が形成されても、流路１０６からの液漏れが抑制されるようになる。このため、実施の形態１によれば、複数の微細な流路１０６を接近して配置することが可能になり、高度な集積化が可能となる。

ところで、上述した実施の形態１では、溝形成部１０４の形成と接着面形成部１０５の形成とを異なる工程で行い、親水性ＰＤＭＳと疎水性ＰＤＭＳとが互いに混じり合わない状態としたが、集積度が低くある程度の混合が許容される場合には、これらを同時に硬化することも可能である。

また、図１Ａで説明した流路型１０３に、部分的に厚い箇所を設けることで、接着面形成部１０５を貫通する部分（貫通孔）が形成できる。このような貫通孔を設けることで、この部分を表面張力ポンプとして利用することができる。上述した貫通孔においては、貫通孔側壁が親水性ＰＤＭＳで被覆された状態になるため、貫通孔および流路１０６にかけては親水性の状態であり、試料となる溶液の液滴を、流路基板１１１（接着面形成部１０５）の上より貫通孔の部分に滴下すれば、溶液は、毛細管現象により親水性の貫通孔を流れて流路１０６内に到達し、流路１０６内を溶液で満たすことができる。このようにすることで、ピペットなどを用いて外部から加圧して導入する必要がない。

また、上述した貫通孔を、流路１０６の両端に各々接続して形成すれば、一端から他端にかけて送液することができる。接着面形成部１０５の上面は疎水性であるため、一方の貫通孔には大きな液滴を滴下し、他方の貫通孔には小さな液滴を滴下すれば、表面張力の差により、流路１０６内を小さな液滴側から、大きな液滴側に送液することができる（非特許文献１参照）。

［実施の形態２］
次に、本発明の実施の形態２について図４Ａ〜図４Ｄを用いて説明する。図４Ａ〜図４Ｄは、本発明の実施の形態２におけるフローセルの製造方法を説明するための各工程における状態を模式的に示す断面図である。

まず、図４Ａに示すように、型基板４０１および型枠４０２からなる型を用意し、型基板４０１の型枠４０２内に流路型４０３を形成する。型基板４０１は、例えば、シリコンウエハである。また、流路型４０３は、公知のフォトリソグラフィ技術により形成したレジストパターンであればよい。

例えば、まず、前述した実施の形態１と同様に、濃硫酸と過酸化水素水とを混合した洗浄液にシリコンウエハである型基板４０１を３０分程度浸漬することなどにより洗浄し、水洗の後、２００℃・２０分の加熱乾燥処理をする。次いで、型基板４０１の上に、ネガ型のフォトレジストを塗布する。引き続き、所定の加熱条件でプリベークをした後、流路となる溝形成部形成のためのパターンを露光する。この後、所定の加熱処理をした後、現像処理・リンス処理を行い、流路型４０３を形成する。このようにして流路型４０３を形成した後、型枠４０２を形成する。

次に、流路型４０３が形成されずに露出している型枠４０２内側の型基板４０１の上に、図４Ｂに示すように、疎水性ＰＤＭＳの膜を形成（塗布）して接着面形成部４０４を形成する。例えば、疎水性ＰＤＭＳをマイクロディスペンサで流路型４０３が形成されていない型基板４０１の表面を覆うように塗布することで形成すればよい。また、刷毛などを用い流路型４０３が形成されていない型基板４０１の表面を覆うように疎水性ＰＤＭＳを塗布することで、接着面形成部４０４を形成してもよい。また、凹版印刷，凸版印刷，平版印刷，孔版印刷技術により、流路型４０３が形成されていない型基板４０１の表面に選択的に疎水性ＰＤＭＳのパターンを形成することで、接着面形成部４０４を形成してもよい。疎水性ＰＤＭＳを塗布した後、８０℃・１２０分の加熱条件で加熱して硬化する。

次に、図４Ｃに示すように、型枠４０２の内側に親水性ＰＤＭＳを充填して硬化し、溝形成部４０５を形成する。溝形成部４０５には、流路型４０３による溝が形成される。なお、疎水性ＰＤＭＳおよび親水性ＰＤＭＳは、前述した実施の形態１と同様である。充填した後、８０℃・１２０分の加熱条件により熱硬化すればよい。これらのことにより、接着面形成部４０４と溝形成部４０５とが一体に成型された状態となる。

次に、一体に成型された接着面形成部４０４および溝形成部４０５からなる流路基板を型基板４０１および型枠４０２からなる型より離型し、図４Ｄに示すように、離型した流路基板４１１の接着面を支持基板４１２に接着する。流路基板４１１の接着面形成部４０４が形成されている領域が、接着面である。この接着面の側に、溝形成部４０５に形成されている溝が開口している。この接着面を支持基板４１２の上に載置すれば、ＰＤＭＳの自己接着力により接着する。このように両者を接着することで、溝形成部４０５に形成されている溝の開口領域が支持基板４１２により閉じられ、溝形成部４０５の溝による流路４０６が形成される。

実施の形態２により製造されたフローセルは、ＰＤＭＳから構成された流路基板４１１と、ＰＤＭＳの自己接着力により流路基板４１１に接着された支持基板４１２と、流路基板４１１の支持基板４１２との接着面の側に形成された溝からなる流路４０６とを少なくとも備えたものとなる。また、このフローセルは、流路基板４１１の支持基板４１２との接着面は、疎水性ＰＤＭＳから形成した接着面形成部４０４であり、疎水性とされており、流路４０６は親水性ＰＤＭＳから形成した溝形成部４０５から構成され、親水性とされていることになる。

このフローセルは、例えば、予め、支持基板４１２の流路４０６となる箇所にバイオ材料を固定しておけば、バイオセンサとして用いることができる。流路４０６の内側面は親水性ＰＤＭＳであるため、流路４０６の一端に供給される水溶液は、毛細管力により自発的に流路４０６を流れるようになる。

一方、支持基板４１２に密着する接着面は、疎水性のＰＤＭＳから形成した接着面形成部４０４であるため、支持基板４１２と接着面形成部４０４との密着面に微粒子などによる微小間隙が形成され、これが流路４０６の一端まで届いていたとしても、水溶液はこの間隙には入っていくことはできず、液漏れを起こすことはない。このため、実施の形態２においても、複数の微細な流路４０６を接近して配置することが可能になり、高度な集積化が可能となる。

また、実施の形態２においても、接着面形成部４０４の形成と溝形成部４０５の形成とを異なる工程で行い、親水性ＰＤＭＳと疎水性ＰＤＭＳとが互いに混じり合わない状態としたが、集積度が低くある程度の混合が許容される場合には、これらを同時に硬化することも可能である。

［実施の形態３］
次に、本発明の実施の形態３について、図５Ａ〜図５Ｄを用いて説明する。図５Ａ〜図５Ｄは、本発明の実施の形態３におけるフローセルの製造方法を説明するための各工程における状態を模式的に示す断面図である。

まず、図５Ａに示すように、型基板５０１および型枠５０２からなる型を用意し、型基板５０１の型枠５０２内に流路型５０３および側溝型５１３を形成する。側溝型５１３は、流路型５０３の両側部（両脇）に形成され、流路型５０３と同様に延在している。また、側溝型５１３は、断面形状が流路型５０３より小さく形成されている。流路型５０３は、２つの側溝型５１３に挟まれて設けられている。なお、型基板５０１は、例えば、シリコンウエハである。また、流路型５０３および側溝型５１３は、公知のフォトリソグラフィ技術により形成したレジストパターンであればよい。

例えば、まず、濃硫酸と過酸化水素水とを混合した洗浄液にシリコンウエハである型基板５０１を３０分程度浸漬することなどにより洗浄し、水洗の後、乾燥処理をする。次いで、型基板５０１の上に、ネガ型のフォトレジストを塗布する。このフォトレジストをスピンコート法により塗布し、所定の温度条件でプリベークをした後、流路となる溝形成部形成のためのパターンを露光する。この後、所定の温度条件で加熱処理をした後、現像・リンスを行い、流路型５０３および側溝型５１３を形成する。このようにして流路型５０３および側溝型５１３を形成した後、型枠５０２を形成する。

次に、図５Ｂに示すように、流路型５０３の上面および側面を覆う状態に親水性のＰＤＭＳの膜を形成（塗布）して溝形成部５０４を形成する。例えば、上記親水性ＰＤＭＳをマイクロディスペンサで流路型５０３を覆うように塗布することで、溝形成部５０４を形成すればよい。また、刷毛などを用い流路型５０３を覆うように親水性ＰＤＭＳを塗布することで、溝形成部５０４を形成してもよい。また、凹版印刷，凸版印刷，平版印刷，孔版印刷技術により、流路型５０３の箇所に選択的に親水性ＰＤＭＳのパターンを形成することで、溝形成部５０４を形成してもよい。親水性ＰＤＭＳを塗布した後、８０℃・１２０分の加熱条件で加熱して硬化（固化）する。ここで、溝形成部５０４が、側溝型５１３を覆わないように形成する。溝形成部５０４と側溝型５０３との間に、ある程度の間隙があってもよい。

次に、図５Ｃに示すように、型枠５０２の内側に疎水性ＰＤＭＳを充填して硬化し、接着面形成部５０５を形成する。充填した後、８０℃・１２０分の加熱条件により熱硬化すればよい。これらのことにより、溝形成部５０４と接着面形成部５０５とが一体に成型された状態となる。また、実施の形態３では、接着面形成部５０５に、側溝型５０３による側溝が形成された状態となる。

次に、一体に成型された溝形成部５０４および接着面形成部５０５からなる流路基板を型基板５０１および型枠５０２からなる型より離型し、図５Ｄに示すように、離型した流路基板５１１の接着面を支持基板５１２に接着する。流路基板５１１の溝形成部５０４が形成されて溝形成部５０４の開口領域が配置されている側の面が、接着面である。この接着面を支持基板５１２の上に載置すれば、ＰＤＭＳの自己接着力により接着する。このように両者を接着することで、溝形成部５０４の開口領域が支持基板５１２により閉じられ、溝形成部５０４の溝による流路５０６が形成される。また、流路５０６の両脇には、接着面形成部５０５に設けられた側溝５１６が形成される。側溝５１６の内側面などは、疎水性となる。

実施の形態３により製造されたフローセルは、ＰＤＭＳから構成された流路基板５１１と、ＰＤＭＳの自己接着力により流路基板５１１に接着された支持基板５１２と、流路基板５１１の支持基板５１２との接着面の側に形成された溝からなる流路５０６とを少なくとも備えたものとなる。また、このフローセルは、流路基板５１１の支持基板５１２との接着面は、疎水性ＰＤＭＳから形成した接着面形成部５０５から構成され、疎水性とされており、流路５０６は親水性ＰＤＭＳから形成した溝形成部５０４より構成され、親水性とされていることになる。加えて、流路５０６に沿って流路５０６の脇の流路基板５１１の支持基板５１２との接着面側に形成された流路５０６より小さな側溝５１６を備える。

このフローセルは、例えば、予め、支持基板５１２の流路５０６となる箇所にバイオ材料を固定しておけば、バイオセンサとして用いることができる。流路５０６の内側面は親水性ＰＤＭＳであるため、流路５０６の一端に供給される水溶液は、毛細管力により自発的に流路５０６を流れるようになる。

一方、支持基板５１２に密着する接着面は、疎水性のＰＤＭＳから形成した接着面形成部５０５であるため、流路５０６からの液漏れが抑制できるようになる。支持基板５１２と接着面形成部５０５との密着面に微粒子などによる微小間隙が形成されても、接着面形成部５０５の接着面は疎水性であるため、水溶液はこの間隙には入っていくことができない。また、実施の形態３では、側溝５１６を設けているので、流路５０６から漏れた溶液は、ある程度が側溝５１６に収容されるようになり、この点でも、液漏れの拡散が抑制できるようになる。このため、実施の形態３によれば、微細な流路５０６を接近して配置することが可能になり、高度な集積化が可能となる。

また、実施の形態３では、流路基板５１１の上面が疎水性であるため、前述した実施の形態１と同様の表面張力ポンプの構造が応用できる。

［実施の形態４］
次に、本発明の実施の形態４について、図６Ａ〜図６Ｄを用いて説明する。図６Ａ〜図６Ｄは、本発明の実施の形態４におけるフローセルの製造方法を説明するための各工程における状態を模式的に示す断面図である。

まず、図６Ａに示すように、型基板６０１および型枠６０２からなる型を用意し、型基板６０１の型枠６０２内に流路型６０３および側溝型６１３を形成する。側溝型６１３は、流路型６０３の両側部（両脇）に形成され、流路型６０３と同様に延在している。また、側溝型６１３は、断面形状が流路型６０３より小さく形成されている。流路型６０３は、２つの側溝型６１３に挟まれて設けられている。なお、型基板６０１は、例えば、シリコンウエハである。また、流路型６０３および側溝型６１３は、公知のフォトリソグラフィ技術により形成したレジストパターンであればよい。このようにして流路型６０３および側溝型６１３を形成した後、型枠６０２を形成する。

次に、流路型６０３および側溝型６１３が形成されずに露出している型枠６０２内側の型基板６０１の上に、図６Ｂに示すように、疎水性ＰＤＭＳの膜を形成（塗布）して接着面形成部６０４を形成する。なお、流路型６０３と側溝型６１３との間には、接着面形成部６０４が形成されないようにする。例えば、疎水性ＰＤＭＳをマイクロディスペンサで塗布することで、接着面形成部６０４を形成すればよい。また、刷毛などを用いて疎水性ＰＤＭＳを塗布することで、接着面形成部６０４を形成してもよい。また、凹版印刷，凸版印刷，平版印刷，孔版印刷技術により、対象とする箇所に選択的に疎水性ＰＤＭＳのパターンを形成することで、接着面形成部６０４を形成してもよい。疎水性ＰＤＭＳを塗布した後、８０℃・１２０分の加熱条件で加熱して硬化する。

次に、図６Ｃに示すように、型枠６０２の内側に親水性ＰＤＭＳを充填して硬化し、溝形成部６０５を形成する。溝形成部６０５には、流路型６０３による溝が形成される。なお、疎水性ＰＤＭＳおよび親水性ＰＤＭＳは、前述した実施の形態１と同様である。充填した後、８０℃・１２０分の加熱条件により熱硬化すればよい。これらのことにより、接着面形成部６０４と溝形成部６０５とが一体に成型された状態となる。

次に、一体に成型された接着面形成部６０４および溝形成部６０５からなる流路基板を型基板６０１および型枠６０２からなる型より離型し、図６Ｄに示すように、離型した流路基板６１１の接着面を支持基板６１２に接着する。流路基板６１１の接着面形成部６０４が形成されている領域が、接着面である。この接着面の側に、溝形成部６０５に形成されている溝が開口している。この接着面を支持基板６１２の上に載置すれば、ＰＤＭＳの自己接着力により接着する。このように両者を接着することで、溝形成部６０５に形成されている溝の開口領域が支持基板６１２により閉じられ、溝形成部６０５の溝による流路６０６が形成される。また、流路６０６の両脇には、溝形成部６０５に設けられた側溝６１６が形成される。側溝６１６の内側面などは、親水性となる。

実施の形態４により製造されたフローセルは、ＰＤＭＳから構成された流路基板６１１と、ＰＤＭＳの自己接着力により流路基板６１１に接着された支持基板６１２と、流路基板６１１の支持基板６１２との接着面の側に形成された溝からなる流路６０６とを少なくとも備えたものとなる。また、このフローセルは、流路基板６１１の支持基板６１２との接着面は、疎水性ＰＤＭＳから形成した接着面形成部６０４であり、疎水性とされており、流路６０６は親水性ＰＤＭＳから形成した溝形成部６０５から構成され、親水性とされていることになる。加えて、流路６０６に沿って流路６０６の脇の流路基板６１１の支持基板６１２との接着面側に形成された流路６０６より小さな側溝６１６を備える。

このフローセルは、例えば、予め、支持基板６１２の流路６０６となる箇所にバイオ材料を固定しておけば、バイオセンサとして用いることができる。流路６０６の内側面は親水性ＰＤＭＳであるため、流路６０６の一端に供給される水溶液は、毛細管力により自発的に流路６０６を流れるようになる。

一方、支持基板６１２に密着する接着面は、疎水性のＰＤＭＳから形成した接着面形成部６０４であるため、支持基板６１２と接着面形成部６０４との密着面に微粒子などによる微小間隙が形成され、これが流路６０６の一端まで届いていたとしても、水溶液はこの間隙には入っていくことはできず、液漏れを起こすことはない。また、実施の形態４では、側溝６１６を設けているので、流路６０６から漏れた溶液は、ある程度が側溝６１６に収容されるようになり、この点でも、液漏れの拡散が抑制できるようになる。このため、実施の形態４においても、微細な流路６０６を接近して配置することが可能になり、高度な集積化が可能となる。

［実施の形態５］
次に、本発明の実施の形態５について図７Ａ〜図７Ｄを用いて説明する。図７Ａ〜図７Ｄは、本発明の実施の形態５におけるフローセルの製造方法を説明するための各工程における状態を模式的に示す断面図である。

まず、図７Ａに示すように、型基板７０１および型枠７０２からなる型を用意し、型基板７０１の型枠７０２内に流路型７０３および吸引流路型７０４を形成する。型基板７０１は、例えば、シリコンウエハである。また、流路型７０３は、公知のフォトリソグラフィ技術により形成したレジストパターンであればよい。また、流路型７０３および吸引流路型７０４を形成した後、型枠７０２を形成する。

次に、図７Ｂに示すように、流路型７０３および吸引流路型７０４が形成されずに露出している型枠７０２内側の型基板７０１の上に、疎水性ＰＤＭＳの膜を形成（塗布）して接着面形成部７０５を形成する。疎水性ＰＤＭＳを塗布した後、８０℃・１２０分の加熱条件で加熱して硬化する。次に、図７Ｃに示すように、型枠７０２の内側に親水性ＰＤＭＳを充填して溝形成部７０６を形成する。この状態では、溝形成部７０６を未硬化状態とする。溝形成部７０６には、流路型７０３による溝および吸引流路型７０４による溝が形成される。なお、疎水性ＰＤＭＳおよび親水性ＰＤＭＳは、前述した実施の形態１と同様である。

次いで、図７Ｄに示すように、複数のピン７０７を備えた押し型部品７０８を用意する。ピン７０７は、吸引流路型７０４の領域に配置されている。このように構成した押し型部品７０８を、型基板７０１の型枠７０２内に形成されている溝形成部７０６の上より押し付け、図７Ｅに示すように、ピン７０７を溝形成部７０６に挿入する。ピン７０７の先端が、吸引流路型７０４に到達する状態とする。このように、ピン７０７を挿入した状態で、溝形成部７０６を熱硬化する。例えば、８０℃・１２０分の加熱条件により熱硬化すればよい。これらのことにより、接着面形成部７０５と溝形成部７０６とが一体に成型された状態となる。

次に、押し付け型７０８を取り除いた後、一体に成型された接着面形成部７０５および溝形成部７０６からなる流路基板を型基板７０１および型枠７０２からなる型より離型し、図７Ｆに示すように、離型した流路基板７１１の接着面を支持基板７１２に接着する。流路基板７１１の接着面形成部７０５が形成されている領域が、接着面である。この接着面の側に、溝形成部７０６に形成されている溝が開口している。この接着面を支持基板７１２の上に載置すれば、ＰＤＭＳの自己接着力により接着する。このように両者を接着することで、溝形成部７０６に形成されている溝の開口領域が支持基板７１２により閉じられ、溝形成部７０６の溝による流路７１３が形成され、吸引流路型７０４の溝による吸引流路７１４が形成される。また、吸引流路７１４においては、溝形成部７０６に、複数の貫通孔７１７が形成される。貫通孔７１７は、例えば円筒形状である。

実施の形態５により製造されたフローセルは、ＰＤＭＳから構成された流路基板７１１と、ＰＤＭＳの自己接着力により流路基板７１１に接着された支持基板７１２と、流路基板７１１の支持基板７１２との接着面の側に形成された溝からなる流路７１３とを少なくとも備えたものとなる。また、このフローセルは、流路基板７１１の支持基板７１２との接着面は、疎水性ＰＤＭＳから形成した接着面形成部７０５であり、疎水性とされており、流路７１３は親水性ＰＤＭＳから形成した溝形成部７０６から構成され、親水性とされていることになる。

また、このフローセルは、図７Ｇの斜視図にも示すように、流路基板７１１に、流路７１３に接続する吸引流路７１４を設けている。図７Ｇでは、流路基板７１１のみを示している。なお、流路７１３の一端には、流路基板７１１（溝形成部７０６）に形成した導入口７１８が連通し、試料溶液が投入可能とされている。ここで、流路７１３は、液体に対して毛細管現象が発現する範囲の断面寸法とされ、同様に、貫通孔７１７は、液体に対して毛細管現象が発現する範囲の管径とされている。また、吸引流路７１４の流路高さは、流路７１３より液体が浸入したときに、上下方向に隙間が形成されない範囲とされている。言い換えると、浸入した液体が、吸引流路７１４の上下の両面に同時に接触可能な状態とされている。

このフローセルは、例えば、予め、支持基板７１２の流路７１３となる箇所にバイオ材料を固定しておけば、バイオセンサとして用いることができる。流路７１３の内側面は親水性ＰＤＭＳであるため、流路７１３の一端に供給される水溶液は、毛細管力により自発的に流路７１３を流れるようになる。

一方、支持基板７１２に密着する接着面は、疎水性のＰＤＭＳから形成した接着面形成部７０５であるため、支持基板７１２と接着面形成部７０５との密着面に微粒子などによる微小間隙が形成され、これが流路７１３の一端まで届いていたとしても、水溶液はこの間隙には入っていくことはできず、液漏れを起こすことはない。このため、実施の形態５においても、微細な流路７１３を接近して配置することが可能になり、高度な集積化が可能となる。

また、実施の形態５では、吸引流路７１４を設けており、導入口７１８より導入されて毛細管現象により流路７１３を流れて吸引流路７１４に浸入した試料溶液は、毛細管現象により貫通孔７１７に吸い上げられる。このように、導入口７１８に導入された試料溶液は、吸引流路７１４における複数の貫通孔７１７に吸い上げられることで、流路７１３を所定の流速で吸引流路７１４の方向に流れていくことになる。また、実施の形態５では、流路７１３の側方（両側）に、吸引流路７１４が展開して配置されているようにしたので、フローセル全体の面積を大きく広げることなく、吸引流路７１４の領域を拡大することができ、吸引流路７１４による送液能力を、より拡大させることができる。

以上に説明したように、本発明によれば、試料溶液が流れる流路における試料溶液が接触する領域は、親水性のＰＤＭＳから形成し、流路となる溝が設けられている流路基板が支持基板に密着する領域は、疎水性のＰＤＭＳから構成したので、ＰＤＭＳを材料としたフローセルにおいて、流路からの液漏れが抑制できるようになる。この結果、複数の微細な流路を、１チップ上に集積化することが可能となり、フロー分析，ケミカルセンサ，バイオセンサなどに適用すれば、測定精度，確度，利便性を著しく向上させることができる。

なお、本発明は以上に説明した実施の形態に限定されるものではなく、本発明の技術的思想内で、当分野において通常の知識を有する者により、多くの変形および組み合わせが実施可能であることは明白である。例えば、実施の形態５を用いて説明した複数の貫通孔による吸引流路を備えるフローセルは、実施の形態１を用いて説明した製造方法により形成してもよい。この場合、吸引流路型を形成するとともに、貫通孔を形成するための複数の突起部を吸引流路型に形成しておけばよい。このようにすることで、内壁が親水性ＰＤＭＳで被覆された複数の貫通孔が、疎水性ＰＤＭＳによる接着面形成部（流路基板）に形成できる。また、形成する流路は、直線状に限るものではなく、曲線状に形成してもよい。

１０１…型基板、１０２…型枠、１０３…流路型、１０４…溝形成部、１０５…接着面形成部、１０６…流路、１１１…流路基板、１１２…支持基板。

Claims (6)

1. 親水性のポリジメチルシロキサンから構成されて流路となる溝を備える溝形成部を形成する溝形成部形成工程と、
   疎水性のポリジメチルシロキサンから構成されて接着面を有する接着面形成部を形成する接着面形成工程と、
   前記溝形成部および前記接着面形成部が一体とされた流路基板の前記接着面をポリジメチルシロキサンの自己接着力により支持基板に接着して前記溝による流路を形成する接着工程と
   を少なくとも備えることを特徴とするフローセルの製造方法。
2. 請求項１記載のフローセルの製造方法において、
   前記溝形成部を形成した後で、前記溝形成部を覆う状態に前記接着面形成部を形成し、前記前記溝形成部および前記接着面形成部が一体とされた前記流路基板とすることを特徴とするフローセルの製造方法。
3. 請求項１記載のフローセルの製造方法において、
   前記接着面形成部を形成した後で、前記接着面形成部以外に前記溝形成部が配置されて前記接着面形成部を覆う状態に前記溝形成部を形成し、前記前記溝形成部および前記接着面形成部が一体とされた前記流路基板とすることを特徴とするフローセルの製造方法。
4. 請求項１〜３のいずれか１項に記載のフローセルの製造方法において、
   ポリジメチルシロキサンから構成されて前記溝形成部の脇に形成された前記溝形成部より小さな側溝を形成する側溝形成工程を備え、
   前記接着工程では、前記溝形成部，前記側溝，および前記接着面形成部が一体とされた流路基板の前記接着面をポリジメチルシロキサンの自己接着力により支持基板に接着する
   ことを特徴とするフローセルの製造方法。
5. ポリジメチルシロキサンから構成された流路基板と、
   ポリジメチルシロキサンの自己接着力により前記流路基板に接着された支持基板と、
   前記流路基板の前記支持基板との接着面の側に形成された溝からなる流路と
   を少なくとも備え、
   前記流路基板の前記支持基板との接着面は疎水性とされ、前記流路は親水性とされていることを特徴とするフローセル。
6. 請求項５記載のフローセルにおいて、
   前記流路に沿って前記流路の脇の前記流路基板の前記支持基板との接着面側に形成された前記流路より小さな側溝を備えることを特徴とするフローセル。

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