JP2016203291A - 樹脂製マイクロ流路デバイスの製造方法およびマイクロ流路デバイス - Google Patents

Abstract

【課題】マイクロ流路チップを製造する際、熱圧着後に基板を金属から容易に脱着する。【解決手段】一方の面側に流路溝を有する樹脂製の第一基板１１０と、樹脂製の第二基板１２０とを接合してマイクロ流路チップを製造する方法であって、第一基板側から押圧する第一金属板と第二基板側から押圧する第二金属板によって加熱圧着する圧着工程を含み、第一金属板および／または第二金属板の表面の算術平均粗さ(Ra)が0.4μｍ以上である。【選択図】図１

Description

本発明は、マイクロ流路チップ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、複数本のマイクロ流路（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、マイクロ流路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、少量のサンプルでの化学反応による各種検出などを行うことが可能となる。

マイクロ流路デバイスにおける張合せ工程では、接着剤を用いるか、超音波やレーザーや加熱による熱圧着などの方式で、張り合わせが行われている（特許文献１参照）。ところが、接着剤の使用は、基板の間より余剰分が出やすく、マイクロチャネルの封鎖や内壁の汚染が生じやすい。超音波による熱溶着は、数センチ角の面同士の接着では溶着不足が生じやすい。レーザー照射では、基板の片面がレーザー光を吸収する素材であることが求められ、マイクロ流路デバイスの用途によっては使用できない場合がある。加熱による熱圧着は溶着に時間がかかるが均一な圧着が実現できるため、マイクロ流路デバイスの張り合わせ工程で使用されている例がある。（特許文献２参照）

特開２００２−１３９４１９ 特開２００６−２２４０１４

しかし、熱圧着後に金属板とマイクロ流路チップが貼りつくことがある。その結果、金属板へ基板の一部が接着してしまい、定期的な洗浄が必要になったり、強制的にはく離させるための作業が必要となる。これらは生産性の低下や、マイクロ流路チップへのキズ発生の原因となる。

本発明の目的は、熱圧着後に金属板へマイクロ流路チップが貼りつかない製造方法を提供することにある。

（１）一方の面側に流路溝を有する樹脂製の第一基板と、樹脂製の第二基板とを接合してマイクロ流路チップを製造する方法であって、第一基板側から押圧する第一金属板と第二基板側から押圧する第二金属板によって加熱圧着する溶着工程を含み、第一金属板および／または第二金属板の表面の算術平均粗さ(Ra)が0.4μｍ以上である、マイクロ流路チップの製造方法。
（２） 前記圧着工程において、前記第一金属板および／または前記第二金属板の表面の粗さ曲線の最大山高さ(Rp)が60μｍ以下、かつ粗さ曲線の最大谷深さ(Rv) が52μｍ以下である、（１）に記載のマイクロ流路チップの製造方法。
（３）前記第一金属板および／または前記第二金属板の表面の加工が、切削加工、研磨加工、ブラスチング、化学処理の少なくとも一つにより行なわれる、（１）または（２）に記載のマイクロ流路チップの製造方法。
（４） 前記第一基板および第二基板が、ポリカーボネート、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、ポリメチルペンテン、ポリスチレン、ポリメチルメタクリレート、ポリエチレンテレフタレートから選択される樹脂を含む、（１）ないし（３）に記載のマイクロ流路チップの製造方法。
（５）（１）ないし（４）のいずれか１項に記載の方法によって製造されるマイクロ流路チップ。

本発明により、マイクロ流路チップを製造する際、熱圧着後に基板を金属から容易に脱着することが可能となる。

以下、詳細を説明する。

本発明は、一方の面側に流路溝を有する樹脂製の第一基板と、樹脂製の第二基板とを接合してマイクロ流路チップを製造する方法であって、第一基板側から押圧する第一金属板と第二基板側から押圧する第二金属板によって加熱圧着する圧着工程を含み、第一金属板および／または第二金属板の表面の算術平均粗さ(Ra)が0.4μｍ以上であることを特徴とする。これにより、熱圧着後に金属熱板からの樹脂基板の脱着が容易となる。
なお、Raの下限値は、好ましくは0.5μｍ以上、より好ましくは1.0μｍ以上、さらに好ましくは2.0μm以上である。Raが上記下限値以上であることで、熱圧着後に金属熱板からの樹脂基板の脱着がより容易となる。
また、Raの上限値は好ましくは25μｍ以下、より好ましくは20μｍ以下, さらに好ましくは10um以下である。Raが上記上限値以下であることで、表面粗さが小さく、光学特性に優れたマイクロ流路チップを製造することが可能となる。
なお、この金属板の上記粗さ調整は、金属板の一部であってもよい。その理由の一つとして、マイクロ流路を形成する部分にこの処理を行なわず、平滑な状態にすることで、作製後のマイクロ流路チップを後述のとおり流路内反応を光学系検出機で検出する際に、光学特性を担保することが可能となるからである。本願の、他の金属板の粗さ調整に関しても同様である。
また、Raの測定方法は、JIS-B0601:2001に準拠した方法で測定する。

また、前記圧着工程において、前記第一金属板および／または前記第二金属板の表面の粗さ曲線の最大山高さ(Rp)が60μｍ以下であってもよい。これにより、成形品の外観を良好に維持したまま圧着後に金属熱板からの樹脂基板の脱着が容易となる。
なお、Rpの下限値は、好ましくは6.0μｍ以上、より好ましくは10μｍ以上、さらに好ましくは15μｍ以上である。Rpが上記下限値以上であることで、熱圧着後に金属熱板からの樹脂基板の脱着がより容易となる。
また、Rpの上限値は好ましくは55μｍ以下、より好ましくは50μｍ以下である。Rpが上記上限値以下であることで、表面粗さが小さく、光学特性に優れたマイクロ流路チップを製造することが可能となる。
また、Rpの測定方法は、JIS-B0601:2001に準拠した方法で測定する。

また、前記圧着工程において、前記第一金属板および／または前記第二金属板の表面の粗さ曲線の最大谷深さ(Rv) が52μｍ以下であってもよい。これにより、成形品の外観を良好に維持したまま圧着後に金属熱板からの樹脂基板の脱着が容易となる。
なお、Rvの下限値は、好ましくは24μｍ以上、より好ましくは26μｍ以上、さらに好ましくは28μm以上である。Rvが上記下限値以上であることで、熱圧着後に金属熱板からの樹脂基板の脱着がより容易となる。
また、Rvの上限値は好ましくは50μｍ以下、より好ましくは48μｍ以下、さらに好ましくは46μｍ以下である。Rvが上記上限値以下であることで、表面粗さが小さく、光学特性に優れたマイクロ流路チップを製造することが可能となる。
また、Rvの測定方法は、JIS-B0601:2001に準拠した方法で測定する。

また、前記第一金属板および／または前記第二金属板の表面の加工が、切削加工、研磨加工、ブラスチング、化学処理の少なくとも一つにより行なわれてもよい。これにより、簡便に最適な表面粗さを有する金属板を作製することが可能となる。

また、前記第一基板および第二基板が、ポリカーボネート、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、ポリメチルペンテン、ポリスチレン、ポリメチルメタクリレート、ポリエチレンテレフタレートから選択される樹脂を含んでもよい。これにより、透明性と耐熱性の両立が可能となる。

本発明による方法で製造されたマイクロ流路チップは、製造が容易でありながら、光学特性や外観性を維持しているという点で優れている。

本発明のマイクロ流路チップの製造方法の一例の模式的説明図である。 本発明のマイクロ流路チップの製造方法によって得られるマイクロ流路チップの模式的断面図である。 実施例１で使用した金属板の表面加工である、「研磨１」の顕微鏡観察写真である。 実施例２で使用した金属板の表面加工である、「研磨２」の顕微鏡観察写真である。 実施例３で使用した金属板の表面加工である、「研磨３」の顕微鏡観察写真である。 実施例４で使用した金属板の表面加工である、「切削加工」の顕微鏡観察写真である。 比較例１で使用した金属板の表面加工である、「研磨４」の顕微鏡観察写真である。

以下、図面を参照しつつ、本発明の実施の形態について説明する。以下の説明では、同一の要素には同一の符号を付しており、それらの名称および機能も同じである。したがって、それらについての詳細な説明は繰り返さない。

図１に、本発明のマイクロ流路チップの製造方法の一例を模式的説明図で示す。図１においては、それぞれの要素を断面図で模式的に示す。図示された要素の相対的方向または位置を説明する便宜上、それぞれの要素に対して図面の上側を上、下側を下と記載するが、必ずしも製造時および使用時における絶対的な位置関係を示すものでない（以下の図においても同様）。図２は、図１の方法で得られたマイクロ流路チップの模式的断面図を示す。

図１に示すように、本実施形態においては、第一基板１１０と第二基板１２０とを、熱プレス機３００間に挟み込む。第一基板１１０と第二基板１２０との間には、接着剤層を介さない。また、本実施形態において、加熱圧着を熱プレス機２００によりおこなっているが、本発明は必ずしもこれに限られない。ここで、熱プレス機２００に使用している金属板の少なくとも一方の表面の算術平均粗さ(Ra)、粗さ曲線の最大山高さ(Rp)、粗さ曲線の最大谷深さ(Rv)表面が前記値であることにより、加熱圧着後のはく離が容易となる。なお、上下の金属板の表面粗さを意図的に変えることで、チップをどちらかの板に貼りつかせる制御も可能である。このような構成にする状況としては、例えば下側金属板とチップがはく離容易で、上側とはく離が容易でなければ、上側にチップが張り付いたままとなり、作製後の取り出しが容易となること等が挙げられる。
また、熱プレス機２００に使用している金属板の材質としては、例えば、鉄、チタン、アルミ、クロム、銅、ステンレスまたはこれらの合金が挙げられる。

熱プレス機２００で第一基板１１０、第二基板１２０を挟圧することにより、第一状基板１１０と第二基板１２０とを溶着し、図２に示すマイクロ流路チップ１００を得る。

第一基板１１０には、一方の面１１２に流路溝１１６が設けられている。流路溝１１６を有する第一基板１１０は、いかなる方法で製造されたものであってもよいが、たとえば、射出成形で製造されたものであってもよいし、樹脂基板に流路溝を切削加工することで製造されたものであってもよい。特に射出成形により製造する方法は、生産性の点で好ましい。流路溝１１６の一部は、反対側の面１１１へ貫通し、ポート１１５を開口形成している。

流路溝１１６の形状は、図示したものに限定されない。たとえば、複数の流路溝１１６が直列または並列して設けられていてもよいし、流路溝１１６が分岐を有していてもよい。

第二基板１２０は、いかなる方法で製造されたものであってもよいが、たとえば、射出成形や製造されたものであってもよいし、押出し成形、シート成形で製造されたものであってもよい。

第一基板１１０および第二基板を構成する樹脂は、熱プレス機２００に対する耐熱性を有するものを当業者が適宜選択することができる。さらに、マイクロ流路チップ１００の透明性を担保する観点から、透明性の高い樹脂であることが好ましい。たとえば、前記記載の群から選ばれてもよい。

第一基板１１０および第二基板の外形形状およびサイズは、ハンドリング容易性、または分析適合性（分析手法および分析装置への適合性）を考慮して当業者が適宜決定することができる。例えば、四角形（正方形または長方形）であれば、たとえば、一辺１０ｍｍ以上２００ｍｍ以下である。板状基板１１０の外形形状は、その他の多角形、円形および楕円形などであってもよい。

図１に示すように、第一基板１１０の、流路溝１１６が設けられた一方の面１１２に対して、第二基板１２０の一方の面１２１が積層される。第二基板１２０は、マイクロ流路の蓋材として使用される。

第二基板１２０を構成する樹脂と、第一基板１１０を構成する樹脂とは、異なる樹脂であってもよい。

第一基板１１０と第二基板１２０との密着性は、例えば人間の手による剥離試験で判断することができる。例えば、密着性が無い場合は、人間の手でたやすく剥離することができ、圧着していた部分にぞれぞれの樹脂の残存（第一基板に第二基板の樹脂の残存、第二基板に第一基板の樹脂の残存）もない。一方、密着性が有る場合は、好ましくは人間の手では剥離することができないか、または、たとえ剥離できたとしても圧着していた部分に樹脂の残存（第一基板に第二基板の樹脂の残存、第二基板に第一基板の樹脂の残存）が認められる。このようにして、密着性の有無および強弱を判断することができる。上記の密着性を有することで、第一基板１１０と第二基板１２０との良好な接合性を得ることができる。

本発明にかかるマイクロ流路デバイスは、透明性が必要となる。これは、例えば流路内反応を光学系検出機で検出するためである。
本発明における、樹脂製マイクロ流路デバイスは、基板に透明な樹脂を使用することによって、JIS K7361-1に準拠して測定した全光線透過率が８０％以上の性能が確保可能となる。また、金属板の表面形状が樹脂製マイクロ流路デバイスに転写した場合でも、熱アニール処理を施すことで透明性を確保できる。
これにより、マイクロ流路デバイスを光学測定に用いることが可能となる。

マイクロ流路チップ１００は、たとえば、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、および糖タンパクチップなどのバイオチップ、または各種の化学分析用のマイクロ分析チップとして好適に用いることができる。

以下、本発明を実施例および比較例に基づいて詳細に説明するが、本発明はこれに限定されるものではない。
[金属加工]

熱プレス用金属板を、熱プレス用金属板のチップと接する面の最終表面加工は研磨加工、もしくは切削加工で実施した。
形状測定レーザマイクロスコープ VK-9700（株式会社キーエンス製）にて、金属板の表面の算術平均粗さ(Ra)、粗さ曲線の最大山高さ(Rp)、粗さ曲線の最大谷深さ(Rv)を測定した結果は表１の通りである。

＜実施例１＞
幅0.5mm、高さ0.5mmの流路溝を有する、幅15mm、長さ60mm、厚み1mmのメタクリル酸メチル樹脂からなる第一基板を準備した。幅15mm、長さ60mm、厚み1mmのメタクリル酸メチル樹脂からなる第二基板を準備した。

流路基板とフタ基板を積層した状態で、ヒーターにて90℃に加熱した金属板１で両側から挟み込み、両側から1000Nの圧力が加えた状態を60秒保持して、熱圧着した。熱圧着後に熱板にチップが張り付いているかを確認した。

熱圧着後の第一基板と第二基板を人間の手で剥離させると、第一基板に第二基板の樹脂が、残存しておりかつ、第二基板に第一基板の樹脂が残存していたことから、基板同士の密着性が十分であるマイクロ流路チップを作製できていることが確認された。評価結果を表２に示す。

作製したマイクロ流路チップについて、目視による外観評価を行った。評価結果を表２に示す。

＜実施例２、３、４＞
熱プレス機に使用した金属板を、表２に示すものを使用した以外は、実施例１と同様にマイクロ流路チップを作製し、同様の評価行なった。

＜比較例１＞
熱プレス機に使用した金属板を、表２に示すものを使用した以外は、実施例１と同様にマイクロ流路チップを作製し、同様の評価行なった。

貼りつき評価 ○：貼りつきなし。
×：貼りつきあり。（取り外し困難、もしくは熱板に基盤が付着。）
外観評価 ○：目視で曇りなし。 △：目視で使用可能な曇りあり。
×：目視で使用不可な曇りあり。
剥離試験 ○：はく離した際に、第一基板に第二基板の樹脂が残存しており、
かつ第二基板に第一基板の樹脂が残存している。
×：はく離した際に、第一基板に第二基板の樹脂が残存せず、
かつ第二基板に第一基板の樹脂が残存せず。

１００ マイクロ流路チップ
１１０ 第一基板
１１２ （第一基板の）一方の面
１１６ 流路溝
１２０ 第二基板
１２１ （第二基板の）一方の面
２００ 熱プレス

Claims (6)

1. 一方の面側に流路溝を有する樹脂製の第一基板と、樹脂製の第二基板とを接合して得られるマイクロ流路チップの製造方法であって、第一基板側から押圧する第一金属板と第二基板側から押圧する第二金属板によって加熱圧着する圧着工程を含み、前記第一金属板および／または前記第二金属板の表面の算術平均粗さ(Ra)が0.4μｍ以上である、マイクロ流路チップの製造方法。
2. 前記圧着工程において、前記第一金属板および／または前記第二金属板の表面の粗さ曲線の最大山高さ(Rp)が60μｍ以下である、請求項１に記載のマイクロ流路チップの製造方法。
3. 前記圧着工程において、前記第一金属板および／または前記第二金属板の表面の粗さ曲線の最大谷深さ(Rv) が52μｍ以下である、請求項１または２に記載のマイクロ流路チップの製造方法。
4. 前記第一金属板および／または前記第二金属板の表面の加工が、切削加工、研磨加工、ブラスチング、化学処理の少なくとも一つにより行なわれる、請求項１ないし３に記載のマイクロ流路チップの製造方法。
5. 前記第一基板および第二基板が、ポリカーボネート、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、ポリメチルペンテン、ポリスチレン、ポリメチルメタクリレート、ポリエチレンテレフタレートから選択される樹脂を含む、請求項１ないし４に記載のマイクロ流路チップの製造方法。
6. 請求項１ないし５のいずれか１項に記載の方法によって製造されるマイクロ流路チップ。