JP2017187453A - マイクロプレート及びその製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】多数のウェルが形成されても歪みや反りが起こりにくく、検査機器に適正に設置でき、かつ測定精度が高いマイクロプレート及びその製造方法を提供する。【解決手段】マイクロプレートの製造方法は、石英ガラスよりなる１枚の平板状の基板１０を固定する基板固定工程と、基板１０の少なくとも一方の面１０ａにマスク３０を設置するマスク設置工程と、マスク３０が設置された面１０ａに対して、底部２０ａの断面形状が弧状をなすウェル２０をマスク３０に形成されたパターン３１の形状に基づいてマトリクス状に複数形成するウェル形成工程と、ウェル形成工程後にマスク３０を除去するマスク除去工程とを含む。【選択図】図４

Description

本発明は、マイクロプレート及びその製造方法に関する。

マイクロプレート（マイクロタイタプレート）は、平板状の基板の一方の面にセル又はウェル（以下、ウェルとする）がマトリクス状に複数形成される態様を有するものである。各ウェルには、試料が収容され、この試料に試薬が導入されたり、この試料を培養したりして検査機器（プレートリーダー）に設置されて試料の光学的な分析に供される。
ここで、マイクロプレートの材料としては、加工性の容易さや、製造コストの低減を目的として、ＣＯＰ（シクロオレフィンポリマー）樹脂、ＣＯＣ（シクロオレフィンコポリマー）樹脂、ＰＳ（ポリスチレン）樹脂などの合成樹脂が多く採用されている。

しかしながら、合成樹脂製のマイクロプレートは、簡便な検査を目的とする安価なものやウェルが少ないものであれば問題はないが、ウェルを多数（例えば１６６個以上）形成すると、歪み、反りによる平坦性の低下や偏肉が生じやすくなる可能性がある。その結果、このようなマイクロプレートを検査機器に適正に設置できなかったり、各ウェルにおける測定誤差を招く可能性がある。
そこで、歪み、反りや偏肉が比較的生じにくい材料として、ガラス製のマイクロプレートが提案されている（特許文献１参照）。
このマイクロプレートは、平板状の第１基板に貫通孔をマトリクス状に複数形成して、第２基板に接着剤などを介して接着することによって基板を構成するものである。この基板において、各貫通孔と、第２基板における各貫通孔を塞ぐ部分とで各ウェルが構成される。

特開２００７−２９２５５６号公報

しかしながら、特許文献１に記載のマイクロプレートは、歪み、反りや偏肉が比較的生じにくいガラスを材料として用いているものの、ウェルを多数形成した場合、第１基板と第２基板との接合欠陥が生じる可能性がある。その結果、隣接するセル又はウェル同士が連通し、ウェル内の試料の測定誤差を招く可能性がある。
そこで、本発明は、上記事情に鑑みてなされたものであって、多数のウェルが形成されても歪みや反りが起こりにくく、検査機器に適正に設置でき、かつ測定精度が高いマイクロプレート及びその製造方法を提供することを目的とする。

本発明は以下の態様を有する。
［１］石英ガラスよりなる１枚の平板状の基板を固定する基板固定工程と、
上記基板の少なくとも一方の面にマスクを設置するマスク設置工程と、
上記マスクが設置された面に対して、底部の断面形状が弧状をなすウェルを上記マスクに形成されたパターンの形状に基づいてマトリクス状に複数形成するウェル形成工程と、
ウェル形成工程後に上記マスクを除去するマスク除去工程とを含むことを特徴とするマイクロプレートの製造方法。
［２］上記ウェル形成工程が、サンドブラストによる工程であるマイクロプレートの製造方法。
［３］上記ウェル形成工程が、直圧式サンドブラストによる工程であるマイクロプレートの製造方法。
［４］上記基板が、黒色ガラス基板であるマイクロプレートの製造方法。
［５］石英ガラスよりなる１枚の平板状の基板の少なくとも一方の面に、底部の断面形状が弧状をなすウェルがマトリクス状に複数形成されてなることを特徴とするマイクロプレート。
［６］上記基板が、黒色ガラス基板であるマイクロプレート。

本発明のマイクロプレート及びその製造方法によれば、多数のウェルが形成されても歪みや反りが起こりにくく、検査機器に適正に設置でき、かつ測定精度が高いマイクロプレート及びその製造方法を提供することができる。

マイクロプレートのある態様における構成を示す斜視図である。 図１のII−II線に沿う断面図である。 マイクロプレートのある態様におけるウェル及びその周辺部分の拡大断面図である。 マイクロプレートの製造方法のある態様を示す概略断面図である。 マイクロプレートのある態様における使用状態を示す概略断面図である。 サクション式ブラスト加工装置の噴射ノズルの構成を示す断面図である。

以下、本発明に係るマイクロプレート及びその製造方法の実施形態について図面を参照して具体的に説明する。ただし、本発明の具体的な構成は下記実施形態の内容に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲の設計の変更等があっても、それらは本発明に含まれる。

（マイクロプレートの構成）
図１は、本実施形態のマイクロプレートの構成を示す斜視図である。また、図２は、図１のII−II線に沿う断面図である。また、図３は、本実施形態のマイクロプレートにおけるウェル及びその周辺部分の拡大断面図である。
図１に示すように、本実施形態のマイクロプレート１は、厚さが一様の石英ガラス製の板状体である基板１０のおもて面１０ａにウェル２０がマトリクス状に複数形成されてなる。例えば、基板１０のおもて面１０ａにウェル２０が９６個×６４個のマトリクス状に形成されている。
なお、ウェル２０は、おもて面１０ａのみに形成されてもよいし、おもて面１０ａの反対側の裏面１０ｂのみに形成されてもよいし、おもて面１０ａ及び裏面１０ｂに形成されてもよい。また、マイクロプレート１の１つの角部には、検査機器（プレートリーダー）に設置する際の位置合わせのための切り欠き部が形成されている。

本実施形態のマイクロプレート１の基板１０は、厚さが一様のガラス製の板状体であれば、ウェル２０内に収容される試料の測定を妨げない限り、寸法等は特に制限されることなく、必要に応じて適宜選択される。
また、マイクロプレート１の基板１０の材料は、蛍光顕微鏡を用いる蛍光観察において、マイクロプレート１による自家蛍光は測定の妨げにもなるため、無蛍光性ガラスや低蛍光性ガラスを用いてもよく、目的に応じて着色されたガラスを用いてもよい。着色されたガラスとしては、測定時に、隣接するウェル２０，２０間で光が透過しないよう、黒色ガラスを用いることが好ましい。

［着色されたガラス］
ここで、本実施形態のマイクロプレート１の基板１０に採用される「着色されたガラス」とは、金属コロイドを分散してなるガラスであることが好ましく、Ｃｄ（カドミウム）以外の遷移金属のコロイドを分散してなるガラスであることがより好ましい。
［黒色ガラス］
また、上記「黒色ガラス」は、１８０〜５，０００ｎｍの波長域で厚さ１ｍｍ当たりの光透過率が１％以下である石英ガラスが好ましく、例えば、５５０ｎｍの波長域で厚さ１ｍｍ当たりの光透過率が０．０１％〜０．３％の「ＮＧ１（ｓｃｈｏｔｔ社製）」が挙げられる。上記「黒色ガラス」の材質は石英ガラス又は樹脂であれば特に制限はなく、例えば、上記遷移金属としてＭｎ，Ｃｒ，Ｎｉ，Ｃｏ，Ｆｅ，Ｃｕのうち複数のコロイドを分散させた石英ガラス又は樹脂が挙げられる。

＜ウェルの形状＞
ここで、図２及び図３に示すように、ウェル２０は、おもて面１０ａに開口し、所定の深さｄをなす有底無蓋の孔である。
ウェル２０の開口部の形状は、該ウェル２０内に収容される試料の測定に影響を及ぼさない限り特に制限はなく、目的に応じて適宜設定される。ウェル２０の開口部の形状の例としては、図１に示すように、例えば、円形が挙げられる。
また、ウェル２０の容積は、例えば、試料（液体）が６０ｎｌ収容される程度であれば好ましい。
ウェル２０の底部２０ａの断面形状は、弧状をなしている。この断面形状は、基板１０の厚さ方向（おもて面１０ａ及び裏面１０ｂに直交する方向）を含む面に沿う断面形状である。すなわち、ウェル２０の底部２０ａは、ウェル２０の開口部の形状が円形であれば、半球状をなす。

＜ウェルの底部＞
上述したように、ウェル２０の底部２０ａは、その断面形状が弧状をなしていればよい。ここで、この底部２０ａの曲率半径は、ＳＲ０．５を基準として、ＳＲ０．２５〜ＳＲ０．５が好ましく、ＳＲ０．４〜ＳＲ０．５がより好ましく、ＳＲ０．４５〜ＳＲ０．５が特に好ましい。例えば、ウェル２０の深さｄを２ｍｍとした場合、底部２０ａの曲率半径は、ＳＲ０．４〜ＳＲ０．５が好ましい。
また、ウェル２０の内周面は、その表面粗さ（算術平均粗さＲａ）が０．０８以上であることが好ましい。このような表面粗さを呈するウェル２０の内周面の領域は、少なくとも底部２０ａで定義される領域が含まれ、ウェル２０の内周面全体が好ましい。なお、底部２０ａは、上述のように断面形状が弧状をなしている部分であることから、ウェル２０の内周面のうち、厚さ方向に径が均一な領域（ウェル２０の胴部）以外の、厚さ方向に径が漸減する領域を指す。

（マイクロプレートの製造方法）
以下、本実施形態のマイクロプレートの製造方法について図面を参照して説明する。
図４（ａ）〜（ｅ）は、本実施形態のマイクロプレートの製造方法を示す概略断面図である。
本実施形態のマイクロプレートの製造方法は、「基板固定工程」と、「マスク設置工程」と、「ウェル形成工程」と、「マスク除去工程」とを含む。なお、必要に応じて他の工程を含んでもよい。以下の説明では、基板１０のおもて面１０ａにウェル２０を形成する態様について説明する。

＜基板固定工程＞
基板固定工程は、図４（ａ）に示すように、石英ガラスよりなる１枚の平板状の基板１０を、固定治具５０に固定する工程である。

＜マスク設置工程＞
マスク設置工程は、図４（ｂ）に示すように、基板１０の少なくとも一方の面にマスク３０を設置する工程である。基板１０に対してマスク３０を設置する面は、おもて面１０ａのみでもよいし、おもて面１０ａの反対側の裏面１０ｂのみでもよい。また、おもて面１０ａ又は裏面１０ｂにマスク３０を設置し、「ウェル形成工程」及び「マスク除去工程」を行った後に、裏面１０ｂ又はおもて面１０ａにマスク３０を設置してもよい。この説明では、マスク３０をおもて面１０ａに設置する態様を例とするが、マスク３０を裏面１０ｂに設置する態様についても同様の要領で行われる。
基板１０に設置されるマスク３０は、この工程の後工程である「ウェル形成工程」において機能を損なわない材料からなり、基板１０上に形成するウェル２０の開口部を投影した形状（例えば円形）のパターン部（貫通孔）３１がマトリクス状に配列された板状又はシート状の部材である。このパターン部３１は、例えば、基板１０のおもて面１０ａにウェル２０を９６個×６４個のマトリクス状に形成する場合、これに応じて９６個×６４個のマトリクス状に形成されている。

ここで、マスク３０は、板状又はシート状をなさなくとも、レジストインクを用いてもよい。レジスト用インクとして使用するインクは、印刷時にインクジェットヘッドによる印刷に使用し得る流動性を備え、光や熱の照射、乾燥等によって硬化して基板１０のおもて面に定着し、耐サンドブラスト性を発揮するものであれば特に制限はなく、目的に応じて適宜選択できる。例えば、紫外線硬化型、熱硬化型の樹脂を含むインクや、溶剤の揮発によって乾燥して基板１０のおもて面に付着するものであってもよく、ウレタン系、エポキシ系、アクリル系、塩化ビニル系の樹脂を含むインクを用いてもよい。
基板１０のおもて面に対する所定パターンでのレジスト用インクの付着は、インクジェットプリンタによって行う。予め設定したレジストのパターンに従って、基板１０上の所定の座標にインクの液滴を噴射して付着させ、紫外線の照射や、熱源による加熱等によってインクを硬化させて基板１０上に定着させ、上述のマスク３０と同様に所定のレジストパターンを形成する。

＜ウェル形成工程＞
ウェル形成工程は、図４（ｃ），（ｄ）に示すように、マスク３０が設置された面に対してウェル２０をマスク３０の形状（例えばマトリクス状）に基づいて複数形成する工程である。
このウェル形成工程は、マスク３０のパターン部３１に対応して、底部２０ａの断面形状が弧状をなすウェル２０を形成する工程であれば特に制限はなく、目的に応じて適宜選択される。ウェル形成工程としては、「ショットブラスト」、「サンドブラスト」、「グリッドブラスト」等が挙げられる。これらのうち、マスク３０のパターン部３１を介して加工装置６０から基板１０のおもて面１０ａに研磨材を投射するサンドブラストが好ましく、直圧式サンドブラストがより好ましい。ウェル形成工程としてサンドブラストを採用することにより、形成するウェル２０の底部２０ａの断面形状を弧状とし易いことに加え、底部２０ａの表面粗さを適宜設定できる。特に、ウェル形成工程として直圧式サンドブラストを採用することにより、底部２０ａの表面粗さをより高精度かつ効率的に設定し易くなる。なお、ウェル形成工程として（直圧式）サンドブラストを採用する場合には、マスク設置工程において基板１０に設置されるマスク３０は、耐サンドブラスト性を有する材料を用いる。

基板１０に対する研磨材の投射方式としては、圧縮空気等の圧縮気体と共に研磨材を噴射する噴射方式、回転する羽根車との衝突により研磨材を投射する投射方式、遠心力によって研磨材を投射する投射方式等が挙げられる。これらのうち、本実施形態にあっては、加工条件の調整が比較的容易な、圧縮気体と共に研磨材を噴射する投射方式を用いることが好ましい。
また、圧縮空気等の圧縮気体と共に研磨材を噴射するブラスト加工装置の構成としては、直圧式、吸い込み式（サクション式）等が挙げられる。

サクション式ブラスト加工装置の一例としては、例えば図６に示す噴射ノズル１１０を備えたブラスト加工装置が挙げられる。図６に示すように、噴射ノズル１１０は、ノズルボディ１１１に、ブラスト加工装置の回収タンクから研磨材ホース１３１を介して研磨材導入口１２４に連通して研磨材が誘導される略円筒容器状の研磨材誘導室１１２が形成されている。この研磨材誘導室１１２の前端部には円錐状に絞られた円錐内面１１６が形成され、この円錐内面１１６に貫通するノズル１１４が設けられている。
そして、円錐内面１１６の内側に、研磨材誘導室１１２の後方から挿入された空気噴射管１１３の先端部が配置されている。

この空気噴射管１１３は、圧縮空気供給源（図示せず）にホース１３２を介して連通されており、比較的高圧の圧縮空気が送られる。
ホルダ１１５は、内周面にテーパ部を備えた円筒形状をなしている。ホルダ１１５の内周のテーパ部でノズル１１４の外周のテーパ部を外嵌し、ホルダ１１５の外周に設けたネジ部でノズルボディ１１１に螺着することによりノズル１１４をノズルボディ１１１に固定する。
空気噴射管１１３の先端から圧縮空気をノズル１１４へ向けて噴射すると、研磨材誘導室１１２内が負圧になるので、この負圧により回収タンク（図示せず）の研磨材が研磨材ホース１３１を経て研磨材誘導室１１２へ吸引される。

研磨材誘導室１１２内の研磨材は、円錐内面１１６と空気噴射管１１３の外周の環状の間隙部分に誘導され、空気噴射管１１３の空気流に乗って、ノズル１１４から外部へ円錐状に拡散しながら噴射され、被加工物（基板１０）の表面にウェル２０の加工パターンが形成される。このウェル２０の加工パターンは、前述したように、ほぼ円形状の断面をなし、有底無蓋の孔である。
ブラスト加工は作業者が手動で噴射ノズルを操作して被加工物の表面へ研磨材を噴射する場合と、ブラスト加工装置を加工ラインに設けて噴射ノズル又は被加工物を機械的に移動して被加工物の表面へ研磨材を噴射する場合がある。

また、上記研磨材は、基板１０の材料、基板１０に対して施す加工の程度、その他の条件に従い、ブラスト加工用に使用されている既知の各種の研磨材の材質、粒径、形状等を選択することができる。
また、基板１０に対する研磨材の投射は、おもて面１０ａ、裏面１０ｂのいずれか一方に対して研磨材の投射を行った後、他方の面に対して行うものとしてもよく、基板１０の固定治具５０の態様によっては、おもて面１０ａ，裏面１０ｂの双方に同時に研磨材を投射するようにしてもよい。このような態様では、おもて面１０ａと裏面１０ｂとで、ウェル２０の形成位置をずらすように加工して、基板１０の表裏面でウェル２０，２０同士が貫通しないような構成としてもよい。

本実施形態のマイクロプレートの製造方法においては、基板１０の少なくとも何れかの面に、例えば、サンドブラストによって底部２０ａの断面形状が弧状となるようにウェル２０を形成するウェル形成工程を含むことが重要な技術的特徴である。そのために、本実施形態のマイクロプレートの製造方法においては、底部２０ａの曲率半径は、ＳＲ０．５を基準として、ＳＲ０．４５〜ＳＲ０．５に制御されるようにウェル形成工程を行うことが好ましい。この曲率半径は、ＳＲ０．４〜ＳＲ０．５がより好ましく、ＳＲ０．４５〜ＳＲ０．５が特に好ましい。例えば、ウェル２０の深さｄを２ｍｍとした場合、底部２０ａの曲率半径は、ＳＲ０．４５〜ＳＲ０．５が好ましい。
また、本実施形態のマイクロプレートの製造方法においては、ウェル２０の内周面の表面粗さ（算術平均粗さＲａ）が０．０８以上であるようにウェル形成工程を行うことが好ましい。

＜マスク除去工程＞
マスク除去工程は、図４（ｅ）に示すように、ウェル形成工程後にマスク３０を基板１０から除去する工程である。このマスク除去工程と共に、基板１０の表面（おもて面１０ａ，裏面１０ｂ，側面）を洗浄する工程を行ってもよい。
そして、このようにして作製されたマイクロプレート１は、図５に示すように、ウェル２０の開口部（ウェル２０が形成された基板１０のおもて面１０ａ側）を鉛直下方に向くように検査機器の固定部材１００に設置される。そして、検査機器の試料提供部２００から試料が各ウェル２０内に重力に逆らうように射出される。このようにマイクロプレート１を設置し、かつ試料を射出するのは、ウェル２０，２０間のおもて面１０ａ上に付着した試料が本来収容されるべきでない方のウェル２０内に導入されないよう落下させて、汚染を防ぐためである。

以下に、マイクロプレート及びその製造方法の実施例について図１〜５を参照して説明する。
（実施例１）
まず、基板１０としては、長さ１２７．７６ｍｍ、幅８５．４７ｍｍ、厚さ４．００ｍｍの透明の石英ガラス板を用いた。
［マスク］
本実施例で用いるマスク３０は、長さ１２７．７６ｍｍ、幅８５．４７ｍｍ、厚さ０．５ｍｍであった。マスク３０は、長さ方向の両側１２７．７６ｍｍ部分の領域より内側、及び幅方向の両側８５．４７ｍｍ部分の内側の領域に、長さ方向のピッチ１．１２５ｍｍ、幅方向のピッチ１．１２５ｍｍで、長さ方向に９６個、幅方向に６４個、直径１．０ｍｍの貫通孔（パターン部３１）が設けられたものを用いた。
「基板固定工程」として、基板１０を固定治具５０に固定した。

次に、「マスク設置工程」として、基板１０上にマスク３０を設置した。
次に、「ウェル形成工程」として、下記の条件で、マスク３０を介して基板１０のおもて面１０ａに対してサンドブラストを行った。その結果、直径１．０ｍｍの開口部を有し、深さｄが１．５ｍｍ、底部２０ａの曲率半径の平均がＳＲ０．４５、底部２０ａの算術平均粗さＲａの平均が０．０８であるウェル２０を長さ方向に９６個、幅方向に６４個、おもて面１０ａ上に形成した。１つのウェル２０の容積は、試料（液体）が６０ｎｌ収容されるに十分な１．１〜１．３ｎｌの範囲であった。

〔サンドブラストの条件〕
・サンドブラスト装置（不二製作所社製）
・研磨材の材料：炭化珪素質、アルミナ、ジルコニア
・研磨材の粒径（番手）：４０〜１μｍ（＃４００〜＃８００）
・研磨材の噴射圧力：０．３〜０．５（ＭＰａ）
・研磨材の噴射時間：５時間
次に、「マスク除去工程」として、マスク３０を除去した。その後、基板１０の表面（おもて面１０ａ，裏面１０ｂ，側面）を洗浄して実施例１のマイクロプレートを得た。

＜評価＞
［耐久性］
実施例１のマイクロプレートについて、検査機器の固定部材１００への設置を１０００回繰り返し、その後の裏面１０ｂの平面度を測定した。その結果、平面度も平行度０．０５ｍｍ以下であった。
［測定精度］
実施例１のマイクロプレートについてガラス板の反りを測定したところ、０．０２以内という結果であり、平滑性が優れていることが確認された。したがって、多数のウェルが形成されても歪みや反りが起こりにくく、検査機器に適正に設置でき、かつ測定精度が高いマイクロプレート及びその製造方法を提供することができる。

本発明のマイクロプレート及びその製造方法は、ウェルの数が１６個を超えるような高密度のマイクロプレートにおいても検査機器への設置精度や測定精度を損なうことがないので、精密検査用途のマイクロプレートに好適に利用が期待される。なお、本発明のマイクロプレート及びその製造方法は、これに限られるものではない。

１ マイクロプレート
１０ 基板
１０ａ おもて面
１０ｂ 裏面
２０ ウェル
２０ａ 底面
３０ マスク
１００ （検査機器の）固定部材

Claims (6)

1. 石英ガラスよりなる１枚の平板状の基板を固定する基板固定工程と、
   前記基板の少なくとも一方の面にマスクを設置するマスク設置工程と、
   前記マスクが設置された面に対して、底部の断面形状が弧状をなすウェルを前記マスクに形成されたパターンの形状に基づいてマトリクス状に複数形成するウェル形成工程と、
   ウェル形成工程後に前記マスクを除去するマスク除去工程とを含むことを特徴とするマイクロプレートの製造方法。
2. 前記ウェル形成工程が、サンドブラストによる工程である請求項１に記載のマイクロプレートの製造方法。
3. 前記ウェル形成工程が、直圧式サンドブラストによる工程である請求項２に記載のマイクロプレートの製造方法。
4. 前記基板が、黒色ガラス基板である請求項１に記載のマイクロプレートの製造方法。
5. 石英ガラスよりなる１枚の平板状の基板の少なくとも一方の面に、底部の断面形状が弧状をなすウェルがマトリクス状に複数形成されてなることを特徴とするマイクロプレート。
6. 前記基板が、黒色ガラス基板である請求項５に記載のマイクロプレート。

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