JP2018189585A - マイクロ流路チップ - Google Patents

Abstract

【課題】製造の際の加工作業性に優れ、気泡の発生や膜厚不均一がない高品質なマイクロ流路チップを提供すること。【解決手段】流路を形成した流路形成層の上面および下面を各々透明性の上蓋基板および下蓋基板で挟持したマイクロ流路チップであって、前記流路形成層は前記上蓋基板との界面、及び前記下蓋基板との界面のそれぞれに粘着層を備え、前記粘着層と前記流路形成層により流路の厚みを規定することを特徴とするマイクロ流路チップとする。【選択図】図３

Description

本発明は、医療、化学、環境、食品分野で液体分析解析用部材として利用されるマイクロ流路チップに関する。

医療、化学、環境、食品分野で液体分析解析用部材として流路を形成したマイクロ流路チップと呼ばれる微小なチップが使用されている。このチップは内部に液体試料を投入し、反応、分離、精製、検出など多様な処理を行うことで試料の分析や解析を行うことが出来る。

マイクロ流路チップは主に、物理的、化学的に安定なガラス、プラスチック、金属などの複数の部材に流路としての溝を形成した後に組み合せて接合することで作製される。

接合の形態で分類すると、溶融、拡散などで基材同士を直接接合する直接接合型（例えば特許文献１）、または基材以外の中間材を介在させて基材を接合する、いわゆる接着材料を使用する接着層型（例えば特許文献２）が挙げられる。

図５は、従来のマイクロ流路チップの構成、及び光学的検出の様態を示す模式断面図である。図５（ａ）の直接接合型では流路形成層５１が下蓋基板５２及び上蓋基板５３と直接接合し、同（ｂ）の接着層型では流路形成層５１が接着層６４を介して接合している。尚、通常上蓋基板５３には液体試料を投入するための貫通孔があるが、図示を略している。

検出方法としては、通常は光学的検出、例えば蛍光強度の確認や、熱レンズ顕微鏡による検出、ＩＲスペクトルやＵＶスペクトルによる検出などが好適に行われるが、その多くはチップに光を（上面または下面から、図５では上面から）入射し、反対面若しくは入射面から光の強度を確認するという方式である。それゆえマイクロ流路チップには透明性が高いことが要求される

直接接合型では中間材が不要となり異種材料を組み込むことによる影響の懸念が不要となるメリットがあるものの、接合出来る基材の組み合せが限られ、マイクロ流路チップの機能が制限されることになる。

一方、接着材料を使用する接着層型は異種材料組込みを考慮する必要があるものの材料の選定次第で様々な基材を組み合せることが出来るため、マイクロ流路チップの接合方法としてより汎用性がある。接着方法としては従来、液状材料を基材に塗布し、溶媒等を除去した後、仮接合した状態で硬化させる方法が一般的であった。

しかしながら、液状材料は塗布に特殊な冶具を必要とするほか、大気中への気散に伴う臭気、引火が懸念されるため、これらに対応する設備が必要で加工作業性が悪く、また加工環境に大きな制限を受けていた。さらに液状材料による接合は高度な装置や技術が必要で、気泡の発生や接合部（ひいてはチップ全体）の膜厚不均一などの品質懸念が残されていた。また硬化させて接合した場合、品質不具合が発生しても接合を解除して再加工（リワーク）することが難しいという課題もある。

特許第４３４８４５４号公報 特開２００７−２４０４６１号公報

本発明は、上記のような課題を解決するためになされたもので、その目的とするところは、製造の際の加工作業性に優れ、気泡の発生や膜厚不均一がなく高品質なマイクロ流路チップを提供することにある。

上記の課題を解決するために、請求項１に記載の発明は、流路を形成した流路形成層の上面および下面を各々透明性の上蓋基板および下蓋基板で挟持したマイクロ流路チップであって、
前記流路形成層は前記上蓋基板との界面、及び前記下蓋基板との界面のそれぞれに粘着層を備え、前記粘着層と前記流路形成層により流路の厚みを規定することを特徴とするマイクロ流路チップとしたものである。

請求項２に記載の発明は、前記粘着層はアクリル系の粘着材料であることを特徴とする請求項１に記載のマイクロ流路チップとしたものである。

請求項３に記載の発明は、前記粘着層はシランカップリング剤を含むことを特徴とする請求項１、または２に記載のマイクロ流路チップとしたものである。

本発明のマイクロ流路チップの構成によれば、製造の際の加工作業性に優れ、気泡の発生や膜厚不均一がなく高品質で、さらに再加工（リワーク）性が改善されるマイクロ流路チップが得られる。

マイクロ流路チップの構成要素である（ａ）上蓋基板（ｂ）下蓋基板の模式平面図である。 本発明のマイクロ流路チップの構成要素である粘着層付き流路形成層の模式平面図である。 本発明のマイクロ流路チップの第１の実施形態の構成を示す（ａ）模式平面図（ｂ）模式断面図である。 本発明のマイクロ流路チップの第２の実施形態の構成を示す模式断面図である。 従来のマイクロ流路チップ（（ａ）直接接合型（ｂ）接着層型）の構成、及び光学的検出の様態を示す模式断面図である。

以下、本発明の実施形態に係るマイクロ流路チップについて詳細に説明する。尚、同一の構成要素については便宜上の理由がない限り同一の符号を付け、重複する説明は省略する。また、以下の説明で用いる図面は、特徴をわかりやすくするために、特徴となる部分を拡大して示している場合があり、各構成要素の寸法比率などは実際と同じではない。

本発明者らは、上述の課題を解決するために検討を行った結果、従来の接着層型マイクロ流路チップの接着層部分の成分及び厚みの最適化を行うことで、加工作業性に優れ、気泡の発生や膜厚不均一、流路内の溶出物等による汚染がなく、且つリワーク性が改善される構成を見出した。

図３は、本発明のマイクロ流路チップの第１の実施形態１０の構成を示す。図３（ａ）
は模式平面図であり、同（ｂ）は（ａ）をＡ−Ｂ線に沿って切断した模式断面図である。図３（ｂ）の模式断面図のように、本発明のマイクロ流路チップの第１の実施形態１０の外形は、図５（ｂ）の従来の接着層型マイクロ流路チップ６０の外形と同じである。

本発明のマイクロ流路チップの特徴は、従来の接着層型マイクロ流路チップ６０の接着層６４にあたる部分の成分及び厚みにある。すなわち、本発明のマイクロ流路チップ１０では、流路を形成した流路形成層１の上面及び下面が各々透明性の上蓋基板３及び下蓋基板２で挟持されており、流路形成層１と上蓋基板３の界面、及び流路形成層１と下蓋基板２の界面にいずれも粘着層４を備える。従って、本発明のマイクロ流路チップでは、流路形成層１と粘着層４により流路の厚みは規定される。

前記粘着材料とは、接着材料の中でも特に常温環境下で微細な力を加えることで接着性能を発揮する材料のことを示し、通常アクリル系、シリコーン系、ゴム系の材料等が含まれるが、本発明の目的に叶う材料としては、アクリル系の粘着材料が粘着力の調整幅が広いという理由により特に好ましい。

粘着層４の厚みは２μｍ〜５００μｍの範囲であることが好ましい。２μｍ未満であると接合力が不十分となる可能性があり、５００μｍよりも厚いと流路内に投入する各種の液体によりダメージを受けたり、粘着材料の成分が液体へ溶出して分析解析に支障をきたすことがある。

本発明のマイクロ流路チップは、粘着材料を使い、常温環境下で微細な力を加えることで接着しているので、品質不具合が発生した場合、接合を解除して再加工するリワーク性が改善される。

粘着材料は、予めフィルム状に加工した後、流路形成層１（若しくは下蓋基板２及び上蓋基板３）に転写して粘着層４としても良く、流路形成層１（若しくは下蓋基板２及び上蓋基板３）上に直接塗布して粘着層４としても良い。流路形成層１（若しくは下蓋基板２及び上蓋基板３）上に直接塗布した場合はフィルム状にして転写した場合に比べ、膜厚均一性が劣る可能性があるが加工作業性、リワーク性は十分維持される。

本発明のマイクロ流路チップの粘着層４（粘着材料）は、粘着力の向上と耐熱性が向上するという理由によりシランカップリング剤を含むことが好ましい。

シランカップリング剤としては、例えば、ビニルトリメトキシシラン、ビニルトリエトキシシラン、γ−グリシドキシプロピルトリメトキシシラン、γ−グリシドキシプロピルメチルジエトキシシラン、γ−グリシドキシプロピルトリエトキシシラン、３−メルカプトプロピルトリメトキシシラン、γ−メタクリルオキシプロピルトリメトキシシラン、γ−メタクリルオキシプロピルトリエトキシシラン、２−イソシアナトエチルトリエトキシシラン、γ−アミノプロピルトリメトキシシラン、γ−アミノプロピルトリエトキシシラン、３−イソシアネートプロピルトリエトキシシラン、フェニルトリエトキシシラン等が挙げられる。

図４は、本発明のマイクロ流路チップの第２の実施形態２０の構成を示す模式断面図である。本発明のマイクロ流路チップの第２の実施形態２０では、２層の流路形成層１が仕切り板８を挟んで両面の粘着層４を介して積層されており、従って仕切り板８を挟んで流路６−１、６−２の２つの流路を備えている。ここで仕切り板８は透明性材料からなる。

図４では、２層の流路形成層１が１枚の仕切り板８を介して積層されている場合を示しているが、同様にして、３層以上の流路形成層１を２枚以上の仕切り板８を介して積層し
、複数の流路を備えることも可能である。

前記のように、複数の流路を備えることで、それぞれの流路に異なる種類の液体を占有的に利用できるので、液体の投入、分析後の排出、安定化のための時間による時間ロスを削減し、稼働率を高めることができる。さらに、図示しないが平面視で複数の流路がそれぞれ重ならないような配置とし、複数の液体を異なる流路に投入した後に、上下方向の光照射の位置を連続的に変えた分析が行えるので、待ち時間がなくなり、多様な処理を一層効率的に行えるようになる。

また、複数の流路形成層１を複数の開孔を有する仕切り板８を挟んで積層した場合、あるいは複数の流路形成層１を仕切り板８を使わずに積層した場合は、投入できる液体の種類は１種類となるが、流路の高さ（厚さ）が高く（厚く）なる。従って上下方向の光照射による検出光の光路長が長くなり、検出感度を高めることができる。

以下、実施例及び比較例に基づいて本発明をより具体的に説明するが、本発明は以下の実施例に限定されるものではない。

実施例１〜３及び比較例１、２において、いずれも粘着材料を予めフィルム状に加工した後、流路形成層１に転写して粘着層４とし、図３に示す第１の実施形態のマイクロ流路チップ１０を作製した。実施例１〜３及び比較例１、２における違いは、表１に示すように、粘着層４（すなわち粘着フィルム）の厚さのみとした。

以下の条件は、実施例１〜３及び比較例１、２における共通の条件である。

〔粘着材料の調製〕
＜モノマー混合液Ａ＞
ｎ−ブチルアクリレート ９５質量部
アクリル酸 ５質量部
酢酸エチル １００質量部
を混合する。

＜アクリル重合液Ｂ＞
前記モノマー混合液Ａを８０℃まで加熱し
２，２’−アゾビスイソブチロニトリル ０．２質量部
を予め酢酸エチルで溶解して、モノマー混合液Ａに滴下する。
滴下後、７２℃に保ち、１２時間攪拌を続け、その後、ろ過した。
このろ液に、酢酸エチルを加えて固形分２０質量％のアクリル重合液Ｂを得た。

前記アクリル重合液Ｂ１００ｇに対して、架橋剤としてトリレンジイソシアネート系架橋剤（商品名「ＢＨＳ８５１５」、トーヨーケム）０.５ｇ及びシランカップリング剤として３−メルカプトプロピルトリメトキシシラン（商品名「ＫＢＭ−８０２」、信越化学工業）０.０２ｇを加え、粘着材料を調製した。

［上蓋基板及び下蓋基板］
上蓋基板３及び下蓋基板２の材料として厚み５００μｍのガラス基材（旭硝子製、商品名「ＡＮ１００」）を使用した。上蓋基板３には液体を流すため、図１（ａ）に示す貫通孔７をサンドブラストにより開孔した。

［接合用粘着材料のフィルム化〕
７５μｍ厚みの軽剥離離形ＰＥＴフィルム（東洋紡製Ｅ７００２）のシリコーンコート面上に、上述の粘着材料をワイヤーバーを用いて、各々表１に示す乾燥膜厚となるよう調整し塗工した。９０℃で１分間乾燥させたのち、３８μｍ厚みの中剥離離形ＰＥＴフィルム（東洋紡製、商品名「Ｅ７００４」）を貼り合せ、４０℃で２４時間のエージングを行った。これを粘着フィルムＡとした。

［マイクロ流路チップの作製］
粘着フィルムＡの軽剥離離形フィルムを剥離した後、厚み７５μｍポリイミドフィルム（東レ・デュポン社製、商品名「カプトン３００Ｖ」）に貼合した。これをポリイミドフィルムの反対面にも行い両面粘着層付きポリイミドフィルムとした。この粘着層付きポリイミドフィルムを金型を用いて図２の流路形状に断裁し、粘着層付き流路形成層１ａとした。流路形成層１ａの両面に残っている中剥離離形剥離フィルムを剥離してから、下蓋基板２、上蓋基板３と密着させ、４０℃−５気圧−３０分間の処理をして粘着−ガラス間の微細な気泡を除去して貼合し、図３に示す第１の実施形態のマイクロ流路チップ１０とした。

［通液後接合度試験］
試薬としてｐＨ１．０に調整した塩酸水溶液とｐＨ１１に調整した水酸化ナトリウム水溶液を流路内に満たし室温で４時間放置後、ポンプを使用して排出した。その後、外観及び、回収した溶媒を目視で確認した。

［試験結果］
試験結果を表２に示す。実施例１〜３は試薬通液前後で気泡発生は無く均一な膜厚を維持した。一方、比較例１においては貼り合わせ時に気泡が発生し均一な膜厚での貼り合わせができなかった。比較例２は外観では試薬通液前後で貼り合わせ面に気泡は見られなかったものの、試薬通液後の廃液の確認において粘着剤起因と見られる溶出物による異物が見られた。

１、５１・・・・流路形成層
１ａ・・・・・・粘着層付き流路形成層
２、５２・・・・下蓋基板
３、５３・・・・上蓋基板
４・・・・・・・粘着層
６、６−１、６−２、５６、６６・・・流路
７・・・・・・・貫通孔
８・・・・・・・仕切り板
１０・・・・・・本発明のマイクロ流路チップの第１の実施形態
２０・・・・・・本発明のマイクロ流路チップの第２の実施形態
５４・・・・・・直接接合部
６４・・・・・・接着層
５０・・・・・・従来のマイクロ流路チップ（直接接合型）
６０・・・・・・従来のマイクロ流路チップ（接着層型）

Claims (3)

1. 流路を形成した流路形成層の上面および下面を各々透明性の上蓋基板および下蓋基板で挟持したマイクロ流路チップであって、
   前記流路形成層は前記上蓋基板との界面、及び前記下蓋基板との界面のそれぞれに粘着層を備え、前記粘着層と前記流路形成層により流路の厚みを規定することを特徴とするマイクロ流路チップ。
2. 前記粘着層はアクリル系の粘着材料であることを特徴とする請求項１に記載のマイクロ流路チップ。
3. 前記粘着層はシランカップリング剤を含むことを特徴とする請求項１、または２に記載のマイクロ流路チップ。

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