JP3132113U - マイクロチャネルアレイ - Google Patents

Abstract

【課題】落射光の反射性が十分高く、光学顕微鏡による観察を容易にすることができる透明樹脂製のマイクロチャネルアレイを提供すること。
【解決手段】本考案の一態様に係るマイクロチャネルアレイは、表面に微細流路１３を有する第１基板１４と、第１基板１４の裏面側に設けられた反射構造体６とを有する。反射構造体６は、第１基板１４の裏面上に形成されている。反射構造体６の５°の入射光による正反射率は、５０％以上である。
【選択図】図３

Description

本考案は、マイクロチャネルアレイに関し、特に、血液試料等の検査に係わる透明樹脂製のマイクロチャネルアレイに関する。

従来から、フォトリソグラフィ法によってシリコン基板上にパターンニングを行って、流路を形成したマイクロチャネルアレイが提案されている。特許文献１には、血液試料の検査に使用するシリコン単結晶製のマイクロチャネルアレイが開示されている。このような構成のマイクロチャネルアレイでは、反射光による血球の検出がなされている。しかしながら、このようなマイクロチャネルアレイでは、落射光による反射光量が少なく、落射光を十分に活用することができない。このため、落射光を用いた顕微鏡による観察が困難であるという問題がある。

また、透明樹脂製のマイクロチャネルアレイが提案されている。透明樹脂製マイクロチャネルアレイは、フォトリソグラフィ法等を用いて微細流路を形成した精密金型を作成し、これを鋳型として透明な熱可塑性樹脂等を利用して製造される。また、落射光による観察を行うため、微細流路上には、反射率の高い金属薄膜が蒸着されている。しかしながら、微細流路は観察対象である血液試料が通過するため、微細流路上に金属薄膜が存在することにより、観察結果にバラツキが生じてしまうという問題があった。
特許第２６８５５４４号公報

本考案は、このような課題を背景としてなされたものであり、本考案の目的は、落射光による観察が容易な透明樹脂製のマイクロチャネルアレイを提供することである。

本考案の第１の態様に係るマイクロチャネルアレイは、表面に微細流路を有する第１基板と、前記第１基板の裏面側に設けられた反射構造体とを有する透明樹脂製のマイクロチャネルアレイである。このような構成により、血液試料の流路となる微細流路に反射構造体を設ける必要がないため、落射光の反射率を向上させることができ、落射光による観察を容易に行うことが可能となる。

本考案の第２の態様に係るマイクロチャネルアレイは、上記のマイクロチャネルアレイにおいて、前記反射構造体は、前記第１基板の裏面上に形成されているものである。このような構造とすることによって、落射光の反射率を向上させることができ、落射光による観察を容易に行うことが可能となる。

本考案の第３の態様に係るマイクロチャネルアレイは、上記のマイクロチャネルアレイにおいて、前記第１基板の裏面側に設けられた第２基板を有し、前記反射構造体は、前記第１基板と前記第２基板との間に設けられているものである。このような構成とすることにより、反射構造体を再利用することが可能となる。

本考案の第４の態様に係るマイクロチャネルアレイは、上記のマイクロチャネルアレイにおいて、前記反射構造体は、前記第２基板の前記第１基板側の面上に形成されているものである。このような構成とすることにより、反射構造体を再利用することが可能となる。

本考案によれば、落射光の反射性が十分高く、光学顕微鏡による観察を容易にすることができる透明樹脂製のマイクロチャネルアレイを提供することができる。

以下、本考案に係るマイクロチャネルアレイについて、図を参照して説明する。まず、マイクロチャネルアレイ１を組み込んだハウジング１０の構成について説明する。図１は本考案に係るマイクロチャネルアレイ１を組み込んだハウジング１０の構成の一例を示す分解斜視図である。図１に示すように、ハウジング１０は、第１治具２、第２治具３、緩衝用ゴム４等を備える。また、マイクロチャネルアレイ１は、第１基板１４と透明板１５とを重ね合わされて構成されている。マイクロチャネルアレイ１は、ハウジング１０に組み込まれた状態で、落射光による観察が行われる。

第１治具２は、中央に設けられた観察穴２１を有している。観察穴２１は、第１治具２の裏面側からマイクロチャネルアレイ１を構成する透明板１５で覆うことにより、マイクロチャネルアレイの観察面として使用される。なお、観察面以外は透明性は必要でないことから、第１治具２は、金属、ガラス、セラミックス等の無機物、樹脂等から形成される。

第２治具３は、中央に配置され、液体試料の検体導入管３２と検体排出管３３を有するロッド状構造体３１を有している。ロッド状構造体３１の先端は検体導入管３２と検体排出管３３以外は平滑な面を有している。ロッド状構造体３１は、樹脂製マイクロチャネルアレイ１上の微細流路１３を含む全ての流路を覆うことができる断面形状を有する。

検体導入管３２及び検体排出管３３は、例えば、直径０．５〜３ｍｍであることが好ましく、樹脂製マイクロチャネルアレイ１の流入口１１及び流出口１２の直径、配置に合わせて形成される。また、第２治具３もまた、金属、ガラス等の無機物、セラミックス、樹脂等から形成される。

第２治具３のロッド状構造体３１と樹脂製マイクロチャネルアレイ１との間には、緩衝用ゴム４が挿入される。緩衝用ゴム４としては、厚み０．５〜３ｍｍで、例えば天然ゴム、ＮＢＲ、ＥＰＤＭ、ＣＲ等の合成ゴム、スチレン系・オレフィン系・ウレタン系等の熱可塑性エラストマーを用いることができる。また、緩衝用ゴム４には、検体導入路４１、検体排出路４２が形成されている。検体導入路４１、検体排出路４２は、直径０．５〜３ｍｍが好ましく、マイクロチャネルアレイ１の流入口１１、流出口１２の直径、配置に合わせて形成される。

マイクロチャネルアレイ１を構成する第１基板１４と第１治具２との間には、透明板１５が配置される。透明板１５は、厚み０．５〜２ｍｍで、８０％以上の光線透過率であれば問題なく、ソーダガラス、石英等の無機物、アクリル系樹脂、シクロオレフィン系樹脂、スチレン系樹脂、アクリル・スチレン系共重合体、ポリカーボネート系樹脂、等の熱可塑性樹脂や熱硬化性樹脂、光硬化性樹脂を挙げることができる。マイクロチャネルアレイ１は、緩衝用ゴム４により透明板１５が第１治具２に押し付けられた状態で、第１治具２と第２治具３との間に固定される。

ここで、本実施の形態に係るマイクロチャネルアレイ１の構成について、図２及び図３を参照して、詳細に説明する。図２は、本実施の形態に係るマイクロチャネルアレイ１の構成を示す平面図である。また、図３は、図２のＡ−Ａ断面図である。なお、図３においては、説明のため、第１基板１４と透明板１５とを分解して図示している。

本実施の形態に係る透明樹脂製マイクロチャネルアレイ１は、精密機械切削・研磨、フォトリソグラフィ・電鋳等により微細流路が形成された精密金型を作成し、これを鋳型として透明な熱可塑性樹脂、熱硬化性樹脂、光硬化性樹脂等を利用して、形成することができる。例えば、アクリル系樹脂、シクロオレフィン系樹脂、スチレン系樹脂、アクリル・スチレン系共重合体、ポリカーボネート系樹脂、ポリエチレンテレフタレート等のポリエステル系樹脂、エチレン・ビニルアルコール共重合体、オレフィン系・スチレン系・ウレタン系等の熱可塑性エラストマー、塩化ビニル系樹脂、フッソ系樹脂、ポリジメチルシロキサン等のシリコーン系樹脂等を用いることができる。

図３に示すように、マイクロチャネルアレイ１は、第１基板１４と透明板１５とが重ね合わされて構成されている。第１の基板１４には、窪み５が設けられている。窪み５は、一方の端部近傍において形成された矩形状の窪み５１と、他方の端部近傍に形成された矩形状の窪み５２を有する。

それぞれの窪み５１、５２からは、第１基板１４の中央に向って、複数本の長尺状の窪み（不図示）が設けられている。当該長尺状の窪みは、窪み５１から延出した窪みと窪み５２から延出した窪みとが交互に配置されている。そして隣接する窪み間には、壁部（不図示）が形成される。壁部は、完全に隣接する窪み間を区切るものではなく、多数の微小溝が設けられている。例えば、１つの壁部当たり３４０本の微小溝が設けられている。かかる窪みを連通する微小溝が微細流路１３となる。

第１の基板１４の一方の端部には、血液試料等が流入される流入口１１が設けられている。この流入口１１は、第１の基板１４の窪み５１に設けられた貫通孔である。また、第１基板１４の他方の端部には、流出口１２が設けられている。流出口１２は、流入口１１から離れた位置に設けられている。流出口１２は、第１の基板１４の窪み５２に設けられた貫通孔である。従って、微細流路１３は、流入口１１と流出口１２との間に設けられている。

図３に示すように、第１基板１４の微細流路１３が設けられた側の面には、平板状の透明板１５が接合あるいは圧着されている。第１基板１４と透明板１５の接合部あるいは圧着部と、窪み及び微小溝と透明板１５の間に空間が形成される。この空間が、血液試料等の流路となる。流入口１１に血液試料等が流入されると、窪み５１の空間から長尺状の窪みに流れる。そして、血液試料等は長尺の窪み間に設けられた微小溝を通過し、隣接する窪みに流れる。この微小溝を通過する血液試料等に含まれる白血球や血小板等を観察する。そして、血液試料等は、窪みから流出口１２へと流れ出る。

なお、樹脂製マイクロチャネルアレイの窪み及び溝によって形成される空間が、流路として機能するには、樹脂製マイクロチャネルアレイと、使用する血液試料等の水系液体とのぬれ性が高いことが好ましい。このため、樹脂製マイクロチャネルアレイ表面の水に対する接触角を小さくすることが必要となる。従って、例えば、マイクロチャネルアレイ１の流路には、親水性の無機、有機材料のコーティングがなされている場合もある。

第１基板１４の微細流路１３が形成されていない側の裏面側には、反射構造体６が形成されている。反射構造体６は、落射光の反射率を向上させるために設けられている。反射構造体６は、入射角５°で光が入射した際に、５０％以上、好ましくは７０％以上、更に好ましくは９０％以上の正反射率を有する。反射構造体６としては、例えば、裏面樹脂表面に微小ガラスビーズ等を含む構造層、金属薄膜、プリズム形状や半球状構造、反射シートやフィルム、等を挙げることができる。

このように、第１基板１４の微細流路１３形成面の裏面側に、反射構造体６を設けることによって、観察対象である血液試料が通過する微細流路上に反射構造体６を設ける必要がない。このため、観察結果に生じるバラツキを抑制することができ、落射光による観察を高精度で行うことが可能となる。また、本考案によれば、落射光の反射率を向上させることが可能であるため、落射光による観察を容易に行うことができる。

なお、反射構造体６は、第１基板１４の裏面上に形成する例に限定されない。図５に、本実施の形態に係るマイクロチャネルアレイ１の構成の他の例を示す。図５に示すように、反射構造体６は、第１基板１４の裏面側に配置された第２基板７上に形成されていてもよい。すなわち、この例では、マイクロチャネルアレイ１は、第１基板１４、透明板１５、第２基板７の３つの基板が重ねあわされて構成されている。このような構成とすることにより、第２基板７を再度利用することが可能となる。なお、第２基板７として、上述した、緩衝用ゴム４を用いることも可能である。すなわち、緩衝用ゴム４の第１基板１４側の面上に、反射構造体６を形成してもよい。また、第１基板１４と緩衝用ゴム４との間に、反射構造体６を挟むようにしてもよい。これにより、反射構造体６を再度利用することが可能である。

以下、本考案の実施様態を具体的な実施例で説明する。なお、実施例に基づいて本考案を具体的に説明するが、本考案はこれら実施例に限定されるものではない。

まず、第１基板１４を形成する方法について説明する。最初に、第１基板１４の鋳型を形成した。具体的には、基板上に有機材料（レジスト）を塗布してレジスト層を形成し、基板と所望のマスクパターンに加工したマスクを位置合わせした後、レジスト層に適した露光装置でＵＶ光により露光を行い、現像液で現像して、基板上にレジストパターンを形成した。そして、さらに必要に応じ、得られたレジストパターン上にレジスト層を形成させ、ＵＶ光による露光、現像の一連の工程を繰り返した。得られたレジストパターンを有する基板表面に導電性膜を堆積させ、ニッケルメッキ液につけ、電気メッキを行いレジストパターン上に金属構造体（以下、Ｎｉ構造体）を得た。

続いて、得られたＮｉ構造体を鋳型とし、射出成形でアクリル樹脂を鋳型に充填し、第１基板１４を得た。第１基板１４の形状は、外形は横１６ｍｍ×縦８ｍｍ、厚さ１ｍｍである。窪み５１、６２の溝の深さは、８０μｍとした。また、微細流路１３は、長尺の窪み相互を区画する壁部を１５本、高さ８０μｍとした。さらに、１本の壁部に幅１０μｍ、深さ５μｍの微少溝を３４０本、合計５１００本の微小孔を有する形状とした。一方、透明板１５は、厚さ１ｍｍのアクリル樹脂の板を横１６ｍｍ×縦８ｍｍに切出して作製した。そして、第１基板１４の微細流路１３形成面側に透明板１５を接合させ、マイクロチャネルアレイ１を得た。

反射構造体６の正反射率の評価は、マイクロチャネルアレイで直接測定できないことから、シートやフィルムの場合は直接、金属薄膜はアクリル板に蒸着した状態で、日立製作所製Spectrophotometer Ｕ４０００で５°の光入射角による正反射率を測定した。また、目視による評価は第１基板１４に透明板１５を接合させ、透明樹脂製マイクロチャネルアレイの裏面にある流入口１１、流出口１２から血液試料の導入・排出を行った。観察は、通常の光学顕微鏡で６Ｖ３０Ｗのハロゲンランプによる落射光により５００倍の倍率で観察した。

実施例１．
実施例１では、反射構造体６として、３Ｍ（登録商標）社製スコッチライト（登録商標）６８０の白色反射シートを用いた。当該白色反射シートを１６ｍｍ×８ｍｍに切出し、流入口１１、流出口１２の形状にあわせ穴をあけ、作製した第１基板１４の裏面に貼り付けた。当該シートの正反射率は５０％であった。また、血液試料を導入した結果、血球の流れの状態が明瞭に観察された。

実施例２．
実施例２では、反射構造体６として、３Ｍ（登録商標）社製ダイヤモンドグレードＰＸ９４７０の白色反射テープを用いた。当該白色反射テープを１６ｍｍ×８ｍｍに切出し、流入口１１、流出口１２の形状にあわせ穴をあけ、第１基板１４の裏面に貼り付けた。当該シートの正反射率は７０％であった。また、血液試料を導入した結果、血球の流れの状態が明瞭に観察された。

実施例３．
実施例３では、反射構造体６として、９９．９９％の純度のアルミニウム薄膜を用いた。第１基板１４の裏面に真空蒸着によりアルミニウムを約１００ｎｍ蒸着した。同時に、反射率の測定のため、アクリル板にアルミニウムを蒸着した。アクリル板に蒸着したアルミニウム薄膜の正反射率は、９０％であった。また、血液試料を導入した結果、血球の流れの状態が明瞭に観察された。

比較例１．
作成した第１基板の裏面にシリコン基板を１６ｍｍ×８ｍｍに切出し、流入口１１、流出口１２の形状にあわせ穴をあけ、貼り付けた。当該シリコン基板の正反射率は４０％であった。このため、血液試料を導入した結果、血球の流れが観察しにくく、全体的に不明瞭であった。

実施の形態に係るマイクロチャネルアレイを組み込んだハウジングの構成を示す分解斜視図である。 実施の形態に係るマイクロチャネルアレイの構成の一例を示す平面図である。 図２のＡ−Ａ断面図である。 実施の形態に係るマイクロチャネルアレイの構成の他の例を示す断面図である。

符号の説明

１ マイクロチャネルアレイ
２ 第１治具
３ 第２治具
４ 緩衝用ゴム
５ 窪み
６ 反射構造体
７ 第２基板
１０ ハウジング
１１ 流入口
１２ 流出口
１３ 微細流路
１４ 第１基板
１５ 透明板
３１ ロッド状構造体
３２ 検体導入管
３３ 検体排出管
４１ 検体導入路
４２ 検体排出路
５１、５２ 窪み

Claims (4)

1. 表面に微細流路を有する第１基板と、
   前記第１基板の裏面側に設けられた反射構造体とを有する透明樹脂製マイクロチャネル。
2. 前記反射構造体は、前記第１基板の裏面上に形成されている請求項１に記載のマイクロチャネルアレイ。
3. 前記第１基板の裏面側に設けられた第２基板を有し、
   前記反射構造体は、前記第１基板と前記第２基板との間に設けられている請求項１に記載のマイクロチャネルアレイ。
4. 前記反射構造体は、前記第２基板の前記第１基板側の面上に形成されている請求項３に記載のマイクロチャネルアレイ。

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