JP3515784B2 - マイクロチャンネル／マイクロキャビティ構造体を製造する方法 - Google Patents

マイクロチャンネル／マイクロキャビティ構造体を製造する方法

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Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、マイクロチャンネル、マイクロキャビティ
の各系の製造に関するものであり、一層詳しくは、この
ような製造で平面層を一緒に結合する改良方法に関する
ものである。
マイクロチャンネル構造体またはマイクロキャビティ
構造体は、特に化学分析技術、たとえば、電気泳動やク
ロマトグラフィで用いられる。このような微小流体素子
構造体の１つのタイプでは、チャンネル系またはキャビ
ティ系あるいはこれら両方は２つの平面材料層の間に構
成され、チャンネルおよびキャビティに対応するくぼみ
が対向した層面の一方あるいは両方に形成されている。
これらの層は、通常は、接着によって一緒に結合されて
いる。あるいは、２つの層が熱可塑性材料からなってい
る場合には、これらの層は加熱によって一緒に融合され
る。
しかしながら、チャンネルの寸法が非常に小さい場
合、従来の結合方法では、接着剤あるいは溶融材料で部
分的に目詰まりすることによってチャンネル系あるいは
キャビティ系がかなり変形する傾向がある。
本発明の目的は、実質的にチャンネル系あるいはキャ
ビティ系を塞ぐことなく材料層の相互結合を便利に行な
う方法を提供することによってこの問題を解決すること
にある。
本発明によれば、この目的は一方もしくは両方の表面
が開放チャンネルおよび／またはキャビティを有する、
同一もしくは異なる材料の対向する平坦な表面を有す
る、２つの要素（1,2）を一緒に結合することによっ
て、マイクロチャンネルおよび／またはマイクロキャビ
ティ構造を形成する方法であって、該結合が、要素表面
の材料が実質的に溶解しない溶媒中の、２つの要素表面
（1,2）の材料と融合可能でかつそれらより低い融点を
有する材料の溶液を、要素表面（1,2）の一方もしくは
両方に塗布し、溶媒を除去し、溶解されていた材料が溶
融し、かつ要素表面の材料が溶融しない温度まで加熱す
ることによって行われることを特徴とする方法によって
達成される。
本発明は、同じまたは異なった材料、好ましくは熱可
塑性材料の２つの平坦な要素表面を一緒に結合するため
には、これらの表面を一緒にあてがい、間にチャンネル
系またはキャビティ系あるいはこれら両方を構成し、一
方あるいは好ましくは両方の要素表面に、これら２つの
要素表面の材料を溶解しない溶媒に溶解した別の材料、
好ましくは同様の熱可塑性材料を塗布するという概念に
基づいている。この溶解した材料は、一方では、塗布済
みの２つの表面の材料と融合することができ、他方で
は、要素表面の材料の融点よりも低い温度で溶融するこ
とができるものでなければならない。溶媒の蒸発後、２
つの表面は、たとえば圧延によって一緒に合わされ、そ
して、この組立体を、中間（好ましくは熱可塑性）材料
を溶融するが、２つの要素表面の結合を行うための要素
表面の材料を溶融しない温度まで加熱する。
もちろん、塗布した溶液層は、チャンネルおよびマイ
クロキャビティの幅および深さのそれぞれに対して非常
に小さい厚みを持たなければならず、これらの幅および
深さは、たとえば、50〜100μｍのオーダーであり得
る。
２つの材料表面に対して熱可塑性材料を用いる場合、
この熱可塑性材料は、チャンネル／キャビティ構造体の
結合を行う熱可塑性材料に適当に密接に関係する。この
目的にとって適したタイプの熱可塑性材料の一例とし
て、フルオロエラストマー類を挙げることができる。
本発明を実施するために適した表面／結合材料、溶媒
の組み合わせは本明細書から当業者が容易に工夫するこ
とができるであろう。
本発明の方法の実施態様が添付図面に概略的に図示し
てあり、添付図面の第1A〜1C図は微小流体素子構造体の
製作での種々の行程を示しており、第２図は最終製品の
横断面図である。
第1A図は開放チャンネル系（図示せず）を備えたプレ
ート１を示している。このプレートはチャンネル系を持
たない同形のプレート２と一緒になって、２つのプレー
トの間にマイクロチャンネル系を構成するようになって
いる。２つのプレート（好ましくは熱可塑性材料、たと
えば、フルオロエラストマーで作ってある）を一緒に結
合するためには、好ましくは密接に関係した熱可塑性材
料、たとえば、より融点の低い修飾フルオロエラストマ
ーの薄い層３をまず両プレートの表面にスピンコートす
る。次いで、第1B図に示すように、溶媒を高温（たとえ
ば、135℃）で焼成した除去する。こうして処理した２
つのプレートを次に第1C図に示すように一緒に圧延し、
しばらくの時間、たとえば、５分間一緒に結合させる。
完成したマイクロチャンネル構造体が第２図に示してあ
る。第２図からわかるように、材料層３によって一緒に
保持された２つのプレート１、２はそれらの間にチャン
ネル系４を構成している。
マイクロチャンネル構造体の製造を説明する以下の実
施例は本発明の方法をさらに詳しく示している。
実施例 50μｍの高さ、250μｍの幅、約80mmの長さの閉鎖し
たまっすぐなチャンネルを持つポリマー構造体を以下の
方法で製造した。
所望のチャンネル形状配置に対応する表面レリーフ構
造体を有するシリコンモールドをそれ自体公知の方法で
製作した。シリコンプレートの表面をまず約1100℃で酸
化して8000オングストローム厚の酸化層を形成した。洗
浄してからオーブン内で脱水し、ヘキサメチルシランで
下塗りした後、フォトレジスト層を酸化層にスピンコー
トし、オーブン内でベークすることによって安定化し
た。所望のチャンネルパターンに対応するマスクを次に
プレート表面に置き、マスクで覆われていない表面部分
を露光した。次に、露光したフォトレジスト部分を現像
溶液で除去して酸化層を露出させ、残りのフォトレジス
トをハードベークした。次に、露出した酸化物をフッ化
水素酸／フッ化アンモニウムでエッチングしてシリコン
を露出させた（プレートの背面は抵抗テープで保護して
ある）。この際、フォトレジストマスクをアセトンで除
去した。次に、酸化物のないシリコン表面を十分な時間
にわたって水酸化カリウム溶液でエッチングして所望の
エッチング深さを得た。得られた表面は所望のチャンネ
ルパターンを持っていた。
こうして得たシリコンモールドを、次に、約160℃、2
0kp/cm2でHostaflon TFB 7100（屈折率約1.36）の2mm厚
のフィルムに押しつけた（Hostaflonとはドイツ国のHoe
chst AGの販売する熱可塑性フルオロエラストマーであ
る）。得られたチャンネル構造体を、プロピルメチルケ
トンに溶解したHostaflon TFB X−7200（Hostaflon TFB
7100よりも融点が低い）の薄層をベース層とチャンネ
ル構造体上にスピンコートすることによって、同じ材料
の平面プレートの形をしたベース層に結合させて、次に
130℃で10分間乾燥させた。次に、チャンネル構造体お
よびベース層をすぐに一緒に圧延し、得られたサンドイ
ッチ構造体を約140℃で10分間ベークした。こうして得
たポリマー構造体は完全な閉鎖チャンネルを持ってい
た。
本発明は先に説明し、図面に特別に示した実施例に限
定されるものではなく、以下の請求の範囲に述べられる
全体的な発明概念の範囲内で多くの修正、変更をなし得
る。
フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名) B81C 1/00 - 5/00 B81B 1/00 G01N 27/447 G01N 30/60 B29C 65/00

Claims (9)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】同じあるいは異なった材料の対向した平坦
    な表面を有し、一方あるいは両方の表面が開放チャンネ
    ルまたはキャビティあるいはこれら両方を有する２つの
    要素（1,2）を一緒に結合することによってマイクロチ
    ャンネル構造体またはマイクロキャビティ構造体あるい
    はこれら両方を形成する方法であって、一方または両方
    の要素表面（1,2）に要素表面の材料を実質的に溶解し
    ない溶媒中の、２つの要素表面（1,2）の材料と融合可
    能で、かつこれらの材料よりも融点が低い材料の溶液の
    薄層（３）を塗布し、溶媒を除去し、２つの要素（1,
    2）を一緒に合わせ、溶解した材料を溶融させるが、要
    素表面の材料を溶融させない温度まで加熱することによ
    って、該結合を行うことを特徴とする方法。
  2. 【請求項２】一緒に結合させる２つの要素（1,2）が同
    じ材料であることを特徴とする請求項１記載の方法。
  3. 【請求項３】溶解した材料（３）が熱可塑性であること
    を特徴とする請求項１または２記載の方法。
  4. 【請求項４】２つの要素（1,2）の材料が熱可塑性であ
    ることを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の方
    法。
  5. 【請求項５】２つの要素（1,2）の材料と溶解した材料
    （３）が実質的に同じタイプであることを特徴とする請
    求項４記載の方法。
  6. 【請求項６】２つの要素（1,2）の材料と溶解した材料
    （３）がフルオロエラストマーであることを特徴とする
    請求項５記載の方法。
  7. 【請求項７】第１円形要素；第２円形要素；および該第
    １円形要素と該第２円形要素の間の熱可塑性中間層を含
    む円形ディスクであって、 （ａ）該第１および第２要素が平坦であり； （ｂ）該第１と第２円形要素が一体に接合して該ディス
    クを形成し； （ｃ）該ディクスは第１円形要素と第２円形要素の間に
    構成される、チャンネルおよびキャビティ系の少なくと
    も一方を形成する微小流体用構造体を含み； （ｄ）各々少なくとも一方のチャンネルおよびキャビテ
    ィに対応する凹所が、該第１円形要素および第２円形要
    素の一方または両方の対向した層の表面に形成されてお
    り；そして （ｅ）該第１要素および第２要素が、 （ｉ）要素表面の材料を実質的に溶解しない溶媒中に、
    二つの要素表面の材料と融合可能でかつ該材料よりも低
    い融点を有する熱可塑性材料を溶解した溶液の薄層を、
    該第１円形要素および第２円形要素の一方または両方に
    塗布し、 （ii）溶媒を除去し、 （iii）該第１要素と第２要素を一緒にし、それらの間
    に閉鎖マイクロチャンネルおよびマイクロキャビティ系
    の少なくとも一方を構成し、 （iv）溶解した熱可塑性材料は溶融するが、要素表面材
    料は溶融しない温度まで加熱し、それにより該第１要素
    および第２要素が、少なくとも一方のマイクロチャンネ
    ルおよびマイクロキャビティ系を実質的に塞ぐことな
    く、接合されること を含む方法により一体に接合されるものであるディス
    ク。
  8. 【請求項８】段階（ｉ）の塗布が、該第１円形要素およ
    び該第２円形要素の一方もしくは両方の表面上に、溶解
    した熱可塑性材料をスピンコートすることを含む、請求
    項７記載の円形ディスク。
  9. 【請求項９】該スピンコートが、それぞれの円形要素を
    シャフト上に据え、そして該シャフトをスピンさせるこ
    とによって為される、請求項８記載の円形ディスク。
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