JP4012111B2

JP4012111B2 - 試料分離フィルタおよび電気泳動デバイス

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Publication number: JP4012111B2
Application number: JP2003112636A
Authority: JP
Inventors: 順津田; 有希多田; 原橋口; 研平野; 範匡加地; 嘉信馬場
Original assignee: Aoi Electronics Co Ltd
Current assignee: Aoi Electronics Co Ltd
Priority date: 2003-04-17
Filing date: 2003-04-17
Publication date: 2007-11-21
Anticipated expiration: 2023-04-17
Also published as: JP2004317340A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、シリコン基板上に多数の柱状突起が設けられた柱状構造体の製造方法と、この柱状構造体を有する電気泳動デバイスに関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、バイオテクノロジーの一分野であるＤＮＡ、ＲＮＡ等の解析技術や分離技術が注目されている。従来、ＤＮＡ分離手段として、網目状のゲルやポリマーを用いた電気泳動法が知られている。
【０００３】
最近では、シリコン基板上に微細な柱が林立している柱状構造体を設け、これをゲルやポリマーの代わりに用いる技術が報告されている（例えば、特許文献１参照）。
このシリコンの柱状構造体は、熱酸化によってシリコンの柱の体積を膨張させ、柱と柱の間隙を狭めるという方法で製造される。熱酸化が施されることにより、柱全体がシリコン酸化物となっているか又はシリコン酸化物で覆われている。柱と柱の間隙は、ゲルやポリマーの網目と同様の働きをする。
また、上記の柱状構造体の上部にカバーガラスを配置して凹部流路を形成し、電気泳動法により凹部流路内のＤＮＡを分離するデバイスが報告されている。
【０００４】
【特許文献１】
特開平４−２１１２３２号公報（第４、５頁、図７、８）
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
上述したシリコンの柱状構造体の製造方法は、１回の熱酸化によってシリコンの柱と柱の間隙を狭めるので、微細な間隙の制御が難しいという問題がある。つまり、シリコンの柱を形成するためのエッチング条件やシリコンの柱を膨張させるための熱酸化条件を厳密にコントロールしなければ、所望の間隙を得ることはできない。
【０００６】
本発明は、柱状突起の間隙を異ならせた柱状構造体を有する試料分離フィルタおよび電気泳動デバイスを提供することを目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
（１）請求項１の発明による試料分離フィルタは、シリコン基板にエッチングを行い、上流から下流に分離すべき試料が移動する微小流路と微小流路内に立設する多数の柱状突起を形成する工程と、柱状突起を熱酸化する工程と、熱酸化された柱状突起に多結晶シリコン膜を付着する工程と、多結晶シリコン膜を熱酸化する工程と、熱酸化された多結晶シリコン膜に多結晶シリコン膜を付着する工程とを有する製造方法で製造された柱状構造体を有する試料分離フィルタにおいて、試料の移動方向と直交する方向における多数の柱状突起間の間隙を、上流側が広く、下流側が狭くなるように異ならせたことを特徴とする。
（２）多数の柱状突起間の間隙を連続的に変化させてもよい。また、柱状突起の径をその高さ方向で変化させてもよい。さらに、柱状突起を部分的に屈曲させてもよい。
（３）請求項５の発明による電気泳動デバイスは、請求項１乃至４のいずれか１項に記載の試料分離フィルタと、シリコン基板に設けられ、分離前の試料が充填される第１リザーバと、シリコン基板に設けられ、分離された試料が回収される第２リザーバと、微小流路を移動する微小試料に電界を印加して試料を第２リザーバに回収する回収手段とをさらに備えることを特徴とする。
（４）請求項６の発明による電気泳動デバイスは、請求項１乃至４のいずれか１項に記載の試料分離フィルタと、シリコン基板に設けられ、分離前の試料が充填される第１リザーバと、シリコン基板に設けられ、分離された試料が回収される第２リザーバと、微小流路を上流から下流に移動する試料に交流電界を印加する交流回路および磁場を発生させる電磁コイルのいずれか一方とを備えることを特徴とする。
【０００８】
（２）請求項１の柱状構造体の製造方法において、熱酸化された柱状突起に多結晶シリコン膜を付着する工程と多結晶シリコン膜を熱酸化する工程を繰り返すことが好ましい。
（３）上記の柱状構造体の製造方法において、エッチング方法は、ＩＣＰ−ＲＩＥであることが好ましく、また、多結晶シリコン膜の付着方法は、ＬＰＣＶＤであることが好ましい。
【０００９】
（４）請求項５の柱状構造体は、上記のいずれかに記載の製造方法で製造された柱状構造体であって、表面が多結晶シリコン膜を有することを特徴とする。
【００１０】
（５）請求項６の電気泳動デバイスは、請求項５の柱状構造体の柱状突起の先端部に透明基板が接合されて形成される微小流路を有し、電気泳動により微小流路内に試料を通過させ分離することを特徴とする。
（６）上記の電気泳動デバイスにおいて、柱状構造体と透明基板とが陽極接合法により接合されるのが好ましい。
（７）上記の電気泳動デバイスは、微小流路に供給する試料およびマイクロ流路から回収する試料を貯蔵する貯蔵部をさらに備えることが好ましい。
【００１１】
【発明の実施の形態】
（第１の実施の形態）−柱状構造体の製造方法−
以下、本発明による柱状構造体の製造方法について、図面を参照して説明する。
図１は、本発明の第１の実施の形態による柱状構造体の構造を模式的に示す部分斜視図である。図２は、図１の柱状構造体の製作工程を示す部分断面図である。
【００１２】
図１において、柱状構造体１は、シリコン基板２と柱状突起（ピラー）３から構成され、シリコン基板２とピラー３とは一体構造である。多数のピラー３が配列されて成るピラーアレイ（pillar array）４は、シリコン基板２の凹部５に形成されている。ピラー３の高さは、通常、凹部５の深さに等しい。また、ピラー３の配列ピッチおよびピラー３同士の間隙は、いずれも一定である場合が多いが、後述するように、場所によって異なっていてもよい。
【００１３】
材質上の観点からは、シリコン基板２は、内部から表面に向かって、シリコン母材２ｂ、シリコン酸化物層１１、多結晶シリコン膜１２の順に構成されている。ピラー３は、内部がシリコン酸化物層１１になっており、その外側に多結晶シリコン膜１２が形成された材質構成である。しかし、ピラー３が太い場合には、シリコン基板２と同じように、中心部にシリコンが存在する材質構成になることもある。いずれにしろ、基板表面２ａ、凹部５の底面、凹部５の側面およびピラー３の表面３ａは、いずれも多結晶シリコン膜１２になっている。
【００１４】
ここで、図２を参照しながら柱状構造体１の製作工程を説明する。図２は、柱状構造体の製作手順を説明するための部分断面図であり、各ピラーの中心軸を通る面で切断した図である。製作工程は、（ａ）から（ｆ）まで順に進む。ピラー３は、工程が進むにつれて材質と体積が変化してゆくので、各工程でのピラーは、３ｂ〜３ｆの符号で表す。
【００１５】
図２（ａ）は、シリコン基板２上に塗布されたフォトレジスト膜１００にピラーアレイ４となる形状をパターニングしたときの状態を示す。
図２（ｂ）は、ＩＣＰ−ＲＩＥ（inductively coupled plasma - reactive ion etching）により、シリコン基板２をエッチングしたときのピラーの状態を示す。例えば、エッチング深さを１０μｍとした場合、各ピラー３ｂの径は２μｍであり、各ピラー３ｂの高さは１０μｍであり、ピラー３ｂ同士の間隔、すなわち配列ピッチは４μｍである。
【００１６】
ＩＣＰ−ＲＩＥは、０．０５〜１Ｐａの比較的低い圧力下で、高密度プラズマ中のプロセスガスのイオンと試料表面との化学反応を利用して試料をエッチングするものであり、異方性の高いエッチング加工ができる。プロセスガスとしては、ＣＣｌ_２Ｆ_２あるいはＣＦ_４等の酸化性ガスが用いられる。
【００１７】
図２（ｃ）は、熱酸化により、シリコン酸化物層１１が形成されたピラー３ｃの状態を示す。熱酸化には、Ｏ_２ガスを用いたドライ酸化、水蒸気またはＨ_２Ｏ＋Ｏ_２混合ガスを用いたスチーム酸化等がある。１０５０℃で１０時間の熱酸化を行うと、シリコン酸化物は２μｍの厚さとなるので、ピラー３ｃはすべてシリコン酸化物となり，体積膨張が生ずる。なお、熱酸化以外の酸化法、例えばＯ_２ガスをイオン化するプラズマ酸化やエチレングリコール液を用いた陽極酸化によりシリコン酸化物を形成してもよい。
【００１８】
図２（ｄ）は、ＬＰＣＶＤ（low pressure chemical vapor deposition）により、多結晶シリコン膜１２ａを２００ｎｍ堆積させたピラー３ｄの状態を示す。
ＬＰＣＶＤは、１０〜１０^３Ｐａの減圧下で試料を加熱し、熱エネルギーによる気相化学反応で試料表面に膜を生成させる成膜方法である。この方法は、膜の着き回りに優れ、均一な膜厚が得られるという長所がある。多結晶シリコンの成膜では、プロセスガスとしてＳｉＣｌ_４＋Ｈ_２あるいはＳｉＨ_４が用いられる。
【００１９】
図２（ｅ）は、１０５０℃で２時間の再度の熱酸化により、多結晶シリコン膜１２ａが酸化されてシリコン酸化物層１１が追加して形成されたピラー３ｅの状態を示す。
【００２０】
図２（ｆ）は、図２（ｅ）のピラー３ｅの表面に多結晶シリコン膜１２を５０ｎｍ堆積させたピラー３ｆの状態を示す。この状態は、図１に示したものと同じ状態である。
【００２１】
次に、ピラー３同士の間隙の調整について説明する。間隙は、ピラー３の熱酸化による体積膨張を制御することと多結晶シリコン膜１２および１２ａの成膜時の膜厚を制御することで正確に調整される。
熱酸化の理論によると、シリコン酸化物の体積の４４％が酸化前のシリコンの体積に相当する。従って、熱酸化後のピラー３ｃの半径をＲｃ、熱酸化前のピラー３ｂの半径をＲｂとすると、式１の関係がある。
【数１】
Ｒｃ^３＝Ｒｂ^３／０．４４・・・（１）
しかし、熱酸化の実験によると、式２の関係が成り立つので、本実施の形態では、式２を用いる。
【数２】
Ｒｃ^３＝Ｒｂ^３／０．５５・・・（２）
【００２２】
多結晶シリコン膜を熱酸化させた場合は、多結晶シリコン膜が極めて薄いので、式１に関して平面的な近似が成り立つ。すなわち、多結晶シリコン膜の熱酸化前の膜厚をｔ１、熱酸化後の膜厚をｔ２とすると、式３の関係が成り立つ。式３は、実験値に適合することが確認されている。
【数３】
ｔ２＝ｔ１／０．４４・・・（３）
【００２３】
式２および式３を熱酸化条件の設定に適用すれば、ピラー３の体積膨張量を制御することができる。また、ＬＰＣＶＤを用いた多結晶シリコンの膜厚を制御することによっても、ピラー３の径の増加量を制御することができる。ＬＰＣＶＤを用いた多結晶シリコンの成膜においては、１ｎｍの精度で膜厚を制御できるので、ピラー３同士の間隙も１ｎｍの精度で制御できる。
【００２４】
例えば、図２（ｂ）、（ｃ）において、ピラー３ｂの径は２μｍであるから、完全に熱酸化を行えば、式２から、ピラー３ｃの径は２．４４μｍとなる。また、図２（ｄ）、（ｅ）において、多結晶シリコン膜１２ａを２００ｎｍ堆積したピラー３ｄの径は２．８４μｍとなり、完全に熱酸化を行えば、式３から、ピラー３ｅの径は３．３５μｍとなる。２００ｎｍ厚の多結晶シリコン膜１２ａは、１０５０℃×１．５時間の熱酸化条件で完全に酸化することができるが、実際には完全酸化を期するために、１０５０℃×２時間の熱酸化条件を選択している。
【００２５】
しかし、多結晶シリコン膜を一度に厚く成膜すると、膜厚制御の精度が低下する。また、熱酸化の際に、膜の内部ほど酸化速度は低下する。従って、多結晶シリコン膜を比較的薄く成膜して熱酸化を行う方が、膜厚精度も向上し、酸化速度も大きくなる。多結晶シリコンの成膜と熱酸化を繰り返すことによって、ピラー３同士の間隙Ｇの精度も向上し、処理全体としての効率も上がる。
【００２６】
図２（ｄ）と（ｅ）の工程を繰り返して行うことにより、例えば、２回目として、８０ｎｍ厚の多結晶シリコン膜を形成した後に完全酸化を施せば、ピラー３ｅの径は３．３５μｍから３．７１μｍに増える。（ｂ）の工程で、ピラー３ｂの配列ピッチは４μｍであるから、ピラー３ｅ同士の間隙は、０．２９μｍとなる。
【００２７】
図２（ｆ）の工程において、ピラー３ｆの最表面には多結晶シリコン膜１２が成膜される。この多結晶シリコン膜１２には熱酸化を施さない。例えば、多結晶シリコン膜１２の厚さを５０ｎｍとすると、ピラー３ｆの径は３．８１μｍとなり、ピラー３ｆ同士の間隙Ｇは、０．１９μｍとなる。
【００２８】
上述のような製造方法を用いて柱状構造体１を作製することにより、最終的なピラー３同士の間隙Ｇを１ｎｍの精度で形成することができる。
【００２９】
（第２の実施の形態）−電気泳動デバイス−
図３は、本発明の第２の実施の形態による電気泳動デバイスの全体構成を模式的に示す平面図である。この電気泳動デバイスのシリコン基板には、第１の実施の形態による柱状構造体が同一製造方法、同一寸法で形成されている。以下、柱状構造体１Ａの各構成要素の符号は、図１の柱状構造体１のものを用いる。
図４は、シリコン基板とガラス基板が貼り合わされて成る微小流路を模式的に示す部分透視図である。図４においては、柱状構造体１Ａの存在領域のみが示され、凹部５内に林立しているピラーアレイ４は図示を省略されている。
【００３０】
図３に示されるように、電気泳動デバイス２０は、柱状構造体１Ａ、リザーバー（貯蔵部）２１〜２４、チャンネル２５，２６および電極２７ａ，２７ｂ，２８ａ，２８ｂが設けられたシリコン基板２Ａとガラス基板３０とが貼り合わされて構成される。図３は、ガラス基板３０を透してシリコン基板２Ａを見た図に相当する。
ガラス基板としては、厚さ５０〜５００μｍのパイレックスガラス（米国コーニング社の登録商標）が用いられる。また、Ｌｉ，Ｎａ、Ｋ等のアルカリ金属を含むガラスも用いることができる。
【００３１】
４個のリザーバー２１〜２４は、外部から供給されたＤＮＡ分子、ＲＮＡ分子等のサンプルを貯蔵したり、電気泳動により分離されたサンプルを回収するための窪みである。チャンネル２５と２６は、例えば５０μｍの幅を有し、交差部分Ｃで互いに連通している溝である。チャンネル２５は、リザーバー２２と２４に接続され、チャンネル２６は、リザーバー２１と２３に接続されている。
【００３２】
柱状構造体１Ａは、電気泳動デバイス２０のチャンネル２６の一部分を構成している。柱状構造体１Ａは、交差部分Ｃからリザーバー２３寄りに０．１〜０．３ｍｍ程度離れた箇所に配設される。柱状構造体１Ａのチャンネルに沿った長さは、ＤＮＡ分子等を分離できる泳動距離に基づいて設定され、例えば０．３〜５０ｍｍの範囲である。
柱状構造体１Ａ、リザーバー２１〜２４およびチャンネル２５，２６は、シリコンの微細加工技術、すなわちシリコンマイクロマシーニングによって、シリコン基板２Ａと一体に形成される。
【００３３】
電極２７ａ，２７ｂ，２８ａ，２８ｂは、シリコン基板２Ａ上にＡｕ，Ｐｔ等の導電膜を蒸着あるいはスパッタリングを用いて形成される。電極２７ａはリザーバー２２の近傍に、電極２７ｂはリザーバー２４の近傍に配置されている。また、電極２８ａはリザーバー２１の近傍に、電極２８ｂはリザーバー２３の近傍に配置されている。
【００３４】
図３では、電極２７ａ，２７ｂは、それぞれ直流電源２７ｃの負極、正極に接続される。また、電極２８ａ，２８ｂは、それぞれ直流電源２８ｃの負極、正極に接続される。但し、後述するように、電気泳動処理を行うときには、負極は接地、正極も随時接地に切り替えられる。
【００３５】
シリコン基板２Ａは、柱状構造体１Ａ、リザーバー２１〜２４、チャンネル２５，２６および電極２７ａ，２７ｂ，２８ａ，２８ｂが設けられた後に、陽極接合によってガラス基板と貼り合わされる。陽極接合の前に、ガラス基板には、リザーバー２１〜２４にそれぞれ連通するように位置決めされた４つの貫通孔（不図示）が形成される。貫通孔の径は、１〜３ｍｍである。貫通孔の形成には、超音波加工、砥粒噴射加工等が用いられる。
【００３６】
図４においては、柱状構造体１Ａの存在領域のみが示され、凹部５内に林立しているピラーアレイ４は図示を省略されている。図示のように、柱状構造体１Ａの凹部５は、ガラス基板３０により上部が閉塞され、矢印方向に延在するトンネル状の微小流路１０となる。
【００３７】
シリコン基板２Ａとガラス基板３０とを貼り合わせる陽極接合について説明する。
シリコン基板２Ａの表面２ａおよびピラー３の表面３ａは、いずれも多結晶シリコン膜１２になっている。図示のように、柱状構造体１Ａとガラス基板３０を接触させ、５００〜６００℃に加熱した状態で、５００〜８００Ｖの高電界を印加する。このとき、柱状構造体１Ａを陽極、ガラス基板３０を陰極とすると、両者の界面において、柱状構造体１Ａ側に正電荷、ガラス基板３０側に負電荷が対向するように蓄積される。この正電荷と負電荷との間に働く静電引力によって、多結晶シリコン膜１２中のＳｉ原子とガラス基板３０中の酸素イオンが化学結合する。つまり、柱状構造体１Ａの最表面の多結晶シリコン膜１２が接着剤の役割をして、シリコン基板２Ａの表面２ａおよび各々のピラー３の頭部は、ガラス基板３０と強固に接合される。
【００３８】
従って、微小流路１０にＤＮＡ分子、ＲＮＡ分子等のサンプルを流したときに、これらが外部に漏れる恐れはない。同様に、図３に示されるリザーバー２１〜２４およびチャンネル２５，２６からサンプルが外部に漏れる恐れもない。
【００３９】
なお、従来のＤＮＡ分離デバイスは、カバーガラスを柱の上に配置しているが、柱がシリコン酸化物となっているので、柱とカバーガラスとの間で十分な結合を得るのは困難であった。十分な結合性が保証されないと、分離作業中に流路内のＤＮＡ等のサンプルが溢れ出る可能性があり、正確なデータの取得や分離過程の観察に支障をきたす恐れがあった。
【００４０】
多結晶シリコン膜１２は、第１の実施の形態で述べたように、厚さ５０ｎｍと極めて薄いので、高抵抗である。微小流路１０の内面は全面が多結晶シリコン膜１２に覆われている。従って、多結晶シリコン膜１２に直接に電極２７ａ，２７ｂ，２８ａ，２８ｂを形成し電界を印加しても、多結晶シリコン膜１２中を流れる電流による電圧降下やショート等の問題は生じない。
【００４１】
次に、図３を参照しながら、本実施の形態の電気泳動デバイス２０を用いてＤＮＡを分離する手順を説明する。
分析用バッファー液が電気泳動デバイス２０内に注入された後、蛍光試薬で染色されたＤＮＡサンプルは、リザーバー２２に供給される。ＤＮＡサンプルは、各種の分子サイズを有する混合サンプルである。電極２７ｂを正極として電圧が印加される。このとき、電極２７ａ，２８ａ，２８ｂは接地されている。ＤＮＡ分子はマイナスに帯電しているので、チャンネル２５内を紙面上で下から上に向って移動する。
【００４２】
ＤＮＡサンプルが交差部分Ｃに移動してきたときに、電極２８ｂを正極として電圧が印加される。このとき、電極２７ａ，２７ｂ，２８ａが接地されている。ＤＮＡサンプルは、向きを変えてチャンネル２６内を紙面上で右から左に向って移動し、微小流路１０内を通過していき、リザーバー２３で回収される。
【００４３】
電気泳動デバイスの改良例として、図３の電気泳動デバイスに交流回路あるいは電磁コイルを追加した構成がある。図３において、不図示の交流回路により、柱状構造体１Ａの幅方向（紙面上で上下方向）に交流電界が印加される。この作用により、ＤＮＡ分子は、幅方向に伸長されながら泳動する。ＤＮＡ分子にはモーメントがかかるので、分子長に応じて泳動速度に差が生じる。各ＤＮＡ分子にはこの速度差があるために、より精密な分離がなされる。交流電圧は、数Ｖ〜１０００Ｖの範囲である。
また、図３において、不図示の電磁コイルにより、柱状構造体１Ａの上下方向（紙面に垂直な方向）に磁場を発生させた場合も同様の作用により、各ＤＮＡ分子について、より精密な分離がなされる。磁場の強さは、０．１〜１０テスラの範囲である。
【００４４】
ＤＮＡサンプルが微小流路１０内を通過する様子は、蛍光顕微鏡により、ガラス基板３０を透して観察することができる。蛍光顕微鏡の対物レンズは、その光軸がガラス基板３０の表面と直交するように、微小流路１０の真上にセットされる。ガラス基板３０の厚さは、５０〜５００μｍであるが、観察倍率が高いときには、焦点深度が短いので、薄いガラス基板を用いるのが望ましい。
【００４５】
なお、本発明では、ガラス基板以外の透明基板として、シリコーンゴムシート、合成ゴムシート等も用いることができる。これらのゴムシートは、シリコン基板２Ａの表面２ａおよびピラー３の表面３ａに押し付けられることで接合される。
【００４６】
微小流路１０の長さを１ｍｍ、ピラー同士の間隙を３００ｎｍ、電極２８ａと２８ｂ間の印加電圧を６００Ｖとして、分子サイズ２００ｂｐと３００ｂｐのＤＮＡサンプルを用いて、電気泳動処理を行った。蛍光顕微鏡による観察において、ＤＮＡ分子が微小流路１０内を移動している状態が観察できた。また、２種類のＤＮＡ分子の分離が確認できた。
【００４７】
本実施の形態の電気泳動デバイス２０では、微小流路１０内に林立するピラー同士の間隙は３００ｎｍであったが、本発明はこれのみに限られず、ＤＮＡサンプルの分子サイズに応じて適宜選択することができる。分子サイズが大きい場合は、ピラー同士の間隙を広くし、分子サイズが小さい場合は、ピラー同士の間隙を狭くするのが、短時間で正確な分離を可能にする。ピラー同士の間隙を調整するには、第１の実施の形態で説明したように、多結晶シリコン膜１２，１２ａの膜厚を制御すればよい。
【００４８】
また、ピラーアレイ４の配列ピッチは４μｍと一定であったが、微小流路１０の上流部分では配列ピッチを大きくし、下流部分では配列ピッチを小さくしてもよい。配列ピッチは、連続的に変化するようにしてもよい。これは、図２（ａ）のパターニングにより実現できる。これにより、ピラー同士の間隙も変化する。分子サイズが広範囲にわたるＤＮＡサンプルに対しては、大きな分子サイズのＤＮＡの目詰まりを防止できるとともに、小さな分子サイズのＤＮＡの分離も正確に行うことができる。
【００４９】
さらに、ピラー３の形状は、ストレートな円柱であったが、ピラーの径が高さ方向に変化するように形成してもよいし、ピラーの形状が部分的に屈曲していてもよい。ピラー同士の間隙が広い部分は、大きな分子サイズのＤＮＡの目詰まりを防止する効果があり、ピラー同士の間隙が狭い部分は、小さな分子サイズのＤＮＡの分離を正確に行うことができる。
【００５０】
本発明の製造方法による柱状構造体は、電気泳動デバイスのみならず、タンパク質の分離フィルタ、微小パーティクルフィルタ等の各種のフィルタにも適用できる。
【００５１】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明の製造方法で柱状構造体を製作すれば、所望の微細間隙を得ることができる。この柱状構造体を有する電気泳動デバイスは、ＤＮＡ等の正確な分離が可能とする。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施の形態に係る製造法で製作された柱状構造体の構造を模式的に示す部分斜視図である。
【図２】本発明の第１の実施の形態に係る柱状構造体の製作工程を示す部分断面図である。
【図３】本発明の第２の実施の形態に係る電気泳動デバイスの全体構成を模式的に示す平面図である。
【図４】本発明の第２実施の形態に係る電気泳動デバイスの構成要素である微小流路を模式的に示す部分透視図である。
【符号の説明】
１，１Ａ：柱状構造体
２，２Ａ：シリコン基板
３：ピラー（柱状突起）
４：ピラーアレイ
５：凹部
１０：微小流路
１１：シリコン酸化物層
１２，１２ａ：多結晶シリコン膜
２０：電気泳動デバイス
２１〜２４：リザーバー
２５，２６：チャンネル
２７ａ，２７ｂ，２８ａ，２８ｂ：電極
３０：ガラス基板

Claims

シリコン基板にエッチングを行い、上流から下流に分離すべき試料が移動する微小流路と前記微小流路内に立設する多数の柱状突起を形成する工程と、前記柱状突起を熱酸化する工程と、前記熱酸化された柱状突起に多結晶シリコン膜を付着する工程と、前記多結晶シリコン膜を熱酸化する工程と、前記熱酸化された多結晶シリコン膜に多結晶シリコン膜を付着する工程とを有する製造方法で製造された柱状構造体を有する試料分離フィルタにおいて、
前記試料の移動方向と直交する方向における前記多数の柱状突起間の間隙を、前記上流側が広く、下流側が狭くなるように異ならせたことを特徴とする試料分離フィルタ。
請求項１の試料分離フィルタにおいて、
前記多数の柱状突起間の間隙が連続的に変化していることを特徴とする試料分離フィルタ。
請求項１または２の試料分離フィルタにおいて、
前記柱状突起の径がその高さ方向で変化していることを特徴とする試料分離フィルタ。
請求項１または２の試料分離フィルタにおいて、
前記柱状突起が部分的に屈曲していることを特徴とする試料分離フィルタ。
請求項１乃至４のいずれか１項に記載の試料分離フィルタと、
前記シリコン基板に設けられ、分離前の試料が充填される第１リザーバと、
前記シリコン基板に設けられ、分離された試料が回収される第２リザーバと、
前記微小流路を移動する前記微小試料に電界を印加して前記試料を前記第２リザーバに回収する回収手段とをさらに備えることを特徴とする電気泳動デバイス。
請求項１乃至４のいずれか１項に記載の試料分離フィルタと、
前記シリコン基板に設けられ、分離前の試料が充填される第１リザーバと、
前記シリコン基板に設けられ、分離された試料が回収される第２リザーバと、
前記微小流路を前記上流から下流に移動する前記試料に交流電界を印加する交流回路および磁場を発生させる電磁コイルのいずれか一方とを備えることを特徴とする電気泳動デバイス。