JP4021391B2 - マイクロチップ基板の接合方法及びマイクロチップ - Google Patents

Description

本発明は、プラスチック材料より製造され表面に微細流路を有するマイクロチップ基板を接合する方法及び該方法によって得られるマイクロチップに関するものである。

最近はマイクロリアクターやマイクロアナリシスシステムと呼ばれる微細加工技術を利用した化学反応や分離システムの微小化の研究が盛んになっており、微細流路を持つマイクロチップ上で行う核酸、タンパク質などの分析や合成、微量化学物質の迅速分析、医薬品・薬物のハイスループットスクリーニングへの応用が期待されている。このようなシステムのマイクロ化の利点としては、サンプルや試薬の使用量あるいは廃液の排出量が軽減され、省スペースで持ち運び可能な安価なシステムの実現が考えられている。また体積に対する表面積の比率が向上することにより、熱移動・物質移動の高速化が実現でき、その結果、反応や分離の精密な制御、高速・高効率化、副反応の抑制が期待される。

微細流路は少なくとも一方の部材に微細加工を有するマイクロチップ基板の部材２つを張り合わせることにより製造されている。これまではマイクロチップ基板の材料として、主にガラス基板が用いられてきた。ガラス基板で微細流路をつくるためには、例えば、基板に金属、フォトレジスト樹脂をコートし、微細流路のパターンを焼いた後にエッチング処理を行う方法がある。その後、陽極接合などでガラス基板を接合する（非特許文献１）。
しかし、ガラスのエッチングにはフッ酸などの非常に危険な薬品を用いたり、一枚ごとにパターンを焼いたりするため、大量に生産を行うには非常に高コストである。

これらのマイクロチップは、種々のプラスチックを使用しても射出成形によって製造することが可能である。射出成形では型キャビティ内へ溶融した熱可塑性プラスチック材料を導入し、キャビティを冷却させて樹脂を硬化させることで、効率よく経済的にマイクロチップを製造でき、大量生産に適している。基板を張り合わせる方法として、接着剤を用いる方法が主に行われているが、接着剤は基板の間より余剰分が出やすく、微細流路の封鎖、内壁の汚染が生じやすい。
本田宣昭、化学工学、第６６巻 第２号、ｐ７１−７４（２００２）

本発明の目的は、表面に微細流路を有する基板（マイクロチップ本体）と、マイクロチップ本体と密着する平坦な面を有する蓋となる基板(マイクロチップ蓋基板)とを重ね合わせて、微細流路の封鎖や、内壁の汚染がなく接合する方法とこの方法によって製造しうるマイクロチップを提供することにある。

すなわち本発明は、
（１）表面に微細流路を有する基板であるマイクロチップ本体の流路が無い部分に有機溶剤のみをコートした後、該基板とマイクロチップ本体と密着する平坦な面を有する蓋となる基板であるマイクロチップ蓋基板とを重ね合わせて、融着することを特徴とするマイクロチップの接合方法であって、マイクロチップ本体およびマイクロチップ蓋基板がプラスチック材料からなり、プラスチック材料がポリオレフィン、ポリスチレン、ポリカーボネート、環状ポリオレフィン、ポリエーテルサルフォン、ポリエーテルエーテルケトン、ポリエーテルイミド、ポリサルフォン、及びポリプロピレンから選ばれる少なくとも１つを含み、有機溶剤がトルエン、キシレン、ベンゼン、アルキルケトン、酢酸エステル、ｎ−ヘキサン、シクロヘキサン、ｎ−ペンタン、ｎ−ヘプタン、及びアセトンから選ばれる少なくとも１つを含むマイクロチップの接合方法、
である。

本発明によると表面に微細流路を有するマイクロチップ基板の流路が無い部分に有機溶剤をコートした後、該基板と平坦な面を有する蓋となる基板であるマイクロチップ蓋基板とを融着する事により微細流路の封鎖や、内壁の汚染がなくマイクロチップ基板を接合する事ができる。

以下、本発明の形態について図１〜３のマイクロチップ基板の接合方法を示す模式図に従って説明する。
図１は表面に少なくとも一つの微細流路を有するマイクロチップ本体の一実施例である。図２は前記マイクロチップ本体の溝を有する面に対し密着する平坦な面を有するマイクロチップ蓋基板の一実施例である。図３は図１、図２の基板、それぞれを接合する方法の一実施例である。即ちマイクロチップ本体の溝を有する面の溝の無い部分に有機溶剤を塗布し表面を溶解させ、該表面とマイクロチップ蓋基板を重ね合わせ基板界面を融着させる事により接合する。

マイクロチップ本体及びマイクロチップ蓋基板の材質は、それらの界面が有機溶剤により溶融し融着する性質があるものであれば構わないが、用途に応じて材質を選べ有機溶剤をコートすると溶融し有機溶剤が揮発すると固体状態であるプラスチック材料を用いることが好ましい。

更に好ましくは常温時での堅牢性、耐久性を考慮するとプラスチック材料としてポリオレフィン、ポリスチレン、ポリカーボネート、環状ポリオレフィン、ポリエーテルサルフォン、ポリエーテルエーテルケトン、ポリエーテルイミド、ポリサルフォン、又はポリプロピレンを用いることが好ましい。
本発明に使用する有機溶剤は、マイクロチップ本体及び／又はマイクロチップ蓋基板の表面を溶解する性質があれば特に限定しないが、トルエン、キシレン、ベンゼン、アルキルケトン、酢酸エステル、ｎ−ヘキサン、シクロヘキサン、ｎ−ペンタン、ｎ−ヘプタン、又はアセトンを用いることが好ましい。

（実施例）
マイクロチップ本体１として飽和環状ポリオレフィン樹脂を射出成形加工によりスライドガラス形状（寸法：７６ｍｍ×２６ｍｍ×１ｍｍ）に加工した。その際、片面に図１の様に流路２を設けた。マイクロチップ本体と同様にマイクロチップ蓋基板３を射出成形加工した。
次にマイクロチップ本体の流路を有する面の流路の無い部分４にシクロヘキサンをコートし、その上にマイクロチップ蓋基板を重ね合わせ、基板界面を融着させた後、コートしたシクロヘキサンを自然放置する事により揮発させ両基板を接合させた。
同様の製造条件で３枚マイクロチップ作製し流路に蒸留水を流したところ、いずれも問題なく注入口とは異なる排水口より蒸留水が流出した。

（比較例）
実施例と同じマイクロチップ本体及びマイクロチップ蓋基板を用いて接着剤を用いて接合した。実施例同様、３枚マイクロチップ作製し流路に蒸留水を流したところ、1枚は問題なく流れたが、１枚は接着剤により流路が封鎖され排水口より蒸留水が流出しなかった。別の一枚は排水口より流出は観察されたが蒸留水中に接着剤の混入が観察された。
更に接着剤混入防止の為に接着材の量を減らしたところ混入は防止できたが流路以外のところに蒸留水が流出した。

本発明によると表面に微細流路を有するマイクロチップ基板の流路の無い部分に有機溶剤をコートし該面にマイクロチップ蓋基板を重ね合わせ界面を融着する事により微細流路の封鎖や、内壁の汚染がなくマイクロチップ基板を接合する事ができるので、各種用途のマイクロチップ基板に適用できる。

本発明で使用する微細流路を有する基板（マイクロチップ本体）の一実施例を示す模式図である。 本発明で使用するマイクロチップ本体と密着する平坦な面を有する蓋となる基板(マイクロチップ蓋基板)の一実施例を示す模式図である。 本発明のマイクロチップ基板の接合方法の一実施例の一工程を示す模式図（断面図）である。

符号の説明

１．微細流路を有するマイクロチップ基板（マイクロチップ本体）
２．微細流路
３．マイクロチップ本体と密着する平坦な面を有する蓋となる基板(マイクロチップ蓋基板)
４．有機溶剤をコートした部分（斜線部）

Claims (1)

1. 表面に微細流路を有する基板であるマイクロチップ本体の流路が無い部分に有機溶剤のみをコートした後、該基板とマイクロチップ本体と密着する平坦な面を有する蓋となる基板であるマイクロチップ蓋基板とを重ね合わせて、融着することを特徴とするマイクロチップの接合方法であって、マイクロチップ本体およびマイクロチップ蓋基板がプラスチック材料からなり、プラスチック材料がポリオレフィン、ポリスチレン、ポリカーボネート、環状ポリオレフィン、ポリエーテルサルフォン、ポリエーテルエーテルケトン、ポリエーテルイミド、ポリサルフォン、及びポリプロピレンから選ばれる少なくとも１つを含み、有機溶剤がトルエン、キシレン、ベンゼン、アルキルケトン、酢酸エステル、ｎ−ヘキサン、シクロヘキサン、ｎ−ペンタン、ｎ−ヘプタン、及びアセトンから選ばれる少なくとも１つを含むマイクロチップの接合方法。

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