JP4367055B2 - マイクロチップ基板の接合方法およびマイクロチップ - Google Patents
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Description
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1枚ごとに露光、現像、エッチング処理を行うため非常に効率が悪く、高コストである。
本田宣昭、化学工学、第66巻、第2号、P71−74(2002)
(1)表面にマイクロチャネルを有する第1のマイクロチップ基板と、第1のマイクロチップ基板のマイクロチャネルを有する面に密着する面を有する第2のマイクロチップ基板とを接合する方法であって、第1のマイクロチップ基板及び/又は第2のマイクロチップ基板がプラスチック材料からなり、レーザー融着にて接合する工程を有することを特徴とするマイクロチップ基板の接合方法であって、レーザー融着にて接合する工程において、マイクロチャネルと同じ形状にパターニングされたマスクを用いて、マイクロチャネル以外の接合部のみにレーザーを照射し接合する工程を有し、レーザー融着にて接合する工程の前に、マイクロチャネルの一部に生理活性物質を固定化する工程を有するマイクロチップ基板の接合方法、
(2)マイクロチップ基板の接合部分がマイクロチャネルのエッジ部分から1μm〜2000μm離れて接合されている(1)のマイクロチップ基板の接合方法、
(3)生理活性物質が核酸、タンパク質、糖鎖、糖タンパクのうち少なくとも一つを含む(1)又は(2)のマイクロチップ基板の接合方法、
(4)プラスチック材料が飽和環状ポリオレフィンである(1)〜(3)いずれかのマイクロチップ基板の接合方法、
である。
図1は、表面に少なくとも一つの生理活性物質が固定化されたマイクロチャネル3を有する第1のマクロチップ基板1と、第1のマクロチップ基板のマイクロチャネルを有する面に対しほぼ密着可能な面を少なくとも一つ有する第2のマクロチップ基板2を最終的に接合した状態のマイクロチップを示している。
本発明に使用する第1及び第2のマイクロチップ基板の材質は、少なくとも1方は、プラスチック材料である。種々のプラスチック材料を用いることが可能であるが、作製されるマクロチップの用途、処理、使用する溶媒、生理活性物質、検出方法の特性に合わせて、成形性、耐熱性、耐薬品性、吸着性等を考慮し適宜に選択される。
例えば、ポリスチレン、ポリエチレン、ポリ塩化ビニル、ポリプロピレン、ポリカーボネート、ポリエステル、ポリメチルメタクリレート、ポリビニルアセテート、ビニル−アセテート共重合体、スチレン−メチルメタアクリレート共重合体、アクリルニトリル−スチレン共重合体、アクリルニトリル−ブタジエン−スチレン共重合体、ナイロン、ポリメチルペンテン、シリコン樹脂、アミノ樹脂、ポリスルフォン、ポリエーテルスルフォン、ポリエーテルイミド、フッ素樹脂、飽和環状ポリオレフィン、ポリイミド等が挙げられる。
その中で加工性、経済性も含め、現在最も用いられている検出法が蛍光検出であるため自己蛍光の少ない環状ポリオレフィンが最も好ましい。また、これらのプラスチック材料に、顔料、染料、酸化防止剤、難燃剤等の添加物を適宜混合してもよい。
また、素材同士の相性が悪い場合でも表面処理を実施することにより融着の相性が改善するため、接合面に対して表面改質、例えば官能基の導入、機能材料の固定化、親水性の付与、および疎水性の付与等を実施したりすることも可能である。
プラスチック材料を使用するマイクロチップ基板は、マイクロチャンネルを加工するマイクロチップ基板1に使用する方が加工のしやすさの面から好ましい。プラスチック材料を使用したマイクロチップ基板にマイクロチャネルを加工する方法としては、マイクロチャネル加工した型キャビティを使用した射出成形が大量生産には好ましいが、ドリル等の機械加工、ホットエンボスによる加工、レーザーによる加工、ドライエッチングパターン加工、ウェットエッチングパターン加工等の加工方法が選択できる。
マイクロチップ基板2の上部にレーザーを吸収しない透明な押さえ板、例えばガラス板等で挟みこむことにより密着した状態にし、マイクロチップ基板1とマイクロチップ基板2の密着部分、つまりマイクロチャネル以外の部分にレーザーを照射することにより生じた熱でお互いが溶融し接着する。お互いの密着部分のみで溶融接着するためマイクロチャネルに固定化された生理活性物質にはほとんど熱ストレスが発生せず、機能を保った状態でマイクロチップが接合できる。
更に詳しくは、マイクロチップ基板の接合部分がマイクロチャネルのエッジ部分から1μm以上2000μm以下離れて接合されていることが好ましく、更に好ましくは、5μm以上1000μm以下離れて接合されていることである。エッジ部分から下限値未満であると溶融部がマイクロチャネルに融けだしマイクロ流路に影響を及ぼす危険性があり、上限値を超えると本来マイクロチャネル内を流れるべき液体等が流路からしみだしサンプル・試薬の切り替え等を実施する際に置き換わりの効率が悪くなるほか、検出精度も悪くなる。
マイクロチャネルと同じ形状にパターニングされているため、マイクロチャネル上にレーザーが全く照射されない以外は図2と同様であり、接合の性能としては図2の接合方法と大差は無い。このヘッドのマスク5の利点は、マスクを使用せずに接合する場合、マイクロチャネル以外の密着部を精度よくレーザー照射する必要があるため位置あわせ等の作業が複雑であり、精度に狂いが生じた場合にはマイクロチャネル上にレーザーを照射して生理活性物質等の劣化を引き起こし、検出の際に感度が低下するといった問題を改善できることである。また、レーザーを帯状に広げることによりマイクロチップ基板上を一度照射するだけで接合が完結するといったタクトタイムの速さ、生産性の向上が利点として挙げられる。
25mm×75mm程度で、厚さ0.5〜1.5mm程度で、表面にマイクロチャネルを図4に示すように配置した基板を射出成形により成形し、本体基板とする。同じ大きさでマイクロチャネルがない基板を成形し、蓋基板とする。本体基板に低温酸素プラズマなどにより親水化処理を施した後、マイクロチャネル中の抗体固定部6にアミノシランを反応させ、さらにグルタルアルデヒドを反応させることによりアルデヒド基を導入する。PBS(−)等の緩衝液中に抗体を適当な濃度で溶解させ、抗体溶液を調製し、続いて、直径40μm程度のピンで抗体固定部に抗体溶液を点着し放置する。放置時間は室温で30分から2時間程度、4℃で6〜12時間程度である。放置の後純水等の中に浸漬し洗浄を行い、BSA等をPBS(-)中に溶解させたブロッキング溶液中に浸漬しブロッキングを施した後、洗浄液中に基板を浸漬し洗浄した後、室温で乾燥する。続いて、レーザー融着による接合を行う。最後に溶液の流通を行なうためのポート(7,8)を設ける。
以上のようにして、マイクロチャネルに検出用の抗体を固定化した接合基板を得ることができる。
25mm×75mm 厚さ0.5mmの大きさで、表面に、幅100μm深さ50μmのマイクロチャネルを図4に示すように配置した基板を飽和環状ポリオレフィン樹脂で射出成形により成形し、本体基板とした。同じ大きさでマイクロチャネルがない基板を同じく飽和環状ポリオレフィン樹脂で成形し、蓋基板とした。本体基板に低温酸素プラズマにより親水化処理を施した後、マイクロチャネル中の抗体固定部6にアミノシランを反応させ、さらにグルタルアルデヒドを反応させ、アルデヒド基を導入した。PBS(−)中に抗ラットアルブミン抗体を1μg/mlの濃度で溶解させ、抗体溶液を調製した。続いて、直径40μmのピンで抗体固定部に点着した。30分間放置したのち純水中に浸漬し洗浄を行い、1%BSAをPBS(-)中に溶解させたブロッキング溶液中に浸漬しブロッキングを施した後、洗浄液中に基板を浸漬し洗浄した後、室温で乾燥した。続いて、蓋基板で覆った後、ガラス基板で挟み込みマイクロチャネルと同じ形状にパターニングされたマスクを用い、レーザー融着し接合を行なった。溶液の流通を行なうためのポート(7,8)を設け、ラットアルブミンを検出する生体由来物検出基板として、感度評価試験に供した。
25mm×75mm 厚さ0.5mmの大きさで、表面に、幅100μm深さ50μmのマイクロチャネルを図4に示すように配置した基板を飽和環状ポリオレフィン樹脂で射出成形により成形し、本体基板とした。同じ大きさでマイクロチャネルがない基板を同じく飽和環状ポリオレフィン樹脂で成形し、蓋基板とした。本体基板に低温酸素プラズマにより親水化処理を施した後、マイクロチャネル中の抗体固定部6にアミノシランを反応させ、さらにグルタルアルデヒドを反応させ、アルデヒド基を導入した。PBS(−)中に抗ラットアルブミン抗体を1μg/mlの濃度で溶解させ、抗体溶液を調製した。続いて、直径40μmのピンで抗体固定部に点着した。30分間放置したのち純水中に浸漬し洗浄を行い、1%BSAをPBS(-)中に溶解させたブロッキング溶液中に浸漬しブロッキングを施した後、洗浄液中に基板を浸漬し洗浄した後、室温で乾燥した。続いて、蓋基板で覆った後、ガラス基板で挟み込みマスクを使用せずにレーザー融着し接合を行なった。溶液の流通を行なうためのポート(7,8)を設け、ラットアルブミンを検出する生体由来物検出基板として、感度評価試験に供した。
25mm×75mm 厚さ0.5mmの大きさで、表面に、幅100μm深さ50μmのマイクロチャネルを図1に示すように配置した基板を飽和環状ポリオレフィン樹脂で射出成形により成形し、本体基板とした。同じ大きさでマイクロチャネルがない基板を同じく飽和環状ポリオレフィン樹脂で成形し、蓋基板とした。本体基板に低温酸素プラズマにより親水化処理を施した後、マイクロチャネル中の抗体固定部6にアミノシランを反応させ、さらにグルタルアルデヒドを反応させ、アルデヒド基を導入した。PBS(−)中に抗ラットアルブミン抗体を1μg/mlの濃度で溶解させ、抗体溶液を調製した。続いて、直径40μmのピンで抗体固定部に点着した。30分間放置したのち純水中に浸漬し洗浄を行い、1%BSAをPBS(-)中に溶解させたブロッキング溶液中に浸漬しブロッキングを施した後、洗浄液中に基板を浸漬し洗浄した後、室温で乾燥した。続いて、蓋基板で覆い熱板温度130℃で2分間圧力をかけ加熱を行い本体基板と蓋基板の接合を行い、溶液の流通を行なうためのポート(7,8)を設け、ラットアルブミンを検出する生体由来物検出基板として、感度評価試験に供した。
PBS(−)中にラットアルブミンを0.1μg/mlおよび0.01μg/mlの濃度に溶解しラットアルブミン溶液を調製した。各濃度のラットアルブミン溶液を基板のポートから20μl/minの送液スピードで3分間、基板のポートから流した。次にTWEEN20を0.5%含む洗浄駅をポートから流路内に20μl/minの送液スピードで3分間流し洗浄を行なった。続いてローダミンを標識した抗ラットアルブミン抗体溶液(1μg/mlでPBS(−)に溶解)を、20μl/minの送液スピードで3分間流した後、TWEEN20を0.5%含む洗浄駅をポートから流路内に20μl/minの送液スピードで3分間流し洗浄を行なった。最後にポートから超純水を20μl/minの送液スピードで3分間流した。
共焦点レーザースキャナーで、抗体固定部6の蛍光スポットの強度を測定した。ラットアルブミン溶液の各濃度について実施例1の基板のスポット蛍光強度を100とした、相対強度を表1に示す。ラットアルブミン溶液の各濃度について、実施例1の基板上で測定されたスポットの蛍光強度のSN比を100としたSN比の比較を表2に示す。ここでS/N比とは、抗体固定部以外の蛍光強度で抗体固定部の蛍光スポット強度を除して算出した。
2 マイクロチャネルの溝を有する面にほぼ密着する面を有するマイクロチップ基板
3 マイクロチャネル
4 レーザー
5 マイクロチャネルと同じ形状にパターニングされたマスク
6 抗体固定化部
7 注入ポート
8 排出ポート
Claims (4)
- 表面にマイクロチャネルを有する第1のマイクロチップ基板と、第1のマイクロチップ基板のマイクロチャネルを有する面に密着する面を有する第2のマイクロチップ基板とを接合する方法であって、第1のマイクロチップ基板及び/又は第2のマイクロチップ基板がプラスチック材料からなり、レーザー融着にて接合する工程を有することを特徴とするマイクロチップ基板の接合方法であって、レーザー融着にて接合する工程において、マイクロチャネルと同じ形状にパターニングされたマスクを用いて、マイクロチャネル以外の接合部のみにレーザーを照射し接合する工程を有し、レーザー融着にて接合する工程の前に、マイクロチャネルの一部に生理活性物質を固定化する工程を有するマイクロチップ基板の接合方法。
- マイクロチップ基板の接合部分がマイクロチャネルのエッジ部分から1μm〜2000μm離れて接合されている請求項1記載のマイクロチップ基板の接合方法。
- 生理活性物質が核酸、タンパク質、糖鎖、糖タンパクのうち少なくとも一つを含む請求項1又は2記載のマイクロチップ基板の接合方法。
- プラスチック材料が飽和環状ポリオレフィンである請求項1〜3いずれか記載のマイクロチップ基板の接合方法。
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