JP4721227B2

JP4721227B2 - マイクロ流路チップ及びその製造方法

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Publication number: JP4721227B2
Application number: JP2006141235A
Authority: JP
Inventors: 久萩原; 喜典三品
Original assignee: Aida Engineering Ltd
Current assignee: Aida Engineering Ltd
Priority date: 2006-05-22
Filing date: 2006-05-22
Publication date: 2011-07-13
Anticipated expiration: 2026-05-22
Also published as: US20080057274A1; JP2007309868A

Description

本発明は微量流体制御素子を有するマイクロ流路チップに関する。更に詳細には、本発明はマイクロチャネル内の流体の流れを制御するためのバルブ機構として機能する微量流体制御素子を有するマイクロ流路チップに関する。

最近、マイクロ・トータル・アナリシス・システムズ（μＴＡＳ）又はラブ・オン・チップ(Lab-on-Chip)などの名称で知られるように、基板内に所定の形状の流路を構成するマイクロチャネル（流路）及びポートなどの微細構造を設け、該微細構造内で物質の化学反応、合成、精製、抽出、生成及び／又は分析など各種の操作を行うことが提案され、一部実用化されている。このような目的のために製作された、基板内にマイクロチャネル（流路）及びポートなどの微細構造を有する構造物は総称して「マイクロ流路チップ」又は「マイクロ流体デバイス」などと呼ばれる。

マイクロ流路チップは遺伝子解析、臨床診断、薬物スクリーニング及び環境モニタリングなどの幅広い用途に使用できる。常用サイズの同種の装置に比べて、マイクロ流体チップは(1)サンプル及び試薬の使用量が著しく少ない、(2)分析時間が短い、(3)感度が高い、(4)現場に携帯し、その場で分析できる、及び(5)使い捨てできるなどの利点を有する。

従来のマイクロ流路チップ１００は、例えば、図６（Ａ）及び図６（Ｂ）に示されるように、合成樹脂などの材料からなる上面基板１０２に少なくとも１本のマイクロチャネル１０４が形成されており、このマイクロチャネル１０４の少なくとも一端には入出力ポートとなるべきポート１０５，１０６が形成されており、基板１０２の下面側に透明又は不透明な素材（例えば、ガラス又は合成樹脂フィルム）からなる下面基板１０８が接着されている。この下面基板１０８の存在により、ポート１０５，１０６及びマイクロチャネル１０４の底部が封止される。図６（Ａ）及び図６（Ｂ）に示されるようなマイクロ流路チップの材質や構造及び製造方法は例えば、特許文献１及び特許文献２などに開示されている。

このようなマイクロ流路チップには連続的な流体（例えば、液体又は気体）の流れや、微小な液滴の移送を制御する目的で、マイクロチャネルの途中にマイクロバルブに代表される各種の微量流体制御機構（マイクロ流体制御素子と呼ばれることもある）が配設されることがある。このような微量流体制御機構の一例は例えば、特許文献３及び特許文献４などに記載されている。

特許文献３に記載されている微量流体制御機構は、液体を移動させるべき主流路（マイクロチャネル）に対して疎液性の細管を接続し、細管を通して主流路内に気体を送るか又は主流路内の気体を吸引し、主流路内の気体の圧力を正又は負に変化させることにより液体を押し引きし、目的の液体の移動を達成しようとするものである。特許文献３に記載されている疎液性の細管は、細管内壁が液体をはじく性質を有し、或る程度の圧力を掛けても液体は細管内に入り込まない。そのため、気体の吸引を行うと、液体は細管入口近傍まで移動するが、それ以上移動することなく、その場に留まる。

しかし、特許文献３の細管による微量流体制御機構は次のような問題点を有する。
(1)微細な細管の成形が困難である。
主流路形状が矩形断面を有するとすると、その幅は約５０μｍから５００μｍ、高さは約１０μｍから１００μｍ程度が一般的である。一方、液体を通さないように形成する細管は、主流路よりずっと小さく、幅、高さ共に数μｍ以下とする必要がある。よって、微細形成の観点からして、主流路の形成に必要とするよりも一層高度で高価な流路成形方法を採用しなければならない。例えば、リソグラフィーを用いて微細成形を行う場合、フィルムマスクでは不可能で、高価なガラスマスクが必要となる。
(2)チャネル高さを一定にできず、マイクロ流路チップ製作が困難である。
一般にマイクロ流路チップは、微細なチャネル（溝）を形成した基板と、平面を持つ基板とを貼り合わせた構造である。マイクロ流路チップ等の微細なチャネルを形成する場合、同一高さのチャネルは形成しやすいが、段差の有るチャネルの製作は一層困難となる。場合により、主流路と細管を別の基板に形成する等の手段を講じる必要がある。その場合、基板製作の手間が倍加し、更に２枚の基板を精度良く貼り合わせる等、マイクロ流路チップ製作が困難となる。
(3)細管部のみを疎液性に形成するのが困難である。
主流路は当然ながら親液性が好ましいが、細管部は疎液性とする必要がある。微細な構造において部分的な親液性／疎液性の作り分けは困難である。
(4)塵埃の詰まりが発生する。
細管を通して吸引した場合、液体に塵埃が混入していると、細管入口に詰まり、細管が機能しなくなる危険がある。主通路では詰まりを発生しないような微細な塵埃でも、細管では問題となってくることがある。
(5)気泡の詰まりが発生する。
ポートを介してマイクロチャネル内に流体を送入する際、気泡が混入することがあり、このような気泡は細管入口を閉塞し、細管が本来の機能を発揮できなくなる危険がある。

特許文献４の図３に記載されているマイクロバルブは、２つのポリジメチルシロキサン（ＰＤＭＳ）マイクロ流路チップと１枚のメンブレン（弁）からなり、バルブ領域において変位するメンブレン（弁）が弁座に離着して作動流体通路を開閉する弁機構を有する。更に、このマイクロバルブでは、バルブ領域において駆動流体の圧力が作用する圧力室を有する駆動流体通路が前記メンブレン（弁）に接着して形成されており、圧力室に駆動流体の圧力を給排することによってメンブレン（弁）を変位させて弁座と離着させて一方弁として開閉するように構成されている。しかし、特許文献４に記載されているマイクロバルブは、便座に離着するメンブレン（弁）が圧力室に向かって片方向に変位するだけなので、バルブ開時のメンブレン（弁）と弁座との隙間が不十分であり、流体の流動性が低く脈流が発生する原因となっていた。また、バルブ自体が圧力室、弁座及びメンブレン（弁）からなる複雑な構造を有し、このような複雑な構造物をマイクロチャネルの途中に配設させることは容易なことではない。

特開２００１−１５７８５５号公報米国特許第５９６５２３７号明細書特開２０００−２７８１３号公報特許第３４１８７２７号明細書

従って、本発明の目的は従来のような溝構造を有さず、しかも、弁座や圧力室も必要としない全く新規な構造の微量流体制御機構を有するマイクロ流路チップを提供することである。

前記課題を解決するための手段として、請求項１における発明は、少なくとも上面基板と下面基板と、該上面基板と下面基板との間に間挿された中間基板とからなり、上面基板と中間基板の接着面側及び下面基板と中間基板の接着面側からなる群から選択される何れか一方の接着面側に、マイクロチャネル用の１本以上の非接着薄膜層が線状に形成されており、該マイクロチャネル用非接着薄膜層上の任意の位置に少なくとも二つのポートが配設されており、前記マイクロチャネル用非接着薄膜層が存在する接着面側と反対側の接着面側に、シャッターチャネル用の１本以上の非接着薄膜層が、前記マイクロチャネル用非接着薄膜層と中間基板を介して上下で交差するように線状に形成されており、該シャッターチャネル用非接着薄膜層上の少なくとも一箇所にシャッターチャネル用非接着領域を膨隆させるための圧力供給口が配設されていることを特徴とするマイクロ流路チップである。

この発明によれば、マイクロチャネル用非接着薄膜層の一方のポートを介して陽圧を印加することにより、マイクロチャネル用非接着薄膜層部分の基板が膨隆し、マイクロチャネルとして機能し得る空隙を生じさせることができ、その結果、一方のポートから他方のポートへ液体及び／又は気体を送入することが可能となる。また、シャッターチャネル用非接着薄膜層の圧力供給口から陽圧を印加すると、シャッターチャネル用非接着薄膜層部分の中間基板が膨隆してシャッターチャネルとして機能し得る空隙が出現し、マイクロチャネルとして機能し得る空隙を閉塞することができる。斯くして、シャッターチャネル用非接着薄膜層部分の中間基板の膨隆を制御することにより、上部のマイクロチャネルを開閉するためのマイクロバルブとしての機能を発揮させることができる。

前記課題を解決するための手段として、請求項２における発明は、前記マイクロチャネル用線状非接着薄膜層がその途中に、円形、楕円形、矩形及び多角形状からなる群から選択される少なくとも一種類の平面形状をした拡大領域を一個以上更に有することを特徴とする請求項１記載のマイクロ流路チップである。

この発明によれば、拡大領域は膨隆時に液溜めや反応室として機能することができ、この液溜め部分又は反応室を利用してＰＣＲ増幅などの作業を効率的に実施することができる。

前記課題を解決するための手段として、請求項３における発明は、マイクロチャネル用線状非接着薄膜層が中間基板の上面側に形成され、シャッターチャネル用非接着薄膜層が中間基板の下面側に形成されていることを特徴とする請求項１又は２記載のマイクロ流路チップである。

この発明によれば、マイクロチャネル用線状非接着薄膜層とシャッターチャネル用非接着薄膜層を同一部材の両面に同時に形成できるので、両非接着薄膜層を交差状に配置する際の位置合わせに関する手間を省くことができる。

前記課題を解決するための手段として、請求項４における発明は、前記上面基板及び中間基板がシリコーンゴムからなり、下面基板がシリコーンゴム又はガラスからなることを特徴とする請求項１記載のマイクロ流路チップである。

この発明によれば、接着剤を使用することなく、上面基板、中間基板及び下面基板を相互に恒久接着させることができる。

前記課題を解決するための手段として、請求項５における発明は、請求項１〜４の何れかに記載のマイクロ流路チップの製造方法であって、前記マイクロチャネル用線状非接着薄膜層及び／又はシャッターチャネル用非接着薄膜層は、所望の貫通パターンを有するマスクを通して、フルオロカーボン（ＣＨＦ_３）の存在下で反応性イオンエッチングシステム（ＲＩＥ）でフルオロカーボンからなる薄膜を基板表面に塗布することにより形成することを特徴とするマイクロ流路チップの製造方法である。

この発明によれば、マスクパターンに従った非接着薄膜層を所望の基板の接着面側に極めて簡単に塗布形成することができるので、製造コストが安価であるばかりか、量産性にも優れている。

前記課題を解決するための手段として、請求項６における発明は、請求項１〜４の何れかに記載のマイクロ流路チップの製造方法であって、前記マイクロチャネル用線状非接着薄膜層及び／又はシャッターチャネル用非接着薄膜層は、基板表面に印刷することにより形成することを特徴とするマイクロ流路チップの製造方法である。

この発明によれば、非接着薄膜層が印刷により形成されるので、製造コストが更に一層安価になるばかりか、量産性の点でも非常に優れている。

本発明によれば、シャッターチャネル用非接着薄膜層の圧力供給口から陽圧を印加すると、シャッターチャネル用非接着薄膜層部分の中間基板が膨隆してシャッターチャネルとして機能し得る空隙が出現し、マイクロチャネルを閉塞することができる。斯くして、シャッターチャネル用非接着薄膜層部分の中間基板の膨隆を制御することにより、マイクロチャネルを開閉するためのマイクロバルブとしての機能を発揮させることができる。従って、本発明のシャッターチャネル用非接着薄膜層からなるマイクロバルブは、構造的にも、また製造コスト的にも従来のマイクロバルブを遙かに凌駕する画期的な流体制御素子である。

図１（Ａ）は本発明によるマイクロ流路チップの一例の概要平面透視図であり、図１（Ｂ）は図１（Ａ）における１Ｂ−１Ｂ線に沿った断面図であり、図１（Ｃ）は図１（Ａ）における１Ｃ−１Ｃ線に沿った断面図である。本発明によるマイクロ流路チップは、基本的に、上面基板３、下面基板５及び該上面基板３と下面基板５との間に間挿された中間基板７とからなる。上面基板３には液体又は気体などの媒体の入出力口となるべきポート８及び９が配設されている。上面基板３の下面側の所定箇所には所定の幅及び長さを有するマイクロチャネル用非接着薄膜層１１が配設されている。このマイクロチャネル用非接着薄膜層１１の両端にはポート８及び９が接続されている。また、下面基板５の上面側の所定箇所には所定の幅及び長さを有するシャッターチャネル用非接着薄膜層１２が配設されている。このシャッターチャネル用非接着薄膜層１２の一端には圧力供給口１３が接続されている。シャッターチャネル用非接着薄膜層１２はマイクロチャネル用非接着薄膜層１１と中間基板７を介して上下に交差するように配設されなければならない。シャッターチャネル用非接着薄膜層１２はマイクロチャネル用非接着薄膜層１１と中間基板７を介して上下に交差するように配設されていないと、後記で詳細に説明するように、シャッターチャネル用非接着薄膜層１２がマイクロチャネル用非接着薄膜層１１のためのマイクロバルブとして機能することができない。

ポート８及び９の配設位置は必ずしもマイクロチャネル用非接着薄膜層１１の両端に限定されない。マイクロチャネル用非接着薄膜層１１上の任意の位置に少なくとも二つのポートが配設されていればよい。また、圧力供給口の配設位置はシャッターチャネル用非接着薄膜層１２の端部に限定されない。シャッターチャネル用非接着薄膜層１２上の任意の位置に少なくとも一つのポートが圧力供給口が配設されていればよい。例えば、シャッターチャネル用非接着薄膜層１２の中央部に圧力供給口を配設することができる。また、圧力供給口からシャッターチャネル用非接着薄膜層１２の領域部分を膨隆させるための圧力を供給することができれば、圧力供給口は必ずしも大気に向かって開口していなくてもよい。

上面基板３と中間基板７はマイクロチャネル用非接着薄膜層１１及びポート８，９以外の部分では、互いに接着している。マイクロチャネル用非接着薄膜層１１は下記で詳細に説明するように従来のマイクロ流路チップにおけるマイクロチャネルとなるべき部分である。しかし、通常は、ポート８とポート９はマイクロチャネル用非接着薄膜層１１により遮断されているので、液体又は気体などの媒体を一方のポートから他方のポートに送ることはできない。なお、マイクロチャネル用非接着薄膜層１１をマイクロチャネルとして使用するマイクロ流路チップに関する発明は本願出願人の出願に係る国際公開ＷＯ２００７／０９４２５４号公報に記載されている。

また、下面基板５と中間基板７はシャッターチャネル用非接着薄膜層１２及び圧力供給口１３以外の部分では、互いに接着している。下記で詳細に説明するように、本発明のマイクロ流路チップ１において、シャッターチャネル用非接着薄膜層１２はマイクロバルブなどのような流体制御素子となるべきものである。

図２は本発明のマイクロ流路チップ１の製造工程の一例を示す分解説明図である。先ず、ステップ（１）において、本発明のマイクロ流路チップ１を構成するための、上面基板３、下面基板５及び中間基板７を準備する。下面基板５の上面側の所定箇所には、所定の幅及び長さのシャッターチャネル用非接着薄膜層１２が配設されている。また、中間基板７の所定箇所には貫通孔１３ａが配設されている。更に、上面基板３の下面側の所定箇所には、所定の幅及び長さのマイクロチャネル用非接着薄膜層１１が配設されており、該マイクロチャネル用非接着薄膜層１１の両端に連接するように貫通孔のポート８及び９が配設され、かつ、前記中間基板７の貫通孔１３ａに対応する位置に貫通孔１３が配設されている。必要に応じて、下面基板５の上面側、中間基板７の両面及び上面基板３の下面側を表面改質処理することができる。表面改質処理することにより各基板間の接着強度を高めることができる。表面改質処理方法としては、酸素プラズマ処理法又はエキシマＵＶ光照射処理法などを使用することができる。酸素プラズマ処理法は、酸素存在下で反応性イオンエッチング（ＲＩＥ）装置により実施することができる。エキシマＵＶ光照射処理法は誘電体バリヤ放電ランプにより大気圧の空気雰囲気下で実施できるので処理コストが安価である。次いで、ステップ（２）において、下面基板５の上面側に中間基板７の下面側を貼り合わせる。最後に、ステップ（３）において、中間基板７の上面側に上面基板３の下面側を貼り合わせ、本発明のマイクロ流路チップ１を完成させる。

非接着薄膜層１１及び／又は１２としては例えば、公知慣用の化学的薄膜形成技術により形成される、電極膜、誘電体保護膜、半導体膜、透明導電膜、蛍光膜、超伝導膜、誘電体膜、太陽電池膜、反射防止膜、耐磨耗性膜、光学干渉膜、反射膜、帯電防止膜、導電膜、防汚膜、ハードコート膜、バリア膜、電磁波遮蔽膜、赤外線遮蔽膜、紫外線吸収膜、潤滑膜、形状記憶膜、磁気記録膜、発光素子膜、生体適合膜、耐食性膜、触媒膜、ガスセンサー膜等が挙げられる。

この薄膜層を形成する手段としては、例えばプラズマ放電処理装置により形成できる薄膜で、反応性ガスとして好ましくは、有機フッ素化合物や金属化合物を上げることができる。

この有機フッ素化合物としては、フッ化メタン、フッ化エタン、テトラフルオロメタン、ヘキサフルオロエタン、１，１，２，２−テトラフルオロエチレン、１，１，１，２，３，３−ヘキサフルオロプロパン、ヘキサフルオロプロペン、６−フッ化プロピレンなどのフッ化炭素化合物、１，１−ジフルオロエチレン、１，１，１，２−テトラフルオロエタン、１，１，２，２，３−ペンタフルオロプロパンなどのフッ化炭化水素化合物、ジフルオロジクロロメタン、トリフルオロクロロメタンなどのフッ化塩化炭素水素化合物、１，１，１，３，３，３、−ヘキサフルオロ−２−プロパノール、１，３−ジフルオロ−２−プロパノール、パーフルオロブタノールなどのフッ化アルコール、ビニルトリフルオロアセテート、１，１，１−トリフルオロアセテートなどのフッ化カルボン酸エステル、アセチルフルオライド、ヘキサフルオロアセトン、１，１，１−トリフルオロアセトンなどのフッ化ケトンなどを挙げることができる。

また、金属化合物としては、Ａｌ、Ａｓ、Ａｕ、Ｂ、Ｂｉ、Ｃａ、Ｃｄ、Ｃｒ、Ｃｏ、Ｃｕ、Ｆｅ、Ｇａ、Ｇｅ、Ｈｇ、Ｉｎ、Ｌｉ、Ｍｇ、Ｍｎ、Ｍｏ、Ｎａ、Ｎｉ、Ｐｂ、Ｐｔ、Ｒｈ、Ｓｂ、Ｓｅ、Ｓｉ、Ｓｎ、Ｔｉ、Ｖ、Ｗ、Ｙ、ＺｎまたはＺｒなどの単一あるいは合金金属化合物若しくは有機金属化合物を挙げることができる。

この他の化学的膜形成手段としては、例えばゾルゲル法による緻密な膜形成で、ゾルゲルとして好ましい金属化合物としては、Ａｌ、Ａｓ、Ａｕ、Ｂ、Ｂｉ、Ｃａ、Ｃｄ、Ｃｒ、Ｃｏ、Ｃｕ、Ｆｅ、Ｇａ、Ｇｅ、Ｈｇ、Ｉｎ、Ｌｉ、Ｍｇ、Ｍｎ、Ｍｏ、Ｎａ、Ｎｉ、Ｐｂ、Ｐｔ、Ｒｈ、Ｓｂ、Ｓｅ、Ｓｉ、Ｓｎ、Ｔｉ、Ｖ、Ｗ、Ｙ、ＺｎまたはＺｒなどの単一あるいは合金金属化合物若しくは有機金属化合物を挙げることができる。

非接着薄膜層１１及び／又は１２は、マスクを介してフルオロカーボン（ＣＨＦ_３）の存在下で反応性イオンエッチングシステム（ＲＩＥ）により形成することもでき、これ以外の方法でも形成することができる。例えば、非接着薄膜層１１及び／又は１２を印刷法により形成することができる。印刷は例えば、ロール印刷、パターン印刷、転写、静電複写、など様々な公知慣用の印刷方法を採用することができる。非接着薄膜層１１及び／又は１２を印刷法で形成する場合、非接着薄膜層１１及び／又は１２の形成材料としては、金属微粒子（例えば、Ａｌ、Ａｓ、Ａｕ、Ｂ、Ｂｉ、Ｃａ、Ｃｄ、Ｃｒ、Ｃｏ、Ｃｕ、Ｆｅ、Ｇａ、Ｇｅ、Ｈｇ、Ｉｎ、Ｌｉ、Ｍｇ、Ｍｎ、Ｍｏ、Ｎａ、Ｎｉ、Ｐｂ、Ｐｔ、Ｒｈ、Ｓｂ、Ｓｅ、Ｓｉ、Ｓｎ、Ｔｉ、Ｖ、Ｗ、Ｙ、ＺｎまたはＺｒなどの単一金属微粒子又はこれらの２種類以上の合金微粒子、若しくはこれらの単一金属又は合金の酸化物微粒子（例えば、ＩＴＯ微粒子など）及びこれらの有機金属化合物微粒子など）、導電インク、絶縁インク、カーボン微粒子、シラン剤、パリレン、塗料、顔料、染料、水性染料インク、水性顔料インク、油性染料インク、油性顔料インク、溶剤性インク、ソリッドインク、ゲルインク、ポリマーインクなどが好適に使用できる。印刷層の膜厚は反応性イオンエッチングシステム（ＲＩＥ）により形成されるＣＨＦ_３膜の膜厚と同等程度レベルから可能である。

非接着薄膜層１１及び／又は１２の膜厚は、１０ｎｍ〜１０μｍの範囲内であることが好ましい。非接着薄膜層１１及び／又は１２の膜厚が１０ｎｍ未満の場合、非接着薄膜層１１及び／又は１２が均一に形成されず、接着部位と非接着部位が島状に点々と生じてマイクロチャネルとして機能させることが困難になる。一方、非接着薄膜層１１及び／又は１２の膜厚が１０μｍ超の場合、非接着効果が飽和するばかりか、非接着薄膜層１１及び／又は１２と各基板との接着境界が、非接着薄膜層１１及び／又は１２の厚みにより浮き上がり、接着不良を引き起こす。その結果、正確な非接着薄膜層１１及び／又は１２の幅を維持できなくなるなどの不都合が生じるので好ましくない。非接着薄膜層１１及び／又は１２の膜厚は５０ｎｍ〜３μｍ程度であることが好ましい。

マイクロチャネル用非接着薄膜層１１の幅は、従来のマイクロ流路チップにおけるマイクロチャネルの幅と概ね同一であるか又はこれよりも大きいか若しくは小さいことができる。一般的に、非接着薄膜層１１の幅は、１０μｍ〜３０００μｍ程度である。非接着薄膜層１１の幅が１０μｍ未満の場合、非接着部を膨隆させてマイクロチャネルを出現させるための圧力が高くなり過ぎ、マイクロ流路チップ１自体を破壊してしまう危険性がある。一方、非接着薄膜層１１の幅が３０００μｍ超の場合、本来微量な液体や気体を搬送・制御し、物質の化学反応、合成、精製、抽出、生成及び／又は分析を行うことが目的であるのに対し、３０００μｍ超の幅で膨隆されたチャネルは、著しく過飽和量となる。また、膨隆チャネル構造の利点でもある液体のチャネル内付着防止機能の点でも機能を損なう可能性があり得るなどの不都合が生じるので好ましくない。

シャッターチャネル用非接着薄膜層１２の幅は、マイクロバルブとして機能するのに必要十分な幅であればよい。一般的に、非接着薄膜層１２の幅は、１０μｍ〜５０００μｍ程度である。非接着薄膜層１２の幅が１０μｍ未満の場合、非接着部を膨隆させてマイクロバルブを形成した場合、細すぎて上部のマイクロチャネルを十分に閉塞することができないばかりか、マイクロバルブを出現させるための圧力が高くなり過ぎ、マイクロ流路チップ１自体を破壊してしまう危険性がある。一方、非接着薄膜層１２の幅が５０００μｍ超の場合、マイクロバルブとしての幅が不必要に大きくなりすぎ不経済である。

非接着薄膜層１１及び／又は１２のパターン自体は図示された直線状に限定されない。目的及び／又は用途などを考慮して、Ｙ字形状、Ｌ字形状などの様々なパターンの非接着薄膜層１１及び／又は１２を採用することができる。また、マイクロチャネル用非接着薄膜層１１は、線状部分の他に、円形、楕円形、矩形、多角形状などの任意の平面形状をした拡大領域を有することもできる。拡大領域は膨隆時に液溜めとして機能することができ、この液溜め部分を利用してＰＣＲ増幅などの作業を効率的に実施することができる。

本発明によるマイクロ流路チップ１における上面基板３は弾性及び／又は可撓性を有するポリマー又はエラストマーであることが好ましい。上面基板３が弾性及び／又は可撓性を有する材料から形成されていない場合、マイクロチャネル用非接着薄膜層１１の部分を、従来のマイクロ流路チップにおけるマイクロチャネルとなるように変形させることが不可能又は困難となる。従って、上面基板３の形成材料としては例えば、ポリジメチルシロキサン（ＰＤＭＳ）などのようなシリコーンゴムの他、ニトリルゴム、水素化ニトリルゴム、フッ素ゴム、エチレンプロピレンゴム、クロロプレンゴム、アクリルゴム、ブチルゴム、ウレタンゴム、クロロスルフォン化ポリエチレンゴム、エピクロルヒドリンゴム、天然ゴム、イソプレンゴム、スチレンブタジエンゴム、ブタジエンゴム、多硫化ゴム、ノルボルネンゴム、熱可塑性エラストマーなどが好ましい。ポリジメチルシロキサン（ＰＤＭＳ）などのようなシリコーンゴムが特に好ましい。

上面基板３の厚さは一般的に、１０μｍ〜５ｍｍの範囲内であることが好ましい。上面基板３の厚さが１０μｍ未満の場合、低い圧力でも非接着薄膜層１１の部分が膨隆してマイクロチャネルを出現させ易いが、反面、破れ易くなる危険性がある。一方、上面基板３の厚さが５ｍｍ超の場合、非接着薄膜層１１の部分を膨隆させてマイクロチャネルを出現させるために非常に高い圧力が必要となるので好ましくない。

本発明によるマイクロ流路チップ１における中間基板７は弾性及び／又は可撓性を有するポリマー又はエラストマーであることが好ましい。中間基板７が弾性及び／又は可撓性を有する材料から形成されていない場合、シャッターチャネル用非接着薄膜層１２の部分を、膨隆させマイクロバルブとして機能するように変形させることが不可能又は困難となる。従って、中間基板７の形成材料としては例えば、ポリジメチルシロキサン（ＰＤＭＳ）などのようなシリコーンゴムの他、ニトリルゴム、水素化ニトリルゴム、フッ素ゴム、エチレンプロピレンゴム、クロロプレンゴム、アクリルゴム、ブチルゴム、ウレタンゴム、クロロスルフォン化ポリエチレンゴム、エピクロルヒドリンゴム、天然ゴム、イソプレンゴム、スチレンブタジエンゴム、ブタジエンゴム、多硫化ゴム、ノルボルネンゴム、熱可塑性エラストマーなどが好ましい。ポリジメチルシロキサン（ＰＤＭＳ）などのようなシリコーンゴムが特に好ましい。上面基板３がＰＤＭＳである場合、中間基板７もＰＤＭＳであることが好ましい。ＰＤＭＳ同士は接着剤を使用しなくても、相互に恒久接着又は自己吸着することができるからである。

中間基板７の厚さは一般的に、１０μｍ〜５００μｍの範囲内であることが好ましい。中間基板７の厚さが１０μｍ未満の場合、低い圧力でも非接着薄膜層１２の部分を膨隆させてマイクロバルブを形成させ易いが、反面、破れ易くなる危険性がある。一方、中間基板７の厚さが５００μｍ超の場合、非接着薄膜層１２の部分を膨隆させてマイクロバルブを出現させるために非常に高い圧力が必要となるので好ましくない。

本発明によるマイクロ流路チップ１における下面基板５は弾性及び／又は可撓性を有する必要は特に無いが、中間基板７と強固に接着可能であることが好ましい。中間基板７がポリジメチルシロキサン（ＰＤＭＳ）などのシリコーンゴムである場合、下面基板５がＰＤＭＳなどのシリコーンゴム又はガラスであれば、中間基板７と下面基板５とは、接着剤を使用しなくても、相互に強固に接着することができる。この現象は一般的に、「恒久接着（パーマネント・ボンディング）」と呼ばれている。恒久接着とは、ある種の表面改質を行うだけで、接着剤無しでＰＤＭＳなどのシリコーンゴム製基板と下面基板とを相互に接着することができる性質のことであり、マイクロチャネル及び／又はポートなどの微細構造の良好な封止性を発揮させることができる。ＰＤＭＳ基板の恒久接着では、貼り合わせ面を適宜表面改質処理した後、両方の基板の貼り合わせ面を密着して重ね合わせ、一定時間放置することで、容易に接着が行えるものである。換言すれば、非接着薄膜層１１及び１２の部分は恒久接着していないので、圧力などにより風船状に膨隆変形してマイクロチャネル及びマイクロバルブを出現させることができる。また、この膨隆部分以外の箇所は恒久接着しているため、膨隆部分に通される液体又は気体などが他の部位に漏出することも無い。シリコーンゴム製中間基板７と恒久接着可能であれば、ＰＤＭＳなどのシリコーンゴム又はガラス以外の材料からなる下面基板５も当然使用できる。例えば、セルロースエステル基体、ポリエステル基体、ポリカーボネート基体、ポリスチレン基体、ポリオレフィン基体、等で、具体的には、ポリエチレンテレフタレート、ポリエチレンナフタレート、ポリエチレン、ポリプロピレン、セロファン、セルロースジアセテート、セルロースアセテートブチレート、セルロースアセテートプロピオネート、セルロースアセテートフタレート、セルローストリアセテート、セルロースナイトレート、ポリ塩化ビニリデン、ポリビニルアルコール、エチレンビニルアルコール、ポリカーボネート、ノルボルネン樹脂、ポリメチルペンテン、ポリエーテルケトン、ポリイミド、ポリエーテルスルホン、ポリエーテルケトンイミド、ポリアミド、フッ素樹脂、ナイロン、ポリメチルメタクリレート、アクリル、ポリアリレートなどが挙げられる。また、ポリ乳酸樹脂、ポリブチレンサクシネート、ニトリルゴム、水素化ニトリルゴム、フッ素ゴム、エチレンプロピレンゴム、クロロプレンゴム、アクリルゴム、ブチルゴム、ウレタンゴム、クロロスルフォン化ポリエチレンゴム、エピクロルヒドリンゴム、天然ゴム、イソプレンゴム、スチレンブタジエンゴム、ブタジエンゴム、多硫化ゴム、ノルボルネンゴム、熱可塑性エラストマーなども下面基板５の形成材料として使用できる。これらの素材は単独であるいは適宜混合されて使用することもできる。

さらに、これらの素材が単独で恒久接着できない場合は、接着面に表面処理を施して恒久接着を行う。この表面処理剤として好ましくは、珪素化合物やチタン化合物で、具体的には、ジメチルシラン、テトラメチルシラン、テトラエチルシランなどのアルキルシラン、テトラメトキシシラン、テトラエトキシシラン、テトラプロポキシシラン、ジメチルジエトキシシラン、メチルトリメトキシシラン、エチルトリエトキシシランなどの珪素アルコキシシランの有機珪素化合物、モノシラン、ジシランなどの珪素水素化合物、ジクロロシラン、トリクロロシラン、テトラクロロシランなどのハロゲン化珪素化合物、ヘキサメチルジシラザンなどのシラザン、又、ビニル、エポキシ、スチリル、メタクリロキシ、アクリロキシ、アミノ、ウレイド、クロロプロピル、メルカプト、スルフィド、イソシアネートなど官能基が導入されている珪素化合物、などが挙げられる。

下面基板５の厚さは一般的に、３００μｍ〜１０ｍｍの範囲内であることが好ましい。下面基板５の厚さが３００μｍ未満の場合、マイクロ流路チップ１全体の機械的強度を維持することが困難となる。一方、下面基板５の厚さが１０ｍｍ超の場合、マイクロ流路チップ１に必要な機械的強度が飽和し、不経済となるだけである。

図３は本発明のマイクロ流路チップ１の使用形態の一例を示す部分概要断面図である。本発明のマイクロ流路チップ１では、図３（Ａ）に示されるように、液体又は気体の導入部となるべきポート８の開口部にアダプター１４を配設し、このアダプター１４に送入チューブ１６を接続する。言うまでもなく、アダプター１４の形状は図示されたものに限定されない。ポート内に一部挿入される形態でなく、上面基板３に直接固着される形態でもよい。別法として、アダプター１４を使用せず、各ポートに送入チューブ１６を直接接続する形態も実施可能である。アダプター１４の形成材料は、ＰＤＭＳ製上面基板３と恒久接着可能なＰＤＭＳが好ましいが、その他の材料も使用できる。アダプター１４がＰＤＭＳ製でない場合、アダプター１４を上面基板３に固着させるために、適当な接着剤を使用することもできる。送入チューブ１６は可撓性を有する材料から形成されている。例えば、テフロン（登録商標）チューブが好ましい。送入チューブ１６はアダプター１４の適当な接着剤を使用することにより固着させることができる。送入チューブ１６の他端は図示されていないが適当な原液供給手段及び／又は加圧手段（例えば、マイクロポンプ又はシリンジなど）に接続されている。

ポート８内に目的の液体が注入されたら、送入チューブ１６から気体（例えば、空気）を高圧（例えば、１０ｋＰａ〜１００ｋＰａ）で送入する。又は、ポート８内に目的の液体を陽圧を印加しながら注入すると、図３（Ｂ）に示されるように、マイクロチャネル用非接着薄膜層１１に対応する部分の上面基板３だけが中間基板７の上面から僅かに膨隆し、マイクロチャネルとして機能し得る空隙１８が生じ、ポート８内の液体及び／又は気体をポート９に移送することができる。

図示されていないが、圧力供給口１３にも図３（Ａ）で示されるような、気体（空気）送入チューブ１６が接続されたアダプター１４が配設されている。従って、圧力供給口１３を介して送入チューブ１６から気体（空気）を高圧（例えば、１０ｋＰａ〜１００ｋＰａ）で送入すると、図３（Ｃ）に示されるように、シャッターチャネル用非接着薄膜層１２に対応する中間基板７部分だけが下面基板５の上面から僅かに膨隆し、上部のマイクロチャネル用空隙１８を閉塞する。このシャッターチャネル用非接着薄膜層１２に対応する中間基板部分の膨隆部空隙をシャッターチャネル用空隙１９と呼ぶ。シャッターチャネル用空隙１９からポート９までの間のマイクロチャネル用空隙１８には空圧が印加されないので、この間のマイクロチャネル用空隙１８は消滅し、元の萎んだ状態に戻る。斯くして、シャッターチャネル用空隙１９はマイクロチャネル用空隙１８のためのマイクロバルブとして機能することができる。シャッターチャネル用空隙１９内に高圧空気が送入されている間、マイクロチャネル用空隙１８は閉塞され続ける。この場合、各ポートに印加される圧力の大きさは、圧力供給口１３の印加圧力＞ポート８の印加圧力の関係であることが好ましい。圧力供給口１３の印加圧力＜ポート８の印加圧力の関係になると、シャッターチャネル用空隙１９がマイクロチャネル用空隙１８により押し潰され、マイクロチャネル用空隙１８を完全に閉塞することができなくなる。従って、圧力供給口１３への印加圧力をゼロにすれば、再び図３（Ｂ）の状態に戻り、ポート８への印加圧力をゼロにすれば、再び図３（Ａ）の状態に戻る。

しかし、使用形態は図示された順番に限定されない。例えば、複数本のマイクロチャネル用空隙１８が存在する場合、特定のマイクロチャネル用空隙だけをシャッターチャネル用空隙１９で閉塞し、他のマイクロチャネル用空隙１８における送液を可能にすることもできる。また、先にシャッターチャネル用空隙１９を出現させておき、マイクロチャネル用空隙１８を途中までしか出現させないような使用形態も可能である。

前記の実施態様では、マイクロチャネル用非接着薄膜層１１を上面基板３の下面側に配設し、シャッターチャネル用非接着薄膜層１２を下面基板３の上面側に配設しているが、この実施態様に限定されない。例えば、マイクロチャネル用非接着薄膜層１１を中間基板７の上面側に、シャッターチャネル用非接着薄膜層１２を中間基板７の下面側に配設しても、前記図３（Ａ）〜図３（Ｃ）と同じ作用効果が発揮される。このように、マイクロチャネル用非接着薄膜層１１及びシャッターチャネル用非接着薄膜層１２を中間基板７の両側に配設すると、マイクロチャネル用非接着薄膜層１１及びシャッターチャネル用非接着薄膜層１２を交差状に配置する際の位置合わせに関する手間を省くことができる。

（１）マイクロ流路チップの作製
図４（Ａ）及び図４（Ｂ）に示される工程図に従ってマイクロ流路チップ１Ｂを作製した。先ず、図４（Ａ）のステップ（ａ）において、チャネルデザインを打ち抜いたマスクを２枚作製した。マスク２０は非接着薄膜層１１用であり、厚さ０．０２５ｍｍのＰＥＴフィルムの表面に線幅４００μｍの刻線を所定のデザインの形状で貫通することにより形成した。マスク２１は非接着薄膜層１２用であり、厚さ０．０２５ｍｍのＰＥＴフィルムの表面に線幅４００μｍの刻線を所定のデザインの形状で貫通することにより形成した。次いで、ステップ（ｂ）において、マスク２０を厚さ３ｍｍのシリコーンゴム（ＰＤＭＳ）製上面基板３の下面側に載置し、自己吸着によりシリコーンゴム製上面基板３に貼着させた。別のマスク２１を厚さ３ｍｍのシリコーンゴム（ＰＤＭＳ）製下面基板５の上面側に載置し、自己吸着によりシリコーンゴム製下面基板５に貼着させた。その後、ステップ（ｃ）において、これらの積層物を反応性イオンエッチング装置内に収納し、マスク上面からフルオロカーボン（ＣＨＦ_３）を塗布した。その後、ステップ（ｄ）において、塗布処理終了後、反応性イオンエッチング装置内から積層物を取り出し、マスク２０及び２１を除去した。その結果、シリコーンゴム製上面基板３の下面側に非接着薄膜層１１に対応する厚さ１μｍのフルオロカーボン（ＣＨＦ_３）薄膜パターンがマスクパターン通りに形成され、かつ、シリコーンゴム製下面基板５の上面側に非接着薄膜層１２に対応する厚さ１μｍのフルオロカーボン（ＣＨＦ_３）薄膜パターンがマスクパターン通りに形成されていた。上面基板３の非接着薄膜層１１の各終端部にポート８ａ、８ｂ及び９となるべき貫通孔を穿設した。

更に、図４（Ｂ）のステップ（ｅ）において、シリコーンゴム製上面基板３の下面側と、厚さ１００μｍのシリコーンゴム製中間基板７の上面側を、反応性イオンエッチング装置内で酸素プラズマにより表面改質処理した。次いで、ステップ（ｆ）において、表面改質処理後に、フルオロカーボン（ＣＨＦ_３）薄膜パターン１１が形成されているシリコーンゴム製上面基板３の下面側とシリコーンゴム製中間基板７の上面側を貼り合わせることにより、シリコーンゴム製上面基板３とシリコーンゴム製中間基板７を恒久接着させた。次いで、ステップ（ｆ）において、恒久接着されたシリコーンゴム製上面基板３と中間基板７からなる積層体の、シリコーンゴム製下面基板５の非接着薄膜層１２の一方の端部に対応する位置に、内径２ｍｍの貫通孔１３ａ及び１３ｂを穿設した。その後、ステップ（ｇ）において、恒久接着されたシリコーンゴム製上面基板３と中間基板７からなる積層体の中間基板７側の露出面（すなわち、中間基板７の下面側）とシリコーンゴム製下面基板５の上面側を、反応性イオンエッチング装置内で酸素プラズマにより表面改質処理した。最後に、ステップ（ｈ）において、フルオロカーボン（ＣＨＦ_３）薄膜パターン１２が形成されているシリコーンゴム製下面基板５の上面側に、とシリコーンゴム製上面基板３と中間基板７からなる積層体の中間基板７の下面側を貼り合わせることにより、シリコーンゴム製上面基板３とシリコーンゴム製中間基板７からなる積層体とシリコーンゴム製下面基板５を恒久接着させ、本発明のマイクロ流路チップ１Ｂを完成させた。マイクロ流路チップ１Ｂを４個製作し、下記の各送液・制御試験にそれぞれ１個使用した。

（２）送液・制御試験（その１）
前記（１）で作製されたマイクロ流路チップ１Ｂにおいて、ポート８ａ側とポート８ｂ側にＤＮＡの染色液であるサイバー・グリーンＩ(Cyber Green I)を１μＬ入れ、顕微鏡で蛍光の有無を観察した。この時点では、ＤＮＡが存在しないため、何の蛍光も観察されなかった。ポート９側に、ＴＥに溶解されているヒトゲノム（ＤＮＡ）溶液を１０μＬ入れ、アダプターの貫通孔にシリンジを接続してポート９内の溶液に空気圧（陽圧）を印加した。ポート９内の圧力を徐々に増大させていくと、５０ｋＰａを越えた時点で、フルオロカーボン（ＣＨＦ_３）薄膜パターンからなる非接着薄膜層１１、１１ａ及び１１ｂ部分が膨隆してマイクロチャネルとして機能すべき空隙が発生し、ポート９側の溶液がポート８ａ及び８ｂ側に送液され、ＤＮＡ溶液は蛍光試薬と混合された。蛍光顕微鏡下で観察すると、ＤＮＡにインターカレートされた蛍光試薬が蛍光を発している様が観察できた。

（３）送液・制御試験（その２）
前記（１）で作製されたマイクロ流路チップ１Ｂにおいて、ポート８ａ側とポート８ｂ側にＤＮＡの染色液であるサイバー・グリーンＩ(Cyber Green I)を１μＬ入れ、顕微鏡で蛍光の有無を観察した。この時点では、ＤＮＡが存在しないため、何の蛍光も観察されなかった。ポート９側に、ＴＥに溶解されているヒトゲノム（ＤＮＡ）溶液を１０μＬ入れ、アダプターの貫通孔にシリンジを接続してポート９内の溶液に空気圧（陽圧）を印加した。同時に、アダプターの貫通孔にシリンジを接続して圧力供給口１３ａから１００ｋＰａの空気圧を印加して維持しておく。ポート９内の圧力を徐々に増大させていくと、５０ｋＰａを越えた時点で、フルオロカーボン（ＣＨＦ_３）薄膜パターンからなる非接着薄膜層１１及び１１ｂ部分が膨隆してマイクロチャネルとして機能すべき空隙が発生し、ポート９側の溶液がポート８ｂ側に送液され、ＤＮＡ溶液は蛍光試薬と混合された。蛍光顕微鏡下で観察すると、ＤＮＡにインターカレートされた蛍光試薬が蛍光を発している様が観察できた。しかし、ポート８ａ側にはＤＮＡ溶液は送液されず、何の蛍光も観察されなかった。これは、圧力供給口１３ａから印加した空気の圧力がポート９から印加された空気の圧力よりも高いため、ポート９側からポート８ａ側へ連通されている非接着薄膜層１１ａを遮断したことによるものである。

（４）送液・制御試験（その３）
前記（１）で作製されたマイクロ流路チップ１Ｂにおいて、ポート８ａ側とポート８ｂ側にＤＮＡの染色液であるサイバー・グリーンＩ(Cyber Green I)を１μＬ入れ、顕微鏡で蛍光の有無を観察した。この時点では、ＤＮＡが存在しないため、何の蛍光も観察されなかった。ポート９側に、ＴＥに溶解されているヒトゲノム（ＤＮＡ）溶液を１０μＬ入れ、アダプターの貫通孔にシリンジを接続してポート９内の溶液に空気圧（陽圧）を印加した。同時に、アダプターの貫通孔にシリンジを接続して圧力供給口１３ｂから１００ｋＰａの空気圧を印加して維持しておく。ポート９内の圧力を徐々に増大させていくと、５０ｋＰａを越えた時点で、フルオロカーボン（ＣＨＦ_３）薄膜パターンからなる非接着薄膜層１１及び１１ａ部分が膨隆してマイクロチャネルとして機能すべき空隙が発生し、ポート９側の溶液がポート８ａ側に送液され、ＤＮＡ溶液は蛍光試薬と混合された。蛍光顕微鏡下で観察すると、ＤＮＡにインターカレートされた蛍光試薬が蛍光を発している様が観察できた。しかし、ポート８ｂ側にはＤＮＡ溶液は送液されず、何の蛍光も観察されなかった。これは、圧力供給口１３ｂから印加した空気の圧力がポート９から印加された空気の圧力よりも高いため、ポート９側からポート８ｂ側へ連通されている非接着薄膜層１１ｂを遮断したことによるものである。

（５）送液・制御試験（その４）
前記（１）で作製されたマイクロ流路チップ１Ｂにおいて、ポート８ａ側とポート８ｂ側にＤＮＡの染色液であるサイバー・グリーンＩ(Cyber Green I)を１μＬ入れ、顕微鏡で蛍光の有無を観察した。この時点では、ＤＮＡが存在しないため、何の蛍光も観察されなかった。ポート９側に、ＴＥに溶解されているヒトゲノム（ＤＮＡ）溶液を１０μＬ入れ、アダプターの貫通孔にシリンジを接続してポート９内の溶液に空気圧（陽圧）を印加した。同時に、アダプターの貫通孔にシリンジを接続して圧力供給口１３ａから１００ｋＰａの空気圧を印加して維持しておくと共に、アダプターの貫通孔にシリンジを接続して圧力供給口１３ｂから１００ｋＰａの空気圧を印加して維持しておく。ポート９内の圧力を徐々に増大させていったが、フルオロカーボン（ＣＨＦ_３）薄膜パターンからなる非接着薄膜層１１は全く膨隆せず、マイクロチャネルとして機能すべき空隙が発生しなかった。このため、ポート９内のヒトゲノム（ＤＮＡ）溶液はポート８ａ側及びポート８ｂ側の何れにも送液されず、何の蛍光も観察できなかった。

（６）考察
前記の結果から、上面基板３と中間基板７との間に形成される非接着薄膜層１１と、少なくとも１ヶ所が交差する下面基板５と中間基板７との間に形成される非接着薄膜層１２とを作製すれば、極めて安価な製造方法で、膨隆したマイクロチャネルとして機能する空隙を発生させることができると共に、該マイクロチャネルとして機能する空隙内の流体の流通を遮断するマイクロバルブも発生させることができ、これにより、該マイクロチャネルとして機能する空隙の流体を制御することが可能であることが確認できた。

（１）マイクロ流路チップの作製
図５に示されるようなマイクロ流路チップ１Ｃを作製した。複数の薬液を順次１ヶ所の反応室に送液して各反応を行う際、反応室に流入した薬液が、他のチャネルに逆流してしまうことがある。しかし、図５に示されるような構造のマイクロ流路チップによれば、この現象を効果的に防止することができる。厚さ３ｍｍのＰＤＭＳ製上面基板３には液体導入用のポート８−１、８−２及び８−３が貫通して配設されている。また、反応室となるべき拡大領域非接着薄膜層２５のための膨隆用貫通孔２３と液体排出用の貫通孔ポート９が配設されている。更に、上面基板３の下面側にはシャッターチャネル用非接着薄膜層１２−１、１２−２及び１２−３がそれぞれ配設されている。厚さ１００μｍのＰＤＭＳ製中間基板７には、前記上面基板３の液体導入用のポート８−１、８−２及び８−３にそれぞれ対応する貫通孔８−１’、８−２’及び８−３’と液体排出用の貫通孔ポート９に対応する貫通孔９’が配設され、更に、前記上面基板３の下面側のシャッターチャネル用非接着薄膜層１２−１、１２−２及び１２−３にそれぞれ対応するように、かつ、下面基板５の上面側に配設されるマイクロチャネル用非接着薄膜層１１−１、１１−２及び１１−３にもそれぞれ対応するような位置関係で、圧力供給口となるべきスルーホール１３−１、１３−２及び１３−３が貫通して配設されている。下面基板５の上面側にはマイクロチャネル用非接着薄膜層１１−１、１１−２及び１１−３が配設され、これらは反応室を形成するための拡大領域非接着薄膜層２５に収斂されている。拡大領域非接着薄膜層２５には反応室から液体を排出するためのマイクロチャネル用非接着薄膜層１１ｃも接続されている。

上面基板３，中間基板７及び下面基板５をそれぞれ貼り合わせて一体化させる。マイクロチャネル用非接着薄膜層１１−１の端部は貫通孔８−１’及び８−１に連通し、マイクロチャネル用非接着薄膜層１１−２の端部は貫通孔８−２’及び８−２に連通し、マイクロチャネル用非接着薄膜層１１−３の端部は貫通孔８−３’及び８−３にそれぞれ連通している。反応室から液体を排出するためのマイクロチャネル用非接着薄膜層１１ｃの端部は貫通孔９’及び９に連通している。中間基板７のスルーホール１３−１は、上面基板３の下面側のシャッターチャネル用非接着薄膜層１２−１と、下面基板５の上面側のマイクロチャネル用非接着薄膜層１１−１との交差位置に存在し、スルーホール１３−２は、上面基板３の下面側のシャッターチャネル用非接着薄膜層１２−２と、下面基板５の上面側のマイクロチャネル用非接着薄膜層１１−２との交差位置に存在し、スルーホール１３−３は、上面基板３の下面側のシャッターチャネル用非接着薄膜層１２−３と、下面基板５の上面側のマイクロチャネル用非接着薄膜層１１−３との交差位置にそれぞれ存在する。従って、上面基板３の下面側のシャッターチャネル用非接着薄膜層と下面基板５の上面側のマイクロチャネル用非接着薄膜層とはスルーホールを介して接続されていることとなるが、スルーホールは上面基板３及び下面基板５により遮蔽され、大気に向かって開口することはない。

（２）送液・制御試験
ポート８−１から赤色に着色された液を加圧注入すると、マイクロチャネル用非接着薄膜層１１−１が膨隆してマイクロチャネル用空隙が出現するが、圧力はスルーホール１３−１を介して上部のシャッターチャネル用非接着薄膜層１２−１にも伝達され、シャッターチャネル用空隙も同時に出現する。このシャッターチャネル用空隙が出現しても、スルーホール１３−１が存在するのでマイクロチャネル用非接着薄膜層１１−１のマイクロチャネル用空隙自体は閉塞されず、シャッターチャネル用非接着薄膜層１２−１との交点にスルーホールが存在しないマイクロチャネル用非接着薄膜層１１−２及び１１−３だけが閉塞される。斯くして、ポート８−１から加圧注入された赤色液は、拡大領域非接着薄膜層２５の膨隆反応室内に留まり、膨隆反応室２５からマイクロチャネル用非接着薄膜層１１−２及び１１−３を介してポート８−２及び８−３に逆流することが効果的に防止された。ポート８−２から赤色液を加圧注入する場合及びポート８−３から赤色液を加圧注入する場合も、前記と同様な動作が行われ、交点にスルーホールの無いマイクロチャネル用非接着薄膜層がシャッターチャネル用空隙で閉塞され、逆流が防止された。このように、送液用の駆動圧力源があれば、マイクロチャネル用非接着薄膜層とシャッターチャネル用非接着薄膜層とをスルーホールで接続することにより、並列した他のマイクロチャネル用空隙の流れを制御することが可能となる。

以上、本発明のマイクロ流路チップの好ましい実施態様について具体的に説明してきたが、本発明は開示された実施態様にのみ限定されず、様々な改変を行うことができる。例えば、複数枚の中間基板を間挿して多段多層構造のマイクロ流路チップを作製することも可能である。また、マイクロチャネルや流体制御機構の他に、電極や加熱機構などのような他の素子類も同じチップ内に配設することができる。

本発明によれば、流体制御機構を有するマイクロ流路チップを極めて容易かつ安価に製造することができるので、その実用性及び経済性が飛躍的に向上される。その結果、本発明のマイクロ流路チップは、医学、獣医学、歯科学、薬学、生命科学、食品、農業、水産、警察鑑識など様々な分野で好適に有効利用することができる。特に、本発明のマイクロ流路チップは、蛍光抗体法、in situ Hibridization等に最適なマイクロ流路チップとして、免疫疾患検査、細胞培養、ウィルス固定、病理検査、細胞診、生検組織診、血液検査、細菌検査、タンパク質分析、ＤＮＡ分析、ＲＮＡ分析などの広範な領域で安価に使用できる。

本発明によるマイクロ流路チップの一例の概要透視平面図である。図１Ａにおける１Ｂ−１Ｂ線に沿った概要断面図である。図１Ａにおける１Ｃ−１Ｃ線に沿った概要断面図である。本発明のマイクロ流路チップの組立順序の一例を示す概要斜視図である。本発明のマイクロ流路チップの使用形態の一例を示す部分概要断面図である。図３（Ａ）におけるマイクロ流路チップにおいて、非接着薄膜層１１の部分だけが僅かに膨隆し、マイクロチャネルとして機能し得る空隙１８が生じた状態を示す部分概要断面図である。図３（Ａ）におけるマイクロ流路チップにおいて、非接着薄膜層１２の部分が僅かに膨隆し、マイクロチャネルとして機能し得る空隙１８を閉塞した状態を示す部分概要断面図である。本発明の別の実施態様のマイクロ流路チップの製造方法の一例を説明する工程図である。本発明の別の実施態様のマイクロ流路チップの製造方法の一例を説明する工程図である。（ａ）は実施例２で使用する本発明の他の実施態様のマイクロ流路チップの一例の分解図であり、（ｂ）はその組立られたマイクロ流路チップの斜視図である。従来のマイクロ流路チップの一例の概要透視平面図である。図６（Ａ）におけるＢ−Ｂ線に沿った断面図である。

１、１Ｂ、１Ｃ本発明によるマイクロ流路チップ
３上面基板
５下面基板
７中間基板
８、８ａ、８ｂポート
９ポート
１１、１１ａ、１１ｂ、１１ｃマイクロチャネル用非接着薄膜層
１２、１２ａ、１２ｂシャッターチャネル用非接着薄膜層
１３、１３ａ、１３ｂシャッターチャネル用圧力供給口
１４アダプター
１６送入チューブ
１８マイクロチャネル用空隙
１９シャッターチャネル用空隙
２０，２１マスク
２３拡大領域用貫通孔
２５拡大領域非接着薄膜層
１０２上面基板
１０４マイクロチャネル
１０５、１０６ポート

Claims

少なくとも上面基板と下面基板と、該上面基板と下面基板との間に間挿された中間基板とからなり、上面基板と中間基板の接着面側及び下面基板と中間基板の接着面側からなる群から選択される何れか一方の接着面側に、マイクロチャネル用の１本以上の非接着薄膜層が線状に形成されており、該マイクロチャネル用非接着薄膜層上の任意の位置に少なくとも二つのポートが配設されており、前記マイクロチャネル用非接着薄膜層が存在する接着面側と反対側の接着面側に、シャッターチャネル用の１本以上の非接着薄膜層が、前記マイクロチャネル用非接着薄膜層と中間基板を介して上下で交差するように線状に形成されており、該シャッターチャネル用非接着薄膜層上の少なくとも一箇所にシャッターチャネル用非接着領域を膨隆させるための圧力供給口が配設されていることを特徴とするマイクロ流路チップ。
前記マイクロチャネル用線状非接着薄膜層がその途中に、円形、楕円形、矩形及び多角形状からなる群から選択される少なくとも一種類の平面形状をした拡大領域を一個以上更に有することを特徴とする請求項１記載のマイクロ流路チップ。
マイクロチャネル用線状非接着薄膜層が中間基板の上面側に形成され、シャッターチャネル用非接着薄膜層が中間基板の下面側に形成されていることを特徴とする請求項１又は２記載のマイクロ流路チップ。
前記上面基板及び中間基板がシリコーンゴムからなり、下面基板がシリコーンゴム又はガラスからなることを特徴とする請求項１記載のマイクロ流路チップ。
請求項１〜４の何れかに記載のマイクロ流路チップの製造方法であって、前記マイクロチャネル用線状非接着薄膜層及び／又はシャッターチャネル用非接着薄膜層は、所望の貫通パターンを有するマスクを通して、フルオロカーボン（ＣＨＦ_３）の存在下で反応性イオンエッチングシステム（ＲＩＥ）でフルオロカーボンからなる薄膜を基板表面に塗布することにより形成することを特徴とするマイクロ流路チップの製造方法。
請求項１〜４の何れかに記載のマイクロ流路チップの製造方法であって、前記マイクロチャネル用線状非接着薄膜層及び／又はシャッターチャネル用非接着薄膜層は、基板表面に印刷することにより形成することを特徴とするマイクロ流路チップの製造方法。