JP4846372B2 - Microchemical chip and manufacturing method thereof - Google Patents

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Description

本発明は、マイクロ化学チップ、及びその製造方法に関するものであり、特に、パターニングが施された基板を元に形成された、微小量で反応・分析を行うマイクロリアクタ(マイクロファクトリー)、光学素子、バイオセンサー、DNAコンピュータ、DNAメモリ、生体分子統合デバイス等を構成するマイクロ化学チップに関するものである。   The present invention relates to a microchemical chip and a method for producing the same, and in particular, a microreactor (microfactory), an optical element, a bioreactor, which is formed based on a patterned substrate and performs a reaction / analysis in a minute amount. The present invention relates to a microchemical chip constituting a sensor, a DNA computer, a DNA memory, a biomolecule integrated device, and the like.

従来、微少量で反応や分析を行う手法(μTAS、micro total analysis system)については、各種の提案がなされている(例えば、下記非特許文献1参照。)。
このような手法により作製されたマイクロ化学チップは、従来、DNA分析チップ等の、ラボラトリーオンチップ、マイクロリアクタ(マイクロファクトリー)、バイオセンサーをはじめとする化学マイクロデバイスへの応用が期待されており、バイオテクノロジーや医療、農学の分野等の応用例は多岐に亘っている。
Conventionally, various proposals have been made for methods (μTAS, micro total analysis system) for performing reactions and analyzes in minute amounts (see, for example, Non-Patent Document 1 below).
Microchemical chips produced by such a method have been expected to be applied to chemical microdevices such as DNA analysis chips, laboratory-on-chips, microreactors (microfactories), and biosensors. There are a wide variety of applications in the fields of technology, medicine and agriculture.

このような背景から、反応及び合成等において精密な測定を行うためには、反応は均一系で行われることが不可欠の条件であると言え、濃度や温度差が生じないような条件下でのマイクロ化学チップの利用が望ましい。   From such a background, it can be said that it is indispensable to carry out the reaction in a homogeneous system in order to carry out precise measurement in reaction and synthesis, etc., under conditions that do not cause a difference in concentration and temperature. The use of microchemical chips is desirable.

また、マイクロ化学チップは回路が小さいことに加えて、使用する試料の量も少量でよいことから、省資源、低コスト、反応時間の短縮という点でも有利なものである。   Further, since the microchemical chip has a small circuit and a small amount of sample may be used, it is advantageous in terms of resource saving, low cost, and shortening of reaction time.

従来におけるマイクロ化学チップを作製する方法としては、半導体微細加工の光リソグラフィーが広く知られているが、これは高価な電子線描画装置を必須とすることから、コストが高いという課題を有していた。また、チップの溝の大きさが電子線描画装置の性能に依存してしまうという問題もあった。   As a conventional method for producing a microchemical chip, photolithography for semiconductor microfabrication is widely known. However, since this requires an expensive electron beam drawing apparatus, it has a problem of high cost. It was. There is also a problem that the size of the groove of the chip depends on the performance of the electron beam drawing apparatus.

この電子線描画装置を用いる方法においては、マスクを利用することにより大量に生産する工程に好適であるという利点もあるが、自由な回路設計には不適当である。
そのため、更なる省資源化、及び低コスト化を図ったマイクロ化学チップ、及びその製造方法への要望が高まってきた。
This method using an electron beam drawing apparatus has an advantage that it is suitable for a mass production process using a mask, but is not suitable for free circuit design.
For this reason, there has been an increasing demand for a microchemical chip and a method for manufacturing the microchemical chip that achieve further resource saving and cost reduction.

マイクロ化学チップでは、例えばDNA等の分子を含有する溶液が試料対象とされる。
DNAは、塩基配列の調整により独自のナノスケール構造体を形成することができ、更にはDNAを枠組みとして各種反応を行うことにより、分子サイズの電子素子を作製することへの応用技術が期待されている。
In the microchemical chip, for example, a solution containing molecules such as DNA is used as a sample object.
DNA can form its own nanoscale structure by adjusting its base sequence, and it is expected to be applied to the production of molecular-sized electronic devices by performing various reactions using DNA as a framework. ing.

かかるDNAに関する分析等においては、DNAが流路の側壁に付着しないように、側壁を親水性とする必要がある。
部分エステル化されたポリメタクリル酸を材料として、親水性樹脂を利用した技術が従来提案されている(例えば、下記特許文献1参照。)。しかしこれは、回路の作製に射出成形等を利用するため、大量生産の点では有利であるが、作製精度や大きさに限界があり、数十〜百ナノメートルスケールの微小なマイクロ化学チップを形成することができないという課題を有している。
In the analysis or the like related to such DNA, it is necessary to make the side wall hydrophilic so that DNA does not adhere to the side wall of the flow path.
A technique using a hydrophilic resin using a partially esterified polymethacrylic acid as a material has been conventionally proposed (for example, see Patent Document 1 below). However, this is advantageous in terms of mass production because it uses injection molding or the like for the production of circuits, but there is a limit to the production accuracy and size, and a microchemical chip with a scale of several tens to hundreds of nanometers is required. It has a problem that it cannot be formed.

ところで、光リソグラフィーを用いた微細加工と比較して低コストな作製方法として、熱リソグラフィーが知られている。これは、吸熱層(レーザ照射の場合は光吸収層の役割を果たす)に熱を与え、それを介して熱を与えられた箇所の特性が変化することを利用した技術である。
また、従来においては、レーザ光を照射し情報を記録する工程と、溶液エッチングにより未記録部分を除去して凸状加工を施した光記録媒体の作製方法が知られている(例えば、下記特許文献2参照。)。
熱リソグラフィー技術を用いてレーザ光のスポットよりも小さいピットを形成して光ディスクに応用する例の吸熱材料としては、例えば、硫化亜鉛と酸化珪素の混合物が利用されており、その他、各種樹脂を利用する技術についても提案されている(例えば、下記特許文献3、4参照。)。
By the way, thermal lithography is known as a low-cost manufacturing method as compared with microfabrication using optical lithography. This is a technique that utilizes the fact that heat is applied to an endothermic layer (which plays the role of a light absorbing layer in the case of laser irradiation), and the characteristics of the portion to which heat is applied via the heat are changed.
Conventionally, a process for recording information by irradiating a laser beam and a method for producing an optical recording medium in which an unrecorded portion is removed by solution etching and a convex process is performed (for example, the following patents) are known. Reference 2).
For example, a mixture of zinc sulfide and silicon oxide is used as an endothermic material that is applied to an optical disk by forming pits smaller than the laser beam spot using thermal lithography technology. The technique to do is also proposed (for example, refer to Patent Documents 3 and 4 below).

A. Manz, et al., Sen. Actuators, B, 1, 244 (1990).A. Manz, et al., Sen. Actuators, B, 1, 244 (1990). 特開2003−159526号公報JP 2003-159526 A 特開2005−158191号公報JP 2005-158191 A 特開2005−71564号公報JP 2005-71564 A 特開2005−100602号公報JP 2005-100602 A

今後、マイクロ化学チップの作製に関して容易化し、更なる高精度化を図ることが要求されると考えられており、これを各種マイクロリアクタ、バイオセンサー等をはじめとして電子素子に応用範囲が拡大すると考えられている。
そこで本発明においては、ナノ〜数百ナノメートルオーダーの構造をもつマイクロ化学チップの作製に関して容易化を図り、高精度化を図ることとした。
In the future, it is thought that it will be required to facilitate the fabrication of microchemical chips and further increase the precision, and this will expand the range of applications to various electronic devices including various microreactors and biosensors. ing.
Therefore, in the present invention, the fabrication of a microchemical chip having a structure on the order of nano to several hundreds of nanometers has been facilitated to achieve high accuracy.

本発明においては、支持基板上に、側壁によって形成されている、液体若しくは気体の試料を保存し輸送させる保存・搬送部と前記試料を反応させる反応部とを有するマイクロ化学チップであって、前記側壁は、レーザ光照射若しくは熱輻射によりエッチング材料に対する耐性が変化するエッチング耐性変化材料により形成されているものであり、前記エッチング耐性変化材料は、酸化亜鉛、硫化亜鉛、酸化アルミニウム、窒化珪素、窒化アルミニウムのいずれかと、酸化珪素の混合物からなることを特徴とするマイクロ化学チップを提供する。
In the present invention, a microchemical chip having a storage / conveying unit for storing and transporting a liquid or gaseous sample and a reaction unit for reacting the sample, which are formed by side walls on a support substrate, sidewalls state, and are not formed by etching resistance change material which changes its resistance to etching material by laser beam irradiation or thermal radiation, the etching resistance change material, zinc oxide, zinc sulfide, aluminum oxide, silicon nitride, A microchemical chip comprising a mixture of any of aluminum nitride and silicon oxide is provided.

請求項2の発明においては、前記側壁は、対水接触角が40°以下であり、前記エッチング耐性変化材料より形成されているものとする。   According to a second aspect of the present invention, the side wall has a water contact angle of 40 ° or less and is made of the etching resistance changing material.

請求項3の発明においては、前記反応部に、前記エッチング耐性変化材料よりなり、少なくとも球形状の一部を有する孔質部が形成されていることとした請求項1又は2に記載のマイクロ化学チップを提供する。
According to a third aspect of the present invention, in the microchemistry according to the first or second aspect, the reaction portion is formed with a porous portion made of the etching resistance changing material and having at least a part of a spherical shape. Provide chips.

請求項4の発明においては、前記側壁は、レーザ光照射によりエッチング材料に対する耐性が変化するエッチング耐性変化材料により形成されているものであり、前記エッチング耐性変化材料の下部に、レーザ光を吸収し発熱する材料よりなる光吸収層が形成されていることとした請求項1乃至3のいずれか一項に記載のマイクロ化学チップを提供する。
According to a fourth aspect of the present invention, the side wall is formed of an etching resistance changing material whose resistance to an etching material is changed by laser light irradiation, and a laser beam is absorbed under the etching resistance changing material. The microchemical chip according to any one of claims 1 to 3, wherein a light absorption layer made of a material that generates heat is formed.

請求項の発明においては、前記光吸収層が半導体若しくは金属よりなるものとした請求項4に記載のマイクロ化学チップを提供する。
According to a fifth aspect of the present invention, there is provided the microchemical chip according to the fourth aspect , wherein the light absorption layer is made of a semiconductor or a metal.

請求項の発明においては、支持基板上に、側壁によって形成されている、液体若しくは気体の試料を保存し輸送させる保存・搬送部と前記試料を反応させる反応部とを有するマイクロ化学チップの製造方法であって、前記側壁の形成に関し、前記支持基板上に、酸化亜鉛、硫化亜鉛、酸化アルミニウム、窒化珪素、窒化アルミニウムのいずれかと、酸化珪素の混合物からなるエッチング耐性変化材料を成膜する工程と、前記エッチング耐性変化材料が成膜された前記支持基板の一部、若しくは全域に対し、レーザ光を照射し、あるいは加熱処理を加え、前記光照射部あるいは熱処理部のエッチング耐性を変化させる工程と、前記エッチング耐性変化材料のうち、エッチング耐性を変化させた部分を残存させてエッチング処理を行う工程とを有するマイクロ化学チップの製造方法を提供する。
According to a sixth aspect of the present invention, a microchemical chip having a storage / conveying section for storing and transporting a liquid or gaseous sample and a reaction section for reacting the sample, which are formed by side walls, is formed on a support substrate. A method of forming an etching resistance changing material comprising a mixture of zinc oxide, zinc sulfide, aluminum oxide, silicon nitride, aluminum nitride and silicon oxide on the support substrate with respect to the formation of the side wall. And a step of irradiating a part or all of the support substrate on which the etching resistance changing material is formed with a laser beam or applying a heat treatment to change the etching resistance of the light irradiation portion or the heat treatment portion. And a step of performing an etching process by leaving a portion of the etching resistance changing material that has changed the etching resistance. To provide a manufacturing method of a microchemical chip.

請求項の発明においては、支持基板上に、側壁によって形成されている、液体若しくは気体の試料を保存し輸送させる保存・搬送部と前記試料を反応させる反応部とを有し、前記反応部に、所定のエッチング耐性変化材料よりなり、少なくとも球形状の一部を有する孔質部が形成されているマイクロ化学チップの製造方法であって、前記孔質部の形成に関し、前記支持基板上に、予め微粒子配列層を形成する工程と、前記微粒子配列層上に、酸化亜鉛、硫化亜鉛、酸化アルミニウム、窒化珪素、窒化アルミニウムのいずれかと、酸化珪素の混合物からなるエッチング耐性変化材料を成膜する工程と、前記エッチング耐性変化材料が成膜された前記支持基板の一部、若しくは全域に対し、レーザ光を照射し、あるいは加熱処理を加え、前記光照射部あるいは熱処理部のエッチング耐性を変化させる工程と、前記エッチング耐性変化材料のうちエッチング耐性を変化させた部分を残存させてエッチング処理を行う工程と、前記微粒子を除去する工程とを有するマイクロ化学チップの製造方法を提供する。
In a seventh aspect of the present invention, the reaction unit includes a storage / conveying unit configured to store and transport a liquid or gaseous sample and a reaction unit configured to react with the sample, which are formed by side walls on the support substrate. And a microchemical chip manufacturing method in which a porous portion having at least a part of a spherical shape is formed of a predetermined etching resistance changing material, wherein the porous substrate is formed on the support substrate. A step of forming a fine particle arrangement layer in advance, and forming an etching resistance changing material made of a mixture of zinc oxide, zinc sulfide, aluminum oxide, silicon nitride, aluminum nitride and silicon oxide on the fine particle arrangement layer Irradiating a part of or the entire region of the support substrate on which the etching resistance-changing material is formed, or applying a heat treatment to the light Microchemical having a morphism portion or step of changing the etching resistance of the thermal processing unit, and performing etching process by a part of changing the etching resistance is left out of the etching resistance change material, and removing the fine particles A method for manufacturing a chip is provided.

請求項の発明においては、前記エッチング耐性変化材料の一部を除去する工程、前記微粒子を除去する工程を同時に行う請求項7に記載のマイクロ化学チップの製造方法を提供する。
According to an eighth aspect of the present invention, there is provided the method for producing a microchemical chip according to the seventh aspect , wherein the step of removing a part of the etching resistance changing material and the step of removing the fine particles are performed simultaneously .

請求項の発明においては、前記微粒子が、酸化珪素含有材料よりなるものであることを特徴とする請求項又はに記載のマイクロ化学チップの製造方法を提供する。
The invention according to claim 9 provides the method for producing a microchemical chip according to claim 7 or 8 , wherein the fine particles are made of a silicon oxide-containing material.

請求項10の発明においては、前記微粒子配列層を形成する工程は、当該微粒子を含む分散液を、支持基板上に塗布し、溶媒を蒸発させることによって行うこととした請求項7乃至9のいずれか一項に記載のマイクロ化学チップの製造方法を提供する。
In the invention of claim 10, the step of forming the fine particle arrangement layer, a dispersion containing the fine particles, is coated on a supporting substrate, any of claims 7 to 9 was be done by evaporating the solvent A method for producing a microchemical chip according to claim 1 is provided.

請求項11の発明においては、前記エッチング耐性変化材料を除去する工程においては、酸もしくはアルカリを用いた化学反応による除去を行うことを特徴とする請求項6乃至10のいずれか一項に記載のマイクロ化学チップの製造方法を提供する。
In the invention of claim 11, in the step of removing the etching resistance change material, according to any one of claims 6 to 10, characterized in that the removal by a chemical reaction using an acid or alkali A method for manufacturing a microchemical chip is provided.

請求項12の発明においては、支持基板は、樹脂もしくはシリコン単体であることとした請求項6乃至11のいずれか一項に記載のマイクロ化学チップの製造方法を提供する。
According to a twelfth aspect of the present invention, there is provided the method for producing a microchemical chip according to any one of the sixth to eleventh aspects, wherein the support substrate is made of resin or silicon alone .

本発明によれば、露光用マスクを用いずに、熱リソグラフィーにより、簡易に高精度のマイクロ化学チップが得られた。また、レーザ照射後若しくは熱輻射後の、エッチング耐性変化材料の、薬液に対する耐性を局所的に向上させることができ、確実なパターニングを行うことができるようになり、精度のよいマイクロ化学チップを作製できた。
請求項2に係る発明によれば、親水性流路側壁をもつ精度の良いマイクロ化学チップが提供された。
請求項3に係る発明によれば、親水性表面積の拡大が図られ、DNA等の生体分子を取り付ける土台とすることができた。
請求項4に係る発明によれば、光照射を利用した熱発生により精度良くマイクロ化学チップが作製できた。
請求項に係る発明によれば、光熱変換層に、高い光・熱吸収効率を具備させることができた。
請求項に係る発明によれば、薬液に対するエッチング耐性が、レーザ光照射もしくは熱輻射により変化する材料を用いたマイクロ化学チップの簡易な作製方法を提供できた。
請求項に係る発明によれば、試料を反応させる箇所に新たな効果を有するマイクロ化学チップの作製方法を提供できた。また、支持基板上の微粒子を最終工程で除去するようにしたことにより、エッチング耐性変化材料を、少なくとも球形状の一部を有する孔質部となるようにすることができた。
According to the present invention, a high-precision microchemical chip was easily obtained by thermal lithography without using an exposure mask. In addition, it is possible to locally improve the resistance of the etching resistance change material after the laser irradiation or after the heat radiation to the chemical solution, so that reliable patterning can be performed, and an accurate microchemical chip is manufactured. did it.
According to the second aspect of the present invention, an accurate microchemical chip having a hydrophilic flow path side wall is provided.
According to the invention of claim 3, the hydrophilic surface area can be increased, and it can be used as a base for attaching biomolecules such as DNA.
According to the invention according to claim 4, more precisely microchemical chip thermogenic raw using light irradiation could be produced.
According to the invention of claim 5 , the light-heat conversion layer can be provided with high light / heat absorption efficiency.
According to the invention which concerns on Claim 6 , the simple manufacturing method of the microchemical chip using the material from which the etching tolerance with respect to a chemical | medical solution changes with laser beam irradiation or heat radiation was able to be provided.
According to the invention which concerns on Claim 7 , the manufacturing method of the microchemical chip which has a new effect in the location which makes a sample react can be provided. In addition, by removing the fine particles on the support substrate in the final step, the etching resistance changing material can be made to be a porous portion having at least a part of a spherical shape.

以下、本発明について具体的に図を参照して説明するが、本発明は、以下の例に限定されるものではない。
〔実施例1〕
本発明のマイクロ化学チップの概略図を図1に示す。
なお、以下に説明する例においては、マイクロ化学チップは、マイクロバルブ等を取り付けることによりマイクロリアクタとしての役割を果たすものとする。
図1に示すマイクロ化学チップ10においては、樹脂製の支持基板1上に、試薬導入部2、流路3、反応部(センサ部)4、リザーバ5、マイクロバルブ6が形成されている。
Hereinafter, the present invention will be specifically described with reference to the drawings. However, the present invention is not limited to the following examples.
[Example 1]
A schematic diagram of the microchemical chip of the present invention is shown in FIG.
In the example described below, the microchemical chip plays a role as a microreactor by attaching a microvalve or the like.
In a microchemical chip 10 shown in FIG. 1, a reagent introduction part 2, a flow path 3, a reaction part (sensor part) 4, a reservoir 5, and a microvalve 6 are formed on a resin support substrate 1.

図2に、図1のマイクロ化学チップの要部の拡大概略図を示す。
流路3は、側壁7により形成されており、側壁7は、例えば硫化亜鉛(ZnS)と酸化珪素(SiO2)の混合物により形成されているものとすることができ、親水性を示すものとする。
各流路3には、pHに対する応答性を有してこの変化よって拡大・収縮するハイドロゲルよりなるマイクロバルブ6が形成されている。このマイクロバルブ6の動作によって、図1に示した試薬導入部2、反応室4、及びリザーバ5を適宜選択できるようになされている。ここで、図1中、試薬導入部2、流路3、及びリザーバ5は試薬を保存しあるいは輸送する機能を有しており、保存・搬送部と総称する。
FIG. 2 shows an enlarged schematic view of the main part of the microchemical chip of FIG.
The flow path 3 is formed by the side wall 7, and the side wall 7 can be formed of, for example, a mixture of zinc sulfide (ZnS) and silicon oxide (SiO 2 ), and exhibits hydrophilicity. To do.
Each flow path 3 is formed with a microvalve 6 made of a hydrogel that has a responsiveness to pH and expands and contracts due to this change. By the operation of the microvalve 6, the reagent introduction unit 2, the reaction chamber 4, and the reservoir 5 shown in FIG. 1 can be appropriately selected. Here, in FIG. 1, the reagent introduction unit 2, the flow path 3, and the reservoir 5 have a function of storing or transporting the reagent and are collectively referred to as a storage / transport unit.

図1に示したマイクロ化学チップ10の製造方法について、図3(a)〜(d)を参照して具体的に説明する。
先ず、シリコンよりなる支持基板1上に、スパッタリング装置を用いて光吸収層9としてGeを成膜し、その後、硫化亜鉛(ZnS)と酸化珪素(SiO2)の混合物(組成モル比8:2)からなる材料よりなり、後述するレーザ光照射によってエッチング耐性が変化するエッチング耐性変化材料よりなる薄膜8(膜厚200nm)を形成した(図3(a))。
A method for manufacturing the microchemical chip 10 shown in FIG. 1 will be specifically described with reference to FIGS.
First, Ge is formed as a light absorption layer 9 on a support substrate 1 made of silicon using a sputtering apparatus, and then a mixture of zinc sulfide (ZnS) and silicon oxide (SiO 2 ) (composition molar ratio 8: 2). ) And a thin film 8 (film thickness: 200 nm) made of an etching resistance changing material whose etching resistance is changed by laser beam irradiation described later (FIG. 3A).

レーザ照射装置を用いて、青色半導体レーザ(波長405nm)より放射される光をレンズ(N.A.0.85)で絞り、最終的に、図1中の試料導入箇所2、流路3を形成する側壁7の形成部にレーザ光の照射を連続もしくはパルス状に行った(図3(b))。
その後、支持基板ごと、フッ酸(フッ化水素酸)溶液(約2wt%)に数十秒間浸し、純水洗浄し、乾燥処理を施した。
レーザ光照射箇所は、エッチング後も残存し、それらが側壁となり流路3が形成された(図3(c))。このようにしてマイクロ化学チップの基本骨格が形成された。
Using a laser irradiation device, the light emitted from the blue semiconductor laser (wavelength 405 nm) is reduced by a lens (NA 0.85), and finally the sample introduction point 2 and the flow path 3 in FIG. Laser beam irradiation was continuously or pulsed on the formation portion of the side wall 7 to be formed (FIG. 3B).
Thereafter, the supporting substrate was immersed in a hydrofluoric acid (hydrofluoric acid) solution (about 2 wt%) for several tens of seconds, washed with pure water, and dried.
The portions irradiated with the laser beam remained after etching, and they became side walls to form the flow path 3 (FIG. 3 (c)). In this way, the basic skeleton of the microchemical chip was formed.

その後、所定のマイクロバルブ(図1中の符号6)を設置した。
更に保護材20として、所定の樹脂基板を配置し、加熱処理及びその後の冷却処理を経て接着させた(図3(d))。
流路3を形成する必要の無い箇所には、所定の接着剤を入れ固定強化させた。
Thereafter, a predetermined micro valve (symbol 6 in FIG. 1) was installed.
Further, a predetermined resin substrate was disposed as the protective material 20 and bonded through heat treatment and subsequent cooling treatment (FIG. 3D).
A predetermined adhesive was put in a place where the flow path 3 did not need to be formed, and was reinforced.

本発明によれば、図1に示すマイクロ化学チップ10を、レーザ光を用いた熱リソグラフィーにより、簡易な作製方法で精度良く作製できる。
詳しくは、図3(a)〜(d)を用いて説明したように、Geよりなる光吸収層9が、レーザ光を吸収し、その上に成膜された、エッチング耐性変化材料層、すなわち硫化亜鉛と酸化珪素の混合物が吸熱する。
このように、光吸収層9を下層に形成することにより、その上層での吸熱が狭い領域で行われるようになり、微細なパターンを形成することが可能となる。
更に詳しくは、レーザ照射された箇所において、上述した材料による薄膜8は、フッ酸に対するエッチング耐性が強まる。レーザ光未照射箇所の混合物は、フッ酸によりエッチング除去される。
フッ酸溶液によるエッチングの際には、レーザ光の照射が行われた箇所のうち、500℃以上程度の高温になった混合物箇所のみが残り、その他の箇所はエッチング除去される現象を利用している。
上述したような性質を利用するためには、薄膜8を、酸化珪素を含有する混合物であり、吸熱部とそれ以外の箇所でのエッチング特性の違いによるパターニングをすることが可能な材料とすることが必要である。
According to the present invention, the microchemical chip 10 shown in FIG. 1 can be manufactured with high accuracy by a simple manufacturing method by thermal lithography using laser light.
Specifically, as described with reference to FIGS. 3A to 3D, the light absorption layer 9 made of Ge absorbs the laser beam and is formed thereon, an etching resistance change material layer, that is, A mixture of zinc sulfide and silicon oxide absorbs heat.
Thus, by forming the light absorption layer 9 in the lower layer, the heat absorption in the upper layer is performed in a narrow region, and a fine pattern can be formed.
More specifically, the thin film 8 made of the above-described material is more resistant to etching with hydrofluoric acid at the location irradiated with the laser. The mixture of portions not irradiated with the laser beam is removed by etching with hydrofluoric acid.
When etching with a hydrofluoric acid solution, only the portion of the mixture that has been heated to about 500 ° C. or more remains in the portion irradiated with laser light, and the other portions are removed by etching. Yes.
In order to utilize the properties as described above, the thin film 8 is a mixture containing silicon oxide, and a material that can be patterned by a difference in etching characteristics between the heat absorbing portion and other portions. is required.

なお、薄膜8については、酸化珪素とそれ以外の材料(本実施例では硫化亜鉛)を適宜混合し、あるいはその混合比を調節することにより、光・熱輻射によるエッチング耐性の変化を制御することができる。   For the thin film 8, a change in etching resistance due to light and heat radiation is controlled by appropriately mixing silicon oxide and other materials (zinc sulfide in this embodiment) or adjusting the mixing ratio. Can do.

また、光吸収層9は、金属や半導体により形成することにより、熱吸収効率が高められるので好ましい。
エッチング工程でフッ酸を使用する場合には、支持基板1や保護材20には、フッ酸に対して化学反応を示さない材料を選択する。
In addition, the light absorption layer 9 is preferably formed of a metal or a semiconductor because heat absorption efficiency is improved.
When hydrofluoric acid is used in the etching process, a material that does not exhibit a chemical reaction with hydrofluoric acid is selected for the support substrate 1 and the protective material 20.

また、側壁7の壁面は、対水接触角が40°以下であることが好ましく、更にはこれが親水性を示すようにすることにより、例えばDNA分析等の際に、分子が側壁7に付着して輸送の妨げとなってしまうような不具合は生じない。
側壁の壁面の対水接触角を40°以下とすることにより、分析材料の分子の側壁への付着を効果的に防止できる。
Further, the wall surface of the side wall 7 preferably has a water contact angle of 40 ° or less. Further, by making it show hydrophilicity, molecules adhere to the side wall 7 during DNA analysis, for example. Therefore, there will be no problems that hinder transportation.
By setting the water contact angle of the side wall surface to 40 ° or less, adhesion of molecules of the analysis material to the side wall can be effectively prevented.

また、側壁の壁面に対し、親水基となる所定の保護膜を形成することにより、上記分析材料の付着効果を高めることができる。
親水性が保持される期間が長い試料は前述の付着の不具合が生じにくく、図1に示す反応部4における目的物質の検出も高感度に得られることになる。
Moreover, the adhesion effect of the said analysis material can be heightened by forming the predetermined | prescribed protective film used as a hydrophilic group with respect to the wall surface of a side wall.
A sample having a long hydrophilicity retention period is less likely to cause the above-described adhesion failure, and detection of a target substance in the reaction unit 4 shown in FIG. 1 can be obtained with high sensitivity.

上述した本発明に係るパターン作製においては、X線リソグラフィーを用いた微細加工と同様に、幅数10nm程度のスケールで流路3を形成することが可能である。
更に、本発明によれば、側壁7のパターンの傾斜角は、一般的な微細加工によるパターンよりも急峻に形成でき、高さも数百nmのスケールまで高くできる。
また、レーザ光照射装置は、最終的に目的とするマイクロ化学チップの用途に応じて使用すればよく、極めて簡易な工程により、精密な構造のマイクロ化学チップを、低コストで作製できる。
レーザ光照射の際には、照射位置分布をプログラムすることにより、数十〜数百ナノメートルスケールでの自動描画が高制御で可能である。
In the above-described pattern production according to the present invention, the flow path 3 can be formed on a scale with a width of about several tens of nanometers, as in the fine processing using X-ray lithography.
Furthermore, according to the present invention, the inclination angle of the pattern of the side wall 7 can be formed steeper than a pattern by general fine processing, and the height can be increased to a scale of several hundred nm.
In addition, the laser light irradiation apparatus may be used depending on the intended use of the microchemical chip, and a microchemical chip having a precise structure can be manufactured at a low cost by an extremely simple process.
When laser beam irradiation is performed, automatic drawing on the scale of several tens to several hundreds of nanometers can be performed with high control by programming the irradiation position distribution.

〔実施例2〕
本発明のマイクロ化学チップの他の一例の概略図を図4(a)、(b)に示す。
なお、図4(a)は概略上面図を示し、図4(b)は概略断面図を示す。
本例においては、マイクロ化学チップはマイクロリアクタの役割を果たすものとする。
図4のマイクロ化学チップ30においては、側壁7により形成された反応室4に、酸化珪素と酸化亜鉛の混合物(組成モル比8:2)が、半球状もしくは球状の空隙を覆うように形成されている、すなわちエッチング耐性変化材料よりなる球の形状の一部を形成する孔質部11が形成されている。
[Example 2]
A schematic view of another example of the microchemical chip of the present invention is shown in FIGS.
4A shows a schematic top view, and FIG. 4B shows a schematic cross-sectional view.
In this example, the microchemical chip serves as a microreactor.
In the microchemical chip 30 of FIG. 4, a mixture of silicon oxide and zinc oxide (composition molar ratio 8: 2) is formed in the reaction chamber 4 formed by the side wall 7 so as to cover the hemispherical or spherical voids. That is, a porous portion 11 is formed which forms a part of a spherical shape made of an etching resistance changing material.

図4に示すように、マイクロ化学チップ30は、支持基板1上に、酸化珪素と酸化亜鉛の混合物からなる孔質部11が部分的に形成されているが、この孔質部11は、直径約40nmの球状、もしくは半球状の外側部を、酸化珪素と酸化亜鉛の混合物により形成されており、それらが連結することによって突起状となっている。   As shown in FIG. 4, in the microchemical chip 30, a porous portion 11 made of a mixture of silicon oxide and zinc oxide is partially formed on the support substrate 1, and this porous portion 11 has a diameter of A spherical or hemispherical outer portion of about 40 nm is formed of a mixture of silicon oxide and zinc oxide, and has a projection shape when they are connected.

次に、図4のマイクロ化学チップ30の作製方法について、図5(a)〜(h)を参照して説明する。
先ずシリコンよりなる支持基板1を、直径約40nmのシリカ微粒子を含有するコロイド液に浸し、一定速度で引き上げ、支持基板1上にシリカ微粒子を単層に二次元配列させた。その後、スパッタリング装置を用いて、支持基板表面に、硫化亜鉛(ZnS)と酸化珪素(SiO2)の混合物(モル比8:2)からなる薄膜(膜厚40nmm)を形成する。
Next, a method for producing the microchemical chip 30 of FIG. 4 will be described with reference to FIGS.
First, the support substrate 1 made of silicon was immersed in a colloidal solution containing silica fine particles having a diameter of about 40 nm, and pulled up at a constant speed, so that the silica fine particles were two-dimensionally arranged in a single layer on the support substrate 1. Thereafter, a thin film (film thickness: 40 nm) made of a mixture (molar ratio 8: 2) of zinc sulfide (ZnS) and silicon oxide (SiO 2 ) is formed on the surface of the support substrate using a sputtering apparatus.

以下詳細に説明する。
図5(a)は、シリカ微粒子12の2次元配列構造体が支持基板1上に形成された状態の概略断面図である。
図5(b)は、シリカ微粒子12の2次元配列構造体上に、酸化珪素と酸化亜鉛の混合物よりなる薄膜13が形成された状態の概略断面図を示す。
厳密には、微粒子12を被覆するように薄膜13が形成されるが、図においては簡略化している。
スパッタリングを行い、その後、支持基板を所定のレーザ照射装置に固定し、青色半導体レーザ(波長:405nm、N.A.0.85のレンズで集光)を用いて、図5(c)に示すように特定箇所にレーザ光の照射を、連続もしくはパルス状にて行った(図中、符号14は、レーザ光照射部)。
その後、支持基板ごとにフッ酸溶液(約2wt%)に数十秒間浸し、その後純水洗浄し、乾燥処理を施した。
上述のようにして、硫化亜鉛(ZnS)と酸化珪素(SiO2)の混合物のレーザ照射部
14のみを残した、孔質部11が形成された支持基板が作製された(図5(d))。
レーザ未照射部分の酸化珪素と酸化亜鉛の混合物、及びシリカ微粒子は、フッ酸により反応して除去される。
This will be described in detail below.
FIG. 5A is a schematic cross-sectional view of a state in which a two-dimensional array structure of silica fine particles 12 is formed on the support substrate 1.
FIG. 5B shows a schematic cross-sectional view of a state in which a thin film 13 made of a mixture of silicon oxide and zinc oxide is formed on a two-dimensional array structure of silica fine particles 12.
Strictly speaking, the thin film 13 is formed so as to cover the fine particles 12, but is simplified in the drawing.
Sputtering is performed, and then the support substrate is fixed to a predetermined laser irradiation apparatus, and a blue semiconductor laser (wavelength: 405 nm, condensing with a NA 0.85 lens) is used, as shown in FIG. As described above, the laser beam was irradiated continuously or in a pulsed manner at a specific location (in the figure, reference numeral 14 represents a laser beam irradiation unit).
Thereafter, each supporting substrate was immersed in a hydrofluoric acid solution (about 2 wt%) for several tens of seconds, then washed with pure water and subjected to a drying treatment.
As described above, a support substrate on which the porous portion 11 was formed was produced, leaving only the laser irradiation portion 14 of a mixture of zinc sulfide (ZnS) and silicon oxide (SiO 2 ) (FIG. 5D). ).
The mixture of silicon oxide and zinc oxide and silica fine particles in the laser non-irradiated portion are removed by reaction with hydrofluoric acid.

その後、更にスパッタリング装置を用いて、硫化亜鉛(ZnS)と酸化珪素(SiO2)の混合物(組成モル比8:2)からなる薄膜8(膜厚200nm)を形成した(図5(e))。
続いて、レーザ光照射装置に、支持基板を固定し、青色半導体レーザ(波長405nm)より放射される光をレンズ(N.A.0.85)で絞り、流路3、反応室4を形成する側壁7となる箇所に、レーザ光の照射を、連続もしくはパルス状にて行った(図5(f))。
その後、フッ酸溶液(約2wt%)に数十秒間浸し、純水洗浄を行い、乾燥処理を施した。
レーザ光の照射を行った箇所は、エッチング耐性が上がっており、エッチング処理後も残存し、その残存部分が側面となって流路の側壁7となる(図5(g))。
上述のようにして、本発明のマイクロ化学チップの基本骨格が形成される。
その後、流路3の所定の位置に、図1に示したマイクロバルブ6を設置する。
更に、上部に保護材20として樹脂製の基板を配置し、加熱処理後、急冷することにより接着させた(図5(h))。
必要に応じて流路とならない箇所に接着剤を入れ、固定を強化した。
Thereafter, a thin film 8 (thickness 200 nm) made of a mixture of zinc sulfide (ZnS) and silicon oxide (SiO 2 ) (composition molar ratio 8: 2) was further formed using a sputtering apparatus (FIG. 5E). .
Subsequently, the support substrate is fixed to the laser beam irradiation device, and the light emitted from the blue semiconductor laser (wavelength 405 nm) is reduced by the lens (NA 0.85) to form the flow path 3 and the reaction chamber 4. Laser beam irradiation was performed continuously or in a pulsed manner on the portion to be the side wall 7 (FIG. 5F).
Thereafter, it was immersed in a hydrofluoric acid solution (about 2 wt%) for several tens of seconds, washed with pure water, and dried.
The portion irradiated with the laser light has improved etching resistance and remains after the etching process, and the remaining portion becomes the side surface 7 of the flow path (FIG. 5G).
As described above, the basic skeleton of the microchemical chip of the present invention is formed.
Thereafter, the microvalve 6 shown in FIG. 1 is installed at a predetermined position of the flow path 3.
Further, a resin substrate was placed on the upper portion as the protective material 20, and after the heat treatment, it was bonded by quenching (FIG. 5 (h)).
If necessary, an adhesive was put in a place that does not become a flow path to strengthen the fixation.

図4(a)、(b)に示すマイクロ化学チップ30は、レーザ光を用いた熱リソグラフィーにより、簡易な製造方法で精度良く作製できる。
なお、この例においても、図3に示した製造工程のように、下層としてGe層よりなる光吸収層9を形成してレーザ光を吸収させ、その上層に形成した硫化亜鉛と酸化珪素の混合物よりなる薄膜に吸熱させた方が、狭い領域で吸熱が行われるので、微細なパターンを形成するために有利である。
レーザ光を照射された箇所のみ、上記混合物よりなる薄膜は、フッ酸に対するエッチング耐性が強められる。レーザ未照射箇所の混合物はフッ酸によりエッチング除去される。
フッ酸溶液によるエッチングの際には、レーザ照射が行われた箇所のうち、約500℃以上の高温になった混合物箇所のみが残り、その他の箇所はエッチング除去される現象を利用している。
このような現象は、酸化珪素を含有する混合物を適用して吸熱部とそれ以外の箇所でのエッチング特性の違いを利用してパターニングをすることにより利用することができる。
The microchemical chip 30 shown in FIGS. 4A and 4B can be accurately manufactured by a simple manufacturing method by thermal lithography using laser light.
In this example as well, as in the manufacturing process shown in FIG. 3, a light absorption layer 9 made of a Ge layer is formed as a lower layer to absorb laser light, and a mixture of zinc sulfide and silicon oxide formed on the upper layer is formed. When the thin film is made to absorb heat, heat is absorbed in a narrow region, which is advantageous for forming a fine pattern.
The etching resistance to hydrofluoric acid is enhanced in the thin film made of the above mixture only at the portion irradiated with the laser beam. The mixture at the laser unirradiated portion is removed by etching with hydrofluoric acid.
In the etching with a hydrofluoric acid solution, a phenomenon is used in which only a mixture portion having a high temperature of about 500 ° C. or more remains in the portions irradiated with laser, and the other portions are removed by etching.
Such a phenomenon can be used by applying a mixture containing silicon oxide and performing patterning by utilizing the difference in etching characteristics between the heat absorbing portion and other portions.

また、酸化珪素とそれ以外の材料(本実施例では硫化亜鉛)を適宜混合し、この混合比を調節することにより、光・熱輻射によりエッチング耐性を変化させ、制御することができる。
また、下層に形成する図3に示した光吸収層9は、金属や半導体であると光・熱吸収効率が優れているため好適である。
Further, by appropriately mixing silicon oxide and other materials (in this embodiment, zinc sulfide) and adjusting the mixing ratio, the etching resistance can be changed and controlled by light and heat radiation.
Further, the light absorption layer 9 shown in FIG. 3 formed in the lower layer is preferably a metal or semiconductor because it has excellent light / heat absorption efficiency.

図4に示したマイクロ化学チップ30においては、反応部4内に孔質部11が形成されている。
このマイクロ化学チップ30においては、反応部4内に、アミノシラン単分子を含む溶液を通した後、DNAを含有する溶液を通した際、孔質部11のみにDNAが付着することを確認した。
In the microchemical chip 30 shown in FIG. 4, the porous part 11 is formed in the reaction part 4.
In this microchemical chip 30, it was confirmed that DNA was attached only to the porous portion 11 when a solution containing aminosilane single molecule was passed through the reaction portion 4 and then a solution containing DNA was passed.

また、孔質部11は、対水接触角が40°以下であるものとし、親水性であり、上記のように、アミノシラン単分子を含有する溶液、及びDNA含有溶液を順に通すことにより、孔質部11のみに、アミノ修飾DNAを形成することができる。
生体分子は分子認識能、触媒能、自己修復機能等を有し、ハイブリダイゼーション等により、様々な応用が可能とされる。
The porous portion 11 has a water contact angle of 40 ° or less, is hydrophilic, and passes through a solution containing an aminosilane single molecule and a DNA-containing solution in order as described above. Amino-modified DNA can be formed only in the mass part 11.
Biomolecules have molecular recognition ability, catalytic ability, self-healing function, etc., and various applications are possible by hybridization and the like.

生体分子のパターン上への選択的な配列固定は、DNAコンピュータ、メモリ、ナノマシン等の生体分子統合デバイス作製に有用である。
本発明のマイクロ化学チップ30のように、孔質部11を設けることにより、高機能の反応部が形成され、更には、ハイブリダイゼーションの土台の役割も果たすことができる。
Selective array fixation on a biomolecule pattern is useful for producing biomolecule integrated devices such as DNA computers, memories, and nanomachines.
By providing the porous part 11 as in the microchemical chip 30 of the present invention, a highly functional reaction part is formed, and it can also serve as a foundation for hybridization.

また、レーザ光の照射を行う際には、レーザ光の照射位置分布をプログラムすることにより、数十〜数百ナノメートルスケールでの自動描画が高制御で可能である。
光リソグラフィーのようにマスクを必ずしも必要とせず、チップに応じて回路パターンを容易に変更することができる。
また、微粒子のサイズを変えることでもパターンを設計することができる。
微粒子の粒子サイズと、硫化亜鉛と酸化珪素の混合物の厚みとの割合からエッチング後の形状も制御できる。
In addition, when laser light irradiation is performed, automatic drawing on the scale of several tens to several hundreds of nanometers can be performed with high control by programming the irradiation position distribution of the laser light.
Unlike photolithography, a mask is not necessarily required, and the circuit pattern can be easily changed according to the chip.
The pattern can also be designed by changing the size of the fine particles.
The shape after etching can also be controlled from the ratio between the particle size of the fine particles and the thickness of the mixture of zinc sulfide and silicon oxide.

〔実施例3〕
図6に、本発明のマイクロ化学チップの他の一例の概略上面図を示す。
この図6においては、最上層に形成する保護材は省略されている。
このマイクロ化学チップ40は、樹脂製の支持基板1上に、試薬導入部(図示せず)、流路3、反応部(センサ部)4が形成されている。
流路3の側壁7は、硫化亜鉛(ZnS)と酸化珪素(SiO2)との混合物(組成モル比9:1)よりなり、対水接触角が40°以下であり、親水性を示すものとする。
このマイクロ化学チップ40の作製方法に関しては、上述した実施例1と同様とすることができる。但し、レーザ光の照射の際に、照射位置分布を制御して、図6の形状の流路を形成するようにプログラムして描画したものとする。
また、硫化亜鉛と酸化珪素の混合物の組成モル比は、実施例1が8:2であったのに対し、9:1とした。組成比を変化させても、微細な流路のパターンを高精度で形成できた。
Example 3
FIG. 6 shows a schematic top view of another example of the microchemical chip of the present invention.
In FIG. 6, the protective material formed on the uppermost layer is omitted.
In the microchemical chip 40, a reagent introduction part (not shown), a flow path 3, and a reaction part (sensor part) 4 are formed on a resin support substrate 1.
The side wall 7 of the channel 3 is made of a mixture of zinc sulfide (ZnS) and silicon oxide (SiO 2 ) (composition molar ratio 9: 1), has a water contact angle of 40 ° or less, and exhibits hydrophilicity. And
The manufacturing method of the microchemical chip 40 can be the same as in the first embodiment. However, it is assumed that the irradiation position distribution is controlled and the program is drawn so as to form the flow path having the shape of FIG.
The composition molar ratio of the mixture of zinc sulfide and silicon oxide was 9: 1 compared to 8: 2 in Example 1. Even if the composition ratio was changed, a fine flow path pattern could be formed with high accuracy.

〔実施例4〕
図7に、本発明のマイクロ化学チップの他の一例の概略断面図を示す。
この構成は、上述した実施例2におけるマイクロ化学チップの構成とほぼ同様である。
図7のマイクロ化学チップ50は、樹脂製の支持基板1上に、試薬導入部(図示せず)、流路3、反応部(センサ部)4が形成されている。
流路3を形成する側壁7は酸化亜鉛(ZnO)と、酸化珪素(SiO2)との混合物(組成モル比8:2)からなるものとし、対水接触角が40°以下であるものとし、親水性を示すものとする。
作製方法については、上述した実施例2と同様とすることができるが、側壁の下層として、光吸収層9のAgInSbTeよりなる層を形成する。
実施例2においては、Ge層を光吸収層としたが、本例においても光吸収層として優れた効果が発揮されることが確かめられた。
また、酸化亜鉛と酸化珪素のスパッタリング時間は比較的短くし、堆積される膜の膜厚を薄くした。
その結果、エッチング後に最終的に作製される孔質部3の構造はほぼ半球状となった。
Example 4
FIG. 7 shows a schematic cross-sectional view of another example of the microchemical chip of the present invention.
This configuration is almost the same as the configuration of the microchemical chip in Example 2 described above.
In the microchemical chip 50 of FIG. 7, a reagent introduction part (not shown), a flow path 3, and a reaction part (sensor part) 4 are formed on a resin support substrate 1.
The side wall 7 forming the flow path 3 is made of a mixture (composition molar ratio 8: 2) of zinc oxide (ZnO) and silicon oxide (SiO 2 ), and the contact angle with water is 40 ° or less. It shall show hydrophilicity.
The manufacturing method can be the same as in Example 2 described above, but a layer made of AgInSbTe of the light absorption layer 9 is formed as the lower layer of the side wall.
In Example 2, the Ge layer was used as the light absorption layer, but it was confirmed that the excellent effect as the light absorption layer was exhibited also in this example.
Moreover, the sputtering time of zinc oxide and silicon oxide was made relatively short, and the film thickness of the deposited film was made thin.
As a result, the structure of the porous part 3 finally produced after the etching was almost hemispherical.

本発明は、上述した実施例1〜4に限定されるものではなく、構成上、本発明の要旨を逸脱しない範囲で応用することができる。
例えば、光吸収層9形成要の材料は、Geの他、III-V族化合物半導体等も適用できる。
また、側壁7を形成する材料の酸化珪素に含有させる材料としては、硫化亜鉛の他、酸化亜鉛、酸化アルミニウム、窒化珪素、窒化アルミニウム等が適用できる。
孔質部11を形成するために使用する、図5に示した微粒子12の径や、薄膜の膜厚は適宜調節するものとし、そのパターニング形状を、半球状、円柱状等、種々の形状に選定することができる。
また、側壁形成の際には、レーザ光を照射する方法の他、局所的に熱を加える方法も適用でき、熱リソグラフィー技術を利用できる。但し、レーザ光を照射する方法の方が、より精度を高くすることができ好ましい。
図5に示した作製工程図における、支持基板1上に形成した微粒子12の層数は単層に限らず、複数層でもよい。
微粒子12の大きさについては、同一粒径である方が、作製精度等の観点から望ましい。
微粒子12の種類としては、フッ酸でエッチング除去できるアモルファスシリカの他、熱やトルエンで除去できるポリスチレン等も適用できる。
マイクロ化学チップの応用は、マイクロリアクタ(マイクロファクトリー)の他、光学素子、バイオセンサー、DNAコンピュータ、DNAメモリ、生体分子統合デバイス等、多岐にわたる。
The present invention is not limited to the first to fourth embodiments described above, and can be applied within a range that does not depart from the gist of the present invention.
For example, as a material for forming the light absorption layer 9, a III-V group compound semiconductor or the like can be applied in addition to Ge.
Further, as a material to be included in silicon oxide as a material for forming the sidewall 7, zinc oxide, aluminum oxide, silicon nitride, aluminum nitride, or the like can be applied in addition to zinc sulfide.
The diameter of the fine particles 12 shown in FIG. 5 and the film thickness of the thin film used to form the porous portion 11 are appropriately adjusted, and the patterning shape can be various shapes such as a hemispherical shape and a cylindrical shape. Can be selected.
In addition, when forming the sidewall, in addition to the method of irradiating with laser light, a method of locally applying heat can be applied, and a thermal lithography technique can be used. However, the method of irradiating with laser light is preferable because it can increase the accuracy.
In the manufacturing process diagram shown in FIG. 5, the number of layers of the fine particles 12 formed on the support substrate 1 is not limited to a single layer, and may be a plurality of layers.
About the magnitude | size of the microparticles | fine-particles 12, it is desirable from viewpoints, such as preparation accuracy, that it is the same particle size.
As the kind of the fine particles 12, in addition to amorphous silica which can be removed by etching with hydrofluoric acid, polystyrene which can be removed by heat or toluene can be applied.
In addition to microreactors (microfactories), applications of microchemical chips are diverse, including optical elements, biosensors, DNA computers, DNA memories, and biomolecule integrated devices.

本発明のマイクロ化学チップの概略斜視図を示す。1 shows a schematic perspective view of a microchemical chip of the present invention. マイクロ化学チップの要部の概略図を示す。The schematic of the principal part of a microchemical chip is shown. (a)〜(d)本発明のマイクロ化学チップの作製工程図を示す。(A)-(d) The manufacturing process figure of the microchemical chip of this invention is shown. (a)本発明のマイクロ化学チップの他の一例の概略上面図を示す。(b)本発明のマイクロ化学チップの他の一例の概略断面図を示す。(A) A schematic top view of another example of the microchemical chip of the present invention is shown. (B) A schematic cross-sectional view of another example of the microchemical chip of the present invention is shown. (a)〜(h)本発明のマイクロ化学チップの他の一例の作製工程図を示す。(A)-(h) The manufacturing process figure of another example of the microchemical chip of this invention is shown. 本発明のマイクロ化学チップの他の一例の概略上面図を示す。The schematic top view of another example of the microchemical chip of the present invention is shown. 本発明のマイクロ化学チップの他の一例の概略断面図を示す。The schematic sectional drawing of the other example of the microchemical chip of this invention is shown.

符号の説明Explanation of symbols

1 支持基板
2 試薬導入部
3 流路
4 反応部
5 リザーバ
6 マイクロバルブ
7 側壁
8 薄膜
9 光吸収層
10 マイクロ化学チップ
11 孔質部
12 微粒子
13 薄膜
20 保護材
30 マイクロ化学チップ
40 マイクロ化学チップ
50 マイクロ化学チップ
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Support substrate 2 Reagent introduction part 3 Flow path 4 Reaction part 5 Reservoir 6 Micro valve 7 Side wall 8 Thin film 9 Light absorption layer 10 Micro chemical chip 11 Porous part 12 Fine particle 13 Thin film 20 Protective material 30 Micro chemical chip 40 Micro chemical chip 50 Micro chemical chip

Claims (12)

支持基板上に、側壁によって形成されている、液体若しくは気体の試料を保存し輸送させる保存・搬送部と前記試料を反応させる反応部とを有するマイクロ化学チップであって、
前記側壁は、レーザ光照射若しくは熱輻射によりエッチング材料に対する耐性が変化するエッチング耐性変化材料により形成されているものであり、
前記エッチング耐性変化材料は、酸化亜鉛、硫化亜鉛、酸化アルミニウム、窒化珪素、窒化アルミニウムのいずれかと、酸化珪素の混合物からなることを特徴とするマイクロ化学チップ。
A microchemical chip having a storage / conveying unit for storing and transporting a liquid or gaseous sample and a reaction unit for reacting the sample, which are formed by side walls on a support substrate,
The sidewalls state, and are not formed by etching resistance change material which changes its resistance to etching materials by irradiation or thermal radiation laser beam,
The microchemical chip according to claim 1, wherein the etching resistance changing material is made of a mixture of zinc oxide, zinc sulfide, aluminum oxide, silicon nitride, aluminum nitride and silicon oxide .
前記側壁は、対水接触角が40°以下であり、前記エッチング耐性変化材料より形成されていることを特徴とする請求項1に記載のマイクロ化学チップ。   2. The microchemical chip according to claim 1, wherein the side wall has a water contact angle of 40 ° or less and is formed of the etching resistance changing material. 前記反応部に、前記エッチング耐性変化材料よりなり、少なくとも球形状の一部を有する孔質部が形成されていることを特徴とする請求項1又は2に記載のマイクロ化学チップ。 3. The microchemical chip according to claim 1, wherein the reaction part is formed with a porous part made of the etching resistance changing material and having at least a part of a spherical shape. 4. 前記側壁は、レーザ光照射によりエッチング材料に対する耐性が変化するエッチング耐性変化材料により形成されているものであり、
前記エッチング耐性変化材料の下部に、レーザ光を吸収し発熱する材料よりなる光吸収層が形成されていることを特徴とする請求項1乃至3のいずれか一項に記載のマイクロ化学チップ。
The side wall is formed of an etching resistance changing material whose resistance to an etching material changes by laser light irradiation,
4. The microchemical chip according to claim 1, wherein a light absorption layer made of a material that absorbs laser light and generates heat is formed below the etching resistance changing material. 5.
前記光吸収層は、半導体若しくは金属であることを特徴とする請求項4に記載のマイクロ化学チップ。 The microchemical chip according to claim 4, wherein the light absorption layer is a semiconductor or a metal. 支持基板上に、側壁によって形成されている、液体若しくは気体の試料を保存し輸送させる保存・搬送部と前記試料を反応させる反応部とを有するマイクロ化学チップの製造方法であって、
前記側壁の形成に関し、
前記支持基板上に、酸化亜鉛、硫化亜鉛、酸化アルミニウム、窒化珪素、窒化アルミニウムのいずれかと、酸化珪素の混合物からなるエッチング耐性変化材料を成膜する工程と、
前記エッチング耐性変化材料が成膜された前記支持基板の一部、若しくは全域に対し、レーザ光を照射し、あるいは加熱処理を加え、前記光照射部あるいは熱処理部のエッチング耐性を変化させる工程と、
前記エッチング耐性変化材料のうち、エッチング耐性を変化させた部分を残存させてエッチング処理を行う工程とを有することを特徴とするマイクロ化学チップの製造方法。
A method for producing a microchemical chip, comprising a storage / conveying part for storing and transporting a liquid or gaseous sample, and a reaction part for reacting the sample, formed by side walls on a support substrate,
Regarding the formation of the side wall,
On the support substrate, a step of forming an etching resistance changing material made of a mixture of zinc oxide, zinc sulfide, aluminum oxide, silicon nitride, aluminum nitride, and silicon oxide , and
A step of irradiating a part of or the entire region of the support substrate on which the etching resistance changing material is formed, or applying a heat treatment to change the etching resistance of the light irradiation portion or the heat treatment portion;
And a step of performing an etching process by leaving a portion of the etching resistance changing material in which the etching resistance has been changed.
支持基板上に、側壁によって形成されている、液体若しくは気体の試料を保存し輸送させる保存・搬送部と前記試料を反応させる反応部とを有し、前記反応部に、所定のエッチング耐性変化材料よりなり、少なくとも球形状の一部を有する孔質部が形成されているマイクロ化学チップの製造方法であって、
前記孔質部の形成に関し、
前記支持基板上に、予め微粒子配列層を形成する工程と、
前記微粒子配列層上に、酸化亜鉛、硫化亜鉛、酸化アルミニウム、窒化珪素、窒化アルミニウムのいずれかと、酸化珪素の混合物からなるエッチング耐性変化材料を成膜する工程と、
前記エッチング耐性変化材料が成膜された前記支持基板の一部、若しくは全域に対し、レーザ光を照射し、あるいは加熱処理を加え、前記光照射部あるいは熱処理部のエッチング耐性を変化させる工程と、
前記エッチング耐性変化材料のうちエッチング耐性を変化させた部分を残存させてエッチング処理を行う工程と
前記微粒子を除去する工程とを有することを特徴とするマイクロ化学チップの製造方法。
A support substrate has a storage / conveying unit for storing and transporting a liquid or gaseous sample and a reaction unit for reacting the sample, which are formed by side walls, and a predetermined etching resistance changing material in the reaction unit. A microchemical chip manufacturing method in which a porous portion having at least a part of a spherical shape is formed,
Regarding the formation of the porous part,
Forming a fine particle arrangement layer in advance on the support substrate;
A step of forming an etching resistance changing material made of a mixture of any of zinc oxide, zinc sulfide, aluminum oxide, silicon nitride, aluminum nitride and silicon oxide on the fine particle array layer;
A step of irradiating a part of or the entire region of the support substrate on which the etching resistance changing material is formed, or applying a heat treatment to change the etching resistance of the light irradiation portion or the heat treatment portion;
A step of performing an etching process by leaving a portion of the etching resistance changing material that has changed the etching resistance ; and
And a step of removing the fine particles .
前記エッチング耐性変化材料の一部を除去する工程、前記微粒子を除去する工程を同時に行うことを特徴とする請求項に記載のマイクロ化学チップの製造方法。 8. The method of manufacturing a microchemical chip according to claim 7 , wherein the step of removing a part of the etching resistance changing material and the step of removing the fine particles are simultaneously performed. 前記微粒子が、酸化珪素含有材料よりなるものであることを特徴とする請求項又はに記載のマイクロ化学チップの製造方法。 The method for producing a microchemical chip according to claim 7 or 8 , wherein the fine particles are made of a silicon oxide-containing material. 前記微粒子配列層を形成する工程は、当該微粒子を含む分散液を、支持基板上に塗布し、溶媒蒸発させることによって行うことを特徴とする請求項7乃至9のいずれか一項に記載のマイクロ化学チップの製造方法。 The step of forming the fine particle arrangement layer, a dispersion containing the fine particles, and coated on a support substrate, according to any one of claims 7 to 9, characterized in that by evaporation of the solvent Manufacturing method of microchemical chip. 前記エッチング耐性変化材料を除去する工程においては、酸もしくはアルカリを用いた化学反応による除去を行うことを特徴とする請求項6乃至10のいずれか一項に記載のマイクロ化学チップの製造方法。 The method for producing a microchemical chip according to any one of claims 6 to 10 , wherein in the step of removing the etching resistance changing material, removal by a chemical reaction using acid or alkali is performed. 支持基板は、樹脂もしくはシリコン単体であることを特徴とする請求項6乃至11のいずれか一項に記載のマイクロ化学チップの製造方法。 The method for producing a microchemical chip according to any one of claims 6 to 11 , wherein the support substrate is made of resin or silicon alone .
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