JP5187442B2 - マイクロチップ - Google Patents

Description

この発明は、接合したマイクロチップに関し、特に、２つの樹脂製基板の一方に立体構造を有するマイクロチップに関する。

微細加工技術を利用してシリコンやガラス基板上に微細な流路や回路を形成し、微小空間で核酸、タンパク質、又は血液などの液体試料の化学反応や、分離、分析などを行うマイクロ分析チップ、あるいはμＴＡＳ（Ｍｉｃｒｏ Ｔｏｔａｌ Ａｎａｌｙｓｉｓ Ｓｙｓｔｅｍｓ）と称される装置が実用化されている。このようなマイクロチップの利点としては、サンプルや試薬の使用量又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る。

マイクロチップは、少なくとも一方の部材に微細加工が施された２つの部材をはり合わせることにより製造される。従来においては、マイクロチップにはガラス基板が用いられ、様々な微細加工方法が提案されている。しかしながら、ガラス基板は大量生産には向かず、非常に高コストであるため、廉価で使い捨て可能な樹脂製のマイクロチップの開発が望まれている。

樹脂製のマイクロチップを製造するためには、表面に流路用溝を有する樹脂製基板と、流路用溝をカバーする樹脂製基板とを接合する。流路用溝を有する樹脂製基板は、射出成形法、プレス成形法、又は機械加工法などの方法によって製造される。そして、流路用溝を内側にして、表面に流路用溝を有する樹脂製基板と、カバー用の樹脂製基板とを接合する。この接合によって、カバー用の樹脂製基板が流路用溝の蓋（カバー）として機能し、流路用溝によって微細流路が形成される。これにより、内部に微細流路を有するマイクロチップが製造される。樹脂製基板同士の接合には、熱板、熱風、熱ロール、超音波、振動、レーザなどを用いて樹脂製基板を加熱して圧接する溶着方法、接着剤や溶剤を用いて樹脂製基板を接合する接着方法、樹脂製基板自体の粘着性を利用して接合する方法、及び、樹脂製基板にプラズマ処理などの表面処理を施すことで基板同士を接合する方法などが挙げられる。

また、流路用溝を有する樹脂製基板には、樹脂製基板の厚さ方向に貫通する貫通孔が形成されている。この貫通孔は流路用溝に繋がっている。さらに、流路用溝を有する樹脂製基板には、流路用溝が形成されている表面とは反対側の表面に、貫通孔を囲んで筒状の突起部が設けられている（例えば特許文献１）。この突起部に、チューブやノズルなどを嵌合して、液体試料を流路用溝に導入し、また、流路用溝から液体試料を排出する。

図７に示すように、上記した方法により、２つの樹脂製基板１００、２００（以下、「基板」という）を接合する場合、２つの基板１００、２００を挟むための治具Ｄが用いられる。治具Ｄにより挟まれた２つの基板１００、２００を図７（ａ）に示す。２つの基板１００、２００を接合するとき、治具Ｄと接触すべき基板１００、２００の全部の面に治具Ｄを均一に接触させる必要がある。

特開２００６−２３４６００号公報

平坦な２つの基板を治具により挟む場合に、治具と接触すべき基板の全部の面に治具を均一に接触させることは比較的に容易である。しかしながら、図７（ａ）に示すように、一方の基板１００が突起部１２０等の立体構造を有している場合に、突起部１２０の上面１２２に対して、他の平坦な部位の面と同様に均一に治具Ｄを接触させることは困難を伴うという問題点があった。例えば、治具Ｄに立体構造を加工した場合に、突起部１２０の上面１２２に接する治具Ｄの実寸法と、突起部１２０の下部１２１に接する治具Ｄの実寸法との間に、設計値に対して数十μｍ程度の加工寸法誤差がある。このような加工寸法誤差を有する治具Ｄにより２つの基板１００、２００を挟んだとき、治具Ｄが突起部１２０の上面１２２に強く接し、他の平坦な部位の面に弱く接することで、突起部１２０に加わる圧力Ｐが所定値を超える場合と、反対に、治具Ｄが突起部１２０の上面１２２に弱く接し、他の平坦な部位の面に強く接することで、突起部１２０に加わる圧力Ｐが所定値に満たない場合が生じる。

また、突起部１２０に加わる圧力Ｐが所定値を超えた場合、貫通孔１３０の基端側縁１３１が変形して、深さＴａを有する流路用溝１１０をつぶし、流路用溝１１０がつぶれた状態で２つの基板１００、２００を接合してしまうという問題点があった。つぶれた状態の流路用溝１１０を図７（ｂ）に示す。反対に、突起部１２０の上面１２２に加わる力が所定力に満たない場合、貫通孔１３０の基端側縁１３１の周辺（突起部１２０の真下）に未接合の部分が発生するという問題点があった。貫通孔１３０の基端側縁１３１の周辺に発生した未接合の部分を図７（ｃ）に示す。

上記液体試料の化学反応等の試験において、上記したように、流路用溝１１０がつぶれた状態で２つの基板１００、２００を接合したマイクロチップ、又は、貫通孔１３０の基端側縁１３１の周辺に未接合の部分を発生させたマイクロチップを用いた場合、同じ試料、及び、条件から同じ結果が得られるとは限らず、再現性を低下させる。

この発明は、上記の問題を解決するものであり、再現性に優れたマイクロチップを提供することを目的とする。

上記課題を解決するため、この発明の第１の形態は、２つの樹脂製基板のうち少なくとも１つの樹脂製基板の表面には流路用溝が形成され、前記流路用溝が形成される面を内側にして前記２つの樹脂製基板が接合され、前記２つの樹脂製基板のいずれか一方の樹脂製基板には、前記２つの樹脂製基板が接合する面とは反対側の面から前記流路用溝に繋がる略円形断面形状の貫通孔が形成されると共に、前記反対側の面に、前記貫通孔を囲むように設けられた前記樹脂製基板の厚さ方向に突出する突起部が形成されたマイクロチップにおいて、前記２つの樹脂製基板の一方又は他方の樹脂製基板の前記接合する面であって、前記接合する面に対して略直交する方向から前記突起部を投影させた場合の前記接合する面に、前記貫通孔と同心の略円形断面形状で前記樹脂製基板の厚さ方向と同方向の深さを有する空隙部が形成され、前記略直交する方向から前記接合する面に前記貫通孔の基端側縁を投影させた場合の前記貫通孔の基端側の径をφａとし、前記接合する面に接する前記空隙部の端縁側の径をφｃとすると、φｃ＞φａの関係を満たすことを特徴とするマイクロチップである。

また、この発明の第２の形態は、第１の形態に係るマイクロチックであって、前記略直交する方向から前記接合する面に前記突起部の基端を投影させた場合の前記突起部の基端側の径をφｂとすると、２．５×φｂ＞φｃの関係を満たすことを特徴とする。

さらに、この発明の第３の形態は、第２の形態に係るマイクロチップであって、φｂ≧φｃの関係を満たすことを特徴とする。

さらに、この発明の第４の形態は、第１から第３のいずれかの形態に係るマイクロチップであって、前記空隙部は、前記２つの樹脂製基板のうち前記流路用溝が形成された樹脂製基板の前記接合する面に形成され、さらに、前記空隙部は、前記２つの樹脂製基板を接合した場合でも、前記貫通孔の基端側縁と前記接合する面との間に隙間を残しておくような前記深さを有していることを特徴とする。

さらに、この発明の第５の形態は、第４の形態に係るマイクロチップであって、前記空隙部の深さをＴｃ、前記樹脂製基板の厚さをＴ、前記流路用溝の深さをＴａとすると、Ｔａ≦Ｔｃ≦Ｔ／２の関係を満たすことを特徴とする。

さらに、この発明の第６の形態は、第４の形態に係るマイクロチップであって、前記空隙部は、前記空隙部の端縁側から前記貫通孔の基端側縁に向かって斜めに傾斜する周壁面を有することを特徴とする。

さらに、この発明の第７の形態は、第４の形態に係るマイクロチップであって、前記空隙部は、前記空隙部の端縁側から前記貫通孔の先端側縁に向かって斜めに傾斜する周壁面を有することを特徴とする。

この発明の第１の形態によると、一方の樹脂製基板に突起部を有している場合に、基板同士を接合するときに、流路用溝を所望の形状に保ち、未接合の部分の発生を防止することができ、再現性を向上させることが可能となる。

また、この発明の第２、及び、第３の形態によると、再現性をさらに向上させることが可能となる。

さらに、この発明の第４の形態によると、基板同士を接合するに、流路用溝の所定の形状に保つことが可能となる。

さらに、この発明の第５から第７の各形態によると、基板同士を接合するに、流路用溝の所定の形状に保つことが一層可能となる。

（ａ）〜（ｃ）は、この発明の第１実施形態に係るマイクロチップを貫通孔の中心に沿って切断した場合の断面図であって、それぞれの空隙部の形状を異ならせた図である。 （ａ）はマイクロチップの製造装置の断面図、（ｂ）は（ａ）のｂ−ｂ線断面図、（ｃ）は（ａ）のｃ−ｃ線断面図である。 （ａ）〜（ｃ）は、この発明の第２実施形態に係るマイクロチップを貫通孔の中心に沿って切断した場合の断面図であって、それぞれの空隙部の形状を異ならせた図である。 （ａ）〜（ｃ）は、この発明の第３実施形態に係るマイクロチップを貫通孔の中心に沿って切断した場合の断面図であって、それぞれの空隙部の形状を異ならせた図である。 （ａ）及び（ｂ）は、この発明の第４実施形態に係るマイクロチップを貫通孔の中心に沿って切断した場合の断面図であって、それぞれの空隙部の形状を異ならせた図である。 マイクロチップの試験結果を示した図である。 従来例に係るマイクロチップの製造装置の断面図である。

（第１実施形態）
この発明の第１実施形態に係るマイクロチップについて図１及び図２を参照して説明する。図１（ａ）〜（ｃ）はこの発明の第１実施形態に係るマイクロチップを貫通孔の中心に沿って切断した場合の断面図、図２（ａ）はマイクロチップの製造装置の断面図、（ｂ）は（ａ）のｂ−ｂ線断面図、（ｃ）は（ａ）のｃ−ｃ線断面図である。

この実施形態に係るマイクロチップは、樹脂製基板１０と樹脂製基板２０とを備えて構成されている。樹脂製基板１０の表面には、流路用溝１１が形成されている。また、樹脂製基板１０の接合の相手側となる樹脂製基板２０は、平板状の基板であり、シート状、フィルム状等のものが用いられる。そして、流路用溝１１が形成されている面を内側にして、樹脂製基板１０と樹脂製基板２０とを接合する。これにより、樹脂製基板２０が流路用溝１１の蓋（カバー）として機能し、流路用溝１１によって微細流路が形成されて、流路用溝１１による微細流路を内部に有するマイクロチップが製造される。

樹脂製基板１０には、基板の厚さ方向に貫通する貫通孔１３が形成されている。この貫通孔１３は流路用溝１１に接して、樹脂製基板１０と樹脂製基板２０とが接合する面とは反対側の面から流路用溝１１に繋がっている。ここで、「接合する面」とは、流路用溝１１が形成されている樹脂製基板１０の面、及び／又は、その樹脂製基板１０の面に接合する樹脂製基板２０の面をいう。樹脂製基板１０と樹脂製基板２０とを接合することで、流路用溝１１と外部とを接続する開口部になる。貫通孔１３は流路用溝１１に繋がっているため、その貫通孔１３による開口部は微細流路に繋がっている。開口部（貫通孔１３）は、ゲル、液体試料、又は緩衝液などの導入、保存、又は排出を行うための孔である。この開口部（貫通孔１３）に、分析装置に設けられたチューブやノズルを接続し、そのチューブやノズルを介して、ゲル、液体試料、又は緩衝液などを微細流路に導入し、又は、流路用溝１１から排出する。

さらに、樹脂製基板１０には、流路用溝１１が形成されている表面とは反対側の表面に凹凸部材が設けられている。例えば図１（ａ）に示すように、樹脂製基板１０には、流路用溝１１が形成されている表面とは反対側の表面に、円錐台状の突起部１２が設けられている。この突起部１２は、樹脂製基板１０の厚さ方向に突出しており、貫通孔１３を囲んで設けられている。ここで、突起部１２は、樹脂製基板１０に一体的に設けられているが、別部材として成形し、樹脂製基板１０に接合されてもよい。この突起部１２に、チューブやノズルを嵌合して、液体試料などの導入や排出を行う。なお、図１（ａ）に示す突起部１２は、断面形状が円錐台状の形状を有しているが、これは１例であり、円柱状、角柱状、円錐台状、角錐台状等の形状を有していても良い。

樹脂製基板１０の外形形状は、ハンドリング、分析しやすい形状であれば良く、正方形や長方形などの形状が好ましい。１例として、１０ｍｍ角〜２００ｍｍ角の大きさであれば良い。また、１０ｍｍ角〜１００ｍｍ角の大きさであっても良い。また、貫通孔１３の内径は分析手法や分析装置に合わせれば良く、例えば２ｍｍ程度であれば良い。

微細流路の形状は、分析試料、試薬の使用量を少なくできること、成形金型の作製精度、転写性、離型性などを考慮して、幅、深さともに、１０μｍ〜２００μｍの範囲内の値であることが好ましいが、特に限定されるものではない。また、流路用溝１１の幅と深さは、マイクロチップの用途によって決めれば良い。なお、流路用溝１１の断面の形状は矩形状でも良いし、曲面状でも良い。

流路用溝１１が形成された樹脂製基板１０の板厚は、成形性を考慮して、０．２ｍｍ〜５ｍｍが好ましく、０．５ｍｍ〜２ｍｍがより好ましい。流路用溝１１を覆うための蓋（カバー）として機能する樹脂製基板２０の板厚は、成形性を考慮して、０．２ｍｍ〜５ｍｍが好ましく、０．５ｍｍ〜２ｍｍがより好ましい。また、蓋（カバー）として機能する樹脂製基板２０に流路用溝１１を形成しない場合、板状の部材ではなく、フィルム（シート状の部材）を用いても良い。この場合、フィルムの厚さは、３０μｍ〜３００μｍであることが好ましく、５０μｍ〜１５０μｍであることがより好ましい。

この実施形態では、突起部１２の外径は、貫通孔１３の開口方向に向かって徐々に小さくなっている。突起部１２の最先端部は平坦な面となっている。また、貫通孔１３の直径は、突起部１２の高さ方向において一定となっている。突起部１２の基端１２ａ、及び、貫通孔１３の基端側縁１３ａを図１（ａ）及び図２に示す。

接合する面に対して直交する方向から接合する面に貫通孔１３の基端側縁１３ａを投影した場合の貫通孔１３の基端側縁１３ａ側の径をφａとする。また、接合する面に対して直交する方向から接合する面に突起部１２の基端１２ａを投影した場合の突起部１２の基端１２ａ側の径をφｂとする。投影した場合の貫通孔１３の基端側縁１３ｂ、及び、投影した場合の突起部１２の基端１２ｂを図１（ａ）に示す。

注入孔である貫通孔１３は、電気泳動用緩衝液、分子ふるい用ポリマ等の分離用媒体を含む泳動液や分析対象物質を含む試料液等の供給のための液溜め部であり、板厚方向に貫通した形で１個以上の孔が形成されることが必要である。注入孔のサイズは、泳動液や試料液が注入できる大きさであれば特に制限はないが、注入作業の観点から内径が０．５〜１０ｍｍの範囲に設定されることが好ましく、１〜５ｍｍがより好ましい。

排出孔である貫通孔１３は、電気泳動用緩衝液、分子ふるい用ポリマ等の分離用媒体を含む泳動液や分析対象物質を含む試料液等の排出のための液溜め部であり、板厚方向に貫通又は非貫通の形で１個以上の孔が形成されることが必要である。排出孔のサイズは、注入孔に注入された泳動液や試料液が十分排出できる大きさであれば特に制限はないが、作業上の観点から内径が１〜１０ｍｍの範囲に設定されることが好ましく、２〜５ｍｍがより好ましい。

２つの樹脂製基板１０、２０を接合する面に対して略直交する方向から接合する面に突起部１２の基端１２ａを投影した場合の接合する面に、貫通孔１３と同心の略円形断面形状で樹脂製基板１０の厚さ方向と同方向の深さを有する空隙部１４が形成されている。なお、空隙部１４は、樹脂製基板１０側の接合する面、又は、樹脂製基板２０側の接合する面の少なくとも一方に設けられていれば良い。樹脂製基板１０側の接合する面に形成された空隙部１４、接合する面に接する空隙部１４の端縁１４ａ、及び、空隙部１４の端縁１４ａ側の径φｃを図１（ａ）に示す。

空隙部１４の端縁１４ａ側の径φｃは、φｃ＞φａの関係を満たしていれば特に制限はないが、２．５×φｂ＞φｃの関係を満たしていることが好ましく、φｂ≧φｃの関係を満たしていることがさらに好ましい。φｂ＝φｃの関係を満たす空隙部１４を図１（ａ）に示す。２．５×φｂ＞φｃ＞φｂの関係を満たす空隙部１４を図１（ｂ）に示す。φｂ＞φｃ＞φａの関係を満たす空隙部１４を図１（ｃ）に示す。

空隙部１４は、２つの樹脂製基板１０、２０を接合した場合でも、貫通孔１３の基端側縁１３ａと接合する面との間に隙間を残しておくような深さを有している。接合した場合の貫通孔１３の基端側縁１３ａの変形量（樹脂製基板の板厚方向の変形量）をδとし、空隙部１４の深さをＴｃとすると、空隙部１４の深さＴｃは、Ｔｃ＞δの関係を満たしていれば特に制限はない。しかし、樹脂製基板１０の板厚をＴとし、流路用溝１１の深さをＴａとすると、突起部１２の強度低下防止の点からＴａ≦Ｔｃ≦Ｔ／２の関係を持たしていることが好ましく、樹脂製基板１０の成形の容易さの点からＴａ＝Ｔｃの関係を満たしていることがさらに好ましい。

樹脂製基板１０の板厚Ｔ、流路用溝１１の深さＴａ、及び、空隙部１４の深さＴｃを図１（ａ）及び図２に示す。なお、上記関係を満たす空隙部１４の深さＴｃは、図１（ｂ）及び（ｃ）にそれぞれ示す径の大きさが異なる空隙部１４においても、同様である。

樹脂製基板１０、２０に用いられる材料は、ＵＶ吸収や蛍光などにより検出することを考慮し透明又は半透明の材料であることが必要であるが、特に限定されるものではない。再現性向上の観点からは、注型可能なガラス、熱硬化性樹脂、熱可塑性樹脂等の型で成形可能なものが好ましい。絶縁性や成形の自由度から樹脂材料であることがより好ましい。また、樹脂材料は、弾力性があるために接触面積が面圧により確保でき、ガラス基材のものより有利な電気条件となり好ましい。

生産性の面から、樹脂製基板１０、２０には、熱可塑性樹脂材料が用いられる。熱可塑性樹脂材料としては、例えば、ポリカーボネート、ポリメタクリル酸メチル、ポリスチレン、ポリアクリロニトリル、ポリ塩化ビニル、ポリエチレンテレフタレート、ナイロン６、ナイロン６６、ポリ酢酸ビニル、ポリ塩化ビニリデン、ポリプロビレン、ポリイソプレン、ポリエチレン、ポリジメチルシロキサン、環状ポリオレフィンなどを用いることが好ましい。特に好ましいのは、ポリメタクリル酸メチル、環状ポリオレフィンなどを用いることである。

なお、樹脂製基板１０と樹脂製基板２０とで、同じ材料を用いても良いし、異なる材料を用いても良い。また、流路用溝が形成されていない樹脂製基板２０には、熱可塑性樹脂の他、熱硬化性樹脂や紫外線硬化性樹脂などを用いても良い。熱硬化性樹脂としては、ポリメチルシロキサンを用いることが好ましい。

樹脂製基板１０、２０は、押出成形法、Ｔダイ成形法、インフレーション成形法、カレンダ成形法、射出成形法、プレス成形法、又は機械加工法等の方法によって作製することができる。例えば、射出成形法によって、流路用溝や突起部を樹脂製基板の表面に形成しても良いし、機械加工法によって、流路用溝や突起部を樹脂製基板の表面に形成しても良い。

本実施形態において用いられるフィルム状の樹脂製基板２０は、電極（図示省略）を有する部材であり、微細流路を形成するために、板状の樹脂製基板１０の流路用溝１１が形成されている面に接合させることが必要である。ここでは、電気泳動による試料分析を想定して、フィルム状の樹脂製基板２０に電極が設けられる形態として記載するが、電極は樹脂製基板１０の側に設けられてもよく、貫通孔１３から導入される形態であってもよい。また、電気泳動による試料分析でない場合は、当然ながら電極が設けられていなくてもよい。

次に、樹脂製基板１０と樹脂製基板２０との接合について図２を参照して説明する。図２は、φｂ＝φｃの関係を満たす図１（ａ）に示す空隙部１４を有する樹脂製基板１０、２０と治具Ｄとを示した図である。

樹脂製基板１０と樹脂製基板２０との接合は、従来技術に係る接合方法によって行われる。例えば、熱板、熱風、熱ロール、超音波、振動、又はレーザなどを用いて、樹脂製基板１０と樹脂製基板２０とを加熱して圧接する。または、接着剤や溶剤を用いて樹脂製基板１０と樹脂製基板２０とを接合しても良いが、接着剤や溶剤により流路径が変動すると分析の再現性が悪化する場合がある為、加熱し圧接する形態が好ましい。

樹脂製基板１０、２０の接合時において、樹脂製基板１０の突起部１２の基端１２ａを境界とし、基端１２ａから外側（突起部１２の中心とは反対側）の樹脂製基板１０の表面に治具Ｄが接するようにする。こうすることにより、治具Ｄが突起部１２に接しない。

境界としての突起部１２の基端１２ａ、治具Ｄと突起部１２の上面（最先端部）との間に設けられた隙間Ｓを図２（ａ）に示す。突起部１２以外の平坦な面の部分に治具Ｄを接すれば良いので、治具Ｄにより突起部１２を押圧する必要がなく、加工精度誤差が発生した場合であっても、突起部１２を変形させたり、突起部１２が接着面方向に押し出されることにより流路を変形させたりすることを防止出来る。

従来技術においては、治具Ｄが突起部１２０に強く接することで、突起部１２０に加わる所定値を超える圧力Ｐにより、図７（ｂ）に示すように、貫通孔１３０の基端側縁１３１の変形量δは、流路用溝１１０の深さに対しほぼ同じ値となり、流路用溝１１０をつぶす恐れがあった。しかし、この実施形態においては、治具Ｄが突起部１２に接しないことから、貫通孔１３の基端側縁１３ａの変形量δは流路用溝１１の深さに対して僅少な値とすることが可能となる。したがって、樹脂製基板１０、２０の接合時に、変形する貫通孔１３の基端側縁１３ａにより、流路用溝１１をつぶすことはない。

また、従来技術においては、治具Ｄが突起部１２０に弱く接するか又は接しないことで、突起部１２０に加わる所定値に満たない圧力Ｐにより、図７（ｃ）に示すように、貫通孔１３０の基端側縁１３１の周辺に未接合の部分が発生する恐れがあった、この実施形態においては、空隙部１４の存在により、平坦部に加えられた圧力により貫通孔１３０の基端側縁１３１の周辺にも、治具Ｄにより所定の圧力Ｐを加えることができるので、未接合の部分の発生を防止することが可能となる。

詳述すると、樹脂製基板１０の突起部１２の基端１２ａに治具Ｄが所定の圧力Ｐを加えるように接するので、突起部１２の基端１２ａを接合する面に投影した場合の突起部１２の基端１２ｂが樹脂製基板２０に接合される。このことは、突起部１２の基端１２ｂ側の径φｂは、空隙部１４の端縁１４ａ側の径φｃと、φｂ＝φｃの関係を満たすことから、空隙部１４の端縁１４ａが樹脂製基板２０に接合され、未接合の部分の発生を防止することが可能となる。治具Ｄが所定の圧力Ｐを加えるように接する樹脂製基板１０の突起部１２の基端１２ａを図２（ｂ）、及び、（ｃ）に示す。

以上、φｂ＝φｃの関係を満たす図１（ａ）に示す空隙部１４を有する樹脂製基板１０と、樹脂製基板２０との接合について説明した。

次に、２．５×φｂ＞φｃの関係を満たす図１（ｂ）に示す空隙部１４を有する樹脂製基板１０と樹脂製基板２０との接合、及び、φｃ＞φａの関係を満たす図１（ｃ）に示す空隙部１４を有する樹脂製基板１０と、樹脂製基板２０との接合について説明する。

図１（ｂ）に示すように、２．５×φｂ＞φｃの関係を満たす空隙部１４を有する樹脂製基板１０と樹脂製基板２０との接合の場合、治具Ｄは、突起部１２の基端１２ａの外周まで加圧しても良いし、空隙部１４の端縁１４ａから外側に相当する樹脂製基板１０の表面に治具Ｄを接するように加圧してもよい。

突起部１２の基端１２ａよりも、空隙部１４の端縁１４ａが外側になることで、端縁１４ａまで治具Ｄによる圧力が十分に加えられるため、空隙部１４の端縁１４ａが樹脂製基板２０に接合され、未接合の部分の発生を防止することが可能となる。また、空隙部１４の端縁１４ａの径であるφｃは、貫通孔１３の基端側縁１３ａの径であるφｂの２．５倍よりも小さくすることが、突起部１２の基端１２ａまで治具Ｄにより圧力が加えられた場合であっても流路用溝１１の変形を発生させることなく確実に接合することが可能である為好ましい。

また、φｂ＞φｃ＞φａの関係を満たす図１（ｃ）に示す空隙部１４を有する樹脂製基板１０と、樹脂製基板２０との接合の場合、治具Ｄと樹脂製基板１０、２０との関係は、φｂ＝φｃの関係を満たす図１（ａ）に示す空隙部１４を有する樹脂製基板１０と、樹脂製基板２０との接合の場合と同様である。突起部１２の基端１２ａを境界とし、基端１２ａから外側に相当する樹脂製基板１０の表面に治具Ｄを接することが好ましい。

突起部１２の基端１２ａに所定の圧力Ｐを加えるように治具Ｄが接することにより、空隙部１４の端縁１４ａにも必要最小限以上の圧力を加えるようになる。それにより、空隙部１４の端縁１４ａが樹脂製基板２０に接合され、未接合の部分の発生を防止することが可能となる。本発明の効果を得るためには、φｃ＞φａであればよいが、空隙部１４の端縁１４ａまで確実に接合するため、φｂ＞φｃ＞φａの場合には、更に、φｃ≧φａ＋（φｂ−φａ）／２を満たすことが更に好ましい。この範囲とすることで、空隙部１４の端縁１４ａに好適な圧力を加えることが可能となる。
（第２実施形態）
この発明の第２実施形態に係るマイクロチップについて図３を参照して説明する。図３（ａ）〜（ｃ）はマイクロチップを貫通孔の中心に沿って切断した場合の断面図であって、それぞれの空隙部の形状を異ならせた図である。

以下、第２実施形態に係るマイクロチップの構成が第１実施形態と異なる点について主に説明し、第１実施形態と同じ点についてはその説明を省略する。第２実施形態においては、流路用溝１１を覆うための蓋（カバー）として機能する樹脂製基板２０の方に空隙部１４が設けられている。

空隙部１４の端縁１４ａ側の径φｃは、φｃ＞φａの関係を満たしていれば特に制限はないが、２．５×φｂ＞φｃの関係を満たしていることが好ましく、φｂ≧φｃの関係を満たしていることがさらに好ましい。φｂ＝φｃの関係を満たす空隙部１４を図３（ａ）に示す。２．５×φｂ＞φｃ＞φｂの関係を満たす空隙部１４を図３（ｂ）に示す。φｂ＞φｃ＞φａの関係を満たす空隙部１４を図３（ｃ）に示す。

空隙部１４は、２つの樹脂製基板１０、２０を接合した場合でも、貫通孔１３の基端側縁１３ａと接合する面との間に隙間を残しておくような深さを有している。接合した場合の貫通孔１３の基端側縁１３ａの変形量（樹脂製基板の板厚方向の変形量）をδとし、空隙部１４の深さをＴｃとすると、空隙部１４の深さＴｃは、Ｔｃ＞δの関係を満たしていれば特に制限はない。しかし、樹脂製基板２０の板厚をＴとすると、樹脂製基板２０の強度低下防止の点からＴｃ≦Ｔ／２の関係を持たしていることが好ましい。樹脂製基板２０の板厚Ｔ、及び、空隙部１４の深さＴｃを図３（ａ）に示す。なお、上記関係を満たす空隙部１４の深さＴｃは、図３（ｂ）及び（ｃ）にそれぞれ示す径の大きさが異なる空隙部１４においても同様である。

樹脂製基板１０、２０の接合時において、樹脂製基板１０の突起部１２の基端１２ａを境界とし、基端１２ａから外側の樹脂製基板１０の表面に治具Ｄが接するようにする。したがって、治具が突起部１２に接しない。治具Ｄが突起部１２に接しないことから、貫通孔１３の基端側縁１３ａの変形量δは流路用溝１１の深さＴａに対し僅少な値である。したがって、樹脂製基板１０、２０の接合時に、変形する貫通孔１３の基端側縁１３ａにより、流路用溝１１をつぶすことはない。また、空隙部１４の端縁１４ａが樹脂製基板２０に接合され、未接合の部分の発生を防止することが可能となる。

なお、２．５×φｂ＞φｃの関係を満たす図３（ｂ）に示す空隙部１４を有する樹脂製基板１０と樹脂製基板２０との接合の場合、治具Ｄは、突起部１２の基端１２ａの外周まで加圧しても良いし、空隙部１４の端縁１４ａから外側に相当する樹脂製基板１０の表面に治具Ｄを接するように加圧してもよい。
（第３実施形態）
この発明の第３実施形態に係るマイクロチップについて図４を参照して説明する。図４（ａ）〜（ｃ）はマイクロチップを貫通孔の中心に沿って切断した場合の断面図であって、それぞれの空隙部の形状を異ならせた図である。

以下、第３実施形態に係るマイクロチップの構成が第１実施形態と異なる点について主に説明し、第１実施形態と同じ点についてはその説明を省略する。第３実施形態においては、流路用溝１１が形成された樹脂製基板２０の方に空隙部１４が設けられている。

空隙部１４は、空隙部１４の端縁１４ａ側から貫通孔１３の基端側縁１３ａに向かって斜めに傾斜する周壁面１４ｂを有する。貫通孔１３の基端側縁１３ａを接合する面に投影した場合の貫通孔１３の基端側縁１３ｂ側の径をφａとする。接合する面に接する空隙部１４の端縁１４ａ側の径をφｃとすると、φｃ＞φａの関係を満たす。また、突起部１２の基端１２ａを接合する面に投影した場合の突起部１２の基端１２ｂ側の径をφｂとすると、φｂ≧φｃの関係を満たす。以上により、空隙部１４の端縁１４ａ側の径φｃは、φｂ≧φｃ＞φａの関係を満たす。φｂ＝φｃの関係を満たす空隙部１４を図４（ａ）に示す。また、φｂ＞φｃ＞φａの関係を満たす空隙部１４を図４（ｂ）に示す。

樹脂製基板１０の板厚をＴとし、空隙部１４の深さをＴｃとし、流路用溝１１の深さをＴａとすると、空隙部１４は、樹脂製基板２０の強度低下防止の点からＴａ＜Ｔｃ≦Ｔの関係を維持していることが好ましい。Ｔｃ＝Ｔの関係を満たす空隙部１４を図４（ａ）〜（ｃ）に示す。なお、上記関係を満たす空隙部１４の深さＴｃは、図４（ｂ）及び（ｃ）にそれぞれ示す径の大きさが異なる空隙部１４においても、同様である。
（第４実施形態）
この発明の第４実施形態に係るマイクロチップについて図５を参照して説明する。図５（ａ）〜（ｂ）はマイクロチップを貫通孔の中心に沿って切断した場合の断面図であって、それぞれの空隙部の形状を異ならせた図である。

以下、第４実施形態に係るマイクロチップの構成が第１実施形態と異なる点について主に説明し、第１実施形態と同じ点についてはその説明を省略する。第４実施形態においては、流路用溝１１が形成された樹脂製基板２０の方に空隙部１４が設けられている。

空隙部１４は、空隙部１４の端縁１４ａ側から貫通孔１３の先端側縁１３ｃに向かって斜めに傾斜する周壁面１４ｂを有する。この場合、貫通孔１３の先端側縁１３ｃは、貫通孔１３の基端側縁１３ａでもある。したがって、貫通孔１３の先端側縁１３ｃを接合する面に投影した場合の貫通孔１３の基端側縁１３ｂ側の径をφａとする。

接合する面に接する空隙部１４の端縁１４ａ側の径をφｃとすると、φｃ＞φａの関係を満たす。また、突起部１２の基端１２ａを接合する面に投影した場合の突起部１２の基端１２ｂ側の径をφｂとすると、φｂ≧φｃの関係を満たす。以上により、空隙部１４の端縁１４ａ側の径φｃは、φｂ≧φｃ＞φａの関係を満たす。

空隙部１４は、樹脂製基板２０の強度低下防止の点からφｂ≧φｃの関係を満たすことが好ましい。φｂ＝φｃの関係を満たす空隙部１４を図５（ａ）に示す。また、φｂ＞φｃ＞φａの関係を満たす空隙部１４を図５（ｂ）に示す。

樹脂製基板１０の板厚をＴとし、空隙部１４の深さをＴｃとし、貫通孔の深さをＴｄとすると、空隙部１４は、Ｔ＜Ｔｃ≦Ｔｄの関係を満たす。Ｔｃ＝Ｔｄの関係を満たす空隙部１４を図５（ａ）、（ｂ）に示す。

次に、上述した実施形態の具体的な実施例について説明する。
（樹脂製基板）
射出成形機で透明樹脂材料のアクリル（三菱レーヨン株式会社製アクリプレン）を成形することで、複数の流路用溝と複数の貫通孔と突起部とが形成された流路側の樹脂製基板を作製した。この流路側の樹脂製基板が、上述した実施形態における流路用溝１１と突起部１２と貫通孔１３とが形成された樹脂製基板１０の１例に相当する。

流路側の樹脂製基板の寸法を以下に示す。

一辺の長さ＝５０ｍｍ
厚さ＝１ｍｍ
流路用溝１１の幅、深さ＝５０μｍ
また、透明樹脂材料としてアクリルを用いて、基板の厚さが７５μｍで、一辺の長さが５０ｍｍのカバー側の樹脂製基板を作製した。このカバー側の樹脂製基板が、上述した実施形態における樹脂製基板２０に相当する。
（接合）
次に、流路用溝が形成された表面を内側にして、流路側の樹脂製基板とカバー側の樹脂製基板とを重ねた。その状態で２つの樹脂製基板を治具Ｄで挟み、９０℃の加熱下で、１ｋｇ／ｃｍ^２の圧力を加えて、１分間保持することでマイクロチップを作製した。

樹脂製基板１０、２０の接合時において、樹脂製基板１０の突起部１２の基端１２ａを境界とし、基端１２ａから外側（突起部１２の中心とは反対側）の樹脂製基板１０の表面に治具Ｄが接するようにする。したがって、治具が突起部１２に接しない。この接合方法は、以下に、作製される実施例１から実施例６、及び、比較例１に係るマイクロチップにおいても同様である。

空隙部１４のそれぞれの値を変えた流路側の樹脂製基板を作製して、マイクロチップを作製した。実施例１から実施例６、及び比較例１の結果を図６の表に示す。なお、実施例１から実施例６、及び比較例１では、空隙部１４の深さＴｃ、及び、流路用溝１１の深さＴａは、Ｔａ＝Ｔｃの関係を満たしている。

実施例１から実施例６では、貫通孔１３の基端側の径φａ、突起部の基端側の径φｂ、及び、空隙部１４の端縁側の径φｃは、φａ＜φｃの関係を満たしている。

例えば実施例１では、樹脂製基板１０に、φａ＋（φｂ−φａ）／４の空隙部を作成し、三菱レーヨン株式会社製アクリプレン７５μｍの樹脂製基板２０を熱圧着した。

また、実施例２では、樹脂製基板１０に、φｂの空隙部を作成し、三菱レーヨン株式会社製アクリプレン７５μｍの樹脂製基板２０を熱圧着した。

また、実施例３では、樹脂製基板１０に、２×φｂの空隙部を作成し、三菱レーヨン株式会社製アクリプレン７５μｍの樹脂製基板２０を熱圧着した。

また、実施例４では、樹脂製基板１０に、２．５×φｂの空隙部を作成し、三菱レーヨン株式会社製アクリプレン７５μｍの樹脂製基板２０を熱圧着した。

また、実施例５では、樹脂製基板１０に、φａ＋（φｂ−φａ）／２の空隙部を作成し、三菱レーヨン株式会社製アクリプレン７５μｍの樹脂製基板２０を熱圧着した。

また、実施例６では、三菱レーヨン株式会社製アクリプレン７５μｍの樹脂製基板２０に、型を８０℃に加熱しながら押し当てて、φｂの空隙部を形成し、空隙部の無い樹脂製基板１０と熱圧着した。

一方、比較例１では、空隙部のない樹脂製基板と、三菱レーヨン株式会社製アクリプレン７５μｍの樹脂製基板２０を熱圧着した。

以上のように、実施例１から実施例３、実施例５、及び、実施例６においては、空隙部の径φｃは、φａ＜φｃ＜２．５×φｂの関係を満たし、実施例４においては、φｃ＜２．５×φｂの関係を満たしていない。
（評価）
そして、実施例１から実施例６について、本発明の効果であるマイクロチップの再現性を評価した。評価は同じ条件で作成したサンプルに対して３回行いその平均値により評価した。
（再現性試験）
作製したサンプルに図６に示すように流路用溝中に１０μリットルの純水を入れ、シリンジを用いて、０．１ＭＰａの圧力を加え、圧力を加えてから逆側の突起部に純水が到達するまでの時間の差を計測した。

図６の表において、「×」は、差が１秒以上、「△」は、差が１秒以内、「○」は、差が０．５秒以内、「◎」は、差が０．１秒以内であることを示す。

実施例１から実施例６においては、時間の差が１秒以内であることを確認できた。実施例１から実施例６に係るサンプルは、接合する面において、未接合の部分が生じなかったため、十分な再現性が得られたと考えられる。

また、比較例においては、時間の差が１秒以上であることを確認できた。比較例１に係るサンプルは、貫通孔の基端側縁の周辺に未接合の部分が発生したため、十分な再現性が得られなかったと考えられる。

さらに、実施例１〜実施例６について、マイクロチップの強度を評価した。強度試験においても再現性試験と同様に同じ条件で作成したサンプルに対して３回行った。
（強度試験）
ＡＳ ＯＮＥ製 小型プレス機を用いて突起部上部に３ｋＮの圧力を加圧して、サンプルの変形具合を調べた。

図６の表において、「△」は、３回の試験の内、何れかのサンプルに、使用に問題ない範囲で微小なクラックが発生したことを示し、「○」は、３回の試験の内、何れかのサンプルに突起部の基端（付け根）に変形が生じ、加圧を停止後に微小な変形が残ったことを示し、「◎」は、３回の試験の内、何れのサンプルにおいても、加圧により突起部の基端は変形するものの、加圧を停止すると全く変形が残らないことを示す。

実施例１、実施例２、実施例５、及び、実施例６においては、加圧を停止後には変形が全く残らず、優れた強度を示した。このように、実施例１から実施例３、実施例５、及び、実施例６に係るサンプルは、十分な強度が得られたことが確認できた。

実施例３においては、加圧を停止しても、突起部の基端（付け根）に微小な変形が発生する場合があった。実施例４においては、使用には問題ないものの突起部の基端（付け根）に微小なクラックを発生する場合があった。
（まとめ）
比較例１で作製したサンプルは、再現性試験の結果が悪く、３つのサンプルとも違った値となった。これは、突起部の基端（付け根）等に未接合部が発生していたり、加圧することで接着不十分な部分が剥がれてしまい、流れが不均一になっていると考えられる。これに対して、本発明のサンプルは、いずれも優れた再現性を示しており、特に、φａ＋（φｂ−φａ）／２≦φｃの関係を満たす空隙部がより好ましかった。実施例４で作製したサンプルは、使用には問題ないものの、空隙部が大きく、突起部の基端が比較的脆いため、サンプルを上下から加圧したときに微小なクラックを発生した。以上より空隙部はφａ＋（φｂ−φａ）／２≦φｃ＜２．５×φｃの範囲であることがより好ましい。

なお、上述した実施例で示した樹脂製基板の材料や寸法は１例であり、この発明がこれらに限定されるものではない。例えば、上記実施例では、空隙部１４の略円形断面形状を深さ方向に対し同一の形状としたが、空隙部１４の略円形断面形状の径を深さ方向に対し徐々に小さくすることにより、空隙部１４の端縁１４ａ側から貫通孔１３の基端側縁１３ａに向かってに傾斜する周壁面を有するようにしても良く、また、空隙部１４の端縁１４ａ側から貫通孔１３の先端側縁１３ｃに向かって斜めに傾斜する周壁面を有するようにしても良い。また、例えば、上述した実施形態で挙げた樹脂を用いた場合も、実施例と同じ結果が得られる。

１０ 樹脂製基板
１１ 流路用溝
１２ 突起部
１２ａ 基端
１２ｂ 接合する面に投影した場合の突起部の基端
１３ 貫通孔
１３ａ 基端側縁
１３ｂ 接合する面に投影した場合の貫通孔の基端側縁
１３ｃ 先端側縁
１４ 空隙部
１４ａ 端縁
２０ 樹脂製基板

Claims (7)

1. ２つの樹脂製基板のうち少なくとも１つの樹脂製基板の表面には流路用溝が形成され、前記流路用溝が形成される面を内側にして前記２つの樹脂製基板が接合され、前記２つの樹脂製基板のいずれか一方の樹脂製基板には、２つの樹脂製基板が接合する面とは反対側の面から前記流路用溝に繋がる略円形断面形状の貫通孔が形成されると共に、前記反対側の面に、前記貫通孔を囲むように設けられた前記樹脂製基板の厚さ方向に突出する突起部が形成されたマイクロチップにおいて、
   前記２つの樹脂製基板の一方又は他方の樹脂製基板の前記接合する面であって、前記接合する面に対して略直交する方向から前記突起部を投影させた場合の前記接合する面に、前記貫通孔と同心の略円形断面形状で前記樹脂製基板の厚さ方向と同方向の深さを有する空隙部が形成され、
   前記略直交する方向から前記接合する面に前記貫通孔の基端側縁を投影させた場合の前記貫通孔の基端側の径をφａとし、前記接合する面に接する前記空隙部の端縁側の径をφｃとすると、以下の関係
   φｃ＞φａ
   を満たすことを特徴とするマイクロチップ。
2. 前記略直交する方向から前記接合する面に前記突起部の基端を投影させた場合の前記突起部の基端側の径をφｂとすると、以下の関係
   ２．５×φｂ＞φｃ
   を満たすことを特徴とする請求項１に記載のマイクロチップ。
3. 以下の関係
   φｂ≧φｃ
   を満たすことを特徴とする請求項２に記載のマイクロチップ。
4. 前記空隙部は、前記２つの樹脂製基板のうち前記流路用溝が形成された樹脂製基板の前記接合する面に形成され、
   さらに、前記空隙部は、前記２つの樹脂製基板を接合した場合でも、前記貫通孔の基端側縁と前記接合する面との間に隙間を残しておくような前記深さを有していることを特徴とする請求項１から請求項３のいずれかに記載のマイクロチップ。
5. 前記空隙部の深さをＴｃ、前記樹脂製基板の厚さをＴ、前記流路用溝の深さをＴａとすると、以下の関係
   Ｔａ≦Ｔｃ≦Ｔ／２
   を満たすことを特徴とする請求項４に記載のマイクロチップ。
6. 前記空隙部は、前記空隙部の端縁側から前記貫通孔の基端側縁に向かって斜めに傾斜する周壁面を有することを特徴とする請求項４に記載のマイクロチップ。
7. 前記空隙部は、前記空隙部の端縁側から前記貫通孔の先端側縁に向かって斜めに傾斜する周壁面を有することを特徴とする請求項４に記載のマイクロチップ。