JP5231782B2 - 固液分離機能を有する装置及びその製造方法 - Google Patents
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Description
請求項1記載の本発明の固液分離機能を有する装置は、平板状の本体に流体を通す溝部が形成されており、前記溝部の一の端部に流体の入口が形成されており、他の端部に出口が形成されている固液分離機能を有する装置であって、入口が固液混合物を導入する導入口であり、溝中に、一定の大きさ以上の固体を捕捉することにより固液を分離する分離部が形成されており、入口側から出口側に向けて固液混合物が分離部を上流から下流に向けて通過するようにされており、前記分離部には固体捕捉部が複数個設けられており、前記固体捕捉部は、溝部の底部と一定の大きさ以上の固体を通さない隔壁とにより構成されており、一定の大きさ以上の固体の通り得る入り口部と、前記入り口部から入った固体を1個以上収容する収容部と、前記収容部の下流側に設けられた前記固体よりも小さい開口部とを備えており、前記分離部には、上流から下流へと向かう流路が複数設けられ、前記流路に沿って流路に向けて開口した前記固体捕捉部が複数設けられており、前記一の流路と他の流路とが障壁または前記固体よりも小さい開口部を有する障壁により画されていることを特徴とする。
請求項2記載の本発明の固液分離機能を有する装置は、平板状の本体に流体を通す溝部が形成されており、前記溝部の一の端部に流体の入口が形成されており、他の端部に出口が形成されている固液分離機能を有する装置であって、入口が固液混合物を導入する導入口であり、溝中に、一定の大きさ以上の固体を捕捉することにより固液を分離する分離部が形成されており、入口と出口の圧力差により、入口側から出口側に向けて固液混合物が分離部を上流から下流に向けて通過するようにされており、前記分離部には固体捕捉部が複数個設けられており、前記固体捕捉部は、溝部の底部と一定の大きさ以上の固体を通さない隔壁とにより構成されており、一定の大きさ以上の固体の通り得る入り口部と、前記入り口部から入った固体を1個以上収容する収容部と、前記収容部の下流側に設けられた前記固体よりも小さい開口部とを備えており、前記分離部には、上流から下流へと向かう流路が複数設けられ、前記流路に沿って流路に向けて開口した前記固体捕捉部が複数設けられており、前記一の流路と他の流路とが障壁または前記固体よりも小さい開口部を有する障壁により画されていることを特徴とする。
基板としては、特に限定されず、例えば、ガラス、プラスチックが挙げられる。洗浄に使用される液体としては、有機溶剤および純水などが挙げられ、洗浄方法としては超音波洗浄が挙げられる。洗浄後、基板の表面の水滴等の液体を完全に蒸発させる。
2)レジストの塗布工程
レジストとしては、特に限定されないが、UVか可視光で感光する樹脂が好ましい。樹脂種としては特に限定されず、例えばアクリル系のものが挙げられる。塗布方法は、基板上にフォトレジストが均一に塗布できる方法であれば、特に限定されないが、例えば、スピンコーターを使用し、遠心力を利用して基板上に塗布する方法が挙げられる。
3)プリベーク工程
プリベークは、塗布後のフォトレジスト中の溶剤を蒸発させ、フォトレジストの密度を高めるために行う。プリベーク条件はフォトレジストの種類により異なる。
塗布したフォトレジストのパターニングはマスクアライナーと金属マスクを用いて行う。具体的には、マスクアライナーを使用し、マスクのパターンを通過した紫外線によりレジストを感光させる。フォトマスクとしては、例えば、ガラス基板上に金属蒸着(Ni、Cr、Au)したものが挙げられ、この場合は、金属蒸着していない部分を紫外線が通過し、フォトレジストに光をあてその部分を硬化させる。
レジストの感光した部分を反応硬化させる。露光されたフォトレジストの架橋を促進するために行う。基板とフォトレジストの接着強度を高める効果もある。硬化条件は、フォトレジストの種類により異なる。
6)現像工程
感光した部分を残して、感光していない部分を溶かすために、現像液中で現像処理および洗浄を行い、エアスプレイなどを用いて乾燥させる。
請求項2記載の発明によれば、固液混合物を経路に流入させるだけで、その賦勢された液体の流れにより固体が運ばれ、途中で一定の大きさ以上の固体のみ捕捉され液体及び所定の大きさ以下の固体が出口に到達し、且つ流入固液混合物に対し得られる液体の割合が高い。このように、電場が不要のため、電極、電圧装置が不要となり、小型化でき得、製造容易となり低価格となる。また、分離も早く、分離時の装置の面積効率が高まりより一層小型化できる。また、液が短時間でスムーズに流れ分離がより早くなる。
設計図は、上記のように、図7及び図8で示したものと同様である。各構成部分の寸法は、以下の通りである。
「入口3と分離部5とを結ぶ通路10」:幅100μm×長さ10mm。
「分離部5と液溜め部8とを結ぶ通路11」:幅100μm。
「液溜め部8と出口4とを結ぶ通路12」:幅100μm×長さ10mm。
「分離部5内の胴部54の柱体66列以外の部分;分離部5内の完全捕捉部55の柱体列以外の部分及び分離部5内の収束部56のスペーサ56以外の部分」:ガラス基板上に設けられた厚さ20μmのフォトレジスト硬化層を内底面とし、深さは10μm。
「柱状妨害体52」:ガラス基板上に設けられ、高さは30μm。
「分離部5内の胴部54の柱体66列」:ガラス基板上に設けられた厚さ20μmのフォトレジスト硬化層上に設けられ、高さは10μm。
「分離部5内の完全捕捉部55の柱体列」:ガラス基板上に設けられた厚さ20μmのフォトレジスト硬化層上に設けられ、高さは10μm。
「分離部5内の収束部56のスペーサ」:ガラス基板上に設けられた厚さ20μmのフォトレジスト硬化層上に設けられ、高さは10μm。
分離部5内の障壁が柱体66列からなる流路の幅:7μm。
上記障壁の隣り合う柱体66間の間隔:1.7μm。
分離部5内の固体捕捉部の隔壁を形成する隣り合う柱体間の間隔:1.7μm。
分離部5内の固体捕捉部:形状は矩形とし、入り口部の柱体間の間隔は7μm、幅は12μm、奥行き12μm。
分離部5の胴部54の大きさ:通路に平行な方向に500μm、通路に垂直な方向に600μm。
完全捕捉部55の大きさ:通路に平行な方向に100μm、通路に垂直な方向に600μm。
まず、ガラス基板上にフォトレジストを塗布し、光造形装置レーザーソリューション社製ACCULAS SI−C1000(Solid Image Creator)を用いて必要とするマスクパターンを露光し、現像後真空蒸着装置を用いてCr、Auを蒸着し、リフトオフ工程を経て、ガラス基板上に金属薄膜のフォトマスクを定法に則り作製した。
フォトマスク1:本体全体の面積以上の大きさのフォトマスクであって、「入口3;分離部5内の固液混合物拡散部51の菱形の柱状妨害体52以外の部分;液溜め部8;出口4及び通路10、11、12」をマスクする(上記の部分のみに光が当たらないようにする)フォトマスクである。
フォトマスク2:本体全体の面積以上の大きさのフォトマスクであって、「入口3;分離部5内の固液混合物拡散部51の柱状妨害体52以外の部分;分離部5内の胴部54の柱体66列以外の部分;分離部5内の完全捕捉部55の柱体列以外の部分;分離部5内の収束部56のスペーサ56以外の部分;液溜め部8;出口4及び通路10、11、12」をマスクする(上記の部分のみに光が当たらないようにする)フォトマスクである。
1)フォトレジストレジスト第1層塗布工程
定法により洗浄した厚み1mmのガラス基板上にフォトレジスト第1層を塗布する。
レジストとしては、アクリル系の厚膜レジストである商品名SU−8(化薬マイクロケム株式会社製)を使用し、スピンコーター(ミカサ株式会社製、型式MS−A100)にて、約20μmの厚さに塗布した。
ホットプレート上で、65℃で4分、95℃で7分間加熱することによりプリベークした。これにより、フォトレジスト中に含まれる溶剤を蒸発させた。
マスクアライナー(ミカサ株式会社製、型式MA−20)を用いて、前記フォトマスク1を上記のフォトレジスト第1層に載せた状態で、UV光を照射条件5〜10mj/cm2で照射した。これにより、フォトレジスト第1層の、「入口3;分離部5内の固液混合物拡散部51の菱形の柱状妨害体52以外の部分;液溜め部8;出口4及び通路10、11、12」の部分が感光されず、本体上の溝部2以外の部分、分離部5内の固液混合物拡散部51の菱形の柱状妨害体部分、分離部5の胴部54、分離部5の完全捕捉部、及び分離部5の収束部54が感光された。
フォトレジスト第1層の上にフォトレジスト第2層を塗布した。レジストとしては、フォトレジスト第1層と同様の商品名SU−8(化薬マイクロケム株式会社製)を使用し、スピンコーター(ミカサ株式会社製、型式MS−A100)にて、約10μmの厚さに塗布した。
ホットプレート上で、65℃で4分、95℃で7分間加熱することによりプリベークした。これにより、フォトレジスト中に含まれる溶剤を蒸発させた。
マスクアライナー(ミカサ株式会社製、型式MA−20)を用いて、前述のフォトマスク2を上記のフォトレジスト第2層に載せた状態で、UV光を照射条件3〜8mj/cm2で照射した。これにより、フォトレジスト第2層の、「入口3;分離部5内の固液混合物拡散部51の柱状妨害体52以外の部分;分離部5内の胴部54の柱体66列以外の部分;分離部5内の完全捕捉部55の柱体列以外の部分;分離部5内の収束部56のスペーサ56以外の部分;液溜め部8;出口4及び通路10、11、12」が感光されず、本体上の溝部2以外の部分、分離部5内の固液混合物拡散部51の菱形の柱状妨害体52、分離部5の胴部54の柱体66列、分離部5の完全捕捉部55の柱体列、及び分離部5内の収束部54のスペーサ56が感光された。
ホットプレート上で、65℃で1分、95℃で3分間加熱することによりポストベークした。これにより、露光(感光)されたフォトレジストの架橋を促進すると共に、ガラス基板とフォトレジストとの接着強度を高めた。
シャーレ内の現像液(化薬マイクロケム社製、SU−8 Developer)中で現像処理および洗浄を行い、上記のマスクされた部分(感光されなかった部分)のフォトレジスト層を溶解した。次いで、エアスプレイを用いて乾燥させた。これにより、ガラス基板上に、入口3;分離部5内の固液混合物拡散部51の柱状妨害体52以外の部分;液溜め部8;出口4及び通路10、11、12が形成された。また、ガラス基板上に、フォトレジスト第1層の硬化物が積層されてなる、「分離部5内の胴部54の柱体列以外の部分;分離部5内の完全捕捉部55の柱体列以外の部分及び分離部5内の収束部56のスペーサ56以外の部分」が形成された。更にまた、ガラス基板上に、フォトレジスト第1層の硬化物が積層され、更に、そのフォトレジスト第1層の硬化物の上にフォトレジスト第2層の硬化物が積層されてなる、「柱状妨害体52;分離部5内の胴部54の柱体66列;分離部5内の完全捕捉部55の柱体列及び分離部5内の収束部56のスペーサ」が形成された。
次いで、入口と出口に対応する部分に予め開けておいた貫通孔を有する透明フィルム(200ミクロン厚PET(ポリエステル)フィルム)の裏面に、光硬化樹脂SU−8(化薬マイクロケム株式会社製)をスピンコートで塗布したものを、蓋体として、上記で得られた固液分離機能を有する装置の本体の上方に貼り付け、露光させて硬化させることにより、蓋付きの固液分離機能を有する装置を作製した。
上記で得られた固液分離機能を有する装置を用いて、ランセットを用いて指先から得られた血液1滴(約10マイクロリットル)を入口3に落とした。血液は、入口3に溜まり、その一部が毛管現象により通路10を通過し、分離部5を通過した。通路10内を通過する血液は鮮血色であるが、分離部5を通過し、液溜まり8に溜まった液体は薄黄色透明であった。
2 溝部
3 入口
4 出口
5 分離部
51 固液混合物拡散部
52 柱状妨害体
53 通り道
54 胴部
55 完全捕捉部
56 収束部
57 スペーサ
6 固体捕捉部
61 隔壁
62 入り口部
63 収容部
64 開口部
65 突起
66 柱体
7 固体
8 液体溜め
9 流路
91 障壁
92 流路入口
93 流路出口
10、11、12 通路
A、B 固液分離機能を有する装置
R1〜R13 流路
M1〜M3 固液混合物通路
Z1 流路R1〜R3を含むゾーン
Z2 流路R4〜R7を含むゾーン
Z3 流路R8〜R13を含むゾーン
a1、a2、a3 1つの流路と固体捕捉部との合計の幅
b1 ゾーンZ1の長さ
b2 ゾーンZ2の長さ
b3 ゾーンZ3の長さ
Claims (9)
- 平板状の本体に流体を通す溝部が形成されており、前記溝部の一の端部に流体の入口が形成されており、他の端部に出口が形成されている固液分離機能を有する装置であって、入口が固液混合物を導入する導入口であり、溝中に、一定の大きさ以上の固体を捕捉することにより固液を分離する分離部が形成されており、入口側から出口側に向けて固液混合物が分離部を上流から下流に向けて通過するようにされており、
前記分離部には固体捕捉部が複数個設けられており、前記固体捕捉部は、溝部の底部と一定の大きさ以上の固体を通さない隔壁とにより構成されており、一定の大きさ以上の固体の通り得る入り口部と、前記入り口部から入った固体を1個以上収容する収容部と、前記収容部の下流側に設けられた前記固体よりも小さい開口部とを備えており、前記分離部には、上流から下流へと向かう流路が複数設けられ、前記流路に沿って流路に向けて開口した前記固体捕捉部が複数設けられており、前記一の流路と他の流路とが障壁または前記固体よりも小さい開口部を有する障壁により画されていることを特徴とする固液分離機能を有する装置。 - 平板状の本体に流体を通す溝部が形成されており、前記溝部の一の端部に流体の入口が形成されており、他の端部に出口が形成されている固液分離機能を有する装置であって、入口が固液混合物を導入する導入口であり、溝中に、一定の大きさ以上の固体を捕捉することにより固液を分離する分離部が形成されており、入口と出口の圧力差により、入口側から出口側に向けて固液混合物が分離部を上流から下流に向けて通過するようにされており、
前記分離部には固体捕捉部が複数個設けられており、前記固体捕捉部は、溝部の底部と一定の大きさ以上の固体を通さない隔壁とにより構成されており、一定の大きさ以上の固体の通り得る入り口部と、前記入り口部から入った固体を1個以上収容する収容部と、前記収容部の下流側に設けられた前記固体よりも小さい開口部とを備えており、前記分離部には、上流から下流へと向かう流路が複数設けられ、前記流路に沿って流路に向けて開口した前記固体捕捉部が複数設けられており、前記一の流路と他の流路とが障壁または前記固体よりも小さい開口部を有する障壁により画されていることを特徴とする固液分離機能を有する装置。
- 前記隔壁が柱体列又は壁体からなることを特徴とする請求項1又は2記載の固液分離機能を有する装置。
- 流路の幅が、上流の方が下流よりも大きいか同等であることを特徴とする請求項1〜3のいずれか1項記載の固液分離機能を有する装置。
- 流体の通路となる、上方に開口を有する溝部を形成した本体と、本体の上に位置し少なくとも溝部を覆う蓋体とからなり、前記障壁が本体又は蓋体から他に対し略垂直に形成された柱体列又は壁体であることを特徴とする請求項1〜4のいずれか1項に記載の固液分離機能を有する装置。
- 分離部の最下流部が前記一定の大きさ以上の固体は通過できないようにされていることを特徴とする請求項1〜5のいずれか1項に記載の固液分離機能を有する装置。
- 固体捕捉部の底部が前記一定の大きさ以上の固体粒子が複数個捕捉されるよう深くなっ
ていることを特徴とする請求項1〜6のいずれか1項に記載の固液分離機能を有する装置。 - 請求項1〜7のいずれかの固液分離機能を有する装置を一部分として有することを特徴とするμ−TAS(マイクロ トータル アナリシス システムズ)デバイス。
- フォトリソグラフィープロセスを製造工程の一部に用いることを特徴とする請求項1〜8のいずれか1項に記載の固液分離機能を有する装置の製造方法。
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