JP5545727B2 - マイクロチューブ、およびマイクロチューブにおけるｉｃチップの封止方法 - Google Patents

Description

本発明は、医療、生化学、分子生物学などの分野において、分析、試験、実験などを行なう際に使用されるマイクロチューブに関し、なかでもチューブ内の試料の固有情報や関連情報を記録するための非接触式のＩＣチップを備えているマイクロチューブと、マイクロチューブにおけるＩＣチップの封止方法に関する。

この種のマイクロチューブにおいて、チューブ本体に設けた２次元バーコードで、チューブ内の試料の固有情報や関連情報を表示することが公知である（特許文献１）。そこでは、２次元バーコードが印字されたラベルをチューブ本体の底面に貼り付けている。このように２次元バーコードを備えたマイクロチューブは、手軽に利用できるものの、情報の書き換えや新たな情報を追加できない点に不満がある。

特許文献２の容器においては、容器本体の底部にＩＣチップを封入している。ＩＣチップは、容器本体を成形する際に肉壁内に埋設するか、ＩＣチップが埋設されたプラスチック片（チップホルダー）を容器本体に貼着するなどにより、容器本体と一体化するとなっている。

特開２００２−２２５８９５号公報（段落番号００１７、図２） 特開２００１−３４０４２６号公報（段落番号００１０、図１）

容器本体の底部にＩＣチップが封入してある特許文献２の容器によれば、２次元バーコードを備えている特許文献１のマイクロチューブに比べて、より大量のデータをＩＣチップに格納でき、さらに、データの書き換えや新たなデータの追記を簡便に行なえる。しかし、特許文献２の容器では、容器本体を成形する際にＩＣチップを底部の肉壁内に埋設するとなっているが、現状の成形技術ではＩＣチップを肉壁内に埋設することはできない。ＩＣチップを金型内の成形空間に宙釣り状に支持することができないからである。

上記のような成形上の問題点を回避するために、チューブ本体に設けた収容凹部にＩＣチップを装填したのち、収容凹部に溶融樹脂を流し込んで封止したマイクロチューブが使用されている。このように、樹脂封止したマイクロチューブによれば、ＩＣチップやアンテナコイルが外面に露出するのを解消でき、水や薬品に対する耐性を確保できる。しかし、樹脂封止するのに余分な手間が掛かり、試料収納用ミニチューブの全体コストが嵩んでしまう。

また、マイクロチューブのチューブ本体は、耐水性と耐薬品性に優れたポリプロピレンで形成することが多いが、結晶性プラスチックからなるポリプロピレンは接着性が悪く、先のような封止樹脂を強固に固定できない点に問題がある。例えば、マイクロチューブは遠心分離機に装填されて、チューブに収容した試料を遠心分離することがあるが、こうした場合に封止樹脂が脱落するおそれがある。また、低温（たとえばマイナス４０度）で保存していた試料収納用ミニチューブを加熱するような場合に、ＩＣチップの収容凹部内の空気の膨張によって、封止樹脂が収容凹部から押し出されて脱落することがある。

１次成形したチューブ本体にＩＣチップを装填し、その外面を２次成形層で覆うと、樹脂封止構造のマイクロチューブに比べて、耐久性に優れたＩＣチップ付きのマイクロチューブが得られる。しかし、２次成形を行なう分だけ余分な手間とコストが嵩むのを避けられない。また、２次成形時の射出圧力でＩＣチップが破損するおそれがある。

本発明の目的は、ＩＣチップをチューブ本体に対してより簡単な構造で強固に装填できるにもかかわらず、従来のマイクロチューブに比べて製造コストが少なくて済むマイクロチューブと、同チューブにおけるＩＣチップの封止方法を提供することにある。
本発明の目的は、大きな遠心力にも充分に耐えてＩＣチップの装填状態を常に適正に保持し続けることができ、しかも使用温度幅が大きい場合であっても問題なく適用できる汎用性に優れたマイクロチューブと、同チューブにおけるＩＣチップの封止方法を提供することにある。

本発明に係るマイクロチューブは、図１に示すように、チューブ本体１と、該チューブ本体１の底部に設けられた装填凹部５と、該装填凹部５内に装填されたＩＣチップ３とを備え、装填凹部５が、チューブ本体１の底壁と、該底壁から下方に向けて突設された筒状の基部壁１０とで区画され、該基部壁１０の先端側に開口を有する有底容器状に形成されており、ＩＣチップ３は、アンテナが装填凹部５の開口側に向くように該装填凹部５内に装填されており、装填凹部５の内部空間が、基部壁１０の先端に連続して形成された溶融壁１１を溶融してなる溶融樹脂により充満されており、装填凹部５内に装填されたＩＣチップ３が、該装填凹部５の内部空間に充満された溶融樹脂で形成される封止部１３により封止されていることを特徴とする。

チューブ本体１の底部に、装填凹部５と、チューブ本体１の筒壁に連続する脚壁６とを２重筒状に設ける。封止部１３の外面を、脚壁６の開口面より凹ませる。

チューブ本体１は、ポリプロピレン、ポリカーボネイト、ポリエチレンテレフタレート、ポリエチレン、フッ素系樹脂、テフロン（登録商標）系樹脂のいずれかひとつを素材とする射出成形品で形成する。

本発明に係るマイクロチューブにおけるＩＣチップの封止方法においては、チューブ本体１の底部に、該チューブ本体１の底壁と、該底壁から下方に向けて突設された筒状の基部壁１０とで区画され、該基部壁１０の先端側に開口を有する有底容器状の装填凹部５が設けられており、基部壁１０の先端には、該基部壁１０に連続して溶融壁１１が設けられており、ＩＣチップ３を装填凹部５に装填したのち、装填凹部５を加熱ヘッド１５に正対させる工程と、装填凹部５に押し付けた加熱ヘッド１５で前記溶融壁１１を溶融する工程と、溶融壁１１を溶融してなる溶融樹脂を基部壁１０の内部空間に充満させて、ＩＣチップ３を溶融樹脂からなる封止部１３で密封する工程と、を含むことを特徴とする。

チューブ本体１の底部に、装填凹部５と、チューブ本体１の筒壁に連続する脚壁６とを２重筒状に設ける。加熱ヘッド１５は、装填凹部５に外嵌する筒部１６と、筒部１６の内奥に設けられて溶融壁１１に外接する押圧部１７と、脚壁６に接当するストッパー１８とを備えている。前記溶融壁１１を溶融する工程においては、筒部１６を装填凹部５の基部壁１０に外嵌させたのちに、押圧部１７を溶融壁１１に接当させる。溶融壁１１を溶融する工程で、図５に示すように、ストッパー１８が脚壁６の端面に接当するまで加熱ヘッド１５を押し下げて、溶融壁１１の溶融量を一定にする。

ストッパー１８が脚壁６の端面に接当した状態における押圧部１７の下面を、ストッパー１８の下面より僅かに下方に突出させる。

本発明においては、チューブ本体１の装填凹部５を、基部壁１０と同基部１０に連続する溶融壁１１とで構成し、溶融壁１１を加熱ヘッド１５で溶融させ、溶融樹脂を基部壁１０内に充満させることによりＩＣチップ３を封止するようにした。このように、チューブ本体１と一体の溶融壁１１を溶融してＩＣチップ３を装填凹部５内に密封すると、ＩＣチップを樹脂封止し、あるいはＩＣチップの外面を２次成形層で覆う従来のマイクロチューブに比べて、充分な封止強度を備えた封止部１３をより少ない手間で確実に形成でき、その分だけマイクロチューブの製造コストを削減できる。

また、ＩＣチップ３を充分な封止強度を備えた封止部１３で封止するので、耐久性に優れた封止構造とすることができ、マイクロチューブの使用温度幅が大きい場合であっても、空気の膨張作用による封止部１３の破壊を生じる余地がない。さらに、溶融壁１１を溶融して封止部１３を形成するので、マイクロチューブに収容した試料を遠心分離する場合であっても、遠心力を受けた封止部１３が破壊するのを防止でき、したがってＩＣチップ３を備えたマイクロチューブの汎用性を拡大できる。

チューブ本体１の底部に、装填凹部５と脚壁６とを２重筒状に設け、封止部１１の外面を脚壁６の開口面より凹ませると、封止部１１の外面が机上や台上に接触するのを確実に防止して、脚壁６を脚体にしてチューブ本体１を机上や台上に自立させることができる。

チューブ本体１は、ポリカーボネイト、ポリエチレンテレフタレート、ポリエチレン、フッ素系樹脂、テフロン（登録商標）系樹脂のいずれかひとつを素材にして構成でき、いずれの素材であってもＩＣチップ３を問題なく密封できる。溶融壁１１を過熱ヘッド１５で溶融させてＩＣチップ３を封止部１３で封止するからである。また、従来の封止構造に比べて、封止構造の耐久性を向上して、耐水性と耐薬品性に優れたチューブ本体１を提供できる。ポリプロピレン製の射出成形品で構成したチューブ本体１は、他の樹脂との接着性に問題があるが、このような難接着性のチューブ本体１であっても、問題なくＩＣチップ３を密封できる。

本発明に係るＩＣチップの封止方法においては、ＩＣチップ３を装填凹部５に装填したのち、装填凹部５を加熱ヘッド１５に正対させて、装填凹部５に押し付けた加熱ヘッド１５で溶融壁１１を溶融してＩＣチップ３を溶融樹脂からなる封止部１３で密封する。したがって、ＩＣチップを樹脂封止し、あるいはＩＣチップの外面を２次成形層で覆う従来のマイクロチューブに比べて、充分な封止強度を備えた封止部１３をより少ない手間で確実に形成でき、その分だけマイクロチューブの製造コストを削減できる。

また、溶融樹脂を基部壁１０の内部に充満させて、装填凹部５に装填したＩＣチップ３を密封状に封止するので、従来の封止構造に比べて、耐久性に優れた封止構造が得られる。したがって、マイクロチューブの使用温度幅が大きい場合の空気の膨張作用による封止部１３の破壊や、遠心力による封止部１３の破壊などを一掃して、マイクロチューブの汎用性を拡大できる。

溶融壁１１を溶融する過程で、ストッパー１８が脚壁６の端面に接当するまで加熱ヘッド１５を押し下げて、溶融壁１１の溶融量を一定にすると、溶融壁１１が過剰に溶融されるのを防止しながら、封止部１３を必要な一定の厚みに形成することができる。また、脚壁６の端面を位置基準にして溶融壁１１を溶融するので、チューブ本体１の全体の高さのばらつきとは無関係に、溶融壁１１の適量を溶融することができる。さらに封止部１３の位置および厚み寸法を常に一定に揃えて、リーダライターとの通信を的確に行なえる。

ストッパー１８が脚壁６の端面に接当した状態における押圧部１７の下面を、ストッパー１８の下面より僅かに下方に突出させると、封止部１１の外面を脚壁６の開口面より凹ませて、脚壁６を脚体にして机上や台上に自立できるチューブ本体１が得られる。

本発明に係るＩＣチップの装着構造を示す断面図である。 マイクロチューブの装填凹部を示す斜視図である。 マイクロチューブと、加熱ヘッドとの分解断面図である。 加熱ヘッドで溶融壁を溶融する過程を示す縦断面図である。 加熱ヘッドが脚壁で位置決めされている状態を示す縦断面図である。 装填凹部の別の実施例を示す斜視図である。 装填凹部のさらに別の実施例を示す斜視図である。 装填凹部のさらに別の実施例を示す断面図である。

（実施例） 図１ないし図５は本発明に係るマイクロチューブの実施例を示す。図１においてマイクロチューブは、円筒状のチューブ本体１と、チューブ本体１の開口を開閉するキャップ２と、チューブ本体１に密封されるＩＣチップ３とで構成する。チューブ本体１およびキャップ２は、透明なポリプロピレンを素材とする射出成形品からなる。

チューブ本体１の上部にはフランジ４が張り出してあり、前記チューブ本体１の底部には、ＩＣチップ３を装填するための装填凹部５と、チューブ本体１の筒壁に連続する脚壁６とが２重筒状に設けてある。キャップ２は、チューブ本体１の開口周囲壁にねじ込み装着されており、キャップ２をつかんで締緩操作することによりチューブ本体１に対して着脱できる。キャップ２の内面にはシールリングが装填してある（図示せず）。

ＩＣチップ３は、概ね正方形状のＩＣモジュールとアンテナコイルとを一体に備えた、非接触式の近接型のＲＦＩＤであり、その一辺の長さは２．５ｍｍである。図２に示すように、アンテナコイルは、ＩＣモジュールの表面にエッチングを施して形成してある。

図２および図３に示すように、装填凹部５は、チューブ本体１の底壁に連続する基部壁１０と、基部壁１０に連続する溶融壁１１とで円筒状に形成してある。装填凹部５の内奥壁は水平に形成してあり、その直径はＩＣチップ３の対角線の長さより僅かに大きく設定してある。したがって、ＩＣチップ３を装填凹部５に収容した状態においては、ＩＣチップの周囲が基部壁１０で囲まれる。基部壁１０と溶融壁１１とに境界はないが、概ね脚壁６の開口面より突出している部分が溶融壁１１となり、溶融壁１１よりチューブ本体１の底壁の側が基部壁１０となる。２重筒状に形成した装填凹部５と脚壁６との間には、リング状の溝１２が形成される。

ＩＣチップ３は装填凹部５の内部に密封状に封止して、チューブ本体１と一体化する。以下にＩＣチップ３を封止装置で封止する手順を説明する。封止装置は、封止テーブルへ向かって昇降操作される加熱ヘッド１５を備えている。加熱ヘッド１５は、装填凹部５に外嵌する筒部１６と、筒部１６の内奥に設けられる水平の押圧部１７と、筒部１６に外嵌するリング状のストッパー１８とを一体に備えている。押圧部１７の下面は、ストッパー１８の下面より僅かに下方に突出している。図示していないが、押圧部１７はその内部に設けたヒーターでポリプロピレンの溶融温度より高い温度に加熱される。押圧部１７の熱がストッパー１８に伝わるのを防いで、ストッパー１８を常温状態に保持しておくために、ストッパー１８と押圧部１７との間には、僅かな隙間が設けてある。

ＩＣチップ３の封止に際しては、まず、装填凹部５の内部にＩＣチップ３を装填するが、そのときアンテナが装填凹部５の開口面の側を向くようにＩＣチップ３を装填する。つぎに、キャップ２が取り外されたチューブ本体１を倒立姿勢にして、そのフランジ４を封止テーブル上に載置したホルダー１９に装填し、装填凹部５を加熱ヘッド１５に正対させる。この状態のチューブ本体１の中心と、加熱ヘッド１５の中心とは一致している。

図４に示すように、加熱ヘッド１５を下降させると、筒部１６が他に先行して装填凹部５に外嵌し、やがて押圧部１７が溶融壁１１の端部に接当する。これにより、溶融壁１１は押圧部１７の熱と押圧力を受けて溶融する。このとき、溶融部分の周囲が筒部１６に囲まれているため、溶融樹脂は基部壁１０の内部空間へ流れ込み、ＩＣチップ３の外面を覆う。

図５に示すように、ストッパー１８が脚壁６の端面に接当した状態では、溶融樹脂は基部壁１０の内部空間の全体に充満し、筒部１６と押圧部１７とで円柱状に整形される。この実施例のチューブ本体１における溶融樹脂の体積は、基部壁１０の容積の１５０〜２００％であることが好ましい。以後、加熱ヘッド１５を冷却して溶融樹脂を固化させたのち、加熱ヘッド１５を上昇させて装填凹部５から分離することにより、ＩＣチップ３を溶融樹脂からなる封止部１３で封止することができる。溝１２内へ溢れ出た樹脂は除去する。

上記のように、ストッパー１８が脚壁６の端面に接当した状態における溶融樹脂の体積を、基部壁１０の容積の１５０〜２００％にすると、溶融樹脂を基部壁１０の内部空間の全体に確実に充満させて、ＩＣチップ３の外面全体を溶融樹脂で覆うことができる。このとき、余分な溶融樹脂は筒部１６を介して溝１２へと溢れでる。したがって、装填凹部５に収容したＩＣチップ３をチューブ本体１に対してより強固に一体化できる。封止部１３の厚みも不足のない状態で充分に確保できる。因みに、装填凹部５の容積に対する溶融樹脂の体積の百分率は、基部壁１０の容積の大小に応じて変動し、とくに、チューブ本体１の直径が大きく、基部壁１０の容積が大きい場合には前記の百分率の範囲より小さくてもよい。

溶融壁１１を溶融する過程では、ストッパー１８を脚壁６の端面に接当させて、溶融壁１１が過剰に溶融されるのを防止する。さらに、押圧部１７の上下方向の位置を脚壁６の端面を位置基準にして正確に位置決めする。したがって、チューブ本体１の全体の高さのばらつきに影響されることもなく、溶融壁１１を適度に溶融させ、さらに封止部１３の位置および厚み寸法を常に一定に揃えることができる。得られたチューブ本体１の封止部１３の外面は、図１に示すように脚壁６の開口面より僅かに凹んでいる。したがって、チューブ本体１は脚壁６を脚体にして机上や台上に自立させることができる。図１に示すように、脚壁６の開口面から封止部１３の外面までの凹み距離Ｈ１は０．２ｍｍ、脚壁６の開口面からＩＣチップ３の下面までの距離Ｈ２は０．５ｍｍであり、したがって、封止部１３の厚み寸法は０．３ｍｍとなる。

以上のように構成したマイクロチューブは、ＩＣチップ３を装填凹部５の内部に密封して、その外面を封止部１３で覆い隠すことができる。したがって、マイクロチューブの使用温度幅が大きい場合であっても、空気の膨張作用による封止部１３の破壊を生じる余地がなく、ＩＣチップ３をチューブ本体１に対してより強固に装填して、耐久性を向上できる。また、マイクロチューブに収容した試料を遠心分離する場合であっても、遠心力を受けた封止部１３が破壊することはなく、問題なく遠心分離を行なうことができるのを確認している。

さらに、溶融壁１１を加熱ヘッド１５で溶融させて、装填凹部５に収容したＩＣチップ３を封止するので、接着性が悪いポリプロピレンであってもＩＣチップ３を問題なく密封できる。さらに、ＩＣチップを樹脂封止し、あるいはＩＣチップの外面を２次成形層で覆う従来のマイクロチューブに比べて、充分な封止強度を備えた封止部１３をより少ない手間で確実に形成でき、マイクロチューブの製造コストを削減できる利点もある。

チューブ本体１に封止したＩＣチップ３に対する試料の固有情報や関連情報の書き込みは、たとえば、一群のチューブ本体１をチューブラックに立てた状態で、リーダライターをチップホルダー３の封止部１３の下面に接近させて行なうことができる。また、データの書き換えや新たなデータの追記なども同様にして行なうことができる。

図６ないし図８は、それぞれ装填凹部５の別の実施例を示す。なお、図６ないし図８に示す実施例においては、他は先の実施例と異なる部分を主に説明し、先の実施例と同じ部材には同じ符号を付して、その説明を省略する。

図６に示す装填凹部５は、基部壁１０および溶融壁１１を、それぞれ６角筒状に形成した。この場合の、加熱ヘッド１５の筒部１６は６角筒状に形成する。このように、装填凹部５は丸筒状に形成する必要はなく、多角形筒状や楕円筒状に形成することができる。

図７に示す装填凹部５は、基部壁１０を丸筒状に形成し、溶融壁１１を周方向へ断続する筒壁で構成した。このように、溶融壁１１は断続する壁で構成することができる。

図８においては、溶融壁１１に相当する部分を基部壁１０とは別体の、独立した部品２２で形成しておき、基部壁１０に装填した部品２２を加熱ヘッド１５で溶融して、ＩＣチップ３を密封できるようにした。部品２２は、チューブ本体１の形成材料と同じであることが好ましい。

上記の実施例以外に、チューブ本体１はポリプロピレンで形成するのが好ましいが、他のプラスチック材で形成してあってもよい。例えば、ポリカーボネイト、ポリエチレンテレフタレート、ポリエチレン、フッ素系樹脂、テフロン（登録商標）系樹脂などを素材にして形成することができる。加熱ヘッド１５としては、超音波溶着装置の溶着ヘッドを適用することができる。ＩＣチップ３は、長方形や円形に形成してあってもよい。

１ チューブ本体
３ ＩＣチップ
５ 装填凹部
６ 脚壁
１０ 基部壁
１１ 溶融壁
１３ 封止部
１５ 加熱ヘッド
１６ 筒部
１７ 押圧部
１８ ストッパー

Claims (6)

1. チューブ本体（１）と、該チューブ本体（１）の底部に設けられた装填凹部（５）と、該装填凹部（５）内に装填されたＩＣチップ（３）とを備え、
   前記装填凹部（５）が、前記チューブ本体（１）の底壁と、該底壁から下方に向けて突設された筒状の基部壁（１０）とで区画され、該基部壁（１０）の先端側に開口を有する有底容器状に形成されており、
   前記ＩＣチップ（３）は、アンテナが前記装填凹部（５）の開口側に向くように該装填凹部（５）内に装填されており、
   前記装填凹部（５）の内部空間が、前記基部壁（１０）の先端に連続して形成された溶融壁（１１）を溶融してなる溶融樹脂により充満されており、
   前記装填凹部（５）内に装填された前記ＩＣチップ（３）が、該装填凹部（５）の内部空間に充満された溶融樹脂で形成される封止部（１３）により封止されていることを特徴とするマイクロチューブ。
2. 前記チューブ本体（１）の底部に、前記装填凹部（５）と、前記チューブ本体（１）の筒壁に連続する脚壁（６）とが２重筒状に設けられており、
   前記封止部（１３）の外面が、前記脚壁（６）の開口面より凹ませてある請求項１に記載のマイクロチューブ。
3. 前記チューブ本体（１）が、ポリプロピレン、ポリカーボネイト、ポリエチレンテレフタレート、ポリエチレン、フッ素系樹脂、テフロン（登録商標）系樹脂のいずれかひとつを素材とする射出成形品で形成してある請求項１または２に記載のマイクロチューブ。
4. チューブ本体（１）の底部に、該チューブ本体（１）の底壁と、該底壁から下方に向けて突設された筒状の基部壁（１０）とで区画され、該基部壁（１０）の先端側に開口を有する有底容器状の装填凹部（５）が設けられており、
   前記基部壁（１０）の先端には、該基部壁（１０）に連続して溶融壁（１１）が設けられており、
   ＩＣチップ（３）を前記装填凹部（５）に装填したのち、前記装填凹部（５）を加熱ヘッド（１５）に正対させる工程と、
   前記装填凹部（５）に押し付けた加熱ヘッド（１５）で前記溶融壁（１１）を溶融する工程と、
   前記溶融壁（１１）を溶融してなる溶融樹脂を前記基部壁（１０）の内部空間に充満させて、前記ＩＣチップ（３）を溶融樹脂からなる封止部（１３）で密封する工程と、
   を含むことを特徴とするマイクロチューブにおけるＩＣチップの封止方法。
5. 前記チューブ本体（１）の底部には、前記装填凹部（５）と、前記チューブ本体（１）の筒壁に連続する脚壁（６）とが２重筒状に設けられており、
   前記加熱ヘッド（１５）は、前記装填凹部（５）に外嵌する筒部（１６）と、前記筒部（１６）の内奥に設けられて前記溶融壁（１１）に外接する押圧部（１７）と、前記脚壁（６）に接当するストッパー（１８）とを備えており、
   前記溶融壁（１１）を溶融する工程においては、前記筒部（１６）を装填凹部（５）の基部壁（１０）に外嵌させたのちに、前記押圧部（１７）を前記溶融壁（１１）に接当させており、
   前記溶融壁（１１）を溶融する工程においては、前記ストッパー（１８）が前記脚壁（６）の端面に接当するまで前記加熱ヘッド（１５）を押し下げて、前記溶融壁（１１）の溶融量を一定にする請求項４に記載のマイクロチューブにおけるＩＣチップの封止方法。
6. 前記ストッパー（１８）が前記脚壁（６）の端面に接当した状態における前記押圧部（１７）の下面が、前記ストッパー（１８）の下面より僅かに下方に突出させてある請求項５に記載のマイクロチューブにおけるＩＣチップの封止方法。

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