JP5585204B2 - Microchip and manufacturing method thereof - Google Patents

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Description

本発明は、マイクロチップ及びその製造方法に関する。特に、基材の内部にマイクロ流路を形成したマイクロチップ及びその製造方法に関する。 The present invention relates to a microchip and a manufacturing method thereof. In particular, the present invention relates to a microchip having a microchannel formed inside a substrate and a method for manufacturing the microchip.

半導体製造技術を流路形成に応用したμ−TAS(Micro Total Analysis System)やLab−on−a−chip、MEMS(Micro Electro Mechanical Systems)と呼ばれるマイクロチップが研究され、実用化されている。 Microchips called micro-TAS (Micro Total Analysis System), Lab-on-a-chip, and MEMS (Micro Electro Mechanical Systems), in which semiconductor manufacturing technology is applied to channel formation, have been studied and put into practical use.

これらのマイクロチップは、数cm角の大きさのチップの内部にマイクロ流路と呼ばれるマイクロメートルオーダーの幅の流路を有し、マイクロ流路が合流したり、分岐したりする構造を有する。マイクロチップは、マイクロ流路に微量の溶液を流して、溶液の反応や分離、分析を行うシステムであるため、試料の微量化、反応の効率化を図ることができ、非常に有用である。また、流路の微細化によりマイクロチップを含む装置全体を小型化することも可能となるため、様々な用途への応用が可能となる。 These microchips have a structure having a micrometer-order width channel called a microchannel inside a chip having a size of several cm square, and the microchannels are joined or branched. A microchip is a system that allows a small amount of solution to flow through a microchannel to perform reaction, separation, and analysis of the solution. Therefore, the microchip is very useful because it can reduce the amount of sample and increase the efficiency of the reaction. In addition, since the entire device including the microchip can be downsized by reducing the size of the flow path, application to various applications is possible.

マイクロチップの材料としてはシリコン、ガラス、樹脂などが用いられている。樹脂製のマイクロチップは、大量生産が容易であるという利点はあるが、耐熱性が低く、有機溶剤によって膨潤や腐食が生じたり、張り合わせに用いる接着剤の成分が溶け出したりすることや、流体圧や外圧によってマイクロチップの変形が起こってしまうという問題がある。 Silicon, glass, resin, or the like is used as a material for the microchip. Resin microchips have the advantage of being easy to mass-produce, but have low heat resistance, swelling and corrosion caused by organic solvents, and dissolution of adhesive components used for bonding. There is a problem that deformation of the microchip occurs due to pressure or external pressure.

シリコン製のマイクロチップは、無機材料から構成されているので耐熱性が高く、有機溶剤による膨潤や腐食がなく、かつ流体圧や外圧によってマイクロチップが変形することがほとんどない。このようなシリコン製のマイクロチップは、MEMS技術を用いて製造することが可能であり、生産性の面でも優れている。 Since the silicon microchip is made of an inorganic material, it has high heat resistance, does not swell or corrode with an organic solvent, and hardly deforms due to fluid pressure or external pressure. Such a silicon microchip can be manufactured using the MEMS technology, and is excellent in productivity.

一方、ガラス製のマイクロチップは、耐熱性が高く、有機溶剤による膨潤や腐食がなく、あるいは流体圧や外圧によって変形することがほとんどないマイクロチップを提供することが可能であり、また、透明な材料であることから、流路内の光学的な観察も可能である。ガラス製のマイクロチップを用いることで、例えば、蛍光物質等用いて細胞や、タンパク、DNAなどのイメージングに利用することもできる。 On the other hand, a glass microchip can provide a microchip that has high heat resistance, does not swell or corrode with an organic solvent, or hardly deforms due to fluid pressure or external pressure, and is transparent. Since it is a material, optical observation in the flow path is also possible. By using a glass microchip, for example, it can be used for imaging of cells, proteins, DNA, etc. using a fluorescent substance or the like.

このような光学的な観察が可能なマイクロチップを、ガラス基材とシリコン含有基材とを組合せて製造することが特許文献1に開示されている。また、複雑な形状の流路をガラス基材とシリコン基材を組合せて形成することが特許文献2に開示されている。このようなガラス基材とシリコン基材を組合せたマイクロチップは、樹脂製のマイクロチップに比して耐熱性が高く、有機溶剤による膨潤や腐食がなく、あるいは流体圧や外圧によってほとんど変形しない点で優れている。 Patent Document 1 discloses that a microchip capable of such optical observation is manufactured by combining a glass substrate and a silicon-containing substrate. Patent Document 2 discloses that a flow path having a complicated shape is formed by combining a glass substrate and a silicon substrate. A microchip combining such a glass substrate and a silicon substrate has higher heat resistance than a resin microchip, does not swell or corrode due to organic solvents, or hardly deforms due to fluid pressure or external pressure. Is excellent.

しかし、これら従来のマイクロチップは、シリコン、ガラス、樹脂などからなる基材の表面に流路を形成し、この流路を覆うために、少なくともさらに1枚の基材を張り合わせる必要があった。 However, in these conventional microchips, a flow path is formed on the surface of a base material made of silicon, glass, resin, etc., and at least one more base material needs to be bonded to cover this flow path. .

特開2010−25688号公報JP 2010-25688 A 特開2010―29780号公報JP 2010-29780 A

上述したように、従来のマイクロチップは、1枚のマイクロチップの形成に必要な基材数が多く、その結果、厚くなるため小型化の障害となる。また、ガラス基材とシリコン基材を組合せたマイクロチップでは、基材同士を直接接合する場合、可動性イオンを含む特殊なガラス基材を用いる必要があり、接合工程が必要となる。さらに、流路を形成するシリコン基材を加工するための製造工程や必要な設備が多くなるため、製造コストが上昇する。 As described above, the conventional microchip has a large number of base materials necessary for forming one microchip, and as a result, it becomes thick and becomes an obstacle to miniaturization. Moreover, in the microchip which combined the glass base material and the silicon base material, when joining base materials directly, it is necessary to use the special glass base material containing a mobile ion, and a joining process is needed. Further, the manufacturing cost and the necessary equipment for processing the silicon base material forming the flow path increase, resulting in an increase in manufacturing cost.

そこで、本発明は上記の課題を鑑みてなされたものであり、耐熱性や耐薬品性が高く、少ない製造工程で製造可能なマイクロチップ及びその製造方法を提供することにある。 Therefore, the present invention has been made in view of the above problems, and it is an object of the present invention to provide a microchip that has high heat resistance and chemical resistance and can be manufactured with a small number of manufacturing steps, and a manufacturing method thereof.

本発明の一実施形態によると、ホウケイ酸ガラス、ソーダライム、アルミナホウケイ酸ガラス、石英ガラス及びサファイアから選択される単一の透明な基材の内部に、基材の表面又は側面に少なくとも2つの開口部を有し、基材内で基材の上面に対して水平方向および/または垂直方向に曲がるように形成された流路を有し、流路の面から突出し、基材と一体に形成された板状又は柱状の構造体を流路に有することを特徴とするマイクロチップが提供される。 According to one embodiment of the present invention, at least two on the surface or side of the substrate inside a single transparent substrate selected from borosilicate glass, soda lime, alumina borosilicate glass, quartz glass and sapphire . have a opening, have a flow path that is formed to bend in the horizontal direction and / or direction perpendicular to the upper surface of the substrate in the substrate, formed from a surface of the flow passage protrudes integrally a substrate microchip, characterized in that the perforated the flow path plate-like or columnar structure is are provided.

これにより、基材の貼り合せや積層をすることなく、単一の透明な基材の内部に流路を形成したマイクロチップが提供される。したがって、基材を直接接合する場合のように、接合界面のボイドによる接合不良で、液漏れ等の不具合が生じることはない。また、ガラス基材とシリコン基材とを陽極接合する場合のように、開口部に相当する部分にアルカリ析出が起こり、被験物の性状によっては問題となることもない。さらに、接着剤を用いて基材を接合する場合のように、接着剤による流路特性の劣化や、接着剤により流路内の被験物の観察の障害となることもない。また、1枚の基材内に蛇行させて流路を形成することで小型化を可能とし、また、1枚の基材であるために、細長いキャピラリーよりも割れにくく、扱いが容易なマイクロチップが提供される。さらに、流路に構造体を形成することで、例えば、流体の流量や圧力を制御することが可能である。 Thereby, the microchip which formed the flow path in the inside of a single transparent base material is provided, without bonding and lamination | stacking of a base material. Therefore, as in the case of directly joining the substrates, there is no problem such as liquid leakage due to poor bonding due to voids at the bonding interface. Further, as in the case of anodically bonding a glass substrate and a silicon substrate, alkali precipitation occurs in a portion corresponding to the opening, and there is no problem depending on the properties of the test object. Further, unlike the case where the base material is bonded using an adhesive, the flow path characteristics are not deteriorated by the adhesive, and the observation of the test object in the flow path is not hindered by the adhesive. Further, the microchip can be miniaturized by meandering in one base material to form a flow path, and since it is a single base material, it is harder to break than an elongated capillary and is easy to handle. Is provided. Furthermore, by forming the structure in the flow path, for example, the flow rate and pressure of the fluid can be controlled.

また、本発明の一実施形態によると、レーザによって改質された後、等方性エッチングによって、ホウケイ酸ガラス、ソーダライム、アルミナホウケイ酸ガラス、石英ガラス及びサファイアから選択される単一の透明な基材の内部に形成され、且つ基材の表面又は側面に少なくとも2つの開口部を有し、基材内で基材の上面に対して水平方向および/または垂直方向に曲がるように形成された流路を有し、流路の面から突出し、基材と一体に形成された板状又は柱状の構造体を流路に有することを特徴とするマイクロチップが提供される。 Also, according to one embodiment of the present invention, a single transparent selected from borosilicate glass, soda lime, alumina borosilicate glass, quartz glass and sapphire isotropically etched after being modified by laser. It is formed inside the substrate, and have at least two openings in the surface or side of the substrate, is formed to bend in the horizontal direction and / or direction perpendicular to the upper surface of the substrate in the substrate have a flow channel, microchip from the surface of the flow passage protrudes characterized in that have a base plate and formed integrally with or columnar structure in the flow path is provided.

従来のガラス基材とシリコン基材を組合せたマイクロチップは、用いる基材が多いため、製造工程が多く複雑になるが、本発明の一実施形態によると、少ない製造工程で1枚の基材の内部に流路を形成したマイクロチップが提供される。また、1枚の基材内に蛇行させて流路を形成することで小型化を可能とし、また、1枚の基材であるために、細長いキャピラリーよりも割れにくく、扱いが容易なマイクロチップが提供される。さらに、流路に構造体を形成することで、例えば、流体の流量や圧力を制御することが可能である。 A conventional microchip in which a glass substrate and a silicon substrate are combined has a large number of substrates to be used, so that the manufacturing process is complicated. However, according to an embodiment of the present invention, a single substrate is formed with a small number of manufacturing processes. A microchip having a flow path formed therein is provided. Further, the microchip can be miniaturized by meandering in one base material to form a flow path, and since it is a single base material, it is harder to break than an elongated capillary and is easy to handle. Is provided. Furthermore, by forming the structure in the flow path, for example, the flow rate and pressure of the fluid can be controlled.

マイクロチップの流路の断面形状は、円形、楕円形、多角形、リング形又はドーナツ形であってもよい。 The cross-sectional shape of the channel of the microchip may be a circle, an ellipse, a polygon, a ring, or a donut.

従来の半導体製造技術では、異方性エッチングを用いることで矩形形状の流路形成するのは比較的容易であるが、円形の流路を基材内部に形成するためには複雑な製造工程が必要となる。本発明の一実施形態によると、等方性のエッチングであるウェットエッチングを用いることで、形成された流路の断面は略円形の形状になり、製造工程も簡便なマイクロチップが提供される。また、多角形の断面形状の流路では、流路の幾何学的な配置を用いることで、1枚の基材に複数の流路をコンパクトに集積することができる。リング形又はドーナツ形の断面形状の流路では、流路毎に異なる温度の流体を流し、流体間の熱交換に用いることができ、また、異なる種類の液体、異なる粘度の流体を流すこともできる。 In the conventional semiconductor manufacturing technology, it is relatively easy to form a rectangular flow path by using anisotropic etching, but in order to form a circular flow path inside the substrate, a complicated manufacturing process is required. Necessary. According to an embodiment of the present invention, by using wet etching, which is isotropic etching, the cross section of the formed flow path has a substantially circular shape, and a microchip with a simple manufacturing process is provided. Further, in a polygonal cross-sectional flow path, a plurality of flow paths can be compactly integrated on a single substrate by using the geometrical arrangement of the flow paths. In a ring-shaped or donut-shaped cross-sectional flow path, fluids with different temperatures can be flowed in each flow path, and used for heat exchange between the fluids. it can.

マイクロチップの流路の断面形状が、基材の位置によって異なってもよい。 The cross-sectional shape of the channel of the microchip may be different depending on the position of the substrate.

これにより、マイクロチップの設計における自由度が高くなり、多様な用途のマイクロチップの開発を可能にすることができる。 As a result, the degree of freedom in designing the microchip is increased, and the development of microchips for various applications can be made possible.

マイクロチップの流路に複数の構造体を有し、複数の構造体は大きさの異なる構造体を有してもよい。 A plurality of structures may be provided in the flow path of the microchip, and the plurality of structures may have structures having different sizes.

これにより、流路に複数の構造体を形成し、複数の構造体の大きさの異ならせることで、流体の撹拌が可能である。1つの流路の内部に所定の間隔で複数の板状構造体を形成することで、撹拌効果を高めることができる。 As a result, the fluid can be agitated by forming a plurality of structures in the channel and making the sizes of the structures different. The stirring effect can be enhanced by forming a plurality of plate-like structures at a predetermined interval inside one flow path.

また、本発明の一実施形態によると、ホウケイ酸ガラス、ソーダライム、アルミナホウケイ酸ガラス、石英ガラス及びサファイアから選択される単一の基材内部にレーザを照射して、基材の一部を改質し、基材の一部をエッチングにより除去して、基材の表面又は側面に少なくとも2つの開口部を有し、基材内で基材の上面に対して水平方向および/または垂直方向に曲がるように形成された流路を基材内部に形成し、流路の面から突出し、基材と一体に形成された板状又は柱状の構造体を流路に形成することを特徴とするマイクロチップの製造方法が提供される。 Further, according to one embodiment of the present invention, a laser beam is irradiated inside a single substrate selected from borosilicate glass, soda lime, alumina borosilicate glass, quartz glass, and sapphire, and a part of the substrate is formed. reforming, a portion of the substrate is removed by etching, to have at least two openings in the surface or side of the substrate, the horizontal and / or vertical direction with respect to the upper surface of the substrate in the substrate A channel formed so as to be bent is formed inside the substrate, protrudes from the surface of the channel, and a plate-like or columnar structure formed integrally with the substrate is formed in the channel. A method for manufacturing a microchip is provided.

これにより、基材の貼り合せや積層をすることなく、単一の透明な基材の内部に流路を形成することができる。また、耐熱性や耐薬品性が高く、安価な材料を用いて製造可能なマイクロチップが提供される。さらに、1枚の基材内に蛇行させて流路を形成することで小型化を可能とし、また、1枚の基材であるために、細長いキャピラリーよりも割れにくく、扱いが容易なマイクロチップが製造できる。従来の半導体の製造技術で流路に構造体を形成するには、複雑な製造工程が必要となる。本発明の一実施形態によると、従来に比して簡便に複雑な流路を形成することができる。したがって、流路に機能性を持たせたマイクロチップの設計における自由度が高くなり、多様な用途のマイクロチップの開発を可能にする。 Thereby, a flow path can be formed in the inside of a single transparent base material, without bonding and lamination | stacking of a base material. In addition, a microchip that has high heat resistance and chemical resistance and can be manufactured using an inexpensive material is provided. Further, the microchip can be downsized by meandering in one base material to form a flow path, and since it is a single base material, it is harder to break than an elongated capillary and is easy to handle. Can be manufactured. In order to form a structure in a flow path by a conventional semiconductor manufacturing technique, a complicated manufacturing process is required. According to one embodiment of the present invention, it is possible to form a complicated flow path more easily than in the past. Accordingly, the degree of freedom in designing a microchip having functionality in the flow path is increased, and it becomes possible to develop microchips for various applications.

マイクロチップの製造方法において、レーザは1000フェムト秒以下のパルスレーザであってもよい。 In the microchip manufacturing method, the laser may be a pulse laser of 1000 femtoseconds or less.

フェムト秒レーザは、レーザと物質との相互作用において非線形性が顕著になるため、多光子吸収を利用したプロセシングや熱的影響が無視できる。フェムト秒レーザは、炭酸ガスレーザやYAGレーザに比して、レーザ光を極めて小さな領域に照射することができ、加工精度は格段に高い。フェムト秒レーザを用いることで、加工する対象に瞬時にエネルギーを注入し、熱的、化学的損傷を受けない状態で、且つ、膜飛びを生じずに、必要箇所のみ屈折率を変え、密度を疎の状態に変える「改質」を行うことができる。 In the femtosecond laser, nonlinearity becomes remarkable in the interaction between the laser and the substance, so that processing and thermal influence using multiphoton absorption can be ignored. The femtosecond laser can irradiate a laser beam to an extremely small region as compared with a carbon dioxide laser or a YAG laser, and the processing accuracy is remarkably high. By using a femtosecond laser, energy is instantaneously injected into the object to be processed, and it is not subject to thermal and chemical damage. “Modification” can be performed to change to a sparse state.

マイクロチップの製造方法において、流路の断面形状を、円形、楕円形、多角形、リング形又はドーナツ形で形成してもよい。 In the microchip manufacturing method, the cross-sectional shape of the channel may be formed in a circular shape, an elliptical shape, a polygonal shape, a ring shape, or a donut shape.

複雑な断面形状を有する流路を従来の半導体の製造技術で形成するには、複雑な製造工程が必要となる。本発明の一実施形態によると、従来に比して簡便に複雑な流路を形成することができる。したがって、マイクロチップの設計における自由度が高くなり、多様な用途のマイクロチップの開発を可能にする。 In order to form a flow path having a complicated cross-sectional shape by a conventional semiconductor manufacturing technique, a complicated manufacturing process is required. According to one embodiment of the present invention, it is possible to form a complicated flow path more easily than in the past. Therefore, the degree of freedom in the design of the microchip is increased, and it becomes possible to develop microchips for various uses.

マイクロチップの製造方法において、流路の断面形状を、基材の位置によって異なるように形成してもよい。 In the microchip manufacturing method, the cross-sectional shape of the flow path may be formed to be different depending on the position of the substrate.

1枚のマイクロチップの内部に様々な断面形状の流路を複数組合せて形成するには、従来の半導体の製造技術では複雑な製造工程が必要となる。本発明の一実施形態によると、従来に比して簡便に複雑な流路を形成することができる。したがって、マイクロチップの設計における自由度が高くなり、多様な用途のマイクロチップの開発を可能にする。 In order to form a combination of a plurality of channels having various cross-sectional shapes within one microchip, the conventional semiconductor manufacturing technology requires a complicated manufacturing process. According to one embodiment of the present invention, it is possible to form a complicated flow path more easily than in the past. Therefore, the degree of freedom in the design of the microchip is increased, and it becomes possible to develop microchips for various uses.

マイクロチップの製造方法において、流路に大きさの異なる複数の構造体を形成してもよい。 In the microchip manufacturing method, a plurality of structures having different sizes may be formed in the channel.

従来の半導体の製造技術で流路に構造体を形成するには、複雑な製造工程が必要となる。本発明の一実施形態によると、従来に比して簡便に複雑な流路を形成することができる。したがって、流路に機能性を持たせたマイクロチップの設計における自由度が高くなり、多様な用途のマイクロチップの開発を可能にする。 In order to form a structure in a flow path by a conventional semiconductor manufacturing technique, a complicated manufacturing process is required. According to one embodiment of the present invention, it is possible to form a complicated flow path more easily than in the past. Accordingly, the degree of freedom in designing a microchip having functionality in the flow path is increased, and it becomes possible to develop microchips for various applications.

本発明よると、耐熱性や耐薬品性が高く、少ない製造工程で製造可能なマイクロチップ及びその製造方法を提供することができる。 According to the present invention, it is possible to provide a microchip that has high heat resistance and chemical resistance and can be manufactured with a small number of manufacturing steps, and a manufacturing method thereof.

一実施形態に係る本発明のマイクロチップ100の模式図であり、(a)はマイクロチップ100を斜め上方向から見た図であり、(b)はAA’での切断面であり、(c)はBB’での切断面である。It is the schematic diagram of the microchip 100 of this invention which concerns on one Embodiment, (a) is the figure which looked at the microchip 100 from diagonally upward direction, (b) is the cut surface in AA ', (c ) Is a cut surface at BB ′. 一実施形態に係る本発明のマイクロチップ100の製造工程のパルスレーザの照射を示す図であり、(a)はマイクロチップ100を斜め上方向から見た図であり、(b)はAA’での切断面である。It is a figure which shows irradiation of the pulse laser of the manufacturing process of the microchip 100 of this invention which concerns on one Embodiment, (a) is the figure which looked at the microchip 100 from diagonally upward direction, (b) is AA '. It is a cut surface. レーザ光の照射方法と形成される改質部の形状との関係を示す図であり、(a)は先に形成された改質部を伝搬しないようにレーザ光の焦点を走査する図を示し、(b)は先に形成された改質部を伝搬するようにレーザ光の焦点を走査する図を示す。It is a figure which shows the relationship between the irradiation method of a laser beam, and the shape of the modification part formed, (a) shows the figure which scans the focus of a laser beam so that it may not propagate through the modification part formed previously. (B) shows the figure which scans the focus of a laser beam so that it may propagate through the modification part formed previously. 一実施形態に係る本発明の流路21の断面形状を示し、(a)は、図1(a)のAA’での切断面に相当する様々な断面形状の流路21を示し、(b)は溝形の断面形状を有する流路23を示す。The cross-sectional shape of the flow path 21 of this invention which concerns on one Embodiment is shown, (a) shows the flow path 21 of various cross-sectional shapes equivalent to the cut surface in AA 'of Fig.1 (a), (b ) Shows a flow path 23 having a groove-shaped cross-sectional shape. 一実施形態に係る本発明の流路31の断面形状を示し、(a)は流体をリング状に流す流路31の断面図であり、(b)は二重の流路33の断面図である。The cross-sectional shape of the flow path 31 of this invention which concerns on one Embodiment is shown, (a) is sectional drawing of the flow path 31 which flows a fluid in a ring shape, (b) is sectional drawing of the double flow path 33. is there. 一実施形態に係る本発明の流路の配置を示す図であり、(a)は基材1の内部に複数の流路41を形成した様子を示す断面図であり、(b)は基材1の内部に複数の流路43を形成した様子を示す断面図である。It is a figure which shows arrangement | positioning of the flow path of this invention which concerns on one Embodiment, (a) is sectional drawing which shows a mode that the several flow path 41 was formed in the inside of the base material 1, (b) is a base material 1 is a cross-sectional view showing a state in which a plurality of flow paths 43 are formed inside 1. FIG. 一実施形態に係る本発明の内部に構造体を形成した流路の例を示し、(a)は、1つの流路の内部に階段状構造体81を形成した流路51を示し、(b)は、1つの流路の内部に板状構造体83を形成した流路53を示す。An example of a flow path in which a structure is formed inside the present invention according to an embodiment is shown, (a) shows a flow path 51 in which a stepped structure 81 is formed inside one flow path, and (b) ) Shows a flow channel 53 in which a plate-like structure 83 is formed inside one flow channel. 一実施形態に係る本発明のマイクロチップ200を示し、(a)はマイクロチップ200を上方向から見た図であり、(b)はAA’での切断面であり、(c)はBB’での切断面である。1 shows a microchip 200 of the present invention according to an embodiment, wherein (a) is a view of the microchip 200 as viewed from above, (b) is a cut surface at AA ′, and (c) is BB ′. It is a cut surface at. 一実施例に係る本発明のマイクロチップ300の模式図であり、(a)は上面図、(b)は(a)のBB’での断面図を示す。4A and 4B are schematic views of a microchip 300 according to an embodiment of the present invention, where FIG. 5A is a top view and FIG. 5B is a cross-sectional view taken along line BB ′ of FIG. 一実施例に係る本発明のマイクロチップ400の模式図であり、(a)は上面図、(b)は(a)のBB’での断面図を示す。It is a schematic diagram of the microchip 400 of this invention which concerns on one Example, (a) is a top view, (b) shows sectional drawing in BB 'of (a). (a)〜(c)は、マイクロチップ400を用いた染色体DNAの観察方法を示す図である。(A)-(c) is a figure which shows the observation method of the chromosomal DNA using the microchip 400. FIG. 一実施例に係る本発明のマイクロチップ500の模式図であり、(a)は上面図、(b)は(a)のBB’での断面図を示す。It is a schematic diagram of the microchip 500 of this invention which concerns on one Example, (a) is a top view, (b) shows sectional drawing in BB 'of (a).

以下、図面を参照して本発明に係るマイクロチップ及びその製造方法について説明する。但し、本発明のマイクロチップは多くの異なる態様で実施することが可能であり、以下に示す実施の形態及び実施例の記載内容に限定して解釈されるものではない。なお、本実施の形態及び実施例で参照する図面において、同一部分又は同様な機能を有する部分には同一の符号を付し、その繰り返しの説明は省略する。 Hereinafter, a microchip and a manufacturing method thereof according to the present invention will be described with reference to the drawings. However, the microchip of the present invention can be implemented in many different modes and should not be construed as being limited to the description of the embodiments and examples shown below. Note that in the drawings referred to in this embodiment mode and examples, the same portions or portions having similar functions are denoted by the same reference numerals, and repetitive description thereof is omitted.

上述の課題について鋭意検討した結果、1枚の基材の内部に流路を形成する方法を用いるに至った。すなわち、上述のガラス基材とシリコン基材を組合せたマイクロチップは、基材が多いため、製造工程が多く複雑になるが、少ない製造工程で1枚の基材の内部に流路を形成できれば、課題を解決できることとなる。このような製造方法は、パルスレーザの照射とウェットエッチングの組合せで実現できることを見出した。 As a result of intensive studies on the above-described problems, a method of forming a flow path inside a single substrate has been used. That is, since the above-mentioned microchip combining a glass substrate and a silicon substrate has a large number of substrates, the manufacturing process is complicated, but if a flow path can be formed inside a single substrate with a small number of manufacturing processes. The problem can be solved. It has been found that such a manufacturing method can be realized by a combination of pulsed laser irradiation and wet etching.

(実施形態1)
図1は、本発明の本実施形態に係るマイクロチップ100の模式図である。図1(a)はマイクロチップ100を斜め上方向から見た図であり、図1(b)はAA’での切断面であり、図1(c)はBB’での切断面である。例えば、マイクロチップ100は、単一の基材1の内部に蛇行した流路11を有し、流路11は基材1の上部表面に形成された開口部90に接続されている。
(Embodiment 1)
FIG. 1 is a schematic diagram of a microchip 100 according to this embodiment of the present invention. FIG. 1A is a view of the microchip 100 viewed obliquely from above, FIG. 1B is a cut surface at AA ′, and FIG. 1C is a cut surface at BB ′. For example, the microchip 100 has a meandering channel 11 inside a single substrate 1, and the channel 11 is connected to an opening 90 formed on the upper surface of the substrate 1.

流路11はマイクロ流路であり、流体の試料を流すための流路である。流路11は基材1の内部を蛇行するように配置することで、基材1のBB’方向の長さよりも長い流路を形成することができる。流路11の長さが短くても良い場合は、2つの開口部90の間を直線状に接続するように配置すればよい。また、流路11は試料の粘度に応じて、例えば、BからB’方向に向かって下がるような傾斜を有するように形成してもよい。 The channel 11 is a micro channel, and is a channel for flowing a fluid sample. By disposing the channel 11 so as to meander inside the substrate 1, a channel longer than the length of the substrate 1 in the BB ′ direction can be formed. When the length of the flow path 11 may be short, it may be arranged so as to connect the two openings 90 in a straight line. Further, the flow path 11 may be formed so as to have an inclination that decreases from B to the B ′ direction, for example, according to the viscosity of the sample.

開口部90は、例えば、流路11に流す試料を添加するために用いることができる。開口部90は、基材1の上部表面に対して垂直に形成しても良く、また、試料の粘度に応じて傾斜させるように形成してもよい。開口部90は、マイクロチップ100の側面部表面に形成してもよい。 The opening 90 can be used, for example, to add a sample to be passed through the flow path 11. The opening 90 may be formed perpendicular to the upper surface of the substrate 1 or may be formed so as to be inclined according to the viscosity of the sample. The opening 90 may be formed on the side surface of the microchip 100.

本発明の本実施形態に係るマイクロチップ100は、パルスレーザの照射とウェットエッチングとを組合せて製造することができる。図2は、本発明の本実施形態に係るマイクロチップ100の製造工程のパルスレーザの照射を示す図である。図2(a)はマイクロチップ100を斜め上方向から見た図であり、図2(b)はAA’での切断面である。 The microchip 100 according to this embodiment of the present invention can be manufactured by combining pulsed laser irradiation and wet etching. FIG. 2 is a diagram showing pulsed laser irradiation in the manufacturing process of the microchip 100 according to this embodiment of the present invention. FIG. 2A is a view of the microchip 100 viewed obliquely from above, and FIG. 2B is a cut surface taken along AA ′.

ここで、マイクロチップ100の基材1には、透明な基材である耐薬品性が高いガラス、すなわち、耐酸性、耐アルカリ性の高いガラス、例えば、ホウケイ酸ガラス、ソーダライム、アルミナホウケイ酸ガラス、石英ガラスなどを用いることができる。また、サファイアなどの単結晶基材であってもよい。これらの基材は透光性を有するため、基材内部にレーザ光を照射可能である。 Here, the substrate 1 of the microchip 100 is a transparent substrate having high chemical resistance, that is, glass having high acid resistance and alkali resistance, such as borosilicate glass, soda lime, and alumina borosilicate glass. Quartz glass or the like can be used. Moreover, single crystal base materials, such as sapphire, may be sufficient. Since these base materials have translucency, the inside of the base material can be irradiated with laser light.

マイクロチップ100に流路11を形成するために、図1(a)及び図1(b)に示すように、基材1の内部の所定の位置にレーザ光5を照射する。本実施形態に係るレーザ光5として、1000フェムト秒以下のパルス幅のパルスレーザ(フェムト秒レーザ)を用いることができる。フェムト秒レーザは、レーザと物質との相互作用において非線形性が顕著になるため、多光子吸収を利用したプロセシングや熱的影響が無視できる。フェムト秒レーザは、炭酸ガスレーザやYAGレーザに比して、レーザ光を極めて小さな領域に照射することができ、加工精度は格段に高い。フェムト秒レーザを用いることで、加工する対象に瞬時にエネルギーを注入し、熱的、化学的損傷を受けない状態で、且つ、膜飛びを生じずに、必要箇所のみ屈折率を変え、密度を疎の状態に変える「改質」を行うことができる。 In order to form the flow path 11 in the microchip 100, a laser beam 5 is irradiated to a predetermined position inside the substrate 1 as shown in FIGS. 1 (a) and 1 (b). As the laser beam 5 according to the present embodiment, a pulse laser (femtosecond laser) having a pulse width of 1000 femtoseconds or less can be used. In the femtosecond laser, nonlinearity becomes remarkable in the interaction between the laser and the substance, so that processing and thermal influence using multiphoton absorption can be ignored. The femtosecond laser can irradiate a laser beam to an extremely small region as compared with a carbon dioxide laser or a YAG laser, and the processing accuracy is remarkably high. By using a femtosecond laser, energy is instantaneously injected into the object to be processed, and it is not subject to thermal and chemical damage. “Modification” can be performed to change to a sparse state.

基材1にレーザ光5を照射すると、レーザ光5の焦点6の位置の基材1が改質され、改質部7を形成することができる。基材1の内部の所望の位置でレーザ光5を走査することで、流路11に相当する改質部7を形成することができる。この改質部7は、基材1の改質されていない部分よりもエッチングされやすい性質を有する。レーザ光5の走査は、X軸方向、Y軸方向及びZ軸方向で行うことができ、これにより所望の改質部7を形成することができる。レーザ光5を精度良く走査することで、内部の表面に凹凸の少ない流路11を形成するための改質部7を形成することができる。 When the substrate 1 is irradiated with the laser beam 5, the substrate 1 at the position of the focal point 6 of the laser beam 5 is modified, and the modified portion 7 can be formed. The modified portion 7 corresponding to the flow path 11 can be formed by scanning the laser beam 5 at a desired position inside the substrate 1. The modified portion 7 has a property that it is more easily etched than the unmodified portion of the substrate 1. Scanning with the laser beam 5 can be performed in the X-axis direction, the Y-axis direction, and the Z-axis direction, whereby the desired modified portion 7 can be formed. By scanning the laser beam 5 with high accuracy, it is possible to form the modified portion 7 for forming the flow path 11 with less unevenness on the inner surface.

次に、改質部7を形成した基材1にエッチングを行う。本実施形態に係るエッチングには等方性のエッチングであるウェットエッチングが好ましい。エッチング液としては、フッ酸やフッ硝酸系の溶液を用いることができる。改質部7は、改質されていない部分よりも速くエッチングされ、基材1にマイクロメートルオーダーの幅の流路11が形成される。エッチングを行う時間を長くすることで、流路11の内部の表面の凹凸を減少させることができる。また、エッチング液による基材1の表面のエッチングを防ぐために、エッチング工程の前に、改質部7を形成した基材1の表面に保護膜を形成してもよい。基材1の表面の保護膜を形成しない部分(開口部90に相当)から、エッチング液が基材1の内部に浸潤し、改質部7をエッチングして流路11を形成することができる。保護膜は、エッチング液に対する耐性を有する材料で形成することができ、例えば、クロムや金、これらの合金などを用いることができる。 Next, the base material 1 on which the modified portion 7 is formed is etched. The etching according to the present embodiment is preferably wet etching which is isotropic etching. As the etchant, hydrofluoric acid or a hydrofluoric acid-based solution can be used. The modified portion 7 is etched faster than the unmodified portion, and a flow path 11 having a width on the order of micrometers is formed on the substrate 1. By increasing the etching time, unevenness on the surface inside the flow path 11 can be reduced. Moreover, in order to prevent the etching of the surface of the base material 1 by an etching liquid, you may form a protective film on the surface of the base material 1 in which the modification part 7 was formed before an etching process. Etching liquid infiltrates into the inside of the base material 1 from the portion (corresponding to the opening 90) on the surface of the base material 1 where the protective film is not formed, and the flow path 11 can be formed by etching the modified portion 7. . The protective film can be formed of a material having resistance to an etching solution, and for example, chromium, gold, or an alloy thereof can be used.

従来の半導体製造技術では、異方性エッチングを用いることで矩形形状の流路形成するのは比較的容易であるが、円形の流路を基材内部に形成するためには複雑な製造工程が必要となる。本発明の本実施形態に係るマイクロチップ100は、等方性のエッチングであるウェットエッチングを用いることで、形成された流路11の断面は略円形の形状になり、製造工程も簡便である。 In the conventional semiconductor manufacturing technology, it is relatively easy to form a rectangular flow path by using anisotropic etching, but in order to form a circular flow path inside the substrate, a complicated manufacturing process is required. Necessary. The microchip 100 according to this embodiment of the present invention uses wet etching, which is isotropic etching, so that the cross-section of the formed flow path 11 has a substantially circular shape, and the manufacturing process is simple.

マイクロチップ100は、基材1の内部に蛇行した流路11を有することで、長い流路をコンパクトに収めることができ、例えば、マイクロキャピラリーの代わりに用いることができる。例えば、キャピラリー電気泳動、キャピラリーDNAシーケンサ等は、高い分離性能を得るために、キャピラリーの長さが必要であるため、装置がその分大きくなり、小型化の障害となる。マイクロチップ100は、1枚の基材内に蛇行させて流路を形成することで小型化を可能とし、また、1枚の基材であるために、細長いキャピラリーよりも割れにくく、扱いが容易となる。 Since the microchip 100 includes the meandering flow path 11 inside the substrate 1, a long flow path can be accommodated in a compact manner, and can be used instead of a microcapillary, for example. For example, capillary electrophoresis, capillary DNA sequencer, and the like require the length of the capillary in order to obtain high separation performance, so that the apparatus becomes correspondingly large and becomes an obstacle to miniaturization. The microchip 100 can be downsized by meandering in a single base material to form a flow path, and since it is a single base material, it is harder to break than an elongated capillary and is easy to handle. It becomes.

本発明の本実施形態に係るマイクロチップ100は、パルスレーザの照射とウェットエッチングとを組合せることで、基材の貼り合せや積層をすることなく、単一の基材の内部に略円形の断面形状の蛇行した流路を形成することができる優れた効果を奏する。また、本発明の本実施形態によると、耐熱性や耐薬品性が高く、安価な材料を用いて製造可能なマイクロチップが提供される。 The microchip 100 according to this embodiment of the present invention combines a pulse laser irradiation and wet etching to form a substantially circular shape inside a single substrate without bonding or stacking the substrates. There is an excellent effect that a meandering channel having a cross-sectional shape can be formed. In addition, according to the present embodiment of the present invention, a microchip that has high heat resistance and chemical resistance and can be manufactured using an inexpensive material is provided.

従来の複数枚の基材を接合するマイクロチップでは、基材を直接接合する場合には、接合界面にボイドがあると接合不良になりやすく、液漏れ等の不具合が生じることがある。また、ガラス基材とシリコン基材とを陽極接合する場合、開口部90に相当する部分にアルカリ析出が起こり、被験物の性状によっては問題となることがある。さらに、接着剤を用いて基材を接合する場合、接着剤による流路特性の劣化や、接着剤により流路内の被験物の観察の障害となることもある。一方、本発明の本実施形態に係るマイクロチップ100は、基材の貼り合せや積層をすることなく、単一の基材の内部に流路を形成することができるため、このような問題は生じない。 In the conventional microchip for joining a plurality of base materials, when the base materials are directly joined, if there is a void at the joint interface, a joint failure is likely to occur, and problems such as liquid leakage may occur. Further, when anodically bonding a glass substrate and a silicon substrate, alkali precipitation occurs in a portion corresponding to the opening 90, which may cause a problem depending on the properties of the test object. Furthermore, when joining a base material using an adhesive agent, the deterioration of the flow path characteristic by an adhesive agent or the observation of the test object in a flow path may be obstructed by an adhesive agent. On the other hand, since the microchip 100 according to the present embodiment of the present invention can form a flow path inside a single substrate without bonding and stacking the substrates, such a problem is Does not occur.

(実施形態2)
本実施形態においては、複雑な形状を有する流路を形成する例について説明する。図3は、レーザ光の照射方法と形成される改質部の形状との関係を示す図である。図3(a)は先に形成された改質部を伝搬しないようにレーザ光の焦点を走査する図を示し、図3(b)は先に形成された改質部を伝搬するようにレーザ光の焦点を走査する図を示す。
(Embodiment 2)
In this embodiment, an example of forming a flow path having a complicated shape will be described. FIG. 3 is a diagram showing the relationship between the laser beam irradiation method and the shape of the modified portion formed. FIG. 3A shows a view of scanning the focal point of the laser beam so as not to propagate the previously formed modified portion, and FIG. 3B shows a laser beam propagating through the previously formed modified portion. FIG. 6 shows a diagram of scanning the focus of light.

図3(a)に示すように、レーザ光5の焦点6が基材1の改質部7を伝搬しないように1方向に走査する場合は、基材1の屈折率が一定であるため、レーザ光5のビーム径が拡がらず、改質部7の径を小さくすることができる。一方、図3(b)に示すように、レーザ光5の焦点6を、改質部7を伝搬させるように基材1の内部に走査する場合、すでに形成された改質部7は基材1と屈折率が異なり、改質部7に入射したレーザ光5は反射、屈折を生じるため、レーザ光5のビーム径が拡がり、改質部7の径が大きくなる。したがって、先に形成された改質部7を、あえて伝搬するようにレーザ光5の焦点6を走査することで、より大きな改質部7を形成することができる。 As shown in FIG. 3A, when scanning in one direction so that the focal point 6 of the laser beam 5 does not propagate through the modified portion 7 of the substrate 1, the refractive index of the substrate 1 is constant. The beam diameter of the laser beam 5 is not expanded, and the diameter of the modified portion 7 can be reduced. On the other hand, as shown in FIG. 3B, when the focal point 6 of the laser beam 5 is scanned inside the base material 1 so as to propagate through the modified part 7, the modified part 7 already formed is Since the refractive index is different from 1 and the laser beam 5 incident on the modified portion 7 is reflected and refracted, the beam diameter of the laser beam 5 is expanded and the diameter of the modified portion 7 is increased. Therefore, a larger modified portion 7 can be formed by scanning the focal point 6 of the laser beam 5 so as to propagate through the previously formed modified portion 7.

このように形成した改質部7をエッチングすることで、基材1の内部に複雑な形状を有する流路を形成することができる。したがって、レーザ光5の照射方法と形成される改質部7の形状との関係を利用すれば、様々な形状の流路を形成することができる。その例を図4に示す。図4(a)は、図1(a)のAA’での切断面に相当する様々な断面形状の流路21の例を示す。上述したレーザ光5の照射方法と形成される改質部7の形状との関係を利用することで、様々な断面形状の流路21の形成が可能である。ここで、本実施形態に係る流路21の形成にはウェットエッチングを用いるため、三角形や、矩形、多角形の断面形状を有する流路21では、異方性エッチングを用いた流路に比して角が丸くなる。 By etching the modified portion 7 formed in this way, a flow path having a complicated shape can be formed inside the substrate 1. Therefore, if the relationship between the irradiation method of the laser beam 5 and the shape of the modified portion 7 to be formed is utilized, various shapes of flow paths can be formed. An example is shown in FIG. FIG. 4A shows examples of the flow paths 21 having various cross-sectional shapes corresponding to the cut surface at AA ′ of FIG. By using the relationship between the irradiation method of the laser beam 5 and the shape of the modified portion 7 to be formed, it is possible to form the flow path 21 having various cross-sectional shapes. Here, since the wet etching is used to form the flow path 21 according to the present embodiment, the flow path 21 having a triangular, rectangular, or polygonal cross-sectional shape is compared with the flow path using anisotropic etching. And the corners are rounded.

円形や楕円形の断面形状の流路では、流路内を流れる流体の圧力が流路の壁面全体で略均一にかかるため、高圧条件下でのマイクロチップの利用が可能となる。一方、多角形の断面形状の流路では、後述する流路の幾何学的な配置を用いることで、1枚の基材に複数の流路をコンパクトに集積することができる。例えば、正六角形の断面形状の流路を用いたハニカム構造を1枚の基材中に形成することで、マイクロチップの強度を損なわずに流路を集積することができる。 In a circular or elliptical cross-sectional flow path, the pressure of the fluid flowing in the flow path is substantially uniformly applied to the entire wall surface of the flow path, so that the microchip can be used under high pressure conditions. On the other hand, with a polygonal cross-sectional flow path, a plurality of flow paths can be compactly integrated on a single substrate by using the geometrical arrangement of the flow paths described later. For example, by forming a honeycomb structure using a flow path having a regular hexagonal cross section in one substrate, the flow paths can be integrated without impairing the strength of the microchip.

図4(b)は、さらに複雑な断面形状の流路の例であり、溝形の断面形状を有する流路23を示す。図4(b)では基材1の底面方向に凸部を有する溝形の断面形状を例示したが、基材1の上面方向に凸部を有する溝形の断面形状の流路23も形成できる。このような溝形の断面形状を有する流路23は流路の表面積がいため、例えば、流体と流路との接触面積を広げたい場合に有効である。 FIG. 4B is an example of a channel having a more complicated cross-sectional shape, and shows a channel 23 having a groove-shaped cross-sectional shape. Although FIG. 4B illustrates the groove-shaped cross-sectional shape having a convex portion in the bottom surface direction of the base material 1, the groove-shaped cross-sectional flow channel 23 having the convex portion in the top surface direction of the base material 1 can also be formed. . Since the flow path 23 having such a groove-shaped cross-sectional shape has a large surface area, it is effective for increasing the contact area between the fluid and the flow path, for example.

図5は、流体をリング形状又はドーナツ形状に流す流路31の断面図であり、図5(a)は、図1(a)のAA’での切断面に相当する。流路31は、その中心部に改質しない基材部を残すように、レーザ光5の焦点6を走査することでリング形状の改質部7を形成する。このリング状の改質部7をエッチングにより除去することで、リング形状の断面形状を有する流路31を形成することができる。図5(a)に示した流路31は一例であって、多角形のリング形状に形成することもできる。また、流路の外周を円形にし、基材1による内周を矩形にする等、外周の形状と内周の形状とを異なるようにしてもよい。 FIG. 5 is a cross-sectional view of the flow path 31 through which the fluid flows in a ring shape or a donut shape, and FIG. 5A corresponds to a cut surface at AA ′ in FIG. The flow path 31 forms the ring-shaped modified portion 7 by scanning the focal point 6 of the laser beam 5 so as to leave a base material portion that is not modified at the center. By removing the ring-shaped modified portion 7 by etching, a flow path 31 having a ring-shaped cross-sectional shape can be formed. The flow channel 31 shown in FIG. 5A is an example, and can be formed in a polygonal ring shape. Further, the shape of the outer periphery may be different from the shape of the inner periphery, for example, the outer periphery of the flow path is circular and the inner periphery of the base material 1 is rectangular.

図5(b)は二重の流路33の断面図である。流路33は、流路33aの内側に流路33bを有する。流路33は、例えば、流路33aと流路33bとに異なる温度の流体を流し、流体間の熱交換に用いることができる。また、流路33aと流路33bとに異なる種類の液体、異なる粘度の流体を流すこともできる。図5(b)に示した流路33は一例であって、基材1の厚さが許容する範囲で、何重の構造にでも形成可能である。また、流路33aと流路33bの断面形状は円に限定されず、図4(a)に示したように、所望の形状で形成可能である。 FIG. 5B is a cross-sectional view of the double flow path 33. The channel 33 has a channel 33b inside the channel 33a. The flow path 33 can be used, for example, to flow fluids having different temperatures through the flow paths 33a and 33b and to exchange heat between the fluids. Also, different types of liquids and fluids with different viscosities can be passed through the flow path 33a and the flow path 33b. The flow path 33 shown in FIG. 5B is an example, and can be formed in any number of structures as long as the thickness of the base material 1 allows. Moreover, the cross-sectional shape of the flow path 33a and the flow path 33b is not limited to a circle, and can be formed in a desired shape as shown in FIG.

以上説明した複雑な断面形状を有する流路を従来の半導体の製造技術で形成するには、複雑な製造工程が必要となる。本実施形態に係る本発明の流路の形成方法を用いることで、従来に比して簡便に複雑な流路を形成することができる。したがって、本実施形態に係る本発明の流路を用いることで、マイクロチップの設計における自由度が高くなり、多様な用途のマイクロチップの開発を可能にする優れた効果を奏する。 In order to form a flow path having a complicated cross-sectional shape as described above by a conventional semiconductor manufacturing technique, a complicated manufacturing process is required. By using the flow path forming method of the present invention according to this embodiment, a complicated flow path can be formed more easily than in the past. Therefore, by using the flow path of the present invention according to the present embodiment, the degree of freedom in designing the microchip is increased, and an excellent effect that enables the development of microchips for various uses is achieved.

(実施形態3)
本実施形態においては、実施形態2で説明した複雑な流路の形成方法を応用して、1枚のマイクロチップの内部に様々な断面形状の流路を複数組合せて配置する方法について説明する。
(Embodiment 3)
In the present embodiment, a method of arranging a plurality of flow paths having various cross-sectional shapes in one microchip by applying the complicated flow path forming method described in the second embodiment will be described.

図6は、本発明の本実施形態に係る流路の配置を示す図である。図6(a)は基材1の内部に複数の流路41を形成した様子を示す断面図である。図6(a)は、図1(a)のAA’での切断面に相当する。流路41は、複数の流路を基材1の底面に対して垂直方向に配置するように形成している。図6(a)に示したように、同一の断面形状の流路を複数配置するように形成することもでき、また、異なる断面形状の流路を複数配置するように形成することもできる。 FIG. 6 is a diagram showing the arrangement of the flow paths according to this embodiment of the present invention. FIG. 6A is a cross-sectional view showing a state in which a plurality of flow paths 41 are formed inside the substrate 1. FIG. 6A corresponds to a cut surface at AA ′ in FIG. The channel 41 is formed so that a plurality of channels are arranged in a direction perpendicular to the bottom surface of the substrate 1. As shown in FIG. 6 (a), a plurality of channels having the same cross-sectional shape can be formed, or a plurality of channels having different cross-sectional shapes can be formed.

図6(b)は基材1の内部に複数の流路43を形成した様子を示す断面図である。図6(b)は、図1(a)のAA’での切断面に相当する。流路43は、複数の流路を幾何学的に配置することで、1枚の基材に複数の流路をコンパクトに集積する例を示す。流路43のこのような幾何学的な配置により、流路の全長を長くしてもマイクロチップの小型化が可能となる。また、効率よく集積された流路43を形成したマイクロチップを用いることで、結果として、マイクロチップを利用する装置の小型化を促進することができる。なお、図5(b)に示した流路43は一例であって、他の幾何学的な流路の配置も可能である。 FIG. 6B is a cross-sectional view showing a state in which a plurality of flow paths 43 are formed inside the base material 1. FIG. 6B corresponds to a cut surface at AA ′ in FIG. The flow path 43 shows an example in which a plurality of flow paths are arranged in a compact manner by geometrically arranging a plurality of flow paths. With such a geometrical arrangement of the flow path 43, it is possible to reduce the size of the microchip even if the total length of the flow path is increased. Further, by using the microchip in which the efficiently integrated flow paths 43 are formed, as a result, it is possible to promote downsizing of the apparatus using the microchip. Note that the flow path 43 shown in FIG. 5B is an example, and other geometric flow paths can be arranged.

以上説明した1枚のマイクロチップの内部に様々な断面形状の流路を複数組合せて形成するには、従来の半導体の製造技術では複雑な製造工程が必要となる。実施形態2に係る本発明の流路の形成方法を本実施形態の流路の配置に適用することで、従来に比して簡便に複雑な流路を形成することができる。したがって、本実施形態に係る本発明の流路を用いることで、マイクロチップの設計における自由度が高くなり、多様な用途のマイクロチップの開発を可能にする優れた効果を奏する。 In order to form a combination of a plurality of channels having various cross-sectional shapes inside one microchip as described above, a conventional semiconductor manufacturing technique requires a complicated manufacturing process. By applying the flow path forming method of the present invention according to the second embodiment to the flow path arrangement of the present embodiment, a complicated flow path can be formed more easily than in the past. Therefore, by using the flow path of the present invention according to the present embodiment, the degree of freedom in designing the microchip is increased, and an excellent effect that enables the development of microchips for various uses is achieved.

(実施形態4)
本実施形態においては、1つの流路の内部に構造体を形成する方法について説明する。図7(a)及び図7(b)は、内部に構造体を形成した流路の例を示し、流体の移動方向に平行な切断面である。
(Embodiment 4)
In the present embodiment, a method for forming a structure in one flow path will be described. FIG. 7A and FIG. 7B show an example of a flow path in which a structure is formed, and is a cut surface parallel to the fluid moving direction.

図7(a)は、1つの流路の内部に階段状構造体81を形成した流路51を示す。流路51は、流体の移動方向に対して段階的に流路が細くなる形状である。流路51を用いることで、例えば、流体の流量や圧力を制御することが可能である。 FIG. 7A shows a flow channel 51 in which a stepped structure 81 is formed inside one flow channel. The flow path 51 has a shape in which the flow path becomes narrower in stages with respect to the moving direction of the fluid. By using the flow path 51, for example, the flow rate and pressure of the fluid can be controlled.

図7(b)は、1つの流路の内部に板状構造体83を形成した流路53を示す。流路53は、流体の移動方向に対して所定の間隔で板状の構造体が配置され、段階的に流路が細くなる形状である。流路53を用いることで、例えば、流体の撹拌が可能である。流路53に2種類以上の流体を導入すると、導入された流体は板状構造体83に衝突することで撹拌される。1つの流路の内部に所定の間隔で複数の板状構造体83を形成することで、撹拌効果を高めることができる。 FIG. 7B shows a flow channel 53 in which a plate-like structure 83 is formed inside one flow channel. The flow path 53 has a shape in which plate-like structures are arranged at predetermined intervals with respect to the direction of fluid movement, and the flow path becomes narrower in stages. By using the flow path 53, for example, fluid can be stirred. When two or more kinds of fluids are introduced into the flow path 53, the introduced fluids are agitated by colliding with the plate-like structure 83. The stirring effect can be enhanced by forming the plurality of plate-like structures 83 at a predetermined interval inside one flow path.

本実施形態の構造体を1つの流路の内部に形成するには、実施形態2で説明した流路の形成方法を適用できる。従来の半導体の製造技術で流路の構造体を形成するには、複雑な製造工程が必要となる。本実施形態に係る構造体の形成方法を用いることで、従来に比して簡便に複雑な流路を形成することができる。したがって、本実施形態に係る本発明の構造体を有する流路を用いることで、流路に機能性を持たせたマイクロチップの設計における自由度が高くなり、多様な用途のマイクロチップの開発を可能にする優れた効果を奏する。 In order to form the structure of the present embodiment inside one flow path, the flow path forming method described in the second embodiment can be applied. In order to form a flow channel structure by a conventional semiconductor manufacturing technique, a complicated manufacturing process is required. By using the structure forming method according to the present embodiment, a complicated flow path can be easily formed as compared with the conventional method. Therefore, the use of the flow path having the structure of the present invention according to the present embodiment increases the degree of freedom in designing a microchip having functionality in the flow path, and development of microchips for various applications. It has an excellent effect that makes it possible.

(実施形態5)
本実施形態においては、実施形態2で説明した複雑な形状を有する流路を形成する方法をマイクロチップの製造に適用した例について説明する。図8に本発明の本実施形態に係るマイクロチップ200を示す。図8(a)はマイクロチップ200を上方向から見た図であり、図8(b)はAA’での切断面であり、図8(c)はBB’での切断面である。例えば、マイクロチップ200は、単一の基材1の内部にマイクロピラー285を有する流路261を有し、流路211は流路261と基材1の上部表面に形成された開口部290とに接続されている。開口部290は、マイクロチップ200の側面部表面に形成してもよい。マイクロピラー285は、円柱状の構造物で、基材1の底面部と一体に形成されている。
(Embodiment 5)
In the present embodiment, an example in which the method for forming a flow path having a complicated shape described in the second embodiment is applied to the manufacture of a microchip will be described. FIG. 8 shows a microchip 200 according to this embodiment of the present invention. FIG. 8A is a view of the microchip 200 as viewed from above, FIG. 8B is a cut surface at AA ′, and FIG. 8C is a cut surface at BB ′. For example, the microchip 200 has a flow channel 261 having a micro pillar 285 inside a single substrate 1, and the flow channel 211 includes a flow channel 261 and an opening 290 formed on the upper surface of the substrate 1. It is connected to the. The opening 290 may be formed on the side surface of the microchip 200. The micro pillar 285 is a cylindrical structure and is formed integrally with the bottom surface of the substrate 1.

本実施形態のマイクロチップ200は、上述したレーザ光5の照射方法と形成される改質部7の形状との関係を利用し、先に形成された改質部7を伝搬するようにレーザ光5の焦点6を走査して流路261の比較的大きな改質部7を形成し、マイクロピラー285や細い流路211を形成する場合は、先に形成された改質部7を伝搬しないようにレーザ光5の焦点6を走査することで微細加工して形成することができる。 The microchip 200 of the present embodiment uses the relationship between the irradiation method of the laser beam 5 described above and the shape of the modified portion 7 to be formed, so that the laser beam propagates through the previously formed modified portion 7. 5 is scanned to form a relatively large reforming portion 7 of the flow path 261 and a micro pillar 285 or a narrow flow path 211 is formed, so that it does not propagate through the reforming section 7 previously formed. Further, it can be formed by fine processing by scanning the focal point 6 of the laser beam 5.

マイクロピラー285を有するマイクロチップ200を従来の半導体製造技術で製造する場合、異方性エッチングにより、マイクロピラー285を形成した後に、基材1の上面部を貼り合わせて形成することとなり、製造工程が複雑になる。また、複数の基材を用いるため、製造コストが上昇する。しかし、本実施形態に係る流路の形成方法を用いることで、1枚の基材でマイクロチップを形成することができ、且つ、従来に比して簡便に形成することができる。 When the microchip 200 having the micro pillar 285 is manufactured by a conventional semiconductor manufacturing technology, the micro pillar 285 is formed by anisotropic etching, and then the upper surface portion of the base material 1 is bonded to form the manufacturing process. Becomes complicated. In addition, since a plurality of base materials are used, the manufacturing cost increases. However, by using the flow path forming method according to the present embodiment, a microchip can be formed with a single substrate, and can be more easily formed as compared with the conventional case.

上述の実施形態で説明した本発明に係る流路を用いたマイクロチップの具体例を以下に示す。なお、以下の実施例は、一例であって、本発明に係る流路を用いたマイクロチップは、こられに限定されるものではない。 Specific examples of the microchip using the flow channel according to the present invention described in the above embodiment are shown below. In addition, the following Examples are examples and the microchip using the flow path which concerns on this invention is not limited to this.

(実施例1)
図9は、実施例1の本発明に係るマイクロチップ300の模式図であり、図9(a)は上面図、図9(b)は図9(a)のBB’での断面図を示す。マイクロチップ300は単一の基材1の内部に流路311と、流路311の途中に複数の突出したトラップ315を有し、基材1の上部表面に流路311に接続した開口部390a及び開口部390bを有する。また、トラップ315の底面の一部は貫通しており、トラップ315の底面に電極395を形成することで塞がれた構造になっている。なお、図9(a)において、流路311は蛇行した流路として形成されているが、直線状、曲線上、螺旋状等、目的に応じた形状に配置することができる。
Example 1
FIG. 9 is a schematic diagram of a microchip 300 according to the present invention of Example 1, FIG. 9 (a) is a top view, and FIG. 9 (b) is a cross-sectional view at BB ′ in FIG. 9 (a). . The microchip 300 has a channel 311 inside a single substrate 1 and a plurality of protruding traps 315 in the middle of the channel 311, and an opening 390 a connected to the channel 311 on the upper surface of the substrate 1. And an opening 390b. In addition, a part of the bottom surface of the trap 315 penetrates, and the trap 315 is closed by forming an electrode 395 on the bottom surface. In FIG. 9A, the flow path 311 is formed as a meandering flow path. However, the flow path 311 can be arranged in a shape according to the purpose, such as a straight line, a curved line, or a spiral.

基材1にはホウケイ酸ガラス、ソーダライム、アルミナホウケイ酸ガラス、石英ガラスなどを用いることができ、耐腐食性に優れたパイレックス(登録商標)ガラスを好適に用いることができる。また、電極395には、アルミニウムや白金等の金属を用いることができる。 As the substrate 1, borosilicate glass, soda lime, alumina borosilicate glass, quartz glass, or the like can be used, and Pyrex (registered trademark) glass excellent in corrosion resistance can be suitably used. For the electrode 395, a metal such as aluminum or platinum can be used.

マイクロチップ300は、例えば、細胞等の粒子状の被験物の観察に用いることができる。トラップ315に配置された電極395にレーザ光を照射すると、電極395が振動し、バブルを発生させることができる。これにより、トラップ315内に入った粒子状の被験物を流路311へ押し出し、流路311を満たす流体の原動力となる。開口部390aから被験物が入った流体を流路311へ導入すると、流体は開口部390b方向へ移動する。このとき、上述のように電極395にレーザ光を照射してバブルを発生させることで、流体の移動を促進し、流路311内を移動する被験物を観察することができる。また、電極395は、トラップ315に入った被験物を電気抵抗法により計測するために用いることもできる。 The microchip 300 can be used for observation of a particulate test object such as a cell, for example. When the electrode 395 disposed in the trap 315 is irradiated with laser light, the electrode 395 vibrates and bubbles can be generated. As a result, the particulate test object that has entered the trap 315 is pushed out to the flow path 311 and becomes a driving force for the fluid that fills the flow path 311. When a fluid containing a test object is introduced into the flow path 311 from the opening 390a, the fluid moves in the direction of the opening 390b. At this time, as described above, the electrode 395 is irradiated with laser light to generate bubbles, thereby facilitating the movement of the fluid and observing the test object moving in the flow path 311. The electrode 395 can also be used to measure a test object that has entered the trap 315 by an electric resistance method.

本実施例のマイクロチップには、従来の基材の貼り合せや積層による製造方法を用いずに、パルスレーザの照射とウェットエッチングとを組合せることで、単一の基材の内部に蛇行した流路やトラップなどを形成することができる。本実施例のマイクロチップは1枚のガラス基材で形成されるため、流路内を移動する被験物の観察に適している。 The microchip of this example meandered into the inside of a single substrate by combining pulsed laser irradiation and wet etching without using a conventional method of bonding or stacking the substrates. Channels, traps, etc. can be formed. Since the microchip of this example is formed of a single glass substrate, it is suitable for observing a test object that moves in the flow path.

(実施例2)
図10は、実施例2の本発明に係るマイクロチップ400の模式図であり、図10(a)は上面図、図10(b)は図10(a)のBB’での断面図を示す。マイクロチップ400は単一の基材1の内部に矩形形状の比較的大きな流路411と、基材1の上部表面に流路411に接続した開口部490a及び開口部490bを有する。また、流路411の内部には、流路411の底面部の基材1と一体に形成された円柱状の構造物であるマイクロピラー485と三角柱2つからなるマイクロポケット487を複数有する。マイクロチップ400の底面には電極495a、電極495b、電極495c及び電極495dが配置されている。
(Example 2)
10A and 10B are schematic views of a microchip 400 according to the present invention of Example 2. FIG. 10A is a top view, and FIG. 10B is a cross-sectional view taken along BB ′ in FIG. . The microchip 400 has a relatively large rectangular channel 411 inside a single substrate 1, and an opening 490 a and an opening 490 b connected to the channel 411 on the upper surface of the substrate 1. In addition, the flow path 411 includes a plurality of micro pillars 485 that are columnar structures formed integrally with the base material 1 on the bottom surface of the flow path 411 and a plurality of micro pockets 487 including two triangular pillars. Electrodes 495a, 495b, 495c, and 495d are disposed on the bottom surface of the microchip 400.

基材1にはホウケイ酸ガラス、ソーダライム、アルミナホウケイ酸ガラス、石英ガラスなどを用いることができ、耐腐食性に優れたパイレックス(登録商標)ガラスを好適に用いることができる。また、電極395には、アルミニウムや白金等の金属を用いることができる。 As the substrate 1, borosilicate glass, soda lime, alumina borosilicate glass, quartz glass, or the like can be used, and Pyrex (registered trademark) glass excellent in corrosion resistance can be suitably used. For the electrode 395, a metal such as aluminum or platinum can be used.

マイクロチップ400は、例えば、染色体DNAの観察に用いることができる。以下に観察方法を説明する。図11は、マイクロチップ400を用いた染色体DNAの観察方法を示す図である。まず、細胞1101を懸濁した溶液を開口部490aから流路411へ導入する。導入された細胞1101は流路411内を拡散し、余分な溶液は開口部490bから、マイクロチップ外へ排出される。なお、細胞1101を懸濁する溶液としては、生理的食塩水やPBS(リン酸緩衝生理食塩水)が光学観察に好適である。 The microchip 400 can be used for observation of chromosomal DNA, for example. The observation method will be described below. FIG. 11 is a diagram showing a method for observing chromosomal DNA using the microchip 400. First, a solution in which the cells 1101 are suspended is introduced into the channel 411 from the opening 490a. The introduced cell 1101 diffuses in the channel 411, and excess solution is discharged out of the microchip through the opening 490b. As the solution for suspending the cells 1101, physiological saline or PBS (phosphate buffered saline) is suitable for optical observation.

ここで、電極495aに正の電位、電極495bに負の電位を印加すると、図11(a)に示すように、細胞1101は電極495bへ移動する。マイクロポケット487は、2つの三角柱の間にちょうど1個の細胞を収容するように配置されており、細胞1101はマイクロポケット487に収容される。マイクロチップ400は透明なガラスで形成されるため、細胞1101の移動の様子は位相差顕微鏡を用いることで容易に観察できる。 Here, when a positive potential is applied to the electrode 495a and a negative potential is applied to the electrode 495b, the cell 1101 moves to the electrode 495b as shown in FIG. The micro pocket 487 is disposed so as to accommodate exactly one cell between two triangular prisms, and the cell 1101 is accommodated in the micro pocket 487. Since the microchip 400 is formed of transparent glass, the movement of the cells 1101 can be easily observed by using a phase contrast microscope.

次に、開口部490aから流路411へ可溶化剤を添加して細胞1101を溶解する。可溶化剤としては、SDS(ラウリル硫酸ナトリウム)等の界面活性剤や塩酸グアニジン等の変性剤を用いることができる。また、蛋白質を分解するためにトリプシン等のタンパク質分解酵素を添加してもよい。マイクロポケット487に収容された細胞1101は、可溶化剤により細胞膜が溶解され、染色体DNA1103が細胞1101から放出される。 Next, a solubilizer is added from the opening 490a to the channel 411 to lyse the cells 1101. As the solubilizer, a surfactant such as SDS (sodium lauryl sulfate) or a denaturing agent such as guanidine hydrochloride can be used. Moreover, you may add proteolytic enzymes, such as trypsin, in order to decompose | disassemble a protein. The cell membrane of the cell 1101 accommodated in the micro pocket 487 is dissolved by the solubilizer, and the chromosomal DNA 1103 is released from the cell 1101.

電極495aに負の電位、電極495bに正の電位を印加すると、図11(b)に示すように、染色体DNA1103は電極495aへ向かって伸張する。さらに電極495cに正の電位、電極495dに負の電位を印加すると、図11(c)に示すように、染色体DNA1103はマイクロピラー485の表面に吸着する。 When a negative potential is applied to the electrode 495a and a positive potential is applied to the electrode 495b, the chromosomal DNA 1103 extends toward the electrode 495a as shown in FIG. Further, when a positive potential is applied to the electrode 495c and a negative potential is applied to the electrode 495d, the chromosomal DNA 1103 is adsorbed on the surface of the micropillar 485, as shown in FIG.

このように、染色体DNAを細胞外で伸張した状態にすると、FISH(Fluorescence In−Situ Hybridization)法を用いた染色体DNAの観察が容易になる。FISH法は、標的とする塩基配列と相補的な塩基配列の蛍光DNAプローブを用いた塩基配列の観察方法である。通常、FISH法は凝縮した染色体DNAに対して用いるため、観察時の分解能が高くない。しかし、本実施例のマイクロチップ400を用いることで、染色体DNAを細胞外で伸張した状態にすることができ、FISH法による標的塩基配列の観察が高分解能、且つ、高精度で行うことができる。 As described above, when the chromosomal DNA is extended outside the cell, the chromosomal DNA can be easily observed using the FISH (Fluorescence In-Situ Hybridization) method. The FISH method is an observation method of a base sequence using a fluorescent DNA probe having a base sequence complementary to a target base sequence. Usually, since the FISH method is used for condensed chromosomal DNA, the resolution during observation is not high. However, by using the microchip 400 of this embodiment, the chromosomal DNA can be extended outside the cell, and the target base sequence can be observed with high resolution and high accuracy by the FISH method. .

本実施例のマイクロチップには、従来の基材の貼り合せや積層による製造方法を用いずに、パルスレーザの照射とウェットエッチングとを組合せることで、単一の基材の内部にマイクロピラーやマイクロポケットを有する流路を形成することができる。また、本実施例のマイクロチップは1枚のガラス基材で形成されるため、FISH法による標的塩基配列の観察に適している。 In the microchip of this example, a combination of pulsed laser irradiation and wet etching is used in combination with a base material without using a conventional base material laminating or laminating manufacturing method. And a channel having a micro pocket can be formed. In addition, since the microchip of this example is formed of a single glass substrate, it is suitable for observing the target base sequence by the FISH method.

(実施例3)
図12は、実施例3の本発明に係るマイクロチップ500の模式図であり、図12(a)は上面図、図12(b)は図12(a)のBB’での断面図を示す。マイクロチップ500は単一の基材1の内部に蛇行した流路511と、基材1の上部表面に流路511に接続した開口部590a、開口部590b、開口部590c及び開口部590dを有する。また、流路511は、開口部590a側から前処理部1251、反応部1253及び検出部1255を有する。さらに、流路511の内部には、流路511の底面部の基材1と一体に形成された板状構造体583を有する。
(Example 3)
12A and 12B are schematic views of a microchip 500 according to the present invention of Example 3. FIG. 12A is a top view, and FIG. 12B is a cross-sectional view taken along BB ′ in FIG. . The microchip 500 has a flow path 511 that meanders inside a single substrate 1, and an opening 590 a, an opening 590 b, an opening 590 c, and an opening 590 d that are connected to the flow path 511 on the upper surface of the substrate 1. . The flow path 511 includes a pretreatment unit 1251, a reaction unit 1253, and a detection unit 1255 from the opening 590a side. Further, a plate-like structure 583 formed integrally with the base material 1 on the bottom surface of the flow channel 511 is provided inside the flow channel 511.

基材1にはホウケイ酸ガラス、ソーダライム、アルミナホウケイ酸ガラス、石英ガラスなどを用いることができ、耐腐食性に優れたパイレックス(登録商標)ガラスを好適に用いることができる。 As the substrate 1, borosilicate glass, soda lime, alumina borosilicate glass, quartz glass, or the like can be used, and Pyrex (registered trademark) glass excellent in corrosion resistance can be suitably used.

マイクロチップ500は、例えば、ELISA(Enzyme−Linked ImmunoSorbent Assay)法を用いた検出キットに用いることができる。以下にELISA法を用いた被検出物の検出方法を説明する。図12は、マイクロチップ500を用いたELISA法による被検出物の検出方法を示す図である。まず、検出対象の溶液を開口部590aから流路511へ導入する。導入された溶液は流路511内を移動し、余分な溶液は開口部490dから、マイクロチップ外へ排出される。 The microchip 500 can be used, for example, in a detection kit using an ELISA (Enzyme-Linked Immunosorbent Assay) method. A method for detecting an object to be detected using the ELISA method will be described below. FIG. 12 is a diagram showing a method for detecting an object to be detected by the ELISA method using the microchip 500. FIG. First, the solution to be detected is introduced into the flow path 511 from the opening 590a. The introduced solution moves in the channel 511, and excess solution is discharged out of the microchip through the opening 490d.

被検出物が細胞内のタンパク質等である時は、開口部590aから可溶化剤を添加して細胞を溶解する。可溶化剤としては、SDS(ラウリル硫酸ナトリウム)等の界面活性剤や塩酸グアニジン等の変性剤を用いることができる。 When the object to be detected is intracellular protein or the like, a solubilizer is added from the opening 590a to lyse the cell. As the solubilizer, a surfactant such as SDS (sodium lauryl sulfate) or a denaturing agent such as guanidine hydrochloride can be used.

溶液中の不要な成分を除去するために、前処理部1251にフィルタやイオン交換樹脂を配設してもよい。この場合、溶液中に可溶化された被検出物1205は粗精製されることとなるため、検出感度を向上させることができる。流路511を移動した被検出物1205は、反応部1253に予め導入された固定化ビーズ1211により固定される。固定化ビーズ1211は、板状構造体583により反応部1253に留められる。続いて開口部590bから流路511に洗浄液を導入し、固定化ビーズ1211に固定されない成分、ここでは被検出物1205以外の成分を洗い流す。洗浄液としては、生理的食塩水やPBS(リン酸緩衝生理食塩水)が光学観察に好適である。 In order to remove unnecessary components in the solution, a filter or an ion exchange resin may be provided in the pretreatment unit 1251. In this case, the detection object 1205 solubilized in the solution is roughly purified, so that the detection sensitivity can be improved. The detected object 1205 that has moved through the flow path 511 is fixed by the immobilized beads 1211 that have been introduced into the reaction unit 1253 in advance. The immobilized beads 1211 are fastened to the reaction unit 1253 by the plate-like structure 583. Subsequently, a cleaning liquid is introduced into the flow path 511 from the opening 590b, and components that are not fixed to the immobilized beads 1211, here, components other than the detection target 1205 are washed away. As the washing solution, physiological saline or PBS (phosphate buffered saline) is suitable for optical observation.

次に、開口部590bから流路511に抗体1207を添加する。抗体1207は被検出物1205と特異的に結合する抗体であって、ポリクローナル抗体、モノクローナル抗体の何れでもよい。ここで、抗体1207は標識酵素1209を標識している。続いて、開口部590bから流路511に洗浄液を導入し、被検出物1205に結合していない余分な抗体1207を洗い流す。 Next, the antibody 1207 is added to the flow path 511 from the opening 590b. The antibody 1207 is an antibody that specifically binds to the detection target 1205, and may be a polyclonal antibody or a monoclonal antibody. Here, the antibody 1207 labels the labeling enzyme 1209. Subsequently, a cleaning solution is introduced into the flow path 511 from the opening 590b, and excess antibody 1207 not bound to the detection target 1205 is washed away.

次に、開口部590cから基質1213を添加する。基質1213は、被検出物1205に結合した抗体1207の標識酵素1209により反応生成物1215となる。反応生成物1215は、検出部1255の検出位置1260で検出される。 Next, the substrate 1213 is added from the opening 590c. The substrate 1213 becomes a reaction product 1215 by the labeling enzyme 1209 of the antibody 1207 bound to the detection target 1205. The reaction product 1215 is detected at the detection position 1260 of the detection unit 1255.

基質1213から反応生成物1215が生成されることで、溶液中に被検出物1205が存在していることが間接的に検出される。反応生成物1215の光学的に検出でき、傾向顕微鏡や熱レンズ顕微鏡等を用いることができる。 By generating the reaction product 1215 from the substrate 1213, it is indirectly detected that the detection target 1205 is present in the solution. The reaction product 1215 can be detected optically, and a tendency microscope, a thermal lens microscope, or the like can be used.

本実施例のマイクロチップには、従来の基材の貼り合せや積層による製造方法を用いずに、パルスレーザの照射とウェットエッチングとを組合せることで、単一の基材の内部に板状構造体を有する流路を形成することができる。また、本実施例のマイクロチップは1枚のガラス基材で形成されるため、ELISA法による検出に適している。 The microchip of this example has a plate-like shape inside a single substrate by combining pulsed laser irradiation and wet etching without using a conventional method of bonding or laminating substrates. A flow path having a structure can be formed. In addition, since the microchip of this example is formed of a single glass substrate, it is suitable for detection by the ELISA method.

1:基材
5:レーザ
6:焦点
7:改質部
11:流路
21:流路
23:流路
31:流路
33:流路
41:流路
43:流路
51:流路
53:流路
61:流路
81:階段状構造体
83:板状構造体
85:マイクロピラー
90:開口部
100:マイクロチップ
200:マイクロチップ
211:流路
261:流路
285:マイクロピラー
290:開口部
300:マイクロチップ
311 流路
315:トラップ
390a:開口部
390b:開口部
395:電極
400:マイクロチップ
411:流路
485:マイクロピラー
487:マイクロポケット
490a:開口部
490b:開口部
495a:電極
495b:電極
495c:電極
495d:電極
500:マイクロチップ
511:流路
583:板状構造体
590a:開口部
590b:開口部
590c:開口部
590d:開口部
1101:細胞
1103:DNA
1205:被検出物
1207:抗体
1209:標識酵素
1211:ビーズ
1213:基質
1215:反応生成物
1251:前処理部
1253:反応部
1255:検出部
1260:検出位置
1: substrate 5: laser 6: focus 7: reforming part 11: flow path 21: flow path 23: flow path 31: flow path 33: flow path 41: flow path 43: flow path 51: flow path 53: flow Road 61: Channel 81: Step-like structure 83: Plate-like structure 85: Micro pillar 90: Opening portion 100: Microchip 200: Microchip 211: Channel 261: Channel 285: Micro pillar 290: Opening 300 : Microchip 311 Channel 315: Trap 390a: Opening 390b: Opening 395: Electrode 400: Microchip 411: Channel 485: Micro pillar 487: Micro pocket 490a: Opening 490b: Opening 495a: Electrode 495b: Electrode 495c: Electrode 495d: Electrode 500: Microchip 511: Channel 583: Plate-like structure 590a: Opening 590b: Opening 59 c: opening 590D: opening 1101: Cell 1103: DNA
1205: Detected object 1207: Antibody 1209: Label enzyme 1211: Bead 1213: Substrate 1215: Reaction product 1251: Pretreatment unit 1253: Reaction unit 1255: Detection unit 1260: Detection position

Claims (10)

ホウケイ酸ガラス、ソーダライム、アルミナホウケイ酸ガラス、石英ガラス及びサファイアから選択される単一の透明な基材の内部に、前記基材の表面又は側面に少なくとも2つの開口部を有し、前記基材内で前記基材の上面に対して水平方向および/または垂直方向に曲がるように形成された流路を有し、
前記流路の面から突出し、前記基材と一体に形成された板状又は柱状の構造体を前記流路に有することを特徴とするマイクロチップ。
Borosilicate glass, soda lime, alumina borosilicate glass, in the interior of a single transparent substrate selected from quartz glass and sapphire, have at least two openings in the surface or the side surface of the substrate, wherein the group have a flow path that is formed to bend in the horizontal and / or vertical direction with respect to the upper surface of the base material in the wood,
Microchip, characterized in that the perforated projecting from a surface of said flow path, said substrate and integrally formed a plate-like or columnar structure in the flow path.
レーザによって改質された後、等方性エッチングによって、ホウケイ酸ガラス、ソーダライム、アルミナホウケイ酸ガラス、石英ガラス及びサファイアから選択される単一の透明な基材の内部に形成され、且つ前記基材の表面又は側面に少なくとも2つの開口部を有し、前記基材内で前記基材の上面に対して水平方向および/または垂直方向に曲がるように形成された流路を有し、
前記流路の面から突出し、前記基材と一体に形成された板状又は柱状の構造体を前記流路に有することを特徴とするマイクロチップ。
After being modified by laser, the substrate is formed by isotropic etching inside a single transparent substrate selected from borosilicate glass, soda lime, alumina borosilicate glass, quartz glass and sapphire , and have at least two openings in the surface or side of the timber, have a flow path that is formed to bend in the horizontal and / or vertical direction with respect to the upper surface of said substrate in said substrate,
Microchip, characterized in that the perforated projecting from a surface of said flow path, said substrate and integrally formed a plate-like or columnar structure in the flow path.
前記流路の断面形状は、円形、楕円形、多角形、リング形又はドーナツ形であることを特徴とする請求項1又は2に記載のマイクロチップ。 3. The microchip according to claim 1, wherein a cross-sectional shape of the channel is a circle, an ellipse, a polygon, a ring, or a donut. 前記流路の断面形状が、前記基材の位置によって異なることを特徴とする請求項1乃至の何れか一に記載のマイクロチップ。 The microchip according to any one of claims 1 to 3 , wherein a cross-sectional shape of the flow path varies depending on a position of the base material. 前記流路に複数の前記構造体を有し、前記複数の構造体は大きさの異なる構造体を有することを特徴とする請求項1乃至の何れか一に記載のマイクロチップ。 A plurality of the structures in the flow path, the microchip according to any one of claims 1 to 4 wherein the plurality of structures are characterized by having a different structure sizes. ホウケイ酸ガラス、ソーダライム、アルミナホウケイ酸ガラス、石英ガラス及びサファイアから選択される単一の基材内部にレーザを照射して、前記基材の一部を改質し、
前記基材の一部をエッチングにより除去して、前記基材の表面又は側面に少なくとも2つの開口部を有し、前記基材内で前記基材の上面に対して水平方向および/または垂直方向に曲がるように形成された流路を前記基材内部に形成し、
前記流路の面から突出し、前記基材と一体に形成された板状又は柱状の構造体を前記流路に形成することを特徴とするマイクロチップの製造方法。
Irradiating laser inside a single substrate selected from borosilicate glass, soda lime, alumina borosilicate glass, quartz glass and sapphire to modify a part of the substrate,
And a portion of the substrate is removed by etching, at least two have a opening, horizontal and / or vertical direction with respect to the upper surface of the substrate within the substrate surface or side surface of the substrate A flow path formed to bend in the base material ,
A microchip manufacturing method , wherein a plate-like or columnar structure that protrudes from a surface of the flow path and is formed integrally with the base material is formed in the flow path .
前記レーザは1000フェムト秒以下のパルスレーザであることを特徴とする請求項に記載のマイクロチップの製造方法。 The microchip manufacturing method according to claim 6 , wherein the laser is a pulse laser of 1000 femtoseconds or less. 前記流路の断面形状を、円形、楕円形、多角形、リング形又はドーナツ形で形成することを特徴とする請求項に記載のマイクロチップの製造方法。 8. The method of manufacturing a microchip according to claim 7 , wherein a cross-sectional shape of the flow path is formed in a circular shape, an elliptical shape, a polygonal shape, a ring shape, or a donut shape. 前記流路の断面形状を、前記基材の位置によって異なるように形成することを特徴とする請求項に記載のマイクロチップの製造方法。 9. The method of manufacturing a microchip according to claim 8 , wherein a cross-sectional shape of the flow path is formed to be different depending on a position of the base material. 前記流路に大きさの異なる複数の前記構造体を形成することを特徴とする請求項乃至の何れか一に記載のマイクロチップの製造方法。 Microchip manufacturing method according to any one of claims 6 to 9, characterized by forming a plurality of different structures sizes in the flow path.
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KR102428463B1 (en) * 2014-12-28 2022-08-03 주식회사 펨토바이오메드 Device for Putting Material into Cell
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CA2301309A1 (en) * 1997-08-13 1999-02-25 Cepheid Microstructures for the manipulation of fluid samples
US6893877B2 (en) * 1998-01-12 2005-05-17 Massachusetts Institute Of Technology Methods for screening substances in a microwell array
CA2318881A1 (en) * 1998-02-04 1999-08-12 Tina Garyantes Virtual wells for use in high throughput screening assays
JP2000313629A (en) * 1999-04-27 2000-11-14 Japan Science & Technology Corp Micro-holed glass and its production
MXPA02000144A (en) * 1999-07-07 2002-07-02 3M Innovative Properties Co Detection article having fluid control film.
JP2004223586A (en) * 2003-01-24 2004-08-12 Institute Of Physical & Chemical Research Method for processing transparent material inside
SE0403139D0 (en) * 2004-12-23 2004-12-23 Nanoxis Ab Device and use thereof
JP2006303360A (en) * 2005-04-25 2006-11-02 Fujikura Ltd Through-wire board, composite board, and electronic apparatus
JP2007096246A (en) * 2005-08-30 2007-04-12 Kyocera Corp Wiring substrate and electronic device using the same
JP5354324B2 (en) * 2008-07-17 2013-11-27 大日本印刷株式会社 Microchip manufacturing method

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