JP5686954B2 - device - Google Patents

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Description

本発明は、例えば生物試料などの微量な試料に対して何らかの反応を生じさせるための場(微小反応場)を有するデバイス等に関する。   The present invention relates to a device having a field (micro reaction field) for causing some kind of reaction to a minute sample such as a biological sample.

従来型のELISA(Enzyme-Linked ImmunoSorbent Assay)法による抗原抗体反応検出法では2次抗体反応時に抗体に固定化された酵素反応による色素反応によって抗原検出が行われる。その際、抗体反応及び逐次起こる色素発色反応にて効率よい反応が進行することが必要条件となる。色素反応の結果は色素の吸収度を光の透過度変化によって計測する方法が一般的である(例えば、非特許文献1参照)。   In an antigen-antibody reaction detection method by a conventional ELISA (Enzyme-Linked ImmunoSorbent Assay) method, antigen detection is performed by a dye reaction based on an enzyme reaction immobilized on an antibody during a secondary antibody reaction. At that time, it is a necessary condition that an efficient reaction proceeds by an antibody reaction and a sequential dye coloring reaction. As a result of the dye reaction, a method of measuring the absorbance of the dye by a change in light transmittance is generally used (for example, see Non-Patent Document 1).

ところが、抗原の存在量が極微量である場合における増幅率が不十分となる場合が多く、検出感度に問題を有する。一般的な検体検査では、例えば3mL(ミリリットル)の試薬と20μL(マイクロリットル)の検体とを混合させて、酵素反応に基づく色素反応を誘起させ、反応によって変化する試薬液の吸光度をモニターする。同様の方法にて、特に、非常に微量の検体サンプル(例えば、2nL(ナノリットル)〜200nLの範囲のグルコースを含む液、又はグルコースを含む全血液、血漿、血清など)を扱う場合、試薬液を同様の比率にて反応液として使用する場合、3μLとして検体液と反応させると、液滴上の試薬液の体積が小さいため、空気中に暴露された状態にて、液体の乾燥が急速に起こる。その結果、反応完結に要する時間よりも短時間に液滴が消滅するため、反応色素の吸光度計測ができなくなる。また、微量液滴反応においても、反応を加速するために(特に、酵素反応主体の試薬系では)温度を約37℃に設定することが要求されるが、微量計測用の反応液の設定条件等が大きな技術課題となっていた。このため、液体を効率よく速やかに反応場へ導入する技術が求められていた。なお、このような技術的課題は、生体試料に関する計測に限られるものではなく、同様な計測を行う種々の場面においても共通するものである。   However, the amplification rate is often insufficient when the amount of antigen present is extremely small, which has a problem in detection sensitivity. In a general specimen test, for example, 3 mL (milliliter) of a reagent and 20 μL (microliter) of a specimen are mixed to induce a dye reaction based on an enzyme reaction, and the absorbance of the reagent solution that changes due to the reaction is monitored. In the same way, especially when dealing with a very small amount of an analyte sample (for example, a liquid containing glucose in the range of 2 nL (nanoliter) to 200 nL, or whole blood containing glucose, plasma, serum, etc.) Is used as a reaction liquid at the same ratio, the reaction liquid with 3 μL reacts quickly with the sample liquid because the volume of the reagent liquid on the droplets is small. Occur. As a result, the droplet disappears in a shorter time than the time required for completion of the reaction, and thus the absorbance of the reactive dye cannot be measured. Also, in a microdroplet reaction, it is required to set the temperature to about 37 ° C. in order to accelerate the reaction (especially in a reagent system mainly composed of an enzyme reaction). Etc. were major technical issues. For this reason, the technique which introduce | transduces a liquid into a reaction field efficiently and rapidly was calculated | required. Such a technical problem is not limited to measurement related to a biological sample, and is common in various scenes where similar measurement is performed.

浦山修 他著,「臨床化学検査学」,第2版,医歯薬出版株式会社,2006年1月Osamu Osayama et al., “Clinical Chemistry”, 2nd edition, Ishiyaku Publishing Co., Ltd., January 2006

本発明に係る具体的態様は、微少量の液体を用いた計測を行う場合における当該液体の導入を効率よく速やかに行うことが可能な技術を提供することを目的の一つとする。   A specific aspect of the present invention has an object to provide a technique capable of efficiently and promptly introducing a liquid in the case of performing measurement using a very small amount of liquid.

本発明に係る反応場を有するデバイスは、一面側に凹部を有する基板と、貫通孔を有する被覆体と、を備え、前記被覆体は、前記基板の一面側に、前記貫通孔と前記凹部が重畳するように設けられており、前記被覆体は、前記基板に対向しない側の面において、前記貫通孔に近いほど液体の接触角が小さくなる接触角制御領域を有する、反応場を有するデバイスである。   A device having a reaction field according to the present invention includes a substrate having a recess on one side and a cover having a through hole, and the cover has the through hole and the recess on one side of the substrate. The covering body is a device having a reaction field having a contact angle control region in which the contact angle of the liquid becomes smaller as it is closer to the through hole on the surface not facing the substrate. is there.

かかる構成によれば、被覆体の表面上における貫通孔付近の接触角(換言すれば濡れ性)を連続的又は段階的に変化させることにより、被覆体上に滴下された液体が貫通孔に向かって集まりやすくなるので、微少量の液体を凹部内へ効率よく速やかに導入することが可能となる。   According to such a configuration, the liquid dropped on the cover is directed toward the through hole by changing the contact angle (in other words, wettability) in the vicinity of the through hole on the surface of the cover continuously or stepwise. Therefore, a very small amount of liquid can be efficiently and promptly introduced into the recess.

好ましくは、前記接触角制御領域は複数のサブ領域を有し、前記複数のサブ領域の各々における液体の接触角が異なる。   Preferably, the contact angle control region has a plurality of sub-regions, and the contact angle of the liquid in each of the plurality of sub-regions is different.

それにより、接触角を段階的に変化させることができる。このようなサブ領域とすることで接触角制御領域の形成がより容易になる。   Thereby, a contact angle can be changed in steps. By forming such a sub-region, it is easier to form the contact angle control region.

上述した複数のサブ領域は、例えば前記貫通孔の周囲に環状に設けられる。   The plurality of sub-regions described above are provided in an annular shape, for example, around the through hole.

このようなサブ領域とすることで、貫通孔に向けて液体をより確実に移動させることが可能となる。   By setting it as such a sub-region, it becomes possible to move a liquid more reliably toward a through-hole.

好ましくは、前記貫通孔が前記凹部の平面視における略中央に配置される。   Preferably, the through hole is disposed at a substantially center in the plan view of the recess.

それにより、被覆体の機械的強度を保ちやすい。また、被覆体による試料液の蒸発抑制効果が均一になる効果が期待される。   Thereby, it is easy to maintain the mechanical strength of the covering. In addition, the effect of suppressing the evaporation of the sample liquid by the covering is expected to be uniform.

好ましくは、前記凹部の形状が略半球状である。   Preferably, the concave portion has a substantially hemispherical shape.

それにより、反応場としての凹部内における試料液の反応がより均一になることが期待される。   Thereby, it is expected that the reaction of the sample solution in the recess as a reaction field becomes more uniform.

好ましくは、前記基板が透明な基板である。   Preferably, the substrate is a transparent substrate.

それにより、凹部内に導入された試料液に光を照射して種々の計測を行うことが容易になる。   Accordingly, it becomes easy to perform various measurements by irradiating the sample liquid introduced into the recess with light.

また、上記デバイスは前記被覆体の前記基板と向き合う面に設けられた反射膜を更に含んで構成されることも好ましい。この反射膜は、例えば前記凹部と重畳する範囲に設けられることがより好ましい。   Moreover, it is also preferable that the device further includes a reflective film provided on a surface of the covering body facing the substrate. More preferably, the reflective film is provided in a range overlapping with the concave portion, for example.

それにより、基板が透明な場合には当該基板の裏面側から光を入射させ、この光を金属層によって反射させて得られた反射光を基板の裏面側で検出することができる。従って、光学的な計測が容易になる。   Thereby, when the substrate is transparent, light can be incident from the back side of the substrate, and the reflected light obtained by reflecting the light by the metal layer can be detected on the back side of the substrate. Therefore, optical measurement becomes easy.

一実施形態の反応場を有するデバイスの構造を示す模式断面図である。It is a schematic cross section which shows the structure of the device which has the reaction field of one Embodiment. 凹部と被覆体の模式的な平面図を示す図である。It is a figure which shows the schematic top view of a recessed part and a covering. 被覆体の貫通孔付近を拡大して模式的に示した図である。It is the figure which expanded the vicinity of the through-hole of a covering, and was shown typically. 図1に示すデバイスへの試料の導入過程を説明するための模式断面図である。It is a schematic cross section for demonstrating the introduction process of the sample to the device shown in FIG. 他の態様のデバイスの構成を示す模式的な斜視図である。It is a typical perspective view which shows the structure of the device of another aspect. デバイスの製造方法の一例を説明するための工程断面図である。It is process sectional drawing for demonstrating an example of the manufacturing method of a device. デバイスの製造方法の一例を説明するための工程断面図である。It is process sectional drawing for demonstrating an example of the manufacturing method of a device. 反応場を有するデバイスを用いた光学的な計測方法の一例について説明する図である。It is a figure explaining an example of the optical measuring method using the device which has a reaction field.

以下、本発明の実施の形態について図面を参照しながら説明する。   Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.

図1は、一実施形態の反応場を有するデバイス(以下、単に「デバイス」という)の構造を示す模式断面図である。図1に示すデバイス1は、一面側に凹部12を有する基板10と、この基板10の一面上に設けられた被覆体14と、を含んで構成されている。   FIG. 1 is a schematic cross-sectional view showing the structure of a device having a reaction field according to one embodiment (hereinafter simply referred to as “device”). The device 1 shown in FIG. 1 includes a substrate 10 having a recess 12 on one surface side, and a covering 14 provided on one surface of the substrate 10.

基板10は、例えば、プラスチック基板、石英ガラス基板などの透明基板である。基板10として透明基板を用いることにより、詳細を後述する光学的な計測に都合がよい。基板10の厚さは、例えば0.05mm〜2.5mm程度である。なお、光学的な計測が不要である場合等においては、基板10は不透明なものであってもよく、例えばシリコン基板などの半導体基板を基板10として用いることもできる。   The substrate 10 is a transparent substrate such as a plastic substrate or a quartz glass substrate. Use of a transparent substrate as the substrate 10 is convenient for optical measurement described in detail later. The thickness of the substrate 10 is, for example, about 0.05 mm to 2.5 mm. When optical measurement is not necessary, the substrate 10 may be opaque, and for example, a semiconductor substrate such as a silicon substrate can be used as the substrate 10.

凹部12は、上述したように基板10の一面側に設けられている。この凹部12は、例えばフォトリソグラフィ技術及びエッチング技術を用いて形成される。本実施形態においては、凹部12は略半球状に形成されている。凹部12の径D1は、例えば0.1mm〜5.0mm程度である。この凹部12が、試料(試薬溶液)を導入する微小な反応場として機能する。   The concave portion 12 is provided on one surface side of the substrate 10 as described above. The recess 12 is formed using, for example, a photolithography technique and an etching technique. In the present embodiment, the recess 12 is formed in a substantially hemispherical shape. The diameter D1 of the recess 12 is, for example, about 0.1 mm to 5.0 mm. The recess 12 functions as a minute reaction field for introducing a sample (reagent solution).

被覆体14は、凹部12を覆うようにして基板10の一面上に設けられている。この被覆体14は、例えばプラスチック基板やガラス基板などの小片からなる。また、被覆体14は、凹部12の径よりも小さい径の貫通孔16を有しており、この貫通孔16と凹部12とが重畳した状態となるように設けられている。貫通孔16の径D2は、例えば10μm程度である。この被覆体14は、基板10の一面と接しない側の面に、貫通孔16に近いほど液体の接触角が相対的に小さく貫通孔16から遠いほど接触角が相対的に大きくされた接触角制御領域22を有する。接触角制御領域22の詳細については後述する。   The covering 14 is provided on one surface of the substrate 10 so as to cover the recess 12. The covering 14 is made of a small piece such as a plastic substrate or a glass substrate. The covering 14 has a through-hole 16 having a diameter smaller than the diameter of the recess 12, and is provided so that the through-hole 16 and the recess 12 overlap each other. The diameter D2 of the through hole 16 is, for example, about 10 μm. The cover 14 has a contact angle on the surface that is not in contact with one surface of the substrate 10 such that the closer to the through hole 16, the smaller the liquid contact angle, and the farther from the through hole 16, the relatively larger contact angle. It has a control area 22. Details of the contact angle control region 22 will be described later.

図2は、凹部12と被覆体14の模式的な平面図を示す。図2に示すように、被覆体14は、凹部12の開口部分よりも広い面積を有しており、凹部12を覆って設けられている。図示の例では、被覆体14は矩形状であるが、形状はこれに限定されない。また、本実施形態においては、図2に示すように貫通孔16が凹部12の平面視における略中央に合わせて配置されている。   FIG. 2 shows a schematic plan view of the recess 12 and the covering 14. As shown in FIG. 2, the covering 14 has a larger area than the opening of the recess 12 and is provided so as to cover the recess 12. In the illustrated example, the covering body 14 has a rectangular shape, but the shape is not limited thereto. Further, in the present embodiment, as shown in FIG. 2, the through hole 16 is arranged so as to be substantially at the center in the plan view of the recess 12.

次に、凹部12と被覆体14の各々の表面の特性について説明する。凹部12の内壁の表面には、この凹部12に導入されるべき試料(試薬溶液)の極性に一致した表面処理が行われる。具体的には、親液性(親水性)反応試薬および検体導入の場合には、凹部12の内壁の表面には親液処理(親水処理)が行われる。すなわち、凹部12を画定する内壁の表面が被覆体14の表面よりも相対的に親液性が高くなるように、凹部12の内壁の表面が改質されるということである。本実施形態では、凹部12の内壁の表面が親液性に改質され、かつ、被覆体14の表面が撥液性に改質されている。親液化処理は、例えばPEG(ポリエチレングリコール)系分子膜剤を用いることによって実現できる。詳細には、アミノ系シラン化反応剤で凹部12の内壁表面を反応させ、その後、NHSエステルにて末端機能化されたPEG系反応剤にて反応させる。それにより、凹部12の内壁の表面の親液性が高くなる。また、撥液化処理は、例えば、フッ素系シラン化剤を用いて被覆体14の表面を改質することによって実現できる。この被覆体14の表面における撥液化処理について以下に詳しく説明する。   Next, the characteristics of the surfaces of the recess 12 and the covering 14 will be described. A surface treatment corresponding to the polarity of the sample (reagent solution) to be introduced into the recess 12 is performed on the surface of the inner wall of the recess 12. Specifically, in the case of introducing a lyophilic (hydrophilic) reaction reagent and a sample, a lyophilic process (hydrophilic process) is performed on the surface of the inner wall of the recess 12. That is, the surface of the inner wall of the recess 12 is modified such that the surface of the inner wall that defines the recess 12 is relatively more lyophilic than the surface of the covering 14. In the present embodiment, the surface of the inner wall of the recess 12 is modified to be lyophilic, and the surface of the covering 14 is modified to be lyophobic. The lyophilic treatment can be realized by using, for example, a PEG (polyethylene glycol) molecular film agent. Specifically, the inner wall surface of the recess 12 is reacted with an amino-based silanization reagent, and then reacted with a PEG-based reagent terminal-functionalized with NHS ester. Thereby, the lyophilicity of the surface of the inner wall of the recess 12 is increased. In addition, the liquid repellency treatment can be realized by modifying the surface of the covering 14 using, for example, a fluorine-based silanizing agent. The liquid repellency treatment on the surface of the covering 14 will be described in detail below.

図3は、被覆体14の貫通孔16付近を拡大して模式的に示した図である。詳細には、図3(A)は被覆体14の模式平面図、図3(B)は被覆体14の図3(A)に示すb−b線に対応する模式断面図である。図3(A)及び図3(B)に示すように、被覆体14は、その表面(基板10と接しない側の面)に、平面視において貫通孔16に近いほど液体の接触角が相対的に小さく貫通孔16から遠いほど接触角が相対的に大きくされた接触角制御領域22を有する。本実施形態における接触角制御領域22は、貫通孔16を中心として同心円状に設けられた環状のサブ領域22a、22b、22cを有する。複数のサブ領域22a、22b、22cは、それぞれの接触角が異なっている。具体的には、最も内側のサブ領域22aは、接触角(ここでは液体を水とした場合の数値である。以下同様)が80°である。このサブ領域22aの外側に設けられたサブ領域22bは、接触角が100°である。最も外側に設けられたサブ領域22cは、接触角が130°である。各サブ領域22a〜22cの幅は、例えば5μm〜10μm程度である。このような接触角制御領域22の形成方法の一例について簡単に説明する。例えば、飽和アルキルフッ素鎖を含むチオール分子、又はアルキル鎖のみを含むチオール分子を単独、または混合させて使用する。各サブ領域の形成は、マスクを介してのUV照射(例えば波長157nmの紫外線照射)による表面分解反応と、新たな分子膜の作成とを繰り返すことで実現できる。   FIG. 3 is an enlarged view schematically showing the vicinity of the through hole 16 of the covering 14. Specifically, FIG. 3A is a schematic plan view of the covering 14, and FIG. 3B is a schematic cross-sectional view corresponding to the line bb shown in FIG. 3A of the covering 14. As shown in FIGS. 3A and 3B, the covering body 14 has a liquid contact angle relative to the surface (the surface on the side not in contact with the substrate 10) closer to the through hole 16 in plan view. The contact angle control region 22 has a contact angle that is relatively larger as it is smaller and farther from the through hole 16. The contact angle control region 22 in the present embodiment includes annular sub-regions 22a, 22b, and 22c provided concentrically with the through hole 16 as a center. The plurality of sub-regions 22a, 22b, and 22c have different contact angles. Specifically, the innermost sub-region 22a has a contact angle of 80 ° (this is a numerical value when the liquid is water, the same applies hereinafter). A sub-region 22b provided outside the sub-region 22a has a contact angle of 100 °. The sub-region 22c provided on the outermost side has a contact angle of 130 °. The width of each sub-region 22a-22c is about 5 micrometers-10 micrometers, for example. An example of a method for forming such a contact angle control region 22 will be briefly described. For example, a thiol molecule containing a saturated alkyl fluorine chain or a thiol molecule containing only an alkyl chain is used alone or in combination. The formation of each sub-region can be realized by repeating the surface decomposition reaction by UV irradiation (for example, ultraviolet irradiation with a wavelength of 157 nm) through a mask and the creation of a new molecular film.

なお、上述した接触角の数値は一例でありこれらに限定されない。また、サブ領域の数も3つに限定されない。サブ領域の数がより多ければそれだけスムーズな液滴流動効果が期待される。更に、各サブ領域の形状は必ずしも同心円状としなくてもよい。   In addition, the numerical value of the contact angle mentioned above is an example, and is not limited to these. Further, the number of sub-regions is not limited to three. If the number of sub-regions is larger, a smoother droplet flow effect is expected. Furthermore, the shape of each sub-region is not necessarily concentric.

図4は、図1に示すデバイスへの試料の導入過程を説明するための模式断面図である。図示のように、基板10上の被覆体14に設けられた貫通孔16を介して凹部12に試料液20を導入する。例えば、微少量の試料液20を複数回に分けて貫通孔16に滴下する。微少量の試料液20の滴下には、例えば液滴吐出法(インクジェット法)が適している。微少量とは、例えば液滴の径が貫通孔16の径よりも小さいことをいう。このとき、図示のように試料液20を貫通孔16の中心mからずらした位置に滴下することがより望ましい。例えば、図示のように貫通孔16のエッジ部分に試料液20を滴下するとよい。本実施形態では、被覆体14の表面が撥液性であるため、貫通孔16のエッジ部分に付着した試料液20はすばやく被覆体14の表面から、内壁表面が親液性である凹部12へ入り込む。このように、凹部12と被覆体14の各々の表面エネルギーの差を利用することにより、微量な試料液20をより確実に凹部12へ導入することができる。上述した図3に示したように、被覆体14の表面における液体の接触角が貫通孔に近いほど小さくなるように(すなわち濡れ性が高くなるように)しているので、被覆体14上に滴下された試料液20が貫通孔16に向かって集まりやすくなる。それにより、微少量の液体を凹部内へ効率よく速やかに導入することが可能となる。なお、凹部12内へ導入された試料液に空気が含まれている場合には、基板10を微振動させることによりその空気を除去することが可能である。   FIG. 4 is a schematic cross-sectional view for explaining the process of introducing the sample into the device shown in FIG. As illustrated, the sample solution 20 is introduced into the recess 12 through the through hole 16 provided in the covering 14 on the substrate 10. For example, a very small amount of the sample solution 20 is dropped into the through hole 16 in a plurality of times. For example, a droplet discharge method (inkjet method) is suitable for dropping a very small amount of the sample liquid 20. The minute amount means, for example, that the diameter of the droplet is smaller than the diameter of the through hole 16. At this time, it is more desirable to drop the sample solution 20 at a position shifted from the center m of the through hole 16 as shown in the figure. For example, the sample solution 20 may be dropped onto the edge portion of the through hole 16 as shown in the drawing. In the present embodiment, since the surface of the covering 14 is liquid repellent, the sample liquid 20 adhering to the edge portion of the through-hole 16 is quickly transferred from the surface of the covering 14 to the recess 12 whose inner wall surface is lyophilic. Get in. In this way, by utilizing the difference in surface energy between the recess 12 and the covering 14, a small amount of the sample solution 20 can be more reliably introduced into the recess 12. As described above with reference to FIG. 3, the contact angle of the liquid on the surface of the covering body 14 is made smaller as being closer to the through hole (that is, the wettability becomes higher). The dropped sample solution 20 is likely to gather toward the through hole 16. Thereby, a very small amount of liquid can be efficiently and promptly introduced into the recess. If the sample liquid introduced into the recess 12 contains air, the air can be removed by slightly vibrating the substrate 10.

図5は、他の態様のデバイスの構成を示す模式的な斜視図である。上述したデバイス1は1つの凹部12、被覆体14及び貫通孔16を有していたのに対して、図5に示すデバイス1aは複数の凹部12とそれに対応する複数の貫通孔16を有している。また、図5に示すデバイス1aでは、各凹部12を覆う被覆体が1つに共通化されている。すなわち本実施形態の被覆体114は、複数の貫通孔16を有し、複数の凹部に渡って設けられている。なお、各凹部12および各貫通孔16に対応して複数の被覆体を設けてもよい。また、図5に示す例のデバイス1aでは、各凹部12および各貫通孔16がマトリクス状に配列されているが、配列状態はこれに限定されない。   FIG. 5 is a schematic perspective view showing the configuration of a device according to another aspect. The device 1 described above has one recess 12, a covering 14, and a through hole 16, whereas the device 1 a shown in FIG. 5 has a plurality of recesses 12 and a plurality of corresponding through holes 16. ing. Moreover, in the device 1a shown in FIG. 5, the covering body which covers each recessed part 12 is made common. That is, the covering body 114 of the present embodiment has a plurality of through holes 16 and is provided across a plurality of recesses. A plurality of coverings may be provided corresponding to each recess 12 and each through hole 16. Further, in the device 1a of the example shown in FIG. 5, the concave portions 12 and the through holes 16 are arranged in a matrix, but the arrangement state is not limited to this.

次に、本実施形態に係るデバイス1の製造方法について好適な例を説明する。なお、デバイス1aについても同様に製造できる。   Next, a preferred example of the method for manufacturing the device 1 according to this embodiment will be described. The device 1a can be manufactured similarly.

図6は、デバイス1の製造方法の一例を説明するための工程断面図である。概略的に説明すると、本実施形態に係るデバイス1は、図6(A)に示すように、凹部12を有する基板10と、貫通孔16を有する被覆体14と、をそれぞれ個別に形成し、その後図6(B)に示すように、基板10と被覆体14とを貼り合わせ、更に被覆体14に撥液化処理を施すことによって製造することができる。以下、いくつかの具体的な態様について説明する。   FIG. 6 is a process cross-sectional view for explaining an example of the manufacturing method of the device 1. Briefly described, as shown in FIG. 6A, the device 1 according to the present embodiment individually forms a substrate 10 having a recess 12 and a covering body 14 having a through hole 16, respectively. Thereafter, as shown in FIG. 6B, the substrate 10 and the covering body 14 are bonded together, and the covering body 14 is further subjected to a liquid repellency treatment. Hereinafter, some specific embodiments will be described.

具体的態様の一つとして樹脂(プラスチック)の射出成形を用いる態様が挙げられる。この場合には、例えば汎用的な樹脂の一つであるポリスチレンを射出成形することにより、図6(A)に示したような、凹部12を有する基板10、貫通孔16を有する被覆体14のそれぞれを形成する。次に、図6(B)に示したように基板10と被覆体14とを貼り合わせる。例えば、基板10の一面上にスピンコート等の方法によってキシレン等の溶剤を均一に塗布する(例えば膜厚1μm程度)。基板10の一面が溶解したら、被覆体14を基板10上に配置し、加圧する。それにより、基板10と被覆体14とが接合(融着)する。溶剤のキシレン等は貫通孔16から蒸発するので、凹部12内に溶剤が残留することはない。なお、樹脂はポリスチレンに限定されず、ポリカーボネート、ポリメタクリル酸メチル、SNP、TPX等も使用可能である。また、基板10と被覆体14とを貼り合わせる方法としては、上記のほか、接着剤を使う方法、摩擦熱を使う方法、超音波融着による方法、振動融着による方法など種々の方法を適宜採用し得る。   One specific embodiment is an embodiment using resin (plastic) injection molding. In this case, for example, polystyrene, which is one of general-purpose resins, is injection-molded, so that the substrate 10 having the recesses 12 and the covering 14 having the through holes 16 as shown in FIG. Form each one. Next, as shown in FIG. 6B, the substrate 10 and the cover 14 are bonded together. For example, a solvent such as xylene is uniformly applied on one surface of the substrate 10 by a method such as spin coating (for example, a film thickness of about 1 μm). When one surface of the substrate 10 is dissolved, the covering 14 is placed on the substrate 10 and pressed. Thereby, the substrate 10 and the cover 14 are joined (fused). Since the solvent xylene or the like evaporates from the through hole 16, the solvent does not remain in the recess 12. The resin is not limited to polystyrene, and polycarbonate, polymethyl methacrylate, SNP, TPX, and the like can also be used. In addition to the above, various methods such as a method using an adhesive, a method using frictional heat, a method using ultrasonic welding, and a method using vibration welding are appropriately used as a method for bonding the substrate 10 and the cover 14 together. Can be adopted.

また、具体的態様の他の一つとしてガラス基板を用いる態様が挙げられる。この場合には、ガラス基板に対してウェットエッチングを行うことにより、凹部12を有する基板10を形成する(図6(A))。また、他のガラス基板に対してウェットエッチングを行うことにより、貫通孔16を有する被覆体14を形成する(図6(A))。エッチング溶液としては、例えば一水素二フッ化アンモニウム(例えば、濃度5%程度)を用いることができる。このようなエッチング溶液を用いて等方性エッチングを行うことにより、ガラス基板に半球状の凹部12を形成し、また、他のガラス基板に貫通孔16を形成することができる。エッチング速度は、例えば約50nm/分である。次に、基板10と被覆体14とを貼り合わせる(図6(B))。それぞれガラス基板からなる基板10と被覆体14との貼り合わせは、例えば、熱と圧力を加えることによる直接接合によって行うことができる。また、いわゆる水ガラス(ケイ酸ナトリウムの濃度の高い水溶液)などの接着剤を用いて基板10と被覆体14とを貼り合わせてもよい。   Moreover, the aspect which uses a glass substrate as another specific aspect is mentioned. In this case, the substrate 10 having the recesses 12 is formed by performing wet etching on the glass substrate (FIG. 6A). Moreover, the cover 14 which has the through-hole 16 is formed by performing wet etching with respect to another glass substrate (FIG. 6 (A)). As an etching solution, for example, ammonium monohydrogen difluoride (for example, a concentration of about 5%) can be used. By performing isotropic etching using such an etching solution, the hemispherical recess 12 can be formed in the glass substrate, and the through-hole 16 can be formed in another glass substrate. The etching rate is, for example, about 50 nm / min. Next, the substrate 10 and the cover 14 are bonded together (FIG. 6B). The bonding of the substrate 10 made of a glass substrate and the covering body 14 can be performed, for example, by direct bonding by applying heat and pressure. Alternatively, the substrate 10 and the cover 14 may be bonded together using an adhesive such as so-called water glass (an aqueous solution having a high concentration of sodium silicate).

また、具体的態様の他の一つとしてガラス基板と半導体基板(シリコン基板)とを組み合わせて用いる態様が挙げられる。この場合には、凹部12を有する基板10については、上記と同様にガラス基板に対してウェットエッチングを行うことによって形成する(図6(A))。また、貫通孔16を有する被覆体14については、シリコン基板等の半導体基板をエッチングすることによって形成する(図6(A))。その後、ガラス基板からなる基板10と半導体基板からなる被覆体14とを貼り合わせる(図6(B))。ここでは、例えば陽極接合によって基板10と被覆体14とを貼り合わせることができる。   Further, as another specific embodiment, there is an embodiment in which a glass substrate and a semiconductor substrate (silicon substrate) are used in combination. In this case, the substrate 10 having the recess 12 is formed by performing wet etching on the glass substrate in the same manner as described above (FIG. 6A). Further, the covering body 14 having the through holes 16 is formed by etching a semiconductor substrate such as a silicon substrate (FIG. 6A). After that, the substrate 10 made of a glass substrate and the covering body 14 made of a semiconductor substrate are bonded together (FIG. 6B). Here, for example, the substrate 10 and the covering body 14 can be bonded together by anodic bonding.

図7は、デバイス1の製造方法の他の一例を説明するための工程断面図である。以下、この態様について詳細に説明する。   FIG. 7 is a process cross-sectional view for explaining another example of the method for manufacturing the device 1. Hereinafter, this aspect will be described in detail.

図7(A)に示すように、ガラス基板に対してエッチングを行うことにより、凹部12を有する基板10を形成する。具体的な条件は上記と同様である。次いで、図7(B)に示すように、基板10の凹部12に樹脂等からなる犠牲層(犠牲材)22を埋設する。このとき、図示のように基板10の一面が平坦となるように犠牲層22を形成する。   As shown in FIG. 7A, the glass substrate is etched to form the substrate 10 having the recesses 12. Specific conditions are the same as above. Next, as shown in FIG. 7B, a sacrificial layer (sacrificial material) 22 made of resin or the like is embedded in the recess 12 of the substrate 10. At this time, the sacrificial layer 22 is formed so that one surface of the substrate 10 is flat as illustrated.

次に、図7(C)に示すように、基板10の一面上に樹脂等からなる層24を形成する。層24の形成は、例えばスピンコート法によって行うことができる。次いで、この層24に対してエッチングを行うことにより、不要部分を除去する。これにより、貫通孔16を有する被覆体14が基板10の一面上に形成される(図7(D))。   Next, as shown in FIG. 7C, a layer 24 made of resin or the like is formed on one surface of the substrate 10. The formation of the layer 24 can be performed by, for example, a spin coating method. Next, the layer 24 is etched to remove unnecessary portions. Thereby, the covering 14 having the through-hole 16 is formed on one surface of the substrate 10 (FIG. 7D).

次に、プラズマエッチング等の方法によって、基板10の凹部12内に埋設されていた犠牲層22を除去する。それにより、図7(E)に示すように、本実施形態に係るデバイス1が完成する。   Next, the sacrificial layer 22 embedded in the recess 12 of the substrate 10 is removed by a method such as plasma etching. Thereby, as shown in FIG. 7E, the device 1 according to the present embodiment is completed.

以上のような本実施形態によれば、被覆体14の表面上における貫通孔16付近の接触角(換言すれば濡れ性)を変化させることにより、被覆体14上に滴下された液体が貫通孔16に向かって集まりやすくなるので、微少量の液体を凹部内へ効率よく速やかに導入することが可能となる。   According to the present embodiment as described above, the liquid dropped on the covering 14 is caused to change by changing the contact angle (in other words, wettability) in the vicinity of the through hole 16 on the surface of the covering 14. Since it becomes easy to gather toward 16, it becomes possible to introduce a small amount of liquid into the recess efficiently and promptly.

また、凹部12に重畳して設けられた被覆体14により、凹部12の開口部分がある程度塞がれた状態となるので、凹部12による反応場の体積を確保しつつ、この凹部12に導入される試料20の蒸発を抑制することができる。   In addition, the covering 14 provided so as to overlap the concave portion 12 is in a state where the opening portion of the concave portion 12 is blocked to some extent, so that the volume of the reaction field by the concave portion 12 is secured and introduced into the concave portion 12. The evaporation of the sample 20 can be suppressed.

また、凹部12の内壁表面と被覆体14の表面のそれぞれを表面改質することによって表面エネルギーの差を設けているので、凹部12上に被覆体14を設けたことによって試料液の導入口が狭小になるにも関わらず、試料液の導入が困難となることがない。   In addition, since the surface energy difference is provided by surface modification of the inner wall surface of the recess 12 and the surface of the covering 14, the provision of the covering 14 on the recess 12 makes the sample liquid introduction port Despite being narrowed, it is not difficult to introduce the sample solution.

次に、変形実施の一態様について説明する。以下に説明する態様は、試料液に対して光学的な手法による計測を行うのに特に適している。   Next, an aspect of the modified implementation will be described. The modes described below are particularly suitable for performing measurement on a sample solution by an optical technique.

図8は、変形実施例に係るデバイスの構成とその使用態様について説明する模式的な断面図である。図8に示すデバイス1bの基本的な構成は上記した実施形態に係るデバイス1と同様である(図1等参照)。両者に共通する構成には同符号を付した上で当該構成の詳細な説明は省略する。   FIG. 8 is a schematic cross-sectional view illustrating a configuration of a device according to a modified example and a usage mode thereof. The basic configuration of the device 1b shown in FIG. 8 is the same as that of the device 1 according to the above-described embodiment (see FIG. 1 and the like). The components common to both are given the same reference numerals, and detailed description of the components is omitted.

図8に示すデバイス1bは、被覆体14の裏面(凹部12と向き合う面)に反射膜15が設けられている。この反射膜15は、凹部12の少なくとも一部と重畳して配置される。また、反射膜15は、被覆体14の裏面であって、被覆体14と基板10との貼り合わせに支障がない範囲に形成される。この反射膜15は、例えば金などの金属からなる膜である。このような反射膜15を有するデバイス1bの製造方法は基本的に上述した実施形態(図6参照)と同様である。具体的には、被覆体14となるべき基板等の一面の所定位置に金属膜を形成し、これを適宜エッチングする等によって整形することにより、予め反射膜15を形成しておけばよい。   In the device 1b shown in FIG. 8, a reflective film 15 is provided on the back surface (the surface facing the recess 12) of the covering 14. The reflective film 15 is disposed so as to overlap with at least a part of the recess 12. Further, the reflective film 15 is formed on the back surface of the covering 14 so as not to interfere with the bonding of the covering 14 and the substrate 10. The reflective film 15 is a film made of a metal such as gold. The manufacturing method of the device 1b having such a reflective film 15 is basically the same as that of the above-described embodiment (see FIG. 6). Specifically, the reflective film 15 may be formed in advance by forming a metal film at a predetermined position on one surface of the substrate or the like to be the covering 14 and shaping the metal film by appropriate etching or the like.

次にデバイス1bの使用態様の一例について説明する。図8に示すように、基板10の裏面側から、凹部12内の試料液20に向けて光を入射させる。図示のように、入射光が基板10の裏面に対して斜めに入射し、被覆体14の反射膜15によって反射する。この反射光は、図示のようにCCD等からなる測定光収集32に集まる。この測定光収集板32に集まった光(反射光)の強度等を光検出装置30によって検出する。それにより、凹部12内の試料液20の変化を計測できる。例えば、酵素反応を利用した色素反応をモニターすることができる。このとき、複数の光源を用意してそれぞれから光を入射させることにより、検出情報が増幅されるので、高感度の検出が可能となる。反応性試薬としては、例えば血糖値検査試薬が使用される。この試薬中、グルコースオキシダーゼ、過酸化脱水素酵素、及び4−アミノアンチピリン(色素前駆体)が存在し、血清中に含まれる血糖(グルコース)と反応して発色する。この試薬及び血清を、例えば上記した必要量にて使用して凹部12内に導入することにより、高感度検出が可能となる。   Next, an example of how the device 1b is used will be described. As shown in FIG. 8, light is incident from the back side of the substrate 10 toward the sample solution 20 in the recess 12. As illustrated, incident light is incident on the back surface of the substrate 10 at an angle and is reflected by the reflective film 15 of the covering 14. The reflected light is collected in a measurement light collection 32 made up of a CCD or the like as shown in the figure. The light detection device 30 detects the intensity of the light (reflected light) collected on the measurement light collecting plate 32. Thereby, the change of the sample solution 20 in the recess 12 can be measured. For example, a dye reaction using an enzyme reaction can be monitored. At this time, detection information is amplified by preparing a plurality of light sources and allowing light to enter from each of them, so that highly sensitive detection is possible. As the reactive reagent, for example, a blood glucose level test reagent is used. Among these reagents, glucose oxidase, peroxydehydrogenase, and 4-aminoantipyrine (dye precursor) are present, and react with blood sugar (glucose) contained in serum to develop color. By introducing the reagent and serum into the recess 12 using, for example, the necessary amounts described above, highly sensitive detection becomes possible.

なお、本発明は上述した実施形態の内容に限定されるものではなく、本発明の要旨の範囲内において種々に変形して実施をすることが可能である。例えば、上述した実施形態においては、本発明に係る反応場を有するデバイスの典型的な適用例として生体試料を扱うためのセンサー(いわゆるバイオセンサー)を例示していたが、本発明の適用範囲はこれに限定されるものではない。   In addition, this invention is not limited to the content of embodiment mentioned above, In the range of the summary of this invention, it can change and implement variously. For example, in the above-described embodiment, a sensor (so-called biosensor) for handling a biological sample is exemplified as a typical application example of a device having a reaction field according to the present invention. It is not limited to this.

1…反応場を有するデバイス、10…基板、12…凹部、14…被覆体、15…反射膜、16…貫通孔、20…試料液、22…接触角制御領域、22a、22b、22c…サブ領域   DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Device which has reaction field, 10 ... Board | substrate, 12 ... Recessed part, 14 ... Covering body, 15 ... Reflecting film, 16 ... Through-hole, 20 ... Sample liquid, 22 ... Contact angle control area, 22a, 22b, 22c ... Sub region

Claims (6)

一面側に複数の凹部を有する基板と、
貫通孔を有する被覆体と、
を備え、
前記被覆体は、前記凹部に前記貫通孔が重畳するように前記貫通孔が複数設けられており、平面視における前記貫通孔の径は、対応する前記凹部の径よりも小さく形成されており、
前記被覆体は、前記基板に対向しない側の面において、前記貫通孔の周囲に同心円状に設けられた複数の環状のサブ領域を含む接触角制御領域を有し、前記環状のサブ領域に液体を配置したときの前記液体の接触角前記貫通孔に近いほど小さくなるように、前記接触角制御領域が形成されている、デバイス。
A substrate having a plurality of recesses on one surface side;
A covering having a through hole;
With
Wherein the covering body, the and the through hole is provided with a plurality such that the through holes are superposed on the concave portion, the diameter of the through hole in plan view, is formed smaller than the diameter of the corresponding recess ,
The covering body is in the plane of the side not facing the substrate, it has a contact angle control region comprising a plurality of annular sub-region disposed concentrically around the through hole, the sub-region before Symbol annular The device in which the contact angle control region is formed so that the contact angle of the liquid when the liquid is arranged becomes smaller as the contact angle is closer to the through hole.
前記貫通孔が前記凹部の平面視における略中央に配置された、請求項1に記載のデバイス。   The device according to claim 1, wherein the through hole is disposed at a substantially center in a plan view of the recess. 前記凹部が略半球状である、請求項1または2に記載のデバイス。   The device according to claim 1, wherein the recess is substantially hemispherical. 前記基板が透明な基板である、請求項1乃至3の何れか1項に記載のデバイス。   The device according to claim 1, wherein the substrate is a transparent substrate. 前記被覆体の前記基板と向き合う面に設けられた反射膜、を更に含む、請求項1乃至4の何れか1項に記載のデバイス。   The device according to any one of claims 1 to 4, further comprising a reflective film provided on a surface of the covering body facing the substrate. 前記反射膜は、前記凹部と重畳する範囲に設けられる、請求項5に記載のデバイス。   The device according to claim 5, wherein the reflective film is provided in a range overlapping with the concave portion.
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