JP5768055B2 - 基体 - Google Patents
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Description
さらに、細胞よりも更にサイズの小さな微生物(短辺がナノオーダー)の微生物を捕捉するためには、前記微細孔の吸着部(開口部)における短辺の径を少なくともナノオーダーで高精度に形成する必要がある。しかしながら、非特許文献1は複数の樹脂基板110,112を貼り合わせて構成しているため、ナノオーダーで吸着部(開口部)を加工することが困難である。
また、微生物又は細胞を含めた、流体に含まれる微粒子を捕捉して、観察、操作、測定等を行うことができる装置の開発が望まれている。
本発明の第一態様の基体においては、前記微小吸引孔が前記流路の側面を構成する前記内壁に複数設けられていることが好ましい。
本発明の第一態様の基体においては、前記微小吸引孔の開口部の短径が0.02μm〜5μmであることが好ましい。
本発明の第一態様の基体においては、前記流路の内壁面は、前記緩流部が配置された第一内壁面と、前記微小吸引孔の前記開口部が配置された第二内壁面とを含み、前記第一内壁面と前記第二内壁面は互いに異なることが好ましい。
本発明の第一態様の基体においては、前記流路の内壁面は、前記緩流部が配置された第一内壁面と、前記微小吸引孔の前記開口部が配された第二内壁面とを含み、前記第一内壁面は、前記第二内壁面と同一であることが好ましい。
本発明の第一態様の基体においては、前記緩流部は、前記流路が有する内壁面に形成された凹部であることが好ましい。
本発明の第一態様の基体においては、前記凹部に近い位置に設けられ、前記流路が有する内壁面のうち、前記微小吸引孔が形成されている内壁面とは異なる内壁面から突出している突起部を有することが好ましい。
本発明の第一態様の基体においては、前記凹部は、前記開口部に近い位置に設けられている第一の角部と、前記開口部から離れた位置に設けられている第二の角部とを有し、前記流路の延在方向に沿う、前記微小吸引孔の縦断面において、前記流路の延在方向に直交する方向における前記第一の角部と前記開口部との距離をLで表し、かつ、前記微小吸引孔の延在方向における前記第一の角部と前記開口部との距離をWで表した場合、L/Wの比が0.05〜100の範囲内であることが好ましい。
本発明の第一態様の基体においては、前記開口部が前記観察対象物を捕捉する吸着部を構成することが好ましい。
本発明の第一態様の基体においては、前記単一の部材の材料が、ガラス、石英、又はサファイアであることが好ましい。
本発明に関連する第五態様の基体の製造方法は、第一の態様の基体の製造方法であって、単一の部材を含む基材を準備し、ピコ秒オーダー以下のパスル時間幅を有するレーザーを、前記単一の部材において、少なくとも微小吸引孔が形成される領域と緩流部が形成される領域とに照射することによって、改質部を形成する工程D1と、前記単一の部材に、ドライエッチングによって前記流路および前記緩流部を形成する工程D2と、前記単一の部材から前記改質部をウェットエッチングによって除去することによって前記微小吸引孔を形成する工程D3と、を少なくとも有する。
また、前記吸着部に近い位置に緩流部が設けられていることによって、前記吸着部に近い位置で、前記流体の流れを緩やかにすることができる。この結果、前記微粒子を、前記吸着部に近い位置に滞留させられるため、前記吸着部に微粒子を捕捉することが容易である。また、捕捉した後においても、微粒子が流体から受ける圧力が低下するため、捕捉した微粒子が流体によって剥ぎ取られることなく、安定して継続的に捕捉することができる。
このように、前記緩流部が前記吸着部とは異なる内壁面に設けられる場合において、前記吸着部が流路の一方の側面に設けられているならば、前記緩流部を設置する面の選択肢は、例えば、流路の底面、他方の側面、及び天井面がある。つまり、緩流部の設置面の選択肢が増えるので、流路及び緩流部の設計の自由度が高くなる。
<基体の第一実施形態>
[基体10A]
図1は、本発明にかかる基体の第一実施形態である基体10Aの斜視図である。図2及び3は、図1のA−A線に沿う断面を示す模式図である。
また、基体10Aにおいて流路3を構成する内壁のうち、微小吸引孔1の第一開口部(開口部)に近い位置に、流体Rの流れを緩める緩流部Pが配置されている。
流路3の側面3aに、微小吸引孔1の第一開口部1aが露呈する吸着部Sが形成され、流路3の少なくとも上面3d及び下面3bの一方の少なくとも一部分は、吸着部Sにトラップされた微粒子Tを光学的に観察可能なように、透明な部材6(基板6)で構成されている。
前記有機物質で形成される粒子、及び前記無機物質で形成される粒子は、その表面又は内部に抗体分子等を結合させた機能性粒子であってもよい。
前記有機物質で形成される粒子の形状、及び前記無機物質で形成される粒子の形状は、特に制限されない。例えば、球、立方体、直方体、多面体、ドーナッツ形の立体、もしくはひも状の立体等、あらゆる立体形状の粒子が本発明の微粒子に含まれる。
前記有機物質で形成される粒子、及び前記無機物質で形成される粒子の大きさは、前記吸着部を有する微小吸引孔の第一端部の開口径(短径)よりも大きければよく、特に制限されない。つまり、微小吸引孔を通過しない大きさであればよい。
図4は、基材4の下面に対して、顕微鏡の対物レンズMを近づけて、微粒子Tを光学的に観察する様子を示している。なお、図4においては、基体10Aにおける緩流部P周辺の要部のみが示されている。
凹部Cが配置された緩流部Pにおける、前記凹部Cの内部、或いは前記凹部Cに近い位置で、流体Rの流れの中に、例えば、上昇流、下降流、逆流、及び渦流等の成分を含む乱流が生じる。すなわち、前記凹部Cの内部或いは前記凹部Cに近い位置において、流体Rは非直線的に流れるため、流体Rの流れが緩やかになる。流体R中の微粒子Tが、緩流部Pに近い位置を通過する際に、前記乱流に巻き込まれうるので、本発明における流路は、前記微粒子Tが緩流部Pに近い位置に滞留する時間を、緩流部Pが設けられていない流路と比べて、長くすることができる。この結果、緩流部Pに近い位置に設けられた吸着部Sが、前記微粒子Tを容易に捕捉することができる。
最短距離lが上記範囲であると、緩流部Pで発生する前記乱流の勢力圏内に吸着部Sが設けられるため、吸着部Sが微粒子をより容易に捕捉することができる。このとき、流体Rはどちら方向に流れていてもよい。
なお、図5では、基体10Aにおける緩流部P周辺の要部のみが示されている。
第一開口部1aの少なくとも一部が凹部Cに含まれている場合、吸着部Sを凹部C内に配置することになる。この場合、凹部C内に一時的に留まっている微粒子Tを、より確実に、吸着部Sに引き寄せて捕捉できるので好ましい。
凹部Cの幅としては、0.5μm〜100μmの範囲であることが好ましく、1μm〜50μmの範囲であることがより好ましく、5μm〜25μmの範囲であることがさらに好ましい。上記範囲であると、緩流部Pにおいて、十分に前記乱流を発生させられる。
前記単一の部材の材料としては、例えばシリコン、ガラス、石英、もしくはサファイアなどが挙げられる。なかでも、結晶方位による加工異方性の影響を受けにくい非結晶質である材料が好ましい。これらの材料を用いた場合、微小吸引孔1の加工精度をさらに高めることができ、吸着部Sをナノオーダーの口径で形成することが好ましい。このため、トラップした細胞T(微粒子T)と吸着部Sとの間で高抵抗性シールを形成することが、比較的容易である。この際、微小吸引孔1に形成されている吸着部Sがガラス、石英、もしくはサファイアで形成される場合、絶縁性を付与する処理を行う工程を必要としないので好ましい。高抵抗性シールを形成し、トラップした細胞Tの電気生理学的測定を行う場合は、前記細胞Tの内外の電位差(膜電位)等を測定する方法を、前記基体に適宜用いて測定することも可能である。吸着部Sを形成する材料がガラス、石英である場合、トラップした細胞Tの電気生理学的測定を行う場合は、前記細胞Tと吸着部Sとのギガオームオーダーの高抵抗シールが実現されるため、より高精度の測定が可能である。
具体的には、加工用レーザーとして使用される一般的な光(波長0.1μm〜10μm)の、少なくとも一部を透過することが好ましい。このようなレーザー光を透過することによって、後述するように、レーザー照射して前記部材に改質部を形成することができる。
また、前記単一の部材の材料は、可視光領域(波長約0.36μm〜約0.83μm)の光を透過することが、より好ましい。可視光領域の光を透過することによって、捕捉した微粒子Tを、前記単一部材を透して光学顕微鏡等の光学的手法を用いて容易に観察することができる。
さらに、前記単一の部材の材料が、前記波長の光のうち少なくとも一部の紫外光あるいは可視光線(0.1μm〜0.83μm)を透過する場合には、蛍光色素によって染色された微生物又は細胞(微粒子T)内の組織を蛍光観察することができる。
なお、本発明における「透過(透明)」とは、前記部材に光を入射して、前記部材から透過光が得られる状態の全てをいう。
図1では、基材4を構成する単一の部材は透明なガラス基板である。
さらに、例えば後述する基体10F(図11)における微小吸引孔1のように、微小吸引孔1の第二開口部1bが、第二の流路7に開口し、その第二の流路7を介して、前記微小吸引孔1が基材4の外部へ連通しても良い。
上述した「微小吸引孔1は流路3と基材4の外部とを連通する」の意味は、本発明にかかる基体の全てに適用される。
上記範囲の下限値未満であると、吸着部Sの吸引力が弱すぎて微粒子Tをトラップすることができない恐れがある。上記範囲の上限値超であると、微粒子Tが、微小吸引孔1を通り抜けてしまい、トラップできない恐れがある。
一方、前記孔の長径(最も長い口径)は、トラップする微粒子Tの大きさによって適宜調整すればよく、例えば0.2μm〜10μmの範囲が挙げられる。さらに電気生理学的な測定を行う場合には、長径を細胞及び微生物のサイズよりも小さくすることが好ましく、例えば0.2〜5μmの範囲が挙げられる。
更には微小吸引孔1の第一開口部1aに近い位置の口径を微小吸引孔1の口径よりもわずかに広げて加工することも可能である。このとき微粒子Tの一部が微小吸引孔1の第一開口部1aに入り込んだ状態で捕捉が可能となるため、流路3に流れがあるときでもより安定して長時間の捕捉が可能となる場合がある。
微小吸引孔1は、基体10Aに複数配置されていてもよい。各々の微小吸引孔1に対して吸着部Sが各々備わるため、複数の微粒子Tをトラップすることができる。
本発明の基体の他の実施形態としては、図7に示す基体10Bが挙げられる。図7では、前述の基体10Aと同様の構成には同じ符号を付してある。図7のA−A線に沿う断面図は、図2及び図3と同様である。
基体10Bにおいて、基体10Aと異なる点は、複数の微小吸引孔1が平行に配されている点である。基体10Bの他の構成については、基体10Aと同様である。
各微小吸引孔1の第一開口部1aは、それぞれ吸着部Sを有する。各吸着部Sの直下には、凹部Cが配置されている。前記凹部Cによって、基体10Aと同様の効果が基体10Bにおいても得られる。
また、基材4がシリコン、ガラス、石英、又はサファイアなどで形成される場合には、微小吸引孔の加工精度を高めることができるため、複数の微小吸引孔1を密集させて配置することが可能である。
本発明の基体の他の実施形態としては、図8に示す基体10Cが挙げられる。図8では、前述の基体10Aと同様の構成には同じ符号を付してある。
基体10Cにおいて、基体10Aと異なる点は、複数の微小吸引孔1が平行に配置され、複数の凹部Cが流路3の下面3bに配置されている点である。基体10Cの他の構成については、基体10Aと同様である。
各微小吸引孔1の第一開口部1aは、それぞれ吸着部Sを有する。各吸着部Sの直下には、各々について凹部Cが配置されている。前記凹部Cによって、基体10Aと同様の効果が基体10Cにおいても得られる。また、凹部Cが複数配置されているため、基体10Bの場合と比べて、緩流部P周辺を流れる流体Rに生じうる乱流の程度を大きくすることができる。つまり、緩流部Pの周辺に、微粒子Tを留める時間を長くできるので、吸着部Sに前記微粒子Tをより容易に捕捉することができる。
また、各凹部Cの大きさは、それぞれ同じであっても、それぞれ異なっていても良い。
さらに、基材4がシリコン、ガラス、石英、又はサファイアなどで形成される場合、微小吸引孔の加工精度を高めることができるので、複数の微小吸引孔1および複数の凹部Cを密集させて配置することが可能である。
本発明の基体の他の実施形態としては、図9に示す基体10Dが挙げられる。図9では、前述の基体10Aと同様の構成には同じ符号を付してある。
基体10Dにおいて、基体10Aと異なる点は、凹部Cの、微小吸引孔1の延在方向に沿う長さが半減し、凹部Cの容積が半減している点である。基体10Dの他の構成については、基体10Aと同様である。
微小吸引孔1の第一開口部1aは、吸着部Sを有する。吸着部Sの直下には、凹部Cが配置されている。前記凹部Cによって、基体10Aと同様の効果が基体10Dにおいても得られる。ただし、凹部Cの容積が半減したことによって、前記凹部Cの内部或いは前記凹部C周辺を流れる流体Rに発生する乱流の程度が、上述の実施形態と比較して小さくなる。このため、緩流部Pにおける流体Rの流れが緩まる程度も上述の実施形態と比較して小さくなる。
本発明の基体の他の実施形態としては、図10に示す基体10Eが挙げられる。図10では、前述の基体10Aと同様の構成には同じ符号を付してある。
基体10Eにおいて、基体10Aと異なる点は、流路3において、凹部Cを挟む側面3a及び側面3cの両方に、それぞれ微小吸引孔1の第一開口部1aが配置されている点である。基体10Eの他の構成については、基体10Aと同様である。
各微小吸引孔1の第一開口部1aは、それぞれ吸着部Sを有する。各吸着部Sの直下には、共通の凹部Cが配置されている。前記凹部Cによって、基体10Aと同様の効果が基体10Bにおいても得られる。
本発明の基体の他の実施形態としては、図11に示す基体10Fも挙げられる。図12及び図13は、図11のA−A線に沿う断面を示す模式図である。図11〜図13では、前述の基体10Bと同様の構成には同じ符号を付してある。
基体10Fにおいて、基体10Bと異なる点は、複数配置された微小吸引孔1の第一開口部1aが、流路3(第一の流路3)の側面3aにそれぞれ開口し、第二開口部1bが、基材4の上面4aにそれぞれ開口している点である。基板6において、その第二開口部1bと対向する位置に、第二の流路7が設けられている。この構成によれば、第二の流路7に直接的又は間接的に吸引機構を接続することによって、第一の流路3内の流体Rを、微小吸引孔1を介して、第二の流路7へ引き込んで吸引することができる。この際、流体R中の微粒子を吸着部Sにおいて捕捉できる。基体10Fの他の構成については、基体10Bと同様である。
本発明の基体の他の実施形態としては、図14に示す基体10Gも挙げられる。図15及び図16は、図14のA−A線に沿う断面を示す模式図である。図14〜図16では、前述の基体10Bと同様の構成には同じ符号を付してある。
基体10Gにおいて、基体10Bと異なる点は、複数配置された微小吸引孔1の第一開口部1aが、流路3(第一の流路3)の側面3aにそれぞれ開口し、第二開口部1bが、第三の流路8の側面8aにそれぞれ開口している点である。基材4の上面4aに配置された第一の流路3と第三の流路8とは、微小吸引孔1を介して連通している。ここで、微小吸引孔1の第一開口部1aおよび第二開口部1bは、直接には基材4の外部に開口していない。しかし、第三の流路8は基材4の外部に通じているので、第一の流路3は、微小吸引孔1を介して、基材4の外部へ連通している。
この構成によれば、第三の流路8に直接的又は間接的に吸引機構を接続することによって、第一の流路3内の流体Rを、微小吸引孔1を介して、第三の流路8へ引き込んで吸引することができる。この際、流体R中の微粒子を吸着部Sにおいて捕捉できる。
基体10Gの他の構成については、基体10Bと同様である。
したがって、第三の流路8の内部に別の凹部Cを配置することによって、基材4の外部から第一の流路3へ流体Rを流しこむ方法ではなく、基材4の外部から第三の流路8へ流体Rを流し込む方法も可能である。すなわち、第三の流路8の内部に別の凹部Cを配置することによって、基体10Gの利便性を高められる。
例えば、各部材9a,9b,9cを複数積層することによって、第三の流路8の径を大きくすることができる。さらに、積層した各部材9a,9b,9cの高さ(厚さ)を利用して、図17に示すように第三の流路8の外部に通じる側を基体10Gの上面に配置することも可能である。
本発明の基体の他の実施形態としては、図19に示す基体10Hも挙げられる。図20は、図19のA−A線に沿う断面を示す模式図である。図19〜図20では、前述の基体10Gと同様の構成には同じ符号を付してある。
基体10Hにおいて、基体10Gと異なる点は、第一の流路3の下面3bおよび第三の流路8の下面8bは、部材9で形成される点である。この場合にも、微小吸引孔1は、単一の材料で構成される基材4に形成されている。基板6と部材9とに挟まれた基材5は、基材4と同じ材料で形成される。また、基材5の材料は、基板6や部材9と同じ材料であってもよい。凹部Cは、部材9の上面に形成されており、流路3における吸着部Sの直下に配置されている。基体10Hの他の構成については、基体10Gと同様である。
ガラス基板4には、第一の流路3と第三の流路8を含む複合流路がそれぞれ3セット配置されている。
第一の流路3と第三の流路8とが微小吸引孔1を介して連通していることは、前述の通りである。吸着部Sの位置は、「X」の印で示してある。前記吸着部Sに近い位置に凹部Cを有する緩流部Pが設けられている。
第一の流路3の上流側F1から、流体Rが流入されて、第三の流路8の下流側F2へ流通する。
ガラス基板4に配置された第五の流路12は、第三の流路8と連通するように交差している。第五の流路12の上流側F3から下流側F4へ、所望の薬液又はガスを流通させることによって、第三の流路8内にも前記薬液又はガスを拡散流入させることができる。また、第三の流路8内に拡散した薬液をガスへ置換することも可能である。
第五の流路12が第三の流路8に連通する場所及び、第五の流路12の形状は特に限定されない。従って、例えば、微小吸引孔1に近い位置に第五の流路12を配置することも可能であり、第五の流路12と第三の流路8はそれぞれの機能を代替することが可能である。また、第五の流路12はF3側あるいはF4側のみを有する構成も可能であり、F3あるいはF4のいずれかの機能を第三の流路8が果たすことも可能であるし、複数の第五の流路12もしくは複数に分岐した第五の流路12が配置されてもよい。
第四の流路11が第一の流路3に連通する場所及び、第四の流路11の形状は特に限定されない。そのため、微小吸引孔1に近い位置に第四の流路11を配置することも可能であり、第四の流路11と第一の流路3の上流側(F1側)はそれぞれの機能を代替することが可能である。また、複数の第四の流路11や複数に分岐した第四の流路11が第一の流路3に連通し配置されることも可能である。
[基体30A]
図23は、本発明にかかる基体の第二実施形態である基体30Aの斜視図である。図24及び図25は、図23のA−A線に沿う断面を示す模式図である。
また、基体30Aにおいて流路23を構成する内壁のうち、微小吸引孔21の第一開口部21aに近い位置に、流体Rの流れを緩める緩流部Pが設けられている。
流路23の側面23aに緩流部Pを構成する凹部Dが設けられ、前記凹部D内の側面23aに、微小吸引孔21の第一開口部21aが有する吸着部Sが形成されている。また、少なくとも流路23の上面23d及び下面23bの一方の少なくとも一部分は、吸着部Sにトラップされた微粒子Tを光学的に観察可能なように、透明な部材26(基板26)で構成されている。
前記有機物質で形成される粒子、及び前記無機物質で形成される粒子は、その表面又は内部に抗体分子等を結合させた機能性粒子であってもよい。
前記有機物質で形成される粒子の形状、及び前記無機物質で形成される粒子の形状は、特に制限されない。例えば、球、立方体、直方体、多面体、ドーナッツ形の立体、もしくはひも状の立体等、あらゆる立体形状の粒子が本発明の微粒子に含まれる。
前記有機物質で形成される粒子、及び前記無機物質で形成される粒子の大きさは、前記吸着部を有する微小吸引孔の第一端部の孔の開口径(短径)よりも大きければ、特に制限されない。つまり、微小吸引孔を通過しない大きさであればよい。
図26は、基材24の下面に対して、顕微鏡の対物レンズMを近づけて、微粒子Tを光学的に観察する様子を示している。なお、図26では、基体30Aにおける緩流部P周辺の要部のみが示されている。
凹部Dが配置された緩流部Pにおける、前記凹部Dに近い位置で、流体Rの流れの中に、例えば、上昇流、下降流、逆流、及び渦流等の成分を含む乱流が生じる。すなわち、前記凹部Dに近い位置において、流体Rは非直線的に流れるため、流体Rの流れが緩やかになる。流体R中の微粒子Tが、緩流部Pに近い位置を通過する際に、前記乱流に巻き込まれうるので、本発明における流路は、前記微粒子Tが緩流部Pに近い位置に滞留する時間を、緩流部Pが設けられていない流路と比べて、長くすることができる。この結果、緩流部Pに近い位置に設けられた吸着部Sが、前記微粒子Tを容易に捕捉することができる。
この流路23の延在方向に沿う、微小吸引孔21の従断面において、凹部Dは2つの角部を有している。前記第一開口部21aに近い位置に設けられている角部を第一の角部e2、前記開口部から離れた位置に設けられている角部を第二の角部e3とした場合、第一の角部e2と、前記第一開口部21aとの距離を、奥行きの長さLと幅の長さWとで表すとき、L/Wの比が0.05〜100の範囲内であることが好ましい。この際、奥行きの長さLは1μm〜100μmであることが好ましく、幅の長さWは0.1μm〜50μmであることが好ましい。
ここで、奥行きの長さLは、流路23の延在方向に直交する方向における前記第一の角部e2と前記第一開口部21aとの距離を示しており、幅の長さWは、流路23の延在方向における前記第一の角部e2と前記第一開口部21aとの距離を示している。また、流体Rの流れる方向は問わない。
前記単一の部材の材料としては、例えばシリコン、ガラス、石英、もしくはサファイアなどが挙げられる。特に、結晶方位による加工異方性の影響を受けにくい非結晶質である材料が好ましい。これらの材料を用いた場合、微小吸引孔21の加工精度をさらに高めることができ、吸着部Sをナノオーダーの口径で形成することが可能である。このため、トラップした細胞Tと吸着部Sとの間で高抵抗性シールを形成することが、比較的容易である。この際、微小吸引孔21に形成される吸着部Sがガラス、石英、もしくはサファイアで形成される場合、絶縁性を付与する処理を行う工程必要としないので好ましい。高抵抗性シールを形成し、トラップした細胞Tの電気生理学的測定を行う場合は、前記細胞Tの内外の電位差(膜電位)等を測定する方法を、前記基体に適宜用いて測定することも可能である。吸着部Sを形成する材料がガラス、石英である場合、トラップした細胞Tの電気生理学的測定を行う場合は、前記細胞Tと吸着部Sとのギガオームオーダー(GΩ単位)の高抵抗シールが実現されるため、より高精度の測定が可能である。
具体的には、加工用レーザーとして使用される一般的な光(波長0.1μm〜10μm)の、少なくとも一部を透過することが好ましい。このようなレーザー光を透過することによって、後述するように、レーザー照射して前記部材に改質部を形成することができる。
また、前記単一の部材の材料は、可視光領域(波長約0.36μm〜約0.83μm)の光を透過することが、より好ましい。可視光領域の光を透過することによって、捕捉した微粒子Tを、前記単一部材を透して光学顕微鏡等の光学的手法を用いて容易に観察することができる。
さらに、前記単一の部材の材料が、前記波長の光のうち少なくとも一部の紫外光あるいは可視光線(0.1μm〜0.83μm)を透過する場合には、蛍光色素によって染色又は標識された微粒子を蛍光観察することができる。
なお、本発明における「透過(透明)」とは、前記部材に光を入射して、前記部材から透過光が得られる状態の全てをいう。
図23では、基材24を構成する単一の部材は透明なガラス基板である。
上記範囲の下限値未満であると、吸着部Sの吸引力が弱すぎて微粒子Tをトラップすることができない恐れがある。上記範囲の上限値超であると、微粒子Tが、微小吸引孔21を通り抜けてしまい、トラップできない恐れがある。
一方、前記孔の長径(最も長い口径)は、トラップする微粒子Tの大きさによって適宜調整すればよく、例えば0.2μm〜10μmの範囲が挙げられる。さらに電気生理学的な測定を行う場合には、長径を細胞及び微生物のサイズよりも小さくすることが好ましく、例えば0.2〜5μmの範囲が挙げられる。
更には微小吸引孔21の第一開口部21aに近い位置の口径を微小吸引孔21の口径よりもわずかに広げて加工することも可能である。このとき微粒子Tの一部が微小吸引孔21の第一端部21aに入り込んだ状態で捕捉が可能となるため、流路23に流れがあるときでもより安定して長時間の捕捉が可能となる場合がある。
微小吸引孔21は、基体30Aに複数配置されていてもよい。各々の微小吸引孔21に対して吸着部Sが各々備わるため、複数の微粒子Tをトラップすることができる。
本発明の基体の他の実施形態としては、基体30Bが挙げられる。基体30Bの外観は、基体30Aとほぼ同様であるが、凹部Dの形状が異なる。基体30Bの凹部Dの形状を、図28に示す。図28では、前述の基体30Aと同様の構成には同じ符号を付してある。
図28は、基体30Bの流路23の延在方向に沿う、微小吸引孔21の従断面を示す。
つまり、基体30Aの図27に相当する断面である。この従断面において、流路23の側面23aと第一開口部21aが形成されている面との間には、流路23の側面23aに対して傾斜する傾斜面が形成されている。流路23の側面23aと傾斜面との間に、角部が形成されている。基体30Bにおいて、凹部Dは、2つの角部と、傾斜面と、第一開口部21aが形成されている面とによって構成されている。
このように傾斜面を有する凹部Dにおいては、微小吸引孔21の延在方向に直交する方向における互いに対向する2つの前記傾斜面の距離が、第一開口部21aから流路23に向けて徐々に増加している。凹部Dが傾斜面を有することによって、前記緩流部P周辺を流れる流体Rに発生しうる乱流を、基体30Aの緩流部P周辺を流れる流体Rに発生しうる乱流と異ならせることができる。
さらに、凹部Dにおける傾斜面と流路23の側面23aと角度を調節することによって、緩流部P周辺を流れる流体Rに発生する乱流の種類及び強さを調節することができる。基体30Bにおいても、基体30Aと同様の効果が得られる。
ここで、奥行きの長さLの方向は、流路23の延在方向に対して垂直の方向であり、幅の長さWの方向は、流路23の延在方向に対して平行の方向であることとする。また、流体Rの流れる方向は問わない。
本発明の基体の他の実施形態としては、基体30Cが挙げられる。基体30Cの外観は、基体30Cとほぼ同様であるが、凹部Dの形状が異なる。基体30Cの凹部Dの形状を、図29に示す。図29では、前述の基体30Aと同様の構成には同じ符号を付してある。
図29は、基体30Cの流路23の延在方向に沿う、微小吸引孔21の従断面を示す。
つまり、基体30Aの図27に相当する断面である。この従断面において、凹部Dの有する2つの角部e2及びe3は、側面23aに沿うように形成された2つの突起部が設けられている。角部e2及びe3は、突起部の各々の先端に、かつ、側面23a上に位置している。
凹部Dに前記突起部が形成させることによって、前記緩流部P周辺を流れる流体Rで発生しうる乱流を、基体30Aの緩流部P周辺を流れる流体Rで発生しうる乱流と異ならせることができる。より具体的には、凹部D内で流体Rが滞留する傾向を強められる。基体30Cにおいても、基体30Aと同様の効果が得られる。
ここで、奥行きの長さLの方向は、流路23の延在方向に対して垂直の方向であり、幅の長さWの方向は、流路23の延在方向に対して平行の方向であることとする。
本発明の基体の他の実施形態としては、基体30Dが挙げられる。基体30Dの外観は、基体30Dとほぼ同様であるが、凹部Dの形状が異なる。基体30Dの凹部Dの形状を、図30に示す。図30では、前述の基体30Aと同様の構成には同じ符号を付してある。
図30は、基体30Dの流路23の延在方向に沿う、微小吸引孔21の従断面を示す。
つまり、基体30Aの図27に相当する断面である。この従断面において、凹部Dは、2つの角部e2及びe3を有する。一方の角部e2には流路23の内壁部23a(側面23a)に沿った突起部が形成されている。また、他方の角部e3に近い位置には、傾斜面が形成されている。この傾斜面は、流路23の側面23aと第一開口部21aが形成されている面との間に設けられており、流路23の側面23aに対して傾斜している。
凹部Dが上記の形状を有することによって、前記緩流部P周辺を流れる流体Rで発生しうる乱流を、基体30Aの緩流部P周辺を流れる流体Rで発生しうる乱流と異ならせることができる。より具体的には、凹部D内で流体Rが滞留する傾向を強めて、微小吸引孔21の第一開口部21aで捕捉した微粒子を、流路23を流れる流体Rの本流から保護する傾向が強められる。基体30Dにおいても、基体30Aと同様の効果が得られる。
ここで、奥行きの長さLの方向は、流路23の延在方向に対して垂直の方向であり、幅の長さWの方向は、流路23の延在方向に対して平行の方向であることとする。また、流体Rの流れる方向は問わない。
本発明の基体の他の実施形態としては、基体30Eが挙げられる。図31は、基体30Eの斜視図である。図31では、前述の基体30Aと同様の構成には同じ符号を付してある。
基体30Eの流路23の側面23aには、第一凸部U1および第二凸部U2が配置され、これら2つの凸部U1,U2の間に凹部Dが配置されている。
図32は、基体30Eの流路23の延在方向に沿う、微小吸引孔21の従断面を示す。
つまり、基体30Aの図27に相当する断面である。この従断面において、凹部Dの形状は、基体30Aの凹部Dの形状と同様である。しかし、凹部Dに近い位置に2つの凸部U1,U2が形成されているため、前記緩流部P周辺を流れる流体Rで発生しうる乱流を、基体30Aの緩流部P周辺を流れる流体Rで発生しうる乱流と異ならせることができる。より具体的には、緩流部P周辺を流れる流体Rで発生しうる乱流の程度をより強めることができる。この結果、流路23を流れる微粒子が比較的大きくても、前記乱流が微粒子を巻き込むことによって、吸着部Sに微粒子を引き寄せて捕捉することが容易になりうる。基体30Eにおいても、基体30Aと同様の効果が得られる。
流体Rが上流側F1から下流側F2に流れるとき、微小吸引孔21から見て上流側にある第一凸部U1のみを設けることでも同様な効果が得られる。
基体30Eにおける流路23の延在方向に沿う、微小吸引孔21の従断面(図32)において、凹部Dが有する2つの角部e2,e3のうち、微小吸引孔21の第一開口部21aに近い方の第一の角部e2と、前記第一開口部21aとの距離を、奥行きの長さLと幅の長さWとで表すとき、L/Wの比が0.05〜100の範囲内であることが好ましい。この際、奥行きの長さLは1μm〜100μmであることが好ましく、幅の長さWは0.1μm〜50μmであることが好ましい。
ここで、奥行きの長さLの方向は、流路23の延在方向に対して垂直の方向であり、幅の長さWの方向は、流路23の延在方向に対して平行の方向であることとする。また、流体Rの流れる方向は問わない。
本発明の基体の他の実施形態としては、基体30Fが挙げられる。図33は、基体30Fの斜視図である。図33では、前述の基体30Aと同様の構成には同じ符号を付してある。
基体30Fの流路23の側面23aには、第一凸部U1および第二凸部U2が配置され、これら2つの凸部U1,U2の間に凹部Dが配置されている。2つの凸部U1,U2の形状が、前述の基体30Eの凸部U1,U2とは異なっている。基体30Fの凸部U1,U2は、後述の従断面において、台形状に形成される。
つまり、基体30Aの図27に相当する断面である。この従断面において、凹部Dの形状は、基体30Aの凹部Dの形状と同様である。しかし、凹部Dに近い位置に2つの凸部U1,U2が形成されているため、前記緩流部P周辺を流れる流体Rで発生しうる乱流を、基体30Aの緩流部P周辺を流れる流体Rで発生しうる乱流とは異ならせることができる。より具体的には、緩流部P周辺を流れる流体Rで発生しうる乱流の程度をより強めることができる。この結果、流路23を流れる微粒子が比較的大きな微粒子であっても、前記乱流が微粒子を巻き込むことによって、吸着部Sに微粒子を引き寄せて捕捉することが容易になりうる。基体30Fにおいても、基体30Aと同様の効果が得られる。
流体Rが上流側F1から下流側F2に流れるとき、微小吸引孔21から見て上流側にある第一凸部U1のみを設けることでも同様な効果が期待される。
ここで、奥行きの長さLの方向は、流路23の延在方向に対して垂直の方向であり、幅の長さWの方向は、流路23の延在方向に対して平行の方向であることとする。また、流体Rの流れる方向は問わない。
本発明の基体の他の実施形態としては、基体30Gが挙げられる。図35は、基体30Gの斜視図である。図35では、前述の基体30Aと同様の構成には同じ符号を付してある。
基体30Gの流路23の下面23bにおいて、微小吸引孔21の第一開口部21aに対向する位置に、突起部Jが配置されている。
つまり、基体30Aの図27に相当する断面である。この従断面において、凹部Dの形状は、基体30Aの凹部Dの形状と同様である。しかし、凹部Dに近い位置に突起部Jが形成されているため、前記緩流部P周辺を流れる流体Rで発生しうる乱流を、基体30Aの緩流部P周辺を流れる流体Rで発生しうる乱流と異ならせることができる。より具体的には、緩流部P周辺を流れる流体Rで発生しうる乱流の程度をより強めることができる。この結果、流路23を流れる微粒子が比較的大きくても、前記乱流が微粒子を巻き込むことによって、吸着部Sに微粒子を引き寄せて捕捉することが容易になりうる。基体30Gにおいても、基体30Aと同様の効果が得られる。
突起部Jを配置する位置としては、凹部Dの内側でも良いし、凹部Dの外側でも良い。凹部Dの内側に突起部Jを配置する場合は、突起部Jと吸着部Sとの距離が、捕捉する微粒子の直径よりも十分に長くすることが好ましい。また、突起部Jは一つに限らず、複数の突起部Jを配置しても良い。また、図35において、突起部は、流路の下面に形成されているが、突起部Jが配置される面は、流路23の下面23bに限定されず、前記微小吸引孔が形成されている前記内壁面とは異なる内壁面で、前記凹部に近い位置に設けられていればよい。
本発明の基体の他の実施形態としては、基体30Hが挙げられる。図38は、基体30Hの斜視図である。図38では、前述の基体30Aと同様の構成には同じ符号を付してある。
基体30Hの凹部D内の側面23aには、微小吸引孔21が平行に3本配置されている。
図39は、基体30Hの流路23の延在方向に沿う、微小吸引孔21の従断面を示す。
つまり、基体30Aの図27に相当する断面である。この従断面において、各微小吸引孔21の第一開口部21aは、捕捉する微粒子の直径よりも長い間隔で配置されているので、各吸着部Sにおいて一度に、それぞれ微粒子を捕捉することができる。基体30Hにおいても、基体30Aと同様の効果が得られる。
ここで、奥行きの長さLの方向は、流路23の延在方向に対して垂直の方向であり、幅の長さWの方向は、流路23の延在方向に対して平行の方向であることとする。また、流体Rの流れる方向は問わない。
ガラス基板24には、第一の流路23と第三の流路28を含む複合流路がそれぞれ3セット配置されている。第一の流路23と第三の流路28とが微小吸引孔21を介して連通していることは、前述の通りである。吸着部Sの位置は、「X」の印で示してある。前記吸着部Sに近い位置に凹部Dを有する緩流部Pが設けられている。
第一の流路23の上流側F1から、流体Rが流入されて、第三の流路28の下流側F2へ流通する。
ガラス基板24に配置された第五の流路32は、第三の流路28と連通するように交差している。第五の流路32の上流側F3から下流側F4へ、所望の薬液又はガスを流通させることによって、第三の流路28内にも前記薬液又はガスを拡散流入させることができる。
また、第三の流路28内に拡散した薬液をガスへ置換することも可能である。
第五の流路32が第三の流路28に連通する場所、及び第五の流路32の形状は特に限定されない。従って、例えば、微小吸引孔21に近い位置に第五の流路32を配置することも可能であり、第五の流路32と第三の流路28はそれぞれの機能を代替することが可能である。また、第五の流路32はF3側あるいはF4側のみを有する構成も可能であり、F3あるいはF4のいずれかの機能を第三の流路28が果たすことも可能であるし、複数の第五の流路32もしくは複数に分岐した第五の流路32が配置されてもよい。
第四の流路31から第一の流路23へ、所望の薬液又はガスを流通させることによって、第一の流路23内にも前記薬液又はガスを拡散流入させることができる。つまり、前記薬液又はガスを、吸着部Sにトラップされた微粒子Tへ接触させることができる。なお、図41では、第一の流路23の上流側はF1で示し、下流側はF2で示してある。
第四の流路31が第一の流路23に連通する場所及び、第四の流路31の形状は特に限定されない。そのため、微小吸引孔21に近い位置に第四の流路31を配置することも可能であり、第四の流路31と第一の流路23の上流側(F1側)はそれぞれの機能を代替することが可能である。また複数の第四の流路31や複数に分岐した第四の流路31が第一の流路23に連通し配置されることも可能である。
<基体の製造方法(第一態様)>
本発明の製造方法の第一態様を、前述の基体10Gを例にとって説明する。この場合、前記製造方法は、図42A〜図42Dで示すように、ピコ秒オーダー以下のパルス時間幅を有するレーザーQを、単一の部材59において、微小吸引孔55が形成される領域51、第一の流路57が形成される領域52、および緩流部Pが形成される領域53に照射することによって、第一改質部51,第二改質部52,及び第三改質部53を形成する工程A1と(図42A,図42B)、単一の部材59から改質部をエッチングによって除去する工程A2と(図42C)を少なくとも有する。ここで、レーザー照射によって第一改質部51,第二改質部52,及び第三改質部53を形成する工程においては、第一改質部51,第二改質部52,及び第三改質部53を1回のレーザー照射によって一括して形成されてもよいし、或いは、複数回のレーザー照射によって形成されてもよい。
図42Bにおける工程A1においては、第二の流路58が形成される領域54にも改質部を形成する例が示されている。また、緩流部Pは、第一の流路57の内壁面に形成される凹部Cを有する。
レーザーQ(レーザー光Q)は、パルス時間幅がピコ秒オーダー以下のパルス幅を有するレーザー光を用いることが好ましい。例えばチタンサファイアレーザー、前記パルス幅を有するファイバーレーザーなどを用いることができる。ただし部材59を透過する波長を使用することが必要である。より具体的には、部材59に対する透過率が60%以上のレーザー光であることが好ましい。
更には、顕微鏡等を用いて光学的に微粒子などを観察する場合、ガラス、石英、サファイアは、可視光線(波長0.36μm〜0.83μm)を透過するため、より好ましい。
具体的には、加工用レーザー光として使用される一般的な波長領域(0.1μm〜10μm)の、少なくとも一部領域の光を透過することが好ましい。このようなレーザー光を透過することによって、後述するように、前記部材にレーザーを照射することで改質部を形成することができる。
また、可視光領域(波長約0.36μm〜約0.83μm)の光を透過することが、より好ましい。可視光領域の光を透過することによって、捕捉した微粒子Tを、前記単一部材を透して肉眼で容易に観察することができる。
なお、本発明における「透過(透明)」とは、前記部材に光を入射して、前記部材から透過光が得られる状態の全てをいう。
図42A〜Dでは、単一の部材59は透明なガラス基板である(以下、ガラス基板59と呼ぶ)。
以下では、部材59がガラス基板である場合について説明するが、部材59の材料がその他の部材、例えばシリコン、石英、又はサファイアの場合であっても、同様に行うことができる。後述する行程A2においては、加工性が良好なシリコン、石英、ガラスがより好適である。
微小吸引孔55となる領域51に、前記焦点をガラス基板59内部で走査することによって、所望の形状の改質部51を形成することができる。同様に、第一の流路57となる領域52、および凹部Cとなる領域53に、レーザー光Qを集光して走査することによって、第一の流路57および凹部Cが所望の形状となるように、改質部を形成することができる。
ここで、「改質部」とは、エッチング耐性が低くなり、エッチングによって選択的に又は優先的に除去される部分を意味する。
微小吸引孔55が形成される領域51に対してレーザー光Qを照射する際、照射強度をガラス基板59の加工閾値に近い値又は加工閾値未満にすると共に、レーザー光Qの偏波方向(電場方向)を走査方向に対して垂直となるようにすることが好ましい。
本発明において、レーザー光Qの走査方向と、レーザー光Qの偏波方向とのなす角は、88°より大きく90°以下とすることが好ましく、88.5°以上90°以下とすることがより好ましく、89°以上90°以下とすることがさらに好ましく、90°とすることが特に好ましい。このレーザー照射方法を、以下ではレーザー照射方法αと呼ぶ。
本発明においては、前記エッチングの選択性が高い層を、微小吸引孔55となる領域の改質部51としている。
また、前記「ガラス基板59を改質してエッチング耐性を低下させうるレーザー照射強度の下限値(加工下限閾値)」とは、エッチング処理により、ガラス基板59に微小吸引孔55をあけることができる限界値である。この下限値よりも低いと、レーザー照射によってエッチング耐性の低い層が形成出来ないため、微小吸引孔55があかない。
すなわち、「加工上限閾値」とは、基材内に照射したレーザー光の焦点(集光域)において、基材とレーザー光との相互作用によって生じる電子プラズマ波と入射するレーザー光との干渉が起こり、前記干渉によって基材に縞状の改質部が自己形成的に形成されうるレーザー照射強度の下限値である。
また、「加工下限閾値」とは、基材内に照射したレーザー光の焦点(集光域)において、基材を改質した改質部を形成し、後工程であるエッチング処理によって選択的又は優先的にエッチングされうる程度に、前記改質部のエッチング耐性を低下させうるレーザー照射強度の下限値である。この加工下限閾値よりも低いレーザー照射強度でレーザー照射した領域は、後工程であるエッチング処理において選択的又は優先的にエッチングされ難い。このため、エッチング後に微細孔となる改質部を形成するためには、下限閾値以上で上限閾値以下のレーザー照射強度に設定することが好ましい。
加工上限閾値及び加工下限閾値は、レーザー光の波長、レーザー照射対象である基材の材料(材質)及びレーザー照射条件によって概ね決定される。しかし、レーザー光の偏波方向と走査方向との相対的な向きが異なると、加工上限閾値及び加工下限閾値も多少異なる場合がある。例えば、偏波方向に対して走査方向が垂直の場合と、偏波方向に対して走査方向が平行の場合とでは、加工上限閾値及び加工下限閾値が異なる場合がある。したがって、使用するレーザー光の波長及び使用する基材において、レーザー光の偏波方向と走査方向との相対関係を変化させた場合の、それぞれの加工上限閾値及び加工下限閾値を、予め調べておくことが好ましい。
前記レンズとしては、例えば屈折式の対物レンズや屈折式のレンズを使用することができるが、他にも例えばフレネル、反射式、油浸、水浸式で照射することも可能である。また、例えばシリンドリカルレンズを用いれば、一度にガラス基板59の広範囲にレーザー照射することが可能である。また、例えばコニカルレンズを用いればガラス基板59の垂直方向に広範囲に一度にレーザー光Qを照射することができる。ただしシリンドリカルレンズを用いた場合には、レーザー光Qの偏波はレンズが曲率を持つ方向に対して水平である必要がある。
つぎに、単一のガラス基板59から、工程A1で形成した改質部51をエッチングによって除去する(図42C)。
エッチング方法としては、ウェットエッチングが好ましい。各領域51,52,53,54に形成した改質部は、エッチング耐性が低いため、選択的又は優先的にエッチングすることができる。
前記エッチング液は特に限定されず、例えばフッ酸(HF)を主成分とする溶液、フッ酸に硝酸等を適量添加したフッ硝酸系の混酸等を用いることができる。また、部材59の材料に応じて、他の薬液を用いることもできる。
前記処理時間を短くすることによって、前記短径を数nm〜数十nmにすることも理論的には可能である。これとは逆に、前記処理時間を長くすることによって、前記短径を1μm〜2μm程度に、前記長径を5μm〜10μm程度にすることもできる。
また、前記貼り合わせの際に、電気生理学的測定用の電極もしくは配線等を、第一の流路57および第三の流路58内に適宜設置することもできる。
本発明の製造方法の第二態様を、前述の基体10Gを例にとって説明する。この場合、前記製造方法は、図45A〜Dで示すように、単一の部材69に、第一の流路67、および緩流部Pを形成する工程B1と(図45A〜D)、ピコ秒オーダー以下のパルス時間幅を有するレーザーを、単一の部材69の微小吸引孔65が形成される領域61に照射することによって、前記領域に改質部61を形成する工程B2と(図46A)、単一の部材69から改質部61をエッチングによって除去する工程B3と(図46B)、を少なくとも有する。
なお、工程B1と工程B2の順序は、どちらを先に行っても良い。
更には、顕微鏡等を用いて光学的に微粒子などを観察する場合、ガラス、石英、及びサファイアは、可視光線(波長0.36μm〜0.83μm)を透過するため、より好ましい。
具体的には、加工用レーザー光として使用される一般的な波長領域(0.1μm〜10μm)の、少なくとも一部領域の光を透過することが好ましい。このようなレーザー光を透過することによって、後述するように、前記部材にレーザーを照射することで改質部を形成することができる。
また、可視光領域(約0.36μm〜約0.83μm)の光を透過することが、より好ましい。可視光領域の光を透過することによって、捕捉した微粒子Tを、前記単一部材を透して肉眼で容易に観察することができる。
なお、本発明における「透過(透明)」とは、前記部材に光を入射して、前記基材から透過光が得られる状態の全てをいう。
図45A〜Dでは、単一の部材69は透明なガラス基板である(以下、ガラス基板69と呼ぶ)。
工程B1は、ガラス基板69の上面に、フォトリソグラフィによってレジスト62をパターニングして配置する(図45A)。つづいて、ドライエッチング、ウェットエッチング、又はサンドブラスト等の方法によって、ガラス基板69の上面におけるレジスト62が配置されていない領域を、所定の深さに達するまでエッチングして除去する(図45B)。最後にレジスト62を剥離すると、第一の流路67および第三の流路68が形成されたガラス基板69が得られる。
つぎに、ピコ秒オーダー以下のパルス時間幅を有するレーザーQを、単一のガラス基板69の微小吸引孔65が形成される領域に照射することによって、前記領域に改質部61を形成する。
具体的には、本発明の製造方法の第一態様における工程A1と同様に行うことができる。このとき、第一の流路67、および第三の流路68の側面に露呈する部位にレーザー光Qを集光照射して改質部61を形成するので、液浸露光によってレーザー光Qを照射することが、より望ましい(図46A)。前記側面に露呈する部位に形成される改質部61の形状(微小吸引孔65の端部の形状)の精度を高めることができる。
つづいて、単一のガラス基板69から、工程B2で形成した改質部61を、エッチングによって除去する(図46B)。
エッチング方法としては、ウェットエッチングが好ましい。第一の流路67および第三の流路68の側面に露呈する断面を有する改質部61は、エッチング耐性が低くなっているため、選択的又は優先的にエッチングすることができる。
具体的には、本発明の製造方法の第一態様における工程A2と同様に行うことができる。
また、前記貼り合わせの際に、電気生理学的測定用の電極もしくは配線等を、第一の流路67および第三の流路68内に適宜設置することもできる。
本発明の製造方法の第三態様を、前述の基体10Aを例にとって説明する。この場合、前記製造方法は、図47A〜Dで示すように、ピコ秒オーダー以下のパルス時間幅を有するレーザーを、少なくとも、単一の部材79の微小吸引孔が形成される領域71、および第一の流路77が形成される領域の一部に照射することによって、それぞれの領域に改質部71を形成する工程C1と(図47A)、単一の部材79に、第一の流路77および緩流部Pを形成する工程C2と(図47B〜D)、単一の部材79から改質部71をエッチングによって除去する工程C3と、を少なくとも有する。
ピコ秒オーダー以下のパルス時間幅を有するレーザーQを、単一のガラス基板79の微小吸引孔が形成される領域71、および第一の流路77が形成される領域、並びに第三の流路78が形成される領域に照射することによって、これらの領域に改質部71を形成する。具体的には、本発明の製造方法の第一態様における工程A1と同様の工程を行えばよい。
つぎに、ガラス基板79の上面に、フォトリソグラフィによってレジスト72をパターニングして形成する(図47B)。つづいて、ドライエッチング、ウェットエッチング、又はサンドブラスト等の方法によって、ガラス基板79の上面におけるレジスト72が形成されていない領域を、所定の深さに達するまで浸食して除去する。この際、エッチングによって改質部71の一部が除去される。ここで、レジスト72を剥離すると、第一の流路77および第三の流路78、及び改質部71が形成されたガラス基板79が得られる。
この改質部71を後述のようにウェットエッチングすることによって、第一の流路77の側面、および第三の流路78の側面にそれぞれ開口部を有する、微小吸引孔を形成できる。また、前記微小吸引孔は第一の流路77と第三の流路78とを連通する。
ドライエッチングを用いると、第一の流路77を形成するとともに、第一の流路77に緩流部Pを構成する凹部Cを形成することができる。これは、工程C1において形成した、第一の流路77が形成される領域に形成した改質部71が、ドライエッチングによって優先的に除去される結果、第一の流路77が形成される際に、優先的に凹部Cが形成されるためである。この改質部71の口径は、微小吸引孔を形成し得るほどに微小であるが、ドライエッチング法では、上述のエッチングガスが前記改質部71を拡大してエッチングを進行するため、十分な容積を有する凹部Cを形成できる。この際のドライエッチングの条件は、通常の条件で行える。
このようにして、第一の流路77および凹部Cをドライエッチングによって形成すると、図47Dに示す断面を有するガラス基板79が得られる。
なお、上記は、第一の流路77に緩流部Pを構成する凹部Cが形成されることについて説明しているが、第三の流路78が形成される領域に改質部71を形成した場合においても同様に、第三の流路78に緩流部を構成する凹部が形成される。
つづいて、単一のガラス基板79から、工程C1及び工程C2で形成した改質部71を、エッチングによって除去する(不図示)。
エッチング方法としては、ウェットエッチングが好ましい。第一の流路77の側面および第三の流路78の側面にそれぞれ露呈する断面を有する改質部71は、エッチング耐性が低くなっているため、選択的又は優先的にエッチングすることができる。
具体的には、本発明の製造方法の第一態様における工程A2と同様に行うことができる。
また、前記貼り合わせの際に、電気生理学的測定用の電極又は配線等を、第一の流路77および第三の流路78内に適宜設置することもできる。
本発明の製造方法の第四態様を、前述の基体10Aを例にとって説明する。この場合、前記製造方法は、図48A〜Dで示すように、ピコ秒オーダー以下のパルス時間幅を有するレーザーを、少なくとも、単一の部材89の微小吸引孔が形成される領域81、および緩流部Pが形成される領域83に照射することによって、それぞれの領域に第一改質部81,及び第三改質部83を形成する工程D1と(図48A)、単一の部材89に、第一の流路87および緩流部Pを形成する工程D2と(図48B〜D)、単一の部材89から改質部81をエッチングによって除去する工程D3と、を少なくとも有する。
ピコ秒オーダー以下のパルス時間幅を有するレーザーQを、単一のガラス基板89の微小吸引孔が形成される領域81、および第三の流路88が形成される領域に照射することによって、これらの領域に第一改質部81を形成する。さらに、緩流部Pを構成する凹部Cが形成される領域83にも、レーザーを照射して第三改質部83を形成する。具体的には、本発明の製造方法の第一態様における工程A1と同様に行えばよい。
つぎに、ガラス基板89の上面に、フォトリソグラフィによってレジスト82をパターニングして配置する(図48B)。つづいて、ドライエッチング、ウェットエッチング、又はサンドブラスト等の方法によって、ガラス基板89の上面におけるレジスト82が配置されていない領域を、所定の深さに達するまで浸食して除去する。この際、エッチングによって第三の流路88が形成される領域に形成した第一改質部81が除去される。また、凹部Cが形成される領域に形成した第三改質部83は、第一の流路87となる、改質されていない領域がエッチングされる速度よりも速くエッチングされる。このため、第一の流路87が形成されると同時、又は第一の流路87が形成されるよりも早く、凹部Cを形成できる(図48C)。
本第四態様の製造方法では、凹部Cが形成される領域を予め改質することによって、第一の流路87を形成するエッチングの際に、凹部Cをエッチングして形成できる。つまり、第一の流路87を形成した後で、再度、レジストのマスクを配置して、凹部Cを別工程のエッチングで形成する必要が無く、製造工程が簡略化されるため好ましい。
つづいて、単一のガラス基板89から、工程D1及び工程D2で形成した改質部81をエッチングによって除去する(不図示)。
エッチング方法としては、ウェットエッチングが好ましい。第一の流路87の側面および第三の流路88の側面にそれぞれ露呈する断面を有する改質部81は、エッチング耐性が低いため、選択的又は優先的にエッチングすることができる。
具体的には、本発明の製造方法の第一態様における工程A2と同様に行うことができる。
また、前記貼り合わせの際に、電気生理学的測定用の電極または配線等を、第一の流路87および第三の流路88内に適宜設置することもできる。
Claims (10)
- 基体であって、
基材と、
前記基材内に設けられ、内壁面を有し、流体を流通させる流路と、
前記流路の内壁面を構成する内壁のうち前記流路の側面を構成する内壁に設けられ、前記流路と前記基材の外部とを連通し、前記側面に開口部を有する微小吸引孔と、
前記内壁のうち前記微小吸引孔の開口部に近い位置に配置され、前記流体の流れを緩める緩流部と、を含み、
前記基材のうち、少なくとも前記微小吸引孔を構成する部位は、単一の部材で形成されており、
前記微小吸引孔の開口部の孔の形状が楕円又は略楕円であり、該楕円又は略楕円の長軸が前記基材の上面又は下面に対して略垂直であり、
前記基体は、前記微小吸引孔に保持された観察対象物を前記基材の前記上面又は前記下面から観察するために使用されることを特徴とする基体。 - 前記微小吸引孔が前記流路の側面を構成する前記内壁に複数設けられていることを特徴とする請求項1に記載の基体。
- 前記微小吸引孔の開口部の短径が0.02μm〜5μmであることを特徴とする請求項1又は2に記載の基体。
- 請求項1〜3のいずれか一項に記載の基体であって、
前記流路の内壁面は、前記緩流部が配置された第一内壁面と、前記微小吸引孔の前記開口部が配置された第二内壁面とを含み、
前記第一内壁面と前記第二内壁面は互いに異なることを特徴とする基体。 - 請求項1〜3のいずれか一項に記載の基体であって、
前記流路の内壁面は、前記緩流部が配置された第一内壁面と、前記微小吸引孔の前記開口部が配置された第二内壁面とを含み、
前記第一内壁面は、前記第二内壁面と同一であることを特徴とする基体。 - 請求項1〜5のいずれか一項に記載の基体であって、
前記緩流部は、前記流路が有する内壁面に形成された凹部であることを特徴とする基体。 - 請求項6に記載の基体であって、
前記凹部に近い位置に設けられ、前記流路が有する内壁面のうち、前記微小吸引孔が形成されている内壁面とは異なる内壁面から突出している突起部を有することを特徴とする基体。 - 請求項6又は7に記載の基体であって、
前記凹部は、前記開口部に近い位置に設けられている第一の角部と、前記開口部から離れた位置に設けられている第二の角部とを有し、
前記流路の延在方向に沿う、前記微小吸引孔の縦断面において、前記流路の延在方向に直交する方向における前記第一の角部と前記開口部との距離をLで表し、かつ、前記流路の延在方向における前記第一の角部と前記開口部との距離をWで表した場合、
L/Wの比が0.05〜100の範囲内であることを特徴とする基体。 - 前記開口部が前記観察対象物を捕捉する吸着部を構成することを特徴とする請求項1〜8のいずれか一項に記載の基体。
- 前記単一の部材の材料が、ガラス、石英、又はサファイアであることを特徴とする請求項1〜9の何れか一項に記載の基体。
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