JP6426977B2 - マイクロチップ及びマイクロチップの製造方法 - Google Patents

Description

本発明は、マイクロ流路を有するマイクロチップ及びマイクロチップの製造方法に関する。

化学反応、分析及び分離等を行うことができる装置を、小型化する要求が高まっている。近年、マイクロリアクターやマイクロアナリシスシステムと呼ばれる微細加工技術を利用した装置が開発されている。この装置では、マイクロ流路を有するマイクロチップが用いられている。

マイクロチップは、例えば、下記の特許文献１〜３に開示されている。マイクロチップに関しては、核酸やタンパク質などの分析や合成、微量化学物質の迅速な分析、並びに医薬品や薬物のハイスループットスクリーニングへの応用が期待されている。

従来、マイクロ流路を有するマイクロチップは、マイクロ流路用溝が設けられた基板の表面に、樹脂フィルムを貼り合わせることにより製造されている。基板と樹脂フィルムとを貼り合わせる方法として、一般に、接着剤や有機溶剤が用いられている。しかし、接着剤や有機溶剤を用いると、基板と樹脂フィルムとの間に、接着剤や有機溶剤が残存する。残存した接着剤や有機溶剤によって、光の反射や散乱が生じることがある。このため、マイクロチップを光学用途に用いることができない。また、ＰＣＲ（ポリメラーゼ連鎖反応）などの加熱が行われる用途においては、マイクロ流路内の溶液の蒸気圧などによって、基板と樹脂フィルムとの接着力が低下したり、基板と樹脂フィルムとが剥離したりして、液漏れが生じることがある。

また、特許文献３には、基板に樹脂フィルムを熱接合することが記載されている。しかしながら、基板に樹脂フィルムを単に熱接合させただけでは、マイクロ流路内の溶液の蒸気圧などによって、基板と樹脂フィルムとの接着力が低下したり、基板と樹脂フィルムとが剥離したりして、液漏れが生じることがある。

特開２００５−８０５６９号公報 特開２０１３−１８８６７７号公報 ＷＯ２０１２／０６０１８６Ａ１

本発明の目的は、耐熱性が高く、かつ液漏れが生じにくいマイクロチップ及びマイクロチップの製造方法を提供することである。

本発明の広い局面によれば、第１の表面側にマイクロ流路を有する基板と、前記基板の前記第１の表面に貼り合わされている樹脂フィルムとを備え、前記樹脂フィルムの１００〜１２０℃の温度領域での線膨張係数が７×１０^−５／℃以下であり、前記樹脂フィルムのガラス転移点が１００℃以上、２００℃以下であり、前記基板と前記樹脂フィルムとが、熱融着によって貼り合わされている、マイクロチップが提供される。

本発明に係るマイクロチップのある特定の局面では、前記基板の材質と前記樹脂フィルムの材質とが同じである。

本発明に係るマイクロチップのある特定の局面では、前記樹脂フィルムのガラス転移点が１１０℃を超え、前記マイクロ流路に水を充填した状態で、１１０℃で１５分間加熱したときに、液漏れが生じない。

本発明の広い局面によれば、上述したマイクロチップの製造方法であって、前記第１の表面側に前記マイクロ流路を有する前記基板の前記第１の表面に、前記樹脂フィルムを熱融着によって貼り合わせる、マイクロチップの製造方法が提供される。

本発明に係るマイクロチップは、第１の表面側にマイクロ流路を有する基板と、上記基板の上記第１の表面に貼り合わされている樹脂フィルムとを備え、上記樹脂フィルムの１００〜１２０℃の温度領域での線膨張係数が７×１０^−５／℃以下であり、上記樹脂フィルムのガラス転移点が１００℃以上、２００℃以下であり、上記基板と上記樹脂フィルムとが、熱融着によって貼り合わされているので、耐熱性が高く、かつ液漏れが生じにくい。

図１は、本発明の一実施形態に係るマイクロチップを模式的に示す断面図である。 図２は、従来のマイクロチップを模式的に示す断面図である。

以下、本発明の詳細を説明する。

本発明に係るマイクロチップは、第１の表面側にマイクロ流路を有する基板と、上記基板の上記第１の表面に貼り合わされている樹脂フィルムとを備える。上記樹脂フィルムの１００〜１２０℃の温度領域での線膨張係数は７×１０^−５／℃以下である。上記樹脂フィルムのガラス転移点は１００℃以上、２００℃以下である。上記基板と上記樹脂フィルムとは、熱融着によって貼り合わされている。

本発明では、上述した構成が備えられているので、耐熱性が高く、かつ液漏れが生じにくい。ＰＣＲなどの加熱が行われる用途においても、基板と樹脂フィルムとが剥離し難く、液漏れが生じ難い。また、接着剤及び有機溶剤などを用いずに、基板と樹脂フィルムとが熱融着により貼り合わされているため、基板と接着フィルムとが強固に接着される。さらに、接着剤層などを形成しなくてもよいので、マイクロチップの透明性を高めることができ、透明性が求められる用途に、マイクロチップを好適に用いることができる。

本発明に係るマイクロチップは、上記第１の表面側に上記マイクロ流路を有する上記基板の上記第１の表面に、上記樹脂フィルムを熱融着によって貼り合わせることにより得ることができる。

以下、図面を参照しつつ、本発明の具体的な実施形態を説明する。但し、下記の実施形態は、単なる例示である。本発明は、下記の実施形態に何ら限定されない。

また、実施形態において参照する図面は、模式的に記載されており、図面に描画された物体の寸法の比率等は、現実の物体の寸法の比率等とは異なる場合がある。具体的な物体の寸法の比率等は、以下の説明などを参酌して判断されるべきである。

図１は、本発明の一実施形態に係るマイクロチップを模式的に示す断面図である。

図１に示すマイクロチップ１は、基板２と、樹脂フィルム３とを備える。基板２は第１の表面２ａ側に、マイクロ流路２Ａを有する。マイクロ流路２Ａは、基板２の第１の表面２ａ側に形成された溝である。図１では、マイクロ流路２Ａは、手前側から奥側に向けて延びている。樹脂フィルム３の１００〜１２０℃の温度領域での線膨張係数は７×１０^−５／℃以下である。樹脂フィルム３のガラス転移点は１００℃以上、２００℃以下である。

樹脂フィルム３は、基板２の第１の表面２ａに貼り合わされている。基板２と樹脂フィルム３とは熱融着によって貼り合わされている。

上記樹脂フィルムの線膨張係数は、熱機械分析装置（セイコーインスツルメンツ社製「ＥＸＳＴＡＲ６０００」）を用いて、昇温速度１０℃／ｍｉｎの条件で測定される。

上記樹脂フィルムのガラス転移点は、ＪＩＳ Ｋ７１２１に準拠して測定される。上記樹脂フィルムのガラス転移点は、示差走査熱量測定装置（セイコーインスツルメンツ社製「ＤＳＣ６２２０」）を用いて、昇温速度１０℃／ｍｉｎの条件で測定される。基板のガラス転移点の測定方法も同じである。

耐熱性をより一層高め、かつ液漏れをより一層防ぐ観点からは、上記樹脂フィルムのガラス転移点は好ましくは１１０℃を超え、より好ましくは１１５℃以上、更に好ましくは１３０℃以上、好ましくは１７０℃以下である。

耐熱性をより一層高め、かつ液漏れをより一層防ぐ観点からは、上記基板のガラス転移点は好ましくは１００℃以上、より好ましくは１１０℃を超え、更に好ましくは１１５℃以上、特により好ましくは１３０℃以上、好ましくは２００℃以下、より好ましくは１７０℃以下である。

上記樹脂フィルムの材質は、上記の線膨張係数及び上記のガラス転移温度を満足すれば、特に限定されない。上記樹脂フィルムの材質は、熱可塑性樹脂であることが好ましい。上記樹脂としては、ポリカーボネート樹脂、シクロオレフィン樹脂、ポリエチレンテレフタレート樹脂、アクリル樹脂、及びエポキシ樹脂等が挙げられ、上記樹脂フィルムの材質として、上記の線膨張係数及び上記のガラス転移温度を満足する適宜の樹脂が選ばれる。

上記基板の材質は特に限定されないが、樹脂であることが好ましく、熱可塑性樹脂であることが好ましい。上記基板の材質は、上記のガラス転移温度が上記下限以上及び上記上限以下である材質であることが好ましい。上記樹脂としては、ポリカーボネート樹脂、シクロオレフィン樹脂、ポリエチレンテレフタレート樹脂、アクリル樹脂、及びエポキシ樹脂等が挙げられる。

上記基板の材質と上記樹脂フィルムの材質とが同じであることが好ましい。例えば、上記基板と上記樹脂フィルムとの同一の材質として、ポリカーボネート樹脂を用いたり、シクロオレフィン樹脂を用いたり、ポリエチレンテレフタレート樹脂を用いたり、アクリル樹脂を用いたり、エポキシ樹脂を用いたりすることができる。

上記基板と上記樹脂フィルムとを熱融着させる際に、基板の樹脂フィルム側とは反対の表面と、樹脂フィルムの基板側と反対の表面とを加熱することが好ましい。マイクロチップの両側の表面（上面及び下面）の、熱融着時の温度条件を変えることが好ましい。マイクロチップの両側の表面のうち、樹脂フィルムの基板側と反対の表面の熱融着時の温度は、樹脂フィルムのガラス転移点以上であることが好ましく、樹脂フィルムのガラス転移点＋４０℃以下であることが好ましい。この温度であれば、熱融着時に、基板と樹脂フィルムとの界面が適度に軟化しやすくなり、より一層良好に接着しやすくなる。また、樹脂フィルムの基板側と反対の表面の熱融着時の温度が、樹脂フィルムのガラス転移点＋４０℃以下であることによって、溶融した後に固化した基板及び樹脂フィルムが白濁し難くなり、マイクロチップのヘイズ値が上昇し難くなる。マイクロチップの両側の表面のうち、基板の樹脂フィルム側と反対の表面の熱融着時の温度は、基板のガラス転移点以下であることが好ましい。基板の樹脂フィルム側と反対の表面の熱融着時の温度は、例えば、６０℃程度にする。この温度であれば、マイクロ流路（溝）の変形及び潰れがより一層抑えられる。

熱融着時間は、好ましくは３秒以上、好ましくは２０秒以下である。熱融着時間が３秒以上であると、基板と樹脂フィルムとの界面が適度に軟化しやすくなり、より一層良好に接着しやすくなる。上記熱融着時間が２０秒以下であると、軟化している時間が長くなりすぎず、基板、樹脂フィルム及びマイクロ流路の変形及び潰れがより一層抑えられる。

マイクロ流路に水を充填した状態で、マイクロチップを１１０℃で１５分間加熱したときに、液漏れが生じないことが好ましい。このようなマイクロチップは、信頼性に優れており、ＰＣＲに適用することができる。この液漏れ試験において、マイクロ流路の両端は塞がれる。

図２は、従来のマイクロチップを模式的に示す断面図である。

図２に示すマイクロチップ１０１は、マイクロ流路１０２Ａを有する基板１０２と、樹脂フィルム１０３と、接着剤層１０４とを備える。基板１０２の第１の表面１０２ａに、接着剤層１０４を介して、樹脂フィルム１０３が貼り合わされている。このマイクロチップでは、基板１０２と樹脂フィルム１０３とが剥離したりして、液漏れが生じることがある。また、マイクロチップ１０１が高温に加熱されたときに、接着剤層１０４によって、光の反射や散乱が起こることがある。

以下、実施例及び比較例を挙げて、本発明を具体的に説明する。本発明は、以下の実施例のみに限定されない。

（実施例１）
日本ゼオン社製「ゼオノア１４２０Ｒ（シクロオレフィンポリマー）」を射出成形にて板状（寸法：縦５０ｍｍ×横５０ｍｍ×厚み１ｍｍ）に加工し、成形体を得た。得られた成形体の第１の表面に、長さ３０ｍｍ×幅０．４ｍｍ×深さ０．４ｍｍのマイクロ流路（溝、断面形状が正方形）を形成し、基板を得た。なお、マイクロ流路を形成するために、ドリル切削を用いた。ドリルとして、ＮＥＣ／ＮＥＤＡＣ社製「Ｖ８２０」を用いた。

日本ゼオン社製「ゼオノアフィルムＺＦ１４−１８８（シクロオレフィンポリマー）」（フィルムの厚み０．１８８ｍｍ）をカッターナイフで縦５０ｍｍ×横５０ｍｍに切り取り、樹脂フィルムを得た。

マイクロ流路（溝）を第１の表面側に有する基板の第１の表面に、樹脂フィルムを重ねて、熱融着し、マイクロチップを得た。熱融着の条件は、基板側のプレス板温度を６０℃、樹脂フィルム側のプレス温度を１９０℃、プレス圧を６０ｋｇ／ｃｍ^２、プレス時間を１０秒とした。

（実施例２）
樹脂フィルムの種類を、日本ゼオン社製「ゼオノアフィルムＺＦ１６−１８８」（フィルムの厚み０．１８８ｍｍ）に変更したこと以外は実施例１と同様にして、マイクロチップを得た。

（比較例１）
実施例１で得られた基板と樹脂フィルムとを用意した。さらに、接着剤（セメダイン社製「Ｓｕｐｅｒ Ｘ」）を用意した。

基板の第１の表面上に、マイクロ流路（溝）部分を除いて、接着剤（セメダイン社製「Ｓｕｐｅｒ Ｘ」）を塗布した。基板の表面上の接着剤上に、樹脂フィルムを貼り合わせた。基板と樹脂フィルムとが接着剤層により貼り合わされているマイクロチップを得た。

（比較例２）
樹脂フィルムの種類を、帝人社製「Ａ−ＰＥＴ」（フィルムの厚み０．０５０ｍｍ）に変更したこと以外は実施例１と同様にして、マイクロチップを得た。

（比較例３）
樹脂フィルムの種類を、帝人社製「ピュアエース」（フィルムの厚み１００ｍｍ）に変更したこと以外は実施例１と同様にして、マイクロチップを得た。

（評価）
（１）線膨張係数
樹脂フィルムの線膨張係数を、熱機械分析装置（セイコーインスツルメンツ社製「ＥＸＳＴＡＲ６０００」）を用いて、昇温速度１０℃／ｍｉｎの条件で測定した。１００〜１２０℃の温度領域での線膨張係数を求めた。

（２）ガラス転移点
樹脂フィルムのガラス転移点を、ＪＩＳ Ｋ７１２１に準拠して、示差走査熱量測定装置（セイコーインスツルメンツ社製「ＤＳＣ６２２０」）を用いて、昇温速度１０℃／ｍｉｎの条件で測定した。

（３）耐熱性（ＰＣＲ時）
マイクロチップのマイクロ流路全体に色水を充填した。この状態で、開口部（流路の長さ方向の両端部）を、接着剤（セメダイン社製「Ｓｕｐｅｒ Ｘ」）にて塞いだ。基板の樹脂フィルム側とは反対側の表面をヒーターで１０５℃で８秒加熱した後６３℃で８秒加熱する工程を１サイクルとして、４５サイクル加熱した。マイクロチップにおける液漏れの有無を評価した。耐熱性を下記の基準で判定した。

［耐熱性の判定基準］
○：液漏れあり
×：液漏れなし

（４）ヘイズ値
ＪＩＳ Ｋ７１３６に準拠して、村上色彩技術研究所社製「ＨＭ−１５０」を用いて、マイクロチップのヘイズ値を測定した。測定は、マイクロチップの基板と樹脂フィルムとの境界（比較例１では、接着剤層の厚み中央部分）と光束とが垂直になるように配置して実施した。なお、ヘイズ値が高いと、ＰＣＲ時に、蛍光検出阻害が生じる。ヘイズ値を下記の基準で判定した。

［ヘイズ値の判定基準］
○：ヘイズ値が１０％未満
×：ヘイズ値が１０％を超える

（５）液漏れ
マイクロチップのマイクロ流路全体に色水を充填した。この状態で、開口部（流路の長さ方向の両端部）を、接着剤（セメダイン社製「Ｓｕｐｅｒ Ｘ」）にて塞いだ。基板の樹脂フィルム側とは反対側の表面をヒーターで１１０℃で１５分間加熱した。マイクロチップにおける液漏れの有無を評価した。液漏れを下記の基準で判定した。

［液漏れの判定基準］
○：液漏れなし
×：液漏れあり

マイクロチップの構成及び評価結果を、以下の表１に示す。

１…マイクロチップ
２…基板
２Ａ…マイクロ流路
２ａ…第１の表面
３…樹脂フィルム

Claims (4)

1. 第１の表面側にマイクロ流路を有する基板と、
   前記基板の前記第１の表面に貼り合わされている樹脂フィルムとを備え、
   前記樹脂フィルムの１００〜１２０℃の温度領域での線膨張係数が７×１０^−５／℃以下であり、
   前記樹脂フィルムのガラス転移点が１００℃以上、２００℃以下であり、
   前記基板と前記樹脂フィルムとが、熱融着によって貼り合わされている、マイクロチップ。
2. 前記基板の材質と前記樹脂フィルムの材質とが同じである、請求項１に記載のマイクロチップ。
3. 前記樹脂フィルムのガラス転移点が１１０℃を超え、
   前記マイクロ流路に水を充填した状態で、１１０℃で１５分間加熱したときに、液漏れが生じない、請求項１又は２に記載のマイクロチップ。
4. 請求項１〜３のいずれか１項に記載のマイクロチップの製造方法であって、
   前記第１の表面側に前記マイクロ流路を有する前記基板の前記第１の表面に、前記樹脂フィルムを熱融着によって貼り合わせる、マイクロチップの製造方法。

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