JP6907152B2

JP6907152B2 - マイクロ流路チップとアダプタとの連結構造

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Publication number: JP6907152B2
Application number: JP2018088023A
Authority: JP
Inventors: 幸雄小沢; 高史山田
Original assignee: FUKOKU BUSSAN CO. LTD.
Current assignee: FUKOKU BUSSAN CO. LTD.
Priority date: 2018-04-17
Filing date: 2018-05-01
Publication date: 2021-07-21
Anticipated expiration: 2038-05-01
Also published as: JP2019181427A; JP2021079383A; JP7052102B2

Description

本発明は、マイクロ流路とマイクロ流路に連通する貫通孔が形成されたマイクロ流路チップとマイクロ流路へ試料を注入するピペット若しくはチューブとを連結するマイクロ流路チップとアダプタとの連結構造に関し、更に詳しくは、筒状のアダプタを貫通する連結孔でピペット若しくはチューブを支持し、ピペット若しくはチューブから試料を貫通孔からマイクロ流路へ注入するマイクロ流路チップとアダプタとの連結構造に関する。

マイクロ流路チップは、２枚の積層する基板に幅５００ｎｍ乃至１ｍｍ程度の微細なマイクロ流路とマイクロ流路を外部に開口させる貫通孔が形成されたチップであり、貫通孔から有機化合物、生体試料などの微量の試料をマイクロ流路に注入し、試料を混合、反応、合成、抽出、分析する等の用途で用いられている。

従来、この種のマイクロ流路チップは、液状の成形材料を微細なマイクロ流路や貫通孔を形成する型に流し込み、常圧で硬化させた一組の基板を張り合わせるキャスティング法で製造していたので、製造行程に手間がかかり量産することができなかった。

そこで、現在は、シリコンウェハーやガラス基板上にフォトレジストを形成し、マイクロ流路を除く部分をフォトマスクを通して露光し、露光部分をエッチングで除去して微細なマイクロ流路が凸状に残された型板を形成し、この型板をコアとする金型成形で底面側にマイクロ流路が凹設された基板を成形し、更に、表面側からマイクロ流路に連通する貫通孔を穿設して上層基板とし、下層基板上にマイクロ流路を対向させた状態で上層基板を積層し、マイクロ流路チップを量産可能に製造している。

しかしながら、トムソン刃等で貫通孔を穿設する上層基板は、プラスチック樹脂であれば０．５ｍｍ以下、エラストマーであっても３ｍｍ未満の厚さでなければ、マイクロ流路に達する貫通孔を穿設することが困難であった。また、リング状のトムソン刃の内径は少なくとも１ｍｍ以上であり、内径が１ｍｍ以下の貫通孔を穿設することができないので、先細りのピペットを貫通孔へ挿入させると、その先端がマイクロ流路に達し、先端がマイクロ流路の底面で覆われて試料を注入できない場合や、ピペットの先端でマイクロ流路の形成面が破損する恐れがあった。そのため、上層基板の貫通孔で、ピペットやチューブの先端部を位置決めして保持することができず、ピペットやチューブから試料をマイクロ流路へ流入させるには、貫通孔が開口する上方から試料を落下させるかピペットやチューブの先端を貫通孔内に挿入して、試料をマイクロ流路内に注入することとなり、試料が貫通孔の開口周囲に漏れたり、所定の注入圧で試料をマイクロ流路へ注入できないという問題があった。

そこで、ピペットやチューブの先端に弾性材料からなるガスケットを備えたアダプタ１００を取り付け、マイクロ流路チップの表面の貫通孔の周囲との間でガスケットを圧縮させて、貫通孔の開口周囲からの試料の漏れを防止したアダプタが知られている（特許文献１、特許文献２）。このうち、特許文献２に開示されたアダプタ１００は、図１２に示すように、内径が下方に向かって小径となる注入孔１０２が貫通する筒状に形成され、円錐形状で先端に向かって先細りのピペット１１０を収容するもので、ピペット１１０の先端より注入孔１０２の上端の内径を大径と、下端の内径を小径とすることにより、ピペット１１０を、注入孔１０２内のいずれかの高さの位置に位置決めしている。アダプタ１００の下端に取り付けられるガスケット１０１は、リング状のゴム状弾性体であり、注入孔１０２の下端の開口周りでマイクロ流路チップ１２０の貫通孔１２１の開口より大径のリング状に形成されている。

注入孔１０２内にピペット１１０の先端を位置決め保持したアダプタ１００を、マイクロ流路チップ１２０の上方から貫通孔１２１の開口に向けて押し付けると、マイクロ流路チップ１２０の表面とアダプタ１００の間でガスケット１０１が圧縮され、注入孔１０２と貫通孔１２１の周囲がシールされた状態で連通するので、ピペット１１０の先端から試料を所定の注入圧でマイクロ流路チップ１２０のマイクロ流路１２２へ注入できる。

また、チューブの先端部を板状のアダプタに貫通させた状態で位置決め支持し、アダプタを貫通するチューブの先端がマイクロ流路チップの貫通孔の開口に連通する位置でアダプタとマイクロ流路チップ間を固定し、貫通孔の開口周囲からの試料の漏れを防止したアダプタ２００も知られている（特許文献３、特許文献４）。このうち、特許文献４に開示されたアダプタ２００は、シリコーンゴムからなる板状のパッキンであり、このアダプタ２００にシリコーンゴムからなる一対のチューブ２０１、２０１の各先端部が貫通する状態で、両者が一体に成形されている。

図１３に示すように、マイクロ流路チップ２１０は、マイクロ流路２１１が凹設された下層基板２１２とマイクロ流路２１１に交差する位置に一対の貫通孔２１３、２１３が穿設された上層基板２１４からなり、直方体の升型に形成された筐体２０２内に下層基板２１２上に上層基板２１４を積層させたマイクロ流路チップ２１０が、一対の貫通孔２１３、２１３を上方に開口させた状態で位置決め収容される。

一対の貫通孔２１３、２１３は、それぞれチューブ２０１の先端を挿通させる開口側の大径部２１３ａと、その内方でチューブ２０１の先端より小径の小径部２１３ｂが連続することにより、その間に段部２１３ｃが形成され、上方に開口する一対の貫通孔２１３、２１３にそれぞれアダプタ１００に一体のチューブ２０１、２０１の各先端が段部２１３ｃに当接するまで挿入し、筐体２０２内でマイクロ流路チップ２１０の上方にアダプタ２００を積層する。

続いて、アダプタ２００の上方に押さえ板２１５を重ね、シリコーゴムからなるアダプタ２００を圧縮させながら、押さえ板２１５を筐体２０２の上面にねじ止めして、一対のチューブ２０１、２０１がそれぞれ対応する貫通孔２１３、２１３を介してマイクロ流路２１１に連通するマイクロ流路チップ２１０が組み立てられる。一対のチューブ２０１、２０１の一方は、試料をマイク流路２１１へ注入する注入口と、他方がマイクロ流路２１１に注入された試料を排出する排出口となり、それぞれその周囲は、シリコーゴムが圧縮するアダプタ２００で囲われ、シールされる。

また、合成樹脂を成形材料とする射出成形によって２枚の基板を成形し、その成形過程でいずれかの基板内にマイクロ流路とマイクロ流路に連通する貫通孔を形成し、２枚の基板を積層させる組み立て工程だけでマイクロ流路チップを製造し、量産可能とした製造方法も知られている（特許文献５、特許文献６）。この製造方法によれば、貫通孔を形成する側の基板を厚肉として貫通孔の長さを長くしたり、貫通孔に連通するガイド筒部を基板に一体成形することが可能となり、貫通孔やガイド筒部にピペットやチューブの先端部を挿入して位置決め保持することができる。

特開２０１５−１９９０２８号公報国際公開ＷＯ２０１５／１５６３３１号公報特許第５８３４１８号公報特許第４４８８７０４公報特開２０１７−１６６９８９号公報国際公開ＷＯ２０１０−１６３７２号公報

ピペットやチューブの先端に取り付けたガスケットを圧縮させて貫通孔の開口周囲からの試料の漏れを防止した従来のアダプタ１００は、ピペットやチューブの先端をマイクロ流路チップの表面に押しつけて試料をマイクロ流路へ注入するので、多数のピペットやチューブから同時に対応する多数の貫通孔へ試料を注入したり、貫通孔から試料を排出することができず、マイクロ流路内で複数の試料を混合させることができない。

更に、ピペットやチューブの先端をマイクロ流路チップの表面に押しつけながら試料を注入するので、注入圧力をかけながらマイクロ流路内に試料を注入することのが困難となっていた。

更に、試料を吸引して採取したピペットやチューブを用いて、そのまま試料をマイクロ流路へ注入することができず、注入作業前にピペットやチューブの先端にガスケットなどのアダプタ１００を取り付ける煩わしさがあり、アダプタ１００を取り付ける際に、試料が漏れ出たり、アダプタ１００が注入孔１０２内の試料に触れる恐れがあった。

また、従来のアダプタ２００によれば、複数のチューブやピペットを同時に位置決め保持し、所定の注入圧をかけてマイクロ流路内に試料を注入できるが、構造が複雑で、異なる外形のマイクロ流路や接続する本数が異なるチューブ、ピペットチップ毎に、筐体２０２、押さえ板２１５等を用意する必要があり、汎用の接続装置として利用できない。

更に、筐体２０２内でのアダプタ２００に固定するチューブの先端とマイクロ流路チップ２１０の貫通孔２１３の開口との位置決めが困難で、高精度でマイクロ流路チップ２１０やアダプタ２００の輪郭に一致する内径の筐体２０２を製造する必要がある。

また、貫通孔が形成された上層基板と、マイクロ流路が凹設された下層基板をそれぞれ合成樹脂を成形材料として射出成形し、２枚の基板を積層させてマイクロ流路チップを製造する特許文献５の製造方法では、マイクロ流路に多数の貫通孔が連通するマイクロ流路チップを製造する場合には、積層する上層基板と下層基板間に厳しい位置決め精度が求められるとともに、積層面で対向する上層基板との下層基板を高精度に平坦面とすることができず、その間にマイクロ流路や貫通孔につながる隙間が生じるという問題があった。

更に、上層基板の底面側にマイクロ流路を、表面側からマイクロ流路に連通する貫通孔を合成樹脂を成形材料として上層基板を射出成形する特許文献６に記載のマイクロ流路チップの製造方法では、マイクロ流路を形成するコアのリブと、貫通孔を形成するキャビティから突出させるピンの先端を当接させて、マイクロ流路に貫通孔が連通する上層基板を射出成形するので、貫通孔を形成するピンの先端位置にバリが残り、実用性に欠けるものであった。

更に、１ｍｍ以下の幅と深さのマイクロ流路を形成するコアのリブは、微細かつ複雑な形状を形成するのに適した電鋳型で形成するのが適しているが、電鋳型は強度が弱いので、貫通孔を形成するためのピンを当接させると、リブの形状が崩れる恐れがあるという問題がある。

更に、基板に一体のガイド筒部でチューブやピペットの先端部を位置決め保持する場合には、ガイド筒部が基板と一体に成形される硬質の合成樹脂で成形されるので、挿入するチューブやピペットから挿入方向以外の方向の外力（いわゆる「こじり」）を受けると変形や破損しやすく、そのため特許文献６に記載の発明では、ガイド筒部の強度を維持するためのガイド筒部の肉厚Ｗに対する高さＴが制約されている。そのため、ピペットやチューブの先端部を位置決め保持するのに十分な高さＴとすることができず、位置決め保持する十分な高さＴとした場合には、肉厚Ｗも相応に厚くなり、射出成形の際に溶融する成形材料の多くがガイド筒部に流れ、マイクロ流路の成形精度が更に悪化するという問題があった。

本発明は、このような従来の問題点を考慮してなされたものであり、マイクロ流路チップのマイクロ流路へ試料を注入可能な状態でピペットやチューブ支持するアダプタを、量産可能とするマイクロ流路チップとアダプタとの連結構造を提供することを目的とする。

また、ピペットやチューブから所定の注入圧をかけて試料をマイクロ流路へ注入しても、開口部の周囲に試料が漏れ出ないマイクロ流路チップとアダプタとの連結構造を提供することを目的とする。

また、アダプタが、チューブやピペットから予期しない方向の外力を受けても、変形や破損しにくく、更に、マイクロ流路へ注入する試料を目視確認することができるマイクロ流路チップとアダプタとの連結構造を提供することを目的とする。

上述の目的を達成するため、請求項１に記載のマイクロ流路チップとアダプタとの連結構造は、第１基板と第２基板の積層面に沿ってマイクロ流路が形成され、第１基板と第２基板のいずれかの積層方向にマイクロ流路に連通する貫通孔が形成されたマイクロ流路チップと、ピペット若しくはチューブを支持する連結孔が貫通する筒状本体を有するアダプタとから構成され、連通孔と貫通孔が連通する相対位置で、アダプタが、マイクロ流路チップの表面の貫通孔が開口する周囲に密着して連結するマイクロ流路チップとアダプタとの連結構造であって、
筒状本体は、ＰＤＭＳ（ポリジメチルシロキサン）を成形材料として、金型の成形面により少なくとも３ｍｍ以上の長さの連結孔が貫通する筒状に成形され、筒状本体の底面は、算術平均荒さＲａが５００ｎｍ以下の金型の成形面により鏡面に成形されるとともに、プラズマ処理若しくは真空紫外線（ＶＵＶ）処理により表面改質され、筒状本体の底面と、プラズマ処理若しくは真空紫外線（ＶＵＶ）処理により表面改質されたマイクロ流路チップの表面間が一体に接合されることを特徴とする。

ピペット若しくはチューブを支持する少なくとも３ｍｍ以上の長さの連結孔が貫通する筒状本体を金型で成形するので、マイクロ流路に試料を注入するピペット若しくはチューブを支持するアダプタを量産できる。

弾性材料の熱硬化性樹脂であるＰＤＭＳ（ポリジメチルシロキサン）で成形する筒状本体は、減菌のために、筒状本体ごと試料を加熱、加圧する際に耐性を有する。

また、ＰＤＭＳ（ポリジメチルシロキサン）からなる筒状本体は、弾性限度が高く、挿入するピペット若しくはチューブから外力を受けても、成形後の原形状に復帰して破損しにくく、更に、ピペットやチューブの外周面に連結孔の内壁が密着するので、注入圧をかけて試料を注入する際に、その間から試料が漏れ出ない。

筒状本体は、半透明材料であるＰＤＭＳ（ポリジメチルシロキサン）から成形するので、筒状本体の連結孔へ挿入するピペットやチューブの挿入状態やピペットやチューブからマイクロ流路へ送液する試料の色や量を目視確認できる。

筒状本体の底面とマイクロ流路チップの表面が表面改質され、相互の面が接着剤を用いずに隙間なく密着した状態で固着される。

算術平均荒さＲａが、５００ｎｍ以下の金型の成形面で成形される筒状本体の底面は、液状で粘度の低いＰＤＭＳ（ポリジメチルシロキサン）を成形材料とするので、鏡面加工された金型の成形面への転写性にすぐれ、同様に、算術平均荒さＲａが５００ｎｍ以下の鏡面とすることができる。その結果、同様に鏡面とすることが可能なマイクロ流路チップの表面に隙間なく接し、表面改質処理により強固に接合される。

請求項２に記載のマイクロ流路チップとアダプタとの連結構造は、アダプタの連結孔内にピペット若しくはチューブの先端が当接する段部が形成され、連結孔の内壁面に、ピペット若しくはチューブの外周面に密着するリング状のリブが一体に形成されていることを特徴とする。

連結孔の内壁面は、弾性材料のＰＤＭＳ（ポリジメチルシロキサン）で成形されるので、リング状のリブを金型で容易に成形できる。

リング状のリブが連結孔に挿入されるピペットやチューブの外周面に弾性接触して密着するので、連結孔の内壁面との隙間から試料が漏れ出ない。

連結孔に挿入するピペットやチューブの挿入位置を、その先端を段部に当接させて位置決めできる。

請求項３に記載のマイクロ流路チップとアダプタとの連結構造は、第１基板と第２基板の積層面に沿ってマイクロ流路が形成され、第１基板と第２基板のいずれかの積層方向にマイクロ流路に連通する貫通孔が形成されたマイクロ流路チップと、ピペット若しくはチューブを支持する連結孔が貫通する筒状本体を有するアダプタとから構成され、連通孔と貫通孔が連通する相対位置で、アダプタが、マイクロ流路チップの表面の貫通孔が開口する周囲に密着して連結するマイクロ流路チップとアダプタとの連結構造であって、
アダプタは、ＰＤＭＳ（ポリジメチルシロキサン）を成形材料として、金型の成形面により、少なくとも３ｍｍ以上の長さの連結孔が貫通する筒状に形成される筒状本体と、筒状本体の底面に沿った外側に形成されるフランジ板が一体に成形され、
フランジ板の底面は、連結孔の開口に向かって筒状本体の一側に緩やかに湾曲する吸盤状に形成されていることを特徴とする。

ＰＤＭＳ（ポリジメチルシロキサン）の弾性で、フランジ板は、貫通孔の開口周囲の表面にアダプタを密着して取り付ける吸着板として作用する。

マイクロ流路チップの表面に吸着するフランジ板と筒状本体とは、弾性材料からなるＰＤＭＳ（ポリジメチルシロキサン）で一体に連結されるので、ピペット若しくはチューブの挿入方向と筒状本体の連結孔の中心軸方向が一致しない場合であっても、筒状本体がピペット若しくはチューブの挿入方向に追従して傾斜し、筒状本体を破損させることなく、ピペット若しくはチューブを容易に連結孔へ挿入できる。

また、マイクロ流路チップの表面に吸着するフランジ板に対して筒状本体が傾斜しても、筒状本体への外力が解かれるとマイクロ流路チップの表面に起立する姿勢に復帰し、連結孔に挿入されたピペット若しくはチューブは、マイクロ流路チップの表面に対して起立する状態で支持される。

請求項４に記載のマイクロ流路チップとアダプタとの連結構造は、アダプタの連結孔内にピペット若しくはチューブの先端が当接する段部が形成され、連結孔の内壁面に、ピペット若しくはチューブの外周面に密着するリング状のリブが一体に形成されていることを特徴とする。

請求項１若しくは請求項３の発明によれば、マイクロ流路や貫通孔が形成されるマイクロ流路チップと別に、ピペット若しくはチューブの先端部を保持する筒状本体を金型で成形するので、高精度にマイクロ流路と貫通孔が形成されたマイクロ流路チップと、筒状本体を備えたアダプタを、それぞれ量産できる。

また、マイクロ流路チップの貫通孔が開口する表面の開口周囲に、筒状本体の底面を密着して取り付けるので、外形やマイクロ流路の位置、数や、貫通孔の位置、数が異なる種々のマイクロ流路チップに対して、金型で筒状本体を成形して量産可能なアダプタを汎用のアダプタとして用いることができる。

筒状本体の連結孔に収容される試料を減菌のために、筒状本体ごと試料を加熱、加圧しても、筒状本体が変形したり、変色しない。

また、連結孔に挿入するピペット若しくはチューブから外力を受けても、筒状本体は変形しにくく、また、ピペットやチューブの外周面に連結孔の内壁面を密着させることができるので、試料に注入圧をかけても、その隙間から試料が漏れ出ない。

ピペットやチューブからマイクロ流路へ試料を送液する送液の状態を半透明なアダプタを通して観察できる。

また、請求項１の発明によれば、連結孔が連通する貫通孔の周囲で、筒状本体の底面とマイクロ流路チップの表面が隙間なく密着する状態で接合するので、貫通孔の周囲に試料が漏れ出ない。

更に、接着剤を用いずに、筒状本体とマイクロ流路チップ間を接合するので、接着剤に含まれる溶剤、接着成分などによる試料への影響がない。

更に、表面改質する筒状本体の底面が、算術平均荒さＲａが５００ｎｍ以下の鏡面となるので、鏡面とすることが可能なマイクロ流路チップの表面に隙間なく密着し、一体化してより強固に接合することができる。

また、請求項３の発明によれば、貫通孔の開口周囲の表面にフランジ板を押し付けるだけで、アダプタを、連結孔が貫通孔に連通させた状態でマイクロ流路チップの表面に取り付けることできる。

フランジ板が吸着板として作用し、貫通孔の開口周囲に密着するので、開口の周囲から試料が漏れ出ない。

また、接着剤を用いずに、筒状本体とマイクロ流路チップ間を接合するので、接着剤に含まれる溶剤、接着成分などによる試料への影響がない。

また、マイクロ流路チップの貫通孔が開口する表面の開口周囲にフランジ板を吸着して取り付けたアダプタに、試料を吸引したピペットやチューブをそのまま挿入し、マイクロ流路へ試料を注入できるので、注入具の交換が不要となる。

また、マイクロ流路チップの貫通孔が開口する表面の開口周囲に、フランジ板を吸着してアダプタを密着して取り付けることができるので、外形やマイクロ流路の位置、数や、貫通孔の位置、数が異なる種々のマイクロ流路チップに対して、金型で成形して量産可能なアダプタを汎用のアダプタとして用いることができる。

請求項２若しくは請求項４の発明によれば、ピペットやチューブから所定の注入圧をかけて試料を注入しても、連結孔の内壁面との隙間から試料が漏れ出ない。

また、ピペットやチューブの先端が連結孔から突出しないのでピペット若しくはチューブの先端がマイクロ流路の底面に当接してマイクロ流路を破損したり、マイクロ流路の底面でピペット若しくはチューブの先端が覆われ、試料がマイクロ流路に注入されないという問題がない。

マイクロ流路チップ１０に取り付けた本発明の第１実施の形態に係るアダプタ１を示す縦断面図である。アダプタ１を平面側の斜め上方からみた斜視図である。アダプタ１を底面側の斜め下方からみた斜視図である。マイクロ流路チップ１０の注入口１１ａと排出口１１ｂの周囲にそれぞれ注入用アダプタ１Ａと排出用アダプタ１Ｂを取り付けた状態を示す縦断面図である。マイクロ流路チップ１０の表面１０ａに注入用アダプタ１Ａと排出用アダプタ１Ｂを取り付けた状態を示す図４の斜視図である。本発明の第２実施の形態に係るアダプタ２０を示す斜視図である。マイクロ流路チップ１０に取り付けたアダプタ２０の縦断面図である。図７に示すアダプタ２０にピペット５０の先端部を挿入した状態を示す縦断面図である。本発明の第２実施の形態に係るアダプタ３０を示す斜視図である。アダプタ３０にピペット５０の先端部を挿入した状態を示す縦断面図である。ピペット５０の先端部を挿入したアダプタ３０を、マイクロ流路チップ１０の表面１０ａに取り付けた状態を示す縦断面図である。ピペット１１０の先端に取り付けられる従来のアダプタ１００の縦断面図である。筐体２０２と押さえ板２１５で一体のチューブ２０１、２０１を位置決め保持する従来のアダプタ２００の縦断面図である。

以下、本発明の第１実施の形態に係るアダプタ１を、図１乃至図５を用いて説明する。以下の本明細書中の説明では、図１に図示する各方向を上下左右方向として説明する。このアダプタ１は、有機化合物、生体試料などの微量試料を先端から吐出若しくは吸引するチューブ５１と、幅及び深さが５００ｎｍ乃至１ｍｍのマイクロ流路１４内に注入される試料を混合、反応、合成、抽出、分離、若しくは分析するマイクロ流路チップ１０とを連結するもので、本実施の形態では、図４、図５に示すように、同一形状のアダプタ１である一組の注入用アダプタ１Ａと排出用アダプタ１Ｂが、マイクロ流路１４の両側で連通する一組の貫通孔１１、１１の注入口１１ａと排出口１１ｂ周囲にそれぞれ取り付けられている。これにより、注入用アダプタ１Ａに保持されるチューブ５１からマイクロ流路１４へ試料を注入し、排出用アダプタ１Ｂに保持されるチューブ５１でマイクロ流路１４に注入された試料を排出する。

図１乃至図５の各図に示すように、アダプタ１は、金型を用いたＰＤＭＳ（ポリジメチルシロキサン）を成形材料とするインジェクション成形で円筒状に形成される筒状本体２から構成されている。ここではインジェクション成形で筒状本体２を成形しているが、金型を用いて量産可能に成形できれば、流動数、ＰＤＭＳの種類、筒状本体２の形状に合わせて、適宜トランスファー成形、コンプレッション成形等の種々の成形法で成形することができる。

筒状本体２の底面２ａを成形する金型の成形面は、算術平均荒さＲａが、５００ｎｍ以下で好ましくは３００ｎｍ以下の鏡面としている。筒状本体２の底面２ａを形成する成形材料は、金型内で流動性の高いＰＤＭＳ（ポリジメチルシロキサン）であるので、鏡面加工された前記金型の成形面への転写性にすぐれ、筒状本体２の底面２ａも成形面の算術平均荒さＲａにほぼ等しい鏡面とすることができる。

筒状本体２が円筒状に成形されることにより、上下方向の中心軸に沿って上下に貫通する円筒状の連結孔３が形成される。図１に示すように、連結孔３は、上方に開口し、挿入するチューブ５１の外径よりわずかに長い内径の大径部３ａと、下方に開口し、チューブ５１の先端の外径より短い内径の小径部３ｂが上下で連続することにより、その間に円板状の段部４が形成されている。従って、チューブ５１を上方から連結孔３へ挿入すると、チューブ５１の先端が段部４に当接して、チューブ５１の下方への挿入位置が位置決めされる。

大径部３ａの鉛直方向の長さ（高さ）は、３ｍｍ以上の長さとなっていて、これにより、連結孔３に挿入するチューブ５１の先端部は、大径部３ａによって起立する状態で位置決め保持される。

また、大径部３ａの２カ所の異なる高さの内壁面の位置からリング状のリブ５、５が一体に突設されている。リング状のリブ５、５は、それぞれ大径部３ａに挿入されるチューブ５１の外周面に弾性変形して密着し、大径部３ａの内壁面とチューブ５１との隙間から試料が漏れ出ることを防止している。リング状のリブ５、５は、筒状本体２を成形する際に一体に成形されるが、弾性材料であるＰＤＭＳ（ポリジメチルシロキサン）を成形材料とするので、スライド金型などの複雑な金型構造を採用せずに、リング状のリブ５、５の成形後に金型を離型できる。

幅及び深さが５００ｎｍ乃至１ｍｍのマイクロ流路１４と一組の貫通孔１１、１１が形成されたマイクロ流路チップ１０は、以下の方法で製造される。初めに、シリコンウェハーやガラス基板等、フォトレジストに強く接合し、鏡面性の高い材質上にフォトレジストを形成し、マイクロ流路を除く部分をフォトマスクを通して露光し、露光部分をエッチングで除去して微細なマイクロ流路が凸状に残された型板を形成し、この型板をコアとする金型成形で底面側にマイクロ流路１４が凹設された基板を成形し、他面からマイクロ流路１４の位置をマーキングし、マイクロ流路１４の両側の位置で連通する貫通孔１１、１１を他面から穿設し、マイクロ流路１４の両側の位置で連通する貫通孔１１、１１を他面から穿設し、マイクロ流路１４と貫通孔１１、１１が形成されたＰＤＭＳ（ポリジメチルシロキサン）からなる上層基板１２を製造する。

続いて、上層基板１２と同一の輪郭の下層基板１３となるカバーシートを、マイクロ流路１４が露出する上層基板１２の一面側に貼り付け、上層基板１２と下層基板１３が積層され、マイクロ流路１４に連通する一組の貫通孔１１、１１が表面１０ａに開口するマイクロ流路チップ１０が製造される。

一組の貫通孔１１、１１のうち、試料をマイクロ流路１４へ注入する一方の貫通孔１１とマイクロ流路１４から試料を排出する他方の貫通孔１１は、それぞれ注入口１１ａと排出口１１ｂでマイクロ流路チップ１０の表面１０ａに開口する。注入口１１ａと排出口１１ｂの開口径は、その上に起立して取り付けられる注入用アダプタ１Ａと排出用アダプタ１Ｂの各筒状本体２の底面２ａの外径より十分に短く、従って、各筒状本体２の底面２ａをそれぞれ注入口１１ａと排出口１１ｂの周囲の表面１０ａに接合することによって、各筒状本体２、２の連結孔３、３が貫通孔１１、１１に連通する状態で、マイクロ流路チップ１０の表面１０ａに注入用アダプタ１Ａと排出用アダプタ１Ｂが取り付けられる。

アダプタ１を構成する筒状本体２の底面２ａと注入口１１ａと排出口１１ｂの周囲の表面１０ａとの接合は、注入口１１ａ若しくは排出口１１ｂの中心を筒状本体２の連結孔３の中心軸が通過するマイクロ流路チップ１０の表面１０ａ上の位置に筒状本体２を起立させて配置し、相互に接する筒状本体２の底面２ａとマイクロ流路チップ１０の表面１０ａにプラズマを照射するプラズマ処理を行い、表面改質する。

本実施の形態では、接合面となる筒状本体２の底面２ａは、上述の通り、算術平均荒さＲａが３００ｎｍ以下に鏡面加工され、また、対向して接合面となるマイクロ流路チップ１０の表面１０ａも、同様に同程度の荒さの鏡面とすることができるので、プラズマ処理を行う工程で、対向して接する全ての接合面が隙間なく密着して表面改質される。その結果、筒状本体２の底面２ａと、注入口１１ａ若しくは排出口１１ｂの周囲のマイクロ流路チップ１０の表面１０ａは、むらなく一体化され強固に接合される。

筒状本体２の底面２ａとマイクロ流路チップ１０の表面１０ａ間にプラズマを照射するプラズマ処理は、真空プラズマ処理と大気圧プラズマ処理のいずれであってもよく、また、接合面を表面改質する処理としては、プラズマ処理の他に、エキシマランプから接合面に真空紫外線（ＶＵＶ）を照射する真空紫外線（ＶＵＶ）処理、コロナー放電処理等であってもよい。

筒状本体２の底面２ａとマイクロ流路チップ１０の表面１０ａが表面改質されることによって、図１に示すように、筒状本体２は、連結孔３の小径部３ｂがマイクロ流路チップ１０の貫通孔１１に連通し、マイクロ流路チップ１０の表面１０ａ上に起立する姿勢で強固に固定して取り付けられる。

筒状本体２がマイクロ流路チップ１０に取り付けられた状態で、連結孔３と貫通孔１１が連通する注入口１１ａ若しくは排出口１１ｂの周囲は、表面改質されることによって、筒状本体２の底面２ａとマイクロ流路チップ１０の表面１０ａが密着して一体化されるので、連結孔３へ挿入するチューブ５１から所定の注入圧をかけて、試料をマイクロ流路１４へ注入しても、アダプタ１とマイクロ流路チップ１０との連結部分の隙間から試料が漏れ出ることがない。

また、筒状本体２は、弾性限度が高いＰＤＭＳ（ポリジメチルシロキサン）から形成されているので、中心軸が鉛直方向となっている連結孔３に対して、傾斜する方向からチューブ５１を挿入しても、連結孔３が挿入方向に一致するように筒状本体２が弾性変形し、筒状本体２が破損することがない。

一方、連結孔３に挿入したチューブ５１を保持する外力を解くと、筒状本体２は、連結孔３の中心軸が鉛直方向となる起立する姿勢に復帰するので、チューブ５１の先端部も連結孔３内で起立する姿勢で保持される。従って、図５に示すように、複数のチューブ５１、５１を対応する複数のアダプタ１Ａ、１Ｂの連結孔３、３を介してマイクロ流路１４へ連通させた状態で支持することができる。

次に、本発明の第２実施の形態に係るアダプタ２０を、図６乃至図９を用いて説明する。第２実施の形態の説明において、第１実施の形態にかかる構成と同一若しくは同様に作用する構成については、同一番号を付してその詳細な説明を省略する。

第２実施の形態に係るアダプタ２０は、先端に向かって先細りの形状のピペット５０と、マイクロ流路チップ１５とを連結するもので、ＰＤＭＳ（ポリジメチルシロキサン）を成形材料として、金型を用いたインジェクション成形で、連結孔２２が貫通する円筒状に形成された筒状本体２１で構成される。筒状本体２１についても、金型を用いて量産可能に成形できれば、トランスファー成形、コンプレッション成形等の種々の他の成形法で成形することができる。

アダプタ２０により連結されるマイクロ流路チップ１５は、上層ガラス基板１６と下層ガラス基板１７の２枚のガラス基板を積層して構成され、２枚のガラス基板１６、１７の積層面に沿って微細なマイクロ流路１４が形成され、マイクロ流路１４に連通し、マイクロ流路チップ１５の表面１５ａの注入口１１ａで開口する貫通孔１１が上層ガラス基板１６に穿設されている。

円筒状の筒状本体２１は、マイクロ流路チップ１５の表面１５ａの注入口１１ａの周囲に、連結孔２２が鉛直方向に沿った起立する姿勢で取り付けられ、連結孔２２が貫通孔１１に連通することによって、連結孔２２に挿入するピペット５０の先端から吐出する試料を貫通孔１１を介してマイクロ流路１４へ注入する。

図７に示すように、連結孔２２は、連結孔２２に挿入する先細りのピペット５０の先端の外径よりわずかに長い内径の大径部２２ａと、下方に開口し、ピペット５０の先端の外径より短い内径の小径部２２ｂが上下で連続することにより、その間に円板状の段部２３が形成され、図８に示すように、連結孔２２に挿入するピペット５０の先端を段部２３に当接させて、ピペット５０の挿入位置を位置決めしている。

大径部２２ａの中間位置には、大径部２２ａの内径より小径の括れ部２４が一体に形成されていて、図８に示すように、連結孔２２にピペット５０を挿入すると、括れ部２４が拡径するように弾性変形してピペット５０の外周面に密着し、連結孔２２とピペット５０との隙間から試料が漏れ出ることを防止している。

また、大径部２２ａの鉛直方向の長さ（高さ）を３ｍｍ以上の長さとするので、連結孔２２に挿入するピペット５０の先端部は、大径部２２ａと括れ部２４の内壁面によって起立する状態でアダプタ２０に位置決め支持される。

アダプタ２０の筒状本体２１の底面２１ａの外径は、マイクロ流路チップ１５の表面１５ａに開口する注入口１１ａの開口径より十分に長く、筒状本体２１の底面２１ａを注入口１１ａの周囲の表面１５ａに接合することによって、筒状本体２１の連結孔２２が貫通孔１１に連通する状態で、マイクロ流路チップ１５の表面１５ａにアダプタ２０が取り付けられる。

本実施の形態においては、注入口１１ａの中心を連結孔２２の中心軸が通過する位置でマイクロ流路チップ１５の表面１５ａ上に起立する状態に置かれた筒状本体２１の底面２１ａと、マイクロ流路チップ１５の表面１５ａとを表面改質し、相互を密着する状態で接合する。尚、マイクロ流路チップ１５の上層基板１６がＣＯＰ（シクロオレフィンポリマー）等のプラスチック樹脂で形成されている場合には、予めＣＯＰ（シクロオレフィンポリマー）等のプラスチック樹脂が露出する上層基板１６の表面にシラン剤を蒸着するシランカップリング処理を施しておく。その後、筒状本体２１の底面２１ａとマイクロ流路チップ１５の表面１５ａの接合面にエキシマランプから真空紫外線（ＶＵＶ）を照射する真空紫外線（ＶＵＶ）処理を行い、底面２１ａと表面１５ａを表面改質し、両者を一体化して接合する。

筒状本体２１の底面２１ａとマイクロ流路チップ１５の表面１５ａが表面改質されることによって、図７に示すように、筒状本体２１は、連結孔２２の小径部２２ｂがマイクロ流路チップ１５の貫通孔１１に連通する状態で、マイクロ流路チップ１５の表面１５ａ上に起立する姿勢で固定して取り付けられる。

この表面改質工程においても、筒状本体２１の底面２１ａを成形する金型の成形面を、算術平均荒さＲａが、５００ｎｍ以下で好ましくは３００ｎｍ以下の鏡面とすることにより、筒状本体２１の底面２１ａも成形面の算術平均荒さＲａにほぼ等しい鏡面とし、シランカップリング処理を施した上層ガラス基板１６からなるマイクロ流路チップ１５の表面１５ａも同程度の荒さの鏡面とするので、真空紫外線（ＶＵＶ）処理を行う工程で、対向して接する全ての接合面が隙間なく密着して表面改質され、筒状本体２１の底面２１ａは、注入口１１ａの周囲のマイクロ流路チップ１５の表面１５ａにむらなく一体化し、強固に接合する。

本実施の形態においても、表面改質工程では、真空紫外線（ＶＵＶ）処理以外に、プラズマ処理、コロナー放電処理等の他の方法で表面改質を行ってもよい。

このアダプタ２０によれば、試料を吸引して採取したピペット５０を、そのままガスケットなどを装着せずに、マイクロ流路チップ１５の注入口１１ａ上に取り付けられたアダプタ２０の連結孔２２へ挿入し、連結孔２２に連通する貫通孔１１を介して採取した試料をマイクロ流路１４へ注入することができる。ピペット５０を連結孔２２へ挿入する際に、挿入方向が連結孔２２の中心軸方向に一致しない場合であっても、筒状本体２１は、弾性限度が高いＰＤＭＳ（ポリジメチルシロキサン）から形成されているので、連結孔２２が挿入方向に一致するように筒状本体２１が弾性変形し、筒状本体２１が破損することがない。

連結孔２２に挿入したピペット５０を保持する外力を解くと、筒状本体２１は、連結孔２２の中心軸が鉛直方向となる起立する姿勢に復帰するので、ピペット５０の先端部も連結孔２２内で起立する姿勢で保持される。従って、図５に示すように、複数のピペット５０を対応する複数のアダプタ１の連結孔２２を介してマイクロ流路１４へ連通させた状態で保持することができる。

次に、本発明の第３実施の形態に係るアダプタ３０を、図９乃至図１１を用いて説明する。第３実施の形態の説明においも、既述の実施の形態にかかる構成と同一若しくは同様に作用する構成については、同一番号を付してその詳細な説明を省略する。

第３実施の形態に係るアダプタ３０は、先端に向かって先細りの形状のピペット５０と、マイクロ流路チップ１０とを連結するもので、第２実施の形態に係る筒状本体と同一形状の筒状本体２１と、筒状本体２１の底面２１ａに沿った外側に形成され、円形の輪郭のフランジ板３１とが、ＰＤＭＳ（ポリジメチルシロキサン）を成形材料として、金型を用いたインジェクション成形で一体に成形されている。この筒状本体２１とフランジ板３１も、金型を用いて量産可能に成形できれば、トランスファー成形、コンプレッション成形等の種々の他の成形法で成形してもよい。

フランジ板３１は、筒状本体２１の連結孔２２の中心軸周りの円環状に形成され、その底面３１ａは、連結孔２２の中心軸に向かって上方に緩やかに湾曲する吸盤状に形成されている。フランジ板３１の底面３１ａを吸盤状とすることにより、筒状本体２１の連結孔２２がマイクロ流路チップ１０の貫通孔１１に連通する位置で起立させた筒状本体２１を下方へ押し付けると、フランジ板３１の底面３１ａがマイクロ流路チップ１０の注入口１１ａ若しくは排出口１１ｂの周囲の表面１０ａに密着し、フランジ板３１が吸着板として作用し、アダプタ３０が注入口１１ａ若しくは排出口１１ｂの周囲の表面１０ａに密着して取り付けられる。

従って、マイクロ流路チップ１０の表面１０ａの任意の位置に開口する注入口１１ａ若しくは排出口１１ｂ上に、アダプタ３０を表面改質工程を行わずに取り付けることが可能で、マイクロ流路チップ１０に取り付けたアダプタ３０の連結孔２２に、ピペット５０の先端部を挿入し、マイクロ流路１４に連通する状態でピペット５０を連結孔２２内に支持できる。

また、試料を採取したピペット５０とマイクロ流路チップ１０を連結する場合には、図１０に示すように、予めピペット５０の先端部をアダプタ３０の連結孔２２内に挿入しておく。ピペット５０を挿入した状態では、連結孔２２の中間位置にある括れ部２４がピペット５０の外周に弾性接触してピペット５０を挟持するので、手に持ったピペット５０の先端部にアダプタ３０が仮保持される。

その後、図１１に示すように、アダプタ３０が仮保持されたピペット５０を、マイクロ流路チップ１０の注入口１１ａ若しくは排出口１１ｂ（採取した試料をマイクロ流路１４へ注入する場合には、注入口１１ａ、マイクロ流路１４内の試料をピペット５０へ吸引する場合には、排出口１１ｂ）に向けて、ピペット５０の先端で筒状本体２１の段部２３に当接させながら下方へ押し込むと、フランジ板３１の底面３１ａが、注入口１１ａ若しくは排出口１１ｂの周囲の表面１０ａに吸着し、ピペット５０の先端がマイクロ流路１４に連通する状態で、アダプタ３０がマイクロ流路チップ１０の表面１０ａに取り付けられる。

このアダプタ３０によれば、表面改質工程を行わずに、ピペット５０の先端をマイクロ流路チップ１０の注入口１１ａ若しくは排出口１１ｂに向けて押し付けるだけで、ピペット５０をマイクロ流路１４に連通させた状態でマイクロ流路チップ１０の表面１０ａに密着して取り付けることができる。

また、フランジ板３１を吸着板として作用させ、貫通孔１１の数や貫通孔１１の開口位置が異なる種々のマイクロ流路チップ１０にアダプタ３０を着脱自在に取り付けることができるので、量産可能なアダプタ３０を、ピペット５０と種々のマイクロ流路チップ１０を連結する汎用のアダプタとすることができる。

上述の第１、第２実施の形態では、マイクロ流路１４に連通する連結孔３、２２が上方に開口する状態で、アダプタ１、２０がマイクロ流路チップ１０の表面１０ａ上に起立して取り付けられるので、チューブ５１やピペット５０を連結孔３、２２へ挿入せずに、ピペット５０等を用いてアダプタ１、２０の上方から連結孔３、２２内に液状試料を貯留し、自由落下させてマイクロ流路１４へ送液することもできる。

また、上述の各実施の形態では、アダプタ１、２０、３０を、表面改質工程若しくはアダプタ３０のフランジ板３１を吸着させて、マイクロ流路チップ１０、１５の表面１０ａ、１５ａに密着する状態で取り付けているが、両面に粘着層を有する両面テープを用いて取り付けてもよい。

また、接合面を表面改質してアダプタ１、２０と接合させるマイクロ流路チップ１０、１５は、上述の実施の形態で説明したＰＤＭＳ、ガラスの他、金属、ＣＯＰ（シクロオレフィンポリマー）等のプラスチック樹脂を材質として形成されるものであってもよい。

マイクロ流路が形成されたマイクロ流路チップとマイクロ流路へ試料を注入するピペット若しくはチューブとを連結するマイクロ流路チップとアダプタとの連結構造に適している。

１、２０、３０アダプタ
２、２１筒状本体
２ａ、２１ａ筒状本体の底面
３、２２連結孔
５リブ
１０、１５マイクロ流路チップ
１０ａ、１５ａマイクロ流路チップの表面
１１貫通孔
１４マイクロ流路

Claims

第１基板と第２基板の積層面に沿ってマイクロ流路が形成され、第１基板と第２基板のいずれかの積層方向にマイクロ流路に連通する貫通孔が形成されたマイクロ流路チップと、ピペット若しくはチューブを支持する連結孔が貫通する筒状本体を有するアダプタとから構成され、
前記連通孔と前記貫通孔が連通する相対位置で、前記アダプタが、前記マイクロ流路チップの表面の前記貫通孔が開口する周囲に密着して連結するマイクロ流路チップとアダプタとの連結構造であって、
前記筒状本体は、ＰＤＭＳ（ポリジメチルシロキサン）を成形材料として、金型の成形面により少なくとも３ｍｍ以上の長さの連結孔が貫通する筒状に成形され、
前記筒状本体の底面は、算術平均荒さＲａが５００ｎｍ以下の前記金型の成形面により鏡面に成形されるとともに、プラズマ処理若しくは真空紫外線（ＶＵＶ）処理により表面改質され、
前記筒状本体の底面と、プラズマ処理若しくは真空紫外線（ＶＵＶ）処理により表面改質された前記マイクロ流路チップの表面間が一体に接合されることを特徴とするマイクロ流路チップとアダプタとの連結構造。
前記アダプタの前記連結孔内に前記ピペット若しくは前記チューブの先端が当接する段部が形成され、
前記連結孔の内壁面に、前記ピペット若しくは前記チューブの外周面に密着するリング状のリブが一体に形成されていることを特徴とする請求項１に記載のマイクロ流路チップとアダプタとの連結構造。
第１基板と第２基板の積層面に沿ってマイクロ流路が形成され、第１基板と第２基板のいずれかの積層方向にマイクロ流路に連通する貫通孔が形成されたマイクロ流路チップと、ピペット若しくはチューブを支持する連結孔が貫通する筒状本体を有するアダプタとから構成され、
前記連通孔と前記貫通孔が連通する相対位置で、前記アダプタが、前記マイクロ流路チップの表面の前記貫通孔が開口する周囲に密着して連結するマイクロ流路チップとアダプタとの連結構造であって、
前記アダプタは、ＰＤＭＳ（ポリジメチルシロキサン）を成形材料として、金型の成形面により、少なくとも３ｍｍ以上の長さの連結孔が貫通する筒状に形成される前記筒状本体と、前記筒状本体の底面に沿った外側に形成されるフランジ板が一体に成形され、
前記フランジ板の底面は、前記連結孔の開口に向かって前記筒状本体の一側に緩やかに湾曲する吸盤状に形成されていることを特徴とするマイクロ流路チップとアダプタとの連結構造。
前記アダプタの前記連結孔内に前記ピペット若しくは前記チューブの先端が当接する段部が形成され、
前記連結孔の内壁面に、前記ピペット若しくは前記チューブの外周面に密着するリング状のリブが一体に形成されていることを特徴とする請求項３に記載のマイクロ流路チップとアダプタとの連結構造。