JP6939415B2 - マイクロチップ - Google Patents
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Description
このようなマイクロリアクタを用いた反応分析システムは、マイクロ・トータル・アナリシス・システム(以下、「μTAS」という。)と称されている。このμTASによれば、試薬の体積に対する表面積の比が大きくなることなどから高速かつ高精度の反応分析を行うことが可能となり、また、コンパクトで自動化されたシステムを実現することが可能となる。
そして、第1の基板70と第2の基板75とを、それぞれの表面が互いに密着した状態で接合することにより、第1の基板70と第2の基板75との接合部に包囲された流路71を有するマイクロチップが得られる。
このようなマイクロチップの製造方法において、第1の基板70および第2の基板75の各々の表面の活性化処理としては、真空紫外線を照射する真空紫外線照射処理や、大気圧プラズマを接触させるプラズマ処理を用いることができる。
また、第1の基板70と第2の基板75とを積層した後、加熱処理および加圧処理のいずれか一方または両方の処理が行われる。
縦25mm以上、横25mm以上(例えば、縦25mm×横70mm、縦85mm×横128mm)の大きいサイズのマイクロチップを製造する場合には、用いられる第1の基板70および第2の基板75には、面積が大きいために反りが生じやすく、また、加圧処理や加熱処理において、第1の基板70と第2の基板75との接合面にうねりが生じやすい。このため、得られるマイクロチップの接合部においては、良好な接合状態が得られず、その結果、流路71内から試料が漏れ出す、という問題がある。
また、良好な接合状態を得るために、加圧処理において、加圧力を大きくしたり、或いは、加熱処理において、加熱温度を高くしたり、加熱時間を長くしたりすることが考えられる。然るに、このような場合には、得られるマイクロチップにおいては、流路71の変形が生じる虞があるため、所期の形態の流路71を形成することが困難となる。
前記接合部をその全周にわたって包囲する非接触部が形成されており、
前記流路形成用段差の側壁面とこれに連続する接合面とのなす角度θ1 が、θ1 >90°を満足し、
前記接合面、および前記第2の基板における前記第1の基板に接する側の表面は、それぞれ平坦であり、
前記接合面の幅が500μm以上であることを特徴とする。
前記接合部をその全周にわたって包囲する非接触部が形成されており、
前記流路形成用段差の側壁面および前記非接触部の側壁面の少なくとも一方において、当該側壁面に連続する接合面に接近した箇所がC面取り形状またはR面取り形状とされており、
前記接合面、および前記第2の基板における前記第1の基板に接する側の表面は、それぞれ平坦であり、
前記接合面の幅が500μm以上であることを特徴とする。
〈第1の実施形態〉
図1は、本発明のマイクロチップの第1の実施形態における構成を示す説明図であり、(a)は平面図、(b)は、(a)のA−A断面端面図、(c)は、(a)のB−B断面端面図である。
このマイクロチップ10は、樹脂からなる第1の基板11および樹脂からなる第2の基板15が接合された板状体によって構成されている。
また、第1の基板11における第2の基板15に接する側の表面に、非接触部用段差13が、接合部16を取り囲むよう形成されており、この非接触部用段差13によって、第1の基板11と第2の基板15との間に、接合部16を包囲する非接触部18が形成されている。
第1の基板11および第2の基板15の各々の厚みは、特に限定されるものではないが、例えば0.5〜7mmである。
流路17の幅(図示の例では、流路形成用段差12の幅)は、例えば0.1〜3mmである。
流路17の高さ(図示の例では、流路形成用段差12の深さ)は、例えば0.05〜1mmである。
先ず、図3に示すように、それぞれ樹脂よりなる第1の基板11および第2の基板15を製造する。第1の基板11の表面には、流路形成用段差12および非接触部用段差13が形成されている。一方、第2の基板15の表面は、平坦面とされている。
第1の基板11および第2の基板15を製造する方法としては、射出成形法、注型法などの樹脂成形法を、用いられる樹脂に応じて適宜選択することができる。
次いで、第1の基板11および第2の基板15の各々における接合面となる表面に対して、表面活性化処理を行う。この表面活性化処理としては、波長200nm以下の真空紫外線を照射する紫外線照射処理、大気圧プラズマ装置からの大気圧プラズマを接触させるプラズマ処理を利用することができる。
第1の基板11および第2の基板15の各々の表面に照射される真空紫外線の照度は、例えば10〜500mW/cm2 である。
また、第1の基板11および第2の基板15の各々の表面に対する真空紫外線の照射時間は、第1の基板11および第2の基板15を構成する樹脂に応じて適宜設定されるが、例えば5〜6秒間である。
プラズマ処理に用いられる大気圧プラズマ装置の動作条件としては、例えば周波数が20〜70kHz、電圧が5〜15kVp−p、電力値が0.5〜2kWである。
また、大気圧プラズマによる処理時間は、例えば5〜100秒間である。
以上において、加圧および加熱の具体的な条件は、第1の基板11および第2の基板15を構成する材料に応じて適宜設定される。
具体的な条件を挙げると、加圧力が例えば0.1〜10MPaで、加熱温度が例えば40〜130℃である。
従って、本発明のマイクロチップ10によれば、サイズの大きいものであっても、第1の基板11と第2の基板15との接合部16において良好な接合状態を達成することができる。しかも、マイクロチップ10を製造する際に、加圧力を大きくしたり、或いは、加熱温度を高くしたり、加熱時間を長くしたりすることが不要であるため、所期の形態の流路17を確実に形成することができる。
図4に示すマイクロチップにおいては、流路形成用段差12の側壁面12aおよび非接触部18の側壁面13aの各々において、それぞれの側壁面12a,13aに連続する接合面10aに接近した箇所(以下、「接合部近傍箇所」ともいう。)12b,13bがC面取り形状とされている。
また、角度θ1 は、例えば140°≧θ1 ≧90°の範囲である。
従って、本発明のマイクロチップ10によれば、サイズの大きいものであっても、第1の基板11と第2の基板15との接合部16において良好な接合状態を達成することができる。しかも、マイクロチップ10を製造する際に、加圧力を大きくしたり、或いは、加熱温度を高くしたり、加熱時間を長くしたりすることが不要であるため、所期の形態の流路17を確実に形成することができる。
このようなマイクロチップ10によれば、第1の基板11と第2の基板15とを接合する際に、第1の基板11および第2の基板15における接合部16となる部分に圧力がより一層集中的に加わる。そのため、サイズの大きいものであっても、第1の基板11と第2の基板15との接合部16において良好な接合状態をより確実に達成することができる。
このような構成においては、第1の基板11および第2の基板15の周縁部に形成された接合面10aの幅は、50μm以上であることが好ましく、より好ましくは500〜3000μmである。上記周縁部に形成された接合面10aは、流路17および非接触部18の間の接合面10aの幅より大きい幅で接合されいることが好ましい。このような構成によれば、マイクロチップ10は、第1の基板11と第2の基板15とが剥がれる方向にかかる機械的なストレスに耐えやすい。
また、接合面10aの面積S2 は、流路17および非接触部18の間の接合面10aの面積と、第1の基板11および第2の基板15の周縁部に形成された接合面10aの面積との合計である。
このような構成においては、角度θ1 と同様に、第2の基板15における流路形成用段差20の側壁面20aとこれに連続する接合面10aとのなす角度θ3 が、θ3 >90°を満足するものとされ、好ましくは120°≧θ3 >90°、より好ましくは100°≧θ3 >90°である。
10a 接合面
11 第1の基板
12 流路形成用段差
12a 側壁面
12b 接合部近傍箇所
12c 底部
13 非接触部用段差
13a 側壁面
13b 接合部近傍箇所
14 注入口
15 第2の基板
16 接合部
17 流路
18 非接触部
19 排出口
20 流路形成用段差
20a 側壁面
70 第1の基板
71 流路
72 注入口
73 排出口
74 流路形成用段差
75 第2の基板
Claims (4)
- 樹脂からなる第1の基板および樹脂からなる第2の基板が接合されてなり、少なくとも第1の基板に形成された流路形成用段差によって、前記第1の基板と前記第2の基板との接合部に包囲された流路が形成されたマイクロチップであって、
前記接合部をその全周にわたって包囲する非接触部が形成されており、
前記流路形成用段差の側壁面とこれに連続する接合面とのなす角度θ1 が、θ1 >90°を満足し、
前記接合面、および前記第2の基板における前記第1の基板に接する側の表面は、それぞれ平坦であり、
前記接合面の幅が500μm以上であることを特徴とするマイクロチップ。 - 前記非接触部の側壁面とこれに連続する接合面とのなす角度θ2 が、θ2 >90°を満足することを特徴とする請求項1に記載のマイクロチップ。
- 樹脂からなる第1の基板および樹脂からなる第2の基板が接合されてなり、少なくとも第1の基板に形成された流路形成用段差によって、前記第1の基板と前記第2の基板との接合部に包囲された流路が形成されたマイクロチップであって、
前記接合部をその全周にわたって包囲する非接触部が形成されており、
前記流路形成用段差の側壁面および前記非接触部の側壁面の少なくとも一方において、当該側壁面に連続する接合面に接近した箇所がC面取り形状またはR面取り形状とされており、
前記接合面、および前記第2の基板における前記第1の基板に接する側の表面は、それぞれ平坦であり、
前記接合面の幅が500μm以上であることを特徴とするマイクロチップ。 - 前記第1の基板および前記第2の基板の周縁部の少なくとも一部において、当該第1の基板と当該第2の基板との接合部が形成されていることを特徴とする請求項1乃至請求項3のいずれか一項に記載のマイクロチップ。
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