JP7311834B2 - マイクロチップ - Google Patents

Description

この発明はマイクロチップに関し、さらに詳しくは、複数の基板を接合されてなり、液体流通口と該液体流通口に連絡する中空状の流路とを有するマイクロチップに関する。

従来、細胞及び組織培養は、寒天又は培地とした培養ディッシュやプレートを使用して行われてきた。これら培養ディッシュやプレートを用いた細胞及び組織の培養は、２次元（平面）の環境で行われるものであるため、細胞外微小環境を再現することができない。そこで、近年、細胞及び組織培養のための３次元（立体）の実験環境を作製するために、マイクロ流路を有するマイクロチップ（「バイオチップ」とも称される）を使用することが提案されている。

下記特許文献１には、細胞及び組織培養に使用可能なマイクロチップの一例が開示されている。

図１１Ａは、特許文献１に開示されているマイクロチップ１００（特許文献１では「樹脂構造体」と称されている。）を示す断面模式図である。マイクロチップ１００は、第一基板１１０の上に第二基板１２０を積層し、両基板の接する主面を接合することにより、形成される。

図１１Ｂは、マイクロチップ１００の製造過程における第一基板１１０に第二基板１２０を接合する直前の、両基板の断面模式図を示している。第一基板１１０及び第二基板１２０は、それぞれ板状である。第二基板１２０は、細胞を含む培養液を注入又は排出するための液体流通口（１２１，１２２）と、該液体流通口に連絡する凹部１２３ａと、を有する。

第一基板１１０と第二基板１２０との接合は、以下のように行われる。まず、第一基板１１０の一方の主面１１０ａ上に、回転塗布法（スピンコート法）によって高分子材料からなる薄膜（不図示）が塗布される。その後、第二基板１２０の一方の主面１２０ａが、薄膜が塗布されている主面１１０ａに接するように積層されて、加熱環境下で押圧される。薄膜は、第一基板１１０と第二基板１２０とを接合するための接着材として機能する。

第一基板１１０と第二基板１２０とが接合されることにより、凹部１２３ａは、両基板（１１０，１２０）で挟まれた中空状の流路１２３として機能する。液体流通口（１２１，１２２）から細胞を含む培養液が注入されると、中空状の流路１２３は、細胞を培養する場として使用できる。

第二基板１２０の、第一基板１１０に接する主面１２０ａのうち、凹部１２３ａの形成領域を除く領域の全てが、第一基板１１０の主面１１０ａに接触し、薄膜で接合されている。

特開２００１－０３８８１１号公報

上述したように、凹部１２３ａの形成領域を除く領域の全ての領域において、第一基板１１０と第二基板１２０とが接触するため、第二基板１２０が第一基板１１０に接触し押圧される領域（接合面積）は広い。このため、第一基板１１０及び第二基板１２０を接合するときに、両基板に掛かる押圧力が分散する。そうすると、単位接合面積当たりの押圧力が低下し、接合力の弱い部分が接合後のマイクロチップに生じるおそれがある。特に、接合部の接合力の弱い部分が流路１２３に隣接して生じるとき、図１１ＡのＡ部に示されるように、接合が部分的に剥離することがある。

そこで、本出願人は、図１２Ａに示されるマイクロチップ２００を提案した。図１２Ｂは、マイクロチップ２００に使用される第二基板１２０を、第一基板１１０と接合する主面側から見たときの平面図であり、第一基板１１０に対して接合する前の状態における第二基板１２０の図面である。マイクロチップ２００では、第一基板１１０に接合される第二基板１２０の接合部に囲まれた領域に内部空間２５０を形成している。内部空間２５０は、第二基板１２０の接合面だった領域の中央に凹部２５０ａ（図１２Ｂ参照）を導入することにより形成される。

内部空間２５０により、両基板（１１０，１２０）の接合部は、流路１２３に隣接して取り囲む第一接合部１３１と、第一接合部１３１よりも第二基板１２０の外側面１２４側に位置する第二接合部１３２と、に分割される。両基板（１１０，１２０）の接合面積は、第二基板１２０に内部空間２５０のない場合に比べて小さくなる。押圧力が同じ条件下では、接合面積が減少すると、単位接合面積当たりの押圧力が大きくなる。これにより、第一接合部１３１の接合力が向上し、液成分の第一接合部１３１への侵入を抑制する。

しかしながら、本発明者の鋭意研究により、図１２Ａに示すような接合部に囲まれた領域に内部空間２５０を有するマイクロチップ２００は、以下の問題を引き起こす可能性があることを見出した。

マイクロチップ２００において、内部空間２５０は周囲から密閉されている。そのため、第一基板１１０と第二基板１２０の接合時において、接合の際の加熱に伴い熱膨張した内部空間２５０内の空気が、両基板（１１０，１２０）を引き離す方向に作用し、両基板（１１０，１２０）の接合力を低下させる。

また、接合後、常温に戻ったマイクロチップ２００において、熱膨張した空気が冷えて、内部空間２５０内は外部空間に対して負圧状態となる。そのため、内部空間２５０を画定する接合部（１３１，１３２）は、外部空間との圧力差による押圧力を受ける。押圧力を受けると、流路中の液成分が、負圧状態の内部空間２５０に隣接した第一接合部１３１に侵入しやすくなる。細胞や組織を含む培養液が内部空間２５０の外側に漏れ出してしまうと、所望の培養環境が得られなくなるおそれがあり、望ましくない。

また、内部空間２５０を外部空間と同じ圧力にするには、減圧環境で両基板（１１０，１２０）を加熱接合する方法も考えられるが、この方法を実施するには、減圧環境を作り出す真空設備を新たに要し、過剰に減圧した場合には、外部空間との圧力差が残ることもある。

本発明は、上記事情に鑑みて案出されたもので、簡便な設備で製造可能であり、所望の微小環境を形成しつつ、第一基板と第二基板との接合力向上を図ることのできるマイクロチップを提供することを目的とする。

本発明に係るマイクロチップは、
第一基板と、
前記第一基板に対して部分的に接合された第二基板と、
前記第一基板と前記第二基板との間で前記第二基板の主面に沿う方向に延在する中空状の流路と、
前記流路から、前記第二基板の前記第一基板とは反対側に位置する主面に向かって、前記第二基板を貫通して形成される液体流通口と、
前記主面に直交する方向から見たときに、前記流路を取り囲むように前記第一基板と前記第二基板とを接合する第一接合部と、
前記第一接合部よりも前記第二基板の外側面側の位置において、前記第一基板と前記第二基板とを接合する第二接合部と、
前記第一接合部と前記第二接合部との間に設けられ、前記第一基板及び前記第二基板の外部空間と連通する内部空間と、を有することを特徴とする。

上記構成によれば、第一接合部と第二接合部との間には、第一基板と第二基板の外側空間に連通する内部空間が形成されている。このため、第一基板と第二基板を接合する際に、加熱を行っても、内部空間と外部空間がほぼ同一の気圧に維持されるため、図１２Ａに示したマイクロチップ２００のように内部空間内に存在する空気が大きく熱膨張するという問題が生じない。このため、図１２Ａに示したマイクロチップ２００と比較して、第一基板と第二基板の接合力が向上する。

また、内部空間と外部空間が連通されているため、接合後に冷却されても内部空間内が負圧になるということが生じにくい。この結果、流路内に収容されていた培養液が第一接合部側に漏れ出すという事態が生じにくい。

更に、上記のマイクロチップは、単に第一接合部と第二接合部との間に、外部空間に連通された内部空間を設けるということで、内部空間内を外部空間とほぼ同じ気圧に設定できるため、接合時に別途減圧環境を作り出す必要がない。このため、簡易な設備で製造が可能である。なお、このような内部空間は、第一基板及び／又は第二基板の所定の位置に予め凹部を形成しておき、両者を接合することで実現される。

さらに、前記第二接合部は、前記主面に直交する方向から見たときに、始点と前記始点とは異なる終点とを結ぶ線形状を呈する部分を含むことを特徴とする。

さらに、前記第二接合部は、前記主面に直交する方向から見たときに、始点と前記始点とは異なる終点とを結び、前記第二基板の外側面に接して延びる折れ線形状の折れ線接合部を含むことを特徴とする。これにより、両基板を安定して接合できる。

さらに、前記第二接合部は、前記主面に直交する方向から見たときに、前記第二基板の外側面に接することなく前記外側面に沿って延びる線分で構成される線分接合部を複数含み、複数の前記線分接合部は、互いに離間して形成されていることを特徴とする。

さらに、前記第二接合部は、前記主面に直交する方向から見たときに、前記第一接合部を中心として渦巻状に形成される渦巻状接合部を含むことを特徴とする。

前記第二接合部は、前記主面に直交する方向から見たときに、複数の箇所に離散的に配置される局所接合部を含むことを特徴とする。

さらに、前記局所接合部は、前記主面に直交する方向から見たときに、円形、楕円又は多角形であることを特徴とする。

前記第二接合部は、前記主面に直交する方向から見たときに、一部の箇所において前記第一接合部と連結されていることを特徴とする。

本発明によれば、簡便な設備で製造可能であり、所望の微小環境を形成しつつ、第一基板と第二基板との接合力向上を図ることのできるマイクロチップが実現される。

第一基板に第二基板を接合する直前の両基板を示した斜視図である。 第一実施形態における接合前の第二基板の平面図である。 図２における第二基板のＢ－Ｂ断面位置を含む断面位置でのマイクロチップの断面模式図である。 図２における第二基板のＣ－Ｃ断面位置を含む断面位置でのマイクロチップの断面模式図である。 第一基板に第二基板を接合する直前の両基板の断面模式図である。 第二実施形態における接合前の第二基板の平面図である。 図６における第二基板のＥ－Ｅ断面位置を含む断面位置でのマイクロチップの断面模式図である。 第三実施形態における接合前の第二基板の平面図である。 第四実施形態における接合前の第二基板の平面図である。 第四実施形態の他の例における接合前の第二基板の平面図である。 第五実施形態における第二基板の平面図である。 第五実施形態の他の例におけるマイクロチップの第二基板の平面図である。 従来のマイクロチップの断面模式図である。 従来のマイクロチップの製造過程における第一基板に第二基板を接合する直前の両基板の断面模式図である。 第一接合部と第二接合部との間に密閉空間を備えたマイクロチップの断面模式図である。 第一接合部と第二接合部との間に密閉空間を備えたマイクロチップに使用される第二基板の平面図である。

本発明に係るマイクロチップにつき、図面を参照しながら説明する。なお、本明細書に開示された各図面は、あくまで模式的に図示されたものである。すなわち、図面上の寸法比と実際の寸法比とは必ずしも一致しておらず、また、各図面間においても寸法比は必ずしも一致していない。

［第一実施形態］
本発明に係るマイクロチップの第一実施形態を説明する。

図１は、本実施形態のマイクロチップ１を製造する前の状態における斜視図である。より詳細には、後述されるように、マイクロチップ１は、第一基板１０と第二基板２０とを有し、これらが接合されることで製造される。図１は、第一基板１０に第二基板２０を接合する直前の、両基板を示した斜視図に対応する。

マイクロチップ１は、第一基板１０の一つの主面１０ａ上に、第二基板２０の一つの主面２０ａが部分的に接触するように積層し、接合されて形成される。主面とは、基板（１０，２０）を構成する面のうち他の面よりもはるかに面積の大きい面を指す。基板（１０，２０）には二つの主面があり、この二つの主面は互いに対向配置される。第一基板１０に部分的に接触する主面２０ａは凹部を有する。凹部は図１の斜視図において隠れた位置にあるため、凹部は図１では示されておらず、図２及び図３を参照して後述される。第二基板のもう一つの主面２０ｂは、第一基板１０とは反対側に位置し、液体流通口（２１、２２）を有する。

以下の説明では、第一基板１０と第二基板２０とが接合された状態において、第一基板１０の主面（１０ａ，１０ｂ）及び第二基板２０の主面（２０ａ，２０ｂ）に平行な面をＸＹ平面とし、このＸＹ平面に直交する方向をＺ方向とする、ＸＹＺ座標系が適宜参照される。なお、図１の例では、液体流通口（２１，２２）は、Ｘ方向に離間して配置されている。また、液体流通口（２１，２２）は、第二基板２０の主面２０ａに近づくように、Ｚ方向に関して延伸して形成されているが、図１ではその図示が省略されている。

また、本明細書において、方向を表現する際に、正負の向きを区別する場合には、「＋Ｘ方向」、「－Ｘ方向」のように、正負の符号を付して記載される。また、正負の向きを区別せずに方向を表現する場合には、単に「Ｘ方向」と記載される。すなわち、本明細書において、単に「Ｘ方向」と記載されている場合には、「＋Ｘ方向」と「－Ｘ方向」の双方が含まれる。Ｙ方向及びＺ方向についても同様である。

図２は、接合前の第二基板２０を主面２０ａ側から－Ｚ方向に見たときの平面図である。図３は、第一基板１０上に第二基板２０が接合されたマイクロチップ１の断面模式図を示し、当該断面模式図の断面位置は、図２における第二基板２０のＢ－Ｂ断面を含む位置である。図４は、第一基板１０上に第二基板２０が接合されたマイクロチップ１の断面模式図を示し、当該断面模式図の断面位置は、図２における第二基板２０のＣ－Ｃ断面を含む位置である。図３及び図４の断面模式図は、図の理解を容易にするために、両基板の外形線のうち、それぞれの断面上に表れる線のみを示している。後述する図７についても同様である。

主面２０ａに設けられた凹部２３ａは、第一基板１０と第二基板２０とが接合されることにより、凹部２３ａは、両基板（１０，２０）に挟まれた中空状の流路２３として機能する。液体流通口（２１，２２）は、流路２３から、第二基板の主面２０ｂに向かって、第二基板２０を貫通して形成される。よって、中空状の流路２３は、液体流通口（２１，２２）に連絡している。

液体流通口（２１，２２）の各々は、液体をマイクロチップ１に注入する目的と、液体をマイクロチップ１から排出する目的と、の少なくとも一方の目的を有する。例えば、液体流通口２１が液体注入口として使用され、液体流通口２２が液体排出口として使用されてもよい。中空状の流路２３は、流路内に液体があるときに、該液体が流れを形成する状態にかぎらない。例えば、液体が貯留されている状態等、液体の流れの無い状態を含む。

接合部は、第二基板２０の主面２０ｂに直交する方向、すなわちＺ方向から見たときに、流路２３に隣接して取り囲む第一接合部３１と、第一接合部３１よりも第二基板２０の外側面２４側に位置する第二接合部３２と、を有する。図２において、第一接合部３１は、右上がりの斜線でハッチングされた領域に対応し、第二接合部３２は、左上がりの斜線でハッチングされた領域に対応する。後述する図６、図８、図９Ａ、図９Ｂ、図１０Ａ、図１０Ｂにおいても同様である。なお、本明細書において「外側面」とは、基板（１０，２０）の外側表面にあり、２つの主面を除く面を指す。

第一接合部３１は、両基板（１０，２０）を接合するとともに流路２３を画定する機能を有し、第二接合部３２は、第一接合部３１のみでは不足する両基板（１０，２０）の接合力を補う機能を有する。第一接合部３１と第二接合部３２との間には、内部空間２５が形成されている。本実施形態では、第二基板２０の主面２０ａ側に内部空間２５形成用の凹部２５ａが設けられており、第一基板１０の主面１０ａと第二基板２０の主面２０ａとが貼り合わせられることで、第一接合部３１と第二接合部３２との間の位置に内部空間２５が形成される。

本実施形態では、図２に示されるように、第二接合部３２は、始点３２ｓと、始点３２ｓとは位置の異なる終点３２ｅとを線形状を呈する部分で結んで形成されている。そのため、始点３２ｓと終点３２ｅとの間には、第二接合部３２の存在しない隙間３３が存在する。凹部２５ａによって形成された内部空間２５は、隙間３３を介して、第一基板１０及び第二基板２０の外部空間、すなわち、マイクロチップ１の外部空間と連通する。これにより、後述するように、マイクロチップ１内外での圧力差を解消できるという効果が奏される。

そして、図２に示されるように、本実施形態における線形状の第二接合部３２は、第二基板２０の外側面２４に接して延びる折れ線形状の折れ線接合部で構成されている。第二接合部３２が第二基板２０の最外側に位置するので、両基板を安定して接合できる。また、凹部２５ａの底面深さ（すなわち、第二基板２０の主面（接合面）から凹部２５ａの底面までのＺ方向の長さ）は、０．０５ｍｍ以上であると好ましく、３ｍｍ以下であると好ましい。

次に、マイクロチップ１の製造方法について詳細に説明する。

（ステップＳ１：基板の準備）
マイクロチップ１を構成する第一基板１０と第二基板２０とを準備する。図５は、マイクロチップ１の製造過程における第一基板１０に第二基板２０を接合する直前の、両基板の断面模式図を示している。

基板（１０，２０）を構成する材料には、好ましくは実質的に非多孔質体の材料を使用する。ここで、「実質的に非多孔質体」であるとは、基板の見かけ状の表面積が、実際の表面積に近似している状態を指す。上記のような非多孔質体を形成する材料の例としては、ガラスやシリコンなどの無機材料、又はポリメチルメタクリレート（ＰＭＭＡ）、ポリカーボネート（ＰＣ）、シクロオレフィンコポリマー（ＣＯＣ）、シクロオレフィンポリマー（ＣＯＰ）、ポリスチレン（ＰＳ）、シリコーン等の樹脂材料が挙げられる。なお、これらの樹脂材料が２種以上組み合わせられていても構わない。また、第一基板１０と第二基板２０とで使用する材料を異ならせてもよい。

本実施形態における基板の形状について説明する。第一基板１０及び第二基板２０は、主面の縦と横がそれぞれ同一寸法の矩形基板を使用している。第二基板２０の厚みは第一基板１０の厚みよりも大きい。しかしながら、第一基板１０及び第二基板２０は、主面の縦と横の寸法が同一でなくてもよい。例えば、第一基板１０の主面の縦と横の寸法が、第二基板２０の主面の縦と横の寸法より大きくてもよく、第二基板２０の主面の縦と横の寸法が、第一基板１０の主面の縦と横の寸法より大きくてもよい。また、第二基板２０の厚みは第一基板１０の厚みと同じでもよく、第二基板２０の厚みは第一基板１０の厚みよりも小さくてもよい。

図５を参照して、本実施形態における第一基板１０の二つの主面（１０ａ，１０ｂ）は共に平坦である。第二基板２０の一つの主面２０ａは、第一接合部３１及び第二接合部３２として使用される部分と、第一基板１０と接合された後に中空状の流路２３を形成するための凹部２３ａと、第一接合部３１と第二接合部３２とを画定し、内部空間２５を形成するための凹部２５ａとを有する。第一接合部３１と第二接合部３２として使用される第二基板２０の端面（接合面）は平坦であり、第一基板１０の主面１０ａと密着し得る。第二基板２０のもう一つの主面２０ｂには、後に液体流通口（２１，２２）として使用される開口が形成されている。なお、凹部２５ａは、少なくとも一部の箇所において第二基板２０の外側面２４に達している。

基板（１０，２０）に開口及び凹部を設けるには、例えば、射出成型、フォトリソグラフィ工程とエッチング工程との組合せ、鋳造、切削加工等の手段があるが、基板を構成する材料に応じて最適な手段を選択するとよい。一例として、第二基板２０を、上述したようにポリメチルメタクリレート（ＰＭＭＡ）、ポリカーボネート（ＰＣ）、シクロオレフィンコポリマー（ＣＯＣ）、シクロオレフィンポリマー（ＣＯＰ）、ポリスチレン（ＰＳ）、シリコーン、アクリルなどの樹脂材料で構成することで、射出成形により容易に凹部（２３，２５）を形成することができる。また、第一基板１０については、凹部を設けない場合には、上記樹脂材料の他、ホウケイ酸ガラスなどのガラス材料を用いても構わない。

（ステップＳ２：基板の接合）
ステップＳ１で作製された第一基板１０の主面１０ａと第二基板２０の主面２０ａとを接合する。以下に示す接合方法は、基板上に接着剤となる薄膜の形成が不要となる方法であり、以下の手順で実行される。

まず、両基板の接合面（１０ａ，２０ａ）に対して、表面を活性化する処理を行う。表面活性化処理の方法としては、紫外線を照射する方法や、プラズマガスを接触させる方法が利用できる。

紫外線を照射する方法には、例えば、波長１７２ｎｍに輝線を有するキセノンエキシマランプなどの紫外線光源から、第二基板２０の主面２０ａ、及び第一基板１０の主面１０ａに対して、波長２００ｎｍ以下の真空紫外線を照射することで実行される。紫外線光源の他の例としては、１８５ｎｍに輝線を有する低圧水銀ランプ、波長１２０～２００ｎｍの範囲に輝線を有する重水素ランプを好適に用いることができる。真空紫外線の照度は、例えば１０～５００ｍＷ／ｃｍ^２であり、照射時間は樹脂に応じて適宜設定されるが、例えば５～６秒間である。

プラズマガスを接触させる方法には、窒素ガスやアルゴンガスなどを主成分とし、酸素ガスが０．０１～５体積％含有してなるプロセスガスを大気圧プラズマによってプラズマ化したものを、第二基板２０の主面２０ａ、及び第一基板１０の主面１０ａに対して接触させることで実行される。窒素ガスとクリーンドライエア（ＣＤＡ）との混合ガスを用いることも可能である。プラズマガスの接触時間は、例えば５～１００秒間である。

次に、表面活性化処理が施された両基板の接合面（１０ａ，２０ａ）を接触させるように第一基板１０と第二基板２０とを重ね合わせ、プレス機を使用して両基板を押圧し接合する接合工程を行う。接合工程は、表面活性化状態を維持するために、紫外線照射工程が完了してから所定時間内、例えば１０分以内に行うとよい。

この接合工程は、接合を強固にするために、必要に応じて加熱された環境において行われる。接合工程において、加熱温度や押圧力等の接合条件は、第一基板１０の構成材料及び第二基板２０の構成材料に応じて設定される。具体的な条件を挙げると、押圧する際の温度は、例えば４０～１３０℃であり、接合するための押圧力は、例えば、０．１～１０ＭＰａである。

第一基板１０と第二基板２０とが接合された基板（以下、「接合基板」と呼ぶ場合がある。）を所定時間加圧した後、必要に応じてさらに所定時間加熱してもよい。接合基板を加圧した後に加熱することにより、加圧後の積層基板における接合界面に、十分な接合状態が得られている部分と、十分な接合状態が得られていない部分とが混在している場合であっても、加熱により、十分な接合状態が得られていない部分において、その接合状態を、所期の状態とすることができる。

接合基板の加圧状態を所定時間にわたって維持し、その後、その加圧状態を解除し、接合基板の温度を所定温度まで上昇させ、その温度を、所期の接合状態が得られるまで維持するようにしてもよい。ここに、所定温度とは、接合基板に変形が生じることのない温度である。例えば、加熱温度が例えば４０～１３０℃であり、加熱時間が例えば６０～６００秒間である。

その後、冷却工程を経て、第一基板１０の一主面上に第二基板２０が接合されたマイクロチップ１が作製される。

ここで、上述したように、凹部２５ａは、少なくとも一部の箇所において第二基板２０の外側面２４に達している。このため、本ステップＳ２よる接合工程を経て、第一接合部３１と第二接合部３２が形成されることで、凹部２５ａが両接合部（３１，３２）に挟まれた内部空間２５を形成しても、内部空間２５は基板（１０，２０）の外部空間と連通している。このため、本ステップＳ２において加熱されたとしても、内部空間２５の圧力と外部空間の圧力に大きな圧力差が生じるということがない。この結果、図１２Ａに示すマイクロチップ２００と比較して、第一基板１０と第二基板２０との接合強度が向上する。更に、冷却後においても内部空間２５が負圧になりにくいため、使用時において流路２３内に収容された液体が、第一接合部３１を越えて内部空間２５に流出することが抑制される。

なお、変形例として、第一基板１０の主面１０ａにも、中空状の流路を形成するための凹部や、第一接合部３１と第二接合部３２とを画定する凹部を備えていてもよい。また、第一基板１０の、第二基板２０と接合されない主面１０ｂにも、液体流通口（２１、２２）として使用する開口が形成されていてもよい。

また、本実施形態では、第二接合部３２が、第二基板２０の外側面２４に接して延びる折れ線形状を呈するものとして説明したが、第一接合部３１の外側であって、且つ外側面２４よりも内側の位置において、折れ線形状を呈して形成されていても構わない。この場合においても、少なくとも第二接合部３２の一部の箇所には、外部空間と内部空間２５とを連通するための隙間３３が形成されているものとして構わない。また、折れ線形状に限らず、曲線形状であっても構わない。

図２において、始点３２ｓ側と終点３２ｅ側とのＹ方向における間隔、すなわち、隙間３３のＹ方向の長さｄは、０．０５ｍｍ以上であると好ましく、５０ｍｍ以下であると好ましい。また、Ｙ方向長さｄを０．１ｍｍ以下にすると、第二接合部３２を設けることによる副次的な効果として、異物の侵入防止効果が得られる。また、図２では第二接合部３２の隙間は一箇所しか設けられていないが、変形例として第二接合部３２に複数の隙間を有していてもよい。なお、後述する図６は、複数の隙間を有している折れ線形状の第二接合部３２の一例と捉えることもできる。

なお、図２に示す例では、第二基板２０をＺ方向から見たときに、第二接合部３２は、第二基板２０の角部において角張った折れ線部分を形成しているが、角部付近を面取りしてもよい。第二接合部３２の角部が角張っていると基板（１０，２０）を接合するとき、押圧に伴う応力集中により該折れ線部分が歪み易い。接合部の歪みは接合力を低下させる。折れ線部分の角部分を面取り形状にすることで応力集中を緩和し、歪みを抑制して接合力を向上させる。

［第二実施形態］
本発明に係るマイクロチップの第二実施形態について、図６及び図７を参照しながら説明する。下に説明する以外の事項は、第一実施形態と同様に実施できる。第三実施形態以降についても同様である。

図６は、本実施形態のマイクロチップ２（図７参照）において、接合前の第二基板２０を、第一基板１０と接合される主面側から－Ｚ方向に見た平面図である。図７は、第一基板１０上に本実施形態の第二基板２０が接合されたマイクロチップ２の断面模式図を示し、当該断面模式図の断面位置は、図６における第二基板２０のＥ－Ｅ断面を含む位置である。

第一接合部３１よりも第二基板２０の外側面２４側に位置する第二接合部４２は、Ｚ方向から見たときに、第二基板２０の外側面２４に接することなく外側面２４の内側に、外側面２４に沿って延びる線分で構成される４つの線分接合部（４２ａ～４２ｄ）を含む。本実施形態では、矩形の第二基板２０の４つの外側面２４それぞれに、沿って延びる線分接合部（４２ａ～４２ｄ）を有する。線分接合部（４２ａ～４２ｄ）は互いに交わらず、それぞれの線分接合部の間に隙間４３を有する。第一接合部３１と線分接合部（４２ａ～４２ｄ）との間に位置する第二基板の凹部４５ａは、第一基板１０との接合後に内部空間４５を形成する。内部空間４５は、複数の隙間４３を介して、第一基板１０及び第二基板２０の外部空間、すなわち、マイクロチップ２の外部空間と連通する。

本実施形態において、隙間４３は、第二基板２０の全ての角部付近に設けられている。これにより、線形状の第二接合部４２は角部を有する必要がない。これにより、基板押圧時の応力集中の緩和を促進できる。さらに応力集中を緩和するため、第二接合部４２の線の端部が丸みを帯びるようにしてもよい。

また、本実施形態では、Ｚ方向から見たときに、各外側面２４に平行に延びる線分接合部（４２ａ～４２ｄ）を、各外側面２４に１本有しているが、線分接合部を各外側面２４に２本以上有していてもよい。また、第二接合部４２は線分ではなく、第二基板の主面に直交する方向から見たときに曲線形状を有していてもよい。

隙間４３のＸＹ平面上における大きさは、０．０５ｍｍ以上であると好ましく、５０ｍｍ以下であると好ましい。副次的な効果である異物の侵入防止効果を得るためには、隙間４３の間隔を、０．１ｍｍ以下にするとよい。

また、本実施形態において、第二接合部４２を構成する各線分接合部（４２ａ～４２ｄ）が、Ｚ方向から見たときにそれぞれ外側面２４（すなわち辺）に対して平行であってもよく、平行でなくてもよい。すなわち、第二接合部４２は、Ｚ方向から見たときに、第一接合部３１よりも外側（外側面２４側）の位置において、ＸＹ平面上で相互に隙間４３を介して配置された複数の線分接合部を有してなる限りにおいて、全て本実施形態の構成の範囲内である。

［第三実施形態］
本発明に係るマイクロチップの第三実施形態について、図８を参照しながら説明する。図８は、本実施形態のマイクロチップにおいて、接合前の第二基板２０を、第一基板１０と接合される一主面側から見た平面図である。

第二基板２０の第二接合部５２は、第二基板２０の主面に直交する方向（すなわちＺ方向）から見たときに、第一接合部３１を中心として渦巻状に形成される渦巻状接合部で構成される。渦巻状接合部は、第一接合部３１と第一接合部３１に最も近い第二接合部５２とに挟まれた凹部５５ａによって形成される内部空間と、第一基板１０及び第二基板２０の外部空間、すなわち、マイクロチップの外部空間と連通させる渦巻状の連通流路５４を有する。連通流路５４を渦巻状に形成することにより、連通流路５４の流路長を長くすることができる。これにより、マイクロチップの製造時に、内部空間と外部空間との間で圧力差を生じさせにくくなるという効果に加えて、異物の侵入防止効果を高めることができるという副次的な効果をも奏する。

図８において、Ｚ方向から見たときに、第二接合部５２はＦ部において第一接合部３１と連結されている。このように、第二接合部５２が第一接合部３１と連結されていても、第一接合部３１と第二接合部５２とに挟まれた凹部５５ａによって形成される内部空間を、第一基板１０及び第二基板２０の外部空間と連通させることができる。もちろん、第二接合部５２と第一接合部３１とがＸＹ平面上において離間して形成されていても構わない。

［第四実施形態］
本発明に係るマイクロチップの第四実施形態について、図９を参照しながら説明する。図９Ａは、本実施形態のマイクロチップにおいて、接合前の第二基板２０を、Ｚ方向から見たときの平面図である。第二基板２０上の第二接合部６２は、第二基板２０の主面に直交する方向（すなわちＺ方向）から見たときに、ＸＹ平面上において複数の箇所に離散的に配置される局所接合部（６２ａ～６２ｆ）を含む。

本実施形態において、第二接合部６２は、６つの局所接合部（６２ａ～６２ｆ）で構成されており、それぞれ、Ｚ方向から見たときに、円形をしている。各局所接合部（６２ａ～６２ｆ）と第一接合部３１との間に挟まれる空間は、第一基板１０及び第二基板２０の外部空間と連通している。第二接合部３２は、上述したように、第一接合部３１のみでは不足する接合力を補う。第二接合部３２が離散的に配置されることにより、基板の全面にわたって接合力の均一化を図ることができる。

第二接合部６２を構成する各局所接合部（６２ａ～６２ｆ）は、第一接合部３１の外側（第二基板２０の外側面２４側）に、局所的に配置される。局所接合部（６２ａ～６２ｆ）は、Ｚ方向から見たときに、円形以外の形状、例えば、楕円、多角形又は線形状を有していてもよく、第一接合部３１よりも面積の小さい小領域であってもよい。

図９Ｂは、本実施形態の変形例に係る第二基板２０を、第一基板と接合される一主面側から見た平面図である。当図には、二つの流路を形成するための二つの凹部２３ａを備えた第二基板２０が示されている。第二基板２０は、二つの凹部２３ａにそれぞれ隣接して取り囲む、二つの第一接合部（３１ａ，３１ｂ）と、二つの第一接合部（３１ａ，３１ｂ）の外側（第二基板２０の外側面２４側）に第二接合部６３を有している。二つの第一接合部３１の接合面積の合計は、図９Ａにおける第一接合部３１の接合面積の合計よりも増加している。

第二接合部６３を構成する各局所接合部（６３ａ～６３ｆ）の接合面積の合計が、図９Ａにおける第二接合部６２を構成する各局所接合部（６２ａ～６２ｆ）の接合面積の合計よりも小さくなるように、局所接合部（６３ａ～６３ｆ）それぞれの大きさを設定する。これにより、第一接合部３１の接合面積と第二接合部６２の接合面積との合計が、所望の数値範囲（例えば、第二基板の主面の全体面積に対して３０％以下）を占めるように、局所接合部（６３ａ～６３ｆ）の大きさを設定できる。

第一接合部３１の接合面積と第二接合部６２の接合面積との合計が、所望の数値範囲にあると、プレス機の処理条件（例えば押圧力、押圧時間及び加熱温度など）を変更する必要がないという効果が得られる。つまり、プレス機が、異なる接合形状の基板を連続して接合するとき、連続して接合される基板の接合面積が、いずれも所望の数値範囲内にあれば、基板ごとにプレス機の処理条件の設定を変更する手間を省くことができる。

第二接合部（６２，６３）を構成する局所接合部は、全てが同じ大きさ又は同じ形状でなくてもよい。局所接合部のそれぞれの大きさは、最も近い第一接合部３１からの距離の長さに対して正の相関関係を有するように設定してもよい。すなわち、第一接合部３１に比較的近い位置にある局所接合部を小さくして、第一接合部３１から比較的遠い位置にある局所接合部を大きくしてもよい。第二基板２０の単位領域における接合部の面積率（第二基板２０の主面の面積に対する第一接合部３１の面積と第二接合部（６２，６３）の面積との合計の割合）を一定にするように、接合部の大きさを設定してもよい。これにより、マイクロチップの局所的な接合力の均一化を図ることができる。また、局所接合部の形状及び配置を、第一接合部３１との距離及び第一接合部３１の形状及び配置に基づいて設定してもよい。

［第五実施形態］
上述の実施形態を組み合わせた一例を第五実施形態として説明する。図１０Ａは、本実施形態のマイクロチップにおいて、接合前の第二基板２０を、第一基板１０と接合される一主面側から見た平面図である。図１０Ａに示された第二基板２０は、それぞれがＹ方向に延在すると共にＸ方向に離間して設けられた、流路を形成するための５つの凹部２３ａと、それぞれの凹部２３ａに隣接して取り囲む第一接合部３１と、第二接合部７２とを有する。第二接合部７２は、隣り合う第一接合部３１の間に設けられる局所接合部７２ａと、全ての凹部２３ａの第二基板上の外側において各外側面２４に沿って延びる線分接合部７２ｂと、を有する。第二接合部７２は、基板の単位領域における接合部の面積率が一定となるように、接合部の形状、大きさ（長さ及び幅）、個数及び配置を設定してもよい。

マイクロチップの用途として細胞及び組織の培養を上述したが、本発明に係るマイクロチップは、細胞及び組織の培養以外にも使用できる。例えば、本発明に係るマイクロチップは、微量の流体（液体にかぎらない）の混合、分離、反応、合成、抽出又は分析等の様々な用途に使用できる。

一例として、図１０Ｂには、途中で分岐流路８１を備えるマイクロチップで使用される第二基板２０の平面図が示されている。同図に示されたマイクロチップは、３つの流体流通口を有し、そのうち二つが流体の注入に用いられる。分岐流路８１は、複数の流体の混合、反応及び合成や、複数の流体への分離等に適している。

また、液体流通口に関し、マイクロチップを分析等に用いる場合等において、マイクロチップ内部の流体を排出する必要がない場合には、全ての液体流通口を液体注入用開口として使用してもよく、一つの流路につき一つの液体流通口のみが設けられたものでもよい。

本発明は、上述した実施形態に何ら限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲内で種々の改良変更が可能である。

１，２，１００，２００ ：マイクロチップ
１０，１１０ ：第一基板
２０，１２０ ：第二基板
２１，２２，１２１，１２２ ：液体流通口
２３，１２３ ：流路
２４，１２４ ：外側面
２３ａ，２５ａ，４５ａ，５５ａ，１２３ａ，２５０ａ ：凹部
２５，４５，２５０ ：内部空間
３１，１３１ ：第一接合部
３２，４２，５２，６２，６３，７２，１３２ ：第二接合部
３３，４３ ：隙間

Claims (8)

1. 第一基板と、
   前記第一基板に対して部分的に接合された第二基板と、
   前記第一基板と前記第二基板との間で前記第二基板の主面に沿う方向に延在する中空状の流路と、
   前記流路から、前記第二基板の前記第一基板とは反対側に位置する主面に向かって、前記第二基板を貫通して形成される液体流通口と、
   前記主面に直交する方向から見たときに、前記流路に隣接して取り囲むように前記第一基板と前記第二基板とを接合する第一接合部と、
   前記第一接合部よりも前記第二基板の外側面側の位置において、前記第一基板と前記第二基板とを接合する第二接合部と、
   前記第一接合部と前記第二接合部との間に設けられ、前記第一基板及び前記第二基板の外部空間と連通する内部空間と、を有することを特徴とする、マイクロチップ。
2. 前記第二接合部は、前記主面に直交する方向から見たときに、始点と前記始点とは異なる終点とを結ぶ線形状を呈する部分を含むことを特徴とする、請求項１に記載のマイクロチップ。
3. 前記第二接合部は、前記主面に直交する方向から見たときに、前記第二基板の外側面に接して延びる折れ線形状の折れ線接合部を含むことを特徴とする、請求項２に記載のマイクロチップ。
4. 前記第二接合部は、前記主面に直交する方向から見たときに、前記第二基板の外側面に接することなく前記外側面に沿って延びる線分で構成される線分接合部を複数含み、
   複数の前記線分接合部は、互いに離間して形成されていることを特徴とする、請求項１～３のいずれか１項に記載のマイクロチップ。
5. 前記第二接合部は、前記主面に直交する方向から見たときに、前記第一接合部を中心として渦巻状に形成される渦巻状接合部を含むことを特徴とする、請求項１乃至４のいずれか一項に記載のマイクロチップ。
6. 前記第二接合部は、前記主面に直交する方向から見たときに、複数の箇所に離散的に配置される局所接合部を含むことを特徴とする、請求項１乃至５のいずれか一項に記載のマイクロチップ。
7. 前記局所接合部は、前記主面に直交する方向から見たときに、円形、楕円又は多角形であることを特徴とする、請求項６に記載のマイクロチップ。
8. 前記第二接合部は、前記主面に直交する方向から見たときに、一部の箇所において前記第一接合部と連結されていることを特徴とする、請求項１乃至７のいずれか一項に記載のマイクロチップ。

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